CN111052688B - 同步数据包传输的方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种在网络(N)中同步数据包传输(P1，P2，P3)的方法，该方法包括和/或启动以下步骤：在周期性传输窗口(RT，BE)的阈值时间间隔(tt)之后，接收(S1)一个或多个数据包(P1，P2，P3)(例如从网络(N)的终端设备(T1，T2，T3))，其中阈值时间间隔(tt)被安排在所述周期性传输窗口(RT，BE)的开始；以及在传输窗口(RT，BE)的阈值时间间隔(tt)内，在后续传输窗口(RT，BE)中转发(S2)数据包(P1，P2，P3)(优选地紧接在接收到数据包(P1，P2，P3)的传输窗口之后)。

Description

同步数据包传输的方法

技术领域

本发明涉及一种方法、网桥以及工业通信网络。

背景技术

局域网(LAN)一般被部署用于在受限区域内的站之间提供网络连接。LAN通常使得连接的站能够传输被称为帧的数据包。通常，这种帧将包括标识接收站或目的地的地址。数据传输主要基于以太网或IEEE 802.3协议。为了扩大此类网络的范围，通常使用第2层交换机(桥)。除了第1层的功能(信号放大、转发)之外，桥还可以提取地址信息以过滤流量。

电气和电子工程师协会(IEEE)提出了定义第2层VLAN桥的操作的标准(IEEE802.1Q)，这些桥允许在桥接的LAN基础结构中进行虚拟LAN拓扑的定义、操作和管理。在IEEE 802.1Q概念中，采用生成树算法来提供数据的无环传输。由于应该使得LAN能够为不同类型的流量提供服务，因此需要通过区分流量的不同服务类别的方式来增强桥。定义流量类型或服务类别的一种合适方法是在帧头中提供标识符或标签，其管理各个桥的处理。

尽管服务类别引起基于优先级的数据帧处理，但不能保证服务质量保持在设定或固定范围内，因为高优先级流量的过载或链路故障可导致服务质量下降。因此，为了提供有保证的服务质量，不仅要对帧进行分类。因此，已经提出了在服务边缘点增加流量监管。数据阈值可用于对进入网络的流量进行限制。服务质量(QoS)关键取决于传输高优先级流量的带宽的可用性。因此，流量监管的效率取决于是否可以找到合适的机制来通过适当选择的流量监管参数来控制网络链路的负载。例如，在专利申请公开EP 1705839 A1中提出了跨以太网桥接网络提供灵活且可靠的带宽保证服务。

此外，从专利申请公开US 20150256356 A1中已知基于网络节点之间的同步通信的方法。在这种情况下，为规定的通信伙伴之间的数据交换定义了特定的时隙。这种时隙方法需要复杂的同步和特殊的硬件设备。

尤其是在数据包传输不同步的情况下，例如由于设备故障或由于网络站之间的数据速率容量较低，可能会违反流量类型要求，例如QoS或实时要求。

因此，本发明的目的是提供用于集成非同步的站并减轻非同步的数据包传输的有害影响的机制。

发明内容

根据第一方面，提出了在网络中同步数据包传输的方法。该方法可以包括和/或启动以下步骤：在周期性传输窗口的阈值时间间隔之后，例如从网络的终端设备，接收一个或多个数据包，其中阈值时间间隔被安排在所述周期性传输窗口的开始。该方法可以进一步包括和/或启动以下步骤：在传输窗口的阈值时间间隔内，优选地紧接在接收到数据包的传输窗口之后，在后续传输窗口中转发数据包。

