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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von Echtzeitdaten von einem ersten Teilnehmer eines ersten Echtzeit-Ethernet-Netzwerks zu einem zweiten Teilnehmer eines zweiten Echtzeit-Ethernet-Netzwerks über ein nicht-echtzeitfähiges IP basiertes Netzwerk.
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In der Automatisierungstechnik ist der Trend zu beobachten, dass konventionelle Feldbussysteme zunehmend durch ein echtzeitfähiges Ethernet ersetzt oder ergänzt werden, das eine einheitliche Netzstruktur von der Prozessleitebene bis zu den Feldgeräten in industriellen Produktionsanlagen ermöglicht. Dieser Trend wird als vertikale Integration der Automatisierungstechnik bezeichnet.
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Das Standard-Ethernet, das ursprünglich für den Austausch von Daten in lokalen Rechnernetzen (LAN) konzipiert worden ist, entspricht nicht den Anforderungen an die industrielle Echtzeitdatenübertragung, die beispielsweise bei Motion-Control-Anwendungen isochrone Zykluszeiten von weniger als 1 ms verlangen. Um das Ethernet für den Einsatz in der Automatisierungstechnik echtzeitfähig zu gestalten, wurden spezielle Echtzeit-Ethernet-Protokolle definiert, die den ursprünglichen Ethernet-Standard je nach Anforderung auf unterschiedlichen Schichten des IOS/OSI-Referenzmodells modifizieren. Echtzeit-Ethernet-Systeme wie das PROFINET (Process Field Network), EtherNet/IP, Ethernet Powerlink oder EtherCAT erreichen Buszyklen von rund 100 μs.
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Die unterschiedlich starken Modifikationen des Ethernet-Standards werden beispielsweise beim PROFINET durch die unterschiedlichen Kommunikationsvarianten deutlich, die abhängig von der jeweiligen Automatisierungsanwendung ausgewählt werden können.
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Das komponentenbasierte PROFINET CBA (Component Based Automation) verfolgt den Ansatz der verteilten Automatisierung und basiert auf einem Komponentenmodell für die Kommunikation intelligenter Automatisierungsgeräte untereinander. PROFINET CBA basiert im Wesentlichen auf einer IP-Kommunikation und ist für Echtzeitanwendungen nur eingeschränkt geeignet, da die Buszykluszeiten in Bereichen von 50 bis 100 ms liegen. Der Grundgedanke von PROFINET CBA ist, eine Automatisierungsanlage in Teile zu gliedern, die eine autonom arbeitende dezentrale Steuerung besitzen.
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Die PROFINET IO Variante ist auf die Kommunikation zwischen einer Steuerung und einer dezentralen Peripherie, d. h. mit PROFINET IO Devices zugeschnitten. Der Datenaustausch bei PROFINET IO basiert auf einer zyklischen Echtzeit-Kommunikation die in zwei Klassen eingeteilt werden kann. Es wird zwischen einer Echtzeit-Kommunikation (Real Time, RT) und einer taktsynchronen, d. h. Isochronen Echtzeit-Kommunikation (Isochronous Real Time, IRT) unterschieden.
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Beide Echtzeit-Kommunikationsvarianten setzen auf einer gegenüber dem Standard-Ethernet-Protokoll modifizierten zweiten Schicht des IOS/OSI-Referenzmodells auf, wobei die Adressierung der RT/IRT-Datenpakete über die MAC-Adressen erfolgt. Die Echtzeit-Datenpakete enthalten keine IP-Adressen, um die Länge des Headers bzw. des Datenpakets möglichst klein zu halten. Diese Echtzeit-Datenpakete sind somit nicht Routingfähig. Die PROFINET IO Kommunikation ist, wie bei den anderen Echtzeit-Ethernet Netzwerken bzw. Protokollen auch, daher lokal auf eine Maschine/Anlage begrenzt. Die Kommunikation kann also nicht über die Grenzen eines lokalen Echtzeit-Ethernet Netzwerks hinweg geführt werden.
