CN106576064A - 传输实时相关和非实时相关数据分组分布节点、自动化网络及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动化网络分布，所述自动化网络包括至少两个输入/输出接口以传送及接收实时相关和非实时相关数据分组，以及连接至所述两个输入/输出接口的切换装置。此外，在接收到非实时相关数据分组的情况下，所述切换装置侦测非实时相关数据分组的长度，进以确认从其产生的非实时相关数据分组的传输持续时间。切换装置还至少在非实时相关数据分组的各自输入/输出接口被提供作为传输接口且处于传输空闲状态时，侦测直到输入/输出接口传送下一个实时相关数据分组为止所剩下的传输暂停持续时间，而且所述切换装置检查是否存在有传输持续时间最大地与作为传输接口的输入/输出接口的传输暂停持续时间相当的非实时相关数据分组，以于检查结果为肯定时通过所述输入/输出接口传送所述非实时相关数据分组。

Description

传输实时相关和非实时相关数据分组分布节点、自动化网络 及方法

技术领域

本发明涉及一种分布节点、具有分布节点的自动化网络、以及用于在自动化网络中传输实时相关和非实时相关数据分组的方法。

背景技术

区域通讯网络(被称为「局域网络」(LAN))会受地理区域限制，并且是由一个或多个服务器与工作站(被称为「节点」)所组成，其通过通讯线路(例如同轴缆线、光纤或双扭线电缆)互连。LAN是以网络操作系统与网络协议网络来操作。

LAN网络协议的目前最广为使用的标准是以太网，利用以太网的数据分组(在下文中也称为「以太网信息」)可在千兆位(gigabit)范围的速率下传送长度高达1500字节的数据。以太网协议首先是用于办公室通讯网络。由于以太网概念的优点(源于使用标准的硬件和软件组件、以及甚至利用简单的连网技术实现高数据传输速率的可能性)，以太网网络通讯现在也用于工业生产，主要是用于数据交换和用于执行控制任务。

由于在自动化技术中使用LAN，必须保证特别是网络协议的实时能力。在机械控制中，需要在无时间波动下进行控制任务的循环处理，亦即，仅在数微秒的范围内与期望的循环时间稍微偏离，其中响应是以可预期的响应时间提供给控制请求。

为了限制数据分组从传输节点到接收节点的传输时间，并因此能实现具有许多节点(下文中也被称为「参与者」)的LAN中的实时能力，这种类型的LAN通常都利用分布节点(称为切换器)而架构为阶层式。分布节点具有多个输入/输出接口，多个节点或节点串通过这些输入/输出接口并行地并入网络中。分布节点审视于输入/输出接口上接收到的针对寻址参与者的地址的每一个数据分组，然后通过参与者所连接的分配的输入/输出接口将数据分组转发给寻址参与者。

分布节点根据FIFO原则正常操作，其中先被接收的数据分组也会先被再传输。然而，这会妨碍数据分组的可靠实时处理。因此，更为最近的分布节点通常都支持「VLAN标记」，利用所述「VLAN标记」，单个数据分组可被优先化以供传输，进以因此保证实时能力。

此外，也已知分布节点是基于协议特定识别符而以固定的预定时间转发数据分组，进以因此实现实时处理。接着于所述分布节点中提供具有切换表(称为「路由表」)的切换装置，「路由表」正常地是包含有数据分组识别符、接收与传输接口、以及每一个实时相关数据分组的传输时间。伴随着循环地传输节点的输入/输出数据的实时相关数据分组，进一步的非实时相关数据分组也会在网络中被正常地接收与传输，所述非实时相关数据分组则通常是非循环地传输节点的参数数据或状态数据。接着在分布节点的路由表中并不会预先定义这类非实时相关数据分组的传输时间。

伴随着使用分布节点作为切换器以将多个节点或节点串并行地并入网络中，分布节点也可被使用作为主节点的同步化网关。分布节点因此仅具有两个输入/输出接口，以将主节点连接至网络。插置的分布节点则用于使主节点的所有数据分组与网络同步。由于在分布节点中永久预定义了数据分组从一个输入/输出接口至另一输入/输出接口的转发，因此路由表必须仅包含有每一个实时相关数据分组的传输时间。

分布节点中的数据分组的数据传送循环正常会细分为三个时段，因此，非实时相关数据分组的传输程序并不会延迟实时相关数据分组的传输程序。US8179923B2中说明了这类程序。在第一时段中(称为循环时段)，仅有实时相关数据分组被接收及转发。在接续的第二时段中(称为非循环时段)，非实时相关数据分组被接着转发。在最后的第三时段中(称为过渡时段)，所有的数据分组都继续被接收，但不再被传输。

