ES2579603T3 - Procedimiento para la transmisión de mensajes en una red de comunicaciones industrial que puede funcionar de forma redundante y aparato de comunicaciones para una red de comunicaciones industrial que puede funcionar de forma redundante - Google Patents

Procedimiento para la transmisión de mensajes en una red de comunicaciones industrial que puede funcionar de forma redundante y aparato de comunicaciones para una red de comunicaciones industrial que puede funcionar de forma redundante Download PDF

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Abstract

Procedimiento para la transmisión de mensajes en una red de comunicaciones industrial que puede funcionar de forma redundante, en el que - se transmiten mensajes en una primera red parcial (1) con topología de árbol, de forma correspondiente a un protocolo de árbol de expansión, en donde unos aparatos de comunicaciones (101-110) asociados a unos nodos de red de la primera red parcial intercambian entre ellos, para formar una topología de árbol, mensajes (100) con informaciones topológicas y, en base a las informaciones topológicas intercambiadas, se establece un nodo de red raíz como elemento base de una topología de árbol, mediante los aparatos de comunicaciones (101-110) asociados a los nodos de red de la primera red parcial, y en donde partiendo del nodo de red raíz se establecen unas conexiones sin bucles con los restantes nodos de red de la primera red parcial (1), - en una segunda red parcial (2) se transmiten mensajes de forma correspondiente a un protocolo de redundancia paralela o anular, - la primera y la segunda red parcial (1, 2) están acopladas entre ellas a través de un gran número de aparatos de comunicaciones (101, 104, 105, 110; 201, 203, 205, 206), - los aparatos de comunicaciones (201-206) asociados a los nodos de red de la segunda red parcial (2) intercambian entre ellos mensajes (200) con informaciones topológicas de la primera red parcial (1), de forma correspondiente al protocolo de redundancia paralela o anular, comparan las mismas con informaciones topológicas localmente presentes de la primera red parcial (1) y, en función de un resultado comparativo establecen unas informaciones topológicas resultantes de la primera red parcial (1), en donde las informaciones topológicas resultantes de la primera red parcial (1) se establecen uniformemente, mediante todos los aparatos de comunicaciones (201-206) asociados a los nodos de red de la segunda red parcial (2), - los aparatos de comunicaciones (201-206) asociados a los nodos de red de la segunda red parcial (2) adaptan, en base a las informaciones topológicas resultantes establecidas de la primera red parcial (1), su configuración en cuanto a conexiones cerradas o abiertas a la primera de parcial (1), - mediante los aparatos de comunicaciones (201-206) asociados a los nodos de red de la segunda red parcial (2) se proporcionan unas informaciones topológicas resultantes uniformes para la aplicación del protocolo de árbol de expansión en la primera red parcial (1).

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento para la transmision de mensajes en una red de comunicaciones industrial que puede funcionar de forma redundante y aparato de comunicaciones para una red de comunicaciones industrial que puede funcionar de forma redundante.
Un sistema de automatizacion industrial comprende habitualmente un gran numero de aparatos de automatizacion enlazados entre si a traves de una red de comunicaciones industrial y se usa, en el marco de una automatizacion de fabricacion o procesamiento, para controlar o regular instalaciones, maquinas o aparatos. A causa de las condiciones reinantes que son crlticas en cuanto al tiempo en sistemas tecnicos automatizados mediante sistemas de automatizacion industriales se utilizan en redes de comunicaciones industriales, para las comunicaciones entre aparatos de automatizacion, predominantemente protocolos de comunicaciones en tiempo real como profinet, profibus o ethernet en tiempo real.
Las interrupciones de conexiones de comunicaciones entre unidades informaticas de un sistema de automatizacion industrial o aparatos de automatizacion pueden conducir a una repeticion indeseada o innecesaria de una transmision de una solicitud de servicio. Esto provoca una carga adicional de conexiones de comunicaciones del sistema de automatizacion industrial, lo que puede conducir a perturbaciones o errores adicionales del sistema. Ademas de esto, unos mensajes no transmitidos o no de forma completa pueden impedir por ejemplo una transicion o una permanencia de un sistema de automatizacion industrial. Esto puede conducir finalmente a una averla de una instalacion productiva completa y a una costosa parada de produccion. Una problematica particular procede regularmente, en sistemas de automatizacion industrial, de un trafico de mensajes consistente en relativamente abundantes mensajes, aunque relativamente cortos, con lo que se intensifican los problemas anteriores.
Del documento WO 2008/119649 A1 se conoce un procedimiento para reconfigurar una red de comunicaciones con conmutacion de paquetes, que comprende una primera red parcial y una segunda red parcial. Mientras que en la primera red parcial se utiliza un primer protocolo de red, en la segunda red parcial se utiliza un segundo protocolo de red diferente del primer protocolo de red. Ambas redes parciales estan unidas entre si mediante al menos tres enlaces (del ingles link) de datos redundantes, de los que respectivamente solo uno esta activado para el intercambio de datos utiles. A este respecto esta activado preajustado un enlace de datos maestro (del ingles master), mientras que estan desactivados preajustados al menos dos enlaces de datos esclavos (del ingles slave). Mediante un puente maestro de la segunda red parcial conectado al enlace de datos maestro se vigila una averla del enlace de datos maestro o de un enlace de datos esclavo. En el caso de una averla de este tipo el puente maestro genera un primer paquete de datos y lo transmite a un puente esclavo de al segunda red parcial, conectado a un enlace de datos esclavo. El puente esclavo se elige conforme a una regla de seleccion prefijable mediante el puente maestro. A continuation se trata el primer paquete de datos mediante el puente esclavo elegido. El primer paquete de datos comprende informaciones logicas, en base a las cuales se producen una forma de realization al menos parcial del primer protocolo de red sobre un puerto del puente esclavo, conectado al enlace de datos esclavo, y una activation del enlace de datos esclavo mediante el primer protocolo de red realizado sobre el puerto del puente esclavo.
