DE102009021907B4

DE102009021907B4 - Verfahren zur Übertragung von Daten

Info

Publication number: DE102009021907B4
Application number: DE200910021907
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-05-19
Filing date: 2009-05-19
Publication date: 2011-09-01
Anticipated expiration: 2029-05-20
Also published as: DE102009021907A1

Abstract

Verfahren zur Übertragung von Daten in einem Ethernet mittels Koppeleinheiten, in welchem Teilnehmer Daten austauschen, wobei exklusiv zu bevorzugende Datentelegramme in ihrem Protokollheader als solche gekennzeichnet sind und auslaufende, nicht exklusiv zu bevorzugende Datentelegramme durch die Koppeleinheiten abgebrochen werden, wenn einlaufende exklusiv zu bevorzugende Datentelegramme in der Koppeleinheit den gleichen Ausgangsport beanspruchen, wobei abgebrochenen Datentelegrammen eine festgelegte Checksumme hinzugefügt wird, durch die das abgebrochene Datentelegramm im Rahmen einer Netzwerkdiagnose von der nachfolgenden Koppeleinheit als ein Datentelegramm identifizierbar ist, das aufgrund eines exklusiv zu bevorzugenden Datentelegramms abgebrochen wurde, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinheit, die das auslaufende, nicht exklusiv zu bevorzugende Datentelegramm unterbricht, die Frame Check Sum dieses abgebrochenen Datentelegramms berechnet und diesem Telegramm eine alternative, zweite festgelegte Checksumme hinzufügt, die nicht der tatsächlichen Frame Check Sum entspricht, sofern die erste festgelegte Checksumme zufällig der tatsächlichen Frame Check Sum dieses abgebrochenen Datentelegramms entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Daten in einem Ethernet mittels Koppeleinheiten.
Eine Koppeleinheit kann beispielsweise ein Switch sein.
In DE 10 2006 021 930 A1 ist ein Verfahren beschrieben, in dem Automatisierungsgeräte mittels speziellen Switches, im Folgenden RT-Switches (Realtime-Switches) genannt, Nachrichten innerhalb einer garantierten Zeitspanne austauschen können. Der zeitliche Determinismus wird mittels spezieller RT-Switches herbeigeführt, indem diese exklusiv zu bevorzugende, d. h. hochpriore Automatisierungstelegramme erkennen, diese im Cut-Through-Verfahren weiterleiten und niederpriore Ethernet-Telegramme abbrechen, welche den vom Automatisierungstelegramm beanspruchten Ausgangsport eines Switches belegen. Um die Qualität des Nachrichtenaustausches im Ethernet nicht zu stören werden die abgebrochenen Ethernet-Telegramme im RT-Switch solange vollständig zwischengespeichert, bis sie vollständig gesendet wurden. Durch dieses Verfahren wird ein deterministischer Datenaustausch in einem Ethernet ermöglicht, ohne dass besondere Anforderungen an die Teilnehmer des Netzwerkes gestellt werden müssen. Alle Teilnehmer können mit Standard-Ethernet-Interfaces ausgestattet sein. Der in DE 10 2006 021 930 A1 beschriebene deterministische Datentransport wird durch Bevorzugen der Automatisierungstelegramme (oder Realtime-Telegramme) vor niederpriore Nachrichtentelegramme (oder Non-Realtime-Telegramme) erreicht.
Ein Problem, das bei einem Abbruch von Non-Realtime-Telegrammen ausgelöst durch exklusiv zu bevorzugende Realtime-Telegramme, wie im oben genannten Verfahren aus DE 10 2006 021 930 A1 beschrieben, auftritt, ist, dass durch diese Abbrüche Telegrammfragmente entstehen, deren Frame-Check-Sum (FCS) mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit falsch ist. Die Folge ist, dass diese in einer Koppeleinheit einlaufenden Telegrammfragmente von Diagnosezählern erfasst werden. Durch Diagnosezähler werden üblicherweise Fehler im Netzwerk, beispielsweise Hardware-Fehler, erfasst. Jedoch kann im vorliegenden Fall nicht mehr unterschieden werden, ob das unterbrochene und somit zerstörte Nachrichtentelegramm durch einen Fehler im Netzwerk entstanden ist, oder ob es sich um einen gewollten Telegrammabbruch handelt, der durch ein bevorzugtes Realtime-Telegramm ausgelöst wurde.