过渡时段(至少是相当于非实时相关数据分组的最大传输持续时间)避免了在后续的下一个循环时段中因进行中的非实时相关数据分组的传输程序而发生实时相关数据分组的延迟转发。在过渡时段中所接收的非实时相关数据分组会被暂时储存在分布节点中，以于下一个非循环时段转发。

由于每一个节点也可于循环时段外以非控制方式转发非实时相关数据分组，特别是在过渡时段中，因此在分布节点中会轻易发生非实时相关数据分组的过载情形。特别是，此类过载情形是在数据传送循环中的非循环时段相比于循环时段而实质上减少时发生。由于网络内的传输次数以及为了在数据传输时达到最短可能滞留持续时间，在循环时段中，实时相关数据分组通常不会在彼此之后立即传输，而是散布有时间间隙，因此循环时段会被加长。在这种情况下，若过多的非实时相关数据分组于过渡时段和非循环时段中被接收，则会存在分布节点中非实时相关数据分组的接收缓冲器溢出的风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分布节点、一种自动化网络、以及数据传输方法，以简单且可靠传输实时相关数据分组和非实时相关数据分组。

这个目的是通过如权利要求1所述的分布节点、如权利要求6所述的自动化网络、以及如权利要求7所述的数据传输方法来实现。从属请求项中提出了较佳的发展内容。

根据本发明，自动化网络中的分布节点具有用于传输及接收实时相关与非实时相关的数据分组至少两个输入/输出接口，以及连接至这两个输入/输出接口的切换装置。切换装置使用切换表将通过输入/输出接口所接收的数据分组通过另一输入/输出接口而转发，其中所述切换表包含有每一个实时相关数据分组的至少一传输时间。此外，在接收非实时相关数据分组时，切换装置侦测非实时相关数据分组的长度，进以确定所述非实时相关数据分组的从其产生的传输持续时间。此外，至少在输入/输出接口被提供作为非实时相关数据分组的传输接口且处于无传输状态时，切换装置侦测直到各自输入/输出接口的下一个实时相关数据分组的转发为止的剩余的传输暂停持续时间，以及检查非实时相关数据分组是否存在，其传输持续时间至多与作为所述传输接口的所述输入/输出接口的传输暂停持续时间相当，进以于检查结果为肯定时，通过所述输入/输出接口转发所述非实时相关数据分组。

利用根据本发明的程序，能够实现分布节点的输入/输出接口的可能传输时间的优化使用，其中传输中的滞留持续时间会被降低至最小。特别是，可因此通过最佳数据传输避免非循环地抵达分布节点中的非实时相关数据分组的溢出风险。

根据一个较佳具体实施例，自动化网络的分布节点是以单一数据传送循环来操作。因此不再需要将数据传送循环细分成时段及确保在数据传送循环的特定时段中并无非实时相关数据分组被转发。因此非实时相关数据分组可被转发，于整个循环时间上分布，亦即，只要所分配的传输接口的传输暂停持续时间至少对应于非实时相关数据分组的传输持续时间。

根据本发明的一个较佳具体实施例，当分配传输接口未被释放供转发所述非实时相关数据分组时，暂时地储存非实时相关数据分组。这可通过以下进行：于非实时相关数据分组的接收上检查所分配的传输接口是否空闲，直到所述实时相关数据分组的长度产生的传输持续时间的所述下一个实时相关数据分组的传输为止。在检查结果为肯定时，所述非实时相关数据分组通过所分配的传输接口转发。相反地，在检查结果为否定时，所述非实时相关数据分组被暂时储存。利用这个程序，可实施分布节点中非实时相关数据分组的有效率及节省资源的处理。若传输时间是空闲的，抵达分布节点中的非实时相关数据分组会尽可能快地被转发而无延迟。

根据另一具体实施例，空闲可供传输的输入/输出接口的传输暂停持续时间与分配给作为传输接口且存在于所述分布节点中的输入/输出接口的非实时相关数据分组的传输持续时间会被比较，进以根据预定义条件从传输持续时间至多与所述传输持续时间相当的非实时相关数据分组中选择出要被转发的非实时相关数据分组。利用这个程序，可从存在于空闲供传输的输入/输出接口的分布节点中的非实时相关数据分组中选择出对于传输程序而言最佳的数据分组。特别是，传输持续时间最接近传输接口的传输暂停时间的非实时相关数据分组会因而被选择。利用此程序，可最佳地使用切换节点中的输入/输出接口的传输时间，因而进一步降低与非实时相关数据分组有关的过载情形的风险。可替代地、或除传输持续时间以外，也存在有提供其他标准以选择非实时相关数据分组于空闲传输接口上转发(特别是在分布节点的保留时间中)的可能性。

