CN113924752A

CN113924752A - 数据传输方法、数据结构、自动化网络及解锁器

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Publication number: CN113924752A
Application number: CN202080004370.6A
Authority: CN
Inventors: 德克·詹森; 弗洛里安·埃斯勒; 圭多·贝克曼; 汉斯·贝克霍夫; 霍尔格·布特纳; 马丁·罗斯坦; 托马斯·雷蒂格
Original assignee: Beckhoff Automation GmbH and Co KG
Current assignee: Beckhoff Automation GmbH and Co KG
Priority date: 2019-05-28
Filing date: 2020-03-18
Publication date: 2022-01-11
Anticipated expiration: 2040-03-18
Also published as: CN113924752B; EP3808037A1; US11539549B2; EP3808037B1; WO2020239287A1; DE102019114305A1; US20210135900A1

Abstract

本发明涉及一种用于借助电报在自动化网络(100)中进行数据传输的方法，该自动化网络(100)包括通过数据线网络(200)相互连接的主参与方(105)、从参与方(115、125、135、145、155、160、165、170、175、180、185)和至少一个解锁器(120、130、140)。从参与方(115、125、135、145、155、160、165、170、175、180、185)被划分为区段(300、305、310、315、320、325)。主机参与方(105)发送封锁电报以供从机参与方(115、125、135、145、155、160、165、170、175、180、185)进行处理，其中，这些封锁电报各自具有电报标识符，其中，该电报标识符用于将封锁电报分配给区段(300、305、310、315、320、325)。至少一个区段(300、305、310、315、320、325)与至少一个解锁器(120、130、140)相配。如果至少一个解锁器(120、130、140)接收到封锁电报，则至少一个解锁器(120、130、140)基于该封锁电报中的电报标识符来检验该封锁电报是否旨在与至少一个解锁器(120、130、140)相配的区段(300、305、310、315、320、325)，以便如果封锁电报是旨在与至少一个解锁器(120、130、140)相配的区段(300、305、310、315、320、325)，则将封锁电报作为解锁电报释放以供从机参与方(115、125、135、145、155、160、165、170、175、180、185)进行处理。

Description

数据传输方法、数据结构、自动化网络及解锁器

技术领域

本发明涉及一种用于在自动化网络中进行数据传输的方法以及一种相应的自动化网络。本发明还涉及一种用于该数据传输方法中的数据结构以及一种构建为执行该数据传输方法并使用该数据结构的解锁器。

背景技术

本专利申请要求申请日为2019年5月28日、名称为“DATEN

BERTRAGUNGSVERFAHREN,DATENSTRUKTUR,AUTOMATISIERUNGSNETZWERK UND ENTSPERRER”、申请号为DE102019114305.5的德国专利申请的优先权，其公开内容通过引用归并本文。

自动化网络通常作为所谓的“现场总线系统”工作。现场总线系统是可对自动化网络中的机器或系统进行实时控制的工业总线系统。一般而言，借助可编程逻辑控制器(PLC)控制自动化网络中的机器或系统。PLC利用现场总线系统与现场仪器进行通信，例如自动化网络中机器或系统的传感器和执行器。如果多个通信参与方经由同一条可构建为有线或无线总线系统的数据线发送电报，则必须确定哪个通信参与方何时可以“告知”何事(提供测量值，执行命令，例如处理部分任务等)。为此，提出定义的层次结构和标准化的数据传输协议。

多数情况下，现场总线系统在所谓的“主从模式”下工作。这意味着主机参与方将接管过程控制，而从机参与方将接管自动化网络的控制模式下的子任务处理。在自动化网络中借助从主机参与方输出到从机参与方的电报进行数据交换。从机参与方从电报中读取定址至此的输出数据，并将其输入数据置入电报中，并将电报发送回主机参与方。

在借助采用基础EtherCAT数据传输协议的电报完成数据业务的自动化网络(下称EtherCAT网络)中，电报路由经过所有从机参与方，并在从机参与方链接到数据线的情况下，电报将从最后一个从机参与方发送回主机参与方。就此而言，路由是指规定在自动化网络中传递电报的传输路径。这种EtherCAT网络的缺陷在于，电报始终经过所有从机参与方并由其处理，即每个从机参与方均即时(on the fly)读取定址至此的电报的输出数据，并将其输入数据置入电报中，之后从机参与方再转发电报。这时，由EtherCAT网络中的从机参与方发送电报相当于向由主网络参与方发送的电报中录入信息并将电报转发到电报传输方向上的后续从机参与方，这是因为EtherCAT网络中的从机参与方本身不会发送任何对于主机参与方的请求的确认或应答电报。因此，在常规的EtherCAT网络中，无法激活针对从机参与方的区段的电报，即释放针对某些区段的电报以供从机参与方进行处理，而封锁针对待处理区段中未定址的从机参与方的电报。

发明内容

本发明的目的是提出一种借助电报进行数据传输的方法，该方法能够实现有针对性地寻址含从机参与方的区段。本发明的另一目的是借助一种改进的数据结构来提高自动化网络中数据传输的机密性，并指出一种改进的自动化网络。

本发明用以达成上述目的的解决方案为独立权利要求的特征。本发明的更多有利实施方式参阅从属权利要求。

根据本发明，提出一种用于借助电报在自动化网络中进行数据传输的方法以及一种相关的自动化网络。所述自动化网络包括通过数据线网络相互连接的主机参与方、从机参与方和至少一个解锁器。此外，从机参与方被划分为区段，其中，每个区段包含至少一个从机参与方。主机参与方发送封锁电报以供从机参与方进行处理，这些封锁电报各自具有电报标识符，以便将封锁电报分配给区段。至少一个区段与至少一个解锁器相配。如果至少一个解锁器接收到封锁电报，则至少一个解锁器基于该封锁电报中的电报标识符来检验封锁电报是否旨在与至少一个解锁器相配的区段，以便如果封锁电报是旨在与至少一个解锁器相配的区段，则将封锁电报作为解锁电报释放以供从机参与方进行处理。

本发明提出的数据传输方法提供了如下可能性：针对区段中的从机参与方(例如呈线性链的从机参与方排列)释放电报以供处理。通过针对性地释放电报以供区段中的从机参与方进行处理，能够在自动化网络中提供更快速的电报渡越时间。在此，渡越时间包括经由数据线发送电报的过程、由硬件运行时间(即，通过各个从机参与方的运行时间)产生的运行延迟时间以及经由数据线的接收过程。通过所述方法尤其是能够减少经过不应用电报寻址的区段中各个从机参与方的运行延迟时间，因为从机参与方仅需在电报中检验区段中是否存在对从机参与方的定址，如果测试结果为否定，电报中未定址的区段中的从机参与方不会从电报中读取输出数据，也不会将输入数据插入电报中。

借助所述方法，能够掩码电报，即，能够对不应用电报寻址的从机参与方隐藏电报的实际用户数据。据此，针对从机参与方封锁电报处理能够提高自动化网络中的信息安全性，并在数据传输期间提供更高的机密性。本发明提出的方法不限于电报的EtherCAT数据传输协议，还可以实施于目前用电报只能寻址所有从机参与方的其他数据传输协议和自动化网络。

在另一实施方式中，电报各自包括具有数据要素的数据字段。如果电报被封锁，则数据要素包含第一值。反之，如果电报被解锁，则数据要素包含第二值。在封锁电报的解锁期间，至少一个解锁器将数据要素的第一值设定为数据要素的第二值，以便向从机参与方指示释放电报处理。

例如，如果要从工厂的任何地点访问自动化网络中的机器或系统，或者如果要在家中访问机器或系统，则须创建安全机制，以防非法访问机器或系统的风险，可能避免自动化网络中的任何相关操作。例如，在此情况下，可以针对自动化网络中的每个从机参与方建立用于数据传输的加密链路，而每个从机参与方均须支持加密。如果在整个自动化网络中仅用一种数据传输协议，既用于因特网的外部链路，又用于本地控制自动化网络中的机器或系统，则这也需对机器或系统控制进行本地加密，进而也需对用于数据传输的电报(例如可以构建为EtherCAT电报)进行本地加密。利用本发明提出的方法，与电报加密相比，能够有利地提供更快速的电报传输，因为相较于至少一个解锁器将数据要素的第一值设定为数据要素的第二值，以便解锁电报以供从机参与方进行处理，加密电报的电报传输以及与之相关的电报解密将更为耗时。

