DE112014005365B4

DE112014005365B4 - Übertragungsvorrichtung und Kommunikationsnetzwerk

Info

Publication number: DE112014005365B4
Application number: DE112014005365.1T
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Nakayasu
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-11-25
Filing date: 2014-06-04
Publication date: 2021-11-18
Anticipated expiration: 2034-06-05
Also published as: DE112014005365T5; JPWO2015075959A1; TWI593254B; TW201536003A; KR20160086943A; JP6087447B2; CN105794151B; WO2015075959A1; KR101751195B1; CN105794151A; US20160254980A1

Abstract

Übertragungsvorrichtung (20), die zu einem Kommunikationsnetzwerk gehört, wobei die Übertragungsvorrichtung (20) umfasst:eine Vielzahl von Kommunikations-Ports (21), um Frames zu senden und zu empfangen; undeine Empfangsfrequenz-Überwachungseinheit (22),um eine Frequenz eines Empfangs eines Kontroll-Frames bezogen auf jeden der Kommunikations-Ports (21) zu überwachen, wobei der Kontroll-Frame von einer zu dem Kommunikationsnetzwerk gehörenden Kommunikationsvorrichtung periodisch in das Kommunikationsnetzwerk gesendet wird, undum einen Kommunikations-Port, an welchem die Frequenz des Empfangs einen Grenzwert übersteigt, anzuweisen, einen Sende- und Empfangsbetrieb von Frames einzustellen,wobei die Empfangsfrequenz-Überwachungseinheit, wenn es eine Mehrzahl an Kommunikations-Ports gibt, an welchen die Frequenz des Empfangs den Grenzwert übersteigt, bis auf einen alle der Mehrzahl an Kommunikations-Ports,an denen die Frequenz des Empfangs den Grenzwert übersteigt, anweist, den Sende- und Empfangsbetrieb einzustellen.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Übertragungsvorrichtung, welche einen Frame, welcher zwischen Kommunikationsvorrichtungen, die zu einem Kommunikationsnetzwerk gehören, übermittelt wird, überträgt.
Hintergrund
Über die letzten Jahre hinweg stieg ein Gebrauch des Ethernet (registrierte Marke) im industriellen Bereich an und ein Kommunikationsnetzwerk (im Folgenden als FA-Netzwerk bezeichnet), welches FA-Vorrichtungen (FA steht für Fabrik-Automatisierung), wie beispielsweise PLCs (engl.: „programmable logic controllers‟; dt.: „speicherprogrammierbare Steuerung“), Inverter, Sensoren und Ähnliche, miteinander verbindet, ist in eine Produktionsstraße eingebaut. Typischerweise wird das Ethernet in dem Fabrik-Automatisierungssystem dazu verwendet, Fabrik-Automatisierungsvorrichtungen, von welchen Echtzeit-Eigenschaften benötigt werden, miteinander zu verbinden und diese zu steuern. Ein CC-Link-IE (registrierte Marke) ist als ein solches Ethernet-basiertes FA-Netzwerk bekannt.
In dem CC-Link-IE, sind eine Kommunikationsvorrichtung auf einer Steuerseite (im Folgenden als Master bezeichnet) und eine zu steuernde Kommunikationsvorrichtung (im Folgenden als Slave bezeichnet) miteinander über das Ethernet verbunden und die Kommunikation wird auf Basis eines Token-Weitergabe-Verfahrens unter Verwendung einer Multicast-Kommunikation durchgeführt (vergleiche beispielsweise Patentliteratur 1).
Entsprechend dem in Patentliteratur 1 beschriebenen Kommunikationssystem sendet ein Master periodisch einen Netzwerk-Anwesenheitsbestätigungsframe (im Folgenden als TestData bezeichnet) an die zu steuernden Slaves. Basierend auf Verbindungsinformationen der Slaves, welche in TestDataAck enthalten sind, welche eine Antwort der Slaves darstellt, führt der Master eine Detektion eines neu verbundenen Terminals und eine Einstellung eines Token-Umlauf-Pfades durch.
Nach dem Ermitteln des Token-Umlauf-Pfades teilt der Master den Slaves die entsprechenden Sendeziele eines Tokens mit. Nach der Mitteilung des Token-Umlauf-Pfades an die Slaves, sendet der Master den Token und eigenen Daten per Multicast-Übertragung. Eine MAC-Adresse (engl.: „media access control) eines Slave, an welchen ein Senderecht als nächstes vergeben wird, ist in dem mit der Multicast-Übertragung ausgesendeten Token gespeichert. Ein Slave, der den Token mit der eigenen Adresse empfängt, erkennt, dass der Slave das Senderecht erhält. Nachdem Daten angemessen gesendet wurden, sendet der Slave den Token per Multicast-Übertragung an den nächsten Slave. In dem CC-Link-IE erfolgt eine Steuerung so, dass eine Dauer zwischen dem Senden des Token durch den Master und einem Empfangen des Token durch den Master, welcher seine eigene Adresse aufweist, kleiner als eine voreingestellte Dauer ist. Diese Folge von Prozessen wird wiederholt durchgeführt, womit der Master und die Slaves eine periodische Kommunikation (im Folgenden als zyklische Kommunikation bezeichnet) durchführen.
