CN102684992B - 用于在通信网络中进行实时数据传输的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在通信网络(100、102、104)中，特别是在现场总线网络(100、102、104)中进行实时数据传输的方法，其用于将有效载荷数据从一个发送器(110、112、114)传输给多个接收器(120、130、140)，其中，所述接收器(120、130、140)通过同步方法在时间上同步。

Description

用于在通信网络中进行实时数据传输的方法

技术领域

本发明涉及一种用于在通信网络中，特别是在现场总线网络中进行实时数据传输的方法，所述方法用于将有效载荷数据从一个发送器传输给多个接收器。

背景技术

从现有技术中已知这种类型的方法。因此已公布的专利申请DE10058524A1和DE10234149A1例如公开了用于在自动化网络中进行实时数据传输的方法，此外其中，例如公开了所谓的“等时同步实时快速以太网(IRTE)”方法，其中通过在等时同步实时(IRT)时间范围内相对复杂的组织过程，实时数据能够在通信系统或自动化网络中循环地交换。这类系统的缺点是，用于准备通信的组织耗费和/或在用于控制到不同的通信伙伴的各个消息的通信进程中的组织耗费是非常大的。

发明内容

因此，本发明的目的是，提供一种用于在通信网络中进行实时数据传输的方法，所述方法实现了具有简单的和/或低的组织耗费的实时数据传输。

所述目的由一种用于实时数据传输的方法来实现。

在通信网络中，特别是现场总线网络中用于将有效载荷数据从一个发送器传输给多个接收器的实时数据传输的这样的方法中，接收器通过同步方法在时间上同步，

-其中，在实时数据传输期间确定用于将有效载荷数据消息分别传输给接收器的至少一个传输时间点，

-其中，为接收器中的每个分配一个在有效载荷数据消息内配设给接收器的特有的接收器有效载荷数据区域，并且

-其中，发送器发送有效载荷数据消息，接收器中的第一个接收所述有效载荷数据消息，存储包含在配设给接收器的接收器有效载荷数据区域中的有效载荷数据，以用于进一步处理，并且将有效载荷数据消息在传输时间点上转发给接收器中的第二个。

由于在所述方法中将一个有效载荷数据消息分配给多个接收器，所述有效载荷数据消息能够包含用于所述接收器中的每个的数据，因此相对于先前的方法降低了用于这样的实时数据传输的组织耗费或工作耗费，因为仅须对一个消息进行消息控制，并且不必为接收器中的每个设置并且因此组织和控制特有的消息。以这种方式能够降低和简化组织耗费和/或时间控制耗费以及可能的总的通信耗费。

通信网络例如能够构成和构造为电信网络或数据通信网络或控制网络或自动化网络。通信网络例如能够构成和构造为现场总线通信网络或/和自动化通信网络。这样的现场总线通信网络或现场总线网络例如能够普遍构成和设定为用于控制单元或自动化控制器或类似的单元与待控制的系统的相应的传感器和/或执行器的通信。这样的现场总线网络例如能够根据“Profinet”标准、“ControllerAreaNetwork(CAN)”标准、“Profibus”标准、“Modbus”标准或类似的标准构成。

实时数据传输例如能够是一种构成和构造为用于在时间同步的伙伴之间协调地通信的数据传输方法。在进行实时数据传输时，特别是能够确定、保证和/或预先规定被限定的传输时间或确定的传输时段。在现场总线区域或自动化区域中，这样的实时数据传输方法例如能够构成和/或设定为“ProfinetIRT”、“EtherCAT”、“SERCOSIII”、“ETHERNETPowerlink”、“Modbus/TCP”、“ProfilnetIO”、“Ethernet/IP”或类似的实时数据传输方法。

发送器和接收器例如能够分别是通信网络，特别是现场总线网络的任意参与者。因此，所述发送器和接收器例如能够构成和设定为自动化控制单元、例如在分布式自动化网络中的交换单元、模块化控制器的模块、相应的待控制的机器或相应的待控制的仪器、传感器、驱动器或执行器或者它们的任意组合。发送器特别是例如能够构成和设定为控制单元或控制交换单元，或者例如为现场总线控制器(例如在“ProfinetIO或IRT方法中作为IO控制器”)。所述接收器例如能够构成和设定为所谓的“现场总线设备”(例如在“ProfinetIO或IRT方法”中作为“IO设备”)或在现场总线网络和/或自动化网络中类似的模块或仪器。

用于实时数据传输的方法构成和设定为用于将有效载荷数据传输给至少两个或更多的接收器，例如多于3个、5个或10个接收器。

用于使接收器在时间上同步的同步方法例如能够根据常用的时间同步方法实现。这样的方法例如能够按照根据IEC611558的“精确透明时钟协议(PTCP)”或也能够按照根据IEEE1588的“精确时间协议(PTP)”或类似的方法构成和构造。在此，时间同步能够由发送器和/或接收器中的至少一个控制和组织。在此，例如所述组件中的至少一个例如能够用作用于时间同步的“主机(Master)”。

传输时间点例如能够限定为绝对或相对确定的时间点。在此，在多个仪器中，这些仪器例如能够全部以一个绝对刻度来限定相同的时间点。此外，传输时间点能够在不同的机器中分别位于在绝对时标上不同的时刻上，其中，例如通过消息传输时间或处理时间能够产生时差。