根据第二方面，提出了网桥，优选地用于工业应用诸如自动化系统，该网桥可操作以执行第一方面的方法步骤。

根据第三方面，提出了包括根据第二方面的网桥的工业通信网络。

附图说明

基于以下附图更详细地描述本发明：

图1示出了具有第一网络拓扑的网络的示意图，

图2示出了具有第二网络拓扑的网络的示意图，

图3示出了其中所有站都被同步的网络的示意图，

图4示出了具有不同步的终端站的网络的示意图，

图5示出了用于数据包传输的时间表的第一实施例的示意图，

图6示出了用于数据包传输的时间表的第二实施例的示意图，

图7示出了用于数据包传输的时间表的第三实施例的示意图，

图8示出了网络中的数据传输的示意图，

图9示出了包括待于网络上传输的数据包的多个队列的示意图，

图10示出了网络上的数据传输的示意图，

图11示出了用于桥的门操作的调度表的示意图，

图12a和图12b示出了用于数据传输的带宽使用的调整的示意图，

图13a、图13b和图13c示出了通过网桥的吞吐量的示意图，

图14示出了另一个示例性网络的示意图，

图15示出了示例性网络中的调度数据传输的示意图，

图16示出了示例性网络中的调度数据传输的另一个示意图，

图17示出了根据第一实施例的示例性方法步骤，

图18示出了根据第二实施例的示例性方法步骤，

图19示出了根据第三实施例的示例性方法步骤，

图20示出了根据第四实施例的示例性方法步骤，

图21示出了根据第五实施例的示例性方法步骤，

图22示出了根据第六实施例的示例性方法步骤，

图23示出了根据第七实施例的示例性方法步骤，

图24示出了根据第八实施例的示例性方法步骤，

图25示出了根据第九实施例的示例性方法步骤，以及

图26示出了网桥的示例性结构。

具体实施方式

图1示出了具有线型拓扑的网络N，也就是说，网络站B1，B2，B3，B4连接成直线。网络的边缘站B1，B4也连接到网络N的终端设备T1，T2。网络站B1，B2，B3，B4经由可藉以实现数据包的传输和/或接收的传输线连接。网络站B1，……，B4可以经由传输线以同步的方式传输和/或接收数据包。网络N的该同步部分S被表示为S的线包围。在数据包的传输和/或接收方面，终端设备T1，T2不必与网络N的同步部分S同步。

图2示出了具有环形拓扑的网络N，即网络站B1，B2，B3，B4连接成圆。在这种情况下，网络N的边缘站B1，B3也连接到网络N的终端设备T1，T2。网络站B1，B2，B3，B4经由可藉以实现数据包的传输和/或接收的传输线连接。网络站B1，……，B4可以经由连接线以同步方式传输和/或接收数据包，网络N的该同步部分S被表示为S的线包围，而在数据包的传输和/或接收方面，终端站不必与网络N的同步部分S同步。

因此，通常可以存在包括同步网络部分S的网络N，在该同步网络部分S中，数据包的传输和接收以同步的方式发生，例如相对于参考时钟以固定的开始和结束时间点在预定义的时间间隔内发生，而网络N的其他部分(一个或多个站，诸如终端设备T1，T2)与该同步部分S不同步。如上所述，这种不同步的数据包传输的发生可以是由于传输线的数据速率容量不同，或者是由于使用了不具备同步数据包的传输和/或接收的能力的低成本设备。传输线可以是有线的，但是也可以包括无线传输线，例如可以经由无线电通信来传输和/或接收数据包。优选地，网络N中的传输和/或接收经由以太网和/或根据如上所述的IEEE 802.3协议进行。

现在转到图3，其示出了具有线型拓扑的另一个网络N。网络N中的所有站都经由相同类型的传输线C1彼此连接。也就是说，网络N的传输线C1是相同类型的，具体是在数据速率容量方面。因此，可以独立于相应传输路径来传输和/或接收相同数量的数据。因此，在数据速率容量方面不存在瓶颈。图3还包括具有多个端口的示例性桥B，其中端口中的每个连接到具有相同数据速率容量的传输线C1。

然而，在图4中，在网络N中存在不同类型的传输线C1，C2，C3，经由这些传输线C1，C2，C3在网络N中传输和/或接收数据包。例如，终端设备T1经由传输线C3连接到桥B1，其中与藉以将桥B1连接到桥B2的传输线C1相比，传输线C3可以具有更低的数据速率容量。可以存在其他类型的传输线，例如C2，其具有与传输线C3和C1的数据速率容量不同的数据速率容量。图4还包括具有多个端口的示例性桥B，然而，在这种情况下，桥B的不同端口分别连接到传输线C1，C2，C3，并且不同的传输线具有不同的数据速率容量。数据速率容量可以定义为经由传输线可达到的最大数据速率。

如结合图1和图2所述，如图3和图4所示的网络N可以是同步的，或者可以包括一个或多个同步部分，并且可以进一步包括与同步部分(s)不同步的一个或多个部分。图3和图4中的网络N的同步部分由符号参考时钟指示，并由圈线S包围。