In dem Fall des FA-Netzwerks, welches über eine Verbindung verschiedener Fabrik-Automatisierungsvorrichtungen mit einer Übertragungseinheit wie beispielsweise einem Layer-2-Switch ausgebildet ist, besteht die Möglichkeit, dass der Kommunikationspfad aufgrund eines menschlichen Fehlers oder ähnlichem fehlerhaft konstruiert wurde und so ein schleifenförmiger Pfad geformt wird. In dem FA-Netzwerk führt die Bildung des schleifenförmigen Pfades zu einem Sturm, welcher störend in einen Netzwerkbetrieb eingreift. Dabei ist der Sturm das Phänomen, das entsprechende Frames in einer endlosen Wiederholung auf den schleifenförmigen Pfad weitergereicht und vervielfältigt werden, was zu einer Belastung der Netzwerkbandbreite führt. Nachdem in dem Fall des FA-Netzwerks eine hohe Zuverlässigkeit benötigt wird, ist es wichtig, einen solchen Mechanismus autonom zu erkennen und den schleifenförmigen Pfad aufzulösen.
Die folgende Methode ist herkömmlicherweise bekannt, um einen schleifenförmigen Pfad in dem Ethernet ausfindig zu machen. Dabei sendet man periodisch einen speziell gearteten Testframe zur Schleifenerkennung aus, empfängt den ausgesendeten Testframe und macht somit einen schleifenförmigen Pfad ausfindig (vergleiche beispielsweise Patentliteratur 2).
US 8,553,565 B2 offenbart eine Switch-Vorrichtung mit einer Schleifendetektionsfunktion. Ein auf eine spezielle Weise konfigurierter Port („detection sending inactivation port“), der ein Schleifendetektionsframe in ein an dem Port angeschlossenes Netzwerk aussendet, wird durch eine Steuerung der Switch-Vorrichtung deaktiviert, wenn festgestellt wird, dass ein Zähler, welcher die Häufigkeit des Empfangs des von dem Port ausgesendeten Schleifendetektionsframes an dem Port während einer vorbestimmten Dauer zählt, einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Ein auf eine andere spezielle Weise konfigurierter, der ein Schleifendetektionsframe in ein an dem Port angeschlossenes Netzwerk aussendet, wird durch eine Steuerung der Switch-Vorrichtung deaktiviert, wenn festgestellt wird, dass ein Zähler, welcher die Häufigkeit des Empfangs des von dem Port ausgesendeten Schleifendetektionsframes an einem Uplink-Port während einer vorbestimmten Dauer zählt, einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.
US 2012/0051252 A1 offenbart einen Netzwerkknoten mit Kommunikationsports, wobei der Netzwerkknoten dazu konfiguriert ist, für jeden seiner Kommunikationsports festzustellen, ob dieser für eine Übertragung eines Frames mit einem anderen Netzwerkknoten zur Verfügung steht. Ein Port wird als nicht für eine Übertragung eines Frames zur Verfügung stehend gekennzeichnet, wenn ein von einem Port des Netzwerkknotens ausgesendetes Frame von einem anderen Netzwerkknoten mit der gleichen Information zu dem Port zurückgesendet wird, was durch eine Schleife in dem Netzwerk bedingt ist.
Referenzliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: japanisches Patent Nr. JP 5 084 915 B2
Patentliteratur 2: offengelegte japanische Patentanmeldung JP 2012- 44 384 A

Zusammenfassung
Technisches Problem
In dem Fall des CC-Link-IE gibt es jedoch kein Mittel, ohne Hilfe eines Netzwerk-Administrators den schleifenförmigen Pfad über ein Kommunikationsterminal ausfindig zu machen und den schleifenförmigen Pfad aufzulösen, was ein Problem darstellt.