En el documento EP 2 343 857 A1 se describe un nodo de red para una red de comunicaciones, que comprende una primera red parcial y una segunda red parcial conectada a la misma. Mientras que en la primera red parcial se utiliza un protocolo de arbol de expansion, en la segunda red parcial se utiliza un segundo protocolo que se diferencia de la primera red parcial. El nodo de red esta disenado como un elemento para la segunda red parcial y esta configurado para las comunicaciones dentro de la segunda red parcial. Ademas de esto el nodo de red esta configurado y disenado, mediante una funcionalidad de arbol de expansion, como un nodo principal de arbol de expansion, para monitorizar y controlar la segunda red parcial. De este modo la segunda red parcial puede tratarse mediante el protocolo de arbol de expansion utilizado en la primera red parcial como un nodo de red virtual, por medio de que el nodo de red como nodo principal de arbol de expansion para otros nodos de red de la segunda red parcial lleva a cabo una aplicacion de protocolo de arbol de expansion.
Del documento WO 2010/105828 A1 se conoce un procedimiento para hacer funcionar una red de comunicaciones con caracterlsticas redundantes, que presenta una topologla de red anular. Dentro de la red de comunicaciones unos aparatos de comunicaciones con sus puertos (del ingles ports) de datos estan unidos entre si a traves de llneas de datos e intercambian, en base a protocolos de comunicaciones, datos de control as! como datos utiles a traves de las llneas de datos. Para evitar una circulation sinfln de mensajes en mallas de la red de comunicaciones, mediante los protocolos de comunicaciones se impide una transmision de mensajes a traves de puertos de datos seleccionados de aparatos de comunicaciones aislados, con exception de mensajes para controlar o monitorizar la redundancia de medios. Dentro de la red de comunicaciones se aplican dos protocolos de comunicaciones diferentes mutuamente en paralelo en los aparatos de comunicaciones. Una aplicacion paralela de los diferentes protocolos de comunicaciones se consigue por ejemplo, por medio de que se asigna un control sobre los puertos de datos a bloquear a un protocolo de comunicaciones aislado. Alternativamente a esto para los protocolos de comunicaciones pueden elegirse unos parametros de tal manera que, mediante un primer protocolo de
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comunicaciones, no se bloquee ninguna conexion que se considere activa de forma correspondiente a un segundo protocolo de comunicaciones.
El documento DE 10 2007 015 539 A1 revela un procedimiento para reconfigurar una red de comunicaciones, compuesta por una primera red parcial con topologla de arbol y una segunda red parcial con topologla anular.
El objeto de la presente invencion consiste en especificar un procedimiento para la transmision de mensajes en una red de comunicaciones industrial que puede funcionar de forma redundante con al menos dos redes parciales que, si se utilizan al menos dos protocolos de comunicaciones diferentes, haga posible una activacion rapida de conexiones sustitutivas despues de una averla de aparatos o conexiones, as! como en producir un aparato de comunicaciones adecuado para llevar a cabo el procedimiento.
Este objeto es resuelto conforme a la invencion mediante un procedimiento con las caracterlsticas expuestas en la reivindicacion 1, as! como un aparato de comunicaciones con las caracterlsticas expuestas en la reivindicacion 13. En las reivindicaciones dependientes se exponen unos perfeccionamientos ventajosos de la presente invencion. De forma correspondiente al procedimiento conforme a la invencion se transmiten mensajes en una primera red parcial con topologla de arbol, de forma correspondiente a un protocolo de arbol de expansion. A este respecto unos aparatos de comunicaciones asociados a unos nodos de red de la primera red parcial intercambian entre ellos, para formar una topologla de arbol, mensajes con informaciones topologicas. En base a las informaciones topologicas intercambiadas se establece un nodo de red ralz, como elemento base de una topologla de arbol, mediante los aparatos de comunicaciones asociados a los nodos de red de la primera red parcial. Partiendo del nodo de red ralz se establecen unas conexiones sin bucles con los restantes nodos de red de la primera red parcial. En una segunda red parcial se transmiten mensajes de forma correspondiente a un protocolo de redundancia paralela o anular. La primera y la segunda red parcial estan acopladas entre ellas a traves de un gran numero de aparatos de comunicaciones. Los aparatos de comunicaciones asociados a los nodos de red de la primera o de la segunda red parcial son de forma preferida conmutadores (del ingles switches) o puentes (del ingles bridges). Los aparatos de comunicaciones asociados a nodos de red de la segunda red parcial intercambian entre ellos mensajes con informaciones topologicas de la primera red parcial, de forma correspondiente al protocolo de redundancia paralela o anular, y comparan las mismas con informaciones topologicas localmente presentes de la primera red parcial. En funcion de un resultado comparativo los aparatos de comunicaciones asociados a los nodos de red de la segunda red parcial establecen unas informaciones topologicas resultantes de la primera red parcial. Ademas de esto los aparatos de comunicaciones asociados a los nodos de red de la segunda red parcial adaptan, en base a las informaciones topologicas resultantes establecidas de la primera red parcial, su configuracion en cuanto a conexiones cerradas o abiertas a la primera de parcial.
Al contrario que en los planteamientos anteriores, dentro de la segunda red parcial no se produce conforme a la invencion ninguna aplicacion paralela de un protocolo de arbol de expansion y de un protocolo de redundancia paralela o anular. De forma preferida se transmiten mensajes entre los aparatos de comunicaciones asociados a los nodos de red de la segunda red parcial exclusivamente de forma correspondiente al protocolo de redundancia paralela o anular. De este modo no es necesario formar para la segunda red parcial ninguna topologla de arbol mediante un protocolo de arbol de expansion. Esto contribuye decisivamente a una activacion rapida de conexiones sustitutorias segun averlas de aparatos o conexiones. Ademas de esto se aplican el protocolo de arbol de expansion y el protocolo de redundancia paralela o anular, en la respectiva red parcial, fundamentalmente desacoplados uno del otro. La segunda red parcial se representa, para una aplicacion del protocolo de arbol de expansion en la primera red parcial, mediante un unico aparato de comunicaciones que enlaza entre si nodos de red en la primera red parcial. En total una aplicacion del protocolo de arbol de expansion en la primera red parcial para aparatos de comunicaciones en la segunda red parcial y a la inversa se manifiesta como transparente. Se consigue un desacoplamiento de este tipo mediante una tunelacion de informaciones topologicas de la primera red parcial mediante la segunda red parcial, as! como mediante un ajuste de las informaciones topologicas para formar informaciones topologicas resultantes en el sentido de una derivacion de las mejores informaciones. Estas informaciones topologicas resultantes pueden usarse a su vez para una aplicacion del protocolo de arbol de expansion en la primera red parcial.
