CN105324963A - 经由数据网交换数据的控制装置、网络节点和方法 - Google Patents

Abstract

一种控制装置(10)，包括用于测定在第一数据终端设备(41)和第二数据终端设备(42)之间的至少一个优先数据路径(51)的装置(12)，第一数据终端设备和第二数据终端设备连接到数据网(60)处，包括用于选择所测定的优先数据路径(51)中的一个的装置(14)和用于测定在第一数据终端设备(41)和第二数据终端设备(42)之间的至少一个替代数据路径(52i)的装置(16)，该替代数据路径与所选择的优先数据路径(51)不具有共同的传输路段。此外，本发明提供一种相应的网络节点(20i)和相应的方法(100)。

Description

经由数据网交换数据的控制装置、网络节点和方法

技术领域

本发明涉及一种控制装置。

此外，本发明涉及一种网络节点。该网络节点能够用于建立数据网(例如用于自动化应用、医学应用、运输应用或者交通应用)。网络节点通常也称为网点和数据网节点。数据网能够视作(数字的)信息网。

另外，本发明涉及一种用于经由数据网交换数据的方法，在数据网处连接有第一和第二数据终端设备，其中，数据网具有多个网络节点，并且网络节点的多个对的网络节点分别借助至少一个传输路段连接。经由数据网交换的数据也能够被称为信息。数据通常以打包的方式、即以数据包传输，数据也被称为电报或数据电报。

背景技术

为了改善设备(例如工业设备)的可用性而冗余地构建设备部件。这样的设备能够以如下为前提，即由于对单个网络组件的技术干扰(singlepointoffailure)而引起的数据传输的暂时中断的最大持续以下长度，即持续设备的控制应用的一个处理周期。典型地，处理周期的持续时间短于1ms。介质冗余和系统冗余是不同的。为了确保介质冗余，并行地建立第二层数据网(Layer-2-Datennetze)或者应用环形结构。

对于这两种介质冗余的拓扑中的每种来说，在国际标准IEC62439-3、工业化通信网络(Industrialcommunicationnetworks)-高可用性自动化网络(Highavailabilityautomationnetworks)-第三部分：并行冗余协议(ParallelRedundancyProtocol，PRP)和高可用性无缝冗余(High-availabilitySeamlessRedundancy，HSR)中分别标准化了一个协议。并行冗余协议(PRP)支持并行的数据网。高可用性无缝冗余协议(HSR协议)支持环形结构。

两个协议(PRP，HSR)有共同之处，即将高可用性的、时间关键的数据从第一终端(复制并且)经由不同的新通道输入到数据网中，并且随后并行地经由数据网中的不相交的数据路径传输到第二终端。在第二终端或在脱耦器处滤除副本(即冗余包)。借助于经由不相交的平行的数据路径传输高可用性的、时间关键的数据包，通过介质确保了无缝的冗余(seamlessredundancy)。这意味着，在数据路径(或者网络节点)中的一个中断(暂时故障)之后，不需要重新配置时间。在消除数据路径中的一个的中断之后也不需要重新配置时间。当两个数据路径不具有共同的传输路段时，其相互不相交。

并行冗余协议(PRP)以两个相互分离的数据网为前提，这些数据网不能经由网络耦合器(例如桥接器)相互连接。

当环路经由网络耦合器连接时，高可用性无缝冗余(HSR)具有相似的问题。例如如果在环耦合器处错误地交换了接口，那么两个环路能够融合成一个大的环路。此外，HSR协议和PRP协议都没有提出过载保护。

为了保证环分离(如其对于HSR来说是必要的那样)或者数据网分离(如其对于PRP来说是必要的那样)而发布构建准则。然而因此并不(以技术的、固有的方式)确保，这样构建准则也被遵守。然而已知的是，利用数据网监控来监视对构建准则的遵守。

现今，通过谨慎的规划由以下方式来避免网络适用的过载保护的必要性，即测定应预期的数据交换总量，并且借助组织技术措施来确保不连接在网络计划中未设置的网络节点。这样规划的数据网也被称为“工程化网络(engineerednetworks)”。这种方法的缺点在于，必须已知数据网中的应预期的数据传输总量。由此使这样的数据网的缩放变得困难。

发明内容

本发明的目的在于，提供用于经由数据网交换数据的控制装置、网络节点和方法，利用该方法减少了用于建立和遵守构建准则的花费，而不必放弃具有过载保护的无冲击的冗余。

该目的根据本发明由此实现，即控制装置包括下述装置：用于测定至少一个优先数据路径的装置，优先数据路径在第一和第二数据终端设备之间，第一和第二数据终端设备连接在数据网上；用于选择所测定的优先数据路径中的一个的装置、用于测定在第一和第二数据终端设备之间的至少一个替代数据路径的装置，该替代数据路径与所选择的优先数据路径不具有共同的传输路段。

