CN101160837B - 数据路径切换装置、多端口交换装置、通信网络和相应的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于允许将至少一个网络节点在或从通信网络中断和/或去耦的方法，该网络用于控制和/或调节大量机器部件例如印刷机、机床或者其他生产机械上的转动体的运动，其中，该网络按照一个封闭的单或多环结构运行，其中每个节点通过接收机或者第一端口与第一相邻节点的发射机或者端口通信并通过发射机或者第二端口与第二相邻节点的接收机或者端口通信，以及闭环结构在至少一个节点中断或者去耦时得以保持，其中，至少一个节点通过数据路径切换装置与网络耦合，该切换装置在该节点中断或者去耦时被这样操作，使网络上保持通信能力并在中断或者去耦后环形结构上彼此最近的节点通过其各自端口或者发射机和接收机相互通信。

Description

数据路径切换装置、多端口交换装置、通信网络和相应的方法

技术领域

本发明涉及一种用于允许将至少一个网络节点在或从通信网络中断和/或去耦的方法。该网络用于控制和/或调节大量机器部件例如印刷机、机床或者其他生产机械上的转动体的运动。该网络按照一个封闭的单或多环结构运行。“多环结构”既指冗余度的环形结构如双环，也指多个本身独立封闭的环形(子)网络的耦合。在该网络中，每个节点通过第一接收机或者端口与第一相邻节点的发射机或者端口通信并通过第二发射机或者端口与第二相邻节点的接收机或者端口通信。闭环结构在至少一个节点中断或者去耦时得以保持。此外，本发明还涉及一种适用于实施该方法的数据路径切换装置，其具有内部的输入和输出端数据连接装置；涉及一种多端口交换装置，其用于在通信上联结大量的网络节点、网络或者现场总线片段、分离的网络和/或其他网络配置；以及涉及一种按照单或多环拓扑结构构成和组织的通信网络，大量网络节点、网络或者现场总线片段、分离的网络和/或其他网络配置与其耦合。

背景技术

在过程自动化的网络方面存在办公和网际互连的数据传输协议一体化的趋势。因此为传动接口如SERCOS-II和EtherCAD考虑新的标准，其中在实时条件下使用办公领域中公知的网络类型“以太网”的单元(所谓的“实时以太网现场总线”)。为允许相对于单个节点中断(“单中断”)，在这些通信系统中使用双环结构，其中可以使两个彼此独立的通信信道对向环形传输。这一点来自于以太网物理学。根据因此冗余度的数据传输，在环的任意部位上电缆断路或者用户/节点中断时完全保持通信能力，即将环形结构的断路限制在故障部位上。通信主机在断路和/或节点中断时，处于环内故障和断路部位两侧的环部分因此可以控制。

但如果在上述通信双环上两个彼此分离或相距的环形段中断，通信主机或者其他主控制装置的中断或者断开的段之间通信系统的用户/节点却无论如何不再能够通过环接通。

EP-B-1 249 763(Siemens AG)公开了一种用于机床和生产机械以及机器人的数据传输系统。从一条中央数据线路针刺状分支出数据线路，上面设置信号处理单元及发射机和接收机。后者串行在一个环形结构内部中继传输。单个环形网络各自由一个通信主机控制，其再在一个本身闭环结构上汇合，从而一个通信主机的中断不会导致整个通信结构整体中断。通信主机由备用通信主机替代，其与相邻的通信主机通过按照旁路原理方式分布的附加线路连接。如果一个具有群导功能的通信主机中断，那么通过备用通信主机保证各自环形的子通信结构可以继续工作。备用通信主机在这种情况下无线承担群导功能并控制所属子通信环的信号处理单元。利用附加连接(旁路线路)搭接各自中断的通信主机。但这些数据或通信旁路线路导致明显增加和不可预见的硬件开支。此外不能对多路中断或者与从属辅助信号处理节点的断开采取预防措施。

EP-A-101 29 572(Siemens AG)介绍了一种具有多个用于导线连接数据传输系统的数据连接线的数据路径选择装置。在数据路径选择装置的数据连接线路之间可以任意调整数据连接。通信网络这样可与其他通信网络连接。具有实时能力的以太网也可以用于环形网状的传动调节器。如果机器单元和/或其传动中断，那么它们可以借助数据路径选择装置从数据通信中去耦。在此方面，借助该数据路径选择装置可以在总控制网络内部进行保留的信号处理单元/传动调节器及从属机器部件数据技术上的重新分配。

