DE102020207119A1 - Procedure for configuring a network - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konfiguration eines Netzwerks (100), wobei in dem Netzwerk (100) eine Vielzahl von Netzwerkteilnehmern (111, 112, 113, 121, 122, 123, 130) über ein Kommunikationssystem (150) verbunden ist, wobei in Abhängigkeit von datenübertragungsrelevanten Informationen bezüglich der Vielzahl von Netzwerkteilnehmern (111, 112, 113, 121, 122, 123, 130) mit Hilfe von datenübertragungsrelevanten Erwartungswerten zu erwartende Datenübertragungen einzelner Netzwerkteilnehmer der Vielzahl von Netzwerkteilnehmern (111, 112, 113, 121, 122, 123, 130) im Betrieb des Netzwerks (100) abgeschätzt werden, wobei Ressourcen des Netzwerks (100) für die abgeschätzten zu erwartenden Datenübertragungen reserviert werden und ein Ablaufplan für die abgeschätzten zu erwartenden Datenübertragungen gemäß den reservierten Ressourcen bestimmt wird. Insbesondere wird das Netzwerk (100) dann im Zuge einer Überprüfungsphase (220) gemäß dem bestimmten Ablaufplan betrieben. The invention relates to a method for configuring a network (100), a plurality of network participants (111, 112, 113, 121, 122, 123, 130) being connected in the network (100) via a communication system (150), in Depending on data transfer-relevant information relating to the large number of network participants (111, 112, 113, 121, 122, 123, 130) with the help of data transfer-relevant expected values, expected data transmissions of individual network participants of the large number of network participants (111, 112, 113, 121, 122, 123 , 130) are estimated during the operation of the network (100), resources of the network (100) being reserved for the estimated data transfers to be expected and a schedule for the estimated data transfers to be expected being determined in accordance with the reserved resources. In particular, the network (100) is then operated in the course of a checking phase (220) in accordance with the specific schedule.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konfiguration eines Netzwerks sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.The present invention relates to a method for configuring a network as well as a processing unit and a computer program for its implementation.
Stand der TechnikState of the art
In der Automatisierungstechnik bzw. der industriellen Steuerungstechnik ist es üblich, Komponenten einer Maschine bzw. Anlage, insbesondere Steuereinheiten und Feldgeräte, wie z.B. elektrische Steuerungen, Antriebsregler, E/A-Geräte usw., miteinander in einem Netzwerk zu verbinden. Damit beispielsweise Bewegungen unterschiedlicher Aggregate der Maschine synchron und aufeinander abgestimmt ablaufen können, ist es von Bedeutung, dass eine Datenübertragung zwischen den einzelnen miteinander vernetzten Maschinenkomponenten deterministisch in Echtzeit stattfinden kann. Echtzeitfähig bedeutet dabei, dass übertragene Daten zu einem definierbaren Zeitpunkt den erwünschten Teilnehmer erreichen oder erreicht haben. Zu diesem Zweck können die Komponenten in dem Netzwerk über ein echtzeitfähiges Kommunikationssystem verbunden sein. Derartige echtzeitfähige Kommunikationssysteme können beispielsweise drahtgebunden sein, beispielsweise echtzeitfähige Feldbusnetzwerke, welches oftmals auf Ethernet basieren, z.B. Sercos III, EtherCAT, Profinet, Ethernet/IP usw. Auch drahtlose echtzeitfähige Kommunikationssysteme sind denkbar, beispielsweise in Form von echtzeitfähigen Mobilfunknetzen basierend auf 5G-Standards.In automation technology or industrial control technology, it is common to connect components of a machine or system, in particular control units and field devices, such as electrical controls, drive controllers, I / O devices, etc., to one another in a network. So that, for example, movements of different units of the machine can run synchronously and coordinated with one another, it is important that data transmission between the individual networked machine components can take place deterministically in real time. Real-time capability means that the transmitted data will reach or have reached the desired participant at a definable point in time. For this purpose, the components in the network can be connected via a real-time communication system. Such real-time-capable communication systems can be wired, for example, real-time-capable fieldbus networks, which are often based on Ethernet, e.g. Sercos III, EtherCAT, Profinet, Ethernet / IP, etc. Wireless, real-time-capable communication systems are also conceivable, for example in the form of real-time-capable cellular networks based on 5G standards.
In Netzwerken mit echtzeitfähigen Kommunikationssystemen bedarf es zumeist einer Verwaltung von Ressourcen des Netzwerks, beispielsweise von Bandbreite, von Zeitschlitzen bzw. Zeitslots zur Übertragung von Datenpaketen usw., damit beispielsweise für zeitkritische Datenübertragungen entsprechende Ressourcen bereitgestellt werden können, so dass diese Übertragungen bis zu einem vorgegebenen Zeitpunkt abgearbeitet werden können. Beispielsweise kann für zeitkritisch zu übertragende Daten eine entsprechende Bandbreite entlang des kompletten Netzwerkpfads vom Sender zum Empfänger reserviert werden, um eine Übertragung im Rahmen der garantierten Echtzeit gewährleisten zu können. Diese Verbindung kann abhängig von der Netzwerktopologie über mehrere Hops bzw. Verteiler verlaufen und aus mehreren Netzsegmenten bestehen. Beispielsweise kann jede derartige Verbindung zwischen zwei Switches einer eigenen Reservierung unterliegen. Die Koordination aller in einem Netzwerk erforderlichen Reservierungen kann abhängig von der Anzahl der Netzwerkteilnehmer und Kommunikationsverbindungen sehr komplex werden.In networks with real-time communication systems, it is usually necessary to manage network resources, for example bandwidth, time slots or time slots for the transmission of data packets, etc. Time can be processed. For example, a corresponding bandwidth can be reserved for time-critical data to be transmitted along the entire network path from the transmitter to the receiver in order to be able to guarantee transmission within the guaranteed real-time. Depending on the network topology, this connection can run over several hops or distributors and consist of several network segments. For example, each such connection between two switches can be subject to its own reservation. The coordination of all reservations required in a network can be very complex depending on the number of network participants and communication links.
Insbesondere kann eine dynamische Reservierung von Ressourcen von Bedeutung sein, beispielsweise um auf neue Kommunikationsverbindungen reagieren zu können, welche im Betrieb des Netzwerks durch Hinzufügen von Netzwerkteilnehmern neu erzeugt werden. Derartige neue Kommunikationsverbindungen können im industriellen Kontext beispielsweise durch Hinzufügen von Maschinen oder Maschinenkomponenten oder Starten neuer Services zur Laufzeit erzeugt werden.In particular, a dynamic reservation of resources can be important, for example in order to be able to react to new communication connections which are newly generated during the operation of the network by adding network participants. Such new communication connections can be generated in an industrial context, for example, by adding machines or machine components or starting new services at runtime.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren zur Konfiguration eines Netzwerks sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.Against this background, a method for configuring a network and a processing unit and a computer program for its implementation with the features of the independent claims are proposed. Advantageous refinements are the subject matter of the subclaims and the description below.