Prinzipiell ist es möglich, zu versuchen, Teile von abgebrochenen Telegrammen in einer folgenden Koppeleinheit als solche zu identifizieren und durch späteres Zusammensetzen mit weiteren Daten weiterzuverwenden. Hierzu müsste die abbrechende Koppeleinheit sowohl eine Kennung als auch eine korrekt berechnete FCS (Frame Check Sum) an das abgebrochene Telegramm anfügen, wobei die FCS selbstverständlich auch die Kennung einbezieht. Hierbei entsteht jedoch das Problem, dass nicht mehr zwischen vollständig versendeten NRT-Telegrammen und kontrolliert abgebrochenen Telegrammen unterschieden werden kann, da die angefügte Kennung von der nachfolgenden Koppeleinheit als Daten des NRT-Telegramms interpretiert werden könnte. Daher ist es notwendig, grundsätzlich alle durch die Koppeleinheiten versendeten NRT-Telegramme derart zu erweitern, dass eine solche Verwechslung nicht stattfinden kann. Dies kann z. B. dadurch erfolgen, dass im Header der Telegramme die Information hinzugefügt wird, dass es sich bei den z. B. letzten beiden Bytes des Telegramms vor der FCS um die Kennung und nicht um Daten des Telegramms handelt. Hierdurch könnte jedoch ein Standard-Ethernetverkehr nach IEEE 802 nicht mehr gewährleistet werden, da eine entsprechende Veränderung der Telegramme im Netzwerk durch die Koppeleinheiten notwendig wäre.
US 2002/0087716 A1 beschreibt ein Verfahren zum Übertragen von Daten in einem Ethernet unter Verwendung von Switches. Hierbei werden exklusiv zu bevorzugende Datentelegramme als solche gekennzeichnet, wobei nicht exklusiv zu bevorzugende Datentelegramme durch die Switches abgebrochen werden, wenn höher priorisierte Datentelegramme den gleichen Ausgangsport beanspruchen. Den abgebrochenen Datentelegrammen wird ein CRC-Wert hinzugefügt.
Es ist Aufgabe der folgenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das eine Übertragung von Daten in einem Ethernet, insbesondere zwischen Automatisierungsgeräten, ermöglicht, wobei die Qualität der Netzwerkdiagnose verbessert wird.
In einem Verfahren zur Übertragung von Daten in einem Ethernet mittels Koppeleinheiten, z. B. Switches, tauschen Teilnehmer, beispielsweise Automatisierungsgeräte, Daten aus. Seitens der Koppeleinheiten werden exklusiv zu bevorzugende Datentelegramme (Realtime-Telegramme) vorzugsweise im Cut-Through-Verfahren weitergeleitet. Hierdurch kann eine sehr schnelle Übermittlung dieser Datentelegramme gewährleistet werden. Auslaufende, nicht exklusiv zu bevorzugende Datentelegramme (Non-Realtime-Telegramme) werden durch die Koppeleinheiten abgebrochen, wenn einlaufende, exklusiv zu bevorzugende Datentelegramme in der Koppeleinheit den gleichen Ausgangsport beanspruchen. Abgebrochenen Datentelegrammen wird eine festgelegte Checksumme hinzugefügt, durch die das abgebrochene Datentelegramm im Rahmen einer Netzwerkdiagnose als ein Datentelegramm identifizierbar ist, das aufgrund eines exklusiv zu bevorzugenden Datentelegramms unterbrochen wurde. Das Hinzufügen der Checksumme, z. B. an Stelle der FCS, erfolgt vorzugsweise durch die Koppeleinheit, die das auslaufende, nicht exklusiv zu bevorzugende Datentelegramm unterbrochen hat. Hierdurch wird es nachfolgenden Koppeleinheiten möglich mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit zwischen kontrolliert und unkontrolliert abgebrochenen Telegrammen zu unterscheiden. Die Diagnosezähler erfassen weitestgehend nur diejenigen verfälschten Telegramme, welche durch Netzwerkfehler verursacht wurden. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass eine Verfälschung der Netzwerkdiagnose Daten auf ein Minimum reduziert wird, das vernachlässigbar gering ist. Der Begriff „festgelegte Checksumme” ist hierbei als ein beliebiger festgelegter Zahlenwert oder Checkwert zu verstehen, der durch nachfolgende Koppeleinheiten identifizierbar ist.
Der Unterschied des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Stand der Technik ist daher, dass Diagnoseinformationen aus der FCS eines Datentelegramms abgeleitet werden können.
