WO2004071024A1 - Communications network - Google Patents

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WO2004071024A1
WO2004071024A1 PCT/EP2004/000523 EP2004000523W WO2004071024A1 WO 2004071024 A1 WO2004071024 A1 WO 2004071024A1 EP 2004000523 W EP2004000523 W EP 2004000523W WO 2004071024 A1 WO2004071024 A1 WO 2004071024A1
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WO
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communication
network
communication device
communication devices
redundant
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/000523
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German (de)
French (fr)
Inventor
Herbert Barthel
Joachim Feld
Günter Steindl
Karl Weber
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/44—Star or tree networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/42—Loop networks
    • H04L12/437—Ring fault isolation or reconfiguration

Definitions

  • the invention relates to a network for communication between participants, in particular for use within an automation system.
  • Such a network for communication between participants is used, for example, in the field of automation technology, in production and machine tools.
  • Complex automation systems are usually used to automate systems and processes.
  • Such an automation system comprises distributed components which can be assigned, for example, to a field level, a control level, a control system level and a company control level.
  • the components are therefore communicatively coupled to one another in a suitable manner.
  • Various technologies are available for communication, with bus technologies down to the field level being used more and more. High reliability of communication is essential, especially when automating complex processes in the manufacturing and process industries.
  • the participants communicating with one another are usually coupled in a network.
  • Communication links which are interconnected via interfaces with communication devices of the participants, serve to couple the participants.
  • a communication network is known in which a number of nodes are connected to one another by optical fibers in such a way that both a direct bidirectional communication between adjacent nodes as well as a communication between non-adjacent nodes in both directions through the intermediate nodes is made possible.
  • a standby transmission loop is activated, in which a standby connection connects the beginning and the end of the row of nodes.
  • An electrical bus system is known from US Pat. No. 6,151,298, which comprises a bus line with at least two signal transmission lines, a left and a right end of the bus line being defined by a terminating resistor connecting the signal transmission lines.
  • Electronic control units are coupled between the two ends of the bus line with the signal transmission lines and can thus exchange electrical signals via these lines.
  • the bus line is divided into several sections which are connected by means of connection circuits and forms an annular unit.
  • US 5 179 548 shows a bidirectional logical ring network which has connection nodes which divide the network into segments and connect the segments at a subchannel level in such a way that logical ring structures are formed.
  • a fault-tolerant optical fiber coupler for use in a terminal within a digital, audio or video high-speed data transmission system.
  • the coupler receives optical data from one or more upstream terminals and sends optical data to one or more downstream terminals using optical fibers.
  • a terminal contains one or several bypass lines and is connected to at least one bypass line of an upstream terminal.
  • the object of the invention is to increase the availability of a communication network.
  • a network for communication between participants which has a plurality of first participants, each of which has a first communication device and a second communication device redundant to the first, the participants being communicatively coupled to one another in such a way that all first communication devices are in one order and all respective second communication devices are coupled in the same order and that the first communication device at the end of the order is coupled to the second communication device at the beginning of the order and the second communication device at the end of the order is coupled to the first communication device at the beginning of the order.
  • the invention cleverly combines media and system redundancy to increase the availability of a network for communication between participants.
  • the basic idea is to arrange the communication devices of all participants in a ring structure. Because of the
  • the arrangement according to the invention of communication devices in the ring structure offers the advantage that all participants in the communication can communicate with one another via the redundant communication devices. Communication is also possible when the direct path is interrupted. With the network according to the invention, two errors can be controlled for the first participants with redundant communication devices, if both errors do not concern the same first participant.
  • the network has at least one second subscriber, which has at least one non-redundant communication device, the non-redundant communication device being communicatively coupled between two of the redundant communication devices.
  • Second subscribers with non-redundant communication devices are thus coupled into the ring of redundantly designed communication devices of the first subscribers connected by communication connections.
  • the failure of a second subscriber or the failure of a non-redundant communication device of a second subscriber has no direct effect on the availability of the communication network.
  • First subscribers with redundant communication devices and second subscribers with non-redundant communication devices can thus be combined in a simple manner within a network.
  • a particularly simple structure of the network results from the fact that each communication device is coupled to exactly one communication device of another subscriber.
  • the communication devices are arranged in a ring structure or communicatively coupled. Such a communicative coupling of the communication devices can advantageously be realized by means of point-to-point communication connections.
  • means are provided for communication between the two mutually redundant communication devices of the first subscriber.
  • the two communication devices of a first subscriber can exchange information via these communication means.
  • This is particularly advantageous if the network is communicatively separated into two parts by two errors in different participants. In such a case, however, there is still the possibility Possibility of communication / information exchange via the two communication devices of any participant and thus the possibility of synchronizing the connected participants. Participants with such a need for synchronization are e.g. B. Controller.
  • Switching mechanisms within the network in the event of an error can be made much more effective if means are provided which allow access to functions of a subscriber by several other subscribers.
  • a participant in the network eg. B. a controller, particularly easily and quickly organize cooperation with the number of participants that can be controlled directly. In the event of a fault, there is therefore no need for time-consuming restoration of an operable state.
  • the fast and permanent cyclical access to the individual participants can thus be used to enable an effective exchange of status information as well as a rapid redundancy switchover.
  • the network is designed as a switched network.
  • the communication devices of the first and / or second participants are preferably - at least partially - designed as a switch.
  • a switch is used for the active short interconnection of two communication devices by means of a point-to-point communication connection.
  • the full bandwidth of the communication link is available to the individual communication devices.
  • Communication devices or participants not involved in the direct connection thus created receive no data. This has a positive effect on the overall speed of the network.
  • the use of the network according to the invention for communication in an automation system allows the reliability of the automation system to be increased in a simple manner.
  • the reliability required by automation solutions, particularly in manufacturing and process automation requires the availability of an automation system despite the failure of one or more components of the system.
  • the use of the network according to the invention offers the possibility of increased reliability at only slightly increased costs.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a communication network with first subscribers
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a communication network with first and second participants.
  • the network is used for communication between participants 1, 2, N, z. B. communication-capable components of an automation system.
  • the first participants 1, 2, N each have two communication devices Ml-M6 for handling the communication tasks.
  • This communication device gen Ml - M6 are communicatively coupled by means of point-to-point communication connections VI - V7.
  • the communication devices Ml-M6 of the first participants are coupled to one another by means of the point-to-point communication connections VI-V7 in such a way that a logical ring structure results.
  • the first subscribers 1, 2, N are shown in an overlapping manner in FIG. 1, so that the communication devices M1-M6 appear to be arranged in an approximately circular manner.
  • the dashed illustration of the point-to-point communication connections V6, V7 indicates that the network can be expanded with any number of other subscribers without the advantages of the proposed embodiment being diminished.
  • the circuit In the event of a simple error, for example the failure of the communication device Ml, the circuit is separated at the location of the communication device Ml without negative consequences for the availability of the network. All communication relationships between the other communication devices M2 - M6 can be maintained. will hold. Each participant 1, 2, N thus remains accessible.
  • a double error within the network for example a failure of the communication devices Ml and M5
  • the ring or the circle is broken down into two parts of different sizes. In the example, a smaller part is created, which only has the communication device M3, and a larger part, which has the communication devices M2, M4 and M6.
  • part of the network is also available in the event of a double fault, namely the larger part mentioned with the communication devices M2, M4 and M6, which connects all the subscribers to one another.
  • communication with this subscriber can no longer be maintained. But even in this case, in which the network would be divided into two parts of equal size, the communication between the other participants could continue to be maintained.
  • FIG. 2 shows, as a further exemplary embodiment, a network for communication between first subscribers 1, 2, N, which are interconnected analogously to the exemplary embodiment in FIG.
  • the type of representation chosen in FIG. 2 takes into account an actually possible spatial configuration of the network.
  • Participants 1, 2, N each have two communication devices Ml-M ⁇ for handling the communication tasks.
  • each of these communication devices M1-M ⁇ contains at least two interfaces S1-S14, which are used for coupling to point-to-point
  • Communication connections VI - V7 serve.
  • the mutually redundant communication devices M1 and M2, M3 and M4 or M5 and M6 are mutually coupled via communication means K1, K2, KN.
  • FIG. 2 shows a possible embodiment of a network according to the invention for communication between subscribers 1, 2, N, 10 which has a plurality of first subscribers 1, 2, N, each of which has a first communication device M1, M3, M5 and one for have first redundant second communication device M2, M4, M6.
  • the mutually redundant communication devices Ml-M ⁇ can form a structural and / or functional unit.
  • a communication device M1-M6 can be designed as a communication module.
  • the subscribers are communicatively coupled to one another in such a way that all first communication devices M1, M3, M5 are coupled in one order and all respective second communication devices M2, M4, M6 in the same order.
