CN104025514B - 用于运行通信网络的方法和网络设备 - Google Patents

Abstract

提出一种用于运行网络设备（101）、尤其是以太网网络的方法。耦合到网络的网络装置（1）分别具有第一控制装置（2）和分配给该第一控制装置（2）的第一交换机装置（4）以及第二控制装置（3）和分配给该第二控制装置（3）的第二交换机装置（5）。交换机装置（4、5）分别具有用于经由通信网络（6）发送和接收数据的发送和接收端口（9、10、13、14）、用于在交换机装置（4、5）之间发送和接收数据的第一内部发送和接收端口（15、16、17、18）、以及用于发送去往控制装置（2、3）和接收来自控制装置（2、3）的数据的第二内部发送和接收端口（7、8、11、12）。相对于在用于经由通信网络（6）发送和接收数据的发送和接收端口（9、10、13、14）处的数据交换，对在第一和第二内部发送和接收端口（7、8、11、12、15、16、17、18）处的相应数据交换进行优先化。通过优先化确定的内部数据通信确保了在传输和硬件故障情况下的改善的失灵安全性和故障分别。故障类型“Babbling Idiot”由此可被处置。另外，提出一种具有多个对应的网络装置（100、200、300）的网络设备（101），这些网络装置根据所述方法工作。

Description

用于运行通信网络的方法和网络设备

技术领域

本发明涉及用于运行通信网络的方法和利用所提出的方法工作的网络设备。用于运行的方法尤其是可以用在以太网环境中。

背景技术

通信网络越来越普遍地应用于测量、控制和调节复杂的技术系统。例如越来越多地在机动车中采用网络，以便构造车辆控制系统。在对应的复杂的和安全相关的技术系统中，对构造为网络装置的控制元件的可用性提出高要求。在单个部件、例如传感器或控制装置失灵的情况下，这不允许导致整个系统的失灵。特别安全相关的是伺服驾驶（Drive-by-Wire）系统、例如线控转向（Steer-by-Wire）系统，其中以电动机方式经由传感器装置、控制装置和执行器装置的网络耦合将转向盘位置转换成车轮位置。

在过去对特别关键的部件采用冗余实施，从而在故障情况下相应的后备或冗余部件可以接管相应的任务。在多个冗余部件的情况下必须确保，两个或者更多个控制装置中的仅仅一个占据相应的控制权。此外不允许对于相同的控制功能存在冲突的控制指令。因此有必要的是，所有的控制部件都具有网络中的相同信息或数据。

就此而言，必须识别不一致数据形式的故障，所述不一致数据例如在经由所使用的网络进行数据传输时可能被损坏。非常普遍的标准网络环境基于以太网协议。使用以太网基础架构所具有的优点是，可以采用标准化的网络装置和方法。但是在过去也使用专有的数据总线，以便使控制部件与内部冗余、也即双重设计的功能彼此联结。

此外有可能的是，在网络中采用的节点有故障。故障类型例如是已知的，其中网络装置以高频向网络中发送数据，所述数据不包含可用于其他控制装置的数据。这也被称为“Babbling Idiot（胡言乱语的傻瓜）”。网络基础架构于是可以通过高数据速率被加载，使得不能再在仍运转的网络装置之间交换真实的控制或传感器数据。值得期望的是，尤其是在安全相关的网络中处置这样的故障行为并且适当地处理当前的数据，以便保证网络中的不被涉及的装置的可靠运行。

在过去提出这样的方法，其中预先给定的通信伙伴之间的数据交换受到带宽限制。但是有缺陷的网络节点仍可以产生具有不正确地址数据的数据分组，这在牢固的带宽限制的范围内不能在每个网络拓扑中、尤其是不能在环形网络拓扑中被令人满意地处置。

此外已知这样的方法，所述方法基于网络节点相互之间的同步化通信。在此对于预先给定的通信伙伴之间的数据交换定义确定的时隙。这样的时隙方法要求耗费的同步和特殊的硬件装置。

从文献US 2011/026411 A1和US 2008/107050 A1中分别已知针对当前主题的技术背景。

发明内容

因此本发明的任务是提供一种改善的方法和/或一种网络设备。

对此相应地提出一种用于运行通信网络的方法，该通信网络用于耦合到该通信网络上的网络装置。所述方法包括：

提供网络装置，所述网络装置分别具有第一控制装置和分配给该第一控制装置的第一交换机装置以及第二控制装置和分配给该第二控制装置的第二交换机装置。交换机装置在此分别具有用于经由通信网络发送和接收数据的发送和接收端口、用于在交换机装置之间发送和接收数据的第一内部发送和接收端口、以及用于发送去往控制装置和接收来自控制装置的数据的第二内部发送和接收端口。

在所述方法中，相对于用于经由通信网络发送和接收数据的发送和接收端口处的数据交换，对第一和第二内部发送和接收端口处的数据交换进行优先化，其中尤其是第二内部发送和接收端口被相对于第一内部发送和接收端口优先化。

