CN107258076B - 通信网络中的数据传输 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在通信网络中传输数据的方法，其中，通过在各一个发射器和一个接收器之间的点对点连接根据通信协议传输包含元数据和有效数据(P)的数据帧(EF、EF 1、EF 2、NEF1、NEF2)，并且对于每个点对点连接，管理要从发射器传输到接收器的数据帧(EF、EF 1、EF 2、NEF1、NEF2)的发送列表。在此，规定重要性成对不同的至少三个中断优先级的优先级集合，并且通信协议允许：给发送列表中的每个数据帧(EF、EF 1、EF 2、NEF1、NEF2)分配中断优先级，并且中断发送列表中的数据帧(NEF1、NEF2)的当前传输，从而传输在发送列表中包含的数据帧(EF、EF 1、EF 2、NEF1、NEF2)，该数据帧分配有高于当前传输的数据帧(NEF1、NEF2)的中断优先权。

Description

通信网络中的数据传输
技术领域
本发明涉及一种用于在通信网络中进行数据传输的方法，其中，通过在各一个发射器和一个接收器之间的点对点连接根据通信协议传输包含元数据和有效数据的数据帧。
元数据在此表示在一个数据帧中所包含的所有与有效数据不同的数据。元数据包含用于传输和处理数据帧的控制和协议信息，例如发射器和接收器的地址、数据帧的类型和/或数据帧的长度。通常，数据帧的元数据置于有效数据之前并且形成数据帧的帧头(Header)。
背景技术
目前工业领域、特别是自动化和汽车工业以及能源领域越来越多地需要通信网络，该通信网络以唯一的标准化协议为基础适用于所有从现场总线层级直至管理层级的通信服务。在此自2000年开始，在工业领域中以越来越多地实施以太网协议为基础的通信。现在，研究小组在研发对以太网标准IEEE802.1和IEEE802.3(IEEE＝电气和电子工程师协会)的扩展，该以太网标准适用于在唯一收敛的所谓的时间敏感网络(TSN)中的通信服务并且实现所谓的服务质量(Qos)。尽管不同优先级的各种服务在通信网络中共存，但是对于高优先级的服务，例如对于所谓的控制数据流量(CD-Traffic)、对于在控制器与装置之间的每个路径必须保证最小传输时间(Low Latency(低延迟))和最小抖动(Low Jitter(低抖动))。服务的优先级越高，在每个网络节点中的传输时间和抖动必须越小。这时必须将较低优先级的服务对较高优先级的服务的传输时间和抖动的影响最小化。这种尽可能的无反馈是对不同优先级的各种服务在通讯网络中有效共存的前提。
现在，所谓的IEEE802.3br Interspersing Express Traffic(IET)研究小组在研讨用于未来以太网标准的设计，在收敛的时间敏感网络中在IEEE802.3的标准的责任范围内，将较低优先级的服务对较高优先级的服务的传输时间和抖动的影响最小化。尤其是高优先级服务应当能够通过先占中断较低优先级服务的发送。对此限定了两个优先级类。将高优先级服务的所有数据帧组合成所谓的快速帧的优先级类。将所有其他的数据帧组合成标准数据帧的优先级类(非快速帧)。为了发送快速帧，能够中断标准数据帧的传输。
发明内容
本发明的目的在于说明一种用于在通信网络中传输数据的改进方法，该方法减少了较高优先级的服务的数据帧的传输时间和传输抖动。
本发明的目的通过根据本发明的以下特征实现：
-通过在各一个发射器和一个接收器之间的点对点连接根据通信协议传输包含元数据和有效数据的数据帧，
-对于每个点对点连接，管理要从所述发射器传输到所述接收器的数据帧的发送列表，
-规定重要性成对不同的至少三个中断优先级的优先级集合，
-并且所述通信协议允许：给发送列表中的每个数据帧分配一中断优先级，并且中断所述发送列表的数据帧的当前传输，从而传输在所述发送列表中包含的、分配有高于当前传输的数据帧的中断优先权的数据帧。
本发明有利的设计方案是后续的内容。
在根据本发明的用于在通信网络中传输数据的方法中，通过在各一个发射器和一个接收器之间的点对点连接根据通信协议传输包含元数据和有效数据的数据帧，其中，对于每一个点对点连接，管理要从发射器传输到接收器的数据帧的发送列表。此外，规定重要性成对不同的至少三个中断优先级的优先级集合。通信协议允许：给发送列表中的每个数据帧分配一个中断优先级，并且中断发送列表的数据帧的当前传输，从而传输在发送列表中包含的数据帧，该数据帧分配高于当前传输的数据帧的中断优先级。
在此，第一中断优先级在其具有的重要性高于第二中断优先级时表示为高于第二中断优先级。该重要性限定了优先级集合的总次序。
发送列表能够划分成子发送列表，这些子发送列表例如分别具有中断优先级相同的数据帧。
由此根据本发明的方法实现的是，取决于数据帧的中断优先级来中断其传输。更确切地，为了传输收入同一发送列表的每个另外的数据帧，该另外的数据帧分配有高于当前传输的数据帧的中断优先级，能够中断发送列表的数据帧的传输，其中，设置至少三个不同的中断优先级。由此能够限定不同中断优先级的服务，从而使数据帧在所属服务的中断优先级越高的情况下被越优先地传输。这尤其允许：相应的服务的中断优先级越高，就越多的减少服务的数据帧的平均传输时间和抖动。因为设置有至少三个不同的中断优先级，因此能够根据相应的要求非常灵活地调整中断优先级。由此，对于用于服务的时间敏感网络，其中该服务要求以非常小的传输延迟以及高可用性来传输数据帧，根据本发明的方法尤其有利地适合。
本发明的一个设计方案提出，在点对点连接的发射器与接收器之间协商：多少不同的中断优先级提供用于点对点连接的发送列表。