Ademas de esto las informaciones topologicas resultantes de la primera red parcial se establecen uniformemente, conforme a la invencion, mediante todos los aparatos de comunicaciones asociados a los nodos de red de la segunda red parcial. A este respecto las informaciones topologicas para aparatos de comunicaciones asociados a los nodos de red de la primera red parcial se proporcionan para la aplicacion del protocolo de arbol de expansion en la primera red parcial.
De forma correspondiente a una conformation preferida del procedimiento conforme a la invencion las informaciones topologicas de la primera red parcial comprenden datos sobre las conexiones existentes entre nodos de red de la primera red parcial, y se establecen unas conexiones sin bucles que parten del nodo de red ralz con los restantes nodos de red de la primera red parcial en base a un establecimiento de costes de ruta mlnimos para el nodo de red ralz.
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En el caso del protocolo de arbol de expansion puede tratarse por ejemplo del protocolo de arbol de expansion (del ingles spanning tree protocol) correspondiente a la IEEE 802.1 d, del protocolo de arbol de expansion rapida (del ingles rapid spanning tree protocol) correspondiente a la IEEE 802.1w o del protocolo de arbol de expansion multiple (del ingles multiple spanning tree protocol) correspondiente a la IEEE 802.1. Los mensajes con informaciones topologicas de la primera red parcial son preferiblemente unidades de datos de protocolo puente (del ingles bridge protocol data units (BPDU)), que pueden comprender por ejemplo respectivamente un vector de prioridad de puerto (del ingles port priority vector), que se intercambia y ajusta entre los aparatos de comunicaciones asociados a los nodos de red de la segunda red parcial.
El protocolo de redundancia paralela o anular es por ejemplo el protocolo de redundancia paralela (del ingles parallel redundancy protocol) correspondiente a la IEC 62439-3, clausula (del ingles clause) 4, el protocolo de redundancia continua de alta disponibilidad (del ingles high availability seamless redundancy-protocol) correspondiente a la IEC 62439-3, clausula 5 o el protocolo de redundancia de medios (del ingles media redundancy protocol) correspondiente a la IEC 62439. Si se utiliza el protocolo de redundancia continua de alta disponibilidad como protocolo de redundancia anular, los aparatos de comunicaciones asociados a los nodos de red de la segunda red parcial comprenden de forma preferida respectivamente al menos una primera y una segunda unidad de emision y recepcion, que presentan respectivamente una interfaz para una conexion de red de la primera red parcial. La segunda red parcial presenta en este caso una topologla anular. Asimismo ambas unidades de emision y recepcion presentan una direccion de red identica y de forma preferida un identificador de aparato identico. Ademas de esto a las primeras y segundas unidades de emision y recepcion esta conectada ventajosamente en cada caso una unidad de tratamiento de senales, que transmite los mensajes a enviar en paralelo a ambas unidades de emision y detecta los mensajes redundantes recibidos por las unidades de recepcion. Ademas de esto a las unidades de tratamiento de senales esta conectado de forma preferida en cada caso un elemento de acoplamiento, a traves del cual un nodo de red sintonizado de forma sencilla o una red parcial sin redundancia esta conectado(a) a la unidad de tratamiento de senales. De forma correspondiente a otra conformacion del procedimiento conforme a la invention los mensajes redundantes entre ellos se etiquetan mediante un numero secuencial uniforme, en donde en una unidad de memoria asociada a la unidad de tratamiento de senales se archivan numeros secuenciales de mensajes ya recibidos sin errores. La unidad de tratamiento de senales puede comprobar de este modo, al recibir un nuevo mensaje, si su numero secuencial coincide con un numero secuencial ya archivado.
Si se utiliza el protocolo de redundancia de medios como protocolo de redundancia anular, de forma correspondiente a otra conformacion ventajosa de la presente invencion, en la segunda red parcial esta configurado un aparato de comunicaciones como unidad de monitorizacion y control. La segunda red parcial presenta en este caso una topologla anular. La unidad de monitorizacion y control detecta una interruption dentro de la topologla anular, en base a paquetes de datos de prueba enviados, y controla una transmision de paquetes de datos con datos utiles, que estan dirigidos a una primera conexion del aparato de comunicaciones configurado como unidad de monitorizacion y control, en una segunda conexion de este aparato de comunicaciones.
El aparato de comunicaciones conforme a la invencion esta previsto y es adecuado para una red de comunicaciones industrial que puede funcionar de forma redundante, que comprende una primera red parcial con topologla de arbol as! como transmision de mensajes de forma correspondiente a un protocolo de arbol de expansion, una segunda red parcial as! como transmision de mensajes de forma correspondiente a un protocolo de redundancia paralela o anular y un gran numero de aparatos de comunicaciones, que acoplan ambas redes parciales. Como medios para transmitir mensajes dentro de la segunda red parcial, de forma correspondiente al protocolo de redundancia paralela o anular, estan previstas por ejemplo una primera y una segunda unidad de emision y recepcion, una unidad de tratamiento de senales con una unidad multiplexora y una unidad de tratamiento de redundancia, as! como un elemento de acoplamiento conectado a la unidad de tratamiento de senales. El elemento de acoplamiento es de forma preferida un bus de alta velocidad, a traves del cual puede conectarse a la unidad de tratamiento de senales por ejemplo nodos de red sintonizados de forma sencilla o redes parciales sin redundancia. El elemento de acoplamiento puede ser en particular un conmutador de plano trasero (del ingles backplane switch) con controlador asociado. Alternativamente a esto el elemento de acoplamiento puede estar realizado basicamente tambien mediante una red de conmutacion matricial. La unidad de tratamiento de senales esta realizada de forma preferida mediante un dispositivo de puertas programables por campo (del ingles field programmable gate arrays (FPGA)).