一些应用，尤其在工业领域中，需要一种在以下两方面是高度可预测的数据包传送，即数据包传输和/或接收将要发生的时间，以及当一个或多个数据包从其源传送到其目的地将要经历的总延时和抖动。因此，在传输数据的工业应用中，工业(以太网)网络可以用于在一个或多个数据包中传输与该应用有关的信息，例如关键数据。在这种系统中，载有信息(诸如控制信息)的一个或多个数据包被按照重复的时间表发送。此类数据包的延迟传送可导致相关控制回路的不稳定、不准确或操作失败。另外，出现了将时间关键的流量与同一网络中其他类型流量混合的需求。单靠优先级不足以满足此类流量的需求；如果已经传输了低优先级数据包，则该传输可以在更高优先级的数据包或帧可以访问传输介质之前完成，从而导致高延时和/或延迟。在IEEE标准802.1Qbv-2015中，提出引入受保护的传输窗口，参见IEEE标准802.1Qbv-2015的图Q-1。这些窗口可以通过所谓的传输门的操作来创建，这些传输门经由端口(例如网桥的端口)来控制数据包的传输和/或接收。门可以打开或关闭，并且可以通过提供给定时间的门状态的列表来控制门操作。为了提供上述受保护的传输窗口，多个门的示例性操作在IEEE标准802.1Qbv-2015的图Q-2中示出。

转到图5，其示出了用于在(至少部分同步的)网络N中的数据包传输的示例性时间表。所示的时间表是周期性的，并且其自身在每个周期后重复一次。所示的时间表还包括两个传输窗口，由RT和BE指示。但是，可存在具有两个以上传输窗口的时间表。相应的传输窗口RT，BE可以专用于不同的流量类型，即专用于属于不同流量类型的数据包。在图5的示例中，表示为RT的第一传输窗口专用于实时流量的传输，而表示为BE的第二传输窗口专用于尽力而为流量。如图5所示，传输窗口彼此直接相邻。但是，可以在传输窗口之间提供一些(时间上的)避让。

可以根据网络属性的不同方面(诸如网络大小，例如数据包为从其源行进到其在网络中的目的地而必须执行的跳跃(hop)的数量，或者待经由网络传输的数据包量)来选择传输窗口RT，BE的长度。因此，可以根据在传输窗口期间待传输的最大数据量，和/或根据在待传输例如最大数据量的数据包时发生的最大延时，来选择RT传输窗口。进一步地，在确定传输窗口的长度，尤其是RT传输窗口的长度时，可以考虑抖动，即相对于参考时钟的相应偏差。

理想状态下，尤其是在终端网络设备T1，T2的情况下，应在传输窗口的开始处传输一个或多个数据包，以便允许一个或多个数据包P1，P2，P3在传输窗口RT，BE内通过网络N完成它们的行程。也就是说，一个或多个数据包的初始注入，例如，在时间ti，应在传输窗口的开始处发生。对于特定流量类型的数据包，选择相应的传输窗口。对于实时流量，选择实时流量传输窗口，和/或对于尽力而为流量，选择尽力而为流量传输窗口。现在，如果数据包要在网络中执行一定数量的跳跃，例如经由一个或多个网桥，则数据包的转发或中继不在相应的传输窗口的开始处发生，而是在传输窗口的开始后的某个时间点发生。如已经说明的那样，传输窗口被配置为使得数据包传输能够在相应的传输窗口内完成。

从图6可以看出，如果关闭了传输窗口(即控制数据包的接收和/或传输的相应门)，则相应的网络站(例如，网桥)将不会传输或转发数据包。该时间段在图6中由“关闭＝等待”指示。因此，数据包的传输被延迟，直到传输窗口或其相应的门被打开为止。然后，一个或多个数据包的传输可以以上述方式发生。该时间段在图6中由“打开＝转发”指示。当传输窗口再次关闭时，例如，因为另一个传输窗口打开，属于所述的传输窗口的流量类型的数据包被再次延迟。该时间段在图6中再次由“关闭＝等待”指示。在该时间段内，可以发生不同流量类型数据包的数据包传输。例如，每个流量类型和/或相应的数据包队列可以具有分配给它的门。在图6的示例性实施例中，可以在“关闭＝等待”时间段内传输尽力而为流量。

现在再次关于图7描述图6中所述的机制。在图7中的1)所指示的第一时间段期间，一个或多个数据包(例如，抵达(桥)和/或存储在一个或多个(数据包)队列中的一个或多个数据包)被延迟。然后，图7中的2)和3)指示的传输窗口打开，并且先前接收和/或存储在一个或多个队列中的数据包在时间ti被注入/传输。

另外，在传输窗口的开始处，提供了阈值时间间隔tt，由图7中的2)指示。阈值时间间隔tt可以对应于提到的抖动时间间隔。抖动时间间隔可以补偿网络站与参考时钟的不同偏差。这允许一个或多个数据包(例如，先前接收或存储在一个或多个(数据包)队列中的数据包)到达网络N中的目的地。