发明内容

本发明的目的在于，在一个环形现场总线或者其他环形通信系统中提高可支配性和可维护性。该目的通过权利要求1中提出的中断和/或去耦方法得以实现。在独立权利要求12中提出一种适用于实施该方法的数据路径切换装置。在独立权利要求21和27中限定了一种多端口交换装置或一种通信网络，它们同样以依据本发明的思路为基础，将一个中心设置的环形拓扑结构外围与允许中断的星形结构或者星形拓扑结构相组合。本发明具有优点的选择性构成来自从属权利要求。

依据本发明，网络节点/用户通过切换装置与环形网络的单个或者多个数据路径耦合，从而在识别一个或者甚至是多个中断或者去耦/断开情况下，借助单个或者多个切换装置上的开关装置通过多个或者多个数据流的绕行可以避开节点环形链上由此产生的中断处。以往通过现在中断或者去耦的节点分布的数据流通过切换装置这样进行绕行，使其按照旁路的方式避开该节点。切换装置负责环形网络中仍然保持完好和功能正常且彼此最近的用户为了数据交换而与其发射机和接收机重新相互耦合。

利用本发明可以赋予所使用的环形网络星形拓扑结构的优点，因为通过依据本发明的开关智能可以断开任何有效的节点/通信用户，而除此之外不影响环形通信。这样达到相对于断开的最大可支配性或耐用性。

为可以快速和可靠地起动上述自修复(“self repair”)机制，依据本发明的一种构成，切换装置具有内部最好固定布线的逻辑电路，其在识别故障或者断开的情况下起动数据流的绕行或数据旁路运行。切换装置的内部逻辑电路为此可以在程序和/或电路技术上建立，计值并处理与外部节点通信能力相关的故障识别信号。这样在本发明的框架内，依据本发明切换装置上的接收机为识别中断产生通信特征位，据此识别外部节点是否具有通信能力。通信特征位依据目的尽可能快速产生，以便对通信产生尽可能小的影响。对此例如以太网可支配的状态信息以适当的方式联结物理层收发器。对于后一种情况来说，切换装置内部的逻辑电路负责将内部接收机连同与其耦合的中断节点与环形网络断开。节点/用户与环形网络分离/断开时情况类似。

在本发明的框架内，切换装置内部的逻辑电路如下构成，即具有过程组件或者处理器装置，其负责与不同于环形实时现场总线类型的数据处理系统耦合。数据处理系统例如可以是传统的办公室个人计算机或者是一种按照互联网协议工作的数据传输信道(IP信道)。

在以主/从原理的基础工作的环形现场总线情况下，利用所称的本发明构成开辟了如下的进一步开发，即，所谓的处理器被这样编程，使得切换装置似乎可以作为环形网络上的通信主机工作。这样构成的切换装置还可以附加具有一个或者多个用于信息传输的端口，由此可以连接外部通信系统。切换装置根据处理器提供的智能也可以通过编程措施而用于在用户/网络节点中断或者断开的情况下建立上述的绕行过程，以用于作为软件模块的数据流的所称绕行。

附图说明

本发明基础上的其他特征、细节、(分项)组合、优点和作用来自本发明下列举例优选实施方式的说明和附图。其中：

图1示出一种为单环结构设计的数据路径切换装置的换向原理图；

图2示出一种为双环设计的数据路径切换装置的换向原理图；

图3A和M示出一种为了作为从机或主机节点工作而采用处理器装置实现的耦合装置的换向原理图；

图4示出一种为了形成两个主机节点而装备处理器装置的耦合装置的换向原理图；

图5示出一个网络中继器的换向原理图；

图6A示出一个双环通信网络及可转换的实时以太网连接线的示意方框图；

图6B示出耦合的双环结构及可转换的实时以太网连接线的示意方框图(所谓的梳形结构)；

图6C示出图6B续。

具体实施方式

依据图1，那里的数据路径切换装置1具有数据连接装置RX、TX，以便一方面与所要耦合的网络节点2通信且另一方面与其他(未示出的)网络节点/用户通信。该网络节点/用户为此也装备数据连接装置RX、TX。