In dem Netzwerk ist eine Vielzahl von Netzwerkteilnehmern über ein Kommunikationssystem verbunden, insbesondere über ein echtzeitfähiges Kommunikationssystem. Insbesondere kann das Netzwerk ferner eine Vielzahl von Verteilern, Switches bzw. Knoten umfassen, über welche die einzelnen Netzwerkteilnehmer verbunden sein können.A large number of network subscribers are connected in the network via a communication system, in particular via a real-time communication system. In particular, the network can also include a large number of distributors, switches or nodes via which the individual network participants can be connected.
Im Zuge einer Planungs- bzw. Konfigurationsphase wird insbesondere vor Inbetriebnahme bzw. vor Beginn einer regulären Laufzeit des Netzwerks ein Ablaufplan erstellt, gemäß welchem Ressourcen des Netzwerks für bestimmte Kommunikationsverbindungen einzelner Netzwerkteilnehmer bzw. für bestimmte Datenübertragungen während des späteren Betriebs reserviert werden.In the course of a planning or configuration phase, especially before commissioning or before the start of a regular runtime of the network, a schedule is created according to which resources of the network are reserved for certain communication connections of individual network participants or for certain data transfers during later operation.
Zu diesem Zweck werden im Rahmen des Verfahrens in Abhängigkeit von datenübertragungsrelevanten Informationen bezüglich der Vielzahl von Netzwerkteilnehmern mit Hilfe von datenübertragungsrelevanten Erwartungswerten zu erwartende Datenübertragungen einzelner Netzwerkteilnehmer der Vielzahl von Netzwerkteilnehmern im späteren Betrieb des Netzwerks abgeschätzt. Diese datenübertragungsrelevanten Informationen beschreiben insbesondere eine Klasse bzw. Klassifizierung des Teilnehmers (z.B. Sensor, Aktor, Steuergerät usw.) und somit zweckmäßigerweise die Art und Funktion der einzelnen Netzwerkteilnehmer. Die datenübertragungsrelevanten Erwartungswerte beschreiben insbesondere einen zu erwartenden Datenverkehr einzelner Teilnehmer oder Klassen, z.B. welche Klasse von Netzwerkteilnehmern im Betrieb wie viele Daten senden und empfangen wird. Die datenübertragungsrelevanten Erwartungswerte können insbesondere auf Erfahrungswerten oder Statistiken beruhen, welche durch Auswertung von gesammelten Daten des Netzwerks oder vergleichbarer Netzwerke gewonnen wurden.For this purpose, in the context of the method, depending on data transmission-relevant information regarding the large number of network participants, expected data transmissions of individual network participants of the large number of network participants in the later operation of the network are estimated with the help of data transmission-relevant expected values. This data transmission-relevant information describes in particular a class or classification of the participant (for example sensor, actuator, control device, etc.) and thus expediently the type and function of the individual network participants. The expected values relevant to data transmission describe, in particular, expected data traffic from individual participants or classes, for example which class of network participants how much data is sent and received during operation. The expected values relevant to data transmission can in particular be based on empirical values or statistics obtained by evaluating collected data of the network or comparable networks.
Basierend auf den datenübertragungsrelevanten Informationen wird somit abgeschätzt bzw. vorhergesagt, welcher konkrete Daten- bzw. Netzwerkverkehr im Betrieb zu erwarten ist. Insbesondere wird basierend auf Eigenschaften und vorgesehenen Funktionen der einzelnen Netzwerkteilnehmer evaluiert, welche Netzwerkteilnehmer im Betrieb wie viele Daten austauschen werden und insbesondere mit welcher Häufigkeit Datenpakete über einzelne Kommunikationsverbindungen übertragen werden.Based on the information relevant to data transmission, it is therefore estimated or predicted which specific data or network traffic is to be expected during operation. In particular, based on properties and intended functions of the individual network participants, it is evaluated which network participants will exchange how much data during operation and, in particular, with what frequency data packets are transmitted over individual communication connections.
Ressourcen des Netzwerks werden für die erwarteten Datenübertragungen reserviert und es wird ein Ablaufplan für die erwarteten Datenübertragungen gemäß den reservierten Ressourcen bestimmt. Insbesondere werden Ressourcen, insbesondere Bandbreite bzw. eine Datentransferrate oder Zeitslots bzw. Zeitschlitze, für bestimmte Datenübertragungen über bestimmte Kommunikationsverbindungen reserviert. Die Reservierungen können in dem Ablaufplan entsprechend hinterlegt werden.Resources of the network are reserved for the expected data transfers and a schedule for the expected data transfers is determined in accordance with the reserved resources. In particular, resources, in particular bandwidth or a data transfer rate or time slots or time slots, are reserved for specific data transmissions via specific communication links. The reservations can be stored accordingly in the schedule.
Durch die Abschätzung mittels der datenübertragungsrelevanten Erwartungswerte kann der im Betrieb zu erwartende Daten- bzw. Netzwerkverkehr insbesondere mit einer heuristischen Betrachtung bzw. einem heuristischen Ansatz abgeschätzt werden. Heuristik bezeichnet im Allgemeinen analytische Verfahren, um basierend auf begrenzten Informationen über ein System mit Hilfe mutmaßender Schlussfolgerungen dennoch Aussagen über das System treffen zu können. Im Rahmen des vorliegenden Verfahrens können zweckmäßigerweise basierend auf den Informationen bezüglich der Klassen bzw. Klassifizierung einzelner Netzwerkteilnehmer heuristische Schlussfolgerungen bezüglich durchzuführender Datenübertragungen vorgenommen werden.By estimating by means of the expected values relevant to data transmission, the data or network traffic to be expected during operation can be estimated, in particular with a heuristic view or a heuristic approach. Heuristics generally designates analytical procedures in order to be able to make statements about the system based on limited information about a system with the help of presumptive conclusions. In the context of the present method, heuristic conclusions with regard to data transmissions to be carried out can expediently be made based on the information relating to the classes or classification of individual network participants.
Mit dieser heuristischen Abschätzung bzw. mit den datenübertragungsrelevanten Erwartungswerten kann üblicherweise jedoch nicht verbindlich bestimmt werden, welche Datenübertragungen im Betrieb tatsächlich durchgeführt werden. Vielmehr wird mit den Erwartungs- bzw. Erfahrungswerten zweckmäßigerweise abgeschätzt, welche Datenübertragungen wohl mit hoher Wahrscheinlichkeit durchgeführt werden. Da somit eine Diskrepanz bzw. Unsicherheit zwischen abgeschätzten und tatsächlichen Datenübertragungen bestehen kann, werden der Ablaufplan und die Reservierungen besonders zweckmäßig nicht als unveränderliche, verbindliche Vorgaben für die Abarbeitung von Datenübertragungen zur Laufzeit bestimmt, sondern insbesondere vielmehr als Platzhalter oder Empfehlungen. Im Betrieb können die Reservierungen und der Ablaufplan zweckmäßigerweise dynamisch an die tatsächlich durchzuführenden Datenübertragungen angepasst werden und bei Bedarf geändert werden.With this heuristic estimation or with the data transfer-relevant expected values, however, it is usually not possible to determine in a binding manner which data transfers are actually carried out during operation. Rather, using the expected or empirical values, it is expedient to estimate which data transmissions are likely to be carried out with a high degree of probability. Since there can therefore be a discrepancy or uncertainty between estimated and actual data transmissions, the schedule and the reservations are particularly expediently not determined as unchangeable, binding specifications for the processing of data transmissions during runtime, but rather as placeholders or recommendations. During operation, the reservations and the schedule can expediently be dynamically adapted to the data transfers actually to be carried out and, if necessary, changed.