根据另一较佳具体实施例，数据分组是以太网信息，其中，在非实时可用的以太网信息的情况中，在数据区域的标头片段中设有长度信息的数据字段。利用这个程序，相较于传统以太网信息，在自动化网络的传输层中即不需要对在分布节点中可以处理的以太网信息修改。非实时相关以太网信息的长度信息是包含在于自动化网络的较高阶线路层中所创建的数据区域中。长度信息较佳为被储存在数据区域的标头片段中，使得切换节点可于非实时相关以太网信息的接收时(即使是在整个以太网信息的接收前)可基于以太网信息的传输持续时间作出是否可于对其想要的传输接口上转发所述信息的决定。

可替代地，在非实时可用的以太网信息的情况中，信息标头的目的地地址片段中的数据字段可已含有长度信息。通过在最前方电报区域中包含长度信息，分布节点可以在最早可能的时间已经决定以太网信息是否可以由分布节点转发。。

附图说明

现将参照如附图式来详细说明本发明，其中：

图1以示意方式说明了根据本发明的一种具有分布节点的自动化网络；

图2以示意方式说明根据本发明的一种分布节点；

图3A与图3B说明了以非实时相关数据分组作为以太网信息的两个具体实施例，所述以太网信息具有长度信息的数据字段；

图4A、图4B与图4C说明了要于图2所示分布节点中转发的数据分组，其中图4A说明四个实时相关数据分组及三个非实时相关数据分组的路由表，图4B说明数据分组转发的第一种可能程序，而图4C说明数据分组转发的第二种可能程序。

具体实施方式

在工业自动化中，自动化网络是用以将以分布形式配置在致动器/传感器层级的装置连接至控制层级。自动化网络(也称为现场总线系统)具有串行总线，所有的网络参与者(下文中也称为节点)都连接至串行总线。现场总线系统正常地是作为主从式总线系统而运作。现场总线系统中的主参与者是控制节点，它们控制串行总在线的数据流量。此类型的主节点为，例如在生产线中作为制程控制计算机的工业计算机。主节点具有总线接入授权，并且可输出数据至串行总在线。现场总线系统中的从参与者是由机器周边装置形成，举例而言，例如I/O装置、阀门、驱动器、传感器、测量变送器。它们通常不具有自身的总线接入授权，亦即它们仅可确认所接收的数据，并按需而通过总线转发数据。

现场总线系统可以不同的网络协议来运作。以太网标准已经被建立作为网络的通讯标准。利用以太网概念，数据被封装有标头片段(下文中也简称为标头)及结束片段(下文中称为结尾段)，以供从节点到节点的传送。以太网数据分组(下文也称为以太网信息)具有多达1500字节的数据长度，并且可以高达千兆位(gigabit)范围的速率传输。然而，与以太网协议一起，也可于现场总线系统中使用其他的协议，特别是现场总线协议，例如Profinet或EtherCAT。

特定的网络协议也可被用于现场总线系统中作为参与者层级的应用程序软件，且在总线层级可使用不同的网络协议。在这种情况中，在通过现场总线的数据交换中，在参与者层级已经产生且已经以所述一种网络协议所创建的数据分组会被封装于用于节点间数据流量的总线层级的其他网络协议中。因此，若以太网协议被使用作为节点之间数据交换的较高阶网络协议，则以现场总线协议(例如Profinet或EtherCAT)产生的数据分组会通过加入标头及结尾段而包装以形成以太网信息。

在工业自动化中，控制通常是以通过现场总线系统进行数据交换而实施，使得主节点可循环地执行控制程序以基于所述从节点中的输入数据产生输出数据。在控制程序循环完成时，主节点即以数据分组的形式于现场总在线发送输出数据，其中从节点会自数据分组移除分配给各自节点的输出数据，并利用这些输出数据执行区域节点程序。从区域节点程序确定的数据接着被轮流自从节点发送回主节点，并接着被主节点使用作为下一个控制程序循环的输入数据。

