CN1297123C - 用于耦合数据网络的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于传输数据的方法和系统，该系统具有：第一数据网络(1)，其具有在至少一个第一传输周期中传输数据的第一装置，其中该第一传输周期被划分为一个用于传输实时临界数据的第一区域(4)和一个用于传输非实时临界数据的第二区域(5)；第二数据网络(2)，其具有在至少一个第二传输周期中传输数据的第二装置，其中该第二传输周期被划分为一个用于传输实时临界数据的第三区域(7)和一个用于传输非实时临界数据的第四区域(8)；以及一个耦合单元(13)，用于将实时临界数据从第一区域传输到第三区域。

Description

用于耦合数据网络的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种在数据网络之间传输数据的系统和方法。
背景技术
数据网络使得有可能通过联网，即通过单个用户相互的连接，在多个用户之间进行通信。这里通信的含义是在用户之间传输数据。其中，待传输的数据作为数据报发送，即数据被按多个分组一同打包并以这种形式通过数据网络送至相应的接收者。因此也被称为数据分组。
这里，数据传输的概念与上述数据电报或者数据分组传输同义。联网本身例如通过可开关高性能数据网，特别是以太网这样解决，即在两个用户之间各接至少一个与两个用户均连接的耦合单元。每个耦合单元可以与多于两个用户连接。
每个用户与至少一个耦合单元连接，而不是直接与一个其它用户连接。用户例如是计算机、可存储程序控制装置(SPS)或者与其它机器交换电子数据、特别是处理数据的机器。与其中每个用户可以直接通过数据总线抵达数据网络中的任何另外的用户的总线系统不同，在可开关的数据网络中仅仅涉及点对点连接，也就是说，一个用户仅仅能够间接地、通过借助于一个或多个耦合单元对待传输数据的相应转播抵达可开关的数据网络的所有其它用户。
在分布式自动化系统中，例如在传动技术中，必须使确定的数据在确定的时间到达确定的用户并由接收者处理。这里人们称之为实时临界数据或者数据交换，因为数据不及时到达确定的地点造成在用户处不希望的结果。根据IEC 61491，EN61491 SERCOS接口技术简述(http://www.sercos.de/deutsch/index_deutsch.htm)可以保证在分布式自动化系统中所述类型的实时临界数据交换成功进行。
在现有技术中，公知的有不同标准的通信系统，也称为总线系统，用于在两个或多个特别是用在自动化系统中的电子部件或者设备之间进行数据交换。这种通信系统的例如有：现场总线(Feldbus)、特征总线(Profibus)、以太网、工业以太网、火线(FireWire)或者PC内部总线系统(PCI)。这些总线系统分别针对不同的应用领域设计或者优化，并允许构成一个分散的控制系统。对于在自动化生产和特别是在数字驱动技术中的过程控制和监测，要求非常快速和可靠的、具有可预测的反应时间的通信系统。
通过诸如SMP、ISA、PCI或者VME的并行系统总线，可以在不同部件之间构成非常快速和简单的通信。其中，这种总线系统尤其应用在计算机和PC中。
尤其是在自动化技术中，公知的有具有相等间隔特性的同步、定时的通信系统。这里，系统被理解成由至少两个用户组成，这些用户为了相互交换数据或者相互传输数据而互相连接。其中，数据交换在等间隔通信周期内周期地进行，该通信周期由系统使用的通信时钟预先设定。用户例如是中央自动化设备，编程、计划或操作设备，诸如输入/输出组件的外围设备，驱动机构，反应器，传感器，可存储编程控制装置(SPS)或者其它控制单元，计算机，或者与其它机器交换电子数据、特别是处理它机器的数据的机器。下面将控制单元理解成所有类型的调节器单元或控制单元。
在通信系统中的等间隔的确定的周期性数据交换是以一个所有参与通信的组件的共同时钟基准或者时间基准为基础的。该时钟基准或者时间基准由一个突出的组件(时钟，Taktschlaeger)向通信系统的所有用户传递。在等时的实时以太网中，该时钟或者时间基准由一个同步主控器通过发送同步电报预先给定。
