DE19955330A1 - Verfahren zur Übertragung von Daten sowie Koppelgerät - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Daten von einem Feldbus (1), insbesondere von PROFIBUS, auf ein Netz, auf welchem Zellen mit fester Länge übertragen werden, insbesondere auf ein ATM-Netz (3), wobei die Datenübertragungsgeschwindigkeit auf dem Feldbus wesentlich niedriger als auf dem ATM-Netz ist. Ein Feldbustelegramm wird bei der Segmentiertung in mehrere Teilpakete aufgeteilt, die jeweils eine ATM-Zelle nur teilweise auffüllen. Dadurch wird eine erhebliche Verringerung der Übertragungsverzögerung erreicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Daten von einem Feldbus, insbesondere einem Feldbus nach der PROFIBUS-Spezifikation, auf ein Netz, auf welchem Zellen mit fester Länge übertragen werden, insbesondere auf ein ATM- Netz, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein ent­ sprechendes Koppelgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5.

Beispielsweise aus dem Aufsatz "Hochgeschwindigkeitsnetze in der Automatisierung: ATM" von Christian Cseh und Jürgen Jasperneite, veröffentlicht in etz, Heft 6/1999, Seiten 6 bis 9, ist bekannt, daß Hochgeschwindigkeitsnetze wie ATM-Netze, Fast- und Gigabit-Ethernet in der Automati­ sierung einsetzbar sind. Derartige Hochgeschwindigkeitsnetze ermöglichen zusätzlich zu den klassischen Anforderungen der Automatisierungssysteme Multimedia-Anwendungen, beispiels­ weise die Übertragung von Audio- und Videodaten. Neben den Leistungsparametern sind die Dienste und Funktionen wichtig, die ein Kommunikationssystem in der Automatisierungstechnik an der Schnittstelle zur Anwendung oder einem Dienstnutzer erbringt. Diese Dienste umfassen die Übertragung von Daten in Echtzeit oder mit garantierten Zeitschranken für Steuer- und Kontrollaufgaben und beispielsweise einen Datentransfer ohne bestimmte Dienstgüteparameter, wie er beim Versenden von Be­ triebs- oder Qualitätsdaten für statistische Auswertungen oder Archivierung auftritt.

Zwischen verschiedenen Kommunikationssystemen, beispielsweise zwischen einem Feldbus und einem ATM-Netz, müssen Koppel­ geräte existieren. Diese sind zum einen nötig, um von einer Leitebene auf Daten aus den unteren Ebenen zugreifen zu kön­ nen, und zum anderen, um eine Verbindung zwischen verschiede­ nen Feldbussen über ein ATM-Netz zu schaffen.

Beim asynchronen Transfermodus (ATM) handelt es sich um eine meist verbindungsorientierte Technik zur Übertragung von Paketen fester Größe, sogenannter ATM-Zellen. Die ATM-Technik ermöglicht es, Daten einer automatisierungstechnischen An­ wendung und Multimedia-Daten mit strengen Echtzeitanforde­ rungen bzw. einem hohen Bandbreitenbedarf quasi gleichzeitig über ein Netz zu senden. Die Vorteile dieses Verfahrens lie­ gen in der Integration von Daten, Sprach-, Bild- und Video­ übermittlung, in der Zusicherung bestimmter Qualitätsmerkmale für die angeforderte Übertragungsstrecke sowie in der Ska­ lierbarkeit der zugeteilten Bandbreite. ATM basiert auf asynchronem Zeitmultiplexen von ATM-Zellen einer festen Zellgröße von 53 Byte.

