CN104954105B - 接收器网络部件、通信网络和用于运行通信网络的方法 - Google Patents

接收器网络部件、通信网络和用于运行通信网络的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于在自动化系统的通信网络(10)中运行的接收器网络部件(13)。为了对于设备冗余的发送器网络部件(12A‑B)确保不同制造商的网络部件的协同工作能力并且以相对小的开销实现数据报文的冗余传输，建议，接收器网络部件(13)被构造为，在接收来自于发送器网络部件(12A‑B)中的一个的当前的数据报文的情况下检查该数据报文，是否已经从另外的发送器网络部件(12A‑B)接收了具有相同的有效数据的数据报文，并且进一步处理具有首次接收的有效数据内容的数据报文，并且将具有已经在另外的发送器网络部件(12A‑B)的之前的数据报文中接收了的有效数据的数据报文作为副本丢弃。本发明还涉及一种通信网络和一种用于运行通信网络的方法。

Description

接收器网络部件、通信网络和用于运行通信网络的方法
技术领域
本发明涉及一种用于在自动化系统的通信网络中运行的接收器网络部件，其中接收器网络部件被构造为，接收由通信网络的发送器网络部件冗余发送的数据报文并且丢弃已经接收的数据报文的副本。此外，本发明还涉及一种具有多个网络部件的自动化系统的通信网络，这些网络部件为了交换数据报文而彼此连接，其中数据报文的交换冗余地进行。本发明还涉及一种用于运行这样的通信网络的方法。
背景技术
目前在许多技术领域内，例如在装置的自动化中使用网络部件，也就是具有网络能力的设备，其可以连接到通信网络并且经由该通信网络通过传输相应的数据报文来交换数据。下面，具有网络能力的终端设备以及这样的用于控制和管理数据报文在通信网络中的传输的设备被视为网络部件，也就是例如所谓的“交换机”、“桥接器”、“集线器”、“路由器”。下面使用诸如“接收器网络部件”和“发送器网络部件”的概念，其同样是按照上面意义的网络部件。附加词“接收器”和“发送器”在此不视为限制性的并且在当前上下文中仅描述了在本通信阶段的范围内的各自的功能(发送或接收)。在此，接收器网络部件在其它通信阶段完全可以用做发送器，反之亦然。
许多自动化运行的装置要求高的故障安全性。该要求对通信网络具有强烈影响，这样的装置的网络部件通过该通信网络彼此连接。因此，这样的通信网络通常冗余地构造。在此优选的方案在于，在通信网络内的通信连接故障的情况下确保在各个网络部件之间可靠地传输数据报文。在此，概念“通信连接”包括在各个网络部件之间的完整传输线路，也就是现有的(电线连接或无线的)传输媒介以及与各个网络部件的其物理的、通信技术的和逻辑的连接(例如接口、通信装置、协议栈)。
对于应用这些要故障安全地设计的通信网络的示例是自动化装置，其中网络部件以具有网络能力的自动化设备的形式通过通信网络彼此连接，以用于交换数据报文。自动化装置用于使系统、例如供电网或电开关设备自动化，并且通常包括布置在相应的装置(也就是例如供电网)的主要组件附近的自动化设备(例如所谓的场设备)。这样的主要组件在供电网的情况下例如可以是电缆和电线、变压器、发电机、电动机或转换器。自动化设备例如可以是测量设备、所谓的电气保护设备或现场控制设备，其安装在供电网的分站中。在专业术语中这样的自动化设备通常也称为所谓的“IED”(“Intelligent ElectronicDevices”，智能电子设备)。自动化设备在此与通信网络连接并且由此交换如下数据报文，其作为有效数据例如包括控制命令、关于事件的消息(例如阈值破坏)、测量值或状态消息。
在标准IEC 62439-3:2012中作为所谓的“并行冗余协议(Parallel RedundancyProtocol，PRP)”描述了一种可能性，通信网络关于其通信连接故障安全地构造并且在此在通信连接被干扰的情况下也确保了自动化装置的尽可能无缝地连续运行。在此如下地实现了无缝冗余，即，通信网络具有两个彼此独立的、任意拓扑结构的子网络并且每个网络部件都与这两个子网络连接。两个子网络按照并行运行来工作，其中用于发送数据报文的发送器网络部件将该数据报文一方面发送到第一子网络并且另一方面发送到第二子网络。作为数据报文的接收器而设置的接收器网络部件从子网络接收两个数据报文，其中其使用首先到达的数据报文并且将随后到达的数据报文作为副本丢弃。因为两个数据报文在此使用两个彼此独立的传输路径，所以即使在传输路径中的一个存在故障的情况下也确保了，通过另外的(通常还完好的)传输路径使通过数据报文传送的有效信息到达接收器网络部件。按照PRP标准构造的通信网络的应用例如由欧洲专利申请EP 2148473A1的引言部分公开。
作为对于PRP通信网络的替换方案，已经提到的EP 2148473A1建议应用按照同样在IEC 62439-3:2012中描述的、用于高可用性的标准的通信网络，即无缝冗余(HSR)。HSR通信网络按照环形拓扑结构构造，其中每个网络部件通过两个通信接头接入环。发送器网络部件在环的两个方向上发送数据报文，接收器网络部件接收首先到达的数据报文并且作为副本丢弃第二数据报文。由于封闭的环形结构，在所有网络部件之间总是存在两个彼此独立的通信路径，从而确保了在两个通信路径中的一个发生故障的情况下通过各自的另外的传输路径传输数据报文。
在越来越多的自动化装置中采用PRP和HSR作为冗余方案并且由此是用于实现关于通信连接的冗余的通信网络的优选构成。在未来可以假定，还进一步建立两种实施方式的应用。