传输时间点也可以限定为包括精确时程或公差时程在内的相应的、如上所述的时间点。这样的精确时程或公差时程例如能够在技术上通过各个组件或整个仪器或多个仪器的运转时间和/或精度来确定。用于传输时间点的这样的精确时段例如能够小于或等于1微秒、10微秒、100微秒或也能够小于或等于1毫秒、10毫秒或者100毫秒。传输时间点的这样的公差时程或精度例如在上述“按照IRT方法的ProfinetIO”中小于或等于1微秒。

能够确定一个或多个传输时间点。在多个传输时间点的情况下，所述时间点例如能够分别灵活地重新确定。此外，也能够预先确定和调节多个传输时间点。多个传输时间点特别是能够以预先确定的不规律的或有规律的或周期性的时间间隔相继地设置。

在传输时间点上或者在传输时间点中的每个上能够或者然后将有效载荷数据消息发送给接收器，其中，所述有效载荷数据消息分别指向多个接收器中的每个。在此能够提出，仅当也存在用于接收器中的至少一个的相应的数据时，才在确定的传输时间点上发送有效载荷数据消息。否则在所述传输时间点上不发送有效载荷数据消息。

例如能够在实时数据传输开始前确定传输时间点。为此，所述传输时间点例如能够在规划系统中规划。在此，例如能够确定，在哪个传输时间点上或者在哪个有规律地或没规律地相继地设置的传输时间点上将消息分别发送给多个接收器。

关于传输时间点的这类信息例如能够在实时数据传输开始前或者也在更新信息期间在通信网络中或现场总线网络中进行实时数据传输时被告知。所述信息例如能够在一个或多个相应的信息消息或规划消息的范围中告知在通信网络中或现场总线网络中的通信伙伴。此外，这样的信息消息或规划消息例如也能够包含关于有效载荷数据消息的接收器的信息或者包含关于将有效载荷数据转发或传输给不同的接收器的顺序的信息。所述信息消息或规划消息例如同样能够在实时数据传输期间或者但也能够在非实时数据传输期间通信。在用于实时数据传输的已示出的方法的范围中，特别是在每个传输时间点上将消息，特别是正好一个消息传输给多个接收器。在此，有效载荷数据消息例如能够构成和构造为以太网消息，特别是以太网帧，或者以太网帧的部分。

与分配给确定的接收器的接收器有效载荷数据区域例如能够是在有效载荷数据消息内的确定的、固定地预设的数据区域。所述有效载荷数据区域能够作为用于实时数据传输的准备而告知相应的接收器，使得每个接收器在准备实时数据传输或相应的更新时得知，在实时消息内的哪个区域包含或能够包含配设给所述接收器的数据。

在此，用信号传输给接收器例如能够进行成，使得接收器被告知，在确定的实时消息的哪个区域中找到为所述接收器确定的数据。此外，例如能够为所述接收器将所述消息的所有其它区域或者也将在所述消息中的所有其它有效载荷数据区域限定为“间隙”。这样的信号传输或者有效载荷数据区域的定义例如能够在Profinet通信的范围中限定和/或组织。

也可以提出，接收器例如也借助于特殊的标识符辨识配设给所述接收器的有效载荷数据区域。

通常可提出，将在有效载荷数据消息内的有效载荷数据区域分配给接收器中的每个，与在传输时间点中的每个上是否确实存在用于所述接收器的有效载荷数据无关。此外可提出，有效载荷数据消息对于多个接收器中的每个包含有效载荷数据。此外可提出，在有效载荷数据消息中仅包含用于多个接收器中的一个或一些的有效载荷数据(例如当在传输时间点上例如不存在待传输的数据时)。

接收器中的第一个或者接收器中的另一个存储配设给所述接收器的有效载荷数据的表达也包含下述情况，即，不包含用于所述接收器的有效载荷数据，并且因此所述接收器也不必存储，或者仅相应地存储空信息。特别是在包含上面已说明的公差时间在内的传输时间点上将有效载荷数据消息转发给接收器中的第二个，所述公差时间例如能够由技术决定、由仪器决定或者也能够被调节。

此外也可提出，将在所述传输时间点前的时程分配给传输时间点作为附加的公差时程，在所述时程内接收、发送和/或转发有效载荷数据消息同样被视为在传输时间点上接收、发送和/或转发。以这种方式例如能够进一步简化实时数据传输方法，因为以这种方式例如一定会对用于实时数据传输的相应的装备提出较低的技术要求。

此外，除了转发给接收器中的第二个，也能够实现平行地转发给其他接收器。此外，消息的转发能够进行成，使得消息无变化地转发。可替代地，消息也能够经历相应的变化，例如获得新的收信人、获得新的发送器和/或也例如改变或删除已存储的有效载荷数据和/或其它改变。

将有效载荷数据消息由接收器中的第一个转发给接收器中的第二个并且在需要时转发给其它接收器例如能够以预先确定的顺序进行。所述顺序例如能够通过规划和/或通过固定的接缆确定。有效载荷数据消息转发给接收器的顺序例如能够预先通过规划确定，其中，接收器中的每个例如被告知，所述接收器中的每个应给哪个接收器转发例如在传输时间点到达他的消息。以这种方式能够确定地规划转发链，这可实现特别简单和快速的消息转发。识别确定的消息或者分配给确定的转发端口例如能够借助于在确定的传输时间点上或根据本文本的配设给所述确定的传输时间点的公差时程内的到达和/或例如也借助于标识符、发送器、地址、ID或类似的信息进行。

