DE10147412A1

DE10147412A1 - Verfahren zur Erzeugung einer statischen Adresstabelle und Datennetz

Info

Publication number: DE10147412A1
Application number: DE10147412A
Authority: DE
Inventors: Dieter Brueckner; Franz-Josef Goetz; Dieter Klotz; Juergen Schimmer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2003-04-24
Also published as: EP1430654A1; CA2461487A1; US20040250025A1; CN1561613A; WO2003028306A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Datennetz (1) und ein Verfahren zur Erzeugung einer statischen Adresstabelle (5, 8) für eine Menge von Zieladressen mit folgenden Schritten: DOLLAR A - Abbildung jeder der Zieladressen auf eine Einsprungadresse der Adresstabelle (5, 8), DOLLAR A - falls eine Untermenge der Menge von Zieladressen auf dieselbe Einsprungadresse (7) abgebildet wird: DOLLAR A a) Zuordnung der Einsprungadresse (7) zu einer der Zieladressen der Untermenge, DOLLAR A b) Zuordnung der Einsprungadresse (7) mit einem Offset zu jeder der weiteren Zieladressen der Untermenge, DOLLAR A c) Speicherung eines oder mehrerer Sendeports in der Adresstabelle (5, 8) für jede Zieladresse der Menge an einer durch die jeweilige Einsprungadresse (7) bzw. durch die jeweilige Einsprungadresse (7) mit einem oder mehreren Offsets gekennzeichneten Stellen zusammen mit der betreffende Zieladresse.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer statischen Adresstabelle für eine Menge von Zieladressen sowie ein Verfahren zur Übertragung eines Datentelegramms mit einer Zieladresse in einem Datennetz und einen entsprechenden Koppelknoten in dem Datennetz.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Typen von Datennetzen bekannt, bei denen die Datennetzkomponenten eine Entscheidung treffen, über welchen Port der betreffenden Datennetzkomponente ein Datentelegramm zu senden ist. Insbesondere sind auch so genannte schaltbare Datennetze bekannt, bei denen eine Verbindung in dem Datennetz zwischen zwei Teilnehmern mittels einer oder mehrerer Punkt-zu-Punkt Verbindungen gebildet wird.
Ebenfalls ist es aus dem Stand der Technik an sich bekannt, dass die Entscheidung, über welchen Port einer Datennetzkomponente ein zuvor empfangenes Datentelegramm zu senden ist, mit Hilfe einer Adresstabelle erfolgt. Jeder Eintrag in der Adresstabelle speichert z. B. die Stationsadresse einer Ziel- Datennetz-Komponente (eine so genannte Unicast-Adresse) oder eine Multicast-Adresse oder eine Netzwerkadresse sowie die Nummern der Ports der betreffenden Datennetzwerkkomponente, über die ein empfangenes Datentelegramm zur Weiterleitung an dessen Zieladresse zu senden ist.
Ferner ist aus dem Stand der Technik die Verwendung von dynamisch veränderbaren und statischen Adresstabellen bekannt. Dynamische Adresstabellen haben dynamisch veränderbare Tabelleneinträge, die von der Hardware der betreffenden Datennetzkomponente selbständig ohne Softwareunterstützung verwaltet werden. Dagegen werden die statischen Einträge in einer statischen Adresstabelle von der Anwendungssoftware jeder Datennetzkomponente verwaltet und dürfen von der Hardware einer Datennetzkomponente nicht verändert werden.
Eine aus dem Stand der Technik bekannte Möglichkeit zu erkennen, ob eine Adresse, z. B. eine Multicast Adresse, und die der Multicast Adresse zugeordneten Informationen in einer Adresstabelle gespeichert sind, ist der direkte Vergleich der Zieladresse des betreffenden Datentelegramms mit allen in der Adresstabelle gespeicherten Adressen. Dieses Verfahren ist zeitaufwendig oder setzt einen inhaltsadressierbaren Speicher voraus.
Ein Verfahren, das es erlaubt Adresseinträge, die zunächst auf dieselbe Einsprungadresse der Adresstabelle abgebildet werden, gleichzeitig in einer Adresstabelle zu speichern, ist in US-A-5923660 beschrieben. In einem Ethernet-Kontroller ist dazu eine hash-Adresstabelle mit einer entsprechenden Steuerung vorgesehen, die den hash-Wert der Adresse eines Datenpakets bildet, um einen initialen Wert für einen Einsprung in die hash-Adresstabelle zu finden. Dieser initiale Wert wird erforderlichenfalls um einen festen Sprung-Wert geändert, wenn die Adresse, die in der durch den initialen Wert lokalisierten Zeile der hash-Adresstabelle nicht mit der empfangenen Zieladresse übereinstimmt.
