ES2266570T3 - Transmision de telegramas de datos con sustitucion de datos en el nudo de acoplamiento. - Google Patents

Transmision de telegramas de datos con sustitucion de datos en el nudo de acoplamiento. Download PDF

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Abstract

Procedimiento para la transmisión de datos críticos en tiempo real por medio de telegramas de datos en una red de datos con al menos un nodo de acoplamiento, en el que los telegramas de datos presentan una identificación, datos útiles y un estado de transferencia y el nodo de acoplamiento presenta al menos una lista de emisión y de recepción, en el que la lista de recepción contiene datos sobre el número de telegramas de datos, a recibir a través del número de nodos de acoplamiento respectivo con determinadas identificaciones y la lista de emisión contiene datos sobre el instante de la transmisión asociado a una identificación y de uno o varios puertos de emisión asociados a una identificación, con las siguientes etapas: - espera (6) de la recepción de uno o varios telegramas de datos con una identificación hasta el instante de la transmisión, asociado a la identificación, en un nodo de acoplamiento; - para el caso de que hasta el instante de la transmisión se hayan recibido uno o varios telegramas de datos con la identificación: transmisión (9) del o de los telegramas de datos a través del o de los puertos de emisión, asociados a la identificación, del nodo de acoplamiento; - para el caso de que hasta el instante de la transmisión no se hayan recibido uno o varios telegramas de datos esperados con la identificación: generación (8) de un telegrama de sustitución para cada telegrama de datos esperado, no recibido, con la identificación y con un estado de transferencia que indica que se trata de un telegrama de sustitución, y su emisión (9) a través del o los puertos de emisión, asociados a la identificación, del nodo de acoplamiento.

Description

Transmisión de telegramas de datos con sustitución de datos en el nudo de acoplamiento.
La invención se refiere a un procedimiento para el reconocimiento de errores y para la evitación de los errores durante la transmisión de datos críticos en tiempo real por medio de telegramas de datos en una red de datos, especialmente en un sistema de automatización.
Las redes de datos se forman a partir de nodos de redes de datos y posibilitan la comunicación entre varios usuarios. La comunicación significa en este caso la transmisión de datos entre los usuarios. Los datos a transmitir son enviados en este caso como telegramas de datos, es decir, que los datos se empaquetan en uno o varios paquetes y en esta forma se envían a través de la red de datos al receptor correspondiente. Por lo tanto, se habla también en este caso, por lo demás, como sinónimo de la transmisión mencionada anteriormente de telegramas de datos o de paquetes de datos.
Para la conexión en red se conectan, por ejemplo en el caso de redes de datos de alta potencia conmutables, especialmente Ethernet, los usuarios entre sí a través de nodos de acoplamiento. Cada nodo de acoplamiento puede estar conectado con más que dos usuarios y también él mismo puede ser usuario. Los usuarios son, por ejemplo, ordenadores, controles programables con memoria (SPS) y otras máquinas, que intercambian, especialmente procesan datos electrónicos con otras máquinas.
Se conoce a partir del documento EP 0 868 579 A1 un método de transmisión de paquetes de datos, en el que los paquetes de datos son transmitidos desde la estación de emisión hacia la estación de recepción sin presentar una identificación individual.
En los sistemas de automatización distribuidos, por ejemplo en el campo de la técnica de accionamiento, deben entrar determinados datos en determinados instantes en los usuarios a los que están destinados y deben ser procesados por los receptores. En este caso se habla de datos críticos en tiempo real o bien de tráfico de datos críticos en tiempo real, puesto que una entrada no en el momento oportuno de los datos en el lugar de destino conduce a resultados no deseados en el usuario.