本发明的设计方案考虑到如下可能性：即，点对点连接的发射器和接收器有区别地支持多个不同的中断优先级。对于这样的情况在此提出，在传输数据帧之前，在点对点连接的发射器和接收器之间协商能使用的中断优先级的数量。尤其地，这个设计方案包括如下可能性：在一个发射器与一个接收器之间协商从不中断数据帧的传输，如果该发射器或者该接收器不支持传输中断的话。
在本发明的另一个设计方案中提出，通信协议允许：将在发送列表中包含的数据帧的有效数据在传输该数据帧之前划分成子数据帧，并且依次传输该数据帧的这些子数据帧，其中该数据帧分配有中断优先级，该中断优先级低于在优先级集合中包含的最高中断优先级。在此设计方案中确定能否中断数据帧的传输，该确定如下实现：在发送该数据帧的一个子数据帧之前分别检查发送列表是否包含一个数据帧，该数据帧分配有该子数据帧的比该数据帧更高的中断优先级。在此，每个子数据帧优选地具有至少64字节的帧长度。
通过将数据帧分解(Fragmentierung)成子数据帧，此设计方案有利地实现了能相对简单地实施的中断数据帧的传输的实现方案，在其传输之前分别检查，是否能够传输更高中断优先级的数据帧。当通信网络设计成以太网网络时，帧长为至少64字节的子数据帧则是尤其有利的和优选的，因为通常以太网协议为一帧提供至少64字节的长度。
在本发明的另外的设计方案中提出，通信协议允许：当在数据帧的传输期间将一个分配有高于当前传输的数据帧的中断优先级的数据帧收入发送列表时，中断发送列表的数据帧的传输中断。在此优选地，规定最小剩余字节数，并且仅仅当数据帧的还没有传输的有效数据字节数超过规定的最小剩余字节数时，才中断发送列表中的数据帧的传输。此外优选地，在发送列表的数据帧的传输中断时，形成一个子数据帧并且将其收入发送列表，其中该子数据帧包含数据帧的还没传输的有效数据。
在本发明的这个设计方案中，与前述设计方案不同地，并不是与另外的、要由发射器发送的数据帧无关地将数据帧分解成子数据帧，而是仅仅在确实存在一个要由发射器发送的数据帧时，该数据帧才分配有高于当前传输的数据帧的中断优先级。这相对于前述的设计方案具有如下优点：仅在酌情将传输的数据帧碎片化，从而相对于前述设计方案平均地减少了数据帧的传输时间。然而，这要求对另外的、要由发射器发送的数据帧的输入持续监控，并且实施酌情地中断数据帧的传输。在数据帧的还没有传输的有效数据字节数超过规定的最小剩余字节数的情况下，对中断数据帧的传输的限制有利地阻止了不必要的耗费，该耗费用于中断传输已经几乎完全传输的数据帧。
在本发明另一个设计方案中提出，给数据帧分配低于在优先级集合中包含的最高中断优先级的一个中断优先级，每个数据帧的元数据包含分配给数据帧的中断优先级以及表征数据帧的帧号。如果将数据帧划分成子数据帧，数据帧的每个子数据帧优选地包含元数据，该元数据包含分配给数据帧的中断优先级、表征数据帧的帧号以及数据帧的还没有发送的有效数据字节数。
本发明的这些设计方案一方面允许数据帧的元数据提取其中断优先级。此外，它们允许通过不同的帧号将非最大中断优先级的数据帧相互区分开，以及通过相同的帧号表示属于同一类型的数据帧的子数据帧，从而接收器能够将它们组成数据帧。在子数据帧的元数据中的、数据帧的还没有发送的有效数据字节数的说明使得子数据帧的接收器能辨识：接收器是否或者什么时候接收到了一个数据帧的全部子数据帧进而完全接收到了该数据帧。
本发明的另外的设计方案提出，规定为子数据帧预留的组播地址，并且每个跟随第一子数据帧的子数据帧的元数据包含这些规定的组播地址作为目标地址。
本发明的设计方案使得接收器能识别：接收到的子数据帧是否是碎片化的数据帧的第一子数据帧。
在前述的本发明的两个设计方案中，划分为子数据帧的数据帧的接收器优选地借助于由其接收的子数据帧的元数据确定：接收器是否接收了数据帧的全部的子数据帧，该确定如下实现：接收器确定所有由其接收的子数据帧的有效数据字节的总数，并且与数据帧的有效数据字节的总数进行比较，其中由接收器接收的子数据帧的元数据包含同一个帧号。此外，在接收器接收到数据帧的全部子数据帧之后，接收器将由其接收的子数据帧合成一个数据帧，其中由接收器接收的子数据帧的元数据包含同一个帧号。
这个设计方案使得接收器能有利地使用在子数据帧的元数据中包含的信息，从而将子数据帧合成完整的数据帧。
优选地，在通信网络中使用根据本发明的方法，该通信网络设计为以太网网络。
根据本发明的方法的应用是尤其优选的，因为以太网网络尤其用于具有服务的应用，该应用要求以非常小的传输延迟和高使用性来传输数据帧，对其根据本发明的方法尤其适合。
附图说明
通过结合联系附图详细描述的实施例进行的说明，使得上面描述的本发明的性能、特征和优点以及其如何实现的类型和方式更为清楚和便于理解。在此示出：
图1是传输五个数据帧的时间曲线；
图2是快速帧的结构和发送；
图3是非快速帧的结构和发送，该非快速帧未划分为子数据帧；
图4是非快速帧的结构和发送，该非快速帧划分为三个子数据帧；
图5是非快速帧的先占标签的数据字段；
图6示出不中断地发送的非快速帧的接收，该非快速帧尚未划分为子数据帧；
图7示出非快速帧的接收，该非快速帧已划分为三个子数据帧；
图8示出第一中断变体方案的流程图；
图9示出第二中断变体方案的流程图。
相互对应的部分在所有附图中配置有相同的标号。
具体实施方式