采用所述方法也可以有利于在自动化网络中实施不同的数据传输协议。例如，EtherCAT数据传输协议可以用于控制自动化网络中的机器或系统，这时可以针对控制任务借助EtherCAT电报有针对性地定址区段，而采用与之不同的数据传输协议访问自动化网络中的机器或系统，其中，访问例如仅在于诊断数据，例如自动化网络中机器或系统的工作温度等。

根据另一实施方式，在发送电报之前，主机参与方向至少一个解锁器发送组态电文，该组态电文向至少一个解锁器指示与该至少一个解锁器相配的区段的电报标识符。在发送电报之前，即在用于自动化网络的控制模式的电报业务之前，可以发送一次组态电文，或者也以设想，在自动化网络当前未处于控制模式的时间窗口中动态地发送组态电文，以免在控制模式下发送组态电文时可能出现问题。借助自动化网络中的至少一个解锁器，可以简单地在自动化网络中实现所述数据传输方法。由于借助组态电文快速地配置至少一个解锁器，实施所述方法的工作量极少。例如，除了指示与至少一个解锁器相配的区段的电报标识符之外，还可以借助组态电文来进行设置，以当至少一个解锁器接收到具有电报标识符和数据要素的第一值的封锁电报时，至少一个解锁器针对与至少一个解锁器相配的带电报标识符的区段将数据要素的第一值设定为数据要素的第二值，然后至少一个解锁器将解锁电报输出到与之相配的区段。借助组态电文，可以将电报标识符分配给区段，并且通过采用至少一个解锁器可以快速又简单地释放电报以供区段中的从机参与方进行处理。

在另一实施方式中，数据线网络包括主机参与方、从机参与方和多个解锁器之间的数据链路。如果解锁器经由数据链路从先前的解锁器接收到不旨在与该解锁器相配的区段的解锁电报，则解锁器封锁电报。本发明提出的方法尤其是不限于通过解锁器来解锁封锁电报，还能灵活地设置解锁器来封锁电报。这一点尤其可想而知的是，解锁器从另外一个先前的解锁器接收到解锁电报，该解锁电报可以例如在朝向主机参与方的电报返回方向上布置在解锁器之前，并且该电报不旨在与该解锁器相配的区段，也不排除沿电报返回方向由从机参与方对解锁电报处理。替选地，解锁器也可以封锁这样的电报，即解锁器已经在从主机参与方开始的电报往程方向上从先前的解锁器接收到该电报，并且该电报不旨在与解锁器相配的区段。

根据另一实施方式，数据线网络包括主机参与方、从机参与方和多个解锁器之间的数据链路，其中，这些数据链路各自具有往程线和回程线。从机参与方处理数据链路的往程线上各自的电报。如果解锁器经由数据链路的往程线从先前的解锁器接收到解锁电报，则解锁器经由数据链路的回程线将解锁电报发送到主机参与方。尤其是，构建为EtherCAT网络的自动化网络可以包括可构建为数据线的数据链路，它们各自具有用于从主机参与方开始发送电报的往程线(TX线路，TX：发送器)以及用于供主机参与方接收电报的回程线(RX线路，RX：接收器)。就此可以规定，从机参与方仅在数据链路或数据线的往程线上处理电报，并且电报在未经处理的情况下由从机参与方在回程线上发送到主机参与方。

所述解锁器可以在EtherCAT网络中配置成当该解锁器从数据链路或数据线上先前的另外一个解锁器接收到解锁电报时，该解锁器识别出从机参与方已经对电报进行处理，例如基于电报标识符，不再对往程线上的电报提供处理，以使解锁器可以将解锁电报直接经由回程线发送到主机参与方。

在另一实施形式中，至少一个解锁器构建为网络分发器并具有多个输入/输出端口，含从机参与方的区段接到这些输入/输出端口。构建为网络分发器的至少一个解锁器使用电报标识符，以经由构建为网络分发器的至少一个解锁器的多个输入/输出端口来路由电报。

如果解锁器构建为网络分发器，则可以有利地利用到网络分发器的功能，例如网络分发器的不同操作模式，诸如存储转发(Store-and-Forward)、直通(Cut-through)等。构建为网络分发器的解锁器也可以配置成对电报进行分段，以免从机参与方发送回主机参与方的电报发生冲突。如果解锁器设计为网络分发器，则可以有利地利用电报标识符经由网络分发器的各个输入/输出端口路由电报，以便允许将网络分发器的各个输入/输出端口迅速地分配给区段的电报标识符。解锁器设计为网络分发器尤其可想而知的是，自动化网络所基于的网络拓扑构建为树结构或类似的分支结构，并且有利于将解锁器分支有多个输入/输出端口。与之相反，呈线性拓扑或环形拓扑的解锁器可以例如包括两个输入/输出端口，其中一个输入/输出端口可以构建为输入端口，而一个输入/输出端口可以构建为输出端口。在无分支的情况下，例如在如此设计的自动化网络中，可能无需将解锁器构建为网络分发器。

根据另一实施方式，至少一个解锁器额外地配置为从机参与方，以便于能处理电报。这样能够节约成本的原因在于，不必使用任何附加的网络组件，而解锁器可以有针对性地释放电报以供区段中的从机参与方进行处理，就此解锁器本身可以作为从机参与方来参与电报处理。

根据本发明，还提出一种方法中使用的数据结构。所述数据结构构建为电报，并且该电报具有报头段、数据段和报尾段。报头段包含电报标识符。数据段包含具有数据要素的数据字段。

如果电报被封锁，则数据要素包含第一值。如果电报被解锁，则数据要素包含第二值。报尾段包含用于对所发送数据进行完整性校验的校验和字段。通过在电报的报头段中各自包含将电报分配给区段的电报标识符以及具有数据要素的数据字段，该数据字段指示封锁或释放关于从机参与方的电报处理，这样从机参与方就能即时顺利使用此信息，当确定数据要素包含第一值时，该第一值指示封锁待处理的电报，可以将电报迅速地转发到后续的从机参与方。借助本发明提出的电报构建，通过解封器对电报进行封锁或解锁不会延迟控制模式下的电报业务。

在另一实施方式中，电报构建为以太网电报，该以太网电报在报头段中具有目的地地址字段和发送方地址字段。目的地地址字段和发送方地址字段均构建为MAC地址字段(MAC：介质访问控制)。报头段包含具有电报标识符的TAG字段。报头段进一步包含用于所使用协议的协议字段。所述电报使用公知的以太网数据帧结构，即根据标准IEEE 802.3的面向分组的数据传输的特定格式。这样，在使用本发明提出的数据结构时，借助本发明提出的方法，能够改进与同样支持标准化分组传输的其他系统的兼容性。

根据另一实施方式，电报构建为EtherCAT电报。数据段包含另外的报头段，该另外的报头段具有长度字段、保留字段和数据字段。数据字段构建为类型字段，并且数据要素构建为EtherCAT协议类型。电报可以有利地构建为EtherCAT电报，并使用经证实具有实时功能的EtherCAT数据传输协议。在此情形下，类型字段的EtherCAT协议类型包含第二值，标准情况下，该第二值指示释放值为1(以十六进制表示)的电报处理，即定址区段中的从机参与方。类型字段可以设计为含4个比特的字段，借此可表示16种不同的协议类型(2⁴＝16)，由此可以简单地将协议类型的另一值用于封锁电报处理。因此，可以实施例协议类型的另一值，即EtherCAT类型的第一值，该值构建为不同于第二值，以便指示封锁区段中从机参与方的电报处理。

根据本发明，还提出一种用于自动化网络的解锁器，其中，该解锁器配置成执行数据传输方法并在该方法中使用数据结构。所述解锁器可以有利地用作各个区段与从机参与方之间的链接，而它本身并不构成各个区段的一部分。尽管如此，从机参与方也可以布置成线性链，并且它们之间具有多个解锁器，其中，这些解锁器本身能够构建为从机参与方区段的一部分。所述解锁器也可以构建为网络分发器，并具有多个输入/输出端口，这些输入/输出端口各自接有含从机参与方的独立区段。也可设想，相应地设置构建为网络分发器的解锁器的另外的输入/输出端口，以使构建为网络分发器的解锁器既可以作为区段的一部分，此时可以作为从机参与方工作，又可以在多个输入/输出端口处包括含有从机参与方的单独区段。尤其是可以设想，在自动化网络中采用多个解锁器，这些解锁器可以充当从机参与方和/或充当网络分发器。