Bei der Übertragung von Feldbustelegrammen, z. B. PROFIBUS- Telegrammen, über ein ATM-Netz ergeben sich trotz der hohen Übertragungsgeschwindigkeit des ATM-Netzes, z. B. 155 MBit/s oder 622 MBit/s, große Verzögerungszeiten. Dabei treten in der Segmentierung Verzögerungen auf, weil die Datenmenge, die zum Füllen einer ATM-Zelle erforderlich ist, vollständig ver­ fügbar sein muß, bevor die Segmentierung beendet, die Zelle in einem Puffer bereitgestellt und zur Übertragung auf dem ATM-Netz angemeldet werden kann. Liegt ein langes Datenpaket vor, dessen Volumen die Füllmenge einer Zelle übersteigt, müssen mehrere Zellen gebildet und gepuffert werden. Weiter­ hin treten Wartezeiten an den Switches des ATM-Netzes auf, weil die Zellen entsprechend der bestellten Dienstgüte, d. h. nach vereinbarter Priorität und Bandbreite, verschieden schnell in das Zellenraster der zeitmultiplexen Übertragung eingegliedert werden. Abgangsseitig, d. h. in dem Koppel­ gerät, in welchem aus den über das ATM-Netz empfangenen Zellen ein Feldbustelegramm wiederhergestellt wird, müssen alle Zellen einer Nachricht verfügbar sein, um das Telegramm mit konstanter Bitrate unterbrechungsfrei auf den angeschlos­ senen Feldbus abgeben zu können. Bei einem quittierten Daten­ transfer ergibt sich für das in Gegenrichtung laufende Ant­ worttelegramm ebenfalls eine derartige Verzögerung bei der Konvertierung.

Die Überwachung eines vollständigen Nachrichtenzyklus, der aus einem Anforderungs- und einem Antworttelegramm besteht, kann durch Prüfung einer sogenannten Slot-Zeit geschehen, die festlegt, innerhalb welcher Zeit das Antworttelegramm nach dem Aussenden eines Anforderungstelegramms eintreffen muß. Wird die Slot-Zeit nicht eingehalten, so gilt der Nach­ richtenzyklus als gestört. Bei der Projektierung der Slot- Zeit müssen die Verzögerungszeiten, die bei der Konvertierung entstehen, ausreichend berücksichtigt werden. Für schnelle Anwendungen, die bei Anforderungstelegrammen eine kurze Re­ aktionszeit erfordern, müßte jedoch eine sehr kurze Slot-Zeit eingestellt werden, die aufgrund der Verzögerungszeiten, die bei der Datenübertragung über Feldbusse mit zwischengeschal­ tetem ATM-Netz entstehen, trotz der großen Transportkapazität des ATM-Netzes nicht mehr eingehalten werden könnte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Übertragung von Daten von einem Feldbus auf ein ATM-Netz zu finden, das eine verbesserte Übertragungsgeschwindigkeit ermöglicht. Zudem ist ein entsprechendes Koppelgerät zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe weisen das neue Verfahren der ein­ gangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des An­ spruchs 1 angegebenen Merkmale und ein entsprechendes Koppel­ gerät die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 5 auf. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschrieben.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß eine schnellere Segmentie­ rung des Telegramminhalts eines Feldbustelegramms erreicht werden kann, wenn die eintreffenden seriellen Daten in der Segmentierungsschicht in kleinere Teilpakete umgebrochen und die Zellen somit nicht vollständig ausgefüllt werden. Die ATM-Zellen werden mit geringeren Füllmengen in das ATM-Netz ausgesendet. Damit wird eine deutliche Verringerung der Übertragungsverzögerung bei der Segmentierung erreicht. Eine Übertragung von Feldbustelegrammen über ein ATM-Netz hinweg ist mit insgesamt größerer Übertragungsgeschwindigkeit mög­ lich und es kann eine kürzere Slot-Zeit eingestellt werden, so daß kurze Reaktionszeiten, wie sie bei schnellen Echtzeit­ anwendungen gefordert werden, einstellbar sind. Durch die Erfindung wird eine Erweiterung des Einsatzbereiches von ATM- Netzen auch auf den prozeßnahen Bereich erzielt. Es entfällt die Wartezeit auf den vollständigen Einlauf eines unter Um­ ständen langen Feldbustelegramms, bevor die Segmentierung gestartet und die anschließende Übertragung der ATM-Zellen eingeleitet werden kann.