附图1示例性地示出通过通信网络中的由发射器到接收器的点对点连接根据通信协议传输五个分别包含元数据和有效数据的数据帧的时间曲线。通信网络设计为以太网网络。相应地，通信协议是以太网协议并且数据帧是以太网帧。将重要性成对不同的至少三个中断优先级的规定的优先级集合的中断优先级分配给发射器的发送列表的每个数据帧。分配了优先级集合中包含的最高优先级的数据帧称为快速帧。所有其他数据帧称为非快速帧。
如果在传输期间分配有高于当前传输的非快速帧的中断优先级的数据帧被收入发送列表，倘若非快速帧的还没传输的有效数据字节数超过最小剩余字节数、例如规定为44字节，就根据通信协议中断发送列表中的非快速帧的传输。
对此第一中断变体方案提出，将每个在发送列表中包含的非快速帧的有效数据在传输非快速数据帧之前划分成子数据帧，这些子数据帧被依次传输，其中该非快速数据帧包含多于规定的最小剩余字节数的有效数据，例如多余88字节。在发送非快速帧的子数据帧之前分别检查：发送列表是否包含一个数据帧，该数据帧分配有这个子数据帧的、高于非快速帧的中断优先级。如果发送列表应包含如此的数据帧，则暂缓子数据帧的传输进而开始传输这个数据帧(对此参见附图8)。
第二中断变体方案对此可替换地提出，发送列表中的非快速帧没有在其传输前已经划分成子数据帧，而是仅仅在以下情况时才如此：如果在非快速帧的传输期间将分配有高于当前传输的非快速帧的中断优先级的数据帧收入发送列表，倘若非快速帧的还没有传输的有效字节数超过最小剩余字节数。在这种情况下，中断非快速帧的传输，形成包含非快速帧的还没有传输的有效数据的子数据帧，并且将其收入发送列表，并且开始传输具有更高中断优先级的数据帧。
相反地，一直不中断地传输快速帧。
在附图1中，EF_1和EF_2表示第一快速帧和第二快速帧，NEF2Frag_1、NEF2Frag_2和NEF2Frag_3表示第一非快速帧的三个不同的子数据帧，该第一非快速帧分配有在优先级集合中包含的第三高的中断优先级，NEF1Frag_1、NEF1Frag_2和NEF1Frag_3表示第二非快速帧的三个不同的子数据帧，该第二非快速帧分配有在优先级集合中包含的第二高的中断优先级，并且NEF1表示第三非快速帧，该第三非快速帧同样被分配有在优先级集合中包含的第二高的中断优先级。
首先，传输第一非快速帧的第一子数据帧NEF2Frag_1。为了传输第二非快速帧，中断第一非快速帧的传输。在此随后，传输第二非快速帧的第一子数据帧NEF Frag_1。随后为了传输第一快速帧EF1，中断第二非快速帧的传输。在传输第一快速帧之后，由此中断的第二非快速帧的传输通过传输第二非快速帧的第二子数据帧NEF1Frag_2得以继续。此后为了传输第二快速帧EF_2，再一次中断第二非快速帧的传输。在传输第二快速帧EF_2之后，由此中断的第二非快速帧的传输通过传输第二非快速帧的第三个并且是最后的子数据帧NEF1Frag_3得以继续。随后，通过传输第一非快速帧的第二子数据帧NEF2Frag_2，继续传输被中断的第一非快速帧。此后为了传输第三非快速帧NEF1，再次中断第一非快速帧的传输。并不将第三非快速帧NEF1划分成子数据帧并且不中断地传输，例如因为在应用第一中断变体方案的情况下，其并不包含多于规定的最小剩余字节数的有效数据字节，或者因为在应用第二中断变体方案的情况下，在传输第三非快速帧NEF1期间没有快速帧被收入发送列表。在传输第三非快速帧之后NEF1，继续第一非快速帧的传输并且通过传输第一非快速帧的第三个并且是最后的子数据帧NEF2Frag_3来结束传输。
通信协议与已知的以太网协议有如下区别，即通信协议允许数据帧传输的多层级的先占。多层级的先占理解为上面描述的中断非快速帧的传输，该中断是以传输快速帧或者非快速帧为目的，该非快速帧分配有高于当前传输的非快速帧的中断优先级。在附图1中假设，点对点连接的发射器和接收器都支持这种多级先占。要在数据帧传输前，例如借助于协商协议、如链路层发现协议(LLDP)在发射器和接收器之间搞清楚：点对点连接的发射器和接收器对多级先占是否支持、或者支持到何种程度。如果因此本该表明，发射器或者接收器不支持多级先占，那么无多级先占地将数据帧从发射器传输到接收器。在发射器和发接收器都支持多级先占这种情况下，在传输数据帧之前发射器和接收器搞清楚：多少不同的中断优先级提供用于多级先占，并且在多级先占的情况下非快速帧最多划分成多少子数据帧。
附图2至4示意性地示出数据帧的结构和数据帧的发送。在此，附图2示出快速帧EF的结构和发送，附图3示出没有划分成子数据帧的非快速帧NEF1的结构和发送，并且图4示出划分成三个子数据帧的非快速帧NEF2的结构和发送。
根据图2快速帧EF具有用于元数据的Header(帧头)，其置于包含在快速帧EF中的有效数据P之前。在Header中包含的元数据包括：接收器地址DA，该地址是接收器的MAC地址(＝Media-Access-Control-Adresse)；发射器地址SA，该地址是发射器的MAC地址；可选的VLAN-Tag(虚拟局域网标签型)VLAN和用于标明为了解释有效数据P所需要的协议的以太类型条目EtherType。为了识别传输错误，快速帧EF被在发射器的发射端口处的发射模块1补充了校验和FCS，并且发送到接收器的接收端口，该发射端口与接收器的接收端口连接。校验和FCS例如以已知的方式由快速帧EF的元数据和有效数据P形成作为CRC校验和(CRC＝Cyclic Redundany Check循环冗余检验)并且作为发送的快速帧EF的Trailer(拖尾)插入有效数据P之后。
