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Die Erfindung betrifft ein Netzwerk
zur Kommunikation zwischen Teilnehmern, insbesondere zur Anwendung
innerhalb eines Automatisierungssystems.
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Ein derartiges Netzwerk zur Kommunikation zwischen
Teilnehmern kommt beispielsweise im Bereich der Automatisierungstechnik,
bei Produktions- und Werkzeugmaschinen zum Einsatz. Zur Automatisierung
von Anlagen und Prozessen werden üblicherweise komplexe Automatisierungssysteme
eingesetzt. Ein solches Automatisierungssystem umfasst verteilte
Komponenten, welche sich beispielsweise einer Feldebene, einer Steuerungsebene,
einer Leitsystemebene sowie einer Unternehmensleitebene zuordnen
lassen. Zur Lösung
von Automatisierungsaufgaben innerhalb eines solchen Automatisierungssystems
ist ein möglichst
reibungsloses Zusammenspiel der Komponenten einer Ebene als auch
der Komponenten verschiedener Ebenen untereinander erforderlich.
Die Komponenten sind daher in geeigneter Weise kommunikativ miteinander
gekoppelt. Zur Kommunikation sind verschiedene Technologien verfügbar, wobei
insbesondere Bustechnologien bis hinunter in die Feldebene immer
mehr Verwendung finden. Insbesondere bei der Automatisierung komplexer
Abläufe
in der Fertigungs- und Prozessindustrie ist eine hohe Zuverlässigkeit
der Kommunikation unerlässlich.
Zur Steigerung der Zuverlässigkeit
wird häufig
die Erhöhung
der Verfügbarkeit der
jeweiligen Teilnehmer an der Kommunikation im Automatisierungssystem
und der zur Kommunikation verwendeten Kommunikationsmedien angestrebt. Die
miteinander kommunizierenden Teilnehmer sind üblicherweise in einem Netzwerk
gekoppelt. Zur Kopplung der Teilnehmer dienen Kommunikationsverbindungen,
welche über
Schnittstellen mit Kommunikationsvorrichtungen der Teilnehmer zusammengeschaltet
sind.
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Aus
US
5 003 531 ist ein Kommunikationsnetzwerk bekannt, bei welchem
eine Reihe von Knoten durch Lichtwellenleiter derart miteinander
verbunden sind, dass sowohl eine direkte bidirektionale Kommunikation
zwischen nebeneinander liegenden Knoten als auch eine Kommunikation
zwischen nicht nebeneinander liegenden Knoten in beide Richtungen
durch die dazwischen liegenden Knoten ermöglicht wird. Im Falle des Fehlers
einer einzigen Verbindung oder eines einzigen Knotens erfolgt die
Zuschaltung einer Standby-Übertragungsschleife,
bei welcher eines Standby-Verbindung den Anfang und das Ende der
Reihe von Knoten verbindet.
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Aus
US
6 151 298 ist ein elektrisches Bussystem bekannt, welches
eine Busleitung mit mindestens zwei Signalübertragungsleitungen umfasst, wobei
ein linkes und ein rechtes Ende der Busleitung durch einen die Signalübertragungsleitungen
verbindenden Abschlusswiderstand definiert wird. Elektronische Steuerungseinheiten
werden zwischen den beiden Enden der Busleitung mit den Signalübertragungsleitungen
gekoppelt und können
so über
diese Leitungen elektrische Signale austauschen. Die Busleitung
ist unterteilt in mehrere Abschnitte, welche mittels Verbindungsschaltungen
verbunden sind und bildet eine ringförmige Einheit.
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US
5 179 548 zeigt ein bidirektionales logisches Ringnetzwerk,
welches Verbindungsknoten aufweist, die das Netzwerk in Segmente
aufteilen und die Segmente auf einer Unterkanal-Ebene so verbinden, dass logische Ringstrukturen
gebildet werden.