为了能够在使用现场总线系统的工业自动化中执行快速的控制程序，必须保证数据分组有短的往返时间，因而实现控制程序的实时性能。在具有许多节点的现场总线系统中，使用分支以缩短数据分组从传输节点到接收节点的传输时间。现场总线系统接着于数据传输路径中具有分布节点(下文中也称为切换器)，多个独立数据路径则连接至所述分布节点。

图1示意说明了具有分布节点10的此类型现场总线系统，所述分布节点10具有四个输入/输出接口101、102、103、104。然而，也存在有提供更多或较少输入/输出接口、而非四个输入/输出接口的可能性。因此，若使用分布节点作为例如主节点的同步化网关，它会仅具有两个输入/输出接口。主节点的传输精确度的需求即可利用在主节点及网络之间插置此类型分布节点而降低。插置的分布节点会使主节点的所有数据分组与网络同步化。

在图1所示分布节点10的设计中，第一输入/输出接口101是连接至主节点11。从节点串12、13、14(在所示具体实施例中在每一情况具有四个从节点)是在每一情况连接至其他的三个输入/输出接口102、103、104。显然在每一个从节点串中更多或较少的从节点也可互连。

在所示设计中，现场总线系统是以以太网协议运作，然而其中，各自的从节点则以EtherCAT协定运作。以EtherCAT协议运作的从节点是通过环形数据路径而于每一个从节点串中互连。EtherCAT耦合器121、131、141是在每一情况连接于分布节点10与从节点串12、13、14之间，所述耦合器将从分布节点10到达的以太网信息没有显著延迟地转移到从节点串12、13、14中的下游从节点的环形结构上，并且在它们已经通过从节点串12、13、14的环形结构之后将以太网信息反馈回到分布节点10上。

图2示意说明了分布节点10的结构。四个输入/输出接口101、102、103、104连接至切换装置105。每一个输入/输出接口101、102、103、104都具有接收单元RX与传输单元TX。接收单元RX与传输单元TX的各自数据传输方向由图2中箭头所示。切换装置105控制分布节点10的数据流量。

与在主节点及从节点(用于执行控制任务并且其数据流量周期性地运行)之间的数据分组一起，其他的数据分组会在非循环数据流量中于现场总线系统中交换。非循环数据流量是被用于现场总线系统中不固定重复的事件。举例而言，非循环数据分组是具有参数化与组态数据及具有诊断信息的数据的数据分组。相较于循环数据分组，这些非循环数据分组是非实时相关的，且基于这个理由，循环数据分组在下文中也被称为实时相关数据分组，而非循环数据分组则被称为非实时相关数据分组。

为了控制通过分布节点10转发的数据分组，切换装置105被连接至切换表106(也称为路由表)。路由表106具有数据分组识别符、传输接口、每一实时相关数据分组的传输时间、以及每一个非实时相关数据分组的传输时间。在非实时相关数据分组的情况中，多个不同数据分组也会具有相同的数据分组识别符。在非实时相关数据分组的情况中，数据分组识别符可以被完全省略，因为它并不是路由绝对必须的。此外，然而举例而言，路由表中也可指示实时相关及非实时相关数据分组两者的接收接口与接收时间。

在通过输入/输出接口101、102、103、104的接收单元RX接收数据分组时，切换装置105侦测数据分组识别符。切换装置105基于数据分组识别符所辨识的实时相关数据分组接着被以预定义传输时间通过数据分组识别符的路由表106中所标注的传输接口输出。

若数据分组识别符将所接收的数据分组识别为非实时相关数据分组，则切换装置105进一步确定非实时相关数据分组的长度，以定义所产生的非实时相关数据分组的传输持续时间。若非实时相关数据分组在无数据分组识别符下被路由，则切换装置105也可基于其他条件(例如数据分组识别符不存在)来建立所接收的数据分组是非实时相关数据分组。切换装置105接着进一步检查路由表106中分配给非实时相关数据分组的传输接口是否空闲可供传输程序用，以及所述传输接口直到路由表中指明的下一个实时相关数据分组的传输时间为止的传输暂停持续时间是否至少与所决定的非实时相关数据分组的传输持续时间相对应。

若肯定检查结果指示想要的传输接口未被占据达足以转发非实时相关数据分组的持续时间，则切换装置105接着通过传输接口的传输单元TX来转发非实时相关数据分组。相反地，在否定检查结果的情况中，亦即，若想要用于传输的传输接口的传输暂停持续时间比非实时相关数据分组的传输持续时间短，则所述非实时相关数据分组会被储存在缓冲存储器107中，如图2所示，所述缓冲存储器107是被连接至切换装置105。

