DE10004425A1 - Network with subscriber device, esp. field device, enables transmitter, receiver transmission, reception time delays to be taken into account for time synchronisation - Google Patents

Network with subscriber device, esp. field device, enables transmitter, receiver transmission, reception time delays to be taken into account for time synchronisation

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DE10004425A1
DE10004425A1 DE2000104425 DE10004425A DE10004425A1 DE 10004425 A1 DE10004425 A1 DE 10004425A1 DE 2000104425 DE2000104425 DE 2000104425 DE 10004425 A DE10004425 A DE 10004425A DE 10004425 A1 DE10004425 A1 DE 10004425A1
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Abstract

The network has a first subscriber device for transmitting a first message for time synchronisation to a second subscriber device in which the physical transition time for the message over the physical transmission path between the subscriber devices is stored. The first message contains a time corrected by a transmission time delay for the first subscriber device and the second subscriber device measures the delay since receiving the first message and corrects the time received in the first message by the transition time and the receiver delay time.

Description

Die Erfindung betrifft ein Netzwerk nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Netzwerkteilnehmer, insbesondere ein Feldgerät, für ein derartiges Netzwerk.The invention relates to a network according to the preamble of Claim 1 and a network participant, in particular a Field device, for such a network.

Ein derartiges Netzwerk ist beispielsweise aus der DE 197 10 971 A1 bekannt. In einem Netzwerk mit einer Mehr­ zahl von Netzwerkteilnehmern, beispielsweise Sensoren und Aktuatoren, die über das Netzwerk zur Datenübertragung mit­ einander verbunden sind, muß für zeitkritische Anwendungen, beispielsweise für zeitgleiche Meßwerterfassung bei Regel­ vorgängen, eine Synchronisation vorgenommen werden. Zur Syn­ chronisation der Teilnehmer wird durch einen Teilnehmer ein Telegramm an die weiteren Teilnehmer gesendet, das beispiels­ weise dazu benutzt werden kann, eine gleichzeitige Erfassung von Meßwerten durch bestimmte Teilnehmer zu veranlassen. Dabei wird berücksichtigt, daß bei der Übertragung von Tele­ grammen zwischen Sender und Empfänger Durchlaufzeiten über die physikalische Übertragungsstrecke entstehen, die unter anderem durch die Entfernung und die physikalische Übertra­ gungsgeschwindigkeit der Signale auf dem Übertragungsmedium bestimmt werden. Damit sich auch Laufzeitdifferenzen von Telegrammen zu verschiedenen Teilnehmern nicht negativ auf die Synchronisationsgenauigkeit auswirken, werden die Lauf­ zeiten jeweils automatisch durch eine Telegrammsequenz erfaßt. Insbesondere in Netzwerken, deren Topologie und räum­ liche Ausdehnung veränderlich ist, bringt eine automatische Bestimmung der Durchlaufzeit Vorteile. Veränderungen können beispielsweise auftreten, wenn Teilnehmer nur temporär oder an verschiedenen Orten angeschlossen werden. Eine Möglichkeit zur Synchronisation der Teilnehmer besteht darin, daß ein Teilnehmer seine Uhrzeit in einem Telegramm an die übrigen Teilnehmer überträgt. Die zuvor ermittelte Durchlaufzeit des Telegramms ist in den übrigen Teilnehmern gespeichert. Diese korrigieren die in dem Telegramm empfangene Uhrzeit um die jeweilige Durchlaufzeit des Telegramms und synchronisieren auf diese Weise ihre interne Uhr auf die Uhrzeit des Senders.Such a network is, for example, from the DE 197 10 971 A1 known. In a network with more number of network participants, for example sensors and Actuators using the network for data transmission interconnected, for time-critical applications, for example for simultaneous acquisition of measured values in the rule operations, a synchronization can be made. For syn Chronization of participants is done by one participant Telegram sent to the other participants, for example can be used as a simultaneous acquisition of measurements by certain participants. It is taken into account that in the transmission of Tele gram through times between sender and receiver the physical transmission link arise that under among other things by the distance and the physical transfer speed of the signals on the transmission medium be determined. So that runtime differences of Telegrams to different participants are not negative the synchronization accuracy will affect the run times automatically by a telegram sequence detected. Especially in networks, their topology and spatial expansion is variable, brings an automatic Determining lead time benefits. Changes can for example, occur when participants are only temporarily or can be connected to different locations. A possibility to synchronize the participants is that a Participant sent his time in a telegram to the others Participant transmits. The previously determined throughput time of the  Telegram is stored in the other participants. This correct the time received in the telegram by respective throughput time of the telegram and synchronize this way their internal clock to the time of day of the transmitter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Netzwerk sowie einen Teilnehmer, insbesondere ein Feldgerät, für ein derar­ tiges Netzwerk zu schaffen, die sich durch eine verbesserte Genauigkeit bezüglich der Uhrzeitsynchronisation auszeichnen.The invention has for its object a network as well a subscriber, in particular a field device, for a derar to create a network that is characterized by an improved Characterize accuracy with regard to time synchronization.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist das neue Netzwerk der ein­ gangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des An­ spruchs 1 angegebenen Merkmale auf. Ein Netzwerkteilnehmer, insbesondere ein Feldgerät, für ein derartiges Netzwerk sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in Anspruch 11 bzw. in den Unteransprüchen beschrieben.The new network instructs the to solve this task gangs mentioned in the characterizing part of the An claim 1 specified characteristics. A network participant, in particular a field device for such a network and advantageous embodiments of the invention are claimed 11 or described in the subclaims.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß eine Sendezeitverzögerung im Sender sowie eine Empfangszeitverzögerung im Empfänger, die veränderlich sein können, bei der Uhrzeitsynchronisation berücksichtigt werden.The invention has the advantage that a transmission time delay in the transmitter as well as a reception time delay in the receiver, which can be changeable in the time synchronization be taken into account.

Dazu sendet ein erster Netzwerkteilnehmer ein erstes Tele­ gramm an einen zweiten Netzwerkteilnehmer, das die um eine Sendezeitverzögerung korrigierte Uhrzeit des ersten Netz­ werkteilnehmers enthält. Im zweiten Teilnehmer ist die Tele­ grammlaufzeit über die physikalische Übertragungsstrecke zwischen dem ersten Netzwerkteilnehmer und dem zweiten Netz­ werkteilnehmer als Durchlaufzeit gespeichert. Sie kann bei­ spielsweise manuell eingegeben oder durch einen weiteren Telegrammverkehr zuvor gemessen worden sein. Der zweite Netz­ werkteilnehmer mißt die Zeitverzögerung seit Empfang des ersten Telegramms und korrigiert die im ersten Telegramm empfangene Uhrzeit um die Durchlaufzeit und die gemessene Empfangszeitverzögerung. Der zweite Netzwerkteilnehmer ist somit vorteilhaft jederzeit in der Lage, eine synchronisierte Uhrzeit aus der Summe der im Telegramm empfangenen Uhrzeit und der um die Laufzeit ergänzten Empfangszeitverzögerung zu ermitteln. Variable Sende- und Empfangszeitverzögerungen wirken sich nicht auf das Ergebnis der Synchronisation aus.For this purpose, a first network participant sends a first telephoto grams to a second network participant, which is the one Transmission time delay corrected time of the first network work participant contains. The second participant is the tele Gram transit time over the physical transmission path between the first network participant and the second network Worker saved as lead time. You can at for example, entered manually or by another Telegram traffic must have been measured beforehand. The second network Worker measures the time delay since receiving the first telegram and corrects those in the first telegram received time by the throughput time and the measured Reception time delay. The second network participant is thus advantageously able to synchronize at any time Time from the sum of the time received in the telegram  and the reception time delay supplemented by the transit time determine. Variable transmission and reception time delays do not affect the result of the synchronization.

Ist der zweite Netzwerkteilnehmer weiterhin dazu ausgebildet, ein zweites Telegramm zur Uhrzeitsynchronisation an einen dritten Netzwerkteilnehmer zu senden, das eine um die Lauf­ zeit und die Verzögerungszeit zwischen Empfang des ersten Telegramms und Senden des zweiten Telegramms korrigierte empfangene Uhrzeit enthält, so wird ein iteratives Weiter­ senden der jeweils korrigierten Uhrzeit von Netzwerkteil­ nehmer zu Netzwerkteilnehmer möglich. In den empfangenden Netzwerkteilnehmern können jeweils identische Korrektur­ mechanismen angewendet werden. Die jeweils in einem Netz­ werkteilnehmer abgespeicherte Laufzeit entspricht der Lauf­ zeit über die physikalische Übertragungsstrecke zwischen dem jeweils zuletzt sendenden und dem empfangenden Netzwerk­ teilnehmer.If the second network participant is further trained to a second telegram for time synchronization to one to send third network participants, the one around the barrel time and the delay time between receiving the first Telegram and sending of the second telegram corrected received time contains an iterative continuation send the corrected time from the network part Participants to network participants possible. In the receiving Network participants can make identical corrections mechanisms are applied. Each in a network The saved runtime corresponds to the run time over the physical transmission path between the the last sending and the receiving network Attendees.

Alternativ zum Senden eines Telegramms zur Uhrzeitsynchroni­ sation von einem ersten Netzwerkteilnehmer zu einem zweiten kann auch eine Uhrzeitsynchronisation mit zwei Telegrammen erfolgen. Dazu sendet der erste Netzwerkteilnehmer ein erstes Telegramm zur Uhrzeitsynchronisation an einen zweiten Netz­ werkteilnehmer und speichert gleichzeitig eine um die Sende­ zeitverzögerung korrigierte Uhrzeit des ersten Netzwerkteil­ nehmers ab. Im zweiten Netzwerkteilnehmer ist die Laufzeit des Telegramms über die physikalische Übertragungsstrecke zwischen dem ersten Netzwerkteilnehmer und dem zweiten Netz­ werkteilnehmer abgespeichert. Der zweite Netzwerkteilnehmer mißt die Zeitverzögerung seit Empfang des ersten Telegramms, ohne jedoch den dazu dienenden Timer anzuhalten. Der erste Netzwerkteilnehmer sendet nun ein zweites Telegramm, das die um die Sendezeitverzögerung korrigierte Uhrzeit des ersten 3 Netzwerkteilnehmers enthält, an den zweiten Netzwerkteilneh­ mer. Die im zweiten Telegramm empfangene Uhrzeit korrigiert der zweite Netzwerkteilnehmer um die Laufzeit und die Empfangszeitverzögerung, die in bezug auf den Empfang des ersten Telegramms gemessen wird. Dieses Verfahren mit zwei Telegrammen besitzt dieselben Vorteile, die auch mit dem Verfahren zur Uhrzeitsynchronisation mit nur einem Telegramm verbunden sind.As an alternative to sending a telegram for time synchronization sation from a first network participant to a second can also do time synchronization with two telegrams respectively. For this purpose, the first network participant sends a first one Telegram for time synchronization to a second network participant and saves one at the same time time delay corrected time of the first network part customer. The runtime is in the second network participant of the telegram over the physical transmission path between the first network participant and the second network Workers saved. The second network participant measures the time delay since receiving the first telegram, but without stopping the timer. The first Network participants now send a second telegram that the time of the first corrected by the transmission time delay 3 network participants contains, to the second network participants mer. Corrected the time received in the second telegram the second network participant about the runtime and the  Reception time delay that is related to the reception of the first telegram is measured. This procedure with two Telegrams have the same advantages as with the Procedure for time synchronization with only one telegram are connected.

Für ein Netzwerk mit mehr als zwei Netzwerkteilnehmern kann das Verfahren mit zwei Telegrammen ebenfalls in ein itera­ tives Verfahren fortgesetzt werden. Dazu leitet der zweite Netzwerkteilnehmer das erste Telegramm an einen dritten Netz­ werkteilnehmer weiter und mißt seine Verzögerungszeit der Telegrammweiterleitung. In einem dritten Telegramm sendet der zweite Netzwerkteilnehmer eine um die Laufzeit und die Verzö­ gerungszeit der Telegrammweiterleitung des ersten Telegramms korrigierte empfangene Uhrzeit an den dritten Netzwerkteil­ nehmer.For a network with more than two network participants the procedure with two telegrams also in an itera tive process to be continued. The second leads Network participants send the first telegram to a third network participant and measures its delay time of the Telegram forwarding. The sends in a third telegram second network participants one about the runtime and the delays Delivery time of the forwarding of the first telegram corrected received time to the third network part participants.

In vorteilhafter Weise wird die jeweils tatsächliche Sende­ zeitverzögerung bei der Uhrzeitsynchronisation berücksich­ tigt, wenn der erste Netzwerkteilnehmer einen ersten Timer zur Bestimmung der Sendezeitverzögerung aufweist, den er beim Eintragen eines Telegramms in eine Liste der Sendeaufträge startet und nach Bereitstellung des Telegramms zur physika­ lischen Übertragung als Wert der Sendezeitverzögerung aus­ liest, um welchen die Uhrzeit des Telegrammeintrags zu korri­ gieren ist.The actual transmission is advantageous time delay in time synchronization when the first network participant has a first timer to determine the transmission time delay that he has at Enter a telegram in a list of send jobs starts and after the telegram to physika is provided transmission as the value of the transmission time delay reads by which to correct the time of the telegram entry is greed.

Ebenfalls wird in vorteilhafter Weise die jeweils tatsäch­ liche Empfangszeitverzögerung bei der Übertragung berück­ sichtigt, wenn der zweite Netzwerkteilnehmer einen zweiten Timer zur Bestimmung der Empfangszeitverzögerung aufweist, den er bei Empfang eines ersten Telegramms von einer physi­ kalischen Übertragungsstrecke startet.Likewise, the actual delay in reception during transmission sees if the second network participant a second Has a timer for determining the reception time delay, which he receives when receiving a first telegram from a physi calic transmission path starts.

Die Laufzeit des Telegramms über die physikalische Übertra­ gungsstrecke zwischen dem ersten Netzwerkteilnehmer und dem zweiten Netzwerkteilnehmer kann als Startwert in den zweiten Timer vor dessen Start abgespeichert sein. Das hat den Vorteil, daß die Summe der Laufzeit und der Empfangszeit­ verzögerung durch nur einen Timer ermittelt werden kann.The duration of the telegram via the physical transmission distance between the first network participant and the second network participant can be used as a starting value in the second  The timer must be saved before it starts. That has the Advantage that the sum of the transit time and the reception time delay can be determined by only one timer.

In einer Weiterbildung können Beginn und Ende der Laufzeit eines Telegramms jeweils als der Zeitpunkt bestimmt werden, zu welchem ein charakteristisches Feld eines Telegramms mit festem Abstand vom Telegrammanfang ein Media-Independent- Interface des ersten Netzwerkteilnehmers verläßt bzw. in ein Media-Independent-Interface des zweiten Netzwerkteilnehmers einläuft. Vorteilhaft sind dabei Messungen der Sendezeit­ verzögerung, Laufzeit und Empfangszeitverzögerung unabhängig von der Länge des jeweiligen Telegramms.In further training, the start and end of the term can be of a telegram can be determined as the point in time to which a characteristic field of a telegram with fixed distance from the beginning of the telegram a media independent Interface of the first network participant leaves or in one Media independent interface of the second network participant enters. Measurements of the transmission time are advantageous here Delay, runtime and receive time delay independent on the length of the respective telegram.

Erfüllen die Netzwerkkomponenten die Ethernet-, Fast-Ether­ net- oder Gigabit-Ethernet-Spezifikation, so kann mit Vorteil als charakteristisches Feld des Telegramms das Type-Feld ver­ wendet werden. Im zweiten Netzwerkteilnehmer ist mit Empfang des Type-Feldes bekannt, daß es sich um ein Telegramm handelt, das zur Uhrzeitsynchronisation dient, und es können die erforderlichen Mechanismen eingeleitet werden. Das Daten­ feld befindet sich hinter dem Type-Feld und kann im Sender noch bis zur Ausgabe des Type-Feldes an das Media-Indepen­ dent-Interface verändert werden. Damit ist es möglich, bereits im selben Telegramm die um die Sendezeitverzögerung korrigierte Uhrzeit zu übertragen.The network components meet the ethernet, fast ether net or gigabit ethernet specification, so can be an advantage as the characteristic field of the telegram, the type field ver be applied. The second network participant is receiving the Type field known that it is a telegram acts, which is used for time synchronization, and it can the necessary mechanisms are put in place. The data field is located behind the type field and can be in the transmitter until the type field is output to the media Indepen dent interface can be changed. So it is possible already in the same telegram the time delay to transmit the corrected time.

Die Laufzeit eines Telegramms über die physikalische Übertra­ gungsstrecke kann exakt bestimmt werden, indem der erste Netzwerkteilnehmer ein erstes Telegramm zur Laufzeitermitt­ lung an einen zweiten Netzwerkteilnehmer sendet und einen Antwortzeit-Timer nach Bereitstellung des Telegramms zur physikalischen Übertragung startet. Der zweite Netzwerk­ teilnehmer startet nach Empfang des ersten Telegramms zur Laufzeitermittlung einen Timer zur Messung der Aufenthalts­ zeit und stoppt den Timer nach Bereitstellung eines zweiten Telegramms zur physikalischen Übertragung an den ersten Netzwerkteilnehmer. Die gemessene Aufenthaltszeit wird in dem zweiten Telegramm zur Laufzeitermittlung an den ersten Netz­ werkteilnehmer übertragen. Nach Empfang des zweiten Tele­ gramms von der physikalischen Übertragung stoppt der erste Netzwerkteilnehmer den Antwortzeit-Timer und berechnet die Laufzeit eines Telegramms über die physikalische Übertra­ gungsstrecke als die halbe Differenz zwischen der gemessenen Antwortzeit und der Aufenthaltszeit im zweiten Netzwerkteil­ nehmer.The runtime of a telegram via the physical transmission distance can be determined exactly by the first Network participants receive a first telegram at runtime sends to a second network participant and one Response time timer after the telegram is provided physical transmission starts. The second network Participant starts after receiving the first telegram Runtime determination a timer to measure the stay time and stops the timer after providing a second Telegram for physical transmission to the first  Network participants. The measured stay time is in the second telegram to determine the runtime to the first network transfer participants. After receiving the second tele of the physical transmission stops the first Network participants the response time timer and calculates the Runtime of a telegram via the physical transmission distance as half the difference between the measured Response time and the time spent in the second part of the network participants.

Mit Vorteil kann ein Netzwerkteilnehmer, insbesondere ein Feldgerät, mit mehreren Ports, insbesondere vier Ports, zum Anschluß weiterer Netzwerkkomponenten ausgestattet werden. Dabei kann eine Schnittstelle, ein sogenanntes Mikropro­ zessor-Interface, zur Verbindung der Ports mit einem teilneh­ merinternen Prozessorbus und eine Steuereinheit, eine soge­ nannte Switch-Control, vorgesehen werden, welche eine Tele­ grammweglenkung zwischen den Ports und dem Mikroprozessor- Interface vornimmt. Das hat den Vorteil, daß Netzwerkteil­ nehmer, insbesondere Feldgeräte, in der vom Anwender von Feldbussen gewohnten Weise in einer Linienstruktur verschal­ tet werden können. Ein separater Switch, wie er bei einer sternförmigen Struktur erforderlich wäre, entfällt. Insbeson­ dere bei einem Netzwerk nach Ethernet-, Fast-Ethernet- oder Gigabit-Ethernet-Spezifikation wird durch die Erfindung der Aufbau eines Netzes großer Ausdehnung ermöglicht, da ledig­ lich der Abstand zwischen zwei Netzwerkkomponenten bestimmte Grenzen nicht überschreiten darf, die Länge der Linienstruk­ tur jedoch unbegrenzt ist. Darüber hinaus hat die Integration von Switch-Funktionen in den Netzwerkteilnehmer den Vorteil, daß insbesondere bei Ethernet die CSMA/CD-Zugriffssteuerung deaktiviert werden kann und das Netzwerk ein determinist­ isches Verhalten erhält. Somit wird der Einsatzbereich der Netzwerkteilnehmer und des Netzwerks auf Anwendungsfälle erweitert, in welchen Echtzeitverhalten gefordert wird. A network participant, in particular a Field device with several ports, in particular four ports, for Connection of other network components. An interface, a so-called micropro processor interface, for connecting the ports with a participant internal processor bus and a control unit, a so-called called switch control, which is a tele routing between the ports and the microprocessor Interface. This has the advantage of being part of the network participants, in particular field devices, in which the user of Fieldbuses are boarded as usual in a line structure can be tet. A separate switch, like that of a star-shaped structure would be required. Insbeson with a network based on Ethernet, Fast Ethernet or Gigabit Ethernet specification is invented by the The construction of a network of large dimensions enables it to be single Lich the distance between two network components determined The length of the line structure must not exceed limits However, the structure is unlimited. It also has integration of switch functions in the network participants the advantage that especially with Ethernet the CSMA / CD access control can be deactivated and the network is a determinist behavior. The application area of the Network participants and the network on use cases expanded in which real-time behavior is required.  

Wenn an den Netzwerkteilnehmern vier Ports zum Anschluß weiterer Netzwerkkomponenten vorgesehen werden, können Teil­ nehmer zu einer zwei- oder dreidimensionalen Netzwerkstruktur verschaltet werden, da bei diesen zwei Ports zur Einbindung des Netzwerkteilnehmers in eine Linie zwei weitere jeweils zur Verbindung der Linie mit einer anderen Linie verwendet werden können.If there are four ports on the network participants for connection other network components can be provided, part to a two- or three-dimensional network structure be interconnected, since these two ports are for integration the network participant in a line two more each used to connect the line to another line can be.

Eine Ausführung der durch die Ports realisierten Schnitt­ stellen nach der Ethernet- oder Fast-Ethernet-Spezifikation hat den Vorteil, daß bei der Realisierung beispielsweise eines Feldbusses mit derartigen Netzwerkkomponenten auf bereits aus anderen Bereichen vorhandenes Technologiewissen zurückgegriffen werden kann. Man erhält auf diese Weise ein durchgängiges Netzwerk für Office-, Leit-, Zell- und Feld­ ebene, das einen transparenten Zugriff auf beliebige Daten ermöglicht. Ein Gateway zur Kopplung von Netzwerkbereichen mit verschiedener Physik und verschiedenen Protokollen ist in vorteilhafter Weise nicht erforderlich. Zudem zeichnen sich Netzwerke auf der Basis der Ethernet-Spezifikation durch eine hohe Leistungsfähigkeit der Datenübertragung aus. Sie bieten Kostenvorteile durch eine breit verfügbare Technologie und Komponenten, die in hohen Stückzahlen vorhanden sind. Es ist möglich, eine hohe Zahl von Netzwerkteilnehmern an ein Netz­ werk anzuschließen. Durch die Erfindung werden die Vorteile der im Feldbereich favorisierten Linien- oder Busstruktur des Netzwerks, z. B. der Vorteil einer einfachen Verschaltung der Teilnehmer, mit den oben erwähnten Vorteilen von Netzwerken auf der Basis der Ethernet-Spezifikation nach IEEE 802.3 verbunden. Die in den Netzwerkteilnehmer integrierten Switch- Funktionen übernehmen die Funktion einer bisher separat in­ stallierten Netzwerkkomponente, beispielsweise eines Switchs, die damit entfällt.An execution of the cut realized by the ports according to the Ethernet or Fast Ethernet specification has the advantage that in the implementation, for example a field bus with such network components Technology knowledge already available from other areas can be used. You get one in this way end-to-end network for office, control, cell and field level, which provides transparent access to any data allows. A gateway for coupling network areas with different physics and different protocols is in advantageously not required. Also stand out Networks based on the Ethernet specification through a high performance of data transmission. they offer Cost advantages through a widely available technology and Components that are available in large quantities. It is possible a large number of network participants in a network to connect the plant. The advantages of the invention the preferred line or bus structure in the field Network, e.g. B. the advantage of a simple connection of the Participants, with the advantages of networks mentioned above based on the Ethernet specification according to IEEE 802.3 connected. The switch integrated in the network participants Functions take over the function of a previously separate installed network component, for example a switch, which is thus eliminated.