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Obwohl eine netzwerkübergreifende Steuerung von zeitkritischen Automatisierungsaufgaben zum Beispiel zwischen zwei benachbarten Echtzeit-Ethernet Netzwerken in der Regel nicht sinnvoll ist, kann eine Übermittlung von Systemzuständen (z. B. Status, Fehler, Diagnose usw.) von einem ersten Echtzeit-Ethernet Netzwerk in ein zweites Echtzeit-Ethernet Netzwerk wünschenswert sein. Insbesondere auch dann, wenn die beiden Echtzeit-Ethernet Netzwerke nur über ein bereits vorhandenes IP-Protokoll basiertes Netzwerk, im folgenden IP-Netzwerk genannt, z. B. ein LAN verbunden werden können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit aufzuzeigen, Echtzeitdaten zwischen zwei Echtzeit-Ethernet-Netzwerken über ein nicht-echtzeitfähiges IP-Netzwerk zu übertragen.
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Die Lösung der Aufgabe ist durch einen Gegenstand nach einem der anhängenden unabhängigen Ansprüche gegeben. Bevorzugte und/oder vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Dementsprechend wird die Aufgabe mit einem Verfahren zum Übertragen von Echtzeitdaten von einem ersten Teilnehmer eines ersten Echtzeit-Ethernet-Netzwerks zu einem zweiten Teilnehmer eines zweiten Echtzeit-Ethernet-Netzwerks gelöst, wobei das erste und zweite Echtzeit-Ethernet-Netzwerk mit jeweils einen Echtzeit-Router mit einem nicht-echtzeitfähiges IP-Netzwerk verbunden sind. Das Verfahren umfasst erfindungsgemäß folgende Schritte:
- a) Übertragen eines ersten Echtzeit-Telegramms von dem ersten Teilnehmer an einen ersten Echtzeit-Router in dem ersten Echtzeit-Ethernet-Netzwerk, wobei das erste Echtzeit-Telegramm eine erste MAC-Adresse des ersten Teilnehmers, eine Zielinformation des zweiten Teilnehmers sowie einen Echtzeit-Datensatz umfasst;
- b) Ermitteln, durch den ersten Echtzeit-Router, einer Ziel-IP-Adresse eines zweiten Echtzeit-Routers in dem zweiten Echtzeit-Ethernet-Netzwerk anhand der Zielinformation, und
Ermitteln einer Quellinformation für den ersten Teilnehmer anhand der ersten MAC-Adresse;
- c) Einkapseln der Quellinformation, der Zielinformation und des Echtzeitdatensatzes in ein IP-Telegramm;
- d) Übertragen des IP-Telegramms von dem ersten Echtzeit-Router an den zweiten Echtzeit-Router über das nicht-echtzeitfähige IP-Netzwerk;
- e) Ermitteln, durch den zweiten Echtzeit-Router, eine zweite MAC-Adresse des zweiten Teilnehmers anhand der Zielinformation;
- f) Übertragen eines zweiten Echtzeit-Telegramms von dem zweiten Echtzeit-Router an den zweiten Teilnehmer, wobei das zweite Echtzeit-Telegramm die zweite MAC-Adresse, die Quelleinformation und den Echtzeitdatensatz beinhaltet.
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Das Verfahren beruht im Wesentlichen darauf, dass das von einem Teilnehmer gesendete Echtzeit-Telegramm von dem ersten Echtzeit-Router derart verarbeitet wird, dass die Echtzeit-Daten zusammen mit Quell- und Zielinformation in ein IP-Telegramm eingekapselt werden. Der zweite Router verarbeitet das IP-Telegramm und sendet die Echtzeit-Daten an den zweiten Teilnehmer. Das IP-Telegramm kann in einem IP basierten Netzwerk geroutet werden.
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Unter einem Echtzeit-Router ist im Sinne der vorliegenden Erfindung ein echtzeitfähiger Teilnehmer eines Echtzeit-Netzwerks zu verstehen, der gleichzeitig mit einem IP Netzwerk verbunden werden kann und Routing-Funktionen wahrnehmen kann
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In einer ersten bevorzugten Ausführung wird als eine Ziel-MAC-Adresse in dem ersten Echtzeit-Telegramm eine dritte MAC-Adresse übertragen, die dem ersten Echtzeit-Router zugeordnet ist. Die Zielinformation des zweiten Teilnehmers und der Echtzeitdatensatz werden in einem Datenfeld des ersten Echtzeit-Telegramms übertragen.
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In analoger Weise kann als Quell-MAC-Adresse in dem zweiten Echtzeit-Telegramm eine dem zweiten Echtzeit-Router zugeordnete vierte MAC-Adresse übertragen werden. Die Quellinformation des ersten Teilnehmers sowie der Echtzeitdatensatz können in einem Datenfeld des zweiten Echtzeit-Telegramms übertragen werden.