Für den Fall, dass die in Patentliteratur 2 beschriebene Technik, wonach eine Schleife über das Empfangen eines Testframes, welcher übertragen wird, ausfindig gemacht wird, auf das CC-Link-IE angewendet wird, ist es notwendig, die Zeitpunkte, zu denen die Testframes ausgesendet werden, so anzupassen, dass sich kein Konflikt zwischen den Testframes und den Kontrollframes des CC-Link-IE's, welche bezüglich Verzögerungen sehr sensitiv sind, ergibt. Außerdem kann es sein, dass bei der Verwendung eines speziell gearteten Testframes ein Kommunikationsterminal den Testframe aus Gründen der Sicherheit nicht weiterreicht.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezug auf das vorangehend Beschriebene erreicht und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Übertragungsvorrichtung und ein Kommunikationsnetzwerk zu erhalten, welches leicht einen einfach geformten schleifenförmigen Pfad ausfindig macht und den schleifenförmigen Pfad in dem CC-Link-IE autonom auflöst
Lösung des Problems
Um das oben beschriebene Problem zu lösen und das Ziel zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung eine zu einem Kommunikationsnetzwerk gehörende Übertragungsvorrichtung bereit. Die Übertragungsvorrichtung umfasst eine Vielzahl von Kommunikations-Ports, um Frames zu senden und zu empfangen; und eine Empfangsfrequenz-Überwachungseinheit, um eine Frequenz eines Empfangs eines Kontrollframes bezogen auf jeden der Kommunikations-Ports zu überwachen, wobei der Kontrollframe periodisch von einer zu dem Kommunikationsnetzwerk gehörenden Kommunikationsvorrichtung in das Kommunikationsnetzwerk ausgesendet wird, und um einen Kommunikations-Port, an dem die Frequenz des Empfangs einen Grenzwert übersteigt, anzuweisen, einen Sende- und Empfangsbetrieb von Frames einzustellen.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die Übertragungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, einen schleifenförmigen Pfad leicht ausfindig zu machen und den schleifenförmigen Pfad autonom aufzulösen.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel eines Kommunikationsnetzwerks gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel einer Konfiguration eines Layer-2-Switch zeigt
3 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel eines Betriebs eines Layer-2-Switch gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
4 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel eines Betriebs eines Layer-2-Switch gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
5 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel eines Betriebs des Layer-2-Switch gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
6 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel eines Kommunikationsnetzwerks gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden werden im Detail beispielhafte Ausführungsformen einer Übertragungsvorrichtung und eines Kommunikationsnetzwerkes gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt ist.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel eines CC-Link-IE-Netzwerks als Kommunikationsnetzwerk gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Das CC-Link-IE-Netzwerk ist durch ein Netzwerk des gleichen Segments gebildet, in welchem mehrere Kommunikationsterminals in einer Liniengestalt oder in einer Sterngestalt über das Ethernet miteinander verbunden sind.
Das Kommunikationsnetzwerk, welches in 1 gezeigt ist, umfasst ein Kommunikationsterminal 10X, welches als Master arbeitet, eine Vielzahl von Kommunikationsterminals 10A bis 10D, welche als Slaves arbeiten, und einen Layer-2-Switch 20, welcher eine Übertragungsvorrichtung ist. Jedes Kommunikationsterminal 10 (Kommunikationsterminals 10X und 10A bis 10D) ist mit zwei Kommunikations-Ports ausgestattet. Der Kommunikations-Port eines Kommunikationsterminals 10 ist mit einem Kommunikations-Port eines anderen Kommunikationsterminals 10 oder einen Kommunikations-Port des Slayer-2-Switch über ein LAN-Kabel (engl.: „local area network") verbunden. Das Kommunikationsterminal 10 ist mit einer FA-Vorrichtung (FA steht für engl.: „factory automation“ d.h. Fabrik-Automatisierung) verbunden oder in die FA-Vorrichtung eingebettet und sendet Kontrollinformation und Daten der FA-Vorrichtung an ein anderes Kommunikationsterminal 10, beziehungsweise empfängt Kontrollinformation und Daten der FA-Vorrichtung von einem anderen Kommunikationsterminal 10.
In dem beispielhaften Kommunikationsnetzwerk aus 1 sind ein erster Kommunikations-Port (Port_X1) des Kommunikationsterminals 10X und ein zweiter Kommunikations-Port (Port_A2) des Kommunikationsterminals 10A sowie ein zweiter Kommunikations-Port (Port_X2) des Kommunikationsterminals 10X und ein erster Kommunikations-Port (Port_B1) des Kommunikationsterminals 10B miteinander verbunden. Ein zweiter Kommunikations-Port (Port_B2) des Kommunikationsterminals 10B ist mit dem Layer-2-Switch 20 verbunden. Ein erster Kommunikations-Port (Port_C1) des Kommunikationsterminals 10C und ein erster Kommunikations-Port (Port_D1) des Kommunikationsterminals 10D sind mit dem Layer-2-Switch 20 verbunden.
In dem Kommunikationsnetzwerk gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Übertragungsvorrichtung, wie beispielsweise der Layer-2-Switch 20, mit einem Mechanismus ausgestattet, welcher eine Flussrate eines Netzwerk-Anwesenheits-Bestätigungsframes (TestData), welcher periodisch von dem Kommunikationsterminal 10X, welcher der Master des CC-Link-IEs ist, ausgesendet wird, überprüft und das Auftreten eines schleifenförmigen Pfades ermittelt, wenn die Zahl, mit welcher die TestData pro Zeiteinheit empfangen werden, einen Grenzwert übersteigt. Hier ist der Netzwerk-Anwesenheits-Bestätigungsframe ein Frame, welcher periodisch von dem Kommunikationsterminal 10X, welches der Master ist, ausgesendet wird, um ein neues Terminal, welches noch nicht in einem Token-Umlauf-Pfad registriert ist, zu detektieren.