Wenn die Größe der Teilpakete derart vorgegeben ist, daß die Zeit, die zum Empfangen eines Teilpakets vom Feldbus benötigt wird, länger ist als die zum Senden des Teilpakets auf das ATM-Netz erforderliche Zeit, wird in vorteilhafter Weise verhindert, daß ein Stau beim Senden der ATM-Zellen auf das ATM-Netz entsteht. Die nach der Segmentierung bereitgestell­ ten Zellinhalte können quasi unmittelbar auf das ATM-Netz gegeben werden.

Zusätzlich zu den Zeichen, welche die eigentlich zu übertra­ gende Information darstellen, können mit Vorteil auch Ele­ mente mit feldbusspezifischen Begleitinformationen, wie z. B. Start-, Parity- oder Stoppbit, übertragen werden. Damit wird eine transparente Übertragung eines Feldbustelegramms über das ATM-Netz erzielt. Das Telegramm kann somit bei einer Re­ assembllerung unverändert wiederhergestellt werden.

Anders als bei dem Dienst AAL5 soll keine zusätzliche In­ formation, wie z. B. die Anzahl der mit Daten gefüllten Oktets in der Zelle oder ein CRC-Check, in einem Trailer der Zelle hinzugefügt werden. Das Feldbustelegramm muß somit nicht vollständig vorliegen, bevor mit dem Aussenden der Zellen begonnen werden kann.

Bei größeren Feldbustelegrammen, deren Datenmenge eine opti­ male Füllmenge einer Zelle überschreitet, werden mehrere ATM- Zellen in äquidistanten Zeitintervallen mit kleinen Teil­ paketen gefüllt und zum Versand bereitgestellt. Das hat den Vorteil, daß die Segmentierung einer Zelle schon durchgeführt und die teilweise gefüllte Zelle an einen First-In-First-Out- Sendepuffer des ATM-Zugangs bereits weitergereicht werden kann, sobald die jeweilige, für die ATM-Zelle bestimmte opti­ male Datenmenge empfangen wurde. Wird eine Zelle mit geringe­ rer Datenmenge als der optimalen gefüllt - das ist z. B. bei der letzten Zelle für ein Feldbustelegramm oder bei einer ATM-Zelle für eine Kurznachricht der Fall -, so kann der ver­ bleibende Rest in einfacher Weise mit einem logischen Pegel aufgefüllt werden, der dem Pegel der Silence-Phase auf dem ATM-Netz entspricht. Die letzte Zelle für ein Feldbustele­ gramm und ebenso die ATM-Zelle für eine Kurznachricht kann in einem vorbestimmten Oktet besonders gekennzeichnet werden. Ein weiteres Oktet kann eine Zählnummer enthalten, um emp­ fangsseitig die Verfügbarkeit aller ATM-Zellen, die zur Übertragung eines Feldbustelegramms gebildet wurden, über­ prüfen zu können.

Insbesondere wenn der Feldbus der PROFIBUS-Spezifikation ge­ nügt und die maximale Größe der Teilpakete drei Zeichen eines PROFIBUS-Telegramms beträgt, wird ein schneller Token-Umlauf gewährleistet.

Anhand der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, werden im folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Kommunikationssystems,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Koppelgeräts zur Verbin­ dung eines Feldbusses mit einem ATM-Netz,

Fig. 3 ein Zeitdiagramm zur Darstellung der Verzögerungen bei einer Telegrammübertragung,

Fig. 4 den prinzipiellen Aufbau eines Feldbustelegramms und der zugeordneten ATM-Zellen zur Erläuterung einer Segmentierung und

Fig. 5 eine Tabelle zur Gegenüberstellung der Laufzeiten.