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Eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, als eine Ziel-MAG-Adresse des ersten Echtzeit-Telegramms die zweite MAC-Adresse übertragen wird, die dem zweiten Teilnehmer des zweiten Echtzeit-Ethernet-Netzwerks zugeordnet ist. Die Ziel-MAC-Adresse entspricht den zu übertragenden Zielinformationen des zweiten Teilnehmers. In einem Datenfeld des ersten Echtzeit-Telegramms muss somit nur der Echtzeitdatensatz übertragen werden.
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In entsprechender Weise kann als Quell-MAC-Adresse in dem zweiten Echtzeit-Telegramm die dem ersten Teilnehmer zugeordnete erste MAC-Adresse übertragen werden. Die Quell-MAC-Adresse entspricht somit der Quellinformation des ersten Teilnehmers. Mit dem Datenfeld des zweiten Echtzeit-Telegramms wird der Echtzeitdatensatz übertragen.
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Die den Echtzeit-Ethernet-Netzwerken zugeordneten Echtzeit-Router simulieren bzw. übernehmen stellvertretend jeweils die Identitäten der Teilnehmer, die den jeweiligen anderen Echtzeit-Ethernet-Netzwerken zugeordnet sind. Der Echtzeit-Router eines ersten Echtzeit-Ethernet-Netzwerks empfängt alle Echtzeit-Telegramme, die an die MAC-Adressen der Teilnehmer eines zweiten Echtzeit-Ethernet-Netzwerks adressiert sind. D. h. der Echtzeit-Router nimmt die MAC-Adressen der Teilnehmer aus den zweiten Netzwerken an und stellt diese in seinem lokalen Echtzeit-Ethernet-Netzwerk stellvertretend bereit. Die für einen Teilnehmer eines zweiten Echtzeit-Ethernet-Netzwerke bestimmten Echtzeit-Daten werden vom Echtzeit-Router des ersten Netzwerks in ein IP-Protokoll eingekapselt. Die Echtzeit-Daten besitzen nun eine routingfähige IP-Adresse und können über ein IP basiertes Netzwerk zum Echtzeit-Router des jeweiligen zweiten Echtzeit-Ethernet-Netzwerks übertragen werden.
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Der Echtzeit-Router des zweiten Echtzeit-Ethernet-Netzwerks entfernt die Kapselung und sendet die enthaltenen Echtzeit-Daten mit einem Echtzeit-Datenpaket an den Teilnehmer, für den diese Daten letztendlich bestimmt sind. Das Echtzeit-Datenpaket wird an die MAC-Adresse des jeweiligen Teilnehmers adressiert, wobei als Quell-MAC-Adresse in dem Echtzeit-Telegramm die MAC-Adresse des absendenden Teilnehmers aus dem ersten Echtzeit-Ethernet-Netzwerk eingesetzt wird.
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Die Erfindung wird ferner durch einen Echtzeit-Router zum Verbinden eines Echtzeit-Ethernet-Netzwerks mit einem nicht-echtzeitfähiges IP-Netzwerk gelöst.
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Der Echtzeit-Router ist erfindungsgemäß ausgebildet, aus einer Zielinformation eines empfangenen Echtzeit-Telegramms eine Ziel-IP-Adresse zu ermitteln und aus einer Quell-MAC-Adresse eines empfangenen Echtzeit-Telegramms eine Quellinformation zu ermitteln und ein IP-Telegramm an die Ziel-IP-Adresse zu übertragen, das die Quellinformation, die Zielinformation und einen Echtzeitdatensatz des Echtzeit-Telegramms umfasst.
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Alternativ und/oder optional ist der Echtzeit-Router dazu ausgebildet, aus einer Zielinformation eines empfangenen IP-Telegramms eine Ziel-MAC-Adresse zu ermitteln und ein Echtzeit-Telegramm an die Ziel-MAC-Adresse zu übertragen, das die Ziel-MAC-Adresse, die Quellinformation und einen Echtzeitdatensatz des IP-Telegramms umfasst.
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Die Zielinformation ist vorzugsweise die Ziel-MAC-Adresse.
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Die Quellinformation ist vorzugsweise die Quell-MAC-Adresse.
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Zur Verbindung mit einem Echtzeit-Ethernet-Netzwerk kann an dem Echtzeit-Router eine Echtzeit-Ethernet-Schnittstelle vorgesehen sein.
