CN113678409B - 用于数据通信的方法和存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在具有多个网络节点(1)的网络中进行数据通信的方法，其中，在通信伙伴(2)之间通过受保护的连接传输数据包(P1‑P3)，其中，数据包(P1‑P3)来自至少两个不同的发送的通信伙伴(2)、发送器，并且其中，至少两个发送器(2)的发送频率彼此不同，其中，发送器以该发送频率发送通过受保护的连接传输的数据包(P1‑P3)，其中，在寻找用于传输至少一个受保护连接的数据包(P1‑P3)的路径时，考虑发送频率和/或代表发送频率的变量。本发明还涉及一种计算机程序。

Description

用于数据通信的方法和存储介质
技术领域
本发明涉及一种在具有多个网络节点的工业网络中进行数据通信的方法，其中，通过受保护的连接在通信伙伴之间传输数据包，其中，数据包源自至少两个不同的发送通信伙伴、发送器，并且其中，至少两个发送器的发送频率彼此不同，其中，发送器以该发送频率分别发送通过受保护的连接传输的数据包，此外，本发明还涉及一种计算机程序。
背景技术
在工业自动化系统中，大量部件，例如一个或多个控制器、包括传感器或执行器的分布式输入输出(IO)设备或由他们构成的外围设备等，通过网络相互通信连接。在这种情况下，例如能够根据名称为过程现场网络(PFOFINET)的通信协议来处理通信。PROFINET是用于自动化的现场总线控制系统用户组织协会(PRQFIBUS-Nutzerorganisation e.V.)(PNO)的开放式工业以太网标准。
(多个)控制器、尤其是(多个)IO控制器和分布式IO设备之间的数据交换通常通过循环通信实现，其中，数据包被循环地，尤其是实时地传输。对于这样的通信，连续时间被分解为具有相同的持续时间的依次循环的时间段，从而使自然连续时间离散化。基于该分解产生的时间段在下文称为发送时钟或网络时钟(发送时钟(Send Clocks))或发送时钟时间或网络时钟时间(发送时钟时间(Send Clock Time))。发送时钟或发送时钟时间通常在配置的范畴中尤其由用户限定。
从DE 102005 036064 A1已知一种用于数据通信的方法，其中，通过受保护的连接在通信伙伴之间传输数据包。数据包源自不同的发送器，其中，至少两个发送器的发送频率彼此不同，发送器利用不同的发送频率发送分别通过受保护的连接传输的数据包。在确定用于传输数据包的路径时，考虑发送频率或受保护连接的代表发送频率的参数。
尤其对于不同发送器的数据包不以相同速率生成的情况下，能够配置缩率(Reduction Ratio)。缩率表示循环的IO消息交换的频率。特别是，缩率是(相应的)发送器用于发送数据包的发送时钟(Send Clocks)的整数倍。
缩率为1意味着在每个发送时钟中发送IO消息。例如，缩率为16意味着每16个发送时钟仅发送一次IO消息。例如，如果发送时钟确定为250微秒，但通信伙伴仅每毫秒生成新数据，则能够有利地选择缩率为4。
每个配置的IO设备都能够有自己的缩率，即自己的缩率RR。由确定的IO设备支持的缩率也有利地同样列在配置文件中。特别是，1与16.384之间的缩率是可行的。
通过缩率给出每个循环有多个发送时钟能够用于发送。以8的缩率为例，在维持一个循环的“每8个发送时钟”的缩率时，能够使用8个可行的时钟作为起点。这些通常被称为阶段并被编号。换句话说，每个发送时间或者每个发送时钟时间段代表一个阶段。对于缩率为8的实例，每个发送周期产生八个阶段。如果对这些进行编号，则获得相应的阶段1、阶段2、...、阶段8。
发送时钟/阶段的持续时间能够从发送时钟因子(发送时钟因子(Sendetaktfaktor))计算出来。该值通常能够在1与128之间，并限定发送时钟的时间间隔，以及因此限定时间计划中的一个阶段。发送时钟因子是在通常为31.25微秒(基本时间单位，尤其对于PROFINET时间计划)长的步数，其形成一个阶段或发送时钟。以下相应适用：PH＝SCF x 31.25微秒或SC＝SCF x 31.25微秒，其中，PH是阶段或SC是发送时钟(发送时钟(Send Clock))和SCF是发送时钟因子(发送时钟因子(Send Clock Factor))。由确定的IO设备支持的发送时钟因子以有利的方式列在配置文件中。PROFINET规范一般要求所有设备都支持32的发送时钟因子，这对应于1毫秒的发送时钟或发送时钟时间(32x31.25微秒＝1毫秒)。所有其他发送时钟因子都是可选的。