此外，上述方法具有的优点是，发送器不必与接收器强制地时间同步，而是例如也能够在任意的时间点上将消息发送给接收器，例如，相应大地选择用于接收消息的上述公差时程。通过根据本发明的方法实现了，接收器中的第一个然后例如在下一个传输时间点上例如以明显更窄的公差时程将所述有效载荷数据消息转发，并且因此近乎“同步”到实时模式中。

有效载荷数据消息能够以这种方式至少在接收器之间“实时”转发，而发送器在技术上根本不必适于实时传输。与此相关地例如能够提出，发送器在下一传输时间点前的相应安全的时间前沿内发送有效载荷数据消息。那么，通过所述方法仍然实现了，至少接收器，例如待控制的设备或机器的执行器和/或传感器，仍然相对彼此时间同步地被实时控制。以这种方式能够进一步简化用于实时传输的方法，因为能够降低例如对发送单元的技术要求。

在一个有利的实施形式中，发送器也能够与接收器时间同步，其中，发送器例如能够在包括可能的公差时间在内的传输时间点和/或在配设给实时传输的时程内发送有效载荷数据消息。在此，时间同步例如又根据在本文中阐述的时间同步方法中的一个得以实现。在这里，时间同步例如也能够由接收器中的至少一个或者也由发送器组织(也就是说：相应的单元例如是用于时间同步的“主机”)。配设给实时传输的时程例如能够相应于必要时包括在本文中已述的公差时间在内的传输时间点。此外，配设给实时传输的时程能够是在传输时间点之前的相应的时程并且配设给相应的公差时间。

此外能够提出，在发送器处和接收器处的配设给传输时间点的公差时程是不同的。因此在发送器处的时程例如能够大于在接收器处的时程。以这种方式例如能够实现，发送器能够借助在当前的传输时间点前的“较随意的”时间前沿发送有效载荷数据消息，并且然后所述有效载荷数据消息仍例如通过接收器中的第一个在根据本文的具有相应小的公差时间的传输时间点上“同步”到正确的转发模式中。以这种方式可行的是，发送器例如虽然时间同步地工作，并且也能够在实时数据传输期间发送数据，但是仍例如能够满足技术上较低的要求。以这种方式能够以已述方法借助更简单的手段实现数据传输，并且因此也更简单地实现数据传输。

此外，也大约在传输时间点上或者也在必要时包括可能的公差时间在内的传输时间点后设有配设给实时传输的时程。

在一个有利的实施形式中，接收器中的每个能够接收有效载荷数据消息，所述有效载荷数据消息存储包含在配设给所述接收器的接收器有效载荷数据区域中的有效载荷数据，以用于进一步处理，并且将所述有效载荷数据消息在必要时转发给接收器中的另一个。有效载荷数据消息通过接收器的接收顺序能够例如在本文中已述的一样进行。因此所述接收顺序例如能够通过规划和/或例如通过接缆相应固定地预先确定。此外，作为用于进行实时数据传输的准备或者在相应的更新内，接收器中的每个获得关于所述接收器中的每个应对谁转发确定的、例如通过确定的传输时间点限定的实时有效载荷数据消息的信息，例如所述接收器的每个应在其端口的哪个上发送所述消息。

在这里也可提出，当配设给接收器的接收器有效载荷数据区域不包含用于所述接收器的有效载荷数据时，接收器不存储或者相应地存储空信息。此外可提出，当没有设置和/或规划用于接收有效载荷数据消息的其它接收器时，接收器不转发消息。

也能够提出，将有效载荷数据消息平行地转发给多个接收器。

此外能够提出，接收器中的至少一个、第一接收器或者所有接收器将自己的有效载荷数据消息的接收时间点与至少一个传输时间点比较，并且依据所述比较的结果存储包含在配设给所述接收器的接收器有效载荷数据区域中的有效载荷数据，以用于进一步处理。以这种方式例如能够提出，接收器从如下事实识别确定的有效载荷数据消息，即，所述有效载荷数据消息在传输时间点上或者在配设给所述传输时间点的相应的公差时段上到达所述接收器。

因此可提出，当接收时间点与传输时间点的偏差位于例如能够相应于在本文中实施的公差时间的确定的、预先规定的时程内时，接收器才存储已存储在有效载荷数据消息的配设给所述接收器的接收器有效载荷数据区域中的有效载荷数据。此外，在接收时间点与传输时间点比较时，也能够考虑到运转时间和/或内部处理时间。

所述实施形式具有的优点是，确定的有效载荷数据消息或者确定的有效载荷数据消息循环能够借助于在接收器处的接收时间点和预先告知的传输时间点来识别，并且然后例如分配给确定的实时传输模式。

如果相应的实时模式例如通过传输时间点的顺序例如周期性的或非周期性的顺序来限定，那么借助在所述顺序内的下一个和在必要时还借助前一个传输时间点有利地实现接收时间点与传输时间点的比较。因此，如果接收时间点在传输时间点附近和/或在相应的传输时间点前的预先确定的公差范围内，那么有效载荷数据消息被分配给限定的实时传输模式，并且相应地处理和转发所包含的信息。如果接收时间点在这样的时间范围外，那么根据其它传输模式或通信模式处理或者例如也拒绝有效载荷数据消息。