  • sequence here means a linear series, a sequence with a beginning and an end and fixed places within the sequence.
  • first communication device M5 at the end of the sequence is coupled to the second communication device M2 at the beginning of the sequence and the second communication device M6 at the end of the sequence is coupled to the first communication device Ml at the beginning of the sequence.
  • Each communication device Ml-M6 is therefore coupled to exactly one communication device Ml-M6 of another subscriber.
  • the result is a logically ring-shaped structure of the sequence of communication devices M1-M6 and point-to-point communication connections VI-V7 (see also FIG. 1).
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a further exemplary embodiment of a network for communication between subscribers, in particular for communication between subscribers with redundant communication devices and subscribers with non-redundant communication devices.
  • the participants 1, 2, N, 10 have to process the communication on tasks each one or more communication devices Ml - M ⁇ , MIO.
  • each of these communication devices Ml-M ⁇ , MIO contains at least two interfaces S1-S14, which are used for coupling to point-to-point communication connections VI-V7.
  • Redundant communication devices Ml-M ⁇ are mutually coupled by means of communication K1, K2, KN.
  • the network also has a subscriber 10 with a non-redundant communication device MIO.
  • the first participants 1, 2, N of the exemplary embodiment according to FIG. 3 are so-called system-redundant components, e.g. B. Components of an automation system.
  • System redundancy here means redundancy due to multiple system execution.
  • the communication devices Ml-M ⁇ provided for the execution of communication tasks of the subscribers 1, 2, N designated as system redundant are in each case simply redundant, that is to say in duplicate per subscriber. This will be explained in more detail on the subscriber identified by reference number 1.
  • the communication tasks of this subscriber 1 are carried out by the two communication devices M1 and M2.
  • the communication devices M1, M2 are communicatively coupled to one another by means of communication Kl. About the means of communication Kl, z. B.
  • the communication devices Ml, M2 can thus exchange status information, synchronization signals or any other data.
  • both communication devices M1 and M2 can be operated in parallel and synchronized, or the pending communication tasks can also be carried out by one of the communication devices M1 or M2 alone. If one of the communication devices M1 or M2 can no longer perform the communication tasks assigned to it due to an error or other causes, these tasks are taken over by the other communication device M1 or M2 in a very short time or even without a time delay.
  • the communication tion devices Ml and M2 can the functionality of the respective other communication device z. B. monitor via the means of communication Kl or can receive the appropriate information from the participant 1.
  • the availability of the subscriber 1 is therefore not impaired by a failure of one of the communication devices M1, M2. What has been said here about subscriber 1 also applies to subscribers 2 to N.
  • the arbitrary number of subscribers 1, 2, N is symbolized in FIG. 3 by the point-to-point communication connections V6, V7 shown in broken lines.
  • the network for communication contains a non-system-redundant subscriber 10.
  • the non-redundant subscriber 10 has a single communication device MIO. All communication devices Ml-M ⁇ , MIO have interfaces S1-S14, which serve to couple the communication devices Ml-M ⁇ , MIO with communication connections. Both interfaces S1-S14 and point-to-point communication connections VI-V7 enable bidirectional communication.
  • media redundancy is additionally used. The term media redundancy is understood here to mean redundancy in the network infrastructure. In previously known communication networks, a mixture of system-redundant and non-system-redundant components is very complex.
  • Network communication takes place between the participants 1 and 2 either via the communication device Ml, the point-to-point communication link V3, the communication device MIO, the communication link V4 and the communication device M3 or via the more direct route from the communication device M2, point-to-point Point communication connection V5 and communication device M4.
  • a simple error e.g. B. the failure of the communication device MIO of the subscriber 10
  • the communication can be maintained both in the case of a line structure and in the case shown here of a ring structure via the communication link V5 and the corresponding communication devices M2 and M4.
  • a double fault e.g. B. the simultaneous failure of the communication device MIO and the communication device M2 can
  • switched networks Due to the increasingly common switch technology (in so-called switched networks), which is used, for example, when using Ethernet systems, the effects of a failure of a component of a communication network are more significant than the effects of a failure in a classic passive network.
  • redundancy mechanisms can be built in when the switch functions are integrated.
  • system redundancy support In addition to media redundancy, there is also system redundancy support, which is, however, independent of media redundancy.
  • the use of the invention in switched networks increases its reliability in a simple manner. Examples of switched networks in which the invention can be used are RPR (Resilient Packet Ring), FDDI (Fiber Distributed Data Interface), Token Ring, Ethernet etc.
  • the communication devices Ml-M ⁇ , MIO can e.g. B.
  • Ml-M6, MIO are e.g. B. router, switch, hub and. ⁇ . , depending on the network technology used and the communication level in which the invention is implemented.
  • a communication device at the transport level e.g. TCP, Transmission Control Protocol
  • the network level e.g. IP, Internet Protocol
  • MAC Media Access Control
  • the mutually redundant communication devices Ml-M6 are switchable elements, for. B. realized as a switch, which each connect one or more end nodes of a subscriber 1, 2, N to the network.
  • the compatibility and performance of the network is increased if the sequence forms a bus system with communication devices M1-M6 of the first subscribers 1, 2, N, communication devices MIO of the second subscribers 10 and point-to-point communication links VI-V7.
  • At least one of the communication devices Ml-M6, MIO communicating on a passive ring should act as a switching point in the ring.
  • the number of communication devices Ml-M ⁇ , MIO shown in the exemplary embodiment per subscriber 1, 2, N, 10, at interfaces S1-S14 per communication device Ml-M6, MIO and on redundant and non-redundant subscribers 1, 2, N, 10 on the communication network was chosen for reasons of better representation, but does not limit the invention to the selected embodiments.
  • the invention thus relates to a network for communication between users 1, 2, N, 10.
  • it has a plurality of first users 1, 2, N, each of which has a first communication device M1, M3, M5 and a second communication device M2, M4, M6 redundant to the first, the participants being communicatively coupled to one another in such a way that all first communication devices M1, M3, M5 in one order and all respective second communication devices M2, M4, M6 in that order are coupled in the same order and that the first communication device M1 at the end of the sequence is coupled to the second communication device M2 at the beginning of the sequence and the second communication device M6 at the end of the sequence is coupled to the first communication device M1 at the beginning of the sequence.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Small-Scale Networks (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

The invention relates to a network for communicating between subscribers (1, 2, N, 10). In order to increase the availability of the communications network, this network comprises a number of first subscribers (1, 2, N) each having a first communications device (M1, M3, M5) and a second communications device (M2, M4, M6) that is redundant to the first. The subscribers are communicatively interconnected in such a manner that all first communications devices (M1, M3, M5) are connected in a sequence and all respective second communications devices (M2, M4, M6) are connected in the same sequence, and that the first communications device (M5) at the end of the sequence is connected to the second communications device (M2) at the beginning of the sequence, and the second communications device (M6) at the end of the sequence is connected to the first communications device (M1) at the beginning of the sequence.

Description

Beschreibungdescription
KommunikationsnetzwerkCommunication network
Die Erfindung betrifft ein Netzwerk zur Kommunikation zwischen Teilnehmern, insbesondere zur Anwendung innerhalb eines Automatisierungssystems .The invention relates to a network for communication between participants, in particular for use within an automation system.
