DE102011013083A1 - Method for operation of redundant network, involves implementing measuring routine without interruption of data connection, implementing routine with existence of interruption of data connection and determining result - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines redundanten Netzwerkes (Netzwerk mit redundanter Topologie) gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.The invention relates to a method for operating a redundant network (network with redundant topology) according to the features of the preamble of
In Netzwerken mit redundanter Topologie, welche über ein Redundanzprotokoll überwacht wird, sollte bei Inbetriebnahme und auch in regelmäßigen Serviceintervallen überprüft werden, ob Netzwerkparameter wie Umschaltzeiten, Delay, Jitter etc. im akzeptablen Bereich liegen.In networks with redundant topology, which is monitored via a redundancy protocol, it should be checked during commissioning and also at regular service intervals whether network parameters such as switching times, delay, jitter, etc. are within the acceptable range.
Hierfür sind bereits einige typische Messverfahren und Messgeräte weit verbreitet, mit denen allerdings die Topologie von außen beschaltet werden muss. Dass bedeutet für den Anlagenbetreiber, dass für die Messung zusätzliche – in der Regel teure – Gerätschaften beschafft, bereitgehalten und bedient werden müssen. Zudem muss in die Anlage selbst physikalisch eingegriffen werden, um Messungen durchführen zu können (Anbindung der Messgeräte, Linkunterbrechung).For this purpose, some typical measuring methods and measuring instruments are already widespread, with which, however, the topology must be connected from the outside. For the plant operator, this means that additional, usually expensive, equipment must be procured, made available and operated for the measurement. In addition, the system itself must be physically intervened in order to be able to carry out measurements (connection of the measuring devices, link interruption).
Es brächte daher eine deutliche Verbesserung für den Anlagenbetreiber, wenn die Möglichkeit zur Durchführung dieser Messungen bereits in den Infrastrukturgeräten des Netzwerks selbst enthalten wäre und diese auch über einen Remotezugang durchgeführt werden könnte. Auch ist nicht immer eine Plazierung der Messgeräte am gewünschten Punkt in der Topologie möglich.It would therefore bring a significant improvement for the plant operator, if the possibility to carry out these measurements would already be included in the infrastructure devices of the network itself and this could also be carried out via a remote access. Also, it is not always possible to place the measuring devices at the desired point in the topology.
Für eine Umschaltzeitmessung in einer Netzwerktoplogie sind im Wesentlichen folgende Systemkomponenten notwendig:
- 1) Datensender
- 2) Datenempfänger
- 3) Datenreflektor
- 4) Linkunterbrecher
- 1) Data transmitter
- 2) Data receiver
- 3) Data Reflector
- 4) Link breaker
Diese üblicherweise für jeden Messzyklus extern anzubringenden Geräte sollen nach dem neuen Verfahren in der Embedded Software und ggf. Hardware der Infrastrukturgeräte selbst dauerhaft vorgehalten werden. Eine Realisierung bspw. in einem Ethernet-Switch ist vollständig in Software möglich.These devices, which are usually to be mounted externally for each measuring cycle, should be stored permanently in the embedded software and possibly in the hardware of the infrastructure devices themselves, using the new procedure. An implementation, for example, in an Ethernet switch is completely possible in software.
Ein Messszenario soll dann über eine zentrale Netzwerkmanagementstation (NMS) konfiguriert und der Meßzyklus ebenfalls über NMS angestartet und das Ergebnis auch hierüber ausgewertet werden können. Damit kann der Netzwerkbetreiber von seiner zentralen Netzmanagementstation auch über eine große Entfernung hinweg diese Messungen durchführen, ohne sich zur Anlage begeben und dort physikalisch eingreifen zu müssen.A measurement scenario should then be configured via a central network management station (NMS) and the measurement cycle also started via NMS and the result also evaluated. This allows the network operator from his central network management station, even over a long distance to perform these measurements without having to go to the plant and physically intervene there.