Ein Kommunikationssystem für industrielle Kommunikation weist gemäß Fig. 1 einen Feldbus 1 und einen Feldbus 2 auf, die über ein ATM-Netz 3 miteinander verbunden sind. Der Feldbus 1 ist über ein Koppelgerät 4 und einen Switch 5 an das ATM-Netz 3 angekoppelt, der Feldbus 2 über ein Koppelgerät 6 und einen Switch 7. An einen Switch 8 ist ein Leitrechner 9 einer nicht näher dargestellten automatisierungstechnischen Anlage ange­ schlossen. Im ATM-Netz 3 befinden sich noch weitere Switches, die der Übersichtlichkeit wegen ebenfalls in Fig. 1 nicht dargestellt sind. An den Feldbus 1 sind ein Sensor 10, ein Sensor 11 und ein Aktor 12 angeschlossen. In einem geschlos­ senen Regelkreis könnten dies beispielsweise ein Durchfluß­ meßgerät, ein Druckmeßgerät bzw. ein Schieber mit einem Stellungsregler sein. Der Feldbus 2 verbindet einen Sensor 13, einen Aktor 14 und einen Aktor 15 miteinander. In dem gezeigten Kommunikationssystem können Feldbustelegramme innerhalb des Feldbusses 1 zwischen den Teilnehmern 10, 11 und 12 sowie innerhalb des Feldbusses 2 zwischen den Teil­ nehmern 13, 14 und 15 ausgetauscht werden. Zudem ist es mög­ lich, Feldbustelegramme beispielsweise von dem Teilnehmer 10 über den Feldbus 1, das ATM-Netz 3 und den Feldbus 2 an den Teilnehmer 14 zu übertragen. Dazu wird ein Feldbustelegramm durch das Koppelgerät 4 auf ATM-Zellen abgebildet, aus denen wiederum durch das Koppelgerät 6 das Feldbustelegramm wieder­ hergestellt wird. In diesem Ausführungsbeispiel genügen die Feldbusse 1 und 2 der PROFIBUS-Spezifikation. Die Koppel­ geräte 4 und 6 sind jeweils als User-Network-Interface (UNI) mit physikalischer PROFIBUS-Schnittstelle einerseits und einer standardisierten UTOPIA-Schnittstelle andererseits ausgebildet. Die Koppelgeräte 4 und 6 sind bidirektional ausgeführt und belegen am Knoten der Switches 5 bzw. 7 je­ weils einen Zu- und Abgang.

In Fig. 2 ist der Aufbau der Koppelgeräte 4 und 6 näher dargestellt. Die Ankopplung an einen Feldbus 20 erfolgt über einen Bustransceiver 21 nach der RS485-Spezifikation. Diesem ist eine Schaltung 22 zur galvanischen Trennung nachgeordnet. Ein Retimer 23 übernimmt das richtungsabhängige Management des Feldbuszugriffs und das Datenhandling. Die vom Feldbus 20 empfangenen Telegramme werden byteorientiert in einem Puffer­ speicher 24 hinterlegt. Nach Ergänzung um einen Header und einen Trailer in einer Konvertierungsschicht werden sie an eine Segmentierungsschicht weitergeleitet. Für die PROFIBUS- Datenstruktur ist die Anwendung der Diensttypen AAL3/4 und AAL5 in nicht verbindungsorientierter Form anwendbar. Die nun verfügbaren Zellen werden in einem Sendepuffer 25 abgelegt und über eine UTOPIA-Schnittstelle 26 an die nicht näher dar­ gestellte physikalische Schicht des ATM-Netzes zum Weiter­ transport angemeldet. In der Gegenrichtung legt die UTOPIA- Schnittstelle 26 die eintreffenden Zellen in einem Puffer 27 ab, von wo sie in der Assemblierungsschicht bearbeitet wer­ den. Zellbegleitende Informationen werden abgetrennt und die Nutzdaten in einer Konvertierungsschicht herausgezogen und in dem Puffer 24 angesammelt. Nach Eintreffen aller zu einem PROFIBUS-Telegramm gehörender Zellen, erkenntlich am Ende- Byte des PROFIBUS-Telegramms, können die Daten im PROFIBUS- Format auf den Feldbus 20 abgeschickt werden.