但是在一些自动化装置中数据报文仅关于传输路径的冗余是不够的。由此，例如对于用于高压直流传输(英文中也称为“HVDC”–High Voltage Direct Current传输)的装置通常也要求发送器网络部件本身的冗余(设备冗余的发送器网络部件)，其对于装置的运行，发送重要的数据报文。这样的数据报文例如包含与装置的变流器的控制有关的有效数据。在另外的自动化装置中也存在对关于在发送器网络部件层面上的冗余的要求。迄今为止，对于具有冗余的发送器网络部件的通信网络采用专有的通信和冗余方法，从而通常不提供不同的制造商的网络部件的协同工作能力。此外，通常在应用层上进行专有的冗余方法的应用，由此仅能相对计算麻烦地执行该方法。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，这样提供一种接收器网络部件、一种通信网络以及一种用于运行这样的通信网络的方法，使得即使对于设备冗余的发送器网络部件也一方面确保了不同制造商的网络部件的协同工作能力并且另一方面可以以相对小的开销实现数据报文的冗余传输。
为了解决上述技术问题，建议开头提到的类型的接收器网络部件，其中接收器网络部件被构造为，在接收来自于发送器网络部件中的一个的当前的数据报文的情况下检查该数据报文，是否已经从另外的发送器网络部件接收了具有相同的有效数据的数据报文，并且进一步处理具有首次接收的有效数据内容的数据报文，并且将具有已经在另外的发送器网络部件的较早的数据报文中被接收的有效数据的数据报文作为副本丢弃。
按照本发明的接收器网络部件能够简单地处理由多于一个发送器网络部件发送到接收器网络部件的冗余的数据报文。通过如下，即，对于按照本发明的接收器网络部件，以与在已知的PRP或HSR法中一般类似的方式进行冗余发送的数据报文的副本的识别和消除，还保护不同制造商的设备的协同工作能力，所述设备已经支持PRP或HSR标准并且仅须相应于按照本发明的接收器网络部件被加强为，也处理由多个发送器网络部件冗余地发送的数据报文。
在此，到达接收器网络部件的数据报文被视为数据报文的副本，该数据报文与之前已经到达接收器网络部件的数据报文尽可能同时地被生成并且包含与之前到达的数据报文相同的有效数据。在此可以相同地或不同地选择用来传输在数据报文中的有效数据的格式，重要的仅是与内容相关的身份信息。
按照优选的实施方式，接收器网络部件被构造为，在使用在数据报文中包含的发件人标记的条件下进行对当前接收的数据报文的检查。
这样的发件人标记明确地说明了发送各自的数据报文的那个发送器网络部件。例如可以使用各自发送器网络部件的MAC地址(MAC–Media Access Control，媒体访问控制)作为发件人标记。在该实施方式中，接收器网络部件不必进行所接收的数据报文的明确的内容相关的检查，而是为了识别出副本而动用在接收的数据报文中包含的发件人标记。
在此还视为有利的是，接收器网络部件包括关于这样的发送器网络部件的组信息，该发送器网络部件在其运行期间将关于其有效数据内容是相同的数据报文发送到接收器网络部件并且被构造为，在使用当前接收的数据报文的发件人标记和在组信息中说明的发送器网络部件的发件人标记的条件下进行对当前接收的数据报文的检查。
在该实施方式中，组信息例如代表了文件或文件的部分，在其中说明了相关联的发送器网络部件。由此，如下的发送器网络部件被视为是相关联的：其在其运行期间发送关于其有效数据内容是相同的数据报文。根据在组信息中说明的发送器网络部件的发件人标记，接收器网络部件可以识别从发送器网络部件到达的副本：也就是已经事先从另外的在组信息中说明的发送器网络部件中的一个接收了内容相同的数据报文。
在此还视为有利的是，组信息这样包含来自于发送器网络部件的发件人标记，使得选择所有在其运行期间将具有相同的有效数据内容的数据报文发送到接收器网络部件的那些发送器网络部件的发件人标记作为组发件人标记，并且给所有其余的相关的发送器网络部件的发件人标记分配组发件人标记。
由此描述了一种特别简单地构造的类型的组信息。也就是，其已经包含来自于所有发送器网络部件的相应的发件人标记，所述发送器网络部件在其运行期间将关于其有效数据内容是相同的数据报文发送到接收器网络部件。这些发送器网络部件在下面也被称为组。选择发件人标记中的一个作为所谓的“组发件人标记”并且此后用于表征该组。在使用这样构造的组信息的情况下，当接收器网络部件使所有在组信息中包含的发件人标记与各自的组的组发件人标记相同时，足以识别出副本。由此，当前接收的数据报文的检查包括一方面将当前接收的数据报文中包含的发件人标记转换为组发件人标记并且另一方面比较，具有该发件人标记的、关于其有效数据内容是相同的数据报文是否之前已经到达。在此显然地，使用其发件人标记作为组发件人标记的那些发送器网络部件保持其发件人标记用于检查。组信息在此例如可以以表或文本文件的形式通过相关联的发送器网络部件的所有发件人标记的“或”关联来构造。
此外，按照本发明的网络部件的另外的优选的实施方式在于，接收器网络部件被构造为，在使用数据报文中包含的序列号的条件下进行对当前接收的数据报文的检查。
在此，(至少在预先定义的时间范围内的)数据报文的唯一的编号被称为序列号，从该编号通常也可以推断出数据报文的顺序。因此，之后发送的数据报文包含比之前发送的数据报文更高的序列号。为了不必过高地选择数据报文的用于序列号的数据范围，通常预先定义时间范围(例如1秒或2.5秒)，在该时间范围内序列号是唯一的。在时间范围结束之后重新从头开始序列号分配。接收器网络部件现在可以被构造为，使用序列号来识别副本。在此，作为应用其它标准(例如发件人标记)的替换或附加，可以进行序列号的使用。如果使用序列号来识别副本，发送器网络部件例如就可以关于其数据报文的发送这样彼此调谐，使得通过不同的发送器网络部件给内容相同的数据报文分配相同的序列号。这一点例如可以通过使发送器网络部件时间同步(例如在使用按照GPS的1pps时间脉冲或时间同步协议IEEE 1588的条件下)来实现。另一种可能性在于，在接收器网络部件方面允许序列号的一定的“模糊”并且也将其序列号虽然没有精确一致、但足够接近的这样的数据报文识别为副本。