Ein derartiges Netzwerk zur Kommunikation zwischen Teilneh- mern kommt beispielsweise im Bereich der Automatisierungs- technik, bei Produktions- und Werkzeugmaschinen zum Einsatz. Zur Automatisierung von Anlagen und Prozessen werden üblicherweise komplexe Automatisierungssysteme eingesetzt. Ein solches Automatisierungssystem umfasst verteilte Komponenten, welche sich beispielsweise einer Feldebene, einer Steuerungsebene, einer Leitsystemebene sowie einer Unternehmensleitebene zuordnen lassen. Zur Lösung von Automatisierungsaufgaben innerhalb eines solchen Automatisierungssystems ist ein möglichst reibungsloses Zusammenspiel der Komponenten einer Ebe- ne als auch der Komponenten verschiedener Ebenen untereinander erforderlich. Die Komponenten sind daher in geeigneter Weise kommunikativ miteinander gekoppelt . Zur Kommunikation sind verschiedene Technologien verfügbar, wobei insbesondere Bustechnologien bis hinunter in die Feldebene immer mehr Ver- wendung finden. Insbesondere bei der Automatisierung komplexer Abläufe in der Fertigungs- und Prozessindustrie ist eine hohe Zuverlässigkeit der Kommunikation unerlässlich. Zur Steigerung der Zuverlässigkeit wird häufig die Erhöhung der Verfügbarkeit der jeweiligen Teilnehmer an der Kommunikation im Automatisierungssystem und der zur Kommunikation verwendeten Kommunikationsmedien angestrebt. Die miteinander kommunizierenden Teilnehmer sind üblicherweise in einem Netzwerk gekoppelt. Zur Kopplung der Teilnehmer dienen Kommunikations- verbindungen, welche über Schnittstellen mit Ko munikations- Vorrichtungen der Teilnehmer zusammengeschaltet sind. Aus US 5 003 531 ist ein Kommunikationsnetzwerk bekannt, bei welchem eine Reihe von Knoten durch Lichtwellenleiter derart miteinander verbunden sind, dass sowohl eine direkte bidirektionale Kommunikation zwischen nebeneinander liegenden Knoten als auch eine Kommunikation zwischen nicht nebeneinander liegenden Knoten in beide Richtungen durch die dazwischen liegenden Knoten ermöglicht wird. Im Falle des Fehlers einer einzigen Verbindung oder eines einzigen Knotens erfolgt die Zuschaltung einer Standby-Übertragungsschleife, bei welcher eines Standby-Verbindung den Anfang und das Ende der Reihe von Knoten verbindet .Such a network for communication between participants is used, for example, in the field of automation technology, in production and machine tools. Complex automation systems are usually used to automate systems and processes. Such an automation system comprises distributed components which can be assigned, for example, to a field level, a control level, a control system level and a company control level. In order to solve automation tasks within such an automation system, the smoothest possible interaction of the components of one level and the components of different levels with one another is required. The components are therefore communicatively coupled to one another in a suitable manner. Various technologies are available for communication, with bus technologies down to the field level being used more and more. High reliability of communication is essential, especially when automating complex processes in the manufacturing and process industries. To increase reliability, the availability of the respective participants in communication in the automation system and the communication media used for communication is often sought. The participants communicating with one another are usually coupled in a network. Communication links, which are interconnected via interfaces with communication devices of the participants, serve to couple the participants. From US 5 003 531 a communication network is known in which a number of nodes are connected to one another by optical fibers in such a way that both a direct bidirectional communication between adjacent nodes as well as a communication between non-adjacent nodes in both directions through the intermediate nodes is made possible. In the event of the failure of a single connection or a single node, a standby transmission loop is activated, in which a standby connection connects the beginning and the end of the row of nodes.
Aus US 6 151 298 ist ein elektrisches Bussystem bekannt, welches eine Busleitung mit mindestens zwei Signalübertragungs- leitungen umfasst, wobei ein linkes und ein rechtes Ende der Busleitung durch einen die Signalübertragungsleitungen verbindenden Abschlusswiderstand definiert wird. Elektronische Steuerungseinheiten werden zwischen den beiden Enden der Bus- leitung mit den Signalübertragungsleitungen gekoppelt und können so über diese Leitungen elektrische Signale austauschen. Die Busleitung ist unterteilt in mehrere Abschnitte, welche mittels Verbindungsschaltungen verbunden sind und bildet eine ringförmige Einheit.An electrical bus system is known from US Pat. No. 6,151,298, which comprises a bus line with at least two signal transmission lines, a left and a right end of the bus line being defined by a terminating resistor connecting the signal transmission lines. Electronic control units are coupled between the two ends of the bus line with the signal transmission lines and can thus exchange electrical signals via these lines. The bus line is divided into several sections which are connected by means of connection circuits and forms an annular unit.
US 5 179 548 zeigt ein bidirektionales logisches Ringnetzwerk, welches Verbindungsknoten aufweist, die das Netzwerk in Segmente aufteilen und die Segmente auf einer Unterkanal- Ebene so verbinden, dass logische Ringstrukturen gebildet werden.US 5 179 548 shows a bidirectional logical ring network which has connection nodes which divide the network into segments and connect the segments at a subchannel level in such a way that logical ring structures are formed.
Aus US 4 837 856 ist ein fehlertoleranter Lichtwellenleiter- Koppler zum Einsatz in einem Terminal innerhalb eines digitalen, Audio- oder Video-Hochgeschwindigkeitsdatenüber- tragungssystems bekannt. Der Koppler erhält optische Daten von einem oder mehreren vorgeschalteten Terminals und sendet optische Daten zu einem oder mehreren nachgeschalteten Terminals mittels Lichtwellenleitern. Ein Terminal enthält eine oder mehrere Umgehungsleitungen und ist mit mindestens einer Umgehungsleitung eines vorgeschalteten Terminals verbunden.From US 4,837,856 a fault-tolerant optical fiber coupler for use in a terminal within a digital, audio or video high-speed data transmission system is known. The coupler receives optical data from one or more upstream terminals and sends optical data to one or more downstream terminals using optical fibers. A terminal contains one or several bypass lines and is connected to at least one bypass line of an upstream terminal.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verfügbarkeit eines Kommunikationsnetzwerks zu erhöhen.The object of the invention is to increase the availability of a communication network.
Diese Aufgabe wird durch ein Netzwerk zur Kommunikation zwischen Teilnehmern gelöst, welches mehrere erste Teilnehmer aufweist, welche jeweils eine erste Kommunikationsvorrichtung und eine zur ersten redundante zweite Kommunikationsvorrichtung aufweisen, wobei die Teilnehmer derart miteinander kommunikativ gekoppelt sind, dass alle ersten KommunikationsVorrichtungen in einer Reihenfolge und alle jeweiligen zweiten Kommunikationsvorrichtungen in der gleichen Reihenfolge ge- koppelt sind und dass die erste Kommunikationsvorrichtung am Ende der Reihenfolge mit der zweiten Kommunikationsvorrichtung am Anfang der Reihenfolge und die zweite Kommunikations- vorrichtung am Ende der Reihenfolge mit der ersten Kommunikationsvorrichtung am Anfang der Reihenfolge gekoppelt ist.This object is achieved by a network for communication between participants, which has a plurality of first participants, each of which has a first communication device and a second communication device redundant to the first, the participants being communicatively coupled to one another in such a way that all first communication devices are in one order and all respective second communication devices are coupled in the same order and that the first communication device at the end of the order is coupled to the second communication device at the beginning of the order and the second communication device at the end of the order is coupled to the first communication device at the beginning of the order.
Die Erfindung kombiniert in geschickter Weise Medien- und Systemredundanz zur Erhöhung der Verfügbarkeit eines Netzwerks zur Kommunikation zwischen Teilnehmern. Die Grundidee dabei ist, die Kommunikationsvorrichtungen aller Teilnehmer in einer Ringstruktur anzuordnen. Durch die aufgrund derThe invention cleverly combines media and system redundancy to increase the availability of a network for communication between participants. The basic idea is to arrange the communication devices of all participants in a ring structure. Because of the
Ringstruktur gegebene Medienredundanz des Netzwerks führt ein Fehler oder ein Ausfall einer Kommunikationsvorrichtung zu keiner sonstigen Beeinträchtigung der Kommunikation im Netzwerk. Die erfindungsgemäße Anordnung von Kommuni ations or- richtungen in der Ringstruktur bietet den Vorteil, dass sämtliche Teilnehmer der Kommunikation über die redundanten Kommunikationsvorrichtungen miteinander kommunizieren können. Damit ist auch eine Kommunikation möglich, wenn der direkte Weg unterbrochen ist. Mit dem erfindungsgemäßen Netzwerk kön- nen für die ersten Teilnehmer mit redundanten Kommunikations- Vorrichtungen zwei Fehler beherrscht werden, wenn nicht beide Fehler denselben ersten Teilnehmer betreffen. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Netzwerk mindestens einen zweiten Teilnehmer auf, welcher mindestens eine nicht-redundante Kommunikationsvorrichtung aufweist, wobei die nicht-redundante Kommunikationsvorrich- tung zwischen zwei der redundanten Kommunikationsvorrichtungen kommunikativ angekoppelt ist . Zweite Teilnehmer mit nicht redundant ausgeführten Kommunikations orrichtungen werden also in den Ring aus durch Kommunikationsverbindungen verbundene, redundant ausgeführte Kommunikationsvorrichtungen der ersten Teilnehmer angekoppelt. Durch diese Ausgestaltung des Netzwerks hat der Ausfall eines zweiten Teilnehmers bzw. der Ausfall einer nicht-redundanten Kommunikationsvorrichtung eines zweiten Teilnehmers keine direkte Auswirkung auf die Verfügbarkeit des Kommunikationsnetzwerks. Somit lassen sich erste Teilnehmer mit redundanten Kommunikationsvorrichtungen und zweite Teilnehmer mit nicht-redundanten Kommunikations- Vorrichtungen auf einfache Art und Weise innerhalb eines Netzwerks kombinieren.Given the ring redundancy of the network, a fault or failure of a communication device does not lead to any other impairment of communication in the network. The arrangement according to the invention of communication devices in the ring structure offers the advantage that all participants in the communication can communicate with one another via the redundant communication devices. Communication is also possible when the direct path is interrupted. With the network according to the invention, two errors can be controlled for the first participants with redundant communication devices, if both errors do not concern the same first participant. According to an advantageous embodiment of the invention, the network has at least one second subscriber, which has at least one non-redundant communication device, the non-redundant communication device being communicatively coupled between two of the redundant communication devices. Second subscribers with non-redundant communication devices are thus coupled into the ring of redundantly designed communication devices of the first subscribers connected by communication connections. As a result of this configuration of the network, the failure of a second subscriber or the failure of a non-redundant communication device of a second subscriber has no direct effect on the availability of the communication network. First subscribers with redundant communication devices and second subscribers with non-redundant communication devices can thus be combined in a simple manner within a network.
