CN100417145C

CN100417145C - 通过交换式数据网络传输数据的方法和系统

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Publication number: CN100417145C
Application number: CNB038104016A
Authority: CN
Inventors: 迈克尔·卡斯珀; 卡尔-海因茨·克劳斯; 乌尔里克·辛恩
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-05-07
Filing date: 2003-05-07
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2023-05-07
Also published as: ATE334540T1; US7508824B2; DE50304368D1; WO2003096637A2; WO2003096637A3; EP1502400B1; EP1502400A2; US20050169262A1; CN1653765A; DE10220334A1; ES2270036T3; CA2485187A1

Abstract

本发明涉及用于通过交换式数据网络，特别是在工业装置中的以太网，传输数据的方法和系统，该网络中传输实时临界数据和非实时临界数据，其中，该交换式数据网络在至少两个用户之间，特别是在一个发送者和一个接收者之间构成至少一个无线传输路径。当要通过数据网络的耦合单元在不同性能、周期定时的通信连接之间实现通信接口时，则按照“存储和转发”方法转发数据。可以并行地传输实时临界和非实时临界数据。

Description

通过交换式数据网络传输数据的方法和系统

技术领域

本发明涉及用于通过交换式数据网络，特别是在工业装置领域中的以太网，传输数据的方法和系统，在该网络中传输实时临界数据和非实时临界数据，其中，该交换式(schaltbare)数据网络在至少两个用户之间，特别是在一个发送者和一个接收者之间构成至少一个无线传输段。

背景技术

数据网络使得有可能通过联网，即单个用户间的相互连接，在多个用户相互之间进行通信。这里通信的含义是在用户之间传输数据。其中，待传输的数据作为数据电报发送，即数据被打包成多个分组并以这种形式通过数据网络送至相应的接收者。因此也被称为数据分组。这里，在本文件中使用的数据传输概念完全和上述数据电报或数据分组的传输同义。联网本身由交换式高性能数据网络，特别是以太网，这样来实现，即在两个用户之间各自至少接通一个与两个用户连接的耦合单元。每个耦合单元可以与多于两个用户连接。如果用户与一个耦合单元相集成，则该耦合单元也可以仅与一个其它的耦合单元或者一个其它的用户连接，即构成一个终端设备。每个用户与至少一个耦合单元，但不直接同另外一个用户连接。用户例如是计算机、可存储程序控制器(SPS)或者是和其它的机器交换电子数据、特别是加工电子数据的其它的机器。两个耦合单元之间的或者一个耦合单元和一个用户之间的传输段可以有线连接或者无线地构成。数据的无线传输例如可以通过无线电或者红外光进行。在仅仅利用无线传输段的构成中，将该数据网络称为无线数据网络；而将既有无线传输段又有有线连接的传输段的数据网络称为异构的(heterogenes)数据网络。与其中每个用户可以直接通过数据总线抵达数据网络中的任何另外的用户的总线系统相反，在交换式的数据网络中仅仅涉及点对点的连接作为传输段，也就是说，一个用户仅仅能够间接地、通过借助于一个或多个耦合单元传输数据的对应转发抵达交换式数据网络的所有其他用户。

在分布式自动化系统中，例如在传动技术中，必须使确定的数据在确定的时间到达确定的用户并由接收者处理。这里人们称之为实时临界数据或者数据交换，因为数据不及时到达确定的地点会造成在用户处不希望的结果。根据IEC61491，EN61491 SERCOS接口技术简述(http://www.sercos.de/deutsch/index_deutsch.htm)可以保证在分布式自动化系统中所述类型的实时临界数据传输。

现有技术同样公开了，在这种自动化系统中使用一种具有等距离特性的同步、定时通信系统，其被理解为一个由至少两个用户组成的系统，为了相互交换数据或者相互传输数据这些用户通过数据网络相互连接。

其中，数据交换周期地按由系统所使用的通信时钟预定的、等距离的通信周期进行。用户例如是中心自动化设备，编程、规划或操作设备，例如输入/输出部件的外部设备，驱动装置，执行器，传感器，可存储程序控制器(SPS)或其它的控制单元，计算机，或者与其它机器交换电子数据的机器，特别是其数据由其它机器处理的机器。在下面将控制单元理解为各种类型的调节或控制单元。作为数据网络应用的总线系统例如有：现场总线(Feldbus)、过程现场总线(Profibus)、以太网络、工业以太网络、火线(Fire Wire)或者PC内部总线系统(PCI)等等。

如今，自动化部件(例如控制器，驱动装置，......)一般具有用于周期定时通信的接口。这些自动化部件的运行层面(快周期)(例如在一控制器中的位置调节，驱动装置的转动力矩调节)是与该通信周期同步的。由此确定了通信时钟。另一方面，尽管更慢的周期已经是满足要求的，但自动化部件的低性能算法(慢周期)(例如温度调节)同样只能通过该通信时钟与其它部件(例如，对于通风器、水泵的二进制开关，......)通信。通过仅仅使用一种通信时钟来传输系统中的所有信息对传输段的带宽提出了高的要求。

现有技术中公知的系统部件为了对于每个过程或者自动化层面进行通信，仅利用一个通信系统以及一种通信周期(快周期)，按其时钟传输所有重要的信息。仅在慢周期中需要的数据可以例如通过额外建立的协议传输，以便限制对带宽的要求。这意味着自动化部件中的额外软件开销。此外，总线带宽以及在整个系统中的最小可能通信周期都是通过最低性能的部件来确定的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供用于通过交换式数据网络，特别是以太网，传输数据的系统和方法，该系统和方法使得可以在同一个数据网络中混合运行实时和非实时临界数据，特别是基于因特网或企业内部互联网的数据通信，其中，数据在数据网络的至少一个传输段上是无线传输的。

上述技术问题是通过一种通过交换式数据网络，特别是工业装置领域的以太网传输数据的、具有在权利要求1提到的特征的方法，以及具有权利要求33给出的特征的相应系统来解决的。在从属权利要求中描述了本发明的扩展。

本发明以这样的认知为基础，即，一个开放的基于因特网的通信是随机的通信，也就是说，这种通信的时间点和积累的需要传输的数据量都是事前不能确定的。因此，交换式高速网络，特别是快速以太网或交换式以太网的耦合单元中不能排除冲突。为了将因特网通信技术的优点也能够应用到自动化技术领域，尤其是传动技术中的交换式数据网络的实时通信中，希望有一种实时通信与随机的、非实时临界的通信，特别是因特网通信结合的混合通信。这种混合通信这样变为可能，即将这里涉及应用领域中的、主要是周期出现的、因此可以提前计划的实时通信与相对不能计划的、非时间临界的通信，特别是开放的、基于因特网的通信严格分开。