尤其是构造为以太网通信网络的网络例如导致网络装置彼此之间的环形构造或耦合。利用双重的交换机和控制装置以及相应网络装置中的使能的内部通信对该网络装置的冗余实施提供了通信网络中的安全的和可靠的数据传送。通过相对于从外部、也即经由耦合的通信网络到达的数据对网络装置内的数据交换优先化，在网络中存在BabblingIdiot可被处理。在没有所提出的优先化的情况下，以高数据速率产生的无意义的数据分组可能覆盖本来的、例如以控制数据加载的数据分组并且干扰可靠的通信。例如可通过用于数据分组的合适的源或队列实现的优先化仍然可靠地使未由Babbling Idiot发送的数据分组到达其目标。

所述方法还可以包括：相对于第一内部发送和接收端口处的数据交换，对从第二内部接收端口到用于将数据发送到通信网络的发送端口的数据交换进行优化。通过该扩展的优先化，所构成的具有网络装置的网络仍相对于由Babbling Idiot造成的故障变得更加稳健。

所述优先化在此优选地不根据在交换机装置中所接收数据的数据内容进行，而是基于端口地执行。例如，由Babbling Idiot发送的数据可能包含错误的地址或优先权信息，由此基于在分组中所包含的信息的优先化可能失败。这通过基于端口的优先化被排除。

通信网络本身可以包括以太网基础架构。交换机装置也可以称为桥装置或路由器装置。网络装置也称为网络节点、网络部件或者网络元件。

除了在网络装置中设置的控制装置，还可以考虑例如CPU、微处理器或者其他可编程电路。控制装置还可以理解为传感器或执行器装置。

通信网络或者网络协议优选规定从一个用户或者一个网络装置到另一个用户或者另一个网络装置的点对点连接。在此可以实现双向的或者双工通信。

在实施方式中，所述方法还包括步骤：

通过第一控制装置产生第一数据并且通过第二控制装置产生第二数据，其中第一数据和第二数据通过预先给定的编码彼此联结；

由第一控制装置经由所分配的交换机装置将第一数据发送给第二控制装置，并且由第二控制装置经由所分配的交换机装置将第二数据发送给第一控制装置，其中所述第一和第二数据通过第一和第二内部发送和接收端口；

将第一数据和第二数据经由第一通信路径从用于第一控制装置的交换机装置的发送端口发送到用于第二控制装置的交换机装置的接收端口；

将第一数据和第二数据经由第二通信路径从用于第二控制装置的交换机装置的发送端口发送到用于第一控制装置的交换机装置的接收端口。在此，第一和第二通信路径的数据以相反的方向通过相同的网络装置。

经由预先给定的编码彼此联结的第一和第二数据例如可以通过比特反转来产生。所述预先给定的编码允许两个数据相互之间的一致性检查。如果例如通过经由网络的数据传送数据（分组）中的一个受到干扰，则这可以在考虑到相应编码的情况下通过与另一数据（分组）进行比较被识别出。

尤其是在基于以太网的通信网络的情况下可以进行双向通信（所谓的双工通信）。就此而言，第一通信路径从第一控制设备的交换机装置的发送端口延伸到第二控制设备的交换机装置的接收端口，以及第二通信路径从第二控制设备的交换机装置的发送端口延伸到第一控制设备的交换机装置的接收端口。第一通信路径例如环形地经由另外的交换机装置或者另外的网络装置经由通信网络地延伸。第二通信路径以相反方向通过网络装置。就此而言，所有参与的网络装置的作用能力的检查和冗余发送变得可能。优选地，从第一控制装置至第二控制装置的第一和第二数据或者相反地从第二控制装置至第一控制装置的第一和第二数据仅仅经由网络装置内的交换机装置来引导。

用于运行尤其是基于以太网的通信网络的方法导致环形结构，其中使用以太网环的得出的通信方向。在网络装置的与控制装置连接的交换机装置的故障情况下，在此可以仅涉及所述方向之一，从而像之前那样传送一致的一个或多个数据。通过比较在不同的通信路径上发送的数据——所述数据尤其是经由编码彼此联结，可以执行灵活的和可靠的故障分析。可以简单地查清控制部件或者装置中的哪些导致了故障。导致故障的这些控制部件或者装置优选被钝化或者关断。

除此之外，通过检验数据传输速率和必要时阻塞接收来处置Babbling Idiot的故障情况，使得对于未受干扰的或者从有缺陷装置发送的数据存在至少一个无故障传输的通信路径。

在所述方法的实施方式中，所述方法还包括：

将第一数据和第二数据经由用于第一控制装置的交换机装置的发送端口经由具有第一和第二控制装置的另一网络装置的至少一个另外的交换机装置发送到用于第二控制装置的交换机装置的接收端口；和

将第一数据和第二数据经由用于第二控制装置的交换机装置的发送端口经由具有第一和第二控制装置的另一网络装置的至少一个另外的交换机装置发送到用于第一控制装置的交换机装置的接收端口。

在此在相应的另外的交换机装置中在用于另外的交换机装置的第二控制装置的接收端口处所接收的数据被转发给用于另外的交换机装置的第一控制装置的发送端口。在用于另外的交换机装置的第一控制装置的接收端口处所接收的数据被转发给用于另外的交换机装置的第二控制装置的发送端口。

未经编码的或经编码的数据因此从由第一控制装置出发的第一通道发送给分配给第二控制装置的通道。这也可以反过来进行，由此进行发送的控制部件可以确定，分配给第二（冗余的）控制装置的另一通道是否具有相同的数据结果。就此而言可以确定，所分配的以太网交换机或交换机装置是否可靠地运转。如果识别出分配给控制装置的交换机装置中的至少一个表现得有故障，则进行发送的控制装置优选钝化。