对于待转发的一个或多个数据包(由一个或多个其他网络站，诸如一个或多个网桥转发)，在时间段3)期间，由于在传输窗口中剩余的时间不足，因此在传输窗口的开始之后(即在阈值时间间隔tt之后)传输和/或接收的一个或多个数据包可能无法到达它们在网络N中的目的地。因此，在传输窗口的开始之后(即：在时间段3期间，或在阈值时间间隔tt之后)，尤其是从终端网络设备到达网络桥的数据包只能以更大的和/或未知的延迟来传输。在这种情况下，一个或多个数据包可能最终在另一网桥处停止，引起拥塞。因此，一个或多个数据包的传输通常可能失败。当包括时间段2)和3)的传输窗口再次关闭时，到达(网桥)的数据包可以仅在下一个传输窗口中转发，因此该数据包的传输再次被延迟，如图7中的1)所指示。

还提出了，在传输窗口的阈值时间间隔tt之后(但仍在所述传输窗口内到达)延迟一个或多个数据包的传输，尤其是从终端网络设备到达网桥的传输，并且在后续传输窗口(即用于流量类型与数据包到达所在的传输窗口的流量类型相同的一个或多个数据包的传输窗口)的阈值时间间隔tt内传输所述的一个或多个数据包。因此，可以实现一个或多个数据包的定义的延时。

在图7中，还示出了用于在时间段3)期间到达的一个或多个数据包的下一个传输窗口RT。该紧接着的传输窗口RT也包括阈值时间间隔tt。在该阈值时间间隔tt期间，传输由图7中的1)和3)所指示的在先前时间段期间到达的一个或多个数据包。

图8示出了来自终端网络设备T1的以及在非终端网络设备B2，B3之间的数据包传输的示意图。这两种传输均经由桥B1发生。当网桥B1连接到终端设备T1时，桥B1可以被称为网络N的边缘站或边缘桥或边缘设备。因此，桥B1可以管理从终端设备T1和/或从桥B2和B3到达的一个或多个数据包。对一个或多个数据包的管理可以通过一个或多个数据包队列来实现，通过该队列来存储数据包并且随后转发数据包。从图8可以看出，来自终端设备T1到达桥B1处的一个或多个数据包被转发到网络内的一个或多个桥，在这种情况下为桥B2和B3。因此，可能发生一个或多个数据包的多播传输(例如，经由桥B1的不同端口)。同时，数据包可以在网络N内，例如从桥B1传输到桥B2和B3，或者反之亦然。此外，网络N内的站之间的数据速率容量通常高于网络N的边缘设备(诸如桥B1)和终端设备(诸如终端设备T1)之间的数据速率容量。这通常可以是正常情况，并且也是希望如此的。例如，尤其是在工业应用中，终端设备T1可以是传感器或执行器，两者都可以是简单或低成本的设备。此外，这种终端设备T1可以是低功率设备。在这种情况下，终端设备可以不具备按照与网络内的设备可获得的数据速率相同的数据速率来传送数据的数据速率容量。这可以是由于终端网络设备T1的处理能力较低，或者是由于传输电缆或传输介质本身的容量较低。

在图9中，描绘了包括待在网络N上传输的数据包的多个队列Q1，Q2，Q3，Q4。队列Q1，Q2，Q3，Q4可以包括一个或多个数据包，例如，存储在网桥的内存中的数据包。每个数据包可以具有分配给它的顺序号，通过该顺序号，提供数据包在队列中的位置。队列Q1，Q2，Q3，Q4的一个或多个数据包的传输可以由相应的门1G，2G，3G，4G来控制。如上所述，每个队列可以具有它自己的门，通过该门来控制相应队列的一个或多个数据包的传输。如图9所示，队列Q1由门1G控制，并且队列Q2由门2G控制。提出了，提供主队列Q1和辅助队列Q2，用于传输一个或多个数据包(例如，具有实时要求的流量类型的数据包)。在主队列Q1中，存储常规数据包，而辅助或第二队列Q2专用于在阈值时间间隔tt到期之后接收(但是仍然在传输时间间隔内接收)的数据包。