在另一实施形式中可提出，第一个接收器将自己的有效载荷数据消息的接收时间点与至少一个传输时间点比较，并且依据所述比较的结果存储包含在配设给所述接收器的接收器有效载荷数据区域中的有效载荷数据，以用于进一步处理，并且将所述有效载荷数据消息在传输时间点上转发给接收器中的第二个。在此，第一接收器例如能够构造为，在比较过程中将在传输时间点附近和/或在传输时间点前的更长的公差时段内的有效载荷数据消息辨识为属于实时传输方法，并且但是然后在例如包括更短的公差时间在内的传输时间点上转发给接收器中的第二个。以这种方式，第一接收器能够将例如借助相对于传输时间点确定的前沿发送的有效载荷数据消息“同步”到当前的传输时间点循环中，并且因此在接收器链中实现准确的和精确的实时传输。

这样构造的第一接收器例如也能够正确地处理在实时传输期间来自发送器的有效载荷数据消息，所述发送器具有较低的技术能力，并且因此不能够遵循非常精确的传输时间点或相应窄的传输时间点公差。

此外能够提出，接收器中的多个或者所有接收器构造为如上述关于第一个接收器阐述一样。那么因此，接收器例如能够将在传输时间点上和相应的公差时间内以及在传输时间点前相应的时间前沿内到达所述接收器的有效载荷数据消息辨识为属于确定的实时传输模式，相应地，将为相应的接收器设有的有效载荷数据从消息中取出，并且将有效载荷数据消息例如根据预先确定的转发模式(例如在确定设有的端口上)在传输时间点上或者在相应的公差时间内转发。

此外可提出，设有用于将有效载荷数据消息传输给接收器的多个传输时间点，并且所述传输时间点以有规律的时间间隔相继设置。以这种方式能够限定实时传输模式，其中，能够将实时消息借助预先确定的、特别窄的公差时间以有规律的时间间隔转发给接收器，并且因此实现通过多个接收器的精确协调的控制，所述多个接收器例如能够构造为执行器或传感器。这样的传输模式例如能够根据实时协议，例如根据IRT方法的ProfinetIO、Etherbet/IP、Modbus/TCP、EthernetPowerlink、SercosIII和/或EtherCAT来构造。

此外，能够设有至少一个准备消息或将其发送给接收器，以用于建立实时数据传输，其中，至少一个准备消息包括关于用于传输有效载荷数据消息的至少一个传输时间点的信息和/或包括关于相应的接收器的接收器有效载荷数据区域中的至少一个区域的信息和/或包括关于一个或多个接收器的信息，相应的有效载荷数据消息被转发给所述一个或多个接收器。

此外，准备消息特别是能够包含关于分别分配给一个或多个传输时间点的公差时程的信息，在所述公差时程中，已到达的消息还被辨识为在根据本文的实时数据传输时的有效载荷数据消息。

借助于例如能够由发送器、接收器中的一个或者也由相应的规划单元生成的这样的准备消息，例如能够将对于实时传输必要的信息传给发送器和接收器。这样的信息例如能够发送用于建立实时传输或也用于更新实时传输的信息。在此，能够设有一个或多个准备消息。一个或多个这样的准备消息例如能够构成和设定用于根据Profilnet标准建立实时通信(例如IRT)。

关于至少一个传输时间点的信息例如能够限定一个时间点或也能够限定多个时间点或也能够限定确定的时间模式。在此，这样的时间模式例如能够包括传输时间点的有规律的顺序或者包含用于计算这样的时间点的相应参数。

关于相应的接收器的接收器有效载荷数据区域中的至少一个区域的信息例如能够包含如下信息，即在有效载荷数据消息的哪部分中存在接收器有效载荷数据区域，也就是说例如所述接收器有效载荷数据区域在哪个位置上开始并且在哪个位置上结束，或者所述接收器有效载荷数据区域在哪个位置上开始并且有多长。此外，关于接收器有效载荷数据区域中的至少一个区域的信息构造为，使得所述接收器有效载荷数据区域包含下述信息，即，在已说明的接收器有效载荷数据区域中包含用于所述接收器有效载荷数据区域的数据，并且此外仅在有效载荷数据消息内存在间隙。

此外能够提出，时间同步通过接收器中的一个来控制。时间同步通常通过一种单元有利地控制，所述单元在确定的系统内具有最高的技术时间精度或者属于具有最高的技术时间精度的装置的群体。那么在本情况下，所述系统能够设定为，使得不必对发送器提出在时间精度方面的如此高的技术要求，并且所述发送器例如能够借助标准以太网硬件或者相应的其它标准通信硬件工作。仅在接收器中对接收器的技术同步或实时运行要求必要的精度。因为在这类系统中的接收器具有比发送器更高的技术时间精度，所以时间同步也能够以有利的方式由接收器中的一个承担，那么所述接收器中的一个也能够使例如发送器根据时间同步。

此外能够提出，至少一个传输时间点中的每个配设给实时时间范围，所述实时时间范围设计成用于实时数据传输，此外其中，非实时数据传输的数据通信仅在所述至少一个实时时间范围外进行。以这种方式例如能够组织传输模式，其中实时传输和非实时传输都能够平行地进行。那么，在这样的模式中，在这样的实时时间范围内存在根据本文的传输时间点。每个实时时间范围例如能够有利地包含仅正好一个传输时间点。此外，每个实时时间范围能够有利地具有正好一个传输时间点。