例如，可以将EtherCAT网络划分为多个区段，以使这些区段中的第一从机参与方取零位。这是因为从机参与方在接通时一般没有地址，而是通过从机参与方的位置进行初始化。EtherCAT电报具有数据报，这些数据报各自包含数据报报头段，该数据报报头段包含地址字段。地址字段的值随EtherCAT网络中的每个从机参与方递增，即值增加。通过地址字段的零值(对应于上述区段中的第一从机参与方的零位)，相应的从机参与方获知在相应的从机参与方之前的任何从机参与方都不能递增地址字段的值。因此，区段中的第一从机参与方通过零值识别出第一从机参与方被这样定址。尤其是，如果构建为网络分发器的解锁器在该构建为网络分发器的解锁器的多个输入/输出端口中的一个输入/输出端口和另外的输入/输出端口处接有一个区段中的两个以上从机参与方，则可以将EtherCAT网络划分为多个区段。在此情况下，在除该输入/输出端口和另外的输入/输出端口以外的多个输入/输出端口处，可以各自形成含从机参与方的独立区段。

上文阐述和/或从属权利要求中复述的本发明的有利构建方案和改进方案可单独地或彼此任意组合地应用，但例如明显的依存关系或互不兼容的替选方案除外。

附图说明

结合下文参照示意性附图对实施例的描述，本发明的上述特点、特征和优势以及它们的实现方式将更加清楚且显而易见。图中：

图1示出一种执行数据传输方法的自动化网络的结构示意图；

图2示出在参照图1的自动化网络中进行数据传输的方法中采用的数据结构的第一电报结构至第四电报结构的示意图；以及图3示出参照图2的数据结构的第五电报结构和第六电报结构的示意图。

具体实施方式

应当指出，附图仅为示意性，并非按比例绘制。就此而言，为了加强理解，图中所示的组件和元素可以放大或缩小。还应指出，如果元素和/或组件和/或尺寸相同，则附图中的附图标记选为不变。

自动化网络通常实现为现场总线系统，其中网络参与方经由现场总线相互联网。如果对现场总线系统的访问权限是基于主从层次，则网络参与方可以构建为主机参与方、多个从机参与方和至少一个解锁器。所述网络参与方可以配置成与控制单元交换数据，为此一般采用实时数据传输协议，例如EtherCAT数据传输协议。此外，自动化网络还可以包括能够处理例如TCP/IP(TCP/IP：传输控制协议/因特网协议)、以太网等其他数据传输协议的网络参与方。这些网络参与方不必针对控制任务来定址。例如，这些数据传输协议的数据可以包括有关自动化网络的诊断信息。下面例如基于具有实时功能的EtherCAT数据传输协议来说明本发明。

在自动化网络中经由数据线网络接通的上述网络参与方可以经由网络分发器(即所谓的“交换机”或“分支”)相互连接。网络分发器还用于协调区段中参与方之间的数据交换，并及时将电报路由到其目的地。在借助采用基础EtherCAT数据传输协议的电报完成数据业务的自动化网络(下称EtherCAT网络)中，电报导通经过所有从机参与方，并在从机参与方链接到数据线的情况下，电报将从最后一个从机参与方发送回主机参与方。迄今为止，尚未实现借助EtherCAT电报有针对性地定址各个含从机参与方的区段。

本发明的核心构思在于，有针对性地激活EtherCAT电报以供区段中的从机参与方进行处理，以及能够封锁通往要用电报寻址的含从机参与方的区段的路段上针对未定址的含待处理从机参与方的区段的EtherCAT电报。但本发明不限于EtherCAT数据传输协议，而可以用于电报始终导通经过所有从机参与方的所有自动化网络。

图1示出一种执行数据传输方法的自动化网络100的结构示意图。自动化网络100包括经由数据线网络200相互连接的主机参与方105和多个从机参与方。主机参与方105经由第一数据线205连接到第一解锁器120的第一输入/输出端口P0，并可以形成第六区段325。第一解锁器120可以通过第三输入/输出端口P2经由第三数据线215连接到另外的主机参与方110。在此，例如仅经由第一数据线205连接到第一解锁器120的第一输入/输出端口P0的主机参与方105可以配置成执行自动化网络100的中央配置。

第一解锁器120可以经由第一解锁器120的第四输入/输出端口P3和第四数据线220连接到自动化网络100的第四区段315。例如，第四区段315可以包含第一从机参与方115。为了清楚起见，图1中仅示出该解锁器的输入/输出端口。尽管如此，自动化网络100中的其他参与方也具有输入/输出端口，参与方通过该输入/输出端口经由数据线网络200相互连接。下面不再就这一方面加以论述。第一从机参与方115可以例如构建为BeckhoffAutomation GmbH&Co.KG(贝克霍夫自动化有限公司)的EK1100型耦合器件，并可以配置成以100Mbit/s的第一数据传输速率或100Mbaud的第一符号率传输数据通信。例如，第四区段315可以如上所述构建。另外，还可设想，第四区段315有别于所描述的实施方案并包含多个从机参与方。

第一解锁器120可以经由第一解锁器120的第五输入/输出端口P4和第五数据线225连接到自动化网络100的第三区段310。第三区段310可以包括第二从机参与方125、第三从机参与方135和第四从机参与方145。第二从机参与方125可以例如构建为耦合器件。第三从机参与方135可以例如构建为简单分支，其中，该简单分支可以构造成除了所述数据传输方法中使用的协议之外还具有路由功能并支持其他协议，诸如TCP/IP协议(传输控制协议/因特网协议)。

第四从机参与方145例如也可以构建为简单分支。第三区段310中的第一至第四从机参与方115、125、135、145可以同样配置成以1Gbit/s的第二数据传输速率或以1Gbaud的第二符号率实施数据通信。有别于第四区段315，第三区段310就可以不以100Mbit/s的第一数据传输速率而以1Gbit/s的第二数据传输速率运作。

例如，任何带一个或多个从机参与方的数据线皆未接到第一解锁器120的第六输入/输出端口P5。这里以第六输入/输出端口P5为例。还可设想，第一解锁器120的另外的输入/输出端口如此构建。

第一解锁器120经由第七输入/输出端口P6和第六数据线230连接到第二网络参与方405。在此，第二网络参与方405不会构建为从机参与方，而是构建为仅处理以太网协议的以太网参与方。就此可以设想，第二网络参与方405在自动化网络中不形成独立的区段。例如，第二网络参与方405配置成以1Gbit/s的第二数据传输速率实施数据通信。

第一解锁器120可以经由第八输入/输出端口P7和第七数据线235连接到第一网络参与方400。第一网络参与方400也可以被构造成处理以太网协议并代表以太网参与方。例如，以太网用户可以构建成以100Mbit/s的第一数据传输速率实施数据通信。如同第二网络参与方405一样，第一网络参与方400也不会在自动化网络100中形成独立的区段。

例如，第一解锁器120可以是第六区段325的一部分。第一解锁器120可以例如经由第二输入/输出端口P1和第二数据线210连接到第五从机参与方155。第五从机参与方155可以例如被构造用于以第二数据传输速率实施数据通信。第五从机参与方155可以经由第二数据线210连接到第二解锁器130的第一输入/输出端口P0。

第二解锁器130可以经由第二解锁器130的第二输入/输出端口P1并经由第八数据线240连接到第六从机参与方160。例如，第六从机参与方160也可以构建为上述的简单分支。此外，第六从机参与方160可以在第八数据线240上后续具有第七从机参与方165。第七从机参与方165可以形成第一区段300中的最后一个从机参与方，该第一区段300从第一解锁器120的第二输入/输出端口P1延伸到第七从机参与方165，因为各个区段中的从机参与方一般排列成链。另外，第七从机参与方165可以构建为耦合器件。例如，第二解锁器130可以是第一区段300的一部分，前提是为此设置第二解锁器130的第二输入/输出端口P1。

始于第一解锁器120的第二输入/输出端口P1、第五从机参与方155、第二解锁器130、第六从机参与方160到第七从机参与方165的第一区段300可以配置用于以1G/s的第二数据传输速率实施数据通信，因为第五从机参与方155、第六从机参与方160和第七从机参与方165例如采用如此配置。但也可设想，第五从机参与方155、第六从机参与方160和第七从机参与方165如同第一解锁器120和第二解锁器130一样，既能实施1Gbit/s的第二数据传输速率，又能实施100Mbit/s的第一数据传输速率。在此情况下，第一区段300可以包括图中未示出的其他从机参与方，该其他从机参与方构建为实施第一数据传输速率。在所述情况下，可以将第一区段300中的参与方的数据传输速率统一设定为第一数据传输速率。这同样适用于其他区段；它们也可以包括另外的配置成仅实施第一数据传输速率的从机参与方。但在其他区段的描述中不再提及这一特性。