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Aus
US
4 837 856 ist ein fehlertoleranter Lichtwellenleiter-Koppler zum Einsatz
in einem Terminal innerhalb eines digitalen, Audio- oder Video-Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungssystems
bekannt. Der Koppler erhält
optische Daten von einem oder mehreren vorgeschalteten Terminals
und sendet optische Daten zu einem oder mehreren nachgeschalteten
Terminals mittels Lichtwellenleitern. Ein Terminal enthält eine oder
mehrere Umgehungsleitungen und ist mit mindestens einer Umgehungsleitung
eines vorgeschalteten Terminals verbunden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die
Verfügbarkeit
eines Kommunikationsnetzwerks zu erhöhen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Netzwerk
zur Kommunikation zwischen Teilnehmern gelöst, welches mehrere erste Teilnehmer
aufweist, welche jeweils eine erste Kommunikationsvorrichtung und eine
zur ersten redundante zweite Kommunikationsvorrichtung aufweisen,
wobei die Teilnehmer derart miteinander kommunikativ gekoppelt sind,
dass alle ersten Kommunikationsvorrichtungen in einer Reihenfolge
und alle jeweiligen zweiten Kommunikationsvorrichtungen in der gleichen
Reihenfolge gekoppelt sind und dass die erste Kommunikationsvorrichtung
am Ende der Reihenfolge mit der zweiten Kommunikationsvorrichtung
am Anfang der Reihenfolge und die zweite Kommunikationsvorrichtung
am Ende der Reihenfolge mit der ersten Kommunikationsvorrichtung
am Anfang der Reihenfolge gekoppelt ist.
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Die Erfindung kombiniert in geschickter
Weise Medien- und Systemredundanz zur Erhöhung der Verfügbarkeit
eines Netzwerks zur Kommunikation zwischen Teilnehmern. Die Grundidee
dabei ist, die Kommunikationsvorrichtungen aller Teilnehmer in einer
Ringstruktur anzuordnen. Durch die aufgrund der Ringstruktur gegebene
Medienredundanz des Netzwerks führt
ein Fehler oder ein Ausfall einer Kommunikationsvorrichtung zu keiner
sonstigen Beeinträchtigung
der Kommunikation im Netzwerk. Die erfindungsgemäße Anordnung von Kommunikationsvorrichtungen
in der Ringstruktur bietet den Vorteil, dass sämtliche Teilnehmer der Kommunikation über die redundanten
Kommunikationsvorrichtungen miteinander kommunizieren können. Damit
ist auch eine Kommunikation möglich,
wenn der direkte Weg unterbrochen ist. Mit dem erfindungsgemäßen Netzwerk
können
für die
ersten Teilnehmer mit redundanten Kommunikationsvorrichtungen zwei
Fehler beherrscht werden, wenn nicht beide Fehler denselben ersten
Teilnehmer betreffen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung weist das Netzwerk mindestens einen zweiten Teilnehmer
auf, welcher mindestens eine nicht-redundante Kommunikationsvorrichtung
aufweist, wobei die nicht-redundante Kommunikationsvorrichtung zwischen
zwei der redundanten Kommunikationsvorrichtungen kommunikativ angekoppelt ist.
Zweite Teilnehmer mit nicht redundant ausgeführten Kommunikationsvorrichtungen
werden also in den Ring aus durch Kommunikationsverbindungen verbundene,
redundant ausgeführte
Kommunikationsvorrichtungen der ersten Teilnehmer angekoppelt. Durch
diese Ausgestaltung des Netzwerks hat der Ausfall eines zweiten
Teilnehmers bzw. der Ausfall einer nicht-redundanten Kommunikationsvorrichtung
eines zweiten Teilnehmers keine direkte Auswirkung auf die Verfügbarkeit
des Kommunikationsnetzwerks. Somit lassen sich erste Teilnehmer
mit redundanten Kommunikationsvorrichtungen und zweite Teilnehmer
mit nicht-redundanten Kommunikationsvorrichtungen auf einfache Art
und Weise innerhalb eines Netzwerks kombinieren.