在还没有公开的德国专利申请10058524.8中，公开了一种用于通过可开关数据网络，特别是以太网传输数据的系统和方法，该系统和方法允许实时临界和非实时临界的混合运行，特别是基于因特网或者企业内部网的数据通信。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种在数据网络之间传输数据的更好的系统和方法。
本发明允许不同的数据网络通过一个例如所谓路由器的耦合单元相耦合，其中，各个数据网络在传输周期中传输各自数据，而传输周期被分为用于传输实时临界数据和用于传输非实时临界数据的区域。
按照这种方式方法，数据网络可以按相同或者不同的通信协议相互耦合，例如，以太网数据网络，特别是等时的实时以太网通信系统与PROFIBUS数据网络耦合，或者等时的实时以太网数据网络与SERCOS数据网络和/或FIREWIRE数据网络耦合，或者PROFIBUS数据网络和/或FIREWIRE数据网络与SERCOS数据网络耦合。
其中，从一个数据网络向另一个数据网络的数据传输，既可以涉及实时临界数据，又可以涉及非实时临界数据。可以将实时临界数据从一个数据网络向另一个数据网络数据传输的可能性，在本发明的一个优选实施方式中被用来将一个数据网络时钟的周期同步电报传输到其它数据网络，以便借助于周期同步电报在其它数据网络中同步本地相对时钟。
在本发明的另一种优选实施方式中，不同的数据网络分别具有自身的时钟。
在本发明的另一个实施方式中，将例如用于非周期性的、按需要控制的通信的非实时临界数据，通过在相应的传输周期中分配不同的区域，从一个数据网络传输到其它数据网络数据。此外，也可以按照这种方式方法调用软件，特别是所谓的远程过程调用(RPC)，将数据从一个数据网络路由到另一个数据网络。由此，可以将服务器功能在远程数据网络中使用。
附图说明
下面对照附图所示实施方式对本发明作进一步的说明。图中，
图1表示按照本发明的数据传输系统的一种实施方式的示意框图，
图2表示一种相应方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了一个包括数据网络1和2的系统。
数据网络1可以例如是一个等时的实时以太网，而数据网络2是一个PROFIBUS数据网络或者一个等时的实时以太网，或者是SERCOS数据网络、FIREWIRE数据网络和/或PROFIBUS数据网络的组合。原则上可以使用任意的数据网络，其既允许传输实时临界数据又允许传输非实时临界数据。
对于在数据网络1中的数据传输设计了传输帧3。这种传输帧3在确定的时间间隔上周期地相互跟随。在一个传输帧3中定义了用于传输实时临界数据的区域4。此外，在该传输帧3中还定义了用于传输非实时临界数据的区域5，即分别在数据网络1的用户之间传输这种数据。
实时临界数据可以是不同的数据电报，其按固定的地址在确定的时间在数据网络1的确定用户之间被传输。其中，通过这种定义的数据电报确定的数据网络1的用户之间的通信结构通常是固定的；改变的仅仅是由每个数据电报各自传输的有效数据。
相对地，可以在传输帧3的区域5传输的非实时临界数据可以是非周期性的、按需要控制的通信的数据。按需要控制的通信可以例如采用TCP/IP协议。
数据网络2也相应地表现。该数据网络具有与数据网络1的传输帧3相应的传输帧6。其中，传输帧6被分为一个用于实时临界数据的区域7和一个用于非实时临界数据的区域8—对应于传输帧3的区域4和5。
数据网络1例如具有一个包括一个时钟10的控制装置9。该时钟10向数据网络1的用户发送周期同步电报，用于将各用户中的本地相对时钟同步。
在本例中对于数据网络2也有对应的具有时钟12的控制装置11。
数据网络1和2与一个耦合单元，即一个所谓路由器13相互连接。
例如，数据网络1的一个用户可以用所谓的IP地址对数据网络2的另一用户进行寻址，其中，在路由器13中将该IP地址转换为数据网络2的一个地址，例如一个以太网地址。
如果数据网络1的一个用户向另一个数据网络2的用户发送具有实时临界数据的数据电报，则该在传输帧3的区域4中的数据通过该数据网络1传输到路由器13。然后，路由器13识别数据网络2的传输帧6在时间上的下一个开始，以便将来自数据网络1的用户的实时临界数据安排在传输帧6的区域7，从而借助于一个对应的数据电报将该实时临界数据通过数据网络2转发到所寻址的数据网络2的用户。
