EP4211871A1 - Method for operating a network - Google Patents

Method for operating a network

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Publication number
EP4211871A1
EP4211871A1 EP21770210.9A EP21770210A EP4211871A1 EP 4211871 A1 EP4211871 A1 EP 4211871A1 EP 21770210 A EP21770210 A EP 21770210A EP 4211871 A1 EP4211871 A1 EP 4211871A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
network
addressing means
data packets
controller
switch
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.)
Pending
Application number
EP21770210.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Arne KAUFMANN
Lukas WÜSTENEY
René HUMMEN
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.)
Hirschmann Automation and Control GmbH
Original Assignee
Hirschmann Automation and Control GmbH
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 Hirschmann Automation and Control GmbH filed Critical Hirschmann Automation and Control GmbH
Publication of EP4211871A1 publication Critical patent/EP4211871A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • H04L49/253—Routing or path finding in a switch fabric using establishment or release of connections between ports
    • H04L49/254—Centralised controller, i.e. arbitration or scheduling
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    • H04L12/46—Interconnection of networks
    • H04L12/4641—Virtual LANs, VLANs, e.g. virtual private networks [VPN]
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    • H04L47/36—Flow control; Congestion control by determining packet size, e.g. maximum transfer unit [MTU]
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    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L2012/4026—Bus for use in automation systems

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a network, in particular an automation network,
  • the method should be suitable for integrating components of an automation network into an existing multifunctional network, for example into an Ethernet network, in particular into a fieldbus network which is designed as an Ethernet bus.
  • a SERCOS III automation network for example, is based on summation frame telegrams in the form of Ethernet broadcasts without a VLAN tag. It therefore requires a specific network topology, such as a ring or line topology, with a stable sequence of participants.
  • a correspondingly known communication in an automation network is known, for example, from WO 2018/215209 A1.
  • the devices are mainly connected in a line topology and made possible by appropriate communication using data telegrams.
  • a method for transmitting telegrams in an automation network is known from DE 10 2018 129 809 A1 in order to also provide data nodes in an automation network, for example in order to be able to make the sequence of participants more variable.
  • the topology used to connect the devices to the automation network is also fixed here.
  • the object of the present invention is therefore to integrate an automation network into an existing network and to facilitate the use of a number of network topologies, by means of which the devices or participants in the network are connected to one another.
  • a method for operating a network with at least one switch serves as a node in the network and can send or receive data in all directions of the node.
  • the switch also contains programmable logic that can store and use the relationships to the other participants in the network.
  • the network also includes at least two end devices and a controller.
  • the controller is also referred to as the master in an automation network.
  • the controller can send data to a specific end device via an application protocol in order to control it.
  • the application protocol is implemented via the application layer of the OSI network model. This means that communication is implemented via the application protocol in OSI layer 7.
  • the data sent in this way is divided into data packets according to the specification for Internet networks and sent via the data link layer of the network.
  • an additional addressing means is added to the data packets within the security layer so that the data packets can reach the desired destination and can be addressed to it.
  • the switch can recognize this additional addressing means and/or ensure transmission to the addressed terminal device by adding the addressing means.
  • the controllers can also recognize and/or add the additional addressing means.
  • the additional addressing means of the data packets are removed again, so that the original data packets are restored from the data originally sent to the end device.
  • the addressed network subscribers can be selected.
  • the data packet does not have to be sent to all devices using a broadcast command, but a preselection is made. Using this preselection, it is possible to implement different network topologies that are connected to the switches and still ensure communication in the automation network.
  • the additional addressing means can be added by the controller itself or by the switches used in the network. The removal the additional addressing means can then also be done by the switches or the controller.
  • One possibility of the additional means of addressing is the identification of a communication relationship and the assignment of a VLAN, as is used, for example, from the "Mask & Match" method (IEEE 802.1CBdb). This function first identifies a communication relationship between the addressed end device and the controller or a switch and thus limits the number of addressed end devices. By assigning a VLAN, the request is then only sent to a limited number of end devices in the network.
  • the additional addressing means is a multicast, unicast or broadcast to only certain MAC addresses in the network.
  • every end device, every switch and also the controller has a fixed MAC address, which is known to the switch. Accordingly, the request can only be sent to a limited number of end devices with a certain group of MAC addresses.
  • This method is referred to as "active destination MAC" and is known from the IEEE 802.1 CB.
  • VLAN tags can also be used, which are assigned depending on the egress port neighbor. These VLAN tags are also added to the data packets. This option assigns a VLAN to a specific group of end devices and thus addresses them.
  • this can also be implemented by a source address.
  • the address of the sender (source) is used for this.
  • An Ethertype as defined in IEEE 802.3 can also be used.
  • a bit mask is conceivable as an additional addressing means, which is placed over part of a data packet, preferably over the first bytes of a data packet,
  • the switches should be placed at the nodes of the networks, preferably between the controller and end devices. As a result, different topologies can be interconnected in a network from these nodes.
  • the end devices of the automation networks can be connected in series, depending on the topology in a ring or in a line. This also corresponds to the normal function of an automation network. In principle, several automation networks can thus be connected together in one network using the switches, with subscribers who do not belong to the automation network also being able to participate in the same network.