Eine weitere Verbesserung bei Anwendungen in der Automatisie­ rungstechnik, insbesondere beim Einsatz in zeitkritischen Anwendungen, wird erreicht, wenn die Steuereinheit der Switch-Funktion derart ausgebildet ist, daß eine Übertra­ gungspriorität der zu versendenden Telegramme ausgewertet wird und Telegramme mit hoher Priorität vor Telegrammen mit niederer Priorität gesendet werden.Another improvement in automation applications tion technology, especially when used in time-critical Applications, is achieved when the control unit of the  Switch function is designed such that a transfer priority of the telegrams to be sent evaluated and telegrams with high priority over telegrams with lower priority are sent.

Ein Mikroprozessor zur Korrektur einer internen Uhr anhand in Telegrammen empfangener Uhrzeitinformationen hat den Vorteil, daß die Uhrzeitsynchronisation weitgehend ohne zusätzlichen Hardware-Aufwand realisiert werden kann.A microprocessor to correct an internal clock based on in Telegrams received time information has the advantage that the time synchronization largely without additional Hardware effort can be realized.

Anhand der Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, werden im folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.Using the drawings, in which embodiments of the Invention are shown below, the invention as well as configurations and advantages explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine Kommunikationsstruktur einer automatisierungs­ technischen Anlage, Fig. 1 shows a communication structure of a technical system automation,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Schnittstelle eines Netz­ werkteilnehmers, Fig. 2 is a block diagram of an interface of a network subscriber,

Fig. 3 eine Reihenschaltung von Netzwerkteilnehmern mit linienförmiger Netzwerktopologie, Fig. 3 is a series connection of network devices with line-shaped network topology,

Fig. 4 eine Reihenschaltung von Netzwerkteilnehmern mit zwei Kommunikationskanälen, Fig. 4 is a series connection of network devices with two communication channels,

Fig. 5 eine zweidimensionale Verschaltung von Netzwerk­ teilnehmern, Figure 5 participants. A two-dimensional interconnection network,

Fig. 6 eine zweidimensionale Verschaltung mit redundanter Auslegung, Fig. 6 is a two-dimensional interconnection with redundant design,

Fig. 7 ein zweidimensionales Netzwerk nach erfolgter Redundanzverwaltung, Fig. 7 is a two-dimensional network after redundancy management,

Fig. 8 ein dreidimensionales Netzwerk nach erfolgter Redundanzverwaltung, Fig. 8 is a three-dimensional network after redundancy management,

Fig. 9 den prinzipiellen Aufbau eines Telegramms und Fig. 9 shows the basic structure of a telegram and

Fig. 10 den Aufbau einer Auftragsliste. Fig. 10 shows the structure of a job list.

Fig. 1 zeigt den Aufbau einer Kommunikationsstruktur in einer automatisierungstechnischen Anlage. Die Kommunikation erfolgt durchgängig auf der Leit-, Zell- und Feldebene durch ein Netzwerk, dessen Datenübertragung dem Fast-Ethernet- Standard nach IEEE 802.3u genügt. In der Feldebene sind ein Sensor 1, beispielsweise ein Druckmeßumformer, ein Sensor 2, hier ein Ultraschalldurchflußmeßumformer, ein Aktuator 3, ein Regelventil zur Einstellung eines Durchflusses, und eine speicherprogrammierbare Steuerung 4 mit Twisted-Pair-Lei­ tungen 5, 6 bzw. 7 busförmig verschaltet. Die speicherpro­ grammierbare Steuerung 4 bildet zusammen mit den beiden Sensoren 1 und 2 sowie dem Aktuator 3 einen Regelkreis, in welchem die Stellung des Regelventils in Abhängigkeit von den Meßwerten des Druckmeßumformers sowie des Durchflußmeßumfor­ mers vorgegeben wird. Die speicherprogrammierbare Steuerung 4 ist über eine Twisted-Pair-Leitung 8 an einen Switch 9 angeschlossen. Mit dem Switch 9 sind in einer sternförmigen Topologie weiterhin ein Zellrechner 10, ein Leitrechner 11 sowie ein Firewall 12, mit welchem ein gesicherter Ethernet- Zugang realisiert ist, verbunden. Mit einer Leitung 13 sind weitere, in der Figur der Übersichtlichkeit wegen nicht dar­ gestellte Zellrechner von benachbarten Zellen der automati­ sierungstechnischen Anlage an den Switch 9 angeschlossen. Anhand des in Fig. 1 dargestellten Beispiels wird insbeson­ dere der Vorteil einer hohen Datentransparenz über alle Ebenen hinweg deutlich. Für Leit-, Zell- und Feldebene wird derselbe Übertragungsstandard verwendet. Dabei sind die Feld­ geräte 1, 2 und 3 mit der speicherprogrammierbaren Steuerung 4 in der vom Anwender gewohnten Weise in einer linienförmigen Topologie verschaltet. Ein weiterer Vorteil ist die durchgän­ gige Verwendbarkeit einheitlicher Adressen für die einzelnen Netzwerkteilnehmer. Eine Adreßumsetzung, wie sie bei der Verwendung verschiedener Standards in den verschiedenen Ebe­ nen erforderlich wäre, kann bei dem neuen Netzwerk und den neuen Netzwerkteilnehmern in einer automatisierungstech­ nischen Anlage entfallen. Fig. 1 shows the structure of a communication structure in an automated system. Communication takes place consistently at the control, cell and field level through a network, the data transmission of which complies with the Fast Ethernet standard according to IEEE 802.3u. At the field level, a sensor 1 , for example a pressure transducer, a sensor 2 , here an ultrasonic flow transducer, an actuator 3 , a control valve for setting a flow, and a programmable logic controller 4 with twisted-pair lines 5 , 6 and 7 are bus-shaped connected. The memory programmable controller 4 forms together with the two sensors 1 and 2 and the actuator 3, a control circuit in which the position of the control valve is predetermined depending on the measured values of the pressure transducer and the Durchflußmeßumfor mers. The programmable logic controller 4 is connected to a switch 9 via a twisted pair line 8 . A cell computer 10 , a master computer 11 and a firewall 12 , with which a secure Ethernet access is implemented, are also connected to the switch 9 in a star-shaped topology. With a line 13 further, in the figure for clarity not shown cell computers of neighboring cells of the automation system are connected to the switch 9 . The example shown in FIG. 1 shows in particular the advantage of high data transparency across all levels. The same transmission standard is used for the control, cell and field level. The field devices 1 , 2 and 3 are connected to the programmable logic controller 4 in a linear topology in the manner familiar to the user. Another advantage is the consistent use of uniform addresses for the individual network participants. An address implementation, as would be required when using different standards in the different levels, can be omitted in the new network and the new network participants in an automation system.

Fig. 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau der Kommunikations­ schnittstelle eines Netzwerkteilnehmers, beispielsweise des Sensors 2 in Fig. 1. Applikationsspezifische Schaltungsteile, wie z. B. ein mechanisch-elektrisches Wandlerelement, eine Einrichtung zur Signalvorverarbeitung und eine Spannungsver­ sorgung, sind der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt. Die in einem Rechteck 20 zusammengefaßten Teile können in einem ASIC (Application Specific Integrated Circuit) inte­ griert werden. Die Kommunikation mit den anwendungsspe­ zifischen Schaltungsteilen des Netzwerkteilnehmers erfolgt über einen Mikroprozessor-Bus 21, an welchen ein RAM 22, ein Mikroprozessor 23 und ein Mikroprozessor-Interface 25 ange­ schlossen sind. Mit durchbrochenen Linien ist in der Darstel­ lung des Mikroprozessors 23 angedeutet, daß die Integration in das ASIC optional ist. Seine Funktionen könnten von einem externen Prozessor übernommen werden. Aufgabe des Mikro­ prozessors 23 ist die Ausführung von Anwenderprogrammen und von Kommunikationsfunktionen, beispielsweise die Abwicklung von TCP/IP. Eine weitere Aufgabe kann die Verwaltung von Sende- und Empfangslisten von Telegrammen unterschiedlicher Priorität im externen RAM 22 sein. Der Mikroprozessor 23 wählt aus einer Sendeliste im externen RAM 22 einen Auftrag 3 aus und startet über ein Mikroprozessor-Interface 25 einen DMA-Kontroller 26, der als DMA 1-Control bezeichnet wird, nachdem er zuvor in den DMA-Kontroller 26 die Anzahl der zu sendenden Daten-Bytes und einen Pointer, der auf das zu sendende Daten-Byte zeigt, eingetragen hat. Ist der Sende­ auftrag durch den DMA-Kontroller 26 vollständig in einen Transmit-Buffer 27 übertragen, so entfernt der Mikroprozessor 23 diesen Sendeauftrag aus der Sendeliste im RAM 22 und bearbeitet den nächsten Sendeauftrag, sofern die Sendeliste nicht leer ist und im Transmit-Buffer 27 noch freier Speicherplatz verfügbar ist. FIG. 2 shows the basic structure of the communication interface of a network participant, for example sensor 2 in FIG. 1. Application-specific circuit parts, such as, for. B. a mechanical-electrical transducer element, a device for signal preprocessing and a voltage supply are not shown for reasons of clarity. The parts summarized in a rectangle 20 can be integrated in an ASIC (Application Specific Integrated Circuit). Communication with the application-specific circuit parts of the network participant takes place via a microprocessor bus 21 , to which a RAM 22 , a microprocessor 23 and a microprocessor interface 25 are connected. With broken lines is indicated in the presen- tation of the microprocessor 23 that the integration into the ASIC is optional. Its functions could be taken over by an external processor. The task of the microprocessor 23 is to execute user programs and communication functions, for example the handling of TCP / IP. Another task can be the management of send and receive lists of telegrams of different priority in the external RAM 22 . The microprocessor 23 selects an order 3 from a transmission list in the external RAM 22 and starts a DMA controller 26 , which is referred to as DMA 1 control, via a microprocessor interface 25 after having previously entered the number of the DMA controller 26 data bytes to be sent and a pointer that points to the data byte to be sent. If the send job is completely transferred into a transmit buffer 27 by the DMA controller 26 , the microprocessor 23 removes this send job from the send list in the RAM 22 and processes the next send job if the send list is not empty and in the transmit buffer 27 free space is still available.

In das ASIC 20 sind weiterhin vier Ethernet-Kontroller 28, 29, 30 und 31 integriert. Jeder dieser Ethernet-Kontroller trägt die Datenbytes eines vollständig empfangenen Telegramms über einen Multiplexer 32, einen DMA-Kontroller 33, der auch als DMA 2-Control bezeichnet wird, und das Mikroprozessor- Interface 25 in eine Empfangsliste im RAM 22 ein. Der Mikroprozessor 23 greift auf die Empfangsliste zu und wertet die empfangenen Daten entsprechend einem Applikationsprogramm aus.Four Ethernet controllers 28 , 29 , 30 and 31 are also integrated in the ASIC 20 . Each of these Ethernet controllers enters the data bytes of a completely received telegram via a multiplexer 32 , a DMA controller 33 , which is also referred to as DMA 2 control, and the microprocessor interface 25 in a reception list in RAM 22 . The microprocessor 23 accesses the reception list and evaluates the received data in accordance with an application program.

Das Mikroprozessor-Interface 25 bildet die wesentliche Schnittstelle zwischen den Ethernet-Kontrollern 28 . . . 31 und dem Mikroprozessor-Bus 21. Es steuert oder arbitriert die Schreib- und Lesezugriffe, die über den DMA-Kontroller 33 bzw. den DMA-Kontroller 26 auf das RAM 22 erfolgen. Liegen von beiden DMA-Kontrollern 26 und 33 gleichzeitig DMA-Anfor­ derungen vor, so entscheidet das Mikroprozessor-Interface 25 über die Zugriffsrechte der beiden DMA-Kanäle. Über das Mik­ roprozessor-Interface 25 können weiterhin durch den Mikro­ prozessor 23 Parameterregister 34 geschrieben werden, die zum Betrieb der Kommunikationsschnittstelle des Netzwerkteilneh­ mers erforderlich sind. Als Beispiele seien ein Pointer auf den Beginn des hochprioren Speicherbereichs in einem Transmit-Buffer eines Ethernet-Kontrollers, ein Pointer auf den Beginn des hochprioren Speicherbereichs in jedem der Receive-Buffer der Ethernet-Kontroller, ein Betriebsartenre­ gister für allgemeine Steuerbits, eine Adresse der Reihe, welcher der Netzwerkteilnehmer angehört, eine Zykluszeit für sog. Port-Select-Telegramme und Einstellungen verschiedener Überwachungszeitintervalle genannt.The microprocessor interface 25 forms the essential interface between the Ethernet controllers 28 . , , 31 and the microprocessor bus 21 . It controls or arbitrates the write and read accesses that are made to the RAM 22 via the DMA controller 33 or the DMA controller 26 . If both DMA controllers 26 and 33 have DMA requirements at the same time, the microprocessor interface 25 decides on the access rights of the two DMA channels. Via the micro processor interface 25 , the micro processor 23 can continue to write parameter registers 34 , which are necessary for operating the communication interface of the network participant. Examples are a pointer to the start of the high-priority memory area in a transmit buffer of an Ethernet controller, a pointer to the start of the high-priority memory area in each of the receive buffers of the Ethernet controller, an operating mode register for general control bits, an address of the Series to which the network participant belongs, called a cycle time for so-called port select telegrams and settings for various monitoring time intervals.

Der Transmit-Buffer 27 hat eine Größe von mehr als drei Kilobyte und ist in einen Speicherbereich für hochpriore und einen Speicherbereich für niederpriore Telegramme aufgeteilt. Das Verhältnis der beiden Speicherbereiche ist parametrier­ bar. Die Speicherbereiche des Transmit-Buffers für hoch- und niederpriore Daten sind jeweils als Ringpuffer realisiert. Mit dem Senden der Daten aus dem Transmit-Buffer 27 über einen oder mehrere Ethernet-Kontroller 28 . . . 31 wird begon­ nen, wenn die Anzahl der eingetragenen Bytes eines Telegramms größer ist als der parametrierbare Füllstand, oder wenn ein komplettes Telegramm vom RAM 22 in den Transmit-Buffer 27 kopiert wurde und mindestens ein Ethernet-Kontroller 28 . . . 31 für den Sendebetrieb frei ist.The transmit buffer 27 has a size of more than three kilobytes and is divided into a memory area for high priority and a memory area for low priority telegrams. The ratio of the two memory areas can be parameterized. The memory areas of the transmit buffer for high and low priority data are each implemented as a ring buffer. When the data is sent from the transmit buffer 27 via one or more Ethernet controllers 28 . , , 31 is started when the number of bytes entered in a telegram is greater than the parameterizable fill level, or when a complete telegram has been copied from the RAM 22 into the transmit buffer 27 and at least one Ethernet controller 28 . , , 31 is free for broadcasting.

Die Ethernet-Kontroller 28 . . . 31 sind jeweils identisch aufgebaut. Ihr Aufbau wird am Beispiel des Ethernet-Kont­ rollers näher erläutert. Eine Einrichtung 40, die als Trans­ mit-Control bezeichnet wird, enthält ein Steuerwerk, das für das Senden von Telegrammen, für Wiederholungen, Sendeabbruch usw. verantwortlich ist. Sie bildet die Schnittstelle zwischen dem internen Kontrollertakt und dem Sendetakt. Zum Speichern einer Transmit-Status-Information für niederpriore und hochpriore Telegramme ist jeweils ein Transmit-Status- Register in der Einrichtung 40 vorgesehen. Wenn ein Telegramm fehlerfrei über den Port gesendet wurde, wird ein ent­ sprechender Interrupt erzeugt.The ethernet controller 28 . , , 31 are constructed identically. Their structure is explained in more detail using the example of the Ethernet controller. A device 40 , which is referred to as Trans with Control, contains a control unit which is responsible for sending telegrams, for repetitions, sending abort, etc. It forms the interface between the internal controller clock and the send clock. A transmit status register is provided in the device 40 for storing transmit status information for low-priority and high-priority telegrams. If a telegram was sent without errors via the port, an appropriate interrupt is generated.

Ein Media Independent Interface 41 (MII) integriert den MAC- Sublayer des Layers 2 nach dem Sieben-Schichten-Modell, d. h. des Data-Link-Layer. Dieses bildet eine Schnittstelle zu einem Baustein 36 zur physikalischen Datenübertragung. Weiterhin enthält das MII 41 einen Transmit-Function-Block 42 sowie einen Receive-Function-Block 43. Darüber hinaus sind ein in der Fig. 2 nicht dargestellter MAC-Control-Block, ein Adreßfilter, ein Statistikzähler und ein Host-Interface inte­ griert. Über das Media-Independent-Interface können Steuer- und Konfigurationsdaten an den Baustein 36 übertragen und Statusinformationen von diesem gelesen werden. Die einzelnen Funktionen des Transmit-Function-Blocks 42 sind: Abbilden der zu sendenden Bytes, Erkennen von Kollisionen im Halbduplex­ betrieb und Ausführen eines Back-Off-Algorithmus, Zurverfü­ gungstellen von Transmit-Status-Informationen an die Ein­ richtung 40 nach Beenden eines Sendevorganges, Einhalten der Ruhezeit Inter-Packet-Gap (IPG) zwischen zwei Telegrammen, Ergänzen der Sendedaten um eine Präambel, einen Start-Off- Frame-Delimeter (SFD) und ein parametrierbares Cyclic-Redun­ dancy-Check-Wort (CRC), Auffüllen eines Telegramms mit Pad- Bytes, wenn die Telegrammlänge < 60 Byte wäre, und ein Abbrechen eines Sendevorgangs auf Anforderung.A Media Independent Interface 41 (MII) integrates the MAC sublayer of layer 2 according to the seven-layer model, ie the data link layer. This forms an interface to a module 36 for physical data transmission. The MII 41 also contains a transmit function block 42 and a receive function block 43 . In addition, a MAC control block, not shown in FIG. 2, an address filter, a statistics counter and a host interface are integrated. Control and configuration data can be transmitted to the module 36 and status information can be read from it via the media-independent interface. The individual functions of the transmit function block 42 are: mapping of the bytes to be sent, detection of collisions in half-duplex operation and execution of a back-off algorithm, provision of transmit status information to the device 40 after a send operation has ended , Compliance with the idle time inter-packet gap (IPG) between two telegrams, supplementing the send data with a preamble, a start-off-frame delimeter (SFD) and a parameterizable cyclic redundancy check word (CRC), filling a telegram with pad bytes, if the telegram length would be <60 bytes, and abort of a send process on request.

Der Receive-Function-Block 43 stellt die empfangenen Bytes einer Einrichtung 44 zur Verfügung, die als Receive-Control bezeichnet wird. Der Receive-Function-Block 43 erkennt den Start-Of-Frame-Delimeter und eine VLAN-Frame. Er prüft das Längenfeld und das CRC-Wort in Telegrammen. Nach Beendigung des Empfangsvorgangs werden Receive-Status-Informationen der Einrichtung 44 zur Verfügung gestellt. Der Block 43 erkennt und entfernt bei Telegrammen Präambel und Start-Of-Frame- Delimeter. Unterschreitet der freie Speicherplatz in einem Receive-Buffer 45 des Ethernet-Kontrollers 28 im Vollduplex- Mode einen vorgegebenen Schwellwert, so sendet der MAC- Control-Block ein Pause-Steuer-Telegramm zur Flußkontrolle über den Baustein 36. Dieses Telegramm veranlaßt den ange­ schlossenen Netzwerkteilnehmer, so lange keine Datentele­ gramme an den Ethernet-Kontroller 28 zu senden, bis das mit dem Pause-Steuer-Telegramm gesendete Zeitintervall abgelaufen ist. Der Adreß-Filter führt eine Telegrammfilterung ent­ sprechend Unicast-, Multicast- und Broadcast-Adressen durch. Dazu wird die in einem Telegramm empfangene Zieladresse (DA) mit Filteradressen verglichen. Die Statistikzähler speichern statistische Informationen über Sende- und Empfangsopera­ tionen. Das Host-Interface erlaubt den Zugriff auf Parameter­ register und Statistikzähler des Ethernet-Kontrollers 28 durch den jeweils benachbarten Netzwerkteilnehmer.The receive function block 43 makes the received bytes available to a device 44 , which is referred to as receive control. The receive function block 43 recognizes the start-of-frame delimeter and a VLAN frame. It checks the length field and the CRC word in telegrams. After the reception process has ended, receive status information is made available to the device 44 . Block 43 recognizes and removes preambles and start-of-frame delimeters in the case of telegrams. If the free memory space in a receive buffer 45 of the Ethernet controller 28 falls below a predetermined threshold in full duplex mode, the MAC control block sends a pause control telegram for flow control via the module 36 . This telegram causes the connected network subscriber to send no data telegrams to the Ethernet controller 28 until the time interval sent with the pause control telegram has expired. The address filter carries out a telegram filtering according to unicast, multicast and broadcast addresses. To do this, the target address (DA) received in a telegram is compared with filter addresses. The statistics counters store statistical information about send and receive operations. The host interface allows access to parameter registers and statistics counters of the Ethernet controller 28 by the neighboring network participants.

Die Einrichtung 44 enthält ein Steuerwerk, das für den Empfang von Telegrammen verantwortlich ist. Sie bildet die Schnittstelle zwischen dem internen Takt des Ethernet- Kontrollers 28 und dem Empfangstakt.The device 44 contains a control unit which is responsible for receiving telegrams. It forms the interface between the internal clock of the Ethernet controller 28 and the receive clock.

Der Receive-Buffer 45 hat eine Größe von mehr als 3 Kilobyte. Er ist in einen Speicherbereich für hochpriore und in einen Speicherbereich für niederpriore Telegramme aufgeteilt. Das Verhältnis der beiden Speicherbereiche ist parametrierbar. Die Speicherbereiche sind jeweils als Ringpuffer realisiert.The receive buffer 45 has a size of more than 3 kilobytes. It is divided into a memory area for high priority and a memory area for low priority telegrams. The ratio of the two memory areas can be parameterized. The memory areas are each implemented as a ring buffer.

Der DMA-Kontroller 33 steuert den DMA-Transfer von einem der Receive-Buffer in den Ethernet-Kontrollern 28 . . . 31 zum RAM 22. Der DMA-Transfer beginnt, wenn in einem der Receive-Buf­ fer, beispielsweise im Receive-Buffer 45, die Anzahl der emp­ fangenen Datenbytes einen parametrierbaren minimalen Füll­ stand erreicht hat oder ein Telegramm vollständig empfangen wurde. Gleichzeitig muß dieser Receive-Buffer von einem Modul 46, das als Switch-Control bezeichnet wird, für den DMA- Transfer selektiert sein.The DMA controller 33 controls the DMA transfer from one of the receive buffers in the Ethernet controllers 28 . , , 31 to RAM 22 . The DMA transfer begins when in one of the receive buffers, for example in receive buffer 45 , the number of data bytes received has reached a parameterizable minimum fill level or a telegram has been completely received. At the same time, this receive buffer must be selected for the DMA transfer by a module 46 , which is referred to as switch control.

Der Einrichtung 40 ist ein Multiplexer 47 vorgeschaltet, der durch eine Steuereinheit 46, die als Switch-Control bezeich­ net wird, angesteuert wird.The device 40 is preceded by a multiplexer 47 which is controlled by a control unit 46 , which is referred to as switch control.