相应地，也可以从数据网络1的一个用户向数据网络2的一个用户传输非实时临界数据。为此，由数据网络1的用户通过数据网络1向路由器13传输一个具有非实时临界数据的数据电报。为此，将该非实时临界数据安排在传输帧3的区域5。然后，路由器13识别数据网络2的传输帧6在时间上的下一个开始，以便将非实时临界数据安排在传输帧6的区域8，从而向所希望的数据网络2的用户传输一个相应的数据电报。
传输帧3和6的时间长度可以不同并可以是改变的。例如，可以将传输帧的时间长度设计为不同的周期性改变。例如，传输帧3的长度可以周期性地采用2ms、3ms和4ms，而传输帧6的长度则周期地采用1ms、2ms和3ms。但是，传输帧3和6也可以具有固定的时间长度和/或相同的周期性。
通过路由器13还可以将时钟10的周期同步电报向数据网络2的用户传输。这里，可以采用上述关于传输实时临界数据和非实时临界数据的机制。在这种情况下，时钟12断开或者不存在。在这种数据网络1和2的用户时钟同步的基础上，两个数据网络的用户可以例如采集同步实测值或者给出同步额定值。按照这种方式方法可以特别优选地例如将一个等时的实时以太网与一个PROFIBUS数据网络或SERCOS数据网络耦合。
由于这种跨数据网络访问的时钟同步，可以在每个数据网络1和2的用户中实现一个在系统范围内唯一表示时间的相对时钟。由此，在这种基本机制的基础上可以按照一种统一的时间理解在两个通信系统中采集事件，或者在本身或其它数据网络中触发与时间相关的电路事件。该相对时钟的精确度至少相应于一个传输周期的精确度。
图1的系统的另一个特别的优点是，还可以为在数据网络1和2之间的非周期性的、按需要控制的通信进行路由。这里，相应的通信可以利用适当的(proprietaere)和/或公开的协议进行。
同样，可以在数据网络1和2的用户之间通过路由器13传输软件调用，特别是所谓的远程过程调用(RPC)。通过这种方式可以将服务器功能分别在其它数据网络中使用。
其中，路由器13可以作为离散设备构成，或者可以是数据网络1或2的用户的集成组成部分。
图1的系统可以优选地应用于包装机械、出版、注塑机、纺织机械、印刷机、机床、机器人、处理系统(Handlingssystemen)、木材加工机械、玻璃加工机械、陶瓷加工机械以及升降机械的监测、调节和/或控制。
图2示出了一个对应的流程图。在步骤20中完成实时临界数据的传输，该实时临界数据是由例如数据网络1(见图1)的一个用户以数据电报的形式向其它数据网络(见图1中的数据网络2)的用户发送的。其中，该实时临界数据在数据网络传输周期的相应区域被传输。
在步骤21完成该数据网络的同一个或另一个用户的非实时临界数据的传输。
在步骤22，该数据网络用户的数据电报被耦合单元，即路由器接收，而路由器在时间上识别在目标数据网络中的下一个传输帧。
在步骤23中，路由器将实时临界数据和非实时临界数据安排在目标数据网络传输帧的相应区域。在步骤24，在一个相应传输期间内将具有在传输帧的相应区域内的实时临界数据和非实时临界数据的一个或多个数据电报，由路由器向所涉及的目标数据网络的用户发送。

Claims (20)

1.一种用于传输数据的系统，该系统具有：
第一数据网络(1)，其是等时实时以太网并具有在至少一个第一传输周期中传输数据的第一装置，其中，该第一传输周期被划分为一个用于在确定的时间在确定的用户之间传输实时临界数据的第一区域(4)和一个用于传输非实时临界数据的第二区域(5)；
第二数据网络(2)，其具有与该第一数据网络不同的通信协议并包括在至少一个第二传输周期中传输数据的第二装置，其中，该第二传输周期被划分为一个用于传输实时临界数据的第三区域(7)和一个用于传输非实时临界数据的第四区域(8)；以及
