WO2020211921A1 - Method for transmitting data, network node, network, computer program and computer-readable medium - Google Patents

Method for transmitting data, network node, network, computer program and computer-readable medium Download PDF

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WO2020211921A1
WO2020211921A1 PCT/EP2019/059669 EP2019059669W WO2020211921A1 WO 2020211921 A1 WO2020211921 A1 WO 2020211921A1 EP 2019059669 W EP2019059669 W EP 2019059669W WO 2020211921 A1 WO2020211921 A1 WO 2020211921A1
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ports
network
port
network node
fan
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PCT/EP2019/059669
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Feng Chen
Franz-Josef GÖTZ
Marcel Kiessling
An Ninh NGUYEN
Jürgen Schmitt
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a method for data transmission in a particularly industrial network with several network nodes, in which protected connections are to be set up for a secured data transmission, with a particular maximum latency being calculated for ports of network nodes, and a fan in the calculation of the latency -In- number of ports is included.
  • the invention relates to a network node, a network, a computer program and a computer-readable medium.
  • the expansions of the TSN Time-Sensitive Networking, successor group of the AVB (Audio / Video Bridging Taskgroup) working group mean that periodic or cyclical transmissions, so-called streams, are particularly protected in the network by a secure, deterministic
  • Various hardware extensions were defined to enable a defined forwarding behavior for the selected protected connections, streams.
  • the stream reservation protocol (SRP, see IEEE 802.1 Q-2018) was introduced to set up protected connections, so that the mechanisms do not have to be set up manually and end devices can log on to a network.
  • An automatic configuration of SRP can guarantee a secure transmission within a certain maximum latency for streams with a successful reservation.
  • TSN includes a multitude of standards.
  • R an example in this context, in addition to reservation (IEEE 802.1 Q-2018, IEEE 802.1 Qcc), is time synchronization (IEEE 802.1 AS-REV) and frame preemption (IEEE 802.1 Q-2018).
  • a sender is also referred to as a talker and a receiver as a listener.
  • the amount of data with the same priority plays a role, as this can potentially delay the transmission.
  • the times until a stream transmission can be started can be accelerated by the preemption mechanism, the pausing of a data transmission with a lower priority and later continuation.
  • all incoming data packets / frames with the same priority from all other ports must be taken into account, since no further differentiation takes place within the class.
  • the stream message describes the amount of data for each stream with reference to a class. In this way, the amount of data currently used in the stream can be determined with a successful registration.
  • a maximum amount of data must be defined for each class. With AVB, for example, this can be 75% (standard value) of the available bandwidth.
  • streams can then be reserved up to the maximum bandwidth.
  • the parameter "msrpMaxFanlnPorts" was defined. By configuring a value smaller than the actually possible total number of receiving ports (n-1 for n ports), the maximum local latency can be reduced because the Number of ports from "msrpMaxFanlnPorts" is considered for the maximum latency.
  • This object is achieved in a method of the type mentioned in that one or more logical topologies for protected connections are set up in the network, and for at least one port of at least one network node it is determined how many of the other ports of the at least one network node are According to the established logical topology or topologies, data of one or more protected connections that are to be forwarded via the at least one port under consideration can be included, and the number of further ports thus determined as the number of fan-in ports in the calculation of the particular maximum latency for the at least one considered port is included.
  • the present invention is based on the knowledge that the logical topology used plays a role in the forwarding of data of protected connections, in particular stream data.
  • Several different logical topologies are possible, especially in networks with several applications. Only those for connecting one Logical topology required ports of a bridge are used and the stream announcement (also referred to as a stream description and given for example by a talker advertise) is only forwarded via these ports.
  • the basic idea of the present invention consists in taking into account or using the logical topologies set up in a network for an adaptation of the worst-case consideration.
  • the worst-case analysis is carried out with a correspondingly adapted, lower number of ports (worst-case number of receive ports).
  • the logical topologies are in a network e.g. by configuring a VLAN ID for each group (for example, one field bus segment with actuators and sensors and the associated, in particular, virtual control) using management or by configuring it through MVRP in the network, before the individual reservations of streams are made.
  • fan-in ports Only those of the other ports are preferred as fan-in ports and are included in the number of fan-in ports, which belong to at least one logical topology to which the respective port under consideration also belongs.
  • a maximum latency is calculated for the at least one considered port.
  • An accumulated latency in particular a maximum accumulated latency, can also be calculated.
  • the ports used in the logical network topologies and the ports to which end devices that communicate via the logical network topologies are connected are taken into account as possible fan-in ports.
  • An individual determination of the latency is carried out for each port of a device, in that each port is considered as a send port.
  • Network ports that are not used in the logical topologies of the (in each case considered) send port are, however, not considered / taken into account. In other words, in contrast to the state of the art, these ports are not included in the number of fan-in ports.
  • the fan-in port number determined according to the invention taking into account the logical topology (s) for at least one transmission port of stream data is then alternatively to a fan-in port number of n-1 (for network nodes with n ports) or alternatively to one Although it is reduced compared to n-1, it is used for the latency calculation in each case for an entire network node (for example in accordance with the “fanln limit”) specified number of fan-in ports.
  • ports that can be sent via the data of protected connections are considered individually and an associated number of fan-in ports is determined individually for them, taking into account the set up logical topology (s), there are also asymmetrical fan-in constellations -Port number possible, which is particularly advantageous in the industrial environment, where there is often a data exchange in a star-shaped constellation namely between a central control (or several provided at a central point, especially virtual controls) and several fieldbus segments is required.
  • more fan-in ports can be used for one or more considered (sending) ports of a network node according to the established logical topology (s) (for example, several virtual networks for the several fieldbus segments with associated control) belong to one or more other considered (send) ports, to which, for example, only one fan-in port belongs.
  • s logical topology
  • each port of a network node can in principle be both a send and receive port (and fan-in port) or can serve both as a send and receive port.
  • the maximum latency is to be determined for a port if data is to be forwarded / sent via this port, i.e. for a port if this has the role of a send or output port for the data transmission under consideration. If you consider a port as a send port, all other ports of the (respective) node - with regard to these ports as send ports - are possible receiving ports, via which data could in principle arrive that are to be forwarded via the port under consideration (send port).
  • a port is (in each case) considered which represents a transmission port for data from one or more protected connections.
  • the further ports in relation to the (each) considered send port are then (each) possible receive ports.
  • the transmit port or ports under consideration which each belong to one or more logical topologies or are located in one or more logical topologies, the number of receive ports that belong to the same logical topology (s) is determined. lie therein), i.e. also to the logical topology or topologies of the send port.
  • cal / virtual topologies which are particularly suitable for Stream reservation are set up in the network, the number of input / receiving ports, which can represent an additional latency for the forwarding device, can be limited or reduced compared to the prior art.
  • the delay in the local network node / the local bridge is adapted to the logical / virtual topology, which results in a lower forwarding time.
  • the shorter forwarding time means that fewer internal resources have to be reserved for a reservation (queue resources). This allows more protected connections, especially streams, to be reserved.
  • network node such as Bridges larger networks may be used or the application cycles may be reduced (increasing the quality of control) by a lower latency.
  • At least one protected connection can be set up which uses the port or ports as send ports, and data can be transmitted via this.
  • a network node can also be integrated into a device, for example a terminal.
  • a latency calculation can also be carried out in the manner according to the invention for one or more transmission ports of network nodes integrated in devices, for example terminals, taking into account one or more logical topologies set up in the network.
  • end devices with integrated network nodes are often given by simple field devices that include at least one sensor and / or at least one actuator or with at least one sensor and / or at least one Actuator connected or connectable, and preferably have an integrated switch.
  • An example of a protected connection is a stream as defined by the Audio / Video Bridging (AVB) Task Group and in particular by the Time-Sensitive Networking (TSN) Task Group in the international IEEE 802.1 standard.
  • a protected connection resources are or are appropriately reserved at the network nodes involved in a manner previously known from the prior art.
  • a protected connection is characterized in particular by a unique identifier assigned to this, in particular a stream identifier, preferably in the form of a stream ID.
  • an adapted number of fan-in ports is determined for several ports, preferably several network nodes, taking into account the logical topology or topologies set up in the network and used for the latency calculation for each of the several ports.
  • a further embodiment is characterized in that, for several ports, several network nodes are determined at how many of the further ports of the respective network node, based on the established logical topology or topologies, data from one or more protected connections via the respective port under consideration are to be forwarded, and the number of further ports determined in this way is included as the number of fan-in ports in the calculation of the maximum latency for each of the several ports considered.
  • each port which, according to the logical topology (s), represents or can represent a send port for data ge protected connections and preferably belongs to a network node with more than two ports.
  • it is therefore determined for each port that represents a send port for data from one or more protected connections according to the set up logical topology or topologies, at how many of the respective wide ren ports of the respective network node due to the established logical topology or topologies data of one or more protected connections that are to be forwarded via the respective port under consideration, and the number of further ports determined in this way as fan-in port number in the Calculation of the maximum latency for each of these ports is included.
  • the required latency information is then available for all transmission ports of data of protected connections, in particular stream data, belonging to the or at least one of the logical topologies set up.
  • each transmission port of each network node it is determined to how many of the further ports of the respective network node according to the established logical topology or topologies data of one or more protected connections that are to be forwarded via the respective port under consideration , and the number of additional ports determined in this way is included as the number of fan-in ports in the calculation of the maximum latency for each of these ports. It should be noted that this can be dispensed with for network nodes that only have two ports. Accordingly, this determination can be made for all network nodes with more than two ports.
  • the respective logical topology or the respective logical topology comprises in an advantageous embodiment a virtual network and / or a stream class or is given by a virtual network and / or a stream class.
  • the respective logical topology or the respective logical topology preferably comprises the entire or only a partial area of the physical network.
  • the or each of the virtual networks (VLANs) then expediently has a VLAN ID or the virtual network or networks are (each) configured by a VLAN ID.
  • Each virtual network usually has an active topology ("Active Topology" - according to IEEE 802.1 Q).
  • the logical topology to be considered is then in particular still restricted by the SRP domain (according to IEEE 802.1 Q).
  • For each stream class is the area in the network in which these is defined by SRP in the form of the SRP domain (see in particular the "SRPdomainBoundaryPort” value in the IEEE 802. IQ standard - Chapter 35 Stream Reservation Protocol (SRP)) and only includes connections between devices that support the respective stream class.
  • SRP Stream Reservation Protocol
  • the or in the case of several of the respective logical topology is also preferably one which is set up for a stream reservation in the network.
  • the respective logical topology can furthermore preferably belong to a coherent group of neighboring terminals and network nodes.
  • At least one logical topology can also be given by a virtual network configured for a group of terminals and network nodes, preferably with an associated VLAN ID. If a plurality of logical topologies are set up in the network, these can each be given by a virtual network configured for a group of terminals and, in particular, network nodes connecting them, preferably with an associated VLAN ID. Then at least one terminal and / or at least one network node can be part of at least two different groups. In other words, there can be overlaps, one or more terminals and / or one or more network nodes can be a member or part of more than one logical topolo
  • gie / associated group or belong to more than one logical topology / associated group.
  • the respective group or groups comprises a fieldbus segment with actuators and / or sensors and at least one associated, in particular virtual, controller.
  • the sensors and actuators must continue to be supplied with data, particularly when the controls (e.g. PLC) of fieldbus systems are virtualized.
  • the controls e.g. PLC
  • PLC controls
  • a logical topology belongs in particular, or a logical topology is defined by the corresponding group of terminals and network nodes.
  • a virtual network and / or a stream class can be set up for each fieldbus segment with control, which or which forms one of the several logical topologies in the network.
  • the procedure according to the invention has proven particularly advantageous for such a constellation.
  • At the transmission ports in particular of network nodes that are between the central industrial PC with the virtualized controls and the respective associated sensors and / or actuators, at least one direction, in particular in the direction of the sensors and / or actuators, can be based on the logical Topologies significantly lower number of ports can be determined.
  • a further advantageous embodiment ensures that data of protected connections to be forwarded via the respective send port of a respective network node cannot arrive at the respective network node via a number of receiving ports that exceeds the number of fan-in ports.
  • Monitoring or checking can be introduced to maintain the maximum number of ports.
  • a stream description can be distributed in the network to set up protected connections. Then every network node that receives a stream description via one of its ports (receiving port) and forwards it via another of its ports (sending port) can check whether the one ne port (receiving port) has already been taken into account for forwarding via the other port (sending port). In the event that one port (receiving port) has not yet been taken into account and the maximum number of ports has already been reached, it is preferred to provide the stream description with an error code.
  • the stream description is passed on (e.g. Talker Adver- tise, see IEEE 802.1) in the network, a check can also be made at each port (potential send port) to determine whether the associated receive port has already been taken into account for the forwarding at this port. If this is not the case and the maximum number of ports has already been reached, the stream description is provided with an error code (Talker Failed) and logins to the stream via this port are excluded. As soon as a reservation of a
  • the process corresponds to the checking of the available bandwidth defined in SRP when the stream description is passed on.
  • a check is made as to whether a registration to the stream would be possible with the current reserved bandwidth. If another stream is registered, this also changes and the check must also be repeated for all streams without a reservation. If the bandwidth for streams is no longer sufficient, the stream description (Talker Advertise) is marked with a Provide an error code (Talker Failed) and prevent the reservation for this stream in the further network via this port and the end devices are informed that the affected streams cannot be made available. Analogous to this, an intelligent "fan-in" check of the receiving ports can be implemented.
  • Another object of the invention is a network node which forms and / or is set up to carry out the method according to the invention.
  • the network node according to the invention can be, for example, a bridge or a switch.
  • the network node according to the invention expediently has at least two ports.
  • the network node according to the invention is furthermore preferably designed and / or set up to calculate a maximum latency, in particular, a number of fan-in ports being included in the calculation of the latency, and to determine how for at least one of its ports many of its other ports, based on one or more logical topologies for protected connections that are set up in a network in which the network node participates, can receive data from one or more protected connections that are to be forwarded via the at least one considered port, and to include the number of further ports determined in this way as the number of fan-in ports in the calculation of the maximum latency for the at least one considered port.
  • the invention also relates to a network, in particular for an automation system and / or manufacturing system, with one or more network nodes according to the invention.
  • the network includes, in particular, at least one, preferably several, controllers and associated field devices.
  • the network is expediently Ethernet-capable; it is in particular an Ethernet-based network.
  • the network or, in particular, at least the network nodes involved are preferably AVB- or TSN-capable, supports or support the device in particular protected connections with reserved network resources at the participating network nodes.
  • AVB and TSN are sufficiently known from the prior art.
  • a reservation protocol for example SRP and / or MSRP, in particular in accordance with IEEE 802.1 Q, is preferably used to set up or establish protected connections, in particular streams.
  • the network node or nodes according to the invention are preferably designed and / or set up accordingly.
  • the present invention also relates to a computer program which comprises program code means for performing the steps of the method according to the invention.
  • the subject matter of the invention is a computer-readable medium which comprises instructions which, when they are executed on at least one computer, cause the at least one computer to carry out the steps of the method according to the invention.
  • the computer-readable medium can be, for example, a CD-ROM or DVD or a USB or flash memory. It should be noted that a computer-readable medium should not be understood exclusively as a physical medium, but rather such a medium can also be present, for example, in the form of a data stream and / or a signal that represents a data stream.
  • FIG. 1 shows a purely schematic representation of an industrial network in which several logical topologies are set up
  • FIG. 2 shows several network nodes of an industrial network in a purely schematic representation
  • FIG. 3 shows the industrial network from FIG. 1, the associated number of fan-in ports being indicated on some transmission ports of some logical topologies;
  • FIG. 4 shows a purely schematic representation of a further industrial network.
  • FIG. 1 shows an industrial, Ethernet-based network with several network nodes B1-B9 in a purely schematic representation.
  • the network nodes B1-B10 support TSN standards, in particular the reservation of network resources for real-time data transmission with guaranteed latency, so that at least the segment of the network spanned by them is TSN-capable.
  • the network nodes B2-B10 are provided by bridges that form a redundant backbone network (segment) with or in a ring topology. Further networks or network segments (or sub-networks) 1, 2, 3 that do not support a TSN are connected to network node B2.
  • the network node Bl is a provided or implemented on the industrial PC 4 vir- Current switch (vSwitch).
  • the further network nodes B2-B10 are separate, physical bridges B2-B10 from the industrial PC 4.
  • programmable logic controllers 6 which are also separate from the industrial PC 4 and located elsewhere in the network, as well as a large number of distributed field devices with an integrated switch 7 or distributed field devices without an integrated switch 8, each comprising a sensor and / or actuator or being connected to such.
