DE19955330A1

DE19955330A1 - Data transmission between field bus and communications network

Info

Publication number: DE19955330A1
Application number: DE1999155330
Authority: DE
Inventors: Rolf Breithaupt; Rudi Schneider
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-11-17
Filing date: 1999-11-17
Publication date: 2001-05-31

Abstract

The method involves transmitting data from a field bus (1), especially a PROFIBUS, to a network, on which cells with a fixed length are transferred, especially an ATM network (3), whereby the data transmission speed on the field bus is lower than on the network. A field bus message is divided at a segmentation in several partial packets, which respectively fill a cell only partially. The size of the partial packets is preferably predetermined in such way, that the time which is required by the field bus for a reception of a partial packet, is longer than the time necessary for transmitting the packet to the network.

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.The invention relates to a method for the transmission of Data from a fieldbus, in particular a fieldbus after the PROFIBUS specification, on a network on which cells with fixed length are transmitted, especially to an ATM Network, according to the preamble of claim 1 and an ent speaking coupling device according to the preamble of claim 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.For example from the article "High-speed networks in automation: ATM "by Christian Cseh and Jürgen Jasperneite, published in etz, issue 6/1999, Pages 6 to 9, it is known that high speed networks such as ATM networks, Fast and Gigabit Ethernet in automation can be used. Such high speed networks allow in addition to the classic requirements of Automation systems multimedia applications, for example as the transmission of audio and video data. In addition to the Performance parameters, services and functions are important which is a communication system in automation technology at the interface to the application or a service user he brings. These services include the transfer of data in Real time or with guaranteed time limits for tax and Control tasks and for example a data transfer without certain quality of service parameters, such as those used when sending Be drive or quality data for statistical evaluations or archiving occurs.

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. Between different communication systems, for example between a fieldbus and an ATM network, must be coupling devices exist. On the one hand, these are necessary in order to be Management level to be able to access data from the lower levels second, to establish a connection between different ones to create fieldbuses via an ATM network.

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.Asynchronous transfer mode (ATM) is a mostly connection-oriented technology for the transmission of Fixed-size packets, so-called ATM cells. The ATM technology enables data of an automation technology application and multimedia data with strict real-time requirements or a high bandwidth requirement almost simultaneously to send over a network. The advantages of this procedure lie in the integration of data, voice, image and video transmission, in the assurance of certain quality features for the requested transmission route and in the Ska allocability of the allocated bandwidth. ATM is based on asynchronous time multiplexing of ATM cells of a fixed Cell size of 53 bytes.

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.When transmitting fieldbus telegrams, e.g. B. PROFIBUS Telegrams over an ATM network result despite the high Transmission rate of the ATM network, e.g. B. 155 Mbps or 622 Mbit / s, large delay times. Doing so of segmentation delays because of the amount of data that required to fill an ATM cell, completely ver The cell must be able to be added before segmentation ends provided in a buffer and for transmission on the ATM network can be registered. There is a long data packet whose volume exceeds the filling quantity of a cell, several cells have to be formed and buffered. Next there are waiting times at the switches of the ATM network, because the cells according to the ordered quality of service, i.e. H. according to agreed priority and bandwidth, different quickly into the cell grid of the time-multiplexed transmission be incorporated. Outgoing side, d. H. in the paddock device in which received from the ATM network Cells a fieldbus telegram must be restored all cells of a message are available to the telegram with a constant bitrate on the connected to be able to deliver its fieldbus. With an acknowledged data transfer results for the ant running in the opposite direction word telegram also such a delay in the Conversion.

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.Monitoring a complete message cycle, the consists of a request and a response telegram, can be done by examining a so-called slot time that specifies the time within which the response telegram follows the sending of a request telegram must arrive. If the slot time is not observed, the night applies straightening cycle as disturbed. When configuring the slot Time must be the delay times involved in the conversion arise, are sufficiently taken into account. For quick Applications that require a short re action time, but would have to be a very short slot time be set due to the delay times that for data transmission via fieldbus with intermediate tetem ATM network arise, despite the large transport capacity of the ATM network could no longer be met.

