EP2577917A1 - Network and expansion unit and method for operating a network - Google Patents

Network and expansion unit and method for operating a network

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Publication number
EP2577917A1
EP2577917A1 EP11723408.8A EP11723408A EP2577917A1 EP 2577917 A1 EP2577917 A1 EP 2577917A1 EP 11723408 A EP11723408 A EP 11723408A EP 2577917 A1 EP2577917 A1 EP 2577917A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
network
ports
expansion unit
port
transmission line
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11723408.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ralf Beyer
Harald Karl
Michael Wilding
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP15003490.8A priority Critical patent/EP3024180A1/en
Publication of EP2577917A1 publication Critical patent/EP2577917A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F11/00Error detection; Error correction; Monitoring
    • G06F11/07Responding to the occurrence of a fault, e.g. fault tolerance
    • G06F11/16Error detection or correction of the data by redundancy in hardware
    • G06F11/20Error detection or correction of the data by redundancy in hardware using active fault-masking, e.g. by switching out faulty elements or by switching in spare elements
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00Data switching networks
    • H04L12/28Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/46Interconnection of networks
    • H04L12/4604LAN interconnection over a backbone network, e.g. Internet, Frame Relay
    • H04L12/462LAN interconnection over a bridge based backbone
    • H04L12/4625Single bridge functionality, e.g. connection of two networks over a single bridge
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L43/00Arrangements for monitoring or testing data switching networks
    • H04L43/08Monitoring or testing based on specific metrics, e.g. QoS, energy consumption or environmental parameters
    • H04L43/0805Monitoring or testing based on specific metrics, e.g. QoS, energy consumption or environmental parameters by checking availability
    • H04L43/0811Monitoring or testing based on specific metrics, e.g. QoS, energy consumption or environmental parameters by checking availability by checking connectivity
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L43/00Arrangements for monitoring or testing data switching networks
    • H04L43/10Active monitoring, e.g. heartbeat, ping or trace-route
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L49/00Packet switching elements
    • H04L49/55Prevention, detection or correction of errors
    • H04L49/552Prevention, detection or correction of errors by ensuring the integrity of packets received through redundant connections
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L49/00Packet switching elements
    • H04L49/55Prevention, detection or correction of errors
    • H04L49/557Error correction, e.g. fault recovery or fault tolerance
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L49/00Packet switching elements
    • H04L49/35Switches specially adapted for specific applications
    • H04L49/351Switches specially adapted for specific applications for local area network [LAN], e.g. Ethernet switches
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04SSYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S40/00Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them

Definitions

  • the invention relates to a network, in particular an Ethernet network.
  • the network comprises at least two network components which are interconnected via a network transmission line.
  • the invention applies an expansion unit for Reichwei ⁇ tenverinrung the network transmission line and a method for operating a network.
  • nodes in the network technologies of office communication, networking usually takes place via nodes (so-called hubs, switches), from which star-shaped point-to-point connections are made to the individual terminals. This is disadvantageous for applications in the industrial environment in which often linear structures over long distances of over 100 m are present.
  • a fiber is used as a network or transmission line (in the
  • Network terminology also link or path called is not a ⁇ settable. Reasons for this may be connectors within the network transmission line, possibly even with the risk of contamination.
  • Another reason for not using fiber optics is the increasing use of so-called hybrid cables, ie the network transmission line is integrated with other lines in a common cable. These hybrid cables can be between the endpoints the Ethernet transmission outlets and interruptions. Fiber optic cable here have the disadvantage that the Ver ⁇ connection between two optical fibers sensitive damping subject, and is difficult to produce locally.
  • Ethernet Train bus He verbin ⁇ det network components of a zugüber wholly receives Ethernet Train bus.
  • the network components are located several 100 m apart.
  • the network transmission line is often part of a hybrid cable and has several
  • redundancy protocols such as Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) or MRP (Media
  • Redundancy Protocol are used. Common to all protocols is the basic principle that they only activate so many of all existing network connections that all network participants form a topological tree; H. There is exactly one transmission path or path between any two network participants in the network. All other existing redundant network connections are in an inactive or passive mode; H. via them no data transmission takes place. There is only an exchange of messages of the redundancy protocols over these passive ports.
  • the network components or elements (such as Ethernet switches, network repeaters, network transmission lines), which If you are using a redundant network, you must support the appropriate redundancy protocol.
  • the failure of the network transmission line also called ether net-Link
  • the Ethernet switches reconfigure the network to rebuild the topological tree. Parallel to the reconfiguration of the network transmission line, the integrity of the network connections is monitored by sending cyclic telegrams.
  • the invention is therefore based on the object, a generic network according ⁇ and a generic method for operating a network Be ⁇ develop such a way that it once easier and with little effort even with large transmission ⁇ distances quickly and safely allows switching in case of failure of one of the network transmission lines. Furthermore, the invention has the object of providing an expansion insurance unit to provide for network transmission lines of a network which enables rapid switching in the network in case of failure of a Netztechnikübertra ⁇ supply line. With regard to the network, the object is achieved by the features specified in claim 1. With respect to the expansion unit, the object is dung OF INVENTION ⁇ according ge solves ⁇ by the features specified in claim 10. As for the method for operating a network the object is solved by the given on ⁇ in claim 15 features.
  • a network in particular an Ethernet network, comprises as network elements at least two network components which are connected to one another via a network transmission line.
  • at least one expansion unit is arranged with two external ports in the network transmission line to de- ren range extension, the Extension C ⁇ approximation unit determines a failure of the network transmission line at one of its ports and to a port of the ssenfol ⁇ constricting network element, in particular the next ER- extender unit or the network component, forwards.
  • the forwarding of the failure of the network transmission line is carried out until it is received at a port ei ⁇ nes network element redundancy function.
  • a forwarding of the failure of the network transmission line or the link to the port of the expansion unit to the port of the next Netzwerkele ⁇ ment, z is carried out as a repeater.
  • another extension a network component, such as a terminal, to a network element with redundancy function allows a rapid switching redundancy protocols.
  • the failure of the network transmission line is forwarded independently of the redundancy protocol used within the network. Since all redundancy protocols automatically initiate a switch after a failure of a network transmission line, eliminating a complicated parameterization, Configu ⁇ ration or expensive redundancy protocol detection.
  • a further advantage is that due to the simp ⁇ chen construction of the expansion unit (also Link Extender ge ⁇ Nannt) without redundancy function and independent of the redundancy protocol, the number of network elements is not increased with redundancy function.
  • link failure the failure of the network transmission line or network connection.
  • the external ports of the expansion unit are interconnected by means of a hard-wired connection circuit . This allows the use of expansion units in the network even in small quantities.
  • the expansion unit comprises an electronically programmable circuit .
  • the expansion unit comprises a so- ⁇ -called field programmable gate array (FPGA) or an elec- tronically programmable logic device (EPLD) or a switch coupling element.
  • FPGA field programmable gate array
  • EPLD elec- tronically programmable logic device
  • a possible embodiment for forwarding the link failure provides that in case of failure of the network transmission ⁇ line at one of the ports of the expansion unit of the other Port of the expansion unit is disabled. Characterized the link failure continues from an expansion unit advances to the Next Tier ⁇ th extension unit, for example, at distances of several kilometers to the next network component or to the next terminal.
  • Such a simple forwarding the link failure has the advantage that it can be executed regardless of the ver ⁇ applied redundancy protocol on the network with network components and without redundancy function and is in compliance with standards. A delay caused by the detection of a link failure can be neglected.
  • the other port of the expansion unit of the ⁇ art can be deactivated, that a physical layer device of the out ⁇ incurred ports switched off or switched through in a sleep mode or the network transmission line by means of the physical layer device is switched.
  • the extension unit generates at least one warning message at a Linkaus ⁇ case at one of its ports and sends it to downstream ports or receiving
  • Network elements may persist all other network over ⁇ tragungs einen or links. Ie. the warning telegram is sent out only by the expansion unit or the network element which has recognized the link failure.
  • the extension unit switches at a detected link failure at one of its ports the other port in the opposite direction in a predetermined error code and generates at least a warning telegram and sends it to ports of network elements that are downstream of this port in the opposite direction.
  • the link failure is also forwarded to network ⁇ elements in the opposite direction and reported.
  • the receiving a warning telegram ⁇ catching network element at least a warning telegram with error position identifier and sends it to ports downstream ter or receiving network elements.
  • the error position identifier is realized, for example, in a simple manner by a distance counter.
  • the warning telegram includes a counter.
  • the counter is incremented by one from each further receiving network element, for example.
  • the network element receiving the warning message with error position identifier can quickly and reliably determine the location or the error position between the extension units.
  • the network is expediently configured in such a way that either the deactivation of the other port of the expansion unit or the sending of warning telegrams is carried out.
  • the expansion unit is such forms being ⁇ that can be selected by a simple switching function one of the two functions, Port disabling or warning message dispatch.
  • the expansion unit can be supplied with electrical energy via the network transmission line.
  • the extension unit itself can be supplied with electrical energy by the terminal itself.
  • the expansion unit according to the invention for a Reichwei ⁇ tenverinrung a network transmission line in a network comprises at least two external ports, which are connected to each other via a hard-wired connection circuit such that a failure of the Netztechnikübertragungslei ⁇ tion at one of the ports can be determined and output.
  • Such an expansion unit according to the invention enables a simple implementation of several of these expansion units in a future or already existing network for extending the range of network connections from several hundred meters to several kilometers.
  • the extension unit includes input and output side each data line in each case a separating element, for. B. transformers.
  • the expansion unit which is independent of the redundancy protocol or function of the network, this comprises between the separation elements two physical layer devices (called PHY for short) with an electronically programmable circuit arranged therebetween, eg. As FPGA or EPLD.
  • the electronically programmable circuit To implement the forwarding option of a link failure by sending warning telegrams, the electronically programmable circuit, z.
  • each data line a telegram generator and a controller.
  • the telegram generator In the event of an identified link failure, the telegram generator automatically generates warning telegrams with or without an error position identifier and sends them via the data line.
  • the controller serves to identify the link failure and the control of the telegram generator and the telegram transmission and the switching of the network transmission line, in particular their data lines.
  • the expansion ⁇ tion unit comprises a switch coupling element (switch ASIC) with microcontroller.
  • switch ASIC switch coupling element
  • This controlled switch ASIC solution of the expansion unit executes a deactivation of the other port of the expansion unit or a generation and transmission of warning telegrams analogous to the FPGA PHY solution for forwarding a link failure at one of the ports.
  • a bypass line for switching the Netztechnikübertra ⁇ supply line is provided in parallel to each of the data lines of the network transmission line.
  • Switching takes place by controlling a switching element by means of the controller.
  • This includes at least one error detection.
  • the switching element is arranged on the input side in front of the separating element in each of the data lines and on the output side after the separating element in each of the data lines.
  • bypass circuit is optional and useful for a line network structure.
  • FIG. 1 shows schematically in block form an extension unit 1 for a network transmission line 2.
  • the extension unit 1 is used for range extension in a network 3.
