DE102020207744A1

DE102020207744A1 - Method for operating a real-time-based communication system, communication system and communication unit

Info

Publication number: DE102020207744A1
Application number: DE102020207744.4A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Arnold Leurs; Andreas Selig; Felix Groessl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-06-23
Filing date: 2020-06-23
Publication date: 2021-12-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines echtzeit-basierten Kommunikationssystems (100), bei dem mehrere Kommunikationseinheiten (110a, 110b) über ein Kommunikationsmedium (120) Daten mittels Nachrichten austauschen, wobei, wenn in einer als Empfänger (110b) verwendeten Kommunikationseinheit eine Aktion ausgeführt werden soll, eine Laufzeit einer Nachricht, von einem Anfangszeitpunkt bis zum vollständigen Empfang durch den Empfänger (110b), ermittelt wird, wobei ein Ausführungszeitpunkt (tA) für die Aktion und/oder ein Sendezeitpunkt (ts) zum Versenden der Nachricht (200) durch eine als Sender (110a) verwendete Kommunikationseinheit in Abhängigkeit von der Laufzeit bestimmt werden, und wobei die Aktion zu dem bestimmten Ausführungszeitpunkt ausgeführt und/oder die Nachricht durch den Sender zu dem Sendezeitpunkt versendet werden, sowie ein Kommunikationssystem und eine KommunikationseinheitThe invention relates to a method for operating a real-time-based communication system (100), in which a plurality of communication units (110a, 110b) exchange data via a communication medium (120) by means of messages, with when in a communication unit used as a receiver (110b) an action is to be executed, a runtime of a message, from an initial time to complete receipt by the recipient (110b), is determined, with an execution time (tA) for the action and/or a transmission time (ts) for sending the message (200) are determined by a communication unit used as a sender (110a) depending on the runtime, and wherein the action is carried out at the specific execution time and/or the message is sent by the sender at the time of transmission, as well as a communication system and a communication unit

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines echtzeit-basierten Kommunikationssystems, bei dem mehrere Kommunikationseinheiten über ein Kommunikationsmedium Daten mittels Nachrichten austauschen, ein solches Kommunikationssystem sowie eine Kommunikationseinheit hierfür.The present invention relates to a method for operating a real-time-based communication system in which a plurality of communication units exchange data by means of messages over a communication medium, such a communication system and a communication unit for this purpose.

Stand der TechnikState of the art

Bei der Kommunikation zwischen Kommunikationseinheiten (auch als Teilnehmer oder Kommunikationsteilnehmer bezeichnet) über ein Kommunikationsmedium können Daten in Form von Nachrichten (oder Telegrammen) ausgetauscht werden, insbesondere indem die relevanten Daten in Nachrichten geschrieben werden. Typische echtzeit-basierte Kommunikationssysteme sind solche auf Basis von Ethernet, vorzugsweise sog. „Time Sensitive Networking“-Kommunikationssysteme (TSN). Echtzeit-basiert bedeutet, dass der Empfang einer Nachricht zu einem vorgegebenen Zeitpunkt bzw. innerhalb einer vorgegebenen Zeit sichergestellt ist.When communicating between communication units (also referred to as participants or communication participants) via a communication medium, data can be exchanged in the form of messages (or telegrams), in particular by writing the relevant data in messages. Typical real-time-based communication systems are those based on Ethernet, preferably so-called “Time Sensitive Networking” communication systems (TSN). Real-time-based means that the receipt of a message is ensured at a specified point in time or within a specified time.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Betreiben eines echtzeit-basierten Kommunikationssystems, ein solches echtzeit-basiertes Kommunikationssystem sowie eine Kommunikationseinheit hierfür mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method for operating a real-time-based communication system, such a real-time-based communication system and a communication unit for this purpose with the features of the independent claims are proposed. Advantageous refinements are the subject matter of the subclaims and the description below.

Die Erfindung beschäftigt sich mit einem Verfahren zum Betreiben eines echtzeit-basierten Kommunikationssystems, bei dem mehrere Kommunikationseinheiten (oder Teilnehmer) über ein Kommunikationsmedium Daten mittels Nachrichten austauschen. Typischerweise handelt es sich bei einer der Kommunikationseinheiten um eine Master-Einheit, mit der Nachrichten erzeugt oder gesendet werden, und bei den übrigen Kommunikationseinheiten dann um Slave-Einheiten, mit denen Nachrichten empfangen werden. Allerdings können auch Slave-Einheiten Nachrichten versenden oder zumindest Daten in eine existierende Nachricht schreiben. Insofern kann auch jede der Kommunikationseinheiten sowohl Sender als auch Empfänger von Nachrichten sein.The invention is concerned with a method for operating a real-time-based communication system in which several communication units (or users) exchange data by means of messages over a communication medium. Typically, one of the communication units is a master unit with which messages are generated or sent, and the remaining communication units are then slave units with which messages are received. However, slave units can also send messages or at least write data in an existing message. In this respect, each of the communication units can also be both the sender and the recipient of messages.