Zur Segmentierung sind zwei Varianten möglich. Bei voller Transparenz der Datenübertragung wird der serielle Bitstrom eines Feldbustelegramms einschließlich Start-, Stopp- und Paritybits in Oktets umgebrochen. Dies hat zur Folge, daß ein Overhead von 27% mit übertragen wird. Dagegen werden bei einer zeiteffektiven Variante lediglich die acht Nutzdaten­ bits eines Zeichens übertragen, nachdem in einem UART 70 jeweils Start-, Stopp- und Paritybit erkannt, überprüft und abgetrennt wurden. In der Gegenrichtung werden bei der ersten Variante die Oktets der Zellen unmittelbar hintereinander ausgesandt, während bei der zweiten Variante die Nutzinforma­ tion im UART 70 um Start-, Stopp- und Paritybits ergänzt wer­ den muß. Durch die galvanische Trennung in der Schaltung 22 wird eine weitläufige Potentialverschleppung unterbunden. Sie kann beispielsweise mit Optokopplern realisiert werden. Die Segmentierung und die Reassemblierung wird durch einen Con­ troller 28, die UTOPIA-Schnittstelle 26 durch einen Control­ ler 29 gesteuert.

Anhand des Zeitdiagramms in Fig. 3, das lediglich der quali­ tativen Erläuterung dient und nicht maßstabsgetreu ist, wer­ den im folgenden die verschiedenen Verzögerungszeiten, die bei der Übertragung eines Feldbustelegramms über ein ATM-Netz auf einen anderen Feldbus entstehen, erläutert. Im in Fig. 3 oben dargestellten Beispiel wird zum Zeitpunkt t = 0 von einem Teilnehmer, beispielsweise dem Sensor 10 in Fig. 1, mit dem Senden eines 100 Zeichen langen PROFIBUS-Telegramms begonnen, wie es durch einen waagerechten Balken 30 angedeu­ tet ist. Der Sendevorgang dauert etwas mehr als 700 µs bei einer Übertragungsrate von 1,5 MBit/s an. Ein Balken 31 zeigt den Zeitbereich, in welchem das PROFIBUS-Telegramm durch bei­ spielsweise das Koppelgerät 4, das über eine 200 m lange Kupferleitung des Feldbusses 1 mit dem Sensor 10 verbunden ist, empfangen wird. Der Balken 31 ist folglich um etwa 1 µs gegenüber dem Balken 30 nach rechts Verschoben. Gegenüber den weiteren Verzögerungen ist die Laufzeitverzögerung nahezu vernachlässigbar.

In einer ATM-Verarbeitung, in welcher eine Segmentierung der Nutzdaten vorgenommen und generierte Zellen in einem Sende­ puffer abgelegt werden, verstreicht bei einer Segmentierung nach AAL5, wie sie bereits bekannt ist, eine weitere Zeit, die einem Balken 32 entspricht. Die Zeit zum Aussenden von drei generierten Zellen ist durch drei Balken 33, 34 bzw. 35 dargestellt. Die Übertragungszeit über ein ATM-Netz ist nicht eindeutig vorhersehbar. Sie ist abhängig von der Anzahl der zu passierenden Knoten und der Verweilzeit der einzelnen Zellen in den Zellpuffern der zu passierenden Switches. Die Wartezeit wird einerseits von der Auslastung der Kanäle und Pfade, andererseits von den vereinbarten Diensten bestimmt. Die Laufzeit auf einem Medium beträgt dabei ca. 5 µs/km, die Durchschaltzeit durch einen Switch etwa 50 µs. Um eine Über­ tragungszeit A verzögert, werden die drei ATM-Zellen durch ein anderes an das ATM-Netz angeschlossenes Koppelgerät, bei­ spielsweise das Koppelgerät 6 in Fig. 1, empfangen. Die je­ weiligen Empfangszeiten sind durch Balken 36, 37 bzw. 38 in Fig. 3 gekennzeichnet. Nach dem Empfang der drei ATM-Zellen findet während einer Zeitdauer entsprechend einem Balken 39 eine Reassemblierung zu einem PROFIBUS-Telegramm statt, das während einer durch einen Balken 40 markierten Zeitdauer auf den an das Koppelgerät angeschlossenen Feldbus, beispiels­ weise den Feldbus 2 in Fig. 1, ausgesendet wird. Die gesamte Verzögerung bei einer Übertragung eines Feldbustelegramms über ein ATM-Netz mit einer Segmentierung nach bekannter Art entspricht dem zeitlichen Abstand zwischen dem Beginn des Balkens 30 und dem Beginn des Balkens 40. Sie beträgt in dem dargestellten Beispiel mehr als 1000 µs. Eine für Echtzeit­ anwendungen der Automatisierungstechnik üblicherweise ge­ forderte Reaktionszeit von 1 ms kann somit kaum eingehalten werden.