图3示出非快速帧NEF1的结构和发送，该非快速帧没有划分为子数据帧并且其发送没有被中断。如图2中示出的快速帧EF，非快速帧NEF1具有用于元数据的Header，其包括：接收器地址DA、发射器地址SA、可选的VLAN-Tag VLAN和以太类型条目EtherType。为了将非快速帧NEF1与快速帧EF区分开并且描述非快速帧的多级先占特性，其Header具有被先占模块3加入其中的元数据，该元数据包括以太类型补充条目IET_EtherType和先占标签IET_Tag。以太类型补充条目IET_EtherType将非快速帧NEF1与快速帧EF区分开。先占标签IET_Tag包含用于多级先占的相关信息，在下面借助于图5对其进行仔细描述。在加入以太类型补充条目IET_EtherType和先占标签IET_Tag后，为了识别传输错误，非快速帧NEF1如快速帧EF一样被在发射器的发射端口处的发射模块1补充了校验和FCS，并且发送到接收器的接收端口，该发射端口与接收器的接收端口连接。
图4示出非快速帧NEF2的结构和发送，非快速帧的有效数据P在其从发射器传输到接收器之前根据上面说明的第一中断变体方案划分成3个子数据帧Frag1、Frag2、Frag3。如图2中所示出的快速帧EF，非快速帧NEF2具有用于元数据的Header，其头包括接收器地址DA、发射器地址SA、可选的加VLAN-Tag VLAN和以太类型条目EtherType。由先占模块3从快速帧NEF2中形成3个子数据帧Frag1、Frag2、Frag3。第一子数据帧包含非快速帧NEF2的有效数据P的第一有效数据部分P1，并且具有Header，其如图3中所示出的非快速帧NEF1的Header一样包括作为元数据的接收器地址DA、发射器地址SA、可选的VLAN-Tag VLAN和以太类型条目EtherType以及以太类型补充条目IET_EtherType和先占标签IET_Tag。两个另外的子数据帧Frag2、Frag3分别包含快速帧NEF2的有效数据P的各一个另外的有效数据部分P2、P3，并且分别具有Header，其包含作为元数据的为子数据帧预留的组播地址DA_Peer、对于发射器的相应发射端口特别的MAC端口地址SA_IF以及以太类型补充条目IET_EtherType和先占标签IET_Tag。为了识别传输错误，由在发射端口处的发射模块1给通过先占模块3形成的子数据帧Frag1、Frag2、Frag3中的每个补充校验和FCS，并且将这些子数据帧发送到接收器的接收端口。
图5示例性地示出非快速帧NEF1、NEF2的先占标签IET_Tag的划分成三个字节的数据字段，其中，占标签的IET_Tag的每个字节在图5中的一行中示出。
包括八比特的第一数据字段D1和包括三比特的第二数据字段D2包含非快速帧NEF1、NEF2的还未发送的有效数据字节数。该实施例的数据字节D1、D2的比特的总数十一匹配于通常设置用于以太网帧的有效数据字节的最大数1500。根据非快速帧NEF1、NEF2的在数据字节D1、D2中包含的还未发送的有效数据字节数和已经接收的有效数据字节数，接收器可以识别出其是否已经接收了非快速帧NEF1、NEF2的所有有效数据P。
包括三比特的第一数据字段D3包含指派给非快速帧NEF1，NEF2的帧号，借助帧号区分同一个发送列表中的不同非快速帧NEF1、NEF2。通过在图5中示出的先占标签IET_Tag，从而能够分配八个不同的帧号，并且因此能够将八个非快速帧NEF1、NEF2相互区分开。当将非快速帧NEF1、NEF2划分为多个字数据帧Frag1、Frag2、Frag3时(参见图4)，所有这些子数据帧Frag1、Frag2、Frag3获得同一个帧号，从而接收器能够识别属于同一个非快速帧NEF1、NEF2的子数据帧Frag1、Frag2、Frag3。
另外的、分别包括一比特的第四数据字段D4包含分配给非快速帧NEF1、NEF2的中断优先级。在此，对此所需的第四数据字段D4的数量取决于包含在优先级集合中的中断优先级的数量。在图5示出了十个第四数据字段D4。然而当优先级集合例如只包含三个不同的中断优先级时，为了标明非快速帧NEF1、NEF2的中断优先级，只需要一个第四数据字段D4，因为优先级集合只包含两个不同的中断优先级，这些中断优先级能够分配给一个非快速帧NEF1、NEF2(因为最高中断优先级正是相应地为快速帧EF预留的)。相反地例如，当优先级集合包含五个不同的中断优先级，为了标明非快速帧NEF1、NEF2的中断优先级，需要两个第四数据字段D4。类似情况适用于在优先级集合中包含的中断优先级的更高数量。
图6和图7分别示出在非快速帧NEF1、NEF2的接收器的接收端口接收非快速帧NEF1、NEF2。
图6示出了根据图3不中断地接收已发送的尚未划分成子数据帧的非快速帧NEF1。通过在接收器端口处的接收器模块5接收非快速帧NEF1。接收器模块5借助于校验和FCS检查：是否无错误地接收非快速帧NEF1。当此检查的结果是正面时，接收器模块5移除校验和FCS并且将非快速帧NEF1转送至碎片整理模块7。碎片整理模块7借助于在非快速帧NEF1的Header中的元数据识别出：非快速帧NEF1未划分成子数据帧并且被完全接收，并且将以太类型补充条目IET_EtherType和先占标签IET_Tag从Header中移除。