切换装置1的数据连接装置包括纵向接收机3、横向接收机4、横向发射机5和纵向发射机6。输入端的纵向接收机3和输出端的纵向发射机6分别用于与环形网络中相邻的切换装置或者其他节点通信。两个通信部件3、4同样沿/在环形通信信道的“纵向”定向，因此称为“纵向”接收机/发射机。按图观察，与其“横向”分布另外两个通信部件4、5的通信方向，这另外两个通信部件4、5用于耦合节点2(因此称为“横向”接收机/发射机)。横向发射机5的输入端直接与纵向接收机3的输出端连接，在所示的实施例中没有其他结构元件的中间连接。横向发射机5的输出端供给所要耦合节点2的接收部件RX。数据流从那里通过节点2上的内部处理单元7分布，该处理单元将其输出数据通过发射部件TX传输到切换装置1的横向接收机4。其输出端处于一个举例使用的中断横向开关S32上，其在关闭状态下使数据流向纵向发射机6的输入端传输。横向接收机4具有内部监测装置(未示出)，其说明节点2或其发射部件TX的通信能力并产生一个相应的通信特征位“Link”。如果Link为“真”(wahr)或“1”，那么存在通信能力，否则不存在。如果Link为“假”(falsch)或“0”，那么由其(虚线所示)控制中断横向开关S32打开。因此切换装置1的横向接收机4的输出端与环形网络断开。此外由特征位“Link”控制另一个中断纵向开关S33。在Link＝“真”或“1”的情况下，中断纵向开关S33处于打开位置，从而由纵向接收机3涉及的数据流不能避开所要耦合的节点2。如果在那里通过横向接收机4可以确定故障或者断开，那么这一点通过通信特征位Link＝“假”识别，其中，控制中断纵向开关S33关闭。在纵向开关S33关闭和同时横向开关S32打开的情况下，存在切换装置1的横向通信部件4、5的搭接，这一点也适用于(以前)所要耦合的节点2。由其他环形网络接收的数据流从横向接收机3直接到达纵向发射机6，在那里将其在环形网络上中继传输。

依据图2，为双环结构设计的监测装置1具有用于实时以太网通信的四个双向端口，即两个纵向端口11、12和两个横向端口21、22。这些双向实时端口形成对于连接电缆的连接，通过该连接电缆实现环形结构的分段。每个端口由一个连接线或发射机TX和一个连接线或接收机RX组成，数据通过前者发送到分段上并通过后者从分段接收数据。接收机具有通过通信特征位“Link”表示的逻辑状态或特性。只要识别到将具有通信能力的用户或节点发送到接收机RX，就变为“真”或“1”。在通信能力不足的情况下，Link变为“假”或“0”。在这种情况下，自动进行接收机输出端与发射机输入端的内部连接(所谓的“环回运行”)。如果在环回运行的一个端口上连接一个通信伙伴，那么两个端口各自识别一个Link信号。环回状态受通信主机的影响。在本发明的框架内，也可以每个端口根据其本身的通信特征位“Link”而自动或自身进行其到环回运行的切换。

依据图2，端口上借助所分配的环回开关S11、S12、S21、S22可以分别产生环回运行，如果各自的通信特征位为“假”或“0”，也就是说，提示所连接用户/节点的通信能力不足，那么这些环回开关将接收机输出端与各自端口的发射机输入端相互连接或短接。如果各自的通信特征位为“真”，也就是说，提示所连接的用户/节点的通信能力，环回开关S11、S12、S21、S22为中断或断开各自的发射机输入端和接收机输出端彼此控制。功能来自下列真值表：

·如果LINK(Port 11)＝FALSCH，S11关闭，否则打开·如果LINK(Port 12)＝FALSCH，S12关闭，否则打开·如果LINK(Port 21)＝FALSCH，S21关闭，否则打开·如果LINK(Port 22)＝FALSCH，S22关闭，否则打开

根据双环结构的使用，具有各自两个中断纵向开关S33、S34和两个中断横向开关S31、S32。中断纵向开关S33、S34在打开状态下中断两个纵向端口11、12之间的两个对向的数据信道或者在关闭状态下释放数据流的这些信道。为此一个中断纵向开关S33插入第一纵向端口11的接收机输出端与第二纵向端口12的发射机输入端之间，而第二中断纵向开关S34类似处于第二纵向端口12的接收机输出端与第一纵向端口11的发射机输入端之间。两个中断横向开关S31、S32一方面处于两个横向端口21、22的各自接收机输出端上和另一方面处于两个中断纵向开关S33、S34各自距两个纵向端口11、12的发射机输入端最近的那个连接线上。中断纵向和横向开关S31-S34的功能来自下列真值表：