一个耦合单元(13)，用于将实时临界数据从第一区域传输到第三区域。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二数据网络从PROFIBUS数据网络、SERCOS数据网络或者FIREWIRE数据网络选出。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一和/或第二传输周期具有一个可以设置的和/或可变的时间长度。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述各时间长度为周期性变化的。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述耦合单元识别一个在时间上跟随第一传输周期的第二传输周期，并将第一传输周期的第一区域的实时临界数据安排到第二传输周期的第三区域。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述耦合单元为了传输第二区域的非实时临界数据构成所述第四区域。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述耦合单元识别一个在时间上跟随第一传输周期的第二传输周期，并将第二区域的非实时临界数据传输到所述第四区域。
8.根据权利要求1所述的系统，该系统具有所述第一数据网络的第一时钟(10)，用于发送使该第一数据网络用户的本地相对时钟同步的周期同步电报，其中，所述耦合单元被构造成从第一传输周期的第一区域向第二传输周期的第三区域传输实时临界的周期同步电报。
9.根据权利要求8所述的系统，该系统具有第二数据网络的第二时钟(12)，用于发送使该第二数据网络用户的本地相对时钟同步的周期同步电报。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的系统，其中，所述耦合单元被构造成用于传输软件调用。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述软件调用是远程过程调用。
12.一种用于从第一数据网络的一个第一用户向第二数据网络的一个第二用户传输数据的方法，
所述第一数据网络是等时实时以太网并具有在至少一个第一传输周期中传输数据的第一装置，其中该第一传输周期被划分为一个用于在确定的时间在确定的用户之间传输实时临界数据的第一区域和一个用于传输非实时临界数据的第二区域，
所述第二数据网络具有与该第一数据网络不同的通信协议并包括在至少一个第二传输周期中传输数据的第二装置，其中该第二传输周期被划分为一个用于传输实时临界数据的第三区域和一个用于传输非实时临界数据的第四区域，
其中，将所述第一传输周期第一区域的实时临界数据，在跟随该第一传输周期的第二传输周期的第三区域中，传输到所述第二用户。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，作为所述第二数据网络从PROFIBUS数据网络、SERCOS数据网络或者FIREWIRE数据网络中选出。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述第一和/或第二传输周期是可变的。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第一和/或第二传输周期周期性地变化。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，为了进行传输，确定在时间上跟随第一传输周期的第二传输周期。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，将所述第二区域的非实时临界数据传输到所述第四区域。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，从一个时钟为同步第一数据网络第一用户的本地相对时钟发送一个周期同步电报，该周期同步电报作为第一传输周期的第一区域的实时临界数据被传输至第二传输周期的第三区域，用于由第二数据网络的第二用户同步本地相对时钟。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述由第二数据网络的第二用户同步本地相对时钟，通过第二数据网络第二时钟的周期同步电报实现。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，由第一用户的软件调用作为非实时临界数据，从所述第一传输周期的第二区域在第二传输周期的第四区域中传输到所述第二数据网络的第二用户。
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