2 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel einer Konfiguration des Layer-2-Switch 20 zeigt. Wie in 2 gezeigt, weist der Layer-2-Switch 20 eine Vielzahl an Kommunikations-Ports 21 (Kommunikations-Ports 21₁ bis 21_n ), eine Schleifen-Detektionseinheit 22, welche als Empfangsfrequenz-Überwachungseinheit dient, und eine Frame-Übertragungseinheit 23 auf.
Die Schleifen-Detektionseinheit 22 ermittelt, sobald sie einen Frame an einem jeden der Kommunikations-Ports 21 empfangen hat, ob der empfangene Frame der Netzwerk-Anwesenheits-Bestätigungsframe (TestData-Frame) ist oder nicht und berechnet eine Frequenz des Empfangs des besagten Frames (die Anzahl der Male mit welcher der TestData-Frame pro Zeiteinheit empfangen wird) bezogen auf jeden Kommunikations-Port 21. Falls die Frequenz des Empfangs des TestData-Frames einen voreingestellten Grenzwert übersteigt, schließt die Schleifen-Detektionseinheit 22 darauf, dass ein schleifenförmiger Pfad gebildet ist. Der von dem jeweiligen Kommunikations-Port 21 empfangene Frame, wird an die Frame-Übertragungseinheit 23 ausgegeben.
Die Frame-Übertragungseinheit 23 verwaltet eine Tabelle (MAC-Adressen-Tabelle), welche eine Entsprechung zwischen MAC-Adressen und den Kommunikations-Ports 21 angibt. Wenn die Frame-Übertragungseinheit 23 von der Schleifen-Detektionseinheit 22 einen Frame, welcher von jedem Kommunikations-Port 21 empfangen wurde, empfängt, gibt sie den empfangenen Frame an einen Kommunikations-Port 21 aus, welcher der MAC-Adresse zugeordnet ist, welche ein Ziel des empfangenen Frames ist. Wenn ein Broadcast-Frame wie beispielsweise der TestData-Frame empfangen wird, gibt die Frame-Übertragungseinheit 23 den empfangenen Frame an all jene Kommunikations-Ports 21 aus, welche nicht dem Kommunikations-Port 21 entsprechen, an welchem der Frame empfangen wurde.
Nun wird ein Gesamtüberblick über die Funktionsweise des Layer-2-Switch 20 gegeben. Als Beispiel wird ein Betrieb in dem Kommunikationsnetzwerk beschrieben, welches eine Konfiguration hat, welche in 3 gezeigt ist. 3 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel eines Falls zeigt, in welchem ein schleifenförmiger Pfad hinter dem Layer-2-Switch 20 gebildet ist. Das in 3 gezeigte Kommunikationsnetzwerk ist so ausgebildet, dass das Kommunikationsterminal 10X, welches der Master ist, mit dem Kommunikationsterminal 10A, welches der Slave ist, über den Layer-2-Switch 20 und über einen Hub 30 miteinander verbunden sind. Der Hub 30 ist mit dem Kommunikations-Port 21₁ des Layer-2-Switch 20 verbunden und ein schleifenförmiger Pfad zwischen dem Hub 30 und dem Kommunikationsterminal 10A wird gebildet. Es sei zu beachten, dass der Hub 30 alle empfangenen Frames an all diejenigen Kommunikations-Ports weiterreicht, welche sich von dem Kommunikations-Port unterscheiden, welcher den Frame empfangen hat.
In dem Fall des Kommunikationsnetzwerkes, welches die in 3 gezeigte Konfiguration aufweist, wird ein Weiterleiten und ein Duplizieren des TestData-Frames, welcher von dem Kommunikationsterminal 10X ausgesendet wird, auf dem schleifenförmigen Pfad wiederholt durchgeführt. Infolgedessen übersteigt eine Zahl der Empfänge des TestData-Frames pro Zeiteinheit am Kommunikations-Port 21₁ des Layer-2-Switch 20 den voreingestellten Grenzwert, womit die Schleifen-Detektionseinheit 22 das Vorliegen eines schleifenförmigen Pfads detektiert. Sobald der schleifenförmige Pfad detektiert wurde, schließt die Schleifen-Detektionseinheit 22 den ermittelten Kommunikations-Port 21₁ . Das bedeutet, dass die Schleifen-Detektionseinheit 22 denjenigen Kommunikations-Port 21₁ , an welchem der schleifenförmige Pfad detektiert wurde, anweist, kein Senden und Empfangen von Frames mehr durchzuführen, und der Kommunikations-Port 21₁ , welcher die entsprechende Anweisung empfängt, einen Sende- und Empfangsbetrieb von Frames einstellt. Somit wird der schleifenförmige Pfad von dem CC-Link-IE-Netzwerk isoliert.