第二解锁器130经由第三输入/输出端口P2和第九数据线245连接到第八从机参与方170。第八从机参与方170例如形成第二区段305中的第一个从机参与方。例如，第八从机参与方170可以配置用于以第二数据传输速率实施数据通信。第八从机参与方170经由第八数据线240进一步连接到第三解锁器140的第一输入/输出端口P0。第三解锁器140可以是第二区段305的一部分。第三解锁器140可以经由第三输入/输出端口P2和第十一数据线255连接到第三网络参与方410。例如，第三网络参与方410构建为处理以太网协议的以太网交换机。在自动化网络100中，可以规定，如同第一参与方400和第二网络参与方405一样，第三网络参与方410可以不形成自动化网络100的独立区段，因为例如为此仅提供处理EtherCAT数据传输协议的网络参与方。

第三解锁器140可以经由第四输入/输出端口P3和第十二数据线260连接到自动化网络100的第五区段320的第十一从机参与方185。例如，第十一从机参与方185可以配置成实施第一数据传输速率。第三解锁器140可以经由第二输入/输出端口P1和第十数据线250连接到第九从机参与方175。第九从机参与方175可以是第二区段305的一部分，并构建为耦合器件。第九从机参与方175可以配置用于实施第二数据传输速率。继第九从机参与方175之后，第十从机参与方180可以接到第十数据线250。第十从机参与方180可以例如形成第二区段305中排列成链的从机参与方中的最后一个从机参与方。

图1中所示的自动化网络100可以例如具有树结构，其中，主机参与方105可以形成树结构的根，并且布置在区段中的各个从机参与方和解锁器可以充当树结构的枝。自动化网络100可以尤其是构建为EtherCAT网络，即，可以借助具有实时功能的EtherCAT协议进行数据传输。在此所示的区段代表EtherCAT区段，其中，第一至第三网络参与方400、405、410均不形成EtherCAT区段，因为第一至第三网络参与方400、405、410并非构建成用于例如处理EtherCAT协议。

主机参与方105可以配置成经由第一数据线205向第一解锁器120发送组态电文，以向第一解锁器120指示与第一解锁器120相配的区段的电报标识符。可以例如在第一解锁器120的存储单元(图1未示出)中存储区段的电报标识符与第一解锁器120的相应输入/输出端口的相配关系，第一解锁器120通过该输入/输出端口输出封锁电报或解锁电报。还可设想，已经在第一解锁器120的存储单元中存储第一解锁器120的各个输入/输出端口与各个区段的电报标识符的相配关系。同时，主机参与方105可以借用组态电文进行设置第一解锁器120，例如，当第一解锁器120经由输入/输出端口P0接收到具有电报标识符的封锁处理的电报(下称封锁电报)时，第一解锁器120应如实行操作。主机参与方105可以在自动化网络100的控制模式下在实际电报业务之前发送出于设置目的的组态电文。

如果主机参与方105经由第一数据线205向第一解锁器120发送具有电报标识符的封锁电报，则第一解锁器120在接收到封锁电报时基于电报标识符来检验封锁电报是否旨在与第一解锁器120相配的区段。另外，第一解锁器120可以通过相应的电报标识符经由第一解锁器120的各个输入/输出端口来路由封锁电报。电报标识符可以例如实现为区段地址，通过该区段地址可寻址各个区段。如果由主机参与方105发送的封锁电报的电报标识符例如与第一区段300相配，则第一解锁器120可以基于借用组态电文进行的设置，将利用电报标识符可寻址的第一区段300与第一解锁器120的第二输入/输出端口P1相配。

为了在以EtherCAT网络中构建为EtherCAT区段的区段中对自动化网络100进行结构化，可以设想各种设计方案。例如，EtherCAT区段可以始于构建为网络分发器的解锁器的输入/输出端口，通过该输入/输出端口仅接通从机参与方。例如，这样的EtherCAT区段可以延伸经过第二从机参与方125、第三从机参与方135和第四从机参与方145，并包括第三区段310。这样的EtherCAT区段同样可以延伸经过第一从机参与方115，即第四区段315。如此构建的EtherCAT区段的另一示例形成含第十一从机参与方185的第五区段320。

此外，EtherCAT区段可以始于构建为网络分发器的解锁器的输入/输出端口，通过该输入/输出端口接通从机参与方和其他可构建为从机参与方的解锁器，在构建为从机参与方的另外的解锁器中，则为此必须设置另外的输入/输出端口。例如，如此配置的EtherCAT区段可以包含第五从机参与方155、第二解锁器130(前提是相应地设置第二解锁器130的第二输入/输出端口P1)、第六从机参与方160和第七从机参与方165，即相当于第一区段300。根据另一示例，EtherCAT区段可以包含第八协议网络参与方170、可以配置为从机参与方并包括如此设置的第二输入/输出端口P1的第三解锁器140以及第九从机参与方175和第十协议网络参与方180。据此，EtherCAT区段可以构建为第二区段305的形式。

另外，EtherCAT区段可以开始于主机参与方105并结束于下一个解锁器。例如，EtherCAT区段就可以包括主机参与方105和第一解锁器120，并实施为第六区段325的形式。

在第一解锁器120经由第一解锁器120的第二输入/输出端口P1输出具有第一区段300的电报标识符(该电报标识符可以例如包含符号a)的封锁电报之前，可以用组态电文进行设置，以使第一解锁器120将包括具有第一值的数据要素的电报的数据字段设定为第二值，以便向第一区段300中的从机参与方指示释放电报处理(下称解锁电报)。另可设想，第一解锁器120在经由第一解锁器120的第一输入/输出端口P0接收到封锁电报之后已经解锁了封锁电报。例如，第五从机参与方155可以即时读取定址至此的具有第一区段300的电报标识符a的解锁电报的输出数据，并将其输入数据置入解锁电报中，该解锁电报由第五从机参与方155经由第二数据线210转发到第二解锁器130并由第二解锁器130在第一输入/输出端口P0上接收。

在第二解锁器130已经“即时”读取定址至此的具有第一区段300的电报标识符a的解锁电报中的输出数据并将其输入数据置入解锁电报中之后，第二解锁器130可以将解锁电报通过第二输入/输出端口P1经由第八数据线240转发到第六从机参与方160。假定相应地设置第二解锁器130的第二输入/输出端口P1，以使第二解锁器130可以作为从机参与方处理具有第一区段300的电报标识符a的解锁电报。第六从机参与方160可以读取类似定址的输出数据，并且将输入数据置入解锁电报中，并将解锁电报经由第八数据线转发到第七从机参与方165。第七从机参与方165也读取定址至此的输出数据，并将输入数据相应地插入解锁电报中。此外，第七从机参与方165识别出在其之后没有任何另外的从机参与方接到第八数据线240。为此，例如第七从机参与方165的输入/输出端口可以用第七从机参与方165包括的开关短路，并且第七从机参与方165可以设置成使得第七从机参与方165随后将解锁电报经由第八数据线240发送到第二解锁器130。第二解锁器130可以设置成使得第二解锁器130将解锁电报经由第二数据线210发送到第一解锁器120。第一解锁器120可以配置成使得第一解锁器120将解锁电报从第七从机参与方165经由第一数据线205发送回主机参与方。

第一解锁器120和第二解锁器130可以各自构建为从机参与方，以便处理来自主机参与方105的电报。作为以上描述的附加方案，除了第一解锁器120通过将电报的数据要素的第一值设定为第二值而解锁由主机参与方105发送的封锁电报的特性之外，第一解锁器120还可以配置成处理解锁电报。这同样适用于第三解锁器140，因为第三解锁器140也可以构建为从机参与方并配置成处理解锁电报。

另外，第一至第三解锁器120、130、140可以配置为网络分发器，并使用电报标识符来通过第一至第三解锁器120、130、140的各个输入/输出端口路由电报。结合用于路由的电报标识符，接到第一解锁器120的第四输入/输出端口P3和/或第五输入/输出端口P4的第四区段315和/或第三区段310尤其是各自形成独立的区段，而不相当于第一解锁器120本身所布置的区段。第一解锁器120与主机参与方105形成第六区段325。替选地，第一解锁器120也可以是第一区段300的一部分。