Datennetze ermöglichen die Kommunikation zwischen mehreren Teilnehmern durch die Vernetzung, also Verbindung der einzelnen Teilnehmer untereinander. Kommunikation bedeutet dabei die Übertragung von Daten zwischen den Teilnehmern. Die zu übertragenden Daten werden dabei als Datentelegramme verschickt, das heißt die Daten werden zu mehreren Paketen zusammengepackt und in dieser Form über das Datennetz an den entsprechenden Empfänger gesendet. Man spricht deshalb auch von Datenpaketen.
Der Begriff Übertragung von Daten wird hier synonym zur oben erwähnten Übertragung von Datentelegrammen oder Datenpaketen verwendet. Die Vernetzung selbst wird beispielsweise bei schaltbaren Hochleistungsdatennetzen, insbesondere Ethernet, dadurch gelöst, dass zwischen zwei Teilnehmern jeweils mindestens eine Koppeleinheit geschaltet ist, die mit beiden Teilnehmern verbunden ist. Jede Koppeleinheit kann mit mehr als zwei Teilnehmern verbunden sein.
Jeder Teilnehmer ist mit mindestens einer Koppeleinheit, aber nicht direkt mit einem anderen Teilnehmer verbunden. Teilnehmer sind beispielsweise Computer, speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) oder andere Maschinen, die elektronische Daten mit anderen Maschinen austauschen, insbesondere verarbeiten. Im Gegensatz zu Bussystemen, bei denen jeder Teilnehmer jeden anderen Teilnehmer des Datennetzes direkt über den Datenbus erreichen kann, handelt es sich bei den schaltbaren Datennetzen ausschließlich um Punkt-zu-Punkt Verbindungen, das heißt ein Teilnehmer kann alle anderen Teilnehmer des schaltbaren Datennetzes nur indirekt, durch entsprechende Weiterleitung der zu übertragenden Daten mittels einer oder mehrerer Koppeleinheiten erreichen.
In verteilten Automatisierungssystemen, beispielsweise im Bereich Antriebstechnik, müssen bestimmte Daten zu bestimmten Zeiten bei den dafür bestimmten Teilnehmern eintreffen und von den Empfängern verarbeitet werden. Man spricht dabei von echtzeitkritischen Daten bzw. Datenverkehr, da ein nicht rechtzeitiges Eintreffen der Daten am Bestimmungsort zu unerwünschten Resultaten beim Teilnehmer führt. Gemäss IEC 61491, EN61491 SERCOS interface - Technische Kurzbeschreibung (http:/ / www.sercos.de/deutsch/index_deutsch.htm) kann ein erfolgreicher echtzeitkritischer Datenverkehr der genannten Art in verteilten Automatisierungssystemen gewährleistet werden.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene standardisierte Kommunikationssysteme, auch Bussysteme genannt, zum Datenaustausch zwischen zwei oder mehreren elektronischen Baugruppen bzw. Geräten bekannt, insbesondere auch für den Einsatz in Automatisierungssystemen. Beispiele für solche Kommunikationssysteme sind: Feldbus, Profibus, Ethernet, Industrial Ethernet, FireWire oder auch PC-interne Bussysteme (PCI). Diese Bussysteme sind jeweils für unterschiedliche Anwendungsfelder konzipiert bzw. optimiert und erlauben den Aufbau eines dezentralen Steuerungssystems. Für die Prozesssteuerung und -überwachung in der automatisierten Fertigung und insbesondere bei digitalen Antriebstechniken sind sehr schnelle und zuverlässige Kommunikationssysteme mit vorhersagbaren Reaktionszeiten erforderlich.
Mit parallelen Bussystemen, wie beispielsweise SMP, ISA, PCI oder VME, ist eine sehr schnelle und einfache Kommunikation zwischen verschiedenen Baugruppen aufbaubar. Diese bekannten Bussysteme finden ihren Einsatz dabei insbesondere in Rechnern und PCs.
Insbesondere aus der Automatisierungstechnik sind synchrone, getaktete Kommunikationssysteme mit Äquidistanz-Eigenschaften bekannt. Hierunter versteht man ein System aus wenigstens zwei Teilnehmern, die über ein Datennetz zum Zweck des gegenseitigen Austauschs von Daten bzw. der gegenseitigen Übertragung von Daten miteinander verbunden sind. Dabei erfolgt der Datenaustausch zyklisch in äquidistanten Kommunikationszyklen, die durch den vom System verwendeten Kommunikationstakt vorgegeben werden. Teilnehmer sind beispielsweise zentrale Automatisierungsgeräte, Programmier-, Projektierungs- oder Bediengeräte, Peripheriegeräte wie z. B. Ein-/Ausgabe- Baugruppen, Antriebe, Aktoren, Sensoren, speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) oder andere Kontrolleinheiten, Computer, oder Maschinen, die elektronische Daten mit anderen Maschinen austauschen, insbesondere Daten von anderen Maschinen verarbeiten. Unter Kontrolleinheiten werden im folgenden Regler- oder Steuerungseinheiten jeglicher Art verstanden.
Ein äquidistanter deterministischer zyklischer Datenaustausch in Kommunikationssystemen basiert auf einer gemeinsamen Takt- bzw. Zeitbasis aller an der Kommunikation beteiligten Komponenten. Die Takt- bzw. Zeitbasis wird von einer ausgezeichneten Komponente (Taktschläger) zu den anderen Komponenten übertragen. Bei isochronem Realtime-Ethernet wird der Takt bzw. die Zeitbasis von einem Synchronisationsmaster durch das Senden von Synchronisationstelegrammen vorgegeben.