Switch-Control 46 steuert die Datenweiterleitung zwischen den Ethernet-Kontrollern 28 . . . 31 und das Abspeichern von emp­ fangenen Daten, wenn sie für den jeweiligen Netzwerkteil­ nehmer bestimmt sind. Da die Anwendung der Erfindung nicht auf Netzwerke nach der Ethernet-Spezifikation beschränkt ist, werden die Ethernet-Kontroller 28 . . . 31 im folgenden auch allgemein als Port 1, Port 2, Port 3 bzw. Port 4 bezeichnet. Welche Ports für die Weiterleitung von empfangenen Daten freigegeben sind, ist abhängig von der Netzstruktur, in welche der Teilnehmer eingebunden ist. Als Funktion des Betriebszustandes, der Netzstruktur, der empfangenen Ziel­ adresse und der Telegrammpriorität steuert Switch-Control 46 folgende Aktionen:
Switch control 46 controls the forwarding of data between the ethernet controllers 28 . , , 31 and the storage of received data if it is intended for the respective network participant. Since the application of the invention is not limited to networks according to the Ethernet specification, the Ethernet controllers 28 . , , 31 hereinafter also generally referred to as port 1, port 2, port 3 or port 4. Which ports are released for forwarding received data depends on the network structure in which the subscriber is integrated. Switch-Control 46 controls the following actions as a function of the operating status, the network structure, the received destination address and the telegram priority:

  • - Ist die empfangene Zieladresse gleich der eigenen Teil­ nehmeradresse, so wird das empfangene Telegramm über das Mikroprozessor-Interface 25 in das RAM 22 übertragen, ohne es an andere Ports weiterzuleiten.- If the received destination address is the same as the subscriber's own subscriber address, the received telegram is transmitted via the microprocessor interface 25 into the RAM 22 without forwarding it to other ports.
  • - Wird an einem Port ein Broadcast-Telegramm empfangen, so wird das Telegramm in das RAM 22 übertragen und den anderen freigegebenen Ports zum Versenden zur Verfügung ge­ stellt.- If a broadcast telegram is received at one port, the telegram is transferred to RAM 22 and made available to the other released ports for transmission.
  • - Wird an einem Port ein Telegramm mit einer Multicast-Ad­ resse empfangen, die mit einer der in einer Filtertabelle 48 gespeicherten Multicast-Adressen übereinstimmt, so wird das Telegramm in das RAM 22 übertragen und den anderen freigegebenen Ports zum Versenden zur Verfügung gestellt.If a telegram with a multicast address is received at a port that matches one of the multicast addresses stored in a filter table 48 , the telegram is transferred to RAM 22 and made available to the other released ports for transmission.
  • - Ist die empfangene Zieladresse verschieden von der eigenen Teilnehmeradresse und den Multicast-Adressen, so wird das Telegramm den anderen freigegebenen Ports zum Versenden zur Verfügung gestellt, ohne zur Weiterverarbeitung abge­ speichert zu werden.- If the destination address received is different from your own Subscriber address and the multicast addresses, so it will Telegram to the other released ports for sending made available without deducted for further processing to be saved.
  • - Bei Telegrammen mit sogenannten VLAN-Bytes stehen bei­ spielsweise acht Prioritätsebenen zur Verfügung. Stehen mehrere Telegramme gleichzeitig zum Versenden an, so wird die Sendereihenfolge der Telegramme entsprechend ihrer Übertragungspriorität festgelegt.- In the case of telegrams with so-called VLAN bytes, for example, eight priority levels are available. Stand If several telegrams are to be sent simultaneously, the transmission order of the telegrams according to their Transfer priority set.
  • - In einem Betriebszustand Monitor-Mode werden alle Tele­ gramme, welche die parametrierten Filterbedingungen erfül­ len, in das RAM 22 übertragen.- In an operating mode monitor mode, all telegrams that meet the parameterized filter conditions are transferred to RAM 22 .
  • - Die Telegrammweiterleitung unter Berücksichtigung eines modifizierten Spanning-Tree-Algorithmus.- The telegram forwarding taking into account a modified spanning tree algorithm.

Switch-Control 46 enthält noch weitere Parameter, deren Bedeutungen später noch genauer erläutert werden: Eine Reihenadresse RP3, die der an Port 3 angeschlossenen Reihe entspricht, eine Reihenadresse RP4, welche die Adresse der an Port 4 angeschlossenen Reihe wiedergibt, eine Anzahl NR1 der Übertragungsstrecken bis zum Port 1, eine Anzahl NR2 der Übertragungsstrecken bis zum Port 3, einen Wert |NR1 - NR2|S des jeweiligen Netzwerkteilnehmers, einen Wert |NR1 - NR2|Sender vom Sender eines empfangenen Port-Select-Telegramms, einen Betrag |NR1 - NR2|min als kleinster bisher empfangener Wert, eine Quelladresse ASender eines empfangenen Telegramms, eine Quelladresse AStored des Telegramms mit dem kleinsten Wert von Betrag |NR1 - NR2|min, eine beste empfangene Kombination (Root_ID.Cost.Transmitter_ID.Port_ID)P3 für Port 3, eine beste empfangene Kombination (Root_ID.Cost.Transmitter_ID.Port_ID)P4 für Port 4, eine beste empfangene Kombination (Root_ID.Cost.Transmitter_ID.Post_ID)R der Reihe, einen Melde-Intervall-Zähler für eine Zykluszeit von Port-Select-Telegrammen, einen Timeout-Zähler für ein Timeout-Intervall an Port 1, einen Timeout-Zähler für ein Timeout-Intervall an Port 2, einen Timeout-Zähler für ein Timeout-Intervall an Port 3, einen Aktiv-Time-Zähler für ein Zeitintervall, das mit dem letzten Empfang eines Port-Select- Telegramms an Port 4 beginnt, einen Kombinations-Alterungs­ zähler für ein maximales Zeitintervall, innerhalb dessen ein Konfigurationstelegramm empfangen werden muß, da sonst die gespeicherte Kombination Root_ID.Cost.Transmitter_IC.Port_ID gelöscht wird, einen Zähler für ein Zeitintervall Δtrowdelay, nach welchem ein Port 3 einer Reihe von inaktiv auf aktiv umschaltet, das der zweifachen Worst-Case-Durchlaufzeit eines Port-Select-Telegramms durch die Reihe entspricht, und einen Zähler für ein Zeitintervall Δtnetdelay, nach welchem ein Port von potentiell aktiv auf aktiv umgeschaltet wird und welches der zweifachen Worst-Case-Durchlaufzeit eines Konfi­ gurationstelegramms durch das Netzwerk entspricht.Switch control 46 contains further parameters, the meanings of which will be explained in more detail later: a row address R P3 , which corresponds to the row connected to port 3, a row address R P4 , which represents the address of the row connected to port 4, a number N R1 of the transmission paths up to port 1, a number N R2 of the transmission paths up to port 3, a value | N R1 - N R2 | S of the respective network participant, a value | N R1 - N R2 | Sender from the sender of a received port select telegram, an amount | N R1 - N R2 | min as the smallest value received so far, a source address A sender of a received telegram, a source address A Stored of the telegram with the smallest value of amount | N R1 - N R2 | min , a best received combination (Root_ID.Cost.Transmitter_ID.Port_ID) P3 for port 3 , a best received combination (Root_ID.Cost.Transmitter_ID.Port_ID) P4 for port 4, a best received combination (Root_ID.Cost.Transmitter_ID.Post_ID ) R of the series, a message interval counter for a cycle time of port select telegrams, a timeout counter for a timeout interval on port 1, a timeout counter for a timeout interval on port 2, a timeout Counter for a timeout interval on port 3, an active time counter for a time interval that begins with the last receipt of a port select telegram on port 4, a combination aging counter for a maximum time interval within which a configuration telegram must be received, otherwise the stored combination Root_ID.Cost.Transmitter_IC.Port_ID is deleted, a counter for a time interval Δt rowdelay , after which a port 3 of a row switches from inactive to active tet that corresponds to twice the worst case throughput time of a port select telegram through the series, and a counter for a time interval Δt netdelay , after which a port is switched from potentially active to active and which is twice the worst case throughput time a configuration telegram through the network.

In die Filtertabelle 48 können vom Anwender Multicast- und virtuelle LAN-Identifikationsadressen, sogenannte VLAN- Adressen, eingetragen werden. Ein Multicast- oder VLAN- Telegramm wird nur akzeptiert, wenn die empfangene Adresse mit einer der Adressen in der Filtertabelle 48 übereinstimmt.The user can enter multicast and virtual LAN identification addresses, so-called VLAN addresses, in the filter table 48 . A multicast or VLAN telegram is only accepted if the received address matches one of the addresses in the filter table 48 .

Eine Einrichtung 50 zur Redundanzsteuerung soll in einem Netzwerk sicherstellen, daß erkannte physikalische Fehler die Kommunikation zwischen den Netzwerkkomponenten nicht beein­ trächtigen. Zum einen besteht innerhalb jeder mit Netzwerk­ teilnehmern gebildeten Reihe Redundanz. Dazu müssen die in Reihe geschalteten Netzwerkteilnehmer einen Ring bilden, der im störungsfreien Fall an einer Stelle geöffnet ist, im Fehlerfall jedoch geschlossen werden kann. Zum anderen ist Redundanz mit mehreren Kommunikationskanälen zwischen den Reihen möglich. Dazu muß eine Reihe von Netzwerkteilnehmern über mindestens zwei Ports mit einer benachbarten Reihe verbunden sein. Es ist immer nur ein Kommunikationskanal zwischen jeweils zwei Reihen aktiv, d. h. Datentelegramme werden nur über diesen Kommunikationspfad ausgetauscht. Ist ein aktiver Kommunikationskanal zwischen zwei Reihen als fehlerhaft erkannt, wird dieser deaktiviert und auf einen anderen Kommunikationskanal umgeschaltet. Zur Realisierung der Redundanz werden in der Einrichtung 50 ein Zykluszeitre­ gister mit einer parametrierten Zykluszeit für Testtelegram­ me, ein Zykluszeitzähler zur Erzeugung eines Zykluszeitinter­ valls, ein Steuerwerk für ein Umschalten auf einen redundan­ ten Kommunikationskanal und für ein Veranlassen eines Versen­ dens von sogenannten Link-Up oder Link-Down-Telegrammen, ein Reihenlaufzeitregister mit einer parametrierten Worst-Case- Durchlaufzeit eines Telegramms durch eine Reihe und ein Rei­ henlaufzeitzähler zur Erzeugung einer Reihenlaufzeit verwen­ det.A device 50 for redundancy control is intended to ensure in a network that detected physical errors do not impair communication between the network components. On the one hand, there is redundancy within each row formed with network participants. To do this, the network participants connected in series must form a ring that is open at one point in the event of a fault, but can be closed in the event of an error. On the other hand, redundancy with several communication channels between the rows is possible. To do this, a number of network participants must be connected to an adjacent row via at least two ports. Only one communication channel is active between two rows at a time, ie data telegrams are only exchanged via this communication path. If an active communication channel between two rows is identified as faulty, it is deactivated and switched to another communication channel. In order to implement the redundancy, a cycle time register with a parameterized cycle time for test telegrams, a cycle time counter for generating a cycle time interval, a control unit for switching over to a redundant communication channel and for initiating sending of so-called link-up are implemented in the device 50 or link-down telegrams, a row runtime register with a parameterized worst case throughput time of a telegram through a row and a row runtime counter are used to generate a row runtime.

Über eine Einrichtung 51 zur Interrupt-Steuerung, die auch als Interrupt-Control bezeichnet wird, werden dem Mikropro­ zessor 23 bestimmte Ereignisse mitgeteilt. Dabei handelt es sich im wesentlichen um Meldungen von gesendeten oder empfan­ genen Telegrammen und um Fehlermeldungen. Die Einrichtung 51 enthält ein Interrupt-Request-Register, ein Interrupt-Mask- Register, ein Interrupt-Register sowie ein Interrupt- Acknowledge-Register. Im Interrupt-Request-Register wird jedes Ereignis abgespeichert. Über das Interrupt-Mask- Register können einzelne Ereignisse unterdrückt werden. Im Interrupt-Register erscheinen nur die Ereignisse, die vom Interrupt-Mask-Register nicht maskiert werden. Der Eintrag in das Interrupt-Request-Register ist dagegen unabhängig von der Interrupt-Maske im Interrupt-Mask-Register. Mit einem Schreibzugriff auf das Interrupt-Acknowledge-Register können Bits im Interrupt-Request-Register zurückgesetzt werden. Ein Modul 52 enthält spezielle Anwenderfunktionen, die in der Kommunikationsschnittstelle des Netzwerkteilnehmers zu integrieren sind. Eine Teilfunktion ist mit einem Modul 53 zur Uhrzeitsynchronisation, eine andere mit einem Modul 54 zur Äquidistanz realisiert, welche später näher erläutert werden. Für die Ports 1 bis 4 ist jeweils ein Delay-Timer 1 bis 4 mit dem Bezugszeichen 57, 58, 59 bzw. 60 vorgesehen, welcher die Übertragungszeit zwischen dem jeweiligen Netz­ werkteilnehmer und dem über den jeweiligen Port angeschlos­ senen Netzwerkteilnehmer ermittelt. Der jeweilige Delay-Timer wird auch als Durchlaufzeit-Timer (DLZ-Timer) für den jewei­ ligen Port genutzt. Weiterhin sind für jeden Port ein Äquidistanz-Timer, ein Hilfs-Timer für eine Übertragungszeit Δti über den jeweiligen Port und ein Parameter ΔtDLZ vorge­ sehen, welcher der Summe aus den Durchlaufzeiten in Sende- und Empfangsrichtung und der Leitungslaufzeit zwischen der Kommunikationsschnittstelle und dem über den jeweiligen Port angeschlossenen Netzwerkteilnehmer entspricht. Weiterhin befindet sich eine lokale Uhr 37 in dem Netzwerkteilnehmer, deren Uhrzeit über den Mikroprozessor-Bus 21 lesbar und einstellbar ist.Certain events are communicated to the microprocessor 23 via a device 51 for interrupt control, which is also referred to as interrupt control. These are essentially messages from telegrams sent or received and error messages. The device 51 contains an interrupt request register, an interrupt mask register, an interrupt register and an interrupt acknowledge register. Every event is stored in the interrupt request register. Individual events can be suppressed via the interrupt mask register. Only events that are not masked by the interrupt mask register appear in the interrupt register. In contrast, the entry in the interrupt request register is independent of the interrupt mask in the interrupt mask register. Bits in the interrupt request register can be reset with write access to the interrupt acknowledge register. A module 52 contains special user functions which are to be integrated in the communication interface of the network participant. A partial function is implemented with a module 53 for time synchronization, another with a module 54 for equidistance, which will be explained in more detail later. A delay timer 1 to 4 with the reference symbols 57 , 58 , 59 and 60 is provided for each of the ports 1 to 4, which determines the transmission time between the respective network subscriber and the network subscriber connected via the respective port. The respective delay timer is also used as a lead time timer (DLZ timer) for the respective port. Furthermore, an equidistance timer, an auxiliary timer for a transmission time Δt i via the respective port and a parameter Δt DLZ are provided for each port, which are the sum of the throughput times in the send and receive direction and the cable runtime between the communication interface and the network participants connected via the respective port. There is also a local clock 37 in the network subscriber, the time of which can be read and set via the microprocessor bus 21 .

Ein integriertes Serial-Peripheral-Interface (SPI) 55 ist ein einfaches, aber leistungsfähiges serielles Bussystem zum Anschluß von Peripherie-Bausteinen, z. B. EEPROMs. Ein inte­ griertes E/A-Interface 56 ist eine parallele Schnittstelle mit 12 parametrierbaren Ein- und Ausgängen. Über diese Schnittstelle können beispielsweise LEDs zur Zustandsanzeige angesteuert werden.An integrated serial-peripheral interface (SPI) 55 is a simple but powerful serial bus system for connecting peripheral components, e.g. B. EEPROMs. An integrated I / O interface 56 is a parallel interface with 12 configurable inputs and outputs. LEDs for status display can be controlled via this interface, for example.

Jeder Port der Kommunikationsschnittstelle kann parametrier­ bar im Halbduplex- oder im Vollduplex-Mode betrieben werden. Während an einem Port der Halbduplex-Mode eingestellt ist, kann gleichzeitig an einem anderen Port der Vollduplex-Mode parametriert sein. Im Vollduplex-Mode können gleichzeitig Telegramme gesendet und empfangen werden. Im Halbduplex-Mode ist dies nicht möglich.Each port of the communication interface can be parameterized bar can be operated in half-duplex or full-duplex mode. While half-duplex mode is set on a port, can be simultaneously on another port of the full duplex mode be parameterized. In full duplex mode you can simultaneously Telegrams are sent and received. In half duplex mode is this not possible.

Ein applikationsspezifisches Anwendungsprogramm, das bei­ spielsweise auf dem RAM 22 hinterlegt sein kann, trägt zu versendende Daten in eine Auftragsliste im RAM 22 ein. Der DMA-Kontroller 26 kopiert Daten aus dieser Auftragsliste in den Transmit-Buffer 27. Zusammengestellte Telegramme werden an die freigegebenen Ethernet-Kontroller 28 . . . 31 weiter­ gegeben. Tritt ein Sendekonflikt auf, weil durch Switch- Control 46 gesteuert gerade andere Telegramme durch das Kommunikations-Interface weitergeleitet werden, so sollte der Transmit-Buffer 27 zwei komplette Ethernet-Telegramme speichern können. Mit dem Senden der Daten aus dem Transmit- Buffer 27 wird begonnen, wenn eine zu parametrierende Anzahl Datenbytes oder ein komplettes Telegramm vom RAM 22 in den Transmit-Buffer 27 übertragen wurde und mindestens ein Ethernet-Kontroller frei ist. Das Telegramm bleibt so lange im Transmit-Buffer 27 gespeichert, bis es über alle frei­ gegebenen Ethernet-Kontroller 28 . . . 31 gesendet wurde. Die Anzahl der Datenbytes eines Telegramms, die mindestens im Transmit-Buffer 27 gespeichert sein müssen, bevor gesendet wird, ist so zu parametrieren, daß ein lückenloses Senden des Telegramms gewährleistet ist. Andernfalls wird das Telegramm von anderen Netzwerkteilnehmern fehlerhaft empfangen. Sind im Transmit-Buffer Telegramme unterschiedlicher Priorität ge­ speichert, so werden die Telegramme entsprechend ihrer Über­ tragungspriorität gesendet.An application-specific application program, which can be stored on the RAM 22 , for example, enters data to be sent in an order list in the RAM 22 . The DMA controller 26 copies data from this job list into the transmit buffer 27 . Compiled telegrams are sent to the released Ethernet controller 28 . , , 31 passed on. If a transmission conflict occurs because other telegrams are currently being routed through the communication interface, controlled by switch control 46 , the transmit buffer 27 should be able to store two complete Ethernet telegrams. Sending the data from the transmit buffer 27 begins when a number of data bytes to be parameterized or a complete telegram has been transferred from the RAM 22 to the transmit buffer 27 and at least one Ethernet controller is free. The telegram remains stored in the transmit buffer 27 until it is via all released Ethernet controllers 28 . , , 31 was sent. The number of data bytes of a telegram, which must be stored in the transmit buffer 27 at least before being sent, must be parameterized so that the telegram is sent without gaps. Otherwise the telegram will be received incorrectly by other network participants. If telegrams of different priority are stored in the transmit buffer, the telegrams are sent according to their transmission priority.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer Verschaltung von drei Netzwerkteilnehmern 61, 62 und 63 in linienförmiger Struktur. Zur besseren Übersichtlichkeit der Darstellung sind die Ports 1 bis 4 der Kommunikationsschnittstelle der Netzwerkteil­ nehmer 61, 62 und 63 in Schaltungsteile T1 bis T4 für Sende­ richtung und Schaltungsteile R1 bis R4 für Empfangsrichtung untergliedert. Somit kann beispielsweise Port 2 auch kurz als Port T2/R2 bezeichnet werden. Für eine linienförmige Struktur werden in der dargestellten Weise Port T2/R2 des Netzwerk­ teilnehmers 61 mit Port T1/R1 des Netzwerkteilnehmers 62 und Port T2/R2 des Netzwerkteilnehmers 62 mit Port T1/R1 des Netzwerkteilnehmers 63 verbunden. Die Datenübertragung er­ folgt jeweils mit einem Twisted-Pair-Kabel für jede Übertragungsrichtung. Die beteiligten Ports können somit im Vollduplex-Mode betrieben werden. An die in Fig. 3 offenen Ports T3/R3 und T4/R4 sowie an den Port T1/R1 des Netzwerk­ teilnehmers 61 oder den Port T2/R2 des Netzwerkteilnehmers 63 können wahlweise Endgeräte angeschlossen und somit an das Netzwerk angekoppelt werden. FIG. 3 shows an example of an interconnection of three network participants 61 , 62 and 63 in a linear structure. For better clarity of the representation, the ports 1 to 4 of the communication interface of the network participants 61 , 62 and 63 are divided into circuit parts T1 to T4 for the transmission direction and circuit parts R1 to R4 for the reception direction. For example, port 2 can also be referred to as port T2 / R2. For a linear structure, port T2 / R2 of network participant 61 are connected to port T1 / R1 of network participant 62 and port T2 / R2 of network participant 62 to port T1 / R1 of network participant 63 in the manner shown. The data transmission takes place with a twisted pair cable for each direction of transmission. The ports involved can thus be operated in full duplex mode. Terminals can optionally be connected to the ports T3 / R3 and T4 / R4 in FIG. 3 as well as to the T1 / R1 port of the network subscriber 61 or the port T2 / R2 of the network subscriber 63 and thus coupled to the network.

Fig. 4 zeigt eine Reihe von Netzwerkteilnehmern 70, 71, 72 und 73, die jeweils über zwei Kommunikationskanäle miteinan­ der Daten austauschen können. Die Kommunikationskanäle werden jeweils durch eine Verbindung des Ports T2/R2 mit dem Port T1/R1 des benachbarten Netzwerkteilnehmers sowie des Ports T4/R4 mit dem Port T3/R3 des benachbarten Netzwerkteilnehmers in der dargestellten Weise realisiert. Damit kann beispiels­ weise ein hochpriorer und ein niederpriorer Kommunikations­ kanal aufgebaut und der Datendurchsatz verdoppelt werden. Ein Datenaustausch zwischen den Kommunikationskanälen findet nicht statt, d. h. ein am Schaltungsteil R1 empfangenes Tele­ gramm kann - falls erforderlich - nur vom Schaltungsteil T2 weitergesendet werden. Beide Kommunikationskanäle werden im Vollduplex-Mode betrieben. Fig. 4 shows a number of network participants 70 , 71 , 72 and 73 , each of which can exchange data with one another via two communication channels. The communication channels are in each case implemented by connecting the port T2 / R2 to the port T1 / R1 of the adjacent network subscriber and the port T4 / R4 to the port T3 / R3 of the adjacent network subscriber in the manner shown. For example, a high-priority and a low-priority communication channel can be set up and data throughput doubled. A data exchange between the communication channels does not take place, ie a telegram received at the circuit part R1 can - if necessary - only be forwarded by the circuit part T2. Both communication channels are operated in full duplex mode.

Ein Beispiel für eine zweidimensionale Verschaltung der Netzwerkteilnehmer zeigt Fig. 5. Netzwerkteilnehmer 80, 81 und 82 sind in der bereits anhand Fig. 3 beschriebenen Weise zu einer Reihe verschaltet. Weiterhin bilden Netzwerkteilneh­ mer 83, 84 und 85 eine Reihe sowie Netzwerkteilnehmer 86, 87 und 88 bilden eine Reihe. An den Ports T4/R4 der Netzwerk­ teilnehmer 80, 81 und 84 sind jeweils Endgeräte 89, 90 bzw. 91 angeschlossen, an den Ports T3/R3 der Netzwerkteilnehmer 83, 84 und 87 befinden sich Endgeräte 92, 93 bzw. 94. Durch Verbinden des Ports T4/R4 des Netzwerkteilnehmers 82 mit dem Port T3/R3 des Netzwerkteilnehmers 85 ist ein Kommunikations­ kanal zwischen den jeweiligen Reihen realisiert. In ent­ sprechender Weise sind zwei Kommunikationskanäle zwischen den Netzwerkteilnehmern 83 und 86 sowie zwischen den Netzwerk­ teilnehmern 85 und 88 gebildet. Damit Schleifenfreiheit im Netzwerk besteht, darf von diesen jedoch immer nur ein Kommu­ nikationskanal zu einem Zeitpunkt aktiv geschaltet sein. FIG. 5 shows an example of a two-dimensional interconnection of the network subscribers. Network subscribers 80 , 81 and 82 are interconnected in a row in the manner already described with reference to FIG. 3. Furthermore network participants 83 , 84 and 85 form a series and network participants 86 , 87 and 88 form a series. Terminals 89 , 90 and 91 are connected to ports T4 / R4 of network participants 80 , 81 and 84 , respectively, and terminals 92 , 93 and 94 are connected to ports T3 / R3 of network participants 83 , 84 and 87 . By connecting the port T4 / R4 of the network participant 82 with the port T3 / R3 of the network participant 85 , a communication channel between the respective rows is realized. In a corresponding manner, two communication channels are formed between the network participants 83 and 86 and between the network participants 85 and 88 . To ensure that there is no loop in the network, only one communication channel may be activated at a time.