In dem oben beschriebenen Beispiel sind die Schleifen-Detektionseinheit 22 und die Frame-Übertragungseinheit 23 in dem Layer-2-Switch 20 voneinander separiert. Überdies ist jedoch auch eine Konfiguration möglich, in welcher die Frame-Übertragungseinheit 23 die Funktion der Schleifen-Detektionseinheit 22 aufweist (das heißt die Frame-Übertragungseinheit 23 führt die Schleifenerkennung durch).
In dem oben beschriebenen Beispiel ermittelt die Schleifen-Detektionseinheit 22 ein Auftreten eines schleifenförmigen Pfades auf Basis eines Vergleichs der Zahl der Empfänge des TestData-Frames pro Zeiteinheit mit dem Grenzwert. Überdies ist es auch möglich, die Erkennung eines schleifenförmigen Pfades über einen Vergleich der unterschiedlichen Zahlen an Empfängen der TestData-Frames der jeweiligen Kommunikations-Ports zu erhalten. Das bedeutet, dass, wenn eine große Variation in der Zahl der Empfänge des TestData-Frames pro Zeiteinheit auftritt, es möglich ist, zu bestimmen, dass der Kommunikations-Port mit der großen Zahl an Empfängen eine Bildung eines schleifenförmigen Pfades bedingt. Beispielsweise könnte es in einem Fall mit drei Kommunikations-Ports #1 bis #3 möglich sein, wenn die Zahl der Empfänge des TestData-Frames pro Zeit an dem Kommunikations-Port #2 größer ist als die an den Kommunikations-Ports #1 und #3, zu bestimmen, dass ein schleifenförmiger Pfad gebildet wurde und der Kommunikations-Port #2 zu schließen ist.
In dem oben beschriebenen Beispiel wird die Bildung eines schleifenförmigen Pfades unter Verwendung des TestData-Frames ermittelt. Wenn es jedoch einen ähnlichen Kontroll-Frame (einen Frame, der periodisch von dem Kommunikationsterminal 10X, welches der Master ist, per Broadcast-Übertragung gesendet wird) gibt, kann auch dieser Frame dazu verwendet werden, die Bildung eines schleifenförmigen Pfades zu ermitteln.
In dem obigen Beispiel wurde der Fall beschrieben, in welchen das Kommunikationsnetzwerk das CC-Link-IE-Netzwerk ist. Überdies kann die Übertragungsvorrichtung 20 auch in einem Kommunikationsnetzwerk vorgesehen sein, welches ein Kommunikationsterminal aufweist, welches periodisch einen Kontroll-Frame per Broadcast-Übertragung sendet. Das bedeutet, dass die Schleifen-Detektionseinheit 22 der Übertragungsvorrichtung 20 einen schleifenförmigen Pfad über eine Überwachung eines Empfangsstatus (die Zahl der Empfänge) eines Broadcast-Kontroll-Frames detektieren kann.
Wie bereits oben beschrieben, bestimmt der Layer-2-Switch 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Anwesenheit oder eine Abwesenheit eines schleifenförmigen Pfades basierend auf der Zahl der Empfänge eines Kontroll-Frames pro Zeiteinheit, wobei der Kontroll-Frame von einem Master-Kommunikationsterminal periodisch in das Kommunikationsnetzwerk per Broadcast-Übertragung ausgesendet wird. Sobald ein schleifenförmiger Pfad detektiert wird, schließt der Layer-2-Switch 20 einen Kommunikations-Port, an welchem der schleifenförmige Pfad entdeckt wurde. Dementsprechend ist es möglich, in dem CC-Link-IE-Netzwerk einen schleifenförmigen Pfad einfach zu erfassen und diesen autonom aufzulösen.
Zweite Ausführungsform
Nun wird eine Übertragungsvorrichtung (Layer-2-Switch) gemäß der zweiten Ausführungsform beschrieben. Es sei angenommen, dass eine Konfiguration des Layer-2-Switch derjenigen aus der ersten Ausführungsform (vergleiche 2) ähnlich ist.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde der Betrieb des Layer-2-Switch 20 in dem Fall beschrieben, in welchem ein einzelner Kommunikations-Port eine Schleifen-Detektionsbedingung erfüllt (zum Beispiel dass die Zahl der Empfänge des TestData-Frames pro Zeiteinheit größer als der Grenzwert ist). In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Betrieb des Layer-2-Switch 20 in einem Fall beschrieben, in welchem eine Mehrzahl von Kommunikations-Ports die Schleifen-Detektionsbedingung erfüllt. Es sei angemerkt, dass zwei Fälle einer Konfiguration vorstellbar sind, bei denen eine Mehrzahl von Kommunikations-Ports die Schleifen-Detektionsbedingung erfüllt: einerseits ein Fall, welcher in 4 gezeigt ist, in welchem ein schleifenförmiger Pfad zwischen den Kommunikations-Ports des Layer-2-Switch gebildet wird; andererseits ein Fall, welcher in 5 gezeigt ist, in welchem mehrere schleifenförmige Pfade hinter dem Layer-2-Switch 20 existieren.