相应的控制器与IO设备之间使用的更新或发送循环的长度能够通过缩率RR、发送时钟因子SCF和31.25微秒的基本时间单位的乘积来获得，即SZ＝RR x SCF x 31.25微秒。通过使用最大缩率RRmax，能够获得每个发送通信伙伴至少发送一次的最大发送或更新循环。对于最大缩率为8和发送时钟因子为32的实例，通过所述发送器至少发送一次，产生8ms的(最大)发送循环。
例如，在Raimond Pigan所著的“Automating with PROFINET-IndustrialCommunication based on Industrial Ethernet”，第二版，2008，ISBN978-3-89578-294-7一书中，描述了自动化系统中相应的循环数据通信。追溯到申请人的EP2 759 896 A1中同样也公开了这些。
发送时钟(发送时钟(Send Clock))和缩率(缩率(Reduction Ratio))以及通过设备对数据包的及时馈送实际上是PROFINET调度模型的核心。
在IEEE中，周期或循环传输，即所谓的流，通过TSN(时间敏感网络(TimeSensitive Networking))工作组的扩展在网络中得到特别地保护。在此，TSN工作组(时间敏感网络工作组(Time Sensitive Networking Taskgroup))是AVB工作组(音频/视频桥工作组(Audio/Video Bridging Taskgroup))的后继组。TSN包括大量标准，在该上下文中纯示例性地提及时间同步(IEEE 802.1 AS-REV)、帧抢占(IEEE 802.1 Q-2018)和保留(IEEE802.1 Q-2018、IEEE 802.1 Qcc)。流预留协议(SRP，参见EEE 802.1 Q-2018)也是已知的，利用其能够动态预留传输资源，并且能够保证延迟时间。特别是，SRP的自动配置能够保证具有成功预留的流在特定的最大延迟内的安全传输。
在AVB或TSN的范畴中，发送器也称为说话者，并且接收器也称为收听者。
使用标准化的AVB或TSN机制需要对系统进行调整。尤其当扩展PROFINET到包括TSN时，会出现映射先前的网络使用模型的问题。
虽然及时的馈送和发送时钟包括在IEEE 802.1 Q模型中，但这不适用于缩率。因此，即使以更高的链接速度，例如从目前常见的100Mbit/s过渡到1Gbit/s或更高，现有的应用程序/用例无法映射到TSN。
根据ISO/IEC 10589:2002的“中间系统到中间系统协议”(中间系统到中间系统协议(IS-IS-Protocol))从现有技术中也是已知的。该协议是一个路由或内部网关协议(IGP)，通过其能够交换在“中间站(IS)”之间的路由信息，该中间站例如能够以网络节点(例如网桥)或网关的形式给出。在此，例如提出，中间站相应至少通过其直接邻居发送出信息，并且每个站基于从其他站接收的消息和关于其邻居的信息获得“关于拓扑的知识”。其例如能够构建具有拓扑信息，特别是路径信息的数据库或列表。利用IS-IS协议能够相应地以分散的方式检测给定的网络的拓扑。
然后，拓扑能够作为通过诸如迪杰斯特拉算法(Dijkstra)或GADAG(学习有向无环图的遗传算法)等其他算法形成树(树-IEEE表达式逻辑或活动拓扑)的基础。
例如，在树的基础上，借助“基于MRP的流预留”(MRP代表多重注册协议，参见IEEE协议)，尤其在MRP或更新的“LRP”方法(LRP代表对于链路本地注册协议，请参阅IEEE协议)的情况下的利用扩展建立路径。预留协议，例如RAP(资源分配协议)也能够通过扩展链接到树。
发明内容