这同样适用于另一种流量类型(例如，尽力而为流量)的一个或多个数据包的队列Q3和Q4。

图10示出了来自网络N上的不同数据队列Q1，Q2，Q3，Q4的一个或多个数据包的数据传输的示意图。来自主队列和辅助队列的一个或多个数据包可以在传输窗口(例如，RT传输窗口)内被传输。来自主队列Q1的一个或多个数据包可以在整个传输窗口的时间跨度期间被传输，即来自主队列的数据包的注入可以在传输窗口RT期间的任何时间发生，也就是在阈值时间间隔tt到期之后，如图10所示。这是由于在主队列中，可以存储从另一个非终端网络站或网络设备接收到的一个或多个数据包，并且这些数据包不应延迟(因为它们可能接近它们的目的地)。因此，从一个或多个非终端网络站或设备接收的一个或多个数据包可以在同一传输窗口内转发，即使这些数据包是在阈值时间间隔tt(到期)之后接收。

另一方面，仅在传输窗口(例如，传输窗口RT)的开始处传输来自辅助队列Q2的一个或多个数据包，优选在阈值时间间隔tt内。例如，由于网络内传输线的数据速率容量较高，主队列和辅助队列的数据包可以例如以不同的频带在网络上同时传输。但是，如果数据包的这种同时传输无法进行，则必须管理来自主队列Q1和辅助队列Q2的数据包传输。例如，可以向辅助队列Q2中的一个或多个数据包分配较高的优先级。因此，在阈值时间间隔tt期间(如果数据包被存储在辅助队列中的话)，可以仅传输来自辅助队列Q2的数据包。如果辅助数据包队列Q2为空，则可以在阈值时间间隔tt期间传输来自主队列Q1的数据包。为了确保在传输窗口的开始处传输来自辅助队列Q2的一个或多个数据包，提出了在涉及队列Q1，Q2的管理时，为来自辅助队列Q2的一个或多个数据包分配比主队列Q1的一个或多个数据包更高的优先级。

通过在传输窗口的开始处传输来自辅助队列Q2的一个或多个数据包，可以保证它们在适当的时间(即在传输窗口内)到达其目的地。

在来自主队列Q1和辅助队列Q2的一个或多个数据包的传输窗口期间，来自队列Q3和Q4的数据包的传输被延迟。仅当用于传输队列Q3和Q4的数据包的流量类型的传输窗口打开时，才可以传输来自那些队列的数据包。上面描述的时间表可以在多个连续周期中重复。

图11示出了用于具有多个门的桥的操作的调度表。这种列表可以是所谓的时间感知整形器(TAS)的一部分。该列表可由门驱动器来打开或关闭相应的门，这些门允许在介质上传输队列的一个或多个数据包。在列表中，“0”表示打开的门，而“C”表示关闭的门。网络站的打开和关闭应该在整个网络上同步，以便允许在相应传输窗口期间的数据传输。因此，例如在时间点T00，门1G和2G打开，使得可以传输来自队列Q1和Q2的一个或多个数据包，而在时间点T00，门3G和4G关闭。在后续时间点T01，门2G关闭并且仅门1G保持打开以进行数据包传输。在第三时间点T02，门1G也关闭，门3G和4G都打开，从而可以传输来自队列Q3和Q4的一个或多个数据包。T00与T01之间的时间跨度可以对应于提出的阈值时间间隔。在T00和T02之间的时间跨度可以对应于传输窗口，例如，用于具有实时要求的流量类型。在T02与调度周期的结束之间的时间跨度可以对应于用于另一种流量类型(例如，尽力而为流量)的传输窗口，如图9和10所示。门的操作可以根据传输调度的周期而重复。

现在转到图12a和图12b，其示出了用于数据传输的带宽使用的调整。终端网络设备(诸如传感器或执行器等)可以例如在第一操作模式期间传输第一数据量V1，并且可以例如在第二操作模式下传输大于第一数据量V1的第二数据量V2。在图12a和图12b的示例中，数据量加倍。可以通过数据包保留协议(诸如流保留协议)来相应地修改门控制列表，其中该协议为网络中的数据包传输保留带宽。因此，阈值时间间隔和/或传输窗口可以适于允许从终端网络设备传输更大的数据量。可以采用这样的保留协议，即该保留协议确保网络中的调度提供足够的、尚未用于来自网络中其他终端设备的数据包的带宽。因此，传输窗口(例如，用于实时流量的传输窗口)可以增加，例如只要用于另一个传输窗口(诸如尽力而为传输窗口)的最小带宽可用并且时间表的时间段不更改以支持网络中的更多实时流量。如图12a和图12b所示，传输窗口“200：oCCC”的时间长度是其先前配置“100：oCCC”的两倍，因此允许在传输窗口期间在网络内传输一个或多个数据包，在这种情况下，上述传输窗口为用于实时流量传输的RT传输窗口。