图7示出根据图4发送的非快速帧NEF2的接收，该非快速帧NEF2已经被划分成3个子数据帧Frag1、Frag2、Frag3。三个包含各一个校验和FCS的子数据帧Frag1、Frag2、Frag3依次由在接收器端口处的接收器模块5接收。接收器模块5对于每个子数据帧Frag1、Frag2、Frag3借助于他们的校验和FCS检查：是否已经没有错误地接收了子数据帧Frag1、Frag2、Frag3。当此检查的结果是正面时，接收器模块5将相应的校验和FCS移除并且将相应的子数据帧Frag1、Frag2、Frag3转送至碎片整理模块7。碎片整理模块7借助于在子数据帧Frag1、Frag2、Frag3的Header中的元数据识别出：非快速帧NEF2划分为子数据帧Frag1、Frag2、Frag3，并且什么时候已经完全地接收了所有三个子数据帧Frag1、Frag2、Frag3。在完全接收所有三个子数据帧Frag1、Frag2、Frag3之后，碎片整理模块7将子数据帧Frag1、Frag2、Frag3再次组合成最原始的非快速帧NEF2，其中，碎片整理模块将以太类型补充条目IET_EtherType和先占标签IET_Tag从Header中移除。
根据图2至4、6和7，发射模块1仅仅给由其发射的数据帧添加各一个校验和FCS，并且接收器模块5仅仅分别将校验和FCS从由其接收的数据帧中移除，其中，对于快速帧、没有划分成子数据帧的非快速帧和非快速帧的子数据帧，分别以相同的方式执行校验和FCS的添加和移除。因此，与常规的没有多级先占的以太网协议的应用相比，对于快速帧、非快速帧和子数据帧的处理不需要专门的或者附加的发射器模块1或者接收器模块5。
以太类型补充条目IET_EtherType和先占标签IET_Tag仅仅用于实现具有多级先占的传输中断，并且在接收非快速帧之后被再次移除，从而使这些帧在其接收之后能够以其原始形式由OSI模型(＝Open SystemsInterconnection model开放式系统互联参考模型)的更高层来处理。
图8示出上面已经提到的用于发送列表的第一中断变体方式的流程图，该发送列表用于以下情况，优先级集合包含五个不同的中断优先级。在下面，这些中断优先级中的最高的标记为中断优先级0，第二高的标记为中断优先级1，第三高的标记为中断优先级2，第四高的标记为中断优先级3以及第五高的标记为中断优先级4。因此每个快速帧分配有中断优先级0，而每个非快速帧分配有中断优先级1至4。在图8中示出的流程图包含在下面描述的方法步骤S1至S9.4。
S1：从发送列表中提取数据帧，该数据帧以下被称为“被研究的数据帧”并且在所有在发送列表中当前包含的且没有处理的数据帧当中具有最高的中断优先级。
S2：检查被研究的数据帧是否是非快速帧，例如通过检查其是否具有以太类型补充条目IET_EtherType。当不是该情况时，被研究的数据帧是快速帧并且执行S3；否则，被研究的数据帧是非快速帧并且执行S4。
S3：发送在此情况下是快速帧的被研究的数据帧(参见图2和其描述)。随后再次执行S1。
S4：例如借助于LLDP(链路层发现协议)检查：是否发射器和接收器都支持多级先占。当不是该情况时，执行S5；否则执行S6.1。
S5：不中断地发送在这此情况下是非快速帧的被研究的数据帧(参见图3和其描述)。随后再次执行S1。
S6.X，其中X＝1、2、3、4：检查发送列表是否包含具有中断优先级X的仍要发送的子数据帧Frag2、Frag3。当是该情况时，执行S7.X；否则执行S8.X。
S7.X，其中X＝1、2、3、4：发送在S6.X中确定的具有中断优先级X的仍要发送的子数据帧Frag2、Frag3。随后执行S1。
S8.X，其中X＝1、2、3、4：检查发送列表是否包含具有中断优先级X的非快速帧。当不是该情况时，在方法步骤S6.X+1的X＝1、2、3的情况下以及在X＝4的情况下，执行方法步骤S1；否则执行S9.X。
S9.X，其中X＝1、2、3、4：在S8.X中确定的具有中断优先级X的非快速帧如上述在一定条件下、即当这些非快速帧包含的有效数据字节多于规定的最小字节数时，被划分成子数据帧Frag1、Frag2、Frag3。当非快速帧划分成子数据帧Frag1、Frag2、Frag3时，发送第一子数据帧Frag1(参见图4和其描述)，并且将另外的子数据帧Frag2、Frag3收入发送列表。否则，也就是说当非快速帧没有划分成子数据帧时，不中断地发送非快速帧(参见图3和其描述)。随后执行S1。
图9示出上面已经提到的用于发送列表的第二中断变体方案的流程图，该发送列表用于如下的情况，即优先级集合包含五个不同的中断优先级。如在对图8的描述中一样的，这些中断优先级中的最高的标记为中断优先级0，第二高的标记为中断优先级1，第三高的标记为中断优先级2，第四高的标记为中断优先级3以及第五高的标记为中断优先级4。因此每个快速帧分配有中断优先级0，而每个非快速帧分配有中断优先级1至4。在图9中示出的流程图包含在下面描述的方法步骤S1和S10至S20。
S1：从发送列表中提取数据帧，该数据帧以下称为“被研究的数据帧”并且在所有发送列表中当前包含的并且没有处理的数据帧当中具有最高的中断优先级。
S10：例如借助于LLDP(链路层发现协议)检查：是否发射器和接收器都支持多级先占。当不是该情况时，执行S11；否则执行S12。
S11：发送被研究的数据帧。随后执行S1。
S12：检查被研究的数据帧是否是非快速帧，例如通过检查其是否具有以太类型补充条目IET_EtherType。当不是该情况时，被研究的数据帧是快速帧并且执行S13；否则被研究的数据帧是非快速帧并且执行S16.1。
S13:检查当前是否在传输非快速帧。当不是该情况时，执行S14；否则执行S15。
S14：完全地传输在此情况下是快速帧的被研究的数据帧。随后执行S1。