De la misma manera se conoce a partir del estado de la técnica la utilización de un sistema de comunicación sincronizado, síncrono con propiedades de equidistancia en un sistema de automatización. Por ello se entiende un sistema que está constituido por al menos dos usuarios, que están conectados entre sí a través de una red de datos con la finalidad del intercambio mutuo de datos o bien de la transmisión recíproca de datos. En este caso, el intercambio de datos se lleva a cabo de una manera cíclica en ciclos de comunicación equidistantes, que son predeterminados a través del ciclo de comunicación utilizado por el sistema. Los usuarios son, por ejemplo, aparatos de automatización central, por ejemplo controles programables con memoria (SPS, controles del movimiento) u otras unidades de control, ordenadores o máquinas, que intercambian datos electrónicos con otras máquinas, especialmente procesan datos de otras máquinas, y aparatos periféricos como, por ejemplo, grupos estructurales de entrada/salida, accionamientos, actuadores, sensores. Por unidades de control se entienden a continuación unidades de regulación o de control de cualquier tipo. Para la transmisión de datos se utilizan, por ejemplo, sistemas de comunicación como, por ejemplo, bus de campo, Profibus, Ethernet, Ethernet Industrial, FireWire o también sistemas de bus internos de PC (PCI), etc. Los telegramas de datos son alimentados en este caso desde un usuario en un instante de emisión predeterminado fijamente en la red de datos.
Los componentes de la automatización (por ejemplo controles, accionamientos, ...) disponen actualmente con frecuencia de una interfaz con un sistema de comunicación sincronizado cíclicamente. Un plano de ejecución de los componentes de automatización (ciclo rápido) (por ejemplo, regulación de la posición en un control, regulación del número de revoluciones y del par motor de un accionamiento) está sincronizado al ciclo de comunicación. De esta manera, se fija el pulso de reloj de la comunicación. Otros algoritmos de bajo rendimiento (ciclo lento) (por ejemplo regulaciones de la temperatura) de los componentes de automatización solamente se pueden comunicar de la misma manera a través de este ciclo de comunicación con otros componentes (por ejemplo conmutador binario para ventiladores, bombas, ...), aunque sería suficiente un ciclo más lento. A través de la utilización solamente de un pulso de reloj de la comunicación para la transmisión de todas las informaciones en el sistema resultan altos requerimientos en la anchura de la banda del trayecto de transmisión y en la conexión de la comunicación de los componentes.
No siempre se pueden cumplir estos altos requerimientos, y se pueden producir errores de la transmisión. Posibles errores de la transmisión son:
- no entrada o entrada tardía de un telegrama de datos;
- rebose de la memoria intermedia de datos en un nodo de acoplamiento;
- longitud falsa de un telegrama de datos;
- un error-CRC físico (Control de la Redundancia Cíclica).
En las redes de datos conocidas a partir del estado de la técnica, un telegrama de datos falso puede activar una reacción errónea en todos los nodos de la red de datos, a través de los cuales se transmite. Solamente es posible un diagnóstico de los errores con telegramas previstos para ello. Esto conduce a una carga adicional de la red de datos, dificulta y retrasa el diagnóstico de los datos.
La invención tiene el cometido de evitar reacciones erróneas en la trayectoria de transmisión de telegramas de datos erróneos y crear un procedimiento mejorado para el diagnóstico de los errores.
El cometido en el que se basa la invención se soluciona con las características de las reivindicaciones independientes de la patente. Las formas de realización especiales de la invención se indican en las reivindicaciones dependientes de la patente.
En el procedimiento de acuerdo con la invención, en principio, no se transmiten los telegramas de datos erróneos. En este caso se puede considerar como ventajoso que los telegramas de datos erróneos no activan reacciones erróneas en otros nodos de la red. En lugar de transmitir un telegrama de datos erróneo, un nodo de la red, en el que ha entrado un telegrama de datos erróneo con una identificación determinada en el instante de la transmisión asociado a la identificación, o está entrando todavía durante el instante de la transmisión, activa un telegrama de sustitución con la identificación.
Durante la transmisión se pueden aplicar el procedimiento "store and forward" y el procedimiento "cut through". En el procedimiento "store and forward" se recibe completamente un telegrama de datos y se memoriza temporalmente antes de la transmisión. En oposición a ello, en el procedimiento "cut through", los datos no son memorizados temporalmente, sino que son transmitidos directamente desde el puerto de recepción hasta el puerto de emisión.