  • the controllers 5, 6 and the field devices 7, 8 represent end devices (in some cases end devices 7 with an integrated network node).
  • the actuators must cyclically receive control values in a manner known per se from one of the controllers 5, 6 in order to act accordingly on a technical process not shown in any further detail in the figures.
  • the technical process can be monitored in a well-known manner by means of the sensors. Specifically, these record measured values, which are also to be transmitted cyclically to an associated controller 5, 6.
  • the control values and the measured values are transmitted as user data content of data packets and the transmission must take place in real time.
  • protected connections in this case TSN streams in the sense of IEEE 802.1, are to be set up in the network. This includes the publication of stream announcements or stream descriptions, in particular in the form of talker advertisements, and the reservation of resources at the network nodes involved, specifically both on bridges B1-B9 and integrated switches of the field devices 7.
  • Each respective logical topology 9-13 is provided by a virtual network (VLAN), each with the associated VLAN ID and / or a stream class.
  • VLAN virtual network
  • Each logical topology 9-13 belongs to a coherent group of neighboring terminals 5-8 and network nodes, which in turn includes both the separate bridges B1-B9 and integrated switches. Specifically, each of the logical topologies 9-13 is given by a virtual network (VLAN) configured for a group G1-G5 of terminals 5-8 and network nodes B1-B10 with the associated VLAN ID.
  • VLAN virtual network
  • the group members belonging to the respective logical topology 9-13 are framed by a border line.
  • a solid line is used for the logical topology 9, a dash-dotted line for the logical topology 10, a double-dotted line for the logical topology 11, a dashed line for the logical topology 12 and a dotted line for the logical topology 13.
  • the groups G1-G5 and the associated logical topologies 9-13 are as follows in the exemplary embodiment described here.
  • the group G2 and logical topology 10 also include the vSPS 5 on the right in FIG. 1 on the industrial PC 4, the nodes B1-B7 and the three field devices 7, 8 arranged in a line topology at the bottom left in FIG the first field device 7 of the line is connected to the node B4.
  • the group G3 and logical topology 11 include the vSPS 5 on the left in FIG. 1 on the industrial PC 4, the nodes B1-B7 and the six field devices arranged in a ring topology 8, one of which is connected to node B5 and one of which is connected to node B6.
  • the group G4 and logical topology 12 include the lower controller 6 in FIG. 1, which is connected to the node B8 and the nodes B8-B10 and the five field devices 7, 8, which are connected to the nodes B8, B9 and B10, partly indirectly are connected via further field devices 7.
  • a terminal, specifically the lower physical control 6 in FIG. 1, and several of the bridges B1-B10 are each part of more than one group G1-G5, that is, each belong to more than one logical topology 9-13.
  • Each of the groups G1-G5 comprises a field bus segment with actuators and / or sensors and at least one controller 5, 6.
  • the logical topology 9 is used so that the physical control 6 can communicate with the higher-level virtualized control 5 belonging to group Gl on the industrial PC 4.
  • the logical topology 10 is used so that the three field devices 7, 8 can communicate with group G2 with the associated virtualized controller 5.
  • the logical topology 11 is used to enable the six field devices 7 of group G3 to communicate with the associated virtualized controller 5 on the industrial PC 4.
  • the logical topology 12 is used to ensure that the field devices 7, 8 of the group G4 can communicate with the associated local, physical controller 6 and the logical topology 13 that the three field devices 7, 8 of the group G5 with the associated local len, physical controller 6 can communicate.
  • Group G4 there is a local control with fieldbus communication and, in addition, communication between the local control 6 and the higher-level virtualized control 5 of group Gl.
  • Group G5 means that there is only purely local real-time communication in the associated virtual network (VLAN).
  • the volume of data with the same priority plays a role, as this can potentially delay the transmission.
  • all incoming data packets / frames with the same priority from all other ports P1-P5 must be taken into account, since there is no further differentiation within the class.
  • the stream message describes the amount of data for each stream with reference to a class. In this way, the amount of data currently used in the stream can be determined with a successful registration.
  • a maximum amount of data must be defined for each class. With AVB, for example, this can be 75% (standard value) of the available bandwidth.
  • streams can then be reserved up to the maximum bandwidth.
  • a frame / data packet from each receiving port and the maximum delay until the stream data begins to be sent are taken into account for the latency calculation.
  • the assumed number of fan-in receiving ports corresponds to the number of all ports of the node with the exception of the sending port (total number of ports of the node minus one or for a node with n ports n-1).
  • this creates a very large number of frames that (can) arrive at the same time for the worst-case scenario and therefore a high maximum latency.
  • the nodes B2 to B8 each have 8 ports. It should be noted that only some of the ports P1-P5 are shown in the figures and, for the sake of clarity, not all ports P1-P5 of all network nodes B1-B10 are provided with reference symbols in FIG.
  • the parameter "msrpMaxFanlnPorts" was defined. By configuring a value smaller than the actually possible total number of receiving ports (n-1 for n ports), the maximum local latency can be reduced because the Number of ports from "msrpMaxFanlnPorts" is considered for the maximum latency.
  • the logical topology used plays a role in forwarding data from protected connections, in particular stream data.
  • several different logical topologies 9- 13 possible as shown schematically in FIG. Only the ports of a bridge B2-B7 required to connect a logical topology 9-13 are used and the stream announcement (also referred to as a stream description and given, for example, by a talker advert) is only forwarded via these ports. If there is only one group, possible interference for a stream can only come from other streams in the same group.
  • the interference can come from all groups G1-G5 that use the transmission port (considered in each case). If these do not overlap, there is no influence.
  • FIG. 2 shows a further, purely exemplary industrial network. Only a few network nodes in the form of bridges B1-B7 are shown, but participating terminals are not shown again. In the example according to FIG. 2, three logical topologies 14, 15, 16 are set up in the network. Since these do not overlap in the scenario shown in FIG. 2, there is no mutual influence.
  • the nodes B1, B2 and B5 are again shown separately, with the number of ports P1-P4 used in the respective logical / virtual topology 14-16 being specified in addition to the nodes B1, B2, B5.
  • the invention therefore provides that for at least one port P1-P5 at least one network node B1-B10 is determined at how many of the further ports P1-P5 of the at least one network node B1-B10 according to the established logical topologies 9-16 data of one or more protected connections that are to be forwarded via the at least one considered port P1-P5, and the thus determined number of further ports P1-P5 as fan-in port number in the calculation of the in particular, maximum latency for the at least one considered port P1-P5 is included.
  • each port P1-P5 which, in accordance with the established logical topologies 9-16, represents a send port for data from one or more protected connections (and which in particular to a network node B2-B10 with more than two ports P1- P5 belongs) determines how many of the respective further ports P1-P5 of the respective network node B2-B10 according to the established logical topologies 9-16 data of one or more protected connections that are to be forwarded via the respective port PI PS can be received , and the number of further ports P1-P5 determined in this way flows into the calculation of the maximum latency for each of these ports as the number of fan-in ports.
  • FIG. 3 again shows the network according to FIG. 1, the resulting number of fan-in ports reduced in the manner according to the invention, at least for some ports P1-P5 of some network nodes B2-B10, for example, each directly next to ports P1-P5 is registered.
  • the procedure according to the invention has proven to be particularly advantageous when data exchange in a star-shaped constellation, for example between a central controller or several, in particular virtual controllers, provided at a central location and several fieldbus segments is required.
  • a star-shaped constellation for example between a central controller or several, in particular virtual controllers, provided at a central location and several fieldbus segments is required.
  • Such a constellation is shown purely schematically and by way of example in FIG.
  • an industrial PC 4 on which a total of four virtualized memory-programmable controllers 5 (vSPS) are provided or implemented, and which - as in FIGS. 1 and 3 - has an internal switch B1, via a separate bridge B2 a total of four field bus segments 17-20 is connected.
  • the bridge B2 is to be understood here as an example.
  • Each field bus segment 17-20 can comprise several field devices and further nodes, as shown in FIG.
  • the associated logical topologies 21-24 are here simply indicated by arrows with solid, dashed, dash-dotted or dotted lines.
  • fan-in ports in this case P2, P3, P4 and P5
  • many fan-in ports can belong to one or more fan-in ports (in this case P2, P3, P4 and P5), for example PI of node B2, according to the established logical topologies 21-24 several other considered (send) ports, for example P2, P3, P4 or P5, significantly fewer, in the present case only one, namely PI.
  • Such an “asymmetrical” number of fan-in ports is determined according to the invention and taken into account. The number of fan-in ports determined according to the invention is also entered in FIG. 4 next to the (transmission) port P1-P5.
  • rule / virtual topologies 9-16, 21-24 which are set up in particular for stream reservation in the network, the number of input / receiving ports, which can represent additional latency for forwarding, ge compared to the prior art can be significantly limited or . be reduced.
  • the delay in the local network node / the local bridge B2-B10 is passed on to the logi
  • At least one protected connection can be set up that uses the port (s) P1-P5 as send port, and data can be transmitted via this port in real time .
  • Monitoring or checking can be carried out to maintain the maximum number of ports. In particular, it can be ensured that data of protected connections to be forwarded via the respective send port P1-P5 of a respective network node B1-B10 cannot arrive at the respective network node B1-B10 via a number of reception ports PI PS that corresponds to the number of fan-in ports exceeds.
  • Every network node B1-B10 that receives a stream description via a port (receiving port) P1-P5 and forwards it via another port (sending port) P1-P5 can check whether the one port (receiving port) P1-P5 is suitable for forwarding via which has already been taken into account at the port (send port) P1-P5.
  • the stream description is preferably provided with an error code. As soon as a reservation of a
  • the process corresponds to the checking of the available bandwidth defined in SRP during the transfer the stream description.
  • a check is made as to whether a registration to the stream would be possible with the current reserved bandwidth. If another stream is registered, this also changes and the check must also be repeated for all streams without a reservation. If the bandwidth for streams is no longer sufficient, the stream description (Talker Advertise) is provided with an error code (Talker Failed) and the reservation for this stream in the further network via this port is prevented. Analogous to this, an intelligent "fan-in" check of the receiving ports can be implemented.
  • bridges B2-B7 from FIGS. 1 and 3 and nodes B1-B7 from FIG. 2 are all exemplary embodiments of network nodes according to the invention which are designed and / or set up to carry out the described exemplary embodiment of the method according to the invention.
  • FIGS. 1 to 3 are also exemplary embodiments of networks according to the invention.

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Abstract

The invention relates to a method for transmitting data in a network having a plurality of network nodes (B1-B10), in which network protected connections for secured data transmission with guaranteed latency are to be established, wherein: a latency is calculated for ports (P1-P5) of network nodes (B1-B10); the number of fan-in ports is incorporated into the calculation of the latency; and logical topologies (9-16, 21-24) for protected connections are established in the network, and for at least one port (P1-P5) of at least one network node (B1-B10), the number of other ports (P1-P5) is determined, at which data of one or more protected connections, which is to be forwarded via the at least one observed port (P1-P5), can arrive according to the established topologies (9-16, 21-24), and the number of other ports (P1-P5) thus determined is incorporated, as the number of fan-in ports, into the calculation of the maximum latency for the at least one observed port (P1-P5). The invention further relates to a network node (B2-B10), to a network, to a computer program and to a computer-readable medium.

Description

Beschreibung description
Verfahren zur Datenübertragung, Netzwerkknoten, Netzwerk, Computerprogramm und computerlesbares Medium Method for data transmission, network node, network, computer program and computer-readable medium
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Datenübertragung in einem insbesondere industriellen Netzwerk mit mehreren Netz werkknoten, in dem geschützte Verbindungen für eine gesicher te Datenübertragung einzurichten sind, wobei für Ports von Netzwerkknoten eine insbesondere maximale Latenz berechnet wird, und wobei in die Berechnung der Latenz eine Fan-In- Portanzahlmit einfließt. Darüber hinaus betrifft die Erfin dung einen Netzwerkknoten, ein Netzwerk, ein Computerprogramm und ein computerlesbares Medium. The invention relates to a method for data transmission in a particularly industrial network with several network nodes, in which protected connections are to be set up for a secured data transmission, with a particular maximum latency being calculated for ports of network nodes, and a fan in the calculation of the latency -In- number of ports is included. In addition, the invention relates to a network node, a network, a computer program and a computer-readable medium.
In der IEEE sind durch die Erweiterungen der Arbeitsgruppe TSN (Time-Sensitive Networking, Nachfolgegruppe der AVB- Arbeitsgruppe (Audio/Video Bridging Taskgroup) periodische bzw. zyklische Übertragungen, so genannte Streams, im Netz werk besonders geschützt, um eine gesicherte, deterministi sche Datenübertragung zu ermöglichen. Dazu wurden verschiede ne Erweiterungen der Hardware definiert, um eine definiertes Weiterleiteverhalten für die ausgewählten geschützten Verbin dungen, Streams, zu ermöglichen. Zur Einrichtung geschützter Verbindungen wurde das Stream Reservierungsprotokoll (SRP, siehe IEEE 802.1 Q-2018), eingeführt, damit die Mechanismen nicht manuell eingerichtet werden müssen, und sich Endgeräte an ein Netzwerk anmelden können. Durch eine automatische Kon figuration von SRP kann für Streams mit einer erfolgreichen Reservierung insbesondere eine gesicherte Übertragung inner halb einer bestimmten maximalen Latenz garantiert werden. Zu TSN gehört eine Vielzahl von Standards. Rein beispielhaft sei in diesem Zusammenhang neben der Reservierung (IEEE 802.1 Q- 2018, IEEE 802.1 Qcc) die Zeitsynchronisation (IEEE 802.1 AS- REV) und Frame-Preemption (IEEE 802.1 Q-2018) genannt. Im Rahmen von AVB bzw. TSN wird ein Sender auch als Talker und ein Empfänger als Listener bezeichnet. In the IEEE, the expansions of the TSN (Time-Sensitive Networking, successor group of the AVB (Audio / Video Bridging Taskgroup) working group mean that periodic or cyclical transmissions, so-called streams, are particularly protected in the network by a secure, deterministic Various hardware extensions were defined to enable a defined forwarding behavior for the selected protected connections, streams. The stream reservation protocol (SRP, see IEEE 802.1 Q-2018) was introduced to set up protected connections, so that the mechanisms do not have to be set up manually and end devices can log on to a network. An automatic configuration of SRP can guarantee a secure transmission within a certain maximum latency for streams with a successful reservation. TSN includes a multitude of standards. R an example in this context, in addition to reservation (IEEE 802.1 Q-2018, IEEE 802.1 Qcc), is time synchronization (IEEE 802.1 AS-REV) and frame preemption (IEEE 802.1 Q-2018). In the context of AVB or TSN, a sender is also referred to as a talker and a receiver as a listener.
Für die deterministische Weiterleitung innerhalb eines Netz werkknotens, insbesondere einer Bridge ist es notwendig, die maximale Verzögerungszeit innerhalb des Knotens zu bestimmen. Neben den Leitungslängen und der internen Verarbeitungszeit spielt dabei besonders die Datenmenge mit der gleichen Prio rität (In-Class Interference) eine Rolle, da diese potentiell die Übertragung verzögern kann. Die Zeiten bis eine Stream- übertragung gestartet werden kann, kann durch den Preemption- Mechanismus, dem Pausieren einer Datenübertragung mit gerin gerer Priorität und späteren Fortsetzung, beschleunigt wer den. Innerhalb der Klasse müssen jedoch alle ankommenden Da tenpakete/Frames mit der gleichen Priorität von allen anderen Ports berücksichtigt werden, da innerhalb der Klasse keine weitere Differenzierung erfolgt. For deterministic forwarding within a network node, especially a bridge, it is necessary to determine the maximum delay time within the node. In addition to the cable lengths and the internal processing time, the amount of data with the same priority (in-class interference) plays a role, as this can potentially delay the transmission. The times until a stream transmission can be started can be accelerated by the preemption mechanism, the pausing of a data transmission with a lower priority and later continuation. Within the class, however, all incoming data packets / frames with the same priority from all other ports must be taken into account, since no further differentiation takes place within the class.