Ein besonders einfacher Aufbau des Netzwerks ergibt sich dadurch, dass jede Kommunikationsvorrichtung jeweils mit genau einer Kommunikationsvorrichtung eines anderen Teilnehmers gekoppelt ist. Die Kommunikationsvorrichtungen sind in einer Ringstruktur angeordnet bzw. kommunikativ gekoppelt. Ein sol- ehe kommunikative Kopplung der Kommunikationsvorrichtungen lässt sich vorteilhaft mittels Punkt-zu-Punkt-Kommunikations- Verbindungen realisieren.A particularly simple structure of the network results from the fact that each communication device is coupled to exactly one communication device of another subscriber. The communication devices are arranged in a ring structure or communicatively coupled. Such a communicative coupling of the communication devices can advantageously be realized by means of point-to-point communication connections.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin- düng sind Mittel zur Kommunikation zwischen den zwei zueinander redundanten Kommunikationsvorrichtungen des ersten Teilnehmers vorgesehen. Über diese Mittel zur Kommunikation können die beiden Kommunikationsvorrichtungen eines ersten Teilnehmers Informationen austauschen. Dies bietet insbesondere dann Vorteile, wenn das Netzwerk durch zwei Fehler in unterschiedlichen Teilnehmern kommunikativ in zwei Teile getrennt wird. In einem solchen Fall besteht jedoch weiterhin die Mög- lichkeit der Kommunikation/ des Informationsaustauschs über die beiden Kommunikationsvorrichtungen eines beliebigen Teilnehmers und damit die Möglichkeit zur Synchronisation der angeschlossenen Teilnehmer. Teilnehmer mit einem solchen Synchronisationsbedürfnis sind z. B. Controller. Ein Vorteil des getrennten Aufbaus der Kommunikationsvorrichtungen, z. B. als Kommunikationsmodule, ist die dadurch realisierbare kurze Reparaturzeit im Falle eines Fehlers in einer Kommunikations- Vorrichtung.According to a further advantageous embodiment of the invention, means are provided for communication between the two mutually redundant communication devices of the first subscriber. The two communication devices of a first subscriber can exchange information via these communication means. This is particularly advantageous if the network is communicatively separated into two parts by two errors in different participants. In such a case, however, there is still the possibility Possibility of communication / information exchange via the two communication devices of any participant and thus the possibility of synchronizing the connected participants. Participants with such a need for synchronization are e.g. B. Controller. An advantage of the separate construction of the communication devices, e.g. B. as communication modules, the realizable short repair time in the event of a fault in a communication device.
Umschaltmechanismen innerhalb des Netzwerks im Fehlerfall können wesentlich effektiver gestaltet werden, wenn Mittel vorgesehen sind, welche einen Zugriff auf Funktionen eines Teilnehmers durch mehrere weitere Teilnehmer erlauben. In ei- ner solchen Ausgestaltung der Erfindung kann ein Teilnehmer des Netzwerks, z. B. ein Controller, besonders einfach und schnell die Zusammenarbeit mit der Menge der von ihm direkt steuerbaren Teilnehmer organisieren. Im Fehlerfall entfällt somit eine aufwändige Wiederherstellung eines lauffähigen Zu- Stands. Der schnelle und permanente zyklische Zugriff auf die einzelnen Teilnehmer kann somit dazu genutzt werden, einen effektiven Austausch von Zustandsinformationen sowie eine rasche Redundanz-Umschaltung zu ermöglichen.Switching mechanisms within the network in the event of an error can be made much more effective if means are provided which allow access to functions of a subscriber by several other subscribers. In such an embodiment of the invention, a participant in the network, eg. B. a controller, particularly easily and quickly organize cooperation with the number of participants that can be controlled directly. In the event of a fault, there is therefore no need for time-consuming restoration of an operable state. The fast and permanent cyclical access to the individual participants can thus be used to enable an effective exchange of status information as well as a rapid redundancy switchover.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Netzwerk als geschaltetes Netzwerk ausgeführt. Die Kommunikationsvorrichtungen der ersten und/oder zweiten Teilnehmer sind vorzugsweise - zumindest teilweise - als Switch ausgeführt. Ein Switch (= Schalter) dient dem aktiven kurzen Zusammenschalten zweier Kommunikationsvorrichtungen mittels Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung. Dadurch steht den einzelnen Kommunikationsvorrichtungen die volle Bandbreite der Kommunikationsverbindung zur Verfügung. An der so entstehenden Direktverbindung unbeteiligte Kommunikations- Vorrichtungen bzw. Teilnehmer empfangen keine Daten. Dies wirkt sich positiv auf die Gesamtgeschwindigkeit des Netzwerks aus . Die Verwendung des erfindungsgemäßen Netzwerks zur Kommunikation in einem Automatisierungssystem erlaubt die Erhöhung der Zuverlässigkeit des Automatisierungssystems auf einfache Art und Weise. Die von Automatisierungslösungen, insbesondere in der Fertigungs- und Prozessautomatisierung, geforderte Zuverlässigkeit verlangt eine Verfügbarkeit eines Automatisierungssystems trotz des Ausfalls einer oder auch mehrerer Komponenten des Systems. Der Erhöhung der Zuverlässigkeit des Systems sind jedoch Grenzen durch Kosten/Nutzen-Abschätzungen gesetzt. Die Verwendung des erfindungsgemäßen Netzwerks bietet die Möglichkeit einer erhöhten Zuverlässigkeit bei nur geringfügig gesteigerten Kosten.According to a further advantageous embodiment of the invention, the network is designed as a switched network. The communication devices of the first and / or second participants are preferably - at least partially - designed as a switch. A switch is used for the active short interconnection of two communication devices by means of a point-to-point communication connection. As a result, the full bandwidth of the communication link is available to the individual communication devices. Communication devices or participants not involved in the direct connection thus created receive no data. This has a positive effect on the overall speed of the network. The use of the network according to the invention for communication in an automation system allows the reliability of the automation system to be increased in a simple manner. The reliability required by automation solutions, particularly in manufacturing and process automation, requires the availability of an automation system despite the failure of one or more components of the system. However, there are limits to increasing the reliability of the system through cost-benefit assessments. The use of the network according to the invention offers the possibility of increased reliability at only slightly increased costs.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Funktionsgleiche, in mehreren Figuren dargestellte Komponenten sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The invention is described and explained in more detail below on the basis of the exemplary embodiments illustrated in the figures. Functionally identical components shown in several figures are each provided with the same reference numerals.
Es zeigen:Show it:
FIG 1 den logischen Aufbau eines Kommunikationsnetzwerks,1 shows the logical structure of a communication network,
FIG 2 eine schematische Darstellung eines Kommunikations- netzwerks mit ersten Teilnehmern und2 shows a schematic representation of a communication network with first subscribers and
FIG 3 eine schematische Darstellung eines Kommunikationsnetzwerks mit ersten und zweiten Teilnehmern.3 shows a schematic representation of a communication network with first and second participants.
FIG 1 zeigt den logischen Aufbau eines Netzwerks zur Kommunikation zwischen Teilnehmern. Das Netzwerk dient zur Kommunikation zwischen Teilnehmern 1, 2, N, z. B. kommunikationsfähigen Komponenten eines Automatisierungssystems. Im Ausfüh- rungsbeispiel weisen die ersten Teilnehmer 1, 2, N zur Abwicklung der Kommunikationsaufgaben jeweils zwei Kommunikationsvorrichtungen Ml - M6 auf. Diese Kom unikationsvorrichtun- gen Ml - M6 sind mittels Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsver- bindungen VI - V7 kommunikativ gekoppelt.1 shows the logical structure of a network for communication between participants. The network is used for communication between participants 1, 2, N, z. B. communication-capable components of an automation system. In the exemplary embodiment, the first participants 1, 2, N each have two communication devices Ml-M6 for handling the communication tasks. This communication device gen Ml - M6 are communicatively coupled by means of point-to-point communication connections VI - V7.