结合用于路由的电报标识符，接到第二解锁器130的第三输入/输出端口P2的第二区段305尤其是可以形成独立的区段，而不相当于第二解锁器130本身所布置的区段。另外，结合用于路由的电报标识符，接到第三解锁器140的第四输入/输出端口P3的第五区段320可以尤其是形成独立的区段，而不相当于第三解锁器140本身所布置的区段。在图1所示的实施方式中，例如第二解锁器130和第三解锁器140各自是第一区段300和第二区段305的一部分，因为可以各自为此设置第二输入/输出端口P1。第一解锁器120例如位于第六区段325中。此外，第一解锁器120也可以是第一区段300的一部分，前提是相应地设置第一解锁器120的第二输入/输出端口P1。替选地，也可设想，第二解锁器130和第三解锁器140各自形成单独区段。另外，第一至第三解锁器120、130、140可以配置成使第一至第三解锁器120、130、140均非区段的一部分，但各个区段可以接到它们的输入/输出端口。

当接收到具有与第一解锁器120的区段相配的电报标识符的封锁电报时，其中，该区段可以例如是第一解锁器120的输入/输出端口处的单独区段，则第一解锁器120可以使用电报标识符来通过第一解锁器120中存储在存储单元中的相配的输入/输出端口路由封锁电报。在此之前，通过第一解锁器120将数据要素的第一值设定为第二值，第一解锁器120可以释放封锁电报以供从机参与方进行处理。第一解锁器120还可以发送具有与第一解锁器120的区段不相配而是例如与布置有第二解锁器130的第一区段300相配的电报标识符的封锁电报，该电报标识符用于路由封锁电报。例如，第一解锁器120基于所存储的带符号b的电报标识符与第二区段305的相配关系以及进行路由通过的输入/输出端口而使用第一解锁器120的第二输入/输出端口P1。

第一解锁器120将例如电报标识符b不变的封锁电报通过第一解锁器120的第二输入/输出端口P1经由第二数据线210传输到第五从机参与方155。第五从机参与方155即时读取具有电报标识符b的封锁电报的报头段，直到包括具有第一值的数据要素的数据字段为止。第五从机参与方155基于第一值识别出第五从机参与方155不旨在处理封锁电报中的用户数据，并将封锁电报经由第二数据线210发送到第二解锁器130。第二解锁器130经由第一输入/输出端口P0接收具有电报标识符b的封锁电报，并基于该电报标识符b和存储在存储单元中的相配关系识别出与电报标识符b和第二区段305相配的第二解锁器130中用于输出电报的输入/输出端口是第二解锁器130的第三输入/输出端口P2。在经由第三输入/输出端口P2输出封锁电报之前，第二解锁器130通过将数据要素的第一值设定为第二值解锁该封锁电报，以在经由第三输入/输出端口P2和第九数据线245输出解锁电报期间向第八从机参与方170指示释放电报处理。

第八从机参与方170即时读取定址至此的电报的输出数据，即用户数据，并将其输入数据置入解锁电报中，之后第八从机参与方170将解锁电报经由第九数据线245转发到第三解锁器140。由于第三解锁器140可以如同第一解锁器120和第二解锁器130一样若各自为此设置第二输入/输出端口P1则构建为从机参与方的特性，第三解锁器140同样可以通过解锁电报来定址。例如，相应地设置第三解锁器140的第二输入/输出端口P1，并且第三解锁器140可以相应地作为从机参与方工作。在此情况下，第三解锁器140即时读取电报中定址至此的输出数据并将其输入数据置入解锁电报中，之后第三解锁器140通过与第二区段305的电报标识符相配的第三解锁器140的第二输入/输出端口P1经由第十数据线250输出解锁电报。

第九从机参与方175经由第十数据线250接收解锁电报，读取定址至此的电报的输出数据，将其输入数据置入解锁电报中，并将解锁电报经由第十数据线250发送到第十从机参与方180。第十从机参与方180也即时读取定址至此的解锁电报的输出数据，并将其输入数据置入解锁电报中。此外，第十从机参与方180识别出它是第二区段305中的从机参与方链中的最后一个从机参与方。如上所述，第十从机参与方180也可以例如经由第十从机参与方180的用开关短路的另外输入/输出端口来识别这一点。

第十从机参与方180将解锁电报经由第十数据线250发送回第九从机参与方175，并且第九从机参与方175将解锁电报经由第十数据线250发送到第三解锁器140的第二输入/输出端口P1。第三解锁器140将解锁电报通过第一输入/输出端口P0经由第九数据线245输出到第八从机参与方170，并且第八从机参与方170将解锁电报经由第九数据线245发送到第二解锁器130。第二解锁器130经由第三输入/输出端口P2接收解锁电报。例如，第二解锁器130可以设置成当第二解锁器130从先前的解锁器(例如第三解锁器140)接收到解锁电报，基于电报标识符b判定其不旨在与第二解锁器130相配的第一区段300时，，通过将数据要素的第二值设定为第一值封锁该解锁电报，从而防止在返回主机参与方105的回程中可能对解锁电报进行处理。

第三解锁器130将封锁电报通过第一输入/输出端口P0经由第二数据线210输出到第五从机参与方155。第五从机参与方155不会处理该封锁电报，并将该封锁电报经由第二数据线210发送到第一解锁器120。第一解锁器120在第二输入/输出端口P1上接收封锁电报，并可以例如配置成用电报标识符b将封锁电报解锁，即，将数据要素的第一值设定为数据要素的第二值，之后第一解锁器120将电报通过第一输入/输出端口P0经由第一数据线205输出到主机参与方105。

上文已经举例说明从主机参与方105到第一区段300和第二区段305的从机参与方的电报业务或者从两个区段中的从机参与方到主机参与方105的电报业务，但电报业务不限于这些范例。对于从主机参与方105到自动化网络100的其他区段的电报业务也可以作同样说明。

EtherCAT网络一般包括具有数据线的数据线网络200，这些数据线各自具有往程线和回程线，该往程线例如构建为用于将电报从主机参与方105发送到从机参与方的TX线，而回程线例如构建为从主机参与方105接收电报的RX线(TX：发送器，RX：接收器)。为了清楚起见，这在图1中未示出。EtherCAT网络中的从机参与方配置成处理往程线上的解锁电报，即读取定址至该从机参与方的解锁电报的输出数据并将该从机参与方的输入数据置入解锁电报中。电报经由回程线发送回EtherCAT网络中，其中，从机参与方不处理经过回程线的解锁电报。替选地，也可设想，从机参与方可以在电报到主机参与方的返程路径上进行处理解锁电报。

例如，第二解锁器130可以设置成当第二解锁器130经由往程线从先前的解锁器(例如第一解锁器120)接收到具有电报标识符c的解锁电报时，使第二解锁器130将具有电报标识符c的解锁电报经由回程线发送回主机参与方105。在此，第一数据线205和第二数据线210可以各自具有往程线和回程线，并且解锁电报例如可以已在往程线上被第一解锁器120处理的。于是，在EtherCAT网络中就不再对回程线上的解锁电报提供处理。然而，在替选设计的自动化网络中，从机参与方也可在回程线上处理解锁电报。

例如借助主机参与方105在发送电报之前已发送到第二解锁器130的组态电文，可以完成第二解锁器130的预设。例如，可以用第二解锁器130的存储单元中的组态电文来进行设置，以当第二解锁器130经由往程线接收到具有特定电报标识符(例如，呈符号c的形式)的解锁电报且该解锁电报具有数据要素的第二值时，第二解锁器130将解锁电报经由回程线发送回主机参与方105。在数据线可用于发送和接收第二解锁器130中电报的情况下，也可以用组态电文进行设置，以当第二解锁器130接收到具有特定电报标识符(例如呈符号b形式)的解锁电报而该电报标识符不对应于与第二解锁器130相配的区段时，即不对应于具有电报标识符a的第一区段300，而是对应于第二区段305，并且解锁电报具有数据要素的第二值，第二解块器130将数据要素的第二值设定为数据要素的第一值，以便封锁供从机参与方处理的电报。这一点尤其可想而知的是，不排除从机参与方在电报到主机参与方105的回程路径上处理电报。这样能够提高自动化网络100中数据传输的机密性。