切换装置105进一步是实质被设计为可针对每一个输入/输出接口101、102、103、104实施连续检查，以确定输入/输出接口101、102、103、104是否当前正在传输。若确定是传输空闲状态，则进一步测量直到要转发的下一个实时相关数据分组为止所剩下的传输暂停持续时间。切换装置105接着进一步检查缓冲存储器107是否含有想要在对应的输入/输出接口101、102、103、104上转发、且传输持续时间至多与所确定的传输时间暂停持续时间相当的非实时相关数据分组。如果在缓冲存储器107中含有多个此类非实时相关数据分组，则进行程序以选择转发传输持续时间最为接近传输暂停持续时间的非实时相关数据分组。切换装置105也可仅于非实时相关数据分组被提供作为各自输入/输出接口的传输接口时(亦即，刚才已被切换装置105接收到、或存在于缓冲存储器107中)执行检查，而非持续检查传输空闲状态。

可替代地，在考虑想要转发的非实时相关数据分组的选择时，也存在有采取其他条件的可能性，举例而言，例如非实时相关数据分组的暂时储存的持续时间。因此，若在非实时相关数据分组的情况中超过了预定义的储存时间，则它可被指定为要于输入/输出接口中转发此一非实时相关数据分组、而非转发传输持续时间最为接近传输暂停持续时间的非实时相关数据分组的条件，以保证所有的非实时相关数据分组都可被实时传输，因而它们的信息在控制任务中也可实时被考虑。

分布节点10的输入/输出接口101、102、103、104的传输时间可利用此程序而被最佳地使用，其中可同时确保有安全且可靠的数据传输，特别是，它也考虑了自动化系统的实时需求。

在另一替代程序中，分布节点10原则上在建立了所需的传输持续时间之后，将它在它的输入/输出接口101、102、103、104上接收的所有非实时相关数据分组储存于缓冲存储器107中。分布节点中的切换装置105接着被设计为使得切换装置侦测每一个输入/输出接口101、102、103、104的传输状态。在各自输入/输出接口101、102、103、104的传输空闲状态中，切换装置105接着进一步确定直到下一个实时相关数据分组转发为止剩余的传输暂停持续时间。切换装置105接着为这个输入/输出接口101、102、103、104检查有至多对应于传输暂停持续时间的传输持续时间的非实时相关数据分组是否存在于缓冲存储器107中。若仅有一个非实时相关数据分组被确定，则转发这个非实时相关数据分组。若有多个非实时相关数据分组满足传输持续时间情形，则根据一个或多个预定义条件选出及转发非实时相关数据分组。如上述说明，较佳的选择条件较佳为各自的传输持续时间及传输暂停持续时间之间的差异。接着于输入/输出接口101、102、103、104上转发最接近测量传输暂停持续时间的非实时相关数据分组。特别是，其他条件可为非实时相关数据分组在分布节点中的滞流持续时间。

在具有互连多个节点串的数据流量的分布节点10的主从式网络中的上述数据传输可于单一数据传输循环中执行，在所述循环中实时相关数据分组与非实时相关数据分组两者都被会被传输。实时相关数据分组是通过分配的传输接口以预定义的传输时间来转发，如路由表106中所指示。接着于数据传送循环中非实时相关数据分组之间的传输暂停中传输非实时相关数据分组，亦即，使得对于所确定的传输暂停持续时间而言为优化的非实时相关数据分组于传输时间间隔中被传输。

在非实时相关数据分组的情况中，分布节点10中的切换装置105在接收非实时相关数据分组时，从数据分组中所含的长度信息来确定数据分组的传输时间持续时间。为了确保切换装置能快速处理非实时相关数据分组，长度信息较佳地是包含于数据分组的第一片段中。接着切换装置105可在已经通过分布节点10的输入/输出接口接收整个数据分组之前，就已经评估带有长度信息的数据字段，由此可加速为确定通过分布节点的数据分组的传输持续时间的处理操作。

图3A与图3B说明了用于传输以太网信息20中长度信息的两个可能具体实施例。以太网信息具有数据区域22，数据区域22具有高达1500个字节的长度，其以标头片段21(也称为标头)及结束片段(也称为结尾段)封装。在标头中(标头为14个字节长)，是在第一6个字节长的数据字段211中指示目的地地址，来源地址则是在接下来的、一样是6个字节长的数据字段212中指示，且以太网类型是在2个字节长的最后的数据字段213中指示。结尾段23由4个字节长的数据字段组成，以用于传输校验总和，以侦测数据传输中的错误。