在此，各用户之间的通信以传输周期进行，其中，每个传输周期分成至少一个用于传输(例如设定的工业装置的)实时控制的实时临界数据的第一区域，和至少一个传输(例如在开放的、具有因特网能力的通信中的)非实时临界数据的第二区域。这里，本发明一种特别优选的结构的特征是，为每个用户配置一个耦合单元，该耦合单元用来发送和/或接收和/或转发待传输的数据。

在异构的交换式数据网络中，即在既有利用无线传输数据的传输段又有利用有线连接的传输数据的传输段的数据网络中，要将除了物理上不同还经常性能也相互不同的传输段相互连接。利用无线数据传输的传输段多数具有比有线连接的传输段较低的数据传输率。例如，按照IEEE 802.11a的无线网络具有54Mb/s的总数据率，而利用有线连接传输的以太网络已经达到1Gb/s的总数据率。尤其是通过无线电的无线传输段用来工作的周期时间，由于物理的原因(例如由于所使用高频电路的特性的原因)，可以明显地高于在有线连接数据传输中可能的周期时间。下面将与所引用的点中至少一个不同的、在传输段上形成的通信连接视为性能不同。特别优选的是本发明的这样的一个结构，即，其中为耦合单元设置了一个通信接口，用于连接利用无线数据传输段的第一传输段和利用有线连接数据传输的第二传输段，该结构在具有第一长度的第一传输周期的第一传输段上的第一通信连接和具有第二长度的第二传输周期的第二传输段上的第二通信连接之间具有一个通信接口。在该通信接口中的电子开关电路具有用于第一传输周期的接收清单和用于第二传输周期的发送清单，其中，将根据该接收清单接收的数据电报分配给该发送清单的一个元素，并且具有用于按照接收清单完全接收的数据电报的和按照发送清单待发送的数据电报的一个接收缓冲器、一个发送缓冲器和一个临时存储器，其中，该接收缓冲器和发送缓冲器均与该临时存储器连接。这种不同性能、周期定时的通信连接允许，例如具有不同传输特性的无线和有线连接的传输段相互连接。特别是在自动化系统中，这种通信接口允许按不同的与自应用的特性相匹配的传输特性运行数据网络。

例如，可以为较慢的输入/输出部件提供低性能的通信接口，使得该部件可以通过对应的接口与在控制中所分配的运行层通信。

一个特别的优点在于，本发明允许将不同传输率和/或不同通信周期的不同通信连接的数据电报综合到一个耦合节点的层面上，而不需为此在一个更高的逻辑层上的应用程序。这点尤其对于所谓的开关ASIC的通信连接具有优势，在此该通信连接可以包括用于不同通信连接的、多个分立的端口。

本发明的另一个特别的优点在于，能够在分别具有不同传输率和/或不同通信周期的不同子网络的、确定通信系统中一致地交换实时数据。对于一致传输实时数据起决定作用的是，分别为各子网络配置一个确定的传输周期，并且还是通过各子网络之间的该通信接口进行。本发明允许这种超越子网络边界的、将实时数据固定分配给确定的传输周期。

在本发明的一个优选的实施方式中，一致的数据交换通过一个临时缓冲器进行，也就是说，总是将数据从接收端口写入到公共的临时缓冲器中，而在对应的发送时刻将数据从发送端口由该临时缓冲器调出。此外，每个端口可以有一个发送和接收缓冲器。在这种情况下发送和接收缓冲器的深度必须足以存放最大电报长度的数据电报。只有数据电报在接收端口被完全地接收，才将数据复制到公共的临时存储器。在发送时将数据复制到发送端口的发送缓冲器中。

按照本发明的另一种优选的实施方式，通过对公共临时存储器的访问控制保证了，在对临时存储器的读和写期间不会出现超前(

)。

在此具有优势的是，在一个耦合节点上仅需要实现一个标准通信接口，而不需要附加的、用于在不同的通信接口之间复制数据的环节。

本发明的另一个优点在于，可以实现包含不同性能的子网络的自动化系统，特别是应用于包装机械、出版、注塑机、纺织机械、印刷机、机床、机器人、处理系统(Handlingssystemen)、木材加工机械、玻璃加工机械、陶瓷加工机械以及升降机械中，和应用在异构的交换式数据网络中。

本发明一种特别优选的结构的特征是，所有用户和交换式数据网络的耦合单元，通过相互间的时间同步始终具有一个共同的时基。这是分离可以计划的实时通信与不能计划的非实时通信的前提。可以计划的实时通信与不能计划的非实时通信的分离，通过使用按照德国专利申请DE 10004425的时间同步方法得到保证。通过该方法长时间的应用在分布式自动化系统正在进行的运行中，所有用户和交换式数据网络的耦合单元也一直以共同的时基同步，其结果意味着，对所有用户和耦合单元每个传输周期有相同的开始点和相同的长度。因为，所有实时临界数据传输由于周期的运行在真正的传输之前已经是已知的并因此可以被预先计划，所以，保证了可以对所有用户和耦合单元这样来控制实时通信，即在实时临界数据电报本身的数据传输时不出现干扰，例如冲突，而所有计划的临界数据传送时间点精确地保持。

本发明另一种特别优选的结构的特征是，将所有应该在传输周期为实时通信规定的区域内传输的非实时临界数据，由各自的耦合单元临时存储，并在这个或后续传输周期为非实时通信规定的区域内进行传输，也就是说，在传输周期为实时通信保留的第一区域内可能出现的、未计划的通信，将被推迟到传输周期为随机的非实时通信保留的第二区域中，这样，完全避免了对实时通信的干扰。这里由各自涉及的耦合单元临时存储随机的、非实时通信相应的数据，并在实时通信的第一区域之后，才在传输周期的为随机的、非实时通信保留的第二区域中发送该数据。该第二时间区域，即直到传输周期结束的所有时间，提供给所有用户用于随机的非实时通信，特别是因特网通信，因为在时间上分开，所以同样也不影响实时通信。

在耦合单元中同实时临界数据电报的冲突可以这样来避免，即，将所有在传输周期规定用于传输非实时数据的区域内不能传输的非实时临界数据，由各自的耦合单元临时存储，并在此后的一个传输周期规定用于传输非实时数据的区域内进行传输。

本发明另一种优选的结构的特征是，在一个传输周期内用于传输非实时临界数据的区域的时间长度，自动地通过用于传输实时临界数据的区域的时间长度来确定。这样设置的优点是，每次仅仅使用对实时临界数据交换所必须的传输时间，而将剩余时间自动地提供给非实时临界通信，例如用于不可计划的因特网通信或者其它非实时临界的应用。特别优选的是，在传输周期内用于传输实时临界数据的区域的时间长度，各自通过连接定义的待传输的数据来确定，即，对于每个数据连接两个区域的时间长度通过各自所需的待传输的实时临界数据的数据量确定，由此，两个区域的划分和因此供非实时临界通信使用的时间，对于两个耦合单元之间的每个数据连接和对每个传输周期是优化的。