图13a、图13b和图13c示出了通过包括桥B1和桥B2的网络N的吞吐量的示意图。在没有辅助数据队列的同步网络中，其中所有数据传输以协调的方式进行，较低的传输数据速率(例如，图13a中T1与B1之间的100Mbit/s的传输线)可以显著降低数据包的可用带宽。这是因为可以需要更多时间将数据包从终端设备传送到边缘设备，例如，由于传输线数据速率容量较低。另外，来自(非同步的)终端设备的数据包可以在数据包的相应流量类型的专用传输窗口BE，RT之外被传输。由于网络中的数据速率容量更高，例如，桥B1与桥B2之间的1Gbit/s的传输线，从终端设备T1发送的某个数据量可以在网络上以较小的传输窗口传输。为了确保在RT周期的开始处传输RT帧，可以减小图13a所示的RT周期的大小，以防止在桥B1到B2处从终端设备T1意外传输RT帧3。在图13b中示出减少情况。这种减少导致更快的网络传输中更低的RT带宽可用量。

与此相反，如果边缘网桥B1使用辅助数据包队列，则如图13c所示，允许终端设备T1利用其全部带宽而不必考虑专用传输窗口。边缘设备B1可以充当终端设备T1的同步单元，并且可以收集(在辅助数据队列中)在传输窗口的阈值时间间隔tt之后到达的所有数据包，并且当转发例如在下一个紧接着的同一流量类型的传输窗口的阈值时间tt内从终端设备T1接收的数据包时，可以利用其更大的带宽。

图14示出了另一个示例性网络N，其中来自三个终端网络设备T1，T2，T3的数据包将数据包传输到另一终端网络设备L。终端设备L，在文献中也被称为端设备，也可以被表征为对从其他终端设备(例如，终端设备T1，T2，T3)出现的数据流(包括一个或多个数据包)的侦听器。在这种情况下，数据包传输在两个网桥B1和B2上进行，其中终端设备T1连接到桥B1，终端设备T2和T3连接到桥B2，并且其中桥B2连接到桥B1。最后，终端设备L也连接到桥B1，所有数据包都经由该桥B1被传输到终端设备L。

图15示出了示例性网络中的调度数据传输的示意图。在这种情况下，呈现的时间表对应于图14的示例性网络。终端网络设备T2和T3的数据包P2和P3分别在网桥B2处接收，并且在传输窗口开始时连续注入网络中。在稍后的时间点，在网桥B1处接收包P2，P3。在传输窗口的开始处，桥B1将从终端网络设备T1接收的(在传输窗口开始之前在桥B1处)数据包P1(例如，来自其辅助数据包队列中)注入到网络中。数据包P2和P3在数据包P1之后以连续的顺序传输。终端网络设备L然后在传输窗口内接收所有数据包P1，P2，P3。

图15还示出了相应网桥B1和B2的阈值时间间隔tt的不同配置。阈值时间间隔tt被调整以适应从终端设备接收的数据量，并且可以自动地调整(例如，通过保留协议的方式)。

图16示出了在示例性网络中调度数据传输的另一个示意图。在这种情况下，该网络与图16所示的网络相同，但是终端设备T3与桥B2之间的数据速率(容量)不同于桥B2与B1之间的数据速率(容量)。因此，与终端设备T3与桥B2之间的传输相比，在桥B2和桥B1之间的网络传输中减少了包p3的所需传输时间。如在图16中可见，数据包(例如，数据包P3)的传输，在桥2与桥B1之间的传输线上占用的带宽明显小于在终端设备T3与桥B2之间的传输线上占用的带宽。

图17至图25示出了例如由一个或多个网络站(诸如一个或多个网桥)实现的示例性方法步骤。在传输窗口的阈值时间间隔之后，例如从终端设备，接收一个或多个数据包的步骤S1之后，可以执行步骤S2，该步骤S2包括和/或启动：转发在后续传输窗口中接收到的一个或多个数据包，其中转发是在后续传输窗口的阈值时间间隔内执行的。

优选地，在接收一个或多个数据包的步骤S1与转发一个或多个数据包之间，执行将一个或多个数据包存储在辅助数据包队列中的步骤S3，随后是转发来自辅助数据包队列的一个或多个数据包的步骤S4。

在步骤S5中，可以例如在另一种流量类型的传输间隔期间，接收其他数据包。这些数据包也在步骤S6中被存储在辅助数据包队列中，并且在步骤S7中在后续传输窗口的阈值时间间隔内转发，该后续传输窗口优选地为用于所接收的数据包的相应流量类型的紧接着的传输窗口。