上述任务也由在通信网络中，特别是现场总线网络中使用的发送器来解决，以用于将有效载荷数据传输给多个接收器，其中，所述接收器通过同步方法在时间上同步，并且其中，所述发送器包含控制装置，所述控制装置构成和设定用于根据按照本文的用于实时数据传输的方法发送至少一个有效载荷数据消息。在此，例如能够根据本文设计发送器、通信网络、现场总线网络、接收器、时间同步、有效载荷数据消息以及发送。时间同步例如特别是能够由发送器或也能够由接收器中的至少一个来控制。此外也能够提出，发送器不与接收器在时间上同步。

由于为多个接收器设有一个有效载荷数据消息，因此能够在接收器之间设有实时数据传输方法，其中，相对于现有技术，需要更低的组织耗费和同步耗费，因为例如不再必须为每个接收器分别在精确限定的时间点上发送特有的实时消息。

但是，所述发送器也能够通过同步方法与接收器在时间上同步。在此，例如能够提出，发送器在配设给实时数据传输的时程内发送有效载荷数据消息。特别是能够提出，发送器在传输时间点前的预先确定的时程内发送有效载荷数据消息。以这种方式可行的是，发送器例如必须满足对可能的传输时间点的比例如接收器更低的精度要求，并且因此例如也能够配备有标准硬件，即使相应的特殊硬件例如在接收器处是必要的，以便例如获得用于实时数据传输和/或相应的同步性(例如在多个共同工作的马达或驱动器的情况下)的必要的时间精度。

此外可提出，发送器在传输时间点上，必要时在考虑到相应的、例如由技术决定的公差时间的情况下发送有效载荷数据消息。在一种系统中提出这样的方法，在所述系统中发送器和接收器满足用于正确的实时数据传输所必要的、相同的硬件前提条件。在此，例如在发送器处和接收器处的用于传输时间的公差时间能够是相同的或基本上相同的。

此外，例如可以构成为通信控制器的发送器能够设定和构成为用于将一个或多个准备消息发送给接收器，以用于建立或更新实时数据传输，其中，一个或多个准备消息

-包含关于用于有效载荷数据消息的至少一个传输时间点的信息，和/或

-包含关于相应的接收器的接收器有效载荷数据区域中的至少一个区域的信息，和/或

-包含关于转发相应的有效载荷数据消息的信息，和/或

-包含关于传输时间点的公差时段的信息，在所述公差时段中，在接收消息时，所述消息被辨识为根据本文的有效载荷数据消息。

特别是能够构造根据本文的一个或多个准备消息。

上述任务也由在通信网络中，特别是现场总线网络中的使用接收器来解决，以用于接收来自发送器的有效载荷数据，并且用于将有效载荷数据转发给另一接收器，其中，所述接收器通过同步方法在时间上同步，其中，所述接收器包含控制和存储装置，所述控制和存储装置构成和设定用于按照根据本文的用于实时数据传输的方法接收、处理和转发发送器或接收器中的另一个的至少一个有效载荷数据消息。在此，又能够根据本文构成和设定接收器、发送器、通信网络、现场总线网络、有效载荷数据消息、用于时间同步的同步方法以及至少一个有效载荷数据消息的处理和转发。

这样的接收器同样可实现简单的实时通信，因为所述接收器能够借助于唯一的消息将实时信息转发给一个或多个接收器，并且因此能够实现具有降低的组织耗费和同步耗费的同步的实时通信。

在此，接收器或接收器的控制和存储装置构成和设定为用于接收来自发送器的有效载荷数据消息，用于存储包含在配设给所述接收器的接收器有效载荷数据区域中的有效载荷数据，并且用于将有效载荷数据消息在传输时间点上转发给接收器中的另一个。

以这种方式，接收器能够以在本文中所述的方式将在可能包括相应的公差时间在内的传输时间点上到达的数据包、随着在传输时间点前相应的前沿到达的数据包，或者甚至在传输时间点前未同步地到达的数据包辨识为属于实时数据传输，并且在传输时间点上转发，即近乎“同步”到正确的实时节奏中。这可在通信网络中，特别是在自动化网络或现场总线网络中实现非常灵活地使用这样的接收器。在此，根据本文构成和构造接收以及对所述有效载荷数据消息的辨识、包含在所述有效载荷数据消息中的有效载荷数据的存储以及在传输时间点上将有效载荷数据消息给接收器中的另一个的转发。

此外，控制和存储装置或接收器能够包含比较装置，所述比较装置用于将自己的有效载荷数据消息的接收时间点与至少一个传输时间点比较，此外其中，控制和存储装置或接收器构成用于根据所述比较的结果存储包含在配设给所述接收器的接收器有效载荷数据区域中的有效载荷数据。在此，比较装置能够构成为，使得所述有效载荷数据消息例如能够从如下事实中辨识，即，相对于传输时间点的接收时间点在传输时间点的公差时间的区域中实现或者也在相对于传输时间点的限定的前沿内实现。在多个传输时间点的情况下例如能够考虑在紧接着接收的传输时间点和/或前一个传输时间点来进行比较。此外在此，能够根据本文构造或构成比较或者比较装置。

如果有效载荷数据消息相应地辨识为确定的实时消息，那么接收器辨认出例如在有效载荷数据消息内的区域，所述有效载荷数据消息包含或者能够包含用于所述接收器的信息，并且在必要时存储所述信息，如果存在的话。如果有效载荷数据消息不包含所述接收器的信息，那么也不存储或者存储空信息。

此外可提出，根据所述比较的结果，将有效载荷数据消息转发给接收器中的另一个，如果存在的话。在此特别是可提出，当产生所述比较时，将在传输时间点上转发给其它接收器的有效载荷数据消息在传输时间点上分配给实时数据传输。