  • the network 3 may be an Ethernet network or another standard network. It will be in the
  • Network 3 via the network transmission line 2 with data lines 2.1 and 2.2 (also called links) network components 4A, 4B, such. B. individual devices connected to each other.
  • the network 3 can have a line structure or ring structure with a multiplicity of network components 4A, 4B connected via the data lines 2.1 and 2.2.
  • the extension unit 1 By means of the extension unit 1, the Netztechnikübertra ⁇ supply line 2 without transmission losses, damping and signal naluxe individually, in particular, the maximum over ⁇ tragungsreichweite of the network, eg. For example, in an Ethernet network by 100m, be extended.
  • a cascade connection of a plurality of expansion units 1 in a network transmission line 2 allows any distance.
  • the expansion unit 1 comprises two external ports A and B for connection of the network transmission line 2, which is connected by means of conventional plug 5 with the ports A and B.
  • the expansion unit 1 includes a not shown forth nä ⁇ internal port.
  • the data lines 2.1 and 2.2 and network components 4A, 4B in the embodiment are such confi ⁇ riert that the data traffic is in the opposite direction. Ie.
  • a data connection is made from the network component 4A connected to the port A to the network component 4B connected to the port B.
  • the data line 2.2 the data connection is reversed, ie from the network component 4B connected to the port B to the network component 4A connected to the port A.
  • a hard-wired Verbin ⁇ decision circuit 6 is provided for data-related compound of the ports A and B within the expansion unit 1.
  • connection scarf ⁇ device 6 comprises for galvanic isolation port side each data line 2.1 and 2.2 as separators 7 z.
  • the data lines 2.1 and 2.2 are connected in a first embodiment via so-called physical layer devices 8 (also called PHY for short) to the external ports A and B by means of the connection circuit 6.
  • the physical layer de ⁇ vices 8 are for data transmission to enable physical data connections between the network components 4A, 4B, disable, maintain and transmit data.
  • an electronically programmable circuit 9 is connected in the connection ⁇ circuit 6.
  • the electronically programmable circuit 9 is also shown in detail in Figure 1 in exploded view with dashed frame closer.
  • the electronically programmable circuit 9 can be designed as so-called field programmable ge ⁇ gat (FPGA) or as Electronically Programmable Logic Device (EPLD).
  • the circuit 9 can also be designed as a permanently programmed integrated circuit, in particular as an ASIC with an additional microcontroller.
  • Such an electronically programmable circuit 9 represents a simple parameterization, flexible and universal configuration and control of the data traffic as well as a simple data and port as well as link monitoring.
  • the electronically programmable circuit 9 is formed from ⁇ such that this failure of the network transmission ⁇ line 2, also called link failure, determined at one of its external ports A or B and to an external port B or A of the next network element, eg. B. the network component 4B and 4A, forwards.
  • the electronically programmable circuit 9 per port A and B comprises a controller 10A or 10B and a telegram generator I IA or I IB for generating telegrams D.
  • the respective controller 10A and 10B monitors the data connection between port A and port B. based on an active or inactive data signal DSA or DSB on their state.
  • the electronically programmable circuit 9 exceeds the data telegrams carries D on the data lines 2.1 and 2.2 with a delay, since the electronically programmable circuit 9 acts as a buffer to compensate for slightly different ⁇ Liche clock frequencies of the two physical layer device. 8 The delay is about a few 100 ns.
  • the expansion unit 1 In the case of failure of the power supply of the expansion unit 1 or in case of detection of a failure of one of the components, e.g. As the circuit 9, the expansion unit 1, the incoming data lines 2.1 and 2.2 of the network line 2 are switched.
  • parallel to the connecting circuit 6 comprises the Extension C ⁇ approximation unit 1, two bypass lines 12.1 and 12.2.
  • the extension unit 1 For switching the data lines 2.1 and 2.2 on the bypass lines 12.1 and 12.2, the extension unit 1 comprises two switching elements 13, z. B. relay contacts. These are correspondingly controlled in the event of a power failure or in the event of an identified component fault, so that the data lines 2.1 and 2.2 are switched over to the bypass lines 12.1 and 12.2, respectively.
  • 2 shows a block diagram of the expansion unit 1 according to FIG. 1 with link failure at the port A.
  • one of the following two measures can be performed: deactivation of the other port B of the expansion unit 1 or
  • warning telegrams W also called panic messages
  • the link failure at the ports A and B of the detected downstream network component 4A and 4B On the basis of the deactivated port B or the reception of the warning telegrams W, the link failure at the ports A and B of the detected downstream network component 4A and 4B. If several expansion units 1 are integrated in the network transmission line 2, the recognition and reporting or forwarding of a link failure corresponding to the delay of the respective expansion unit 1 is delayed.
  • the respective physical layer device 8 of port A of the link failure is switched off or put into a sleep mode.
  • the invention provides to produce, instead of the deactivation of the other external port B, the warning messages W and send out.
  • the warning telegrams W By means of the generated warning telegrams W, which are sent from port A to port B or from port B to port A of the next following network component 4A or 4B, it is possible to transmit a position identifier for determining the point of origin.
  • the warning telegrams comprise W as Positi ⁇ onskennung z.
  • the warning message W includes error message data "LF" for detecting a link failure.
  • the controller 10B of the port B also switches to the error mode and he ⁇ generated warning telegrams W with the distance data "Dist 0" and the error message data "FEFI" .
  • the warning telegrams W are used both by the controller 10A and the controller 10B, for example, as Ethernet telegrams with IP multicast Ethernet addresses, eg. 01-80-C2- xx.xx.xx) as the destination address.
  • Each expansion unit 1 has in the network 3 its own Ethernet address with source address. Such generated IP multicast telegrams are not forwarded by designed as a switch network elements.
  • FIG 3 schematically shows in block diagram the expansion unit 1 according to Figure 1 downstream expansion ⁇ unit 1 'at a link failure on the expansion unit 1 according to Figure 1.
  • the controller 10A receiving the warning telegrams W switches the port A into an error forwarding mode ("panic forwards"
  • the received distance data "Dist 0" are increased by the value “1” and the transmitted warning message W is forwarded with the distance data "Dist 1" and error message data "LF" to the next network element normal operation.
  • the link failure from port A of the civilsein ⁇ uniform 1 in the network 3 is as long as from the network element passed to the next network element to this, a network element with a redundancy function.
  • This network element with redundancy function automatically switches the network connection to an error-free data line.
  • FIG. 4 schematically shows, in block form, an alternative embodiment for an expansion unit 1 "with a controlled switch coupling element 14 (also called Ethernet switch) without link failure.
  • a controlled switch coupling element 14 also called Ethernet switch
  • the switch coupling element 14 controlled by means of a microcontroller 15 is provided.
  • the switch coupling element 14 is a conventional Ethernet switch without redundancy functionality.
  • Port B transferred.
  • the microcontroller 15 continuously monitors the link status based on port-related status registers 16A, 16B, d. H. the data connection of the network line 2 and its data lines 2.1, 2.2 at the external ports A and B.
  • FIG. 5 schematically shows in block form the expansion unit 1 "according to FIG. 4 with a link failure on port A.
  • the microcontroller 15 detects the link failure at port A and blocks the data or cross traffic from port A to port B and vice versa. Ie. All data telegrams D are processed via the microcontroller 15 controlled internal port C. Port B of expansion unit 1 is deactivated.
  • warning messages W as so-called panic-telegrams with Entfer ⁇ planning data "Dist 0" and error data "LF” in the path with a link failure or "FEFI” in the path in opposite direction.
  • FIG. 6 shows schematically in a block diagram of the expansion unit 1 '' according to Figure 4 downstream Extension C ⁇ approximation unit 1 '''at a link failure at the port A at the ER extender unit 1''according to FIG. 4
  • the warning message functions are analogous reali ⁇ carbonized at a link failure, so that the link failure and its origin is detected ⁇ au tomatically.
  • the expansion unit 1 can be designed for both a appreciatedtra ⁇ supply at Layer 1 and Layer 2 of the ISO / OSI reference model.
  • the possibilities described here of forwarding a link failure by deactivating ports, generating warning telegrams W are identical.

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Abstract

The invention relates to a network (3), in particular an Ethernet network, comprising as network elements at least two network components (4A, 4B) that are interconnected by means of a network transmission line (2). According to the invention, at least one expansion unit (1) having two external ports (A, B) is disposed in the network line (2) for extending the scope thereof, wherein the expansion unit (1) forwards a failure of the network transmission line (2) at one of the ports (A, B) thereof to a port (B or A) of the next subsequent network element (network component 4A or 4B). The invention further relates to an expansion unit (1) and to a method for operating a network (3).

Description

Beschreibung description
Netzwerk und Erweiterungseinheit sowie Verfahren zum Betrei¬ ben eines Netzwerks Network and expansion unit and method for Operator Op ¬ ben a network
Die Erfindung betrifft ein Netzwerk, insbesondere ein Ether- net-Netzwerk . Das Netzwerk umfasst als Netzwerkelemente zu¬ mindest zwei Netzwerkkomponenten, die über eine Netzwerkübertragungsleitung miteinander verbunden sind. Des Weiteren be- trifft die Erfindung eine Erweiterungseinheit zur Reichwei¬ tenverlängerung der Netzwerkübertragungsleitung und ein Verfahren zum Betreiben eines Netzwerks. The invention relates to a network, in particular an Ethernet network. As network elements , the network comprises at least two network components which are interconnected via a network transmission line. Furthermore designate the invention applies an expansion unit for Reichwei ¬ tenverlängerung the network transmission line and a method for operating a network.
Durch den zunehmenden Einsatz von Netzwerktechnologien, die aus dem Bereich der Bürokommunikation stammen, z. B. Ethernet, Token Ring, ATM und anderen, auch im Bereich der Industrieautomatisierung gewinnt eine preisgünstige Vernetzung von Endgeräten über derartige Netzwerktechnologien immer mehr an Bedeutung . Due to the increasing use of network technologies, which originate from the field of office communication, z. As Ethernet, Token Ring, ATM and others, also in the field of industrial automation wins a low-cost networking of terminals over such network technologies more and more important.
Bei den Netzwerktechnologien der Bürokommunikation erfolgt die Vernetzung in der Regel über Knotenpunkte (so genannte Hubs, Switches) , von denen sternförmig Punkt-zu-Punkt-Ver- bindungen zu den einzelnen Endgeräten abgehen. Dies ist für Anwendungen im Industrieumfeld, in dem oftmals linienförmige Strukturen über lange Entfernungen von über 100 m vorliegen, nachteilig . In the network technologies of office communication, networking usually takes place via nodes (so-called hubs, switches), from which star-shaped point-to-point connections are made to the individual terminals. This is disadvantageous for applications in the industrial environment in which often linear structures over long distances of over 100 m are present.