El aparato de comunicaciones conforme a la invencion comprende asimismo unos medios para intercambiar mensajes con informaciones topologicas de la primera red parcial con otros aparatos de comunicaciones asociados a los nodos de red de la segunda red parcial, de forma correspondiente al protocolo de redundancia paralela o anular. Estos medios pueden estar realizados por ejemplo mediante la primera y la segunda unidad de emision y recepcion, la unidad de tratamiento de senales, el elemento de acoplamiento y un envoltorio (del ingles wrapper) de protocolo asociado a la unidad de tratamiento de senales. Las informaciones topologicas estan previstas conforme a la invencion para el establecimiento de un nodo de red ralz como elemento base de la topologla de arbol. A este respecto el nodo de red ralz forma un punto de partida para el establecimiento de conexiones sin bucles con los restantes nodos de red de la primera red parcial. Ademas de esto estan previstos unos medios para comparar mensajes intercambiados con informaciones topologicas de la primera red parcial con informaciones topologicas localmente presentes de la primera red local y para establecer informaciones topologicas resultantes de la primera
red local en funcion de un resultado comparative. Estos medios pueden estar realizados por ejemplo mediante la unidad de tratamiento de senales.
Ademas de esto el aparato de comunicaciones conforme a la invencion comprende unos medios para su adaptacion de configuracion en cuanto a conexiones cerradas o abiertas con la primera red parcial, en base a las informaciones 5 topologicas resultantes establecidas de la primera red parcial. Estos medios pueden estar realizados por ejemplo mediante un controlador del elemento de acoplamiento. El aparato de comunicaciones conforme a la invencion esta disenado para una transmision de mensajes dentro de la segunda red parcial, exclusivamente de forma correspondiente al protocolo de redundancia paralela o anular. Por ello el protocolo de arbol de expansion y el protocolo de redundancia paralela o anular pueden aplicarse, en la red parcial respectiva, fundamentalmente 10 desacoplados uno del otro. Esto hace posible unos tiempos de recuperacion (del ingles recovery) claramente reducidos despues de averlas de aparatos o conexion.
El protocolo de redundancia paralela o anular puede ser por ejemplo el protocolo de redundancia paralela, el protocolo de redundancia continua de alta disponibilidad o el protocolo de redundancia de medios. Si en el protocolo de redundancia anular se trata del protocolo de redundancia continua de alta disponibilidad, los aparatos de 15 comunicaciones asociados a los nodos de red de la segunda red parcial comprenden de forma preferida respectivamente al menos una primera y una segunda unidad de emision y recepcion, que presentan respectivamente una interfaz para comunicaciones de red de la segunda red parcial. La segunda red parcial presenta en este caso una topologla anular. Ademas de esto ambas unidades de emision y recepcion presentan una direccion de red identica y un identificador de aparato identico. De forma preferida a la primera y a la segunda 20 unidad de emision y recepcion esta unida una unidad de tratamiento de senales, que comprende una unidad multiplexora para la transmision paralela de mensajes a enviar en ambas unidades de emision y una unidad de tratamiento de redundancia para el tratamiento de mensajes recibidos en ambas unidades de recepcion. Ademas de esto la unidad de tratamiento de redundancia presenta de forma preferida una unidad de filtro, que esta disenada para una deteccion de mensajes redundantes recibidos. A la unidad de tratamiento de senales puede estar 25 conectado ademas un elemento de acoplamiento, a traves del cual puede estar conectado a la unidad de tratamiento de senales por ejemplo un nodo de red sintonizado de forma sencilla o una red parcial sin redundancia.
De forma correspondiente a otra conformation del aparato de comunicaciones conforme a la invencion los mensajes redundantes entre ellos estan etiquetados mediante un numero secuencial uniforme. A este respecto a la unidad de tratamiento de senales esta asociada de forma preferida una unidad de memoria, que esta disenada para archivar 30 numeros secuenciales de mensajes ya recibidos sin errores. La unidad de tratamiento de redundancia esta disenada para comprobar un numero secuencial ya archivado al recibir un mensaje nuevo.
A continuation se explica con mas detalle la invencion con un ejemplo de realization, en base al dibujo. Aqul muestran
la figura 1 una red de comunicaciones industrial que puede funcionar de forma redundante, que comprende una 35 primera red parcial con topologla de arbol y una segunda red parcial con topologla anular, en un estado de conexion sin errores,
la figura 2 la red de comunicaciones conforme a la figura 1 en un estado con un error de conexion en la segunda red parcial,
la figura 3 la red de comunicaciones conforme a la figura 1 en un estado con un error de conexion en la primera red 40 parcial,
la figura 4 un aparato de comunicaciones, que esta asociado a un nodo de red de la segunda red parcial,
la figura 5 un aparato de comunicaciones, que esta asociado a un nodo de red de una red parcial, en el que se utiliza un protocolo de redundancia paralela.
La red de comunicaciones industrial representada en la figura 1 comprende una primera red parcial 1 con topologla 45 de arbol as! como una transmision de mensajes de forma correspondiente a un protocolo de arbol de expansion, y una segunda red parcial 2 con topologla anular as! como una transmision de mensajes de forma correspondiente a un protocolo de redundancia anular. Los mensajes entre los aparatos de comunicaciones 201-206 asociados a los nodos de red de la segunda red parcial 2 se transmiten exclusivamente de forma correspondiente al protocolo de redundancia anular.