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Die Echtzeit-Ethernet-Schnittstelle kann ausgebildet sein, Echtzeit-Telegramme mit einer dem ersten Echtzeit-Router zugeordneten MAC-Adresse zu versenden und/oder zu empfangen.
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Alternativ oder optional kann die Echtzeit-Ethernet-Schnittstelle ausgebildet sein, Echtzeit-Telegramme mit einer Anzahl unterschiedlicher MAC-Adresse zu versenden und/oder zu empfangen, wobei jeder der unterschiedlichen MAC-Adressen jeweils einem Teilnehmer eines weiteren Echtzeit-Ethernet-Netzwerks zugeordnet ist.
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Die Aufgabe wird auch durch ein Automatisierungssystem gelöst, dass wenigstens zwei Echtzeit-Ethernet-Netzwerke und ein IP-Netzwerk umfasst, wobei jedes der zwei Echtzeit-Ethernet-Netzwerke über jeweils einen Echtzeit-Router mit dem IP-Netzwerk verbunden ist.
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Echtzeitdaten sind von einem ersten Teilnehmer, der einem ersten Echtzeit-Ethernet-Netzwerk zugeordnet ist, an einen zweiten Teilnehmer, der einem zweiten Echtzeit-Ethernet-Netzwerk zugeordnet ist, übertragbar.
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Ein Echtzeitdatensatz wird zusammen mit einer Quell-MAC-Adresse und einer Zielinformation in einem ersten Ethernet-Telegramm von dem ersten Teilnehmer an einen ersten Echtzeit-Router übertragen. Der erste Echtzeit-Router ist dem ersten Echtzeit-Ethernet-Netzwerk zugeordnet.
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Der erste Echtzeit-Router ermittelt eine Ziel-IP-Adresse anhand der ersten Zielinformation und eine Quellinformation anhand der Quell-MAC-Adresse. Der Echtzeitdatensatz wird zusammen mit der Quellinformation und der Zielinformation in einem IP-Telegramm an einen zweiten Echtzeit-Router übertragen.
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Der zweite Echtzeit-Router ermittelt eine Ziel-MAC-Adresse anhand der Zielinformation, so dass ein zweites Echtzeit-Telegramm mit der Quellinformation und dem Echtzeitdatensatz an dem zweiten Teilnehmer übertragen wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von beispielhaften Ausführungsformen und unter Bezugnahme der beigefügten Zeichnung detailliert beschrieben. Die Zeichnung zeigen:
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1; zwei Echtzeit-Ethernet-Netzwerke, die über ein nicht echtzeitfähiges IP-Netzwerk miteinander verbunden sind,
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2: eine schematische Darstellung der Telegramme für eine Datenübertragung,
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3: eine schematische Darstellung einer ersten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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4: eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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5: einen erfindungsgemäßen Echtzeit-Router,
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Die 1 zeigt zwei Echtzeit-Ethernet-Netzwerk 4 und 8, die jeweils eine Anzahl von Echtzeit-Ethernet-Geräten, d. h. eine Anzahl von Teilnehmern und einen Echtzeit-Router 5 und 7 umfassen. Die Kommunikation innerhalb der Echtzeit Ethernet-Netzwerke basiert auf einem Echtzeit-Ethernet Protokoll. Die Adressierung der Echtzeit-Telegramme erfolgt über die MAC-Adressen der Echtzeit-Ethernet-Geräte. Die Echtzeit-Ethernet-Netzwerke 4 und 8 besitzen zum Beispiel eine linienförmige Netzstruktur, die in der Automatisierungstechnik vorherrschend ist. Die Echtzeit-Ethernet-Geräte können zum Beispiel jeweils zwei Ethernet-Schnittstellen an einem integrierten Switch umfassen, so dass die linienförmige Netzstruktur durch eine Verkettung von benachbarten Echtzeit-Ethernet-Geräten herstellbar ist.
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Die beiden Echtzeit-Router 5 und 7 sind jeweils mit einem IP-Protokoll basierten Netzwerk 6 (kurz: IP-Netzwerk) verbunden, das ein LAN mit einer Anzahl von beispielsweise hierarchisch strukturierten Subnetzen sein kann. Die IP-Telegramme, die zum Beispiel zwischen dem ersten Echtzeit-Router 5 und dem zweiten Echtzeit-Router 7 ausgetauscht werden sollen, können über die Subnetze des IP-Netzwerks 6 an den jeweiligen Adressaten entsprechend geroutet werden.