Los telegramas de datos presentan, en general, una identificación, datos útiles y un estado de transferencia. Los telegramas de sustitución poseen de la misma manera una identificación, datos útiles y un estado de transferencia. La identificación del telegrama de sustitución es la del telegrama de datos a sustituir. Los datos útiles pueden ser discrecionales. El estado de transferencia identifica que en el telegrama de sustitución se trata de un telegrama de este tipo. El estado de transferencia puede indicar adicionalmente que ha entrado en el lugar de un error de la transmisión. Es ventajoso que para el diagnóstico de errores no se necesiten telegramas de datos adicionales.
Los telegramas de sustitución, que son recibidos en el instante de la transmisión, atraviesan un nodo de acoplamiento como telegramas de datos habituales en el instante de la transmisión sobre el o los puertos de emisión asociados. En una forma de realización preferida de la invención, un nodo de acoplamiento puede transmitir varios telegramas de datos con la misma identificación.
En un caso de aplicación, se parte de que en primer lugar ha sido recibido un telegrama de datos en el nodo de destino, que no es un telegrama de sustitución, y que sus datos útiles y el valor del reloj asociado han sido memorizados. Si el nodo de destino recibe otro telegrama de datos con la misma identificación, entonces verifica en primer lugar si se trata de un telegrama de sustitución. Si éste es el caso, no se sustituyen, en principio, los datos útiles memorizados y el valor del reloj asociado. En una forma de realización preferida de la invención, se detecta la entrada de un telegrama de sustitución en el nodo de destino. Si el otro telegrama de datos no es un telegrama de sustitución, se investiga, por otro lado, con la ayuda del valor del reloj memorizado, si los datos útiles memorizados son todavía actuales. Si los datos útiles son todavía actuales, entonces éstos se puede sustituir, pero no deben sustituirse. Si los datos útiles memorizados no son actuales, entonces se sustituyen, en principio, por los datos útiles del otro telegrama de datos. Antes de que los datos útiles sean transmitidos a una aplicación del nodo de destino, éstos deben haber sido recibidos totalmente y memorizados de forma temporal, puesto que la transmisión de los datos útiles de un telegrama de datos no recibido totalmente en su totalidad podría conducir a funciones erróneas de la aplicación.
A continuación se explican en detalle formas de realización de acuerdo con la invención con referencia a los dibujos. En este caso:
La figura 1 muestra un diagrama de la red de una red de datos de acuerdo con la invención para la transmisión de datos críticos en tiempo real.
La figura 2 muestra una conexión esquemática entre un nodo fuente y un nodo de destino a través de un nodo de acoplamiento.
La figura 3 muestra la estructura de un cuadro de Ethernet DIX del estado de la técnica y de un cuadro de Ethernet de acuerdo con la invención.
La figura 4 muestra un diagrama de flujo de un procedimiento de acuerdo con la invención para la transmisión de datos críticos en tiempo real en un nodo de acoplamiento.
La figura 5 muestra un diagrama de flujo de un procedimiento de acuerdo con la invención para la transmisión de datos críticos en tiempo real en un nodo de destino.
La figura 1 muestra una red de datos de acuerdo con la invención para la transmisión de datos críticos en tiempo real. Los nodos fuente i están conectados indirectamente a través de los nodos de acoplamiento j con los nodos de destino k. La transmisión de los datos se lleva a cabo a través de buses de datos, que conectan los nodos de la red de datos entre sí. Un telegrama de datos se puede transmitir, por ejemplo, desde el puerto de emisión 1 del nodo fuente i = 1 a través del puerto de recepción 2 y el puerto de emisión 3 del nodo de acoplamiento j = 1 hacia el puerto de recepción 4 del nodo de acoplamiento j = 2. Pero también se puede enviar directamente desde el puerto de emisión 5 del nodo fuente i = 1 hacia el puerto de recepción 4 del nodo de acoplamiento j = 2. También se muestra claramente que un telegrama de datos puede llegar desde el nodo fuente i = 1 o bien a través del nodo de acoplamiento j = 1 o del nodo de acoplamiento j = 2 hacia el nodo de destino k = 1. Esto muestra que tanto un nodo de acoplamiento como también un nodo de destino pueden recibir telegramas de datos idénticos, que poseen, por lo tanto, también una identificación idéntica, a través de diferentes trayectorias de la red.
