JP2004515122A

JP2004515122A - データを並列伝送するシステムと方法

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Publication number: JP2004515122A
Application number: JP2002544935A
Authority: JP
Inventors: クラウゼ、カール‐ハインツ
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-11-24
Filing date: 2001-11-16
Publication date: 2004-05-20
Anticipated expiration: 2021-11-16
Also published as: ATE388559T1; DE50113709D1; DE10058524A1; US8064482B2; ES2300386T3; US20090034524A1; WO2002043336A1; US20100232430A1; US8179923B2; CN100409641C; EP1388238B1; CN1476702A; WO2002043336A9; JP3854578B2; EP1388238A1; US20020064157A1

Abstract

加入者と結合ユニットを含む切換可能なデータ網内で、周期的な作動で実時間及び非実時間臨界的な通信を可能にする。伝送サイクル（１２）内に切換可能なデータ網の全加入者と結合ユニットに対し各々実時間臨界的なデータを伝送する少なくとも１つの範囲（１３）と非実時間臨界的なデータを伝送する少なくとも１つの範囲（１４）を設け、実時間臨界的な通信を非実時間臨界的な通信から隔離する。全加入者と結合ユニットを常に共通の時間ベースで同期化し、全加入者と結合ユニットに対しデータを伝送する各範囲を各々同一の時点で、実時間臨界的な通信は非実時間臨界的な通信と時間的に別個に行う。元の送信者からのデータテレグラムの注入と関与する結合ユニットを用いた転送は時間ベースで行う。各結合ユニット内の一時記憶で、任意の時点に生じ、自発的なインターネットでの実時間臨界的な通信を、非実時間臨界的な通信のための伝送範囲にずらす。

Description

【０００１】
本発明は切換可能なデータ網、特に産業設備内のイーサネット（登録商標）を経て、実時間および非実時間臨界的なデータを並列に伝送するシステムと方法に関する。
【０００２】
データ網は、網結合、即ち個々の加入者の相互接続により複数の加入者間の通信を可能にする。その際通信は、加入者間のデータ伝送を意味する。伝送すべきデータは、データテレグラムとして送られる。即ちデータは複数のパケットにまとめられ、かつこの形態でデータ網を経て相応の受信器に送られる。従ってデータパケットとも呼ばれる。データ伝送という語は、本明細書では、上述のデータテレグラムやデータパケットの伝送と完全に同義に使用する。網結合自体は、例えば切換可能な高能力データ網、特にイーサネットでは２つの加入者間に、両加入者と接続された各少なくとも１つの結合ユニットを接続することで生ずる。各結合ユニットは、２つ以上の加入者と接続していてもよい。加入者が結合ユニットと一体構成であれば、結合ユニットは他の結合ユニット又は加入者とのみ接続され、即ち端末装置を成していてよい。各加入者は少なくとも１つの結合ユニットと接続されているが、直接他の加入者と接続されていない。加入者は、例えばコンピュータ、プログラム記憶式制御（ＳＰＳ）又は電子的なデータを他の機械と交換、特に処理する他の機械である。各加入者がデータ網の他の各加入者に直接データバスを経て到達し得るバスシステムと対照的に、切換可能なデータ網は専らポイントツーポイント接続である。即ち加入者は、切換可能なデータ網の他の全加入者に間接的に、１つ又は複数の結合ユニットを用いた伝送すべきデータの転送によってのみ到達し得る。