本发明另一种优选的结构的特征是，传输周期的时间长度至少在每次进行数据传输之前被确定一次。其优点是，由此，在每次开始一个新的、事先计划的数据传输时，传输周期的时间长度可以根据各自对于实时通信或者开放的、具有因特网功能的通信的要求来确定。当然也有可能，传输周期的时间长度和/或传输周期用于传输实时临界数据的时间长度可以各自根据要求被改变，例如对事先计划的固定时间点和/或在计划的数目个传输周期之后，优选地是在转换到其它计划的实时临界传输周期的传输周期的开始。按优选的方式，传输周期的时间长度按照不同的应用目的在1微秒至10秒。

本发明另一种特别优选的结构的特征是，能够在自动化系统中正在进行的运行过程中的任何时间，进行实时通信的重新计划，这样，保证了实时控制对短时间变化的边界条件的灵活的适应性。由此，也可以改变传输周期的时间长度。

本发明另一种优选的结构的特征是，将传输周期设置用于传输实时临界数据的区域的一部分，用作传输组织数据传输的数据。这里表现出的特别的优点是，在传输周期用于传输实时临界数据的区域的开始，将用作组织数据传输的数据电报传输。这里，用作组织数据传输的数据例如是，用于用户和数据网络的耦合单元时间同步的数据、用于识别网络拓扑结构的数据等等。

本发明另一种特别优选的结构的特征是，对于在每个有关的耦合单元中的所有待传输的、实时临界的数据电报，将发送者和/或接收者处的发送和接收的时间点、所有用于转发该实时临界的数据电报的时间点、以及每个通过其转发实时临界的数据电报的所属连接线路，在每次进行数据传输之前加以标记，也就是说，在一个耦合单元中标记了，何时和在哪个输出口应该在时间点X将一个到来的实时临界的数据电报转发出去。

本发明另一种特别优选的结构的特征是，这样来计划转发的时间点，使得每个实时临界数据最晚在转发的时间点或者之前被送至对应的耦合单元，但无论如何直到转发的时间点才被转发出。由此，去除了尤其在长传输链显著的时间模糊的问题。这样，能够将实时临界的数据电报不经过时间上的间隔而直接地发送或者转发，即，避免了实时数据分组中的带宽的不良使用。当然也可能在需要时在传输单个数据分组之间设立发送暂停。

这种基于时间的转发的另一个优点是，在耦合单元中寻找目标不再是基于地址的了，因为事前是清楚的，应该向哪个口转发。由此，有可能在交换式数据网络中优化地利用所有现存连接段。由此，可以按优选的方式在数据网络中具有移动用户时考虑，通过哪个耦合单元利用一个无线传输段可以抵达当前的一个移动用户。交换式数据网络的冗余的连接线路可以事前对转发段作计划时被考虑，并由此应用到实时通信中来，这种冗余的连接线路在基于地址的实时临界通信的连接中不允许使用，因为否则会带来数据分组的循环。由此，有可能实现冗余的网络拓扑，例如用于容错的实时系统的环。数据分组可以被冗余地送至分离的路径，而不会出现数据分组的循环。事前计划的转发的另外一个优点是，由此有可能不用回答地监视每个子段，并可以简单地进行错误诊断。

本发明另一种特别优选的结构的特征是，至少一个的任意、具有或者没有所属耦合单元的用户，特别是一个能够进行开放的、具有因特网功能的通信的用户，可以被引入到交换式数据网络中，并保证按希望的时间点成功地进行临界数据的传送，即使这个任意的用户进行着非实时临界的通信，特别是与实时临界通信并行的因特网通信。

本发明另一种特别优选的结构的特征是，将一个耦合单元集成在一个用户之中。由此，相对迄今的一直是作为独立的构件实现的耦合单元(也称为开关)具有特别的造价上的优点。

本发明另一种优选的结构的特征是，一个耦合单元包括两个分离的、分别用于各自用户的通道，其中，一个通道用于实时临界数据的交换，而另一个通道用于非实时临界数据的交换。这具有分离处理实时临界数据和非实时临界数据的优点。用于非实时临界数据的通道对应于一个市场上通用的标准以太网控制器的接口，由此可以不加限制地使用迄今存在的软件，特别是驱动装置。因此，迄今存在的软件也适用于不具有实时功能的数据网络。

附图说明

下面对照附图所示实施方式对本发明作进一步的描述和说明。图中，

图1示出一个分布式自动化系统实施方式的原理图，

图2示出传输周期的原理性结构，

图3示出交换式数据网络中的原理性工作方式，

图4示出在一个本地用户和一个耦合单元之间接口的原理图，

图5示出在不同性能网络的两个用户(例如图1中的计算单元1和用户61)之间的电子开关电路的实施方式的框图和对应的通信连接。

图6示出接收方法的一个优选实施方式的流程图，和

图7示出从一个较低性能的网络向一个较高性能网络发送数据电报的优选实施方式的流程图。

具体实施方式

图1示出一个分布式自动化系统实施方式的原理图，其中，出于清楚表示的原因作为本发明的一部分已经将每个耦合单元集成给相应的用户。相反地，在迄今的现有技术中则将每个在此已经集成给相关本地用户的耦合单元作为单独的、分别在两个用户之间接入的器件。在每个用户中集成各自的耦合单元造价低并有利于维护。

所示自动化系统由多个用户、例如控制计算机1、多个驱动装置、以及其它计算机4，5，6组成，用户可以同时既表现为发送者又表现为接收者，多个驱动装置中出于清楚表示的原因只示出了驱动装置2，其它的计算机借助于连接电缆，特别是以太网电缆，与一个交换式数据网络，特别是以太网相互连接。在连接电缆中出于清楚表示的原因只示出了连接6a，7a，7b，8a，9a。对以太网的拓扑典型的耦合单元，在表示中已经集成给各自的用户，出于清楚表示的原因只示出了耦合单元6，7，8，9，10和60。耦合单元的作用是发送和/或接收和/或转发待传输的数据。

在示出的实施方式中，在耦合单元7与耦合单元8之间以及在耦合单元7和移动用户61的耦合单元60之间的两个连接7a和7b都是通过无线传输段构成的，该无线传输段具有比其它利用有线连接的数据传输的连接较低的传输率。为此，耦合单元8和60各自配备有一个无线模块，而耦合单元7配备有两个无线模块，这些无线模块使得可以双工传输。为了避免无线电信号的相互影响，每个传输方向和每个连接使用一个单独的无线电频道。自然，也可以将通过无线电的连接代之以光(特别是红外光)、声或者其它用于通过无线传输段传输数据的信号类型。