  • the method according to the invention includes the terminal devices being able to respond in accordance with the automation network and the application protocol, so that the response can be sent from the terminal devices to the appropriate controller.
  • the method works in a similar way to the method described above, so that an additional addressing means is added to the data packets within the data link layer and the data packets are sent to the terminal device, for example the controller, via the data link layer. In this case, too, the additional addressing means is removed before transmission to the addressed terminal device.
  • the advantage of this procedure is that only the virtual network is visible to the application protocol and thus the normal application commands for the Automation network are made possible.
  • the real network can be set up differently by the switches, so that almost any combination of automation networks and normal network is possible.
  • the combination of different topologies is also possible.
  • controllers and terminals are participants in an automation bus. This bus is then operated as an automation network with Ethernet specification.
  • a network management system which is preferably implemented as software, in order to be able to carry out the desired course of the data from a network subscriber to the terminal device.
  • FIG. 1 A network according to the invention with two switches
  • FIG. 2 A branched real network according to the invention
  • FIG. 3 A virtual network according to the invention in relation to FIG. 2;
  • FIG. 4 A branched real network according to the invention.
  • FIG. 5 A virtual network according to the invention in relation to FIG. 4;
  • FIG. 6 A branched real network according to the invention.
  • Figure 7 A virtual network according to the invention in relation to Figure 6.
  • Figure 1 shows a network according to the invention with three terminals 20, 21, 22, two switches 30, 31 and a controller 40.
  • the controller and the end devices are taken from an automation network.
  • the terminals 20, 21 are included in a different network branch than the terminal 22.
  • the terminals 20, 21 are arranged in a line topology and the terminal 22 in a ring topology.
  • the branches or different topologies are connected by two switches 30, 31. Accordingly, the switches 30, 31 represent nodes in the network which connect the different branches or topologies.
  • the controller 40 now wants to send data for controlling a terminal device to terminal device 20, for example, the corresponding data are sent to the network via the application protocol.
  • the application protocol is executed in the application layer of the OSI network model.
  • this data is now divided into data packets and, according to the invention, is sent via the security layer (OSI model layer 2).
  • OSI model layer 2 OSI model layer 2.
  • an additional means of addressing is added to the data packets 1 and sent.
  • the addition can be done via the controller 40 or via the switch 30.
  • the additional addressing means defines a group of participants in the network, which is then addressed. This means that now not all participants in the network are addressed via a broadcast, as is usual in an automation network, but only some of the participants, for example participants of a specific branch in the network.
  • an additional addressing means is now added to the data 1 in order to address the terminal 20 .
  • the request is sent to the participants 20, 21 of the upper branch of the network in FIG.
  • the switch 30 ensures that only these participants are addressed, which uses the addressing means to identify which branch of the network must be addressed in order to reach the addressed participant 20 .
  • the request first reaches terminal 21, which is not addressed by the additional addressing means, and is forwarded 7 to terminal 20.
  • the addressing means and specific destination match, so that terminal 20 accepts and converts the data.
  • the addressing means is removed before the terminal 20 is reached. This is done, for example, by the switch 30. After the addressing means has been evaluated, the switch can reach the two terminals 20, 21 via a multicast without requiring the additional addressing means for this.
  • Figures 2, 4 and 6 each show possible real networks, each containing a number of terminals 20-25 in different branches of the network.
  • the network also includes switches 30, 31 and controllers 40, 41.
  • the switches 30, 31 are arranged at the nodes of the network and connect the individual branches of the network.
  • the branches in turn, can be implemented in different topologies.
  • FIGS. 3, 5 and 7 show the corresponding virtual networks, corresponding to the above FIGS. 2, 4 and 6, as recognized and used by the participants in the automation network. The way it works corresponds to the method described in Figure 1.
  • FIGS. 2 to 7 show possible combinations of different network branches and topologies, which would not be possible with a normal, conventional automation network. Only the switches know the real network and can act accordingly.
  • a router or server could be used instead of at least one switch. Likewise, more than two switches and/or controllers could be used.

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Abstract

The invention relates to a method for operating a network using at least one switch, at least two terminals, and a controller. The controller can transmit data to a terminal via an application protocol, and the data is transmitted within the security layer of the network via data packets as is normally the case in a conventional ethernet network. An additional addressing means is added (1) to the data packets within the security layer, and the switch transmits the transmission to the addressed terminal (2, 6) via the addressing means. The addressing means is then removed (3) from the data packets prior to the transmission to the addressed terminal. In this manner, a virtual automation network is produced within an ethernet network.

Description

VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINES NETZWERKS PROCEDURE FOR OPERATING A NETWORK
BESCHREIBUNG DESCRIPTION
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Netzwerks, insbesondere eines Automatisierungsnetzwerks, The present invention relates to a method for operating a network, in particular an automation network,
Das Verfahren soll dazu geeignet sein, Komponenten eines Automatisierungsnetzwerks in ein bestehendes Multifunktionsnetzwerk zu integrieren, beispielsweise in ein Ethernetnetzwerk, insbesondere in ein Feldbusnetzwerk, welches als Ethernetbus ausgelegt ist. The method should be suitable for integrating components of an automation network into an existing multifunctional network, for example into an Ethernet network, in particular into a fieldbus network which is designed as an Ethernet bus.