根据本发明的网络节点包括根据本发明的控制装置。

相应地，根据本发明的用于经由连接了第一和第二数据终端设备的数据网来交换数据的方法包括下述步骤：测定在第一和第二数据终端设备之间的至少一个优先数据路径；选择所测定的优先数据路径中的一个；将信息经由所选择的优先数据路径从第一数据终端设备传输到第二数据终端设备；测定第一和第二数据终端设备之间的至少一个替代数据路径，该替代数据路径与所选择的优先数据路径不具有共同的传输路段；将信息经由所测定的替代数据路径中的至少一个从第一数据终端设备传输到第二数据终端设备。在此，数据网具有多个网络节点，其中，多对网络节点的网络节点相应地借助至少一个传输路段连接。只要对于相应的步骤来说其前提条件事先分别被满足，这些方法步骤也能够以任意其它的顺序执行。例如，经由所选择的优先数据路径来传输信息的步骤以事先测定优先数据路径为前提。

本发明的构思能够在于，即在第一和第二数据终端设备之间除了优先数据路径之外还测定至少一个替代数据路径，该替代数据路径与所选择的优先数据路径不具有共同的传输路段。

控制装置的一个改进方案提出，控制装置还包括用于选择所测定的替代数据路径中的至少一个的装置。由此能够实现，应用多个可行的替代数据路径中的一个(按照一个或多个预定的选择标准衡量)对于制造无冲击的冗余来说最合适的替代数据路径。

相应地，该方法的一个改进方案提出，在测定至少一个替代数据路径之后并且在传输信息之前，该方法还包括选择所测定的替代数据路径中的至少一个的步骤，并且提出将信息经由一个或多个所选择的替代数据路径从第一数据终端设备传输到第二数据终端设备。由此能够实现，要传输的信息经由在多个可行的替代数据路径中的以下一个(或多个)替代数据路径来传输，其由一个或多个预定的选择标准衡量对于制造无冲击的冗余来说是最合适的。

该方法的一个另外的改进方案提出，借助于第二层协议(Schicht-2-Protokoll)测定优先数据路径，和/或借助于第二层协议测定替代数据路径。由此节省了以更高的协议层为基础的、用于制造无冲击的冗余的保护措施。

另一个有利的选择在于，借助于第二层协议(Schicht-2-Protokoll)选择优先数据路径，和/或借助于第二层协议选择替代数据路径。由此节省了在更高的协议层中的、用于选择对于无冲击的冗余来说所必需的数据路径的保护措施。

优选的是，为所选择的优先数据路径和/或为所选择的替代数据路径执行带宽预留。由此提供了与数据交换总量的变化相匹配的过载保护。

此外有利的是，借助于第二层协议执行带宽预留。由此节省了在更高的协议层中的保护措施，该保护措施用于调整数据网、调整数据网的控制装置和/或使数据路径匹配于数据交换总量的变化。

附图说明

根据附图详细地阐述本发明，其中示出：

图1示意性示出在数据网中的在第一和第二数据终端设备之间的优先数据路径和替代数据路径；

图2示意性示出用于经由数据网交换数据的方法的流程图；

图3示意性示出用于控制经由数据网交换数据的控制装置的结构。

具体实施方式

以下详细描述的实施例代表了本发明的优选的实施方式。

图1示出了具有多个音视频桥20i的第二层数据网60，这些音视频桥分别具有第二层路由功能。成对的音视频桥20i借助用于传输数据30(特别是数据包)的传输路段22i(链接22i)连接。第一数据终端设备41连接到第一音视频桥20i处。此外，第二数据终端设备42连接到第二音视频桥20i处。

为了在数据网60中与数据网60的拓扑结构无关地确保具有过载保护的无缝冗余(seamlessredundancy)，在第一数据终端设备41和第二数据终端设备42之间的数据传输能够利用下述特征进行：

1.使高可用性的、时间关键的数据传输与如下的数据传输分离，该数据传输的操作能取决于数据传输源20i，22i的当前可用性。

2.为了提供过载保护，借助带宽预留协议预留带宽。

3.测定并选择优先数据路径51和至少一个替代数据路径52i，以用于在考虑数据网60中的交换负载的情况下在数据网60中传输高可用性的时间关键的数据包30。

具有这三个特征的数据网60保证了数据的(稳定的、介质冗余的)传输。高可用性的、时间关键的数据30(特别是数据包)的传输的可靠性尽可能与网络中的实际的交换负载和/或其实际分布无关。