例如，控制计算机1此外还与公司的内部通信网络，例如企业内部网11和/或全球通信网络因特网11连接。将实时临界数据例如由控制计算机1发送出来，通过连接6a，7a，8a，9a驱动装置2的控制装置。这种实时临界的数据必须准确地在时间点X被驱动装置2处理，因为否则会出现不希望的影响，例如驱动装置2的启动被延迟等等，这将干扰自动化系统的工作。实时临界的数据的各自转发通过耦合单元6，7，8，9至耦合单元10进行，耦合单元10将数据送至接收器驱动装置2，驱动装置2在时间点X处理该数据。在迄今的现有技术中，如果此外在该时刻没有其它任何通信在进行，例如通过计算机5的因特网通信，则能够保证上述类型的实时临界的数据的交换成功的进行。在这种情况下，在相同时刻通过计算机5进行的因特网通信，要求计算机5例如接通因特网网页。这种非实时临界的数据通过连接8a，7a，6a借助于耦合单元9，8和7被转发至耦合单元6，该耦合单元6将数据送交计算机1，该计算机最后将相应的询问送至因特网11，而回答则通过相同的连接或者耦合单元，以相反的顺序送回计算机5。因此，回答使用了与实时临界的数据通信相同的路径。由此，可能在参与的耦合单元中出现等待的情况，而实时临界的数据不再能及时地到达驱动装置2。因此，用迄今的现有技术不能保证不出错地实时运行。与此相反，本发明公开的应用则使得可能与实时通信并行地，在相同的数据网络中进行任意的、非实时临界的通信，而不对实时通信产生干扰。这通过计算机3和4的接入表示，在这些计算机中没有集成耦合单元，而是借助于直接的以太网连接将它们集成在所示的自动化系统中。计算机3和4不参加实时通信，而是仅仅参加随机的、具有因特网功能的通信，而不干扰实时通信。

本发明基于这样的思路，即，将实时临界和非实时临界通信在交换式数据网络中相互分离，使得非实时临界通信不对实时临界通信产生干扰影响。这种分离的前提的一方面是，所有用户和交换式数据网络的耦合单元通过相互间的时间同步总是具有一个共同同步的时基。这通过长时间使用按照德国专利申请DE 10004425A1的时间同步方法，在正在运行的分布式自动化系统中同样得到保证。分离的第二个前提是，实时临界通信的可计划性，由此得出的是，将这里涉及应用领域中，特别是在驱动技术中周期出现的实时通信，即数据的传输在一个或多个传输周期中进行。

图2是一个分为两个区域的传输周期原理性结构的示例性表示。传输周期12被分成一个用于传输实时临界数据的第一区域13和一个用于传输非实时临界数据的第二区域14。所示传输周期12的长度由其时间长度17表示，按照不同的应用目的它优选为1微秒到10秒之间。传输周期12的该时间长度17是可变的，但是，在数据传输之前的时间点至少例如通过控制计算机1被确定一次。传输周期12的时间长度17和/或用于传输实时临界数据的第一区域13的时间长度，可以随时，例如按事前计划的，在固定的时间点和/或在计划的数目个传输周期之后，优选地在传输周期12开始之前被改变，其中，控制计算机1例如转换到另一个计划的、实时临界的数据的传输周期。此外，控制计算机1能够随时在正在运行的自动化系统中根据不同的实时通信的新计划的要求进行控制，由此同样可以改变传输周期12的时间长度17。传输周期12的绝对时间长度17是一种对于时间成分或者一个传输周期12中非实时临界的通信带宽(即提供该非实时临界的通信的时间)的量度。例如，在传输周期12的时间长度17为500us时非实时临界的通信具有30％的带宽，而在10ms下带宽为97％。在用于传输实时临界数据的第一区域13中，在发送真正实时临界的数据电报(其中为了清楚起见只表示出了数据电报16)之前，保留了一定的时间长度来发送用于组织数据传输的数据电报15。该用于组织数据传输的数据电报15包括，例如用于用户和数据网络的耦合单元时间同步的数据和/或用于识别网络拓扑结构的数据。在该数据电报被发出之后，发送相应于数据电报16的实时临界数据电报。因为实时通信通过周期运行是可以事前计划的，对于传输周期12的所有待传输的、相应于数据电报16的实时临界数据电报来说，发送时间点或者转发该实时临界数据电报的时间点，在数据传输开始之前是已知的，也就是说，用于传输非实时临界数据的区域14的时间长度，自动地通过用于传输实时临界数据的区域13的时间长度来确定。这样设置的优点是，每次仅使用对实时临界数据交换所必须的传输时间，而在其结束后将剩余时间自动地提供给非实时临界通信，例如用于不可计划的因特网通信或者其它非实时临界的应用。特别优选的是，用于传输实时临界数据的区域13的时间长度各自通过连接定义的待传输的数据来确定，即对于每个数据连接，两个区域的时间长度通过各自所需的待传输的实时临界数据的数据量确定，由此，对每个传输周期12，区域13和区域14的划分对于不同数据连接可以是不同的。每次仅使用对实时临界数据交换所必须的传输时间，而传输周期12的剩余时间自动地提供给非实时临界通信，例如用于不可计划的因特网通信或者其它非实时临界的应用，供所有交换式数据网络的用户使用。因为实时通信在事前这样相应地计划，即，这样来计划实时临界数据电报到达相应的耦合单元，使得涉及的实时临界数据电报，例如数据电报16最晚在转发的时间点或者之前被送至对应的耦合单元，因此能够将相应于数据电报16的实时临界的数据电报不经过时间上的间隔空间而被发送或者转发，从而通过密集的分组发送或者转发最好地利用了供使用的时间长度。当然，也可能在需要时在传输单个数据分组之间设立一个发送暂停。