Im Folgenden soll anhand FIG 1 die der Erfindung zugrundelie- gende Idee näher erläutert werden. Die Kommunikationsvorrichtungen Ml - M6 der ersten Teilnehmer sind mittels der Punkt- zu-Punkt-Kommunikationsverbindungen VI - V7 derart miteinander gekoppelt, dass sich eine logische Ringstruktur ergibt. Zur Veranschaulichung des Prinzips der logischen Ringstruktur sind die ersten Teilnehmer 1, 2, N in FIG 1 überlappend dargestellt, so dass die Kommunikationsvorrichtungen Ml - M6 annähernd kreisförmig angeordnet scheinen. Die gestrichelte Darstellung der Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindungen V6, V7 deutet an, dass das Netzwerk mit beliebig vielen weiteren Teilnehmern erweiterbar ist, ohne dass die Vorteile der vorgeschlagenen Ausführung vermindert werden. In der in FIG 1 gewählten - das logische Prinzip betonenden - Darstellungsart des Netzwerks wird deutlich, dass die ersten Teilnehmer 1, 2, N mit ihren Kommunikationsvorrichtungen Ml - M6 in logischer Betrachtungsweise punktsymmetrisch angeordnet sind. Der gemeinsame Symmetriepunkt befindet sich in der Mitte des Kreises aus Kommunikationsvorrichtungen Ml - M6 und Punkt-zuPunkt-Kommunikationsverbindungen VI - VI . Durch diese logisch punktsymmetrische Anordnung ist sichergestellt, dass sich auf jeder der beiden durch die Kopplung resultierenden Kommunikationsverbindungen zwischen den Kommunikationsvorrichtungen eines Teilnehmers jeweils genau eine Kommunikationsvorrichtung jedes anderen Teilnehmers befindet. Der besondere Vorteil dieser logisch punktsymmetrischen Zusammenschaltung der Kommunikationsvorrichtungen Ml - M6 zeigt sich bei Betrachtung von Fehlerszenarien bei Ausfällen der Kommunikationsvor- richtungen Ml - M6. Im Falle eines Einfachfehlers, beispielsweise des Ausfalls der KommunikationsVorrichtung Ml, wird der Kreis ohne negative Folgen für die Verfügbarkeit des Netz- werks an der Stelle der Kommunikationsvorrichtung Ml aufgetrennt. Sämtliche Kommunikationsbeziehungen zwischen den übrigen Kommunikationsvorrichtungen M2 - M6 können aufrechter- halten werden. Jeder Teilnehmer 1, 2, N bleibt somit ansprechbar. Im selteneren Fall eines Doppelfehlers innerhalb des Netzwerks, beispielsweise eines Ausfalls der Kommunikationsvorrichtungen Ml und M5, wird der Ring bzw. der Kreis in zwei Teile unterschiedlicher Größe zerlegt. Im Beispielsfall entsteht ein kleinerer Teil, welcher nur noch die Kommunikationsvorrichtung M3 aufweist, und ein größerer Teil, welcher die Kommunikationsvorrichtungen M2 , M4 und M6 aufweist. Zur Aufrechterhaltung der Kommunikation zwischen den Teilnehmern 1, 2, N innerhalb des Netzwerks steht also auch im Falle eines Doppelfehlers ein Teil des Netzwerks zur Verfügung, nämlich der genannte größere Teil mit den Kommunikationsvorrichtungen M2 , M4 und M6, welcher alle Teilnehmer miteinander verbindet. Das Prinzip, dass bei Doppelfehlern immer ein Netzwerkteil zur Abwicklung der Kommunikation zwischen sämtlichen Teilnehmern verfügbar bleibt, gilt für alle denkbaren Kombinationen von Doppelfehlern sowie bei beliebiger Teilnehmerzahl. Einzig im Falle eines Doppelfehlers, der beide Kommunikationsvorrichtungen ein und desselben Teilnehmers be- trifft, kann naturgemäß die Kommunikation mit diesem Teilnehmer nicht mehr aufrechterhalten werden. Aber auch in diesem Fall, in welchem das Netzwerk in zwei gleich große Teile geteilt würde, könnte die Kommunikation zwischen den übrigen Teilnehmern weiter aufrechterhalten bleiben.The idea on which the invention is based will be explained in more detail below with reference to FIG. The communication devices Ml-M6 of the first participants are coupled to one another by means of the point-to-point communication connections VI-V7 in such a way that a logical ring structure results. To illustrate the principle of the logical ring structure, the first subscribers 1, 2, N are shown in an overlapping manner in FIG. 1, so that the communication devices M1-M6 appear to be arranged in an approximately circular manner. The dashed illustration of the point-to-point communication connections V6, V7 indicates that the network can be expanded with any number of other subscribers without the advantages of the proposed embodiment being diminished. In the type of representation of the network chosen in FIG. 1, which emphasizes the logical principle, it becomes clear that the first subscribers 1, 2, N with their communication devices M1-M6 are arranged point-symmetrically from a logical point of view. The common point of symmetry is in the middle of the circle of communication devices Ml-M6 and point-to-point communication links VI-VI. This logically point-symmetrical arrangement ensures that exactly one communication device of each other participant is located on each of the two communication connections resulting from the coupling between the communication devices of a subscriber. The particular advantage of this logically point-symmetrical interconnection of the communication devices Ml-M6 is evident when considering error scenarios in the event of failure of the communication devices Ml-M6. In the event of a simple error, for example the failure of the communication device Ml, the circuit is separated at the location of the communication device Ml without negative consequences for the availability of the network. All communication relationships between the other communication devices M2 - M6 can be maintained. will hold. Each participant 1, 2, N thus remains accessible. In the rarer case of a double error within the network, for example a failure of the communication devices Ml and M5, the ring or the circle is broken down into two parts of different sizes. In the example, a smaller part is created, which only has the communication device M3, and a larger part, which has the communication devices M2, M4 and M6. In order to maintain communication between the subscribers 1, 2, N within the network, part of the network is also available in the event of a double fault, namely the larger part mentioned with the communication devices M2, M4 and M6, which connects all the subscribers to one another. The principle that in the case of double faults, a network part for handling communication between all participants always remains available, applies to all conceivable combinations of double faults and for any number of participants. Naturally, only in the case of a double error which affects both communication devices of the same subscriber, communication with this subscriber can no longer be maintained. But even in this case, in which the network would be divided into two parts of equal size, the communication between the other participants could continue to be maintained.
FIG 2 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel ein Netzwerk zur Kommunikation zwischen ersten Teilnehmern 1, 2, N, welche a- nalog zum Ausführungsbeispiel von FIG 1 zusammengeschaltet sind. Die in FIG 2 gewählte Darstellungsart berücksichtigt eine tatsächlich mögliche räumliche Ausgestaltung des Netzwerks. Die Teilnehmer 1, 2, N weisen zur Abwicklung der Kommunikationsaufgaben jeweils zwei Kommunikationsvorrichtungen Ml - Mβ auf. Jede dieser Kommunikationsvorrichtungen Ml - Mβ enthält im Ausführungsbeispiel mindestens zwei Schnittstellen Sl - S14, welche der Ankopplung an Punkt-zu-Punkt-2 shows, as a further exemplary embodiment, a network for communication between first subscribers 1, 2, N, which are interconnected analogously to the exemplary embodiment in FIG. The type of representation chosen in FIG. 2 takes into account an actually possible spatial configuration of the network. Participants 1, 2, N each have two communication devices Ml-Mβ for handling the communication tasks. In the exemplary embodiment, each of these communication devices M1-Mβ contains at least two interfaces S1-S14, which are used for coupling to point-to-point
Kommunikationsverbindungen VI - V7 dienen. Die jeweils gegenseitig redundanten Kommunikationsvorrichtungen Ml und M2, M3 und M4 bzw. M5 und M6 sind wechselseitig über Mittel zur Kommunikation Kl, K2 , KN gekoppelt.Communication connections VI - V7 serve. The mutually redundant communication devices M1 and M2, M3 and M4 or M5 and M6 are mutually coupled via communication means K1, K2, KN.