按照另外的优选的实施方式，接收器网络部件还被构造为，在接收当前的数据报文的情况下检查，是否已经从相同的发送器网络部件接收了具有相同的有效数据的数据报文，和进一步处理具有首次接收的有效数据内容的数据报文并且将具有已经在相同的发送器网络部件的较早的数据报文中接收的有效数据的数据报文作为副本丢弃。
按照该实施方式，接收器网络部件被构造为，按照PRP或HSR通信网络来运行，其包括一方面经典的发送器网络部件(一个发送器网络部件发送冗余的数据报文)和另一方面设备冗余的发送器网络部件(两个发送器网络部件发送冗余的数据报文)。通过这种方式可以通过冗余算法的相对细微的调整将设备冗余的发送器网络部件结合到现有的PRP或HSR通信网络中。
上述技术问题也通过开头提到的类型的通信网络来解决，其中通信网络包括至少两个发送器网络部件，该发送器网络部件在其运行期间将关于其有效数据内容是相同的数据报文发送到至少一个接收器网络部件，该至少一个接收器网络部件被构造为，在接收来自于发送器网络部件中的一个的当前的数据报文的情况下检查该数据报文，是否已经从另外的发送器网络部件接收了具有相同的有效数据的数据报文，并且进一步处理具有首次接收的有效数据内容的数据报文，并且将具有已经在另外的发送器网络部件的之前的数据报文中接收的有效数据的数据报文作为副本丢弃。
所有关于按照本发明的接收器网络部件的上述和以下的解释都适用于按照本发明的通信网络并且以相应的方式反之亦然，特别地，按照本发明的接收器网络部件可以以每种任意的实施方式或任意实施方式的组合在按照本发明的通信网络中运行。关于按照本发明的通信网络的优点也参见对于按照本发明的接收器网络部件描述的优点。
根据按照本发明的通信网络的优选的实施方式，发送器网络部件被构造为，给由其发送的数据报文添加发件人标记；至少一个接收器网络部件被构造为，在使用发件人标记的条件下进行对当前接收的数据报文的检查。
在此视为有利的是，至少一个接收器网络部件包括关于如下的发送器网络部件的组信息，所述发送器网络部件在其运行期间将关于其有效数据内容是相同的数据报文发送到接收器网络部件，并且接收器网络部件被构造为，在使用其发件人标记和在组信息中说明的发送器网络部件的发件人标记的条件下进行对当前接收的数据报文的检查。
为了使接收器网络部件能够以特别简单的方式得到关于相关联的发送器网络部件的信息，根据按照本发明的通信网络的另外的优选的实施方式建议，至少一个发送器网络部件被构造为，将网络配置报文发送到至少一个接收器网络部件，该网络配置报文包含一方面自身的发件人标记和另一方面所有如下的发送器网络部件的发件人标记，所述发送器网络部件在其运行期间将关于其有效数据内容是相同的数据报文，如至少一个发送器网络部件那样，发送到至少一个接收器网络部件。
在该实施方式中，至少一个接收器网络部件由此首先收集关于所有与其相关的(即通过其在运行期间发送冗余的数据报文的)发送器网络部件的信息，并且然后将该信息发送到至少一个接收器网络部件。在PRP或HSR通信网络的范围内例如可以使用总归在标准中规定的“监管框架(Supervisionframe)”作为配置报文，该监管框架扩展了附加的TLV字段(TLV–Type Length Value，类型-长度-值)，其中说明了与至少一个发送器网络部件相关的另外的发送器网络部件。
根据按照本发明的通信网络的另外的优选的实施方式，发送器网络部件被构造为，给由其发送的数据报文分配时间上彼此同步的序列号，并且至少一个接收器网络部件被构造为，在使用序列号的条件下进行对当前接收的数据报文的检查。
此外被视为按照本发明的通信网络的优选的实施方式的是，通信网络还包括这样的发送器网络部件，其本身将具有相同的有效数据的数据报文发送到至少一个接收器网络部件，其中该数据报文通过通信网络的不同的通信路径被发送到至少一个接收器网络部件；并且至少一个接收器网络部件还被构造为，在接收当前的数据报文的情况下检查，是否已经从相同的发送器网络部件接收了具有相同的有效数据的数据报文，和进一步处理具有首次接收的有效数据内容的数据报文并且将具有已经在相同的发送器网络部件的之前的数据报文中接收的有效数据的数据报文作为副本丢弃。
最后，上述技术问题还通过用于运行自动化系统的通信网络的方法来解决，该自动化系统具有为了交换数据报文而彼此连接的多个网络部件，其中数据报文的交换冗余地进行。
按照本发明，至少两个发送器网络部件在其运行期间将关于其有效数据内容是相同的数据报文发送到至少一个接收器网络部件，该至少一个接收器网络部件在接收来自于发送器网络部件中的一个的当前的数据报文的情况下检查该数据报文，是否已经从另外的发送器网络部件接收了具有相同的有效数据的数据报文，并且进一步处理具有首次接收的有效数据内容的数据报文，并且将具有已经在另外的发送器网络部件的之前的数据报文中接收的有效数据的数据报文作为副本丢弃。
所有关于按照本发明的接收器网络部件和按照本发明的通信网络的上述和以下的解释都适用于按照本发明的方法并且以相应的方式反之亦然，特别地，按照本发明的接收器网络部件或按照本发明的通信网络可以以每种任意的实施方式或任意实施方式的组合地被构造为用于执行按照本发明的方法。关于按照本发明的方法的优点也参见对于按照本发明的接收器网络部件或按照本发明的通信网络描述的优点。
关于按照本发明的方法可以按照优选的实施方式设置，该方法使发送器网络部件给由其发送的数据报文分别添加发件人标记，并且至少一个接收器网络部件在使用发件人标记的条件下进行对当前接收的数据报文的检查。
此外按照本发明的方法的优选的实施方式设置，发送器网络部件给由其发送的数据报文分配时间上彼此同步的序列号，并且至少一个接收器网络部件在使用序列号的条件下进行对当前接收的数据报文的检查。