所述方法还可以包括：

在第一和/或第二控制装置中对第一数据与第二数据进行比较以产生比较结果；并且

根据该比较结果对网络装置钝化。

如果识别出第一和第二数据不相互一致，也就是说不通过预先给定的编码彼此联结，则可以识别出在数据传输或产生时的故障。

所述方法此外可以包括：

经由第一和第二通信路径重新发送第一和第二数据。

如果例如在通信循环中不再由进行发送的控制装置识别出或接收数据，则可以通过多重地发送和检验正确接收的数据推断出在通信路径中存在的有故障的网络部件。

在所述方法中，还可以在另一网络装置中在用于不同的控制装置的接收端口处接收第一数据和第二数据，并且相互比较所接收的数据。

优选地，用于运行网络设备的方法还包括在所比较的第一数据和第二数据不通过预先给定的编码相互联结时显示故障报告。

最后，提出一种具有多个网络装置的网络设备，所述网络装置耦合到通信网络上。相应的网络装置包括第一控制装置和分配给该第一控制装置的第一交换机装置。另外，相应的网络装置具有第二控制装置和分配给该第二控制装置的第二交换机装置。所述交换机装置分别具有用于经由通信网络发送和接收数据的发送和接收端口、用于在交换机装置之间发送和接收数据的第一内部发送和接收端口、以及用于发送去往控制装置和接收来自控制装置的数据的第二内部发送和接收端口。所述网络装置尤其是被设立为执行如前面所述的方法。

所述网络设备尤其是车辆的一部分。

所述网络装置可以是传感器装置或者执行器装置。作为传感器装置可以考虑转数传感器、制动装置或者开关控制装置。还可以采用例如实现伺服驾驶的控制装置。在此，例如将转向或加速脉冲电子地经由网络传递给对应的执行器，使得车辆的期望反应开始。

总之得出特别可靠的网络设备，其在通信通道受到干扰的情况下也可安全地运转。冗余的环形的通信路径装置实现了一致的控制设备通信和费用低廉的故障分支和校正以及对由Babbling Idiot造成的故障的费用低廉的处置。

在网络设备的其他实施方式中，还可以在网路设备中设置分别具有控制装置和交换机装置的单重网络装置。单重网络装置在此不具有冗余的控制装置并且可被设置用于安全相关较少的功能。

在网络设备的实施方式中，至少一个交换机装置包括分级装置、队列装置和/或调度器装置。

对确定数据分组或者预先给定的数据路径上的、例如网络装置内部的数据分组的优先化例如通过队列或排队的实现来进行。在队列情况下，以到达的顺序接纳并且然后再次输出数据对象、如数据分组。分级装置可以对到达的数据分组进行对应地分级并且分配给优先权等级。例如根据优先化，从内部CPU端口到达交换机装置的数据分组比从外部端口、也即从通信网络到达交换机装置的数据配备有更高的优先权。分级装置将要路由的或者要交换的数据分组相应地布置在队列装置中。调度器装置从队列装置中提取数据分组并且经由交换机装置的相应输出端口传送这些数据分组。

网络装置优选地分别实施为单个的FPGA、ASIS、IC芯片或者固定接线的微电路。

此外，提出一种计算机程序产品，其促使在一个或多个程序控制的装置上执行如上所述的用于运行网络设备的方法。

诸如计算机程序装置的计算机程序产品例如可以作为存储介质——如存储卡、USB棒、CD-ROM、DVD——或者以可从网络中的服务器下载的文件的形式来提供或者供应。这例如可以在无线的通信网络中通过传输具有计算机程序产品或者计算机程序装置的相应文件来进行。作为程序控制的装置尤其是可以考虑如上所述的网络装置。

本发明的其他可能的实现方式还包括未明确提出的之前或者在后面关于实施例描述的方法步骤、特征或者方法实施方式、网络设备、网络装置或者网络节点的组合。在此，专业人员还将各个方面作为改善或者补充添加或改动到本发明的相应的基本形式。

附图说明

本发明的上述特性、特征和优点以及如何达到这些的方式在结合以下对实施例的描述时可变得更清楚和更明确地理解，所述实施例结合附图被进一步阐述。

在此：

图1示出网络设备的第一实施方式的示意图；

图2-6示出具有用于阐述故障处置的方法方面的通信流程的交换机装置的实施方式的示意图；

图7示出网络设备的第二实施方式的示意图；

图8示出网络设备的第三实施方式的示意图；和

图9示出网络设备的第四实施方式的示意图。

在图中，只要未另行说明，相同的或者功能相同的元件配备有相同的附图标记。

具体实施方式

在图1中示出网路设备的第一实施方式的示意图。这些图还用于阐述用于运行网络设备的方法。

图1示出网络设备1，该网络设备1例如可以用作为车辆中的以太网网络。在此示例性地示出三个网络装置100、200、300。所述网络装置例如可以是控制部件。在下面也被称为网络节点或控制部件的网络装置100、200、300分别具有冗余的控制装置2、3、202、203、302、303。这些控制装置也可以称为CPU。网络装置100、200、300也可以称为网络的用户。