50 La primera 1 y la segunda red parcial 2 estan acopladas entre ellas a traves de un gran numero de aparatos de comunicaciones 101, 104, 105, 110, 202, 203, 205, 206. Para evitar conexiones de bucle indeseadas se han activado en el presente ejemplo de realizacion solo tres conexiones entre los aparatos de comunicaciones 101, 104, 105, 110, 202, 203, 205, 206. Las conexiones desactivadas se han representado en las figuras mediante llneas a
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trazos, mientras que las ilneas continuas simbolizan conexiones activadas. Esto es aplicable a ambas redes parciales 1, 2.
Los aparatos de comunicaciones 101-110 asociados a los nodos de red de la primera red parcial 1 se intercambian entre ellos mensajes con informaciones topologicas, para formar una topologla de arbol, y establecen, en base a las informaciones topologicas intercambiadas, un nodo de red ralz como elemento base de una topologla de arbol. El protocolo de arbol de expansion es en el presente ejemplo de realizacion el protocolo de arbol de expansion rapida. Sin embargo, los modos de realizacion siguientes son igualmente validos para el protocolo de arbol de expansion, el protocolo de arbol de expansion multiple o protocolos de arbol de expansion comparables. En el presente ejemplo de realizacion el nodo de red asociado al aparato de comunicaciones 101 se ha determinado como nodo de red ralz en base al identificador de nodo y a la prioridad asociada, de forma correspondiente al protocolo de arbol de expansion rapida. El aparato de comunicaciones 101 representa de este modo un puente ralz (del ingles root bridge). Los mensajes 100 con informaciones topologicas de la primera red parcial 1, intercambiados entre los aparatos de comunicaciones 101-110 de la primera red parcial 1, pueden ser por ejemplo unidades de datos de protocolo puente (BPDU), mediante las cuales los aparatos de comunicaciones 101-110 de la primera red parcial 1 configuran sus estados de puerto. Mediante una configuracion de los estados de puerto se activan o desactivan en particular conexiones entre nodos de red.
Partiendo del nodo de red ralz se establecen conexiones sin bucles con los restantes nodos de red de la primera red parcial 1. Esto es tambien aplicable a conexiones de transito a traves de la segunda red parcial 2 con topologla anular. Para ello intercambian entre ellos los aparatos de comunicaciones 201-206 asociados a los nodos de red de la segunda red parcial 2 mensajes 200 con informaciones topologicas de la primera red parcial 1, de forma correspondiente al protocolo de redundancia anular, y comparan los mismos con informaciones topologicas localmente presentes de la primera red local. Los mensajes 200 con informaciones topologicas de la primera red parcial 1, intercambiados entre los aparatos de comunicaciones 201-206 de la segunda red parcial 2, comprenden en el presente ejemplo de realizacion respectivamente un vector de prioridad de puerto (del ingles port priority vector), a partir de cuyo ajuste todos los aparatos de comunicaciones 201-206 establecen uniformemente, en funcion de un resultado comparativo, un vector de prioridad ralz (del ingles root priority vector)como informaciones topologicas resultantes de la primera red parcial 1. En base a las informaciones topologicas resultantes establecidas de la primera red parcial 1, los aparatos de comunicaciones 201-206 asociados a los nodos de red de la segunda red parcial 2 adaptan su configuracion a la primera red parcial 1 en cuanto a conexiones cerradas o abiertas. Los aparatos de comunicaciones 101-110, 201-206 asociados a los nodos de red de la primera 1 y de la segunda red parcial 2 son en el presente ejemplo de realizacion conmutadores o puentes.
Las informaciones topologicas de la primera red parcial 1 resultantes, establecidas uniformemente por los aparatos de comunicaciones 201-206 de la segunda red parcial 2, se proporcionan tambien a los aparatos de comunicaciones 101-110 de la primera red parcial 1 para aplicar el protocolo de arbol de expansion en la primera red parcial 1. De este modo la segunda red parcial 2 puede representarse, para una aplicacion del protocolo de arbol de expansion en la primera red parcial 1, mediante un unico aparato de comunicaciones asociado que conecta entre si nodos de red, en particular mediante un puente RSTP funcional, en la primera red parcial 1. Por ello las conexiones de transito a traves de la segunda red parcial 2 son transparentes para los aparatos de comunicaciones de la primera red parcial 1.
Las informaciones topologicas de la primera red parcial 1 comprenden en particular datos sobre los enlaces existentes entre nodos de red de la primera red parcial 1 y sus costes de ruta. En base al establecimiento de unos costes de ruta mlnimos para el nodo de red ralz, los aparatos de comunicaciones 101-110 de la primera red parcial establecen interactuando de forma autonoma unas conexiones sin bucles, que parten del nodo de red ralz, con los restantes nodos de red de la primera red parcial 1. Pueden deducirse mas detalles sobre ello, con relacion al protocolo de arbol de expansion rapida, por ejemplo de la IEEE 802.1w.
En un estado de conexion sin errores, para evitar conexiones con bucle, de forma correspondiente a la figura 1 estan desactivadas las conexiones entre los aparatos de comunicaciones 103 y 104, 104 y 202, 203 y 204, 106 y 108, 107 y 108 as! como 107 y 109. En el caso de un error de conexion representado en la figura 2, en la segunda red parcial 2 entre los aparatos de comunicaciones 201 y 202, se activa de forma correspondiente al protocolo de redundancia anular aplicado en la segunda red parcial 2 la conexion entre los aparatos de comunicaciones 203 y 204, sin que ello tenga efectos sobre la primera red parcial 1. De forma correspondiente un error de conexion entre los aparatos de comunicaciones 206 y 105 representado en la figura 3 tampoco tiene ninguna consecuencia de gran importancia sobre la segunda red parcial 2. Para el tratamiento de errores solo queda activada precisamente, de forma correspondiente al protocolo de arbol de expansion utilizado en la primera red parcial 1, la conexion entre los aparatos de comunicaciones 205 y 110, sin que ello tenga efectos sobre los restantes aparatos de comunicaciones 201-204, 206. Unas medidas de tratamiento de errores adicionales, precisamente una activacion de las conexiones entre los aparatos de comunicaciones 106 y 108 as! como 107 y 108 y una desactivacion de la conexion entre los aparatos de comunicaciones 105 y 107, quedan limitadas a la primera red parcial 1. Un tratamiento de errores puede realizarse por lo tato basicamente siempre en la red parcial afectada directamente por un error o una perturbacion, sobre la base de un protocolo de comunicaciones all! utilizado.