【０００３】
分散型の自動化システム、例えば駆動技術の領域では、特定のデータは特定の時点でそれに対し特定の加入者に入り、かつ受信器で処理されねばならない。その際、特定の場所にデータが非適時に入ると加入者に不所望の結果に生ずるために、実時間臨界的なデータ又はデータ伝送と呼ばれる。ＩＥＣ６１４９１，ＥＮ６１４９１ＳＥＲＣＯＳインターフェース技術的な短い説明（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｅｒｃｏｓ．ｄｅ．ｄｅｕｔｓｃｈ／ｉｎｄｅｘ＿ｄｅｕｔｓｃｈ．ｈｔｍ）によれば、分散型の自動化システム内で前記形式の成功裡の実時間臨界的なデータ伝送が保証される。
【０００４】
本発明の課題は、切換可能なデータ網、特に産業設備の範囲内のイーサネットを経てデータ伝送するためのシステムおよび方法であって、同一のデータ網内で実時間臨界的および非実時間臨界的な、特にインターネット又はイントラネットベースのデータ通信を可能にするシステムと方法を提供することである。
【０００５】
方法に関する課題は、切換可能なデータ網、特に産業設備の範囲内のイーサネットを介して実時間臨界的および非実時間臨界的なデータを伝送する方法において、実時間臨界的および非実時間臨界的なデータを伝送し、その際切換可能なデータ網を少なくとも２つの加入者、特に送信者と受信者の間に構成し、データを設定可能な継続時間を有する少なくとも１つの伝送サイクル内で伝送し、各伝送サイクルを実時間制御のために実時間臨界的なデータを伝送する少なくとも１つの第１の範囲と、非実時間臨界的なデータを伝送する少なくとも１つの第２の範囲とに分割することを特徴とする方法により解決される。
【０００６】
システムに関する課題は、切換可能なデータ網、特に産業設備の範囲内のイーサネットを経て実時間臨界的および非実時間臨界的なデータを伝送するシステムにおいて、該システムが、切換可能なデータ網と結合可能な少なくとも１つのデータ処理装置を有し、実時間臨界的および非実時間臨界的なデータを伝送し、その際に切換可能なデータ網を少なくとも２つの加入者、特に送信者と受信者の間に形成し、更に設定可能な継続時間を持つ少なくとも１つの伝送サイクル内でデータを伝送する少なくとも１つの手段を有し、各伝送サイクルが実時間制御のために実時間臨界的なデータを伝送する少なくとも１つの第１の範囲と、非実時間臨界的なデータを伝送する少なくとも１つの第２の範囲とに分割されたことで解決される。
【０００７】
本発明は、開いたインタネットベースの通信が自発性の通信である、即ちこの形式の通信は、時点も、その際に転送すべきデータ量も共に予め決定不能という認識に基づく。そのためバスシステムの伝送線上での衝突や、切換可能な高速度網、特に高速度イーサネットやスイッチドイーサネットの結合ユニット内での衝突を排除する必要がある。インターネット通信技術の利点を自動化技術、特に駆動技術の範囲内の切換可能なデータ網内の実時間通信の際にも利用するには、実時間通信とその他の自発性の非実時間通信との混合作動が望ましい。これは、ここに考察する用途では、主に周期的に起り、かつその結果予め計画可能な実時間通信を、それと対照的に計画不能な、非実時間臨界的な通信、特に開いたインタネットベースの通信から厳密に隔てることで可能になる。
【０００８】
その際加入者間の通信は伝送サイクル内で行われ、各伝送サイクルは例えば産業設備の実時間制御のための少なくとも１つの第１の範囲と、例えば開いたインターネット可能な通信の際の非時間臨界的なデータの伝送のための少なくとも１つの第２の範囲とに分割される。本発明の特に有利な実施例は、各加入者に、伝送すべきデータの送信、受信および伝送すべきデータの転送の少なくとも１つの目的で設けた結合ユニットを対応付けることを特徴としている。
【０００９】