控制装置2、3、202、203、302、303被匹配，以便执行确定的任务或功能。这例如可以是传感器检测或执行器。也可以将其实现为CPU或微处理器。例如可以设想，控制部件100被设立用于检测车辆中的踏板高度或者转向运动。例如可以设想，控制部件或网络装置100向网络中的另一控制部件发送控制信号或控制数据。在此，尤其是在机动车中的安全相关的应用情况下、例如在伺服驾驶的情况下保证，所有网络节点处的控制数据都一致地存在。

控制部件或网络节点或者网络装置100、200、300装备有冗余的以太网交换机装置4、5、204、205、304、305。以太网交换机装置4、5、204、205、304、305分别具有发送或输出端口9、13、209、213、309、313和接收或输入端口10、14、210、214、310、314，借助于它们进行到通信网络6的耦合。此外，交换机装置4、5、204、205、304、305具有第一内部发送或输出端口16、18、216、218、316、318和第一内部接收或输入端口15、17、207、211、307、311以在相应的网络装置100、200、300的交换机装置之间进行内部的数据交换。为了与控制装置2、3、202、203、302、303进行数据交换，交换机装置4、5、204、205、304、305具有第二内部发送或输出端口8、12、208、212、308、312和第二内部接收或输入端口7、11、215、219、315、319。

网络装置100在此包括CPU 2和所分配的以太网交换机装置4。以太网交换机装置4具有接收端口7和发送端口8，它们与CPU 2通信耦合。另一发送端口9和接收端口10耦合到网络6上以发送和接收数据。类似地，CPU 3具有以太网交换机装置5，其具有接收端口11和发送端口12以耦合到该CPU 3上。以太网交换机装置5还具有发送端口13和接收端口14以耦合到网络6上。此外，在以太网交换机4、5处设置发送端口16、18和接收端口15、17，以便执行两个交换机装置4、5相互之间的耦合。两个交换机装置4、5在此是分开的，例如作为FPGA或者ASIC或者微芯片来制造。

类似地，控制部件200和300具有彼此分开的交换机装置204、205、304、305，这些交换机装置具有发送和接收端口204、210、213、214、304、310、313、314以耦合到网络6。网络装置200、300还可以装备有与网络装置100相同的元件，也即配备有具有另外的内部端口的交换机装置。

在网路部件内部进行冗余地产生的控制数据D1和D2的均衡。CPU 2提供数据D1并且CPU 3提供数据D2。在此数据经由编码相互联结。也就是说，数据D1经由数学运算从数据D2中得出并且反之亦然。例如可以设想简单的比特反转，从而数据D1是数据D2的反转并且反之亦然。

控制部件100中的内部的一致性检查通过产生数据D1、在端口7处传递给以太网交换机4并且经由端口组合16、17转发给以太网交换机5来进行，该以太网交换机5将数据D1提供给CPU 3。类似地，数据D2经由端口11、18、15和8被传送给CPU 2。就此而言内部的一致性检查可以通过数据D1和D2相互的一致编码来进行。如果数据相互一致，也就是说预先给定的编码的模——例如比特反转——一致，则出发点可以是，经由端口7和11的数据接收、经由端口8和12的数据发送、用于刚好这些端口之间的数据交换的交换机装置4、5以及还有CPU 2、3正确运转。如果比较结果相反地提供数据D1和D2相互不一致，则这指明CPU 2、3或交换机装置4、5的故障，对此用于数据一致性保护的可能反应是对控制部件100的钝化——也就是去激活。

类似的一致性检查在网络装置200、300中进行。在两个交换机204、205或304、305之间传输的数据在图1中没有配备附图标记。从上到下分别从端口218至端口207传输数据D2B和D1B。从端口216至端口211传输数据D1R和D2R。完全一样地由端口307从端口318接收对应于D2B和D1B的数据。由端口311从端口316接收对应于D1R和D2R的数据。

网络设备1被设计用于环形通信路径。通过尤其是在以太网基础架构中存在的用户或网络装置相互之间的点到点连接的可能性，可以形成两个相互分开的通信环，所述通信环仅仅分开相应的交换机装置，但是在那里在接收侧和发送侧不使用共同的端口。在图1的实施例中得出第一通信路径，该第一通信路径由分段CB1、CB2和CB3组成。数据D1和D2通过这些分段CB1、CB2和CB3，这借助于箭头D1B和D2B来表明。在此附注B代表通信路径B。

另外，由分段CR1、CR2和CR3组成的通信路径以相反的通信方向延伸。数据D1和D2同样经由该路径被发送，这通过箭头D2R和D1R来表明。在此，附注R代表通信路径R。

数据D1和D2因此经由不相交的通信路径被传送给所有存在于网络中的控制部件201、301。每个CPU 202、203、302、303经由不同的通信路径——也即具有相反的通信方向的两个逻辑环——获得经编码的以及未经编码的数据D1、D2。但是在此存在唯一的硬件环。每个CPU 202、203、302、303比较经由通信路程或通信路径所接收的针对数据D1、D2的值。

例如，CPU 303经由通信路径CB1获得数据D1B和D2B。在发送端口312处，交换机装置304传递数据D1B和D2B，这些数据在输入端口314处被接收，被继续传递给CPU 303。在那里可以对数据D1B和D2B进行比较。如果它们相互一致，则这有利于无故障的通信路径CB1。