这样的比较装置可实现用于实时数据传输的简单的、有效的和非常灵活的通信模式，因为通过比较装置的所述实施形式既能够根据确定的实时传输模式(包括可能的公差时间)正确地辨识到达的有效载荷数据消息，也能够借助一定程度上更高的公差范围正确地辨识到达的消息，并且也能够根据正确的实时数据传输方法在传输时间点上转发。以这种方式，具有不同的硬件特性的发送器和接收器的组合是可能的，特别是具有低的精度要求的发送器与满足在时间和同步精度上高的要求的接收器的组合是可能的。

此外，接收器可包含时间同步控制单元，所述时间同步控制单元设定和构成位用于使接收器或接收器和发送器在时间上同步。以这种方式，满足在精度和同步方面的高的技术要求的接收器能够用于使由发送器和接收器组成的系统在时间上同步，其中，不是所有组件，例如不是发送器和/或接收器的各个都满足在时间精度和精确性方面的同样高的技术要求。

在此，在本文中，名称“发送器”和“接收器”涉及根据本文的有效载荷数据消息的传输。在这种情况下，所述有效载荷数据消息由发送器发出，并且由接收器接收，并且在必要时转发。在实时传输期间并且也在通用的通信期间，根据本文构成为“发送器”或“接收器”的仪器当然也能够分别承担相应其它作用。也就是说，接收器仪器能够在另一时间点上或传输时间点上例如也作为用于有效载荷数据消息的发送器，并且例如发送器也作为接收器或接收器中的一个。

在下文中获得其它有利的实施形式。

附图说明

下面参见附图示例地详细阐述本发明。附图示出：

图1示出示例的现场总线网络；

图2示出根据图1的在现场总线网络内的第一消息时间模式；

图3示出用于具有可替代的控制器的自动化网络的第二时间模式；

图4示出用于控制器的第二实施形式的第三时间模式。

具体实施方式

图1示出通信网络100，所述通信网络构成为根据Profinet标准的现场总线100，并且在所述通信网络内使用ProfinetIO，以用于实时通信和非实时通信。下文涉及Profinet标准的应用，但是也能够例如类似地简单套用于其它的、特别是能够具有实时能力的现场总线标准，例如Ethernet/IP、Modbus/TCP、EthernetPowerlink、SercosIII或EthernetCAT。此外在此，在现场总线网络100中使用的ProfinetIO也具有根据“等时同步实时(IRT)”方法的通信。

现场总线网络100包含IO控制器110以及三个IO设备120、130、140，所述IO控制器为根据本文的用于发送器的示例，所述IO设备为根据本文的用于接收器的示例。IO控制器110以及IO设备120、130、140通过相应的以太网线路连成一排。在现场总线网络100中实施实时传输方法，其中例如将实时消息150在预先确定的传输时间点上由IO控制器110传到第一IO设备120，并且由所述第一IO设备继续传到第二IO设备130，并且然后传到第三IO设备140。

控制器110和IO设备120、130、140都是时间同步的，例如根据按照IEC61158的“精确透明时钟协议(PCTP)”。在此，第一IO设备120起到用于所述时间同步的主时钟的作用。

控制器110以及设备120、130、140的技术实施形式满足所有用于等时同步实时传输的高的要求，使得控制器110在确定的传输时间点上发送实时消息150。在此，实时消息150包含以太网帧头152、为第一IO设备120预定的并且能够包含用于所述第一IO设备的数据的第一数据区域154、为第二IO设备预定的并且能够包含用于所述第二IO设备的数据的第二数据区域156、以及为第三IO设备140预定的并且能够包含用于所述第三IO设备的数据的第三数据区域158、以及还包含以太网帧尾151。

第一IO设备120在限定用于实时传输的传输时间点上或者附近接收消息150。通过所述接收时间点，第一设备120辨识出所述消息是确定的、预先限定的实时消息150，第一，所述实时消息能够在同样预先告知给第一设备120的数据区域154中包含用于所述第一设备120的有效载荷数据，第二，将所述实时消息转发给第二IO设备130，并且第三，将所述实时消息在传输时间点上转发给第二IO设备130。于是，第一设备120存储在实时消息150的第一区域154中的数据，并且在所述传输时间点上将实时消息150继续发送给第二IO设备130。

在此，通过所述时间同步方法确保了，在时间同步的情况下考虑在仪器内的相应的运转时间和处理时间，使得发送器或接收器中的每个总是分别能够在传输时间点上发送消息。

在第二IO设备130中，又实现了借助于实时消息150的到达时间点识别所述消息为实时消息，所述实时消息是根据本文的有效载荷数据消息的示例，所述消息能够在传输时间点上转发并且在第二数据区域156中包含用于第二IO设备的有效载荷数据。然后，在存储所述数据后，将实时消息150在传输时间点上转发给第三IO设备。在那里，相应于其它IO设备120、130进行实时消息150的处理，使得将存储在第三数据区域158中的信息存储在第三IO设备140中。但是，实时消息150不再由第三IO设备140转发，因为在现场总线网络100中不存在其它接收器。因此，第三IO设备140在通信规划的情况下例如也不获得上述相应的转发路径或转发端口。

通过上述方法可行的是，借助高的实时质量和仅一个唯一的消息150为多个IO设备120、130、140提供实时通信数据。因为在此仅必须发送一个消息150，所以对包含在仪器中的硬件上的要求能够比当发送器110必须为接收器120、130、140中的每个分别在不同的、但是精确限定的时间点上发送单个的实时消息并且然后例如第一IO设备和第二IO设备120、130还必须实时转发部分甚至不用于所述IO设备的所述消息时更低。