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Die Echtzeit-Router 5 und 7 ermöglichen beispielsweise in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Übertragung eines Echtzeitdatensatzes von dem Teilnehmer 2 des ersten Echtzeit-Ethernet-Netzwerks 4 zu dem Teilnehmer 11 in dem zweiten Echtzeit-Ethernet-Netzwerk 8. Der Ablauf einer Datenübertragung wird nachfolgen anhand der 2 bis 4 verdeutlicht.
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Die 2 deutet am linken Bildrand die Übertragung eines Echtzeitdatensatzes an, der von dem Teilnehmer 2 in einem Echtzeit-Telegramm 100 über das ersten Echtzeit-Ethernet-Netzwerk 4 gesendet wird.
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Das Echtzeit-Telegramm 100 umfasst einen Header, der neben den Informations-Bytes 101 und 104 eine Quell-MAC-Adresse 102 und eine Ziel-MAC-Adresse 103 enthält, die festlegen von welchem und zu welchem Echtzeit-Ethernet-Gerät ein Echtzeitdatensatz, der in dem Datenfeld 105 des Telegramms 100 enthalten ist, übertragen werden soll. Das Echtzeit-Telegramm 100 wird zum Beispiel mit einer Prüfsumme 106 abgeschlossen.
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Der Echtzeit-Router 5, der mit einer Echtzeit-Ethernet-Schnittstelle mit dem ersten Echtzeit-Ethernet-Netzwerk 5 verbunden ist, kann das Echtzeit-Telegramm 100 empfangen, in ein IP-Telegramm 200 umsetzen, so dass wenigstens der empfangene Echtzeitdatensatz über das IP-Netzwerk 6 an den zweiten Echtzeit-Router 7 übertragen wird.
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Das IP-Protokoll setzt auf den Ethernet-Standard auf, so dass das IP-Telegramm 200 einen Ethernet konformen Header 201, 202, 203 und 204 umfasst, an dem eine Ziel-IP-Adresse 205 und eine Quell-IP-Adresse 206 angehängt ist, auf die ein Datenfeld 207 folgt.
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Der zweite Echtzeit-Router 7 kann das an ihn adressierte empfangene IP-Telegramm 200 in ein zweites Echtzeit-Telegramm 300 umsetzen und somit den Echtzeitdatensatz des Teilnehmers 2 an den Teilnehmer 11 übertragen.
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Die 3 stellt eine erste beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur zum Übertragen von Echtzeitdaten von dem ersten Teilnehmer 2 zu dem zweiten Teilnehmer 11 dar, die zwei getrennten Echtzeit-Ethernet-Metzwerken 4 und 8 zugeordnet sind.
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Das Echtzeit-Telegramm 100, das vom Teilnehmer 2 gesendet wird, enthält als Quell-MAC-Adresse 102 die MAC-Adresse MAC 2, die dem Teilnehmer 2 zugeordnet ist. Die Ziel-MAC-Adresse 103 entspricht der MAC-Adresse MAC 4, die dem ersten Echtzeit-Router 5 zugeordnet ist. Das Datenfeld 105 des Echtzeit-Telegramms 100 beinhaltet eine Zielinformation 1051 sowie einen Echtzeitdatensatz 1052. Mit der Zielinformation wird der Teilnehmer 11 im zweiten Echtzeit-Ethernet-Netzwerk identifiziert, der als Ziel-Empfänger des Echtzeitdatensatzes bestimmt ist.
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Das über die Ziel-MAC-Adresse 103 direkt an den Echtzeit-Router 5 adressierte Echtzeit-Telegramm 100 wird von diesem in ein IP-Telegramm 200 umgesetzt. Dazu wertet der erste Echtzeit-Router 5 die Zielinformation 1051 im Datenfeld 105 aus und ermittelt die IP-Adresse IP 2, die dem zweiten Echtzeit-Router 7 zugewiesen ist. Des Weiteren wird aus der Quell-MAC-Adresse, die der dem Teilnehmer 2 zugeordneten MAC-Adresse MAC 2 entspricht, eine Quellinformation gewonnen.