·如果(LINK(Port 21)＝FALSCH且LINK(Port 22)＝FALSCH)，(S33和S34)关闭，否则打开·如果(LINK(Port 21)＝FALSCH且LINK(Port 22)＝FALSCH，(S31和S32)打开，否则关闭

通过中断纵向开关S33、S34利用中断横向开关S31、S32的支持，两个横向端口21、22可以共同搭接。通过专门使用至少纵向开关S33、S34，需要时还有图1和2的横向开关S31、S32，首先中断的通信环可以重新闭合，而数据在通信环上可以简单继续传输，虽然所要耦合的节点中断或者与通信环上的耦合断开。这一点也由此得到支持，即在“Link 21＝假”和“Link 22＝假”的情况下，各自的发射机输入端与各自横向端口21、22上的接收机输出端短接(环回运行)。在此方面，为使两个纵向端口11、12之间通过中断纵向开关S33、S34分布的两个连接线之间不产生进一步的短接，依据目的两个中断横向开关S31、S32在通信能力不足(通信特征位Link 21和S22各自为“假”)的情况下打开且搭接环回运行的线路通过纵向开关断开。

开关S11-S34最好电子实现和/或固定布线实现，例如借助半导体开关。但在本发明的框架内，利用图1或者2的开关实现的切换逻辑也可以通过可编程的开关装置、可编程的逻辑块和/或通过在微机上实现的软件实现。如果没有与所称的组件集成化，在这些组件上然后还可以连接图1的发射机5、6和接收机3、4或者图2的端口11、12、21、22。

依据图3A具有一个耦合装置，用于例如一个或者多个IP信道与环形实时以太网现场总线耦合。耦合装置13由两个双向实时纵向端口11、12及各自所属的环回开关S11、S12组成。在两个纵向端口11、12之间插入一个实现输入耦合功能的过程组件A。IP信道可以通过双向横向端口23连接，由此产生与过程组件A的连接。这种连接可以借助适当的软件例如标准的以太网报文从横向端口23和所连接的IP信道中获得，传输到两个纵向开关11、12之间的实时以太网现场总线内。为此例如利用所谓的嵌入式PC实现将总线管理和报文通信的功能寄存在过程组件A内。此外如已经介绍的那样，图1和2的切换逻辑电路也可以依据软件在过程组件A上实现。

后一种情况也适用于图3M所示主耦合装置13M上的过程组件M。依据图3M，过程组件M如下扩展，即，再附加寄存一个通信主机的功能(对照过程组件的“M”)。通过实时以太网现场总线仅一个过程组件M有效。该组件此外(如图3A的过程组件A上那样)同样支持输入耦合一个或者多个IP端口的功能。如果在同一总线段上存在其他这种主耦合装置13M，那么其主机功能无效并只能使用输入耦合IP端口或者类似端口的功能。

利用图3A、3M的耦合装置13A、13M，标准以太网报文可以这样输入具有环形结构的实时以太网现场总线内，使实时数据的传输不受干扰。对此使用各自依据图3A或图3M存在的双向横向端口23，通过其IP信道和类似信道可以连接在环形实时以太网现场总线上。

依据图4，网络耦合装置13N具有四个双向实时纵向端口01、02、11和12以及两个过程组件或处理器单元M1、M2，其中实时纵向端口分别被分配环回开关S01、S02、S11和S12，过程组件或处理器单元可以通过内部的数据接口DATA-IF(最好是并行接口)交换数据和信息。所称的开关S01-S12被取决于各自的接收机通信特征位Link 01、Link 11、Link 02、Link 12控制。如果具有二进制“1”的各自通信特征位具有向外部通信伙伴的通信能力，那么所属的开关打开，否则关闭。两个过程组件M1、M2用作一个实时以太网现场总线上的通信用户，而且选择性地用作通信主机或者作为通信从机。通过两个过程组件M1、M2之间的数据耦合或接口DATA-IF，可以在具有各自适当通信主机的两个分离的现场总线片段之间交换数据内容。两个过程组件M1、M2各自与总计四个纵向端口01、02、11、12的两个连接。通过分配给第一过程组件M1的纵向端口01、02，可实现与实时以太网环的连接。相同情况在与第二单独实时以太网环的结合下适用于具有所连接的纵向端口11、12的第二过程组件M2。因此通过数据接口DATA-IF产生这两个以太网环的耦合。