图2示出用于在图1中示出的现场网络总线100的时间模式，其中，在左边部分分别示出控制器110和设备120、130、140的视图，并且在相应右边的部段示出配设给相应的仪器的时间进程。所述时间进程包含配设给实时传输的时程160，在所述时程内限定了用于实时传输预先限定的实时消息150的传输时间点162。在此，在图2中的实时消息150的前缘相应于在左边分别示出的设备110、120、130、140的消息的发送时间点。

如在图2中所示，通过时间同步实现了在绝对时间刻度上看，在不同的设备110、120、130、140中的传输时间点在时间上偏移，其中，所述时间偏移相应于内部处理时间和运转时间以及在连接线路上的运转时间。因此实现了，尽管存在运转时间和处理时间，在控制器110中在传输时间点162上发送的实时消息150又能够在传输时间点162上在第一IO设备120中转发。那么，相应的偏移也导致准确地转发到第二IO设备和第三IO设备130、140。例如能够通过在各个仪器中已经相应地时间偏移地运行的时钟或者也通过同步时钟但在计算时间点时相应的修正值来实现所述偏移。

在图1和2的说明的范围中分别提到实时消息150、传输时间点162以及实时传输时程160。所示出的传输模式能够扩展到例如周期性重复的实时传输时段160、分别包含在所述实时传输时段中的传输时间点162以及在此分别发送的实时消息150上，例如在Profinet标准或类似的标准的范围中设有的一样。

在图2中示出作为矩形的传输时间点162，其中，矩形在时间方向上的宽度相应于下述时段，所述时段相应于在仪器的技术特性的范围中的传输时间点，即原则上相应于仪器精度的传输时间点。

图3示出图2中的在略微改变的现场总线网络102中的时间模式，其中，图2中的控制器110由第二控制器112代替，所述第二控制器具有在技术上更简单地构造的通信硬件，并且因此也具有更差的传输精度。这在图3中作为更宽地示出的传输时间点162示出。因此在第二控制器112的技术精度的范围中，仅不精确地发送实时消息150，所述实时消息相应于在图3中配设给传输时间点162的矩形的宽度。

但为了发送实时消息150，使得在IO设备120、130、140中进行相应地同步的接收，借助在图3中示出的时间前沿由第二控制器112发送实时消息150。此外，在通信准备时，IO设备120、130、140获得信息，即在传输时间点和实时数据传输间隔160的起始端之间到达的消息被分配给限定的实时传输，当所述消息在传输时间点前到达时，所述消息被存储，直到传输时间点162，并且然后才被处理和转发。以这种方式实现了，尽管提前发送实时消息150，但在设备120、130、140中仍同步地处理所包含的信息，使得此外已控制的设备120、130、140也同步地工作。那么，第一IO设备120使实时消息150近乎同步到准确的实时模式中。

图4示出再次略微改变的第三现场总线网络104，其中，相对于图3，IO控制器112由第三IO控制器114代替。所述第三控制器114不设计成用于实时通信。因此，在图4中在配设给第三控制器114的时间模式中也没有记录传输时间点，并且也没有记录实时间隔160，因为其不能够在第三控制器114中识别。那么，在参数化实时通信时例如能够告知IO设备120、130、140将每个到达所述IO设备的消息作为实时消息处理。此外，能够告知IO设备120、130、140将到达所述IO设备的具有确定的标识符的消息作为实时消息处理。那么，IO设备120、130、140在消息到达时不仅检验接收时间点，而是也检验消息的标识符。

图4示出通过第三控制器114在任意的、位于实时传输间隔160外的时间点上发送实时消息150。第一IO设备120例如借助于实时消息150的标识符或借助于在通信初始化时预先确定的定义例如根据上述示例将消息150识别为实时消息，并且将所述实时消息暂存直到传输时间点162。在到达传输时间点时，如在上述附图中阐述的一样，处理所述消息，并且将其转发给第二IO设备130。具有实时消息150的其它方法相应于在图1到3中示出的方法。以这种方式甚至可行的是，借助不具有实时能力的控制器可实现同步控制分别具备有实时能力的多个接收器。

本发明说明了一种用于从一个发送器到多个接收器进行实时传输的方法，其中，通过将用于不同的接收器的信息合并成一个消息能够降低和简化在现场总线网络内传输实时数据时的传输耗费和同步耗费。

Claims (18)

1.用于在通信网络(100、102、104)中进行实时数据传输的方法，其用于将有效载荷数据从一个发送器(110、112、114)传输给多个接收器(120、130、140)，

其中，所述接收器(120、130、140)通过同步方法在时间上同步，

其中，在所述实时数据传输期间确定用于将有效载荷数据消息(150)分别传输给所述接收器(120、130、140)中的至少一个的传输时间点(162)，

其中，为所述接收器(120、130、140)中的每个分配一个在所述有效载荷数据消息(150)内的特有的接收器有效载荷数据区域(154、156、158)，所述接收器有效载荷数据区域被分配给所述接收器(120、130、140)，并且

其中，所述发送器(110、112、114)发送所述有效载荷数据消息(150)，

所述接收器中的第一接收器(120)接收所述有效载荷数据消息(150)，所述有效载荷数据消息存储包含在配设给所述接收器的接收器有效载荷数据区域(154)中的有效载荷数据，以用于进一步处理，并且将所述有效载荷数据消息(150)在所述传输时间点(162)上转发给所述接收器中的第二接收器(130)