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Ein besonders einfacher Aufbau des
Netzwerks ergibt sich dadurch, dass jede Kommunikationsvorrichtung
jeweils mit genau einer Kommunikationsvorrichtung eines anderen
Teilnehmers gekoppelt ist. Die Kommunikationsvorrichtungen sind
in einer Ringstruktur angeordnet bzw. kommunikativ gekoppelt. Ein
solche kommunikative Kopplung der Kommunikationsvorrichtungen lässt sich
vorteilhaft mittels Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindungen realisieren.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel zur Kommunikation zwischen
den zwei zueinander redundanten Kommunikationsvorrichtungen des
ersten Teilnehmers vorgesehen. Über
diese Mittel zur Kommunikation können
die beiden Kommunikationsvorrichtungen eines ersten Teilnehmers
Informationen austauschen. Dies bietet insbesondere dann Vorteile,
wenn das Netzwerk durch zwei Fehler in unterschiedlichen Teilnehmern
kommunikativ in zwei Teile getrennt wird. In einem solchen Fall
besteht jedoch weiterhin die Mög lichkeit
der Kommunikation/ des Informationsaustauschs über die beiden Kommunikationsvorrichtungen
eines beliebigen Teilnehmers und damit die Möglichkeit zur Synchronisation
der angeschlossenen Teilnehmer. Teilnehmer mit einem solchen Synchronisationsbedürfnis sind
z. B. Controller. Ein Vorteil des getrennten Aufbaus der Kommunikationsvorrichtungen,
z. B. als Kommunikationsmodule, ist die dadurch realisierbare kurze
Reparaturzeit im Falle eines Fehlers in einer Kommunikationsvorrichtung.
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Umschaltmechanismen innerhalb des
Netzwerks im Fehlerfall können
wesentlich effektiver gestaltet werden, wenn Mittel vorgesehen sind,
welche einen Zugriff auf Funktionen eines Teilnehmers durch mehrere
weitere Teilnehmer erlauben. In einer solchen Ausgestaltung der
Erfindung kann ein Teilnehmer des Netzwerks, z. B. ein Controller,
besonders einfach und schnell die Zusammenarbeit mit der Menge der
von ihm direkt steuerbaren Teilnehmer organisieren. Im Fehlerfall
entfällt
somit eine aufwändige
Wiederherstellung eines lauffähigen
Zustands. Der schnelle und permanente zyklische Zugriff auf die
einzelnen Teilnehmer kann somit dazu genutzt werden, einen effektiven
Austausch von Zustandsinformationen sowie eine rasche Redundanz-Umschaltung
zu ermöglichen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung ist das Netzwerk als geschaltetes Netzwerk
ausgeführt.
Die Kommunikationsvorrichtungen der ersten und/oder zweiten Teilnehmer sind
vorzugsweise – zumindest
teilweise – als
Switch ausgeführt.
Ein Switch (= Schalter) dient dem aktiven kurzen Zusammenschalten
zweier Kommunikationsvorrichtungen mittels Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung.
Dadurch steht den einzelnen Kommunikationsvorrichtungen die volle
Bandbreite der Kommunikationsverbindung zur Verfügung. An der so entstehenden
Direktverbindung unbeteiligte Kommunikationsvorrichtungen bzw. Teilnehmer
empfangen keine Daten. Dies wirkt sich positiv auf die Gesamtgeschwindigkeit
des Netzwerks aus.
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Die Verwendung des erfindungsgemäßen Netzwerks
zur Kommunikation in einem Automatisierungssystem erlaubt die Erhöhung der
Zuverlässigkeit
des Automatisierungssystems auf einfache Art und Weise. Die von
Automatisierungslösungen,
insbesondere in der Fertigungs- und Prozessautomatisierung, geforderte
Zuverlässigkeit
verlangt eine Verfügbarkeit
eines Automatisierungssystems trotz des Ausfalls einer oder auch
mehrerer Komponenten des Systems. Der Erhöhung der Zuverlässigkeit
des Systems sind jedoch Grenzen durch Kosten/Nutzen-Abschätzungen
gesetzt. Die Verwendung des erfindungsgemäßen Netzwerks bietet die Möglichkeit
einer erhöhten
Zuverlässigkeit
bei nur geringfügig
gesteigerten Kosten.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand
der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben
und erläutert.
Funktionsgleiche, in mehreren Figuren dargestellte Komponenten sind
jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
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1 den
logischen Aufbau eines Kommunikationsnetzwerks,
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2 eine
schematische Darstellung eines Kommunikationsnetzwerks mit ersten
Teilnehmern und
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3 eine
schematische Darstellung eines Kommunikationsnetzwerks mit ersten
und zweiten Teilnehmern.