本发明的一个目的是进一步开发开头提到的类型的方法，使得它能够用于在支持AVB/TSN的网络中实现更多，特别是已经存在的工业用例/应用。此外，本发明的一个目的是给出一种技术实现，利用该技术实现能够执行这种方法。
根据本发明的用于在具有多个网络节点的网络中进行数据通信的方法，数据包将通过受保护的连接在通信伙伴之间传输。网络尤其能够是工业自动化系统的网络。数据包来自至少两个不同的发送通信伙伴(以下称为发送器)。至少两个发送器的用于发送数据包的发送频率彼此不同，分别通过受保护的连接传输数据包。在确定用于传输至少一个受保护连接的数据包的路径时，考虑发送频率或代表发送频率的变量。此外，发送频率或代表发送频率的变量以缩率的形式给出，在路径查找时考虑缩率。
有利地以本身已知的方式寻找路径，沿着该路径，所参与的网络节点或其在传输方向上的端口满足关于待设置的受保护连接的要求，例如特别是最大等待时间或足够的带宽。
通过根据本发明考虑的发送频率，或者通过表示它们的变量，在寻找路径时，能够在网络中使用明显更多的可用路径和因此明显更多受保护的连接(例如TSN流)来工作，效率显着增加。因此，能够将更多今天已知的需求和应用映射到AVB或TSN。
受保护连接的实例是由音频/视频桥接(AVB)任务组确定的流，并且尤其由国际标准IEEE 802.1中的时间敏感网络(TSN)任务组确定的流。对于受保护的连接，以从现有技术先前已知的方式有利地在参与的网络节点处保留资源。受保护连接的特征尤其在于分配给它的明确的标识符，特别是流标识符，优选地以流身份标识号(ID)的形式。
对于受保护的连接，可能只能找到一条路径。当然，也能够搜索多于一条的路径，例如为了实现特别故障安全的冗余通信，例如通过两条冗余路径。
当为至少一个其他的受保护的连接、特别是仍待建立的至少一个寻找路径至少一个路径时，有利地考虑已经建立的并且尤其已经使用的受保护的连接的发送频率或代表发送频率的变量。在建立至少一个另外的受保护的连接的范畴中能够考虑这一点。
用于数据通信的时间优选地或被分解为具有相同持续时间、发送时钟的连续循环的时间段。
特别地，如从现有技术先前已知的，分别通过整数给出缩率，其给定每第几个发送时钟发送数据包。例如，缩率2、3、4或8意味着数据包不是在每个连续的发送时钟中发送，而是仅在每第二、第三、第四或第八个发送时钟中发送。缩率1意味着在每个发送时钟中发送一个数据包。
发送时钟特别优选地连续编号，其中，编号从1开始并且递增计数到最大号码，尤其对应于最大缩率的号码，并且尤其在下一个循环中，针对在源于前一个循环的具有最大号码的发送时钟后跟随的发送时钟分别再次以1开始。
有利地，每个循环中的连续编号从一开始，相应地增加到尤其是最大的缩率并且然后在下一个循环中再次从一开始，依此类推。例如，对于缩率为四，在一个循环中产生发送时钟1、发送时钟2、发送时钟3和发送时钟4，然后接着是发送时钟1，等等的下一个循环。如果计数或连续编号的发送时钟被称为阶段，则将获得阶段1、阶段2、阶段3、阶段4、阶段1等。
此外，在寻找路径中考虑其中循环地发送数据包的那些发送时钟，尤其那些阶段。如果发送时钟/阶段被编号，则优选地考虑数据包被循环地(在每个循环中)发送的那个发送时钟(那个阶段)的号码。例如，对于给定的缩率，例如缩率4，还能够附加地考虑在发送时钟或阶段3中进行发送。这意味着不是在每个发送时钟中发送数据包，而是每四个发送时钟发送，其中，相应地在循环的第三发送时钟/第三阶段(发送时钟/阶段3)中发送。传输的特征在于循环中的缩率和开始发送时钟或开始阶段数的事实从现有技术中，尤其结合PROFINET已知，并且已经被证明是有用的。需要注意的是，对于最大可行的发送频率，它对应于每个发送时钟中的数据包发送(对应于最小缩率1)，不必须或不能够给定开始发送时钟或开始阶段。尤其在其中循环发送各个受保护的连接的数据包的那些发送时钟，尤其是那些阶段因此有利地仅针对那些具有大于1的缩率的发送器来给定，即不是在每个发送时钟中发送。
发送频率或代表它们的变量的考虑优选地包括确定参与的网络节点的端口处产生的负载，并且在寻找路径中对其进行考虑。