Die mit diesem Verfahren realisierbaren Messverfahren (z. B. Packet Loss, Delay, Jitter, Performance) über Einweg- oder Zweiweg-Kommunikationspfade (mit Reflektor) hinweg auf Layer 2 oder Layer 3 sind Stand der Technik und sollen hier nicht detailliert betrachtet werden.The measuring methods that can be implemented with this method (eg packet loss, delay, jitter, performance) over one-way or two-way communication paths (with reflector) on layer 2 or
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines redundanten Netzwerkes mit einer vorgegebenen Topologie bereitzustellen, mit der die Netzwerkparameter ohne zusätzlichen Aufwand, vorzugsweise ohne zusätzlichen Hardware-Aufwand, und im laufenden Betrieb des installierten Netzwerkes zu überprüfen.The invention is therefore based on the object to provide an improved method for operating a redundant network with a predetermined topology, with the network parameters without additional effort, preferably without additional hardware overhead, and to check during operation of the installed network.
Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.This object is solved by the features of
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass
- • ein Netzwerkinfrastrukturgerät als Sender definiert wird,
- • ein Netzwerkinfrastrukturgerät als Empfänger definiert wird,
- • dass zwischen zwei Netzwerkinfrastrukturgeräten eine Unterbrechung der Datenverbindung definiert wird,
- • eine Messroutine definiert wird,
- • die Netzwerkinfrastrukturgeräte entsprechend der Definitionen konfiguriert werden,
- • die Messroutine zuerst ohne eine Unterbrechung der Datenverbindung durchgeführt und ein erstes Ergebnis ermittelt wird,
- • die Messroutine danach bei Vorhandensein der Unterbrechung der Datenverbindung durchgeführt und ein weiteres Ergebnis ermittelt wird.
- • a network infrastructure device is defined as a sender,
- • a network infrastructure device is defined as the recipient,
- That an interruption of the data connection is defined between two network infrastructure devices,
- A measuring routine is defined,
- • the network infrastructure devices are configured according to the definitions,
- The measuring routine is first performed without an interruption of the data connection and a first result is determined,
- The measuring routine is then carried out in the presence of the interruption of the data connection and a further result is determined.
Dadurch ist in vorteilhafter Weise die Messung der zu messenden Netzwerkparameter im laufenden Betrieb unter realitätsgetreuen Bedingungen ohne Änderungen des Netzwerkes oder ohne Eingriff in die Anlage, deren Sensoren, Aktoren und dergleichen über das Netzwerk gesteuert werden, möglich.As a result, the measurement of the network parameters to be measured during operation under realistic conditions without changes in the network or without intervention in the system whose sensors, actuators and the like are controlled via the network is advantageously possible.
Weitere Möglichkeiten bzw. Vorteile des Verfahrens:Further possibilities or advantages of the method:
- 1) Messung im laufenden Betrieb unter realitätsgetreuen Bedingungen ohne Änderungen an der Anlage.1) Measurement during operation under realistic conditions without changes to the system.
- 2) Flexible Konfiguration des Messszenarios durch Umkonfiguration in Software möglich: Unterbrecher, Sender, Empfänger oder Reflektor können an beliebigen, unterschiedlichen Stellen der Topologie plaziert werden (oder auch konzentriert in einem Gerät), sofern die dort vorhandenen Geräte das Verfahren unterstützen.2) Flexible configuration of the measurement scenario through reconfiguration in software possible: Interrupter, transmitter, receiver or reflector can be placed at any different points of the topology (or concentrated in a device), if the existing devices support the process.
- 3) Das Messergebnis kann als Pass/Fail-Wert oder alternativ in Absolutwerten von der Auswerteeinheit im Empfänger oder der anfordernden NMS ausgegeben werden.3) The measurement result can be output as a pass / fail value or alternatively in absolute values from the evaluation unit in the receiver or the requesting NMS.
- 4) Bei erhöhten Anforderungen an die Messgenauigkeit kann der Sender sowie Empfänger auch in Hardware realisiert werden (z. B. FPGA, welches die CPU unterstützt). 4) In the case of increased demands on the measuring accuracy, the transmitter and receiver can also be realized in hardware (eg FPGA, which supports the CPU).
-
5) Bei erhöhten Anforderungen an die Messgenauigkeit kann eine Uhrzeitsynchronsiation (z. B.