Damit nicht bei jeder Anmeldung alle Verzögerungen neu be rechnet werden müssen, wird bei AVB eine Klasse eingeführt und der Worst-Case für die Latenzberechnung angenommen. Damit Aussagen über die Bandbreite gemacht werden können, wird in der Streamanmeldung die Datenmenge für jeden Stream mit Bezug auf eine Klasse beschrieben. Dadurch kann die momentan beleg te Datenmenge der Streams mit erfolgreicher Anmeldung be stimmt werden. In der Konfigurationsphase des Netzwerkes muss für jede Klasse eine maximale Datenmenge definiert werden. Dies kann beispielsweise bei AVB 75% (Standard-Wert) der zur Verfügung stehenden Bandbreite sein. Abhängig von den lokalen Ressourcen (FDB Einträge, Queue-Speicher) können dann Streams bis zu der maximalen Bandbreite reserviert werden. So that all delays do not have to be recalculated for each registration, a class is introduced at AVB and the worst case is assumed for the latency calculation. So that statements can be made about the bandwidth, the stream message describes the amount of data for each stream with reference to a class. In this way, the amount of data currently used in the stream can be determined with a successful registration. In the configuration phase of the network, a maximum amount of data must be defined for each class. With AVB, for example, this can be 75% (standard value) of the available bandwidth. Depending on the local resources (FDB entries, queue memory), streams can then be reserved up to the maximum bandwidth.
Für die Latenzberechnung wird in einem Worst-Case-Szenario ein Frame von jedem Empfangsport und die maximale Verzögerung bis zum Sendeanfang der Streamdaten berücksichtigt. Die ange nommene Fan-In-Empfangsportanzahl entspricht dann der Anzahl sämtlicher Porst des Knotens mit Ausnahme des Sendeports (Ge samtanzahl von Ports des Knotens minus eins bzw. für einen Knoten mit n Ports n-1) . Bei Knoten, insbesondere Bridges mit sehr vielen Ports entsteht so eine sehr große Anzahl von Fra mes, die für die Worst-Case Betrachtung gleichzeitig ankommen (können) und daher eine hohe maximale Latenz. In der Realität werden jedoch oftmals nicht sämtliche Ports der Netzwerkkno ten für geschützte Verbindungen genutzt. In diesem Fall stellt eine maximale Latenz, die unter der Annahme einer Fan- In-Portanzahl von sämtlichen möglichen Empfangsports, also n- 1 ermittelt wurde, praktisch eine „Überabschätzung" dar. In a worst-case scenario, one frame from each receiving port and the maximum delay until the stream data begins to be sent is taken into account for the latency calculation. The assumed number of fan-in receiving ports then corresponds to the number of all ports on the node with the exception of the send port (total number of ports on the node minus one or for one Node with n ports n-1). In the case of nodes, in particular bridges with a large number of ports, this creates a very large number of frames that (can) arrive at the same time for the worst-case scenario and therefore a high maximum latency. In reality, however, not all ports of the network nodes are used for protected connections. In this case, a maximum latency, which was determined assuming a number of fan-in ports from all possible receiving ports, i.e. n-1, practically represents an "overestimation".
Um die maximale Anzahl in der Konfigurationsphase zu begren zen, wurde der Parameter „msrpMaxFanlnPorts" definiert. Durch die Konfiguration eines kleineren Wertes als die tatsächlich mögliche Gesamt-Empfangsportanzahl (n-1 für n Ports) kann die maximale lokale Latenz verringert werden, da die Anzahl von Ports aus „msrpMaxFanlnPorts" für die maximale Latenz be trachtet wird. Die Anzahl von Ports aus „msrpMaxFanlnPorts" ist dabei gegenüber n-1 Ports reduziert. Beispielsweise kann für einen Netzwerkknoten, etwa eine Bridge mit 8 Ports (n-l=7 mögliche Empfangsports für eine Datenweiterleitung) eine re duzierte Anzahl von Ports aus „msrpMaxFanlnPorts" von 4 zu grunde gelegt werden. Eine solche reduzierte Anzahl von Ports gilt „global" für die jeweilige Bridge und damit für alle als Sendeports betrachtete bzw. dienende Ports. In order to limit the maximum number in the configuration phase, the parameter "msrpMaxFanlnPorts" was defined. By configuring a value smaller than the actually possible total number of receiving ports (n-1 for n ports), the maximum local latency can be reduced because the Number of ports from "msrpMaxFanlnPorts" is considered for the maximum latency. The number of ports from "msrpMaxFanlnPorts" is reduced compared to n-1 ports. For example, for a network node such as a bridge with 8 ports (nl = 7 possible receiving ports for data forwarding) a reduced number of ports from "msrpMaxFanlnPorts" of 4 should be laid as a basis. Such a reduced number of ports applies “globally” to the respective bridge and thus to all ports considered or serving as send ports.
In dem Aufsatz mit dem Titel „Calculating the Delay Added by Qav Stream Queue" (siehe In the article entitled "Calculating the Delay Added by Qav Stream Queue" (see
http : //www . ieee802. org/1 /files/public/ docs2009/av-fuller- queue-delay-calculation-0809-v02.pdf) ist die Delayberechnung für den bei AVB verwendeten CBSA Shaper beschrieben (CBSA steht dabei für Credit-based Shaper Algorithm) . Dort ist der Effekt einer geringeren/reduzierten Portanzahl durch den Pa rameter „fanlnLimit" angegeben. Zum damaligen Zeitpunkt war die Funktion der maximalen (reduziertem) Fan-In Portanzahl von MSRP noch nicht im endgültigen Standard definiert. In IEEE 802.1Q-2014 im Annex „L.3.1.2 Fan-in delay" ist der Ein fluss der Anzahl an Empfangsports auf die Latenz der Bridge definiert. Der genannte Aufsatz diente als Basis für den An- nex L. Die Konfiguration dieses Parameters ist jedoch vor der Inbetriebnahme des Netzwerkes notwendig. Bei einer Änderung im Betrieb ändert sich die lokale Latenz der Bridge, und so mit die „Accumulated Latency" (aufaddierte Latenz eines http: // www. ieee802. org / 1 / files / public / docs2009 / av-fuller- queue-delay-calculation-0809-v02.pdf) describes the delay calculation for the CBSA Shaper used by AVB (CBSA stands for Credit-based Shaper Algorithm). There, the effect of a lower / reduced number of ports is indicated by the "fanlnLimit" parameter. At that time, the function of the maximum (reduced) number of fan-in ports of MSRP was not yet defined in the final standard. In IEEE 802.1Q-2014 in the annex "L.3.1.2 Fan-in delay" is defined as the influence of the number of receiving ports on the latency of the bridge. The above article served as the basis for the nex L. However, this parameter must be configured before the network is commissioned. When there is a change in operation, the local latency of the bridge changes, and so does the "Accumulated Latency" (added latency of a
Streams entlang aller bisher passierten Bridges) der Streams durch die Bridge. Eine Änderung führt jedoch gemäß der Defi nition von AVB zu einem Fehler in der Stream Bekanntgabe (insbesondere Talker Advertise) und führt zum Abbau aller Re servierungen der betroffenen Streams die durch die Bridge im Netzwerk übertragen werden. Streams along all bridges passed so far) of the streams through the bridge. However, according to the definition of the AVB, a change leads to an error in the stream announcement (especially Talker Advertise) and leads to the removal of all reservations for the affected streams that are transmitted through the bridge in the network.
Ausgehend davon besteht Bedarf an einer besseren Worst-Case- Betrachtung . Based on this, there is a need for a better worst-case analysis.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Datenübertragung in einem insbesondere indust riellen Netzwerk anzugeben, welches eine verbesserte Worst- Case-Betrachtung ermöglicht. It is therefore an object of the present invention to specify a method for data transmission in an especially industrial network which enables an improved worst-case analysis.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass in dem Netzwerk eine oder mehrere logische Topologien für geschützte Verbindungen eingerichtet sind, und für wenigstens einen Port wenigstens eines Netz werkknotens ermittelt wird, an wie vielen der weiteren Ports des wenigstens einen Netzwerkknotens gemäß der eingerichteten logischen Topologie oder Topologien Daten einer oder mehrerer geschützter Verbindungen, die über den wenigstens einen be trachteten Port weiterzuleiten sind, eingehen können, und die so ermittelte Anzahl von weiteren Ports als Fan-In-Portanzahl in die Berechnung der insbesondere maximalen Latenz für den wenigstens einen betrachteten Port mit einfließt. This object is achieved in a method of the type mentioned in that one or more logical topologies for protected connections are set up in the network, and for at least one port of at least one network node it is determined how many of the other ports of the at least one network node are According to the established logical topology or topologies, data of one or more protected connections that are to be forwarded via the at least one port under consideration can be included, and the number of further ports thus determined as the number of fan-in ports in the calculation of the particular maximum latency for the at least one considered port is included.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass für die Weiterleitung von Daten geschützter Verbindungen, insbesondere Streamdaten, die verwendete logische Topologie eine Rolle spielt. Insbesondere in Netzwerken mit mehreren Anwendungen sind mehrere, verschiedene logische Topologien möglich. Dabei werden jeweils nur die zur Verbindung einer logischen Topologie benötigten Ports einer Bridge verwendet und die Streambekanntgabe (auch als Streambeschreibung be zeichnet und beispielsweise durch einen Talker Advertise ge geben) wird nur über diese Ports weitergeleitet. The present invention is based on the knowledge that the logical topology used plays a role in the forwarding of data of protected connections, in particular stream data. Several different logical topologies are possible, especially in networks with several applications. Only those for connecting one Logical topology required ports of a bridge are used and the stream announcement (also referred to as a stream description and given for example by a talker advertise) is only forwarded via these ports.
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, die in einem Netzwerk eingerichteten logischen Topologien für eine Anpassung der Worst-Case Betrachtung zu berücksichtigen bzw. zu nutzen. The basic idea of the present invention consists in taking into account or using the logical topologies set up in a network for an adaptation of the worst-case consideration.
Eine mögliche Interferenz für einen Stream kann bei einer Gruppe (eine logische Topologie existiert in der Regel für eine Gruppe zusammenhängender bzw. benachbarter Endgeräte und Netzwerkknoten) nur von anderen Streams der gleichen Gruppe kommen. Bei der Verwendung von mehreren Gruppen/mehreren lo gischen Topologien kann die Interferenz durch alle Grup pen/logische Topologien kommen, die den jeweiligen Sendeport verwenden. Wenn sich diese nicht überlagern, tritt keine ge genseitige Beeinflussung auf. Abhängig von den logischen To pologien in einem Netzwerk kann so eine viel geringere Por tanzahl für die Bestimmung der maximalen Latenz einer Bridge als Fan-In-Portanzahl verwendet werden, obwohl viele Ports Reservierungen für Streams durchführen. In the case of a group (a logical topology usually exists for a group of connected or neighboring end devices and network nodes), possible interference for a stream can only come from other streams in the same group. When using several groups / several logical topologies, the interference can come from all groups / logical topologies that use the respective send port. If these do not overlap, there is no mutual interference. Depending on the logical topologies in a network, a much smaller number of ports can be used to determine the maximum latency of a bridge than the number of fan-in ports, even though many ports make reservations for streams.
Daher wird abhängig von den eingerichteten logischen Topolo gien im Netzwerk die Worst-Case Betrachtung mit einer ent sprechend angepassten, geringeren Portanzahl (Worst-Case- Empfangsportanzahl ) durchgeführt. Die logischen Topologien sind in einem Netzwerk z.B. durch die Konfiguration einer VLAN ID für jede Gruppe (beispielsweise jeweils einem Feld bussegment mit Aktoren und Sensoren und zugehöriger insbeson dere virtueller Steuerung) mittels Management oder durch die Konfiguration durch MVRP im Netzwerk eingerichtet, bevor die einzelnen Reservierungen von Streams durchgeführt werden. Therefore, depending on the logical topologies set up in the network, the worst-case analysis is carried out with a correspondingly adapted, lower number of ports (worst-case number of receive ports). The logical topologies are in a network e.g. by configuring a VLAN ID for each group (for example, one field bus segment with actuators and sensors and the associated, in particular, virtual control) using management or by configuring it through MVRP in the network, before the individual reservations of streams are made.
Bevorzugt werden nur diejenigen der weiteren Ports als Fan- In-Ports erachtet und fließen in die Fan-In-Portanzahl ein, die zu wenigstens einer logischen Topologie gehören, zu der auch der oder der jeweilige betrachtete Port gehört. Only those of the other ports are preferred as fan-in ports and are included in the number of fan-in ports, which belong to at least one logical topology to which the respective port under consideration also belongs.
Es wird ferner insbesondere eine maximale Latenz für den we nigstens einen betrachteten Port berechnet. Es kann auch eine akkumulierte Latenz, insbesondere eine maximale akkumulierte Latenz berechnet werden. Furthermore, in particular a maximum latency is calculated for the at least one considered port. An accumulated latency, in particular a maximum accumulated latency, can also be calculated.
Für die Bestimmung der Portanzahl der Latenz für einen Sende port werden die verwendeten Ports der logischen Netzwerktopo logien und die Ports, an denen Endgeräte, die über die logi schen Netzwerktopologien kommunizieren, angeschlossen sind, als mögliche Fan-In-Ports berücksichtigt. Für jeden Port ei nes Gerätes wird eine individuelle Bestimmung der Latenz durchgeführt, indem jeder Port für sich als Sendeport be trachtet wird. Netzwerkports, die in den logischen Topologien des (jeweils betrachteten) Sendeports nicht verwendet werden, werden hingegen nicht betrachtet/berücksichtigt . Diese Ports fließen mit anderen Worten - im Gegensatz zum Stand der Tech nik - nicht in die Fan-In-Portanzahl ein. To determine the number of latency ports for a send port, the ports used in the logical network topologies and the ports to which end devices that communicate via the logical network topologies are connected are taken into account as possible fan-in ports. An individual determination of the latency is carried out for each port of a device, in that each port is considered as a send port. Network ports that are not used in the logical topologies of the (in each case considered) send port are, however, not considered / taken into account. In other words, in contrast to the state of the art, these ports are not included in the number of fan-in ports.
Die erfindungsgemäß unter Berücksichtigung der logischen To pologie (n) für wenigstens einen Sendeport von Streamdaten er mittelte Fan-In-Portanzahl wird dann alternativ zu einer Fan- In-Portanzahl von n-1 (für Netzwerkknoten mit n Ports) bzw. alternativ zu einer zwar gegenüber n-1 reduzierten, jedoch jeweils für einen gesamten Netzwerkknoten (etwa gemäß „fanln- Limit") festgelegten Fan-In-Portanzahl für die Latenzberech nung herangezogen. The fan-in port number determined according to the invention taking into account the logical topology (s) for at least one transmission port of stream data is then alternatively to a fan-in port number of n-1 (for network nodes with n ports) or alternatively to one Although it is reduced compared to n-1, it is used for the latency calculation in each case for an entire network node (for example in accordance with the “fanln limit”) specified number of fan-in ports.
Da erfindungsgemäß Ports, über die Daten geschützter Verbin dungen zu senden sein können, individuell betrachtet und für diese individuell eine zugehörige Fan-In-Portanzahl unter Be rücksichtigung der eingerichteten logischen Topologie (n) er mittelt wird, sind auch asymmetrische Konstellationen der Fan-In-Portanzahl möglich, was besonders im industriellen Um feld von großem Vorteil ist, wo vielfach ein Datenaustausch in einer sternförmigen Konstellation nämlich zwischen einer zentralen Steuerung (bzw. mehreren an zentraler Stelle vorge sehenen insbesondere virtuellen Steuerungen) und mehreren Feldbussegmenten erforderlich ist. In einem solchen Fall kön nen beispielsweise zu einem oder mehreren betrachteten (Sen de-) Ports eines Netzwerkknotens gemäß der eingerichteten lo gischen Topologie (n) (beispielsweise mehrere virtuelle Netz werke für die mehreren Feldbussegmente mit zugehörigen Steue rung) mehr Fan-In-Ports gehören, als zu einem oder mehreren anderen betrachteten ( Sende- ) Ports , zu denen beispielweise nur ein Fan-In-Port gehört. Since, according to the invention, ports that can be sent via the data of protected connections are considered individually and an associated number of fan-in ports is determined individually for them, taking into account the set up logical topology (s), there are also asymmetrical fan-in constellations -Port number possible, which is particularly advantageous in the industrial environment, where there is often a data exchange in a star-shaped constellation namely between a central control (or several provided at a central point, especially virtual controls) and several fieldbus segments is required. In such a case, for example, more fan-in ports can be used for one or more considered (sending) ports of a network node according to the established logical topology (s) (for example, several virtual networks for the several fieldbus segments with associated control) belong to one or more other considered (send) ports, to which, for example, only one fan-in port belongs.