Das Kommunikationsmedium weist zweckmäßigerweise Mittel zur elektrischen und/oder optischen Datenübertragung, z.B. (Kupfer-)Kabel und/oder Lichtleiter, auf, mittels welcher die Kommunikationseinheiten datenübertragend verbunden sind. Bei dem Kommunikationssystem kann es sich beispielsweise um ein ethernet-basiertes bzw. industrielles Kommunikationssystem bzw. Netzwerk, insbesondere vom „Industrial Ethernet“-Typ, handeln. Beispielsweise kann das Kommunikationssystem (und/oder wenigstens eine Komponente des Kommunikationssystems) dazu ausgebildet sein, zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise gemäß dem „Industrial Ethernet“-Protokoll „Sercos“, insbesondere „Sercos III“ und/oder gemäß dem Industrial Ethernet-Protokoll „EtherCAT“ zu arbeiten und/oder als sog. „Time Sensitive Networking“-Kommunikationssystem (TSN) zu arbeiten. Ein TSN-Kommunikationssystem ist z.B. ein Kommunikationssystem, das auf dem Ethernet-Standard (z.B. gemäß IEEE 802.1Q-2018) basiert und wenigstens eine Komponente, insbesondere einen Switch („TSN-Switch“), aufweist, die dazu ausgebildet ist, gemäß dem Standard IEEE 802.1Qbv zu arbeiten.The communication medium expediently has means for electrical and / or optical data transmission, e.g. (copper) cables and / or optical fibers, by means of which the communication units are connected in a data-transmitting manner. The communication system can be, for example, an Ethernet-based or industrial communication system or network, in particular of the “Industrial Ethernet” type. For example, the communication system (and / or at least one component of the communication system) can be designed to at least temporarily and / or at least partially according to the "Industrial Ethernet" protocol "Sercos", in particular "Sercos III" and / or according to the Industrial Ethernet protocol "EtherCAT" protocol to work and / or to work as a so-called "Time Sensitive Networking" communication system (TSN). A TSN communication system is, for example, a communication system that is based on the Ethernet standard (for example according to IEEE 802.1Q-2018) and has at least one component, in particular a switch (“TSN switch”), which is designed according to the Standard IEEE 802.1Qbv to work.

Eine typische und bevorzugte Anwendung eines solchen echtzeit-basierten Kommunikationssystem ist z.B. bei industriellen Steuerungen, bei denen Kommunikationseinheiten (dann typischerweise als Slave-Einheiten) über die Nachrichten Sollwerte für bestimmte Steuer- und/oder Regelgrößen empfangen und dann entsprechend Istwerte hierzu über Nachrichten versenden. Die einzelnen Kommunikationseinheiten könne hierzu dann z.B. in entsprechende Steuer- und/oder Regeleinrichtung oder SPS (Speicherprogrammierbare Steuerungen) integriert oder entsprechend daran angebunden sein.A typical and preferred application of such a real-time-based communication system is, for example, in industrial controls in which communication units (then typically as slave units) receive setpoint values for certain control and / or regulating variables via the messages and then send actual values for this via messages. For this purpose, the individual communication units can then, for example, be integrated into corresponding control and / or regulating devices or PLCs (programmable logic controllers) or connected to them accordingly.

Die Echtzeitfähigkeit eines solchen Kommunikationssystems ist insbesondere bei solchen industriellen Steuerungen ein entscheidendes Merkmal, sodass grundsätzlich Verbesserungsbedarf beim Timing, also der Planung bzw. Sicherstellung von Ausführungszeitpunkten von bestimmten Aktionen sowie - damit einhergehend - einer möglichst optimalen Ausnutzung von Bandbreite des Kommunikationsmediums besteht.The real-time capability of such a communication system is a decisive feature, especially in such industrial controls, so that there is a fundamental need for improvement in the timing, i.e. the planning or securing of execution times of certain actions and - associated with this - the optimal use of the bandwidth of the communication medium.

Vor diesem Hintergrund wird vorgeschlagen, dass, wenn in einer Kommunikationseinheit als Empfänger eine Aktion ausgeführt werden soll, eine Laufzeit einer Nachricht, von einem Anfangszeitpunkt bis zum vollständigen Empfang (oder Erhalt) durch den Empfänger, ermittelt wird. Ein Ausführungszeitpunkt für die Aktion und/oder ein Sendezeitpunkt zum Versenden der Nachricht durch eine Kommunikationseinheit als Sender werden dann in Abhängigkeit von der Laufzeit bestimmt, und die Aktion wird zu dem bestimmten Ausführungszeitpunkt ausgeführt und/oder die Nachricht wird durch den Sender zu dem Sendezeitpunkt versandt. Somit werden bei der Ermittlung der Laufzeit einer Nachricht sämtliche relevanten Vorgänge berücksichtigt wie z.B. Verarbeitungszeiten in der Kommunikationseinheit selbst, z.B. von der Übernahme (bzw. Abfrage) der Nachricht vom Kommunikationsmedium bis zu dem Zeitpunkt, zu dem sie vollständig empfangen worden ist, also der Inhalt auch in der Kommunikationseinheit präsent ist und weiterverwendet bzw. weiterverarbeitet werden kann.Against this background, it is proposed that if an action is to be carried out in a communication unit as the recipient, a runtime of a message is determined from an initial point in time until it is received (or received) in full by the recipient. An execution time for the action and / or a sending time for sending the message by a communication unit as the sender are then determined as a function of the runtime, and the action is carried out at the specific execution time and / or the message is sent by the sender at the sending time . Thus, when determining the runtime of a message, all relevant processes are taken into account, such as processing times in the communication unit itself, e.g. from the acceptance (or query) of the message from the communication medium to the point in time at which it has been completely received, i.e. the Content is also present in the communication unit and can be used or further processed.