Bei verschiedenen Anwendungen mit Längen über 100 m ist eine Glasfaser als Netzwerk- oder Übertragungsleitung (in derIn various applications with lengths over 100 m, a fiber is used as a network or transmission line (in the
Netzwerkterminologie auch Link oder Pfad genannt) nicht ein¬ setzbar. Gründe hierfür können Stecker innerhalb der Netzwerkübertragungsleitung, eventuell sogar mit der Gefahr der Verschmutzung, sein. Ein anderer Grund für die Nichtverwen- dung von Glasfaser ist der zunehmende Einsatz von so genannten Hybridkabeln, d. h. die Netzwerkübertragungsleitung ist zusammen mit anderen Leitungen in einem gemeinsamen Kabel integriert. Diese Hybridkabel können zwischen den Endpunkten der Ethernetübertragung Abgänge und Unterbrechungen aufweisen. Glasfaserkabel haben hierbei den Nachteil, dass die Ver¬ bindung zwischen zwei Glasfasern empfindlich, dämpfungsbehaftet und schwierig vor Ort herzustellen ist. Network terminology also link or path called) is not a ¬ settable. Reasons for this may be connectors within the network transmission line, possibly even with the risk of contamination. Another reason for not using fiber optics is the increasing use of so-called hybrid cables, ie the network transmission line is integrated with other lines in a common cable. These hybrid cables can be between the endpoints the Ethernet transmission outlets and interruptions. Fiber optic cable here have the disadvantage that the Ver ¬ connection between two optical fibers sensitive damping subject, and is difficult to produce locally.
Eine Anwendung, wo die Verwendung von Glasfasern ebenfalls nicht praktikabel ist, ist der Ethernet-Train-Bus . Er verbin¬ det Netzwerkkomponenten eines zugübergreifenden Ethernetnetz- werks . Dabei sind die Netzwerkkomponenten mehrere 100 m von- einander entfernt angeordnet. Die Netzwerkübertragungsleitung ist oft Bestandteil eines Hybridkabels und über mehrere One application where the use of fiber is also impractical is the Ethernet Train bus. He verbin ¬ det network components of a zugübergreifenden Ethernetnetz- factory. The network components are located several 100 m apart. The network transmission line is often part of a hybrid cable and has several
Steckverbinder geführt. Plug connector led.
Bei Verwendung von so genannten Twisted-Pair-Leitungen kann das Problem Dämpfung und das des Signalverlustes nur gelöst werden, indem spätestens nach 100 m ein Ethernet-Repeater oder Ethernet-Switch eingebaut wird, welcher das Sendesignal neu erzeugt. Repeater sind aufgrund ihres einfachen Aufbaus einfach zu installieren, kostengünstig und benötigen keine Parametrierung oder Konfiguration. When using so-called twisted-pair cables, the problem of attenuation and that of signal loss can only be solved by installing an Ethernet repeater or Ethernet switch after 100 m at the latest, which regenerates the transmission signal. Because of their simple structure, repeaters are easy to install, cost-effective and require no parameterization or configuration.
Problematisch werden die Repeater, wenn für das Ethernetüber- tragungsmedium, die Netzwerkübertragungsleitung, eine Redundanz gefordert wird. In diesem Fall kommen Redundanzprotokol- le wie RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol) oder MRP (MediaThe repeaters become problematic when redundancy is required for the Ethernet transmission medium, the network transmission line. In this case, redundancy protocols such as Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) or MRP (Media
Redundancy Protocol) zum Einsatz. Allen Protokollen gemeinsam ist das Grundprinzip, dass sie von allen vorhandenen Netzwerkverbindungen nur so viele aktivieren, dass alle Netzwerkteilnehmer einen topologischen Baum bilden, d. h. zwischen zwei beliebigen Netzwerkteilnehmern im Netzwerk gibt es genau einen Übertragungsweg oder -pfad. Alle anderen vorhandenen redundanten Netzwerkverbindungen befinden sich in einem inaktiven oder passiven Modus, d. h. über sie findet keine Datenübertragung statt. Es findet nur ein Austausch von Nachrich- ten der Redundanzprotokolle über diese passiven Ports statt. Redundancy Protocol) are used. Common to all protocols is the basic principle that they only activate so many of all existing network connections that all network participants form a topological tree; H. There is exactly one transmission path or path between any two network participants in the network. All other existing redundant network connections are in an inactive or passive mode; H. via them no data transmission takes place. There is only an exchange of messages of the redundancy protocols over these passive ports.
Die Netzwerkkomponenten oder -elemente (wie Ethernet-Switch- es, Netzwerk-Repeatern, Netzwerkübertragungsleitungen) , wel- che bei einem redundanten Netzwerk eingesetzt werden, müssen das entsprechende Redundanzprotokoll unterstützen. Um bei ei¬ nem Ausfall einer aktiven Netzwerkverbindung möglichst schnell auf andere Netzwerkverbindungen umschalten zu können, wird der Ausfall der Netzwerkübertragungsleitung (auch Ether- net-Link genannt) detektiert. Nach dem Ausfall der Netzwerkübertragungsleitung rekonfigurieren die Ethernet-Switches das Netzwerk neu, so dass wieder ein topologischer Baum entsteht. Parallel zur Rekonfiguration der Netzwerkübertragungsleitung wird die Integrität der Netzwerkverbindungen noch durch Übersendung zyklischer Telegramme überwacht. Da diese jedoch nur ca. alle 100 ms gesendet werden, lässt sich auf der Basis dieser Telegramme keine schnelle Umschaltung erreichen, sie dienen nur als Notfalllösung, falls eine Datenübertragung trotz aktiver Netzwerkverbindung nicht möglich ist (z. B. Fehler in einem Ethernet-Switch-ASIC) . The network components or elements (such as Ethernet switches, network repeaters, network transmission lines), which If you are using a redundant network, you must support the appropriate redundancy protocol. In order to switch as quickly as possible at ei ¬ nem failure of an active network connection to other network connections, the failure of the network transmission line (also called ether net-Link) detected. After the network transmission line failure, the Ethernet switches reconfigure the network to rebuild the topological tree. Parallel to the reconfiguration of the network transmission line, the integrity of the network connections is monitored by sending cyclic telegrams. However, as these are only sent approximately every 100 ms, fast switching can not be achieved on the basis of these telegrams; they serve only as an emergency solution if data transmission is not possible despite an active network connection (eg errors in an Ethernet switch) -ASIC).
Bei Verwendung von Ethernet-Repeatern oder Ethernet-Switches existiert das Problem, dass beim Ausfall der Netzwerkübertra- gungsleitung oder des Links an einem Port einer der Netzwerkkomponenten die Netzwerkübertragungsleitung an den anderen Ports der Netzwerkkomponenten aktiv bleibt, d. h. die Netzwerkverbindung der ausgefallenen Netzwerkübertragungsleitung wird nicht weitergeleitet. Dadurch wird eine schnelle Signa- lisierung des Ausfalls der Netzwerkübertragungsleitung zur nächsten Netzwerkkomponente mit Redundanzfunktionalität und damit eine schnelle Umschaltzeit verhindert. Die einzige Lö¬ sung ist, dass für den Ethernet-Switch eine Netzwerkkomponente mit Redundanzfunktionalität verwendet wird. Dies ist je- doch aufgrund der hohen Anzahl von redundanten Komponenten teuer. Zudem ist der Aufwand zur Parametrierung und Konfiguration hoch. Auch ist die Anzahl von Netzwerkkomponenten in einem Netzwerk mit Redundanzfunktionalität von den Normen für die Redundanzprotokolle begrenzt. When using Ethernet repeaters or Ethernet switches, there is a problem that if the network link or the link on one port of one of the network components fails, the network link remains active on the other ports of the network components, ie the network link of the failed network link is not routed , This prevents a rapid signaling of the failure of the network transmission line to the next network component with redundancy functionality and thus a fast switching time. The only Lö ¬ solution that a network component is used with redundancy functionality for the Ethernet switch. However, this is expensive due to the large number of redundant components. In addition, the effort for parameterization and configuration is high. Also, the number of network components in a network with redundancy functionality is limited by the standards for the redundancy protocols.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungs¬ gemäßes Netzwerk und ein gattungsgemäßes Verfahren zum Be¬ trieb eines Netzwerks derart weiterzuentwickeln, dass es ein- facher und mit geringem Aufwand auch bei großen Übertragungs¬ entfernungen schnell und sicher eine Umschaltung bei Ausfall einer der Netzwerkübertragungsleitungen ermöglicht. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Erweite- rungseinheit für Netzwerkübertragungsleitungen eines Netzwerks anzugeben, welche bei Ausfall einer Netzwerkübertra¬ gungsleitung eine schnelle Umschaltung im Netzwerk ermöglicht . Hinsichtlich des Netzwerks wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Hinsichtlich der Erweiterungseinheit wird die Aufgabe erfin¬ dungsgemäß durch die im Anspruch 10 angegebenen Merkmale ge¬ löst. Hinsichtlich des Verfahrens zum Betrieb eines Netzwerks wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 15 an¬ gegebenen Merkmale gelöst. The invention is therefore based on the object, a generic network according ¬ and a generic method for operating a network Be ¬ develop such a way that it once easier and with little effort even with large transmission ¬ distances quickly and safely allows switching in case of failure of one of the network transmission lines. Furthermore, the invention has the object of providing an expansion insurance unit to provide for network transmission lines of a network which enables rapid switching in the network in case of failure of a Netzwerkübertra ¬ supply line. With regard to the network, the object is achieved by the features specified in claim 1. With respect to the expansion unit, the object is dung OF INVENTION ¬ according ge solves ¬ by the features specified in claim 10. As for the method for operating a network the object is solved by the given on ¬ in claim 15 features.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Ein Netzwerk, insbesondere ein Ethernet-Netzwerk, umfasst als Netzwerkelemente zumindest zwei Netzwerkkomponenten, die über eine Netzwerkübertragungsleitung miteinander verbunden sind. Erfindungsgemäß ist in der Netzwerkübertragungsleitung zu de- ren Reichweitenverlängerung mindestens eine Erweiterungseinheit mit zwei externen Ports angeordnet, wobei die Erweite¬ rungseinheit einen Ausfall der Netzwerkübertragungsleitung an einem ihrer Ports ermittelt und an einen Port des nächstfol¬ genden Netzwerkelements, insbesondere der nächstfolgenden Er- Weiterungseinheit oder der Netzwerkkomponente, weiterleitet. A network, in particular an Ethernet network, comprises as network elements at least two network components which are connected to one another via a network transmission line. According to the invention at least one expansion unit is arranged with two external ports in the network transmission line to de- ren range extension, the Extension C ¬ approximation unit determines a failure of the network transmission line at one of its ports and to a port of the nächstfol ¬ constricting network element, in particular the next ER- extender unit or the network component, forwards.