CPU 303还通过由分段CR1和CR2得出的第二通信路径获得数据D1R和D2R。数据D1R和D2R由交换机装置304在接收端口310处接收并且输出给分配给CPU 303的发送端口312。可以重新进行一致性检查。此外，CPU 303现在可以对经由环路径CB1所获得的数据以及经由环路径CR1和CR2所获得的数据执行比较或表决。在未受干扰的情况下，数据D1R和D2R相互一致，以及数据D1B和D2B相互一致，以及经由CB1和经由CR1-CR2所接收的和各个被确定为已经一致的数据相互一致。由此得出，所基于的由CPU 2 或3所产生的数据D1和D2是正确的。如果在控制部件3或CPU 302、303中在对经由CB1和经由CR1-CR2所接收的和各个被确定为已经一致的数据进行比较或表决时出现不一致，则可以推断出通信故障。

类似的一致性检查在控制部件201或CPU或者控制装置202、203中进行。如果参与的交换机装置4、5、204、205、304、305之一应当有故障地工作或者失灵，则当重复发送数据D1、D2时可以识别出对应的网络故障。一般在网络6上利用不同控制装置的不同数据发出多个通信循环。由于在图1中未示出的其他数据，相应的控制部件201、301可以确定其自己的交换机204、205、304、305是否有缺陷。就此而言可以识别和处置不同的故障情形。

通过不相交的数据路径CB1、CB2、CB3和CR1、CR2、CR3，传输时的故障仅仅相互独立地出现。通过网络节点或部件100、201、301的作为以太网环的构型，保证了尤其是具有冗余控制装置2、3的控制设备的最大程度一致的通信。

通过作为控制设备的网络装置相互之间的特别安全的通信，还可以将BabblingIdiot作为故障源来处置。在Babbling Idiot的情况下，在网络中耦合的装置或节点之一有缺陷并且以高的数据速率发送无意义的数据分组。由此整个网络或网络设备可被加载，使得有意义的信息——诸如控制或状态信息——不能再被可靠地发送和接收。BabblingIdiot在此尤其是可以将数据分组发送到也不具有有意义的目标或接收地址的、例如作为以太网网络的网络装置中。就此而言，网络被用无意义的数据充溢并且可能被阻塞。

为了在该故障情况下还仍实现可靠的数据交换，网络装置100、200、300中的交换机装置4、5、204、205、304、305被设立为，使得内部的数据交换相对于从外部、也即从通信网络6进入的数据被优先化。这例如可以根据输入端口通过具有优先权等级的队列进程来进行。在图2至6中以第一网络装置100的交换机装置4为例阐述了用于对确定的数据分组优先化的可能实现方案。

图2在此示出未对内部数据分组进行优先化情况下的故障情况。图2在此示出具有第一内部发送端口16和第一内部接收端口15的交换机装置4，该交换机装置4如在图1中表明的那样耦合到第二交换机装置5。第二内部接收端口7和在下面也称为CPU端口的内部发送端口8耦合到控制装置2。另外在图2中识别出称为外部端口的发送端口9和接收端口10。

如果现在在网络设备1内部出现Babbling Idiot，则例如在外部接收端口10处接收到无意义的数据分组。所述无意义的数据分组用D0来表示。一般，这些无意义的数据分组以高频出现并且对网络的带宽加负荷。示出了传统的队列装置40，其具有所提出的分级器或分级装置30和调度器装置31。由CPU接收端口7获得有意义的控制数据D。传统上，数据分组D0、D根据其优先权等级被转发，关于所述优先权等级在这里存在7个等级41-47。分级装置30例如针对数据分组D和D0确定相同的优先权等级。在当前的示例情况下，这是优先权等级47。因此通常通过队列装置和调度器或调度器装置31在实际有意义数据D的情况下同等地处置无意义数据分组D0。也就是说，以高数据速率到达的无意义的数据分组D0主要在发送端口16被转发。在相邻的通道b中，交换机装置尤其是因为无意义数据D0不包含可靠的发送地址而不能确定Babbling Idiot存在于何处。

现在提出对确定的数据分组优先化。尤其是，交换机装置4与其所属的控制装置2以及相邻的内部交换机装置5之间的内部通信被相对于从外部接收的数据分组优先化地处理。这在图3中根据针对排队和调度的实施例来示出。如已经在图2中表明的，交换机装置4装备有CPU端口7、8、内部端口15、16和外部端口9、10。考察示例性情况，其中数据D被CPU 2发送给CPU 3以用于检验。但是，交换机装置4在外部接收端口10处以高的数据速率接收无意义的数据分组D0，因为在网络中存在Babbling Idiot。

无意义的数据D0以及实际有意义的或合理的控制数据D到达分级器30。队列装置现在被构造为使得可以处置7个优先权等级。调度器装置31在数据流的下行方向上经由发送端口16传送由队列装置准备的数据分组。在常见的以太网交换机装置中考虑7个优先权等级。为了优先化地考虑从CPU端口7到达的数据分组，两个最低的优先权等级组成优先权1/2。标准优先权等级3至7（43-47）于是被补充有内部的优先权等级、即内部队列50。分级装置30将从CPU端口7到达的数据D分级为内部的队列数据。所述内部的队列数据优选由调度器转发。尽管以高数据速率存在的无意义的数据分组D0例如以优先权7到达，有意义的数据D的经由内部输出端口16的可靠转发到达相邻的交换机装置5并且因此到达CPU 3。通过提供内部队列50可以在即便有Babbling Idiot的情况下也可以在网络中可靠地履行相应的控制任务。