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Das vom ersten Echtzeit-Router 5 gesendete IP-Telegramm 200 enthält in seinem Datenfeld 207 die Quellinformation 2071, die Zielinformation 1051 sowie den Echtzeitdatensatz 1052. Die Quell-IP-Adresse 206 enthält die dem ersten Echtzeit-Router 5 zugewiesene IP-Adresse.
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Das IP-Telegramm 200 wird von dem, als Empfänger adressierten zweiten Echtzeit-Router 7 empfangen, und in ein zweites Echtzeit-Telegramm 300 umgesetzt. Dazu wird anhand der im Datenfeld 207 des empfangenen IP-Telegramms 200 enthaltenen Zielinformation 1051 die MAC-Adresse MAC 8 des zweiten Teilnehmers 11 ermittelt, die der Ziel-MAC-Adresse 303 für das zweiten Ethernet-Telegramm 300 entspricht.
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Das Echtzeit-Telegramm 300 enthält als Quell-MAC-Adresse 302 die MAC-Adresse MAC 5 des zweiten Echtzeit-Routers 7 und als Ziel-MAC-Adresse 303 die MAC-Adresse MAC 8 des zweiten Teilnehmers 11. Im Datenfeld 305 des zweiten Echtzeit-Telegramms 300 ist neben dem Echtzeitdatensatz 1052 die Quellinformation 2072 enthalten, die den Teilnehmer 2, d. h. den Absender des Echtzeitdatensatzes 1052 identifiziert.
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In der 4 ist beispielhaft eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur zum Übertragen von Echtzeitdaten von dem ersten Teilnehmer 2 zu dem zweiten Teilnehmer 11 dargestellt. Der erste Teilnehmer 2 ist dem ersten Echtzeit-Ethernet-Netzwerk 4 zugeordnet und der zweite Teilnehmer 11 ist dem zweiten Echtzeit-Ethernet-Netzwerk 8 zugeordnet.
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Der erste Teilnehmer 2 versendet die für den zweiten Teilnehmer 11 bestimmten Echtzeitdaten 1052 im Datenfeld 105 eines ersten Echtzeit-Telegramms 100. Als Ziel-MAC-Adresse 103 wird in dem ersten Echtzeit-Telegramm 100 die MAC-Adresse MAC 8 verwendet, die dem zweiten Teilnehmer 11 des zweiten Echtzeit-Netzwerks zugeordnet ist. Als Quell-MAC-Adresse 102 des Echtzeit-Telegramms wird die MAC-Adresse MAC 2 des ersten Teilnehmers 2 verwendet.
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Dem ersten Echtzeit-Router 5 sind die MAC-Adressen MAC 6, MAC 7 und MAC 8 der Teilnehmer 9, 10 und 11 aus dem zweiten Echtzeit-Ethernet-Netzwerk 8 bekannt, so dass ein an diese MAC-Adressen adressiertes Echtzeit-Telegramm 100 durch den Echtzeit-Router 5 empfangen wird. D. h. der erste Echtzeit-Router 5 ist dazu ausgebildet, stellvertretend ein an einen der Teilnehmer 9, 10 oder 11 des zweiten Echtzeit-Ethernet-Netzwerks 8 adressiertes Echtzeit-Telegramm zu empfangen.
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In dem vorliegenden Beispiel empfängt der erste Echtzeit-Router 5 das an den zweiten Teilnehmer 11 adressierte Echtzeit-Telegramm 100. Anhand der Ziel-MAC-Adresse 103 des Echtzeit-Telegramms 100, die im Beispiel der MAC-Adresse MAC 8 des zweiten Teilnehmers 11 entspricht, ermittelt der erste Echtzeit-Router 5 eine Ziel-IP-Adresse, die der dem zweiten Echtzeit-Router 7 zugewiesen IP-Adresse IP 2 entspricht.
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Der erste Echtzeit-Router 5 sendet das IP-Telegramm 200 über das IP-Netzwerk 6 an den zweiten Echtzeit-Router 7. Das IP-Telegramm 200 umfasst die ermittelte Ziel-IP-Adresse 205, eine Quell-IP-Adresse, die der IP-Adresse des ersten Echtzeit-Routers 5 entspricht sowie ein Datenfeld 207. Das Datenfeld 207 beinhaltet eine Ziel- und Quellinformation sowie den Echtzeitdatensatz 1052. Als Quellinformation dient die MAC-Adresse MAC 2 des ersten Teilnehmers 2. Die MAC-Adresse MAC 8 des zweiten Teilnehmers 11 wird als Zielinformation verwendet.