Dabei wird die Weiterleitung des Ausfalls der Netzwerkübertragungsleitung solange ausgeführt, bis diese an ein Port ei¬ nes Netzwerkelements mit Redundanzfunktion empfangen wird. Durch eine solche Weiterleitung des Ausfalls der Netzwerkübertragungsleitung oder des Links an dem Port der Erweiterungseinheit auf den Port des nächstfolgenden Netzwerkele¬ ments, z. B. einem Repeater, einer weiteren Erweiterungsein- heit, einer Netzwerkkomponente, wie einem Endgerät, bis zu einem Netzwerkelement mit Redundanzfunktion ist ein schnelles Umschalten von Redundanzprotokollen ermöglicht. Dabei erfolgt die Weiterleitung des Ausfalls der Netzwerkübertragungslei- tung unabhängig vom verwendeten Redundanzprotokoll innerhalb des Netzwerks. Da alle Redundanzprotokolle nach einem Ausfall einer Netzwerkübertragungsleitung automatisch ein Umschalten einleiten, entfällt eine aufwendige Parametrierung, Konfigu¬ ration oder aufwendige Redundanzprotokollerkennung. In this case, the forwarding of the failure of the network transmission line is carried out until it is received at a port ei ¬ nes network element redundancy function. By such a forwarding of the failure of the network transmission line or the link to the port of the expansion unit to the port of the next Netzwerkele ¬ ment, z. As a repeater, another extension a network component, such as a terminal, to a network element with redundancy function allows a rapid switching redundancy protocols. In this case, the failure of the network transmission line is forwarded independently of the redundancy protocol used within the network. Since all redundancy protocols automatically initiate a switch after a failure of a network transmission line, eliminating a complicated parameterization, Configu ¬ ration or expensive redundancy protocol detection.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass aufgrund des einfa¬ chen Aufbaus der Erweiterungseinheit (auch Link Extender ge¬ nannt) ohne Redundanzfunktion und unabhängig vom verwendeten Redundanzprotokoll die Anzahl von Netzwerkelementen mit Re- dundanzfunktion nicht erhöht wird. A further advantage is that due to the simp ¬ chen construction of the expansion unit (also Link Extender ge ¬ Nannt) without redundancy function and independent of the redundancy protocol, the number of network elements is not increased with redundancy function.
Im nachfolgenden wird zur besseren Übersichtlichkeit der Ausfall der Netzwerkübertragungsleitung oder Netzwerkverbindung als Linkausfall bezeichnet. In the following, for the sake of clarity, the failure of the network transmission line or network connection is referred to as link failure.
Für eine einfache Realisierung der Erweiterungseinheit und Integration dieser in das Netzwerk sind die externen Ports der Erweiterungseinheit mittels einer fest verdrahteten Ver¬ bindungsschaltung miteinander verschaltet. Dies ermöglicht einen Einsatz von Erweiterungseinheiten im Netzwerk auch bei geringen Stückzahlen. For a simple implementation of the expansion unit and integration of this into the network, the external ports of the expansion unit are interconnected by means of a hard-wired connection circuit . This allows the use of expansion units in the network even in small quantities.
Für eine einfache Parametrierung und eine besonders flexible und universelle Verbindungsschaltung der Ports umfasst die Erweiterungseinheit eine elektronisch programmierbare Schal¬ tung. Zum Beispiel umfasst die Erweiterungseinheit ein so ge¬ nanntes field programmable gate array (FPGA) oder ein elec- tronically programmable logic device (EPLD) oder ein Switch- Kopplungselement . For simple parameterization and a particularly flexible and universal connection circuit of the ports, the expansion unit comprises an electronically programmable circuit . For example, the expansion unit comprises a so-¬-called field programmable gate array (FPGA) or an elec- tronically programmable logic device (EPLD) or a switch coupling element.
Eine mögliche Ausführungsform zur Weiterleitung des Linkausfalls sieht vor, dass bei Ausfall der Netzwerkübertragungs¬ leitung an einem der Ports der Erweiterungseinheit der andere Port der Erweiterungseinheit deaktiviert wird. Dadurch setzt sich der Linkausfall von einer Erweiterungseinheit zur nächs¬ ten Erweiterungseinheit beispielsweise bei Entfernungen von mehreren Kilometern zur nächsten Netzwerkkomponente oder zum nächsten Endgerät fort. Eine solche einfache Weiterleitung des Linkausfalls hat den Vorteil, dass es unabhängig vom ver¬ wendeten Redundanzprotokoll im Netzwerk mit Netzwerkkomponenten ohne und mit Redundanzfunktion ausgeführt werden kann und normkonform ist. Eine durch das Erkennen eines Linkausfalls bedingte Verzögerung kann dabei vernachlässigt werden. A possible embodiment for forwarding the link failure provides that in case of failure of the network transmission ¬ line at one of the ports of the expansion unit of the other Port of the expansion unit is disabled. Characterized the link failure continues from an expansion unit advances to the Next Tier ¬ th extension unit, for example, at distances of several kilometers to the next network component or to the next terminal. Such a simple forwarding the link failure has the advantage that it can be executed regardless of the ver ¬ applied redundancy protocol on the network with network components and without redundancy function and is in compliance with standards. A delay caused by the detection of a link failure can be neglected.
Vorzugsweise ist der andere Port der Erweiterungseinheit der¬ art deaktivierbar, dass ein Physical Layer Device des ausge¬ fallenen Ports abgeschaltet oder in einen Schlaf-Modus ge- schaltet wird oder die Netzwerkübertragungsleitung mittels des Physical Layer Device umgeschaltet wird. Preferably, the other port of the expansion unit of the ¬ art can be deactivated, that a physical layer device of the out ¬ incurred ports switched off or switched through in a sleep mode or the network transmission line by means of the physical layer device is switched.
Alternativ erzeugt die Erweiterungseinheit bei einem Linkaus¬ fall an einem ihrer Ports zumindest ein Warntelegramm und sendet dieses an Ports nachgeschalteter oder empfangenderAlternatively, the extension unit generates at least one warning message at a Linkaus ¬ case at one of its ports and sends it to downstream ports or receiving
Netzwerkelemente aus. Dabei können alle anderen Netzwerküber¬ tragungsleitungen oder Links bestehen bleiben. D. h. es wird das Warntelegramm nur durch die Erweiterungseinheit oder das Netzwerkelement ausgesendet, welche den Linkausfall erkannt hat. Network elements. Here may persist all other network over ¬ tragungsleitungen or links. Ie. the warning telegram is sent out only by the expansion unit or the network element which has recognized the link failure.
Zweckmäßigerweise schaltet die Erweiterungseinheit bei einem erkannten Linkausfall an einem ihrer Ports den anderen Port in Gegenrichtung in einen vorgegebenen Fehlermode und erzeugt zumindest ein Warntelegramm und sendet dieses an Ports von Netzwerkelementen, die diesem Port in Gegenrichtung nachgeschaltet sind. Hierdurch wird der Linkausfall auch an Netz¬ werkelementen in Gegenrichtung weitergeleitet und gemeldet. Zur Erkennung des Fehlerortes, d. h. des Beginns des Linkaus¬ falls, erzeugt zweckmäßigerweise das ein Warntelegramm emp¬ fangende Netzwerkelement zumindest ein Warntelegramm mit Feh- lerpositionskennung und sendet dieses an Ports nachgeschalte- ter oder empfangender Netzwerkelemente aus. Die Fehlerpositi- onskennung wird beispielsweise in einfacher Art und Weise durch einen Distanzzähler realisiert. Dabei umfasst das Warntelegramm einen Zähler. Beginnend beim Netzwerkelement oder bei der Erweiterungseinheit, welche einen Linkausfall als erstes identifiziert hat, wird der Zähler von jedem weiteren empfangenden Netzwerkelement beispielsweise um den Wert eins erhöht. Hierdurch kann das das Warntelegramm mit Fehlerposi- tionskennung empfangende Netzwerkelement den Fehlerort oder die Fehlerposition zwischen den Erweiterungseinheiten schnell und sicher ermitteln. Conveniently, the extension unit switches at a detected link failure at one of its ports the other port in the opposite direction in a predetermined error code and generates at least a warning telegram and sends it to ports of network elements that are downstream of this port in the opposite direction. As a result, the link failure is also forwarded to network ¬ elements in the opposite direction and reported. To detect the fault location, ie the beginning of the Linkaus ¬ case expediently the receiving a warning telegram ¬ catching network element at least a warning telegram with error position identifier and sends it to ports downstream ter or receiving network elements. The error position identifier is realized, for example, in a simple manner by a distance counter. The warning telegram includes a counter. Starting at the network element or at the extension unit which has first identified a link failure, the counter is incremented by one from each further receiving network element, for example. As a result, the network element receiving the warning message with error position identifier can quickly and reliably determine the location or the error position between the extension units.
Zweckmäßigerweise wird das Netzwerk derart konfiguriert, dass entweder die Deaktivierung des anderen Ports der Erweite- rungseinheit oder die Aussendung von Warntelegrammen ausgeführt wird. Dabei ist die Erweiterungseinheit derart ausge¬ bildet, dass mittels einer einfachen Schaltfunktion eine der beiden Funktionen, Portdeaktivierung oder Warntelegrammversendung, ausgewählt werden kann. The network is expediently configured in such a way that either the deactivation of the other port of the expansion unit or the sending of warning telegrams is carried out. The expansion unit is such forms being ¬ that can be selected by a simple switching function one of the two functions, Port disabling or warning message dispatch.
Für eine einfache Ausführungsform der Erweiterungseinheit ist diese über die Netzwerkübertragungsleitung mit elektrischer Energie versorgbar. Alternativ oder zusätzlich kann die Erweiterungseinheit vom Endgerät selbst mit elektrischer Ener- gie versorgbar sein. For a simple embodiment of the expansion unit, it can be supplied with electrical energy via the network transmission line. Alternatively or additionally, the extension unit itself can be supplied with electrical energy by the terminal itself.
Die erfindungsgemäße Erweiterungseinheit für eine Reichwei¬ tenverlängerung einer Netzwerkübertragungsleitung in einem Netzwerk umfasst mindestens zwei externe Ports, die über eine fest verdrahtete Verbindungsschaltung derart miteinander verbindbar sind, dass ein Ausfall der Netzwerkübertragungslei¬ tung an einem der Ports ermittelbar und ausgebbar ist. Eine solche erfindungsgemäße Erweiterungseinheit ermöglicht eine einfache Implementierung mehrerer dieser Erweiterungseinhei- ten in einem zukünftigen oder bereits vorhandenen Netzwerk zur Reichweitenverlängerung von Netzwerkverbindungen von mehreren hundert Metern bis zu mehreren Kilometern. Zur galvanischen Trennung umfasst die Erweiterungseinheit eingangs- und ausgangsseitig je Datenleitung jeweils ein Trennelement, z. B. Transformatoren. Für eine vom Redundanzprotokoll oder -funktion des Netzwerks unabhängige und einfache Realisierung der Erweiterungseinheit umfasst diese zwischen den Trennelementen zwei Physical Layer Devices (kurz PHY genannt) mit einer dazwischen angeordneten elektronisch programmierbaren Schaltung, z. B. FPGA oder EPLD . The expansion unit according to the invention for a Reichwei ¬ tenverlängerung a network transmission line in a network comprises at least two external ports, which are connected to each other via a hard-wired connection circuit such that a failure of the Netzwerkübertragungslei ¬ tion at one of the ports can be determined and output. Such an expansion unit according to the invention enables a simple implementation of several of these expansion units in a future or already existing network for extending the range of network connections from several hundred meters to several kilometers. For galvanic isolation, the extension unit includes input and output side each data line in each case a separating element, for. B. transformers. For an implementation of the expansion unit which is independent of the redundancy protocol or function of the network, this comprises between the separation elements two physical layer devices (called PHY for short) with an electronically programmable circuit arranged therebetween, eg. As FPGA or EPLD.