IEEE 1588 IEEE 1588 - 6) Statistische Datensammlung durch automatisierte Ermittlung einer grollen Anzahl von Messwerten auch an unterschiedlichen Messpunkten und über lange Zeiträume hinweg möglich ohne Benutzereingriff außer bei der Erstkonfiguration.6) Statistical data collection by automated determination of a large number of measured values, even at different measuring points and over long periods possible without user intervention except in the initial configuration.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die beiden ermittelten Ergebnisse, nach denen die Messroutine zuerst ohne eine Unterbrechung und dann bei Vorhandensein der Unterbrechung durchgeführt wurde, miteinander verglichen werden. Hieraus lassen sich für den Betreiber des Netzwerkes Rückschlüsse ziehen, ob die Komponenten des Netzwerkes fehlerfrei oder fehlerbehaftet arbeiten.In a development of the invention, it is provided that the two determined results, after which the measuring routine was first performed without an interruption and then in the presence of the interruption, are compared with one another. From this it is possible to draw conclusions for the operator of the network as to whether the components of the network work faultless or faulty.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Vergleichsergebnis gespeichert und/oder dargestellt wird. Hierdurch ist es möglich, dass das ermittelte Vergleichsergebnis (z. B. die ermittelten Ergebnisse liegen in einem zulässigen „grünen” Bereich oder in einem unzulässigen „roten” Bereich) direkt auf dem Netzwerkinfrastrukturgerät oder einer angeschlossenen Netzwerkmanagementstation dargestellt werden, wodurch der Vorteil gegeben ist, dass für den Fall, dass das Vergleichsergebnis in einem unzulässigen Bereich liegt, von der Bedienperson des Netzwerkes direkt auf diesen Fehler reagiert werden kann. Sollte dies nicht erforderlich sein oder zurzeit nicht möglich sein, kann das Vergleichsergebnis gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt abgerufen und dargestellt und dementsprechend darauf reagiert werden. Beiden einzelnen Varianten oder der Kombination dieser beiden einzelnen Varianten ist der Vorteil gegeben, dass auf jeden Fall auf Fehler innerhalb des Netzwerkes direkt oder verzögert reagiert werden kann, ohne den laufenden Betrieb der Anlage, die über das Netzwerk gesteuert bzw. geregelt wird, zu stören.In a development of the invention, it is provided that the comparison result is stored and / or displayed. This makes it possible for the determined comparison result (eg the determined results lie in a permissible "green" area or in an impermissible "red" area) to be displayed directly on the network infrastructure device or a connected network management station, which provides the advantage in that if the comparison result is in an inadmissible range, the operator of the network can react directly to this error. If this is not necessary or is currently not possible, the comparison result can be saved and retrieved at a later date and displayed and responded accordingly. Both variants or the combination of these two individual variants has the advantage that in any case, it is possible to react directly or delayed to errors within the network without disturbing the ongoing operation of the system, which is controlled or regulated via the network ,
Wie vorstehend schon ausgeführt, können die beiden ermittelten Ergebnisse der durchzuführenden Messroutinen und/oder das Vergleichsergebnis auf einem Netzwerkinfrastrukturgerät und/oder auf einer an das Netzwerk angeschlossenen Netzmanagementstation dargestellt werden. Die Darstellung auf einem der Netzwerkinfrastrukturgeräte innerhalb der Topologie des Netzwerkes hat den Vorteil, dass direkt vor Ort ggf. ein Fehler erkennbar ist, auf den auch direkt reagiert werden kann (z. B. durch Austausch des betroffenen Netzwerkinfrastrukturgerätes). Die Darstellung der beiden ermittelten Ergebnisse und/oder des Vergleichsergebnisses auf der an das Netzwerk angeschlossenen Netzwerkmanagementstation hat den Vorteil, dass die Bedienperson (Administrator) des Netzwerkes nicht vor Ort sein muss, an dem das Netzwerk installiert ist. Denn die Netzwerkmanagementstation kann über entsprechende Datenverbindungen (drahtgebunden und/oder drahtlos) weit entfernt auf die Topologie des Netzwerkes zugreifen und ggf. durch entsprechende Eingriffe in die Softwareroutinen der einzelnen Netzwerkinfrastrukturgeräte auf einen Fehler reagieren.As already explained above, the two determined results of the measuring routines to be performed and / or the comparison result can be displayed on a network infrastructure device and / or on a network management station connected to the network. The representation on one of the network infrastructure devices within the topology of the network has the advantage that an error can be detected directly on site, which can also be directly reacted to (eg by exchanging the affected network infrastructure device). The presentation of the two results obtained and / or the comparison result on the network management station connected to the network has the advantage that the operator (administrator) of the network does not have to be on site where the network is installed. This is because the network management station can access the topology of the network far away via corresponding data connections (wired and / or wireless) and, if necessary, respond to a fault by appropriate interventions in the software routines of the individual network infrastructure devices.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Messroutine in einer Speichereinheit, insbesondere einem FPGA (Field Programmable Gate Array), eines jeden Netzwerkinfrastrukturgerätes abgespeichert wird. Dies hat den Vorteil, dass die Software für die Messroutine in einem Extrateil des Netzwerkinfrastrukturgerätes abgelegt ist, um nicht den ansonsten vorhandenen Speicherplatz und die Performance des Netzwerkinfrastrukturgerätes zu beeinflussen.In a development of the invention, it is provided that the measuring routine is stored in a memory unit, in particular an FPGA (Field Programmable Gate Array), of each network infrastructure device. This has the advantage that the software for the measuring routine is stored in an extra part of the network infrastructure device in order not to influence the otherwise available storage space and the performance of the network infrastructure device.