In der nachfolgenden Koppeleinheit ist die festgelegte Checksumme vorzugsweise bekannt, so dass das abgebrochene Datentelegramm im Rahmen einer Netzwerkdiagnose als ein gewollt abgebrochenes Datentelegramm identifiziert wird. Selbstverständlich ist es möglich, dass die festgelegte Checksumme, die dem abgebrochenen Telegramm hinzugefügt wird, zufällig der tatsächlichen FCS entspricht, die für das abgebrochene Telegramm zu berechnen ist. In diesem seltenen Fall könnte eine nachfolgende Koppeleinheit ein gewollt unterbrochenes Telegramm als ein korrekt übermitteltes Telegramm interpretieren, das nicht unterbrochen wurde. Für diesen Fall ist es vorgesehen, dass die Koppeleinheit, die den Abbruch des Telegramms vornimmt, die FCS für das abgebrochene Telegramm berechnet und dem Telegramm die festgelegte Checksumme hinzufügt, wenn sich diese von der tatsächlichen FCS des Telegramms unterscheidet. Sofern diese Checksummen identisch sind, fügt die abbrechende Koppeleinheit dem Telegramm eine zweite alternative, festgelegte Checksumme hinzu, die den weiteren Koppeleinheiten vorzugsweise ebenfalls bekannt ist und die nicht der tatsächlichen FCS entspricht. Somit kann im Rahmen der Netzwerkdiagnose geprüft werden, ob ein Telegramm eine dieser beiden festgelegten Checksummen aufweist, so dass dieses Telegramm als ein Datentelegramm identifizierbar ist, das aufgrund eines exklusiv zu bevorzugenden Datentelegramms unterbrochen wurde.
Prinzipiell wird daher im Rahmen des vorliegenden Verfahrens zunächst geprüft, ob die FCS eines Telegramms korrekt ist. Sofern dies nicht der Fall ist, bestehen zwei Möglichkeiten: Erstens kann es sich hierbei um ein Telegramm handeln, das im Rahmen eines Netzwerkfehlers ungewollt unterbrochen wurde. Ein derartiges Telegramm würde jedoch keine der beiden festgelegten Checksummen aufweisen. Prinzipiell besteht selbstverständlich auch hier die Möglichkeit, dass ein solches Telegramm zufällig eine dieser festgelegten Checksummen aufweist und somit fälschlicherweise im Rahmen der Netzwerkdiagnose nicht als ein Netzwerkfehler erkannt wird. Diese Wahrscheinlichkeit ist jedoch ausreichend gering, so dass nur eine geringe Verfälschung der Netzwerkdiagnosedaten erfolgt. Handelt es sich bei dem Telegramm um ein gewollt abgebrochenes Telegramm, so weist dieses eine der beiden festgelegten Checksummen auf. Dies wird im Rahmen einer weiteren Abfrage durch die nachfolgende Koppeleinheit geprüft. Sofern eine dieser Checksummen festgestellt wird, kann dieses Telegramm identifiziert werden als ein Telegramm, das aufgrund eines exklusiv zu bevorzugenden Datentelegramms unterbrochen wurde.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, dass eine Koppeleinheit erkennt, ob es sich bei dem Empfänger eines nicht exklusiv zu bevorzugenden Datentelegramms um eine weitere Koppeleinheit oder um ein Netzwerkendgerät handelt. Das nicht exklusiv zu bevorzugende Datentelegramm wird durch die Koppeleinheit nur dann abgebrochen, wenn ein exklusiv zu bevorzugendes Datentelegramm den gleichen Ausgangsport beansprucht und das nicht exklusiv zu bevorzugende Datentelegramm an eine weitere Koppeleinheit und nicht an ein Netzwerkendgerät übermittelt werden soll. Hierdurch können Endgeräte vor einem Sturm von abgebrochenen Telegrammen geschützt werden. Die Unterdrückung des Abbruchs von Non-Realtime-Telegrammen, wenn diese an ein Endgerät übermittelt werden sollen, führt zu einer maximalen Verzögerung von Realtime-Telegrammen von maximal etwa 125 μs. Da diese maximale Verzögerung nur einmal auf der Strecke vom Sender zum Empfänger auftreten kann, bleibt der Determinismus im Netzwerk erhalten.
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand einer Figur erläutert.
Die Figur zeigt den Aufbau von Ethernet Frames bei einem Abbruch durch eine Koppeleinheit.
In Teil a) der Figur ist ein nicht abgebrochener Ethernet Frame, beispielsweise ein NRT-Frame (Non-Realtime-Frame) dargestellt.
Unter b) ist ein NRT-Frame dargestellt, der durch eine Koppeleinheit im Netzwerk abgebrochen wurde. Diesem wird gemäß c) eine festgelegte Frame Check Sum hinzugefügt, die vorzugsweise nicht der tatsächlichen FCS für das abgebrochene Telegramm entspricht. Diese festgelegte FCS kann von der nachfolgenden Koppeleinheit ausgewertet werden, so dass das abgebrochene Datentelegramm als solches identifizierbar ist.
Die in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Verfahren können beliebig miteinander kombiniert werden.