Es sei angemerkt, dass jeder Port eines Netzwerkknotens prin zipiell sowohl Sende- als auch Empfangsport (und Fan-In-Port) sein kann bzw. sowohl als Sende- als auch als Empfangsport dienen kann. Die maximale Latenz ist für einen Port zu ermit teln, wenn über diesen Daten weiterzuleiten/zu senden sind, also für einen Port, wenn diesem für die betrachtete Daten übertragung die Rolle eines Sende- bzw. Ausgangsports zu kommt. Betrachtet man einen Port als Sendeport, sind alle weiteren Ports des (jeweiligen) Knotens - in Bezug auf diesen Ports als Sendeport - mögliche Empfangsports, über die prin zipiell Daten ankommen könnten, die über den betrachteten Port (Sendeport) weiterzuleiten sind. It should be noted that each port of a network node can in principle be both a send and receive port (and fan-in port) or can serve both as a send and receive port. The maximum latency is to be determined for a port if data is to be forwarded / sent via this port, i.e. for a port if this has the role of a send or output port for the data transmission under consideration. If you consider a port as a send port, all other ports of the (respective) node - with regard to these ports as send ports - are possible receiving ports, via which data could in principle arrive that are to be forwarded via the port under consideration (send port).
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird (jeweils) ein Port betrachtet, der einen Sendeport für Daten einer oder mehrerer geschützten Verbindungen darstellt. Die in Bezug auf den (je weils) betrachteten Sendeport weiteren Ports sind dann (je weils) mögliche Empfangsports. Es wird für den oder die be trachteten Sendeports, die jeweils zu einer oder mehreren lo gischen Topologien gehören bzw. in einer oder mehreren logi schen Topologien liegen, diejenige Anzahl von Empfangsports ermittelt, die zu der bzw. den gleichen logischen Topologien gehören (bzw. darin liegen), also ebenfalls zu der oder den logischen Topologien des Sendeports. In the context of the present invention, a port is (in each case) considered which represents a transmission port for data from one or more protected connections. The further ports in relation to the (each) considered send port are then (each) possible receive ports. For the transmit port or ports under consideration, which each belong to one or more logical topologies or are located in one or more logical topologies, the number of receive ports that belong to the same logical topology (s) is determined. lie therein), i.e. also to the logical topology or topologies of the send port.
Durch die erfindungsgemäße Berücksichtigung von logi By considering logi
schen/virtuellen Topologien, welche insbesondere für die Streamreservierung im Netzwerk eingerichtet sind, kann die Anzahl an Eingangs-/Empfangsports, welche für die Weiterlei tung eine zusätzliche Latenz darstellen können, gegenüber dem Stand der Technik beschränkt bzw. reduziert werden. Die Ver zögerung in dem lokalen Netzwerkknoten/der lokalen Bridge wird an die logische/virtuelle Topologie angepasst, wodurch sich eine geringere Weiterleitezeit ergibt. cal / virtual topologies, which are particularly suitable for Stream reservation are set up in the network, the number of input / receiving ports, which can represent an additional latency for the forwarding device, can be limited or reduced compared to the prior art. The delay in the local network node / the local bridge is adapted to the logical / virtual topology, which results in a lower forwarding time.
Durch die geringere Weiterleitezeit müssen weniger interne Ressourcen für eine Reservierung (Queue Ressourcen) vorgehal ten werden. Dadurch können mehr geschützte Verbindungen, ins besondere Streams reserviert werden. The shorter forwarding time means that fewer internal resources have to be reserved for a reservation (queue resources). This allows more protected connections, especially streams, to be reserved.
Da die Latenz für EchtZeitanwendungen eine wichtige Rolle spielt, können durch eine geringere Latenz einzelner Netz werkknoten, etwa Bridges größere Netzwerke verwendet werden oder die Anwendungszyklen können verkleinert werden (erhöht die Qualität der Steuerung) . Since the latency for real-Z eitanwendungen plays an important role, individual network can network node, such as Bridges larger networks may be used or the application cycles may be reduced (increasing the quality of control) by a lower latency.
Im Anschluss an die erfindungsgemäße Berechnung der insbeson dere maximalen Latenz eines betrachteten Ports, bevorzugt mehrerer betrachteter Ports kann wenigstens eine geschützte Verbindung eingerichtet werden, welche den bzw. die Ports als Sendeports nutzt, und es können Daten über diese übertragen werden . Following the calculation according to the invention of the particular maximum latency of a port under consideration, preferably a plurality of ports under consideration, at least one protected connection can be set up which uses the port or ports as send ports, and data can be transmitted via this.
Ein Netzwerkknoten kann auch in ein Gerät, etwa ein Endgerät integriert sein. Auch für einen oder mehrere Sendeports von in Geräte, etwa Endgeräte integrierten Netzwerkknoten kann eine Latenzberechnung auf die erfindungsgemäße Weise unter Berücksichtigung von einer oder mehreren im Netzwerk einge richteten logischen Topologien erfolgen. A network node can also be integrated into a device, for example a terminal. A latency calculation can also be carried out in the manner according to the invention for one or more transmission ports of network nodes integrated in devices, for example terminals, taking into account one or more logical topologies set up in the network.
Endgeräte mit integriertem Netzwerkknoten sind in industriel len Netzwerken oftmals durch einfache Feldgeräte gegeben, die wenigstes einen Sensor und/oder wenigstens einen Aktor umfas sen bzw. mit wenigstes einem Sensor und/oder wenigstens einem Aktor verbunden oder verbindbar sind, und bevorzugt einen in tegrierten Switch haben. In industrial networks, end devices with integrated network nodes are often given by simple field devices that include at least one sensor and / or at least one actuator or with at least one sensor and / or at least one Actuator connected or connectable, and preferably have an integrated switch.
Ein Beispiel einer geschützten Verbindung ist ein Stream, wie er von der Audio/Video Bridging (AVB) Task Group und insbe sondere von der Time-Sensitive Networking (TSN) Task Group in der internationalen Norm IEEE 802.1 festgelegt ist. Für eine geschützte Verbindung sind bzw. werden zweckmäßiger Weise in aus dem Stand der Technik vorbekannter Weise Ressourcen an den beteiligten Netzwerkknoten reserviert. Eine geschützte Verbindung zeichnet sich insbesondere durch einen dieser zu geordneten eindeutigen Kenner, insbesondere einen Stream- Kenner bevorzugt in Form einer Stream-ID aus. An example of a protected connection is a stream as defined by the Audio / Video Bridging (AVB) Task Group and in particular by the Time-Sensitive Networking (TSN) Task Group in the international IEEE 802.1 standard. For a protected connection, resources are or are appropriately reserved at the network nodes involved in a manner previously known from the prior art. A protected connection is characterized in particular by a unique identifier assigned to this, in particular a stream identifier, preferably in the form of a stream ID.
Selbstverständlich ist es möglich, dass für mehrere Ports be vorzugt mehrerer Netzwerkknoten jeweils eine angepasste Fan- In-Portanzahl unter erfindungsgemäßer Berücksichtigung der im Netzwerk eingerichteten logischen Topologie bzw. Topologien ermittelt und für die Latenzberechnung für jeden der mehreren Ports herangezogen wird. Entsprechend zeichnet sich eine wei tere Ausführungsform dadurch aus, dass für mehrere Porst meh rerer Netzwerkknoten jeweils ermittelt wird, an wie vielen der weiteren Ports des jeweiligen Netzwerkknotens aufgrund der eingerichteten logischen Topologie oder Topologien Daten einer oder mehrerer geschützter Verbindungen, die über den jeweils betrachteten Port weiterzuleiten sind, eingehen kön nen, und die so ermittelte Anzahl von weiteren Ports als Fan- In-Portanzahl in die Berechnung der maximalen Latenz für je den der mehreren betrachten Ports mit einfließt. Of course, it is possible that an adapted number of fan-in ports is determined for several ports, preferably several network nodes, taking into account the logical topology or topologies set up in the network and used for the latency calculation for each of the several ports. Correspondingly, a further embodiment is characterized in that, for several ports, several network nodes are determined at how many of the further ports of the respective network node, based on the established logical topology or topologies, data from one or more protected connections via the respective port under consideration are to be forwarded, and the number of further ports determined in this way is included as the number of fan-in ports in the calculation of the maximum latency for each of the several ports considered.
Besonders bevorzugt geschieht dies für jeden Port, der gemäß der logischen Topologie (n) einen Sendeport für Daten ge schützter Verbindungen darstellt bzw. darstellen kann und be vorzugt zu einem Netzwerkknoten mit mehr als zwei Ports ge hört. In Weiterbildung wird daher für jeden Port, der gemäß der eingerichteten logischen Topologie oder Topologien einen Sendeport für Daten einer oder mehrerer geschützter Verbin dungen darstellt ermittelt, an wie vielen der jeweils weite- ren Ports des jeweiligen Netzwerkknotens aufgrund der einge richteten logischen Topologie oder Topologien Daten einer o- der mehrerer geschützter Verbindungen, die über den jeweils betrachteten Port weiterzuleiten sind, eingehen können, und die so ermittelte Anzahl von weiteren Ports als Fan-In- Portanzahl in die Berechnung der maximalen Latenz für jeden dieser Ports mit einfließt. Dann liegt die erforderliche La tenzinformation für alle zu der oder wenigstens einer der eingerichteten logischen Topologien gehörigen Sendeports von Daten geschützter Verbindungen, insbesondere Streamdaten vor. This is particularly preferably done for each port which, according to the logical topology (s), represents or can represent a send port for data ge protected connections and preferably belongs to a network node with more than two ports. In a further development, it is therefore determined for each port that represents a send port for data from one or more protected connections according to the set up logical topology or topologies, at how many of the respective wide ren ports of the respective network node due to the established logical topology or topologies data of one or more protected connections that are to be forwarded via the respective port under consideration, and the number of further ports determined in this way as fan-in port number in the Calculation of the maximum latency for each of these ports is included. The required latency information is then available for all transmission ports of data of protected connections, in particular stream data, belonging to the or at least one of the logical topologies set up.
Auch ist es möglich, dass in einem Netzwerk für jeden Sende port jedes Netzwerkknotens ermittelt wird, an wie vielen der jeweils weiteren Ports des jeweiligen Netzwerkknotens gemäß der eingerichteten logischen Topologie oder Topologien Daten einer oder mehrerer geschützter Verbindungen, die über den jeweils betrachteten Port weiterzuleiten sind, eingehen kön nen, und die so ermittelte Anzahl von weiteren Ports als Fan- In-Portanzahl in die Berechnung der maximalen Latenz für je den dieser Ports mit einfließt. Es sei angemerkt, dass für Netzwerkknoten, die nur zwei Ports aufweisen, hierauf ver zichtet werden kann. Entsprechend kann diese Ermittlung für alle Netzwerkknoten mit mehr als zwei Ports erfolgen. It is also possible that in a network for each transmission port of each network node it is determined to how many of the further ports of the respective network node according to the established logical topology or topologies data of one or more protected connections that are to be forwarded via the respective port under consideration , and the number of additional ports determined in this way is included as the number of fan-in ports in the calculation of the maximum latency for each of these ports. It should be noted that this can be dispensed with for network nodes that only have two ports. Accordingly, this determination can be made for all network nodes with more than two ports.
Die oder die jeweilige logische Topologie umfasst in vorteil hafter Ausgestaltung ein virtuelles Netzwerk und/oder eine Streamklasse oder ist durch ein virtuelles Netzwerk und/oder eine Streamklasse gegeben. Die oder die jeweilige logische Topologie umfasst bevorzugt das gesamte oder nur einen Teil bereich des physikalischen Netzwerkes. Zu dem oder jedem der virtuellen Netzwerke (VLANs) gehört dann zweckmäßiger Weise jeweils eine VLAN ID bzw. das oder die virtuellen Netzwerke sind (jeweils) durch eine VLAN ID konfiguriert. Zu jedem vir tuellen Netzwerk gehört in der Regel eine aktive Topologie („Active Topology" - gemäß IEEE 802.1 Q) . Die zu betrachtende logische Topologie ist dann insbesondere weiterhin durch die SRP domain (gemäß IEEE 802.1 Q) ein-geschränkt . Für jede Streamklasse ist der Bereich im Netzwerk, indem diese unter- stützt wird, durch SRP in Form der SRP Domain definiert (sie he insbesondere der „SRPdomainBoundaryPort" Wert im Standard IEEE 802. IQ - Kapitel 35 Stream Reservation Protocol (SRP)) und umfasst nur Verbindungen zwischen Geräten, welche die je weilige Streamklasse unterstützen. The respective logical topology or the respective logical topology comprises in an advantageous embodiment a virtual network and / or a stream class or is given by a virtual network and / or a stream class. The respective logical topology or the respective logical topology preferably comprises the entire or only a partial area of the physical network. The or each of the virtual networks (VLANs) then expediently has a VLAN ID or the virtual network or networks are (each) configured by a VLAN ID. Each virtual network usually has an active topology ("Active Topology" - according to IEEE 802.1 Q). The logical topology to be considered is then in particular still restricted by the SRP domain (according to IEEE 802.1 Q). For each stream class is the area in the network in which these is defined by SRP in the form of the SRP domain (see in particular the "SRPdomainBoundaryPort" value in the IEEE 802. IQ standard - Chapter 35 Stream Reservation Protocol (SRP)) and only includes connections between devices that support the respective stream class.
Bei der bzw. im Falle mehrerer der jeweiligen logische Topo logie handelt es sich weiterhin bevorzugt um eine solche, die für eine Streamreservierung in dem Netzwerk eingerichtet ist. The or in the case of several of the respective logical topology is also preferably one which is set up for a stream reservation in the network.
Die oder im Falle mehrerer die jeweilige logische Topologie kann weiterhin bevorzugt zu einer zusammenhängenden Gruppe benachbarter Endgeräte und Netzwerkknoten gehören. The or, in the case of more than one, the respective logical topology can furthermore preferably belong to a coherent group of neighboring terminals and network nodes.
Es kann auch wenigstens eine logische Topologie durch ein für eine Gruppe von Endgeräten und Netzwerkknoten konfiguriertes virtuelles Netzwerk, bevorzugt mit zugehöriger VLAN ID gege ben sein. Wenn mehrere logische Topologien in dem Netzwerk eingerichtet sind, können diese jeweils durch ein für eine Gruppe von Endgeräten und diese insbesondere verbindende Netzwerkknoten konfiguriertes virtuelles Netzwerk bevorzugt mit zugehöriger VLAN ID gegeben sein. Dann kann zumindest ein Endgerät und/oder zumindest ein Netzwerkknoten Teil von we nigstens zwei verschiedenen Gruppen sein. Mit anderen Worten können Überschneidungen vorliegen, eines oder mehrere Endge räte und/oder einer oder mehrere Netzwerkknoten können Mit glied bzw. Teil von mehr als einer logischen Topolo At least one logical topology can also be given by a virtual network configured for a group of terminals and network nodes, preferably with an associated VLAN ID. If a plurality of logical topologies are set up in the network, these can each be given by a virtual network configured for a group of terminals and, in particular, network nodes connecting them, preferably with an associated VLAN ID. Then at least one terminal and / or at least one network node can be part of at least two different groups. In other words, there can be overlaps, one or more terminals and / or one or more network nodes can be a member or part of more than one logical topolo
gie/zugehörigen Gruppe sein bzw. zu mehr als einer logischen Topologie/zugehörigen Gruppe gehören. gie / associated group or belong to more than one logical topology / associated group.
Die oder die jeweilige Gruppe umfasst in weiterer vorteilhaf ter Ausgestaltung ein Feldbussegment mit Aktoren und/oder Sensoren und wenigstens einer zugehörigen, insbesondere vir tuellen Steuerung. In a further advantageous embodiment, the respective group or groups comprises a fieldbus segment with actuators and / or sensors and at least one associated, in particular virtual, controller.