Zur Realisierung der Weiterleitungsoption eines Linksausfalls mittels Senden von Warntelegrammen umfasst die elektronisch programmierbare Schaltung, z. B. ein FPGA, je Datenleitung einen Telegramm-Generator und einen Controller. Mittels des Telegramm-Generators werden bei einem identifizierten Linkausfall automatisch Warntelegramme mit oder ohne Fehlerposi- tionskennung erzeugt und über die Datenleitung versendet. Der Controller dient der Identifizierung des Linkausfalls und der Steuerung des Telegramm-Generators und der Telegrammversendung sowie der Umschaltung der Netzwerkübertragungsleitung, insbesondere deren Datenleitungen. To implement the forwarding option of a link failure by sending warning telegrams, the electronically programmable circuit, z. As an FPGA, each data line a telegram generator and a controller. In the event of an identified link failure, the telegram generator automatically generates warning telegrams with or without an error position identifier and sends them via the data line. The controller serves to identify the link failure and the control of the telegram generator and the telegram transmission and the switching of the network transmission line, in particular their data lines.
Eine alternative Ausführungsform sieht vor, dass die Erweite¬ rungseinheit ein Switch-Kopplungselement (Switch-ASIC) mit MikroController umfasst. Diese gesteuerte Switch-ASIC-Lösung der Erweiterungseinheit führt analog zur FPGA-PHY-Lösung zur Weiterleitung eines Linkausfalls an einem der Ports eine De- aktivierung des anderen Ports der Erweiterungseinheit oder eine Erzeugung und Aussendung von Warntelegrammen aus. An alternative embodiment provides that the expansion ¬ tion unit comprises a switch coupling element (switch ASIC) with microcontroller. This controlled switch ASIC solution of the expansion unit executes a deactivation of the other port of the expansion unit or a generation and transmission of warning telegrams analogous to the FPGA PHY solution for forwarding a link failure at one of the ports.
Zweckmäßigerweise ist zur Umschaltung der Netzwerkübertra¬ gungsleitung bei Ausfall der Stromversorgung und/oder einer fehlerhaften Komponente der Erweiterungseinheit eingangs- und ausgangsseitig parallel zu jeder der Datenleitungen der Netzwerkübertragungsleitung eine Bypass-Leitung vorgesehen. Die Umschaltung erfolgt durch Ansteuerung eines Umschaltelements mittels des Controllers. Zur Erkennung des Ausfalls einer der Komponenten der Erweiterungseinheit umfasst diese zumindest eine Fehlererkennung. Das Umschaltelement ist eingangsseitig vor dem Trennelement in jeder der Datenleitungen und aus- gangsseitig nach dem Trennelement in jeder der Datenleitungen angeordnet. Conveniently, input upon failure of the power supply and / or a faulty component of the expansion unit and the output side are provided in parallel to each of the data lines of the network transmission line, a bypass line for switching the Netzwerkübertra ¬ supply line. Switching takes place by controlling a switching element by means of the controller. To detect the failure of one of Components of the expansion unit, this includes at least one error detection. The switching element is arranged on the input side in front of the separating element in each of the data lines and on the output side after the separating element in each of the data lines.
Hierdurch ist Netzverfügbarkeit gesteigert, da ein Weiterbe¬ trieb des Netzwerks ermöglicht ist. Die Bypass-Schaltung ist optional und bei einer Liniennetzstruktur sinnvoll. In this way, network availability is increased, since a wide heritage ¬ drove the network is possible. The bypass circuit is optional and useful for a line network structure.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen: schematisch in Blockdarstellung mit teilweiser Explosionsdarstellung eine Erweiterungseinheit für ei¬ ne Netzwerkübertragungsleitung zur Reichweitenverlängerung in einem Netzwerk ohne Linkausfall, schematisch in Blockdarstellung mit teilweiser Explosionsdarstellung die Erweiterungseinheit gemäß Figur 1 mit Linkausfall an einem der Ports, Embodiments of the invention are described below with reference to drawings. In the drawings: schematically in a block diagram, with partial exploded view of an expansion unit for egg ¬ ne network transmission line to extend the range in a network without a link failure, schematically in a block diagram, with partial exploded view of the expansion unit according to Figure 1 with a link failure at one of the ports,
schematisch in Blockdarstellung mit teilweiser Explosionsdarstellung eine der Erweiterungseinheit ge¬ mäß Figur 1 nachgeschaltete Erweiterungseinheit bei einem Linkausfall an der Erweiterungseinheit gemäß Figur 1, schematically one of the expansion unit ge ¬ Mäss in block diagram in partial exploded view of figure 1 downstream expansion unit with a link failure at the expansion unit according to Figure 1,
schematisch in Blockdarstellung mit teilweiser Explosionsdarstellung eine alternative Ausführungsform für eine Erweiterungseinheit mit einem Ethernet- Switch ohne Linkausfall,  schematically in block diagram with partial exploded view an alternative embodiment for an expansion unit with an Ethernet switch without link failure,
schematisch in Blockdarstellung mit teilweiser Explosionsdarstellung die Erweiterungseinheit gemäß Figur 4 mit einem Linkausfall, und  schematically in a block diagram with a partial exploded view of the expansion unit of Figure 4 with a link failure, and
schematisch in Blockdarstellung mit teilweiser Explosionsdarstellung eine der Erweiterungseinheit ge¬ mäß Figur 4 nachgeschaltete Erweiterungseinheit bei einem Linkausfall an der Erweiterungseinheit gemäß Figur 4. Einander entsprechende Teile und Daten sowie Funktionen sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. schematically one of the expansion unit ge ¬ Mäss in block diagram in partial exploded view of Figure 4 subsequent expansion unit when a link failure on the expansion unit according to FIG. 4 Corresponding parts and data and functions are provided in all figures with the same reference numerals.
Figur 1 zeigt schematisch in Blockdarstellung eine Erweite- rungseinheit 1 für eine Netzwerkübertragungsleitung 2. Die Erweiterungseinheit 1 dient der Reichweitenverlängerung in einem Netzwerk 3. FIG. 1 shows schematically in block form an extension unit 1 for a network transmission line 2. The extension unit 1 is used for range extension in a network 3.
Bei dem Netzwerk 3 kann es sich um ein Ethernet-Netzwerk oder ein anderes Standard-Netzwerk handeln. Dabei werden in demThe network 3 may be an Ethernet network or another standard network. It will be in the
Netzwerk 3 über die Netzwerkübertragungsleitung 2 mit Datenleitungen 2.1 und 2.2 (auch Links genannt) Netzwerkkomponenten 4A, 4B, wie z. B. einzelne Endgeräte, miteinander verbunden. Das Netzwerk 3 kann dabei eine Linienstruktur oder Ring- struktur mit einer Vielzahl von über die Datenleitungen 2.1 und 2.2 verbundenen Netzwerkkomponenten 4A, 4B aufweisen. Network 3 via the network transmission line 2 with data lines 2.1 and 2.2 (also called links) network components 4A, 4B, such. B. individual devices connected to each other. The network 3 can have a line structure or ring structure with a multiplicity of network components 4A, 4B connected via the data lines 2.1 and 2.2.
Mittels der Erweiterungseinheit 1 kann die Netzwerkübertra¬ gungsleitung 2 ohne Übertragungsverluste, Dämpfungs- und Sig- nalverluste individuell, insbesondere um die maximale Über¬ tragungsreichweite des Netzwerks, z. B. bei einem Ethernet- Netzwerk um 100m, verlängert werden. Insbesondere ist durch eine Kaskadenschaltung mehrerer Erweiterungseinheiten 1 in einer Netzwerkübertragungsleitung 2 eine beliebige Distanz ermöglicht. By means of the extension unit 1, the Netzwerkübertra ¬ supply line 2 without transmission losses, damping and signal nalverluste individually, in particular, the maximum over ¬ tragungsreichweite of the network, eg. For example, in an Ethernet network by 100m, be extended. In particular, a cascade connection of a plurality of expansion units 1 in a network transmission line 2 allows any distance.
Aufgrund des nachfolgend beschriebenen einfachen Aufbaus der Erweiterungseinheit 1 kann diese nachträglich in Netzwerkübertragungsleitungen 2 bestehender Netzwerke 3 eingebracht werden. Due to the simple construction of the expansion unit 1 described below, this can be subsequently introduced into network transmission lines 2 existing networks 3.
Die Erweiterungseinheit 1 umfasst zwei externe Ports A und B zum Anschluss der Netzwerkübertragungsleitung 2, die mittels herkömmlicher Stecker 5 mit den Ports A und B verbunden wird. Zusätzlich umfasst die Erweiterungseinheit 1 einen nicht nä¬ her dargestellten internen Port. Dabei sind die Datenleitungen 2.1 und 2.2 und die Netzwerkkomponenten 4A, 4B im Ausführungsbeispiel derart konfigu¬ riert, dass deren Datenverkehr in entgegengesetzter Richtung erfolgt. D. h. mittels der Datenleitung 2.1 erfolgt eine Da- tenverbindung von der am Port A angeschlossenen Netzwerkkomponente 4A zur am Port B angeschlossenen Netzwerkkomponente 4B. Mittels der Datenleitung 2.2 erfolgt die Datenverbindung umgekehrt, d. h. von der am Port B angeschlossenen Netzwerkkomponente 4B zur am Port A angeschlossenen Netzwerkkom- ponente 4A. The expansion unit 1 comprises two external ports A and B for connection of the network transmission line 2, which is connected by means of conventional plug 5 with the ports A and B. In addition, the expansion unit 1 includes a not shown forth nä ¬ internal port. Here, the data lines 2.1 and 2.2 and network components 4A, 4B in the embodiment are such confi ¬ riert that the data traffic is in the opposite direction. Ie. By means of the data line 2.1, a data connection is made from the network component 4A connected to the port A to the network component 4B connected to the port B. By means of the data line 2.2, the data connection is reversed, ie from the network component 4B connected to the port B to the network component 4A connected to the port A.
Zur datentechnischen Verbindung der Ports A und B innerhalb der Erweiterungseinheit 1 ist eine fest verdrahtete Verbin¬ dungsschaltung 6 vorgesehen. For data-related compound of the ports A and B within the expansion unit 1, a hard-wired Verbin ¬ decision circuit 6 is provided.
Die Erweitungseinheit 1, insbesondere die Verbindungsschal¬ tung 6 umfasst zur galvanischen Trennung portseitig je Datenleitung 2.1 und 2.2 als Trennelemente 7 z. B. Transformato¬ ren . The extension unit 1, in particular the connection scarf ¬ device 6 comprises for galvanic isolation port side each data line 2.1 and 2.2 as separators 7 z. B. Transformato ¬ ren.