Insbesondere werden die Ressourcen mit bestimmten Reserven reserviert, so dass im Betrieb flexibel auf unerwartete Veränderungen reagiert werden kann, beispielsweise wenn einzelne Netzwerkteilnehmer ihre reservierten Ressourcen nicht oder nur zum Teil tatsächlich in Anspruch nehmen oder wenn Netzwerkteilnehmer mehr Ressourcen als erwartet benötigen oder wenn unerwartete, neue Datenübertragungen durchgeführt werden sollen, beispielsweise weil neue Netzwerkteilhemer in das Netzwerk eingefügt werden oder neue Applikationen in dem Netzwerk durchgeführt werden sollen. In derartigen unerwarteten Fällen können die Reservierungen flexibel angepasst und bei Bedarf umverteilt werden.In particular, the resources are reserved with certain reserves so that there is a flexible response to unexpected changes during operation, for example if individual network participants do not or only partially use their reserved resources or if network participants need more resources than expected or if unexpected, new ones Data transfers are to be carried out, for example because new network subscribers are to be inserted into the network or new applications are to be carried out in the network. In such unexpected cases, the reservations can be flexibly adjusted and redistributed if necessary.
Das vorliegende Verfahren basiert somit auf einer Kombination eines vorab auf Basis von Erwartungswerten geplanten Schedules bzw. Ablaufplans mit reservierten Bandbreiten, der zur Laufzeit mit konkreten Kommunikationsverbindungen ausgefüllt wird. Auf diese Weise können insbesondere neue Kommunikationsverbindungen etabliert werden, ohne dass dynamisch ein komplett neuer Ablaufplan bzw. Schedule ermittelt wird.The present method is thus based on a combination of a schedule or flow chart planned in advance on the basis of expected values with reserved bandwidths, which is filled with specific communication connections at runtime. In this way, in particular, new communication connections can be established without a completely new flow chart or schedule being determined dynamically.
Das vorliegende Verfahren unterscheidet sich von herkömmlichen Konfigurationsmöglichkeiten, beispielsweise von einem zentralen Konfigurationsansatz oder einem dezentralen Konfigurationsansatz. Beispielsweise wird bei einem zentralen Konfigurationsansatz ein Schedule zumeist fest vorgegeben, welcher zur Laufzeit üblicherweise nicht ohne weiteres geändert werden kann. Dabei erfolgt zumeist jede Datenübertragung auf einzelnen Segmenten für eine maximale Performance der Kommunikation innerhalb eines fein spezifizierten Zeitslots, der durch den zentralen Schedule vorgegeben ist. Die Übertragungen einer Kommunikationsverbindung entlang einzelner Netzsegmente sind dabei zumeist für eine minimale Latenz abgestimmt und derart gegeneinander im Zyklustakt verschoben, dass eine Weiterleitung von einem Switch zum nächsten ohne lange Wartezeiten erfolgen kann. Da auf einem Netzsegment stets zumeist nur eine Übertragung zeitgleich erfolgen kann und sich verschiedene Kommunikationsverbindungen mit unterschiedlichen Anforderungen einzelne Netzsegmente teilen, ist das Ermitteln eines derartigen zentralen Schedule für alle Verbindungen sehr komplex und aufwendig. Wenn im Betrieb eine neue Kommunikationsverbindung erforderlich wird, z.B. durch Hinzufügen neuer Komponenten oder Starten neuer Applikationen, muss zumeist der gesamte Schedule verändert oder komplett neu erstellt werden, um diese neue Kommunikationsverbindung integrieren zu können. Eine automatisch initiierte Änderung eines Schedules auf neue Kommunikationsverbindungen ist bei einem derartigen zentralen Konfigurationsansatz zumeist nicht möglich.The present method differs from conventional configuration options, for example from a central configuration approach or a decentralized configuration approach. For example, in the case of a central configuration approach, a schedule is usually predefined in a fixed manner, which usually cannot be easily changed at runtime. In most cases, each data transmission takes place on individual segments for maximum communication performance within a finely specified time slot that is specified by the central schedule. The transmissions of a communication link along individual network segments are mostly coordinated for minimal latency and shifted against each other in the cycle rate in such a way that forwarding from one switch to the next can take place without long waiting times. Since in most cases only one transmission can take place at the same time on a network segment and individual network segments are shared by different communication connections with different requirements, the determination of such a central schedule for all connections is very complex and time-consuming. If a new communication connection is required during operation, for example by adding new components or starting new applications, the entire schedule usually has to be changed or completely recreated in order to be able to integrate this new communication connection. An automatically initiated change from a schedule to a new one Communication connections are mostly not possible with such a central configuration approach.
Bei einem dezentralen Konfigurationsansatz wird herkömmlicherweise zumeist kein derartiger zentraler Schedule vorgegeben. Reservierungen für Ressourcen werden vielmehr „on demand“ vorgenommen, insbesondere im Zuge der Datenübertragung selbst bzw. kurz bevor diese durchgeführt werden soll. Hierbei kann eine Bandbreitenreservierung bei einer Kommunikationskonfiguration automatisch etabliert werden. Hierzu können entsprechende Algorithmen innerhalb der Netzwerkinfrastruktur, beispielsweise den Switches und Endknoten, implementiert werden, bei denen sich eine Reservierungsanfrage vom Sender zum Empfänger durch das Netzwerk ausbreitet und entlang des Weges direkt eine Reservierung vornimmt. Während dieser Ansatz zwar ohne eine zentrale Konfigurationseinheit auskommt, kann es jedoch zu einer hohen Latenz der Datenübertragungen kommen, da einzelne Kommunikationsverbindungen zumeist nicht über den gesamten Pfad effizient „gescheduled“ sind, sondern innerhalb ihrer Prioritätsklasse zumeist nach dem sog. „FIFO“ Prinzip („First In - First Out“) abgearbeitet werden.With a decentralized configuration approach, no such central schedule is usually specified. Rather, reservations for resources are made “on demand”, especially in the course of the data transfer itself or shortly before this is to be carried out. A bandwidth reservation can be established automatically during a communication configuration. For this purpose, appropriate algorithms can be implemented within the network infrastructure, for example the switches and end nodes, in which a reservation request propagates from the sender to the recipient through the network and makes a reservation directly along the way. While this approach manages without a central configuration unit, there can be a high latency of the data transmissions, since individual communication connections are usually not efficiently "scheduled" over the entire path, but mostly according to the so-called "FIFO" principle within their priority class ( “First In - First Out”).