针对上述说明，选择第二解锁器130为例。然而，这不限于所描述的特征，相反，自动化网络100中的任何解锁器同样适用于此。

解锁器的各个输入/输出端口(解锁器各自从其上接收到来自主机参与方105的电报)可以由相应的解锁器存储在解锁器的存储单元中，以当发送回来自相应解锁器的电报时，使用相应的解锁器中与主机参与方105相配的第一输入/输出端口P0作为输出端口。

图2示出在图1所示的自动化网络100中应用于所述数据传输方法的数据结构500的示意图。数据结构500形成为电报，该电报例如由图1中的主机参与方105输出到自动化网络100中的从机参与方以便实行控制模式。图2中的数据结构500具有第一电报结构TEL1，并包括报头段505、数据段510和报尾段515。例如，数据结构500可以根据标准IEEE 802.3来构建，并包括用于面向分组的数据传输的以太网数据帧格式。如果对于数据结构500，除了符合以太网数据帧结构之外，EtherCAT数据传输协议还配置用于处理数据结构500的用户数据，则该数据结构具有第二电报结构TEL2。数据结构500的报头段505则构建为以太网报头段520。

数据结构500的数据段510则具有EtherCAT报头段525，其包含用于从机参与方的指令。数据段510还包含可以采用数据报形式实施的EtherCAT数据。例如，数据段510可以具有第一数据报530、第二数据报535和第n数据报540，其中，第n数据报540指示数据结构500总共可以包含任意数目的数据报。但就此而言，不应将数据结构500中的数据报局限于特定数目。数据报本身各自具有控制数据字段和用户数据字段(图2未示出)。控制数据字段包含命令字段，该命令字段为从机参与方提供有关从机参与方应处理何种类型的构建为EtherCAT电报的数据结构500的用户数据的信息：例如，从机参与方是否应在写过程中向EtherCAT电报的用户数据字段中插入数据，或从机参与方是否应先从用户数据字段中获取数据并随后在写/读过程中将其插入用户数据字段中，或从机参与方是否应仅在读过程中从用户数据字段中获取数据。控制数据字段还具有地址字段。在该地址字段中，定义从机参与方中的数据区域，从机参与方在用户数据字段即时生效时应与之交换数据。

在从机参与方接收到EtherCAT电报的数据报中的控制数据字段之后，其开始评估命令字段和地址字段。如果从机参与方通过数据要素来定址，以处理EtherCAT电报，在EtherCAT电报中的数据报通过从机参与方时，从机参与方在读数据报或写/读数据报期间，从用户数据字段中获取旨在于其的输出数据。如果是写数据报或读/写数据报，则相应的从机参与方将输入数据即时插入数据报的用户数据字段中。

EtherCAT电报的数据结构500的报尾段515(下称EtherCAT电报)在第二电报结构TEL2中另外具有填充字段545和校验字段550。需要填充字段545通过将其他作为填充添加的字节插入EtherCAT电报中以将以太网数据帧中的EtherCAT电报携带到所需的64字节的最小大小的以太网数据帧。可能需要填充字段来借助EtherCAT电报将少于46或42个字节(不带或带有与标准IEEE 802.1Q相对应的VLAN标签)作为用户数据进行传输，其中，图2中不包含的前导码和起始帧定界符(SED)字段则不计算在内。借助校验和字段550，可以确保所发送数据的完整性校验。为此，校验和字段550可以例如包含计算出的CRC校验和(CRC：循环冗余校验)，经由以太网数据帧计算该CRC校验和，以目的地MAC地址(MAC：介质访问控制)开始并以填充字段545结尾，以使校验和本身不包含在CRC校验和中。CRC校验和由发送方生成，并附加到填充字段545。接收器在接收到EtherCAT电报之后，将执行相同的CRC校验和计算，如果由接收器计算出的CRC校验和与用EtherCAT电报传递的CRC校验和不相符，则接收器认为数据传输存在错误。在这种情况下，接收器可以拒绝EtherCAT电报。

图2中的第三电报结构TEL3显示以太网报头段520的具体结构。以太网报头段520具有目的地地址字段555，该目的地地址字段555包含上述目的地MAC地址，该目的地MAC地址标识可以构建为根据图1的自动化网络100中的从机参与方、解锁器或主机参与方并应该接收EtherCAT电报的网络参与方。目的地MAC地址也可以构建为多播地址(定址自动化网络100中的多个网络参与方)或广播地址(定址自动化网络100中的所有网络参与方)。继目的地地址字段555之后，以太网报头段520具有发送方地址字段560。该发送方地址字段560包含发送方地址，该发送方地址也构建为MAC地址并标识发送方。目的地地址字段555和发送方地址字段560均包含6个字节。

以太网报头段520在发送方地址字段560之后还具有TAG字段565。它可以例如根据标准IEEE 802.1Q构建为VLAN TAG字段(VLAN：虚拟局域网)，并包含4个字节。以太网报头段520在TAG字段565之后具有协议字段570。协议字段570可以构建为所谓的“以太网类型”字段，并包含某个值，该值指定用户数据内下一高层所用的协议，其中，根据OSI模型(OSI：开放系统互连)，即层架构中数据传输协议的参考模型，定义某一层和下一高层。例如，如果电报构建为EtherCAT电报，并且该值链接到具有实时功能的EtherCAT数据传输协议，则协议字段570的值为0x88A4(以十六进制体系)。

EtherCAT报头段525包含长度字段575。长度字段575提供有关EtherCAT数据报长度的信息。继长度字段575之后，EtherCAT报头段525必要时包含保留字段580。随保留字段580之后，EtherCAT报头段525包含类型字段585。类型字段585包含具有第一值和第二值的数据要素，其中，该数据要素构建为EtherCAT协议类型。当定址到用电报标识符寻址的含待处理从机参与方的区段时，EtherCAT协议类型包含第二值。于是，EtherCAT协议类型的值为0x1(以十六进制体系)，区段中的从机参与方以该值识别出释放EtherCAT电报以供处理，并开始处理EtherCAT电报中的数据报。

EtherCAT协议类型具有第一值，该值不同于0x1的第二值(十六进制体系)，例如，如果旨在由相应区段中的从机参与方处理的EtherCAT电报被封锁，则第一值可以等于值0x6(十六进制体系)。电报标识符可以例如构建为目的地地址字段555的MAC地址。另外，当使用可以配置为VLAN TAG字段的TAG字段565时，电报标识符也可以构建为VLAN ID。VLANTAG字段可以包含4个字节，即32个比特，其中，前两个字节包含值0x8100，以根据标准IEEE802.1Q将以太网数据帧识别为带标签的以太网数据帧。其余两个字节包含VLAN ID、在将EtherCAT电报分段的情况下的分段信息以及可以发送EtherCAT电报的优先级，其中，优先级可以采用优先级值的形式构建。第三电报结构TEL3中的各个数据报以与第二电报结构TEL2中的数据报相同的方式构建，故对此不再赘述。

如果由例如构建为网络分发器或所谓的“分支”的解锁器将EtherCAT电报解锁，则报尾段515也可以包含分段字段590而不是填充字段545。分段字段590可以包含零值，进而表示未发生EtherCAT电报的分段。分段字段590的位0至位3可以包含数据帧号，该数据帧号指示用于表征相应以太网数据帧的值，其中，当EtherCAT电报被解锁器分段时，位0至位3可表示从1到15的值。分段字段590的位4至位7可以设为保留位。

TAG字段565也可以根据第四电报结构TEL4来构建，其中，图2中未示出第三电报结构TEL3中所示的以太网报头段520以及EtherCAT报头段525和报尾段515的其他字段。尽管如此，第四电报结构TEL4可以构建为完整的EtherCAT电报。TAG字段565可以在第四电报结构TEL4之后具有协议标识字段595。例如，协议标识字段595可以具有某个值，该值根据标准IEEE 802.1Q将以太网数据帧标识为带标签的以太网数据帧，但不同于值为0x8100的VLAN标签的标识(十六进制体系)。

在协议标识字段595之后，TAG字段565可以包含第一数据字段600。另外，TAG字段565可以在第一数据字段600与第三数据字段610之间具有第二数据字段605。第一数据字段600和第二数据字段605也可以包含EtherCAT电报的电报标识符，该EtherCAT电报的电报标识符将EtherCAT电报分配给图1所示的自动化网络100中的各个区段。在此，用于EtherCAT电报的电报标识符可以例如包含目的地区段地址和发送方区段地址，其中，第一数据字段600可以包含目的地区段地址，而第二数据字段605可以包含发送方区段地址。第三数据字段610可以包含未占用的区域，例如，第三数据字段605的位0至位11可以用作保留位。另外，在将EtherCAT电报分段的情况下，如上结合VLAN标签所述，第三数据字段610可以包含分段信息，并包含用于发送EtherCAT电报的优先级。