Besonders bevorzugt ist, dass dann, wenn die Laufzeit ermittelt wird, eine Verarbeitungsdauer der Nachricht im Sender von einem Sendezeitpunkt als Anfangszeitpunkt (also demjenigen Zeitpunkt, zu dem das Versenden der Nachricht initiiert bzw. angestoßen wird) bis zur Übergabe an das Kommunikationsmedium, eine Übermittlungsdauer der Nachricht auf dem Kommunikationsmedium von der Übernahme vom Sender bis zur Übergabe an den Empfänger und eine Verarbeitungsdauer im Empfänger von der Übernahme der Nachricht vom Kommunikationsmedium bis zum vollständigen Empfang berücksichtigt werden. Der Sendezeitpunkt kann damit im Sender für zukünftige Nachrichten genauer bestimmt werden und es kommt durch etwaige Verzögerungen, die im Empfänger aufgrund der nötigen Verarbeitungsdauer auftreten, nicht dazu, dass Nachrichten verspätet ankommen.It is particularly preferred that when the transit time is determined, a processing time of the message in the sender from a sending time as the starting time (i.e. the time at which the sending of the message is initiated or triggered) to the transfer to the communication medium, a transmission time of the message on the communication medium from the takeover by the sender to the handover to the recipient and a processing time in the receiver from the takeover of the message from the communication medium to the complete reception. The sending time can thus be determined more precisely in the sender for future messages and any delays that occur in the receiver due to the necessary processing time do not result in messages arriving late.

Mit anderen Worten erfolgt hier also eine Timing-Analyse des Gesamtsystems mit Sender, Kommunikationsmedium und Empfänger, um ein möglichst optimales Timing zu erreichen. Insbesondere kann auf diese Weise auch das Timing für das gesamte Kommunikationssystem, also mit mehreren Sendern und Empfängern, für die das beschriebene Vorgehen jeweils berücksichtigt werden kann, besonders optimal geplant werden.In other words, a timing analysis of the overall system with transmitter, communication medium and receiver takes place here in order to achieve the best possible timing. In particular, in this way the timing for the entire communication system, that is to say with several transmitters and receivers, for which the described procedure can be taken into account, can be planned particularly optimally.

Wie schon erwähnt, können in solchen Nachrichten ein oder mehrere Istwerte für eine oder mehrere Steuer- oder Regelgrößen übermittelt werden, z.B. dann, wenn der Sender eine Slave-Einheit ist, die an einer entsprechenden Steuer- und/oder Regeleinheit angebunden oder darin integriert ist. Ebenso können in solchen Nachrichten aber auch ein oder mehrere Sollwerte für ein oder mehrere Steuer- oder Regelgrößen übermittelt werden, z.B. dann, wenn der Sender eine Master-Einheit ist, die die entsprechende Steuer- und/oder Regeleinheit überwacht.As already mentioned, one or more actual values for one or more control or regulation variables can be transmitted in such messages, for example when the transmitter is a slave unit that is connected to or integrated into a corresponding control and / or regulating unit . Likewise, one or more setpoint values for one or more control or regulating variables can also be transmitted in such messages, e.g. when the transmitter is a master unit that monitors the corresponding control and / or regulating unit.

Mit dem vorgeschlagenen Vorgehen kann hier eine istwertoptimale bzw. eine sollwertoptimale Verarbeitung im Gesamtsystem erreicht werden, ebenso wie eine optimale Bandbreitenausnutzung.With the proposed procedure, processing that is optimal for the actual value or optimal setpoint value can be achieved in the overall system, as well as optimal use of bandwidth.