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1 zeigt
den logischen Aufbau eines Netzwerks zur Kommunikation zwischen
Teilnehmern. Das Netzwerk dient zur Kommunikation zwischen Teilnehmern 1,
2, N, z. B. kommunikationsfähigen
Komponenten eines Automatisierungssystems. Im Ausführungsbeispiel
weisen die ersten Teilnehmer 1, 2, N zur Abwicklung der
Kommunikationsaufgaben jeweils zwei Kommunikationsvorrichtungen M1 – M6 auf.
Diese Kommunikationsvorrichtun gen M1 – M6 sind mittels Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindungen
V1 – V7
kommunikativ gekoppelt.
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Im Folgenden soll anhand 1 die der Erfindung zugrundeliegende
Idee näher
erläutert
werden. Die Kommunikationsvorrichtungen M1 – M6 der ersten Teilnehmer
sind mittels der Punktzu-Punkt-Kommunikationsverbindungen V1 – V7 derart
miteinander gekoppelt, dass sich eine logische Ringstruktur ergibt.
Zur Veranschaulichung des Prinzips der logischen Ringstruktur sind
die ersten Teilnehmer 1, 2, N in 1 überlappend
dargestellt, so dass die Kommunikationsvorrichtungen M1 – M6 annähernd kreisförmig angeordnet
scheinen. Die gestrichelte Darstellung der Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindungen
V6, V7 deutet an, dass das Netzwerk mit beliebig vielen weiteren
Teilnehmern erweiterbar ist, ohne dass die Vorteile der vorgeschlagenen
Ausführung
vermindert werden. In der in 1 gewählten – das logische
Prinzip betonenden – Darstellungsart
des Netzwerks wird deutlich, dass die ersten Teilnehmer 1, 2,
N mit ihren Kommunikationsvorrichtungen M1 – M6 in logischer Betrachtungsweise
punktsymmetrisch angeordnet sind. Der gemeinsame Symmetriepunkt
befindet sich in der Mitte des Kreises aus Kommunikationsvorrichtungen
M1 – M6 und
Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindungen V1 – V7. Durch
diese logisch punktsymmetrische Anordnung ist sichergestellt, dass
sich auf jeder der beiden durch die Kopplung resultierenden Kommunikationsverbindungen
zwischen den Kommunikationsvorrichtungen eines Teilnehmers jeweils
genau eine Kommunikationsvorrichtung jedes anderen Teilnehmers befindet.
Der besondere Vorteil dieser logisch punktsymmetrischen Zusammenschaltung
der Kommunikationsvorrichtungen M1 – M6 zeigt sich bei Betrachtung
von Fehlerszenarien bei Ausfällen
der Kommunikationsvorrichtungen M1 – M6. Im Falle eines Einfachfehlers,
beispielsweise des Ausfalls der Kommunikationsvorrichtung M1, wird
der Kreis ohne negative Folgen für
die Verfügbarkeit
des Netzwerks an der Stelle der Kommunikationsvorrichtung M1 aufgetrennt.
Sämtliche
Kommunikationsbeziehungen zwischen den übrigen Kommunikationsvorrichtungen M2 – M6 können aufrechter halten
werden. Jeder Teilnehmer 1, 2, N bleibt somit ansprechbar.
Im selteneren Fall eines Doppelfehlers innerhalb des Netzwerks,
beispielsweise eines Ausfalls der Kommunikationsvorrichtungen M1
und M5, wird der Ring bzw. der Kreis in zwei Teile unterschiedlicher
Größe zerlegt.
Im Beispielsfall entsteht ein kleinerer Teil, welcher nur noch die
Kommunikationsvorrichtung M3 aufweist, und ein größerer Teil,
welcher die Kommunikationsvorrichtungen M2, M4 und M6 aufweist.