图3示出了交换式数据网络中的原理性工作方式。其中，在示意性示出的网络中示出了一个例如为驱动装置的用户18和一个例如为控制计算机的用户19，它们分别具有集成的耦合单元20和21，以及另一个不带耦合单元的用户36，它们通过数据连接32、33相互联系。其中，耦合单元20通过外部端口30、数据连接32和外部端口31与耦合单元21连接。耦合单元20、21的其它所示的外部端口为清楚起见没有在图中标示。对于其它具有或者没有集成的耦合单元的用户为清楚起见同样没有示出。对从所示耦合单元20，21出发至其它用户的数据连接34、35只是作出了标示。耦合单元20、21分别具有本地存储器24、25，它们通过内部接口22、23与用户18、19连接。用户18、19通过接口22、23与相应的耦合单元20、21交换数据。本地存储器24、25在耦合单元20、21内通过数据连接28、29与控制器26、27相连。控制器26、27通过内部数据连接28、29从本地存储器24、25接收数据或者向本地存储器24、25转发数据，或者通过一个或多个外部端口，例如端口30或端口31接收或转发数据。通过采用时间同步的方法，耦合单元20，21始终有一个共同的同步时基。如果用户21有实时临界数据，则该数据通过接口23、本地存储器25和连接29，由控制器27在为实时临界通信的区域期间按预先计划的时刻读取，并在那通过规定的外部端口，例如端口31向耦合单元20发送。与此同时，即在实时临界通信期间，用户36通过数据连接33发送非实时临界数据，该数据通过外部端口37由控制器27接收，并通过内部连接29转发至本地存储器25和在那被临时存储。直到用于非实时临界通信的区域期间，该数据才被从那里再次读取并向接收者转发，即，该数据被推迟到传输周期的为随机的、非实时通信保留的第二区域中发送，由此排除了对实时通信的干扰。对于不是所有暂存的、非实时临界数据能够在传输周期的用于传输非实时临界数据的区域中被传输的情况，该数据将一直在耦合单元21的本地存储器25中临时存储，直到其在能够在随后的传输周期用于传输非实时临界数据的区域中被传输为止，由此在任何情况下排除了对实时通信的干扰。

通过数据连接32和外部端口30到达耦合单元20的控制器26的实时临界数据电报，被直接通过对应的外部端口转发。这是可能的，因为实时通信可以预先计划，而因此对于所有待传输的实时临界数据电报来说，发送和接收时刻、所有参与的耦合单元以及所有转发的时刻和所有该实时临界数据电报的接收者都是已知的，也就是说，例如在耦合单元20的控制器26标记了，应该将在时刻X到来的实时临界数据电报，通过外部端口38转发至下一个耦合单元。通过事前完成的实时通信的计划还保证了，例如从端口38出发的数据连接34上不会出现数据冲突。同样地适用于所有在实时通信期间的其它数据连接或者端口。来自各参与的耦合单元的所有实时临界数据分组的转发时刻同样是事前计划的，因此是明确确定的。例如，在耦合单元20的控制器26中实时临界数据电报的到来因此是这样计划的，即，该涉及到的实时临界数据电报最晚在转发的时刻或者更早到达耦合单元20的控制器26。由此，去除了尤其在长传输线路下显著的时间模糊的问题。例如为用户18确定的并在耦合单元20的本地存储器24暂存的数据，将由该用户在给定的时间读取：实时临界数据事前确定的时刻，而非实时临界数据在为其规定的区域期间读取。

因此，如上所述，可以在不对实时通信本身干扰的情况下，在同一个交换式数据网络中同时运行实时临界和非实时临界通信，以及可以由附加用户建立与该交换式数据网络的任意连接。

图4示出在一个本地用户和一个耦合单元之间接口的原理图。按照本发明公开的耦合单元40集成在例如一个自动化系统的控制计算机1的用户39中。用户39既参与实时临界通信又参与非实时临界通信，因此用户39安装有实时临界的应用48，例如用于自动化系统的驱动装置的控制装置，和非实时临界的应用49，例如用于随机因特网通信的浏览器或文字处理程序。为了清楚起见，仅示出了逻辑的而不是物理的连接，尤其是数据连接。用户39和集成的耦合单元40之间的通信通过本地存储器41进行，在其中由用户39发送的相应数据以及为用户39确定的数据被临时存储。本地存储器41必须能够既由用户39又由耦合单元40读写，其中，本地存储器41的例如在所示实施方式中作为耦合单元40一部分的物理位置并不重要。为了保证实时临界和非实时临界通信的分离和由此不受干扰的实时临界通信，需要两个分离的至用户39的通道，其中，一个通道用于实时临界的数据交换，而另一个通道用于非实时临界的数据交换。其结果，物理通信通过在为了清楚起见没有示出的数据网络和耦合单元40之间的两个分离的逻辑接口42和43，以及在存储器41(即耦合单元40)和用户39之间的逻辑上分离的通信信道46和47进行。其中，接口42和通信信道46规定了为实时临界通信的通信信道，而接口43和通信信道47规定了为非实时临界通信的通信信道。但是从物理上来看，这两个分别表示的逻辑上分离的接口42或43以及通信信道46或47，分别是相同的用于双向传输数据的通信信道。特别是按照现有的和读取的数据的类型，通过两个逻辑上相互分离的通信信道46和47进行信号化，其中，通过通信信道46将实时临界数据的准备就绪用信号通知实时临界的应用48，并通过通信信道47将非实时临界数据的准备就绪用信号通知非实时临界的应用49。因此，驱动装置44和实时临界的应用48可以以比驱动装置45和非实时临界的应用49更高的优先级工作。因此也能够保证在用户39中对实时临界数据的实时性处理。此外，为了保证实时通信所需的实时临界和非实时临界通信的分离还具有这样的优点，即可以不受限制的使用现有的为非实时临界通信的程序，特别是现有驱动程序，由此，一方面不需要昂贵的新的开发，另一方面非实时临界通信的进展对实时通信本身没有影响，并因此不会对公开的本发明产生局限。

图5示出了一个电子开关电路101，其用作在与耦合单元102的通信连接112和与耦合单元103的通信连接116之间的通信接口。下面将耦合单元的电子开关电路称为耦合节点，由此实现的通信接口和耦合单元通常对应于其功能。

耦合节点101具有两个通信口：端口B和端口C。

将一个接收清单105分配给端口B。该接收清单105确定来自通信系统的其它不同节点的、在不同时刻在端口B上待接收的数据电报。即，这些数据电报的类型、时刻和收信人是事先确定的；改变的仅是随着数据电报的各传输的有效数据。

此外，将一个接收缓冲器104分配给端口B。该接收缓冲器作为用于完整接收至少一个数据电报的缓存存储器。为此，该接收缓冲器104具有对于存放一个单个数据电报最大的长度足够的容量。

端口C具有发送清单106，其在特定的通信系统中确定在何时刻、在端口C上向耦合节点101的哪个接收者发送哪些数据电报。将一个发送缓冲器107分配给端口C，用于对待发送的数据电报进行缓存。与接收缓冲器104类似，发送缓冲器107也必须具有对于存放一个预定最大电报长度足够的容量。

在接收缓冲器104和发送缓冲器107之间有一个临时存储器108。临时存储器108用于临时存储完全接收的数据电报。接收缓冲器104和发送缓冲器107都可以访问临时存储器108，其中，对应的访问通过访问控制器109(所谓的仲裁器，Arbiter)进行控制。