La figura 2 muestra una conexión entre un nodo fuente y un nodo de destino a través de un nodo de acoplamiento. El nodo fuente memoriza datos, que han sido transmitidos con la ayuda de una aplicación del nodo fuente, en forma de un telegrama de datos con una identificación determinada. En el instante de la emisión predeterminada a través de la identificación se emite el telegrama de datos a través de un puerto de emisión a uno o varios nodos de acoplamiento. El telegrama de datos es recibido en un puerto de recepción del nodo de acoplamiento. Luego o bien se memoriza temporalmente en la memoria hasta el instante de la transmisión (procedimiento store and forward) o se trasmite directamente al puerto de emisión (procedimiento cut through). En el instante de la emisión, se transmite el telegrama de datos a través de un puerto de emisión hacia otros nodos de acoplamiento o nodos de destino. En el puerto de recepción del nodo de destino es recibido, a continuación es memorizado y es acondicionado para una aplicación del nodo de destino. El nodo fuente, el nodo de acoplamiento y el nodo de destino están sincronizados a través de un reloj.
La figura 3 muestra la estructura de un cuadro de Ethernet DIX conocido a partir del estado de la técnica de un telegrama de datos y de un cuadro de Ethernet de acuerdo con la invención. La parte de cabecera, la dirección de destino, la dirección fuente, el tipo de tiempo real y el CRC (control de redundancia cíclica) están dispuestos de la misma manera y requieren el mismo espacio en la memoria. La cuadro de Ethernet DIX contiene, además, hasta 1,5 kByte de datos de usuario. El mismo espacio en la memoria se asigna en el cuadro de Ethernet de acuerdo con la invención a los datos de usuario, al estado de los datos y al estado de transferencia.
El diagrama de flujo de acuerdo con la memoria 4 ilustra las etapas del procedimiento de acuerdo con la invención para la transmisión de datos críticos en tiempo real en un nodo de acoplamiento. El nodo de acoplamiento espera en primer lugar la entrada de uno o varios telegramas de datos DR A, B... libres de error con una identificación determinada (etapa 6). Su número se deduce a partir de la lista de recepción. Los telegramas de datos DT A, B..., que entran antes del instante de la transmisión, son memorizados temporalmente en primer lugar (procedimiento store and forward, etapa 7). En oposición a ello, los telegramas de datos, que son recibidos en el instante de la transmisión, son transmitidos directamente desde el puerto de recepción hacia el puerto de emisión (procedimiento cut through). En lugar de cada telegrama de datos esperado libre de error, que no es recibido hasta el instante de la transmisión, se genera un telegrama de sustitución DT A, B,... con la identificación (etapa 8). En el instante de la transmisión, que se deduce a partir de la lista de recepción, se transmiten el o los telegramas de datos o bien los telegramas de sustitución (etapa 9).
En una forma de realización preferida de la invención, se memoriza la aparición de un error de transmisión en el nodo, en el que ha aparecido el error de la transmisión.
La figura 5 ilustra las etapas del procedimiento de acuerdo con la invención para la transmisión de datos críticos en tiempo real en un nodo de destino. Se parte de que en primer lugar es recibido un telegrama de datos DT, C, que no es un telegrama de sustitución (etapa 10). El caso en el que se recibe en primer lugar un telegrama de sustitución no es relevante para la invención. El telegrama de datos DT C es memorizado con un valor de tiempo asociado (etapa 11). Si se recibe otro telegrama de datos DT D con la misma identificación en el nodo de destino (etapa 12), debe investigarse si en este caso se trata de un telegrama de sustitución (etapa 13). Los datos útiles del telegrama de datos memorizado no tienen que ser sustituidos, en principio, a través de los datos útiles discrecionales de un telegrama de sustitución. Si el telegrama de datos DT D no es un telegrama de sustitución, entonces se investiga en la etapa siguiente con la ayuda del valor de reloj asociado si el telegrama de datos DT C es actual (etapa 14). Un telegrama de datos actual DT C puede ser sustituido, pero no debe ser sustituido. Si el telegrama de datos DT C no es actual, entonces se sustituyen sus datos útiles y su valor de tiempo asociado (etapa 15). En una forma de realización preferida de la invención, se detecta la entrada de un telegrama de sustitución en el nodo de destino. Si el telegrama de datos DT D es un telegrama de sustitución, entonces no se sustituye, en principio, el telegrama de datos DT C (etapa 16).