Ein Kommunikationsnetzwerk, wie es in 4 gezeigt ist, weist eine Konfiguration auf, gemäß derer ein Kommunikationsterminal 10X, welches ein Master ist, mit dem Kommunikations-Port 21₃ des Layer-2-Switch 20 verbunden ist und ein Kommunikationsterminal 10A, welches ein Slave ist, mit den Kommunikations-Ports 21₁ und 21₂ verbunden ist. In der gemäß gezeigten Konfiguration wird ein schleifenförmiger Pfad zwischen den Kommunikations-Ports 21₁ und 21₂ des Layer-2-Switch 20 und dem Kommunikationsterminal 10A gebildet.
Im Gegensatz dazu weist ein Kommunikationsnetzwerk, wie es in 5 gezeigt ist, eine Konfiguration auf, bei der ein Kommunikationsterminal 10X, welches ein Master ist, mit dem Kommunikations-Port 21₃ des Layer-2-Switch 20, ein Hub 30A mit den Kommunikations-Port 21₁ und ein Hub 30B mit dem Kommunikations-Port 21₂ verbunden ist. Darüber hinaus ist ein Kommunikationsterminal 10A, welches ein Slave ist, mit dem Hub 30A und ein Kommunikationsterminal 10B, welches ein Slave ist, mit dem Hub 30B verbunden. In der in 5 gezeigten Konfiguration wird ein schleifenförmiger Pfad zwischen dem Hub 30A und dem Kommunikationsterminal 10A und ein anderer schleifenförmiger Pfad zwischen dem Hub 30B und dem Kommunikationsterminal 10B gebildet.
Wenn eine Mehrzahl von Kommunikations-Ports 21 die Schleifen-Detektionsbedingung erfüllt, kann der Layer-2-Switch 20 nicht ermitteln, welcher der in 4 und 5 gezeigten Fälle die Schleifenform bedingt. Infolgedessen schließt der Layer-2-Switch 20, sobald eine Mehrzahl von Kommunikations-Ports 21 die Schleifen-Detektionsbedingungen erfüllt, bis auf einen einzigen zufällig ausgewählten alle Kommunikations-Ports 21, welche die Schleifen-Detektionsbedingungen erfüllen.
Im Fall des in 4 gezeigten Kommunikationsnetzwerkes bemerkt die Schleifen-Detektionseinheit 22 des Layer-2-Switch 20, nachdem eine gewisse Zeit nach dem Start des Betriebs verstrichen ist, dass die Kommunikations-Ports 21₁ und 21₂ die Schleifen-Detektionsbedingung erfüllen und schließt einen der beiden Kommunikations-Ports 21₁ und 21₂ . Beispielsweise wird der Kommunikations-Port 21₂ geschlossen. Damit wird der schleifenförmige Pfad zwischen den Kommunikations-Ports 21₁ und 21₂ des Layer-2-Switch 20 aufgelöst. Infolgedessen erreicht die Zahl an Empfängen der TestData pro Zeiteinheit an dem Kommunikations-Port 21₁ , welcher nicht geschlossen wurde, einen normalen Wert, welcher gleich oder kleiner dem Grenzwert ist, womit ein schleifenförmiger Pfad nicht wieder detektiert wird. Dabei ist es möglich, die Verbindung zwischen dem Master (dem Kommunikationsterminal 10X) und dem Slave (Kommunikationsterminal 10A) aufrechtzuerhalten, da der schleifenförmige Pfad über das Schließen nur eines Punkts in dem schleifenförmigen Pfad aufgelöst werden kann.
Andererseits sind in dem Fall des Kommunikationsnetzwerks gemäß 5 mehrere schleifenförmige Pfade hinter dem Layer-2-Switch 20 vorhanden. Damit wird der schleifenförmige Pfad hinter dem Kommunikations-Port 21₁ nicht aufgelöst, selbst wenn die Schleifen-Detektionseinheit 22 des Layer-2-Switch 20 den Kommunikations-Port 21₂ , ähnlich dem in 4 gezeigten Fall des Kommunikationsnetzwerks, schließt, womit die Zahl der Empfänge der TestData pro Zeiteinheit am Kommunikations-Port 21₁ weiterhin den Grenzwert übersteigt. Damit schließt die Schleifen-Detektionseinheit 22, falls der Status, gemäß welchem die Zahl der Empfänge der TestData pro Zeiteinheit den Grenzwert übersteigt, nicht aufgelöst werden kann, auch den Kommunikations-Port 21₁ nach Ablauf einer bestimmten Zeit. Damit wird der schleifenförmige Pfad aufgelöst.