Insbesondere bei der Virtualisierung der Steuerungen (etwa SPS) von Feldbussystemen müssen die Sensoren und Aktoren wei terhin mit Daten versorgt werden. Sind mehrere Feldbussegmen- te mit Sensoren und/oder Aktoren und jeweils wenigstens einer zugehörigen Steuerung (SPS) vorhanden, und sind die Steuerun gen virtualisiert an einer zentralen Stelle implementiert, etwa auf einem zentralen leistungsfähigen Industrie-PC, ergibt sich die Verbindung von allen Feldbussegmenten zu dem Industrie PC, also eine sternförmige Konfiguration. Zu jedem Feldbussegment einschließlich der jeweiligen virtualisierten Steuerung gehört dann insbesondere eine logische Topologie bzw. durch die entsprechende Gruppe von Endgeräten und Netz werkknoten wird eine logische Topologie definiert. Es kann insbesondere für jedes Feldbussegment mit Steuerung ein vir tuelles Netzwerk und/oder eine Streamklasse eingerichtet sein, welches bzw. welche eine der mehreren logischen Topolo gien im Netzwerk bildet. Für eine solche Konstellation hat sich die erfindungsgemäße Vorgehensweise als besonders vor teilhaft erwiesen. An den Sendeports insbesondere von Netz werkknoten, die zwischen dem zentralen Industrie-PC mit den virtualisierten Steuerungen und den jeweiligen zugehörigen Sensoren und/oder Aktoren liegen, kann zumindest in eine Richtung, insbesondere in Richtung der Sensoren und/oder Ak toren eine aufgrund der logischen Topologien deutliche gerin gere Portanzahl ermittelt werden. The sensors and actuators must continue to be supplied with data, particularly when the controls (e.g. PLC) of fieldbus systems are virtualized. Are several fieldbus segments te with sensors and / or actuators and at least one associated controller (PLC) are available, and if the controls are implemented in a virtualized manner at a central point, for example on a high-performance industrial PC, all fieldbus segments are connected to the industrial PC , so a star-shaped configuration. For each fieldbus segment including the respective virtualized controller, a logical topology belongs in particular, or a logical topology is defined by the corresponding group of terminals and network nodes. In particular, a virtual network and / or a stream class can be set up for each fieldbus segment with control, which or which forms one of the several logical topologies in the network. The procedure according to the invention has proven particularly advantageous for such a constellation. At the transmission ports, in particular of network nodes that are between the central industrial PC with the virtualized controls and the respective associated sensors and / or actuators, at least one direction, in particular in the direction of the sensors and / or actuators, can be based on the logical Topologies significantly lower number of ports can be determined.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird gewähr leistet, dass über den jeweiligen Sendeport eines jeweiligen Netzwerkknotens weiterzuleitende Daten geschützter Verbindun gen nicht über eine Anzahl von Empfangsports an dem jeweili gen Netzwerkknoten ankommen kann, welche die Fan-In- Portanzahlüberschreitet . A further advantageous embodiment ensures that data of protected connections to be forwarded via the respective send port of a respective network node cannot arrive at the respective network node via a number of receiving ports that exceeds the number of fan-in ports.
Zur Einhaltung der maximalen Portanzahl kann eine Überwachung bzw. Überprüfung eingeführt werden. Monitoring or checking can be introduced to maintain the maximum number of ports.
Für die Einrichtung geschützter Verbindungen kann jeweils ei ne Streambeschreibung im Netzwerk verteilt werden. Dann kann jeder Netzwerkknoten, der eine Streambeschreibung über einen seiner Ports empfängt (Empfangsport) und über einen anderen seiner Ports weiterleitet (Sendeport) , überprüfen, ob der ei- ne Port (Empfangsport) für die Weiterleitung über den anderen Port (Sendeport) bereits berücksichtigt wurde. Bevorzugt wird für den Fall, dass der eine Port (Empfangsport) noch nicht berücksichtigt wurde und die maximale Portanzahl schon er reicht ist, die Streambeschreibung mit einem Fehlercode ver sehen . A stream description can be distributed in the network to set up protected connections. Then every network node that receives a stream description via one of its ports (receiving port) and forwards it via another of its ports (sending port) can check whether the one ne port (receiving port) has already been taken into account for forwarding via the other port (sending port). In the event that one port (receiving port) has not yet been taken into account and the maximum number of ports has already been reached, it is preferred to provide the stream description with an error code.
Bei der Weitergabe der Streambeschreibung (z.B. Talker Adver- tise, siehe IEEE 802.1) im Netzwerk kann bei der Weiterlei tung an jedem Port (potentieller Sendeport) zusätzlich über prüft werden, ob der zugehörige Empfangsport für die Weiter leitung an diesem Port schon berücksichtigt wurde. Ist dies nicht der Fall, und die maximale Portanzahl schon erreicht, wird die Stream Beschreibung mit einem Fehlercode versehen (Talker Failed) und damit Anmeldungen an den Stream über die sen Port ausgeschlossen. Sobald eine Reservierung eines When the stream description is passed on (e.g. Talker Adver- tise, see IEEE 802.1) in the network, a check can also be made at each port (potential send port) to determine whether the associated receive port has already been taken into account for the forwarding at this port. If this is not the case and the maximum number of ports has already been reached, the stream description is provided with an error code (Talker Failed) and logins to the stream via this port are excluded. As soon as a reservation of a
Streams stattfindet, wird dies für alle bisherigen weiterge gebenen Stream Beschreibungen ohne Reservierung zweckmäßiger Weise wiederholt, da sich die noch zur Verfügung stehende An zahl an Empfangsports auf 0 verändert haben könnte. Dadurch wird sichergestellt, dass die an potentielle weitere Listener im Netzwerk verteilte Information aktuell gehalten wird und nach der Anmeldung eine nicht mehr mögliche weitere Anmeldung vom Netzwerk an die weiteren Netzwerkgeräte (Netzwerkknoten) und Endgeräte signalisiert wird. Eine Ablehnung der Reservie rung, welche aufgrund der Informationen vor der durchgeführ ten Anmeldung möglich gewesen wäre, kann jedoch, wie bei SRP, nicht ganz ausgeschlossen werden. Streams takes place, this is expediently repeated for all previously passed stream descriptions without reservation, since the number of receiving ports still available could have changed to 0. This ensures that the information distributed to potential other listeners in the network is kept up-to-date and that, after logging in, a further logon that is no longer possible is signaled from the network to the other network devices (network nodes) and end devices. However, as with SRP, a rejection of the reservation, which would have been possible based on the information prior to the registration, cannot be completely ruled out.
Der Ablauf entspricht mit anderen Worten der in SRP definier ten Überprüfung der verfügbaren Bandbreite bei der Weitergabe der Stream Beschreibung. Bei der Weitergabe wird überprüft, ob bei der aktuellen reservierten Bandbreite eine Anmeldung an den Stream möglich wäre. Bei einer Anmeldung eines anderen Streams ändert sich dies ebenfalls und die Überprüfung muss ebenfalls für alle Streams ohne Reservierung wiederholt wer den. Sollte die Bandbreite für Streams nicht mehr ausreichen, wird die Stream Beschreibung (Talker Advertise) mit einem Fehlercode versehen (Talker Failed) und die Reservierung für diesen Stream im weiteren Netzwerk über diesen Port verhin dert und die Endgeräte werden informiert, dass die betroffe nen Streams nicht bereitgestellt werden können. Analog dazu kann eine intelligente „Fan-In"-Überprüfung der Empfangsports implementiert werden. In other words, the process corresponds to the checking of the available bandwidth defined in SRP when the stream description is passed on. When the data is passed on, a check is made as to whether a registration to the stream would be possible with the current reserved bandwidth. If another stream is registered, this also changes and the check must also be repeated for all streams without a reservation. If the bandwidth for streams is no longer sufficient, the stream description (Talker Advertise) is marked with a Provide an error code (Talker Failed) and prevent the reservation for this stream in the further network via this port and the end devices are informed that the affected streams cannot be made available. Analogous to this, an intelligent "fan-in" check of the receiving ports can be implemented.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Netzwerkknoten, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausge bildet und/oder eingerichtet ist. Another object of the invention is a network node which forms and / or is set up to carry out the method according to the invention.
Bei dem erfindungsgemäßen Netzwerkknoten kann es sich bei spielsweise um eine Bridge oder einen Switch handeln. The network node according to the invention can be, for example, a bridge or a switch.
Der erfindungsgemäße Netzwerkknoten hat zweckmäßiger Weise wenigstens zwei Ports. The network node according to the invention expediently has at least two ports.
Der erfindungsgemäße Netzwerkknoten ist weiterhin bevorzugt dazu ausgebildet und/oder eingerichtet, eine insbesondere ma ximale Latenz zu berechnen, wobei in die Berechnung der La tenz eine Fan-In-Portanzahl mit einfließt, und um für wenigs tens einen seiner Ports zu ermitteln, an wie vielen seiner weiteren Ports aufgrund einer oder mehrerer logischer Topolo gien für geschützte Verbindungen, die in einem Netzwerk, an dem der Netzwerkknoten teilnimmt, eingerichtet sind, jeweils Daten einer oder mehrerer geschützter Verbindungen, die über den wenigstens einen betrachteten Port weiterzuleiten sind, eingehen können, und die so ermittelte Anzahl von weiteren Ports als Fan-In-Portanzahl in die Berechnung der maximalen Latenz für den wenigstens einen betrachteten Port einfließen zu lassen. The network node according to the invention is furthermore preferably designed and / or set up to calculate a maximum latency, in particular, a number of fan-in ports being included in the calculation of the latency, and to determine how for at least one of its ports many of its other ports, based on one or more logical topologies for protected connections that are set up in a network in which the network node participates, can receive data from one or more protected connections that are to be forwarded via the at least one considered port, and to include the number of further ports determined in this way as the number of fan-in ports in the calculation of the maximum latency for the at least one considered port.
Die Erfindung betrifft auch ein Netzwerk, insbesondere für eine Automatisierungsanlage und/oder Fertigungsanlage, mit einem oder mehreren erfindungsgemäßen Netzwerkknoten. Das Netzwerk umfasst insbesondere wenigstens eine, bevorzugt meh rere Steuerungen und zugehörige Feldgeräte. Das Netzwerk ist zweckmäßiger Weise Ethernet-fähig, es han delt sich insbesondere um ein Ethernet-basiertes Netzwerk. Insbesondere, damit geschützte Verbindungen, etwa Streams mit garantierter Dienstgüte (englisch: Quality of Service, QoS) unterstützt werden, ist das Netzwerk bzw. sind insbesondere zumindest die beteiligten Netzwerkknoten bevorzugt AVB- bzw. TSN-fähig, unterstützt bzw. unterstützen insbesondere die Einrichtung geschützter Verbindungen mit reservierten Netz werkressourcen an den beteiligten Netzwerkknoten. AVB und TSN sind aus dem Stand der Technik hinlänglich vorbekannt. Für die Einrichtung bzw. Etablierung von geschützten Verbindun gen, insbesondere Streams kommt bevorzugt ein Reservierungs protokoll, beispielsweise SRP und/oder MSRP insbesondere ge mäß IEEE 802.1 Q zum Einsatz. Der oder die erfindungsgemäßen Netzwerkknoten sind bevorzugt entsprechend ausgebildet und/oder eingerichtet. The invention also relates to a network, in particular for an automation system and / or manufacturing system, with one or more network nodes according to the invention. The network includes, in particular, at least one, preferably several, controllers and associated field devices. The network is expediently Ethernet-capable; it is in particular an Ethernet-based network. In particular, so that protected connections, for example streams with guaranteed quality of service (English: Quality of Service, QoS) are supported, the network or, in particular, at least the network nodes involved are preferably AVB- or TSN-capable, supports or support the device in particular protected connections with reserved network resources at the participating network nodes. AVB and TSN are sufficiently known from the prior art. A reservation protocol, for example SRP and / or MSRP, in particular in accordance with IEEE 802.1 Q, is preferably used to set up or establish protected connections, in particular streams. The network node or nodes according to the invention are preferably designed and / or set up accordingly.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Computerprogramm, das Programmcodemittel zur Durchführung der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst. The present invention also relates to a computer program which comprises program code means for performing the steps of the method according to the invention.
Schließlich ist Gegenstand der Erfindung ein computerlesbares Medium, das Instruktionen umfasst, die, wenn sie auf wenigs tens einem Computer ausgeführt werden, den wenigstens einen Computer veranlassen, die Schritte des erfindungsgemäßen Ver fahrens durchzuführen. Finally, the subject matter of the invention is a computer-readable medium which comprises instructions which, when they are executed on at least one computer, cause the at least one computer to carry out the steps of the method according to the invention.
Bei dem computerlesbaren Medium kann es sich beispielsweise um eine CD-ROM oder DVD oder einen USB oder Flash Speicher handeln. Es sei angemerkt, dass unter einem computerlesbaren Medium nicht ausschließlich ein körperliches Medium zu ver stehen sein soll, sondern ein solches beispielswiese auch in Form eines Datenstromes und/oder eines Signals, welches einen Datenstrom repräsentiert, vorliegen kann. The computer-readable medium can be, for example, a CD-ROM or DVD or a USB or flash memory. It should be noted that a computer-readable medium should not be understood exclusively as a physical medium, but rather such a medium can also be present, for example, in the form of a data stream and / or a signal that represents a data stream.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wer den anhand der nachfolgenden Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeich nung deutlich. Darin ist Further features and advantages of the present invention who based on the following description of the invention Embodiments with reference to the accompanying drawing voltage clearly. In it is
Figur 1 eine rein schematische Darstellung eines industri ellen Netzwerkes, in dem mehrere logische Topolo gien eingerichtet sind; FIG. 1 shows a purely schematic representation of an industrial network in which several logical topologies are set up;
Figur 2 mehrere Netzwerkknoten eines industriellen Netzwer kes in rein schematischer Darstellung; FIG. 2 shows several network nodes of an industrial network in a purely schematic representation;
Figur 3 das industrielle Netzwerk aus Figur 1, wobei an ei nigen Sendeports einiger logischer Topologien die zugehörige Fan-In-Portanzahl angegeben ist; und FIG. 3 shows the industrial network from FIG. 1, the associated number of fan-in ports being indicated on some transmission ports of some logical topologies; and
Figur 4 eine rein schematische Darstellung eines weiteren industriellen Netzwerkes. FIG. 4 shows a purely schematic representation of a further industrial network.
Gleiche Komponenten bzw. Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. The same components or elements are provided with the same reference symbols in the figures.
Die Figur 1 zeigt ein industrielles, Ethernet-basiertes Netz werk mit mehreren Netzwerkknoten B1-B9 in rein schematischer Darstellung. Die Netzwerkknoten B1-B10 unterstützen TSN- Standards, insbesondere die Reservierung von Netzwerkressour cen für eine Echtzeit-Datenübertragung mit garantierter La tenz, so dass zumindest das von diesen aufgespannte Segment des Netzwerkes TSN-fähig ist. Die Netzwerkknoten B2-B10 sind durch Bridges gegeben, die ein redundantes Backbone- Netzwerk (segment) mit bzw. in Ringtopologie bilden. An den Netzwerknoten B2 sind weitere Netzwerke bzw. Netzwerksegmente (bzw. Teilnetzwerke) 1, 2, 3 angeschlossen, die kein TSN un terstützen . FIG. 1 shows an industrial, Ethernet-based network with several network nodes B1-B9 in a purely schematic representation. The network nodes B1-B10 support TSN standards, in particular the reservation of network resources for real-time data transmission with guaranteed latency, so that at least the segment of the network spanned by them is TSN-capable. The network nodes B2-B10 are provided by bridges that form a redundant backbone network (segment) with or in a ring topology. Further networks or network segments (or sub-networks) 1, 2, 3 that do not support a TSN are connected to network node B2.
An dem industriellen Netzwerk nimmt ein zentraler Industrie PC 4 teil, auf dem zwei virtualisierte/virtuelle speicherpro grammierbare Steuerungen 5 (auch als vSPS bezeichnet) vorge sehen bzw. implementiert sind. Der Netzwerkknoten Bl ist ein auf dem Industrie-PC 4 vorgesehener bzw. implementierter vir- tueller Switch (vSwitch) . Die weiteren Netzwerkknoten B2-B10 sind bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel von dem Industrie-PC 4 separate, physische Bridges B2-B10. A central industrial PC 4, on which two virtualized / virtual memory-programmable controllers 5 (also referred to as vSPS) are provided or implemented, takes part in the industrial network. The network node Bl is a provided or implemented on the industrial PC 4 vir- Current switch (vSwitch). In the exemplary embodiment described here, the further network nodes B2-B10 are separate, physical bridges B2-B10 from the industrial PC 4.
Es nehmen ferner zwei ebenfalls zu dem Industrie-PC 4 separa te, an anderer Stelle im Netzwerk befindliche („physische") speicherprogrammierbare Steuerungen 6 teil, sowie eine Viel zahl von verteilten Feldgeräten mit integriertem Switch 7 bzw. verteilten Feldgeräten ohne integrierten Switch 8, die jeweils einen Sensor und/oder Aktor umfassen bzw. mit einem solchen verbunden sind. There are also two ("physical") programmable logic controllers 6, which are also separate from the industrial PC 4 and located elsewhere in the network, as well as a large number of distributed field devices with an integrated switch 7 or distributed field devices without an integrated switch 8, each comprising a sensor and / or actuator or being connected to such.