Claims

Verfahren zur Übertragung von Daten in einem Ethernet mittels Koppeleinheiten, in welchem Teilnehmer Daten austauschen, wobei exklusiv zu bevorzugende Datentelegramme in ihrem Protokollheader als solche gekennzeichnet sind und auslaufende, nicht exklusiv zu bevorzugende Datentelegramme durch die Koppeleinheiten abgebrochen werden, wenn einlaufende exklusiv zu bevorzugende Datentelegramme in der Koppeleinheit den gleichen Ausgangsport beanspruchen, wobei abgebrochenen Datentelegrammen eine festgelegte Checksumme hinzugefügt wird, durch die das abgebrochene Datentelegramm im Rahmen einer Netzwerkdiagnose von der nachfolgenden Koppeleinheit als ein Datentelegramm identifizierbar ist, das aufgrund eines exklusiv zu bevorzugenden Datentelegramms abgebrochen wurde, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinheit, die das auslaufende, nicht exklusiv zu bevorzugende Datentelegramm unterbricht, die Frame Check Sum dieses abgebrochenen Datentelegramms berechnet und diesem Telegramm eine alternative, zweite festgelegte Checksumme hinzufügt, die nicht der tatsächlichen Frame Check Sum entspricht, sofern die erste festgelegte Checksumme zufällig der tatsächlichen Frame Check Sum dieses abgebrochenen Datentelegramms entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden zusätzlichen Schritte, die von der nachfolgenden Koppeleinheit durchgeführt werden: – Überprüfen der Richtigkeit der Checksumme eines ankommenden Datentelegramms, – Überprüfen, ob das Datentelegramm eine der beiden festgelegten Checksummen aufweist, sofern die Überprüfung der Richtigkeit der Checksumme ergeben hat, dass diese nicht der tatsächlichen Checksumme des Datentelegramms entspricht, – Identifizieren des Datentelegramms als ein Datentelegramm, das aufgrund eines exklusiv zu bevorzugenden Datentelegramms unterbrochen wurde, sofern dieses eine der beiden festgelegten Checksummen aufweist, und – Identifizieren des Datentelegramms als ein Datentelegramm, das aufgrund eines Netzwerkfehlers unterbrochen wurde, sofern dieses weder eine korrekte Checksumme noch eine der beiden festgelegten Checksummen aufweist.