一旦数据电报完整地出现在接收缓冲器104中，就向访问控制器109发出请求，以便将在接收缓冲器104中完整出现的数据电报复制到临时存储器108中。临时存储器108例如按行被分成不同的存储区域。各存储区域通过写指针136以及读指针137来识别。

然后，将在接收缓冲器104中完全接收的数据电报存储在临时存储器108的、可以通过写指针136的当前位置识别的存储区域中。写指针136的位置在对应的存储区域中的写操作之后被增量，使得写指针136指明下一个空闲的存储区域。

一旦读指针137指示该此前存放的数据电报的存储区域，则将其从临时存储器108移动到发送缓冲器107中，以便从那里按照发送清单106进行发送。在将有关数据电报从临时存储器108传送到发送缓冲器107之后，对应于被处理的发送清单106将读指针137的位置增量。

根据另一种实施方式，发送清单106对应每个待发送的元素具有一个从中调用待发送数据电报的临时存储器108的地址。对应地，在该不同的实施方式中接收清单的控制结构也可以对应每个待接收的元素包括一个临时存储器108的地址，在该地址上临时存储一个对应的、完全接收的数据电报。

耦合节点101通过通信连接112与节点102连接。通信连接112是一个具有相对小的数据率和相对长的传输周期113(也称为帧或者“Frame”)的、例如通过无线电与无线数据传输的低性能连接。

通信连接112将端口C与节点102的端口D连接。端口D分配有发送清单114和接收清单115，这两个清单又规定了通过通信系统(即通过通信连接112)的确定的数据电报的传输。

对应地，耦合节点101的端口B通过通信连接116与节点103的端口A连接，其中，通信连接116是一个具有相对高数据率和相对短的传输周期117的、通过例如快速以太网与有线连接的数据传输的高性能连接。

在节点103的端口A中也具有发送清单118和接收清单119，用于从或者向节点103进行确定的数据电报传输。

通过通信连接112和116的通信按周期重复的传输周期113或117进行，这些传输周期本身可以分成时隙。在传输周期113或117中对相应的发送和接收清单进行处理，其中，将不同的数据电报分配给传输周期中的有关时隙。

在图5的例子中示出了四个在时间上相互跟随的传输周期117，其中各自传输一个或者多个数据电报。为了清楚起见，在图5中为每个传输周期117仅示出了一个数据电报120，121，122和123。

由于在耦合节点101中应用的“存储和转发”(Store-and-Forward)方法，通信连接112和116不需要相互同步，也就是说，传输周期113以及117的起始可以具有一个相位差。同样，传输周期113和117的长度可以任意选择，也就是说，对于是相同的长度或者整数的倍数没有限制。但是，必须这样定义在确定的通信系统中的最大电报长度，使得对应的电报可以在传输周期113或117内的任意情况下传输，以保证特别是实时数据的数据一致性。

在第二种应用情况下，从节点102按照其发送清单114在传输周期113中通过通信连接112，从耦合节点102的端口D向耦合节点101的端口C发送数据电报124。该数据电报124由耦合节点101的端口C按照其接收清单133接收，并在接收缓冲器134中临时存储。

然后，耦合节点101在下一个传输周期117中按照其发送清单131从其端口B发送数据电报125，126，127和128。这点可以这样实现，因为数据电报125至128分别是数据电报124的拷贝。按照这种方式和方法满足了接收清单119的、在传输周期117的每个数据间隙中等待一个数据电报的重要性。

另一种可能性是在存储器110中存储一个没有有用信息的备用电报。在这种情况下，仅仅数据电报125至128中的一个(例如数据电报125)是数据电报124的拷贝，而其它数据电报126至128分别是存储器110的备用电报的拷贝。该过程例如可以通过控制器132的控制而实现。

即，对由节点103的共计n次(例如四次)数据电报发送，该电报被从节点101向节点102发送m次，其中m＜n，优选地如所观察的例子中m＝1。

另一方面，在通过低性能的通信连接112发送n次数据电报时，要么将该数据电报m次重复，即，在所示的例子中每次发送时进行四次重复，要么将发送的数据电报仅发送一次并附加发送m-1次备用电报。

此外，耦合节点101还具有一个耦合场129，通过该耦合场在耦合节点101中可以在端口B和C以及需要时在其它图5中没有示出的耦合节点101的端口之间建立通信连接。

耦合节点101还可以本身是自动化部件的集成的组成部分。

图6示出在耦合节点的一个端口上接收数据的对应流程图。在步骤160将有关端口的对于有关通信连接的下一个传输周期的接收清单激活。在步骤161按照该接收清单通过该通信连接进行一个数据电报的完全接收。该数据电报在接收缓冲器中暂时缓存。

在步骤162中向访问控制器请求访问临时存储器。在访问控制器给出一个对应的信号之后，在步骤163将有关的数据电报存储在临时存储器中具有地址i的存储区域中。在此，该地址i通过临时存储器的写指针来识别。

在步骤164将该地址i增量，使得该写指针指示临时存储器的下一个空闲的存储区域。在此，也可以使用所谓的“滚动”(Roll-Over)。

如果随着接收该数据电报对应该传输周期已经处理完接收清单，则流程控制返回到步骤160，以便激活对于下一个传输周期的接收清单。反之，流程控制从判断步骤165返回到步骤161，以便按照同一个接收清单在当前的传输周期中接收下一个数据电报。

图7示出从耦合节点的另一个端口发送的对应情形。首先，在步骤170将对于下一个传输周期的发送清单激活。在步骤171向访问控制器请求访问临时存储器，以便将下一个待发送的数据电报传输到发送缓冲器中。在此，临时存储器的地址j的有关存储区域通过临时存储器的一个写指针识别。在访问控制器通过对应的信号释放对于具有临时存储器的地址j的存储区域访问之后，在步骤172将读指针增加值k，并在步骤173将数据电报传输到发送缓冲器中。

读指针增加的值k通过发送清单定义。在此，访问控制器保证读指针不超过写指针以及相反。

如果随着发送该数据电报对当前传输周期已经处理完发送清单，则在下一个步骤174中分支返回到步骤170，反之，分支返回到步骤171，以便按照发送清单在当前的传输周期发送其它数据电报。