在图3中未示出的（参照图1）当前的控制装置3可以从其由控制装置或CPU 2所提供的数据中推断出：例如CPU 2或交换机装置4、5之一本身是否有故障地作为BabblingIdiot工作。如果从通道a、也即CPU 2通过具有优先化的内部队列的交换机装置4接收到可解释的数据分组D，则推断出自己的网络装置100可能可靠地工作。如果在即便有内部优先化的情况下CPU 3还是不能从CPU 2接收到有意义的数据，则可以推断出：在CPU 2或交换机装置4、5之一中存在故障或Babbling Idiot。就此而言可以进行对应的故障处置措施，例如对网络装置或控制装置2去激活。

在图4中示出具有内部优先的交换机装置的另一实施方式。交换机装置4装备有3个内部队列50，在它们的前面分别连接有分级装置30、32、34并且在它们的后面分别连接有调度器装置31、33、35。在图4的图示中提到下面的、中间的和上面的队列。

例如来自通信网络的无意义的数据D0从外部端口0到达。所述数据D0被引向分级装置32、34。来自所耦合的CPU 2的有意义的数据D经由CPU端口7到达下面的和中间的分级装置30、32。从内部端口16到达的数据被引导至下面的分级装置30和上面的分级装置34。

例如假设，由相邻的交换机装置（参见图1）5产生的数据包含有意义的数据D以及无意义的数据D0。在队列装置50内分别设置内部队列和标准优先权1-7，该内部队列具有最高的转发优先权。通过分级装置30、32、34、队列50和调度器装置31、33、35的三条分支进行以下优先化：

来自CPU端口7的CPU数据被相对于来自内部端口16的内部接收数据优先化。

另外来自CPU端口7的CPU数据被相对于端口9处的来自通信网络的数据优先化。

此外来自内部接收端口16的内部数据被相对于来自通信网络的在端口9处所接收的数据优先化。

这导致，即便有尤其是在发送端口8处的无意义的数据分组D，有意义的数据D仍被可靠地例如针对一致性检查被提供给CPU 2。同样的情况适用于在发送端口15处存在的到CPU 3的数据。

图5还示出交换机装置4中的优先化实现的另一实施方式。交换机装置4在此基本上具有与在图2中所示相同的元件。队列装置40在此包括7个标准优先权等级41-47和附加的内部优先权等级50。内部的附加的优先权等级在此总是具有优先地位。队列的构造基本上通过分级装置30来进行，该分级装置30尤其是也可以通过计算机程序或者例程的形式来实现。在此，相对于传统的分级模块，要么如在这里在图5中所表明的那样提供附加的优先权等级，要么如在图3和4中所表明的那样组成确定的优先权等级。总之，实现可以简单地通过标准交换机部件来进行。重新参数化——例如根据图5或图3和4中所示的优先化——可以简单地进行。

最后，在图6中示出交换机装置4的另一实施方式或表明在优先化方面来运行网络装置的方法的方面。除了已经在图2-5中所示的、交换机装置4的元件以外，对于传统的优先权等级41-47设置在其上优先化的内部队列优先权等级51-57。在图6中所示的示例中，位于接收端口7处的、来自CPU 2的数据D被分配给优先权等级7。相同的情况适用于外部接收端口10处的无意义的数据D0。通过优先权等级7到内部优先权等级57和传统的优先权等级47的优先化或分开，进行尤其是有意义的数据或控制数据D的可靠转发。类似于图6中的图示还可以分别经由内部队列51-56转发其他有意的数据、例如优先权等级1-6。

另外可以设想在图6中所表明的优先化与图4中所示的优先化的组合。此外可以实现另外的优先化模式。为此例如对应地对分级模块或分级装置30参数化。原理上还有可能的是，根据所传送的数据分组的数据内容来进行分级。但是优选地仅仅基于端口进行优先化。

下面根据图1中所示的网络设备1讨论不同的Babbling-Idiot故障情况。在此假设，在交换机装置4、5、204、205、304、305中实施对应的优先化过程。

如果例如交换机装置205有故障并且作为Babbling Idiot发送无意义的数据分组，则在CPU 202处经由端口207和208没有有意义的数据分组到达。在网络装置200内，CPU202识别出，尽管有数据交换的优先化，从端口121和207实际上仅仅获得无意义的数据。因此由CPU 202识别出，要么相邻CPU203、要么交换机装置204或205有故障地工作。与此类似地，尽管有数据交换的优先化，CPU 203从端口108和211实际上仅仅接收到无意义的数据。因此，网络装置200去激活或钝化，使得随后网络不再被用无意义的数据分组加载。现在又可以在网络装置100和300之间经由CB1和CR3进行可靠的通信。

图7示出网络设备101的第二实施例。在此，网络设备101基本上包括与在图1中所示的相同的元件。但是通信路径分段CB1和CR3通过简单的交换机装置400中断。该交换机装置400在此具有接收端口401、402和发送端口403、404。就此而言得出通信路径分段CB1、CB1'和CR3、CR3'。