Zur Aufrechterhaltung der Kommunikation zwischen den Teilnehmern 1,
2, N innerhalb des Netzwerks steht also auch im Falle eines
Doppelfehlers ein Teil des Netzwerks zur Verfügung, nämlich der genannte größere Teil
mit den Kommunikationsvorrichtungen M2, M4 und M6, welcher alle
Teilnehmer miteinander verbindet. Das Prinzip, dass bei Doppelfehlern
immer ein Netzwerkteil zur Abwicklung der Kommunikation zwischen
sämtlichen
Teilnehmern verfügbar
bleibt, gilt für
alle denkbaren Kombinationen von Doppelfehlern sowie bei beliebiger
Teilnehmerzahl. Einzig im Falle eines Doppelfehlers, der beide Kommunikationsvorrichtungen
ein und desselben Teilnehmers betrifft, kann naturgemäß die Kommunikation
mit diesem Teilnehmer nicht mehr aufrechterhalten werden. Aber auch
in diesem Fall, in welchem das Netzwerk in zwei gleich große Teile
geteilt würde,
könnte
die Kommunikation zwischen den übrigen
Teilnehmern weiter aufrechterhalten bleiben.
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2 zeigt
als weiteres Ausführungsbeispiel ein
Netzwerk zur Kommunikation zwischen ersten Teilnehmern 1, 2,
N, welche analog zum Ausführungsbeispiel
von 1 zusammengeschaltet
sind. Die in 2 gewählte Darstellungsart
berücksichtigt eine
tatsächlich
mögliche
räumliche
Ausgestaltung des Netzwerks. Die Teilnehmer 1, 2, N weisen
zur Abwicklung der Kommunikationsaufgaben jeweils zwei Kommunikationsvorrichtungen
M1 – M6
auf. Jede dieser Kommunikationsvorrichtungen M1 – M6 enthält im Ausführungsbeispiel mindestens zwei Schnittstellen
S1 – S14,
welche der Ankopplung an Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindungen V1 – V7 dienen.
Die jeweils gegenseitig redundanten Kommunikationsvorrichtungen
M1 und M2, M3 und M4 bzw. M5 und M6 sind wechselseitig über Mittel zur
Kommunikation K1, K2, KN gekoppelt.
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Anhand 2 soll
eine mögliche
Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Netzwerks zur Kommunikation
zwischen Teilnehmern 1, 2, N, 10 gezeigt werden,
welches mehrere erste Teilnehmer 1, 2, N aufweist, welche
jeweils eine erste Kommunikationsvorrichtung M1, M3, M5 und eine
zur ersten redundante zweite Kommunikationsvorrichtung M2, M4, M6
aufweisen. Die jeweils zueinander redundanten Kommunikationsvorrichtungen
M1 – M6
können
eine bauliche und/oder funktionale Einheit bilden. Eine Kommunikationsvorrichtung
M1 – M6
kann als Kommunikationsmodul ausgeführt sein. Die Teilnehmer sind
derart miteinander kommunikativ gekoppelt, dass alle ersten Kommunikationsvorrichtungen
M1, M3, M5 in einer Reihenfolge und alle jeweiligen zweiten Kommunikationsvorrichtungen
M2, M4, M6 in der gleichen Reihenfolge gekoppelt sind. Unter dem
Begriff Reihenfolge ist hier eine linienförmige Reihe, eine Abfolge mit
Anfang und Ende und festgelegten Plätzen innerhalb der Abfolge
zu verstehen. Außerdem
ist die erste Kommunikationsvorrichtung M5 am Ende der Reihenfolge
mit der zweiten Kommunikationsvorrichtung M2 am Anfang der Reihenfolge
und die zweite Kommunikationsvorrichtung M6 am Ende der Reihenfolge
mit der ersten Kommunikationsvorrichtung M1 am Anfang der Reihenfolge
gekoppelt. Jede Kommunikationsvorrichtung M1 – M6 ist also mit genau einer
Kommunikationsvorrichtung M1 – M6 eines
anderen Teilnehmers gekoppelt. Im Ergebnis ergibt sich eine logisch
ringförmige
Struktur der Abfolge aus Kommunikationsvorrichtungen M1 – M6 und
Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindungen V1 – V7 (siehe auch 1).
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3 zeigt
eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels
eines Netzwerks zur Kommunikation zwischen Teilnehmern, insbesondere
zur Kommunikation zwischen Teilnehmern mit redundanten Kommunikationsvorrichtungen
und Teilnehmern mit nicht-redundanten Kommunikationsvorrichtungen.