此外，在步骤S8中，桥可以从其他非终端设备接收数据包。所述的数据包可以在步骤S9中被存储在主数据包队列中，并且还可以在步骤S10中在与接收它们的传输窗口相同的传输窗口内被从主数据包队列转发。

在步骤S11中，可以管理存储在主数据包队列中和存储在辅助数据包队列中的数据包，以便符合相应数据包的流量要求。例如，可以将优先级分配给数据包，以便保证如上所述的适当处理。因此，在步骤S12中，可以根据数据包的优先级顺序来转发数据包。

在步骤S13中，可以接收第一流量类型的数据包，并且在步骤S14中，可以例如在相应的传输窗口中接收第二流量类型的数据包。

在步骤S15中，可以从不同步的网络设备(诸如终端网络设备)接收数据包，并且可以将所述的数据包转发到与接收一个或多个不同步的数据包的网桥同步的网络设备或网络站。

在步骤S17中，可以经由具有第一数据速率容量的传输线来接收一个或多个数据包，并且经由具有高于第一传输线的数据速率容量的第二数据速率容量的传输线来转发该一个或多个数据包。

在步骤S19中，可以例如在建立网络内一个或多个数据包的数据包传输之前，对阈值时间间隔进行调整。例如，所述的调整可以基于数据包量，例如，数据包携带的位数。

图26示出了网桥的示例性结构。桥可以具有一个或多个，即多端口，以用于从一个或多个其他网络站接收数据包和/或向一个或多个其他网络站传输(转发)数据包。在IEEE标准802.1Q-2014(2014年11月3日批准)的图8-1中描绘了桥的物理拓扑。

例如，从例如IEEE标准802.1Q-2014(2014年11月3日批准)的表I-1和表I-2已知各种流量类型，诸如尽力而为、后台、极大努力、关键应用、语音、视频、网络控制、网间控制。

应当理解，数据包可以是数据传输的任何单元，例如，数据包可以是在IEEE 802局域网(LAN)上的帧，其传送媒体访问控制(MAC)协议数据单元(MPDU)。

因此，桥可操作以中继和/或过滤诸如帧之类的数据包。此外，桥可具有其他功能，如维护执行过滤和中继所需的规则。

为了执行以上结合图1至图25所述的方法步骤，桥B可以包括一个或多个模块。例如，桥B可以包括用于接收一个或多个数据包的模块M1。桥上还可以包括用于转发一个或多个数据包的模块M2。桥还可包括用于存储接收到的一个或多个数据包的模块M3。桥B还可以包括用于管理主数据包队列和辅助数据包队列的模块M4。桥B还可以包括用于调整阈值时间间隔的模块M5。桥还可以包括用于执行以上提到的方法步骤中的任何一个，尤其是用于执行图17至图25所示的方法步骤的模块。所述的模块可以被存储在桥B的存储器中，并且可以由所述的桥B的处理器执行。

尤其是，工业自动化系统通常包括工业通信网络，其进而包括彼此链接的多个自动化设备，并且用作用于控制或调节工厂、机械或设备的生产或过程自动化的一部分。由于工业自动化系统的自动化装置中的时间关键条件，使用工业通信网络中用于自动化设备之间的通信的技术系统，主要是实时通信协议，诸如Profinet、Profibus或实时以太网。因此，如上所述，所述的一个或多个桥B可以形成工业通信网络，并且可以操作以用于工业应用中，尤其是自动化系统中。

Claims (15)

1.一种在网络(N)中同步数据包传输(P1，P2，P3)的方法，包括和/或启动以下步骤：

在周期性传输窗口(RT，BE)的时间间隔(tt)之后，从所述网络(N)的终端设备(T1，T2，T3)，接收(S1)一个或多个数据包(P1，P2，P3)，其中所述时间间隔(tt)被安排在所述周期性传输窗口(RT，BE)的开始，其中，所述终端设备相对于所述网络的一个或多个非终端设备的数据传输是不同步的，以及将所述数据包转发(S16)到所述网络(N)的所述非终端设备(B，B1，B2，B3)，所述非终端设备(B，B1，B2，B3)相对于所述网络(N)的其他非终端设备(B，B1，B2，B3)的数据传输是同步的，以及

在所述传输窗口(RT，BE)的所述时间间隔(tt)内，在后续传输窗口(RT，BE)中转发(S2)所述一个或多个数据包(P1，

P2，P3)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，紧接在接收到所述一个或多个数据包(P1，P2，P3)的所述传输窗口之后，在所述后续传输窗口(RT，BE)的所述时间间隔内，转发所述一个或多个数据包。