Bei bestehenden Automatisierungsnetzwerken wie beispielsweise SERCOS III besteht häufig die Einschränkung, das Geräte des Automatisierungsnetzwerks alleinige Nutzer des Netzwerks sind. Und obwohl das Automatisierungsnetzwerk ebenfalls als Ethernet-Netzwerk ausgeführt ist, ist es nicht trivial, ein solches Automatisierungsnetzwerk in ein bestehendes Netzwerk zu integrieren. With existing automation networks such as SERCOS III, there is often the restriction that devices in the automation network are the sole users of the network. And although the automation network is also designed as an Ethernet network, it is not trivial to integrate such an automation network into an existing network.
Diese Schwierigkeiten bestehen aus Restriktionen, zum Beispiel in Bezug auf Netzwerktopologie, welche entsprechend die Integrierung in andere Netzwerke schwierig bis unmöglich erscheinen lassen. These difficulties consist of restrictions, for example in relation to network topology, which make integration into other networks appear difficult or impossible.
Ein SERCOS III - Automatisierungsnetzwerk beispielsweise, basiert auf Summenrahmentelegrammen in Form von Ethernet Broadcasts ohne VLAN Tag. Es erfordert daher eine bestimmte Netzwerktopologie, wie beispielsweise Ring- oder Linientopologie, mit stabiler Teilnehmerreihenfolge. A SERCOS III automation network, for example, is based on summation frame telegrams in the form of Ethernet broadcasts without a VLAN tag. It therefore requires a specific network topology, such as a ring or line topology, with a stable sequence of participants.
Da bei der Integration solcher Teilnehmer in ein bestehendes Ethernetnetzwerk nach IEEE Spezifikation die Aufrechterhaltung einer solchen Reihenfolge nicht gewährleistet werden kann, ist eine solche Integration erschwert bzw. unmöglich. Eine entsprechend bekannte Kommunikation in ein Automatisierungsnetzwerk ist beispielsweise aus der WO 2018/215209 A1 bekannt. Hierbei werden die Geräte hauptsächlich in einer Linientopologie angeschlossen und durch eine entsprechende Kommunikation durch Datentelegramme ermöglicht. Since maintaining such a sequence cannot be guaranteed when such subscribers are integrated into an existing Ethernet network according to the IEEE specification, such an integration is made more difficult or impossible. A correspondingly known communication in an automation network is known, for example, from WO 2018/215209 A1. The devices are mainly connected in a line topology and made possible by appropriate communication using data telegrams.
Um Datenknoten ebenfalls in einem Automatisierungsnetzwerk vorzusehen, bspw. um die Teilnehmerreihenfolge variabler machen zu können, ist aus der DE 10 2018 129 809 A1 ein Verfahren zum Übertragen von Telegrammen in einem Automatisierungsnetzwerk bekannt. Allerdings ist auch hier die Topologie, mitels welcher die Geräte an das Automatisierungsnetzwerk angeschlossen sind, fest vorgegeben. A method for transmitting telegrams in an automation network is known from DE 10 2018 129 809 A1 in order to also provide data nodes in an automation network, for example in order to be able to make the sequence of participants more variable. However, the topology used to connect the devices to the automation network is also fixed here.
Zuletzt ist aus der DE 10 2019 114 309 A1 ein weiteres Verfahren zum routen von Telegrammen in einem Automatisierungsnetzwerk bekannt, wobei eine weitere Diversifizierung von Knotenpunkten im Automatisierungsnetzwerk ermöglicht wird. Allerdings ist auch nach dieser Offenbarung keine beliebige Kombination von verschiedenen Netzwerktopologien und einer Integration eines Automatisierungsnetzwerks in einem vorhandenen Netzwerk möglich. Another method for routing telegrams in an automation network is known from DE 10 2019 114 309 A1, a further diversification of nodes in the automation network being made possible. However, even according to this disclosure, any combination of different network topologies and integration of an automation network in an existing network is not possible.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Automatisierungsnetzwerk in ein bestehendes Netzwerk zu integrieren und die Verwendung mehrerer Netzwerktopologien, mittels welcher die Geräte oder Teilnehmer des Netzwerks miteinander verbunden sind, zu erleichtern. The object of the present invention is therefore to integrate an automation network into an existing network and to facilitate the use of a number of network topologies, by means of which the devices or participants in the network are connected to one another.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. This object is solved with the features of the main claim.
Es wird somit ein Verfahren vorgeschlagen zum Betreiben eines Netzwerks mit mindestens einem Switch. Der Switch dient dabei als Knotenpunkt im Netzwerk und kann Daten in alle Richtungen des Knotenpunktes versenden oder empfangen. Weiterhin beinhaltet der Switch eine programmierbare Logik, welche die Beziehungen zu den anderen Teilnehmern im Netzwerk speichern und verwenden kann. A method is thus proposed for operating a network with at least one switch. The switch serves as a node in the network and can send or receive data in all directions of the node. The switch also contains programmable logic that can store and use the relationships to the other participants in the network.