Anhand FIG 2 soll eine mögliche Ausgestaltungsform eines er- findungsgemäßen Netzwerks zur Kommunikation zwischen Teilnehmern 1, 2, N, 10 gezeigt werden, welches mehrere erste Teilnehmer 1, 2, N aufweist, welche jeweils eine erste Kommunikationsvorrichtung Ml, M3 , M5 und eine zur ersten redundante zweite Kommunikationsvorrichtung M2 , M4 , M6 aufweisen. Die jeweils zueinander redundanten Kommunikationsvorrichtungen Ml - Mβ können eine bauliche und/oder funktionale Einheit bilden. Eine Kommunikationsvorrichtung Ml - M6 kann als Kommunikationsmodul ausgeführt sein. Die Teilnehmer sind derart miteinander kommunikativ gekoppelt, dass alle ersten Kommunika- tionsvorrichtungen Ml, M3 , M5 in einer Reihenfolge und alle jeweiligen zweiten Kommunikationsvorrichtungen M2 , M4 , M6 in der gleichen Reihenfolge gekoppelt sind. Unter dem Begriff Reihenfolge ist hier eine linienförmige Reihe, eine Abfolge mit Anfang und Ende und festgelegten Plätzen innerhalb der Abfolge zu verstehen. Außerdem ist die erste Kommunikations- Vorrichtung M5 am Ende der Reihenfolge mit der zweiten Kommunikationsvorrichtung M2 am Anfang der Reihenfolge und die zweite Kommunikationsvorrichtung M6 am Ende der Reihenfolge mit der ersten Kommunikationsvorrichtung Ml am Anfang der Reihenfolge gekoppelt. Jede Kommunikationsvorrichtung Ml - M6 ist also mit genau einer Kommunikationsvorrichtung Ml - M6 eines anderen Teilnehmers gekoppelt. Im Ergebnis ergibt sich eine logisch ringförmige Struktur der Abfolge aus Kommunikationsvorrichtungen Ml - M6 und Punkt-zu-Punkt-Kommunikations- Verbindungen VI - V7 (siehe auch FIG 1) .2 shows a possible embodiment of a network according to the invention for communication between subscribers 1, 2, N, 10 which has a plurality of first subscribers 1, 2, N, each of which has a first communication device M1, M3, M5 and one for have first redundant second communication device M2, M4, M6. The mutually redundant communication devices Ml-Mβ can form a structural and / or functional unit. A communication device M1-M6 can be designed as a communication module. The subscribers are communicatively coupled to one another in such a way that all first communication devices M1, M3, M5 are coupled in one order and all respective second communication devices M2, M4, M6 in the same order. The term sequence here means a linear series, a sequence with a beginning and an end and fixed places within the sequence. In addition, the first communication device M5 at the end of the sequence is coupled to the second communication device M2 at the beginning of the sequence and the second communication device M6 at the end of the sequence is coupled to the first communication device Ml at the beginning of the sequence. Each communication device Ml-M6 is therefore coupled to exactly one communication device Ml-M6 of another subscriber. The result is a logically ring-shaped structure of the sequence of communication devices M1-M6 and point-to-point communication connections VI-V7 (see also FIG. 1).
FIG 3 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Netzwerks zur Kommunikation zwischen Teilnehmern, insbesondere zur Kommunikation zwischen Teilneh- mern mit redundanten Kommunikationsvorrichtungen und Teilnehmern mit nicht-redundanten Kommunikationsvorrichtungen. Die Teilnehmer 1, 2, N, 10 weisen zur Abwicklung der Kommunikati- onsaufgaben jeweils eine oder mehrere Kommunikationsvorrichtungen Ml - Mβ, MIO auf. Jede dieser Kommunikationsvorrichtungen Ml - Mβ, MIO enthält im Ausführungsbeispiel mindestens zwei Schnittstellen Sl - S14, welche der Ankopplung an Punkt- zu-Punkt-Kommunikationsverbindungen VI - V7 dienen. Redundante Kommunikationsvorrichtungen Ml - Mβ sind wechselseitig ü- ber Mittel zur Kommunikation Kl, K2 , KN gekoppelt. Das Netzwerk weist jedoch auch einen Teilnehmer 10 mit nicht- redundanter Kommunikationsvorrichtung MIO auf.3 shows a schematic representation of a further exemplary embodiment of a network for communication between subscribers, in particular for communication between subscribers with redundant communication devices and subscribers with non-redundant communication devices. The participants 1, 2, N, 10 have to process the communication on tasks each one or more communication devices Ml - Mβ, MIO. In the exemplary embodiment, each of these communication devices Ml-Mβ, MIO contains at least two interfaces S1-S14, which are used for coupling to point-to-point communication connections VI-V7. Redundant communication devices Ml-Mβ are mutually coupled by means of communication K1, K2, KN. However, the network also has a subscriber 10 with a non-redundant communication device MIO.
Die ersten Teilnehmer 1, 2, N des Ausführungsbeispiels gemäß FIG 3 sind so genannte systemredundante Komponenten, z. B. Komponenten eines Automatisierungssystems . Mit Systemredundanz ist hier eine Redundanz durch mehrfache Systemausführung gemeint. Die zur Ausführung von Kommunikationsaufgaben vorgesehenen Kommunikationsvorrichtungen Ml - Mβ der als systemredundant bezeichneten Teilnehmer 1, 2, N sind jeweils einfach redundant, d. h. in doppelter Ausführung pro Teilnehmer vorhanden. Dies sei am mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneten Teilnehmer näher erläutert. Die Kommunikationsaufgaben dieses Teilnehmers 1 werden durch die beiden Kommunikationsvorrichtungen Ml und M2 ausgeführt. Die Kommunikationsvorrichtungen Ml, M2 sind über Mittel zur Kommunikation Kl miteinander kommunikativ gekoppelt. Über die Mittel zur Kommunikation Kl, z. B. eine Busleitung, können die Kommunikationsvorrichtungen Ml, M2 somit Zustandsinformationen, Synchronisationssignale oder beliebige weitere Daten austauschen. Je nach Aufbau des Netzwerks zur Kommunikation können dabei beide Kommunikationsvorrichtungen Ml und M2 parallel und synchronisiert be- trieben werden oder können die anstehenden Kommunikationsaufgaben auch durch eine der Kommunikationsvorrichtungen Ml oder M2 alleine ausgeführt werden. Kann eine der Kommunikations- Vorrichtungen Ml oder M2 die ihm zugewiesenen Kommunikations- aufgaben aufgrund eines Fehlers oder anderer Ursachen nicht mehr erfüllen, werden diese Aufgaben innerhalb kürzester Zeit oder sogar ohne Zeitverzögerung von der jeweils anderen Kommunikationsvorrichtung Ml oder M2 übernommen. Die Kommunika- tionsvorrichtungen Ml und M2 können dabei die Funktionsfähigkeit der jeweiligen anderen Kommunikationsvorrichtung z. B. über die Mittel zur Kommunikation Kl überwachen oder können dem entsprechende Hinweise vom Teilnehmer 1 erhalten. Die Verfügbarkeit des Teilnehmers 1 wird somit durch einen Ausfall einer der Kommunikationsvorrichtungen Ml, M2 nicht beeinträchtigt. Das hier zum Teilnehmer 1 Gesagte gilt ebenso für die Teilnehmer 2 bis N. Die beliebige Anzahl von Teilnehmern 1, 2, N wird in FIG 3 durch die gestrichelt dargestell- ten Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindungen V6, V7 symbolisiert .The first participants 1, 2, N of the exemplary embodiment according to FIG. 3 are so-called system-redundant components, e.g. B. Components of an automation system. System redundancy here means redundancy due to multiple system execution. The communication devices Ml-Mβ provided for the execution of communication tasks of the subscribers 1, 2, N designated as system redundant are in each case simply redundant, that is to say in duplicate per subscriber. This will be explained in more detail on the subscriber identified by reference number 1. The communication tasks of this subscriber 1 are carried out by the two communication devices M1 and M2. The communication devices M1, M2 are communicatively coupled to one another by means of communication Kl. About the means of communication Kl, z. B. a bus line, the communication devices Ml, M2 can thus exchange status information, synchronization signals or any other data. Depending on the structure of the network for communication, both communication devices M1 and M2 can be operated in parallel and synchronized, or the pending communication tasks can also be carried out by one of the communication devices M1 or M2 alone. If one of the communication devices M1 or M2 can no longer perform the communication tasks assigned to it due to an error or other causes, these tasks are taken over by the other communication device M1 or M2 in a very short time or even without a time delay. The communication tion devices Ml and M2 can the functionality of the respective other communication device z. B. monitor via the means of communication Kl or can receive the appropriate information from the participant 1. The availability of the subscriber 1 is therefore not impaired by a failure of one of the communication devices M1, M2. What has been said here about subscriber 1 also applies to subscribers 2 to N. The arbitrary number of subscribers 1, 2, N is symbolized in FIG. 3 by the point-to-point communication connections V6, V7 shown in broken lines.