Die Steuerungen 5, 6 und die Feldgeräte 7, 8 stellen Endgerä te dar (teilweise Endgeräte 7 mit einem integriertem Netz werkknoten) . The controllers 5, 6 and the field devices 7, 8 represent end devices (in some cases end devices 7 with an integrated network node).
Die Aktoren müssen in an sich bekannter Weise zyklisch Stell werte von einer der Steuerungen 5, 6 erhalten, um entspre chend auf einen in den Figuren nicht weiter dargestellten technischen Prozess einzuwirken. Mittels der Sensoren kann der technische Prozess in hinlänglich vorbekannter Weise überwacht werden. Konkret erfassen diese Messwerte, die eben falls zyklisch an eine zugehörige Steuerung 5, 6 zu übertra gen sind. Die Stellwerte und die Messwerte werden als Nutzda teninhalt von Datenpaketen übertragen und die Übertragung hat in Echtzeit zu erfolgen. Hierfür sind in dem Netzwerk ge schützte Verbindungen, vorliegend TSN-Streams im Sinne von IEEE 802.1 einzurichten. Dies schließt die Herausgabe von Streambekanntgaben bzw. Streambeschreibungen insbesondere in Form von Talker Advertises und die Reservierung von Ressour cen an den beteiligten Netzwerkknoten, konkret sowohl an Bridges B1-B9 als auch integrierten Switches der Feldgeräte 7. The actuators must cyclically receive control values in a manner known per se from one of the controllers 5, 6 in order to act accordingly on a technical process not shown in any further detail in the figures. The technical process can be monitored in a well-known manner by means of the sensors. Specifically, these record measured values, which are also to be transmitted cyclically to an associated controller 5, 6. The control values and the measured values are transmitted as user data content of data packets and the transmission must take place in real time. For this purpose, protected connections, in this case TSN streams in the sense of IEEE 802.1, are to be set up in the network. This includes the publication of stream announcements or stream descriptions, in particular in the form of talker advertisements, and the reservation of resources at the network nodes involved, specifically both on bridges B1-B9 and integrated switches of the field devices 7.
Für die Streamreservierung sind dabei in dem Netzwerk mehrere logische Topologien 9-13 eingerichtet. Jede jeweilige logi sche Topologie 9-13 ist durch ein virtuelles Netzwerk (VLAN) , jeweils mit zugehöriger VLAN ID und/oder eine Streamklasse gegeben . Several logical topologies 9-13 are set up in the network for stream reservation. Each respective logical topology 9-13 is provided by a virtual network (VLAN), each with the associated VLAN ID and / or a stream class.
Jede logische Topologie 9-13 gehört zu einer zusammenhängen den Gruppe benachbarter Endgeräte 5-8 und Netzwerkknoten, wo bei dies wiederum sowohl die separaten Bridges B1-B9 als auch integrierte Switches einschließt. Konkret ist jede der logi schen Topologien 9-13 durch ein jeweils für eine Gruppe G1-G5 von Endgeräten 5-8 und Netzwerkknoten B1-B10 konfiguriertes virtuelles Netzwerk (VLAN) mit zugehöriger VLAN ID gegeben.Each logical topology 9-13 belongs to a coherent group of neighboring terminals 5-8 and network nodes, which in turn includes both the separate bridges B1-B9 and integrated switches. Specifically, each of the logical topologies 9-13 is given by a virtual network (VLAN) configured for a group G1-G5 of terminals 5-8 and network nodes B1-B10 with the associated VLAN ID.
In der Figur 1 sind die zu der jeweiligen logischen Topologie 9-13 gehörigen Gruppenmitglieder durch eine Umrandungslinie eingefasst. Dabei ist für die logische Topologie 9 eine durchgezogene Linie, für die logische Topologie 10 eine strichpunktierte Linie, für die logische Topologie 11 eine strichdoppelpunktierte Linie, für die logische Topologie 12 eine gestrichelte Linie und für die logische Topologie 13 ei ne gepunktete Linie verwendet. In FIG. 1, the group members belonging to the respective logical topology 9-13 are framed by a border line. A solid line is used for the logical topology 9, a dash-dotted line for the logical topology 10, a double-dotted line for the logical topology 11, a dashed line for the logical topology 12 and a dotted line for the logical topology 13.
Die Gruppen G1-G5 und zugehörigen logischen Topologien 9-13 sind bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wie folgt . The groups G1-G5 and the associated logical topologies 9-13 are as follows in the exemplary embodiment described here.
Zu der Gruppe Gl und logischen Topologie 9 gehören eine der virtuellen Steuerungen 5 des Industrie-PCS 4, konkret die in Figur 1 rechte vSPS 6, die Bridges B1-B8 und die in Figur 1 untere Steuerung 6, die mit dem Knoten B8 verbunden ist. One of the virtual controllers 5 of the industrial PCS 4, specifically the vSPS 6 on the right in FIG. 1, the bridges B1-B8 and the lower controller 6 in FIG. 1, which is connected to the node B8, belong to the group Gl and logical topology 9 .
Zu der Gruppe G2 und logischen Topologie 10 gehören ebenfalls die in Figur 1 rechte vSPS 5 auf dem Industrie-PC 4, die Kno ten B1-B7 und die drei in Figur 1 unten links in einer Li nientopologie angeordneten Feldgeräte 7, 8, von denen das erste Feldgerät 7 der Linie mit dem Knoten B4 verbunden ist. The group G2 and logical topology 10 also include the vSPS 5 on the right in FIG. 1 on the industrial PC 4, the nodes B1-B7 and the three field devices 7, 8 arranged in a line topology at the bottom left in FIG the first field device 7 of the line is connected to the node B4.
Zu der Gruppe G3 und logischen Topologie 11 gehören die in Figur 1 linke vSPS 5 auf dem Industrie-PC 4, die Knoten B1-B7 und die sechs in einer Ringtopologie angeordneten Feldgeräte 8, von denen eines mit dem Knoten B5 und eines mit dem Knoten B6 verbunden ist. The group G3 and logical topology 11 include the vSPS 5 on the left in FIG. 1 on the industrial PC 4, the nodes B1-B7 and the six field devices arranged in a ring topology 8, one of which is connected to node B5 and one of which is connected to node B6.
Zu der Gruppe G4 und logischen Topologie 12 gehören die in Figur 1 untere Steuerung 6, die mit dem Knoten B8 verbunden ist und die Knoten B8-B10 und die fünf Feldgeräte 7, 8, die mit dem Knoten B8, B9 und B10, teilweise indirekt über weite re Feldgeräte 7, verbunden sind. The group G4 and logical topology 12 include the lower controller 6 in FIG. 1, which is connected to the node B8 and the nodes B8-B10 and the five field devices 7, 8, which are connected to the nodes B8, B9 and B10, partly indirectly are connected via further field devices 7.
Ein Endgerät, konkret die in Figur 1 untere physische Steue rung 6 und mehrere der Bridges B1-B10 sind jeweils Teil von mehr als einer Gruppe G1-G5, gehören also jeweils zu mehr als einer logischen Topologie 9-13. Die Feldgeräte 7, 8 gehören hingegen jeweils nur zu einer Gruppe G1-G5 und logischen To pologie 9-13. A terminal, specifically the lower physical control 6 in FIG. 1, and several of the bridges B1-B10 are each part of more than one group G1-G5, that is, each belong to more than one logical topology 9-13. The field devices 7, 8, on the other hand, only belong to one group G1-G5 and logical topology 9-13.
Jede der Gruppen G1-G5 umfasst ein Feldbussegment mit Aktoren und/oder Sensoren und wenigstens einer Steuerung 5, 6. Each of the groups G1-G5 comprises a field bus segment with actuators and / or sensors and at least one controller 5, 6.
Die logische Topologie 9 dient dazu, dass die physische Steu erung 6 mit der zur Gruppe Gl gehörigen übergeordneten virtu- alisierten Steuerung 5 auf dem Industrie-PC 4 kommunizieren kann. Die logische Topologie 10 dient dazu, dass die drei Feldgeräte 7, 8 mit von Gruppe G2 mit der gehörigen virtuali- sierten Steuerung 5 kommunizieren können. Die logische Topo logie 11 dient dazu, dass die sechs Feldgeräte 7 von Gruppe G3 mit der zugehörigen virtualisierten Steuerung 5 auf dem Industrie-PC 4 kommunizieren können. Die logische Topologie 12 dient dazu, dass die an die Feldgeräte 7, 8 der Gruppe G4 mit der zugehörigen lokalen, physischen Steuerung 6 kommuni zieren können und die logische Topologie 13 dazu, dass die drei Feldgeräte 7, 8 der Gruppe G5 mit der zugehörigen loka len, physischen Steuerung 6 kommunizieren können. The logical topology 9 is used so that the physical control 6 can communicate with the higher-level virtualized control 5 belonging to group Gl on the industrial PC 4. The logical topology 10 is used so that the three field devices 7, 8 can communicate with group G2 with the associated virtualized controller 5. The logical topology 11 is used to enable the six field devices 7 of group G3 to communicate with the associated virtualized controller 5 on the industrial PC 4. The logical topology 12 is used to ensure that the field devices 7, 8 of the group G4 can communicate with the associated local, physical controller 6 and the logical topology 13 that the three field devices 7, 8 of the group G5 with the associated local len, physical controller 6 can communicate.
Was die Gruppe G4 angeht gilt mit anderen Worten, dass eine lokale Steuerung mit Feldbuskommunikation und zusätzlich eine Kommunikation der lokalen Steuerung 6 mit der übergeordneten virtualisierten Steuerung 5 von Gruppe Gl erfolgt. Bezüglich Gruppe G5 gilt, dass in dem zugehörigen virtuellen Netzwerk (VLAN) nur eine rein lokale Echtzeitkommunikation erfolgt. In other words, with regard to group G4, there is a local control with fieldbus communication and, in addition, communication between the local control 6 and the higher-level virtualized control 5 of group Gl. In terms of Group G5 means that there is only purely local real-time communication in the associated virtual network (VLAN).
Für die deterministische Weiterleitung von Streamdaten inner halb der Netzwerkknoten B1-B10 und der in die Feldgeräte 7 integrierten Switches ist es notwendig, die maximale Verzöge rungszeit innerhalb des jeweiligen Knotens B1-B10 zu bestim men. Neben den Leitungslängen und der internen Verarbeitungs zeit spielt dabei besonders die Datenmenge mit der gleichen Priorität (In-Class Interference) eine Rolle, da diese poten tiell die Übertragung verzögern kann. Innerhalb der Klasse müssen alle ankommenden Datenpakete/Frames mit der gleichen Priorität von allen anderen Ports P1-P5 berücksichtigt wer den, da innerhalb der Klasse keine weitere Differenzierung erfolgt . For the deterministic forwarding of stream data within the network nodes B1-B10 and the switches integrated in the field devices 7, it is necessary to determine the maximum delay time within the respective node B1-B10. In addition to the cable lengths and the internal processing time, the volume of data with the same priority (in-class interference) plays a role, as this can potentially delay the transmission. Within the class, all incoming data packets / frames with the same priority from all other ports P1-P5 must be taken into account, since there is no further differentiation within the class.
Damit nicht bei jeder Anmeldung alle Verzögerungen neu be rechnet werden müssen, wird bei AVB eine Klasse eingeführt und der Worst-Case für die Latenzberechnung angenommen. Damit Aussagen über die Bandbreite gemacht werden können, wird in der Streamanmeldung die Datenmenge für jeden Stream mit Bezug auf eine Klasse beschrieben. Dadurch kann die momentan beleg te Datenmenge der Streams mit erfolgreicher Anmeldung be stimmt werden. In der Konfigurationsphase des Netzwerkes muss für jede Klasse eine maximale Datenmenge definiert werden. Dies kann beispielsweise bei AVB 75% (Standard-Wert) der zur Verfügung stehenden Bandbreite sein. Abhängig von den lokalen Ressourcen (FDB Einträge, Queue-Speicher) können dann Streams bis zu der maximalen Bandbreite reserviert werden. Für die Latenzberechnung wird in einem Worst-Case-Szenario ein Fra me/Datenpaket von jedem Empfangsport und die maximale Verzö gerung bis zum Sendeanfang der Streamdaten berücksichtigt.So that all delays do not have to be recalculated for each registration, a class is introduced at AVB and the worst case is assumed for the latency calculation. So that statements can be made about the bandwidth, the stream message describes the amount of data for each stream with reference to a class. In this way, the amount of data currently used in the stream can be determined with a successful registration. In the configuration phase of the network, a maximum amount of data must be defined for each class. With AVB, for example, this can be 75% (standard value) of the available bandwidth. Depending on the local resources (FDB entries, queue memory), streams can then be reserved up to the maximum bandwidth. In a worst-case scenario, a frame / data packet from each receiving port and the maximum delay until the stream data begins to be sent are taken into account for the latency calculation.
Die angenommene Fan-In-Empfangsportanzahl entspricht dann der Anzahl sämtlicher Porst des Knotens mit Ausnahme des Sende ports (Gesamtanzahl von Ports des Knotens minus eins bzw. für einen Knoten mit n Ports n-1) . Bei Knoten mit sehr vielen Ports P1-P5 entsteht so eine sehr große Anzahl von Frames, die für die Worst-Case Betrachtung gleichzeitig ankommen (können) und daher eine hohe maximale Latenz. Vorliegend weisen die Knoten B2 bis B8 jeweils 8 Ports auf. Es sei angemerkt, dass in den Figuren jeweils nur einige der Ports P1-P5 gezeigt und in der Figur 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht alle Ports P1-P5 aller Netzwerk knoten B1-B10 mit Bezugszeichen versehen sind. The assumed number of fan-in receiving ports then corresponds to the number of all ports of the node with the exception of the sending port (total number of ports of the node minus one or for a node with n ports n-1). In the case of nodes with a very large number of ports P1-P5, this creates a very large number of frames that (can) arrive at the same time for the worst-case scenario and therefore a high maximum latency. In the present case, the nodes B2 to B8 each have 8 ports. It should be noted that only some of the ports P1-P5 are shown in the figures and, for the sake of clarity, not all ports P1-P5 of all network nodes B1-B10 are provided with reference symbols in FIG.
In der Realität werden jedoch oftmals nicht sämtliche Ports P1-P5 der Netzwerkknoten B1-B10 für geschützte Verbindungen genutzt. Dies ist auch bei dem in Figur 1 beispielhaft darge stellten Szenario der Fall. In diesem Fall stellt eine maxi male Latenz, die unter der Annahme einer Fan-In-Portanzahl von sämtlichen möglichen Empfangsports, also n-1 ermittelt wurde, praktisch eine „Überabschätzung" dar. Für 8 Ports wür de sich unter dieser Annahme eine Fan-In-Portanzahl von 7 für jeden betrachteten, als Sendeport dienenden Port ergeben. In reality, however, often not all ports P1-P5 of network nodes B1-B10 are used for protected connections. This is also the case in the scenario shown as an example in FIG. In this case, a maximum latency, which was determined assuming a number of fan-in ports from all possible receiving ports, i.e. n-1, practically represents an "overestimation". For 8 ports, a fan In-Port number of 7 for each considered port serving as a send port.
Um die maximale Anzahl in der Konfigurationsphase zu begren zen, wurde der Parameter „msrpMaxFanlnPorts" definiert. Durch die Konfiguration eines kleineren Wertes als die tatsächlich mögliche Gesamt-Empfangsportanzahl (n-1 für n Ports) kann die maximale lokale Latenz verringert werden, da die Anzahl von Ports aus „msrpMaxFanlnPorts" für die maximale Latenz be trachtet wird. Die Anzahl von Ports aus „msrpMaxFanlnPorts" ist dabei gegenüber n-1 Ports reduziert. Beispielsweise kann für einen Netzwerkknoten, etwa eine Bridge mit 8 Ports (n-l=7 mögliche Empfangsports für eine Datenweiterleitung) eine re duzierte Anzahl von Ports aus „msrpMaxFanlnPorts" von 4 zu grunde gelegt werden. Eine solche reduzierte Anzahl von Ports gilt „global" für die jeweilige Bridge B2-B7 und damit für alle als Sendeports betrachtete bzw. dienende Ports. In order to limit the maximum number in the configuration phase, the parameter "msrpMaxFanlnPorts" was defined. By configuring a value smaller than the actually possible total number of receiving ports (n-1 for n ports), the maximum local latency can be reduced because the Number of ports from "msrpMaxFanlnPorts" is considered for the maximum latency. The number of ports from "msrpMaxFanlnPorts" is reduced compared to n-1 ports. For example, for a network node such as a bridge with 8 ports (nl = 7 possible receiving ports for data forwarding) a reduced number of ports from "msrpMaxFanlnPorts" of 4 should be laid as a basis. Such a reduced number of ports applies “globally” to the respective bridge B2-B7 and thus to all ports considered or serving as send ports.