Den aus den Teilnehmern 80 bis 82, 83 bis 85 und 86 bis 88 gebildeten Reihen ist jeweils eine eindeutige Reihenadresse Rk zugewiesen, die in einem Parameterregister "Reihenadresse" hinterlegt ist.The rows formed from the subscribers 80 to 82 , 83 to 85 and 86 to 88 are each assigned a unique row address R k , which is stored in a parameter register "row address".

Zur Verdeutlichung der Redundanzsteuerung ist in Fig. 6 ein weiteres zweidimensionales Netzwerk dargestellt. Jeweils 8 Netzwerkteilnehmer 100 . . . 107, 110 . . . 117, 120 . . . 127 und 130 . . . 137 sind in einer Reihe verschaltet. Sowohl die mit durchbrochenen Linien als auch die mit durchgezogenen Linien eingezeichneten Verbindungen zwischen den Netzwerkteilnehmern stellen Kommunikationskanäle dar. Es muß jedoch sicherge­ stellt sein, daß zwischen zwei beliebigen Netzwerkteilnehmern im gesamten Netzwerk nur ein einziger Kommunikationspfad benutzt wird. Bei mehreren möglichen Kommunikationspfaden würden Schleifen auftreten, d. h. Telegramme würden sich ver­ vielfachen und zirkulieren. Um solche Situationen zu vermei­ den, ist der Spanning-Tree-Algorithmus entwickelt worden. Datentelegramme werden nur von Ports empfangen, zu Ports weitergeleitet und von Ports gesendet, die im Spanning-Tree enthalten sind. Die restlichen Ports sind deaktiviert. Deak­ tivierte Kommunikationskanäle sind in Fig. 6 mit durch­ brochenen Linien dargestellt, aktivierte mit durchgezogenen Linien. Für eine Redundanz innerhalb einer Reihe werden die beiden Linienenden, beispielsweise an den Netzwerkteilnehmern 100 und 107, miteinander verbunden. Im fehlerfreien Fall wird der auf diese Weise geschaffene Kommunikationskanal deaktiviert, im Fehlerfall in den aktiven Zustand versetzt. Diese Redundanz setzt eine nicht unterbrochene Linienstruktur voraus. Da der Spanning-Tree-Algorithmus gegebenenfalls auch eine Verbindung über die Ports T1/R1 und T2/R2 unterbrechen würde, kann er nicht unverändert angewendet werden. Im fol­ genden wird ein Verfahren vorgestellt, das für ein Netzwerk aus zusammengeschalteten Reihen von Netzwerkteilnehmern Schleifenfreiheit sicherstellt, ohne eine Reihe unterbrechen zu müssen. Dazu werden - falls erforderlich - nur die Ports T3/R3 deaktiviert. Es darf immer nur ein Kommunikationskanal zwischen jeweils zwei Reihen aktiv sein, d. h., Datentelegram­ me werden über diesen Kommunikationspfad ausgetauscht. Über die anderen Kommunikationspfade zwischen zwei Reihen erfolgt kein Datenaustausch. Die Auswahl des einzigen aktiven Kommu­ nikationskanals zwischen jeweils zwei Reihen erfolgt mit Hilfe von Port-Select-Telegrammen. Dabei handelt es sich um Telegramme, die nur innerhalb einer Reihe weitergeleitet werden. Ein Austausch zwischen den Reihen findet nicht statt.A further two-dimensional network is shown in FIG. 6 to clarify the redundancy control. 8 network participants 100 each. , , 107 , 110 . , , 117 , 120 . , , 127 and 130 . , , 137 are connected in a row. Both the broken lines and the solid lines between the network participants represent communication channels. However, it must be ensured that only one communication path is used between any two network participants in the entire network. If there were several possible communication paths, loops would occur, ie telegrams would multiply and circulate. To avoid such situations, the spanning tree algorithm has been developed. Data telegrams are only received by ports, forwarded to ports and sent by ports that are contained in the spanning tree. The remaining ports are deactivated. Deactivated communication channels are shown in Fig. 6 with broken lines, activated with solid lines. For redundancy within a row, the two line ends are connected to one another, for example at network participants 100 and 107 . In the event of an error, the communication channel created in this way is deactivated and, in the event of an error, set to the active state. This redundancy requires an uninterrupted line structure. Since the spanning tree algorithm would also interrupt a connection via ports T1 / R1 and T2 / R2, it cannot be used unchanged. In the following, a method is presented that ensures loop freedom for a network of interconnected rows of network participants without having to interrupt a row. If necessary, only ports T3 / R3 are deactivated. Only one communication channel may be active between two rows at a time, ie data telegrams are exchanged via this communication path. There is no data exchange via the other communication paths between two rows. The selection of the only active communication channel between two rows is made with the help of port select telegrams. These are telegrams that are only forwarded within a row. There is no exchange between the rows.

Aufgabe dieser Port-Select-Telegramme ist es, einen Netz­ werkteilnehmer zu finden, der über den Port T3/R3 mit einer benachbarten Reihe verbunden ist und bezogen auf die Anzahl der Netzwerkteilnehmer von beiden Enden der Linienstruktur möglichst gleich weit entfernt ist, d. h. den kleinsten Abstand von der Reihenmitte hat. Diese Eigenschaften defi­ nieren den einzigen Netzwerkteilnehmer der Reihe, der über Port T3/R3 aktiv mit einer benachbarten Reihe verbunden ist. Alle weiteren Verbindungen über Ports T3/R3 von Netzwerkteil­ nehmern derselben Reihe zu dieser benachbarten sind deakti­ viert. Über deaktivierte Kommunikationskanäle werden keine Datentelegramme ausgetauscht.The task of these port select telegrams is to create a network to find a device that is connected to port T3 / R3 with a adjacent row is connected and based on the number the network participants from both ends of the line structure is as far away as possible, d. H. the smallest Distance from the middle of the row. Defi these properties kidney the only network participant in the series that over Port T3 / R3 is actively connected to an adjacent row. All other connections via ports T3 / R3 of the network part Participants in the same row to this neighboring row are disabled fourth. There will be no communication channels deactivated Data telegrams exchanged.

Port-Select-Telegramme werden durch eine Kennung im Type-Feld eindeutig gekennzeichnet.Port select telegrams are identified by an identifier in the type field clearly marked.

Fig. 7 zeigt das Ergebnis der Redundanzsteuerung bei einem zweidimensionalen Netzwerk in einer anderen Darstellungsart. Die in den einzelnen Kästen eingetragene Zahl entspricht der jeweiligen Adresse des Netzwerkteilnehmers. Der Port T1/R1 befindet sich an der linken Seite, der Port T2/R2 an der rechten Seite, der Port T3/R3 an der oberen Seite und der Port T4/R4 an der unteren Seite der Netzwerkteilnehmer. Durch zwei durchgezogene parallele Linien zwischen zwei Teilnehmern ist jeweils ein aktiver, im Vollduplex-Mode betriebener Kommunikationskanal eingezeichnet. Die mit zwei durchbroche­ nen Linien eingezeichneten Kommunikationskanäle sind deaktiviert. Fig. 7 shows the result of the redundancy control in a two-dimensional network in a different representation. The number entered in the individual boxes corresponds to the respective address of the network participant. Port T1 / R1 is on the left side, port T2 / R2 on the right side, port T3 / R3 on the upper side and port T4 / R4 on the lower side of the network participants. An active communication channel operated in full duplex mode is shown by two solid parallel lines between two participants. The communication channels marked with two broken lines are deactivated.

Der Datenbereich von Port-Select-Telegrammen, die über Port T2/R2 von einem Netzwerkteilnehmer empfangen werden, enthält Informationen über die Anzahl NR2 der Übertragungsstrecken zwischen Port T1/R1 des Netzwerkteilnehmers am "rechten" Rand der Reihe und dem Port T2/R2 des jeweiligen Netzwerkteilneh­ mers und enthält die Anzahl NR1 des Teilnehmers, der das empfangene Port-Select-Telegramm als letzter weitergeleitet bzw. gesendet hat.The data area of port select telegrams that are received by a network subscriber via port T2 / R2 contains information about the number N R2 of the transmission links between port T1 / R1 of the network subscriber on the “right” edge of the row and the port T2 / R2 of the respective network participant and contains the number N R1 of the participant who was the last to forward or send the received port select telegram.

Der Datenbereich von Port-Select-Telegrammen, die über Port T1/R1 empfangen werden, enthält die Anzahl NR1 der Übertra­ gungsstrecken zwischen dem Port T2/R2 des Netzwerkteilnehmers am "linken" Rand der Reihe und dem Port T1/R1 des jeweiligen Netzwerkteilnehmers sowie die Anzahl NR2, die für den Netz­ werkteilnehmer gültig ist, der das empfangene Port-Select- Telegramm als letzter weitergeleitet oder gesendet hat.The data area of port select telegrams that are received via port T1 / R1 contains the number N R1 of the transmission links between port T2 / R2 of the network subscriber at the "left" edge of the row and port T1 / R1 of the respective network subscriber and the number N R2 , which is valid for the network subscriber who was the last to forward or send the received port select telegram.

Unabhängig davon, über welchen Port ein Port-Select-Telegramm empfangen wurde, enthält es den Wert |NR1 - NR2|Initiator beim Initiator des empfangenen Port-Select-Telegramms, die 16-Bit- Adresse Rk (0 ≦ k ≦ p, p Anzahl der Reihen) der Reihe, welcher der Initiator des Port-Select-Telegramms angehört, und ein Valid-Bit V für den empfangenen Wert von |NR1 - NR2|Initiator und für die Reihenadresse Rk. V = 0 bedeutet, daß die empfangenen Werte ungültig sind. Ein derartiges Port- Select-Telegramm wurde von einem Netzwerkteilnehmer in die Reihe eingespeist, der nicht über einen betriebsbereiten Port T3/R3 mit seiner benachbarten Reihe verbunden ist. Bei V = 1 sind die empfangenen Werte gültig. Das Port-Select- Telegramm wurde von einem Netzwerkteilnehmer in die Reihe eingespeist, der über einen betriebsbereiten Port T3/R3 mit einer benachbarten Reihe verbunden ist. Eine Verbindung zur benachbarten Reihe ist betriebsbereit, wenn innerhalb eines parametrierbaren Zeitintervalles Δttimeout (Timeout-Intervall) ein Port-Select-Telegramm an Port P3/R3 empfangen wird. Dies ist nur möglich, wenn der Port T3/R3 des Netzwerkteilnehmers der eigenen Reihe und der Port T4/R4 des Netzwerkteilnehmers der benachbarten Reihe jeweils in einem Zustand "link-pass" ist. In diesem Zustand können Telegramme in beiden Richtungen übertragen werden.Regardless of the port via which a port select telegram was received, it contains the value | N R1 - N R2 | Initiator at the initiator of the received port select telegram, the 16-bit address R k (0 ≦ k ≦ p, p number of rows) of the row to which the initiator of the port select telegram belongs, and a valid bit V for the received value of | N R1 - N R2 | Initiator and for the row address R k . V = 0 means that the received values are invalid. Such a port select telegram was fed into the row by a network subscriber who is not connected to its neighboring row via an operational port T3 / R3. If V = 1, the received values are valid. The port select telegram was fed into the row by a network participant who is connected to an adjacent row via an operational port T3 / R3. A connection to the neighboring row is ready for operation if a port select telegram is received at port P3 / R3 within a parameterizable time interval Δt timeout (timeout interval). This is only possible if port T3 / R3 of the network subscriber in its own row and port T4 / R4 of the network subscriber in the adjacent row are each in a "link-pass" state. In this state, telegrams can be transmitted in both directions.

Im eingeschwungenen Zustand sendet in jeder Reihe nur noch der Netzwerkteilnehmer zyklisch, d. h. in jedem Meldeintervall ΔtM, Port-Select-Telegramme, der als einziger über Port T3/R3 aktiv mit der nächsten Reihe verbunden ist. Damit läßt sich erkennen, ob diese Verbindung zweier Reihen noch aktiv ist. Im folgenden wird ein Verfahren beschrieben, nach welchem dieser Netzwerkteilnehmer bestimmt werden kann:
In the steady state, only the network participant in each row sends cyclically, ie in every reporting interval Δt M , port select telegrams, which is the only one actively connected to the next row via port T3 / R3. This shows whether this connection between two rows is still active. A method is described below according to which this network participant can be determined:

  • 1. Netzwerkteilnehmer senden weiterzuleitende oder selbst zusammengestellte Port-Select-Telegramme zusätzlich über ihren Port T3/R3.1. Network participants send to be forwarded or themselves Compiled port select telegrams additionally via their port T3 / R3.
  • 2. Am Empfang eines Port-Select-Telegramms über den Port T3/R3 erkennt jeder Netzwerkteilnehmer, ob er über diesen Port mit einer anderen Reihe verbunden ist.
    Netzwerkteilnehmer setzen das Valid-Bit V auf eins, wenn über den Port T3/R3 ein Port-Select-Telegramm empfangen wurde.
    2. Upon receipt of a port select telegram via port T3 / R3, each network participant recognizes whether it is connected to another row via this port.
    Network participants set the valid bit V to one if a port select telegram has been received via port T3 / R3.
  • 3. Am Port T3/R3 empfangene Port-Select-Telegramme werden unverändert dem Sender zurückgeschickt. Der Netzwerkteil­ nehmer speichert zuvor die mit dem Port-Select-Telegramm empfangene Adresse Rn der über Port T3/R3 angeschlossenen Reihe.3. Port select telegrams received on port T3 / R3 are sent back to the sender unchanged. The network subscriber previously saves the address R n received with the port select telegram of the row connected via port T3 / R3.
  • 4. Dem Port T3/R3 ist ein Timeout-Zähler zugeordnet, der mit einem einstellbaren Takt inkrementiert wird. Jedes an Port T3/R3 empfangene Port-Select-Telegramm setzt diesen Zähler zurück. Der Netzwerkteilnehmer setzt das Valid-Bit V auf Null, wenn innerhalb eines parametrierbaren Time­ out-Intervalls Δttimeout kein Port-Select-Telegramm empfan­ gen wird.4. A timeout counter is assigned to port T3 / R3, which is incremented with an adjustable clock. Each port select telegram received on port T3 / R3 resets this counter. The network participant sets the valid bit V to zero if no port select telegram is received within a parameterizable time out interval Δt timeout .
  • 5. Netzwerkteilnehmer senden weiterzuleitende oder selbst zusammengestellte Port-Select-Telegramme zusätzlich über Port T4/R4.5. Network participants send to be forwarded or themselves Compiled port select telegrams additionally via Port T4 / R4.
  • 6. Am Empfang eines Port-Select-Telegramms über Port T4/R4 erkennt ein Netzwerkteilnehmer, daß er über diesen Port mit einer anderen Reihe verbunden ist.6. At the receipt of a port select telegram via port T4 / R4 a network participant recognizes that it is using this port is connected to another row.
  • 7. Am Port T4/R4 empfangene Port-Select-Telegramme werden unverändert dem Sender zurückgeschickt. Der Netzwerk­ teilnehmer speichert zuvor die mit dem Port-Select-Tele­ gramm empfangene Adresse Rn der über Port T4/R4 ange­ schlossenen Reihe.7. Port select telegrams received on port T4 / R4 are sent back to the sender unchanged. The network participant previously saves the address R n received with the port select telegram of the row connected via port T4 / R4.
  • 8. Netzwerkteilnehmer versenden eigene, d. h. selbst zusammengestellte, Port-Select-Telegramme
    • 1. 8.1 über Port T1/R1 mit NR2 = 1 und Port T2/R2 mit NR1 = 1 bei der Initialisierung mit Betrag |NR1 - NR2|Initiator = FFH und Valid-Bit V = 1, wenn bereits ein Port- Select-Telegramm über Port T3/R3 empfangen wurde, oder Valid-Bit V = 0, wenn kein Port-Select-Tele­ gramm über Part T3/R3 empfangen wurde;
    • 2. 8.2 über T1/R1 mit NR2 = 1 und Port T2/R2 mit (NR1 + 1), wenn innerhalb eines parametrierbaren Zeitintervalls Δttimeout an Port T2/R2 kein Port-Select-Telegramm oder Datentelegramm empfangen wurde. Dem Port T2/R2 ist ein Timeout-Zähler zugeordnet, der mit einem ein­ stellbaren Takt inkrementiert wird. Jedes an Port T2/R2 empfangene Port-Select-Telegramm oder Datente­ legramm setzt diesen Zähler zurück;
    • 3. 8.3 über Port T1/R1 mit (NR2empf + 1) und Port T2/R2 mit (NR1 + 1), wenn an Port T2/R2 ein Port-Select-Tele­ gramm empfangen wird mit dem empfangenen Wert NR2empf ungleich dem gespeicherten Wert von NR2. Zusätzlich wird NR2empf abgespeichert.
    • 4. 8.4 über Part T2/R2 mit (NR1 + 1), wenn an Port T2/R2 ein Port-Select-Telegramm empfangen wird mit NR1LastSender ungleich (NR1 + 1).
    • 5. 8.5 über Port T2/R2 mit NR1 = 1 und Port T1/R1 mit (NR2 + 1), wenn innerhalb eines parametrierbaren Zeitintervalls Δttimeout an Port T1/R1 kein Port-Select-Telegramm oder Daten-Telegramm empfangen wurde. Dem Port T1/R1 ist ein Timeout-Zähler zugeordnet, der mit einem ein­ stellbaren Takt inkrementiert wird. Jedes an Port T1/R1 empfangene Port-Select- oder Daten-Telegramm setzt diesen Zähler zurück.
    • 6. 8.6 über Port T2/R2 mit (NR1empf + 1) und Port T1/R1 mit (NR2 + 1), wenn an Port T1/R1 ein Port-Select-Telegramm empfangen wird mit einem empfangenen Wert NRlempf ungleich dem gespeicherten Wert von NR1. Zusätzlich wird NR1empf abgespeichert.
    • 7. 8.7 über Port T1/R1 mit (NR2 + 1), wenn an Port T1/R1 ein Port-Select-Telegramm empfangen wird mit NR2lastSender ungleich (NR2 + 1).
    8. Network participants send their own, ie self-made, port select telegrams
    • 1. 8.1 via port T1 / R1 with N R2 = 1 and port T2 / R2 with N R1 = 1 during initialization with amount | N R1 - N R2 | Initiator = FFH and valid bit V = 1 if a port select telegram has already been received via port T3 / R3, or valid bit V = 0 if no port select telegram has been received via part T3 / R3 ;
    • 2. 8.2 via T1 / R1 with N R2 = 1 and port T2 / R2 with (N R1 + 1) if no port select telegram or data telegram was received within a parameterizable time interval Δt timeout at port T2 / R2. The port T2 / R2 is assigned a timeout counter, which is incremented with an adjustable clock. Every port select telegram or data telegram received at port T2 / R2 resets this counter;
    • 3. 8.3 via port T1 / R1 with (N R2empf + 1) and port T2 / R2 with (N R1 + 1), if a port select telegram is received at port T2 / R2 with the received value N R2empf not equal the stored value of N R2 . In addition, N R2empf is saved.
    • 4. 8.4 via part T2 / R2 with (N R1 + 1), if a port select telegram is received at port T2 / R2 with N R1LastSender not equal (N R1 + 1).
    • 5. 8.5 via port T2 / R2 with N R1 = 1 and port T1 / R1 with (N R2 + 1), if no port select telegram or data telegram was received within a parameterizable time interval Δt timeout at port T1 / R1 , A timeout counter is assigned to port T1 / R1, which is incremented with an adjustable clock. Each port select or data telegram received on port T1 / R1 resets this counter.
    • 6. 8.6 via port T2 / R2 with (N R1empf + 1) and port T1 / R1 with (N R2 + 1), if a port select telegram is received at port T1 / R1 with a received value NRlempf not equal to the saved one Value of N R1 . In addition, N R1empf is saved.
    • 7. 8.7 via port T1 / R1 with (N R2 + 1) if a port select telegram is received at port T1 / R1 with N R2lastSender not equal (N R2 + 1).
  • 9. Netzwerkteilnehmer, die über einen betriebsbereiten Kommunikationskanal über Port T3/R3 an eine andere Reihe angeschlossen sind und ein Port-Select-Telegramm mit einem auf eins gesetzten Valid-Bit V empfangen, ver­ gleichen |NR1 - NR2|Initiator vom empfangenen Port-Select-Tele­ gramm mit Betrag |NR1 - NR2|s der eigenen Station:
    • 1. 9.1 Ist |NR1 - NR2|Initiator < |NR1 - NR2|s, so wird |NR1 - NR2|Initiator im Datenfeld des Port-Select-Tele­ gramms bei der Weiterleitung nicht geändert. Der Netzwerkteilnehmer speichert |NR1 - NR2|min = |NR1 - NR2|Initiator und setzt die Adresse AStored = AInitiator. AInitiator ist die Quelladresse des empfangenen Port-Select-Telegramms. Der Wert |NR1 - NR2|s ist der Abstand der empfangenden Station von der Reihenmitte.
    • 2. 9.2 Ist |NR1 - NR2|Initiator = |NR1 - NR2|s, so wird AInitiator mit der eigenen Stationsadresse As verglichen:
      Bei AInitiator < As wird das Port-Select-Telegramm ohne Änderung im Datenfeld mit |NR1 - NR2|Initiator weiterge­ leitet. Der Netzwerkteilnehmer speichert |NR1 - NR2|min = |NR1 - NR2|s und Astored = AInitiator.
      Ist AInitiator = As, so wird das empfangene Port-Select- Telegramm herausgefiltert, da dieser Fall nur bei einem Fehler möglich ist.
      Ist AInitiator < As, so wird das empfangene Port-Select- Telegramm herausgefiltert und ein eigenes Port- Select-Telegramm mit |NR1 - NR2|Initiator gesetzt auf |NR1 - NR2|s über die Ports T1/R1 und T2/R2 gesendet. Der Netzwerkteilnehmer speichert |NR1 - NR2|min = |NR1 - NR2|s, und Astored = As.
    • 3. 9.3 Ist |NR1 - NR2|Initiator < |NR1 - NR2|s, so wird das empfangene Port-Select-Telegramm gefiltert und ein eigenes Port-Select-Telegramm mit |NR1 - NR2|Initiator gesetzt auf |NR1 - NR2|s über die Ports T1/R1 und T2/R2 gesendet. Der Netzwerkteilnehmer speichert |NR1 - NR2|min = |NR1 - NR2|s und Astored = As.
    9. Network nodes which are connected to another row via an operational communication channel via port T3 / R3 and which receive a port select telegram with a valid bit V set to one, compare | N R1 - N R2 | Initiator of the received port select telegram with amount | N R1 - N R2 | s of your own station:
    • 1. 9.1 Is | N R1 - N R2 | Initiator <| N R1 - N R2 | s , then | N R1 - N R2 | Initiator in the data field of the port select telegram not changed during forwarding. The network participant stores | N R1 - N R2 | min = | N R1 - N R2 | Initiator and sets the address A Stored = A initiator . A initiator is the source address of the received port select telegram. The value | N R1 - N R2 | s is the distance from the receiving station to the center of the row.
    • 2. 9.2 Is | N R1 - N R2 | Initiator = | N R1 - N R2 | s , A initiator is compared with its own station address A s :
      With A initiator <A s , the port select telegram is changed without changing the data field with | N R1 - N R2 | Initiator forwarded. The network participant stores | N R1 - N R2 | min = | N R1 - N R2 | s and A stored = A initiator .
      If A initiator = A s , the received port select telegram is filtered out, since this case is only possible in the event of an error.
      If A initiator <A s , the received port select telegram is filtered out and a separate port select telegram with | N R1 - N R2 | Initiator set to | N R1 - N R2 | s sent via ports T1 / R1 and T2 / R2. The network participant stores | N R1 - N R2 | min = | N R1 - N R2 | s , and A stored = A s .
    • 3. 9.3 Is | N R1 - N R2 | Initiator <| N R1 - N R2 | s , the received port select telegram is filtered and a separate port select telegram with | N R1 - N R2 | Initiator set to | N R1 - N R2 | s sent via ports T1 / R1 and T2 / R2. The network participant stores | N R1 - N R2 | min = | N R1 - N R2 | s and A stored = A s .
  • 10. Netzwerkteilnehmer, die nicht oder über einen nicht betriebsbereiten Kommunikationskanal über Port T3/R3 an eine andere Reihe angeschlossen sind und ein Port-Select- Telegramm mit einem Valid-Bit V = 1 empfangen, leiten das Telegramm mit dem empfangenen Valid-Bit V und dem Wert |NR1 - NR2|Initiator innerhalb der Reihe weiter. Der Netz­ werkteilnehmer speichert |NR1 - NR2|min = |NR1 - NR2|Initiator und Astored = AInitiator.10. Network participants that are not connected or connected to another row via a non-operational communication channel via port T3 / R3 and receive a port select telegram with a valid bit V = 1 route the telegram with the received valid bit V and the value | N R1 - N R2 | Initiator continues within the series. The network subscriber stores | N R1 - N R2 | min = | N R1 - N R2 | Initiator and A stored = A initiator .
  • 11. Netzwerkteilnehmer, die ein Port-Select-Telegramm mit einem Valid-Bit V = 0 empfangen, leiten das Telegramm mit V = 0 und dem Wert |NR1 - NR2|Initiator innerhalb der Reihe weiter. Die gespeicherten Werte von |NR1 - NR2|min und Astored bleiben unverändert. 11. Network participants that receive a port select telegram with a valid bit V = 0 route the telegram with V = 0 and the value | N R1 - N R2 | Initiator continues within the series. The stored values of | N R1 - N R2 | min and A stored remain unchanged.
  • 12. Ein betriebsbereiter Port T3/R3 wird aktiv geschaltet, wenn |NR1 - NR2|min = |NR1 - NR2|s und Astored = As gespeichert ist. Dies gilt für einen Zeitraum Δtrowdelay, der mindestens der zweifachen Worst-Case-Durchlaufzeit eines Port-Se­ lect-Telegramms durch eine Reihe entspricht.12. An operational port T3 / R3 is activated when | N R1 - N R2 | min = | N R1 - N R2 | s and A stored = A s is stored. This applies to a period of time Δt rowdelay that corresponds to at least twice the worst case throughput time of a port selection telegram through a row.
  • 13. Ein aktiver Port T3/R3 eines Netzwerkteilnehmers wird deaktiviert, wenn der Netzwerkteilnehmer innerhalb des Timeout-Intervalls Δttimeout kein Port-Select-Telegramm von einer anderen Reihe empfängt. Zusätzlich wird der Kommu­ nikationskanal über den Port T3/R3 zur anderen Reihe als nicht betriebsbereit gekennzeichnet.
    Ein aktiver Port T3/R3 wird ebenfalls deaktiviert, wenn der Netzwerkteilnehmer ein Port-Select-Telegramm empfängt mit |NR1 - NR2|Initiator < |NR1 - NR2|s oder |NR1 - NR2|Initiator = |NR1 - NR2|s und AInitiator < As. Dieser Netzwerkteilnehmer speichert die empfangenen Werte |NR1 - NR2|Initiator und AInitiator und leitet das empfangene Telegramm weiter. Der Kommunikationskanal über den Port T3/R3 zur anderen Reihe bleibt betriebsbereit.
    13. An active port T3 / R3 of a network participant is deactivated if the network participant does not receive a port select telegram from another row within the timeout interval Δt timeout. In addition, the communication channel via port T3 / R3 to the other row is marked as not ready for operation.
    An active port T3 / R3 is also deactivated when the network participant receives a port select telegram with | N R1 - N R2 | Initiator <| N R1 - N R2 | s or | N R1 - N R2 | Initiator = | N R1 - N R2 | s and A initiator <A s . This network participant stores the received values | N R1 - N R2 | Initiator and A initiator and forwards the received telegram. The communication channel via port T3 / R3 to the other row remains operational.
  • 14. Netzwerkteilnehmer, die über einen betriebsbereiten Kommunikationskanal über Port T3/R3 an eine andere Reihe angeschlossen sind, senden zyklisch in jedem Meldeinter­ vall ΔtM eigene Port-Select-Telegramme.
    • 1. 14.1 über den Port T1/R1 mit (NR2 + 1) und den Port T2/R2 (NR1 + 1), wenn ein aktiver Port T3/R3 deaktiviert wird, mit |NR1 - NR2|Initiator = FFH ist und Valid-Bit V = 1, bis ein Port-Select-Telegramm eines anderen Netzwerkteilnehmers empfangen wird;
    • 2. 14.2 über den Port T1/R1 mit (NR2 + 1) und den Port T2/R2 mit (NR1 + 1), wenn innerhalb eines parametrierbaren Zeitintervalls Δttimeout weder an Port T1/R1 noch an Port T2/R2 ein Port-Select-Telegramm oder Daten­ telegramm von dem Netzwerkteilnehmer mit dem einzi­ gen aktiven Kommunikationskanal zur benachbarten Reihe empfangen wurde, d. h. ein Telegramm mit der Quelladresse Astored;
    • 3. 14.3 über den Port T1/R1 mit (NR2 + 1) und den Port T2/R2 mit (NR1 + 1), wenn |NR1 - NR2|min = |NR1 - NR2|s und Astored = As gespeichert ist.
    14. Network nodes that are connected to another row via an operational communication channel via port T3 / R3 send their own port select telegrams cyclically in every message interval Δt M.
    • 1. 14.1 via port T1 / R1 with (N R2 + 1) and port T2 / R2 (N R1 + 1), if an active port T3 / R3 is deactivated, with | N R1 - N R2 | Initiator = FFH and valid bit V = 1 until a port select telegram from another network participant is received;
    • 2. 14.2 via port T1 / R1 with (N R2 + 1) and port T2 / R2 with (N R1 + 1), if within a parameterizable time interval Δt timeout neither on port T1 / R1 nor on port T2 / R2 Port select telegram or data telegram was received by the network participant with the only active communication channel to the neighboring row, ie a telegram with the source address A stored ;
    • 3. 14.3 via port T1 / R1 with (N R2 + 1) and port T2 / R2 with (N R1 + 1) if | N R1 - N R2 | min = | N R1 - N R2 | s and A stored = A s is stored.