为放大信号，依据图5具有一个中继器R，其具有各自具有一个通信特征位Link 11、Link 12输出端的两个双向实时端口11、12。为两个纵向端口各分配一个环回开关S11、S12。

依据图6A，所示的通信系统是一种具有主管总线和通信管理的通信主机双环结构上的实时以太网现场总线。依据所示的实施例，通信主机利用一个主耦合装置13M(对照图3M)实现。通过在那里连接在过程组件上的横向端口23，通信主机可与一个外部通信伙伴例如上级路由控制装置或者IP信道连接。现场总线此外具有大量的网络节点2，其通过各自的切换装置1(对照图2)利用各自的双端口21、22有效参与通信。通信环形组织，也就是说，由通信主机13M发送的数据在由其他所有网络节点2或通信从机接收后重新返回主耦合装置13M。在单个网络节点之间的每个分段上，数据可以同时在两个方向上进行传输。这两个对向的数据传输信道在图6A中通过两个线对24a、24b表示。根据据此传输电差动信号的以太网物理设定值，数据传输装置物理上需要两个电线路。双环结构由此产生，即从通信主机13M出发两个平行对向的分段从节点/用户2到节点/用户2(部分从机)并最后通过两个中继器R重新返回主机。根据这种双环结构现场总线就已经如本身公知的那样，允许逻辑环形通信中的单个干扰和单个中断(例如电缆断裂或者用户中断)。当然，在继续中断时只能达到各自处于主机与最近的中断处之间的用户，但不是两个中断处之间的用户。此外，在上述双环结构中不允许多个用户的断开或中断，因为总系统受到决定性影响。但这一点在大规模空间延伸的总线结构情况下是不可避免的。

依据图6A，在双环结构内作为可转换的分支插入依据本发明图2的切换装置1，在那里作为有效的通信用户和网络节点2连接通信从机。连接通过横向端口21、22进行。为连接IP信道25或者这类信道，在环形链内此外加入作为过程组件A具有嵌入式PC的耦合装置13A。虽然依据所示的实施例，切换装置1的双横向端口21、22被释放或没有通信用户连接到其上，但双环结构对通信能力不受限制得到保持。因为借助图2介绍的中断纵向开关S33、S34由于缺乏通信用户而关闭，而中断横向开关S31、S32如图6A中可看到的那样打开并中断，在图6A中切换装置1具有释放双端口21、22。双环结构即使在双端口21、22上的节点/用户中断时也存在。与此相反，切换装置1及所连接的功能正常的用户2(通信从机)处于换向状态，在该状态下中断纵向开关S33、S34打开或中断。由此纵向端口11、12内将输入或输出数据流绕行到横向端口21、22并因此绕行到所连接的通信用户。根据单换向结构，切换装置1可以利用结构非常简单的逻辑电路实现，从中产生一种高度的可支配性和很少的维护需求。

借助图6A还可以看出，利用本发明的原理，原则上任意的通信用户/节点2可以任意数量同时或者依次与环形网络断开，而双环通信由于纵向端口11、12之间关闭的纵向开关S33、S34而同时保持。所有通信用户/网络节点2从通信的角度来说具有同等价值：所有通信用户/网络节点的中断对通信的可支配性影响同样危险。

依据图6A，一个端口的TX/RX对相当于例如利用本身公知的RJ45插塞连接实现的物理以太网连接。这种插塞连接例如可以是图6A中虚线加框所示有效通信用户/节点2的多端口交换装置26的连接件。交换装置26的特征至少在于大量在环形结构中连续设置的切换装置1。依据图6A还可以将主耦合装置13M、单耦合装置13A和/或一个或者多个中继器插入双环链内。依据目的，所有这些元件均汇集在一个共用的外壳内或者安装在一个共用的固定轨或者这类轨道上或者以任何其他方式结构上相互整体构成。这种交换装置26的任务此外在于，与环形结构，最好与双环结构相应保持数据流，而与横向端口21、22、23是否占用有效通信用户/节点2无关。为此使用借助图1和2切换装置的切换逻辑电路。这种切换逻辑电路也可以在耦合装置13M、13A的过程单元M和A上实现。在多端口交换装置26的内部，通过切换装置1的各自纵向端口11、12和耦合装置13M、13A，两个对向的数据流在有或者无有效通信用户/节点2的任何情况下均链式中继传输。交换装置为后者形成一个具有可支配性和可维护性的所有优点且与星形拓扑结构相应的中心。但在内部，交换装置对应于具有实时要求方面优点的环形拓扑工作和/或通信。