Für die Weiterleitung von Daten geschützter Verbindungen, insbesondere Streamdaten, spielt die verwendete logische To pologie eine Rolle. Insbesondere in Netzwerken mit mehreren Anwendungen sind mehrere, verschiedene logische Topologien 9- 13 möglich, wie in Figur 1 schematisch dargestellt. Dabei werden jeweils nur die zur Verbindung einer logischen Topolo gie 9-13 benötigten Ports einer Bridge B2-B7 verwendet und die Streambekanntgabe (auch als Streambeschreibung bezeichnet und beispielsweise durch einen Talker Advertise gegeben) wird nur über diese Ports weitergeleitet. Eine mögliche Interfe renz für einen Stream kann bei Vorliegen nur einer Gruppe nur von anderen Streams der gleichen Gruppe kommen. Bei der Ver wendung von mehreren Gruppen Gl-G5/logischen Topologien 9-13 (siehe Figur 1) kann die Interferenz durch alle Gruppen G1-G5 kommen, die den (jeweils betrachteten) Sendeport verwenden. Wenn sich diese nicht überlagern, tritt keine Beeinflussung auf . The logical topology used plays a role in forwarding data from protected connections, in particular stream data. Especially in networks with several applications, several different logical topologies 9- 13 possible, as shown schematically in FIG. Only the ports of a bridge B2-B7 required to connect a logical topology 9-13 are used and the stream announcement (also referred to as a stream description and given, for example, by a talker advert) is only forwarded via these ports. If there is only one group, possible interference for a stream can only come from other streams in the same group. When using several groups G1-G5 / logical topologies 9-13 (see FIG. 1), the interference can come from all groups G1-G5 that use the transmission port (considered in each case). If these do not overlap, there is no influence.
Dies ist in der Figur 2 nochmals verdeutlicht, die ein weite res, rein beispielhaftes industrielles Netzwerk zeigt. Dabei sind nur einige Netzwerkknoten in Form von Bridges B1-B7 ge zeigt, teilnehmende Endgeräte hingegen nicht erneut darge stellt. Bei dem Beispiel gemäß Figur 2 sind drei logische To pologien 14, 15, 16 im Netzwerk eingerichtet. Da sich diese bei dem in Figur 2 dargestellten Szenario nicht überlagern, tritt keine gegenseitige Beeinflussung auf. In der Figur 2 rechts sind die Knoten Bl, B2 und B5 nochmals separat darge stellt, wobei neben den Knoten Bl, B2, B5 die Anzahl der ver wendeten Ports P1-P4 in der jeweiligen logischen/virtuellen Topologie 14-16 angegeben ist. This is illustrated again in FIG. 2, which shows a further, purely exemplary industrial network. Only a few network nodes in the form of bridges B1-B7 are shown, but participating terminals are not shown again. In the example according to FIG. 2, three logical topologies 14, 15, 16 are set up in the network. Since these do not overlap in the scenario shown in FIG. 2, there is no mutual influence. In FIG. 2, on the right, the nodes B1, B2 and B5 are again shown separately, with the number of ports P1-P4 used in the respective logical / virtual topology 14-16 being specified in addition to the nodes B1, B2, B5.
Dies macht klar, dass abhängig von den in einem Netzwerk ins besondere für die Streamreservierung eingerichteten logischen Topologien 9-16 ein viel geringere Portanzahl als Fan-In- Portanzahl für die Bestimmung der maximalen Latenz der Brid ges B1-B10 verwendet werden kann, obwohl viele Ports P1-P5 Reservierungen für Streams durchführen. This makes it clear that, depending on the logical topologies 9-16 set up in a network in particular for stream reservation, a much smaller number of ports can be used as the number of fan-in ports for determining the maximum latency of the bridges B1-B10, although there are many Ports P1-P5 make reservations for streams.
Daher ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass für wenigstens ei nen Port P1-P5 wenigstens eines Netzwerkknotens B1-B10 ermit telt wird, an wie vielen der weiteren Ports P1-P5 des wenigs tens einen Netzwerkknotens B1-B10 gemäß der eingerichteten logischen Topologien 9-16 Daten einer oder mehrerer geschütz ter Verbindungen, die über den wenigstens einen betrachteten Port P1-P5 weiterzuleiten sind, eingehen können, und die so ermittelte Anzahl von weiteren Ports P1-P5 als Fan-In- Portanzahl in die Berechnung der insbesondere maximalen La tenz für den wenigstens einen betrachteten Port P1-P5 mit einfließt . The invention therefore provides that for at least one port P1-P5 at least one network node B1-B10 is determined at how many of the further ports P1-P5 of the at least one network node B1-B10 according to the established logical topologies 9-16 data of one or more protected connections that are to be forwarded via the at least one considered port P1-P5, and the thus determined number of further ports P1-P5 as fan-in port number in the calculation of the in particular, maximum latency for the at least one considered port P1-P5 is included.
Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird für jeden Port P1-P5, der gemäß der eingerichteten logischen Topologien 9-16 einen Sendeport für Daten einer oder mehrerer geschütz ter Verbindungen darstellt (und der insbesondere zu einem Netzwerkknoten B2-B10 mit mehr als zwei Ports P1-P5 gehört) ermittelt, an wie vielen der jeweils weiteren Ports P1-P5 des jeweiligen Netzwerkknotens B2-B10 gemäß der eingerichteten logischen Topologien 9-16 Daten einer oder mehrerer geschütz ter Verbindungen, die über den jeweils betrachteten Port PI PS weiterzuleiten sind, eingehen können, und die so ermittel te Anzahl von weiteren Ports P1-P5 fließt als Fan-In- Portanzahl in die Berechnung der maximalen Latenz für jeden dieser Ports mit ein. In the exemplary embodiment described here, for each port P1-P5, which, in accordance with the established logical topologies 9-16, represents a send port for data from one or more protected connections (and which in particular to a network node B2-B10 with more than two ports P1- P5 belongs) determines how many of the respective further ports P1-P5 of the respective network node B2-B10 according to the established logical topologies 9-16 data of one or more protected connections that are to be forwarded via the respective port PI PS can be received , and the number of further ports P1-P5 determined in this way flows into the calculation of the maximum latency for each of these ports as the number of fan-in ports.
Dabei werden konkret nur diejenigen der (jeweils) weiteren Ports P1-P5 als Fan-In-Ports erachtet und fließen in die Fan- In-Portanzahl ein, die zu wenigstens einer logischen Topolo gie 9-16 gehören, zu der auch der betrachtete Port P1-P5 ge hört . Specifically, only those of the (each) additional ports P1-P5 are considered fan-in ports and are included in the number of fan-in ports that belong to at least one logical topology 9-16, to which the port under consideration also belongs P1-P5 heard.
Dass die Fan-In-Portanzahl für jeden dieser Ports P1-P5 der Knoten B2-B10 berechnet wird bedeutet, dass eine individuelle Betrachtung einzelner Ports erfolgt und für verschiedene Ports P1-P5 eines Knotens B2-B10 auf verschiedene Fan-In- Portanzahlen erhalten werden können, was einen wesentlichen Unterschied gegenüber dem Stand der Technik darstellt. Es sind auch asymmetrische Konstellationen an den Knoten B2-B10 möglich . Die Figur 3 zeigt erneut das Netzwerk gemäß Figur 1, wobei hier die resultierende, auf die erfindungsgemäße Weise redu zierte Fan-In-Portanzahl zumindest für einige Ports P1-P5 ei niger Netzwerkknoten B2-B10 beispielshaft jeweils direkt ne ben den Ports P1-P5 eingetragen ist. The fact that the number of fan-in ports is calculated for each of these ports P1-P5 of nodes B2-B10 means that individual ports are considered and different numbers of fan-in ports are obtained for different ports P1-P5 of a node B2-B10 can be, which represents a significant difference compared to the prior art. Asymmetrical constellations are also possible at nodes B2-B10. FIG. 3 again shows the network according to FIG. 1, the resulting number of fan-in ports reduced in the manner according to the invention, at least for some ports P1-P5 of some network nodes B2-B10, for example, each directly next to ports P1-P5 is registered.
Besonders anschaulich wird die Reduktion der erfindungsgemä ßen Fan-In-Portanzahl, wenn man den Knoten B3 betrachtet, von dem fünf Ports P1-P5 dargestellt sind. Für die beiden Ports PI und P2 dieses Knotens ergibt sich jeweils eine Fan-In- Portanzahl von nur 1, da jeweils nur einer der weiteren 7 Ports (von denen in der Figur nur vier weitere gezeigt sind) ebenfalls zu denjenigen logischen Topologien 9, 10 und 11 ge hört, zu denen auch der Port PI bzw. P2 - jeweils als Sende port betrachtet - gehört, und jeweils nur über einen weiteren Port PI, P2 gemäß der eingerichteten logischen Topologien 9- 13 Daten geschützter Verbindungen eingehen können, die über den (jeweils) betrachteten Port PI, P2 weiterzuleiten sind. The reduction in the number of fan-in ports according to the invention becomes particularly clear if one considers node B3, of which five ports P1-P5 are shown. For the two ports PI and P2 of this node there is a number of fan-in ports of only 1, since only one of the other 7 ports (of which only four more are shown in the figure) also correspond to those logical topologies 9, 10 and 11 ge, to which the port PI or P2 - each viewed as a send port - belongs, and can only receive data of protected connections via a further port PI, P2 according to the established logical topologies 9-13, which can be received via the (each) considered port PI, P2 are to be forwarded.
Als ganz besonders vorteilhaft hat sich die erfindungsgemäße Vorgehensweise erwiesen, wenn ein Datenaustausch in einer sternförmigen Konstellation etwa zwischen einer zentralen Steuerung bzw. mehreren an zentraler Stelle vorgesehenen ins besondere virtuellen Steuerungen und mehreren Feldbussegmen ten erforderlich ist. Eine solche Konstellation ist rein schematisch und beispielhaft in Figur 4 gezeigt. Hier ist ein Industrie-PC 4, auf dem insgesamt vier virtualisierte spei cherprogrammierbare Steuerungen 5 (vSPS) vorgesehen bzw. im plementiert sind, und der - wie in Figur 1 und 3 - einen in ternen Switch Bl aufweist, über eine separaten Bridge B2 mit insgesamt vier Feldbussegmenten 17-20 verbunden ist. Die Bridge B2 ist hier beispielhaft zu verstehen. Selbstverständ lich können auch mehrere Knoten zwischen dem Industrie-PC 4 und den Feldbussegmenten 17-20 liegen. The procedure according to the invention has proven to be particularly advantageous when data exchange in a star-shaped constellation, for example between a central controller or several, in particular virtual controllers, provided at a central location and several fieldbus segments is required. Such a constellation is shown purely schematically and by way of example in FIG. Here is an industrial PC 4 on which a total of four virtualized memory-programmable controllers 5 (vSPS) are provided or implemented, and which - as in FIGS. 1 and 3 - has an internal switch B1, via a separate bridge B2 a total of four field bus segments 17-20 is connected. The bridge B2 is to be understood here as an example. Of course, there can also be several nodes between the industrial PC 4 and the field bus segments 17-20.
Jedes Feldbussegment 17-20 kann mehrere Feldgeräte und weite re Knoten umfassen, wie in Figur 1 dargestellt. Die zugehörigen logischen Topologien 21-24 sind hier verein facht nur über Pfeile mi durchgezogener, gestrichelter, strichpunktierter bzw. punktierter Linie angedeutet. Each field bus segment 17-20 can comprise several field devices and further nodes, as shown in FIG. The associated logical topologies 21-24 are here simply indicated by arrows with solid, dashed, dash-dotted or dotted lines.
Insbesondere in einem solchen Fall können beispielsweise zu einem betrachteten (Sende-) Port, etwa PI des Knotens B2 gemäß der eingerichteten logischen Topologien 21-24 viele Fan-In- Ports (vorliegend P2, P3, P4 und P5) gehören, zu einem oder mehreren anderen betrachteten ( Sende- ) Ports , etwa P2, P3, P4 oder P5, deutlich weniger, vorliegend jeweils nur einer, näm lich PI. Eine solche „asymmetrische" Fan-In-Portanzahl wird erfindungsgemäß ermittelt und berücksichtigt. Die erfindungs gemäß ermittelte Fan-In-Portanzahl ist auch in Figur 4 je weils neben dem (Sende-) Port P1-P5 eingetragen. In such a case, for example, many fan-in ports (in this case P2, P3, P4 and P5) can belong to one or more fan-in ports (in this case P2, P3, P4 and P5), for example PI of node B2, according to the established logical topologies 21-24 several other considered (send) ports, for example P2, P3, P4 or P5, significantly fewer, in the present case only one, namely PI. Such an “asymmetrical” number of fan-in ports is determined according to the invention and taken into account. The number of fan-in ports determined according to the invention is also entered in FIG. 4 next to the (transmission) port P1-P5.
Man erhält ein gegenüber einer nach dem Stand der Technik ge mäß „msrpMaxFanlnPorts" beispielsweise auf 4 reduzierten Fan- In-Portanzahl, die für alle Ports P1-P5 des Knotens B2 über greifend/"global" gelten würde, sehr vorteilhaftes Ergebnis. Insbesondere wird die „Überabschätzung", die sich für eine „globale" Fan-In-Portanzahl (von beispielsweise 4) für die Ports P2 bis P5 ergeben würde, erfindungsgemäß durch die Be rücksichtigung der logischen Topologien 21-24 vermieden. One obtains a very advantageous result compared to a number of fan-in ports reduced to 4 according to the prior art according to "msrpMaxFanlnPorts", for example, which would apply to all ports P1-P5 of node B2 across the board / "globally" the “overestimation” that would result for a “global” number of fan-in ports (of 4, for example) for ports P2 to P5 is avoided according to the invention by taking into account the logical topologies 21-24.
Durch die erfindungsgemäße Berücksichtigung von logi By considering logi
schen/virtuellen Topologien 9-16, 21-24, welche insbesondere für die Streamreservierung im Netzwerk eingerichtet sind, kann die Anzahl an Eingangs-/Empfangsports, welche für die Weiterleitung eine zusätzliche Latenz darstellen können, ge genüber dem Stand der Technik deutlich beschränkt bzw. redu ziert werden. Die Verzögerung in dem lokalen Netzwerkkno ten/der lokalen Bridge B2-B10 wird an die logi rule / virtual topologies 9-16, 21-24, which are set up in particular for stream reservation in the network, the number of input / receiving ports, which can represent additional latency for forwarding, ge compared to the prior art can be significantly limited or . be reduced. The delay in the local network node / the local bridge B2-B10 is passed on to the logi
schen/virtuellen Topologien 9-16, 21-24 angepasst, wodurch sich eine geringere Weiterleitezeit ergibt. cal / virtual topologies 9-16, 21-24 adapted, which results in a lower forwarding time.
Durch die geringere Weiterleitezeit müssen weniger interne Ressourcen für eine Reservierung (Queue Ressourcen) vorgehal- ten werden. Dadurch können mehr geschützte Verbindungen, ins besondere Streams reserviert werden. Due to the lower forwarding time, fewer internal resources have to be reserved for a reservation (queue resources). will be. This allows more protected connections, especially streams, to be reserved.
Da die Latenz für EchtZeitanwendungen eine wichtige Rolle spielt, können durch eine geringere Latenz einzelner Netz werkknoten B2-B10 größere Netzwerke verwendet werden oder die Anwendungszyklen können verkleinert werden (erhöht die Quali tät der Steuerung) . Since the latency for real-Z eitanwendungen plays an important role, individual network can lower latency network node B2-B10 larger networks may be used or the application cycles may be reduced (increasing the Quali ty of the control).
Im Anschluss an die erfindungsgemäße Berechnung der insbeson dere maximalen Latenz der jeweils betrachteten Ports P1-P5 kann wenigstens eine geschützte Verbindung eingerichtet wer den, welche den bzw. die Ports P1-P5 als Sendeports nutzt, und es können Daten über diese in Echtzeit übertragen werden. Following the calculation according to the invention of the particular maximum latency of the respective ports P1-P5 under consideration, at least one protected connection can be set up that uses the port (s) P1-P5 as send port, and data can be transmitted via this port in real time .