In der deutschen Patentanmeldung DE 100 58 524.8 ist ein System und ein Verfahren zur Übertragung von Daten über schaltbare Datennetze, insbesondere das Ethernet, offenbart, das einen Mischbetrieb von echtzeitkritischer und nichtechtzeitkritischer, insbesondere Inter- bzw. Intranet basierter Datenkommunikation erlaubt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Erzeugung einer statischen Adresstabelle, insbesondere für eine Koppeleinheit in einem Datennetz, sowie ein verbessertes Verfahren zur Übertragung eines Datentelegramms und einen entsprechenden verbesserten Koppelknoten und ein Computerprogrammprodukt zu schaffen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung erlaubt es, eine Menge von Zieladressen eines Zieladressraumes auf eine Menge von Einsprungadressen einer statischen Adresstabelle abzubilden. Beispielsweise werden 48 Bit Ethernet-Stationsadressen auf Einsprungadressen einer Länge von z. B. 6 oder 8 Bit abgebildet.
Vorzugsweise erfolgt die Abbildung dabei so, dass jeder Ethernet-Stationsadresse umkehrbar eindeutig eine Einsprungadresse zugeordnet wird, das heißt ein und dieselbe Einsprungadresse nur genau einer Ethernet-Stationsadresse zugeordnet wird.
Jedoch kann es vorkommen, dass aufgrund des wesentlich kleineren Adressraumes der Einsprungadressen im Vergleich zu dem Adressraum der Stationsadressen, das heißt der Zieladressen, zwei Zieladressen auf dieselbe Einsprungadresse abgebildet werden. Für diesen Fall wird erfindungsgemäß nur einer der Zieladressen die Einsprungadresse zugeordnet. Die Einsprungadressen der weiteren Zieladressen, bei denen die Abbildung dieselbe Einsprungadresse ergeben hat, werden durch verschiedene Offsets identifiziert.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine statische Adresstabelle mit N Einträgen zu je M Byte in einem zusammenhängenden Speicherbereich von (N.M) Byte erzeugt. Dieses Verfahren erlaubt auch das gleichzeitige Speichern von Einträgen in der Adresstabelle, die zunächst auf dieselbe Einsprungadresse abgebildet worden sind.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in jedem Koppelknoten des Datennetzes eine erfindungsgemäße Adresstabelle vorhanden. Jede Zeile in einer solchen Adresstabelle beinhaltet zumindest eine Zieladresse und die Angabe von einem oder mehreren Ports des Koppelknotens, je nachdem, ob es sich bei der betreffenden Zieladresse um eine Unicast oder eine Multicast Adresse handelt. Ferner kann ein Offset in der betreffenden Zeile der Adresstabelle vorgesehen sein. Weiterhin enthält jede Zeile der Adresstabelle einen Eintrag, ob der in dieser Zeile eingetragene Offset gültig ist. Dies ist durch ein spezielles Offset-Gültigbit in dieser Zeile oder durch eine Ende-Kennung im Offset-Feld dieser Zeile möglich. Ein in einer Zeile der Adresstabelle eingetragener Offset ist genau dann gültig, wenn der Offset auf einen weiteren Eintrag in der Adresstabelle zeigt, in dem eine andere Zieladresse eingetragen ist, die auf dieselbe Einsprungadresse wie die Zieladresse des gerade ausgelesenen Tabelleneintrags abgebildet wurde.
Wird beim Betrieb des Datennetzes ein Datentelegramm an einem der Ports des Koppelknotens empfangen, so wird zunächst die in dem Datentelegramm beinhaltete Zieladresse gelesen. Diese Zieladresse wird dann auf eine Einsprungadresse in die Adresstabelle abgebildet. Mittels der so gewonnenen Einsprungadresse wird auf die entsprechende Zeile in der Adresstabelle zugegriffen. Die in der betreffenden Zeile der Adresstabelle gespeicherte Zieladresse wird dann mit der Zieladresse des empfangenen Datentelegramms verglichen. Stimmen diese überein, so wird das Datentelegramm über den oder die in der betreffenden Zeile der Adresstabelle angegebenen Ports weitergeleitet.
Falls keine Übereinstimmung zwischen der Zieladresse, der Adresstabelle und der Zieladresse des Datentelegramms besteht, handelt es sich um einen Fall, bei dem entweder die Zieladresse des Datentelegramms nicht in der Adresstabelle gespeichert ist oder diese Zieladresse ist eine von zwei oder mehreren Zieladressen, die auf dieselbe Einsprungadresse abgebildet worden sind.