下面根据实施例详细解释本发明。实施例的特殊构造不以任何方式限制按照本发明的方法和按照本发明的装置的一般构造；而是实施例的各个构造特征可以以任意方式自由地彼此组合以及与上面描述的特征组合。
附图说明
下面借助实施例对本发明作进一步的说明。附图中：
图1示出了简单构造的具有两个设备冗余的发送器网络部件和一个接收器网络部件的通信网络的示意图；
图2示出了具有设备冗余的发送器网络部件的PRP通信网络的示例性示意图；
图3示出了具有设备冗余的发送器网络部件的HSR通信网络的示例性示意图。
具体实施方式
图1以高度示意性的示图示出了极其简单构造的通信网络10的实施例。按照所示的实施例，通信网络10由两个子网络10A和10B组成，通过其可以将数据报文从两个发送器网络部件11A、11B以冗余的方式传输到接收器网络部件13。为此，子网络10A和10B彼此冗余地构造并且除了通信导线之外还具有交换机14A和14B。交换机14A和14B用于将数据报文从发送器网络部件11A、11B正确地传输到接收器网络部件13。除了所示出的通信网络10的结构，当然也可以应用其它网络拓扑结构，例如通信网络10可以具有环形的结构和/或可以存在多个发送器和接收器网络部件。
发送器网络部件11A、11B设备冗余地构造，也就是其在其运行期间产生具有相同的有效数据内容的数据报文并将其发送到接收器网络部件13。在图1中示出的实施例中，两个发送器网络部件11A、11B的每一个都具有恰好一个端口，也就是网络接口，通过该端口其与子网络10A或10B中的一个连接。具体地，发送器网络部件11A通过其端口12A与子网络10A的交换机14A连接，而发送器网络部件11B利用其端口12B与子网络10B的交换机14B连接。在图1未示出的另一实施方式中，发送器网络部件11A、11B的每一个也可以分别具有两个端口，通过所述端口其与两个子网络连接。此外，与图1的示图不同地，也可以设置多于两个设备冗余的发送器网络部件。
两个设备冗余的发送器网络部件11A、11B在其运行期间实施相同或至少足够类似的功能，例如其通过未详细示出的传感器接收测量值或采集未详细示出的过程的特定结果。就此而言，发送器网络部11A、11B例如可以是(例如用于能量供应网或传输设备的自动化的)自动化系统的测量设备、远程终端装置或合并单元。为此目的，发送器网络部件11A、11B执行相应的应用16，其例如可以以设备软件或特殊设备硬件或两者组合的形式构造。执行各自的应用16的结果在此可以被发送到接收器网络部件13。在此假设，发送器网络部件11A、11B由于执行相同或至少足够类似的功能产生相同的结果(例如相同的测量值)。
每个发送器网络部件11A、11B的应用16将结果传输到各自的发送器网络部件11A、11B的通信装置17。各自的通信装置17使用该结果来产生数据报文，其中将该结果设置为数据报文的有效数据。两个发送器网络部件11A、11B的每一个接着发送具有相同的有效数据内容的数据报文，其中发送器网络部件11A将数据报文通过子网络10A发送到接收器网络部件13，并且发送器网络部件11B将数据报文通过子网络10B发送到接收器网络部件13，从而最终将具有相同的有效数据内容的两个数据报文发送到接收器网络部件13。而数据报文的有效数据内容必须是相同的，以便传输实际上冗余的信息，而关于数据格式方面则允许完全不同。
接收器网络部件13在接收每个数据报文的情况下检查，是否已经接收了另外的发送器网络部件的关于有效数据是相同的数据报文。为此，接收器网络部件13具有两个端口15A、15B，通过该端口其与两个子网络10A和10B连接。在图1中未示出的替换的实施方式中，接收器网络部件也可以仅具有一个端口，其被构造为以合适的方式从两个子网络接收数据报文。此外，接收器网络部件13包括副本过滤器18，利用其执行数据报文的检查。副本过滤器18在此例如可以以硬件编程的电路组件(例如ASCI、FPGA)的形式或作为设备软件的软件模块或作为硬件和软件的组合来构造。
如果通过副本过滤器18对当前接收的数据报文进行检查得出，还没有接收到另外的发送器网络部件的关于其有效数据是相同的数据报文，则将当前接收的数据报文或其有效数据内容传输到在接收器网络部件13上运行的应用19，例如控制、分析或监视软件，以用于进行处理。相反，如果检查得出，已经接收了具有相同的有效数据的数据报文，则当前接收的数据报文由副本过滤器18作为副本丢弃并且相应地不将其传输到应用19，以便避免多次处理相同的有效数据。
在此，副本过滤器18必须被构造为，识别这样的、已经由不同的发送器网络部件11A、11B发送了的数据报文的副本。
在最简单的情况下，副本过滤器可以进行各个数据报文的有效数据的内容分析，以便识别出副本。该过程不需要其它信息，但相对麻烦并且由此也需要相对多的时间用于其执行。因此提供，为了识别副本而援引另外的标准。
作为用于识别副本的可能的标准，副本过滤器例如可以使用发件人标记，发送器网络部件11A、11B将其附在各自的数据报文中。发件人标记在此不易混淆地说明了各个发送器网络部件。例如可以使用各自的发送器网络部件的MAC地址作为发件人标记。在该情况下，副本过滤器必须具有关于如下的知识：哪些发送器网络部件完全设备冗余地构造，即，其可以预计从哪些发送器网络部件得到关于有效数据内容是相同的数据报文。为此，接收器网络部件例如可以包括说明了这样的设备冗余的发送器网络部件的组信息。