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En la figura 4 se han representado con mas detalle un aparato de comunicaciones 201 asociado a un nodo de red de la segunda red parcial 2 y esta conectado en una estructura anular a otros aparatos de comunicaciones 202-206. Basicamente tambien los restantes aparatos de comunicaciones 202-206 de la segunda red parcial 2 pueden estar estructurados de forma identica. Un aparato de comunicaciones 204 puede estar asociado por ejemplo a un sistema de adquisicion de datos y control de supervision (del ingles supervisory control and data acquisition (SCADA)) de un sistema industrial de automatizacion de fabricacion o procesamiento.
Como medios para la transmision de mensajes dentro de la segunda red parcial, el aparato de comunicaciones 201 comprende al menos una primera 11 y una segunda unidad de emision y recepcion 12, una unidad de tratamiento de senales 13 con una unidad multiplexora 131 y una unidad de tratamiento de redundancia 132 as! como un elemento de acoplamiento 14 conectado a la unidad de tratamiento de senales 13. Ambas unidades de emision y recepcion 11, 12 presentan una direccion de red identica y un identificador de aparatos MAC identico. Si se utiliza una solucion basada en PC con dos tarjetas de ampliation de red de comunicaciones, sin embargo, estas pueden presentar diferentes direcciones MAC. En este caso una de las dos direcciones MAC es utilizada por ambas tarjetas de ampliacion uniformemente para procesos de emision o recepcion, como direccion MAC comun.
La unidad multiplexora 131 se usa para la transmision paralela de paquetes de datos a enviar a ambas unidades de emision 11, 12, mientras que la unidad de tratamiento de redundancia 132 esta prevista para el tratamiento de los paquetes de datos 40, 41 recibidos por ambas unidades de recepcion 11, 12. La unidad de tratamiento de redundancia 132 comprende ademas una unidad de filtro 133, que esta disenada para una detection de paquetes de datos redundantes recibidos.
La unidad de tratamiento de senales esta reAalizada en el presente ejemplo de realization mediante un dispositivo de puertas programables por campo (FPGA). El elemento de acoplamiento 14 es un conmutador de plano trasero con controlador asociado y conecta varios aparatos de automatizacion 31-33 a la unidad de tratamiento de senales 13. Asimismo el elemento de acoplamiento 14 esta conectado, a traves de respectivamente una conexion inter- enlace (del ingles interlink), a los aparatos de automatizacion 31-33. La unidad de tratamiento de senales 13 presenta una unidad de memoria 135, en la que esta archivada una tabla de nodo proximal (del ingles proxy node table) con datos sobre todos los aparatos de automatizacion 31-33 conectados al elemento de acoplamiento 14.
Como medios para intercambiar mensajes 200 de la primera red parcial 1, de forma correspondiente al protocolo de redundancia anular, el aparato de comunicaciones 201 representado en al figura 4 comprende la primera 11 y la segunda unidad de emision y recepcion 12, la unidad de tratamiento de senales 13, el elemento de acoplamiento 14 y un envoltorio de protocolo 136 asociado a la unidad de tratamiento de senales. Ademas de esto la unidad de tratamiento De senales 13 esta prevista para comparar mensajes 200, con informaciones topologicas de la primera red local 1 intercambiadas, con unas informaciones topologicas presentes en el aparato de comunicaciones 201. Ademas de esto la unidad de tratamiento de senales 13 esta conformada y disenada, en el presente ejemplo de realizacion, para establecer informaciones topologicas resultantes de la primera red parcial 1 en funcion de un resultado comparativo.
Ademas de esto el controlador 142 del elemento de acoplamiento 14 esta previsto ventajosamente para adaptar la configuration del aparato de comunicaciones 201 en cuanto a las conexiones cerradas o abiertas a la primera red parcial 1. La adaptation de configuracion se realiza a este respecto en base a las informaciones topologicas resultantes establecidas de la primera red parcial 1.
El aparato de comunicaciones 201 esta disenado de forma preferida para una transmision de mensajes tanto de forma correspondiente al protocolo de redundancia continua de alta disponibilidad como de forma correspondiente al protocolo de redundancia de medios. Para una transmision de mensajes de forma correspondiente al protocolo de redundancia continua de alta disponibilidad, la unidad de tratamiento de redundancia 132 comprende una unidad de memoria 134, que esta disenada para archivar numeros secuenciales de mensajes ya recibidos sin errores. De este modo la unidad de tratamiento de redundancia 132, al recibir un nuevo mensaje, puede comprobar si su numero secuencial coincide con un numero secuencial ya archivado y, dado el caso, rechazar mensajes redundantes que estan etiquetados mediante un numero secuencial uniforme y se han detectado de forma correspondiente a ello.
Las caracterlsticas de los ejemplos de realizacion descritos anteriormente pueden estar realizadas tanto individualmente como en una combination descrita unas con otras. En particular una aplicacion de la presente invention no esta limitada a una segunda red parcial, en la que se utilice un protocolo de redundancia anular, sino que los modos de realizacion anteriores son analogamente validos tambien para una segunda red parcial, en la que se utilice un protocolo de redundancia paralela como el protocolo de redundancia paralela. En la figura 5 se ha representado a modo de ejemplo un aparato de comunicaciones 201 para una segunda red parcial, en el que se utiliza el protocolo de redundancia paralela. En este caso la segunda red parcial comprende por ejemplo dos redes locales 21, 22 mutuamente redundantes, a las que esta conectada respectivamente una unidad de recepcion y recepcion 11, 12 del aparato de comunicaciones 201 representado en la figura 5, que por lo demas comprende unos componentes correspondientes como el aparato de comunicaciones 201 representado en al figura 4. Entre estos se encuentran en particular una unidad de tratamiento de senales 13 con unidad multiplexora 131, una unidad de
tratamiento de redundancia 132, una unidad de memoria 135 para una tabla de nodo proximal y un envoltorio de protocolo 135, as! como un elemento de acoplamiento 14 con un controlador asociado. En cuanto a su funcionalidad estos componentes se corresponden, transferido al protocolo de redundancia paralela, con los del aparato de comunicaciones representado en la figura 4.