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.The invention has for its object a method for Transfer of data from a fieldbus to an ATM network find that an improved transmission speed enables. A corresponding coupling device is also required create.

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.To solve this problem, the new method of gangs mentioned in the characterizing part of the An pronounced 1 features and a corresponding coupling gets the features of the characterizing part of claim 5 on. Advantageous further developments are in the subclaims described the invention.

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.The invention has the advantage that a faster segment of the fieldbus telegram reached can be, if the incoming serial data in the Segmentation layer broken down into smaller subpackages and the cells are therefore not completely filled. The ATM cells are filled with smaller amounts in the ATM network sent out. This will significantly reduce the Transmission delay in segmentation reached. A Transmission of fieldbus telegrams across an ATM network is possible with a higher transmission speed overall Lich and a shorter slot time can be set, so that short response times, as with fast real time applications are required, are adjustable. Through the Invention will expand the scope of ATM Networks also achieved on the process-related area. It does not apply the waiting time for the complete arrival of one under Um long fieldbus telegram before segmentation started and the subsequent transmission of the ATM cells can be initiated.

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.If the size of the subpackages is specified such that the Time it takes to receive a partial packet from the fieldbus is longer than that for sending the subpacket to the ATM network time required, will be advantageous prevents a jam when sending the ATM cells on the ATM network is created. The deployed after segmentation Cell contents can be accessed directly from the ATM network are given.

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.In addition to the characters that are supposed to be transmitted present information, can also Ele elements with accompanying fieldbus-specific information, such as B. Start, parity or stop bit. So that will a transparent transmission of a fieldbus telegram the ATM network achieved. The telegram can thus be re assembly can be restored unchanged.

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.In contrast to the AAL5 service, no additional In formation, such as B. the number of data filled Octets in the cell or a CRC check in a trailer of the Cell to be added. The fieldbus telegram must therefore not fully available before sending out the Cells can be started.

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.For larger fieldbus telegrams, the amount of data of which is an opti filling capacity of a cell exceeds several ATM Cells at equidistant time intervals with a small part packages filled and prepared for shipping. That has the Advantage that a cell has already been segmented and the partially filled cell to a first-in-first-out Send buffers of the ATM access are already passed on can, as soon as the respective opti times the amount of data was received. Will a cell with low Data volume filled as the optimal - that is z. B. at the last cell for a fieldbus telegram or for a ATM cell for a short message - the ver remaining rest in a simple manner with a logic level the level of the silence on the ATM network corresponds. The last cell for a field bus grams and also the ATM cell for a short message can in a predetermined octet. Another octet can contain a count number to emp on the upstream side, the availability of all ATM cells used for Transmission of a fieldbus telegram were formed via to be able to check.

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.Especially if the fieldbus complies with the PROFIBUS specification suffices and the maximum size of the subpackages three characters one PROFIBUS telegram is a fast token circulation guaranteed.

Anhand der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, werden im folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.Using the drawings, in which an embodiment of the Invention is shown, the following are the invention as well as configurations and advantages explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Kommunikationssystems, Fig. 1 is a block diagram of a communication system,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Koppelgeräts zur Verbin dung eines Feldbusses mit einem ATM-Netz, Fig. 2 is a block diagram of a coupling device for Verbin dung a field bus with an ATM network,

Fig. 3 ein Zeitdiagramm zur Darstellung der Verzögerungen bei einer Telegrammübertragung, Fig. 3 is a timing diagram illustrating the delays in a telegram transmission,

Fig. 4 den prinzipiellen Aufbau eines Feldbustelegramms und der zugeordneten ATM-Zellen zur Erläuterung einer Segmentierung und Fig. 4 shows the basic structure of a fieldbus telegram and the associated ATM cells to explain segmentation and

Fig. 5 eine Tabelle zur Gegenüberstellung der Laufzeiten. Fig. 5 is a table for comparing the terms.