Bei dem echtzeit-basierten Kommunikationssystem können auch von einem Sender Nachrichten an mehrere Empfänger versendet werden. Hierbei ist es dann von Vorteil, wenn die Istwerte bzw. die Sollwerte in Abhängigkeit von den Laufzeiten zwischen dem Sender und dem jeweiligen Empfänger in den Nachrichten gruppiert und/oder sortiert werden. Auf diese Weise kann eine gleichzeitige Verarbeitung der Istwerte bzw. der Sollwerte in allen Kommunikationseinheiten, die diese empfangen, erfolgen. So können z.B. Istwerte bzw. Sollwerte, die bis zum entsprechenden Empfänger eine längere Laufzeit benötigen, in früheren Nachrichten versendet werden oder innerhalb einer Nachricht zuerst versendet werden, während Istwerte bzw. Sollwerte, die bis zum entsprechenden Empfänger eine kürzere Laufzeit benötigen, in späteren Nachrichten versendet oder innerhalb einer Nachricht später (d.h. an einer weiter hinten gelegenen Position von Datenabschnitten) versendet werden.In the real-time-based communication system, messages can also be sent from one sender to several recipients. It is then advantageous if the actual values or the setpoint values are grouped and / or sorted in the messages as a function of the transit times between the transmitter and the respective receiver. In this way, the actual values or the setpoint values can be processed simultaneously in all communication units that receive them. For example, actual values or setpoints that require a longer runtime to reach the relevant recipient can be sent in earlier messages or are sent first within a message, while actual values or setpoints that require a shorter runtime to reach the respective recipient can be sent in later messages sent or sent later within a message (ie at a further back position of data sections).

Ein weiterer Aspekt beim Timing in einem echtzeit-basierten Kommunikationssystem ist, dass dort auch redundante Kommunikationspfade zwischen Sender und Empfänger vorgesehen sein können, d.h. eine Nachricht kann vom Sender auf zwei (oder auch mehr) verschiedenen Wegen oder Pfaden auf dem Kommunikationsmedium zum Empfänger gelangen. Eine solche Redundanz muss nicht den gesamten Weg bzw. Pfad zwischen Sender und Empfänger betreffen, sondern kann auch nur Teile davon betreffen. So kann z.B. vom Sender ein Pfad zu einem Switch verlaufen, dort gehen zwei Pfade weiter, die sich später wieder in einem Switch vereinen. Von dort kann dann ein Pfad zum Empfänger verlaufen.Another aspect of timing in a real-time-based communication system is that redundant communication paths can also be provided between sender and recipient, i.e. a message can get from the sender to the recipient on two (or more) different routes or paths on the communication medium. Such redundancy does not have to affect the entire route or path between sender and receiver, but can only affect parts of it. For example, a path can run from the sender to a switch, where two paths continue, which are later combined again in a switch. A path to the recipient can then run from there.

Diese Redundanz dient dazu, im Fall eines Ausfalls eines der Pfade die Kommunikation aufrecht erhalten zu können, da die Nachricht dann (immer noch) über den anderen Pfad gesendet werden kann. Wenn nun aber die Laufzeiten über diese verschiedenen Kommunikationspfade unterschiedlich sind, kann es passieren, dass bei Ausfall eines der Pfade eine Nachricht nicht mehr rechtzeitig beim Empfänger ankommt. Insofern werden vorzugsweise, wenn vom Sender zum Empfänger wenigstens zwei redundante Kommunikationspfade vorgesehen sind, diese jeweils bei der Ermittlung der Laufzeit berücksichtigt. Besonders zweckmäßig ist es dann, wenn als Laufzeit bei den redundanten Kommunikationspfaden die (individuelle) Laufzeit desjenigen Kommunikationspfads verwendet wird, für den sie am längsten ist. Damit kann sichergestellt werden, dass im Falle eines Ausfalls eines der Pfade - und zwar unabhängig davon, welcher davon ausfällt - die Nachricht rechtzeitig beim Empfänger ankommt.This redundancy is used to maintain communication in the event of a failure of one of the paths, since the message can then (still) be sent via the other path. However, if the transit times over these different communication paths are different, it can happen that if one of the paths fails, a message no longer arrives at the recipient in time. In this respect, if at least two redundant communication paths are provided from the transmitter to the receiver, these are each taken into account when determining the transit time. It is particularly useful if the (individual) runtime of the communication path for which it is longest is used as the runtime for the redundant communication paths. This ensures that in the event of a failure of one of the paths - regardless of which of them fails - the message arrives at the recipient in good time.

Bevorzugt ist es insofern auch, wenn von den redundanten Kommunikationspfaden solche nicht bei der Ermittlung der Laufzeit berücksichtigt werden, die vorgegebene Anforderungen für den Ausführungszeitpunkt und/oder den Sendezeitpunkt (sog. Timing-Constraints) nicht erfüllen, da für den Fall, dass alle bis auf diesen Pfad ausfallen, die Nachricht nicht rechtzeitig ankäme.In this respect, it is also preferred if those of the redundant communication paths are not taken into account when determining the runtime and do not meet the specified requirements for the execution time and / or the transmission time (so-called timing constraints), since in the event that all up to fail on this path, the message would not arrive in time.