Im eingeschwungenen Zustand des Verfahrens kennt jeder Netz­ werkteilnehmer der Reihe den Netzwerkteilnehmer, der über seinen Port T3/R3 mit einer benachbarten Reihe verbunden ist und den kleinsten Abstand von der Reihenmitte hat. Nur über diesen aktiven Kommunikationskanal werden Datentelegramme zwischen den beiden Reihen ausgetauscht. Die Verbindungen der anderen Netzwerkteilnehmer zur nächsten Reihe sind deakti­ viert. Fig. 7 zeigt ein Netzwerk in diesem eingeschwungenen Zustand.In the steady state of the process, each network subscriber in the row knows the network subscriber who is connected to an adjacent row via his port T3 / R3 and has the smallest distance from the center of the row. Data telegrams are only exchanged between the two rows via this active communication channel. The connections of the other network participants to the next row are deactivated. Fig. 7 shows a network in this steady state.

Soll abweichend von diesem Ausführungsbeispiel der einzige aktive Kommunikationskanal einer Reihe zur benachbarten Reihe am Rand der Reihe liegen, so sind im beschriebenen Verfahren |NR1 - NR2|min durch |NR1 - NR2|max |NR1 - NR2|Initiator < |NR1 - NR2|s durch |NR1 - NR2|Initiator < |NR1 - NR2|s zu ersetzen.If, in deviation from this exemplary embodiment, the only active communication channel of a row to the adjacent row is to be at the edge of the row, then | N R1 - N R2 | are in the described method min through | N R1 - N R2 | max | N R1 - N R2 | Initiator <| N R1 - N R2 | s by | N R1 - N R2 | Initiator <| N R1 - N R2 | s to replace.

Fig. 8 zeigt ein Netzwerk in dreidimensionaler Struktur. Dabei ist die Anordnung der Ports an den einzelnen Kästen, welche jeweils einen Netzwerkteilnehmer mit der eingetragenen Adresse repräsentieren, dieselbe wie in der Darstellung nach Fig. 7. Auch die Kommunikationskanäle sind in gleicher Weise dargestellt. Bei einer dreidimensionalen Struktur wird jeweils mit mehreren Netzwerkteilnehmern durch Verbindung der Ports T1/R1 und T2/R2 eine Reihe in linienförmiger Struktur aufgebaut. Mehrere dieser Reihen werden zu einer dreidimen­ sionalen Struktur zusammengeschaltet, wie es in Fig. 8 dar­ gestellt ist. Dazu muß zwischen jeweils zwei Reihen min­ destens ein Kommunikationskanal über Port T3/R3 und T4/R4 vorhanden sein. Mehrere Kommunikationspfade zwischen jeweils zwei Reihen sind zulässig. An den Ports T3/R3 und T4/R4 der Netzwerkteilnehmer, die nicht für Kommunikationskanäle zwischen Reihen verwendet werden, können Endgeräte ange­ schlossen werden. Jeder Reihe ist eine eindeutige Reihen­ adresse Rk mit 0 ≦ k ≦ p zugewiesen, wobei p die Anzahl der Reihen der gewählten Netzstruktur ist. Die jeweiligen Reihen­ adressen sind an der linken Seite von Fig. 8 neben der jeweiligen Reihe angegeben. In jedem Netzwerkteilnehmer ist im Parameterregister "Reihenadresse" die zugehörige Adresse der Reihe abgespeichert. Fig. 8 shows a network in a three-dimensional structure. The arrangement of the ports on the individual boxes, which each represent a network participant with the entered address, is the same as in the illustration according to FIG. 7. The communication channels are also shown in the same way. In the case of a three-dimensional structure, a row is built up in a linear structure with several network participants by connecting the ports T1 / R1 and T2 / R2. Several of these rows are interconnected to form a three-dimensional structure, as shown in FIG. 8. To do this, at least one communication channel must be available between ports T3 / R3 and T4 / R4 between two rows. Multiple communication paths between two rows are permitted. Terminals can be connected to ports T3 / R3 and T4 / R4 of the network nodes that are not used for communication channels between rows. Each row is assigned a unique row address R k with 0 ≦ k ≦ p, where p is the number of rows of the selected network structure. The respective row addresses are indicated on the left side of FIG. 8 next to the respective row. The associated address of the row is stored in the "Row address" parameter register in each network node.

Es muß jedoch sichergestellt sein, daß zwischen zwei beliebi­ gen Netzwerkteilnehmern im gesamten Netzwerk nur ein einziger Kommunikationspfad benutzt wird. Bei mehreren Kommunika­ tionspfaden würden Schleifen auftreten, d. h. Telegramme könnten sich vervielfachen und zirkulieren. Zur Vermeidung von Schleifen werden Port-Select-Telegramme in Kombination mit einem modifizierten Spanning-Tree-Algorithmus verwendet.However, it must be ensured that between any two network participants in the entire network only one Communication path is used. With several communica loops would occur, d. H. telegrams could multiply and circulate. To avoid Loops become port select telegrams in combination used with a modified spanning tree algorithm.

Dazu wird der Datenbereich der Port-Select-Telegramme um die Adresse Rn der benachbarten Reihe erweitert, an welche der Port T3/R3 oder der Port T4/R4 des Netzwerkteilnehmers, der das Telegramm zusammengestellt hat, angeschlossen ist.For this purpose, the data area of the port select telegrams is expanded by the address R n of the adjacent row to which the port T3 / R3 or the port T4 / R4 of the network subscriber who compiled the telegram is connected.

Aufgabe der um die Reihenadresse Rn der benachbarten Reihe erweiterten Port-Select-Telegramme ist, einen Netzwerkteil­ nehmer zu finden, der über Port T3/R3 mit einer Reihe mit der Adresse Rn verbunden ist und bezogen auf die Anzahl der Netzwerkteilnehmer von beiden Enden seiner Reihe möglichst gleich weit entfernt ist, d. h. den kleinsten Abstand von der Reihenmitte hat. Dies definiert den einzigen Netzwerkteil­ nehmer der Reihe, der über Port T3/R3 potentiell aktiv mit der benachbarten Reihe mit der Adresse Rn verbunden ist. Der Port T3/R3 wird von potentiell aktiv auf aktiv umgeschaltet, wenn auch der modifizierte Spanning-Tree-Algorithmus diesen Port aktiv schaltet. Nur über aktive Kommunikationskanäle zwischen den Reihen werden Datentelegramme ausgetauscht. Mit dem zuvor schon für die zweidimensionale Netzwerkstruktur beschriebenen Verfahren läßt sich der Netzwerkteilnehmer finden, der den kleinsten Abstand zur Reihenmitte hat und dessen Port T3/R3 an die Reihe mit der Adresse RN angeschlos­ sen ist. Die Port-Select-Telegramme stellen sicher, daß zwischen zwei über Kommunikationskanäle direkt miteinander verbundenen Reihen zu jeder Zeit immer nur ein Kommunika­ tionskanal über Port T3/R3 potentiell aktiv ist. Damit auch Schleifen, welche über mehr als zwei Reihen geschlossen werden, zuverlässig verhindert werden, stellt ein modifi­ ziertes Spanning-Tree-Verfahren sicher, daß über das gesamte dreidimensionale Netzwerk keine Schleife auftritt. Kennzeichen des modifizierten Spanning-Tree-Verfahrens sind, daß jede Reihe als virtueller Switch, mit den potentiell aktiven Kommunikationskanälen über Ports T3/R3 oder über Ports T4/R4 zu anderen Reihen als Ports des virtuellen Switches angesehen wird und daß ein Kommunikationskanal über einen Port T4/R4 potentiell aktiv ist, wenn er an einen potentiell aktiven Port T3/R3 einer anderen Reihe, die ebenfalls als virtueller Switch angesehen wird, angeschlossen ist. Weiterhin werden in Konfigurationstelegrammen die folgenden Einträge im Datenfeld vorgesehen:
The task of the port select telegrams expanded by the row address R n of the adjacent row is to find a network subscriber who is connected to a row with the address R n via port T3 / R3 and based on the number of network subscribers from both ends its row is as far apart as possible, ie it has the smallest distance from the middle of the row. This defines the only network participant in the series that is potentially actively connected to the neighboring series with the address R n via port T3 / R3. Port T3 / R3 is switched from potentially active to active if the modified spanning tree algorithm also switches this port active. Data telegrams are only exchanged via active communication channels between the rows. With the method previously described for the two-dimensional network structure, the network participant can be found who has the smallest distance to the center of the row and whose port T3 / R3 is connected to the row with the address R N. The port select telegrams ensure that between two rows that are directly connected to each other via communication channels, only one communication channel via port T3 / R3 is potentially active at any time. So that loops that are closed over more than two rows are reliably prevented, a modified spanning tree method ensures that no loop occurs across the entire three-dimensional network. Characteristics of the modified spanning tree method are that each row is regarded as a virtual switch, with the potentially active communication channels via ports T3 / R3 or via ports T4 / R4 to other rows as ports of the virtual switch, and that a communication channel via a port T4 / R4 is potentially active if it is connected to a potentially active port T3 / R3 of another row, which is also regarded as a virtual switch. The following entries are also provided in the data field in configuration telegrams:

  • 1. Root_ID: Eine 64-Bit-Adresse RR des virtuellen Switches, der als "Root" angenommen wird.1. Root_ID: A 64-bit address R R of the virtual switch that is assumed to be "root".
  • 2. Transmitter_ID: Eine 64-Bit-Adresse RT des virtuellen Switches, zu dem der sendende Netzwerkteilnehmer gehört. Die Adressen RR und RT entsprechen jeweils der Adresse der Reihe, die als virtueller Switch angesehen wird.2. Transmitter_ID: A 64-bit address R T of the virtual switch to which the sending network participant belongs. The addresses R R and R T each correspond to the address of the row that is regarded as a virtual switch.
  • 3. Cost: Kleinste Reihenanzahl, die ein Telegramm von einem Sender zur Root_ID durchlaufen muß.3. Cost: Smallest number of rows that a telegram of one Sender must go through to Root_ID.
  • 4. Port_ID: Eine 16-Bit-Adresse PID des Ports, über den der sendende virtuelle Switch das Konfigurationstelegramm sendet. RPID ist gleich der Adresse Rn der Reihe, die an dem Port angeschlossen ist, über den der virtuelle Switch mit der Transmitter_ID sendet.4. Port_ID: A 16-bit address P ID of the port via which the sending virtual switch sends the configuration message. R PID is equal to the address R n of the row connected to the port over which the virtual switch with the Transmitter_ID sends.

Mit diesen Definitionen kann der Spanning-Tree-Algorithmus auf ein Netzwerk aus virtuellen Switches angewendet werden. Er basiert auf den beschriebenen Konfigurationstelegrammen, die von virtuellen Switches gesendet und empfangen werden. With these definitions, the spanning tree algorithm can be applied to a network of virtual switches. It is based on the described configuration telegrams, sent and received by virtual switches.  

Nur die potentiell aktiven oder aktiven Ports T3/R3 oder T4/R4 einer Reihe, d. h. eines virtuellen Switches, werten empfangene Konfigurationstelegramme aus. Die deaktivierten Ports T3/R3 oder T4/R4 werten die Konfigurationstelegramme aus und filtern sie anschließend. Das Spanning-Tree-Verfahren schaltet die Ports T3/R3 oder T4/R4 von potentiell aktiv auf aktiv um, die sicherstellen, daß zwischen jeweils zwei beliebigen Netzwerkteilnehmern des Netzwerks nur ein einziger Kommunikationspfad existiert und somit keine Schleifen auftreten. Die restlichen Ports T3/R3 oder T4/R4 bleiben potentiell aktiv oder deaktiviert. Nur über aktive Kommunika­ tionskanäle zwischen den Reihen werden Datentelegramme ausge­ tauscht.Only the potentially active or active ports T3 / R3 or T4 / R4 in a row, i.e. H. of a virtual switch received configuration telegrams. The deactivated Ports T3 / R3 or T4 / R4 evaluate the configuration telegrams and then filter them. The spanning tree process switches ports T3 / R3 or T4 / R4 from potentially active actively order to ensure that between every two only one of any network participants in the network Communication path exists and therefore no loops occur. The remaining ports T3 / R3 or T4 / R4 remain potentially active or deactivated. Only through active communication channels between the rows, data telegrams are output exchanges.

Ein virtueller Switch ist an seinen Ports ständig für Konfigurationstelegramme empfangsbereit und speichert für jeden Port die Konfigurationsnachricht mit der "besten" Kombination aus Root_ID.Cost.Transmitter_ID.Port_ID. Verglichen werden für jeden Port nicht nur die empfangenen Kombinationen, sondern es wird auch verglichen mit der Kombination, welche der virtuelle Switch an diesen Port versenden würde. Eine Kombination K1 ist "besser" als eine andere Kombination K2, wenn
A virtual switch is always ready to receive configuration telegrams at its ports and stores the configuration message for each port with the "best" combination of Root_ID.Cost.Transmitter_ID.Port_ID. Not only are the combinations received compared for each port, but also the combination that the virtual switch would send to this port is compared. A combination K1 is "better" than another combination K2 if

  • 1. Root_ID von K1 < Root_ID von K2,1. Root_ID of K1 <Root_ID of K2,
  • 2. Root_ID von K1 = Root_ID von K2 und
    Cost von K1 < Cost von K2,
    2. Root_ID of K1 = Root_ID of K2 and
    Cost of K1 <Cost of K2,
  • 3. Root_ID von K1 = Root_ID von K2 und
    Cost von K1 = Cost von K2 und
    Transmitter_ID von K1 < Transmitter_ID von K2 oder
    3. Root_ID of K1 = Root_ID of K2 and
    Cost of K1 = Cost of K2 and
    Transmitter_ID of K1 <Transmitter_ID of K2 or
  • 4. Root_ID von K1 = Root_ID von K2 und
    Cost von K1 = Cost von K2 und
    Transmitter_ID von K1 = Transmitter_ID von K2 und
    Port_ID von K1 < Port_ID von K2.
    4. Root_ID of K1 = Root_ID of K2 and
    Cost of K1 = Cost of K2 and
    Transmitter_ID of K1 = Transmitter_ID of K2 and
    Port_ID of K1 <Port_ID of K2.

Der Root-Port eines virtuellen Switches ist der Port mit der "besten" empfangenen Kombination KR = KE = Root_ID.Cost.Transmitter_ID.Port_ID. The root port of a virtual switch is the port with the "best" combination received K R = K E = Root_ID.Cost.Transmitter_ID.Port_ID.

Der Root-Port ist der Port eines virtuellen Switches mit dem kürzesten Abstand zur Root_ID.The root port is the port of a virtual switch with the shortest distance to Root_ID.

Die Kombination des Root-Ports wird über Port-Select-Tele­ gramme allen Netzwerkteilnehmern des virtuellen Switches mitgeteilt. Damit besitzt jeder Netzwerkteilnehmer die notwendigen Informationen, um zu entscheiden, ob ein Port von potentiell aktiv auf aktiv umzuschalten ist. Ein potentiell aktiver Port wird auf aktiv geschaltet, wenn Root_ID.(Cost+1).Transmitter_ID.Port_ID vom Root-Port "besser" ist als Root_ID.Cost.Transmitter_ID.Port_ID vom betrachteten Port.The combination of the root port is via port select tele gram all network participants of the virtual switch communicated. So every network participant owns the necessary information to decide whether a port of is potentially to be switched actively to active. A potentially active port is switched to active if Root_ID. (Cost + 1) .Transmitter_ID.Port_ID from the root port "better" is than Root_ID.Cost.Transmitter_ID.Port_ID from considered port.