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.A communication system for industrial communication has according to FIG. 1 a field bus 1 and a field bus 2, which are interconnected via an ATM network 3. The fieldbus 1 is coupled to the ATM network 3 via a coupling device 4 and a switch 5 , the fieldbus 2 via a coupling device 6 and a switch 7 . At a switch 8 , a host computer 9 of an automation system, not shown, is connected. There are further switches in the ATM network 3 , which are also not shown in FIG. 1 for reasons of clarity. A sensor 10 , a sensor 11 and an actuator 12 are connected to the fieldbus 1 . In a closed control loop, this could be, for example, a flow measuring device, a pressure measuring device or a slide with a positioner. The fieldbus 2 connects a sensor 13 , an actuator 14 and an actuator 15 to one another. In the communication system shown, fieldbus telegrams can be exchanged within the fieldbus 1 between the participants 10 , 11 and 12 and within the fieldbus 2 between the participants 13 , 14 and 15 . In addition, it is possible to transmit fieldbus telegrams, for example, from the subscriber 10 to the subscriber 14 via the fieldbus 1 , the ATM network 3 and the fieldbus 2 . For this purpose, a fieldbus telegram is mapped by the coupling device 4 on ATM cells, from which the fieldbus telegram is in turn restored by the coupling device 6 . In this exemplary embodiment, field buses 1 and 2 meet the PROFIBUS specification. The coupling devices 4 and 6 are each designed as a user network interface (UNI) with a physical PROFIBUS interface on the one hand and a standardized UTOPIA interface on the other. The coupling devices 4 and 6 are designed bidirectionally and each occupy an entry and exit at the nodes of the switches 5 and 7 .

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.In FIG. 2, the construction of the coupling device is shown in detail 4 and 6. The coupling to a fieldbus 20 takes place via a bus transceiver 21 according to the RS485 specification. This is followed by a circuit 22 for electrical isolation. A retimer 23 takes over the direction-dependent management of the fieldbus access and the data handling. The telegrams received by the fieldbus 20 are stored in a buffer 24 in a byte-oriented manner. After adding a header and a trailer in a conversion layer, they are forwarded to a segmentation layer. The service types AAL3 / 4 and AAL5 can be used in a non-connection-oriented form for the PROFIBUS data structure. The cells now available are stored in a transmit buffer 25 and registered via a UTOPIA interface 26 to the physical layer of the ATM network (not shown in more detail) for further transport. In the opposite direction, the UTOPIA interface 26 stores the incoming cells in a buffer 27 , from where they are processed in the assembly layer. Cell-accompanying information is separated and the user data is extracted in a conversion layer and collected in the buffer 24 . After all cells belonging to a PROFIBUS telegram have arrived, recognizable by the end byte of the PROFIBUS telegram, the data can be sent to the fieldbus 20 in PROFIBUS format.

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.Two variants are possible for segmentation. With full transparency of the data transmission, the serial bit stream of a fieldbus telegram including start, stop and parity bits is broken up into octets. As a result, an overhead of 27% is also transmitted. In contrast, in a time-effective variant, only the eight user data bits of a character are transmitted after the start, stop and parity bit have been recognized, checked and separated in a UART 70 . In the opposite direction, in the first variant the octets of the cells are sent immediately one after the other, while in the second variant the useful information in the UART 70 is supplemented by start, stop and parity bits. Extensive potential carryover is prevented by the galvanic isolation in the circuit 22 . For example, it can be implemented with optocouplers. The segmentation and reassembly is controlled by a controller 28 , the UTOPIA interface 26 by a controller 29 .

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.Based on the timing diagram in Fig. 3, which serves only the qualitative explanation and is not to scale, who explains the different delay times that arise in the transmission of a fieldbus telegram over an ATM network to another fieldbus. In the example shown in FIG. 3 above, a subscriber, for example sensor 10 in FIG. 1, starts sending a 100-character PROFIBUS telegram at time t = 0, as indicated by a horizontal bar 30 . The transmission process takes a little more than 700 µs at a transmission rate of 1.5 Mbit / s. A bar 31 shows the time range in which the PROFIBUS telegram is received by, for example, the coupling device 4 , which is connected to the sensor 10 via a 200 m long copper line of the fieldbus 1 . The bar 31 is consequently shifted to the right by approximately 1 μs with respect to the bar 30 . Compared to the other delays, the runtime delay is almost negligible.