本発明の特に有利な実施例は、切換可能なデータ網の全加入者および結合ユニットが、互いの時間同期により常に共通の同期した時間ベースを有することを特徴とする。このことは計画不能な、非実時間通信からの計画可能な実時間通信の隔離のための前提条件である。計画可能な実時間臨界的な通信と計画不能な非実時間通信の隔離は、未公開の独国特許出願第１０００４４２５．５号明細書による時間同期化のための方法の応用により保証される。この方法を分散型の自動化システムの連続作動中も永続的に応用することで、切換可能なデータ網の全加入者および結合ユニットは常に共通の時間ベース上で同期化されており、このことは全加入者と結合ユニットに対し、各伝送サイクルの等しい開始点および等しい長さを意味する。全ての実時間臨界的なデータの伝送は知られており、従ってまた予め計画できるので、全加入者と結合ユニットに対し、実時間通信が障害、例えば衝突が実時間臨界的なデータテレグラムのデータ伝送の際に生じず、かつ全ての計画した臨界的なデータ転送時点を正確に守るべく制御することを保証する。
【００１０】
本発明の別の実施例は、実時間臨界的な通信のために設けた伝送サイクルの範囲の間に、伝送すべき全ての非実時間臨界的なデータを各結合ユニットで一時記憶し、かつ非実時間臨界的な通信のために設けたこの又は後続の伝送サイクルの範囲（１４）の間に伝送することを特徴とする。即ち実時間通信のために残っている伝送サイクルの第１の範囲内に万一生起する、計画されないインターネット通信を、自発性の非実時間臨界的な通信のために留保した伝送サイクルの第２の範囲内にずらし、それに伴い実時間通信の擾乱を完全に回避する。自発性の、非実時間臨界的な通信のために留保してある伝送サイクルの第２の範囲内に送る。この第２の範囲、即ち伝送サイクルの終端迄の全継続時間は、同じくこれが時間的に隔離して実行されるので、実時間通信に影響することなく、計画不能な、非実時間臨界的な通信、特にインターネット通信に自由に利用できる。
【００１１】
結合ユニット内での実時間臨界的なデータテレグラムとの衝突は、非実時間臨界的なデータの伝送のため設けた、伝送サイクルの範囲の間に伝送されない全ての非実時間臨界的なデータを各結合ユニットで一時記憶し、かつ非実時間臨界的な通信のために設けたその後の伝送サイクルの間に伝送することで回避できる。
【００１２】
本発明の別の実施例は、非実時間臨界的なデータ伝送のための継続時間を、自動的に実時間臨界的なデータの伝送のための継続時間で決定することを特徴とする。本実施例の利点は、各々必要な伝送時間のみを実時間臨界的なデータ伝送のために使用し、かつ残りの時間を自動的に非実時間臨界的な通信、例えば計画不能なインターネット通信や他の非実時間臨界的な応用に適用できる点にある。特に、伝送サイクル内で実時間臨界的なデータ伝送のための範囲の継続時間を、各接続毎に伝送すべきデータにより決定し、それに伴い両範囲の分割、従ってまた非実時間臨界的な通信のため利用し得る時間を、各伝送サイクルに対する２つの結合ユニット間の各個のデータ接続に対し最適化すると特に有利である。
【００１３】
本発明の別の有利な実施例は、伝送サイクルの継続時間を、少なくとも１度のデータ伝送の各実行前に決定することを特徴とする。これは、その結果、予め計画したデータ伝送の新しい各開始時に、伝送サイクルの継続時間を実時間通信又は開いたインターネット可能な通信のための各必要性に合わせ得るという利点を持つ。勿論、伝送サイクルの継続時間および／又は伝送サイクルの実時間臨界的なデータの伝送のための範囲の継続時間を、必要に応じ、例えば予め計画した固定の時点および／又は計画した数の伝送サイクル後に、伝送サイクルの開始前に計画した、他の時間臨界的な伝送サイクルへの切換で変更することもできる。伝送サイクルの継続時間は、応用目的に応じ１μ〜１０秒である。
【００１４】
本発明の別の特に有利な実施例は、実時間通信の新計画を、常時自動化システムの連続作動中に実行することを特徴とし、それにより、短時間変化する周辺条件への実時間制御の柔軟な適合を保証する。その結果、伝送サイクルの継続時間の変更も可能である。
【００１５】