Die Bedingung, die zur Aktivierung eines Ports eines virtuellen Switches führt, muß für einen Zeitraum Δtnetdelay gültig sein, der mindestens der zweifachen Worst-Case- Durchlaufzeit eines Konfigurationstelegramms durch das Netzwerk entspricht, bevor der betreffende Port tatsächlich aktiviert wird. Nur Konfigurationstelegramme, die vom Root- Port empfangen wurden, werden an die aktiven Ports des virtuellen Switches weitergeleitet. Konfigurationstelegramme werden nur über die aktiven Ports T3/R3 gesendet oder weiter­ geleitet. Die einzigen Empfänger dieser Telegramme sind somit die potentiell aktiven Ports T4/R4 der angeschlossenen vir­ tuellen Switches. Zudem werden Konfigurationstelegramme nur über die aktiven Ports T4/R4 gesendet oder weitergeleitet. Die einzigen Empfänger derartiger Telegramme sind somit die potentiell aktiven Ports T3/R3 der angeschlossenen virtuellen Switches. Jedem Port eines virtuellen Switches ist ein soge­ nannter Kombinations-Alterungszähler zugeordnet. Dieser Zähler wird mit jedem empfangenen oder weitergeleiteten Kon­ figurationstelegramm zurückgesetzt und neu gestartet. Der Kombinations-Alterungszähler ist somit nur bei den potentiell aktiven oder aktiven Ports einer Reihe aktiviert und wird mit einem parametrierbaren Zeittakt inkrementiert. Erreicht der Kombinations-Alterungszähler bei einem potentiell aktiven bzw. einem aktiven Port den parametrierbaren Schwellwert "maximales Alter", so wird die für diesen Port gespeicherte Kombination Root_ID.Cost.Transmitter_ID.Port_ID gelöscht und neu berechnet.The condition that leads to the activation of a port of a virtual switch must be valid for a period of time Δt netdelay that corresponds to at least twice the worst case throughput time of a configuration message through the network before the relevant port is actually activated. Only configuration telegrams received from the root port are forwarded to the active ports of the virtual switch. Configuration telegrams are only sent or forwarded via the active ports T3 / R3. The only receivers of these telegrams are the potentially active ports T4 / R4 of the connected virtual switches. In addition, configuration telegrams are only sent or forwarded via the active ports T4 / R4. The only receivers of such telegrams are the potentially active ports T3 / R3 of the connected virtual switches. A so-called combination aging counter is assigned to each port of a virtual switch. This counter is reset and restarted with every received or forwarded configuration telegram. The combination aging counter is therefore only activated for the potentially active or active ports in a row and is incremented with a parameterizable time cycle. If the combination aging counter for a potentially active or an active port reaches the parameterizable threshold "maximum age", the combination Root_ID.Cost.Transmitter_ID.Port_ID saved for this port is deleted and recalculated.

Der Informationsaustausch innerhalb eines virtuellen Switches, d. h. innerhalb einer Reihe von Netzwerkteilnehmern mit linienförmiger Struktur, erfolgt mit Port-Select-Tele­ grammen, die den oben beschriebenen Port-Select-Telegrammen eines Netzwerks mit zweidimensionaler Struktur ähnlich sind. Der Datenbereich der Port-Select-Telegramme eines Netzwerks mit dreidimensionaler Struktur wird unabhängig vom empfan­ genden Port gegenüber dem Datenbereich der Port-Select- Telegramme für ein Netzwerk mit zweidimensionaler Struktur erweitert um eine 16-Bit-Adresse Rn des über Port T3/R3 angeschlossenen virtuellen Switches, d. h. der benachbarten Reihe, deren Gültigkeit durch das bereits beschriebene Valid- Bit V angezeigt wird. Bei V = 0 ist auch der empfangene Wert der Reihenadresse Rn ungültig. Das Port-Select-Telegramm wurde von einem Netzwerkteilnehmer in den virtuellen Switch eingespeist, der über einen betriebsbereiten Port T4/R4 mit dem virtuellen Switch verbunden ist. Bei V = 1 ist die Adresse Rn gültig. Zusätzlich ist in dem Datenbereich des Port-Select-Telegramms ein Potentiell-Aktiv-Bit PpA einge­ fügt. Abhängig vom empfangenden Port hat dieses Bit zwei Bedeutungen:
The exchange of information within a virtual switch, ie within a number of network participants with a linear structure, takes place with port select telegrams that are similar to the above described port select telegrams of a network with a two-dimensional structure. The data area of the port select telegrams of a network with a three-dimensional structure is expanded by a 16-bit address R n des via port T3 / R3 regardless of the receiving port compared to the data area of the port select telegrams for a network with two-dimensional structure connected virtual switches, ie the neighboring row, the validity of which is indicated by the valid bit V already described. If V = 0, the received value of the row address R n is also invalid. The port select telegram was fed into the virtual switch by a network participant, which is connected to the virtual switch via an operational port T4 / R4. If V = 1, the address R n is valid. In addition, a potentially active bit P pA is inserted in the data area of the port select telegram. Depending on the receiving port, this bit has two meanings:

  • 1. PpA in Port-Select-Telegrammen, die an Port T4/R4 empfangen wurden, informiert den Netzwerkteilnehmer, ob der Port T3/R3 des sendenden Netzwerkteilnehmers des angeschlossenen virtuellen Switches potentiell aktiv oder aktiv (PpA = 1) oder deaktiviert (PpA = 0) ist. 1.P pA in port select telegrams received at port T4 / R4 informs the network subscriber whether port T3 / R3 of the sending network subscriber of the connected virtual switch is potentially active or active (P pA = 1) or deactivated ( P pA = 0).
  • 2. PpA in Port-Select-Telegrammen, die an Port T1/R1 oder Port T2/R2 empfangen wurden, informiert den Netzwerkteil­ nehmer, ob der Port T4/R4 des Initiators des Port-Select- Telegramms potentiell aktiv oder aktiv (PpA = 1) oder deaktiviert (PpA = 0) ist.2. P pA in port select telegrams received on port T1 / R1 or port T2 / R2 informs the network subscriber whether port T4 / R4 of the initiator of the port select telegram is potentially active or active (P pA = 1) or deactivated (P pA = 0).

Weiterhin wird der Datenbereich des Port-Select-Telegramms um eine 16-Bit-Adresse Ri des über Port T4/R4 angeschlossenen virtuellen Switches erweitert. Der Wert der Adresse ist nur nötig, wenn PpA = 1 gesetzt ist.Furthermore, the data area of the port select telegram is expanded by a 16-bit address R i of the virtual switch connected via port T4 / R4. The value of the address is only necessary if P pA = 1 is set.

Zudem wird in den Port-Select-Telegrammen ein Wert eines Aktiv-Timers zum Sendezeitpunkt übertragen. Der Aktiv-Timer mißt die Zeit, die seit dem letzten Empfang eines Port- Select-Telegramms über Port T4/R4 mit gesetztem Potentiell- Aktiv-Bit, d. h. mit PpA = 1, vergangen ist. Der Wert des Aktiv-Timers ist nur gültig, wenn PpA = 1 ist.In addition, a value of an active timer is transmitted in the port select telegrams at the time of transmission. The active timer measures the time that has elapsed since the last receipt of a port select telegram via port T4 / R4 with the potential active bit set, ie with P pA = 1. The value of the active timer is only valid if P pA = 1.

Weiterhin enthält der Datenbereich von Port-Select-Telegram­ men für dreidimensionale Netzwerkstruktur die beste empfange­ ne Kombination für diesen Port
KE = Root_ID.Cost.Transmitter_ID.Port_ID,
die im Datenfeld eines Konfigurationstelegramms gesendet oder weitergeleitet wurde von einer an einem potentiell aktiven oder aktiven Port T3/R3 oder T4/R4 angeschlossenen Reihe mit der Adresse Rn oder Ri.
Furthermore, the data area of port select telegrams for three-dimensional network structure contains the best received combination for this port
K E = Root_ID.Cost.Transmitter_ID.Port_ID,
that was sent or forwarded in the data field of a configuration telegram from a row connected to a potentially active or active port T3 / R3 or T4 / R4 with the address R n or R i .

Zudem wird die beste bisher bekannte Kombination an den potentiell aktiven oder aktiven Port T3/R3 und T4/R4 der Reihe, d. h. des virtuellen Switches, im Datenfeld von Port- Select-Telegrammen übertragen:
KR = Root_ID.Cost.Transmitter_ID.Port_ID.
In addition, the best combination known to date is transmitted to the potentially active or active ports T3 / R3 and T4 / R4 in the series, ie the virtual switch, in the data field of port select telegrams:
KR = Root_ID.Cost.Transmitter_ID.Port_ID.

Ein Netzwerkteilnehmer, der an einem deaktivierten Port T4/R4 ein Port-Select-Telegramm von einem potentiell aktiven oder aktiven Port T3/R3, d. h. ein Port-Select-Telegramm mit PpA = 1, einer anderen Reihe empfängt, schaltet den Port T4/R4 auf potentiell aktiv bzw. aktiv und sendet eine parametrier­ bare Anzahl von Port-Select-Telegrammen mit PpA = 1.A network participant that receives a port select telegram from a potentially active or active port T3 / R3, ie a port select telegram with P pA = 1, from another row on a deactivated port T4 / R4, switches port T4 / R4 to potentially active or active and sends a parameterizable number of port select telegrams with P pA = 1.

Den Ports T4/R4 ist jeweils ein Aktiv-Timer zugeordnet, der mit einem einstellbaren Takt inkrementiert wird. Der Aktiv- Timer mißt die Zeit seit dem letzten Empfang eines Port- Select-Telegramms mit gesetztem Potentiell-Aktiv-Bit PpA = 1. Jedes über Port T4/R4 empfangene Port-Select-Telegramm mit gesetztem Potentiell-Aktiv-Bit PpA = 1 setzt den Aktiv-Timer zurück und startet ihn neu. Empfangene Port-Select-Telegramme mit PpA = 0 setzen den Aktiv-Timer zurück, ohne ihn zu starten.An active timer is assigned to each of the ports T4 / R4, which is incremented with an adjustable clock. The active timer measures the time since the last receipt of a port select telegram with the potential active bit P pA = 1. Each port select telegram received via port T4 / R4 with the potential active bit P pA set = 1 resets the active timer and restarts it. Received port select telegrams with P pA = 0 reset the active timer without starting it.

Ein Netzwerkteilnehmer mit einem potentiell aktiven oder aktiven Port T4/R4 deaktiviert diesen Port, wenn
A network participant with a potentially active or active port T4 / R4 deactivates this port if

  • 1. über Port T4/R4 ein Port-Select-Telegramm mit PpA = 0 empfangen wird,1. a port select telegram with P pA = 0 is received via port T4 / R4,
  • 2. über Port T1/R1 oder T2/R2 ein Port-Select-Telegramm empfangen wird mit PpA = 1 und einem empfangenen Wert des Aktiv-Timers, der kleiner als die eigene Aktivzeit ist, wobei der eigene Aktiv-Timer in diesem Fall zurückgesetzt wird, ohne neu gestartet zu werden, oder2. A port select telegram is received via port T1 / R1 or T2 / R2 with P pA = 1 and a received value of the active timer that is less than the own active time, whereby the own active timer in this case reset without restarting, or
  • 3. die vom Aktiv-Timer gemessene Zeit einen parametrierbaren Maximalwert erreicht.3. The time measured by the active timer is a parameterizable one Maximum value reached.

Im eingeschwungenen Zustand senden in jedem virtuellen Switch, d. h. in jeder Reihe, alle Netzwerkteilnehmer mit einer potentiell aktiven T3/R3-Verbindung zu einer benach­ barten, über die Ports T3/R3 angeschlossenen Reihe zyklisch in jedem Meldeintervall ΔtM jeweils ein Port-Select-Telegramm über die Ports T1/R1 und T2/R2.In the steady state, in each virtual switch, ie in each row, all network participants with a potentially active T3 / R3 connection to an adjacent row connected via ports T3 / R3 send a port select cyclically in each reporting interval Δt M Telegram via the ports T1 / R1 and T2 / R2.

Zusätzlich senden in jedem virtuellen Switch folgende Netz­ werkteilnehmer ein Port-Select-Telegramm über die Ports T1/R1 und T2/R2:
In addition, the following network participants send a port select telegram in each virtual switch via ports T1 / R1 and T2 / R2:

  • 1. jeder Netzwerkteilnehmer bei der Initialisierung mit KR = KE = Quelladresse.0.Quelladresse.Port_ID,1. each network participant during initialization with K R = K E = source address. 0. Source address. Port_ID,
  • 2. jeder Netzwerkteilnehmer mit einem potentiell aktiven Kommunikationskanal über den Port T3/R3 zu einer Reihe mit der Adresse Rn, wenn er ein Konfigurationstelegramm über Port T3/R3 empfängt,2. each network participant with a potentially active communication channel via the port T3 / R3 to a row with the address R n when it receives a configuration telegram via port T3 / R3,
  • 3. jeder Netzwerkteilnehmer mit einem potentiell aktiven Kommunikationskanal über Port T4/R4 zu einer Reihe mit der Adresse Ri, wenn er ein Konfigurationstelegramm über Port T4/R4 empfängt,3. each network participant with a potentially active communication channel via port T4 / R4 to a row with the address R i when receiving a configuration telegram via port T4 / R4,
  • 4. jeder Netzwerkteilnehmer, bei dem der Kombinations- Alterungszähler eines potentiell aktiven oder aktiven Ports den Schwellwert "maximales Alter" erreicht, wobei die für diesen Port gespeicherten Kombinationen KE und KR gelöscht und neu berechnet werden und wobei zunächst ein Port-Select-Telegramm mit
    KR = KE = Quelladresse.O.Quelladresse.Port_ID
    gesendet wird,
    4. Each network participant at which the combination aging counter of a potentially active or active port reaches the "maximum age" threshold value, the combinations K E and K R stored for this port being deleted and recalculated, and first of all a port select Telegram with
    K R = K E = source address.O. source address.Port_ID
    is sent
  • 5. jeder Netzwerkteilnehmer mit einem potentiell aktiven oder aktiven Port, dessen gespeicherte Kombination KR "besser" ist als die Kombination KR im empfangenen Port- Select-Telegramm, wobei die für diesen Port gespeicherte Kombination KR gelöscht und neu berechnet wird und wobei ein Port-Select-Telegramm mit der besten bisher empfange­ nen Kombination für diesen Port
    KE = Root_ID.Cost.Transmitter_ID.Port_ID und mit
    KR = min{KE, empfangener Wert von KR} gesendet wird und
    5. each network subscriber with a potentially active or active port, the stored combination K R of which is "better" than the combination K R in the received port select telegram, the combination K R stored for this port being deleted and recalculated, and wherein a port select telegram with the best combination received so far for this port
    K E = Root_ID.Cost.Transmitter_ID.Port_ID and with
    K R = min {K E , received value of K R } is sent and
  • 6. jeder Netzwerkteilnehmer, dessen Port T4/R4 von deakti­ viert auf potentiell aktiv oder aktiv umgeschaltet wird, sendet eine parametrierbare Anzahl von Port-Select- Telegrammen mit PpA = 1.6. Each network participant, whose port T4 / R4 is switched from deactivated to potentially active or active, sends a parameterizable number of port select telegrams with P pA = 1.

Alle Empfänger eines Port-Select-Telegramms mit einem deaktivierten Kommunikationskanal zu einer anderen Reihe speichern die vom zugehörigen potentiell aktiven oder aktiven Port des virtuellen Switches gesendeten Werte KE und KR.All receivers of a port select telegram with a deactivated communication channel to another row store the values K E and K R sent by the associated potentially active or active port of the virtual switch.

Fig. 8 zeigt das Ergebnis der Anwendung der Port-Select- Telegramme in Kombination mit dem modifizierten Spanning- Tree-Verfahren auf jede Reihe des dargestellten dreidimensionalen Netzwerks. Fig. 8 shows the result of applying the port select messages in combination with the modified Spanning Tree shows process on each row of the three-dimensional network shown.

Eine Redundanz im Netzwerk soll sicherstellen, daß physika­ lische Fehler, elektromagnetische Störungen, Netzwerkerwei­ terungen oder ein Komponentenaustausch die Kommunikation zwischen den Netzwerkkomponenten nicht beeinträchtigen. Voraussetzung hierfür ist nicht nur eine schnelle Erkennung von Fehlern oder Netzwerkmodifikationen und eine schnelle Netzrekonfiguration, sondern auch ein möglichst kleiner Netz­ werkbereich, der während der Rekonfigurationszeit von den Auswirkungen des Fehlers oder der Netzwerkmodifikation betroffen ist.Redundancy in the network should ensure that physika mical errors, electromagnetic interference, network expansions communications or an exchange of components  between the network components. The prerequisite for this is not just quick detection of errors or network modifications and a quick Network reconfiguration, but also the smallest possible network factory area, which during the reconfiguration period of the Effects of the error or network modification is affected.

Durch die Redundanzverwaltung ist eine Redundanz innerhalb jeder Reihe eines Netzwerks, bezüglich der Kommunikations­ kanäle zwischen jeweils zwei miteinander verbundenen Reihen und eine Redundanz in bezug auf das gesamte Netzwerk möglich. Dabei ist Schleifenfreiheit durch den modifizierten Spanning- Tree-Algorithmus gewährleistet.Redundancy management means that there is redundancy within every row of a network, in terms of communication channels between two connected rows and redundancy with respect to the entire network is possible. There is no loops due to the modified spanning Tree algorithm guaranteed.

Diese Art der Redundanz ermöglicht in vorteilhafter Weise kurze Rekonfigurationszeiten bei minimalem Hardwareaufwand und ist deshalb mit geringem Aufwand realisierbar. Zudem wird der Netzwerkbereich begrenzt, der während der Rekonfigura­ tionszeit an den Auswirkungen eines Fehlers oder von einer Netzwerkkonfiguration betroffen ist.This type of redundancy advantageously enables short reconfiguration times with minimal hardware expenditure and can therefore be implemented with little effort. In addition, the network area limited that during the reconfigura time of the effects of an error or of a Network configuration is affected.

Um Redundanz in einer Reihe linienförmig verschalteter Netz­ werkteilnehmer zu gewährleisten, wird ein Ring gebildet, wie es in Fig. 6 beispielsweise mit den Netzwerkteilnehmern 100 . . . 107 der Fall ist. Ein Netzwerkteilnehmer, beispiels­ weise der Netzwerkteilnehmer 100, der sich an einem Ende der Reihe befindet, muß im Redundanz-Mode betrieben werden. Er hat die Funktion eines Redundanz-Managers.In order to ensure redundancy in a row of network participants connected in a linear fashion, a ring is formed, as is shown in FIG. 6, for example, with network participants 100 . , , 107 is the case. A network participant, for example the network participant 100 , which is located at one end of the row, must be operated in redundancy mode. It acts as a redundancy manager.

Durch Setzen eines Redundanzbits im Parameterregister wird dieser Netzwerkteilnehmer in dem Redundanz-Mode geschaltet. Zur Überprüfung der Reihe sendet er an Port 1 zyklisch ein Telegramm Test1 mit der MAC-Adresse des Ports 1 als Quell­ adresse. Die Zykluszeit beträgt beispielsweise 10 ms. An Port 2 wird zyklisch ein Telegramm Test2 mit der MAC-Adresse des Ports 2 als Quelladresse versendet. Die Zykluszeit beträgt ebenfalls beispielsweise 10 ms. Das Test2-Telegramm wird um die halbe Zykluszeit versetzt versendet, somit 5 ms nach dem Telegramm Test1. Ist die Reihe nicht unterbrochen, werden die am Port 1 versendeten Telegramme Test1 am Port 2 wieder emp­ fangen und ebenso die Test2-Telegramme in umgekehrter Rich­ tung. In diesem Fall ist der Kommunikationskanal zwischen den beiden Ports 1 und 2 innerhalb des Netzwerkteilnehmers, der als Redundanz-Manager betrieben wird, aufgetrennt, so daß alle am Port 2 empfangenen Datentelegramme herausgefiltert und von den am Port 1 empfangenen Telegrammen nur die an die eigene Stationsadresse gerichteten akzeptiert werden.By setting a redundancy bit in the parameter register this network participant is switched to the redundancy mode. To check the row, it sends in at port 1 cyclically Telegram Test1 with the MAC address of port 1 as the source address. The cycle time is 10 ms, for example. On port 2, a telegram Test2 with the MAC address of the Ports 2 sent as the source address. The cycle time is  also for example 10 ms. The Test2 telegram is changed to half the cycle time is sent offset, 5 ms after the Telegram Test1. If the row is not interrupted, the Test1 telegrams sent at port 1 are received again at port 2 catch and also the Test2 telegrams in the opposite direction tung. In this case, the communication channel between the two ports 1 and 2 within the network participant, the is operated as a redundancy manager, so that all data telegrams received at port 2 are filtered out and of the telegrams received at port 1 only those to own station address directed are accepted.

Der als Redundanz-Manager betriebene Netzwerkteilnehmer schließt den Ring, d. h. er leitet empfangene Telegramme zwischen dem Port 1 und 2 weiter, wenn innerhalb eines para­ metrierbaren Zeitintervalles von beispielsweise 100 ms an einem der beiden Ports kein Testtelegramm empfangen wird oder wenn ein Telegramm "link-down" von einem Netzwerkteilnehmer der jeweiligen Reihe empfangen wird, der eine Unterbrechung des Kommunikationskanals zum nächsten Netzwerkteilnehmer festgestellt hat. Der von der Unterbrechung betroffene Port des Netzwerkteilnehmers wird deaktiviert. Voraussetzung für die Reaktivierung dieses Ports ist die Wiederherstellung der Verbindung zum anderen Netzwerkteilnehmer für eine bestimmte Mindestzeit von beispielsweise 1,6 s oder der Empfang eines Telegramms "link-up" vom Redundanz-Manager. Mit dem Schließen des Rings wird an den Ports 1 und 2 des Redundanz-Managers ein Telegramm "link-down" verschickt, um alle anderen Netz­ werkteilnehmer der Reihe über die neue Reihenstruktur zu informieren. Testtelegramme werden weiterhin zyklisch versen­ det.The network participant operated as a redundancy manager closes the ring, d. H. it routes received telegrams between port 1 and 2 if within a para metrable time interval of, for example, 100 ms no test telegram is received on one of the two ports or if a telegram "link-down" from a network participant the respective row is received, which is an interruption of the communication channel to the next network participant Has been established. The port affected by the interrupt of the network participant is deactivated. requirement for reactivating this port is restoring the Connection to the other network participant for a specific Minimum time of 1.6 s, for example, or the reception of a "Link-up" telegram from the redundancy manager. With the closing of the ring is on ports 1 and 2 of the redundancy manager a "link-down" telegram is sent to all other network series members about the new series structure inform. Test telegrams will continue to be cyclically versed det.

Der als Redundanz-Manager betriebene Netzwerkteilnehmer öffnet den Ring, wenn wieder ein Testtelegramm über die bisher unterbrochene Strecke empfangen wird oder wenn ein Telegramm "link-up" vom Netzwerkteilnehmer der Reihe emp­ fangen wird, dessen Kommunikationskanal zum benachbarten Netzwerkteilnehmer seit einer bestimmten Mindestzeit von beispielsweise 1,6 s nicht mehr unterbrochen ist. Mit dem Öffnen des Rings wird an den Ports 1 und 2 des Redundanz- Managers ein Telegramm "link-up" verschickt, um alle anderen Netzwerkteilnehmer der Reihe über die neue Ringstruktur zu informieren. Testtelegramme werden weiterhin zyklisch versen­ det. Jeder Netzwerkteilnehmer der Reihe setzt mit dem Empfang eines "link-up" oder "link-down"-Telegramms die für die Tele­ grammweiterleitung notwendigen Register zurück.The network participant operated as a redundancy manager opens the ring when another test telegram is sent via the previously interrupted route is received or if a Telegram "link-up" from the network participant of the emp will catch whose communication channel to the neighboring  Network participants for a certain minimum time of for example 1.6 s is no longer interrupted. With the The ring is opened at ports 1 and 2 of the redundancy Managers sent a telegram "link-up" to everyone else Network participants in the series about the new ring structure inform. Test telegrams will continue to be cyclically versed det. Each network participant in the series continues with the reception a "link-up" or "link-down" telegram for the tele necessary register forward.