Ebenso beinhaltet das Netzwerk mindestens zwei Endgeräte und einen Controller. Der Controller wird auch in einem Automatisierungsnetzwerk als Master bezeichnet. Erfindungsgemäß kann der Controller über ein Applikationsprotokoll Daten an ein bestimmtes Endgerät senden, um dieses zu steuern. Das Applikationsprotokoll wird dabei über die Applikationsschicht des OSI-Netzwerkmodells realisiert. Das bedeutet, dass die Kommunikation über das Applikationsprotokoll in der OSI Schicht 7 realisiert wird. The network also includes at least two end devices and a controller. The controller is also referred to as the master in an automation network. According to the invention, the controller can send data to a specific end device via an application protocol in order to control it. The application protocol is implemented via the application layer of the OSI network model. This means that communication is implemented via the application protocol in OSI layer 7.
Die so gesendeten Daten werden, gemäß der Spezifikation für Internetnetzwerke, In Datenpakete unterteilt und über die Sicherungsschicht des Netzwerks versendet. Das bedeutet, dass die einzelnen Datenpakete als Frame innerhalb der Sicherungsschicht, also Schicht 2 des OSI Modells, übertragen werden. Dazu wird erfindungsgemäß ein zusätzliches Adressierungsmittel innerhalb der Sicherungsschicht den Datenpaketen zugefügt, damit die Datenpakete das gewünschte Ziel erreichen können und an dieses adressiert werden können. The data sent in this way is divided into data packets according to the specification for Internet networks and sent via the data link layer of the network. This means that the individual data packets are transmitted as a frame within the security layer, i.e. layer 2 of the OSI model. For this purpose, according to the invention, an additional addressing means is added to the data packets within the security layer so that the data packets can reach the desired destination and can be addressed to it.
Der Switch kann dabei dieses zusätzliche Adressierungsmittel erkennen und/oder die Übertragung an das angesprochene Endgerät gewährleisten durch Hinzufügen des Adressierungsmittels. Optional können auch die Controller die zusätzlichen Adressierungsmittel erkennen und/oder hinzufügen. In this case, the switch can recognize this additional addressing means and/or ensure transmission to the addressed terminal device by adding the addressing means. Optionally, the controllers can also recognize and/or add the additional addressing means.
Vor der Übertragung an das adressierte Endgerät wird das zusätzliche Adressierungsmittel der Datenpakete wieder entfernt, sodass die originären Datenpakete aus den ursprünglich zum Endgerät gesendeten Daten wiederhergestellt werden. Before transmission to the addressed end device, the additional addressing means of the data packets are removed again, so that the original data packets are restored from the data originally sent to the end device.
Durch das Zufügen des zusätzlichen Adressierungsmittels und auch der Versendung der Datenpakete innerhalb der Sicherungsschicht kann eine Selektion der angesprochenen Netzwerkteilnehmer durchgeführt werden. Dadurch muss nicht mittels eines Broadcastbefehls das Datenpaket an alle Geräte gesendet werden, sondern es wird eine Vorauswahl getroffen. Mittels dieser Vorauswahl ist es möglich, unterschiedliche Netzwerktopologien, die an die Switches angeschlossen sind, zu realisieren und trotzdem die Kommunikation in dem Automatisierungsnetzwerk zu gewährleisten. By adding the additional addressing means and also by sending the data packets within the data link layer, the addressed network subscribers can be selected. As a result, the data packet does not have to be sent to all devices using a broadcast command, but a preselection is made. Using this preselection, it is possible to implement different network topologies that are connected to the switches and still ensure communication in the automation network.
Das Hinzufügen des zusätzlichen Adressierungsmittels kann vom Controller selbst geschehen oder aber durch die im Netzwerk verwendeten Switches. Das Entfernen der zusätzlichen Adressierungsmittel kann dann ebenfalls durch die Switches oder den Controller geschehen. The additional addressing means can be added by the controller itself or by the switches used in the network. The removal the additional addressing means can then also be done by the switches or the controller.
Eine Möglichkeit des zusätzlichen Adressierungsmittels ist die Identifizierung einer Kommunikationsbeziehung und Zuweisung eines VLANs, wie es beispielsweise aus der Methode „Mask & Match“ (IEEE 802.1CBdb) verwendet werden. Durch diese Funktion wird zunächst die Identifizierung einer Kommunikationsbeziehung zwischen angesprochenem Endgerät und dem Controller bzw. eines Switches durchgeführt und somit die Anzahl der angesprochenen Endgeräte eingegrenzt. Durch Zuweisung eines VLANs wird dann die Anfrage lediglich an einen begrenzten Teil der Endgeräte im Netzwerk gesendet. One possibility of the additional means of addressing is the identification of a communication relationship and the assignment of a VLAN, as is used, for example, from the "Mask & Match" method (IEEE 802.1CBdb). This function first identifies a communication relationship between the addressed end device and the controller or a switch and thus limits the number of addressed end devices. By assigning a VLAN, the request is then only sent to a limited number of end devices in the network.