Anstelle dessen ist es auch denkbar, dass die Messroutine in der zentralen Steuereinheit eines jeden Netzwerkinfrastrukturgerätes enthalten ist. Dies bietet sich dann an, wenn die zentrale Steuereinheit eines Netzwerkinfrastrukturgerätes ausreichend Speicherplatz und Performance umfasst, um die Messroutinen in der Steuereinheit des Netzwerkinfrastrukturgerätes auszuführen.Instead, it is also conceivable that the measuring routine is contained in the central control unit of each network infrastructure device. This is useful if the central control unit of a network infrastructure device has sufficient storage space and performance to execute the measurement routines in the control unit of the network infrastructure device.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren dargestellt und weiter erläutert.In the following the invention is illustrated by the figures and further explained.
In den
Die Netzwerkinfrastrukturgeräte weisen in an sich bekannter Weise Schnittstellen, beispielsweise Internet-Ports auf, wobei der Switch von einer zentralen Steuereinheit CPU gesteuert wird. Die noch zu beschreibenden Messroutinen sind entweder in einer zusätzlichen Speichereinheit (wie beispielsweise der FPGA) abgespeichert oder können unter Weglassung der zusätzlichen Speichereinheit in der zentralen Steuereinheit CPU integriert sein.The network infrastructure devices have in a conventional manner interfaces, such as Internet ports, wherein the switch is controlled by a central control unit CPU. The measuring routines to be described are either stored in an additional memory unit (such as the FPGA) or may be integrated in the central control unit CPU with the omission of the additional memory unit.
Der in
Der in
Der in
Die in den
Die
In den
Zur Erfassung der Umschaltzeit für den Fall, dass eine Datenverbindung zwischen zwei Netzwerkinfrastrukturgeräten unterbrochen wird (z. B. ein gezogener Stecker oder ein durchtrenntes Kabel oder dergleichen) wird zur Überprüfung der Betriebsfähigkeit des redundanten Netzwerkes ein Netzwerkinfrastrukturgerät als Sender definiert (in
Anschließend werden alle Netzwerkinfrastrukturgeräte innerhalb der Netzwerktopologie oder alternativ nur die zu betrachtenden Netzwerkinfrastrukturgeräte gemäß den vorstehenden Definitionen über ein Netzwerkinfrastrukturgerät, welches als Konfigurator eingesetzt wird, oder über die Netzwerkmanagementstation konfiguriert.Subsequently, all network infrastructure devices within the network topology or alternatively only the network infrastructure devices to be considered in accordance with the above definitions are configured via a network infrastructure device which is used as a configurator or via the network management station.
Danach wird die erste Messroutine gestartet, wobei die Strecke X noch nicht unterbrochen ist. Nach dem Starten der Messung werden wie in
Nachdem die beiden Messroutinen (ohne und mit Unterbrechung der Strecke X) durchgeführt worden sind, liest insbesondere die Netzwerkmanagementstation die gemessenen Werte (wie z. B. die Umschaltzeit, Jitter, Durchsatz und dergleichen) aus dem Gerät mit der Auswerteeinheit (nämlich dem Empfänger, hier der Switch 2) aus und verarbeitet diese ggf. weiter (z. B. statistische Analyse, Prüfung gegen Fail-Schwellwert und dergleichen). Alternativ können diese Berechnungen auch in der Auswerteeinheit in dem jeweiligen Netzwerkinfrastrukturgerät erfolgen.After the two measuring routines have been carried out (with and without interruption of the distance X), in particular the network management station reads the measured values (such as the switching time, jitter, throughput and the like) from the device with the evaluation unit (namely the receiver, here the switch 2) and processes it further if necessary (eg statistical analysis, check against fail threshold and the like). Alternatively, these calculations can also be made in the evaluation unit in the respective network infrastructure device.