在另一个特别优选的设计方案中，在路径查找时，至少那些参与受保护的连接的网络节点的端口的在不同的发送时钟和/或阶段时的负载被考虑。因此，尤其能够不考虑那些不在能够提供用于特定的缩率或阶段的路线或路径。优选地，在考虑到不同的连续的发送时钟、尤其是阶段中的端口的负载的情况下，为至少一个受保护的连接得出路径。有利地观察或考虑在发送方向上的端口。作为端口的负载的替代，还能够说端口的占用。
此外，基于现有的、已建立的、受保护的连接来有利地观察或得出和考虑负载/占用。
在发送时钟/阶段中，特定的部分通常能够用于受保护的连接，尤其是流。例如，每个发送时钟/阶段的20％可用于受保护的连接。例如，1毫秒长的发送时钟的前200微秒。在1Gbit/s时，这将对应大约25KB的数据。发送时钟/阶段的负载被理解为有多少预期/的可用于受保护的连接的比例被占用或使用。在提及的实例中，200微秒中有多少已经被受保护的连接占用。
为了能够在不同的发送时钟、特别是阶段中考虑负载/占用，有利地提供相应的信息，这例如能够通过所参与的网络节点本身来实现。该信息能够传输到一个中心位置，在中心位置处进行路径计算或路径查找。如果集中处理路径，则该信息始终可用。如果使用诸如IS-IS之类的方法，信息将通过那里限定的功能被分布到所有节点处。原则上，它因此在每个节点中再次可用。
另一个有利设计方案的特征在于，管理数据库，关于至少参与受保护的连接的所述网络节点的沿发送方向的端口处的负载的信息在不同的发送时钟和/或阶段中已存储和/或被存储在数据库中。相应的数据库能够例如至少由参与在网络中建立的受保护连接的那些网络节点管理，优选地由网络的所有网络节点管理。这实际代表了分散式/分布式模型或分散式/分布式解决方案。替代地或附加地，能够在中心位置处管理这样的数据库，这然后对应于中心模型或中心解决方案。两种变体方案都被证明是合适的，其中，分散式/分布式解决方案的优势在于能够省去中心位置，特别是相关的硬件。
被管理的数据库能够是IS-IS数据库，在该数据库中存储关于至少那些参与到受保护的连接的网络节点在发送方向上的端口处的在不同的发送时钟、尤其阶段中负载的附加信息。
可行的是，至少那些参与受保护的连接的网络节点通过发送相应内容的消息，使一个或多个其他网络节点知道它们在发送方向中的至少一个端口在不同的发送时钟和/或阶段时的负载。
例如，能够在协议的范畴中，尤其在IS-IS协议的范畴中交换具有关于端口在不同的发送时钟/阶段中的负载的信息的消息，这已被证明是特别合适的.
IS-IS协议尤其是“中间系统到中间系统协议”，优选地根据ISO/IEC10589：2002(E)。这是一个特别合适的协议，特别适用于创建和保持拓扑信息。
同样能够使用其他协议，例如路由协议。仅作为示例，也能够在本发明的范畴中使用的其他协议是OSPF(开放式最短路径优先)(对于OSPF，例如参见征求意见RFC2328，https://tools.ietf.org/html/rfc2328)。
如果分别对于不同的发送时钟、尤其是阶段计算或将计算树，则已经被证明是特别有利的。树然后进一步优选地不包括适用于至少一个参与网络节点在发送方向上的至少一个端口在属于该树的发送时钟、尤其是阶段中被利用到预设的程度加载或被完全加载的路径。例如，能够为发送时钟/阶段1、发送时钟/阶段2、发送时钟/阶段3等计算单独的树，该树不包括在其中由于在相应的发送时钟/相应的阶段中过高的负载而不再能够在该发送时钟/阶段中实现其他(受保护的)数据传输的路径。
每次端口由于负载而不能再用于阶段时，优选地更新相关树。那么当前的树总是可用的。
如果考虑发送时钟或阶段占用，尤其记录在数据库、例如IS-IS数据库中或与所有涉及的网络节点交换，则借助合适的算法(例如Dijkstra或GADAG)为每个缩率，甚至为每个阶段生成一个单独的树，并在树的基础上搜索和检查路径。
如果提供并考虑了该信息，则只要确定的缩率需要路径，那么路径算法就能够使用关联的树。
如果考虑发送频率，例如，尤其是例如IS-IS数据库被扩展以包括关于节点的端口在不同的发送时钟/阶段中的负载的信息，则还能够省去用于建立路径的其他协议。特别是，不需要其他协议(例如MRP或LRP/RAP)来建立路径。如果一个节点登录/注册自己的路径就足够了。之后，例如，IS-IS协议确保它包括在所有数据库或分布在几个节点上的数据库的所有部分/版本中，从而能够使用。