高可用性的、时间关键的数据交换与其操作能取决于数据传输源20i，22i的当前可用性的数据交换的分离，能够例如借助利用不同优先级传输这两种交换类型的数据30(特别是数据包)和/或借助经由不同虚拟局域网(VLAN＝virtuallocalareanetwork)传输这两种交换类型(例如像IEEE802.1Q标准中描述的那样)来实现。

对于带宽预留而言能够应用例如所谓的工程化网络协议(engineerednetworksprotocol)，例如像在IEEE802.1Q标准中描述的那样。

借助于第二层协议能够实现在考虑数据网60中的交换负载的情况下测定和选择用于高可用性的、时间关键的数据30(特别是数据包)的优先数据路径51。能够用于执行对优先数据路径51的测定和选择的协议例如是在IEEE802.1标准中描述的最短路径桥接(ShortestPathBridging，SPB)。借助于第二层路由协议也能够测定和选择一个或多个替代数据路径52i。为此，借助本领域技术人员的继续研发能够扩大用于实现对优先数据路径51的测定和选择的协议，使得附加地也能够寻找或选择一个或多个替代数据路径52i。

通过所提出的借助路由协议的措施的组合，能够在数据网60中实现介质冗余。通过采用带宽预留协议确保了对于高可用性的、时间关键的数据30(特别是数据包)的过载保护，因为只有当在数据网60中提供了足够的带宽时才能够将数据30输入到数据网60中。满足所描述的前提条件的数据网60能够在本质上确保冗余保护和过载保护。因此能够节约规划特定的定制的措施、研发耗费和/或管理耗费。

所提出的、用于经由数据网60交换数据30(特别是数据包)的方法100具有下述特征：

-同时在不同的(不相交的)数据路径51，52i上经由相互独立的、冗余的传输路段22i来传输高可用性的、时间关键的数据30。

-对于运行时间借助于第二层路由协议(例如借助于最短路径桥接协议、即借助SPB协议)来测定用于高可用性的、时间关键的数据30的不同的(不相交的)数据路径51，52i。

可选地，方法100附加地能够具有下述特征的任意的真子集或非真子集：

-将数据网组件20i，22i中的资源进行分离，以用于高可用性的时间关键的数据交换和用于其它的交换类型；

-为高可用性的、时间关键的数据交换预留带宽；

-利用常规通信协议(例如借助于TCP/IP，UDP)辅助数据交换。

借助所提出的措施，在没有规划特定地匹配的情况下，能够在同一数据网60中同时传输所有三种所提及类型的数据交换。

在应用用于音视频桥接的机制的情况下和/或在应用用于“高可用性的、无缝冗余”的机制的情况下，能够借助以太网技术进行这种实现。

在此提出的方案例如适用于在自动化应用、医学应用、运输应用或者交通应用中建立数据网60。基本上能够以所描述方式进行改进的工业标准是的PROFI

图2示出了用于经由数据网60交换数据30(特别是数据包)的方法100，在数据网处连接了第一数据终端设备41和第二42数据终端设备，其中，数据网60具有多个网络节点20i，并且多对网络节点20i的网络节点20i分别借助至少一个传输路段22i连接。在第一步骤110中，测定在第一数据终端设备41和第二数据终端设备42之间的至少一个优先数据路径51。在第二步骤120中，选择所测定的优先数据路径51中的一个。在第三步骤130中，将信息30经由所选择的优先数据路径51从第一数据终端设备41传输到第二数据终端设备42。在第四步骤140中，测定在第一数据终端设备41和第二数据终端设备42之间的至少一个替代数据路径52i，该替代数据路径与所选择的优先数据路径51不具有共同的传输路段22i。在第五步骤150中，选择所测定的替代数据路径52i中的至少一个。在第六步骤160中，将信息30经由一个或多个所选择的替代数据路径52i从第一数据终端设备41传输到第二数据终端设备42。

图3示出了网络节点20i和控制装置10，该控制装置包括用于测定至少一个优先数据路径51的装置12，优先数据路径在第一数据终端设备41和第二数据终端设备42之间，第一数据终端设备和第二数据终端设备连接到数据网60处。此外，控制装置10包括用于选择所测定的优先数据路径51中的一个的装置14，和用于测定在第一数据终端设备41和第二数据终端设备42之间的至少一个替代数据路径52i的装置16，该替代数据路径与所选择的优先数据路径51不具有共同的传输路段。