Zum Vergleich sind in Fig. 3 weiterhin die Verzögerungs­ zeiten für die neue Art der Segmentierung dargestellt. Be­ gonnen wird wiederum mit dem Aussenden eines 100 Zeichen langen Feldbustelegramms, dessen Laufzeit durch den Balken 30' dargestellt ist. Entsprechend einem Balken 41 kann in einem Koppelgerät mit der Segmentierung bereits begonnen werden, wenn drei Zeichen, die der optimalen Füllmenge einer ATM-Zelle entsprechen, über die Feldbusschnittstelle empfan­ gen wurden. Aus dem Feldbustelegramm mit 100 Zeichen werden 34 ATM-Zellen, deren Sendezeiten als Balken 42 bis 43 mar­ kiert sind, generiert. Nach einer Zeit A, die wiederum zur Übertragung über das ATM-Netz erforderlich ist, werden die ATM-Zellen gemäß Balken 44 bis 45 von einem anderen an das ATM-Netz angeschlossenen Koppelgerät empfangen. Unmittelbar nach Empfang der ersten ATM-Zelle 44 wird mit einer konti­ nuierlichen Reassemblierung des Feldbustelegramms begonnen, die somit während einer Zeitdauer entsprechend einem Balken 46 stattfindet. Damit Schwankungen der Zellentransportzeit auf dem ATM-Netz ausgeglichen werden können, sollte mit dem Senden des Feldbustelegramms eine Wartezeit W verzögert be­ gonnen werden, die vorzugsweise der Empfangszeit von drei Zellen entspricht. Die Dauer der Sendezeit ist mit einem Balken 47 gekennzeichnet. Die Verzögerungszeit, die durch die Übertragung des Feldbustelegramms über das ATM-Netz verur­ sacht wird, kann als Zeitdifferenz zwischen dem Beginn des Balkens 47 und dem Beginn des Balkens 30 aus dem Diagramm abgelesen werden. Sie beträgt etwa 250 µs. Die Verringerung der Verzögerungszeit, die sich durch die neue Art der Segmen­ tierung gegenüber einer Segmentierung bekannter Art ergibt, entspricht einer Zeitdauer G von nahezu 800 µs. An dieser Darstellung wird deutlich, daß die Verzögerungszeit eines Feldbustelegramms wesentlich von der Verarbeitungszeit für Segmentierung und Reassemblierung beeinflußt wird. Gerade diese Zeiten sind bei der neuen Art der Segmentierung stark verkürzt.