沿着(相应的)路径，能够将每个节点中的延迟相加。例如，如果所有信息都集成到一个IS-IS数据库中，则每个节点都能够完成整个测试。
能够引用从0开始的时间参考(工作时钟)。如果将时间参考/工作时钟的当前值除以发送时钟，则在余数(Reminder)＝0时得到发送时钟的开始时间。如果将其除以缩率，则当余数＝0时，将获得开始阶段1。“工作时钟”求余“发送时钟”产生阶段内的偏移。“工作时钟”整除“发送时钟”产生自“0”以来经过的阶段数。
余数(Reminder)：＝除法剩余的余数。如果该余数为“0”，则工作时钟正好显示阶段的开始，即阶段内的偏移为“0”。由于所有发送器有利地具有针对阶段布置/阶段标号的相同的理解，因此能够使用这样的方法来确保这一点。
本发明尤其通过被设计和设置用于执行根据本发明的方法的网络节点来实现。例如，也能够称为网络元件的网络节点能够以网桥或交换机的形式存在。在一个优选的设计方案中，网络节点具有两个或更多个端口。在一个优选的设计方案中，网络节点被设计和设置为，使得至少其那些通过其转发被设置为受保护的连接的数据包的端口获知关于由于被设置的受保护的连接的原因在不同发送时钟或阶段中的负载的信息。
网络有利地与以太网兼容，其尤其是基于以太网的网络。特别地，为了以保证服务质量(英语：Quality of Service,QoS)支持受保护的连接，例如流，网络或尤其至少参与的网络节点最好是具有AVB或TSN功能，尤其支持在参与的网络节点建立具有保留网络资源的受保护连接。
AVB和TSN是从现有技术中众所周知的。为了设置或建立受保护的连接，尤其是流，优选使用保留协议，例如尤其根据IEEE 802.1 Q的安全远程密码协议(SRP)消息会话中继协议(MSRP)的保留协议。优选地相应地设计或设置根据本发明的网络节点。
本发明的另一主题是一种计算机程序，其能够被加载到计算机的工作存储器中并且具有至少一个代码段，在该代码段的执行期间执行根据前述描述的方法。计算机程序优选地存储在计算机可读介质上。计算机可读介质能够是例如只读光盘(CD-ROM)或高密度数字视频光盘(DVD)或U盘(USB)或闪存。计算机可读介质不理解为仅值物理介质。相反，计算机可读介质能够是数据流或代表数据流的信号的形式。
附图说明
根据下面参考附图对根据本发明的实施方式的描述，详细地解释本发明的其他特征和优点。其中示出，
图1示出了发送循环、发送时钟和缩率的示意图；
图2示出了数据包循环传输的示意图；
图3示出了具有相关填充水平的发送时钟的实时和最好性能的区域；
图4示出了具有四个端口和一个数据库的节点；
图5示出了图1中的网络，其中，一个节点的端口在一个阶段中是满的。
具体实施方式
图1示出了具有多个网络节点1的基于工业以太网的网络的纯示意性的部分视图，这些网络节点在所示的实施例中以桥的形式给出。除了总共九个网络节点1之外，还能够看到5个终端设备形式的通信伙伴，其中，一个通信伙伴T想要循环地向另一个通信伙伴L发送数据包(也被称为数据帧)。通信伙伴T相应地代表发送器并且在此也被称为说话者。作为所发送数据的接收者的通信伙伴L在下文中被称为收听者。网络节点的端口3和通信伙伴2同样在图1中示意性地示出。
应当注意，仅部分示出的网络能够包括或包括多个另外的网络节点1，并且另外的通信伙伴2能够参与到或参与到网络。
在此处描述的实施例中，说话者T希望在一个或者对于未进一步示出的工业技术过程的控制应用的范畴中以保证的服务质量，尤其以保证的最大等待时间，实时向收听者L周期性地发送数据帧。因此，相应地需要在说话者T与听话者L之间建立一个TSN流。
为了安全的传输，在参与的网络节点1处保留网络资源，例如带宽或过滤器数据库条目或队列存储器，只要它们可用。例如在使用保留协议的情况下，流和相关的保留的设置在现有技术中是充分公知的，这里不再详细解释。仅作为示例，在此上下文中参考标准IEE802.1Q、IEE802.1AS、IEE802.1BA和IEE802.1CB。