总之，本发明涉及一种系统和一种方法，该系统和方法使得可以在一个由用户和(例如，分布式自动化系统中的)耦合单元组成的、异构交换式数据网络中，通过周期性的运行使得可以既进行实时临界的、又进行非实时临界的通信。在一个所谓传输周期12中对交换式数据网络的所有用户和耦合单元都存在至少一个用于传输实时临界数据的区域13和至少一个用于传输非实时临界数据的区域14，由此，将实时临界的通信和非实时临界的通信分开。因为所有用户和耦合单元始终是按一个共同的时基同步的，所以对于所有用户和耦合单元用于传输数据的每个区域都出现在同一时刻，也就是说，实时临界通信的进行在时间上独立于非实时临界通信并因此不受后者影响。实时临界通信事前被计划。原始发送者提供数据电报以及数据电报的转发借助于有关耦合单元以时间为基础地进行。通过在各个耦合单元中的暂存实现了，将在任意时间出现的、随机的、非实时临界通信推迟到为非实时通信保留的传输周期12的传输区域14，并仅仅在那被传输。

Claims

1. 一种用于通过交换式数据网络传输数据的方法，在该网络中传输实时临界的数据和非实时临界的数据，其中，所述交换式数据网络具有至少一个建立在至少两个用户、特别是在一个发送者和一个接收者之间的无线传输段，其中，在至少一个具有可设定时间长度(17)的传输周期(12)中传输数据，每个传输周期(12)被划分为至少一个用于传输实时控制的实时临界的数据的第一区域(13)和至少一个传输非实时临界的数据的第二区域(14)，其中，设置了一个用于连接利用无线数据传输的第一传输段和利用有线连接的数据传输的第二传输段耦合单元，为了在利用第一长度的第一传输周期的第一传输段上的第一通信连接和利用第二长度的第二传输周期的第二传输段上的第二通信连接之间建立通信接口，执行下列步骤：

-按照分配给第一传输周期的接收清单完全接收一个数据电报，

-将该完全接收的数据电报临时存储，

-按照分配给第二传输周期的发送清单发送该数据电报，

其中，所述第一和第二通信连接具有等距离特性。

2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为每个用户配备一个耦合单元，通过该耦合单元发送和/或接收和/或转发待传输的数据。

3. 根据权利要求1所述的方法，其中，将在第一传输周期中接收的数据电报存放在临时存储器的相继的存储区域中。

4. 根据权利要求1所述的方法，其中，将在该第二传输周期中待发送的数据电报从临时存储器中读出，其中，各存储区域通过一个偏移量相互分开。

5. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，通过一个访问控制器保证，在一个逻辑时间单位中不对用于临时存储完全接收的数据电报的同一区域进行访问，以及不进行其发送。

6. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述第一通信连接和第二通信连接具有不同的传输率和/或所述第一和第二传输周期不同步和/或所述第一和第二长度相同或不相同或者具有任意整数或非整数的比例。

7. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，由第一通信连接的第一用户在第一传输周期内接收数据电报，并将该数据电报在m个相继的传输周期内向第二通信连接的第二用户发送m次，其中，m表示整数。

8. 根据权利要求7所述的方法，其中，将所述数据电报仅在第二传输周期中发送一次，而在后续的第二传输周期中将一个备用电报发送m-1次。

9. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述数据电报是实时数据。

10. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述第一和第二通信连接分别是工业以太网。

11. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，通过一个耦合场对分别分配有发送清单和/或接收清单的多个输入和/或输出端口进行耦合。

12. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，第一和第二传输周期不具有相位差。

13. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，交换式数据网络的所有用户和耦合单元通过相互间的时间同步始终具有一个共同的同步时基。

14. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，将所有应该在传输周期(12)的为实时临界的通信设置的区域(13)内传输的非实时临界数据，暂存在各自的耦合单元内，并在该传输周期或一个后续传输周期的为非实时临界的通信设置的区域(14)内进行传输。

15. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，将所有在传输周期(12)内设置用于传输非实时临界的数据的区域(14)内不能传输的非实时临界的数据，暂存在各自的耦合单元内，并在此后的一个传输周期的设置用于传输非实时临界的数据的区域(14)内进行传输。

16. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在一个传输周期(12)内用于传输非实时临界数据的区域(14)的时间长度，自动地通过用于传输实时临界数据的区域(13)的时间长度来确定。

17. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在一个传输周期(12)内用于传输实时临界数据的区域(13)的时间长度，分别通过特定于连接的、待传输的数据来确定。

18. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述传输周期(12)的时间长度(17)至少在每次进行数据传输之前被确定一次。

19. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述传输周期(12)的时间长度(17)和/或传输周期(12)的用于传输实时临界数据的区域(13)的时间长度是可变的。

20. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述传输周期(12)的时间长度(17)在1微秒至10秒之间。

21. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，可以在自动化系统的运行中随时对实时通信进行新的计划。

22. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述传输周期(12)的时间长度(17)可以通过对实时通信的新的计划而改变。

23. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，将传输周期(12)的用于传输实时临界数据的区域(13)的一部分，用来传输用于组织数据传输(15)的数据。

24. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述用于组织数据传输(15)的数据在传输周期(12)的用于传输实时临界数据的区域(13)的开始被传输。

25. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述用于组织数据传输(15)的数据包含用于数据网络的用户和耦合单元时间同步的数据和/或用于识别网络拓扑结构的数据。

26. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，对于所有待传输的、实时临界的数据电报，在每次进行数据传输之前，对发送者和/或接收者的发送和接收的时刻加以标记。

27. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，对于所有待传输的、实时临界的数据电报，在每次进行数据传输之前，分别在每个相关的耦合单元中对所有转发该实时临界数据电报的时刻、以及每个所属的、通过其转发实时临界的数据电报的连接线路加以标记。

28. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，每个实时临界的数据电报最晚在转发时刻或者之前被送至相应的耦合单元。

29. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，将所述实时临界的数据电报直接地、没有时间间隔地发送或者转发。

30. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，将不允许用于非实时临界通信的交换式数据网络的连接线路用于实时临界的通信。

31. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，至少一个交换式数据网络的用户可以在同一交换式数据网络中并行地进行实时临界的通信和/或非实时临界的通信，其中，所进行的非实时临界的通信不影响并行进行的实时临界的通信。

32. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，可以将至少一个任意的、具有或者不具有所属耦合单元的用户接入到交换式数据网络中。