Wie oben beschrieben, schließt die Schleifen-Detektionseinheit 22 des Layer-2-Switch 20, in dem Fall, in dem ein schleifenförmiger Pfad an einer Mehrzahl von Kommunikations-Ports 21 detektiert wird, bis auf einen einzigen zufällig ausgewählten alle Kommunikations-Ports 21, an welchen der schleifenförmige Pfad detektiert wurde. Wenn dann der Zustand, dass ein schleifenförmiger Pfad detektiert wird, nicht gelöst wurde, schließt die Schleifen-Detektionseinheit 22 des Weiteren den einen Kommunikations-Port, welcher bisher noch nicht geschlossen wurde. Somit ist es möglich, den schleifenförmigen Pfad autonom aufzulösen, wobei verhindert wird, dass mehr Kommunikations-Ports als notwendig geschlossen werden.
Überdies kann die Schleifen-Detektionseinheit 22, wenn ein schleifenförmiger Pfad an mehreren Kommunikations-Ports 21 detektiert wird, die Kommunikations-Ports einen nach dem andern schließen, anstatt sofort bis auf einen einzigen ausgewählten alle Kommunikations-Ports zu schließen. Das bedeutet, dass die Schleifen-Detektionseinheit 22 erst einen der vielen Kommunikations-Ports, an welchen der schleifenförmige Pfad detektiert wurde, schließt und dann einen Status der übrigen Kommunikations-Ports (die Kommunikations-Ports, welche von den Kommunikations-Ports, an welchen ein schleifenförmiger Pfad detektiert wurde, nicht geschlossen wurde) für eine bestimmte Zeit überwachen. Falls der schleifenförmige Pfad nicht aufgelöst sein sollte, schließt die Schleifen-Detektionseinheit 22 einen weiteren Kommunikations-Port und überwacht den Status (d.h. überwacht für eine bestimmte Zeit, ob der schleifenförmige Pfad aufgelöst ist oder nicht). Die Schleifen-Detektionseinheit 22 wiederholt den oben beschriebenen Vorgang, bis der schleifenförmige Pfad komplett aufgelöst ist. Über das schrittweise Schließen der Mehrzahl von Kommunikations-Ports, an welchen der schleifenförmige Pfad detektiert wurde, ist es möglich, sicher zu verhindern, dass mehr Kommunikations-Ports geschlossen werden als notwendig ist.
Dritte Ausführungsform
In den vorangegangenen zwei Ausführungsformen wurde ein Prozess beschrieben, mit welchem der Layer-2-Switch 20 einen schleifenförmigen Pfad detektiert und autonom auflöst. Darüber hinaus ist es möglich, dass der Layer-2-Switch 20 einen schleifenförmigen Pfad nicht nur detektiert, sondern auch einem Netzwerk-Administrator die Detektion des schleifenförmigen Pfades mitteilt.
6 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel einer Konfiguration eines Kommunikationsnetzwerks zeigt, welches eine Netzwerk-Verwaltungsvorrichtung umfasst, welche Fehlermeldungen des CC-Link-IE-Netzwerks verwaltet. Das in 6 dargestellte Kommunikationsnetzwerk umfasst ein Kommunikationsterminal 10X, welches als Master arbeitet, eine Vielzahl von Kommunikationsterminals 10A bis 10C, welche als Slaves arbeiten, einen Layer-2-Switch 20, der eine Übertragungsvorrichtung ist, und eine Netzwerk-Verwaltungsvorrichtung 40. In dem beispielhaften Kommunikationsnetzwerk aus 6 ist ein erster Kommunikations-Port (Port_X1) des Kommunikationsterminals 10X mit einem Kommunikations-Port (Port_1) der Netzwerk-Verwaltungsvorrichtung 40 und ein zweiter Kommunikations-Port (Port_X2) des Kommunikationsterminal 10X mit einem ersten Kommunikations-Port (Port_A1) des Kommunikationsterminals 10A verbunden. Ein zweiter Kommunikations-Port (Port_A2) des Kommunikationsterminals 10A ist mit dem Layer-2-Switch 20 verbunden. Ein erster Kommunikations-Port (Port_B1) des Kommunikationsterminals 10B ist mit dem Layer-2-Switch verbunden und ein erster Kommunikations-Port (Port_C1) des Kommunikationsterminals 10C ist mit dem Layer-2-Switch 20 verbunden. Die Ausgestaltung des Layer-2-Switch ist ähnlich derjenigen aus den ersten beiden Ausführungsformen (vergleiche 2).