本発明の別の有利な実施例は、実時間臨界的なデータの伝送のために設ける伝送サイクルの部分を、データ伝送を編成するためのデータ伝送の目的で設けることを特徴とする。その際、データ伝送を編成するためのデータテレグラムを、伝送サイクルの実時間臨界的なデータを伝送するための範囲の始端で伝送すると特に有利である。データ伝送を編成するためのデータは、例えばデータ網の加入者および結合ユニットの時間同期化のためのデータ、ネットワークのトポロジ認識のためのデータ等である。
【００１６】
本発明の別の有利な実施例は、全ての伝送すべき実時間臨界的なデータテレグラムに対し、各々関与する全結合ユニット内で実時間臨界的なデータテレグラムの転送の時点と、実時間臨界的なデータテレグラムを転送する経路である各付属の接続区間とをデータ伝送の各実行の開始前に報知すること、即ち何時しかもどの出力ポートで、時点Ｘで到来する実時間臨界的なデータテレグラムを転送すべきかを結合ユニット内に報知することを特徴とする。
【００１７】
本発明の別の特に有利な実施例は、各実時間臨界的なデータテレグラムが最も遅くても転送の時点又は相応の結合ユニットではより早くに到来するが、必ず転送時点で初めて転送すべく計画することを特徴とする。その結果、特に長い伝送連鎖の際に表面化する、時間的不鮮明さの問題を消去する。それに伴い、実時間臨界的なデータテレグラムを直接、時間的なスペースなしに送信・転送できる。即ち実時間データパケットにおける帯域幅の悪い利用を回避する。しかし勿論、必要なら送信休止を個々のデータパケットの伝送間に組み込んでもよい。
【００１８】
時間ベース転送の別の利点は、どのポートに転送すべきかが前以て明らかなので、結合ユニット内の宛先を、最早アドレスに基づき見出さない点にある。その結果、切換可能なデータ網内に存在する全接続区間の最適な利用が可能となる。さもないとデータパケットの循環を生じ、非実時間臨界的な通信のアドレスに基づく通過接続のために利用してはならない、切換可能なデータ網の冗長性の接続区間を予め転送区間の計画に際し考慮し、かつこうして実時間通信のために利用できる。その結果、冗長性のネットワークトポロジ、例えばエラーに対する許容度の高い実時間システムに対するリングが実現可能である。データパケットは冗長性をもって分散した経路で伝送可能であり、データパケットの循環は生じない。予め計画した転送の別の利点は、各部分区間の監視が、その結果受信確認なしに可能であり、かつエラー診断がそれに伴い簡単に実行可能なことである。
【００１９】
本発明の特に有利な実施例は、少なくとも１つの任意の加入者、特に開いたインターネット通信能力のある加入者を、対応した結合ユニット有り又は無しで、切換可能なデータ網に挿入でき、かつ臨界的なデータ転送を所望の時点で、仮に任意の加入者が非時間臨界的な通信、特にインターネット通信を時間臨界的な通信と並列に実行する際も、成功裡に実行できるよう保証することを特徴とする。
【００２０】
本発明の別の特に有利な実施例は、結合ユニットを加入者内に組み込んだことを特徴とする。それにより、従来常に自立のモジュールとして形成され、スイッチとも呼ばれる結合ユニットに比べて、コスト上の顕著な利点が生ずる。
【００２１】
本発明の別の有利な実施例は、結合ユニットが各加入者への別々のアクセスを有し、一方のアクセスを実時間臨界的なデータの交換、他方のアクセスを非実時間臨界的なデータの交換のために用いることを特徴とする。これは、実時間臨界的なデータと非実時間臨界的なデータを別々に処理できる利点を持つ。非実時間臨界的なデータへのアクセスは、通常のイーサネットコントローラの市販のインターフェースに相当し、その結果従来から存在するソフトウェア、特にドライバを制約なしに使用できる。同じことが実時間能力のないデータ網に対する、従来から存在するソフトウェアにも当てはまる。
【００２２】
以下、図示の実施例により本発明を一層詳細に説明する。
【００２３】