Ist der Offset der ausgelesenen Zeile der Adresstabelle nicht gültig oder ist die Zieladresse des Datentelegramms nicht in der Adresstabelle gespeichert, so wird das Datentelegramm analog zu einem Broadcast-Telegramm über alle Ports des Koppelknotens mit Ausnahme des Empfangsports gesendet.
Ist der Offset der ausgelesenen Zeile der Adresstabelle dagegen gültig, kann diese Zieladresse an einer anderen Stelle in der Adresstabelle abgespeichert sein. Für diesen Fall beinhaltet die durch die Einsprungadresse identifizierte Zeile der Adresstabelle einen Offset. Basierend auf diesem Offset erfolgt ein erneuter Zugriff auf die Adresstabelle, indem die ursprüngliche Einsprungadresse um den Offset inkrementiert wird.
Die Zieladresse in der Zeile der Adresstabelle, die durch die um den Offset inkrementierte Einsprungadresse lokalisiert ist, wird wiederum mit der Zieladresse des Datentelegramms verglichen. Falls wiederum keine Übereinstimmung festgestellt werden kann, ist wiederum zu prüfen, ob der in dieser Zeile eingetragene Offset gültig ist. Ist dies nicht der Fall, wird das Datentelegramm analog zu einem Broadcast-Telegramm behandelt. Ist der Offset aber gültig, wird auf den Offset dieser Adresszeile zugegriffen, um die Einsprungadresse um diesen Offset erneut zu inkrementieren.
Mit der so erneut inkrementierten Einsprungadresse wird dann auf die betreffende Zeile in der Adresstabelle zugegriffen, um erneut einen Vergleich der Zieladressen in der Adresstabelle und in dem Datentelegramm vorzunehmen. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis eine Zeile in der Adresstabelle mit einem ungültigen Offset oder bis eine Zeile in der Adresstabelle mit einer Zieladresse, die der Zieladresse des Datentelegramms entspricht, gefunden wurde. Im ersten Fall (d. h. ungültiger Offset) wird das Datentelegramm analog zu einem Broadcast-Telegramm versendet. Im zweiten Fall (d. h. die Zieladresse wurde gefunden) wird das Datentelegramm über den oder die Ports, die in dieser Zeile der Adresstabelle angegeben sind, weitergeleitet, je nachdem, ob es sich um eine Unicast- oder um eine Multicast-Adresse handelt.
Wird das Datentelegramm auf diese Art und Weise von dem Koppelknoten an einen weiteren Koppelknoten über eine Punkt-zu- Punkt Verbindung weitergeleitet, so wiederholt sich dieser Vorgang in dem betreffenden Koppelknoten. Auf diese Art und Weise durchläuft das Datentelegramm in dem Datennetz einen bestimmten Pfad bzw. mehrere Pfade bei einer Multicast- Adresse, wobei das erfindungsgemäße Verfahren in jedem der Koppelknoten des Pfads zur Anwendung kommt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein linear rückgekoppeltes Schieberegister (Linear Feedback Shift Register - LFSR) für die Abbildung der Menge von Zieladressen auf die Einsprungadressen verwendet. Vorzugsweise wird dabei die Rückkopplung des LFSR so parametriert, dass eine vorgegebene Menge von Zieladressen möglichst umkehrbar eindeutig auf eine Menge von Einsprungadressen abgebildet wird oder so, dass möglichst nur wenigen Einsprungadressen zwei oder mehrere der Zieladressen zugeordnet werden.
Im Weiteren wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Ausschnitts aus einem erfindungsgemäßen Datennetz mit Koppelknoten,
Fig. 2 die Adresstabellen von zwei verschiedenen Koppelknoten,
Fig. 3 eine Ausführungsform eines linear rückgekoppelten Schieberegisters (LFSR) für die Abbildung der Zieladressen auf Einsprungadressen in die Adresstabellen,
Fig. 4 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Erzeugung einer Adresstabelle.
Die Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Datennetz 1. Bei dem Datennetz 1 handelt es sich um ein geschaltetes Datennetz, in dem ein Datentelegramm 2 mittels Punkt-zu-Punkt Verbindungen über die Koppelknoten 3 und 4 des Datennetzes 1 sowie gegebenenfalls weiterer der Übersichtlichkeit halber nicht in der Fig. 1 dargestellter Koppelknoten übertragen wird.
Der Koppelknoten 3 hat die Ports A, B, C und D. Über jeden der Ports A bis D des Koppelknotens 3 kann im Bedarfsfall eine Punkt-zu-Punkt Verbindung zu dem jeweils benachbarten Knoten im Datennetz 1 aufgebaut werden. Beispielsweise empfängt der Koppelknoten 3 in dem in der Fig. 1 gezeigten Anwendungsfall ein Datentelegramm 2 von einem benachbarten Knoten im Datennetz 1.
Dieses Datentelegramm 2 beinhaltet eine Zieladresse. Bei der Zieladresse kann es sich um eine Unicast-, Multicast- oder um eine Broadcast-Adresse handeln. Für den Fall, dass es sich um eine Broadcast-Adresse handelt, wird das am Port A empfangene Datentelegramm über alle anderen der Ports B, C und D weitergeleitet.