另外，尽管图2中未示出，但EtherCAT电报也可以被嵌入到UDP/IP(UDP：用户数据报协议，IP：因特网协议)数据帧结构中。在此情况下，以太网报头段520具有目的地地址字段555和发送方地址字段560。继发送方地址字段560之后，以太网报头段520包含协议字段570，其中，该协议字段570的值为0x0800(十六进制体系)，该值指定因特网协议(IPv4-因特网协议版本4)。在以太网报头段520中，协议字段570后面是IP报头段和UDP报头段。在此情况下，EtherCAT报头段525、数据报和报尾段515采用类似于上述的方式构建，其中，报尾段515可以包含填充字段545和校验和字段550。此外，除了嵌入到UDP/IP数据帧结构之外，EtherCAT电报还可以具有TAG字段565，其中，该TAG字段565可以构建为VLAN标签。TAG字段565则类似于第三电报结构TEL3布置。

图3示出用于图2中可以构建为EtherCAT电报的数据结构500的第五电报结构TEL5和第六电报结构TEL6的示意图。尤其是，如果EtherCAT电报已被图1所示的自动化网络100中的解锁器分段，则EtherCAT电报可以具有第五电报结构TEL5和第六电报结构TEL6，并且已分段的EtherCAT电报的第一片段例如具有第三电报结构TEL3和第四电报结构TEL4。EtherCAT电报的第二片段至第n片段可以包括第五电报结构TEL5和第六电报结构TEL6。EtherCAT电报具有片段目的地地址字段615，其中，根据第六电报结构TEL6，该片段目的地地址字段615包含第五数据字段625和第六数据字段630。例如，片段目的地地址字段615的第五数据字段625可以包含4个字节，并采用多播地址空间的形式构建，其中，该多播地址空间具有多播地址，该多播地址用于定址图1所示的自动化网络100中的多个含从机参与方的区段。作为其替选方案，多播地址空间可以采用单播地址空间的形式构建，其中，该单播地址空间具有单播地址，该单播地址用于定址图1中的单个含从机参与方的区段。另外，多播地址空间也可以构建为广播地址空间，其中，该广播地址空间包含广播地址，该广播地址用于定址图1中的所有含从机参与方的区段。

片段目的地地址字段615的第六数据字段630可以包含2个字节。第六数据字段630的位0至位3可以包含数据帧号，该数据帧号可以指示相应以太网数据帧的值。位4至位7和位12仍可以设为保留位，并未占用。位8至位11可以包含片段数，该片段数指示相应片段的值，以便能够将各个片段与所分配的以太网数据帧相配。另外，位13至位15可以具有可发送EtherCAT电报的第二片段至第n片段的优先级，其中，该优先级可以采用优先级值的形式构建。已选择第五电报结构TEL5中的数据段510为例，并可以根据图2中的第二电报结构TEL2和第三电报结构TEL3来构建。在数据段510之后，EtherCAT电报的第二片段至第n片段可以包含第四数据字段620，该第四数据字段620可以具有一个字节。为此可以提供第四数据字段620的位0至位3，以指示是否后随另外的片段，或要传输的片段是否已经形成EtherCAT电报的最后一个片段。这时，零值可以例如指示要传输的片段是EtherCAT电报的最后一个片段。此外，可以提供位4至位6作为保留位，而位7为此设为指示在未达最小长度的情况下，EtherCAT电报的第二片段至第n片段填补有填充字节，即进行填充。另外，第四数据字段620的第二字节可以指示数据帧号，该数据帧号可以指示相应以太网数据帧的值。最后，根据第五电报结构TEL5，EtherCAT电报的第二片段至第n片段可以包含校验和字段550，该校验和字段550具有通过第二片段至第n片段计算出的校验和，其可以采用类似于上述说明的方式来构建。第四数据字段620和校验和字段550共包含5个字节，因此EtherCAT电报的第二片段至第n片段的片段目的地地址字段615和数据段510可以共具有至少59个字节，而EtherCAT电报的第二片段至第n片段无需为了达到64个字节的最小长度而进行填充。

另外，EtherCAT电报的结构不必一定包括区段中从机参与方的顺序，因为EtherCAT电报既能定址区段中从机参与方的物理内存地址(下称物理地址区间)，EtherCAT电报又能构建为逻辑电报。在第二种情况下，可以在EtherCAT电报中指定逻辑地址，即逻辑地址区间和地址区间长度。尤其是，逻辑地址区间可以构建得大于物理地址区间，以使物理地址区间可以置入逻辑地址区间内。另外，逻辑地址区间可以先后置于EtherCAT电报中。

上文通过优选实施例详细描述了本发明。可以设想其他实施例代替所描述的实施例，这些实施例可具有所描述的特征的进一步修改或组合。综上所述，在不背离本发明保护范围的情况下，本领域技术人员可以根据本文公开的实例得出其他变型，故本发明不限于此。

附图标记列表

100 自动化网络

105 主机参与方

110 另外的主机参与方

115 第一从机参与方

125 第二从机参与方

135 第三从机参与方

145 第四从机参与方

155 第五从机参与方

160 第六从机参与方

165 第七从机参与方

170 第八从机参与方

175 第九从机参与方

180 第十从机参与方

185 第十一从机参与方

120 第一解锁器

130 第二解锁器

140 第三解锁器

400 第一网络参与方

405 第二网络参与方

410 第三网络参与方

200 数据线网络

205 第一数据线

210 第二数据线

215 第三数据线

220 第四数据线

225 第五数据线

230 第六数据线

235 第七数据线

240 第八数据线

245 第九数据线

250 第十数据线

255 第十一数据线

260 第十二数据线

P0 第一输入/输出端口

P1 第二输入/输出端口

P2 第三输入/输出端口

P3 第四输入/输出端口

P4 第五输入/输出端口

P5 第六输入/输出端口

P6 第七输入/输出端口

P7 第八输入/输出端口

300 第一区段

305 第二区段

310 第三区段

315 第四区段

320 第五区段

325 第六区段

500 数据结构

505 报头段

510 数据段

515 报尾段

520 以太网报头段

525 EtherCAT报头段

530 第一数据报

535 第二数据报

540 第n数据报

545 填充字段

550 校验和字段

555 目的地地址字段

560 发送方地址字段

565 TAG字段

570 协议字段

575 长度字段

580 保留字段

585 类型字段

590 分段字段

595 协议标识字段

600 第一数据字段

605 第二数据字段

610 第三数据字段

615 片段目的地地址字段

620 第四数据字段

625 第五数据字段

630 第六数据字段

TEL1 第一电报结构

TEL2 第二电报结构

TEL3 第三电报结构

TEL4 第四电报结构

TEL5 第五电报结构

TEL6 第六电报结构

Claims

1.一种用于借助电报在自动化网络中进行数据传输的方法，

其中，所述自动化网络(100)包括通过数据线网络(200)相互连接的主机参与方(105)、从机参与方(115、125、135、145、155、160、165、170、175、180、185)和至少一个解锁器(120、130、140)，

其中，所述从机参与方(115、125、135、145、155、160、165、170、175、180、185)被划分为区段(300、305、310、315、320、325)，其中，每个区段(300、305、310、315、320、325)包含至少一个从机参与方(115、125、135、145、155、160、165、170、175、180、185)，其中，所述主机参与方(105)发送封锁电报以供所述从机参与方(115、125、135、145、155、160、165、170、175、180、185)进行处理，封锁电报各自具有电报标识符，以将封锁电报分配给区段(300、305、310、315、320、325)，其中，至少一个区段(300、305、310、315、320、325)与所述至少一个解锁器(120、130、140)相配，

其中，当所述至少一个解锁器(120、130、140)接收到封锁电报时，所述至少一个解锁器(120、130、140)基于所述封锁电报中的所述电报标识符来检验所述封锁电报是否旨在与所述至少一个解锁器(120、130、140)相配的区段(300、305、310、315、320、325)，以便如果所述封锁电报是旨在与所述至少一个解锁器(120、130、140)相配的所述区段(300、305、310、315、320、325)，则将所述封锁电报作为解锁电报释放以供所述从机参与方(115、125、135、145、155、160、165、170、175、180、185)进行处理。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中，所述电报各自包括具有数据要素的数据字段，