Für eine medienunabhängige Schnittstelle der externen Ports A und B sind die Datenleitungen 2.1 und 2.2 in einer ersten Ausführungsform über so genannte physical layer devices 8 (auch kurz PHY genannt) an die externen Ports A und B mittels der Verbindungsschaltung 6 geschaltet. Die physical layer de¬ vices 8 dienen der Datenübertragung, um physikalische Datenverbindungen zwischen den Netzwerkkomponenten 4A, 4B zu aktivieren, zu deaktivieren, aufrechtzuerhalten und Daten zu übertragen . For a media-independent interface of the external ports A and B, the data lines 2.1 and 2.2 are connected in a first embodiment via so-called physical layer devices 8 (also called PHY for short) to the external ports A and B by means of the connection circuit 6. The physical layer de ¬ vices 8 are for data transmission to enable physical data connections between the network components 4A, 4B, disable, maintain and transmit data.
Zwischen den physical layer devices 8 ist in der Verbindungs¬ schaltung 6 eine elektronisch programmierbare Schaltung 9 geschaltet . Die elektronisch programmierbare Schaltung 9 ist darüber hinaus in Figur 1 in Explosionsdarstellung mit gestrichelter Umrahmung näher gezeigt. Die elektronisch programmierbare Schaltung 9 kann als so ge¬ nanntes field programmable gat (FPGA) oder als electronically programmable logic device (EPLD) ausgebildet sein. Alternativ kann die Schaltung 9 aber auch als fest programmierter integ- rierter Schaltkreis, insbesondere als ASIC mit zusätzlichem MikroController ausgebildet sein. Eine solche elektronisch programmierbare Schaltung 9 stellt eine einfache Parametrie- rung, flexible und universelle Konfiguration und Steuerung des Datenverkehrs sowie eine einfache Daten- und Port- sowie Linküberwachung dar. Between the physical layer devices 8, an electronically programmable circuit 9 is connected in the connection ¬ circuit 6. The electronically programmable circuit 9 is also shown in detail in Figure 1 in exploded view with dashed frame closer. The electronically programmable circuit 9 can be designed as so-called field programmable ge ¬ gat (FPGA) or as Electronically Programmable Logic Device (EPLD). Alternatively, however, the circuit 9 can also be designed as a permanently programmed integrated circuit, in particular as an ASIC with an additional microcontroller. Such an electronically programmable circuit 9 represents a simple parameterization, flexible and universal configuration and control of the data traffic as well as a simple data and port as well as link monitoring.
Die elektronisch programmierbare Schaltung 9 ist derart aus¬ gebildet, dass diese einen Ausfall der Netzwerkübertragungs¬ leitung 2, auch Linkausfall genannt, an einem ihrer externen Ports A oder B ermittelt und an einen externen Port B bzw. A des nächstfolgenden Netzwerkelements, z. B. der Netzwerkkomponente 4B bzw. 4A, weiterleitet. The electronically programmable circuit 9 is formed from ¬ such that this failure of the network transmission ¬ line 2, also called link failure, determined at one of its external ports A or B and to an external port B or A of the next network element, eg. B. the network component 4B and 4A, forwards.
Hierzu umfasst die elektronisch programmierbare Schaltung 9 je Port A und B einen Controller 10A bzw. 10B und einen Telegramm-Generator I IA bzw. I IB zur Erzeugung von Telegrammen D. Der jeweilige Controller 10A und 10B überwacht die Datenverbindung zwischen Port A und Port B anhand eines aktiven oder inaktiven Datensignals DSA bzw. DSB auf ihren Zustand. For this purpose, the electronically programmable circuit 9 per port A and B comprises a controller 10A or 10B and a telegram generator I IA or I IB for generating telegrams D. The respective controller 10A and 10B monitors the data connection between port A and port B. based on an active or inactive data signal DSA or DSB on their state.
Im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist die Datenverbindung zwischen Port A und B aktiv, d. h. die Datensignale DSA und DSB der physical layer device 8 weisen den Status „A=l" bzw. „B=l" auf. Die elektronisch programmierbare Schaltung 9 über- trägt die Datentelegramme D auf den Datenleitungen 2.1 und 2.2 mit Verzögerung, da die elektronisch programmierbare Schaltung 9 als ein Puffer wirkt, um geringfügig unterschied¬ liche Taktfrequenzen der beiden physical layer device 8 auszugleichen. Die Verzögerung beträgt etwa einige 100 ns . In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the data connection between ports A and B is active, ie the data signals DSA and DSB of the physical layer device 8 have the status "A = 1" or "B = 1". The electronically programmable circuit 9 exceeds the data telegrams carries D on the data lines 2.1 and 2.2 with a delay, since the electronically programmable circuit 9 acts as a buffer to compensate for slightly different ¬ Liche clock frequencies of the two physical layer device. 8 The delay is about a few 100 ns.
Je nach Art der Datenübertragung - über Layer 1 oder Layer 2 des ISO/OSI-Referenzmodells - wird bei jedem Senden ein Da¬ tentelegramm D mit neu generierter Präambel oder ein Weiter- leiten von empfangenen Datenbytes auf Layer 1 ausgeführt. Da¬ bei werden weder die Datentelegramme D noch die weitergelei¬ teten Datenbytes überprüft. Insbesondere wird keine zyklische Redundanzprüfung (englisch kurz CRC) durchgeführt. Depending on the type of data transmission - via Layer 1 or Layer 2 of the ISO / OSI reference model - is at each transmission a tentelegramm Since ¬ D with newly generated preamble or a further derive received data bytes on Layer 1. Since ¬ when neither the data telegrams D nor the weitergelei ¬ ended data bytes checked. In particular, no cyclic redundancy check (English short CRC) is performed.
Im Fall des Ausfalls der Stromversorgung der Erweiterungseinheit 1 oder im Fall der Erkennung eines Fehlers einer der Komponenten, z. B. der Schaltung 9, der Erweiterungseinheit 1, werden die eingehenden Datenleitungen 2.1 und 2.2 der Netzwerkleitung 2 umgeschaltet. Hierzu umfasst die Erweite¬ rungseinheit 1 parallel zur Verbindungsschaltung 6 zwei By- pass-Leitungen 12.1 und 12.2. Zur Umschaltung der Datenleitungen 2.1 und 2.2 auf die Bypass-Leitungen 12.1 bzw. 12.2 umfasst die Erweiterungseinheit 1 zwei Umschaltelemente 13, z. B. Relaiskontakte. Diese werden bei identifiziertem Stromausfall oder bei identifiziertem Komponentenfehler entsprechend angesteuert, so dass die Datenleitungen 2.1 und 2.2 auf die Bypassleitungen 12.1 bzw. 12.2 umgeschaltet werden. Figur 2 zeigt schematisch in Blockdarstellung die Erweiterungseinheit 1 gemäß Figur 1 mit Linkausfall an dem Port A. Das Datensignal DSA der physical layer device 8 von Port A liefert den Zustand „A=0". Der Controller 10A schaltet die Erweiterungseinheit 1 in einen Fehlermode, einem so genannten Panic-Mode. In the case of failure of the power supply of the expansion unit 1 or in case of detection of a failure of one of the components, e.g. As the circuit 9, the expansion unit 1, the incoming data lines 2.1 and 2.2 of the network line 2 are switched. For this purpose parallel to the connecting circuit 6 comprises the Extension C ¬ approximation unit 1, two bypass lines 12.1 and 12.2. For switching the data lines 2.1 and 2.2 on the bypass lines 12.1 and 12.2, the extension unit 1 comprises two switching elements 13, z. B. relay contacts. These are correspondingly controlled in the event of a power failure or in the event of an identified component fault, so that the data lines 2.1 and 2.2 are switched over to the bypass lines 12.1 and 12.2, respectively. 2 shows a block diagram of the expansion unit 1 according to FIG. 1 with link failure at the port A. The data signal DSA of the physical layer device 8 of port A delivers the state "A = 0". a so-called panic mode.
Je nach Art und Ausgestaltung des Panic-Modes kann eine der beiden folgenden Maßnahmen durchgeführt werden: - Deaktivierung des anderen Ports B der Erweiterungseinheit 1 oder Depending on the nature and design of the panic mode, one of the following two measures can be performed: deactivation of the other port B of the expansion unit 1 or
- Aktivierung und/oder Steuerung des Telegramm- Generators IIA zur zyklischen Erzeugung von Warntelegrammen W (auch Panic-Meldungen genannt) anstelle der Datentelegramme D.  Activation and / or control of the telegram generator IIA for the cyclical generation of warning telegrams W (also called panic messages) instead of the data telegrams D.
Anhand des deaktivierten Ports B oder des Empfangs der Warntelegramme W wird der Linkausfall an den Ports A und B der nachgeschalteten Netzwerkkomponente 4A bzw. 4B erkannt. Sind mehrere Erweiterungseinheiten 1 in der Netzwerkübertragungs¬ leitung 2 integriert, verzögert sich dabei das Erkennen und Melden bzw. Weiterleiten eines Linkausfalls entsprechend der Verzögerung der jeweiligen Erweiterungseinheit 1. On the basis of the deactivated port B or the reception of the warning telegrams W, the link failure at the ports A and B of the detected downstream network component 4A and 4B. If several expansion units 1 are integrated in the network transmission line 2, the recognition and reporting or forwarding of a link failure corresponding to the delay of the respective expansion unit 1 is delayed.
Im Detail wird zur Deaktivierung des Ports B beispielsweise das betreffende physical layer device 8 des Ports A des Link¬ ausfalls abgeschaltet oder in einen Schlaf-Modus gesetzt. In detail, to deactivate the port B, for example, the respective physical layer device 8 of port A of the link failure is switched off or put into a sleep mode.
Eine solche Weiterleitung des Linkausfalls mittels Deaktivie¬ rung des anderen externen Ports B an den Port A der nächsten Netzwerkkomponente 4A ist unabhängig von einem Daten- und/oder Redundanzprotokoll des Netzwerks 3. Nachteilig dabei ist, dass der Entstehungs- oder Fehlerort des Linkausfalls nicht ermittelt werden kann. Such forwarding of the link failure by Deaktivie ¬ tion of the other external port B to port A of the next network component 4A is independent of a data and / or redundancy protocol of the network 3. disadvantage is that the generation or the fault of the link failure not determined can be.
Um den Entstehungsort des Linkausfalls identifizieren zu kön¬ nen, sieht die Erfindung vor, anstelle der Deaktivierung des anderen externen Ports B die Warntelegramme W zu erzeugen und aus zusenden . To identify the origin of the link failure Koen ¬ NEN, the invention provides to produce, instead of the deactivation of the other external port B, the warning messages W and send out.
Mittels der generierten Warntelegramme W, die vom Port A an Port B oder von Port B an Port A der nächstfolgenden Netz- werkkomponente 4A bzw. 4B gesendet werden, ist es möglich, eine Positionskennung zur Ermittlung des Entstehungsorts zu übermitteln. Hierzu umfassen die Warntelegramme W als Positi¬ onskennung z. B. Entfernungsdaten „Dist 0" für Entfernung gleich null. D. h. der Linkausfall ist an der Erweiterungs- einheit 1 das erste Mal aufgetreten. Zur Ausfallerkennung um- fasst die Warnmeldung W Fehlermeldungsdaten „LF" zur Erkennung eines Linkausfalls. By means of the generated warning telegrams W, which are sent from port A to port B or from port B to port A of the next following network component 4A or 4B, it is possible to transmit a position identifier for determining the point of origin. For this purpose, the warning telegrams comprise W as Positi ¬ onskennung z. B. Distance data "Dist 0" for distance equal to zero, ie the link failure has occurred for the first time at expansion unit 1. For failure detection, the warning message W includes error message data "LF" for detecting a link failure.