In dem Fall, dass es sich um eine Unicast- oder um eine Multicast-Zieladresse im Datentelegramm 2 handelt, ist ein Zugriff auf die Adresstabelle 5 des Koppelknotens 3 erforderlich, um den oder die Ports des Koppelknotens 3 festzustellen, über die das Datentelegramm 2 weitergeleitet werden soll bzw. sollen.
Die Adresstabelle 5 beinhaltet mehrere Zeilen, das heißt z. B. 64 oder 128 Zeilen. Jede dieser Zeilen beinhaltet eine Zieladresse mit einer der Zieladresse zugeordneten Angabe derjenigen Ports des betreffenden Koppelknotens 3, über den oder die ein empfangenes Datentelegramm 2 weiterzuleiten ist.
Zum Zugriff auf die Adresstabelle 5 wird aus der Zieladresse des Datentelegramms 2 mittels des Programms 6 des Koppelknotens 3 eine Einsprungadresse 7 gebildet. Mittels der Einsprungadresse 7 ist eine Zeile in der Adresstabelle 5 eindeutig identifiziert. Auf diese Zeile der Adresstabelle 5 wird dann zugegriffen, um den oder die Ports aufzufinden, über die das Datentelegramm 2 weiterzuleiten ist. Hierzu kann es erforderlich sein, die Einsprungadresse 7 einmal oder mehrfach durch in der Adresstabelle 5 gespeicherte Offsets zu inkrementieren, um zu der benötigten Zeile in der Adresstabelle 5 zu gelangen. Das entsprechende Verfahren wird weiter unten mit Bezugnahme auf die Fig. 2, 3 und 4 näher erläutert.
Der Koppelknoten 4 ist prinzipiell wie der Koppelknoten 3 aufgebaut. Der Koppelknoten 4 hat die Ports E, F, G und H sowie ebenfalls eine Adresstabelle 8. Die Adresstabelle 8 ist nach denselben Prinzipien wie die Adresstabelle 5 gebildet, ist jedoch nicht zu der Adresstabelle 5 identisch. Die Adresstabelle 8 beinhaltet insbesondere die Angaben derjenigen Ports, über die ein vom Koppelknoten 4 zu empfangendes Datentelegramm weiterzuleiten ist. Zur Bestimmung der Einsprungadresse 7 in die Adresstabelle 8 basierend auf der Zieladresse eines im Koppelknoten 4 empfangenen Datentelegramms 2 dient wiederum das Programm 6.
Die Koppelknoten 3 und 4 sind über deren Ports D bzw. E miteinander durch eine Leitung verbunden. Der Koppelknoten 3 ist über dessen Port B mit einem weiteren Koppelknoten, der in der Fig. 1 nicht gezeigt ist, verbunden. Am Port C des Koppelknotens 3 befindet sich eine Automatisierungskomponente 9.
Der Koppelknoten 4 ist ferner an dessen Port F mit einer Automatisierungskomponente 10, an dessen Port G mit einer Automatisierungskomponente 11 und an dessen Port H mit einer Automatisierungskomponente 12 verbunden.
Bei den Automatisierungskomponenten 9 bis 12 kann es sich um beliebige Komponenten für die Steuerung, Regelung und Überwachung einer Anlage handeln, wie z. B. Sensoren, Regler, Leitwertgeber, Antriebe, speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), Eingabe/Ausgabe Module, etc.
Die Fig. 2 zeigt den Aufbau der Adresstabelle 5 und der Adresstabelle 8 im Detail. In einer Zeile der Adresstabellen 5 und 8 ist die Zieladresse, zu der die betreffende Zeile gehört, gespeichert. Der Zieladresse ist eine Angabe des oder der Ports des betreffenden Koppelknotens 3 bzw. 4 zugeordnet, über die ein empfangenes Datentelegramm mit der Zieladresse weiterzuleiten ist. Ferner beinhaltet eine solche Zeile einen Offset, für den Fall, dass die betreffende Zieladresse nicht umkehrbar eindeutig auf eine Einsprungadresse abgebildet worden ist.
Beispielsweise handelt es sich bei der Zieladresse A₁ um eine Multicast-Adresse, mit der ein Datentelegramm 2 an die Automatisierungskomponenten 9 und 10 adressiert wird. Bei der Zieladresse A₂ handelt es sich hingegen um eine Unicast- Adresse, mit der lediglich die Automatisierungskomponente 12 adressiert wird. Bei der Zieladresse A₃ handelt es sich ebenfalls um eine Unicast-Zieladresse, mit der die Automatisierungskomponente 11 adressiert wird. Ferner handelt es sich bei der Zieladresse A₇ um eine Multicast-Adresse, mit der die Automatisierungskomponenten 10, 11 und 12 adressiert werden.
Im Weiteren wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit davon ausgegangen, dass die Zieladressen A₁, A₃ und A₇ auf dieselbe Einsprungadresse 7 abgebildet werden. Für diesen Fall beinhaltet die Zeile der Zieladresse A₁ in der Adresstabelle 5 einen gültigen Offset O₁, die Zeile der Zieladresse A₃ einen gültigen Offset O₃ und die Zeile der Zieladresse A₇ einen nicht gültigen Offset.