在此，这样的组信息例如可以借助系列或设备号、借助地理位置或对于各自的发送器网络部件特有的其它标记来说明各自的发送器网络部件。在该情况下，副本过滤器将必须能够确定在组信息中以该方式说明的发送器网络部件的发件人标记并且用于副本识别。但是视为特别具有优势的是，组信息同样根据其各自的发件人标记说明了各个相关的发送器网络部件。对于实际操作，组信息例如可以选择相关联的设备冗余的发送器网络部件中的一个的发件人标记作为组发件人标记并且给该组的其余发送器网络部件的发件人标记分配该组发件人标记。这一点例如可以以表的形式进行。下面在表1中示出了这样的表的示例，在该表中将图1的两个发送器网络部件11A和11B作为相关联的设备冗余的发送器网络部件录入。
表1
组发件人标记 单独的发件人标记
MAC地址 发送器NK 11A MAC地址 发送器NK 11A
MAC地址 发送器NK 11A MAC地址 发送器NK 11B
如从表1中可以得出，选择了发送器网络部件11A的发件人标记(在表1中缩写为“发送器NK”)作为组发件人标记。分别给两个发送器网络部件11A和11B的单独的发件人标记分配组发件人标记。例如使用发送器网络部件11A和11B的各自的MAC地址作为发件人标记。
在对副本进行检查时，副本过滤器18检查当前接收的数据报文，方法是，其从中得出发件人标记(其通常作为所谓的报文头标的组成部分被录入)并且根据组信息给所得出的单独的发件人标记分配相关的组发件人标记。从此以后对于之后的检查不使用单独的发件人标记而使用组发件人标记。如果副本过滤器识别出，此前已经接收了具有相同的组发件人标记的数据报文，则当前接收的数据报文作为副本被丢弃。相反，在首次接收具有该组发件人标记的数据报文的情况下进一步处理该数据报文并且例如将其内容传输到应用19。
替代如表1那样说明的表形式，也可以任意不同地构造组信息，例如作为文本文件或作为其它格式的表格。在此重要的仅是，在相关联的发送器网络部件的所有单独的发件人标记之间建立逻辑“或”关联。这一点例如也可以通过单纯由各自的发件人标记的逻辑“或”关联地相互连接进行，而无需选择组发件人标记。
为了在首次接收具有特定的组发件人标记的数据报文之后不会无限制地将所有具有相同的发件人标记的其它数据报文都作为副本丢弃，副本过滤器例如可以被构造为，在首次接收数据报文之后启动计时器并且仅将在接收第一数据报文之后的预定的时间范围内接收的这些具有相同的组发件人标记的数据报文作为副本丢弃。如果计时器表明预定的时间范围结束，则具有相同的组发件人标记的其它数据报文重新作为第一数据报文被接受并且再次启动计时器。时间范围在此例如可以在网络部件的运行者方面作为参数而被规定并且依据发送的数据报文的频度、依据在两个相继跟随的数据报文之间的通常的时间间隔以及在通信网络中的传输时间以及该传输时间的变化来选择。
组信息例如可以由通信网络的运行者手动地产生并且存储在接收器网络部件中。但是作为对此的替换，也可以将关于相关联的发送器网络部件的信息从发送器网络部件本身传输到接收器网络部件。为此，一组彼此设备冗余地构造的发送器网络部件的至少一个发送器网络部件将网络配置报文发送到接收器网络部件。该网络配置报文包含关于所有与发送网络配置报文的发送器网络部件一起形成一组设备冗余的发送器网络部件的那些发送器网络部件的说明。网络配置报文中包含的说明例如可以包含属于各自的组的所有其余的发送器网络部件的发件人标记。网络配置报文可以从组的所选择的发送器网络部件或从组的所有发送器网络部件被发送到接收器网络部件。接收器网络部件可以根据至少一个接收的网络配置报文产生组信息。作为网络配置报文例如可以使用在PRP或HSR标准的范围内总归要发送的“监管框架(Supervisionframe)”，其被扩展了所需的内容。
作为另外的标准，作为观察发件人标记的替换或附加，也可以使用在各自的数据报文中包含的序列号。各个发送器网络部件例如可以使用数据报文按照其发送顺序的连续编号作为序列号。具有较高序列号的数据报文相应地比具有较低序列号的数据报文更晚地发送。为了使随着计数升高而发送的数据报文不超过数据报文中对于序列号所使用的数据范围，通常事先规定序列号的最大长度。在PRP或HSR适合的数据报文中为序列号所保留的范围具有两字节的长度，其由此允许0…65525的序列号范围。在运行者方面在发送器网络部件中例如可以设置50000的最大序列号长度(数字范围0…49999)。在按照20μs的间隔发送数据报文的情况下序列号在该情况下每秒重复，如果例如仅每50μs发送数据报文，则在2.5s之后才重复序列号。在副本过滤器18中必须为此相应地存储序列号范围和直至序列号重复的时间范围(或替换地存储数据报文的发送频率)。
在使用序列号标准的情况下发送器网络部件被构造为，尽可能同时地发送具有相同的序列号的数据报文。为此可以借助通常的时间同步方法(例如使用来自于GPS信号的1pps脉冲或按照IEEE 1588的同步)来彼此同步设备冗余的发送器网络部件，从而其时间上同步地以相同的序列号发送具有相同的有效数据内容的数据报文。但是替换地也可以在副本过滤器18中规定“模糊范围”，数据报文的序列号必须处于该模糊范围内，以便还被识别为副本。通过该方式例如可以接受首先接收的数据报文的序列号的值的+/-10作为相同的序列号值。
在根据序列号对副本进行检查时，副本过滤器18检查当前接收的数据报文，方法是，其从中得出序列号(其通常作为报文头标的组成部分来记录)并且检查是否已经从另外的发送器网络部件接收了具有相同的(或几乎相同的)序列号的数据报文。如果是这种情况，则当前接收的数据报文作为副本被丢弃。相反，在首次接收具有该序列号的数据报文的情况下进一步处理该数据报文并且例如将其内容传输到应用19。
用于识别副本的两个描述的标准的组合被视为是特别具有优势的。在该情况下，副本过滤器在接收当前的数据报文的情况下一方面根据发件人标记检查，是否已经接收了来自于设备冗余的发送器网络部件11A、11B之一的数据报文，并且另一方面根据序列号检查，是否已经接收了具有相同的(或几乎相同的)序列号的数据报文。如果在两种情况下检查都是肯定的，则已经接收了具有(足够)一致的序列号的设备冗余的发送器网络部件中的一个的有效数据内容相同的数据报文，从而当前接收的数据报文作为副本被丢弃。否则将其作为首次输入的数据报文来接受和进一步处理。