S15：在当前被发送的非快速帧的仍未传输的有效数据字节数超过最小剩余字节数时，中断当前被发送的非快速帧的传输，并且形成包含非快速帧仍未传输的有效数据的子数据帧，并且将其收入发送列表。否则，结束当前被发送的非快速帧的传输。无论如何随后执行S14。
S16.X，其中X＝1、2、3、4：检查是否刚好发送具有中断优先级X的非快速帧。当是该情况时，执行S1；否则在方法步骤S17.X的X＝1、2、3的情况下和在X＝4的情况下执行方法步骤S19。
S17.X，其中X＝1、2、3：检查被研究的数据帧是否具有中断优先级X。当不是该情况时，执行S16.X+1；否则执行S18。
S18：检查当前是否发送非快速帧。当不是该情况时，执行S19；否则执行S20。
S19：由此开始传输被研究的数据帧。随后执行S1。
S20：在当前被发送的非快速帧的仍未传输的有效数据字节数超过最小剩余字节数时，中断当前被发送的非快速帧的传输，并且形成包含非快速帧的仍未传输的有效数据的子数据帧，并且将其收入发送列表。否则，结束当前被发送的非快速帧的传输。无论如何随后执行S19。
虽然通过优选的实施例详细地具体地举例说明和描述了本发明，但是本发明不受公开的例子的限制并且其他的变体方案能够不脱离本发明的保护范围地由本领域人员推导出来。
参考标号表
1 发射模块
3 先占模块
5 接收器模块
7 碎片整理模块
D1至D4 数据字段
DA 接收器地址
DA_Peer 组播地址
EF、EF_1、EF_2 快速帧
EtherType 以太类型条目
FCS 校验和
Frag1、Frag2、Frag3 子数据帧
IET_EtherType 以太类型补充条目
IET_Tag 先占标签
NEF1、NEF2 非快速帧
NEF1Frag_1、NEF1Frag_2、NEF1Frag_3 子数据帧
NEF2Frag_1、NEF2Frag_2、NEF2Frag_3 子数据帧
P 有效数据
P1、P2、P3 有效数据部分
S1至S20 方法步骤
SA 发射器地址
SA_IF MAC端口地址
VLAN VLAN-Tag。

Claims (19)

1.一种用于在通信网络中传输数据的方法，其中，
-通过在各一个发射器和一个接收器之间的点对点连接根据通信协议传输包含元数据和有效数据(P)的数据帧(EF、EF_1、EF_2、NEF1、NEF2)，
-对于每个点对点连接，管理要从所述发射器传输到所述接收器的数据帧(EF、EF_1、EF_2、NEF1、NEF2)的发送列表，
-规定重要性成对地不同的至少三个中断优先级的优先级集合，
-并且所述通信协议允许：给发送列表中的每个数据帧(EF、EF_1、EF_2、NEF1、NEF2)分配一中断优先级，并且中断所述发送列表的数据帧(NEF1，NEF2)的当前传输，从而传输在所述发送列表中包含的、分配有高于当前传输的数据帧(NEF1、NEF2)的中断优先权的数据帧(EF、EF_1、EF_2、NEF1、NEF2)，其中规定最小剩余字节数，并且仅仅当所述数据帧(NEF1、NEF2)的还没有传输的有效数据字节数超过规定的所述最小剩余字节数时，才中断发送列表的所述数据帧(NEF1、NEF2)的传输。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在点对点连接的发射器与接收器之间协商：提供多少个不同的中断优先级用于所述点对点连接的所述发送列表。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述通信协议允许：
-将在发送列表中包含的、分配有低于在所述优先级合集中包含的最高中断优先级的一个中断优先级的数据帧(NEF1，NEF2)的所述有效数据(P)在传输所述数据帧之前划分成子数据帧(Frag1、Frag2、Frag3、NEF1 Frag_1、NEF1 Frag_2、NEF1 Frag_3、NEF2 Frag_1、NEF2 Frag_2、NEF2 Frag_3)，
-依次传输所述数据帧(NEF1，NEF2)的所述子数据帧(Frag1、Frag2、Frag3、NEF1 Frag_1、NEF1 Frag_2、NEF1 Frag_3、NEF2 Frag_1、NEF2 Frag_2、NEF2 Frag_3)，
-并且确定是否中断所述数据帧(NEF1、NEF2)的所述传输，所述确定如下实现：在发送所述数据帧(NEF1、NEF2)的子数据帧(Frag1、Frag2、Frag3、NEF1 Frag_1、NEF1 Frag_2、NEF1 Frag_3、NEF2 Frag_1、NEF2 Frag_2、NEF2 Frag_3)之前分别检查所述发送列表是否包含如下一个数据帧(EF、EF_1、EF_2、NEF1、NEF2)，该数据帧分配有所述子数据帧(Frag1、Frag2、Frag3、NEF1 Frag_1、NEF1 Frag_2、NEF1 Frag_3、NEF2 Frag_1、NEF2 Frag_2、NEF2Frag_3)的、比所述数据帧(NEF1、NEF2)更高的中断优先级。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，每个子数据帧(Frag1、Frag2、Frag3、NEF1Frag_1、NEF1 Frag_2、NEF1 Frag_3、NEF2 Frag_1、NEF2 Frag_2、NEF2 Frag_3)具有最少64字节的帧长度。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述通信协议允许：当在数据帧(NEF1、NEF2)的所述传输期间将分配有高于当前传输的所述数据帧(NEF1、NEF2)的中断优先级的数据帧(EF、EF_1、EF_2、NEF1、NEF2)收入所述发送列表时，中断发送列表的所述数据帧(NEF1、NEF2)的所述传输。