Wird ein Datentelegramm 2 mit der Zieladresse A₂ empfangen, so wird wie folgt verfahren: Die Zieladresse A₂ des Datentelegramms 2 wird auf eine Einsprungadresse 7 abgebildet. Mit dieser Einsprungadresse 7 kann unmittelbar auf die Zeile der Zieladresse A₂ in der Adresstabelle 5 zugegriffen werden. Da die in der betreffenden Zeile der Adresstabelle 5 gespeicherte Zieladresse A₂ mit der Zieladresse A₂ des Datentelegramms 2 übereinstimmt, wird die Angabe des Ports D gelesen und das Datentelegramm 2 über den Port D an den Koppelknoten 4 weitergeleitet (vgl. Fig. 1).
Wird dagegen ein Datentelegramm 2 mit der Zieladresse A₁ empfangen, so wird ebenfalls aus der Zieladresse des Datentelegramms 2 mittels des Programms 6 eine Einsprungadresse 7 generiert. Mit der Einsprungadresse 7 wird dann auf die Adresstabelle 5 zugegriffen und zwar unmittelbar auf die Zeile in der Adresstabelle 5 mit der Zieladresse A₁. Da die Angaben der Zieladressen in der betreffenden Zeile der Adresstabelle 5 und in dem Datentelegramm 2 wiederum übereinstimmen, wird auf die Angabe der Ports C und D in der Zeile zugegriffen und das Datentelegramm über die betreffenden Ports C und D zu der Automatisierungskomponente 9 bzw. zu dem Port E des Koppelknotens 4 weitergeleitet. Ein Zugriff auf den gültigen Offset O₁ in der betreffenden Zeile der Adresstabelle 5 erübrigt sich in diesem Fall.
Wird dagegen ein Datentelegramm 2 mit der Zieladresse A₇ empfangen, so wird die Zieladresse A₇ auf dieselbe Einsprungadresse 7 wie die Zieladresse A₁ abgebildet. Entsprechend wird zunächst auf die Zeile in der Adresstabelle 5 der Zieladresse A₁ zugegriffen. Ein Vergleich der Zieladresse A₇ des Datentelegramms 2 mit der Zieladresse A₁ der durch die Einsprungadresse 7 identifizierten Zeile der Adresstabelle 5 ergibt dann eine Diskrepanz, so dass auf den gültigen Offset O₁ der betreffenden Zeile zugegriffen wird.
Die Einsprungadresse 7 wird dann um den Offset O₁ inkrementiert. Mit der um den Offset O₁ inkrementierten Einsprungadresse 7 wird dann erneut auf die Adresstabelle 5 zugegriffen. Bei der betreffenden Zeile der Adresstabelle 5 handelt es sich um die Zeile mit der Zieladresse A₃. Ein Vergleich der Zieladressen A₇ des Datentelegramms 2 mit der Zieladresse A₃ der betreffenden Zeile der Adresstabelle 5 zeigt wiederum eine Diskrepanz, so dass auf den gültigen Offset O₃ dieser Zeile zugegriffen wird. Die Einsprungadresse 7 wird dann zusätzlich um den Offset O₃ inkrementiert, so dass die so inkrementierte Einsprungadresse 7 dann auf die Zeile der Zieladresse A₇ in der Adresstabelle 5 zeigt. Ein Vergleich der Zieladresse A₇ des Datentelegramms 2 mit der Zieladresse A₇ der betreffenden Zeile zeigt dann die Übereinstimmung der betreffenden Zieladressen, so dass dann auf die Angabe des entsprechenden Ports D in dieser Zeile der Adresstabelle 5 zugegriffen wird, um das Datentelegramm 2 über diesen Port D weiterzuleiten.
Die Adresstabelle 8 ist entsprechend aufgebaut, wobei den Zieladressen jeweils diejenigen Ports des Koppelknotens 4 zugeordnet sind, über die ein empfangenes Datentelegramm 2 weiterzuleiten ist.
Die Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines linear rückgekoppelten Schieberegisters (LFSR), welches für die Abbildung von Zieladressen auf Einsprungadressen verwendet werden kann.
Das linear rückgekoppelte Schieberegister der Fig. 3 beinhaltet eine gewisse Anzahl von Schieberegisterelementen 13. Jedes Schieberegisterelement hat einen Speicher 14, der mit einem Eingang eines XOR-Gatters 15 verbunden ist. Ferner hat das XOR-Gatter 15 einen Rückkopplungseingang 16, dem ein UND- Gatter 17 vorgeschaltet ist.
Der Ausgang des XOR-Gatters 15 ist auf den D-Eingang eines Flip-Flops 18 geführt. Der Q-Ausgang des Flip-Flops 18 ist zugleich der Ausgang des Schieberegisterelements 13. Dieser Ausgang wird auf den Eingang des nächstfolgenden Schieberegisters 13 in der Kette der Schieberegister geführt. Der Ausgang des letzten Schieberegisters in der Kette wird über einen Rückkopplungspfad 19 auf je einen Eingang der UND-Gatter 17 der einzelnen Schieberegisterelemente geführt. Je nachdem, wie der jeweils andere Eingang des UND-Gatters 17 belegt ist, wird dann das betreffende XOR-Gatter 15 mit der Rückkopplung beaufschlagt oder nicht.
Zur Abbildung einer Zieladresse auf eine Einsprungadresse wird die Zieladresse über die Speicher 14 der Schieberegisterelemente 13 eingetaktet. Die Inhalte der Flip-Flops 18 werden dann ausgelesen. Hieraus ergibt sich die Einsprungadresse der betreffenden Zieladresse. Dieser Vorgang wird für jede der Zieladressen wiederholt. Die Eingänge der UND Gatter 17 werden dabei so parametriert, dass möglichst jeder Zieladresse umkehrbar eindeutig nur eine Einsprungadresse zugeordnet wird. Da jedoch der Adressraum der Zieladressen wesentlich größer ist als der Adressraum der Einsprungadressen, kann es nicht immer vermieden werden, dass zwei oder mehrere Zieladressen derselben Einsprungadresse auf diese Art und Weise zugeordnet werden.