Im Fall des in 6 gezeigten Layer-2-Switch 20 schließt die Schleifen-Detektionseinheit 22, sobald sie einen schleifenförmigen Pfad detektiert, einen Kommunikations-Port 21 durch eine Prozedur ähnlich wie in den ersten beiden Ausführungsformen und generiert ferner einen Schleifen-Detektions-Meldungsframe, welcher für die Netzwerk-Verwaltungsvorrichtung 40 bestimmt ist, um diesen über die Frame-Übertragungseinheit 23 und den Kommunikations-Port 21 auszusenden. Sobald die Netzwerk-Verwaltungsvorrichtung 40 den Schleifen-Detektions-Meldungsframe empfängt, teilt sie einem Netzwerk-Administrator die Detektion des schleifenförmigen Pfades mit, indem sie dies beispielsweise auf einer Anzeigeeinheit (nicht gezeigt) anzeigt.
Gemäß dem Kommunikationsnetzwerk der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, nicht nur einen schleifenförmigen Pfad autonom aufzulösen, sondern auch den Netzwerk-Administrator (Netzwerk-Verwaltungsvorrichtung 40) schnell von der Detektion des schleifenförmigen Pfades zu unterrichten.
In jeder der Ausführungsformen ist ein Fall beschrieben, in welchem ein Layer-2-Switch zu einem Kommunikationsnetzwerk gehört. Selbiges gilt, auch für jeden Layer-2-Switch, in einem Fall, in dem zwei oder mehr Layer-2-Switch zu dem Netzwerk gehören.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie oben beschrieben sind die Übertragungsvorrichtung und das Kommunikationsnetzwerk gemäß der vorliegenden Erfindung für die Umsetzung eines Ethernet basierten FA-Netzwerks hilfreich.
Bezugszeichenliste

10X: Kommunikationsterminal (Master),
10A, 10B, 10C, 10D: Kommunikationsterminals (Slaves),
20: Layer-2-Switch,
211, 212, 213, 21n: Kommunikations-Port,
22: Schleifen-Detektionseinheit,
23: Frame-Übertragungseinheit,
30, 30A, 30B: HUB,
40: Netzwerk-Verwaltungsvorrichtung.

Claims

Übertragungsvorrichtung (20), die zu einem Kommunikationsnetzwerk gehört, wobei die Übertragungsvorrichtung (20) umfasst: eine Vielzahl von Kommunikations-Ports (21), um Frames zu senden und zu empfangen; und eine Empfangsfrequenz-Überwachungseinheit (22), um eine Frequenz eines Empfangs eines Kontroll-Frames bezogen auf jeden der Kommunikations-Ports (21) zu überwachen, wobei der Kontroll-Frame von einer zu dem Kommunikationsnetzwerk gehörenden Kommunikationsvorrichtung periodisch in das Kommunikationsnetzwerk gesendet wird, und um einen Kommunikations-Port, an welchem die Frequenz des Empfangs einen Grenzwert übersteigt, anzuweisen, einen Sende- und Empfangsbetrieb von Frames einzustellen, wobei die Empfangsfrequenz-Überwachungseinheit, wenn es eine Mehrzahl an Kommunikations-Ports gibt, an welchen die Frequenz des Empfangs den Grenzwert übersteigt, bis auf einen alle der Mehrzahl an Kommunikations-Ports, an denen die Frequenz des Empfangs den Grenzwert übersteigt, anweist, den Sende- und Empfangsbetrieb einzustellen.
Übertragungsvorrichtung (20) gemäß Anspruch 1, wobei der Kontroll-Frame ein Kontroll-Frame ist, welcher gesendet wird, um einen Status des Kommunikationsnetzwerks zu überprüfen.
Übertragungsvorrichtung (20) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Empfangsfrequenz-Überwachungseinheit (22), wenn, selbst nach einer bestimmten Zeit, nachdem die Empfangsfrequenz-Überwachungseinheit (22) bis auf einen alle Kommunikations-Ports der Mehrzahl an Kommunikations-Ports, an denen die Frequenz des Empfangs den Grenzwert überstiegen hatte, angewiesen hat, den Sende- und Empfangsbetrieb einzustellen, es noch immer einen Kommunikations-Port gibt, an welchem die Frequenz des Empfangs den Grenzwert übersteigt, ferner den verbleibenden einen der Mehrzahl an Kommunikations-Ports , an welchem die Frequenz des Empfangs den Grenzwert übersteigt, anweist, den Sende- und Empfangsbetrieb einzustellen.
Übertragungsvorrichtung (20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Empfangsfrequenz-Überwachungseinheit (22), wenn der Kommunikations-Port, an welchem die Frequenz des Empfangs den Grenzwert übersteigt, erkannt wird, Information an eine Verwaltungsvorrichtung (40) des Kommunikationsnetzwerks sendet, welche die Erkennung anzeigt.
Übertragungsvorrichtung (20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Kommunikationsnetzwerk ein Kommunikationsnetzwerk ist, welches Fabrik-Automatisierungsvorrichtungen miteinander verbindet.
Übertragungsvorrichtung (20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Kommunikationsnetzwerk ein CC-Link-IE-Netzwerk ist.
Kommunikationsnetzwerk umfassend eine Übertragungsvorrichtung (20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.