Eine redundante Ausführung der Kommunikationskanäle zwischen zwei Reihen erfordert mindestens zwei getrennte Kommunika­ tionspfade. Für den Datenaustausch zwischen den Reihen darf jedoch maximal ein einziger Pfad verwendet werden. Die Aus­ wahl dieses potentiell aktiven Kommunikationskanals zwischen zwei Reihen erfolgt mit Hilfe von Port-Select-Telegrammen. Ist ein potentiell aktiver Kommunikationskanal als fehlerhaft erkannt, wird dieser deaktiviert und ein anderer Kommunika­ tionspfad auf potentiell aktiv geschaltet. Für die Umschalt­ zeit von deaktiviert auf potentiell aktiv gilt:
Umschaltzeit ≧ Δttimeout + Δtrowdelay, wobei Δttimeout das Timeout- Intervall ist und Δtrowdelay der zweifachen Worst-Case- Durchlaufzeit eines Port-Select-Telegramms durch die Reihe entspricht. Die Umschaltzeit ist somit von der Anzahl der Netzwerkteilnehmer, die eine Reihe bilden, abhängig. Sie liegt z. B. für eine Reihe aus 50 Netzwerkteilnehmern in der Größenordnung von 200 ms, wenn ein Timeout-Zeitintervall von 150 ms angenommen wird.
A redundant execution of the communication channels between two rows requires at least two separate communication paths. However, a maximum of one path may be used for data exchange between the rows. The selection of this potentially active communication channel between two rows is made with the help of port select telegrams. If a potentially active communication channel is identified as faulty, it is deactivated and another communication path is switched to potentially active. The following applies to the switchover time from deactivated to potentially active:
Switchover time ≧ Δt timeout + Δt rowdelay , where Δt timeout is the timeout interval and Δt rowdelay corresponds to twice the worst case throughput time of a port select telegram through the row. The switchover time therefore depends on the number of network participants that form a row. It lies z. B. for a series of 50 network participants in the order of 200 ms if a timeout interval of 150 ms is assumed.

Zudem ist eine Redundanz in einem dreidimensionalen Netzwerk möglich. Ist die Schleifenfreiheit bereits durch die Netz­ werkstruktur gegeben, d. h. existiert keine Netzwerkredundanz, so ist jeder potentiell aktive Kommunikationspfad zwischen zwei Reihen auch aktiv. In diesem Fall ist die Anwendung des beschriebenen modifizierten Spanning-Tree-Algorithmus nicht erforderlich. Bei Netzwerkredundanz stellt der modifizierte Spanning-Tree-Algorithmus Schleifenfreiheit zwischen den Reihen sicher. Eine Rekonfiguration eines Netzwerks mit dem modifizierten Spanning-Tree-Algorithmus ist nur bei Fehlern oder Netzwerkmodifikationen erforderlich, die nicht durch die Redundanz innerhalb einer Reihe oder die Redundanz der Kommu­ nikationskanäle zwischen zwei Reihen bearbeitet werden. Bei einem Netzwerk mit derartigen Netzwerkteilnehmern ist die Übertragungszeit vom Sender zum Empfänger von der Anzahl der Netzwerkteilnehmer, über welche ein Telegramm weitergeleitet wird, abhängig und kann nicht vernachlässigt werden. Die Übertragungszeit eines Telegramms erhöht sich bei jedem Netzwerkteilnehmer, der das Telegramm weiterleitet, um eine teilnehmerspezifische Delay-Time Δti, die aus den folgenden Zeiten zusammengesetzt ist:
Redundancy in a three-dimensional network is also possible. If the loop structure already provides freedom from loops, ie there is no network redundancy, every potentially active communication path between two rows is also active. In this case, it is not necessary to use the modified spanning tree algorithm described. With network redundancy, the modified spanning tree algorithm ensures loop freedom between the rows. A reconfiguration of a network with the modified spanning tree algorithm is only necessary for errors or network modifications that are not processed by the redundancy within a row or the redundancy of the communication channels between two rows. In the case of a network with such network participants, the transmission time from the transmitter to the receiver depends on the number of network participants via which a telegram is forwarded and cannot be neglected. The transmission time of a telegram increases for each network participant that forwards the telegram by a participant-specific delay time Δt i , which is composed of the following times:

  • 1. Durchlaufzeit durch den Physical-Layer-Baustein, bei­ spielsweise den Baustein 36 in Fig. 2, in Empfangs­ richtung vom Empfang des ersten Bits eines Nibbles bis das Nibble am MII mit in "RX_DV = 1" als gültig ausge­ geben wird. Diese Zeit beträgt beispielsweise 21 TBit für DP83843 PHYTER von NSC, wobei TBit bei 10 MBaud-Übertra­ gungsrate 100 ns und bei 100 MBaud-Übertragungsrate 10 ns entspricht.1. Throughput time through the physical layer block, for example block 36 in FIG. 2, in the receiving direction from the reception of the first bit of a nibble until the nibble on the MII with "RX_DV = 1" is output as valid. This time is, for example, 21 T bits for DP83843 PHYTER from NSC, T bits corresponding to 100 ns at 10 Mbaud transmission rate and 10 ns at 100 Mbaud transmission rate.
  • 2. Aufenthaltszeit im Netzwerkteilnehmer vom Empfang eines Nibbles bis zum Versenden desselben Nibbles. Falls der Teilnehmer gerade ein eigenes Telegramm versendet und im Receive-Buffer bereits ein Telegramm eingetragen ist, kann die Datenweiterleitung im Vergleich zum ungestörten Betrieb um bis zu (3k × 8) × TBit verzögert werden.2. Time spent in the network participant from receiving a nibble to sending the same nibble. If the subscriber is sending its own telegram and a telegram has already been entered in the receive buffer, data forwarding can be delayed by up to (3k × 8) × T bit compared to undisturbed operation.
  • 3. Durchlaufzeit durch den Physical-Layer-Baustein, über welchen das Telegramm in Senderichtung weitergeleitet wird, von der ersten steigenden Flanke eines Transmit- Clocksignals nach dem Bereitstellen eines Nibbles am MII bis zum ersten gesendeten Bit dieses Nibbles. Diese Durchlaufzeit beträgt beispielsweise für DP83843 PHYTER von NSC 6 TBit.3. Throughput time through the physical layer module, via which the telegram is forwarded in the transmission direction, from the first rising edge of a transmit clock signal after the provision of a nibble on the MII to the first transmitted bit of this nibble. This lead time is 6 T bits for example for DP83843 PHYTER from NSC.
  • 4. Laufzeit über die Leitungen zwischen zwei benachbarten Netzwerkteilnehmern.4. Runtime over the lines between two neighboring ones Network participants.

Die Summe der unter 1, 3 und 4 angegebenen Zeiten ist eine feste Größe und wird als Durchlaufzeit ΔtDLZ bezeichnet. Sie kann entweder parametriert oder von den Netzwerkteilnehmern ausgemessen werden. Eine Änderung dieser Durchlaufzeit ΔtDLZ ist nur möglich, wenn ein Netzwerkteilnehmer aus dem Netzwerk entfernt oder in das Netzwerk hinzugefügt oder wenn die Verkabelung geändert wird.The sum of the times specified under 1, 3 and 4 is a fixed quantity and is referred to as the throughput time Δt DLZ . It can either be parameterized or measured by the network participants. This throughput time Δt DLZ can only be changed if a network participant is removed from the network or added to the network or if the cabling is changed.

Mit der folgenden Sequenz von Telegrammen, welche Netz­ werkteilnehmer beispielsweise nach der Initialisierung oder auf Anforderung ausführen, kann die Durchlaufzeit ΔtDLZ bestimmt werden:
The throughput time Δt DLZ can be determined with the following sequence of telegrams, which network participants execute after initialization or on request:

  • 1. Jeder Netzwerkteilnehmer, der neu in das Netzwerk aufge­ nommen wird, sendet seinen vier benachbarten Netzwerk­ teilnehmern jeweils ein sogenanntes DLZ-Telegramm, d. h. ein erstes Telegramm zur Laufzeitermittlung. Dieses Tele­ gramm ist in der 16-Bit-Type-Adresse eindeutig gekenn­ zeichnet.1. Each network participant who is new to the network is taken, sends its four neighboring network participants each receive a so-called DLZ telegram, d. H. a first telegram to determine the runtime. That tele grams is clearly identified in the 16-bit type address records.
  • 2. Der neue Netzwerkteilnehmer startet einen DLZ-Timer 1, nachdem das letzte Nibble des Type-Feldes des DLZ-Tele­ gramms dem Media-Independent-Interface (MII) des Ports 1 zum Versenden zur Verfügung gestellt wurde. Entsprechend startet er einen DLZ-Timer 2, 3 und 4 für das Versenden über die Ports 2, 3 bzw. 4.2. The new network participant starts a DLZ timer 1, after the last nibble of the type field of the DLZ-Tele the media independent interface (MII) of port 1 was made available for dispatch. Corresponding he starts a DLZ timer 2, 3 and 4 for sending via ports 2, 3 or 4.
  • 3. Jeder der maximal 4 benachbarten Netzwerkteilnehmer startet nach dem Empfang des letzten Nibbles des Type- Feldes des DLZ-Telegramms an seinem MII seinen DLZ-Timer des jeweiligen Ports. Das empfangene DLZ-Telegramm wird nicht weitergeleitet, sondern dem Sender ergänzt um die Aufenthaltszeit in den jeweiligen Ethernet-Kontroller des Netzwerkteilnehmers wieder zurückgeschickt. Hat dieser benachbarte Netzwerkteilnehmer das letzte Nibble des Type-Feldes des auf diese Art modifizierten DLZ-Tele­ gramms seinem zu dem neu zugeschalteten Netzwerkteilneh­ mer gerichteten MII übergeben, hält er den DLZ-Timer an und sendet die im DLZ-Timer gespeicherte Aufenthaltszeit mit dem Datenfeld des Telegramms zu dem neu zugeschalte­ ten Netzwerkteilnehmer.3. Each of the maximum of 4 neighboring network participants starts after receiving the last nibble of the type Field of the DLZ telegram on his MII his DLZ timer of the respective port. The received DLZ telegram is not forwarded, but supplemented by the transmitter Residence time in the respective Ethernet controller of the Network participant sent back. Has this neighboring network participants the last nibble of the Type field of the DLZ-Tele modified in this way gramms his to the newly added network participant When the MII is sent, it stops the DLZ timer and sends the stay time saved in the DLZ timer  with the data field of the telegram to the newly connected network participants.
  • 4. Der neu in das Netzwerk aufgenommene Netzwerkteilnehmer stoppt mit dem Empfang des letzten Nibbles des Type- Feldes an seinem MII des jeweiligen Ports den zugeordne­ ten DLZ-Timer 1, 2, 3 bzw. 4.4. The new network participant added to the network stops with the reception of the last nibble of the type Field on his MII of the respective port DLZ timers 1, 2, 3 and 4.
  • 5. Beispielsweise für Port 1 des neu zugeschalteten Netzwerkteilnehmers kann die Durchlaufzeit ΔtDLZ1 berechnet werden nach der Formel: ΔtDLZ1 = (TDR - TDA) : 2, mit TDR - mit dem DLZ-Timer 1 gemessene Antwortzeit und TDA - gemessene Aufenthaltszeit im benachbarten Netzwerk teilnehmer.
    In entsprechender Weise werden die Durchlaufzeiten ΔtDLZ2, ΔtDLZ3 und ΔtDLZ4 für die übrigen Ports des neu in das Netz­ werk eingefügten Netzwerkteilnehmers berechnet. Die so ermittelten Durchlaufzeiten werden im Modul 52 (Fig. 2) als Parameter hinterlegt.
    5. For example, for port 1 of the newly connected network participant, the throughput time Δt DLZ1 can be calculated using the formula: Δt DLZ1 = (T DR - T DA ): 2, with T DR - response time measured with DLZ timer 1 and T DA - measured time spent in the neighboring network participants.
    The throughput times .DELTA.t DLZ2 , .DELTA.t DLZ3 and .DELTA.t DLZ4 are calculated in a corresponding manner for the other ports of the network subscriber newly inserted into the network. The throughput times determined in this way are stored in the module 52 ( FIG. 2) as parameters.
  • 6. Der neu zugeschaltete Netzwerkteilnehmer sendet mit einem weiteren Telegramm die gemessenen Durchlaufzeiten über den jeweils zugeordneten Port an die benachbarten Netz­ werkteilnehmer.6. The newly connected network participant sends with one the measured throughput times via another telegram the assigned port to the neighboring network factory participants.

Die beschriebene Ermittlung der Durchlaufzeiten ist bei der Initialisierung eines Netzwerks nur bei jedem zweiten Netz­ werkteilnehmer erforderlich.The described determination of throughput times is at Initialization of a network only every second network work participants required.

Eine Uhrzeitsynchronisation hat die Aufgabe, die Uhren mehrerer oder aller Netzwerkteilnehmer zu synchronisieren. Dabei werden vorteilhaft die Kommunikationskanäle zwischen Netzwerkteilnehmern im Vollduplex-Mode betrieben, damit die Übertragung von Telegrammen deterministisches Verhalten zeigt.The task of clock synchronization is the clocks synchronize several or all network participants. The communication channels between Network participants operated in full duplex mode, so that Transmission of telegrams deterministic behavior shows.

Die Übertragungszeit von einem Sender zu einem Empfänger ist in einem Netzwerk von der Anzahl der Netzwerkteilnehmer, über welche das Telegramm geleitet wird, abhängig und kann nicht vernachlässigt werden. The transmission time from a transmitter to a receiver is in a network from the number of network participants, over which the telegram is routed depends on and cannot be ignored.  

Eine Uhrzeitsynchronisation kann beispielsweise mit zwei speziellen Telegrammen durchgeführt werden. Fig. 9 zeigt den allgemeinen Aufbau eines Telegramms. Ein erstes Feld 140 enthält eine Destination-Adresse, d. h. eine Adresse der Teil­ nehmer, an welche das Telegramm gerichtet ist, von beispiels­ weise 48 Bit Länge. Ein zweites Feld 141 enthält eine Source- Adresse, die Adresse des jeweils sendenden Netzwerkteilneh­ mers, deren Länge ebenfalls beispielsweise 48 Bit beträgt. In einem Type-Feld 142 mit beispielsweise 16 Bit wird eine Ken­ nung des Telegramms übertragen 11991 00070 552 001000280000000200012000285911188000040 0002010004425 00004 11872. Die Nutzdaten des Telegramms werden in einem Datenfeld 143 variabler Länge gesendet. Been­ det wird das Telegramm durch eine Check-Sequence von 144, die im wesentlichen zur Überprüfung der Übertragungsqualität dient. Telegramme zur Uhrzeitsynchronisation können durch eine besondere Multicast-Adresse als Destination-Adresse 140 und/oder durch eine neu zu definierende Type-Adresse im Type- Feld 142 gekennzeichnet werden.Time synchronization can be carried out with two special telegrams, for example. Fig. 9 shows the general structure of a telegram. A first field 140 contains a destination address, ie an address of the subscribers to whom the telegram is directed, for example 48 bits in length. A second field 141 contains a source address, the address of the sending network participant, the length of which is also 48 bits, for example. In a type field 142 with, for example, 16 bits, a identifier of the telegram is transmitted 11991 00070 552 001000280000000200012000285911188000040 0002010004425 00004 11872. The user data of the telegram are sent in a data field 143 of variable length. The telegram is ended by a check sequence of 144 , which essentially serves to check the transmission quality. Telegrams for time synchronization can be identified by a special multicast address as destination address 140 and / or by a new type address to be defined in type field 142 .

Fig. 10 zeigt eine Auftragsliste, die beispielsweise im RAM 22 in Fig. 2 abgelegt sein kann. In eine derartige Auftrags­ liste werden Telegramme, die über das Netzwerk übertragen werden sollen, eingetragen. Wenn keine Priorisierung der Übertragung vorgesehen ist, wird jeweils das untenstehende Telegramm als nächstes übertragen. Es kann somit vorkommen, daß beispielsweise ein fertiggestelltes Telegramm 151 erst dann übertragen wird, wenn zwei zuvor in die Auftragsliste eingetragene Telegramme 152 und 153 übertragen wurden. Je nach Menge der anstehenden Aufträge ist daher die Sendever­ zögerungszeit eines Telegramms in einem Netzwerkteilnehmer nach seinem Eintrag in die Auftragsliste variabel. Im folgen­ den wird eine Möglichkeit beschrieben, wie der Einfluß der Sendezeitverzögerung bei der Uhrzeitsynchronisation vermieden werden kann:
FIG. 10 shows an order list which can be stored, for example, in the RAM 22 in FIG. 2. Telegrams that are to be transmitted via the network are entered in such an order list. If the transmission is not prioritized, the telegram below is transmitted next. It can therefore happen that, for example, a completed telegram 151 is only transmitted when two telegrams 152 and 153 previously entered in the job list have been transmitted. Depending on the number of pending orders, the transmission delay time of a telegram in a network participant can be varied after it has been entered in the order list. The following describes a way in which the influence of the transmission time delay in time synchronization can be avoided:

  • 1. Bei einem Uhrzeit-Master, d. h. ein Netzwerkteilnehmer, auf dessen Uhr die Uhren der übrigen Netzwerkteilnehmer syn­ chronisiert werden, trägt ein SM-Time0 Telegramm, ein ers­ tes Telegramm zur Uhrzeitsynchronisation, in eine Auftragsliste ein, startet für jeden Port P, P = 1, 2, 3, 4, einen Delay-Timer und merkt sich die Startzeit dieser Timer.1. With a time master, d. H. a network participant, on whose clock the clocks of the other network participants syn chronized, carries an SM-Time0 telegram, an ers telegram for time synchronization, in a job list  on, starts for each port P, P = 1, 2, 3, 4, a delay timer and remembers the start time of this Timer.
  • 2. Der Delay-Timer von jedem Port P, P = 1, 2, 3, 4, wird beim Uhrzeit-Master angehalten, nachdem das letzte Nibble des Type-Feldes des SM-Time0 Telegramms dem MII des jeweiligen Ports zum Versenden zur Verfügung gestellt wurde. Damit ist die Sendeverzögerungszeit bestimmt. Ein Nibble ist definiert als ein halbes Byte, d. h., es ist eine Folge von 4 Bit.2. The delay timer of each port P, P = 1, 2, 3, 4, will stopped at the time master after the last nibble of the type field of the SM-Time0 telegram to the MII of the respective ports provided for sending has been. The transmission delay time is thus determined. On Nibble is defined as half a byte, i.e. that is a sequence of 4 bits.
  • 3. Jeder benachbarte Netzwerkteilnehmer startet nach dem Empfang des letzten Nibbles des Type-Feldes des SM-Time0 Telegramms am MII seines Ports P, P = 1, 2, 3 oder 4, seinen Delay-Timer mit dem Wert der jeweiligen Durch­ laufzeit ΔtDLZp, die zuvor nach dem oben beschriebenen Verfahren gemessen oder von einem Bediener eingegeben wurde. Zusätzlich wird die Adresse des Uhrzeit-Masters, die im SM-Time0 Telegramm als Source-Adresse empfangen wurde, gespeichert.3. After receiving the last nibble of the type field of the SM-Time0 telegram on the MII of its port P, P = 1, 2, 3 or 4, each neighboring network participant starts its delay timer with the value of the respective transit time Δt DLZp previously measured by the method described above or entered by an operator. In addition, the address of the time master that was received as the source address in the SM-Time0 telegram is saved.
  • 4. Zu dem Zeitpunkt, zu welchem der benachbarte Netzwerk­ teilnehmer das letzte Nibble des Type-Feldes des SM-Time0 Telegramms zur Weiterleitung an das MII eines anderen Ports anlegt, wird der Wert des Delay-Timers, der dem Port P, P = 1, 2, 3 bzw. 4, zugeordnet ist, abgespeichert. Die Delay-Timer laufen jedoch weiter. Die gespeicherten Delay- Times der Ports entsprechen jeweils der oben definierten Übertragungszeit Δti dieses Netzwerkteilnehmers. Durch den Startwert ΔtDLZp des Delay-Timers ist die Laufzeit des Tele­ gramms über die physikalische Übertragung bereits hinzu­ addiert.4. At the point in time at which the neighboring network subscriber creates the last nibble of the type field of the SM-Time0 telegram for forwarding to the MII of another port, the value of the delay timer that corresponds to the port P, P = 1 , 2, 3 or 4, is stored. However, the delay timers continue to run. The stored delay times of the ports each correspond to the transmission time Δt i defined above for this network participant. The running time of the telegram via the physical transmission is already added by the start value Δt DLZp of the delay timer.
  • 5. Anschließend trägt der Uhrzeit-Master ein SM-Time1 Tele­ gramm, das im Datenfeld die Startzeit der Delay-Timer enthält, in die Auftragsliste ein. Bevor er dieses SM- Time1 Telegramm über einen Port P, P = 1, 2, 3, 4, sendet, ersetzt er die Startzeit der Delay-Timer durch die Uhr­ zeit, zu welcher das letzte Nibble des Type-Feldes des SM- Time0 Telegramms dem MII dieses Ports zum Versenden zur Verfügung gestellt wurde, d. h. durch die Summe der Start­ zeit der Delay-Timer und der gemessenen Delay-Time des jeweiligen Ports P. In das SM-Time1 Telegramm wird somit die um die Sendezeitverzögerung korrigierte Uhrzeit einge­ tragen.5. The time master then carries an SM-Time1 tele gram, the start time of the delay timer in the data field contains, in the order list. Before this SM- Sends Time1 telegram via a port P, P = 1, 2, 3, 4, it replaces the start time of the delay timers with the clock time at which the last nibble of the type field of the SM Time0 telegram to the MII of this port for sending  Was made available, d. H. by the sum of the start time of the delay timer and the measured delay time of the respective ports P. In the SM-Time1 telegram the time corrected for the transmission time delay wear.
  • 6. Jeder benachbarte Netzwerkteilnehmer, der ein SM-Time1 Telegramm empfängt, addiert jeweils die gespeicherte Delay-Time Δti des zuvor über Port P, P = 1, 2, 3 bzw. 4, weitergeleiteten SM-Time0 Telegramms zu der im SM-Time1 Telegramm empfangenen Uhrzeit und sendet die so erhaltene Zeit mit einem aktualisierten SM-Time1 Telegramm über einen anderen Port zum nächsten Nachbar. SM-Time1 Tele­ gramme werden nur von dem Netzwerkteilnehmer akzeptiert, der zuvor ein SM-Time0 Telegramm gesendet hatte.6. Each neighboring network participant that receives an SM-Time1 telegram adds the stored delay time Δt i of the SM-Time0 telegram previously forwarded via port P, P = 1, 2, 3 or 4 to the one in the SM- Time1 telegram received time and sends the time received in this way with an updated SM-Time1 telegram via another port to the next neighbor. SM-Time1 telegrams are only accepted by the network participant who previously sent an SM-Time0 telegram.

Mit dem Empfang des SM-Time1 Telegramms kennt der Uhrzeit- Slave, d. h. der benachbarte Netzwerkteilnehmer, die Startzeit seines Delay-Timers. Die synchronisierte Uhrzeit ergibt sich aus der Summe der im SM-Time1 Telegramm empfangenen Uhrzeit und der Delay-Time des Uhrzeit-Slaves für den jeweils empfan­ genden Port. Somit korrigiert der benachbarte Netzwerkteil­ nehmer die im zweiten Telegramm empfangene Uhrzeit um die Laufzeit und die Empfangszeitverzögerung.When the SM-Time1 telegram is received, the time Slave, i.e. H. the neighboring network participant, the start time of its delay timer. The synchronized time results from the sum of the time received in the SM-Time1 telegram and the delay time of the time slave for each received port. The neighboring network part thus corrects the time received in the second telegram at Runtime and the reception time delay.