Ein weiterer Aspekt beim Timing in einem echtzeit-basierten Kommunikationssystem ist, dass ein Ausführungszeitpunkt oder allgemein das Timing in bzw. für Slave-Einheiten in der Regel von der Master-Einheit vorgegeben wird. Nachteilig hierbei ist, insbesondere wenn dieser Aspekt seitens der Master-Einheit nicht explizit oder nur ungenügend berücksichtigt wird, dass bei der Ausführung oder Inbetriebnahme der Slave-Einheit Probleme auftreten können. So kann es z.B. vorkommen, dass die Slave-Einheit eine Anforderung seitens der Master-Einheit, einen Sollwert umzusetzen (was in einer Nachricht übermittelt wird), nicht rechtzeitig nachkommen kann, da die Slave-Einheit noch mit der Erfassung oder Verarbeitung von Istwerten beschäftigt ist.Another aspect of timing in a real-time-based communication system is that an execution time or, in general, the timing in or for slave units is usually specified by the master unit. The disadvantage here is, in particular if this aspect is not explicitly or insufficiently taken into account by the master unit, that problems can arise during the execution or commissioning of the slave unit. For example, it can happen that the slave unit cannot meet a request from the master unit to implement a setpoint value (which is transmitted in a message) in time because the slave unit is still busy acquiring or processing actual values is.

Die (durch die Kommunikationseinheit) auszuführende Aktion kann also z.B. das Erzeugen von Istwerten, die mittels einer Nachricht auszugeben sind, und/oder das Umsetzen von Sollwerten, die mittels einer Nachricht empfangen worden sind, umfassen. Wenn in der Kommunikationseinheit (z.B. einer Slave-Einheit) eine Laufzeit vom Anfangszeitpunkt (der dann z.B. die Übernahme oder Abfrage der Nachricht vom Kommunikationsmedium angibt) bis zum vollständigen Empfang einer Nachricht (die z.B. von einer Master-Einheit versendet wurde) - und z.B. beginnend mit einer Abfrage nach Nachrichten oder einer Übernahme einer Nachricht vom Kommunikationsmedium - ermittelt wird, so kann ein Ausführungszeitpunkt für die Aktion unter Berücksichtigung dieser Laufzeit vorgeben werden, und zwar insbesondere so, dass keine Kollision mit dem Empfang von Nachrichten entsteht oder allgemein, dass der Empfang einer Nachricht durch die Kommunikationseinheit von der Ausführung der Aktion nicht beeinflusst wird.The action to be carried out (by the communication unit) can thus include, for example, the generation of actual values that are to be output by means of a message, and / or the implementation of setpoint values that have been received by means of a message. If there is a running time in the communication unit (e.g. a slave unit) from the start time (which then specifies, for example, the acceptance or query of the message from the communication medium) to the complete receipt of a message (e.g. which was sent by a master unit) - and e.g. starting with a query for messages or a takeover of a message from the communication medium - is determined, then an execution time for the action can be specified taking this runtime into account, in particular so that there is no collision with the receipt of messages or, in general, that the receipt of a message by the communication unit is not influenced by the execution of the action.

Dieses Vorgehen kann z.B. auch dazu genutzt werden, eine Slave-Einheit (insbesondere automatisch) entsprechend einzustellen. Ein möglicher Ablauf hierfür ist z.B., dass der entsprechende Vorgang (des Einstellens) aktiviert wird, beispielsweise durch einen Entwickler oder auch durch die Master-Einheit (mit einer geeigneten Nachricht). Diese Aktivierung kann in einem Diagnoselogbuch gespeichert werden. Dann werden Zugriffe in der Slave-Einheit gemessen, und zwar in einem Zustand, in dem die Master-Einheit bereits in einem zyklischen Betrieb arbeitet, d.h. wenn diese bereits ihre üblichen Nachrichten auch an die Slave-Einheit versendet.This procedure can also be used, for example, to set a slave unit accordingly (in particular automatically). A possible process for this is, for example, that the corresponding process (setting) is activated, for example by a developer or also by the master unit (with a suitable message). This activation can be saved in a diagnostic logbook. Accesses are then measured in the slave unit in a state in which the master unit is already working in a cyclical mode, i.e. when it is already sending its usual messages to the slave unit.

Dann kann gemäß den vorstehenden Erläuterungen ein optimiertes Timing in der Slave-Einheit berechnet werden, und zwar auf Basis der Zugriffe bzw. Nachrichten durch die Master-Einheit und unter Berücksichtigung der Verarbeitungsdauern und ggf. etwaigen Sicherheits- oder Schutzzeiten der Slave-Einheit. Nach Messung und Berechnung kann das optimierte Timing intern in der Slave-Einheit aktiviert werden. Denkbar ist auch noch eine Anzeige der sich ergebenen Verschiebungen des Timings gegenüber dem vorherigen bzw. ursprünglich eingestellten Timing zur Diagnose und ggf. Speicherung im Diagnoselogbuch.An optimized timing can then be calculated in the slave unit in accordance with the above explanations, based on the accesses or messages by the master unit and taking into account the processing times and possibly any security or protection times of the slave unit. After measurement and calculation, the optimized timing can be activated internally in the slave unit. A display of the resulting shifts in timing compared to the previous or originally set timing for diagnosis and, if necessary, storage in the diagnosis log is also conceivable.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Echtzeit-basiertes Kommunikationssystem mit mehreren Kommunikationseinheiten und einem Kommunikationsmedium zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, sowie eine Kommunikationseinheit zur Verwendung in einem solchen Kommunikationssystem. Diese ist dann insbesondere dazu eingerichtet, alle von einem Sender oder von einem Empfänger durchgeführten Schritte auszuführen. The invention also relates to a real-time-based communication system with a plurality of communication units and a communication medium for carrying out a method according to the invention, as well as a communication unit for use in such a communication system. This is then set up in particular to carry out all the steps carried out by a transmitter or a receiver.