利用图6A的多端口交换装置，打开了通向带有大量用于外部用户的连接线(例如利用RJ45插头实现)的可标度化或标准化的硬件的道路，该装置可以为这些外部用户形成一个中心星形结点。IP信道25同样可以利用RJ45端口例如为存取外部故障诊断系统(参阅DE-C-196 14748)实现。释放的(双)端口21、22、23根据所称的换向逻辑电路搭接，从而保持冗余的双环。借助在交换装置26的内部使用图6A的两个中继器R，可以取得双环所需回线的更加简单的布线，这样也考虑到以太网内线路长度本身有限这种情况。

交换装置26的内部也承担接收机RX已经提到的特性，据此在识别一个节点外部发射机TX的电连接或通信能力时设置通信特征位Link。具有处理器M的主耦合装置13M使实时以太网现场总线与环形结构相互配合。处理器或过程单元M可以利用嵌入式工业PC实现。

为提高对有效通信主机中断的可靠性，依据目的其功能可供多重使用或冗余保存在环形网络内。这种冗余度存在于依据图6B和6C的耦合双环/梳形结构中。除了主耦合装置13M方式的实际通信主机外，因此在多端口交换装置26的平面上依次在双环结构内插入多个网络耦合装置13N。它们例如可以形成通信技术上彼此分离的现场总线片段27的网桥路由器或者这类路由器，其在具体举例情况下可以是用于大量电传动装置的通信环。网络耦合装置13N可以使现场总线片段27之间通过多端口交换装置26传输数据。在此方面，数据往来可以很容易地限制在所需程度上，无需在不同片段27之间进行不必要的数据传输。此外，图6A中所介绍结构的特性、特征在这里也类似适用。利用图6B和6C的构成，考虑到工业上广泛的通信系统的要求，其中重要的是，多个现场总线片段27通信技术上彼此分离并仅通过网络耦合装置13N方式的“网桥路由器”交换必要的数据和信息。因为后者如上所述具有多重处理器容量，因此无论是通信主机还是通信从机的功能都可以得到满足，所以它们在主耦合装置13M方式的原来有效的通信主机中断的情况下可以替代其功能。通信主机功能的冗余度因此来自于网络耦合装置13N插入环形网络内。后者也可以是在电多路-单个传动系统的范围内反复追求的梳形结构(据此在多端口交换装置的区域内进行横向通信并在现场总线片段27上进行通信技术上与其分离的“垂直通信”)。

附图标记

1               切换装置

2               网络节点

3               纵向接收机

4               横向接收机

5               横向发射机

6               纵向发射机

7               处理单元

S31、S32        中断横向开关

Link            通信特征位

S33、S34        中断纵向开关

01、02、11、12  纵向端口

21、22、23      横向端口

RX              接收机

TX              发射机

S11、S12        环回开关

S21、S22        环回开关

13A             耦合装置

13M             主耦合装置

13N             网络耦合装置

A、M            过程组件

DATA-IF         数据接口

R               中继器

24a、24b        线对

25              IP信道

26              多端口交换装置

27              现场总线片段

Claims (30)

1.用于允许至少一个网络节点(2)在或从通信网络中断和/或去耦的方法，该网络用于控制和/或调节大量机器部件的运动，其中，该网络在一个封闭的双环形结构的基础上运行，其中每个节点(2)通过各自具有一个发射机(TX)和接收机(RX)的两个双向通信端口(11、12)与两侧相邻的节点(2)通信，以及闭环结构在至少一个节点(2)中断或者去耦时得以保持，其特征在于，至少一个所述节点(2)通过一个数据路径切换装置(1)与网络耦合，该数据路径切换装置在该节点(2)中断或者去耦时被这样控制，使其在网络上保持通信能力并且在中断或者去耦后环形结构上彼此最近的节点(2)通过其各自端口(11、12)或者发射机(TX)和接收机(RX)相互通信，所述数据路径切换装置(1)具有四个双向通信端口(11、12、21、22)，端口中的两个(11、12)分配给两侧相邻的节点(2)，而另外两个(21、22)分配给所要耦合的节点(2)并用于产生通信特征位(Link)以提示所要耦合的节点(2)是否具有通信能力，其中，在所要耦合的节点(2)不具有通信能力的情况下切换装置(1)取决于通信特征位(Link)这样控制，使切换装置(1)分配给所要耦合的节点(2)的端口(21、22)和/或所要耦合的节点(2)搭接并与此同时与环形结构断开。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，使用具有至少一个接收机(RX，4)的切换装置(1)，该接收机分配给所要耦合的节点(2)的发射机(TX)且通信特征位(Link)提示该节点(2)是否具有通信能力，其中，在该节点(2)不具有通信能力的情况下切换装置(1)取决于通信特征位(Link)这样控制，使切换装置(1)的接收机(RX，4)和/或所要耦合的节点(2)搭接并与此同时与环形结构断开。