3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括以下步骤：

传输后续传输窗口的时间间隔(tt)内的所述一个或多个数据包，其中所述后续传输窗口是流量类型与所述一个或多个数据包到达所在的传输窗口的流量类型相同的传输窗口。

4.根据权利要求1或2所述的方法，包括以下步骤：

将在所述传输窗口(RT，BE)的所述时间间隔(tt)之后接收的至少一个数据包(P1，P2，P3)存储(S3)在辅助数据包队列(Q2)中，以及

在所述传输窗口(RT，BE)的所述时间间隔(tt)内，紧接在接收到所述数据包(P1，P2，P3)的所述传输窗口之后，在后续传输窗口(RT，BE)中转发(S4)来自所述辅助数据包队列(Q2)的数据包(P1，P2，P3)。

5.根据权利要求1所述的方法，包括以下步骤：

在所述周期性传输窗口(RT，BE)之外，从所述网络(N)的终端设备(T1，T2，T3)，接收(S5)至少一个其他数据包(P1，P2，P3)，以及

将在所述周期性传输窗口之外接收的所述其他数据包(P1，P2，P3)存储(S6)在辅助数据包队列(Q2)中，以及

在所述时间间隔(tt)内，在后续传输窗口(RT，BE)中转发(S7)来自所述辅助数据包队列(Q2)的所述其他数据包(P1，P2，

P3)。

6.根据权利要求4所述的方法，包括以下步骤：

在所述周期性传输窗口(RT，BE)内，从所述网络(N)的非终端设备(B，B1，B2，B3)，接收(S8)至少一个其他数据包(P1，P2，P3)，以及

将在所述周期性传输窗口(RT，BE)内接收的所述其他数据包(P1，P2，P3)存储(S9)在主数据包队列(Q1)中，以及

在与接收所在的传输窗口相同的传输窗口(RT，BE)中转发(S10)来自所述主数据包队列(Q1)的所述其他数据包(P1，P2，P3)。

7.根据权利要求6所述的方法，包括：

根据所述辅助数据包队列(Q2)具有更高优先级的严格优先级原则，通过时间感知整形器，来管理(S11)所述主数据包队列(Q1)和所述辅助数据包队列(Q2)，以便转发所述数据包(P1，P2，P3)和所述其他数据包(P1，P2，P3)。

8.根据权利要求6所述的方法，还包括：

在传输窗口(RT，BE)的所述时间间隔(tt)内，转发(S12)来自所述主数据包队列(Q1)或所述辅助数据包队列(Q2)的数据包。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述接收的步骤包括：

接收(S13)第一流量类型的数据包(P1，P2，P3)，其中第一传输窗口(RT，BE)专用于所述第一流量类型，并且所述第一流量类型具有实时要求。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述接收的步骤进一步包括：

接收(S14)第二流量类型的数据包，其中第二传输窗口(RT，BE)专用于所述第二流量类型，并且所述第二流量类型具有尽力而为要求，其中所述第二传输窗口(RT，BE)与所述第一传输窗口(RT，BE)相邻，并且所述第一传输窗口和所述第二传输窗口周期性地重复。

11.根据权利要求1或2所述的方法，包括：

经由具有第一数据速率容量的第一传输线(C1)，在终端网络设备与第一网桥之间，接收(S17)一个或多个数据包(P1，P2，P3)，以及

经由具有第二数据速率容量的第二传输线(C2)，在第一桥(B1)与第二桥(B2)之间，转发(S18)所述一个或多个数据包(P1，P2，P3)，

其中所述第一数据速率容量低于所述第二数据速率容量。

12.根据权利要求1或2所述的方法，包括：

在配置桥(B，B1，B2，B3)以将数据流从流源传输到流接收方时，基于预期的、待转发数据包量，来调整(S19)所述时间间隔(tt)。

13.一种用于工业应用的网桥(B，B1，B2，B3)，包括处理器，当所述处理器执行指令时使得执行根据前述权利要求中的任一项所述的方法的步骤。

14.一种包括根据权利要求13所述的网桥(B，B1，B2，B3)的工业通信网络(N)。

15.根据权利要求14所述的工业通信网络(N)，其中，所述网络(N)包括第一桥和第二桥(B1，B2)，

其中所述第一桥(B1)配置有第一时间间隔(tt)，并且所述第二桥配置有第二时间间隔(tt)，

其中所述第一时间间隔和所述第二时间间隔(tt)具有不同的长度。

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