Anhand Fig. 4 wird die neue Art der Segmentierung für trans­ parente Übertragung über das ATM-Netz an einem PROFIBUS-Tele­ gramm 50, das aus fünf Zeichen 51. . .55 besteht, erläutert. Jedes Zeichen, beispielsweise das Zeichen 51, ist aus einem Startbit 56, acht Datenbits 57, einem Paritybit 58 und einem Stoppbit 59 zusammengesetzt. Aus den ersten drei Zeichen 51, 52 und 53, die mit 33 Bit dargestellt werden und der opti­ malen Füllmenge entsprechen, wird eine erste ATM-Zelle 60 gebildet. Signifikante Oktets der ATM-Zelle 60 wie auch einer weiteren ATM-Zelle 61 sind an der unteren Kante mit einer fortlaufenden Numerierung 1. . .53 versehen. In den Oktets 1. . .6 befindet sich ein Header der jeweiligen ATM-Zelle 60 bzw. 61, wobei im Oktet 6 eine Sequenznumerierung eingetragen ist, die zur fortlaufenden Numerierung der zu einem Feldbus­ telegramm gehörigen ATM-Zellen eingetragen ist. Die 33 Bit zur Darstellung der drei Zeichen 51, 52 und 53 füllen die Oktets 7, 8, 9 und 10 vollständig sowie das Oktet 11 teil­ weise auf. Der ungenutzte Rest des Oktets 11 wird um eine Auffüllmenge 62, die dem Silence-Pegel entspricht, ergänzt. Die Oktets 12. . .53 der ATM-Zelle 60 bleiben leer. In ent­ sprechender Weise werden 22 Bit zur Darstellung der Zeichen 54 und 55 des Feldbustelegramms 50 in die Oktets 7, 8 und 9 der ATM-Zelle 61 eingeschrieben. Ein verbleibender Rest des Oktets 9 sowie die Oktets 10 und 11 werden wiederum um eine Auffüllmenge 63 ergänzt, die Oktets 12. . .53 bleiben leer. Zur leichteren Erkennung der letzten übertragenen ATM-Zelle kann in Oktet 12 der Zelle 61 eine Ende-Kennung 64 abgelegt werden. In dieser Form werden die ATM-Zellen 60 und 61 über das ATM-Netz übertragen. In umgekehrter Reihenfolge stellt das empfangende Koppelgerät aus den ATM-Zellen 60 und 61 das Feldbustelegramm 50 wieder her und sendet dieses auf den angeschlossenen Feldbus aus. Bei der Reassemblierung wird der Zellennutzinhalt aus der ATM-Zelle herausgetrennt, in ein Sendeschieberegister übertragen und mit der sendeseitig vor­ gegebenen Datenrate auf das abgehende Feldbussegment ge­ sendet. Bei langen Telegrammen, die auf mehrere ATM-Zellen aufgeteilt sind, sollte abgewartet werden, bis vor dem voll­ ständigen Aussenden eines Teilpakets einer ATM-Zelle die nächste ATM-Zelle eingetroffen ist und zur Übernahme in das Senderegister bereitsteht. Dadurch wird lediglich eine Ver­ zögerung um die Laufzeit einer ATM-Zelle verursacht. Auf der Ausgabeseite des Koppelgeräts sollte dazu ein Stapelregister für ein oder zwei Teilpakete vorgesehen werden, um einen Jitter in der Übertragung der ATM-Zellen, der beispielsweise durch unterschiedliche Wartezeiten an den Switches hervor­ gerufen werden kann, auszugleichen. Ist eine Zelle mit nur einem oder zwei Zeichen gefüllt, so kann die Auffüllmenge in das Stapelregister mit übernommen werden. Eine Überwachung des Schiebemechanismus kann z. B. aufgrund des fehlenden Startbits in einer Auffüllmenge das Ende des Feldbustele­ gramms erkennen.

Die Funktionen der Segmentierung und Reassemblierung können als reine Hardwarelösung, beispielsweise mittels eines FPGA- oder EPLD-Bausteins, mittels eines ausreichend schnellen Mikrocontrollers mit einer entsprechenden Programmierung oder als Kombination von beiden realisiert werden.