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, vorab bei der Netzwerkkonfiguration einen Ablaufplan bzw. Schedule zu bestimmen, welcher dennoch im Betrieb dynamisch verändert werden kann. Im Gegensatz zu einem dezentralen Konfigurationsansatz kann mittels des vorliegenden Verfahrens insbesondere eine höhere Performance und eine geringere Latenz erreicht werden, da die vorab ermittelten Reservierungen aufeinander abgestimmt und insbesondere in Abhängigkeit von bekannten Eigenschaften der jeweiligen Kommunikationsverbindungen bestimmt werden können. Ferner können die Reservierungen und der Ablaufplan weniger komplex und weniger aufwendig als bei einem zentralen Konfigurationsansatz durchgeführt werden. Einzelne Reservierungen bzw. einzelne Einträge des Ablaufplans können im Betrieb aufwandsarm verändert werden, um auf veränderte Kommunikationsverbindungen zu reagieren, ohne dass dabei ein komplett neuer Ablaufplan erstellt wird.The present invention makes it possible to determine a flow chart or schedule in advance during the network configuration, which can nevertheless be changed dynamically during operation. In contrast to a decentralized configuration approach, the present method can in particular achieve higher performance and lower latency, since the reservations determined in advance can be coordinated with one another and, in particular, determined as a function of known properties of the respective communication connections. Furthermore, the reservations and the schedule can be carried out less complex and less expensive than with a central configuration approach. Individual reservations or individual entries in the schedule can be changed with little effort during operation in order to react to changed communication connections without creating a completely new schedule.
Wenn im Betrieb eine Datenübertragung durchgeführt werden soll, wird vorteilhafterweise bestimmt, ob diese Datenübertragung mittels einer oder mehrerer der reservierten Ressourcen des Ablaufplans durchgeführt wird. Insbesondere kann überprüft werden, ob diese durchzuführende Datenübertragung einer der erwarteten Datenübertragungen entspricht. In diesem Fall kann diese Datenübertragung insbesondere mittels der entsprechend reservierten Ressourcen durchgeführt werden. Die entsprechende Datenübertragung nimmt somit ihre reservierten Ressourcen in Anspruch, welche im Betrieb zweckmäßigerweise gemäß dem Ablaufplan bereitgestellt werden.If a data transmission is to be carried out during operation, it is advantageously determined whether this data transmission is carried out by means of one or more of the reserved resources of the schedule. In particular, it can be checked whether this data transmission to be carried out corresponds to one of the expected data transmissions. In this case, this data transfer can in particular be carried out using the appropriately reserved resources. The corresponding data transmission thus uses its reserved resources, which are expediently made available during operation in accordance with the schedule.
Wenn hingegen eine unerwartete Datenübertragung durchgeführt werden soll, kann diese Datenübertragung bei Bedarf mittels Ressourcen durchgeführt werden, welche vorab für eine andere Datenübertragung reserviert wurden. Insbesondere kann anhand eines vorgebbaren Kriteriums bestimmt werden, mittels welchen der reservierten Ressourcen diese unerwartete Datenübertragung durchgeführt wird.If, on the other hand, an unexpected data transfer is to be carried out, this data transfer can, if necessary, be carried out using resources which have been reserved in advance for another data transfer. In particular, on the basis of a specifiable criterion, it can be determined by means of which of the reserved resources this unexpected data transmission is carried out.
Mit den datenübertragungsrelevanten Erwartungswerten können gegebenenfalls nicht alle Datenübertragungen vorhergesagt werden, welche im Betrieb tatsächlich durchgeführt werden, oder es können gegebenenfalls Datenübertragungen vorhergesagt werden, welche im Betrieb vielleicht überhaupt nicht oder nur sehr selten durchgeführt werden. Durch die Bestimmung zur Laufzeit, welche Datenübertragung welche der reservierten Ressourcen in Anspruch nimmt, kann flexibel auf derartige mögliche Ungenauigkeiten der datenübertragungsrelevanten Erwartungswerte und somit der heuristischen Betrachtung sowie ferner auf mögliche unerwartete Veränderungen im Netzwerk reagiert werden. Die Reservierungen dienen zweckmäßigerweise als Platzhalter, die bei Bedarf dynamisch an die tatsächlich durchzuführenden Datenübertragungen angepasst werden können. Der vorab vor Beginn der Laufzeit bestimmte Ablaufplan mit reservierten Ressourcen wird besonders zweckmäßig im Betrieb mit konkreten Kommunikationsverbindungen ausgefülltWith the expected values relevant to data transmission, it may not be possible to predict all data transmissions which are actually carried out during operation, or data transmissions can possibly be predicted which may not be carried out at all or only very rarely during operation. By determining at runtime which data transmission uses which of the reserved resources, it is possible to react flexibly to such possible inaccuracies in the expected values relevant to data transmission and thus to the heuristic view and also to possible unexpected changes in the network. The reservations are expediently used as placeholders which, if necessary, can be dynamically adapted to the data transfers actually to be carried out. The schedule with reserved resources, determined in advance before the start of the runtime, is particularly expediently filled in during operation with specific communication connections
Wenn somit im Betrieb neue Kommunikationsverbindungen bzw. Datenübertragungen zu dem Netzwerk hinzukommen, ist es insbesondere nicht nötig, einen komplett neuen Ablaufplan zu erstellen und sämtliche Ressourcen neu zu konfigurieren. Stattdessen können die vorab reservierten Ressourcen im Betrieb flexibel umverteilt werden. Somit wird besonders zweckmäßig eine dynamische Anpassung und eine zumindest teilweise Umkonfiguration der Ressourcenreservierungen und des Ablaufplans ermöglicht.If, therefore, new communication connections or data transmissions to the network are added during operation, it is in particular not necessary to create a completely new schedule and to reconfigure all resources. Instead, the resources reserved in advance can be flexibly redistributed during operation. In this way, a dynamic adaptation and an at least partial reconfiguration of the resource reservations and the schedule is made possible in a particularly expedient manner.
Als vorgebbares Kriterium kann beispielsweise berücksichtigt werden, ob die unerwartete Datenübertragung ähnlich zu einer der erwarteten Datenübertragungen ist, beispielsweise ob die entsprechende Kommunikationsverbindung zumindest teilweise über dieselben Switches und Konten verläuft, wie für eine der erwarteten Datenübertragungen. Die entsprechenden Ressourcen können beispielsweise dauerhaft der neuen Datenübertragung zugewiesen werden oder die ursprünglich reservierte und die neue Datenübertragung können sich die Ressourcen auch aufteilen. Zweckmäßigerweise können auch zusätzlich als Reserve reservierte Ressourcen für diese unerwartete Datenübertragung verwendet werden.As a prescribable criterion it can be taken into account, for example, whether the unexpected data transmission is similar to one of the expected data transmissions, for example whether the corresponding communication link runs at least partially over the same switches and accounts as for one of the expected data transmissions. The corresponding resources can, for example, be permanently assigned to the new data transmission or the originally reserved and the new data transmission can also split the resources. Appropriately can also resources reserved as reserve for this unexpected data transfer can also be used.