Eine weitere Möglichkeit für das zusätzliche Adressierungsmitel ist ein Multicast, Unicast oder Broadcast an nur bestimmte MAC Adressen im Netzwerk. Dazu besitzt jedes Endgerät, jeder Switch und auch die Controller eine festgelegte MAC Adresse, welche dem Switch bekannt ist. Entsprechend kann die Anfrage an eine nur begrenzte Anzahl Endgeräte gesendet werden, mit einem gewissen Kreis an MAC-Ad ressen. Dieses Verfahren wird als „active Destination MAC „bezeichnet und ist aus der IEEE 802.1 CB bekannt. Another possibility for the additional addressing means is a multicast, unicast or broadcast to only certain MAC addresses in the network. For this purpose, every end device, every switch and also the controller has a fixed MAC address, which is known to the switch. Accordingly, the request can only be sent to a limited number of end devices with a certain group of MAC addresses. This method is referred to as "active destination MAC" and is known from the IEEE 802.1 CB.
Als dritte Option des zusätzlichen Adressierungsmittels können auch VLAN Tags benutzt werden, welche je nach Egress Port Nachbar zugewiesen werden. Diese VLAN Tags werden ebenfalls den Datenpaketen zugefügt. Durch diese Option wird einem bestimmten Kreis von Endgeräten ein VLAN zugewiesen und dadurch angesprochen. As a third option of the additional addressing means, VLAN tags can also be used, which are assigned depending on the egress port neighbor. These VLAN tags are also added to the data packets. This option assigns a VLAN to a specific group of end devices and thus addresses them.
Zusätzlich zu diesen drei Möglichkeiten für das zusätzliche Adressierungsmittel kann dieses ebenfalls durch eine Source Adresse ausgeführt werden. Dazu wird die Adresse des Senders (Source) verwendet. Ebenso kann ein Ethertype, wie er in der IEEE 802.3 definiert ist, verwendet werden. Weiterhin ist als zusätzliches Adressierungsmittel eine Bitmaske denkbar, welche über einen Teil eines Datenpakets gelegt wird, bevorzugt über die ersten Bytes eines Datenpakets, In addition to these three possibilities for the additional addressing means, this can also be implemented by a source address. The address of the sender (source) is used for this. An Ethertype as defined in IEEE 802.3 can also be used. Furthermore, a bit mask is conceivable as an additional addressing means, which is placed over part of a data packet, preferably over the first bytes of a data packet,
Zuletzt kann eine Kombination aus den vorgenannten Verfahren für das zusätzliche Adressierungsmittel verwendet werden. Durch diese Ausführungen ist es möglich, für die Kommunikation im Automatisierungsteil des Netzwerks ein virtuelles Netzwerk zu erstellen, welches nach den normalen Kommunikationsregeln des Automatisierungsnetzwerks funktioniert. Das reale Netzwerk kann verzweigt sein oder aus mehreren Topologien zusammengesetzt sein. Das Kommunikationsprotokoll des Automatisierungsnetzwerks arbeitet dann mit dem virtuellen Netzwerk und kann auch nur dieses ansprechen. Durch diese Ausführung ist es dann möglich, eine Automatisierungsnetzwerk als Teil eines weiteren Netzwerks zu betreiben, ohne die Funktion des Automatisierungsnetzwerks einzuschränken oder umprogrammieren zu müssen. Finally, a combination of the above methods can be used for the additional addressing means. These designs make it possible to create a virtual network for the communication in the automation part of the network, which works according to the normal communication rules of the automation network. The real network can be branched or composed of several topologies. The communication protocol of the automation network then works with the virtual network and can only address this. This design then makes it possible to operate an automation network as part of another network without having to restrict or reprogram the function of the automation network.
Die Switches sollten an den Knotenpunkten der Netzwerke angeordnet sein, vorzugsweise zwischen Controller und Endgeräten. Dadurch können ab diesen Knotenpunkten verschiedener Topologien in einem Netzwerk zusammengeschaltet werden. The switches should be placed at the nodes of the networks, preferably between the controller and end devices. As a result, different topologies can be interconnected in a network from these nodes.
Die Endgeräte der Automatisierungsnetzwerke können hintereinandergeschaltet sein, je nach Topologie in einem Ring oder in einer Linie. Dies entspricht auch der normalen Funktion eines Automatisierungsnetzwerks. Im Prinzip können somit durch die Switche mehrere Automatisierungsnetzwerke gemeinsam in einem Netzwerk zusammengeschaltet werden, wobei auch Teilnehmer, die nicht zum Automatisierungsnetzwerk gehören, an dem gleichen Netzwerk teilnehmen können.The end devices of the automation networks can be connected in series, depending on the topology in a ring or in a line. This also corresponds to the normal function of an automation network. In principle, several automation networks can thus be connected together in one network using the switches, with subscribers who do not belong to the automation network also being able to participate in the same network.
Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet, dass auch die Endgeräte entsprechend dem Automatisierungsnetzwerk und dem Applikationsprotokoll antworten können, sodass die Antwort von den Endgeräten an den entsprechenden Controller gesendet werden kann. Das Verfahren funktioniert ähnlich dem vorbeschriebenen Verfahren, sodass auch hierbei ein zusätzliches Adressierungsmittel innerhalb der Sicherungsschicht den Datenpaketen zugefügt wird und die Datenpakete über die Sicherungsschicht an das Endgerät beispielsweise den Controller gesendet wird. Auch hierbei wird vor der Übertragung an das adressierte Endgerät das zusätzliche Adressierungsmitel wieder entfernt. The method according to the invention includes the terminal devices being able to respond in accordance with the automation network and the application protocol, so that the response can be sent from the terminal devices to the appropriate controller. The method works in a similar way to the method described above, so that an additional addressing means is added to the data packets within the data link layer and the data packets are sent to the terminal device, for example the controller, via the data link layer. In this case, too, the additional addressing means is removed before transmission to the addressed terminal device.
Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass für das Applikationsprotokoll nur das virtuelle Netzwerk sichtbar ist und somit die normalen Applikationsbefehle für das Autornatisierungsnetzwerk ermöglicht werden. Das reale Netzwerk kann durch die Switche unterschiedlich aufgebaut werden, sodass eine nahezu beliebige Kombination von Automatisierungsnetzwerken und normalen Netzwerk ermöglicht wird. Ebenfalls ist die Kombination verschiedener Topologien möglich. The advantage of this procedure is that only the virtual network is visible to the application protocol and thus the normal application commands for the Automation network are made possible. The real network can be set up differently by the switches, so that almost any combination of automation networks and normal network is possible. The combination of different topologies is also possible.
Bevorzugt wird vorgeschlagen, dass Controller und Endgeräte Teilnehmer eines Automatisierungsbusses sind. Dieser Bus wird dann als Autornatisierungsnetzwerk mit Ethernet-Spezifikation betrieben. It is preferably proposed that controllers and terminals are participants in an automation bus. This bus is then operated as an automation network with Ethernet specification.
Bevorzugt wird vorgeschlagen, den Controller und/oder den Switch durch ein Netzwerkmanagement, welche bevorzugt als Software ausgeführt ist, zu konfigurieren, um den gewünschten Verlauf der Daten von einem Netzwerkteilnehmer zum Endgerät durchführen zu können. It is preferably proposed to configure the controller and/or the switch using a network management system, which is preferably implemented as software, in order to be able to carry out the desired course of the data from a network subscriber to the terminal device.
Weitere Merkmale ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen. Es zeigenFurther features emerge from the accompanying drawings. Show it
Figur 1 : Ein erfindungsgemäßes Netzwerk mit zwei Switchen; FIG. 1: A network according to the invention with two switches;
Figur 2: Ein erfindungsgemäßes, verzweigtes reales Netzwerk; FIG. 2: A branched real network according to the invention;
Figur 3: Ein erfindungsgemäßes virtuelles Netzwerk in Bezug auf Figur 2; FIG. 3: A virtual network according to the invention in relation to FIG. 2;
Figur 4: Ein erfindungsgemäßes, verzweigtes reales Netzwerk; FIG. 4: A branched real network according to the invention;
Figur 5: Ein erfindungsgemäßes virtuelles Netzwerk in Bezug auf Figur 4; FIG. 5: A virtual network according to the invention in relation to FIG. 4;
Figur 6: Ein erfindungsgemäßes, verzweigtes reales Netzwerk; FIG. 6: A branched real network according to the invention;
Figur 7: Ein erfindungsgemäßes virtuelles Netzwerk in Bezug auf Figur 6. Figure 7: A virtual network according to the invention in relation to Figure 6.
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Netzwerk mit drei Endgeräten 20, 21, 22, zwei Switchen 30, 31 und einem Controller 40. Figure 1 shows a network according to the invention with three terminals 20, 21, 22, two switches 30, 31 and a controller 40.
Der Controller und die Endgeräte sind dabei einem Automatisierungsnetzwerk entnommen. Allerdings sind die Endgeräte 20, 21 in einem anderen Netzwerkstrang aufgenommen als das Endgerät 22. Die Endgeräte 20, 21 sind hierbei in Linientopologie angeordnet und das Endgerät 22 in Ringtopologie. The controller and the end devices are taken from an automation network. However, the terminals 20, 21 are included in a different network branch than the terminal 22. The terminals 20, 21 are arranged in a line topology and the terminal 22 in a ring topology.
Es können weitere Netzwerkteilnehmer an den Zweigen des Netzwerks angeordnet sein, welche aber in dieser Figur 1 nicht aufgeführt sind. Additional network participants can be arranged on the branches of the network be, but which are not listed in this figure 1.
Die Zweige bzw. unterschiedlichen Topologien sind durch zwei Switche 30, 31 verbunden. Dementsprechend stellen die Switche 30, 31 Knotenpunkte im Netzwerk dar, welche die unterschiedlichen Zweige bzw. Topologien verbinden. The branches or different topologies are connected by two switches 30, 31. Accordingly, the switches 30, 31 represent nodes in the network which connect the different branches or topologies.
Möchte nun der Controller 40 Daten zum Steuern eines Endgerätes an bspw. Endgerät 20 senden, werden entsprechende Daten über das Applikationsprotokoll ins Netzwerk gesendet. Das Applikationsprotokoll wird in der Applikationsschicht des OSI- Netzwerkmodells ausgeführt. If the controller 40 now wants to send data for controlling a terminal device to terminal device 20, for example, the corresponding data are sent to the network via the application protocol. The application protocol is executed in the application layer of the OSI network model.