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述通信协议允许：当在数据帧(NEF1、NEF2)的所述传输期间将分配有高于当前传输的所述数据帧(NEF1、NEF2)的中断优先级的数据帧(EF、EF_1、EF_2、NEF1、NEF2)收入所述发送列表时，中断发送列表的所述数据帧(NEF1、NEF2)的所述传输。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在中断发送列表的数据帧(NEF1、NEF2)的传输时，形成子数据帧(Frag1、Frag2、Frag3、NEF1 Frag_1、NEF1 Frag_2、NEF1 Frag_3、NEF2 Frag_1、NEF2 Frag_2、NEF2 Frag_3)并且将所述子数据帧收入所述发送列表，所述子数据帧包含所述数据帧(NEF1、NEF2)的还没传输的有效数据(P)。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在中断发送列表的数据帧(NEF1、NEF2)的传输时，形成子数据帧(Frag1、Frag2、Frag3、NEF1 Frag_1、NEF1 Frag_2、NEF1 Frag_3、NEF2 Frag_1、NEF2 Frag_2、NEF2 Frag_3)并且将所述子数据帧收入所述发送列表，所述子数据帧包含所述数据帧(NEF1、NEF2)的还没传输的有效数据(P)。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，给数据帧(NEF1、NEF2)分配低于在优先级集合中包含的所述最高中断优先级的中断优先级，每个数据帧(NEF1、NEF2)的所述元数据包含分配给所述数据帧(NEF1、NEF2)的所述中断优先级和表征所述数据帧(NEF1、NEF2)的帧号。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，给数据帧(NEF1、NEF2)分配低于在优先级集合中包含的所述最高中断优先级的中断优先级，每个数据帧(NEF1、NEF2)的所述元数据包含分配给所述数据帧(NEF1、NEF2)的所述中断优先级和表征所述数据帧(NEF1、NEF2)的帧号。
11.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，数据帧(NEF1、NEF2)的每个子数据帧(Frag1、Frag2、Frag3、NEF1 Frag_1、NEF1 Frag_2、NEF1 Frag_3、NEF2 Frag_1、NEF2 Frag_2、NEF2 Frag_3)包含元数据，所述元数据包含分配给所述数据帧(NEF1、NEF2)的中断优先级、表征所述数据帧(NEF1、NEF2)的帧号以及所述数据帧(NEF1、NEF2)的还有没发送的有效数据字节数。
12.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，数据帧(NEF1、NEF2)的每个子数据帧(Frag1、Frag2、Frag3、NEF1 Frag_1、NEF1 Frag_2、NEF1 Frag_3、NEF2 Frag_1、NEF2 Frag_2、NEF2 Frag_3)包含元数据，所述元数据包含分配给所述数据帧(NEF1、NEF2)的中断优先级、表征所述数据帧(NEF1、NEF2)的帧号以及所述数据帧(NEF1、NEF2)的还有没发送的有效数据字节数。
13.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，数据帧(NEF1、NEF2)的每个子数据帧(Frag1、Frag2、Frag3、NEF1 Frag_1、NEF1 Frag_2、NEF1 Frag_3、NEF2 Frag_1、NEF2 Frag_2、NEF2 Frag_3)包含元数据，所述元数据包含分配给所述数据帧(NEF1、NEF2)的中断优先级、表征所述数据帧(NEF1、NEF2)的帧号以及所述数据帧(NEF1、NEF2)的还有没发送的有效数据字节数。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，规定为子数据帧(Frag1、Frag2、Frag3、NEF1 Frag_1、NEF1 Frag_2、NEF1 Frag_3、NEF2 Frag_1、NEF2 Frag_2、NEF2 Frag_3)预留的组播地址(DA_Peer)，并且每个跟随第一子数据帧(Frag1、NEF1 Frag_1、NEF2 Frag_1)的子数据帧(Frag2、Frag3、NEF1 Frag_2、NEF1 Frag_3、NEF2 Frag_2、NEF2 Frag_3)的所述元数据包含规定的所述组播地址(DA_Peer)作为目标地址。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，规定为子数据帧(Frag1、Frag2、Frag3、NEF1 Frag_1、NEF1 Frag_2、NEF1 Frag_3、NEF2 Frag_1、NEF2 Frag_2、NEF2 Frag_3)预留的组播地址(DA_Peer)，并且每个跟随第一子数据帧(Frag1、NEF1 Frag_1、NEF2 Frag_1)的子数据帧(Frag2、Frag3、NEF1 Frag_2、NEF1 Frag_3、NEF2 Frag_2、NEF2 Frag_3)的所述元数据包含规定的所述组播地址(DA_Peer)作为目标地址。