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.In ATM processing, in which the user data are segmented and generated cells are stored in a transmission buffer, a time which corresponds to a bar 32 elapses in the case of segmentation according to AAL5, as is already known. The time for sending three generated cells is represented by three bars 33 , 34 and 35 , respectively. The transmission time over an ATM network cannot be clearly predicted. It depends on the number of nodes to be passed and the dwell time of the individual cells in the cell buffers of the switches to be passed. The waiting time is determined on the one hand by the utilization of the channels and paths, and on the other hand by the agreed services. The runtime on a medium is about 5 µs / km, the switching time through a switch is about 50 µs. Delayed by a transmission time A, the three ATM cells are received by another coupling device connected to the ATM network, for example the coupling device 6 in FIG. 1. The respective reception times are indicated by bars 36 , 37 and 38 in Fig. 3. Upon receipt of the three ATM cells, a reassembly to a PROFIBUS telegram takes place during a time period corresponding to a beam 39 which during a marked by a bar 40 time to the connected to the coupling device fieldbus example as the field bus 2 in Fig. 1, is sent out. The total delay in the transmission of a fieldbus telegram via an ATM network with segmentation according to the known type corresponds to the time interval between the beginning of the bar 30 and the beginning of the bar 40 . In the example shown, it is more than 1000 µs. A response time of 1 ms, which is usually required for real-time automation technology applications, can therefore hardly be met.

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.For comparison, the delay times for the new type of segmentation are also shown in FIG. 3. It starts again with the transmission of a 100-character fieldbus telegram, the duration of which is represented by the bar 30 '. According to a bar 41 , segmentation can already be started in a coupling device if three characters, which correspond to the optimal filling quantity of an ATM cell, have been received via the fieldbus interface. From the fieldbus telegram with 100 characters, 34 ATM cells, the transmission times of which are marked as bars 42 to 43 , are generated. After a time A, which in turn is required for transmission over the ATM network, the ATM cells according to bars 44 to 45 are received by another coupling device connected to the ATM network. Immediately after receipt of the first ATM cell 44 , a continuous reassembly of the fieldbus telegram is started, which thus takes place over a period of time corresponding to a bar 46 . So that fluctuations in the cell transport time on the ATM network can be compensated, a delay W should be started with the transmission of the fieldbus telegram, which preferably corresponds to the reception time of three cells. The duration of the transmission time is marked with a bar 47 . The delay time, which is caused by the transmission of the fieldbus telegram via the ATM network, can be read from the diagram as the time difference between the beginning of the bar 47 and the beginning of the bar 30 . It is approximately 250 µs. The reduction in the delay time which results from the new type of segmentation compared to a segmentation of a known type corresponds to a time period G of almost 800 microseconds. This illustration clearly shows that the delay time of a fieldbus telegram is significantly influenced by the processing time for segmentation and reassembly. These are the times that have been greatly reduced with the new type of segmentation.

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.The new type of segmentation for trans parente transmission over the ATM network at a PROFIBUS message is program 50 with reference to Fig. 4, five numeral 51. , , 55 exists. Each character, for example the character 51 , is composed of a start bit 56 , eight data bits 57 , a parity bit 58 and a stop bit 59 . A first ATM cell 60 is formed from the first three characters 51 , 52 and 53 , which are represented with 33 bits and correspond to the optimal fill quantity. Significant octets of the ATM cell 60 as well as a further ATM cell 61 are marked with a consecutive numbering 1 on the lower edge. .53 provided. In the octets 1.. .6 there is a header of the respective ATM cell 60 or 61 , a sequence number being entered in octet 6, which is entered for the consecutive numbering of the ATM cells belonging to a fieldbus telegram. The 33 bits for the representation of the three characters 51 , 52 and 53 completely fill the octets 7, 8, 9 and 10 and the octet 11 partially. The unused rest of octet 11 is supplemented by a replenishment amount 62 , which corresponds to the silence level. The octets 12th .53 of the ATM cell 60 remain empty. In a corresponding manner, 22 bits are written into the octets 7, 8 and 9 of the ATM cell 61 to represent the characters 54 and 55 of the fieldbus telegram 50 . A remaining remainder of octet 9 and octets 10 and 11 are in turn supplemented by a replenishment quantity 63 , octets 12 . , , 53 remain empty. For easier identification of the last transmitted ATM cell, an end identifier 64 can be stored in octet 12 of cell 61 . In this form, ATM cells 60 and 61 are transmitted over the ATM network. In the reverse order, the receiving coupling device from the ATM cells 60 and 61 restores the fieldbus telegram 50 and sends it out to the connected fieldbus. During the reassembly, the cell useful content is separated from the ATM cell, transferred to a transmission shift register and sent to the outgoing fieldbus segment at the transmission side before the given data rate. In the case of long telegrams which are divided into several ATM cells, one should wait until the next ATM cell has arrived before the partial packet of an ATM cell has been completely sent and is ready for transfer to the transmission register. This only causes a delay in the runtime of an ATM cell. For this purpose, a stack register for one or two partial packets should be provided on the output side of the coupling device in order to compensate for a jitter in the transmission of the ATM cells, which can be caused, for example, by different waiting times at the switches. If a cell is filled with only one or two characters, the fill quantity can be transferred to the stack register. Monitoring the sliding mechanism can e.g. B. due to the lack of start bits in a replenishment quantity, the end of the fieldbus program.