如果现在不具有内部控制机制的交换机装置400变成Babbling Idiot，则无意义的数据以高数据速率到达端口314和10。通过内部数据在交换机4和305中的优先级，在网络装置100中一致性检查仍然成功地运行。在网络装置100、200、300内，基本上可以识别出Babbling Idiot在网络设备中的什么地方存在。就此而言，可以利用系统中的可运转的CPU在每个网络装置100、200、300中施加表。根据图5中所阐述的故障情形——其中交换机装置400是Babbling Idiot，网络装置100通过内部优先级识别出其本身没有故障地工作。

因为通过优先化相邻CPU 2、3的相应数据可靠地施加到发送端口8、12上。在端口208处根本不存在可解释的数据，所述可解释的数据由交换机装置205在内部优先化并且被引导至端口207。在端口212存在来自网络装置100和300的数据以及来自交换机装置400的不可解释的数据。在端口308处实际上仅将不可解释的数据引导到CPU 302，因为由交换机装置305转发来自交换机400的无意义的数据。在端口312处除了来自交换机400的不能解释的数据以外还存在来自网络装置100和200的数据。

总之，网络装置100识别出其是可运转的，网络装置200识别出网络装置100不作为Babbling Idiot工作，并且网络装置300识别出网络装置200不是Babbling Idiot。

类似地，在Babbling单工或如在图7中所示的简单的交换机装置400的情况下，同样可以识别出：当内部的一致性检查例如在对应装备的网络装置200或300中进行时，Babbling Idiot位于网络中的何处。当除了在相同网络设备中的相邻CPU的可解释的数据以外仅仅不可解释的数据到达CPU，于是在控制装置2、3、202、203、302、303处标识出直接的邻居作为Babbling Idiot。于是推断出，在分别其他通道处连接的邻居是Babbling Idiot。

图8还示出网络设备102的另一实施方式。在此，网络设备102除了交换机500以外还包括具有单工装置601、602的联络线。对于例如不具有冗余的控制和交换机装置的单工装置602有缺陷的情况，该单工装置602以高数据速率将不可解释的数据在联络线CT处发送到网络中。如果在网络中存在对应的联络线，则例如耦合交换机500被设立为，使得通过速率限制方法强烈地限制数据速率，其由联络线到达环线CB1、CB1'、CB2、CB3或CR1、CR2、CR3、CR3'中。另外可以利用特殊的安全机制实施耦合交换机装置500，其识别联络线处的Babbling Idiot。

图9示出网络设备1001的另一实施方式。网络设备基本上包括与图1中所示的相同的元件。因此在这里仅仅探讨修改过的网络装置1000。相对于网络装置100、200、300，网络装置100具有单个的交换机装置104，该交换机装置104集成了交换机装置4、5的功能。此外，网络设备1001如之前参照其他实施方式所述那样地运行。内部数据交换相对于通信网络6的数据被优先化。

总之通过优先化得出特别可靠的网络设备和用于运行该网络设备的方法。内部数据的优先化使得能够识别出网络中的Babbling Idiot，从而可以在CPU或网络装置中引入表，所述表列举了存在于网络中的运转的元件。

因此，所述方法以及所提出的网络设备以其环形结构和对网络装置的内部端口的优先化在安全相关的应用中提供了非常一致和可靠的控制设备通信。所有可能的单个故障要么不导致在一个或多个网络装置中不能产生一致的数据，要么可以在通信循环内被定位。此外，作为Babbling Idiot的网络装置的干扰、也即不受控地以高数据速率发送数据到网络中可以不导致通信的失灵。

尽管本发明在细节上通过优选实施例被进一步示出和描述，本发明也不受到所公开的示例限制并且其他变型可以由专业人员从中导出，而不脱离本发明的保护范围。

附图标记列表

1 网络设备

2、3 控制装置

4、5 交换机装置

6 通信网络

7、10、11、14、15、17 输入端口

8、9、12、13、16、18 输出端口

101、102 网络设备

30 分级装置

31 调度器装置

40 源

41-47 优先权等级

50 内部源

51-57 优先权等级

100、200 网络装置

202、203 控制装置

204、205 交换机装置

208、209、212、213、216、218 输出端口

207、210、211、214、215、219 输入端口

300 网络装置

301 网络设备

302、303 控制装置

304、305 交换机装置

308、309、312、313、316、318 输出端口

307、310、311、314、315、319 输入端口

400 交换机装置

401、402 输入端口

403、404 输出端口

500 交换机装置

501、502 输入端口

503、504 输出端口

601、602 单工网络装置

CB1-CB3 通信路径分段

CR1-CR3 通信路径分段

D1R、D1B 第一数据

D2R、D2B 第二数据

D 有意义的数据

D0 无意义的数据。

Claims (14)

1.用于运行网络设备（101）的方法，该网络设备（101）具有耦合到通信网络（6）的网络装置（100），所述方法包括：

提供网络装置（1），所述网络装置（1）分别具有第一控制装置（2）和分配给该第一控制装置（2）的第一交换机装置（4）以及第二控制装置（3）和分配给该第二控制装置（3）的第二交换机装置（5），其中交换机装置（4、5）分别具有用于经由通信网络（6）发送和接收数据的发送和接收端口（9、10、13、14）、用于在交换机装置（4、5）之间发送和接收数据的第一内部发送和接收端口（15、16、17、18）、以及用于发送去往控制装置（2、3）和接收来自控制装置（2、3）的数据的第二内部发送和接收端口（7、8、11、12）；和