如图3A所示，在已经也于标头21中传送了长度信息的以太网信息20的情况中，可能性存在，亦即，通过将长度信息储存在具有目的地地址的数据片段211中。具有大小为1个字节的第一片段214较佳地是被保留在目的地地址数据字段211中供长度信息用。利用以太网信息的这种设计，在非实时相关数据分组中最早的可能时间下就已经传输长度信息，因此可将因评估长度信息所导致的分布节点10中的非实时相关数据分组处理延迟降低到最小。

可替代地，如图3B所示，具有长度信息的数据字段215也被提供于以太网信息的数据区域22中。

在要以以太网协议用穿隧方式传送已使用不同协议创建的数据分组时，即如图1所示的自动化网络的例子，其中节点串12、13、14是各通过耦合器121、131、141连接到主节点11，则此设计尤其合适。主节点11是以以太网协议运作。耦合器121、131、141及后续的从节点是使用现场总线协议(在本例中是EtherCAT协议)作为应用软件。接着，具有长度信息的数据字段215被较佳地提供于以太网信息中数据区域的标头的数据字段，如图3B所示。利用这个程序，则存在以下可能性：以现场总线协议创建的非实时相关数据分组在无修改标头的情况下作为以太网信息传输，其中因为数据区域的标头区域中的长度信息的传输，因此在接收到以太网信息之后的长度信息快速评估是可行的。

图4A、图4B与图4C通过示例说明了用于在如图1所示自动化网络中传输循环的(亦即，实时相关的)以太网信息以及非循环的(亦即，非实时相关的)以太网信息的两种可能程序。有四个循环以太网信息CYC1、CYC2、CYC3、CYC4以及三个非循环的以太网信息ACYC1、ACYC2、ACYC3想要通过分布节点10被输送。图4A说明了分布节点10的路由表106的可能设计。路由表106是以具有传输时间、信息识别符、接收接口与传输接口的列的表格的形式被设计。传输时间则仅针对循环的以太网信息CYC1、CYC2、CYC3、CYC4加以指示。

以太网信息进一步根据路由表106而于三个输入/输出接口102、103、104上被接收，所述三个输入/输出接口在每一情况是连接于三个从节点串12、13、14中其中一个。以太网信息接着于连接至主节点11的输入/输出接口101上传输。

图4B在时间轴上说明了接收与传输程序的时间变化，其中绘有数据传输循环的长度。非循环的以太网信息ACYC1在作为接收接口的输入/输出接口103上被分布节点10接收作为第一以太网信息。分布节点10中的切换装置105接着从非循环的以太网信息ACYC1的长度信息确定传输持续时间。如图4B所示，这个传输持续时间比被提供作为传输接口的输入/输出接口101在直到数据传输循环中第一循环电报CYC1的传输时间为止的传输暂停持续时间更短。非循环的以太网信息ACYC1因而通过分布节点于输入/输出接口101上立即被输出。

在非循环以太网信息ACYC1之后，非循环的以太网信息ACYC2与ACYC3接着抵达暂时作为接收接口的输入/输出接口102及103上。然而，因为由分布节点10中的切换装置105所决定的它们的传输时间持续时间比被提供作为传输接口的输入/输出接口101在传输非循环以太网信息ACYC1后、直到数据传送循环中第一个循环信息CYC1的传输时间为止剩下的传输暂停持续时间更长，所以非循环的以太网信息ACYC2与ACYC3会被储存在缓冲存储器107中。

如进一步于图4B中所示，在非循环的以太网信息之后，于作为接收接口的输入/输出接口102和103上接收的循环以太网信息CYC1和CYC2由分布节点10以路由表106中所记录的传输时间于作为传输接口的输入/输出接口101上转发。在循环的以太网信息CYC1与CYC2之间并无传输暂停时间发生。

接着，另一传输暂停时间是发生于在循环以太网信息CYC2与CYC3之间设为传输接口的输入/输出接口101上。因为这个传输暂停持续时间比第一次暂时储存的非循环以太网信息ACYC2的传输时间更短，因此这个传输暂停时间会保持空闲，且非循环以太网信息ACYC2接着只在比非循环以太网信息ACYC2的传输持续时间长、且位于循环以太网信息CYC3与CYC4之间的下一个传输暂停持续时间中传输。接着传输最后剩下的非循环以太网信息ACYC3，直到循环结束为止。在分布节点的这种设计中，非循环以太网信息总是在它们被分布节点接收的顺序中转发，亦即，在设为传输接口的输入/输出接口的对应传输暂停持续时间发生的任何时候。