Claims (21)

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    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para la transmision de mensajes en una red de comunicaciones industrial que puede funcionar de forma redundante, en el que
    - se transmiten mensajes en una primera red parcial (1) con topologla de arbol, de forma correspondiente a un protocolo de arbol de expansion, en donde unos aparatos de comunicaciones (101-110) asociados a unos nodos de red de la primera red parcial intercambian entre ellos, para formar una topologla de arbol, mensajes (100) con informaciones topologicas y, en base a las informaciones topologicas intercambiadas, se establece un nodo de red ralz como elemento base de una topologla de arbol, mediante los aparatos de comunicaciones (101-110) asociados a los nodos de red de la primera red parcial, y en donde partiendo del nodo de red ralz se establecen unas conexiones sin bucles con los restantes nodos de red de la primera red parcial (1),
    - en una segunda red parcial (2) se transmiten mensajes de forma correspondiente a un protocolo de redundancia paralela o anular,
    - la primera y la segunda red parcial (1, 2) estan acopladas entre ellas a traves de un gran numero de aparatos de comunicaciones (101, 104, 105, 110; 201, 203, 205, 206),
    - los aparatos de comunicaciones (201-206) asociados a los nodos de red de la segunda red parcial (2) intercambian entre ellos mensajes (200) con informaciones topologicas de la primera red parcial (1), de forma correspondiente al protocolo de redundancia paralela o anular, comparan las mismas con informaciones topologicas localmente presentes de la primera red parcial (1) y, en funcion de un resultado comparativo establecen unas informaciones topologicas resultantes de la primera red parcial (1), en donde las informaciones topologicas resultantes de la primera red parcial (1) se establecen uniformemente, mediante todos los aparatos de comunicaciones (201-206) asociados a los nodos de red de la segunda red parcial (2),
    - los aparatos de comunicaciones (201-206) asociados a los nodos de red de la segunda red parcial (2) adaptan, en base a las informaciones topologicas resultantes establecidas de la primera red parcial (1), su configuracion en cuanto a conexiones cerradas o abiertas a la primera de parcial (1),
    - mediante los aparatos de comunicaciones (201-206) asociados a los nodos de red de la segunda red parcial (2) se proporcionan unas informaciones topologicas resultantes uniformes para la aplicacion del protocolo de arbol de expansion en la primera red parcial (1).
  2. 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que las informaciones topologicas de la primera red parcial comprenden datos sobre los enlaces existentes entre nodos de red de la primera red parcial, y en el que se establecen unas conexiones sin bucles que parten del nodo de red ralz con los restantes nodos de red de la primera red parcial, en base a un establecimiento de costes de ruta mlnimos para el nodo de red ralz.
  3. 3. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 o 2, en el que se transmiten mensajes entre los aparatos de comunicaciones asociados a los nodos de red de la segunda red parcial exclusivamente de forma correspondiente al protocolo de redundancia paralela o anular.
  4. 4. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la segunda red parcial se representa, para una aplicacion del protocolo de arbol de expansion en la primera red parcial, mediante un unico aparato de comunicaciones que enlaza entre si nodos de red en la primera red parcial.
  5. 5. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el protocolo de arbol de expansion es el protocolo de arbol de expansion, el protocolo de arbol de expansion rapida o el protocolo de arbol de expansion multiple.
  6. 6. Procedimiento segun la reivindicacion 5, en el que los mensajes con informaciones topologicas de la primera red parcial son unidades de datos de protocolo puente.
  7. 7. Procedimiento segun la reivindicacion 5 o 6, en el que los mensajes con informaciones topologicas de la primera red parcial comprenden respectivamente un vector de prioridad de puerto, que se intercambia y ajusta entre los aparatos de comunicaciones asociados a los nodos de red de la segunda red parcial.
  8. 8. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que los aparatos de comunicaciones asociados a los nodos de red de la primera y/o de la segunda red parcial son conmutadores o puentes.
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  9. 9. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el protocolo de redundancia paralela o anular es el protocolo de redundancia paralela, el protocolo de redundancia continua de alta disponibilidad o el protocolo de redundancia de medios.
  10. 10. Procedimiento segun la reivindicacion 9, en el que la segunda red parcial presenta una topologla anular, y en el que el protocolo de redundancia paralela o anular es el protocolo de redundancia continua de alta disponibilidad, y en el que los aparatos de comunicaciones asociados a los nodos de red de la segunda red parcial comprenden respectivamente al menos una primera y una segunda unidad de emision y recepcion, que presentan respectivamente una interfaz para una conexion de red de la segunda red parcial, en donde ambas unidades de emision y recepcion presentan una direccion de red identica y un identificador de aparato identico, y en el que a las primeras y segundas unidades de emision y recepcion esta conectada en cada caso una unidad de tratamiento de senales, que transmite los mensajes a enviar en paralelo a ambas unidades de emision y detecta los mensajes redundantes recibidos por las unidades de recepcion, y en el que a las unidades de tratamiento de senales esta conectado en cada caso un elemento de acoplamiento, a traves del cual un nodo de red sintonizado de forma sencilla o una red parcial sin redundancia esta conectado(a) a la unidad de tratamiento de senales.
  11. 11. Procedimiento segun la reivindicacion 10, en el que los mensajes redundantes entre ellos se etiquetan mediante un numero secuencial uniforme, y en donde en una unidad de memoria asociada a la unidad de tratamiento de senales se archivan numeros secuenciales de mensajes ya recibidos sin errores, y en el que la unidad de tratamiento de senales puede comprobar, al recibir un nuevo mensaje, si su numero secuencial coincide con un numero secuencial ya archivado.