Im Ausführungsbeispiel von FIG 3 enthält das Netzwerk zur Kommunikation einen nicht systemredundanten Teilnehmer 10. Der nicht-redundante Teilnehmer 10 weist eine einzige Kommunikationsvorrichtung MIO auf. Sämtliche Kommunikationsvorrichtungen Ml - Mβ, MIO weisen Schnittstellen Sl - S14 auf, welche zur Kopplung der Kommunikationsvorrichtungen Ml - Mβ, MIO mit Kommunikationsverbindungen dienen. Sowohl Schnitt- stellen Sl - S14 als auch Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsver- bindungen VI - V7 ermöglichen eine bidirektionale Kommunikation. Um die durch diese Systemredundanz der Teilnehmer 1, 2, N erhöhte Zuverlässigkeit des Netzwerks weiter zu steigern, wird zusätzlich die so genannte Medienredundanz genutzt, ün- ter dem Begriff Medienredundanz soll hier eine Redundanz in der Netzwerk-Infrastruktur verstanden werden. In bisher bekannten Kommunikationsnetzwerken ist eine Mischung von systemredundanten und nicht systemredundanten Komponenten sehr aufwändig. Bei Netzwerken, welche gemäß dem Profibus-Standard aufgebaut sind, wird dafür beispielsweise ein spezieller Bus vorgesehen, welcher mit redundanten Master-Baugruppen separat verbunden ist. Dies führt zu Mehraufwendungen für zusätzliche Verkabelung und zusätzliche Komponenten. Bei dem hier dargestellten Netzwerk werden hingegen alle redundanten Kommunika- tionsvorrichtungen Ml - Mβ derart miteinander gekoppelt, dass jeweils eine der Kommunikationsvorrichtungen der anderen systemredundanten Teilnehmer 1, 2, N auf dem Verbindungsweg zwi- sehen den beiden Kommunikationsvorrichtungen eines Teilnehmers 1, 2, N liegt. Dazu wird die übliche linienförmige Struktur des Netzwerks durch die Punkt-zu-Punkt- Kommunikationsverbindungen VI und V2 in eine geschlossene Ringstruktur überführt. Nichtredundante Teilnehmer 10 werden einfach in diesen Ring eingekoppelt .In the exemplary embodiment of FIG. 3, the network for communication contains a non-system-redundant subscriber 10. The non-redundant subscriber 10 has a single communication device MIO. All communication devices Ml-Mβ, MIO have interfaces S1-S14, which serve to couple the communication devices Ml-Mβ, MIO with communication connections. Both interfaces S1-S14 and point-to-point communication connections VI-V7 enable bidirectional communication. In order to further increase the reliability of the network due to this system redundancy of the subscribers 1, 2, N, the so-called media redundancy is additionally used. The term media redundancy is understood here to mean redundancy in the network infrastructure. In previously known communication networks, a mixture of system-redundant and non-system-redundant components is very complex. For networks built according to the Profibus standard, a special bus is provided for this purpose, for example, which is connected separately with redundant master modules. This leads to additional expenses for additional cabling and additional components. In the network shown here, however, all redundant communication devices Ml-Mβ are coupled to one another in such a way that one of the communication devices of the other system-redundant participants 1, 2, N on the connection path between see the two communication devices of a participant 1, 2, N lies. For this purpose, the usual linear structure of the network is converted into a closed ring structure by the point-to-point communication connections VI and V2. Non-redundant participants 10 are simply coupled into this ring.
Der Vorteil dieser Struktur soll im Folgenden anhand des Beispiels einer Kommunikation zwischen dem Teilnehmer 1 und dem Teilnehmer 2 gezeigt werden. Im fehlerfreien Zustand desThe advantage of this structure will be shown below using the example of a communication between subscriber 1 and subscriber 2. When the
Netzwerks erfolgt die Kommunikation zwischen den Teilnehmern 1 und 2 entweder über die Kommunikationsvorrichtung Ml, die Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung V3 , die Kommunikationsvorrichtung MIO, die Kommunikationsverbindung V4 und die Kommunikationsvorrichtung M3 oder über den direkteren Weg aus Kommunikationsvorrichtung M2 , Punkt-zu-Punkt-Kommunikations- verbindung V5 und Kommunikationsvorrichtung M4. Im Falle eines Einfachfehlers, z. B. dem Ausfall der Kommunikations- vorrichtung MIO des Teilnehmers 10 kann die Kommunikation so- wohl im Fall einer Linienstruktur als auch im hier dargestellten Fall einer Ringstruktur über die Kommunikationsverbindung V5 und die entsprechenden Kommunikationsvorrichtungen M2 und M4 aufrechterhalten werden. Im Fall eines Zweifachfehlers, z. B. dem gleichzeitigen Ausfall der Kommunikationsvor- richtung MIO und der Kommunikationsvorrichtung M2 kann dieNetwork communication takes place between the participants 1 and 2 either via the communication device Ml, the point-to-point communication link V3, the communication device MIO, the communication link V4 and the communication device M3 or via the more direct route from the communication device M2, point-to-point Point communication connection V5 and communication device M4. In the case of a simple error, e.g. B. the failure of the communication device MIO of the subscriber 10, the communication can be maintained both in the case of a line structure and in the case shown here of a ring structure via the communication link V5 and the corresponding communication devices M2 and M4. In the case of a double fault, e.g. B. the simultaneous failure of the communication device MIO and the communication device M2 can
Kommunikation zwischen den Teilnehmern 1 und 2 im Falle einer klassischen Linienstruktur nicht aufrechterhalten werden. Die Auswirkungen eines solchen Doppelfehlers könnten eine Anlage zum Stillstand oder einen Prozess zum Erliegen bringen. Durch die hier vorgeschlagene Anordnung der Teilnehmer eines Netzwerks zur Kommunikation in Form einer geschlossenen Ringstruktur wird Derartiges verhindert. Im beschriebenen Fall des Ausfalls der Kommunikationsvorrichtungen MIO und M2 kann die Kommunikation über die Kommunikationsvorrichtung Ml, die Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung VI, die Kommunikationsvorrichtung M6, die Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsver- bindung V7 und die Kommunikationsvorrichtung M4 aufrechterhalten werden.Communication between participants 1 and 2 cannot be maintained in the case of a classic line structure. The effects of such a double fault could bring a plant to a standstill or a process to a standstill. This is prevented by the arrangement of the participants of a network for communication in the form of a closed ring structure proposed here. In the described case of the failure of the communication devices MIO and M2, the communication via the communication device M1, the point-to-point communication connection VI, the communication device M6, the point-to-point communication connection bond V7 and the communication device M4 are maintained.
Durch die immer häufiger eingesetzte Switch-Technologie (in sogenannten geschalteten Netzen), welche z.B. bei Verwendung von Ethernet-Systemen Anwendung findet, sind Auswirkungen eines Ausfalls einer Komponente eines Kommunikationsnetzwerks erheblicher als die Auswirkungen eines Ausfalls bei einem klassischen passiven Netz. Bei Integration der Switch- Funktionen lassen sich allerdings Redundanz-Mechanismen einbauen. Neben Medien-Redundanz gibt es auch System-Redundanz- Unterstützung, welche allerdings unabhängig von der Medien- Redundanz ist. Der Einsatz der Erfindung in geschalteten Netzen erhöht deren Zuverlässigkeit auf einfache Art und Weise. Beispiele für geschaltete Netze in denen die Erfindung einsetzbar ist sind RPR (Resilient Packet Ring) , FDDI (Fiber Distributed Data Interface) , Token Ring, Ethernet usw. Die Kommunikationsvorrichtungen Ml - Mβ, MIO können, z. B. als Switch, sowohl Datenweiterleitungsfunktionen erfüllen als auch, z. B. als DTE (Datenendeinrichtung) , Datenein-/aus- speisefunktionen (Quelle und Senke) . Mögliche Ausführungsformen von Kommunikationsvorrichtungen Ml - M6 , MIO sind z. B. Router, Switch, Hub u. Ä. , abhängig von der verwendeten Netzwerktechnologie und der Kommunikationsebene, in welcher die Erfindung realisiert wird. So wäre eine Kommunikationsvorrichtung auf Transportebene (z. B. TCP, Transmission Control Protocol) beispielsweise als Gateway realisiert, auf Netzwerkebene (z. B. IP, Internet Protocol) z. B. als Router, im Ethernet auf MAC-Ebene (MAC = Media Access Control) als Bridge und/oder Switch und auf physikalischer Ebene als Re- peater bzw. Hub. In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die jeweils zueinander redundanten Kommunikationsvorrichtungen Ml - M6 als schaltbare Elemente, z. B. als Switch, realisiert, welche jeweils einen oder mehrere Endkno- ten eines Teilnehmers 1, 2, N mit dem Netzwerk verbinden. Die Kompatibilität und die Leistungsfähigkeit des Netzwerks wird erhöht, wenn die Folge mit Kommunikationsvorrichtungen Ml - M6 der ersten Teilnehmer 1, 2, N, Kommunikationsvorrichtungen MIO der zweiten Teilnehmer 10 und Punkt-zu-Punkt- Kommunikationsverbindungen VI - V7 ein Bussystem bildet . Mindestens eine der an einem passiven Ring kommunizierenden Kommunikationsvorrichtungen Ml - M6, MIO sollte als Schaltstelle im Ring fungieren.Due to the increasingly common switch technology (in so-called switched networks), which is used, for example, when using Ethernet systems, the effects of a failure of a component of a communication network are more significant than the effects of a failure in a classic passive network. However, redundancy mechanisms can be built in when the switch functions are integrated. In addition to media redundancy, there is also system redundancy support, which is, however, independent of media redundancy. The use of the invention in switched networks increases its reliability in a simple manner. Examples of switched networks in which the invention can be used are RPR (Resilient Packet Ring), FDDI (Fiber Distributed Data Interface), Token Ring, Ethernet etc. The communication devices Ml-Mβ, MIO can e.g. B. as a switch, both perform data forwarding functions and, for. B. as DTE (data terminal equipment), data in / out functions (source and sink). Possible embodiments of communication devices Ml-M6, MIO are e.g. B. router, switch, hub and. Ä. , depending on the network technology used and the communication level in which the invention is implemented. For example, a communication device at the transport level (e.g. TCP, Transmission Control Protocol) would be implemented as a gateway, at the network level (e.g. IP, Internet Protocol) e.g. B. as a router, in the Ethernet at the MAC level (MAC = Media Access Control) as a bridge and / or switch and at the physical level as a repeater or hub. In a further embodiment of the invention, the mutually redundant communication devices Ml-M6 are switchable elements, for. B. realized as a switch, which each connect one or more end nodes of a subscriber 1, 2, N to the network. The compatibility and performance of the network is increased if the sequence forms a bus system with communication devices M1-M6 of the first subscribers 1, 2, N, communication devices MIO of the second subscribers 10 and point-to-point communication links VI-V7. At least one of the communication devices Ml-M6, MIO communicating on a passive ring should act as a switching point in the ring.