図１は分散型の自動化システムに対する実施例の概要図である。なお、図を分り易くするため本発明の部分として各々結合ユニットを既に当該の加入者内に組み込んでいる。それと対照的に、従来の技術では、ここで既に当該のローカルな加入者内に組み込まれている各結合ユニットは、各２つの加入者間に接続されている固有の装置として存在する。各加入者内に結合ユニットを組み込むことはコストの点で望ましく、かつ保守のために好都合である。
【００２４】
図示の自動化システムは、同時に送信者と受信者として機能する複数の加入者から、例えば制御計算機１、複数のドライバ（図の簡単化のためドライバ２のみを示す）と、接続ケーブル、特にイーサネットケーブル（図の簡単化のため接続６ａ、７ａ、８ａ、９ａのみを示す）を用い切換可能なデータ網、特にイーサネットに互いに接続された別の計算機３、４、５から成る。イーサネットのトポロジに対し典型的な結合ユニット（図の簡単化のためユニット６、７、８、９のみを示す）は、この図では既に各加入者内に組み込んでいる。結合ユニットは伝送すべきデータを送信、受信および転送の少なくとも１つの役割を果たす。
【００２５】
制御計算機１は追加的に、企業内通信網、例えばイントラネット１１および／又は世界的な通信網、インターネット１１に接続されている。制御計算機１から実時間臨界的なデータが、例えばドライバ２を制御するべく接続６ａ、７ａ、８ａ、９ａを経て送られる。これら実時間臨界的なデータは、正確に時点Ｘでドライバ２により処理せねばならない。何故なら、さもないと、例えばドライバ２の遅れた始動等、自動化システムの機能を乱す不所望の作用が生ずるからである。実時間臨界的なデータの各転送は、結合ユニット６、７、８、９を経て、それらを受信者ドライバ２に伝達する結合ユニット１０迄行われ、その結果データが時点Ｘで処理される。従来の技術では、前記形式の成功裡の実時間臨界的なデータ伝送は、更に同一の時点でその他の任意の通信、例えば計算機５を通じてのインターネット通信が行われない限り保証される。この際、計算機５を通じての同一の時点でのインターネット通信は、計算機５に例えば１つのインターネットページを要求する。この非実時間臨界的なデータは、接続８ａ、７ａ、６ａを経て結合ユニット６に転送され、該ユニットがデータを計算機１に伝達し、該計算機１が最後に相応の質問をインターネット１１に下ろし、かつ回答を同一の接続又は結合ユニットを経て逆の順序で計算機５に返送する。その結果回答は実時間臨界的な通信と同一の経路を用いる。そのため関与する結合ユニット内に待ち状況が生じ、かつ実時間臨界的なデータが最早時間的に正しくドライバ２に到達しないことがある。従って誤りのない実時間作動を、従来技術では最早保証できない。それに対し本発明を応用すると、実時間通信に対し並列に、任意の非実時間臨界的な通信を等しいデータ網内で、実時間通信の擾乱なしに可能にする。これを、結合ユニットが組み込まれておらず、かつ直接的なイーサネット接続を用いて図示した自動化システム内に組み込まれた計算機３、４の接続で暗示的に示す。計算機３、４は実時間通信に関与せず、実時間通信を擾乱することなく、自発性のインターネット能力のある非実時間臨界的な通信のみに関与する。
【００２６】
本発明は、切換可能なデータ網内の実時間臨界的な通信と非実時間臨界的な通信を、非実時間臨界的な通信が実時間臨界的な通信に擾乱となる影響を及ぼさないよう互いに隔離するという考えに基づく。この隔離のための前提条件は、一方では切換可能なデータ網の全加入者と結合ユニットが、相互間の時間同期化により常に共通の同期した時間ベースを有することである。このことは、未公開の独国特許出願第１０００４４２５．５号明細書による時間同期化のための方法の永続的な応用により、分散型の自動化システムの連続作動中も保証できる。隔離のための第２の前提条件は実時間臨界的な通信の計画可能性であり、これは実時間通信が特にドライブ技術の、ここに考察する応用分野では周期的に生ずること、即ちデータ伝送を１つ又は複数の伝送サイクル内で行うことで生ずる。