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.The functions of segmentation and reassembly can as a pure hardware solution, for example using an FPGA or EPLD module, by means of a sufficiently fast Microcontrollers with appropriate programming or can be realized as a combination of both.

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.For the determination of the optimal filling quantity of an ATM cell applies that the transmission time of an ATM cell with that on the ATM Network predetermined data transmission speed lower must be as the send time of the fieldbus data set, the one finally the replenishment amount is written into an ATM cell becomes. You may be able to add additional criteria to the feast definition of the optimal filling quantity from the protocol specifics the different fieldbus systems.

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.For a fieldbus according to the PROFIBUS specification, this means:
The smallest amount of data to be transported with transparent transmission is a character with 11 bits for the short acknowledgment. The next largest telegram is the token with three characters, the fast passage of which is seen as particularly important. This amount of data is advantageously assumed to be the optimal fill amount of an ATM cell. Larger fieldbus telegrams are divided into several ATM cells and the last ATM cell that belongs to the transmission of a fieldbus telegram is specially marked, for example by the end identifier 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.The table in FIG. 5 shows a comparison of the runtimes of fieldbus telegrams and ATM cells. The respective network is specified in the first line, the data transmission rate in the unit MBit / s in the second line, the number of bits per field bus telegram or ATM cell in the third line and the required runtime in the fourth line.

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.Only when combining an ATM network with the Transfer rate 51.84 Mbit / s and a PROFIBUS bus with The cell runtime is 12 Mbit / s longer than the runtime for three Character on the PROFIBUS. For all other combinations the running time of the cell is shorter, so that no information jam is to be expected.

Claims

1. Method for the transmission of data from a fieldbus ( 1 ), in particular from PROFIBUS, to a network on which cells with a fixed length are transmitted, in particular to an ATM network ( 3 ), the data transmission speed on the fieldbus ( 1 ) is significantly lower than on the network ( 3 ), characterized in that a fieldbus telegram is divided into several partial packets during segmentation, each of which only partially fills up a cell.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the size of the subpackages is specified such that the Time it takes to receive a partial packet from the fieldbus is longer than that for sending the subpacket to the Network time required.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that in addition to the characters ( 57 ), which actually represent the information to be transmitted, elements ( 56 , 58 , 59 ) with fieldbus-specific accompanying information, such as. B. start, parity or stop bit are transmitted.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the fieldbus ( 1 ) meets the PROFIBUS specification and the maximum size of the partial packets is three characters ( 51 , 52 , 53 ) of a PROFIBUS telegram ( 50 ).

5. Coupling device for the transmission of data from a fieldbus ( 1 ), in particular from PROFIBUS, to a network on which cells with a fixed length are transmitted, in particular to an ATM network ( 3 ), the data transmission speed on the fieldbus ( 1 ) is significantly lower than on the network ( 3 ), characterized in that a segmentation device is designed in such a way that a fieldbus telegram ( 50 ) is divided into several partial packets, each of which only partially fills up a cell ( 60 ).