用于识别副本的两个标准的应用也特别适用于，设备冗余的发送器网络部件应当在常规的PRP或HSR通信网络中被运行，其也包括不是设备冗余地构造的发送器网络部件。也就是，如开头描述的那样，在这样的通信网络中关于从相同的发送器网络部件通过不同的通信路径传输到接收器网络部件的数据报文，根据该一个发送器网络部件的发件人标记和序列号进行副本识别。为了运行“混合的”PRP或HSR通信网络，因此仅副本过滤器必须被加强为，除了识别源于相同的发送器网络部件的副本之外，也可以进行从不同的发送器网络部件发送的副本的识别。下面根据图2和图3简要解释该“混合的”运行。
图2示例性示出了混合的通信网络20的结构，其根据标准IEC62439-3:2012(PRP)构造。通信网络20用于将发送器网络部件21A-2lF与接收器网络部件22A-22C冗余地连接。在此，发送器网络部件21A-F在其运行期间将数据报文发送到一个、多个或所有接收器网络部件22A-C。
为了确保在网络部件21A-F之间冗余且抗干扰地传输数据报文，通信网络20具有两个彼此独立的子网络23A和23B，两者并行地运行。两个子网络23A和23B在MAC-LLC层(MAC＝Media Access Control–媒体访问控制；LLC＝Logical Link Control–逻辑链路控制)上关于其所使用的通信协议一致，但关于其性能及其拓扑结构完全不同。在两个子网络23A和23B之间不存在直接连接，从而数据报文不能从第一子网络23A到达另一子网络23B，反之亦然。子网络23A和23B具有为了正确地传输数据报文而构造的交换机，具体地，子网络23A包括交换机24A，而子网络23B包括交换机24B。
发送器网络部件21A不具有另外的设备冗余的发送器网络部件并且被构造为，按照PRP标准将数据报文发送到至少一个接收器网络部件22A-C。为此，其具有两个端口，其中其通过各一个端口分别与子网络23A、23B中的一个连接。发送器网络部件21A在其运行期间将具有相同的有效数据内容的数据报文在使用相同的发件人标记和序列号的条件下发送到至少一个接收器网络部件22A-C。各自的接收器网络部件具有副本过滤器，其根据一致的发件人标记和一致的序列号识别出已经接收的数据报文的副本并且由此将其丢弃。
发送器网络部件21B-D彼此设备冗余地构造。发送器网络部件21B-D与发送器网络部件21A一样分别通过端口与子网络23A连接并且分别通过另外的端口与子网络23B连接。发送器网络部件21B-D在其运行期间将具有相同的有效数据内容的数据报文在使用分别单独的发件人标记和相同的序列号的条件下发送到至少一个接收器网络部件22A-C。因此，在通信网络20中总是同时存在发送器网络部件21B-D的六个冗余的数据报文，其中五个必须作为副本被过滤出来。在此，六个数据报文中的每两个具有相同的发件人标记。
为了分配相同的序列号，发送器网络部件21B-D彼此时间同步。如上面描述的那样，发送器网络部件21B-D的相关联性以组信息的形式存储在各自的接收器网络部件中。例如选择发送器网络部件21B的发件人标记作为组发
件人标记。相应的组信息例如可以如表2中示出的那样构造。
表2
组发件人标记 单独的发件人标记
MAC地址 发送器NK 21B MAC地址 发送器NK 21B
MAC地址 发送器NK 21B MAC地址 发送器NK 21C
MAC地址 发送器NK 21B MAC地址 发送器NK 21D
各自的接收器网络部件22A-C的副本过滤器根据一致的组发件人标记和一致的序列号识别出已经接收的数据报文的副本并且相应地将其丢弃。
发送器网络部件21E-F同样彼此设备冗余地构造。但是，发送器网络部件21E-F分别仅具有一个端口。为了确保冗余地传输数据报文，发送器网络部件21E通过其端口与子网络23A连接并且发送器网络部件21F通过其端口与子网络23B连接。发送器网络部件21E-F在其运行期间将具有相同的有效数据内容的数据报文在使用分别单独的发件人标记和相同的序列号的条件下发送到至少一个接收器网络部件22A-C。因此，在通信网络20中总是同时存在发送器网络部件21E-F的两个冗余的数据报文，其中一个必须作为副本被过滤出来。数据报文在此具有不同的发件人标记。
为了分配相同的序列号，发送器网络部件21E-F彼此时间同步。如上面描述的那样，发送器网络部件21E-F的相关联性以组信息的形式存储在各自的接收器网络部件中。例如选择发送器网络部件21E的发件人标记作为组发件人
标记。相应的组信息例如可以如表3中示出的那样构造。
表3
组发件人标记 单独的发件人标记
MAC地址 发送器NK 21E MAC地址 发送器NK 21E
MAC地址 发送器NK 21E MAC地址 发送器NK 21F
各自的接收器网络部件22A-C的副本过滤器根据一致的组发件人标记和一致的序列号识别出已经接收的数据报文的副本并且将其丢弃。
为了确保顺利地运行单个的发送器网络部件21A以及设备冗余的发送器网络部件21B-F，对于单个的发送器网络部件21A也可以存在组信息，在该组信息中其作为唯一的组成员被记录，其中其发件人标记与组发件人标记一致。由此，副本过滤器可以仅根据各自的组信息对副本进行检查。
如关于图2示例性解释的那样，组信息可以对于发送器网络部件的每个单个的组单独地存在。但是替换地也可以形成唯一的组信息，其包括关于在通信网络20中所有存在的发送器网络部件21A-F的信息。这样的组信息例如可以如表4中示出的那样构造。
表4
组发件人标记 单独的发件人标记
MAC地址 发送器NK 21A MAC地址 发送器NK 21A
MAC地址 发送器NK 21B MAC地址 发送器NK 21B