可替代地，如图4C中的具体实施例所示，分布节点10的切换装置105可执行与正发生的传输暂停持续时间有关的非循环以太网信息传输优化。在图4C所示程序中，对比于图4B中所示，在非循环以太网信息ACYC2之后所接收、且因此在此非循环以太网信息之后的顺序中被储存于缓冲存储器107中的非循环以太网信息ACYC3是在循环以太网信息CYC2与CYC3之间传送。较晚接收的这个非循环以太网信息ACYC3的传输持续时间比循环以太网信息CYC2和CYC3之间的传输暂停持续时间更短。非循环以太网信息ACYC3的传输因此可在较晚接收、传输持续时间比循环以太网信息CYC2和CYC3之间的传输暂停持续时间更长的非循环以太网信息ACYC2之前就进行。

若分布节点并未作为切换器使用以将多个节点或节点串并行地并入网络，而是被使用作为主节点的同步化网关，且因而仅具有两个输入/输出接口以将主节点连接至网络，则分布节点中数据分组从一个输入/输出接口到另一个输入/输出接口的转发会永久地被预先定义。因此分布节点中的路由表会仅必须包含有每一个实时相关数据分组的传输时间。若在切换装置中存在有非实时相关数据分组，则切换装置会确定用于转发的输入/输出接口是否处于传输空闲状态，并进而确定直到转发下一个实时相关数据分组为止剩下的传输暂停持续时间。若针对所述输入/输出接口接着存在传输持续时间至多与所述传输暂停持续时间相当的非实时相关数据分组，则切换装置会通过所述输入/输出接口来转发相对应的非实时相关数据分组。

数据传输较佳地是在自动化网络的组态阶段中通过分布节点10中的主节点11实施。路由表106是由分布节点10的主节点11所预定义。由于循环的以太网信息可于被设计为主从式系统的自动化网络中通过主节点与从节点两者传输，但是非循环的以太网信息则仅通过主节点传输，因此可通过组态阶段中分布节点10的路由表106的对应设计而实质上避免与非循环的以太网信息有关的过载情形。主节点11事实上可根据路由表106而知晓非循环的以太网信息的网络容量，并可据以控制非循环的以太网信息的传输。

Claims (14)

1.一种用于自动化网络的分布节点(10)，具有

至少两个输入/输出接口(101,102,103,104)，以用于传输及接收实时相关与非实时相关的数据分组，以及

切换装置(105)，连接至所述输入/输出接口，

其中所述切换装置(105)是被设计以使用切换表(106)将通过输入/输出接口所接收的数据分组通过另一输入/输出接口而转发，其中所述切换表包含至少一个数据分组识别符及每一个实时相关数据分组的数据传送循环中的传输时间，

其中所述切换装置(105)是被设计以于实时相关数据分组的接收上侦测数据分组识别符，

其中所述切换装置(105)是被设计以通过输入/输出接口作为传输接口，于所述切换表(106)中被分配给所述所侦测数据分组识别符的所述传输时间输出所述实时相关数据分组，

其中所述切换装置(105)是被设计以于非实时相关数据分组的接收上侦测所述非实时相关数据分组的所述长度，进以确定用于所述非实时相关数据分组的从其产生的所述传输持续时间，及

其中所述切换装置(105)是被设计为，至少在输入/输出接口被提供作为非实时相关数据分组的传输接口且处于所述无传输状态时，用以侦测直到所述各自输入/输出接口的所述下一个实时相关数据分组的所述转发为止的剩余的所述传输暂停持续时间，以及用以检查非实时相关数据分组是否存在，其传输持续时间至多与作为所述传输接口的所述输入/输出接口的所述传输暂停持续时间相当，进以于肯定检查结果为时，通过所述输入/输出接口转发所述非实时相关数据分组。

2.如权利要求1所述的分布节点，其中所述切换装置(105)是被设计以于非实时相关数据分组的所述分配传输接口未被释放供转发时暂时地储存所述非实时相关数据分组。

3.如权利要求2所述的分布节点，其中所述切换装置(105)是被设计以于非实时相关数据分组的接收上检查所述分配传输接口是否空闲，直到所述实时相关数据分组的所述长度产生的所述传输持续时间的所述下一个实时相关数据分组的所述传输为止，其中，在肯定检查结果时，所述非实时相关数据分组通过所述分配传输接口转发，以及，在否定检查结果时，所述非实时相关数据分组被暂时储存。