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，规定为子数据帧(Frag1、Frag2、Frag3、NEF1 Frag_1、NEF1 Frag_2、NEF1 Frag_3、NEF2 Frag_1、NEF2 Frag_2、NEF2 Frag_3)预留的组播地址(DA_Peer)，并且每个跟随第一子数据帧(Frag1、NEF1 Frag_1、NEF2 Frag_1)的子数据帧(Frag2、Frag3、NEF1 Frag_2、NEF1 Frag_3、NEF2 Frag_2、NEF2 Frag_3)的所述元数据包含规定的所述组播地址(DA_Peer)作为目标地址。
17.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，划分成子数据帧(Frag1、Frag2、Frag3、NEF1 Frag_1、NEF1 Frag_2、NEF1 Frag_3、NEF2 Frag_1、NEF2 Frag_2、NEF2 Frag_3)的数据帧(NEF1、NEF2)的接收器借助于由所述接收器接收的所述子数据帧(Frag1、Frag2、Frag3、NEF1 Frag_1、NEF1 Frag_2、NEF1 Frag_3、NEF2 Frag_1、NEF2 Frag_2、NEF2 Frag_3)的所述元数据确定：所述接收器是否接收了所述数据帧(NEF1、NEF2)的全部子数据帧(Frag1、Frag2、Frag3、NEF1 Frag_1、NEF1 Frag_2、NEF1 Frag_3、NEF2 Frag_1、NEF2 Frag_2、NEF2 Frag_3)，所述确定如下实现：所述接收器确定所有由所述接收器接收的子数据帧(Frag1、Frag2、Frag3、NEF1 Frag_1、NEF1 Frag_2、NEF1 Frag_3、NEF2 Frag_1、NEF2 Frag_2、NEF2 Frag_3)的有效数据字节的总数，并且与所述数据帧(NEF1、NEF2)的有效数据字节(P)的总数进行比较，其中由所述接收器接收的子数据帧的元数据包含同一个帧号；并且在所述接收器接收到数据帧(NEF1、NEF2)的所有子数据帧(Frag1、Frag2、Frag3、NEF1 Frag_1、NEF1 Frag_2、NEF1 Frag_3、NEF2 Frag_1、NEF2 Frag_2、NEF2 Frag_3)之后，所述接收器将由所述接收器接收的子数据帧(Frag1、Frag2、Frag3、NEF1 Frag_1、NEF1 Frag_2、NEF1Frag_3、NEF2 Frag_1、NEF2 Frag_2、NEF2 Frag_3)组合成数据帧(NEF1、NEF2)，其中由所述接收器接收的子数据帧的元数据包含同一个帧号。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，划分成子数据帧(Frag1、Frag2、Frag3、NEF1 Frag_1、NEF1 Frag_2、NEF1 Frag_3、NEF2 Frag_1、NEF2 Frag_2、NEF2 Frag_3)的数据帧(NEF1、NEF2)的接收器借助于由所述接收器接收的所述子数据帧(Frag1、Frag2、Frag3、NEF1 Frag_1、NEF1 Frag_2、NEF1 Frag_3、NEF2 Frag_1、NEF2 Frag_2、NEF2 Frag_3)的所述元数据确定：所述接收器是否接收了所述数据帧(NEF1、NEF2)的全部子数据帧(Frag1、Frag2、Frag3、NEF1 Frag_1、NEF1 Frag_2、NEF1 Frag_3、NEF2 Frag_1、NEF2 Frag_2、NEF2 Frag_3)，所述确定如下实现：所述接收器确定所有由所述接收器接收的子数据帧(Frag1、Frag2、Frag3、NEF1 Frag_1、NEF1 Frag_2、NEF1 Frag_3、NEF2 Frag_1、NEF2 Frag_2、NEF2 Frag_3)的有效数据字节的总数，并且与所述数据帧(NEF1、NEF2)的有效数据字节(P)的总数进行比较，其中由所述接收器接收的子数据帧的元数据包含同一个帧号；并且在所述接收器接收到数据帧(NEF1、NEF2)的所有子数据帧(Frag1、Frag2、Frag3、NEF1 Frag_1、NEF1 Frag_2、NEF1 Frag_3、NEF2 Frag_1、NEF2 Frag_2、NEF2
Frag_3)之后，所述接收器将由所述接收器接收的子数据帧(Frag1、Frag2、Frag3、NEF1Frag_1、NEF1 Frag_2、NEF1 Frag_3、NEF2 Frag_1、NEF2 Frag_2、NEF2 Frag_3)组合成数据帧(NEF1、NEF2)，其中由所述接收器接收的子数据帧的元数据包含同一个帧号。
19.一种根据权利要求1至18中任一项所述的方法在通信网络中的应用方法，所述通信网络设计成以太网网络。
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