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 shows schematically a communication system according to the invention in a preferred embodiment.
2 shows schematically a sequence of a method according to the invention in a preferred embodiment.

Detaillierte Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing

In 1 ist schematisch und vereinfacht ein erfindungsgemäßes echtzeit-basiertes Kommunikationssystem 100 in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Das Kommunikationssystem 100 weist beispielhaft zwei Kommunikationseinheiten (bzw. Teilnehmer) 110a und 110b auf, die mittels eines Kommunikationsmediums 120 miteinander datenübertragend verbunden sind. Beispielhaft werden dabei die Kommunikationseinheit 110a als Sender und die Kommunikationseinheit 110b als Empfänger verwendet. Damit kann es sich z.B. auch bei der Kommunikationseinheit 110a um eine Master-Einheit handeln und die Kommunikationseinheit 110b wird als Empfänger verwendet. Damit kann es sich z.B. bei der Kommunikationseinheit 110b um eine Slave-Einheit handeln. Wie schon erwähnt, können die Rollen von Sender und Empfänger auch vertauscht sein.In 1 is a schematic and simplified illustration of a real-time-based communication system according to the invention 100 shown in a preferred embodiment. The communication system 100 shows two examples Communication units (or participants) 110a and 110b on that by means of a communication medium 120 are connected to each other for data transmission. The communication unit is an example 110a as the transmitter and the communication unit 110b used as a recipient. This can also apply to the communication unit, for example 110a be a master unit and the communication unit 110b is used as a recipient. This can be the case with the communication unit, for example 110b act as a slave unit. As already mentioned, the roles of sender and receiver can also be reversed.

Weiterhin weist das Kommunikationssystem 100 zwei Netzwerkverteiler bzw. Switche 130a und 130b auf, die verschiedene Teilpfade des Kommunikationsmediums 120 verbinden und insofern auch als Teil des Kommunikationsmediums 120 angesehen werden können. Die beiden Switche 130a und 130b sind beispielhaft über zwei verschiedene Teilpfade verbunden, sodass es insgesamt für die Verbindung von Sender 110a und Empfänger 110b zwei Kommunikationspfade P₁ und P₂ gibt, die redundant verwendet werden können.Furthermore, the communication system 100 two network distributors or switches 130a and 130b on the various sub-paths of the communication medium 120 connect and to that extent also as part of the communication medium 120 can be viewed. The two switches 130a and 130b are for example connected via two different partial paths, so that it is a total of the connection of the transmitter 110a and recipient 110b there are two communication paths P ₁ and P ₂ that can be used redundantly.

In 2 ist schematisch ein Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt, wie es z.B. mit dem Kommunikationssystem gemäß 1 durchgeführt werden kann. Dies soll anhand einer Nachricht 200, die vom Sender 110a zum Empfänger 110b übermittelt wird und nach deren Empfang z.B. eine Aktion 210 ausgeführt werden kann, erläutert werden.In 2 a sequence of a method according to the invention is shown schematically in a preferred embodiment, as it is, for example, with the communication system according to FIG 1 can be carried out. This is said to be based on a message 200 that from the broadcaster 110a to the recipient 110b is transmitted and after receiving it, for example, an action 210 can be carried out.

Für eine solche Nachricht kann eine Laufzeit ermittelt werden, die sich insbesondere aus einer Zeitdifferenz zwischen dem Sendezeitpunkt ts, der das Absenden bzw. Initiieren des Sendevorgangs bezeichnet, ergibt und dem Empfangszeitpunkt t_E, der den vollständigen Empfang der Nachricht im Empfänger bezeichnet, also als t_E-t_S.A transit time can be determined for such a message, which results in particular from a time difference between the transmission time ts, which denotes the sending or initiation of the transmission process, and the reception time t _E , which denotes the complete reception of the message in the recipient, i.e. as t _E -t _S.