Derartige unerwartete Datenübertragungen können beispielsweise auftreten, wenn im Betrieb des Netzwerks ein neuer Netzwerkteilnehmer dem Netzwerk hinzugefügt wird oder eine neue Applikation in dem Netzwerk ausgeführt wird. Ferner kann es beispielsweise zu unerwarteten Datenübertragungen kommen, wenn Netzwerkteilnehmer unerwartet miteinander kommunizieren möchten, deren Datenübertragung während der Planungsphase nicht abgeschätzt wurde, beispielsweise durch einen Fehler oder eine Ungenauigkeit der datenübertragungsrelevanten Erwartungswerte. Auf derartige Ungenauigkeiten bzw. Fehler kann dennoch im Betrieb flexibel reagiert werden, so dass es insbesondere nicht zu Konflikten im Ablaufplan und bei der Abarbeitung der durchzuführenden Datenübertragungen kommt.Such unexpected data transfers can occur, for example, when a new network subscriber is added to the network during operation of the network or a new application is executed in the network. Furthermore, unexpected data transmissions can occur, for example, if network participants want to communicate with one another unexpectedly, whose data transmission was not estimated during the planning phase, for example due to an error or an inaccuracy of the expected values relevant to data transmission. It is nevertheless possible to react flexibly to such inaccuracies or errors during operation, so that there are in particular no conflicts in the schedule and when processing the data transfers to be carried out.
Wird zur Laufzeit eine neue Kommunikationsverbindung etabliert, wird zweckmäßigerweise ermittelt, über welche bereits reservierten Kommunikationsverbindungen eine entsprechende Datenquelle mit einer entsprechenden Datensenke verbunden werden kann. Anschließend wird der Stream bzw. Datenstrom insbesondere innerhalb der vorab abgestimmten Reservierungen eingebucht. Beispielsweise kann eine Rückmeldung über den zu verwendenden Netzwerkpfad durch einen einfachen, zentralen Algorithmus erfolgen, der innerhalb der Reservierungen einen möglichen Pfad ermittelt. Alternativ könnten zweckmäßigerweise Routing-Tabellen von Switches derart angepasst werden, dass die Verbindungen automatisch entlang der Reservierungen verlaufen.If a new communication connection is established during runtime, it is expediently determined via which communication connections already reserved a corresponding data source can be connected to a corresponding data sink. The stream or data stream is then booked in, in particular within the previously agreed reservations. For example, feedback about the network path to be used can be provided by a simple, central algorithm that determines a possible path within the reservations. Alternatively, switch routing tables could expediently be adapted in such a way that the connections automatically run along the reservations.
Wenn im Betrieb eine reservierte Ressource von einer jeweiligen abgeschätzten erwarteten Datenübertragung nicht in Anspruch genommen wird und eine andere Datenübertragung durchgeführt werden soll, für welche insbesondere keine Ressourcen reserviert sind, wird diese andere Datenübertragung vorzugsweise unter einer vorgebbaren Bedingung mittels dieser reservierte Ressource durchgeführt. Beispielsweise kann die entsprechende abgeschätzte Datenübertragung ihre reservierte Ressource in diesem Fall noch nicht oder zu einem aktuellen Zeitpunkt gerade nicht in Anspruch nehmen. Ebenso ist es denkbar, dass die abgeschätzte Datenübertragung die reservierte Ressource überhaupt nicht in Anspruch nimmt, etwa aufgrund eines Fehlers oder einer Ungenauigkeit der datenübertragungsrelevanten Erwartungswerte. In diesem Fall kann die Ressource an die andere Datenübertragung umverteilt werden, je nach konkretem Fall temporär oder auch dauerhaft. Insbesondere kann es sich bei dieser anderen Datenübertragung um eine niederpriorisierte Übertragung handeln, welche insbesondere eine geringere Priorität besitzt als die eigentlich erwartete Datenübertragung und für welche beispielsweise höhere Latenzzeiten erlaubt sind. Als entsprechende Bedingung kann zweckmäßigerweise vorgegeben werden, dass die Ressource wieder freigegeben wird, bis die jeweilige erwartete Datenübertragung diese in Anspruch nimmt, so dass es insbesondere zu keiner Kollision der erwarteten und der anderen Datenübertragung kommt.If a reserved resource is not used by a respective estimated expected data transmission during operation and another data transmission is to be carried out, for which in particular no resources are reserved, this other data transmission is preferably carried out under a predeterminable condition using this reserved resource. For example, the corresponding estimated data transmission cannot yet use its reserved resource in this case or cannot use it at a current point in time. It is also conceivable that the estimated data transmission does not use the reserved resource at all, for example due to an error or an inaccuracy of the expected values relevant to the data transmission. In this case, the resource can be redistributed to the other data transmission, temporarily or permanently, depending on the specific case. In particular, this other data transmission can be a transmission with a lower priority, which in particular has a lower priority than the actually expected data transmission and for which, for example, higher latency times are permitted. As a corresponding condition, it can expediently be specified that the resource is released again until the respective expected data transmission takes it up, so that there is in particular no collision between the expected and the other data transmission.
Die vorab reservierten Ressourcen können somit zweckmäßigerweise so lange für andere Prioritätsklassen genutzt werden, bis sie von den entsprechenden Kommunikationsverbindungen benötigt werden. Beispielsweise können die Reservierung zu diesem Zweck über einen Status z.B. in aktiv und inaktiv unterteilt werden. Die vorab berechneten Reservierungen können zunächst zweckmäßigerweise als „inaktiv reserviert“ oder „pre-scheduled“ bezeichnet werden. Somit kann angezeigt werden, in welchen Zeitschlitz Reservierungen gelegt werden können. Die Bandbreite ist dann beispielsweise durch andere Prioritätsklassen weiter nutzbar. Wird zur Laufzeit eine Verbindung (sog. Stream) aufgebaut, um eine erwartete Datenübertragung durchzuführen, wird zweckmäßigerweise der entsprechende Anteil innerhalb der bisher „inaktiv reservierten“ Bandbreite als „aktiv reserviert“ belegt. Die Bandbreite steht dann insbesondere exklusiv für die erwartete Datenübertragung zur Verfügung.The resources reserved in advance can therefore expediently be used for other priority classes until they are required by the corresponding communication links. For example, the reservation can be divided into active and inactive for this purpose using a status. The reservations calculated in advance can initially be appropriately designated as “inactive reserved” or “pre-scheduled”. In this way it can be indicated in which time slot reservations can be placed. The bandwidth can then continue to be used, for example, through other priority classes. If a connection (so-called stream) is established during runtime in order to carry out an expected data transmission, the corresponding portion of the previously “inactively reserved” bandwidth is appropriately assigned as “actively reserved”. The bandwidth is then available in particular exclusively for the expected data transmission.