MAC地址 发送器NK 21B MAC地址 发送器NK 21C
MAC地址 发送器NK 21B MAC地址 发送器NK 21D
MAC地址 发送器NK 21E MAC地址 发送器NK 21E
MAC地址 发送器NK 21E MAC地址 发送器NK 21F
图3最终示例性示出了混合的通信网络30的结构，其根据标准IEC62439-3:2012(HSR)构造为环形的通信网络。通信网络30用于将发送器网络部件31A-3lF与接收器网络部件32A-B冗余地连接。在此，发送器网络部件31A-F在其运行期间将数据报文发送到一个、多个或所有接收器网络部件32A-B。
为了确保在网络部件31A-F之间冗余且抗干扰地传输数据报文，通信网络30通过其环形结构而具有两个彼此独立的网络路径，即，从各自的发送器网络部件31A-F来看，一个传输路径沿着顺时针方向并且一个传输路径沿着逆时针方向。发送器网络部件31A-F分别具有两个端口，其中每一个端口分别与其相邻设备的端口连接。为了将接收器网络部件32A-B连接到通信网络30，设置交换机34A-B。接收了不是指向其的数据报文的网络部件将该数据报文(在保持一般的传输方向的条件下)直接传输到其分别另外的端口。
发送器网络部件31A不具有另外的设备冗余的发送器网络部件并且被构造为，按照HSR标准将数据报文发送到至少一个接收器网络部件32A-B。发送器网络部件31A在其运行期间通过两个端口在不同的传输方向上将具有相同的有效数据内容的数据报文在使用相同的发件人标记和序列号的条件下发送到至少一个接收器网络部件32A-B。各自的接收器网络部件具有副本过滤器，其根据一致的发件人标记和一致的序列号识别出已经接收的数据报文的副本并且由此将其丢弃。
发送器网络部件31B-D彼此设备冗余地构造。发送器网络部件31B-D在其运行期间通过两个端口在不同的传输方向上将具有相同的有效数据内容的数据报文在使用分别单独的发件人标记和相同的序列号的条件下发送到至少一个接收器网络部件32A-B。因此，在通信网络30中总是同时存在发送器网络部件31B-D的六个冗余的数据报文，其中五个必须作为副本被过滤出来。在此，六个数据报文中的每两个具有相同的发件人标记。
为了分配相同的序列号，发送器网络部件31B-D彼此时间同步。如上面描述的那样，发送器网络部件31B-D的相关联性以组信息的形式存储在各自的接收器网络部件中。各自的接收器网络部件32A-B的副本过滤器根据一致的组发件人标记和一致的序列号识别出已经接收的数据报文的副本并且相应地将其丢弃。
发送器网络部件31E-F同样彼此设备冗余地构造。发送器网络部件31E-F在其运行期间通过两个端口在不同的传输方向上将具有相同的有效数据内容的数据报文在使用分别单独的发件人标记和相同的序列号的条件下发送到至少一个接收器网络部件32A-B。因此，在通信网络30中总是同时存在发送器网络部件31E-F的四个冗余的数据报文，其中三个必须作为副本被过滤出来。四个数据报文的每两个在此具有相同的发件人标记。
为了分配相同的序列号，发送器网络部件31E-F彼此时间同步。如上面描述的那样，发送器网络部件31E-F的相关联性以组信息的形式存储在各自的接收器网络部件中。各自的接收器网络部件32A-B的副本过滤器根据一致的组发件人标记和一致的序列号识别出已经接收的数据报文的副本并且将其丢弃。
概括地说，本发明由此描述了一种可能性，通过其也可以关于副本过滤冗余的数据报文，该数据报文由不同的、但设备冗余地彼此构造的发送器网络部件发送到接收器网络部件。为此设置标准(发件人标记、组发件人标记、序列号)，根据其可以识别具有相同的有效数据内容的数据报文。视为特别具有优势的是，通过本发明实现一种可能性，无需较大的干预就能将设备冗余地构造的发送器网络部件集成到现有的PRP或HSR通信网络中。为此，仅在副本过滤器内存储组信息并且根据从组信息中得出的其各自的组发件人标记进行对当前接收的数据报文的分析。

Claims (15)

1.一种用于在自动化系统的通信网络(10)中运行的接收器网络部件(13)，其中，所述接收器网络部件(13)被构造为，接收从通信网络(10)的至少两个不同的设备冗余的发送器网络部件(12A-B)冗余发送的数据报文，其中至少两个不同的发送器网络部件中的每一个具有至少一个通信端口，并且丢弃已经接收的数据报文的副本；
其特征在于，
-所述接收器网络部件(13)被构造为，在接收来自于发送器网络部件(12A-B)中的一个的当前的数据报文的情况下检查该数据报文，是否已经从另外的发送器网络部件(12A-B)接收了具有相同的有效数据的数据报文，并且进一步处理具有首次接收的有效数据内容的数据报文，并且将具有已经在另外的发送器网络部件(12A-B)的之前的数据报文中接收了的有效数据的数据报文作为副本丢弃。
2.根据权利要求1所述的接收器网络部件(13)，其特征在于，
-所述接收器网络部件(13)被构造为，在使用在数据报文中包含的发件人标记的条件下进行对当前接收的数据报文的检查。
3.根据权利要求2所述的接收器网络部件(13)，其特征在于，
-所述接收器网络部件(13)包括关于如下的发送器网络部件(12A-B)的组信息：这些发送器网络部件在其运行期间将关于其有效数据内容是相同的数据报文发送到接收器网络部件(13)；并且
-所述接收器网络部件(13)被构造为，在使用当前接收的数据报文的发件人标记和在组信息中说明的发送器网络部件(12A-B)的发件人标记的条件下进行对当前接收的数据报文的检查。
4.根据权利要求3所述的接收器网络部件(13)，其特征在于，
-所述组信息这样包含来自于发送器网络部件(12A-B)的发件人标记，使得选择所有在其运行期间将具有相同的有效数据内容的数据报文发送到接收器网络部件(13)的那些发送器网络部件(12A-B)的发件人标记作为组发件人标记，并且给所有其余的相关的发送器网络部件(12A-B)的发件人标记分配组发件人标记。