Die Ergebnisse der beiden Messroutinen können für sich alleine oder gemeinsam oder das Vergleichsergebnis des Vergleiches zwischen dem Ergebnis der beiden Messroutinen abgespeichert bzw. direkt dargestellt werden. Dabei ist es denkbar, dass die einzelnen Messergebnisse oder das Vergleichsergebnis, ggf. graphisch aufbereitet, zeitlich direkt auf dem Netzwerkinfrastrukturgerät und/oder der Netzwerkmanagementstation dargestellt werden, um direkt darauf reagieren zu können. Je nach Art der Messergebnisse ist es auch denkbar, diese in einer Speichereinheit in dem Netzwerkinfrastrukturgerät und/oder in einer Speichereinheit der Netzwerkmanagementstation zu speichern, um sie zeitlich später abrufen und dann entscheiden zu können, ob darauf reagiert wird oder nicht.The results of the two measuring routines can be stored on their own or together or the comparison result of the comparison between the result of the two measuring routines or directly displayed. It is conceivable that the individual measurement results or the comparison result, possibly graphically processed, are displayed directly on the network infrastructure device and / or the network management station in order to be able to react directly to it. Depending on the nature of the measurement results, it is also conceivable to store them in a memory unit in the network infrastructure device and / or in a storage unit of the network management station in order to retrieve them later in time and then to decide whether or not to react to them.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren noch einmal mit anderen Worten dargestellt:
- 1) Die Ausgangssituation der Topologie ist wie in
5 gezeigt. - 2) Definieren, welcher Switch als Sender arbeitet (in
5 Switch 6). - 3) Definieren, welcher Switch als Empfänger arbeitet (in
5 Switch 2). - 4) Definieren der Unterbrechungsstelle (in
5 die Strecke X). - 5) Messzyklus definieren (Paketrate, Pakettyp, Anzahl der Unterbrechungen, Pass/Fail-Kriterium).
- 6) Alle betroffenen Geräte entsprechend obiger Definiton über Management PC (NMS) konfigurieren.
- 7) Starten des Messzyklus: Nach dem Starten der Messung werden wie in
5 die Messpakete von dem Sender (Switch 6)über den Switch 4,Switch 3 zu dem Empfänger (Switch 2) gesendet. Nach der Unterbrechung der Strecke X müssen die Messpakete wie in6 gezeigtüber den Switch 5,Switch 4,Switch 3 zu dem Empfänger (Switch 2). - 8) Auswertezyklus: das NMS liest die gemessenen Werte (z. B. Umschaltzeit, Jitter, Durchsatz) aus dem Gerät mit der Auswerteeinheit (Empfänger) aus und verarbeitet diese ggf. weiter (z. B. statistische Analyse, Prüfung gegen FAIL-Schwellwert etc.) Alternativ können diese Berechnungen auch in der Auswerteeinheit im Infrastrukturgerät erfolgen.
- 9) Ergebnisausgabe (z. B. als Pass/Fail-Aussage, Grafik etc.). Abrufbar über den Management PC (NMS) wie in
5 ,6 .
- 1) The initial situation of the topology is as in
5 shown. - 2) Define which switch works as a sender (in
5 Switch 6). - 3) Define which switch works as the receiver (in
5 Switch 2). - 4) Defining the point of interruption (in
5 the route X). - 5) Define measurement cycle (packet rate, packet type, number of interrupts, pass / fail criterion).
- 6) Configure all affected devices according to the above definition via Management PC (NMS).
- 7) Starting the measuring cycle: After starting the measurement, as in
5 the measurement packets are sent from the transmitter (switch 6) via theswitch 4,switch 3 to the receiver (switch 2). After the interruption of the distance X, the measurement packages must be as in6 shown via theswitch 5,switch 4,switch 3 to the receiver (switch 2). - 8) Evaluation cycle: the NMS reads out the measured values (eg switching time, jitter, throughput) from the device with the evaluation unit (receiver) and, if necessary, processes these further (eg statistical analysis, check against FAIL threshold value etc.) Alternatively, these calculations can also be made in the evaluation unit in the infrastructure device.
- 9) Result output (eg as pass / fail statement, graphic etc.). Available via the Management PC (NMS) as in
5 .6 ,
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