Claims (16)

1. Procedimiento para la transmisión de datos críticos en tiempo real por medio de telegramas de datos en una red de datos con al menos un nodo de acoplamiento, en el que los telegramas de datos presentan una identificación, datos útiles y un estado de transferencia y el nodo de acoplamiento presenta al menos una lista de emisión y de recepción, en el que la lista de recepción contiene datos sobre el número de telegramas de datos, a recibir a través del número de nodos de acoplamiento respectivo con determinadas identificaciones y la lista de emisión contiene datos sobre el instante de la transmisión asociado a una identificación y de uno o varios puertos de emisión asociados a una identificación, con las siguientes etapas:
-
espera (6) de la recepción de uno o varios telegramas de datos con una identificación hasta el instante de la transmisión, asociado a la identificación, en un nodo de acoplamiento;
-
para el caso de que hasta el instante de la transmisión se hayan recibido uno o varios telegramas de datos con la identificación: transmisión (9) del o de los telegramas de datos a través del o de los puertos de emisión, asociados a la identificación, del nodo de acoplamiento;
-
para el caso de que hasta el instante de la transmisión no se hayan recibido uno o varios telegramas de datos esperados con la identificación: generación (8) de un telegrama de sustitución para cada telegrama de datos esperado, no recibido, con la identificación y con un estado de transferencia que indica que se trata de un telegrama de sustitución, y su emisión (9) a través del o los puertos de emisión, asociados a la identificación, del nodo de aco- plamiento.
2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que se memoriza la aparición de un error de transmisión al nodo, en el que ha aparecido.
3. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que el telegrama de sustitución contiene datos útiles discrecionales.
4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el telegrama de sustitución contiene datos sobre el tipo del error de transmisión aparecido en el estado de transferencia.
5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que un telegrama de sustitución, recibido desde un nodo de la red de datos, sobre una trayectoria de datos hacia un nodo de destino, no activa ninguna reacción errónea en el nodo de la red de datos.
6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, con las siguientes etapas adicionales:
-
recepción (10) de un telegrama de datos en el nodo de destino;
-
memorización (11) de los datos útiles del primer telegrama de datos, que no es un telegrama de sustitución, y del valor de reloj asociado;
-
recepción (12) de al menos otro telegrama de datos;
-
para el caso de que el otro telegrama de datos sea un telegrama de sustitución; ninguna sustitución (16) de los datos útiles memorizados ni del valor del reloj asociado;
-
para el caso de que el otro telegrama de datos no sea un telegrama de sustitución y los datos útiles memorizados de acuerdo con el valor del reloj asociado no sean ya actuales: sustitución (15) de los datos útiles memorizados y del valor del reloj asociado.
7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, en el que se memoriza la recepción de un telegrama de sustitución en el nodo de destino.
8. Nodo de acoplamiento para una red de datos para la transmisión de datos críticos en tiempo real por medio de telegramas de datos, en el que cada telegrama de datos presenta una identificación, datos útiles y un estado de transferencia, con:
-
una lista de recepción, que contiene datos sobre el número de telegramas de datos, a recibir en el nodo de acoplamiento respectivo, con determinadas identificacio- nes;
-
una lista de emisión, que contiene datos sobre el instante de la transmisión asociado a una identificación y la indicación de al menos un puerto de emisión;
-
medios para la recepción de uno o varios telegramas de datos;
-
medios para la memorización del o de los telegramas de datos hasta el instante de la transmisión;
-
medios para la transmisión del o de los telegramas de datos a través del o de los puertos de emisión asociados a la identificación;
-
medios para la generación de uno o varios telegramas de sustitución, en los que el telegrama de sustitución es generado en lugar de un telegrama de datos esperado, libre de error, que no ha sido recibido hasta un instante de la transmisión.