5.根据上述权利要求中任一项所述的接收器网络部件(13)，其特征在于，
-所述接收器网络部件(13)被构造为，在使用数据报文中包含的序列号的条件下进行对当前接收的数据报文的检查。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的接收器网络部件(13)，其特征在于，
-所述接收器网络部件(13)还被构造为，在接收当前的数据报文的情况下检查，是否已经从相同的发送器网络部件(12A-B)接收了具有相同的有效数据的数据报文，并且进一步处理具有首次接收的有效数据内容的数据报文并且将具有已经在相同的发送器网络部件(12A-B)的之前的数据报文中接收了的有效数据的数据报文作为副本丢弃。
7.一种具有多个网络部件(12A-B，13)的自动化系统的通信网络(10)，所述网络部件为了交换数据报文而彼此连接，其中数据报文的交换冗余地进行，其特征在于，
-所述通信网络(10)包括至少两个不同的发送器网络部件(12A-B)，所述发送器网络部件分别具有至少一个通信端口并且在其运行期间将关于其有效数据内容是相同的数据报文发送到至少一个接收器网络部件(13)；
-所述至少一个接收器网络部件(13)被构造为，在接收来自于发送器网络部件(12A-B)中的一个的当前的数据报文的情况下检查该数据报文，是否已经从另外的发送器网络部件(12A-B)接收了具有相同的有效数据的数据报文，并且进一步处理具有首次接收的有效数据内容的数据报文，并且将具有已经在另外的发送器网络部件(12A-B)的之前的数据报文中接收了的有效数据的数据报文作为副本丢弃。
8.根据权利要求7所述的通信网络(10)，其特征在于，
-所述发送器网络部件(12A-B)被构造为，给由其发送的数据报文添加发件人标记；和
-所述至少一个接收器网络部件(13)被构造为，在使用发件人标记的条件下进行对当前接收的数据报文的检查。
9.根据权利要求8所述的通信网络(10)，其特征在于，
-所述至少一个接收器网络部件(13)包括关于如下的发送器网络部件(12A-B)的组信息：所述发送器网络部件在其运行期间将关于其有效数据内容是相同的数据报文发送到接收器网络部件；并且
-所述接收器网络部件(13)被构造为，在使用其发件人标记和在组信息中说明的发送器网络部件(12A-B)的发件人标记的条件下进行对当前接收的数据报文的检查。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的通信网络(10)，其特征在于，
-所述至少一个发送器网络部件(12A-B)被构造为，将网络配置报文发送到至少一个接收器网络部件(13)，该网络配置报文包含一方面自身的发件人标记和另一方面所有如下的发送器网络部件(12A-B)的发件人标记：所述发送器网络部件在其运行期间将关于其有效数据内容是相同的数据报文，如至少一个发送器网络部件(12A-B)那样，发送到至少一个接收器网络部件(13)。
11.根据权利要求7至9中任一项所述的通信网络(10)，其特征在于，
-所述发送器网络部件(12A-B)被构造为，给由其发送的数据报文分配时间上彼此同步的序列号；并且
-所述至少一个接收器网络部件(13)被构造为，在使用序列号的条件下进行对当前接收的数据报文的检查。
12.根据权利要求7至9中任一项所述的通信网络(10)，其特征在于，
-所述通信网络(10)还包括如下的发送器网络部件(12A-B)：所述发送器网络部件本身将具有相同的有效数据的数据报文发送到至少一个接收器网络部件(13)，其中该数据报文通过通信网络(10)的不同的通信路径被发送到至少一个接收器网络部件(13)；并且
-所述至少一个接收器网络部件(13)还被构造为，在接收当前的数据报文的情况下检查，是否已经从相同的发送器网络部件(12A-B)接收了具有相同的有效数据的数据报文，并且进一步处理具有首次接收的有效数据内容的数据报文，并且将具有已经在相同的发送器网络部件(12A-B)的之前的数据报文中接收了的有效数据的数据报文作为副本丢弃。
13.一种用于运行自动化系统的通信网络(10)的方法，该自动化系统具有为了交换数据报文而彼此连接的多个网络部件(12A-B，13)，其中数据报文的交换冗余地进行，其特征在于，
-分别具有至少一个通信端口的至少两个不同的发送器网络部件(12A-B)在其运行期间将关于其有效数据内容是相同的数据报文发送到至少一个接收器网络部件(13)；
-所述至少一个接收器网络部件(13)在接收来自于发送器网络部件(12A-B)中的一个的当前的数据报文的情况下检查该数据报文，是否已经从另外的发送器网络部件(12A-B)接收了具有相同的有效数据的数据报文，并且进一步处理具有首次接收的有效数据内容的数据报文，并且将具有已经在另外的发送器网络部件(12A-B)的之前的数据报文中接收了的有效数据的数据报文作为副本丢弃。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，
-所述发送器网络部件(12A-B)给由其发送的数据报文分别添加发件人标记；并且
-所述至少一个接收器网络部件(13)在使用发件人标记的条件下进行对当前接收的数据报文的检查。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，
-所述发送器网络部件(12A-B)给由其发送的数据报文分配时间上彼此同步的序列号，并且
-所述至少一个接收器网络部件(13)在使用序列号的条件下进行对当前接收的数据报文的检查。
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