网络节点20i的改进方案包括用于选择所测定的替代数据路径52i中的至少一个的装置18。

尽管本发明通过优选的实施例在细节上详细地进行了阐述和描述，但本发明并不局限于所公开的实例以及本领域技术人员能够由此推导出其他的变体，而不脱离本发明的保护范围。

附图标记列表

10控制装置

12用于测定至少一个优先数据路径的装置

14用于选择所测定的优先数据路径中的一个的装置

16用于测定至少一个替代数据路径的装置

18用于选择所测定的替代数据路径中的至少一个的装置

20i网络节点；音视频桥

22i传输路段；链接

30信息；数据；数据包

41第一数据终端设备

42第二数据终端设备

51优先数据路径

52i替代数据路径

60数据网；第二层数据网

100用于交换数据的方法

110测定至少一个优先数据路径

120选择所测定的优先数据路径中的一个

130将信息经由所选择的优先数据路径从第一数据终端设备传输到第二数据终端设备

140测定在第一数据终端设备和第二数据终端设备之间的至少一个替代数据路径

150选择所测定的替代数据路径中的至少一个

160将信息经由多个或一个所选择的替代数据路径从第一数据终端设备传输到第二数据终端设备。

Claims (9)

1.一种控制装置(10)，其中，所述控制装置(10)包括：

-用于测定至少一个优先数据路径(51)的装置(12)，所述优先数据路径在第一数据终端设备(21)和第二数据终端设备(22i)之间，所述第一数据终端设备和第二数据终端设备连接到数据网(60)处；

-用于选择所测定的所述优先数据路径(51)中的一个优先数据路径的装置(14)；和

-用于测定至少一个替代数据路径(52i)的装置(16)，所述替代数据路径在所述第一数据终端设备(41)和所述第二数据终端设备(42)之间，所述替代数据路径与所选择的优先数据路径(51)不具有共同的传输路段。

2.根据权利要求1所述的控制装置(10)，其特征在于，所述控制装置(10)包括用于选择所测定的所述替代数据路径(52i)中的至少一个替代数据路径的装置(18)。

3.一种网络节点(20i)，其特征在于，所述网络节点(20i)包括根据权利要求1或2所述的控制装置(10)。

4.一种用于经由数据网(60)交换数据(30)的方法(100)，在所述数据网处连接有第一数据终端设备(41)和第二数据终端设备(42)，其中，所述数据网(60)具有多个网络节点(20i)，并且多对所述网络节点(20i)的网络节点(20i)分别借助至少一个传输路段(22i)连接，其中，所述方法(100)包括下述步骤：

-测定(110)在所述第一数据终端设备(41)和所述第二数据终端设备(42)之间的至少一个优先数据路径(51)；

-选择(120)所测定的所述优先数据路径(51)中的一个优先数据路径；

-将信息(30)经由所选择的优先数据路径(51)从所述第一数据终端设备(41)传输(130)给所述第二数据终端设备(42)；

-测定(140)在所述第一数据终端设备(41)和所述第二数据终端设备(42)之间的至少一个替代数据路径(52i)，所述替代数据路径与所选择的优先数据路径(51)不具有共同的传输路段(22i)；

-将所述信息(30)经由测定的所述替代数据路径(52i)中的至少一个替代数据路径从所述第一数据终端设备(41)传输(160)给所述第二数据终端设备(42)。

5.根据权利要求4所述的方法(100)，其特征在于，在对至少一个所述替代数据路径(52i)的所述测定(140)之后并且在对所述信息(30)的所述传输(160)之前，所述方法还包括选择(150)所测定的所述替代数据路径(52i)的至少一个替代数据路径的步骤；并且所述信息(30)从所述第一数据终端设备(41)到所述第二数据终端设备(42)的所述传输(160)经由一个或多个所选择的替代数据路径(52i)进行。

6.根据权利要求4或5所述的方法(100)，其特征在于，借助第二层协议测定所述优先数据路径(51)，和/或借助第二层协议测定所述替代数据路径(52i)。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法(100)，其特征在于，借助第二层协议选择所述优先数据路径(51)，和/或借助第二层协议选择所述替代数据路径(52i)。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的方法(100)，其特征在于，对于所选择的优先数据路径(51)和/或为所选择的替代数据路径(52i)执行带宽预留。

9.根据权利要求4至8中任一项所述的方法(100)，其特征在于，借助第二层协议执行所述带宽预留。