Die Teilnehmer 1, 2, N, 10 weisen zur Abwicklung
der Kommunikati onsaufgaben jeweils eine oder mehrere Kommunikationsvorrichtungen
M1 – M6,
M10 auf. Jede dieser Kommunikationsvorrichtungen M1 – M6, M10
enthält
im Ausführungsbeispiel
mindestens zwei Schnittstellen S1 – S14, welche der Ankopplung
an Punktzu-Punkt-Kommunikationsverbindungen V1 – V7 dienen. Redundante Kommunikationsvorrichtungen
M1 – M6
sind wechselseitig über
Mittel zur Kommunikation K1, K2, KN gekoppelt. Das Netzwerk weist
jedoch auch einen Teilnehmer 10 mit nichtredundanter Kommunikationsvorrichtung
M10 auf.
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Die ersten Teilnehmer 1, 2, N
des Ausführungsbeispiels
gemäß 3 sind so genannte systemredundante
Komponenten, z. B. Komponenten eines Automatisierungssystems. Mit
Systemredundanz ist hier eine Redundanz durch mehrfache Systemausführung gemeint.
Die zur Ausführung
von Kommunikationsaufgaben vorgesehenen Kommunikationsvorrichtungen
M1 – M6
der als systemredundant bezeichneten Teilnehmer 1, 2, N
sind jeweils einfach redundant, d. h. in doppelter Ausführung pro Teilnehmer
vorhanden. Dies sei am mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneten
Teilnehmer näher
erläutert.
Die Kommunikationsaufgaben dieses Teilnehmers 1 werden durch die
beiden Kommunikationsvorrichtungen M1 und M2 ausgeführt. Die
Kommunikationsvorrichtungen M1, M2 sind über Mittel zur Kommunikation
K1 miteinander kommunikativ gekoppelt. Über die Mittel zur Kommunikation
K1, z. B. eine Busleitung, können
die Kommunikationsvorrichtungen M1, M2 somit Zustandsinformationen,
Synchronisationssignale oder beliebige weitere Daten austauschen.
Je nach Aufbau des Netzwerks zur Kommunikation können dabei beide Kommunikationsvorrichtungen
M1 und M2 parallel und synchronisiert betrieben werden oder können die
anstehenden Kommunikationsaufgaben auch durch eine der Kommunikationsvorrichtungen
M1 oder M2 alleine ausgeführt
werden. Kann eine der Kommunikationsvorrichtungen M1 oder M2 die
ihm zugewiesenen Kommunikationsaufgaben aufgrund eines Fehlers oder
anderer Ursachen nicht mehr erfüllen,
werden diese Aufgaben innerhalb kürzester Zeit oder sogar ohne Zeitverzögerung von
der jeweils anderen Kommunikationsvorrichtung M1 oder M2 übernommen.
Die Kommunika tionsvorrichtungen M1 und M2 können dabei die Funktionsfähigkeit
der jeweiligen anderen Kommunikationsvorrichtung z. B. über die
Mittel zur Kommunikation K1 überwachen
oder können
dem entsprechende Hinweise vom Teilnehmer 1 erhalten. Die
Verfügbarkeit
des Teilnehmers 1 wird somit durch einen Ausfall einer
der Kommunikationsvorrichtungen M1, M2 nicht beeinträchtigt.
Das hier zum Teilnehmer 1 Gesagte gilt ebenso für die Teilnehmer 2 bis
N. Die beliebige Anzahl von Teilnehmern 1, 2, N wird in 3 durch die gestrichelt
dargestellten Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindungen V6, V7 symbolisiert.
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Im Ausführungsbeispiel von 3 enthält das Netzwerk zur Kommunikation
einen nicht systemredundanten Teilnehmer 10. Der nicht-redundante
Teilnehmer 10 weist eine einzige Kommunikationsvorrichtung M10 auf.