Hierzu ist zunächst die Ermittlung bzw. Berechnung der Laufzeit für den Kommunikationspfad P₁ gemäß 1 mit verschiedenen Zeitdauern bzw. Zeitabschnitten über der Zeit t dargestellt. Die hierbei zu berücksichtigenden Zeitdauern sind eine Verarbeitungsdauer Δt₁ innerhalb des Senders 110a, die von dem Sendezeitpunkt bis zur Übergabe der Nachricht an das Kommunikationsmedium reicht, eine Übermittlungsdauer Δt₂ der Nachricht auf dem Kommunikationsmedium bis zum Switch 130a, eine Übermittlungsdauer Δt₃ der Nachricht auf dem Kommunikationsmedium bis zum Switch 130b, eine Übermittlungsdauer Δt₄ der Nachricht auf dem Kommunikationsmedium bis zum Empfänger 110b und eine Verarbeitungsdauer Δt₅ innerhalb des Empfängers 110b, die von der Übernahme der Nachricht vom Kommunikationsmedium bis zum vollständigen Empfang der Nachricht, sodass diese auch weiterverwendet werden kann, im Sender 110b zum Empfangszeitpunkt t_E reicht. Zu einem späteren Ausführungszeitpunkt t_A kann dann die Aktion 210 ausgeführt werden.For this purpose, the determination or calculation of the transit time for the communication path P ₁ is first of all in accordance with 1 shown with different time durations or time segments over time t. The time periods to be taken into account here are a processing time Δt ₁ within the transmitter 110a , which extends from the time of transmission to the transfer of the message to the communication medium, a transmission duration Δt _{2 of} the message on the communication medium to the switch 130a , a transmission duration Δt _{3 of} the message on the communication medium to the switch 130b , a transmission duration Δt _{4 of} the message on the communication medium to the recipient 110b and a processing time Δt ₅ within the receiver 110b from the acceptance of the message from the communication medium to the complete receipt of the message so that it can also be used further in the sender 110b at the time of reception t _{E is} sufficient. At a later execution time t _A , the action 210 are executed.

Wenn nun diese Aktion zu einem bestimmten Ausführungszeitpunkt t_A von dem Empfänger 110b ausgeführt werden soll, z.B. weil zu diesem bestimmten Zeitpunkt ein bestimmter Sollwert eingestellt werden soll und hierfür der Empfang einer Nachricht durch den Empfänger 110b nötig ist, z.B. weil darin der Istwert übermittelt wird oder weil damit die Anweisung zum Ausführen der Aktion gegeben wird, muss sichergestellt werden, dass diese Nachricht vor dem Ausführungszeitpunkt t_A vollständig vom Empfänger empfangen wurde, d.h. der Empfangszeitpunkt t_E muss vor dem Ausführungszeitpunkt t_A liegen. Dies kann - gemäß einem Aspekt der Erfindung - dadurch erreicht werden, dass die Laufzeit unter Berücksichtigung der relevanten Zeitabschnitte, wie eben erläutert, ermittelt bzw. berechnet wird. Damit kann auch der Sendezeitpunkt ts entsprechend gewählt werden.If now this action is carried out at a specific execution time t _A by the recipient 110b is to be carried out, for example because a certain setpoint is to be set at this specific point in time and, for this purpose, the recipient has to receive a message 110b is necessary, e.g. because the actual value is transmitted in it or because the instruction to execute the action is given, it must be ensured that this message was received in full by the recipient _{before the execution time t A} _{, i.e. the reception time t E} must be before the execution time t _A lie. According to one aspect of the invention, this can be achieved in that the transit time is determined or calculated taking into account the relevant time segments, as just explained. The transmission time ts can thus also be selected accordingly.

Weiterhin ist in 2 die Ermittlung bzw. Berechnung der Laufzeit für den Kommunikationspfad P₂ gemäß 1 mit verschiedenen Zeitdauern bzw. Zeitabschnitten über der Zeit t dargestellt. Der einzige Unterschied zur Kommunikationspfad P1 und damit der zugehörigen Laufzeit liegt in diesem Beispiel im Teilpfad vom Switch 130a zum Switch 130b. Die zugehörige Übermittlungsdauer der Nachricht vom Switch 130a auf dem Kommunikationsmedium bis zum Switch 130b ist hier mit Δt'₃ bezeichnet und etwas kürzer als Δt₃ im Kommunikationspfad P₁.Furthermore, in 2 the determination or calculation of the transit time for the communication path P ₂ according to 1 shown with different time durations or time segments over time t. The only difference to the communication path P1 and thus the associated runtime is in this example in the partial path from the switch 130a to the switch 130b . The associated transmission time of the message from the switch 130a on the communication medium to the switch 130b is here designated by Δt ' ₃ and somewhat shorter than Δt ₃ in the communication path P ₁ .

Wenn nun sichergestellt werden soll, dass die Aktion zum Ausführungszeitpunkt t_A ausgeführt werden kann, wird - gemäß einem Aspekt der Erfindung - bei der Berechnung bzw. Festlegung des Sendezeitpunkts ts die längere (gesamte) Laufzeit der beiden redundanten Kommunikationspfade, hier also diejenige für den Kommunikationspfad P₁,verwendet. Dann kann bei Ausfall eines der beiden Kommunikationspfade sichergestellt werden, dass der Empfangszeitpunkt t_E vor dem Ausführungszeitpunkt t_A liegt.If it is now to be ensured that the action _{can be carried out at the execution time t A} , according to one aspect of the invention, the longer (total) runtime of the two redundant communication paths, in this case the one for the Communication path P _{1 is} used. If one of the two communication paths fails, it can then be ensured that the reception time t _{E is} before the execution time t _A.