相对于用于经由通信网络（6）发送和接收数据的接收端口（10、14）的数据交换对第一和第二内部接收端口（8、11、15、17）的数据交换进行优先化。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

相对于第一内部接收端口（15、17）的数据交换对第二内部接收端口（7、11）的数据交换进行优先化。

3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：

通过第一控制装置（2）产生第一数据（D1）并且通过第二控制装置（3）产生第二数据（D2），其中第一数据（D1）和第二数据（D2）通过预先给定的编码彼此联结；

由第一控制装置（2）经由所分配的交换机装置（4、5）将第一数据（D1）发送给第二控制装置（3），并且由第二控制装置（3）经由所分配的交换机装置（4、5）将第二数据（D2）发送给第一控制装置（2），其中所述第一和第二数据（D1、D2）通过第一和第二内部发送和接收端口（7、8、11、12、15、16、17、18）；

将第一数据（D1）和第二数据（D2）经由第一通信路径（CB1、CB2、CB3）从用于第一控制装置（2）的交换机装置（4）的发送端口（9）发送到用于第二控制装置（3）的交换机装置（5）的接收端口（14）；

将第一数据（D1）和第二数据（D2）经由第二通信路径（CR1、CR2、CR3）从用于第二控制装置（3）的交换机装置（5）的发送端口（13）发送到用于第一控制装置（2）的交换机装置（4）的接收端口（10）；

其中第一和第二通信路径（CB1、CB2、CB3、CR1、CR2、CR3）的数据以相反设置的方向通过相同的网络装置（200、300）。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括：

将第一数据（D1）和第二数据（D2）经由用于第一控制装置（2）的交换机装置（4）的发送端口（9）经由具有第一和第二控制装置（202、203）的另一网络装置（200）的至少一个另外的交换机装置（204）发送到用于第二控制装置（3）的交换机装置（5）的接收端口（14）；和

将第一数据（D1）和第二数据（D2）经由用于第二控制装置（3）的交换机装置（5）的发送端口（13）经由具有第一和第二控制装置（202、203）的另一网络装置（200）的至少一个另外的交换机装置（204、205）发送到用于第一控制装置（2）的交换机装置（4）的接收端口（10）；

其中在相应的另外的交换机装置（204、205）中在用于另外的交换机装置（204、205）的第二控制装置（203）的接收端口（214）处所接收的数据被转发给用于另外的交换机装置（204、205）的第一控制装置（202）的发送端口（209），并且在用于另外的交换机装置（204、205）的第一控制装置（202）的接收端口（210）处所接收的数据被转发给用于另外的交换机装置（204、205）的第二控制装置（203）的发送端口（213）。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中在至少一个网络装置（100）中，第一和第二交换机装置（4、5）集成在交换机装置（104）中。

6.根据权利要求3所述的方法，还包括：

在第一和/或第二控制装置（2、3）中对第一数据（D1）与第二数据（D2）进行比较以产生比较结果；并且根据该比较结果对网络装置（1）钝化。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括：

经由第一和第二通信路径（CB1、CB2、CB3、CR1、CR2、CR3）重新发送第一和第二数据（D1、D2）。

8.根据权利要求6或7所述的方法，还包括：

在另一网络装置（200）中在用于不同的控制装置（202、203）的接收端口（210、214）处接收第一数据（D1）和第二数据（D2），并且比较所接收的数据。

9.根据权利要求1或2所述的方法（1），

其特征在于，

通信网络（6）是以太网。

10.具有多个网络装置（1、201、301）的网络设备（101），所述网络装置耦合到通信网络（6）上，其中相应的网络装置（1）包括第一控制装置（2）和分配给该第一控制装置（2）的第一交换机装置（4）以及第二控制装置（3）和分配给该第二控制装置（3）的第二交换机装置（5），其中交换机装置（4、5）分别具有用于经由通信网络（6）发送和接收数据的发送和接收端口（9、10、13、14）、用于在交换机装置（4、5）之间发送和接收数据的第一内部发送和接收端口（15、16、17、18）、以及用于发送去往控制装置（2、3）和接收来自控制装置（2、3）的数据的第二内部发送和接收端口（7、8、11、12）；其中所述网络装置（1、100、200、300）被设立为执行根据权利要求1-9之一所述的方法。

11.根据权利要求10所述的网络设备（101），其中在至少一个网络装置（100）中第一和第二交换机装置（4、5）集成在一个交换机装置（104）中。

12.根据权利要求10或11所述的网络设备（101），

其特征在于，

至少一个交换机装置（4）包括分级装置（30）、源装置（40）和调度器装置（31）。

13.根据权利要求10或11所述的网络设备（102），

其特征在于，

在网路设备中设置分别具有控制装置和交换机装置的单重网络装置（400）。

14.根据权利要求10或11所述的网络设备（101），

其特征在于，

网络装置（1、100、200、300）分别实施为单个的FPGA、ASIS、IC芯片或者固定接线的微电路。