DE10304663A1 - Kommunikationsnetzwerk - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft 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.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Netzwerk zur Kommunikation zwischen Teilnehmern, insbesondere zur Anwendung innerhalb eines Automatisierungssystems.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verfügbarkeit eines Kommunikationsnetzwerks zu erhöhen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Es zeigen:
  • 1 den logischen Aufbau eines Kommunikationsnetzwerks,
  • 2 eine schematische Darstellung eines Kommunikationsnetzwerks mit ersten Teilnehmern und
  • 3 eine schematische Darstellung eines Kommunikationsnetzwerks mit ersten und zweiten Teilnehmern.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (9)

  1. Netzwerk zur Kommunikation zwischen Teilnehmern (1, 2, N, 10), 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, 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.
  2. Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzwerk mindestens einen zweiten Teilnehmer (10) aufweist, welcher mindestens eine nicht-redundante Kommunikationsvorrichtung (M10) aufweist, wobei die nicht-redundante Kommunikationsvorrichtung (M10) zwischen zwei der redundanten Kommunikationsvorrichtungen (M1 – M6) kommunikativ angekoppelt ist.
  3. Netzwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kommunikationsvorrichtung (M1 – M6) jeweils mit genau einer Kommunikationsvorrichtung (M1 – M6) eines anderen Teilnehmers gekoppelt ist.
  4. Netzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsvorrichtungen (M1 – M6, M10) mittels Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindungen (V1 – V7) gekoppelt sind.
  5. Netzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Kommunikation (K1, K2, KN) zwischen den jeweils zwei zueinander redundanten Kommunikationsmodulen (M1 – M6) der ersten Teilnehmer (1, 2, N) vorgesehen sind.
  6. Netzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zugriff auf Funktionen eines Teilnehmers (1, 2, N, 10) durch mehrere weitere Teilnehmer (1, 2, N, 10) vorgesehen ist.
  7. Netzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzwerk ein geschaltetes Netzwerk ist.
  8. Netzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsvorrichtungen (M1 – M6, M10) als Switch ausgeführt sind.
  9. Verwendung des Netzwerks nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Kommunikation in einem Automatisierungssystem.
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WO2004071024A1 (de) 2004-08-19

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