Für die Bestimmung der optimalen Füllmenge einer ATM-Zelle gilt, daß die Sendezeit einer ATM-Zelle mit der auf dem ATM- Netz vorgegebenen Datenübertragungsgeschwindigkeit niedriger sein muß als die Sendezeit der Feldbusdatenmenge, die ein­ schließlich der Auffüllmenge in eine ATM-Zelle eingeschrieben wird. Möglicherweise können sich weitere Kriterien zur Fest­ legung der optimalen Füllmenge aus den Protokollspezifika­ tionen der verschiedenen Feldbussysteme ergeben.

Für einen Feldbus nach der PROFIBUS-Spezifikation bedeutet dies:
Die kleinste zu transportierende Datenmenge bei transparenter Übertragung ist ein Zeichen mit 11 Bit für die Kurzquittung. Das nächstgrößere Telegramm bildet der Token mit drei Zei­ chen, dessen schneller Durchlauf als besonders wichtig an­ zusehen ist. Diese Datenmenge wird vorteilhaft als optimale Füllmenge einer ATM-Zelle angenommen. Größere Feldbustele­ gramme werden auf mehrere ATM-Zellen aufgeteilt und die letzte ATM-Zelle, die zur Übertragung eines Feldbustelegramms gehört, wird besonders markiert, beispielsweise durch die Ende-Kennung 64 in Fig. 4.

Die Tabelle in Fig. 5 zeigt eine Gegenüberstellung der Laufzeiten von Feldbustelegrammen und ATM-Zellen. In der ersten Zeile ist das jeweilige Netzwerk angegeben, in der zweiten Zeile die Datenübertragungsrate in der Einheit MBit/s, in der dritten Zeile die Anzahl der Bits je Feld­ bustelegramm bzw. ATM-Zelle und in der vierten Zeile die erforderliche Laufzeit.

Lediglich bei der Kombination eines ATM-Netzes mit der Übertragungsrate 51,84 MBit/s und eines PROFIBUS-Busses mit 12 MBit/s liegt die Zellenlaufzeit über der Laufzeit für drei Zeichen auf dem PROFIBUS. Bei allen anderen Kombinationen ist die Laufzeit der Zelle kürzer, so daß kein Informationsstau zu erwarten ist.

Claims (5)

1. Verfahren zur Übertragung von Daten von einem Feldbus (1), insbesondere von PROFIBUS, auf ein Netz, auf welchem Zellen mit fester Länge übertragen werden, insbesondere auf ein ATM-Netz (3), wobei die Datenübertragungsgeschwindigkeit auf dem Feldbus (1) wesentlich niedriger ist als auf dem Netz (3), dadurch gekennzeichnet, daß ein Feldbustelegramm bei einer Segmentierung in mehrere Teilpakete aufgeteilt wird, die jeweils eine Zelle nur teilweise auffüllen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Teilpakete derart vorgegeben ist, daß die Zeit, die zum Empfangen eines Teilpakets vom Feldbus benötigt wird, länger ist als die zum Senden des Teilpakets auf das Netz erforderliche Zeit.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zusätzlich zu den Zeichen (57), welche die eigentlich zu übertragende Information darstellen, auch Elemente (56, 58, 59) mit feldbusspezifischen Begleit­ informationen, wie z. B. Start-, Parity- oder Stoppbit, übertragen werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldbus (1) der PROFIBUS-Spezifikation genügt und die maximale Größe der Teilpakete drei Zeichen (51, 52, 53) eines PROFIBUS-Tele­ gramms (50) beträgt.

5. Koppelgerät zur Übertragung von Daten von einem Feldbus (1), insbesondere von PROFIBUS, auf ein Netz, auf welchem Zellen mit fester Länge übertragen werden, insbesondere auf ein ATM-Netz (3), wobei die Datenübertragungsgeschwindigkeit auf dem Feldbus (1) wesentlich niedriger ist als auf dem Netz (3), dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Segmentierung derart ausgebildet ist, daß ein Feldbus­ telegramm (50) in mehrere Teilpakete aufgeteilt wird, die jeweils eine Zelle (60) nur teilweise auffüllen.