Gemäß Spezifikationen eines Ethernet-Netzwerks werden diese Daten nun in Datenpakete unterteilt und erfindungsgemäß über die Sicherungsschicht (OSI-Modell Schicht 2) versendet. According to the specifications of an Ethernet network, this data is now divided into data packets and, according to the invention, is sent via the security layer (OSI model layer 2).
Dazu wird ein zusätzliches Adressierungsmittel den Datenpaketen zugefügt 1 und versendet. Das Hinzufügen kann über den Controller 40 geschehen oder über den Switch 30. For this purpose, an additional means of addressing is added to the data packets 1 and sent. The addition can be done via the controller 40 or via the switch 30.
Durch das zusätzliche Adressierungsmittel wird ein Teilnehmerkreis im Netzwerk festgelegt, welcher dann angesprochen wird. Das bedeutet, dass nun nicht mehr alle Teilnehmer im Netzwerk über einen Broadcast angesprochen werden, wie es in einem Automatisierungsnetzwerk üblich ist, sondern lediglich ein Teil der Teilnehmer, bspw. Teilnehmer eines bestimmten Zweiges im Netzwerk. The additional addressing means defines a group of participants in the network, which is then addressed. This means that now not all participants in the network are addressed via a broadcast, as is usual in an automation network, but only some of the participants, for example participants of a specific branch in the network.
Im vorliegenden Fall wird nun ein zusätzliches Adressierungsmittel den Daten hinzugefügt 1 , um das Endgerät 20 anzusprechen. Dazu wird bspw. die Anfrage an die Teilnehmer 20, 21 des oberen Zweigs des Netzwerks in Figur 1 gesendet. Dass nur diese Teilnehmer angesprochen werden, übernimmt der Switch 30, welcher anhand des Adressierungsmittels erkennt, welcher Zweig des Netzwerks angesprochen werden muss, um den adressierten Teilnehmer 20 zu erreichen. In the present case, an additional addressing means is now added to the data 1 in order to address the terminal 20 . For this purpose, for example, the request is sent to the participants 20, 21 of the upper branch of the network in FIG. The switch 30 ensures that only these participants are addressed, which uses the addressing means to identify which branch of the network must be addressed in order to reach the addressed participant 20 .
Die Anfrage erreicht zunächst Endgerät 21 , welches aber durch das zusätzliche Adressierungsmittel nicht adressiert ist und wird weitergeleitet 7 an Endgerät 20. Hierbei stimmen Adressierungsmitel und bestimmtes Ziel überein, so dass Endgerät 20 die Daten annimmt und umsetzt. Vor Erreichen des Endgeräts 20 wird jedoch erfindungsgemäß das Adressierungsmitel entfernt. Dies geschieht bspw. durch den Switch 30. Nach Auswertung des Adressierungsmitels kann der Switch über einen Multicast die beiden Endgeräte 20, 21 erreichen, ohne dafür das zusätzliche Adressierungsmittel zu benötigen. The request first reaches terminal 21, which is not addressed by the additional addressing means, and is forwarded 7 to terminal 20. The addressing means and specific destination match, so that terminal 20 accepts and converts the data. However, according to the invention, the addressing means is removed before the terminal 20 is reached. This is done, for example, by the switch 30. After the addressing means has been evaluated, the switch can reach the two terminals 20, 21 via a multicast without requiring the additional addressing means for this.
Die Figuren 2, 4 und 6 zeigen jeweils mögliche reale Netzwerke, welche jeweils mehrere Endgeräte 20-25 in verschiedenen Zweigen des Netzwerks beinhalten. Weiterhin beinhalten die Netzwerk Switches 30, 31 sowie Controller 40, 41. Figures 2, 4 and 6 each show possible real networks, each containing a number of terminals 20-25 in different branches of the network. The network also includes switches 30, 31 and controllers 40, 41.
Die Switche 30, 31 sind an den Knotenpunkten des Netzwerks angeordnet und verbinden die einzelnen Zweige des Netzwerks. Die Zweige wiederum können in unterschiedlichen Topologien ausgeführt sein. The switches 30, 31 are arranged at the nodes of the network and connect the individual branches of the network. The branches, in turn, can be implemented in different topologies.
Die Figuren 3, 5 und 7 zeigen korrespondierend zu den vorstehenden Figuren 2, 4 und 6 die entsprechenden virtuellen Netzwerke, wie sie die Teilnehmer des AutomatisierungsNetzwerks erkennen und nutzen. Die Funktionsweise entspricht jeweils dem beschriebenen Verfahren aus Figur 1. FIGS. 3, 5 and 7 show the corresponding virtual networks, corresponding to the above FIGS. 2, 4 and 6, as recognized and used by the participants in the automation network. The way it works corresponds to the method described in Figure 1.