Zur Einhaltung der maximalen Portanzahl kann eine Überwachung bzw. Überprüfung erfolgen. Insbesondere kann gewährleistet werden, dass über den jeweiligen Sendeport P1-P5 eines jewei ligen Netzwerkknotens B1-B10 weiterzuleitende Daten geschütz ter Verbindungen nicht über eine Anzahl von Empfangsports PI PS an dem jeweiligen Netzwerkknoten B1-B10 ankommen kann, welche die Fan-In-Portanzahl überschreitet. Es kann jeder Netzwerkknoten B1-B10, der eine Streambeschreibung über einen Port (Empfangsport) P1-P5 empfängt und über einen weiteren Port (Sendeport) P1-P5 weiterleitet, überprüfen, ob der eine Port (Empfangsport) P1-P5 für die Weiterleitung über den an deren Port (Sendeport) P1-P5 bereits berücksichtigt wurde. Bevorzugt wird für den Fall, dass der eine Port (Empfang sport) P1-P5 noch nicht berücksichtigt wurde und die maximale Portanzahl schon erreicht ist, die Streambeschreibung mit ei nem Fehlercode versehen. Sobald eine Reservierung eines Monitoring or checking can be carried out to maintain the maximum number of ports. In particular, it can be ensured that data of protected connections to be forwarded via the respective send port P1-P5 of a respective network node B1-B10 cannot arrive at the respective network node B1-B10 via a number of reception ports PI PS that corresponds to the number of fan-in ports exceeds. Every network node B1-B10 that receives a stream description via a port (receiving port) P1-P5 and forwards it via another port (sending port) P1-P5 can check whether the one port (receiving port) P1-P5 is suitable for forwarding via which has already been taken into account at the port (send port) P1-P5. In the event that one port (reception sport) P1-P5 has not yet been taken into account and the maximum number of ports has already been reached, the stream description is preferably provided with an error code. As soon as a reservation of a
Streams stattfindet, wird dies für alle bisherigen weiterge gebenen Stream Beschreibungen ohne Reservierung zweckmäßiger Weise wiederholt, da sich die noch zur Verfügung stehende An zahl an Empfangsports auf 0 verändert haben könnte. Streams takes place, this is expediently repeated for all previously passed stream descriptions without reservation, since the number of receiving ports still available could have changed to 0.
Der Ablauf entspricht mit anderen Worten der in SRP definier ten Überprüfung der verfügbaren Bandbreite bei der Weitergabe der Stream Beschreibung. Bei der Weitergabe wird überprüft, ob bei der aktuellen reservierten Bandbreite eine Anmeldung an den Stream möglich wäre. Bei einer Anmeldung eines anderen Streams ändert sich dies ebenfalls und die Überprüfung muss ebenfalls für alle Streams ohne Reservierung wiederholt wer den. Sollte die Bandbreite für Streams nicht mehr ausreichen, wird die Stream Beschreibung (Talker Advertise) mit einem Fehlercode versehen (Talker Failed) und die Reservierung für diesen Stream im weiteren Netzwerk über diesen Port verhin dert. Analog dazu kann eine intelligente „Fan-In"-Überprüfung der Empfangsports implementiert werden. In other words, the process corresponds to the checking of the available bandwidth defined in SRP during the transfer the stream description. When the data is passed on, a check is made as to whether a registration to the stream would be possible with the current reserved bandwidth. If another stream is registered, this also changes and the check must also be repeated for all streams without a reservation. If the bandwidth for streams is no longer sufficient, the stream description (Talker Advertise) is provided with an error code (Talker Failed) and the reservation for this stream in the further network via this port is prevented. Analogous to this, an intelligent "fan-in" check of the receiving ports can be implemented.
Es sei angemerkt, dass die Bridges B2-B7 aus den Figuren 1 und 3 sowie die Knoten B1-B7 aus Figur 2 allesamt Ausfüh rungsbeispiel erfindungsgemäßer Netzwerkknoten sind, welche zur Durchführung des beschriebenen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet und/oder eingerich tet sind. It should be noted that bridges B2-B7 from FIGS. 1 and 3 and nodes B1-B7 from FIG. 2 are all exemplary embodiments of network nodes according to the invention which are designed and / or set up to carry out the described exemplary embodiment of the method according to the invention.
Die in den Figuren 1 bis 3 gezeigten industriellen Netzwerke sind ferner Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Netzwerke. The industrial networks shown in FIGS. 1 to 3 are also exemplary embodiments of networks according to the invention.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen . Although the invention has been illustrated and described in more detail by the preferred exemplary embodiment, the invention is not restricted by the examples disclosed and other variations can be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zur Datenübertragung in einem insbesondere in dustriellen Netzwerk mit mehreren Netzwerkknoten (B1-B10), in dem geschützte Verbindungen für eine gesicherte Datenübertra gung einzurichten sind, wobei für Ports (P1-P5) von Netzwerk knoten (B1-B10) eine Latenz berechnet wird, und wobei in die Berechnung der Latenz eine Fan-In-Portanzahl mit einfließt, dadurch gekennzeichnet, dass 1. A method for data transmission in a particularly industrial network with several network nodes (B1-B10), in which protected connections are to be set up for secure data transmission, with latency for ports (P1-P5) of network nodes (B1-B10) is calculated, and a number of fan-in ports is included in the calculation of the latency, characterized in that
in dem Netzwerk eine oder mehrere logische Topologien (9-16, 21-24) für geschützte Verbindungen eingerichtet sind, und für wenigstens einen Port (P1-P5) wenigstens eines Netzwerkkno tens (B1-B10) ermittelt wird, an wie vielen der weiteren Ports (P1-P5) des wenigstens einen Netzwerkknotens (B1-B10) gemäß der eingerichteten logischen Topologie oder Topologien (9-16, 21-24) Daten einer oder mehrerer geschützter Verbin dungen, die über den wenigstens einen betrachteten Port (PI PS) weiterzuleiten sind, eingehen können, und die so ermit telte Anzahl von weiteren Ports (P1-P5) als Fan-In-Portanzahl in die Berechnung der Latenz für den wenigstens einen be trachteten Port (P1-P5) mit einfließt. one or more logical topologies (9-16, 21-24) are set up for protected connections in the network, and at least one network node (B1-B10) is determined for at least one port (P1-P5), at how many of the others Ports (P1-P5) of the at least one network node (B1-B10) according to the established logical topology or topologies (9-16, 21-24) Data of one or more protected connections that are transmitted via the at least one considered port (PI PS) are to be forwarded, can be received, and the thus determined number of further ports (P1-P5) is included as the number of fan-in ports in the calculation of the latency for the at least one port under consideration (P1-P5).
2. Verfahren nach Anspruch 1, 2. The method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
nur diejenigen der weiteren Ports (P1-P5) als Fan-In-Ports erachtet werden und in die Fan-In-Portanzahl einfließen, die zu wenigstens einer logischen Topologie (9-16, 21-24) gehö ren, zu der auch der oder der jeweilige betrachtete Port (PI PS) gehört. only those of the other ports (P1-P5) are considered to be fan-in ports and are included in the number of fan-in ports that belong to at least one logical topology (9-16, 21-24), which also includes the or the respective considered port (PI PS) belongs.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, 3. The method according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die oder die jeweilige logische Topologie (9-16, 21-24) für eine Streamreservierung in dem Netzwerk eingerichtet ist, und/oder die oder die jeweilige logische Topologie (9-16, 21- 24) für ein virtuelles Netzwerk und/oder eine Streamklasse umfasst oder dadurch gegeben ist. the or the respective logical topology (9-16, 21-24) is set up for a stream reservation in the network, and / or the or the respective logical topology (9-16, 21-24) for a virtual network and / or a Stream class includes or is given by it.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
die oder die jeweilige logische Topologie (9-16, 21-24) für zu einer zusammenhängenden Gruppe (G1-G5) benachbarter Endge räte (4, 6, 7, 8) und Netzwerkknoten (B1-B10) gehört. which or the respective logical topology (9-16, 21-24) belongs to a coherent group (G1-G5) of adjacent end devices (4, 6, 7, 8) and network nodes (B1-B10).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
wenigstens eine logische Topologie (9-16, 21-24) für durch ein für eine Gruppe (G1-G5) von Endgeräten (4, 6, 7, 8) und Netzwerkknoten (B1-B10) konfiguriertes virtuelles Netzwerk gegeben ist, wobei bevorzugt at least one logical topology (9-16, 21-24) for a virtual network configured for a group (G1-G5) of terminals (4, 6, 7, 8) and network nodes (B1-B10) is given, with preferred
mehrere logische Topologien (9-16, 21-24) eingerichtet sind, die jeweils durch ein für eine Gruppe (G1-G5) von Endgeräten (4, 6, 7, 8) und Netzwerkknoten (B1-B10) konfiguriertes vir tuelles Netzwerk gegeben sind, wobei zumindest ein Endgerät (4, 6, 7, 8) und/oder zumindest ein Netzwerkknoten (B1-B10) Teil von wenigstens zwei verschiedenen Gruppen (G1-G5) ist. several logical topologies (9-16, 21-24) are set up, each given by a virtual network configured for a group (G1-G5) of terminals (4, 6, 7, 8) and network nodes (B1-B10) are, where at least one terminal (4, 6, 7, 8) and / or at least one network node (B1-B10) is part of at least two different groups (G1-G5).
6. Verfahren nach Anspruch 5, 6. The method according to claim 5,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die oder die jeweilige Gruppe (G1-G5) ein Feldbussegment (17- 20) mit Aktoren und/oder Sensoren und wenigstens einer Steue rung (5, 6) umfasst. which or each group (G1-G5) comprises a field bus segment (17-20) with actuators and / or sensors and at least one controller (5, 6).
7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, 7. The method according to claim 5 and 6,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
mehrere Gruppen (G1-G5) jeweils eine virtuelle Steuerung (5) umfassen und die virtuellen Steuerungen (5) mehrerer Gruppen (G1-G5) auf einem Endgerät (4) vorgesehen sind, und dieses Endgerät (4) Teil der Gruppen (G1-G5) wenigstens zweier ver schiedener logischer Topologien (9-16, 21-24) ist. several groups (G1-G5) each comprise a virtual controller (5) and the virtual controllers (5) of several groups (G1-G5) are provided on a terminal (4), and this terminal (4) is part of the groups (G1- G5) is at least two different logical topologies (9-16, 21-24).
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
für jeden Port (P1-P5) , der gemäß der eingerichteten logi schen Topologie oder Topologien (9-16, 21-24) einen Sendeport (P1-P5) für Daten einer oder mehrerer geschützter Verbindun gen darstellt, ermittelt wird, an wie vielen der jeweils wei teren Ports (P1-P5) des jeweiligen Netzwerkknotens (B1-B10) gemäß der eingerichteten logischen Topologie oder Topologien (9-16, 21-24) für Daten einer oder mehrerer geschützter Ver bindungen, die über den jeweils betrachteten Port (P1-P5) weiterzuleiten sind, eingehen können, und die so ermittelte Anzahl von weiteren Ports (P1-P5) als Fan-In-Portanzahl in die Berechnung der Latenz für jeden dieser Ports (P1-P5) mit einfließt . for each port (P1-P5), which has a send port according to the established logical topology or topologies (9-16, 21-24) (P1-P5) represents data from one or more protected connections, it is determined at how many of the further ports (P1-P5) of the respective network node (B1-B10) according to the established logical topology or topologies (9-16 , 21-24) for data from one or more protected connections that are to be forwarded via the respective port (P1-P5) under consideration, and the number of further ports (P1-P5) determined in this way as the number of fan-in ports is included in the calculation of the latency for each of these ports (P1-P5).
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
gewährleistet wird, dass über den jeweils betrachteten Port (P1-P5) eines jeweiligen Netzwerkknotens (B1-B10) weiterzu leitende Daten geschützter Verbindungen nicht über mehr wei tere Ports (P1-P5) an dem jeweiligen Netzwerkknoten (B1-B10) ankommen, als in der Fan-In-Portanzahl für den jeweils be trachteten Port (P1-P5) berücksichtigt sind. it is guaranteed that data of protected connections to be forwarded via the respective port (P1-P5) of a respective network node (B1-B10) to be forwarded do not arrive at the respective network node (B1-B10) via more further ports (P1-P5) than are taken into account in the number of fan-in ports for the respective port under consideration (P1-P5).
10. Verfahren nach Anspruch 9, 10. The method according to claim 9,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
für die Einrichtung geschützter Verbindungen jeweils eine Streambeschreibung im Netzwerk verteilt wird, und jeder Netz werkknoten (B1-B10), der eine Streambeschreibung über einen seiner Ports (P1-P5) empfängt und einen anderen seiner Ports (P1-P5) weiterleitet überprüft, ob der eine Port (P1-P5) für die Weiterleitung über den anderen Port (P1-P5) bereits be rücksichtigt wurde, und bevorzugt für den Fall, dass der eine Port (P1-P5) noch nicht berücksichtigt wurde und die maximale Portanzahl schon erreicht ist, die Streambeschreibung mit ei nem Fehlercode versieht. a stream description is distributed in the network to set up protected connections, and each network node (B1-B10) that receives a stream description via one of its ports (P1-P5) and forwards another of its ports (P1-P5) checks whether one port (P1-P5) has already been taken into account for forwarding via the other port (P1-P5), and preferably in the event that one port (P1-P5) has not yet been taken into account and the maximum number of ports has already been reached is, the stream description is provided with an error code.
11. Netzwerkknoten (B2-B10), der zur Durchführung des Verfah rens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet und/oder eingerichtet ist. 11. Network node (B2-B10) which is designed and / or set up to carry out the method according to one of the preceding claims.
12. Netzwerkknoten (B2-B10) nach Anspruch 11, 12. Network node (B2-B10) according to claim 11,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
der Netzwerkknoten (B2-B10) dazu ausgebildet und/oder einge richtet ist, eine Latenz zu berechnen, wobei in die Berech nung der Latenz eine Fan-In-Portanzahlmit einfließt, und um für wenigstens einen seiner Ports (P1-P5) zu ermitteln, an wie vielen seiner weiteren Ports (P1-P5) gemäß einer oder mehrerer logischer Topologien (9-16, 21-24) für geschützte Verbindungen, die in einem Netzwerk, an dem der Netzwerkkno ten (B2-B10) teilnimmt, eingerichtet sind, jeweils Daten ei ner oder mehrerer geschützter Verbindungen, die über den we nigstens einen betrachteten Port (P1-P5) weiterzuleiten sind, eingehen können, und die so ermittelte Anzahl von weiteren Ports (P1-P5) als Fan-In-Portanzahl in die Berechnung der La tenz für den wenigstens einen betrachteten Port (P1-P5) ein fließen zu lassen. the network node (B2-B10) is designed and / or set up to calculate a latency, a number of fan-in ports being included in the calculation of the latency, and to determine for at least one of its ports (P1-P5) on how many of its other ports (P1-P5) according to one or more logical topologies (9-16, 21-24) for protected connections that are set up in a network in which the network node (B2-B10) participates , data from one or more protected connections that are to be forwarded via the at least one considered port (P1-P5) can be received, and the number of further ports (P1-P5) determined in this way as the number of fan-in ports in the Calculation of the latency for the at least one considered port (P1-P5) to flow into.
13. Netzwerk, insbesondere für eine Automatisierungsanlage und/oder Fertigungsanlage, mit wenigstens einem Netzwerkkno ten gemäß Anspruch 11 oder 12. 13. Network, in particular for an automation system and / or manufacturing system, with at least one network node according to claim 11 or 12.
14. Computerprogramm umfassend Programmcode-Mittel zur Durch führung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10. 14. Computer program comprising program code means for implementing the method according to one of claims 1 to 10.
15. Computerlesbares Medium, das Instruktionen umfasst, die, wenn sie auf wenigstens einem Computer ausgeführt werden, den wenigstens einen Computer veranlassen, die Schritte des Ver fahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen. 15. A computer-readable medium comprising instructions which, when executed on at least one computer, cause the at least one computer to perform the steps of the method according to any one of claims 1 to 10.
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DE102022106058A1 (en) 2022-03-16 2023-09-21 WAGO Verwaltungsgesellschaft mit beschränkter Haftung DETERMINATION OF A RESPONSE TIME OF AN INPUT OR OUTPUT OF AN INPUT/OUTPUT MODULE

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