Sämtliche
Kommunikationsvorrichtungen M1 – M6,
M10 weisen Schnittstellen S1 – S14
auf, welche zur Kopplung der Kommunikationsvorrichtungen M1 – M6, M10
mit Kommunikationsverbindungen dienen. Sowohl Schnittstellen S1 – S14 als
auch Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindungen V1 – V7 ermöglichen
eine bidirektionale Kommunikation. Um die durch diese Systemredundanz
der Teilnehmer 1, 2, N erhöhte Zuverlässigkeit des Netzwerks weiter
zu steigern, wird zusätzlich
die so genannte Medienredundanz genutzt. Unter dem Begriff Medienredundanz
soll hier eine Redundanz in der Netzwerk-Infrastruktur verstanden
werden. In bisher bekannten Kommunikationsnetzwerken ist eine Mischung
von systemredundanten und nicht systemredundanten Komponenten sehr
aufwändig.
Bei Netzwerken, welche gemäß dem Profibus-Standard
aufgebaut sind, wird dafür
beispielsweise ein spezieller Bus vorgesehen, welcher mit redundanten
Master-Baugruppen separat verbunden ist. Dies führt zu Mehraufwendungen für zusätzliche
Verkabelung und zusätzliche
Komponenten. Bei dem hier dargestellten Netzwerk werden hingegen
alle redundanten Kommunikationsvorrichtungen M1 – M6 derart miteinander gekoppelt,
dass jeweils eine der Kommunikationsvorrichtungen der anderen systemredundanten
Teilnehmer 1, 2, N auf dem Verbindungsweg zwi schen den
beiden Kommunikationsvorrichtungen eines Teilnehmers 1, 2,
N liegt. Dazu wird die übliche linienförmige Struktur
des Netzwerks durch die Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindungen V1 und V2
in eine geschlossene Ringstruktur überführt. Nichtredundante Teilnehmer 10 werden
einfach in diesen Ring eingekoppelt.
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Der Vorteil dieser Struktur soll
im Folgenden anhand des Beispiels einer Kommunikation zwischen dem
Teilnehmer 1 und dem Teilnehmer 2 gezeigt werden.
Im fehlerfreien Zustand des Netzwerks erfolgt die Kommunikation
zwischen den Teilnehmern 1 und 2 entweder über die
Kommunikationsvorrichtung M1, die Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung V3,
die Kommunikationsvorrichtung M10, die Kommunikationsverbindung
V4 und die Kommunikationsvorrichtung M3 oder über den direkteren Weg aus Kommunikationsvorrichtung
M2, Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung V5 und Kommunikationsvorrichtung
M4. Im Falle eines Einfachfehlers, z. B. dem Ausfall der Kommunikationsvorrichtung
M10 des Teilnehmers 10 kann die Kommunikation sowohl im
Fall einer Linienstruktur als auch im hier dargestellten Fall einer
Ringstruktur über
die Kommunikationsverbindung V5 und die entsprechenden Kommunikationsvorrichtungen
M2 und M4 aufrechterhalten werden. Im Fall eines Zweifachfehlers,
z. B. dem gleichzeitigen Ausfall der Kommunikationsvorrichtung M10
und der Kommunikationsvorrichtung M2 kann die Kommunikation zwischen den
Teilnehmern 1 und 2 im Falle einer klassischen Linienstruktur
nicht aufrechterhalten werden. Die Auswirkungen eines solchen Doppelfehlers
könnten eine
Anlage zum Stillstand oder einen Prozess zum Erliegen bringen. Durch
die hier vorgeschlagene Anordnung der Teilnehmer eines Netzwerks
zur Kommunikation in Form einer geschlossenen Ringstruktur wird
Derartiges verhindert. Im beschriebenen Fall des Ausfalls der Kommunikationsvorrichtungen
M10 und M2 kann die Kommunikation über die Kommunikationsvorrichtung
M1, die Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung V1, die Kommunikationsvorrichtung
M6, die Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsver bindung V7 und die Kommunikationsvorrichtung
M4 aufrechterhalten werden.