Vorteilhafterweise wird das Netzwerk im Zuge einer Überprüfungs- bzw. Testphase gemäß dem bestimmten Ablaufplan betrieben. Der Ablaufplan und somit insbesondere die reservierten Ressourcen und ferner die datenübertragungsrelevanten Erwartungswerte werden überprüft, insbesondere auf Fehler und/oder Optimierungspotential hin. Zweckmäßigerweise wird überprüft, wie präzise durch die datenübertragungsrelevanten Erwartungswerte der Datenverkehr im Betrieb vorhergesagt wurde und wie effektiv aufgrund dieser Vorhersagen die Ressourcen reserviert und der Ablaufplan erstellt wurden. In Abhängigkeit von einem Ergebnis dieser Überprüfung wird vorteilhafterweise bestimmt, ob die datenübertragungsrelevanten Erwartungswerte angepasst werden und ob mit Hilfe entsprechend angepasster datenübertragungsrelevanter Erwartungswerte ein angepasster Ablaufplan für den weiteren laufenden Betrieb des Netzwerks bestimmt wird. Wenn im Zuge der Überprüfung beispielsweise ein Fehler oder Optimierungspotential erkannt wird, können die datenübertragungsrelevanten Erwartungswerte korrigiert und angepasst werden. Die datenübertragungsrelevanten Erwartungswerte können lokal lernend ausgestaltet sein, so dass der Ablaufplan innerhalb der Überprüfungsphase überprüft und die Erwartungswerte bei Bedarf angepasst werden kann. Da die mit Hilfe der datenübertragungsrelevanten Erwartungswerte getroffenen Abschätzungen von dem tatsächlichen Betrieb des Netzwerks abweichen können, können die Erwartungswerte bzw. deren Ergebnisse in der Überprüfungsphase mit den tatsächlich durchzuführenden Datenübertragungen verglichen werden. Die Erwartungswerte und somit die heuristische Betrachtung kann somit verbessert werden, um die Wahrscheinlichkeit für Konflikte zu minimieren. Insbesondere kann somit ein lernender heuristischer Algorithmus bereitgestellt werden.The network is advantageously operated in the course of a checking or test phase in accordance with the specific schedule. The schedule and thus in particular the reserved resources and also the expected values relevant to data transmission are checked, in particular for errors and / or optimization potential. It is expedient to check how precisely the data traffic during operation was predicted by the data transfer-relevant expected values and how effectively the resources were reserved and the schedule created on the basis of these predictions. Depending on a result of this check, it is advantageously determined whether the expected values relevant to data transmission are adapted and whether an adapted schedule for the ongoing operation of the network is determined with the aid of correspondingly adapted expected values relevant to data transmission. If, for example, an error or optimization potential is recognized in the course of the check, the expected values relevant to data transmission can be corrected and adapted. The data transfer-relevant expected values can be designed to be locally learning, so that the schedule can be checked within the review phase and the expected values can be adjusted if necessary. Since the estimates made with the help of the data transfer-relevant expected values can deviate from the actual operation of the network, the expected values or their results can be compared in the verification phase with the data transfers actually to be carried out. The expected values and thus the heuristic view can thus be improved in order to minimize the probability of conflicts. In particular, a learning heuristic algorithm can thus be provided.
Vorzugsweise wird die Überprüfungsphase vor Beginn des eigentlichen Betriebs des Netzwerks und/oder zu Betriebsbeginn des Netzwerks durchgeführt.The checking phase is preferably carried out before the actual operation of the network and / or at the start of operation of the network.
Alternativ oder zusätzlich wird die Überprüfungsphase bevorzugt im Betrieb des Netzwerks in vorgebbaren Zeitabständen durchgeführt. Die Überprüfung und, sofern notwendig, die Anpassung der Heuristik und des Ablaufplans können während des regulären Betriebs zweckmäßigerweise wiederholt werden, beispielsweise in regelmäßigen, fest vorgegebenen Abständen oder auch in flexiblen Abständen, welche beispielsweise in Abhängigkeit von dem Ergebnis der jeweiligen Überprüfung vorgegeben werden können.As an alternative or in addition, the checking phase is preferably carried out during operation of the network at predefinable time intervals. The check and, if necessary, the adaptation of the heuristic and the flow chart can expediently be repeated during regular operation, for example at regular, fixed intervals or also at flexible intervals, which can be specified, for example, depending on the result of the respective check.
Vorteilhafterweise wird ferner eine zusätzliche Menge an Ressourcen als eine Reserve reserviert. Somit werden insbesondere im Zuge der Konfiguration nicht nur für die zu erwartenden Datenübertragungen Ressourcen des Netzwerks reserviert, sondern es wird zweckmäßigerweise eine bestimmte Menge an Ressourcen zusätzlich reserviert, aber keiner Datenübertragung zugeordnet. Diese Reserve an reservierten Ressourcen kann im Betrieb beispielsweise für unerwartete Datenübertragungen zur Verfügung gestellt werden oder beispielsweise auch für erwartete Datenübertragungen, welche jedoch mehr Ressourcen benötigen, als für sie reserviert sind.Furthermore, an additional amount of resources is advantageously reserved as a reserve. Thus, particularly in the course of the configuration, resources of the network are not only reserved for the data transmissions to be expected, but a certain amount of resources is expediently additionally reserved, but not assigned to any data transmission. This reserve of reserved resources can be made available during operation, for example, for unexpected data transfers or, for example, also for expected data transfers which, however, require more resources than are reserved for them.
Vorteilhaferweise umfassen die datenübertragungsrelevanten Informationen eine Klassifizierung der einzelnen Netzwerkteilnehmer, beispielsweise eine Art oder einen Typ der jeweiligen Netzwerkteilnehmer, von welcher mit Hilfe der datenübertragungsrelevanten Erwartungswerte insbesondere darauf geschlossen werden kann, ob und wenn ja mit welchen weiteren Netzwerkteilnehmern dieser Netzwerkteilnehmer Daten austauschen wird. Insbesondere können dadurch auch spezielle Netzwerkteilnehmer spezifiziert und klassifiziert werden, die einen erhöhten Datenverkehr vermuten lassen. Zu dieser Klasse gehören beispielsweise Instanzen wie Linien-Server, Edge-Clouds, zentrale Steuerungsrechner, Kl-Rechen-Cluster, Datenbanksysteme usw. Derartige Systeme sind insbesondere zentrale Knoten in einer Domäne oder im gesamten Netzwerk und haben als Datensenke einen höheren Datenaustausch als andere Knoten. Die Spezifikation im Netzwerk kann sowohl auf Basis der Zugehörigkeit zu einem Switch als auch auf Basis eines oder mehrerer konkreter Ports am Switch erfolgen, dessen bzw. deren Verwendung dann in der physischen Umsetzung sicherzustellen ist. Insbesondere können auch redundante Pfade berücksichtigt werden.Advantageously, the data transmission-relevant information includes a classification of the individual network participants, for example a type or a type of the respective network participants, from which, with the aid of the data transmission-relevant expected values, it can be concluded in particular whether and, if so, with which other network participants this network participant will exchange data. In particular, it is also possible to specify and classify special network participants that suggest increased data traffic. This class includes, for example, instances such as line servers, edge clouds, central control computers, Kl computing clusters, database systems, etc. Such systems are in particular central nodes in a domain or in the entire network and, as a data sink, have a higher data exchange rate than other nodes . The specification in the network can be based on the affiliation to a switch as well as on the basis of one or more specific ports on the switch, the use of which must then be ensured in the physical implementation. In particular, redundant paths can also be taken into account.