Zur Meldung des Linkausfalls auch in Gegenrichtung der Daten- Verbindung, d. h. von Port B nach Port A, schaltet der Controller 10B des Ports B ebenfalls in den Fehlermode und er¬ zeugt Warntelegramme W mit den Entfernungsdaten „Dist 0" und den Fehlermeldungsdaten „FEFI". Die Warntelegramme W werden dabei sowohl vom Controller 10A als auch vom Controller 10B beispielsweise als Ethernet-Tele- gramme mit IP-Multicast-Ethernet-Adressen, z. B. 01-80-C2- xx.xx.xx) als Zieladresse erzeugt. Jede Erweiterungseinheit 1 weist dabei im Netzwerk 3 eine eigene Ethernet-Adresse mit Quelladresse auf. Derartig erzeugte IP-Multicast-Telegramme werden dabei von als Switch ausgebildeten Netzwerkelementen nicht weitergeleitet. To report the link failure also in the opposite direction of the data connection, ie from port B to port A, the controller 10B of the port B also switches to the error mode and he ¬ generated warning telegrams W with the distance data "Dist 0" and the error message data "FEFI" , The warning telegrams W are used both by the controller 10A and the controller 10B, for example, as Ethernet telegrams with IP multicast Ethernet addresses, eg. 01-80-C2- xx.xx.xx) as the destination address. Each expansion unit 1 has in the network 3 its own Ethernet address with source address. Such generated IP multicast telegrams are not forwarded by designed as a switch network elements.
Figur 3 zeigt schematisch in Blockdarstellung die der Erweiterungseinheit 1 gemäß Figur 1 nachgeschaltete Erweiterungs¬ einheit 1' bei einem Linkausfall an der Erweiterungseinheit 1 gemäß Figur 1. Die nachgeschaltete Erweiterungseinheit 1' empfängt die Warn¬ telegramme W mit den Entfernungsdaten „Dist 0" und den Feh¬ lermeldungsdaten „LF" für Linkausfall. Beide Linksignale oder Datensignale DSA und DSB sind aktiv mit „A=l" und „B=l". Der die Warntelegramme W empfangende Controller 10A schaltet den Port A in einen Fehlerweiterleitungsmode („Panic ForwardFigure 3 schematically shows in block diagram the expansion unit 1 according to Figure 1 downstream expansion ¬ unit 1 'at a link failure on the expansion unit 1 according to Figure 1. The downstream expansion unit 1' receives the warning ¬ telegrams W with the distance data "Dist 0" and the feh ¬ lermeldungsdaten "LF" for link failure. Both left signals or data signals DSA and DSB are active with "A = 1" and "B = 1". The controller 10A receiving the warning telegrams W switches the port A into an error forwarding mode ("panic forward
Mode") . Die empfangenen Entfernungsdaten „Dist 0" werden um den Wert „1" erhöht und die ausgesendete Warnmeldung W wird mit den Entfernungsdaten „Dist 1" und Fehlermeldungsdaten „LF" an das nächstfolgende Netzwerkelement weitergeleitet. Die Datenverbindung an Port B arbeitet im Normalbetrieb. The received distance data "Dist 0" are increased by the value "1" and the transmitted warning message W is forwarded with the distance data "Dist 1" and error message data "LF" to the next network element normal operation.
Kommt es am Port A zur Erkennung eines gültigen Links oder einer fehlerfreien Datenverbindung durch das Datensignal DSA mit dem Status „A=l", so wird noch eine vorgegebene Anzahl von Warntelegrammen W mit dem Status „LinkOK" versendet. Anschließend werden mittels des Controllers 9 die Erweiterungs¬ einheit 1 und damit die Telegramm-Generatoren IIA, IIB und die Controller 10A, 10B in den normalen Betriebsmodus gesetzt. D. h. empfangene Datentelegramme D oder Datenbytes werden mit etwas Verzögerung mittels der Erweiterungseinheit 1 weitergeleitet. Die Erweiterungseinheit 1 schaltet in den normalen Betriebsmodus, wenn die Datensignale DSA und DSB aktiv sind und keine Warntelegramme W mehr generiert werden. Dabei wird der Linkausfall aus Port A der Erweiterungsein¬ heit 1 in dem Netzwerk 3 so lange vom Netzwerkelement zum nächstfolgenden Netzwerkelement weitergeleitet bis dieses ein Netzwerkelement mit Redundanzfunktion ist. Dieses Netzwerk- element mit Redundanzfunktion schaltet automatisch die Netzwerkverbindung um, auf eine fehlerfreie Datenleitung. If there is a data link DSA with the status "A = 1" on port A for the detection of a valid link or a faultless data connection, then a predetermined number of warning messages W with status "LinkOK" will be sent. Subsequently, by means of the controller 9, the extension ¬ unit 1, and thus the message generators IIA, IIB, and the controller 10A, is set in the normal operation mode 10B. Ie. received data telegrams D or data bytes are forwarded with some delay by means of the expansion unit 1. The expansion unit 1 switches to the normal operating mode when the data signals DSA and DSB are active and no more warning telegrams W are generated. In this case the link failure from port A of the Erweiterungsein ¬ uniform 1 in the network 3 is as long as from the network element passed to the next network element to this, a network element with a redundancy function. This network element with redundancy function automatically switches the network connection to an error-free data line.
Figur 4 zeigt schematisch in Blockdarstellung eine alternative Ausführungsform für eine Erweiterungseinheit 1' ' mit einem gesteuerten Switch-Kopplungselement 14 (auch Ethernet-Switch genannt) ohne Linkausfall. FIG. 4 schematically shows, in block form, an alternative embodiment for an expansion unit 1 "with a controlled switch coupling element 14 (also called Ethernet switch) without link failure.
Im Unterschied zu den Erweiterungseinheiten 1 und 1' sind anstelle der physical layer device 8 und der elektronisch pro- grammierbaren Schaltung 9 das mittels eines Mikrocontrol- lers 15 gesteuerte Switch-Kopplungselement 14 vorgesehen. Die Steuerung des Datenverkehrs zwischen den externen Ports A und B über die Datenleitungen 2.1 und 2.2 erfolgt mittels des Switch-Kopplungselements 14 gesteuert vom MikroController 15 über einen internen Port C. Dabei ist der MikroController 15 über einen internen Port I an das Switch-Kopplungselement 14 geschaltet . In contrast to the expansion units 1 and 1 ', instead of the physical layer device 8 and the electronically programmable circuit 9, the switch coupling element 14 controlled by means of a microcontroller 15 is provided. The control of the data traffic between the external ports A and B via the data lines 2.1 and 2.2 by means of the switch coupling element 14 controlled by the microcontroller 15 via an internal port C. In this case, the microcontroller 15 via an internal port I to the switch coupling element fourteenth switched.
Bei dem Switch-Kopplungselement 14 handelt es sich dabei um einen herkömmlichen Ethernet-Switch ohne Redundanzfunktionalität . The switch coupling element 14 is a conventional Ethernet switch without redundancy functionality.
Im Normalmodus werden Datentelegramme D von Port A nach In normal mode, data telegrams D from port A to
Port B übertragen. Der MikroController 15 überwacht anhand von portbezogenen Statusregistern 16A, 16B laufend den Link- Status, d. h. die Datenverbindung der Netzwerkleitung 2 und deren Datenleitungen 2.1, 2.2 an den externen Ports A und B. Port B transferred. The microcontroller 15 continuously monitors the link status based on port-related status registers 16A, 16B, d. H. the data connection of the network line 2 and its data lines 2.1, 2.2 at the external ports A and B.
Das Switch-Kopplungselement 14 ist dabei derart ausgelegt, dass die Datenübertragung zwischen den externen Ports A und und dem internen Port C individuell gesperrt werden kann. Figur 5 zeigt schematisch in Blockdarstellung die Erweiterungseinheit 1' ' gemäß Figur 4 mit einem Linkausfall auf Port A. Der MikroController 15 erkennt den Linkausfall am Port A und sperrt den Daten- oder Querverkehr von Port A nach Port B und umgekehrt. D. h. alle Datentelegramme D werden über den vom MikroController 15 gesteuerten internen Port C verarbeitet. Port B der Erweiterungseinheit 1 wird deaktiviert. The switch coupling element 14 is designed such that the data transmission between the external ports A and C and the internal port C can be locked individually. FIG. 5 schematically shows in block form the expansion unit 1 "according to FIG. 4 with a link failure on port A. The microcontroller 15 detects the link failure at port A and blocks the data or cross traffic from port A to port B and vice versa. Ie. All data telegrams D are processed via the microcontroller 15 controlled internal port C. Port B of expansion unit 1 is deactivated.
Alternativ zur portdeaktivierung erzeugt der Mikrocontrol- ler 15 analog zu dem Ausführungsbeispiel nach Figuren 1 bis 4 Warntelegramme W als so genannte Panik-Telegramme mit Entfer¬ nungsdaten „Dist 0" und Fehlermeldungsdaten „LF" im Pfad mit Linkausfall oder „FEFI" im Pfad in Gegenrichtung. As an alternative to port deactivation of the microcontroller generates ler 15 analogously to the embodiment according to Figures 1 to 4 warning messages W as so-called panic-telegrams with Entfer ¬ planning data "Dist 0" and error data "LF" in the path with a link failure or "FEFI" in the path in opposite direction.
Figur 6 zeigt schematisch in Blockdarstellung eine der Erweiterungseinheit 1' ' gemäß Figur 4 nachgeschaltete Erweite¬ rungseinheit 1' ' ' bei einem Linkausfall am Port A an der Er- Weiterungseinheit 1' ' gemäß Figur 4. 6 shows schematically in a block diagram of the expansion unit 1 '' according to Figure 4 downstream Extension C ¬ approximation unit 1 '''at a link failure at the port A at the ER extender unit 1''according to FIG. 4
Analog zum Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 bis 4 wer¬ den von dem MikroController 15 die am Port A empfangenen Warntelegramme W der vorgeschalteten Erweiterungseinheit 1' ' empfangen. Der MikroController 9 sperrt den direkten Datenverkehr von Port A nach Port B und umgekehrt. Die Datentele¬ gramme D werden nunmehr nur noch über den internen Port C vom MikroController 15 verarbeitet. Der MikroController 15 sendet Warntelegramme W mit geänderten Entfernungsdaten „Dist 1" und gleichen Fehlermeldungsdaten „LF" aus, d. h. anhand der um den Wert 1 erhöhten Entfernungsdaten „Dist 1" kann der Entstehungsort des Linkausfalls identifiziert werden. To the embodiment according to Figures 1 to 4 ¬ which the received at port A warning messages of the microcontroller 15 W of the upstream expansion unit 1 'received analog'. The microcontroller 9 blocks direct data traffic from port A to port B and vice versa. The data message ¬ programs D will now be processed only on the internal port C by the microcontroller 15th The microcontroller 15 sends out warning telegrams W with changed distance data "Dist 1" and the same error message data "LF", ie based on the distance data 1 "Dist 1" increased by 1, the place of origin of the link failure can be identified.