9. Nodo de acoplamiento de acuerdo con la reivindicación 8, con medios para la memorización de la aparición de un error de la transmisión.
10. Nodo de acoplamiento de acuerdo con la reivindicación 8 ó 9, en el que el telegrama de sustitución a crear contiene datos sobre el tipo de error de transmisión.
11. Nodo de destino para una red de datos para la transmisión de datos críticos en tiempo real por medio de telegramas de datos, en el que cada telegrama de datos presenta una identificación, datos útiles y un estado de transferencia, con:
-
medios para la recepción de un telegrama de datos;
-
medios para la memorización de los datos útiles de un telegrama de datos, que no es un telegrama de sustitución y del valor del reloj asociado;
-
medios para la memorización de la recepción de un telegrama de sustitución, en el que el telegrama de sustitución es generado por un nodo de acoplamiento en lugar de un telegrama de datos esperado, libre de errores, que no ha sido recibido hasta un instante de transmisión, y el telegrama de sustitución es generado para cada telegrama de datos esperado, no recibido, con una identificación y un estado de transferencia, que indica que se trata de un telegrama de sustitución;
-
medios para la recepción de al menos otro telegrama de datos;
-
medios para la sustitución de los datos útiles del telegrama de datos memorizado, que ya no es actual, por medio de los datos útiles de otro telegrama de datos, que no es un telegrama de sustitución;
-
medios para la sustitución de los datos útiles, que se emplean para el caso de que el otro telegrama de datos sea un telegrama de sustitución, en el que los datos útiles no son sustituidos a través del telegrama de sustitución.
12. Nodo de destino de acuerdo con la reivindicación 11 con medios para la memorización de la recepción de un telegrama de sustitución.
13. Red de datos, que presenta al menos un nodo de acoplamiento e acuerdo con una de las reivindicaciones 8 a 10.
14. Red de datos de acuerdo con la reivindicación 13, que presenta al menos un nodo de destino de acuerdo con la reivindicación 11 ó 12.
15. Producto de programa de ordenador para un nodo de acoplamiento en una red de datos para la transmisión de datos críticos en tiempo real por medio de telegramas de datos, en el que cada telegrama de datos presenta una identificación, datos útiles y un estado de transferencia, para la realización de un procedimiento con las etapas siguientes:
-
espera de la recepción de uno o varios telegramas de datos con una identificación hasta el instante de la transmisión, asociado a la identificación, en un nodo de acoplamiento;
-
para el caso de que hasta el instante de la transmisión se hayan recibido uno o varios telegramas de datos con la identificación: transmisión del o de los telegramas de datos a través del o de los puertos de emisión, asociados a la identificación, del nodo de acoplamiento;
-
para el caso de que hasta el instante de la transmisión no se hayan recibido uno o varios telegramas de datos esperados con la identificación: generación de un telegrama de sustitución para cada telegrama de datos esperado, no recibido, con la identificación y con un estado de transferencia que indica que se trata de un telegrama de sustitución, y su emisión a través del o los puertos de emisión, asociados a la identificación, del nodo de acoplamiento.
16. Producto de programa de ordenador para un nodo de destino en una red de datos para la transmisión de datos críticos en tiempo real por medio de telegramas de datos, en el que cada telegrama de datos presenta una identificación, datos útiles y un estado de transferencia, para la realización de un procedimiento con las etapas siguientes:
-
recepción de un telegrama de datos en el nodo de destino;
-
memorización de los datos útiles del primer telegrama de datos, que no es un telegrama de sustitución, y del valor de reloj asociado;
-
recepción de al menos otro telegrama de datos;
-
para el caso de que el otro telegrama de datos sea un telegrama de sustitución; ninguna sustitución de los datos útiles memorizados ni del valor del reloj asocia- do;
-
para el caso de que el otro telegrama de datos no sea un telegrama de sustitución y los datos útiles memorizados de acuerdo con el valor del reloj asociado no sean ya actuales: sustitución de los datos útiles memorizados y del valor del reloj asociado, en el que el telegrama de sustitución es generado en lugar de un telegrama de datos esperado, libre de errores, que no ha sido recibido hasta el instante de la transmisión.
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