Alterativ oder zusätzlich umfassen die datenübertragungsrelevanten Informationen vorzugsweise Informationen über eine Unterteilung des Netzwerks in insbesondere lokale Teilnetzwerke, insbesondere in Domänen oder Segmente. Insbesondere kann in derartigen Teilnetzwerken eine erhöhte Kommunikation einzelner Netzwerkteilnehmer untereinander zu erwarten sein, da die Teilnehmer einer logischen Verknüpfung unterliegen.Alternatively or additionally, the data transmission-relevant information preferably includes information about a subdivision of the network into, in particular, local sub-networks, in particular into domains or segments. In particular, increased communication between individual network subscribers can be expected in such sub-networks, since the subscribers are subject to a logical link.
Alterativ oder zusätzlich umfassen die datenübertragungsrelevanten Informationen bevorzugt Informationen über eine Klassifizierung von Netzwerkteilnehmern einzelner Teilnetzwerke. Innerhalb der einzelnen Teilnetzwerke können die einzelnen Netzwerkteilnehmer somit nochmals weiter spezifiziert werden, um rückschließen zu können, welche Netzwerkteilnehmer in einem Teilnetzwerk erhöht miteinander kommunizieren werden.As an alternative or in addition, the information relevant to data transmission preferably includes information about a classification of network subscribers of individual sub-networks. Within the individual sub-networks, the individual network subscribers can thus be further specified again in order to be able to infer which network subscribers in a sub-network will communicate with one another to a greater extent.
Vorteilhafterweise basiert das Kommunikationssystem zumindest zum Teil auf Ethernet und/oder auf IEEE 802-Standards und/oder auf TSN-Standards. Das Kommunikationssystem dient dabei zweckmäßigerweise zur Vernetzung von Komponenten einer Maschine der Automatisierungstechnik. Zweckmäßigerweise ist das Kommunikationssystem ein auf Ethernet basierender echtzeitfähiger Feldbus, z.B. Sercos, EtherCAT, Profinet, Ethernet/IP usw. IEEE 802 beinhaltet eine Reihe von Normen bzw. Standards im Bereich lokaler, insbesondere kabelgebundener Netzwerke, insbesondere Ethernet-Netzwerke. „Time Sensitive Networking“ (TSN) stellt eine Reihe von Standards bzw. Normen dar, welche sich unter anderem mit der Synchronisation von Netzwerkteilnehmern in einem Netzwerk befassen, insbesondere um Echtzeitanforderungen zu erfüllen, insbesondere bei Datenübertragung über Ethernet. TSN-Standards gewinnen im Zuge der Industrie 4.0 immer mehr an Bedeutung.The communication system is advantageously based at least in part on Ethernet and / or on IEEE 802 standards and / or on TSN standards. The communication system expediently serves to network components of a machine in automation technology. The communication system is expediently an Ethernet-based real-time field bus, e.g. Sercos, EtherCAT, Profinet, Ethernet / IP, etc. IEEE 802 contains a number of norms or standards in the area of local, in particular wired networks, in particular Ethernet networks. "Time Sensitive Networking" (TSN) represents a series of standards or norms which, among other things, deal with the synchronization of network participants in a network, in particular in order to meet real-time requirements, in particular for data transmission via Ethernet. TSN standards are becoming more and more important in the course of Industry 4.0.
Ebenso kann das Kommunikationssystem zumindest zum Teil drahtlos ausgebildet sein. Vorzugsweise umfasst das Kommunikationssystem ein echtzeitfähiges Mobilfunknetz und/oder basiert zumindest zum Teil auf 5G-Standards. 5G ist nach UMTS (3G) und LTE (4G) die fünfte Generation der sog. ‚Next Generation Mobile Networks‘ (kurz NGMN), einem Projekt von Mobilfunkfirmen und Mobilfunkausrüstern zur Entwicklung von Mobilfunkgenerationen. 5G baut auf seinem direkten Vorgänger 4G auf, besitzt im Vergleich zu diesem jedoch erhebliche Verbesserungen, insbesondere ein deutlich verbessertes Echtzeitverhalten.The communication system can also be designed to be at least partially wireless. The communication system preferably comprises a real-time capable mobile radio network and / or is based at least in part on 5G standards. After UMTS (3G) and LTE (4G), 5G is the fifth generation of the so-called 'Next Generation Mobile Networks' (NGMN for short), a project by cell phone companies and cell phone suppliers to develop cell phone generations. 5G builds on its direct predecessor 4G, but has considerable compared to this Improvements, especially a significantly improved real-time behavior.
Besonders vorteilhaft basiert das Kommunikationssystem auf TSN-Standards und 5G-Standards. Beispielsweise können Netzwerkteilnehmer in einzelnen Teilnetzwerken mittels TSN-Standards (kabelgebunden) vernetzt sein und in anderen Teilnetzwerken mittels 5G-Standards (drahtlos). Ebenso können beispielsweise einzelne TSN-basierte Teilnetzwerke über drahtlose Verbindungen gemäß 5G-Standards miteinander verbunden sein oder vice versa können auch einzelne drahtlose 5G-Teilnetzwerke über kabelgebundene Verbindungen gemäß TSN-Standards miteinander verbunden sein.The communication system is particularly advantageously based on TSN standards and 5G standards. For example, network participants can be networked in individual sub-networks using TSN standards (wired) and in other sub-networks using 5G standards (wireless). Likewise, for example, individual TSN-based subnetworks can be connected to one another via wireless connections in accordance with 5G standards, or vice versa, individual wireless 5G subnetworks can also be connected to one another via wired connections in accordance with TSN standards.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die Netzwerkteilnehmer jeweils als eine Komponente einer Maschine bzw. Anlage ausgebildet, welche über das Netzwerk miteinander vernetzt sind. Derartige Maschinenkomponenten können beispielsweise als Feldgeräte ausgebildet sein, z.B. als Sensoren, Aktoren usw., oder auch als Steuerungen, z.B. als CNC-Steuerung (Computerized Numerical Control), RC-Steuerung (Robot Control), PAC-Steuerung (Programmable Automation Controller), NC-Steuerung (Numerical Control), speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), Motion-Logic-Steuerung (MC - Motion Control) usw.According to a particularly preferred embodiment, the network participants are each designed as a component of a machine or system, which are networked with one another via the network. Such machine components can, for example, be designed as field devices, e.g. as sensors, actuators, etc., or also as controls, e.g. as CNC control (Computerized Numerical Control), RC control (Robot Control), PAC control (Programmable Automation Controller), NC control (numerical control), programmable logic controller (PLC), motion logic control (MC - Motion Control), etc.