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Der zweite Echtzeit-Router 7 empfängt das IP-Telegramm vom ersten Echtzeit-Router 5 und setzt dieses in ein zweites Echtzeit-Telegramm 300 um, dass in dem zweitem Echtzeit-Ethernet-Netzwerk 8 versendet wird. Als Quell-MAC-Adresse 302 und als Ziel-MAC-Adresse 303 wird die im Datenfeld 207 des IP-Telegramms 200 übertragene Zielinformation 1051 bzw. die Quellinformation 2071 verwendet. Das Echtzeit-Telegramm wird mit der MAC-Adresse MAC an den zweiten Teilnehmer 11 adressiert und versendet.
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Das von dem zweiten Teilnehmer 11 empfangenen Echtzeit-Telegramm 300 enthält als Quell-MAC-Adresse 302 die MAC-Adresse MAC 2, die dem ersten Teilnehmer 2 des ersten Echtzeit-Ethernet-Netwerks 5 zugeordnet ist. Im Datenfeld 305 des zweiten Echtzeit-Telegramms 300 ist der von dem ersten Teilnehmer 2 gesendete Echtzeitdatensatz 1052 enthalten.
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Wie der Darstellung gemäß der 4 zu entnehmen ist, haben die beiden Echtzeit-Telegramme 100 und 300 den identischen Aufbau und Inhalt.
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Die beiden Echtzeit-Router 5 und 7 bilden jeweils in dem Echtzeit-Ethernet-Netzwerk, mit dem sie verbunden sind, jeweils die Teilnehmer des andern Echtzeit-Netzwerks stellvertretend nach. Somit können die relevanten Daten aus einem ersten Echtzeit-Telegramm 100 von dem ersten Echtzeit-Router 5 in ein IP-Telegramm 200 eingekapselt werden. Der zweite Echtzeit-Router 7 kann aus dem IP-Telegramm 200 ein zu dem ersten Echtzeit-Telegramm 100 identisches zweites Echtzeit-Telegramm 300 rekonstruieren. Das zweite Echtzeit-Telegramm 300 wird durch den zweiten Echtzeit-Router 7 im Namen des ersten Teilnehmers 2 an den zweiten Teilnehmer 11 gesendet.
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Die Echtzeit-Router 5 und 7 sind vorzugsweise identisch aufgebaut, so dass die anhand der Figuren beschriebenen Echtzeit-Datenübertragungen bidirektional erfolgen können. D. h. die Echtzeit-Daten vom zweiten Teilnehmer 11 können in identischer verfahrensweise auch zum ersten Teilnehmer 2 übertragen werden. Grundsätzlich können auch weitere Echtzeit-Ethernet-Netzwerke über jeweils einen Echtzeit-Router über ein IP-Protokoll basiertes Netzwerk miteinander verbunden werden.
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Das reproduzierte zweite Echtzeit-Telegramm 300 trifft im Vergleich mit einem innerhalb des ersten Echtzeit-Ethernet-Netzwerks 4 übertragenen Echtzeit-Telegramms mit einer zeitlichen Verzögerung bei dem zweiten Teilnehmer 11 ein. Dieser Jitter ist durch das Routing über die Echtzeit-Router 5 und 7 sowie weiteren Routern innerhalb des IP-Netzwerks 6 bedingt.
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Obwohl die in der Automatisierungstechnik geforderten Echtzeit-Bedingungen bei einer Datenübertragung über ein überlagertes IP basiertes Netzwerk nicht gewährleistet werden können, ermöglicht die vorliegende Erfindung eine Netzübergreifende Übertragung von Echtzeit-Telegrammen, die z. B. Statusinformationen oder andere zeitunkritische Daten enthalten.
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In der 5 ist ein erfindungsgemäßer Echtzeit-Router am Beispiel des ersten Echtzeit-Routers 5 dargestellt. Der zweite Echtzeit-Router 7 ist, mit Ausnahme der zugewiesenen IP- und MAC-Adressen, im Wesentlichen identisch aufgebaut.