图2示出了数据包(也称为数据帧)的循环传输的纯示意图，如其此外根据PROFINET IO设置的那样。具体而言，用于数据通信的时间被分解为相同持续时间的连续循环时间段，即所谓的发送时钟SC(英语：Send Clock)，从而使自然连续的时间离散化。发送时钟或发送时钟时间通常在配置的范畴中尤其由用户限定。
特别地，对于不同发送器的数据包不是以相同的速率生成的情况，能够配置或将配置缩率(缩率(Reduction Ratio)))。缩率表示循环的IO消息的交换的频率。特别地，它是(相应的)发送器用来发送数据包的发送时钟SC的整数倍。缩率RR为1意味着在每个发送时钟中发送IO消息。例如，8的缩率意味着每8个发送时钟只发送一次。
为了说明不同的缩率RR，图2中(仅示例性地)示出了源自三个不同的发送器的数据包P1、P2、P3，其分别通过受保护的连接，具体作为TSN流被传输或已经传输。
例如，能够由图1所示的说话者T发送数据包P1。例如，具有缩率的数据包P2和P3源自图1中所示的其他终端2并且相应地被或将被发送到其他终端2。当然，数据包P2、P3也能够源自在图1中不可见的其他设备或被传输到这些设备。
数据包P1和P3以缩率1被循环发送，并且数据包P2以缩率2被循环发送。能够看出，数据包P1和P3在每个发送时钟SC中相应地被发送，但是数据包P2仅在每两个发送时钟SC中被发送。
换言之，发送频率，即数据包P1、P2、P3以其进行发送的频率不同。具体地，数据包P1和P3以两倍于数据包P2的频率被发送。1和2的缩率是表示发送频率的大小。
每个配置的终端设备2(例如IO设备)能够具有自己的缩率，即它自己的缩率RR。由确定的IO设备支持的缩率也有利地列在配置文件中。其例如能够是1与16.384之间的缩率。
通过缩率，每个发送循环SCy(其中所有发送器单次生成和发送数据的循环)都会导致可用于发送的多个发送时钟SC。例如，对于2的缩率，在保持一个循环的“每第二个发送时钟”的缩率的情况下，两个可行的时钟SC能够被用作为起点。他们通常被描述和编号为阶段PH1、PH2。换言之，每个发送时钟时间或每个发送时钟循环代表一个阶段。对于缩率2的实例，每个发送循环SCy总共产生两个阶段PH1、PH2。如果将它们连续编号，则得到相应的阶段1和阶段2，如图2所示。从图2中能够看出，具有缩率2的数据包P2的起始阶段是阶段1，即PH1。替代于此的是，这也能够由阶段PH2给出，然后也许在该阶段中相应地发送所有三个数据包。
发送时钟/阶段的持续时间能够由发送时钟因子(发送时钟因子(Sendetaktfaktor))计算出来。该值通常能够在1与128之间，并且限定发送时钟的时间间隔，从而限定时间计划中的阶段。发送时钟因子是在通常为31.25微秒(基本时间单位，尤其对于PROFINET时间计划)长步数，其形成一个阶段或发送时钟。这相应地适用于：PH＝SCF x31.25微秒或SC＝SCF x 31.25微秒，其中，PH是阶段或SC是发送时钟(Send Clock)和SCF是发送时钟因子(Send Clock Factor)。由确定的IO设备支持的发送时钟因子有利地列在配置文件中。PROFINET规范一般要求所有设备都支持32的发送时钟因子，这对应于1毫秒的发送时钟或发送时钟时间(32x 31.25微秒＝1毫秒)。所有其他发送时钟因子都是可选的。在此处描述的实例中，发送时钟SC的持续时间为1ms，因此发送时钟因子为32。
发送循环的长度能够通过由最大缩率RRmax、发送时钟因子SCF和31.25微秒的基本时间单位的乘积得到，即SZ＝RRmax x SCF x 31.25微秒。对于缩率为2和发送时钟因子为32的实例，产生发送时钟为2ms。
在图2中，例如对于第一阶段PH1中的数据包P3，还示出了所谓的帧发送偏移FSO。这对应于数据包P3在其中传输数据包P3的那个发送时钟SC的开始时间处的数据包P3的相对偏移。帧发送偏移FSO通常指定为250ns步数。能够选择性地预先配置帧发送偏移FSO以进行进一步优化。