4.如权利要求2所述的分布节点，其中所述切换装置(105)是被设计以比较空闲可供传输的输入/输出接口的所述传输暂停持续时间与分配给作为传输接口且存在于所述分布节点中的所述输入/输出接口的非实时相关数据分组的所述传输持续时间，并根据预定义条件从所述传输持续时间至多与所述传输暂停持续时间相当的所述非实时相关数据分组中选择出要被转发的非实时相关数据分组。

5.如权利要求4所述的分布节点，其中选择条件为所述分布节点中的所述传输持续时间及/或滞留持续时间。

6.一种具有如权利要求1至5中任一所述的分布节点(10)的自动化网络，其中每一个输入/输出接口(101,102,103,104)都是连接至至少一个节点(11,12,13,14)，且其中所述实时相关与非实时相关数据分组的所述数据传送是以各自的数据传送循环进行。

7.一种用于在具有多个节点(11,12,13,14)与分布节点(10)的自动化网络中传输实时相关与非实时相关数据分组的方法，所述分布节点(10)具有至少两个输入/输出接口(101,102,103,104)与连接至这两个输入/输出接口的切换装置(105)，其中所述分布节点的每一个输入/输出接口是连接至至少一个节点，并且所述分布节点使用切换表(106)将通过输入/输出接口而接收的数据分组通过另一输入/输出接口转发，其中所述切换表包含有至少一个数据分组识别符及每一个实时相关数据分组的数据传送循环中的传输时间，

其中所述切换装置(105)于实时相关数据分组的接收上侦测数据分组识别符，

其中所述切换装置(105)通过输入/输出接口作为传输接口，于所述切换表(106)中被分配给所述所侦测数据分组识别符的所述传输时间输出所述实时相关数据分组，

其中所述分布节点的所述切换装置(105)于非实时相关数据分组的接收上侦测所述非实时相关数据分组的所述长度，进以决定用于所述非实时相关数据分组的从其产生的所述传输持续时间，及

其中所述分布节点的所述切换装置(105)至少在输入/输出接口被提供作为非实时相关数据分组的传输接口且处于所述无传输状态时，用以侦测直到所述各自输入/输出接口的所述下一个实时相关数据分组的所述转发为止的剩余的所述传输暂停持续时间，以及用以检查非实时相关数据分组是否存在，其传输持续时间至多与作为所述传输接口的所述输入/输出接口的所述传输暂停持续时间相当，进以于肯定检查结果时，通过所述输入/输出接口转发所述非实时相关数据分组。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述分布节点(10)的所述切换装置(105)在所述所分配的传输接口未被释放供转发所述非实时相关数据分组时暂时地储存非实时相关数据分组。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述分布节点(10)的所述切换装置(105)于非实时相关数据分组的接收上检查所述所分配的传输接口是否空闲，直到所述实时相关数据分组的所述长度产生的所述传输持续时间的所述下一个实时相关数据分组的传输为止，其中，在肯定检查结果时，所述非实时相关数据分组通过所述所分配的传输接口转发，以及，在否定检查结果时，所述非实时相关数据分组被暂时储存。

10.如权利要求8所述的方法，其中所述分布节点(10)的所述切换装置(105)比较空闲可供传输的输入/输出接口的所述传输暂停持续时间与分配给作为传输接口的所述输入/输出接口的非实时相关数据封包的所述传输持续时间，以根据预定条件从所述传输暂停持续时间至多与所述传输持续时间相当的所述非实时相关数据分组中选择出要被转发的非实时相关数据分组。

11.如权利要求10所述的方法，其中选择条件为所述分布节点中的所述传输持续时间及/或滞留持续时间。

12.如权利要求7至11中任一所述的方法，其中所述实时相关与所述非实时相关数据分组的所述数据传送是以各自的数据传送循环进行。

13.如权利要求7至11中任一所述的方法，其中所述数据分组为以太网信息(20)，且其中，在非实时相关以太网信息的情况中，在数据区域的标头片段中设有所述长度信息的数据字段(215)。

14.如权利要求7至11中任一所述的方法，其中所述数据分组为以太网信息(20)，且其中，在非实时相关以太网信息的情况中，在所述标头区域(21)的目的地地址片段(211)中设有所述长度信息的数据字段(214)。