其中所述接收器(120、130、140)中的至少一个将自己的所述有效载荷数据消息(150)的接收时间点与至少一个所述传输时间点比较，并且根据比较的结果存储包含在配设给所述接收器的所述接收器有效载荷数据区域(154、156、158)中的所述有效载荷数据，以用于进一步处理。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发送器(110、112、114)和所述接收器(120、130、140)在时间上同步，并且所述发送器(110、112、114)在配设给所述实时传输的时程内发送所述有效载荷数据消息(150)。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述接收器(120、130、140)中的每个接收所述有效载荷数据消息(150)，所述有效载荷数据消息存储包含在配设给所述接收器的接收器有效载荷数据区域(154、156、158)中的有效载荷数据，以用于进一步处理。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一接收器(120)将自己的所述有效载荷数据消息(150)的接收时间点与至少一个传输时间点比较，并且根据比较的结果存储包含在配设给所述接收器的所述接收器有效载荷数据区域(154)中的所述有效载荷数据，以用于进一步处理，并且将所述有效载荷数据消息(150)在所述传输时间点(162)上转发给所述接收器中的所述第二接收器(130)。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，设有用于将有效载荷数据消息(150)传输给所述接收器(120、130、140)的多个传输时间点(162)，并且所述传输时间点(162)以有规律的时间间隔相继设置。

6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将至少一个准备消息提供或发送给所述接收器(120、130、140)，以用于建立所述实时数据传输，其中，所述至少一个准备消息包括关于用于所述有效载荷数据消息的至少一个所述传输时间点的信息，和/或关于相应的所述接收器的所述接收器有效载荷数据区域中的至少一个的信息。

7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，时间同步由所述接收器(120、130、140)中的一个来控制。

8.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为至少一个所述传输时间点中的每个分配实时时间范围，所述实时时间范围设计用于所述实时数据传输，此外其中，非实时数据传输的数据通信仅在所述实时时间范围外进行。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通信网络(100、102、104)是现场总线网络(100、102、104)。

10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述接收器(120、130、140)中的每个将所述有效载荷数据消息(150)转发给所述接收器中的另一接收器(130、140)。

11.发送器(110、112、114)，所述发送器在通信网络(100、102、104)中使用，以用于将有效载荷数据传输给多个接收器(120、130、140)，其中，所述接收器(120、130、140)通过同步方法在时间上同步，其中，所述发送器(110、112、114)包括控制装置，所述控制装置根据如所述权利要求1到10之一所述的方法构成并且设定用于发送至少一个有效载荷数据消息(150)，

所述发送器(110、112、114)设定和构成为用于将一个或多个准备消息发送给所述接收器(120、130、140)，以用于建立所述实时数据传输，其中，所述一个或多个准备消息包括关于用于所述有效载荷数据消息的至少一个传输时间点的信息，和/或包括关于相应的所述接收器的所述接收器有效载荷数据区域中的至少一个的信息。

12.如权利要求11所述的发送器，其特征在于，所述发送器(110、112、114)通过同步方法与所述接收器(120、130、140)在时间上同步，并且所述发送器(110、112、114)在配设给所述实时传输的时程内发送所述有效载荷数据消息(150)。

13.根据权利要求11所述的发送器，其特征在于，所述通信网络(100、102、104)是现场总线网络(100、102、104)。

14.接收器(120、130、140)，所述接收器在通信网络(100、102、104)中使用，以用于接收来自发送器(110、112、114)的有效载荷数据，并且用于将所述有效载荷数据转发给另一接收器(130、140)，其中，所述接收器(120、130、140)通过同步方法在时间上同步，其中，所述接收器(120、130、140)包括控制和存储装置，所述控制和存储装置构成和设定为用于根据如所述权利要求1到10之一所述的方法接收、处理和转发来自所述发送器(110、112、114)的至少一个有效载荷数据消息(150)

所述接收器(120、130、140)的所述控制和存储装置包括比较装置，所述比较装置用于将自己的所述有效载荷数据消息(150)的接收时间点与至少一个传输时间点比较，并且此外，根据比较的结果构成用于存储包含在配设给所述接收器的所述接收器有效载荷数据区域(154、156、158)中的所述有效载荷数据。

15.如权利要求14所述的接收器，其特征在于，所述接收器(120、130、140)的所述控制和存储装置构成和设定为

-用于接收来自所述发送器(110、112、114)的所述有效载荷数据消息(150)，

-用于存储包含在配设给所述接收器的所述接收器有效载荷数据区域(154、156、158)中的所述有效载荷数据，并且

-用于将所述有效载荷数据消息(150)在所述传输时间点(162)上转发给所述接收器中的另一接收器(130、140)。

16.如权利要求14所述的接收器，其特征在于，所述接收器(120、130、140)的所述控制和存储装置构成和设定为用于根据比较的结果将所述有效载荷数据消息(150)转发给另一接收器(130、140)。

17.如权利要求14或15所述的接收器，其特征在于，所述控制和存储装置包括时间同步控制单元，所述时间同步控制单元设定和构成用于使所述接收器(120、130、140)或所述接收器(120、130、140)和所述发送器(110、112、114)在时间上同步。

18.根据权利要求14所述的接收器，其特征在于，所述通信网络(100、102、104)是现场总线网络(100、102、104)。