  12. 12. Procedimiento segun la reivindicacion 9, en el que la segunda red parcial presenta una topologla anular, y en el que el protocolo de redundancia paralela o anular es el protocolo de redundancia de medios, y en el que en la segunda red parcial esta configurado un aparato de comunicaciones como unidad de monitorizacion y control, que detecta una interrupcion dentro de la topologla anular, en base a paquetes de datos de prueba enviados, y controla una transmision de paquetes de datos con datos utiles, que estan dirigidos a una primera conexion del aparato de comunicaciones configurado como unidad de monitorizacion y control, en una segunda conexion de este aparato de comunicaciones.
  13. 13. Aparato de comunicaciones para una red de comunicaciones industrial que puede funcionar de forma redundante, que comprende una primera red parcial (1) con topologla de arbol as! como transmision de mensajes de forma correspondiente a un protocolo de arbol de expansion, una segunda red parcial (2) con transmision de mensajes de forma correspondiente a un protocolo de redundancia paralela o anular y un gran numero de aparatos de comunicaciones (101, 104, 105, 110; 2O2, 203, 205, 206), que acoplan ambas redes parciales, con
    - unos medios para transmitir mensajes (11, 12) dentro de la segunda red parcial (2), de forma correspondiente al protocolo de redundancia paralela o anular,
    - unos medios (11, 12) para intercambiar mensajes (100) con informaciones topologicas de la primera red parcial (1) con otros aparatos de comunicaciones (201-206) asociados a los nodos de red de la segunda red parcial (2), de forma correspondiente al protocolo de redundancia paralela o anular, en donde las informaciones topologicas estan previstas para el establecimiento de un nodo de red ralz como elemento base de la topologla de arbol, y en donde el nodo de red ralz forma un punto de partida para el establecimiento de conexiones sin bucles con los restantes nodos de red de la primera red parcial (1),
    - unos medios (13) para comparar mensajes (100) intercambiados con informaciones topologicas de la primera red parcial (1) con informaciones topologicas localmente presentes de la primera red local y para el establecimiento uniforme dentro de la segunda red parcial (2) de informaciones topologicas resultantes de la primera red local (1) en funcion de un resultado comparativo, en donde mediante los aparatos de comunicaciones (201-206) asociados a los nodos de red de la segunda red parcial (2) se proporcionan unas informaciones topologicas resultantes uniformes para aplicar el protocolo de arbol de expansion en la primera red parcial (1),
    - unos medios (14) para adaptar la configuration del aparato de comunicaciones en cuanto a conexiones cerradas y/o abiertas a la primera de parcial (1), en base a las informaciones topologicas resultantes establecidas de la primera red parcial (1).
  14. 14. Aparato de comunicaciones segun la reivindicacion 13, en el que el aparato de comunicaciones esta disenado para una transmision de mensajes dentro de la segunda red parcial, exclusivamente de forma correspondiente al protocolo de redundancia paralela o anular.
  15. 15. Aparato de comunicaciones segun una de las reivindicaciones 13 o 14, en el que el protocolo de arbol de expansion es el protocolo de arbol de expansion, el protocolo de arbol de expansion rapida o el protocolo de arbol de expansion multiple.
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  16. 16. Aparato de comunicaciones segun la reivindicacion 15, en el que los mensajes con informaciones topologicas de la primera red parcial son unidades de datos de protocolo puente.
  17. 17. Aparato de comunicaciones segun la reivindicacion 15 o 16, en el que los mensajes con informaciones topologicas comprenden respectivamente un vector de prioridad de puerto, que se intercambia y ajusta entre los aparatos de comunicaciones asociados a los nodos de red de la segunda red parcial.
  18. 18. Aparato de comunicaciones segun una de las reivindicaciones 13 a 17, en el que los aparatos de comunicaciones asociados a los nodos de red de la primera y/o de la segunda red parcial son conmutadores o puentes.
  19. 19. Aparato de comunicaciones segun una de las reivindicaciones 13 a 18, en el que el protocolo de redundancia paralela o anular es el protocolo de redundancia paralela, el protocolo de redundancia continua de alta disponibilidad o el protocolo de redundancia de medios.
  20. 20. Aparato de comunicaciones segun la reivindicacion 19, en el que la segunda red parcial presenta una topologla anular, y en el que el protocolo de redundancia paralela o anular es el protocolo de redundancia continua de alta disponibilidad, y en el que los aparatos de comunicaciones asociados a los nodos de red de la segunda red parcial comprenden respectivamente al menos una primera y una segunda unidad de emision y recepcion, que presentan respectivamente una interfaz para una conexion de red de la segunda red parcial, en donde ambas unidades de emision y recepcion presentan una direccion de red identica y un identificador de aparato identico, y en el que a las primeras y segundas unidades de emision y recepcion esta conectada en cada caso una unidad de tratamiento de senales, y en el que la unidad de tratamiento de senales presenta una unidad multiplexora para la transmision paralela de mensajes a enviar en ambas unidades de emision y una unidad de tratamiento de redundancia para el tratamiento de mensajes recibidos en ambas unidades de recepcion, en donde la unidad de tratamiento de redundancia comprende una unidad de filtro, que esta disenada para una deteccion de mensajes redundantes recibidos, y en el que a las unidades de tratamiento de senales esta conectado respectivamente un elemento de acoplamiento, a traves del cual esta conectado a la unidad de tratamiento de senales un nodo de red sintonizado de forma sencilla o una red parcial sin redundancia.
  21. 21. Aparato de comunicaciones segun la reivindicacion 20, en el que los mensajes redundantes entre ellos se etiquetan mediante un numero secuencial uniforme, y en el que esta asociada una unidad de memoria a la unidad de tratamiento de senales, que esta disenada para archivar numeros secuenciales de mensajes ya recibidos sin errores, y en el que la unidad de tratamiento de redundancia esta disenada para comprobar, al recibir un nuevo mensaje, un numero secuencial ya archivado.
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