Mit dem folgenden Ablauf ist alternativ zu der oben beschrie­ benen Möglichkeit eine Uhrzeitsynchronisation mit nur einem Telegramm möglich:
As an alternative to the option described above, the following procedure enables time synchronization with just one telegram:

  • 1. Ein Uhrzeit-Master startet die den Ports zugeordneten Delay-Timer und trägt das Uhrzeittelegramm mit der Start­ zeit dieser Timer in die Auftragsliste ein.1. A time master starts the ports assigned Delay timer and carries the time telegram with the start time this timer in the order list.
  • 2. Der Delay-Timer jedes Ports P, P = 1, 2, 3, 4, wird beim Uhrzeit-Master angehalten, nachdem das letzte Nibble des Type-Feldes des Uhrzeittelegramms dem Media-Independent- Interface von Port P zum Versenden zur Verfügung gestellt wurde, d. h. nachdem das letzte Nibble des Type-Feldes zur physikalischen Übertragung bereitgestellt wurde. Der Netz­ werkteilnehmer addiert daraufhin die im Uhrzeittelegramm angegebene Startzeit der Delay-Timer zum Wert des Delay- Timers des jeweiligen Ports P und versendet diese Summe als um die Sendezeitverzögerung korrigierte Uhrzeit mit einem ersten Telegramm zur Uhrzeitsynchronisation über den jeweiligen Port P.2. The delay timer of each port P, P = 1, 2, 3, 4, is at Time master stopped after the last nibble of the Type field of the time telegram to the media independent Interface provided by port P for sending was, d. H. after the last nibble of the type field for physical transmission was provided. The network The work participant then adds the ones in the time telegram  specified start time of the delay timers at the value of the delay Timers of the respective port P and sends this sum as the time corrected for the transmission time delay with a first telegram for time synchronization via the respective port P.
  • 3. Jeder benachbarte Netzwerkteilnehmer startet nach dem Empfang des letzten Nibbles des Type-Feldes des ersten Telegramms zur Uhrzeitsynchronisation an einem Port P, P = 1, 2, 3 oder 4, seinen zugeordneten Delay-Timer mit dem Wert der jeweiligen Durchlaufzeit ΔtDLZP. Er mißt somit die Zeitverzögerung seit Empfang des ersten Telegramms.3. After receiving the last nibble of the type field of the first telegram for time synchronization at a port P, P = 1, 2, 3 or 4, each neighboring network participant starts its assigned delay timer with the value of the respective throughput time Δt DLZP . It therefore measures the time delay since the first telegram was received.
  • 4. Zu dem Zeitpunkt, zu welchem der benachbarte Netzwerk­ teilnehmer das letzte Nibble des Type-Feldes des ersten Telegramms zur Uhrzeitsynchronisation zur Weiterleitung an das MII eines Ports anlegt, wird der Wert des Delay- Timers, der diesem Port zugeordnet ist, abgespeichert. Die Delay-Timer laufen jedoch weiter. Die gespeicherten, den einzelnen Ports zugeordneten Delay-Times entsprechen je­ weils der Übertragungszeit Δti dieses Netzwerkteilnehmers. Sie wird jeweils zur empfangenen Startzeit der Delay-Timer addiert und mit einem zweiten Telegramm zur Uhrzeitsyn­ chronisation über einen anderen Port zum nächsten, d. h. einem dritten, Netzwerkteilnehmer weitergeleitet.4. At the point in time at which the neighboring network subscriber creates the last nibble of the type field of the first telegram for time synchronization for forwarding to the MII of a port, the value of the delay timer which is assigned to this port is stored. However, the delay timers continue to run. The stored delay times assigned to the individual ports each correspond to the transmission time Δt i of this network subscriber. It is added to the received start time of the delay timer and forwarded with a second telegram for time synchronization via another port to the next, ie a third, network participant.

Mit dem Empfang eines ersten oder zweiten Telegramms zur Uhrzeitsynchronisation kennt der Uhrzeit-Slave die Startzeit seines Delay-Timers. Die synchronisierte Uhrzeit ergibt sich aus der Summe der in einem ersten oder zweiten Telegramm empfangenen Uhrzeit und der Delay-Time des Uhrzeit-Slaves für den empfangenden Port P.With the receipt of a first or second telegram for The time slave knows the start time by time synchronization of its delay timer. The synchronized time results from the sum of those in a first or second telegram received time and the delay time of the time slave for the receiving port P.

Die beschriebenen Möglichkeiten zur Uhrzeitsynchronisation können in entsprechender Weise zur Synchronisation von Äqui­ distanz-Timern in den Netzwerkteilnehmern dienen. Aufgabe von Äquidistanz-Timern ist es, mehreren oder allen Netzwerkteil­ nehmern zu ermöglichen, vorgegebene Aktionen äquidistant aus­ zuführen. Bei Regelungssystemen wird diese Funktion häufig als "elektronische Welle" bezeichnet. Es soll bei allen Netzwerkteilnehmern, die über das Netzwerk miteinander ver­ bunden sind, ein Taktschläger generiert werden, mit dessen Takt jeweils Soll-Werte übergeben und Ist-Werte abgefragt werden. Ein Anwendungsbeispiel ist die Messung der elek­ trischen Leistung, wenn die dazu erforderlichen Strom- und Spannungsmeßwerte von getrennten Meßumformern erfaßt und über ein Netzwerk abgefragt werden.The described time synchronization options can synchronize Equi serve distance timers in the network participants. Abandonment of Equidistance timers is to multiple or all network part to enable participants to take predefined actions equidistantly respectively. This function is common in control systems  referred to as "electronic wave". It should be with everyone Network participants that ver are bound to generate a beat with which Pass the target values and the actual values queried become. An application example is the measurement of the elec trical performance if the required electricity and Voltage measured values from separate transmitters recorded and over a network can be queried.

Vorausgesetzt wird, daß ein äquidistanter Zyklus von nur einem Äquidistanz-Master gesteuert wird. Der Netzwerkteil­ nehmer, der die Funktion eines Äquidistanz-Masters übernimmt, besitzt einen Timer, der beim Start mit dem parametrierbaren Wert des Äquidistanz-Intervalls geladen wird. Der Timer ist freilaufend und wird mit jedem Bittakt dekrementiert. Ist der Timer abgelaufen, wird er wieder mit dem parametrierten Wert des Äquidistanz-Intervalls geladen und ein neuer Zyklus beginnt. Ein Unterschied eines Äquidistanz-Timers gegenüber einer Uhr ist somit die Laufrichtung. Zur Korrektur eines mit Telegrammen übertragenen Timer-Standes müssen daher die Zeitverzögerungen nicht wie bei der Uhrzeit addiert, sondern subtrahiert werden. Der oben verwendete Begriff "Uhrzeit- Synchronisation" soll daher so verstanden werden, daß er auch die Synchronisation von Äquidistanz-Timern einschließt.It is assumed that an equidistant cycle of only is controlled by an equidistance master. The network part participant who takes on the function of an equidistance master, has a timer that starts with the parameterizable Value of the equidistance interval is loaded. The timer is free running and is decremented with every bit clock. Is the Timer has expired, it will return to the parameterized value of the equidistance interval loaded and a new cycle starts. A difference from an equidistance timer a clock is therefore the direction of rotation. To correct a with Telegrams transmitted timer status must therefore Time delays are not added as with the time, but be subtracted. The term "time Synchronization "should therefore be understood so that it too includes synchronization of equidistance timers.

Für eine Synchronisation äquidistanter Aktionen gibt es beispielsweise folgende Möglichkeit:
The following options are available for synchronizing equidistant actions:

  • 1. Der Äquidistanz-Master trägt das Äquidistanz-Telegramm in die Auftragsliste ein. Er speichert jeweils den Wert des Äquidistanz-Timers ab, wenn das letzte Nibble des Type- Feldes des Äquidistanz-Telegramms an den MII der vier Ports P, P = 1, 2, 3, 4, übergeben wird, d. h. zur physi­ kalischen Übertragung bereitgestellt wird. Dieser für jeden Port P gespeicherte Wert ΔtÄqui, welcher der verblei­ benden Zeit bis zum Ablauf des Äquidistanz-Intervalls entspricht, wird mit dem Äquidistanz-Telegramm über Port P zum benachbarten Netzwerkteilnehmer gesendet. 1. The equidistance master enters the equidistance telegram in the job list. It stores the value of the equidistance timer each time the last nibble of the type field of the equidistance telegram is transferred to the MII of the four ports P, P = 1, 2, 3, 4, ie provided for physical transmission becomes. This value Δt equi stored for each port P, which corresponds to the remaining time until the equidistance interval expires, is sent with the equidistance telegram via port P to the neighboring network subscriber.
  • 2. Jeder Netzwerkteilnehmer startet nach dem Empfangen des letzten Nibbles des Type-Feldes des Äquidistanz-Telegramms am MII eines Ports, d. h. beim Empfangen des Äquidistanz- Telegramms von der physikalischen Übertragungsstrecke, einen Hilfs-Timer mit dem Wert der Durchlaufzeit ΔtDLZP.2. After receiving the last nibble of the type field of the equidistance telegram at the MII of a port, ie when receiving the equidistance telegram from the physical transmission link, each network participant starts an auxiliary timer with the value of the throughput time Δt DLZP .
  • 3. Zu dem Zeitpunkt, zu welchem der benachbarte Netzwerk­ teilnehmer das letzte Nibble des Type-Feldes vom Äqui­ distanz-Telegramm zur Weiterleitung an das MII eines anderen Ports anlegt, wird der Wert des Hilfs-Timers abgespeichert. Der gespeicherte Wert des Hilfs-Timers entspricht der Übertragungszeit Δti dieses Netzwerk­ teilnehmers für den Port P. Diese gespeicherte Zeit Δti wird von der empfangenen Restzeit ΔtÄqui bis zum nächsten Zyklusbeginn subtrahiert. Der benachbarte Netzwerkteilneh­ mer leitet die korrigierte Restzeit (ΔtÄqui - Δti) mit dem Äquidistanz-Telegramm über den anderen Port zum nächsten benachbarten Netzwerkteilnehmer weiter. Zusätzlich lädt er die korrigierte Restzeit in seinen Äquidistanz-Timer, der mit jedem Takt dekrementiert wird.3. The value of the auxiliary timer is saved at the point in time at which the neighboring network subscriber creates the last nibble of the type field from the equi-distance telegram for forwarding to the MII of another port. The stored value of the auxiliary timer corresponds to the transmission time Δt i of this network participant for port P. This stored time Δt i is subtracted from the received remaining time Δt equi until the next cycle begins . The neighboring network participant forwards the corrected remaining time (Δt equi - Δt i ) with the equidistance telegram via the other port to the next neighboring network participant. In addition, he loads the corrected remaining time into his equidistance timer, which is decremented with every cycle.
  • 4. Ist der Äquidistanz-Timer eines Äquidistanz-Slaves abgelaufen, so wird er zunächst mit dem parametrierten Wert des Äquidistanz-Intervalls geladen und mit jedem Bittakt dekrementiert. Sobald ein neues Äquidistanz- Telegramm des Äquidistanz-Masters empfangen wird, lädt der Äquidistanz-Slave die in der beschriebenen Weise ermittelte Restzeit (ΔtÄqui - Δti) bis zum nächsten Zyklusbeginn in den Äquidistanz-Timer.4. If the equidistance timer of an equidistance slave has expired, it is first loaded with the parameterized value of the equidistance interval and decremented with each bit clock. As soon as a new equidistance telegram is received from the equidistance master, the equidistance slave loads the remaining time determined in the manner described (Δt equi - Δt i ) into the equidistance timer until the next cycle begins .

Für die beschriebene Synchronisation von Äquidistanz-Timern sollte die maximale Übertragungszeit zwischen einem Sender und einem Empfänger im Netzwerk kleiner sein als die Länge des Äquidistanz-Intervalls.For the described synchronization of equidistance timers should be the maximum transmission time between a transmitter and a receiver in the network must be smaller than the length of the equidistance interval.

In dem Ausführungsbeispiel wurde ein Netzwerk nach der Ethernet-Spezifikation beschrieben. Die Erfindung ist jedoch ohne weiteres auch auf Fast-Ethernet, Gigabit-Ethernet oder andere Netzwerktypen anwendbar.In the exemplary embodiment, a network according to the Ethernet specification described. However, the invention is easily on Fast Ethernet, Gigabit Ethernet or other types of networks applicable.

Claims (14)

1. Netzwerk mit mehreren Netzwerkteilnehmern, wobei ein erster Netzwerkteilnehmer dazu ausgebildet ist, ein erstes Telegramm zur Uhrzeitsynchronisation an einen zweiten Netz­ werkteilnehmer zu senden, in welchem die Durchlaufzeit des Telegramms über die physikalische Übertragungsstrecke zwischen dem ersten Netzwerkteilnehmer und dem zweiten Netz­ werkteilnehmer abgespeichert ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das erste Telegramm eine um eine Sendezeitverzögerung korrigierte Uhrzeit des ersten Netzwerk­ teilnehmers enthält, und daß der zweite Netzwerkteilnehmer dazu ausgebildet ist, die Zeitverzögerung seit Empfang des ersten Telegramms zu messen und die im ersten Telegramm emp­ fangene Uhrzeit um die Durchlaufzeit und die Empfangszeitver­ zögerung zu korrigieren.1. Network with a plurality of network participants, a first network participant being designed to send a first telegram for time synchronization to a second network participant in which the transit time of the telegram is stored over the physical transmission path between the first network participant and the second network participant, characterized in that the first telegram contains a time corrected by a transmission time delay of the first network participant, and that the second network participant is designed to measure the time delay since receipt of the first telegram and the time received in the first telegram by the throughput time and correct the reception delay. 2. Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zweite Netzwerkteilnehmer weiterhin dazu ausgebildet ist, ein zweites Telegramm zur Uhrzeitsyn­ chronisation an einen dritten Netzwerkteilnehmer zu senden, das eine um die Durchlaufzeit und die Verzögerungszeit zwischen Empfang des ersten Telegramms und Senden des zweiten Telegramms korrigierte, empfangene Uhrzeit enthält.2. Network according to claim 1, characterized records that the second network participant continues is designed to sync a second telegram send chronization to a third network participant, the one about the lead time and the delay time between receiving the first telegram and sending the second Received time corrected in the telegram. 3. Netzwerk mit mehreren Netzwerkteilnehmern, wobei ein erster Netzwerkteilnehmer dazu ausgebildet ist, ein erstes Telegramm zur Uhrzeitsynchronisation an einen zweiten Netzwerkteilnehmer zu senden, in welchem die Durchlaufzeit des Telegramms über die physikalische Übertragungsstrecke zwischen dem ersten Netzwerkteilnehmer und dem zweiten Netzwerkteilnehmer abgespeichert ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der erste Netzwerkteilnehmer weiterhin dazu ausgebildet ist, eine um eine Sendezeitver­ zögerung des ersten Telegramms korrigierte Uhrzeit des ersten Netzwerkteilnehmers abzuspeichern, daß der zweite Netzwerkteilnehmer dazu ausgebildet ist, die Zeitverzögerung seit Empfang des ersten Telegramms zu messen, wobei der erste Netzwerkteilnehmer weiterhin dazu ausgebildet ist, ein zweites Telegramm, das die um die Sendezeitverzögerung korrigierte Uhrzeit des ersten Netzwerkteilnehmers enthält, an den zweiten Netzwerkteilnehmer zu senden und wobei der zweite Netzwerkteilnehmer weiterhin dazu ausgebildet ist, die im zweiten Telegramm empfangene Uhrzeit um die Durchlaufzeit und die Empfangszeitverzögerung zu korrigieren.3. Network with several network participants, one the first network subscriber is designed to be a first Telegram for time synchronization to a second To send network participants in which the lead time of the telegram over the physical transmission path between the first network participant and the second Network subscriber is stored, thereby ge indicates that the first network participant is further trained to one by one broadcast time delay of the first telegram corrected time of the first Store network participant that the second network participant  is designed to delay the time since Receiving the first telegram to measure, the first Network participants continue to be trained second telegram, which is about the transmission time delay contains corrected time of the first network participant, to send to the second network participant and the second network participant is further trained to Time received in the second telegram at the throughput time and correct the reception time delay. 4. Netzwerk nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zweite Netzwerkteilnehmer weiterhin dazu ausgebildet ist, das erste Telegramm an einen dritten Netzwerkteilnehmer weiterzuleiten, seine Verzögerungszeit der Telegrammweiterleitung zu messen und ein drittes Telegramm an den dritten Netzwerkteilnehmer zu senden, das eine um die Durchlaufzeit und die Verzögerungszeit der Telegrammweiter­ leitung des ersten Telegramms korrigierte, empfangene Uhrzeit enthält.4. Network according to claim 3, characterized records that the second network participant continues is designed to send the first telegram to a third Network participants forward its delay time to To measure telegram forwarding and a third telegram to send the third network participant, the one around the Processing time and the delay time of the telegram further Received time corrected in the first telegram contains. 5. Netzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Netzwerkteilnehmer einen ersten Timer (57) zur Bestimmung der Sendezeitverzögerung aufweist, den er beim Eintragen eines Telegramms in eine Liste der Sendeaufträge startet und nach Bereitstellung des Telegramms zur physikalischen Übertragung als Wert der Sendezeitverzögerung ausliest, um welchen die Uhrzeit, zu welcher das Telegramm in die Liste der Sendeauf­ träge eingetragen wurde, zu korrigieren ist.5. Network according to one of the preceding claims, characterized in that the first network participant has a first timer ( 57 ) for determining the transmission time delay, which it starts when a telegram is entered in a list of send orders and after the telegram is made available for physical transmission as a value reads the transmission time delay by which the time at which the telegram was entered in the list of transmission orders is to be corrected. 6. Netzwerk nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zweite Netzwerkteilnehmer einen zweiten Timer zur Bestimmung der Empfangszeitverzögerung aufweist, den er bei Empfang eines ersten Telegramms von einer physikalischen Übertragungsstrecke startet. 6. Network according to claim 5, characterized records that the second network participant second timer for determining the reception time delay which he receives when receiving a first telegram from a physical transmission link starts.   7. Netzwerk nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Durchlaufzeit des Telegramms über die physikalische Übertragungsstrecke zwischen dem ersten Netzwerkteilnehmer und dem zweiten Netzwerkteilnehmer als Startwert in den zweiten Timer vor dessen Start abge­ speichert ist.7. Network according to claim 6, characterized ge indicates that the throughput time of the telegram over the physical transmission path between the first network participant and the second network participant as the starting value in the second timer before it started stores. 8. Netzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß Beginn und Ende der Durchlaufzeit eines Telegramms jeweils als der Zeitpunkt bestimmt sind, zu welchem ein charakteristisches Feld eines Telegramms mit festem Abstand vom Telegrammanfang ein Media Independent Interface des ersten Teilnehmers verläßt, bzw. in ein Media Independent Interface des zweiten Netzwerkteilneh­ mers einläuft.8. Network according to one of the preceding claims, there characterized by that beginning and end the throughput time of a telegram as the time for which a characteristic field of a A media with a fixed distance from the beginning of the telegram Independent interface of the first participant leaves, or in a media independent interface of the second network participant mer runs in. 9. Netzwerk nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Netzwerk die Ethernet-, Fast-Ether­ net- oder Gigabit-Ethernet-Spezifikation erfüllt und daß das charakteristische Feld des Telegramms das Type-Feld ist.9. Network according to claim 8, characterized records that the network is ethernet, fast ether net or Gigabit Ethernet specification met and that characteristic field of the telegram is the type field. 10. Netzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Netzwerkteilnehmer weiterhin dazu ausgebildet ist, nach der Aufnahme in das Netzwerk ein erstes Telegramm zur Laufzeiter­ mittlung an einen benachbarten Teilnehmer zu senden und einen Antwortzeit-Timer nach Bereitstellung des Telegramms zur physikalischen Übertragung zu starten, daß der zweite Netz­ werkteilnehmer weiterhin dazu ausgebildet ist, nach Empfang eines Telegramms zur Laufzeitermittlung von der physika­ lischen Übertragung einen Timer zur Ermittlung der Aufent­ haltszeit zu starten und nach Bereitstellung eines zweiten Telegramms zur physikalischen Übertragung den Timer zu stoppen und die gemessene Aufenthaltszeit tDA in einem zweiten Telegramm zur Laufzeitermittlung an den ersten Netzwerkteil­ nehmer zu übertragen, daß der erste Netzwerkteilnehmer weiterhin dazu ausgebildet ist, nach Empfang des zweiten Telegramms zur Laufzeitermittlung von der physikalischen Übertragung den Antwortzeit-Timer zu stoppen, die gemessene Antwortzeit tDR sowie die gemessene Aufenthaltszeit tDA des zweiten Netzwerkteilnehmers auszuwerten und eine Durch­ laufzeit tDLZ der physikalischen Übertragung zu bestimmen zu
10. Network according to one of the preceding claims, characterized in that the first network subscriber is further configured to send a first telegram for determining the runtime to an adjacent subscriber after inclusion in the network and a response time timer after providing the telegram for physical Start transmission that the second network participant is further trained to start a timer to determine the residence time after receiving a telegram to determine the runtime from the physical transmission and to stop the timer after providing a second telegram for physical transmission and the measured Transfer time t DA in a second telegram to determine the runtime to the first network participant that the first network participant is further trained to receive the Ant after receiving the second telegram to determine the runtime from the physical transmission Word timer to stop, evaluate the measured response time t DR and the measured stay time t DA of the second network participant and to determine a transit time t DLZ of the physical transmission
11. Netzwerkteilnehmer, insbesondere Feldgerät, für ein Netzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß mehrere Ports, insbesondere vier Ports (28 . . . 31), zum Anschluß weiterer Netzwerkkomponenten vorgesehen sind, daß eine Schnittstelle (25), ein sogenanntes Mikroprozessor-Interface, vorgesehen ist zur Verbindung der Ports mit einem teilnehmerinternen Prozessor-Bus (21), daß eine Steuereinheit (46), eine sogenannte Switch-Control, vorgesehen ist zur Telegrammweg­ lenkung zwischen den Ports und dem Mikroprozessor-Interface und daß der Netzwerkteilnehmer dazu ausgebildet ist, als Uhrzeit-Master ein erstes Telegramm zur Uhrzeitsynchroni­ sation an einen zweiten Netzwerkteilnehmer zu senden, das eine um eine Sendezeitverzögerung korrigierte Uhrzeit des Netzwerkteilnehmers enthält, und/oder daß in dem Netzwerk­ teilnehmer als Uhrzeit-Slave die Durchlaufzeit eines Tele­ gramms über die physikalische Übertragungsstrecke zwischen dem Netzwerkteilnehmer und einem zweiten Netzwerkteilnehmer abgespeichert ist und daß der Netzwerkteilnehmer dazu ausge­ bildet ist, die Zeitverzögerung seit Empfang eines Telegramms zur Uhrzeitsychronisation zu messen und eine in einem Tele­ gramm empfangene Uhrzeit um die Durchlaufzeit und die Empfangszeitverzögerung zu korrigieren.11. Network subscriber, in particular field device, for a network according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of ports, in particular four ports ( 28 ... 31 ), are provided for connecting further network components that an interface ( 25 ), a So-called microprocessor interface, is provided for connecting the ports to an internal processor bus ( 21 ) that a control unit ( 46 ), a so-called switch control, is provided for routing the telegram between the ports and the microprocessor interface and that Network subscriber is designed to send a first telegram for time synchronization to a second network subscriber as the time master, which contains a time corrected by a transmission time delay of the network subscriber, and / or that the throughput time of a telegram in the network subscriber as a time slave over the physical transmission link between the network eilnehmer and a second network participant is stored and that the network participant is trained to measure the time delay since receipt of a telegram for time synchronization and to correct a time received in a telegram by the throughput time and the reception time delay. 12. Netzwerkteilnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ports (28 . . . 31) der Ethernet-, Fast-Ethernet- oder Gigabit-Ethernet-Spezifikation genügen. 12. Network subscriber according to claim 1, characterized in that the ports ( 28 ... 31 ) meet the Ethernet, Fast Ethernet or Gigabit Ethernet specification. 13. Netzwerkteilnehmer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (46) derart ausgebildet ist, daß eine Übertragungspriorität der zu versendenden Telegramme ausgewertet wird und daß Telegramme mit hoher Priorität vor Telegrammen mit niederer Priorität gesendet werden.13. Network subscriber according to claim 12, characterized in that the control unit ( 46 ) is designed such that a transmission priority of the telegrams to be sent is evaluated and that telegrams with high priority are sent before telegrams with low priority. 14. Netzwerkteilnehmer nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mikropro­ zessor (23) vorhanden ist zur Korrektur einer internen Uhr anhand in Telegrammen empfangener Uhrzeitinformationen.14. Network subscriber according to one of claims 11 to 13, characterized in that a microprocessor ( 23 ) is present for correcting an internal clock on the basis of time information received in telegrams.
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