应该注意的是，受保护的连接的实时数据包P1、P2、P3或每个发送时钟为这些数据包设置的部分，分别以从现有技术中已知的方式跟随最好性能数据流量的数据包。这在图3中纯示意性地示出，其以极大简化的条形的形式示出了实时数据流量(real timetraffic)RTT、最好性能数据流量(best effort traffic)BET和(相应地通过上面的箭头)示出了实时数据流量RTT的填充水平FSRT、最好性能数据流量BET的填充水平FSBE和发送时钟SC。在此，选择箭头为，使得发送时钟的两个区域是“满的”。
发送时钟(Send Clock)和缩率(Reduction Ratio)与通过设备对数据包的及时馈送一同实际上形成了PROFINET调度模型的核心。虽然在IEEE 802.1 Q模型中包括及时的馈送和发送时钟，但这不适用于缩率/Reduction Ratio。因此，即使具有更高的链接速度，例如从目前常见的100Mbit/s过渡到1Gbit/s或更高，存在的应用程序/用例无法映射到TSN上。
为了解决这个问题，本发明提出，在找到用于传输至少一个受保护的连接的数据包的路径时，考虑发送频率或代表发送频率的变量。在为所有受保护的连接寻找路径时，最好将这些考虑在内。
在当前情况下，将发送数据包P1、P2、P3的缩率作为代表路径查找中的发送频率的变量来考虑。如果缩率不是1，则还要考虑在哪个发送时钟或哪个阶段分别进行发送。如果当前数据包P2的缩率不等于1，这意味着仅额外考虑在每个循环中在阶段2中进行发送。换句话说，考虑了在其中进行发送的发送时钟/阶段的数。
具体地，在路径查找时，至少在参与到受保护的连接的那个网络节点2在发送方向上的端口3处，在不同的发送时钟SC、尤其在阶段PH1、PH2中的负载被考虑。
为此，管理数据库，在该数据库中，在不同的发送时钟SC、尤其阶段PH1、PH2中存储在至少参与到受保护的连接的那个网络节点2在发送方向上的端口3处的负载的信息。具体地，每个网络节点具有数据存储器4，其中存储端口3的当前负载。这对于网络节点1在图4中示意性地并且示例性地示出。
至少那些参与受保护的连接的网络节点1使得它们在发送方向上的在不同的发送时钟SC，尤其阶段PH1、PH2中的端口3的当前负载特别是对于所有其他网络节点1已知。在此描述的实施例中，通过发送具有相应的内容的消息来进行发布。当前由网络节点1在合适的协议的范畴中，例如在路由协议、特别是IS-IS协议的范畴中交换关于阶段相关的当前端口负载的信息。
替代于或附加于作为这种分布式/分散式模型，还能够在中心位置管理数据库，中心位置然后对应中心模型或中心解决方案。
与阶段相关的端口的负载的信息也能够是现有IS-IS数据库的一部分。
针对不同的发送时钟SC，特别是阶段PH1、PH2分别计算树。在此，这些树不包括其适用于至少一个参与网络节点1在发送方向上的至少一个端口3在属于该树的发送时钟SC、尤其阶段PH1、PH2的被加载到预设的程度或被完全加载的路径。
对于产生的树，在图5中再次纯粹示意性地并且示例性地示出了这一点。这示出了根据图1的网络，其中，适用于，节点1在发送方向中的端口3在阶段1中在缩率2时被充分利用，即类似是“满的”。相应的端口3在图5中以阴影示出并且至下一个节点1的连接被划掉，以表明通过该端口3的路径或路线以及该连接不再可行。
如果端口3被利用得使得其无法接受任何其他受保护的连接，尤其是其他的流，则它不再是树的一部分。所有受保护的连接，尤其在发送时钟SC中发送的所有缩率的流生成负载。通过更新树，能够出现没有更多树用于这种(或确定的)缩率。然后，尤其“路径查找器”找不到路径并且不再能够建立其他受保护的连接，特别是其他流。
对于这个缩率和阶段，然后存储对该路径“修剪”的树。换句话说，“清理”或“修剪”的树被计算并用于单独的发送时钟SC或阶段PH1、PH2。
每次端口由于负载而不能再用于一个阶段时，优选地更新相关的树。然后，当前的树总是可用的。
通过添加每个其他的受保护的连接/每个其他的流能够导致端口在一个阶段被充分利用。这意味着每个其他的受保护的连接都能够更新树。
对于存在无法通过其建立其他的受保护连接的端口(或多个端口)的情况，则能够存在无法在其间建立更多路径的收听者/讲话者。