Somit zeigen die Figuren 2 bis 7 mögliche Kombinationen aus unterschiedlichen Netzwerkzweigen und -topologien, welche durch ein normales, herkömmliches Automatisierungsnetzwerk nicht möglich wäre. Lediglich die Switche kennen das reale Netzwerk und können entsprechend agieren. Thus, FIGS. 2 to 7 show possible combinations of different network branches and topologies, which would not be possible with a normal, conventional automation network. Only the switches know the real network and can act accordingly.
Dadurch ist es nun möglich, Automatisierungsnetzwerke in herkömmliche Ethernet- Netzwerke zu integrieren. As a result, it is now possible to integrate automation networks into conventional Ethernet networks.
Die vorliegende Anmeldung ist nicht auf die bisherigen Merkmale beschränkt. Vielmehr sind weitere Ausführungen denkbar. So könnte statt mindestens einem Switch auch ein Router oder ein Server eingesetzte werden. Ebenfalls könnten mehr als zwei Switche und/oder Controller eingesetzt werden. The present application is not limited to the previous features. Rather, further versions are conceivable. A router or server could be used instead of at least one switch. Likewise, more than two switches and/or controllers could be used.

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Verfahren zum Betreiben eines Netzwerks mit mindestens einem Switch, mit mindestens zwei Endgeräten und einem Controller, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller über ein Applikationsprotokoll Daten an ein Endgerät sendet, dass die Daten über Datenpakete innerhalb der Sicherungsschicht des Netzwerks versendet werden, dass ein zusätzliches Adressierungsmittel innerhalb der Sicherungsschicht den Datenpaketen zugefügt wird (1), und der Switch über das Adressierungsmittel die Übertragung an das adressierte Endgerät sendet (2, 6), wobei vor der Übertragung an das adressierte Endgerät das Adressierungsmitel der Datenpakete entfernt (3) wird. 1. A method for operating a network with at least one switch, with at least two terminals and a controller, characterized in that the controller sends data to a terminal via an application protocol, that the data are sent via data packets within the data link layer of the network, that a additional addressing means is added to the data packets within the data link layer (1), and the switch sends the transmission to the addressed terminal device via the addressing means (2, 6), the addressing means of the data packets being removed (3) before transmission to the addressed terminal device.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Adressierungsmitel durch Identifizierung einer Kommunikationsbeziehung und Zuweisung eines VLANs realisiert wird. 2. The method as claimed in claim 1, characterized in that the addressing means is implemented by identifying a communication relationship and assigning a VLAN.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das3. The method according to claim 1, characterized in that the
Adressierungsmitel als Multicast oder Broadcast Adresse realisiert wird. Addressing means is realized as a multicast or broadcast address.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das4. The method according to claim 1, characterized in that the
Adressierungsmittel als VLAN-Tag realisiert wird. Addressing means is realized as a VLAN tag.
5, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Adressierungsmittel als Source Adresse realisiert wird. 5, method according to claim 1, characterized in that the addressing means is implemented as a source address.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Adressierungsmittel als Ethertype realisiert wird. 6. The method according to claim 1, characterized in that the addressing means is implemented as an Ethertype.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Adressierungsmittel als Bitmaske über einen Teil der Datenpakete realisiert wird. 7. The method as claimed in claim 1, characterized in that the addressing means is implemented as a bit mask over part of the data packets.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Switch zwischen Controller und Endgeräte geschaltet wird. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the switch is connected between the controller and terminals.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Endgeräte hintereinandergeschaltet sind (7, 9). 9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that several terminals are connected in series (7, 9).
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Antworten der Endgeräte ebenfalls über Datenpakete innerhalb der Sicherungsschicht des Netzwerks versendet werden, dass ein zusätzliches Adressierungsmittel innerhalb der Sicherungsschicht den Datenpaketen zugefügt wird (4), und der Switch über das Adressierungsmittel die Übertragung an das adressierte Endgerät sendet (5), wobei vor der Übertragung an das adressierte Endgerät das Adressierungsmittel der Datenpakete entfernt (11) wird. 10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the responses from the terminals are also sent via data packets within the data link layer of the network, that an additional addressing means is added to the data packets within the data link layer (4), and the switch via the Addressing means sends the transmission to the addressed terminal (5), the addressing means of the data packets being removed (11) before transmission to the addressed terminal.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Endgeräte in Linientopologie miteinander verbunden sind. 11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the terminals are connected to each other in line topology.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Endgeräte in Ringtopologie miteinander verbunden sind (8), 12. The method as claimed in one of claims 1 to 11, characterized in that the terminals are connected to one another in a ring topology (8),
13, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Hinzufügen und Entfernen des Adressierungsmittels durch den Switch oder den Controller erfolgt. 13. Method according to one of claims 1 to 12, characterized in that the addressing means is added and removed by the switch or the controller.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Adressierungsmittel für das Applikationsprotokoll unsichtbar ist. 14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the additional addressing means for the application protocol is invisible.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Controller und Endgeräte Teilnehmer eines Automatisierungsbusses sind. 15. The method according to any one of claims 1 to 14, characterized in that the controller and terminals are participants in an automation bus.
16, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Konfiguration des Controllers und/oder des Switches durch ein Netzwerkmanagement durchgeführt wird. 16, method according to any one of claims 1 to 15, characterized in that a configuration of the controller and / or the switch is performed by a network management.
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