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Der Echtzeit-Router 5 ist über eine Echtzeit-Ethernet-Schnittstelle 510 mit dem ersten Echtzeit-Ethernet-Netzwerk 4 verbunden. Der Echtzeit-Router 5 umfasst einen Echtzeit-Ethernet-Protokoll-Stack 51, dem zumindest eine MAC-Adresse MAC 4 zur Identifizierung des Echtzeit-Routers 5 zugeordnet ist. Des Weiteren können diesem Protokoll-Stack 51 auch die MAC-Adressen MAC 6, MAC 7 und MAC 8 der Teilnehmer 9, 10 und 11 des zweiten Echtzeit-Ethernet-Netzwerks 7 zugewiesen sein. Ferner ist der Echtzeit-Router 5 über eine Netzwerk Schnittstelle 520 mit dem IP-Netzwerk 6 verbunden, wobei dem Protokoll-Stack 52 für die IP-Kommunikation die IP-Adresse IP 1 zugewiesen ist. Der skizzierte Echtzeit-Router 5 umfasst im Weitern eine Verarbeitungseinheit 53 sowie eine Speichereinrichtung 54.
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Der Echtzeit-Router 5 ist dazu ausgebildet, aus einer Zielinformation eines über die Echtzeit-Ethernet-Schnittstelle 510 empfangenen Echtzeit-Telegramms 100 eine Ziel-IP-Adresse zu ermitteln. Die Zielinformation kann in dem Datenfeld 105 des Echtzeit-Telegramms 100 enthalten sein oder die Ziel-MAC-Adresse 103 des Echtzeit-Telegramms 100 sein, sofern diese Ziel-MAC-Adresse eine MAC-Adresse MAC 6, MAC 7 oder MAC 8 der Teilnehmer 9, 10 bzw. 11 und somit nicht der Mac-Adresse MAC 4 der Echtzeit-Routers 5 entspricht.
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Ferner ist der Echtzeit-Router 5 ausgebildet, ein IP-Telegramm 200 an die Ziel-IP-Adresse zu übertragen, das eine Quellinformation, die empfangene Zielinformation und den Echtzeitdatensatz des empfangenen Echtzeit-Telegramms 100 umfasst. Als Quellinformation kann die Quell-MAC-Adresse 102 des empfangenen Echtzeit-Telegramms 100 verwendet werden.
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Der Echtzeit-Router 5 ist im umgekehrten Fall auch dazu ausgebildet, aus einem empfangenen IP-Telegramms eine Ziel-MAC-Adresse 303 für ein Echtzeit-Telegramm 300 zu ermitteln. Das Echtzeit-Telegramm ist mit dieser Ziel-MAC-Adresse z. B. an den Teilnehmer 11 adressiert und umfasst eine Quellinformation und ein Echtzeitdatensatz, die mit dem IP-Telegramms empfangen worden sind.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- erster Teilnehmer
- 4
- erstes Echtzeit-Ethernet-Netzwerk
- 5
- erster Echtzeit-Router
- 6
- IP-Netzwerk
- 7
- zweiter Echtzeit-Router
- 8
- zweites Echtzeit-Ethernet-Netzwerk
- 11
- zweiter Teilnehmer
- 100
- Echtzeit-Telegramm
- 101
- Informations-Bytes
- 102
- Quell-MAC-Adresse
- 103
- Ziel-MAC-Adresse
- 104
- Informations-Bytes
- 105
- Datenfeld
- 106
- Prüfsumme
- 200
- IP-Telegramm
- 202
- Header
- 203
- Header
- 204
- Header
- 205
- Ziel-IP-Adresse
- 206
- Quell-IP-Adresse
- 207
- Datenfeld
- 300
- zweites Echtzeit-Telegramm
- 302
- Quell-MAC-Adresse
- 303
- Ziel-MAC-Adresse
- 305
- Datenfeld
- 1051
- Zielinformation
- 1052
- Echtzeitdatensatz
- 2071
- Quellinformation
- 51
- Echtzeit-Ethernet-Protokoll-Stack
- 510
- Echtzeit-Ethernet-Schnittstelle
- 52
- IP-Protokoll-Stack
- 520
- Netzwerk-Schnittstelle
- 53
- Verarbeitungseinheit
- 54
- Speichereinrichtung
- MAC 2
- MAC-Adresse eines ersten Teilnehmers
- MAC 4
- MAC-Adresse des ersten Echtzeit-Routers
- MAC 5
- MAC-Adresse des ersten Echtzeit-Routers
- MAC 8
- MAC-Adresse eines zweiten Teilnehmers
- IP 1
- erste IP-Adresse
- IP 2
- zweite IP-Adresse