3.按权利要求1所述的方法，其中，该网络与实时要求相应运行，其特征在于，切换装置(1)和/或一个需要时与其一体化的耦合装置(13A)具有过程单元(A)或者处理器装置并用于将一个数据处理系统耦合在网络上，该数据处理系统采用与网络不同的通信结构和/或网络拓扑结构工作和/或不为实时要求设计。

4.按权利要求3所述的方法，其特征在于，网络基于实时以太网运行和/或数据处理系统基于非实时或标准以太网运行。

5.按权利要求3或4所述的方法，其特征在于，为了将根据互联网协议的标准以太网数据报文和/或数据从数据处理系统输入网络，这样使用过程单元(A)或者处理器装置，使实时数据传输在网络上不受干扰。

6.按权利要求1所述的方法，其中，网络基于主/从原理运行，其特征在于，切换装置(1)和/或一个需要时与其一体化的主耦合装置(13M)具有过程单元(M)或者处理器装置，其在网络上作为通信主机使用。

7.按权利要求1所述的方法，其特征在于，切换装置(1)和/或一个需要时与其一体化的网络耦合装置(13N)具有多个过程单元(M1、M2)或者处理器装置，其用于将网络与同类型结构和/或工作的相邻网络耦合。

8.按权利要求7所述的方法，其特征在于，切换装置(1)和/或网络耦合装置(13N)具有处理器装置或者至少两个过程组件(M1、M2)，其用于相互数据交换并且一方面作为网络节点和另一方面作为相邻网络节点使用。

9.按权利要求8所述的方法，其中，网络基于主/从原理运行，其特征在于，处理器装置或者过程组件(M1、M2)作为通信主机和/或通信从机使用。

10.按权利要求1所述的方法，其特征在于，网络利用串行数据传输运行。

11.用于实施按前述权利要求之一所述方法的数据路径切换装置，具有内部的输入和输出端数据连接装置，其特征在于，所述数据连接装置包括至少一个纵向接收机(3)和至少一个横向接收机(4)和至少一个横向发射机(5)和至少一个纵向发射机(6)，以及至少所述横向接收机(4)具有用于外部横向发射机和/或网络节点(2)通信能力且产生二进制通信特征位(Link)的监测装置，以及至少一个取决于通信特征位(Link)控制的纵向开关(S33、S34)设置在所述纵向接收机(3)的输出端与所述纵向发射机(6)的输入端之间，从而在通信特征位提示所述外部横向发射机和/或网络节点(2)通信能力不足的情况下，以所述纵向接收机(3)、所述纵向开关(S33、S34)和所述纵向发射机(6)的顺序至少搭接产生所述通信特征位的横向接收机(4)；所述切换装置还具有第一和第二双向纵向端口(11、12)，它们各自具有一个纵向接收机(RX)和纵向发射机(TX)，第一和第二双向横向端口(21、22)各自具有一个横向接收机(RX)和横向发射机(TX)，其中，至少两个横向接收机或者横向端口(21、22)具有产生二进制通信特征位(Link)的监测装置，其用于各个从外部耦合的横向发射机或者端口(2)的通信能力；第一和第二纵向开关(S33、S34)设置在第一纵向端口(11)的纵向接收机(RX)的输出端与第二纵向端口(12)的纵向发射机(TX)的输入端之间以及第一纵向端口(11)的纵向发射机(TX)的输入端与第二纵向端口(12)的纵向接收机(RX)的输出端之间并取决于单个或者多个通信特征位(Link)控制，从而在提示单个或者多个外部横向发射机和/或网络节点(2)通信能力不足的通信特征位(Link)情况下，以纵向接收机(RX、11)、控制关闭的纵向开关(S33、S34)和纵向发射机(TX、12)的一个或者两个序列搭接产生通信特征位(Link)的两个横向端口(21、22)的至少单个或者多个横向接收机(RX)。