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Durch die immer häufiger eingesetzte Switch-Technologie
(in sogenannten geschalteten Netzen), welche z.B. bei Verwendung
von Ethernet-Systemen Anwendung findet, sind Auswirkungen eines
Ausfalls einer Komponente eines Kommunikationsnetzwerks erheblicher
als die Auswirkungen eines Ausfalls bei einem klassischen passiven
Netz. Bei Integration der Switch-Funktionen
lassen sich allerdings Redundanz-Mechanismen einbauen. Neben Medien-Redundanz
gibt es auch System-Redundanz-Unterstützung, welche
allerdings unabhängig von
der Medien-Redundanz
ist. Der Einsatz der Erfindung in geschalteten Netzen erhöht deren
Zuverlässigkeit
auf einfache Art und Weise. Beispiele für geschaltete Netze in denen
die Erfindung einsetzbar ist sind RPR (Resilient Packet Ring), FDDI
(Fiber Distributed Data Interface), Token Ring, Ethernet usw. Die Kommunikationsvorrichtungen
M1 – M6,
M10 können,
z. B. als Switch, sowohl Datenweiterleitungsfunktionen erfüllen als
auch, z. B. als DTE (Datenendeinrichtung), Datenein-/ausspeisefunktionen (Quelle
und Senke). Mögliche
Ausführungsformen von
Kommunikationsvorrichtungen M1 – M6,
M10 sind z. B. Router, Switch, Hub u. Ä., abhängig von der verwendeten Netzwerktechnologie
und der Kommunikationsebene, in welcher die Erfindung realisiert wird.
So wäre
eine Kommunikationsvorrichtung auf Transportebene (z. B. TCP, Transmission
Control Protocol) beispielsweise als Gateway realisiert, auf Netzwerkebene
(z. B. IP, Internet Protocol) z. B. als Router, im Ethernet auf
MAC-Ebene (MAC = Media Access Control) als Bridge und/oder Switch
und auf physikalischer Ebene als Repeater bzw. Hub. In einem weiteren
Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind die jeweils zueinander redundanten Kommunikationsvorrichtungen
M1 – M6
als schaltbare Elemente, z. B. als Switch, realisiert, welche jeweils
einen oder mehrere Endknoten eines Teilnehmers 1, 2, N
mit dem Netzwerk verbinden.
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Die Kompatibilität und die Leistungsfähigkeit des
Netzwerks wird erhöht,
wenn die Folge mit Kommunikationsvorrichtungen M1 – M6 der
ersten Teilnehmer 1, 2, N, Kommunikationsvorrichtungen
M10 der zweiten Teilnehmer 10 und Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindungen
V1 – V7
ein Bussystem bildet. Mindestens eine der an einem passiven Ring kommunizierenden
Kommunikationsvorrichtungen M1 – M6,
M10 sollte als Schaltstelle im Ring fungieren.
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Die im Ausführungsbeispiel dargestellte
Anzahl an Kommunikationsvorrichtungen M1 – M6, M10 pro Teilnehmer 1,
2, N, 10, an Schnittstellen S1 – S14 pro Kommunikationsvorrichtung
M1 – M6,
M10 sowie an redundanten und nicht redundanten Teilnehmern 1,
2, N, 10 am Kommunikationsnetzwerk wurde aus Gründen der
besseren Darstellbarkeit gewählt,
stellt aber keine Beschränkung
der Erfindung auf die gewählten
Ausführungen
dar.
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Zusammenfassend betrifft die Erfindung
somit ein Netzwerk zur Kommunikation zwischen Teilnehmern 1,
2, N, 10. Um die Verfügbarkeit des Kommunikationsnetzwerks
zu erhöhen,
weist dieses mehrere erste Teilnehmer 1, 2, N auf, welche
jeweils eine erste Kommunikationsvorrichtung M1, M3, M5 und eine
zur ersten redundante zweite Kommunikationsvorrichtung M2, M4, M6
aufweisen, wobei die Teilnehmer derart miteinander kommunikativ
gekoppelt sind, dass alle ersten Kommunikationsvorrichtungen M1,
M3, M5 in einer Reihenfolge und alle jeweiligen zweiten Kommunikationsvorrichtungen
M2, M4, M6 in der gleichen Reihenfolge gekoppelt sind und dass die
erste Kommunikationsvorrichtung M5 am Ende der Reihenfolge mit der
zweiten Kommunikationsvorrichtung M2 am Anfang der Reihenfolge und
die zweite Kommunikationsvorrichtung M6 am Ende der Reihenfolge
mit der ersten Kommunikationsvorrichtung M1 am Anfang der Reihenfolge
gekoppelt ist.