Die Fig. 4 zeigt ein Flussdiagramm, welches offenbart, wie auf der Grundlage der so gewonnenen Abbildung der Zieladressen auf Einsprungadressen eine Adresstabelle entsprechend den Adresstabellen 5 und 8 der Fig. 1 und 2 erzeugt werden kann.
Im Schritt 40 wird eine Menge von einer Anzahl N Zieladressen A_k eingegeben. Bei diesen Zieladressen A_k kann es sich um Multicast- und/oder um Unicast-Zieladressen handeln.
Im Schritt 42 wird die Zieladresse A_k in ein linear rückgekoppeltes Schieberegister eingetaktet - entsprechend dem Schieberegister der Fig. 3. Alternativ zu dem Eintakten in ein solches rückgekoppeltes Schieberegister ist auch eine rein softwaretechnische Lösung vorteilhaft.
Hieraus resultiert eine entsprechende Abbildung der Zieladresse A_k auf eine Einsprungadresse E(A_k), die im Schritt 44 ausgegeben wird. Im Schritt 46 wird dann der Index k inkrementiert und die nächste Zieladresse A_k wird auf deren Einsprungadresse in den Schritten 42 und 44 abgebildet. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis alle N Zieladressen A_k auf Einsprungadressen E(A_k) abgebildet worden sind.
Im Schritt 48 wird dann geprüft, ob es Zieladressen A_m, . . ., A_m+p mit derselben Einsprungadresse gibt. Es wird also geprüft, ob zwei oder mehrere der Zieladressen auf dieselbe Einsprungadresse abgebildet worden sind.
Ist dies nicht der Fall, so wird im Schritt 50 die Adresstabelle erzeugt, wobei dies unmittelbar auf der Grundlage der umkehrbar eindeutigen Einsprungadressen E(A_k) erfolgt.
Ist jedoch das Gegenteil der Fall, so wird die Adresstabelle im Schritt 52 generiert. Die Einsprungadresse E(A_m) wird als Einsprungadresse in die Tabelle für die Zieladresse A_m verwendet. Diese Einsprungadresse ist damit bereits belegt. Für die weiteren Zieladressen A_m+1 bis A_m+p muss diese Einsprungadresse inkrementiert werden, um jeweils auf eine freie Zeile in der Adresstabelle für die betreffende Zieladresse zu verweisen. Die Einsprungadresse für die Zieladresse A_m+1 wird dabei so gebildet, dass der Einsprungadresse E(A_m) ein Offset O_m aufaddiert wird. Entsprechend erhält man die Einsprungadresse E(A_m+2) durch erneutes inkrementieren der Einsprungadresse um den Offset O_m+1. Dieser Vorgang setzt sich fort, bis für alle Zieladressen A_m+1 bis A_m+p durch wiederholtes inkrementieren der ursprünglichen Einsprungadresse E(A_m) eine freie Adresszeile in der Adresstabelle zugeordnet ist.
Um die Adressen A_m, . . ., A_m+p, die mit dem LFSR auf dieselbe Einsprungadresse der Adresstabelle abgebildet werden, auf die noch freien Speicherbereiche zu verteilen, werden in die, diesen Adressen A_m, . . ., A_m+p-1 zugeordneten Tabelleneinträge jeweils gültige Offsetadressen eingetragen, die den Offset zu den freien Speicherplätzen angeben. Im zugeordneten Tabelleneintrag der Adresse A_m+p ist die Offsetadresse als nicht gültig zu kennzeichnen, da dieser Tabelleneintrag nur dann ausgelesen wird, wenn in den zugeordneten Tabelleneinträgen der Adressen A_m, . . ., A_m+p-1 die empfangene Zieladresse eines Datentelegramms nicht gefunden wurde und nur die Adressen A_m, . . ., A_m+p vom LFSR auf dieselbe Einsprungadresse abgebildet wurden.
Damit gilt für die Einsprungadressen von A_m, . . ., A_m+p:
Einsprungadresse von A_m: = LFSR-Inhalt nach dem Eintakten der Adresse A_m
Einsprungadresse von A_m+1: = Einsprungadresse von A_m + Offsetadresse des Tabelleneintrages von A_m
Einsprungadresse von A_m+2: = Einsprungadresse von A_m+1 + Offsetadresse des Tabelleneintrages von A_m+1
analog bis:
Einsprungadresse von A_m+p: = Einsprungsadresse von A_m+p-1 + Offsetadresse des Tabelleneintrages von A_m+p-1
Ein besonderer Vorteil der so erzeugten Adresstabellen ist, dass diese einen zusammenhängenden Speicherbereich belegen, so dass mit wenig Hardwareaufwand ein sehr schneller Zugriff auf die benötigten Zeilen in der Adresstabelle erfolgen kann, um die für die Weiterleitung eines Datentelegramms erforderlichen Informationen abzurufen. Aufgrund der Schnelligkeit dieses Verfahrens ist eine vorteilhafte Anwendung insbesondere auch die Echtzeit-Ethernetkommunikation, beispielsweise im Feldbusbereich, gegeben.