12.按权利要求11所述的切换装置，其特征在于至少一个横向开关(S31、S32)，其取决于通信特征位控制和这样设置，使其在提示外部横向发射机和/或网络节点(2)的通信能力的通信特征位(Link)情况下，将横向接收机(4)的输出端与纵向发射机(6)的输入端连接，否则断开。

13.按权利要求12所述的切换装置，其特征在于，横向开关(S31、S32)设置在横向接收机(4)的输出端与纵向发射机(6)的输入端之间。

14.按权利要求12或13所述的切换装置，其特征在于，纵向和横向开关(S33、S34；S31、S32)可共同和/或同时由横向接收机(4)的一个显示通信特征位(Link)的输出端为切换进行控制。

15.按权利要求11所述的切换装置，其特征在于，纵向接收机(3)的输出端与横向发射机(5)的输入端直接连接。

16.按权利要求11所述的切换装置，其特征在于第一和第二横向开关(S31、S32)，其取决于单个或者多个通信特征位(Link)控制和这样设置，使其在提示单个或者多个外部横向发射机和/或网络节点(2)的通信能力的通信特征位(Link)情况下，将单个或者多个横向接收机(RX、21、22)的单个或者多个输出端与单个或者多个纵向端口(11、12)的单个或者多个纵向发射机(TX)单个或者多个输出端连接，否则断开。

17.按权利要求16所述的切换装置，其特征在于，两个纵向和横向开关(S31、S32，S33、S34)可共同和/或同时由横向接收机(RX)或者横向端(21、22)的显示这些通信特征位(Link)的输出端为切换进行控制。

18.按权利要求11所述的切换装置，其特征在于，所述切换装置是借助离散的和/或电子实现的开关元件和/或开关网络实现的。

19.按权利要求18所述的切换装置，其特征在于，所述切换装置是在可现场编程的逻辑组件和/或顺序开关装置的范围内借助离散的和/或电子实现的开关元件和/或开关网络实现的。

20.按权利要求18所述的切换装置，其特征在于，所述切换装置是在微机的范围内借助离散的和/或电子实现的开关元件和/或开关网络实现的。

21.多端口交换装置(26)，用于在通信技术上联结大量的网络节点(2)、网络或者现场总线片段(27)、分离的网络和/或其他网络配置，特别是用于实施按权利要求1-10之一所述的方法，其特征在于大量通信端口(11、12、21、22、23)和一个单或多环组织的通信系统，从该通信系统星状引出与其耦合的通信端口(11、12、21、22、23)，并在此方面可以与星形拓扑结构相应，使所述网络节点(2)、现场总线片段(27)和/或其他网络配置与一个环形结构的中心连接。

22.按权利要求21所述的多端口交换装置(26)，其特征在于中心为环形现场总线的形式。

23.按权利要求21或22所述的多端口交换装置(26)，其特征在于，利用一个实时以太网现场总线实现所述中心。

24.按权利要求21所述的多端口交换装置(26)，其特征在于，中心作为具有至少两个冗余度对向的通信信道的双环构成。

25.按权利要求21所述的多端口交换装置(26)，其特征在于大量环形彼此串联的数据路径切换装置(1)，它们按权利要求11-20之一所述构成。

26.按权利要求25所述的多端口交换装置(26)，其特征在于，切换装置结构上相互与一个共用外壳和/或在一个或者多个共用固定轨上整体构成。

27.特别是用于实施按权利要求1-10之一所述方法的通信网络，按照单或多环拓扑结构构成和组织，与其耦合大量网络节点(2)、网络或者现场总线片段(27)、分离的网络和/或其他网络配置，其特征在于，所述环形网络具有大量星状向外引出的通信端口(11、12、21、22、23)，用于按照星形拓扑结构耦合所述网络节点(2)、网络或者现场总线片段(27)、分离的网络和/或其他网络配置，为此所述环形网络形成中心。

28.按权利要求27所述的通信网络，其特征在于中心上设置的彼此环形串行的数据路径切换装置，其按权利要求11-20之一所述构成。

29.按权利要求27或28所述的通信网络，其特征在于，中心通过按权利要求21-26之一所述的至少一个多端口交换装置(26)形成。

30.按权利要求29所述的通信网络，其特征在于，中心利用多个多端口交换装置(26)形成，其或者通过一个或多个接口相互连接且与此同时分离形成本身封闭的环形通信系统，或者为形成一个共同的通信环而通过通信端口共同组成。

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