Die Erfindung eignet sich in vorteilhafter Weise für eine weite Bandbreite von Maschinen und Applikationen, beispielsweise für allgemeine Automatisierungen, Robotik, Semiconductor-Handling, Hydraulik-Stanzen/Pressen, Tunnelbohrmaschinen usw. Die Maschine kann insbesondere als eine Werkzeugmaschine, wie beispielsweise ein Schweißsystem, ein Schraubsystem, eine Drahtsäge oder eine Fräsmaschine, oder als eine Bahnbearbeitungsmaschine, wie z.B. eine Druckmaschine, eine Zeitungsdruckmaschine, eine Tiefdruck-, Siebdruckmaschine, eine Inline-Flexodruckmaschine oder eine Verpackungsmaschine ausgebildet sein. Die Maschine kann auch als eine (Band-) Anlage zur Herstellung eines Automobils oder zur Herstellung von Komponenten eines Automobils (z.B. Verbrennungsmotoren oder Steuergeräte) ausgebildet sein.The invention is advantageously suitable for a wide range of machines and applications, for example for general automation, robotics, semiconductor handling, hydraulic punching / pressing, tunnel boring machines, etc. The machine can in particular be used as a machine tool such as a welding system Screw system, a wire saw or a milling machine, or be designed as a web processing machine, such as a printing machine, a newspaper printing machine, a gravure printing, screen printing machine, an inline flexographic printing machine or a packaging machine. The machine can also be designed as a (conveyor) system for the manufacture of an automobile or for the manufacture of components of an automobile (e.g. internal combustion engines or control units).
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät einer Druckmaschine, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.A computing unit according to the invention, for example a control unit of a printing press, is set up, in particular in terms of programming, to carry out a method according to the invention.
Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.The implementation of a method according to the invention in the form of a computer program or computer program product with program code for performing all method steps is advantageous, since this causes particularly low costs, especially if an executing control device is used for other tasks and is therefore available anyway. Suitable data carriers for providing the computer program are, in particular, magnetic, optical and electrical memories, such as hard drives, flash memories, EEPROMs, DVDs, etc. A program can also be downloaded via computer networks (Internet, intranet, etc.).
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention emerge from the description and the accompanying drawing.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The invention is shown schematically in the drawing using exemplary embodiments and is described in detail below with reference to the drawing.
FigurenlisteFigure list
-
1 zeigt schematisch eine Anlage mit Maschinenkomponenten, die in einem Netzwerk vernetzt sind, und die einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zugrunde liegen kann.1 shows schematically a system with machine components which are networked in a network and which can be the basis of a preferred embodiment of a method according to the invention. -
2 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens als ein Blockdiagramm.2 shows schematically a preferred embodiment of a method according to the invention as a block diagram.
Detaillierte Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing
In
Die Anlage kann beispielsweise eine erste Maschine
Zu diesem Zweck weisen die Maschinen
Beispielsweise können die miteinander vernetzten Komponenten
Die einzelnen Netzwerkteilnehmer bzw. Komponenten sind mittels einer zweckmäßigen Topologie miteinander vernetzt, besonders zweckmäßig mittels einer Linientopologie oder einer Ringtopologie. Dabei kann insbesondere auch eine Redundanz von Verbindungen vorhanden sein. Beispielsweise können in unterschiedlichen Domänen auch unterschiedliche Topologien vorgesehen sein.The individual network participants or components are networked with one another by means of an appropriate topology, particularly expediently by means of a line topology or a ring topology. In particular, there can also be redundancy of connections. For example, different topologies can also be provided in different domains.
Es versteht sich, dass die Anlage noch weitere Komponenten aufweisen kann und dass das Netzwerk
Damit die Bewegungen des Fließbands und des Roboters synchron und aufeinander abgestimmt ablaufen können, ist es von Bedeutung, dass eine Datenübertragung zwischen den einzelnen miteinander vernetzten Maschinenkomponenten
Das Kommunikationssystem
Ferner sind insbesondere diejenigen Komponenten des Netzwerks, welche eine Zeitplanung unterstützen, miteinander synchronisiert und verfügen somit über eine gemeinsame Zeitbasis. Zweckmäßigerweise können sämtliche Komponenten des Netzwerks miteinander synchronisiert sein.Furthermore, in particular those components of the network that support time planning are synchronized with one another and thus have a common time base. All components of the network can expediently be synchronized with one another.
Um ferner eine echtzeitfähige Kommunikation über das Netzwerk
Zu diesem Zweck wird das Netzwerk
In einem Vorbereitungsschritt
Beispielsweise können diese datenübertragungsrelevanten Informationen die Unterteilung des Netzwerks
Basierend auf diesen datenübertragungsrelevanten Informationen wird im Zuge einer Planungs- bzw. Konfigurationsphase
In Abhängigkeit von diesen bestimmten datenübertragungsrelevanten Informationen werden in Schritt
Beispielsweise kann zu erwarten sein, dass die einzelnen Sensoren
Ferner kann beispielsweise ein erhöhter Datenverkehr von den Steuerungen
Ebenso kann ein vermehrter Datenaustausch von den Steuerungen
In Schritt
Ferner wird in Schritt
Mit den datenübertragungsrelevanten Erwartungswerten kann üblicherweise nicht mit Sicherheit bestimmt werden, welche Datenübertragungen im Betrieb tatsächlich durchgeführt werden. Da der entsprechende heuristische Algorithmus basierend auf den datenübertragungsrelevanten Erwartungswerten mittels mutmaßender Schlussfolgerungen abschätzt, zu welchen Datenübertragungen es kommen könnte, kann es zu einer Diskrepanz zwischen erwarteten und tatsächlichen Datenübertragungen kommen.With the expected values relevant to data transmission, it is usually not possible to determine with certainty which data transmissions are actually carried out during operation. Since the corresponding heuristic algorithm uses presumptive conclusions to estimate which data transmissions could occur based on the data transmission-relevant expected values, there may be a discrepancy between expected and actual data transmissions.
Um die datenübertragungsrelevanten Erwartungswerte und deren Ergebnisse auf Fehler und/oder Optimierungspotential hin zu überprüfen, wird zweckmäßigerweise eine Test- bzw. Überprüfungsphase
In Schritt
Bei Abweichungen und Kollisionen zwischen tatsächlich durchgeführt und erwarteten Datenübertragungen werden die datenübertragungsrelevanten Erwartungswerten in Schritt
Falls jedoch die tatsächlichen und die erwarteten Datenübertragungen zumindest im Wesentlichen übereinstimmen, können auch keine Änderungen an den datenübertragungsrelevanten Erwartungswerten vorgenommen werden und der ursprünglich bestimmte Ablaufplan kann für den laufenden Betrieb des Netzwerks
Ein Block
Wenn im Betrieb
Wenn eine der abgeschätzten zu erwartenden Datenübertragungen tatsächlich durchgeführt werden soll, wird diese Datenübertragung in Schritt
Wenn im Betrieb
Beispielsweise kann es zu derartigen unerwarteten Datenübertragung kommen, wenn der Anlage neue Komponenten und somit dem Netzwerk
In Schritt
Wenn beispielsweise ein neuer Sensor der ersten Maschine
Ferner besteht die Möglichkeit, vorab reservierte Ressourcen so lange für andere Prioritätsklassen zu nutzen, wie keine erwarteten Datenübertragungen werden. Zu diesem Zweck kann in Schritt
Claims (15)
Priority Applications (1)
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DE102020207119.5A DE102020207119A1 (en) | 2020-06-08 | 2020-06-08 | Procedure for configuring a network |
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Citations (4)
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EP2165471B1 (en) | 2007-04-13 | 2016-05-25 | Hart Communication Foundation | Synchronizing timeslots in a wireless communication protocol |
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2020
- 2020-06-08 DE DE102020207119.5A patent/DE102020207119A1/en active Pending
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