33. 一种用于通过交换式数据网络传输数据的系统，该系统具有至少一个与可传输实时临界的数据和非实时临界的数据的交换式数据网络相耦合的数据处理装置，其中，所述系统包括一个在至少一个具有可设定的时间长度(17)的传输周期(12)内传输数据的装置，每个传输周期(12)被划分为至少一个传输用于实时控制的实时临界的数据的第一区域(13)和至少一个传输非实时临界的数据的第二区域(14)，其中，所述系统具有一个带有电子开关电路的耦合单元，其中，所述耦合单元设置用于连接利用无线数据传输的第一传输段和利用有线连接的数据传输的第二传输段，其中，所述通信接口建立在具有第一长度的第一传输周期(117)的第一传输段上的第一通信连接(116)和具有第二长度的第二传输周期(113)的第二传输段上的第二通信连接(112)之间，所述耦合单元具有对于所述第一传输周期的接收清单(105，115，119，133)和对于所述第二传输周期的发送清单(106，114，118，131)，其中，为按照所述接收清单接收的数据电报(120，121，122，123，124，125，126，127，128)分配所述发送清单的一个元素，并且具有用于按照接收清单完整接收的数据电报和按照发送清单待发送的数据电报的接收缓冲器(104，134)、发送缓冲器(107，130)和临时存储器(108)，其中该接收缓冲器和该发送缓冲器都可以与所述临时存储器连接，并且其中所述第一和第二通信连接具有等距离特性。

34. 根据权利要求33所述的系统，其特征在于，在所述系统中为每个用户配置一个用于发送和/或接收和/或转发待传输的数据的耦合单元。

35. 根据权利要求33所述的系统，其中，所述系统具有一个在电子开关电路中的访问控制器(109，132)，用于控制发送缓冲器和接收缓冲器对临时存储器的访问。

36. 根据权利要求33任一项所述的系统，其中，将在所述第一传输周期中接收的数据电报存放在临时存储器的相继的存储区域中，而利用一个接收指针(136)指向用于完全接收的数据电报临时存储的下一个空闲存储区域。

37. 根据上述权利要求33至36中任一项所述的系统，其中，所述第一通信连接和第二通信连接具有不同的传输率并且不同步。

38. 根据上述权利要求33至36中任一项所述的系统，其中，所述第一和第二传输周期同步，并且所述第一和第二长度相同或者相互之间具有整数的倍数。

39. 根据上述权利要求33至36中任一项所述的系统，其中，所述接收清单构造用于，在按照接收清单在第一传输周期内n次接收数据电报之后，将该数据电报在m个相继的传输周期内发送m次，其中，m和n分别表示整数，并且m＜n。

40. 根据权利要求39所述的系统，其中，将所述数据电报按照发送清单仅发送一次，而在第二传输周期中将一个备用电报按照发送清单另外发送m-1次。

41. 根据上述权利要求33至40中任一项所述的系统，其中，所述第一和/或第二通信连接是双向的，而为该双向的通信连接中的每个分配一个发送清单和一个接收清单。

42. 根据上述权利要求33至36中任一项所述的系统，其中，所述数据电报是实时数据。

43. 根据上述权利要求33至36中任一项所述的系统，其中，所述系统在该电子开关电路中具有多个各分配有接收清单和/或发送清单的输入和/或输出端口，并具有一个耦合场(129)用于将端口中的一个与另外的一个或者多个端口进行耦合。

44. 根据上述权利要求33至36中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统至少包括一装置，其为交换式数据网络的所有用户和耦合单元提供通过相互间的时间同步而始终具有的共同的同步时基。

45. 根据上述权利要求33至36中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统至少包括一装置，该装置保证，将所有应该在传输周期(12)的为实时临界的通信设置的区域(13)内传输的非实时临界数据，暂存在各自的耦合单元内，并在该传输周期或一个后续传输周期的为非实时临界的通信设置的区域(14)内进行传输。

46. 根据权利要求33至36中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统至少包括一装置，该装置保证，将所有在传输周期(12)的设置用于传输非实时临界的数据的区域(14)内不能传输的非实时临界的数据，暂存在各自的耦合单元内，并在此后的一个传输周期的设置用于传输非实时临界的数据的区域(14)内进行传输。

47. 根据权利要求33至36中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统至少包括一装置，该装置通过用于传输实时临界数据的区域(13)的时间长度自动地确定在一个传输周期(12)内用于传输非实时临界数据的区域(14)的时间长度。

48. 根据权利要求33至36中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统至少包括一装置，该装置分别通过面向连接的、待传输的数据来确定在一个传输周期(12)内用于传输实时临界数据的区域(13)的时间长度。

49. 根据权利要求33至36中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统至少包括一装置，该装置在每次进行数据传输之前至少确定一次所述传输周期(12)的时间长度(17)。

50. 根据权利要求33至36中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统至少包括一装置，该装置可改变所述传输周期(12)的时间长度(17)和/或传输周期(12)的用于传输实时临界数据的区域(13)的时间长度。

51. 根据权利要求33至36中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统至少包括一装置，该装置可在自动化系统的运行中随时对实时通信进行新的计划。

52. 根据权利要求33至36中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统至少包括一装置，该装置通过对实时通信的新的计划改变所述传输周期(12)的时间长度(17)。

53. 根据权利要求33至36中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统至少包括一装置，该装置将传输周期(12)的用于传输实时临界数据的区域(13)的一部分，用来传输用于组织数据传输(15)的数据。

54. 根据权利要求33至36中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统至少包括一装置，该装置在所述传输周期(12)的用于传输实时临界数据的区域(13)的开始传输所述用于组织数据传输(15)的数据。

55. 根据权利要求33至36中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统至少包括一装置，该装置对于所有待传输的、实时临界的数据电报，在每次进行数据传输之前，对发送者和/或接收者的发送和接收的时刻加以标记。

56. 根据权利要求33至36中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统至少包括一装置，该装置对于所有待传输的、实时临界的数据电报，在每次进行数据传输之前，分别在每个相关的耦合单元中对所有转发该实时临界的数据电报的时刻、以及每个所属的、通过其转发该实时临界的数据电报的连接线路加以标记。

57. 根据权利要求33至36中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统至少包括一装置，该装置保证，每个实时临界的数据电报最晚在转发时刻或者之前被送至相应的耦合单元。

58. 根据权利要求33至36中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统至少包括一装置，该装置将所述实时临界的数据电报直接地、没有时间间隔地发送或者转发。

59. 根据权利要求33至36中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统至少包括一装置，该装置将不允许用于非实时临界通信的交换式数据网络的连接线路用于实时临界的通信。

60. 根据权利要求33至36中任一项所述的系统，其特征在于，将耦合单元集成在用户中。

61. 根据权利要求33至36中任一项所述的系统，其特征在于，一个耦合单元具有两个分别至用户的通道，其中，一个通道用于实时临界数据的交换，而另一个通道用于非实时临界数据的交换。

62. 根据权利要求33至36中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统至少包括一装置，该装置使至少一个交换式数据网络的用户可以在同一交换式数据网络中并行地进行实时临界的通信和/或非实时临界的通信，其中，所进行的非实时临界的通信不影响并行进行的实时临界的通信。

63. 根据权利要求33至36中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统至少包括一装置，该装置可以将至少一个任意的、具有或者不具有所属耦合单元的用户接入到交换式数据网络中。