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung einer statischen Adresstabelle (5, 8) für eine Menge von Zieladressen mit folgenden Schritten:

- Abbildung jeder der Zieladressen auf eine Einsprungadresse (7) der Adresstabelle (5, 8),

- falls eine Untermenge der Menge von Zieladressen auf dieselbe Einsprungadresse (7) abgebildet wird:

a) Zuordnung der Einsprungadresse (7) zu einer der Zieladressen der Untermenge,

b) Zuordnung der Einsprungadresse (7) mit einem Offset zu jeder der weiteren Zieladressen der Untermenge,

c) Speicherung eines oder mehrerer Sendeports in der Adresstabelle (5, 8) für jede Zieladresse der Menge an einer durch die jeweilige Einsprungadresse (7) bzw. durch die jeweilige Einsprungadresse (7) mit einem oder mehreren Offsets gekennzeichneten Stellen zusammen mit der betreffenden Zieladresse.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei den Zieladressen um Unicast- und/oder Multicast-Zieladressen handelt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Abbildung einer Zieladresse auf eine Einsprungadresse (7) mittels eines linear rückgekoppelten Schieberegisters (LFSR) (13) erfolgt.

4. Verfahren zur Übertragung eines Datentelegramms (2) mit einer Zieladresse in einem Datennetz (1) mit folgenden Schritten:

- Abbildung der Zieladresse auf eine Einsprungadresse (7) einer statischen Adresstabelle (5, 8),

- Zugriff auf eine, durch die Einsprungadresse (7) bestimmte Zeile der Adresstabelle (5, 8), wobei jede Zeile der Adresstabelle (5, 8) eine Zieladresse, eine Angabe eines oder mehrerer Sendeports und zusätzlich einen, entweder gültigen oder nicht gültigen, Offset beinhaltet, wenn die Abbildung nicht umkehrbar eindeutig ist,

- Prüfung, ob die Zieladresse des Datentelegramms (2) mit der Zieladresse in der durch die Einsprungadresse (7) gekennzeichneten Zeile der Adresstabelle (5, 8) übereinstimmt,

- falls das nicht der Fall ist und ein gültiger Offset eingetragen ist, Zugriff auf den Offset und erneuter Zugriff auf die Adresstabelle (5, 8) mittels der Einsprungadresse (7) und des Offsets,

- falls das nicht der Fall ist und ein nicht gültiger Offset eingetragen ist, ist die Zieladresse des empfangenen Datentelegramms (2) nicht in der Adresstabelle (5, 8) eingetragen und das Unicast- oder Multicast-Telegramm ist analog zu einem Broadcast-Telegramm weiterzuleiten,

- Wiederholung der Prüfung.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei es sich bei der Zieladresse des Datentelegramms (2) um eine Unicast- oder Multicast-Zieladresse handelt.

6. Koppelknoten (3, 4) für ein Datennetz (1) mit einer Menge von Kommunikationsports, mit einer Adresstabelle (5, 8), wobei jede Zeile der Adresstabelle (5, 8) eine Zieladresse, eine Angabe eines oder mehrerer Sendeports und zusätzlich einen Offset beinhaltet, wenn die Abbildung nicht umkehrbar eindeutig ist, und mit Mitteln zur Erzeugung einer Abbildung einer Zieladresse eines empfangenen Datentelegramms (2) zur Generierung einer Einsprungadresse (7) in die Adresstabelle (5, 8).

7. Koppelknoten (3, 4) nach Anspruch 6, wobei es sich bei der Zieladresse um eine Unicast- oder um eine Multicast- Zieladresse handelt.

8. Koppelknoten (3, 4) nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Mittel zur Erzeugung einer Abbildung als linear rückgekoppeltes Schieberegister (LFSR) (13) ausgebildet sind.

9. Automatisierungskomponente (9, 10, 11, 12) mit einem Koppelknoten (3, 4) nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 8.

10. Datennetz (1) mit einer Menge von Koppelknoten (3, 4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6, 7 oder 8.

11. Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, wenn das Computerprogramm von einem Computer ausgeführt wird.