Auf Port A werden keine Datentelegramme D mehr gesendet, der Link bleibt aber zur Weiterleitung der Warntelegramme W aktiv (A=l, B=l) . Alternativ werden die Warntelegramme W nicht weitergeleitet, da sie eine IP-Multicast-Adresse aufweisen. In diesem Fall erkennt der MikroController 15 einen Linkausfall und meldet diesen weiter. No data telegrams D are sent on port A, but the link remains active for forwarding the warning telegrams W (A = l, B = l). Alternatively, the warning telegrams W are not forwarded because they have an IP multicast address. In this case, the microcontroller 15 detects a link failure and reports it.
Bei einer Redundanz-Einheit einer der Netzwerkelemente sind die Warnmeldefunktionen bei einem Linkausfall analog reali¬ siert, so dass der Linkausfall und dessen Entstehungsort au¬ tomatisch erkannt wird. In a redundancy unit of the network elements, the warning message functions are analogous reali ¬ carbonized at a link failure, so that the link failure and its origin is detected ¬ au tomatically.
Die Erweiterungseinheit 1 kann sowohl für eine Datenübertra¬ gung auf Layer 1 als auch auf Layer 2 des ISO/OSI- Referenzmodells ausgelegt werden. Die hier beschriebenen Mög lichkeiten der Weiterleitung eines Linkausfalls durch Deakti vierung von Ports, Erzeugung von Warntelegrammen W erfolgt identisch . The expansion unit 1 can be designed for both a Datenübertra ¬ supply at Layer 1 and Layer 2 of the ISO / OSI reference model. The possibilities described here of forwarding a link failure by deactivating ports, generating warning telegrams W are identical.

Claims

Patentansprüche claims
1. Netzwerk (3), insbesondere Ethernet-Netzwerk, umfassend als Netzwerkelemente zumindest zwei Netzwerkkomponenten (4A, 4B) die über eine Netzwerkübertragungsleitung (2) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass in der Netzwerkübertragungsleitung (2) zu deren Reichweitenverlängerung mindestens eine Erweiterungseinheit (1) mit zwei externen Ports (A, B) angeordnet ist, wobei die Erweiterungseinheit (1) ei- nen Ausfall der Netzwerkübertragungsleitung (2) an einem ihrer externen Ports (A oder B) an einen externen Port (B oder A) des nächstfolgenden Netzwerkelments (Netzwerkkomponente 4B oder 4A) weiterleitet. 1. Network (3), in particular Ethernet network, comprising as network elements at least two network components (4A, 4B) which are interconnected via a network transmission line (2), characterized in that in the network transmission line (2) to their range extension at least one extension unit (1) is arranged with two external ports (A, B), wherein the extension unit (1) a failure of the network transmission line (2) at one of its external ports (A or B) to an external port (B or A) of next network segment (network component 4B or 4A).
2. Netzwerk nach Anspruch 1, 2. Network according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die externen Ports (A, B) der Erweiterungseinheit (1) mittels einer fest verdrahteten Ver¬ bindungsschaltung (6) miteinander verschaltet sind. characterized in that the external ports (A, B) of the expansion unit (1) are interconnected by means of a hard-wired connection circuit (6).
3. Netzwerk nach Anspruch 1, 3. Network according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Erweiterungseinheit (1) als eine elektronisch programmierbare Schaltung (9) ausgebildet ist . characterized in that the extension unit (1) is designed as an electronically programmable circuit (9).
4. Netzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall der Netzwerkübertra¬ gungsleitung (2) an einem der Ports (A oder B) der Erweiterungseinheit (1) der andere Port (B oder A) deaktivierbar ist . 4. Network according to one of the preceding claims, characterized in that in case of failure of Netzübertra ¬ supply line (2) at one of the ports (A or B) of the expansion unit (1) of the other port (B or A) can be deactivated.
5. Netzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall der Netzwerkübertra¬ gungsleitung (2) an einem der Ports (A oder B) der Erweiterungseinheit (1) der andere Port (B oder A) derart deakti- vierbar ist, dass ein Physical Layer Device (8) des ausgefal¬ lenen Ports (A, B) abgeschaltet oder in einen Schlaf-Modus geschaltet wird. 5. Network according to any one of the preceding claims, characterized in that, if the Netzwerkübertra ¬ supply line (2) at one of the extension unit (1) of the ports (A or B) the other port (B or A) is such deactivated vierbar, that a physical layer device (8) is switched off the ausgefal ¬ lenen ports (a, B) or switched into a sleep mode.
6. Netzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall der Netzwerkübertra¬ gungsleitung (2) an einem der Ports (A oder B) der Erweiterungseinheit (1) diese zumindest ein Warntelegramm (W) er- zeugt und an externe Ports (B oder A) nachgeschalteter Netzwerkelemente (Netzwerkkomponente 4A oder 4B) aussendet. 6. Network according to any one of the preceding claims, characterized in that, if the Netzwerkübertra ¬ supply line (2) at one of the extension unit of the ports (A or B) (1) said at least one warning message (W) testifies ER and to external ports (B or A) downstream network elements (network component 4A or 4B).
7. Netzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall der Netzwerkübertra- gungsleitung (2) an einem der Ports (A oder B) der Erweiterungseinheit (1) diese den anderen Port (B oder A) in Gegenrichtung in einen vorgegebenen Fehlermode schaltet und zumindest ein Warntelegramm (W) erzeugt und an Ports von Netzwerkelementen (Netzwerkkomponente 4A oder 4B) , die diesem Port (B oder A) in Gegenrichtung nachgeschaltet sind, aussendet. 7. Network according to one of the preceding claims, characterized in that in case of failure of the network transmission line (2) at one of the ports (A or B) of the expansion unit (1) this the other port (B or A) in the opposite direction in a predetermined Error mode switches and at least one warning telegram (W) is generated and sent to ports of network elements (network component 4A or 4B) that are downstream of this port (B or A) in the opposite direction.
8. Netzwerk nach Anspruch 6 oder 7, 8. Network according to claim 6 or 7,
dadurch gekennzeichnet, dass das ein Warntelegramm (W) empfangende Netzwerkelement (Netzwerkkomponente 4B) zumindest ein Warntelegramm (W) mit Fehlerpositionskennung erzeugt und an Ports nachgeschalteter Netwerkelemente aussendet. characterized in that the network element (network component 4B) receiving a warning telegram (W) generates at least one warning telegram (W) with an error position identifier and transmits it to ports of downstream network elements.
9. Netzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erweiterungseinheit (1) über die Netzwerkübertragungsleitung (2) mit elektrischer Energie versorgbar ist. 9. Network according to one of the preceding claims, characterized in that the extension unit (1) via the network transmission line (2) can be supplied with electrical energy.
10. Erweiterungseinheit (1) für eine Reichweitenverlängerung einer Netzwerkübertragungsleitung (2) in einem Netzwerk (3), gekennzeichnet durch mindestens zwei Ports (A, B) , die über eine fest verdrahtete Verbindungsschaltung (6) derart mitein¬ ander verbindbar sind, dass ein Ausfall der Netzwerkübertra¬ gungsleitung (2) an einem der Ports (A oder B) ermittelbar und ausgebbar ist. 10. Extension unit (1) for a range extension of a network transmission line (2) in a network (3), characterized by at least two ports (A, B), which are connected via a hard-wired connection circuit (6) so mitein ¬ other that a Failure of Netzwerkübertra ¬ supply line (2) at one of the ports (A or B) can be determined and output.
11. Erweiterungseinheit nach Anspruch 10, 11. Expansion unit according to claim 10,
dadurch gekennzeichnet, dass eingangs- und ausgangsseitig je- weils ein Trennelement (7) in Datenleitungen (2.1, 2.2) der Netzwerkleitung (2) angeordnet sind. characterized in that input and output side each because a separating element (7) in data lines (2.1, 2.2) of the network line (2) are arranged.
12. Erweiterungseinheit nach Anspruch 10 oder 11, 12. Expansion unit according to claim 10 or 11,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Trennelementen (7) zwei Physical Layer Devices (8) mit einer dazwischen angeord¬ neten elektronisch programmierbaren Schaltung (9) geschaltet sind . characterized in that between the separating elements (7) has two Physical Layer devices (8) are connected with an intervening angeord ¬ Neten electronic programmable circuit (9).
13. Erweiterungseinheit nach Anspruch 12, 13. Expansion unit according to claim 12,
dadurch gekennzeichnet, dass die elektronisch programmierbare Schaltung (9) je Datenleitung (2.1, 2.2) einen Telegramm- Generator (IIA, IIB) und einen Controller (10A, 10B) umfasst. characterized in that the electronically programmable circuit (9) per data line (2.1, 2.2) comprises a telegram generator (IIA, IIB) and a controller (10A, 10B).
14. Erweiterungseinheit nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eingangs- und ausgangsseitig pa¬ rallel zu jeder der Datenleitungen (2.1, 2.2) eine Bypass- Leitung (12.1, 12.2) angeordnet ist. 14. Extension unit according to one of claims 10 to 13, characterized in that the input and output side pa ¬ rallel to each of the data lines (2.1, 2.2), a bypass line (12.1, 12.2) is arranged.
15. Erweiterungseinheit nach Anspruch 14, 15. Expansion unit according to claim 14,
dadurch gekennzeichnet, dass eingangs- und ausgangsseitig zwischen der jeweiligen Datenleitung (2.1, 2.2) und der zugehörigen Bypass-Leitung (12.1, 12.2) ein Umschaltelement (13) angeordnet ist. characterized in that input and output side between the respective data line (2.1, 2.2) and the associated bypass line (12.1, 12.2), a switching element (13) is arranged.
16. Verfahren zum Betreiben eines Netzwerks (3), insbesonde¬ re Ethernet-Netzwerks , umfassend als Netzwerkelemente zumin¬ dest zwei Netzwerkkomponenten (4A, 4B) , die über eine Netzwerkübertragungsleitung (2) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine in der Netzwerk¬ übertragungsleitung (2) zu deren Reichweitenverlängerung angeordnete Erweiterungseinheit (1) mit zwei externen Ports (A, B) derart ausgebildet ist, dass diese einen Ausfall der Netz¬ werkübertragungsleitung (2) an einem ihrer Ports (A oder B) an einen externen Port (B oder A) des nächstfolgenden Netzwerkelements (Netzwerkkomponente 4B) weiterleitet. 16. A method for operating a network (3), insbesonde ¬ re Ethernet network, comprising as network elements at ¬ least two network components (4A, 4B) which are interconnected via a network transmission line (2), characterized in that at least one in the network ¬ transmission line (2) arranged to extend range extension unit (1) with two external ports (A, B) is designed such that this failure of the network ¬ werkübertragungsleitung (2) at one of its ports (A or B) to a external port (B or A) of the next network element (network component 4B).
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