Anhand der Darstellung in 2 kann auch ein weiterer Aspekt der Erfindung erläutert werden. Wenn in dem Empfänger 110b eine Aktion (z.B. das Einstellen eines Sollwerts oder das Erfassen eines Istwerts) regelmäßig zu einem Ausführungszeitpunkt t_A vorgenommen wird, und zudem regelmäßig Nachrichten vom Sender 110a empfangen werden sollen (z.B. durch Zugriff auf einen Wechselpuffer), so kann gemäß diesem Aspekt der Erfindung eine Anpassung des Ausführungszeitpunkts t_A vorgenommen werden. Hierzu wird eine Laufzeit für eine (ggf. regelmäßig zu empfangende oder abzurufende) Nachricht bis zum Empfangszeitpunkt t_E, insbesondere unter Berücksichtigung der Verarbeitungsdauer im Empfänger 110b ermittelt werden. Wenn eine solche Nachricht von einer Master-Einheit versendet wird, kann der Empfänger den Sendezeitpunkt und damit auch den Empfangszeitpunkt t_E nicht beeinflussen. Entsprechend kann im Empfänger aber der Ausführungszeitpunkt t_A in Abhängigkeit von dem Empfangszeitpunkt angepasst werden, um Kollisionen zu vermeiden.Based on the representation in 2 a further aspect of the invention can also be explained. If in the receiver 110b an action (for example the setting of a setpoint value or the acquisition of an actual value) is carried out regularly at an execution time t _A , and in addition, regular messages from the sender 110a are to be received (for example by accessing a change buffer), according to this aspect of the invention, the execution time t _A can be adapted. For this purpose, a runtime for a message (possibly to be received or retrieved regularly) up to the time of receipt t _E , in particular taking into account the processing time in the recipient 110b be determined. If such a message is sent by a master unit, the recipient cannot influence the _{sending time and thus also the receiving time t E.} Correspondingly, however, the execution time t _A can be adapted in the receiver as a function of the reception time in order to avoid collisions.

Claims

A method for operating a real-time-based communication system (100) in which several communication units (110a, 110b) exchange data via a communication medium (120) using messages (200), with an action when in a communication unit used as a receiver (11 0b) (210) is to be executed, a running time (t _E -t _A ) of a message is determined from a starting point in time to complete receipt by the recipient (110b), an execution point in time (t _A ) for the action (210) and / or a sending time (ts) for sending the message (200) by a communication unit used as a sender (110a) is determined as a function of the transit time, and the action (210) is carried out and / or _{at the determined execution time (t A)} the message (200) is sent by the sender (110a) at the sending time (ts).

Procedure according to Claim 1 , where, when the transit time is determined, a processing time (Δt ₁ ) of the message in the sender from a sending time as the starting time to the handover to the communication medium, a transmission time (Δt ₂ , Δt ₃ , Δt ₄ ) of the message on the communication medium of the Takeover from the sender to the handover to the receiver, and a processing time (Δt ₅ ) in the receiver from the takeover of the message from the communication medium to the complete receipt.

Procedure according to Claim 1 or 2 , one or more actual values or one or more setpoint values for one or more control or regulation variables being transmitted in the message (100).

Procedure according to Claim 3 When messages (100) are sent from the sender (110a) to several receivers (110b), the actual values or the setpoint values are grouped in the messages (200) depending on the transit times between the sender (110a) and the respective sender and / or sorted.

Method according to one of the preceding claims, in which at least two redundant communication paths (P ₁ , P ₂ ) are provided from the transmitter to the receiver, which are each taken into account when determining the transit time.

Procedure according to Claim 5 , the running time of the communication path for which it is longest is used as the running time for the at least two redundant communication paths (P ₁ , P _2).

Procedure according to Claim 5 or 6th , whereby of the at least two redundant communication paths (P ₁ , P ₂ ) those are not taken into account when determining the transit time that _{do not meet the specified requirements for the execution time (t A} ) and / or the transmission time (ts).

Method according to one of the preceding claims, wherein the action (210) to be carried out comprises the generation of actual values that are to be output by means of a message (200) and / or the implementation of setpoint values that have been received by means of a message (200).

Method according to one of the preceding claims, wherein the execution time (t _A ) for the action (210) is determined as a function of the runtime in such a way that the receipt of a message (200) by the communication unit is not influenced by the execution of the action (210) will.

Real-time-based communication system (100) with a plurality of communication units (110a, 110b) and a communication medium (120) which is set up to carry out a method according to one of the preceding claims.

Communication unit (110a, 110b) for use in a real-time-based communication system (100) with a plurality of communication units and a communication medium (120), in which the communication units exchange data via the communication medium by means of messages (200), which is set up all by one Transmitter (110a) or a receiver (110b) carried out steps of a method according to one of the preceding Claims 1 until 9 perform.

Computer program that initiates a real-time-based communication system (100), a method according to one of the Claims 1 until 9 to be carried out when it is executed on the real-time-based communication system (100).

Computer program which causes a communication unit (110a, 110b) to carry out all steps of a method carried out by a transmitter or a receiver according to one of the Claims 1 until 9 when executed on the communication unit (110a, 110b).

Machine-readable storage medium with a computer program stored thereon Claim 12 or 13th .