其中，当所述电报被封锁时，所述数据要素包含第一值，

其中，当所述电报被解锁时，所述数据要素包含第二值，且

其中，所述至少一个解锁器(120、130、140)在解锁所述封锁电报期间将所述数据要素的所述第一值设定为所述数据要素的所述第二值，以向所述从机参与方(115、125、135、145、155、160、165、170、175、180、185)指示释放所述电报处理。

3.根据权利要求1或2所述的方法，

其中，所述主机参与方(105)在发送所述电报之前向所述至少一个解锁器(120、130、140)发送组态电文，所述组态电文向所述至少一个解锁器(120、130、140)指示与所述至少一个解锁器(120、130、140)相配的区段(300、305、310、315、320、325)的所述电报标识符。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，

其中，所述数据线网络(200)包括所述主机参与方(105)、所述从机参与方(115、125、135、145、155、160、165、170、175、180、185)和多个解锁器(120、130、140)之间的数据链路(205、210、215、220、225、230、235、240、245、250、255、260)，

其中，当解锁器(120、130、140)经由数据链路(205、210、215、220、225、230、235、240、245、250、255、260)从先前的解锁器(120、130、140)接收到不旨在与所述解锁器(120、130、140)相配的所述区段(300、305、310、315、320、325)的解锁电报时，所述解锁器(120、130、140)封锁所述电报。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，

其中，所述数据线网络(200)包括所述主机参与方(105)、所述从机参与方(115、125、135、145、155、160、165、170、175、180、185)和多个解锁器(120、130、140)之间的数据链路(205、210、215、220、225、230、235、240、245、250、255、260)，其中，所述数据链路(205、210、215、220、225、230、235、240、245、250、255、260)各自具有往程线和回程线，

其中，所述从机参与方(115、125、135、145、155、160、165、170、175、180、185)处理所述数据链路(205、210、215、220、225、230、235、240、245、250、255、260)的所述往程线上各自的电报，

其中，当解锁器(120、130、140)经由数据链路(205、210、215、220、225、230、235、240、245、250、255、260)的所述往程线从先前的解锁器(120、130、140)接收到解锁电报时，所述解锁器(120、130、140)将所述解锁电报经由所述数据链路(205、210、215、220、225、230、235、240、245、250、255、260)的所述回程线发送到所述主机参与方(105)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，

其中，所述至少一个解锁器(120、130、140)构建为网络分发器并具有多个输入/输出端口(P0、P1、P2、P3、P4)，包含所述从机参与方(115、125、135、145、155、160、165、170、175、180、185)的所述区段(300、305、310、315、320、325)接到所述输入/输出端口(P0、P1、P2、P3、P4)，且

其中，构建为网络分发器的所述至少一个解锁器(120、130、140)利用所述电报标识符经由构建为网络分发器的所述至少一个解锁器(120、130、140)的所述多个输入/输出端口(P0、P1、P2、P3、P4)路由所述电报。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，

其中，所述至少一个解锁器(120、130、140)额外地配置为从机参与方(115、125、135、145、155、160、165、170、175、180、185)，以处理所述电报。

8.一种用于根据权利要求2至7中任一项所述的方法的数据结构，

其中，所述数据结构(500)构建为电报，并且所述电报具有报头段(505)、数据段(510)和报尾段(515)，

其中，所述报头段(505)包含所述电报标识符，其中，所述数据段(510)包含具有所述数据要素的所述数据字段，

其中，当所述电报被封锁时，所述数据要素包含所述第一值，

其中，当所述电报被解锁时，所述数据要素包含所述第二值，且

其中，所述报尾段(515)包含用于对所发送数据进行完整性校验的校验和字段(550)。

9.根据权利要求8所述的数据结构，

其中，所述电报构建为以太网电报，所述以太网电报在所述报头段(520)中具有目的地地址字段(555)和发送方地址字段(560)，

其中，所述目的地地址字段(555)和所述发送方地址字段(560)均构建为MAC地址字段，

其中，所述报头段(520)包含具有所述电报标识符的TAG字段(565)，且

其中，所述报头段(520)包含用于所使用协议的协议字段(570)。

10.根据权利要求8或9所述的数据结构，

其中，所述电报构建为EtherCAT电报，其中，所述数据段(510)包含另外的报头段(525)，

其中，所述另外的报头段(525)包含长度字段(575)、保留字段(580)和所述数据字段，

其中，所述数据字段构建为类型字段(585)，且所述数据要素构建为EtherCAT协议类型。

11.一种自动化网络，

其中，所述从机参与方(115、125、135、145、155、160、165、170、175、180、185)被划分为区段(300、305、310、315、320、325)，其中，每个区段(300、305、310、315、320、325)包含至少一个从机参与方(115、125、135、145、155、160、165、170、175、180、185)，其中，所述主机参与方(105)构建成发送封锁电报以供所述从机参与方(115、125、135、145、155、160、165、170、175、180、185)进行处理，封锁电报各自具有电报标识符，以将封锁电报分配给区段(300、305、310、315、320、325)，

其中，至少一个区段(300、305、310、315、320、325)与所述至少一个解锁器(120、130、140)相配，

其中，所述至少一个解锁器(120、130、140)构建成当所述至少一个解锁器(120、130、140)接收到封锁电报时，基于所述封锁电报中的所述电报标识符来检验所述封锁电报是否旨在与所述至少一个解锁器(120、130、140)相配的所述区段(300、305、310、315、320、325)，以便如果所述封锁电报是旨在与所述至少一个解锁器(120、130、140)相配的所述区段(300、305、310、315、320、325)，则将所述封锁电报作为解锁电报释放以供所述从机参与方(115、125、135、145、155、160、165、170、175、180、185)进行处理。

12.根据权利要求11所述的自动化网络，

其中，所述主机参与方(105)配置成向所述从机参与方(115、125、135、145、155、160、165、170、175、180、185)发送电报，

其中，由所述主机参与方(105)发送的电报包括具有数据要素的数据字段，

其中，所述主机参与方(105)配置成通过所述主机参与方(105)将所述电报的所述数据要素设定为第一值来封锁电报，且

其中，所述至少一个解锁器(120、130、140)构建成在解锁封锁电报期间将所述数据要素的所述第一值设定为所述数据要素的第二值，以向所述从机参与方(115、125、135、145、155、160、165、170、175、180、185)指示释放所述电报处理。

13.根据权利要求11至12中任一项所述的自动化网络，

其中，解锁器(120、130、140)配置成：当所述解锁器(120、130、140)经由数据链路(205、210、215、220、225、230、235、240、245、250、255、260)从先前的解锁器(120、130、140)接收到不旨在与所述解锁器(120、130、140)相配的所述区段(300、305、310、315、320、325)的解锁电报时，封锁所述电报。

14.根据权利要求11至12中任一项所述的自动化网络，

其中，所述从机参与方(115、125、135、145、155、160、165、170、175、180、185)配置成处理所述数据链路(205、210、215、220、225、230、235、240、245、250、255、260)的往程线上各自的电报，

其中，解锁器(120、130、140)构建成当所述解锁器(120、130、140)经由数据链路(205、210、215、220、225、230、235、240、245、250、255、260)的往程线接收到解锁电报时，将所述解锁电报经由所述数据链路(205、210、215、220、225、230、235、240、245、250、255、260)的回程线发送到所述主机参与方(105)。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的自动化网络，

其中，所述至少一个解锁器(120、130、140)构建为网络分发器并配置成具有多个输入/输出端口(P0、P1、P2、P3、P4)，包含所述从机参与方(115、125、135、145、155、160、165、170、175、180、185)的区段(300、305、310、315、320、325)接到所述输入/输出端口(P0、P1、P2、P3、P4)，且

其中，构建为网络分发器的所述至少一个解锁器(120、130、140)构建成利用所述电报标识符经由构建为网络分发器的所述至少一个解锁器(120、130、140)的所述多个输入/输出端口(P0、P1、P2、P3、P4)路由所述电报。

16.根据权利要求11至15中任一项所述的自动化网络，

其中，所述至少一个解锁器(120、130、140)额外地配置为从机参与方(115、125、135、145、155、160、165、170、175、180、185)，以处理电报。

17.一种用于根据权利要求11至16中任一项所述的自动化网络的解锁器(100)，其中，所述解锁器(120、130、140)配置成执行根据权利要求1至7中任一项所述的数据传输方法以及在所述方法中使用根据权利要求8至10中任一项所述的数据结构(500)。