Die im Ausführungsbeispiel dargestellte Anzahl an Kommunikationsvorrichtungen Ml - Mβ, MIO pro Teilnehmer 1, 2, N, 10, an Schnittstellen Sl - S14 pro Kommunikationsvorrichtung Ml - M6, MIO sowie an redundanten und nicht redundanten Teilnehmern 1, 2, N, 10 am Kommunikationsnetzwerk wurde aus Gründen der besseren Darstellbarkeit gewählt, stellt aber keine Beschränkung der Erfindung auf die gewählten Ausführungen dar.The number of communication devices Ml-Mβ, MIO shown in the exemplary embodiment per subscriber 1, 2, N, 10, at interfaces S1-S14 per communication device Ml-M6, MIO and on redundant and non-redundant subscribers 1, 2, N, 10 on the communication network was chosen for reasons of better representation, but does not limit the invention to the selected embodiments.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung somit ein Netzwerk zur Kommunikation zwischen Teilnehmern 1, 2, N, 10. Um die Ver- fügbarkeit des Kommunikationsnetzwerks zu erhöhen, weist dieses mehrere erste Teilnehmer 1, 2, N auf, welche jeweils eine erste Kommunikationsvorrichtung Ml, M3 , M5 und eine zur ersten redundante zweite Kommunikationsvorrichtung M2 , M4 , M6 aufweisen, wobei die Teilnehmer derart miteinander kommunika- tiv gekoppelt sind, dass alle ersten Kommunikationsvorrichtungen Ml, M3 , M5 in einer Reihenfolge und alle jeweiligen zweiten Kommunikationsvorrichtungen M2 , M4 , M6 in der gleichen Reihenfolge gekoppelt sind und dass die erste Kommunikationsvorrichtung M5 am Ende der Reihenfolge mit der zweiten Kommunikationsvorrichtung M2 am Anfang der Reihenfolge und die zweite Kommunikationsvorrichtung M6 am Ende der Reihenfolge mit der ersten Kommunikationsvorrichtung Ml am Anfang der Reihenfolge gekoppelt ist. In summary, the invention thus relates to a network for communication between users 1, 2, N, 10. In order to increase the availability of the communication network, it has a plurality of first users 1, 2, N, each of which has a first communication device M1, M3, M5 and a second communication device M2, M4, M6 redundant to the first, the participants being communicatively coupled to one another in such a way that all first communication devices M1, M3, M5 in one order and all respective second communication devices M2, M4, M6 in that order are coupled in the same order and that the first communication device M1 at the end of the sequence is coupled to the second communication device M2 at the beginning of the sequence and the second communication device M6 at the end of the sequence is coupled to the first communication device M1 at the beginning of the sequence.

Claims

Patentansprüche claims
1. Netzwerk zur Kommunikation zwischen Teilnehmern (1, 2, N, 10), welches mehrere erste Teilnehmer (1, 2, N) aufweist, welche jeweils eine erste Kommunikationsvorrichtung (Ml, M3 , M5) und eine zur ersten redundante zweite Kommunikationsvorrichtung (M2, M4, M6) aufweisen, wobei die Teilnehmer derart miteinander kommunikativ gekoppelt sind, dass alle ersten Kommunikationsvorrichtungen (Ml, M3 , M5) in einer Reihenfolge und alle jeweiligen zweiten Kommunikationsvorrichtungen (M2, M4, M6) in der gleichen Reihenfolge gekoppelt sind und dass die erste Kommunikationsvorrichtung (M5) am Ende der Reihenfolge mit der zweiten Kommunikationsvorrichtung (M2) am Anfang der Reihenfolge und die zweite Kommunikationsvorrichtung (M6) am Ende der Reihenfolge mit der ersten Kommunikations- Vorrichtung (Ml) am Anfang der Reihenfolge gekoppelt ist.1. Network for communication between subscribers (1, 2, N, 10), which has a plurality of first subscribers (1, 2, N), each of which has a first communication device (M1, M3, M5) and a second communication device redundant to the first ( M2, M4, M6), the subscribers being communicatively coupled to one another in such a way that all first communication devices (M1, M3, M5) are coupled in one order and all respective second communication devices (M2, M4, M6) are coupled in the same order, and that the first communication device (M5) at the end of the sequence is coupled to the second communication device (M2) at the beginning of the sequence and the second communication device (M6) at the end of the sequence is coupled to the first communication device (Ml) at the beginning of the sequence.
2. Netzwerk nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Netzwerk mindestens einen zweiten Teilnehmer (10) aufweist, welcher mindestens eine nicht-redundante Kommunikationsvorrichtung (MIO) aufweist, wobei die nicht-redundante Kommunikationsvorrichtung (MIO) zwischen zwei der redundanten Kommunikationsvorrichtungen (Ml - M6) kommunikativ angekop- pelt ist.2. Network according to claim 1, characterized in that the network has at least one second subscriber (10), which has at least one non-redundant communication device (MIO), the non-redundant communication device (MIO) between two of the redundant communication devices (Ml - M6) is communicatively coupled.
3. Netzwerk nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass jede Kommunikationsvorrichtung (Ml - M6) jeweils mit ge- nau einer Kommunikationsvorrichtung (Ml - M6) eines anderen3. Network according to claim 1 or 2, ie, that each communication device (Ml - M6) each has exactly one communication device (Ml - M6) of another
Teilnehmers gekoppelt ist.Participant is coupled.
4. Netzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kommunikationsvorrichtungen (Ml - Mβ, MIO) mittels4. Network according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the communication devices (Ml - Mβ, MIO) by means of
Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindungen (VI - V7) gekoppelt sind. Point-to-point communication links (VI - V7) are coupled.
5. Netzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass Mittel zur Kommunikation (Kl, K2, KN) zwischen den jeweils zwei zueinander redundanten Kommunikationsmodulen (Ml - Mβ) der ersten Teilnehmer (1, 2, N) vorgesehen sind.5. Network according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that means for communication (Kl, K2, KN) between the two mutually redundant communication modules (Ml - Mβ) of the first participants (1, 2, N) are provided.
6. Netzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Zugriff auf Funktionen eines Teilnehmers (1, 2, N, 10) durch mehrere weitere Teilnehmer (1, 2, N, 10) vorgesehen ist .6. Network according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that an access to functions of a participant (1, 2, N, 10) is provided by several other participants (1, 2, N, 10).
7. Netzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Netzwerk ein geschaltetes Netzwerk ist.7. Network according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the network is a switched network.
8. Netzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kommunikationsvorrichtungen (Ml - M6, MIO) als Switch ausgeführt sind.8. Network according to one of the preceding claims, that the communication devices (Ml-M6, MIO) are designed as a switch.
9. Verwendung des Netzwerks nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Kommunikation in einem Automatisierungssystem. 9. Use of the network according to one of the preceding claims for communication in an automation system.
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