如果考虑发送时钟或阶段占用，尤其是记录在IS-IS数据库中或与所有涉及的网络节点交换，则能够借助合适的算法，例如迪杰斯特拉算法(Dijkstra)或GADAG为每个缩率，甚至为每个阶段生成一个单独的树(树(Tree))，并在树的基础上搜索和检查路径。一旦确定的缩率需要路径，那么路径算法就能够使用相关的树。
通过根据本发明地考虑在路径查找时的发送频率或代表它们的变量以及产生的发送时钟或阶段占用，能够以明显更多的可用路径以及因此明显更多的受保护的连接(例如TSN流)在网络中工作，效率将因此显着提高。这意味着今天已知的更多需求和应用能够映射到音视频桥接(AVB)或时间敏感网络(TSN)。
应该注意的是，网络节点1整体代表了根据本发明的网络节点的实施例，其被设计和设置用于执行这里描述的根据本发明的方法的实施例。
尽管通过优选的实施例更详细地说明和描述了本发明，但本发明不受所公开的示例的限制，并且本领域技术人员能够从中得出其他变体方案而不脱离本发明的保护范围.
例如，即使在图2中以极大简化的方式示出了仅来自三个发送器的数据包和仅1和2的缩率的情况，能够理解，来自更多发送器的数据包能够通过受保护的连接(尤其作为TSN流)传输，或者能够比1和2显着更高的缩率替代地或额外地存在。

Claims (5)

1.一种在具有多个网络节点(1)的网络中进行数据通信的方法(1)，其中，所述网络节点(1)布置在通信伙伴(2)之间，
-其中，在所述通信伙伴(2)之间通过受保护的连接循环地以发送频率传输数据包(P1-P3)，
-所述数据包(P1-P3)来自至少两个不同的进行发送的所述通信伙伴(2)，
-至少两个所述通信伙伴(2)的发送频率彼此不同，所述通信伙伴利用所述发送频率发送所述数据包(P1-P3)，
-根据所述发送频率寻找用于传输至少一个受保护连接的所述数据包(P1-P3)的路径，
-所述发送频率以缩率(RR)的形式给出，根据所述缩率查找路径，
-所述缩率给出，循环发送所述数据包(P1-P3)的频率，其中，用于所述数据通信的时间被分解为连续的循环时钟，根据所述循环时钟查找路径，所述数据包(P1-P3)在所述循环时钟中被循环发送，其中，在不同的发送时钟中根据至少参与受保护的连接的所述网络节点(1)的端口(3)处的负载查找路径，并且管理数据库，关于至少参与受保护的连接的所述网络节点(1)的沿发送方向的端口(3)处的负载的信息在不同的发送时钟中已存储和/或被存储在所述数据库中，
其特征在于，针对不同的发送时钟分别已经计算了和/或将计算树，其中，所述树不包括适用于使至少一个参与的网络节点(1)的沿发送方向的至少一个端口(3)在属于所述树的所述发送时钟中被以预设的程度加载或被完全加载的路径。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，发送时钟被连续编号，其中，编号从1开始并递增计数到对应于最大缩率的最大号码，并且在下一个发送循环(SCy)中，针对在源于前一个发送循环(SCy)的具有最大号码的发送时钟的后跟随的发送时钟分别再次以1开始，其中，所述发送循环(SCy)包括多个发送时钟，通过缩率得出发送时钟。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，通过发送响应内容的消息，至少参与受保护的连接的所述网络节点(1)在不同的发送时钟中向一个或多个其他网络节点(1)公开参与受保护的所述网络节点的在发送方向上的端口(3)中的至少一个端口的负载。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在IS-IS协议的范畴中交换具有关于端口(3)的在不同的发送时钟中的负载的信息的消息。
5.一种计算机可读的存储介质，所述存储介质中具有计算机程序，所述计算机程序能够被加载到计算机的工作存储器中并且具有至少一个代码段，当所述代码段被执行时，实施根据权利要求1至4中任一项所述的方法。
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