【００２７】
図２は、２つの範囲に分割した伝送サイクルの原理的な構成例を示す。伝送サイクル１２は、実時間臨界的なデータ伝送のための第１範囲１３と、非実時間臨界的なデータの伝送のための第２範囲１４とに分割している。図示する伝送サイクル１２の長さは、その継続時間１７をシンボル化しており、この時間は応用目的に応じ１μ〜１０秒にするとよい。伝送サイクル１２の継続時間１７は変更可能であるが、データ伝送時点の前に、例えば制御計算機１により少なくとも１度決定され、かつ切換可能なデータ網の全加入者と結合ユニットに対し各々等しい長さである。伝送サイクル１２の継続時間１７および／又は実時間臨界的なデータの伝送のために設ける第１範囲１３の継続時間は、例えば予め計画した固定的な時点および／又は計画した数の伝送サイクル後に、伝送サイクル１２の開始に先立ち、制御計算機１を、例えば他の計画した実時間臨界的な伝送サイクルに切換えることで常時変更する。更に制御計算機１は、自動化システムの連続作動中に、必要に応じ常時実時間通信の新計画を実行する。それに伴い、同じく伝送サイクル１２の継続時間１７も変化する。伝送サイクル１２の絶対的な継続時間１７は、伝送サイクル１２中の非時間臨界的な通信の時間的割合又は帯域幅に対する尺度、即ち非時間臨界的な通信に対し自由になる時間である。こうして非時間臨界的な通信は、５００μｓの伝送サイクル１２の継続時間１７では３０％の帯域幅、１０ｍｓのそれでは９７％である。実時間臨界的なデータ伝送のために設けた第１範囲１３内で、本来の実時間臨界的なデータテレグラム（図を見易くするためデータテレグラム１６のみを示す）の送信前に、データ伝送１５を編成するデータテレグラムの送信のための、特定の継続時間が残っている。データ伝送１５を編成するデータテレグラムは、例えばデータ網の加入者と結合ユニットの時間同期化のためのデータおよび／又はネットワークのトポロジ認識のためのデータを含む。これらデータテレグラムの送信後、実時間臨界的なデータテレグラム、即ち各データテレグラム１６を送信する。周期的な作動による実時間通信は予め計画可能なので、伝送サイクル１２の伝送すべき実時間臨界的なデータテレグラム、即ち各データテレグラム１６に対し送信時点又は実時間臨界的なデータテレグラムの転送のための時点が伝送の開始前に既知である。即ち、非実時間臨界的なデータの伝送のための範囲１３の継続時間により自動的に定まる。この配置の利点は、各実時間臨界的なデータ伝送に必要な伝送時間のみを用い、かつその終了後に残りの時間が自動的に非実間臨界的な通信のため、例えば計画不能なインターネット通信や他の非実間臨界的な応用のため使用可能となる点にある。実時間臨界的なデータ伝送のための範囲１３の継続時間が、各接続に固有の伝送すべきデータにより定まる。即ち、両方の範囲の継続時間を各個のデータ接続に対し伝送すべき実時間臨界的なデータの必要なデータ量により各々決定すると特に有利であり、その結果各個のデータ接続に対し範囲１３と１４の時間的な分割は各伝送サイクル１２に対し異なってもよい。実時間臨界的なデータ伝送に対し各々必要な伝送時間のみを用い、かつ伝送サイクル１２の残りの時間は自動的に切換可能なデータ網の全ての加入者に対する非実時間臨界的な通信、例えば非計画的なインターネット通信や他の非実時間臨界的な応用に使用できる。実時間通信は予め相応に、相応の結合ユニット内への実時間臨界的なデータテレグラムの到着が、考察される実時間臨界的なデータテレグラム、例えばデータテレグラム１６が相応の結合ユニットに最も遅くとも転送時点で又はそれよりも早く到着するよう計画しているため、密にパックした送信又は転送により自由になる継続時間を最良に利用できるよう、実時間臨界的なデータテレグラム、各データテレグラム１６を時間的間隔なしに送信又は転送する。しかし、必要なら送信休止を個々のデータテレグラム伝送の間に挟んでもよい。
【００２８】
図３は切換えられるネットワークの原理的な作動方法を示す。図示するのはネットワークを代表して、各々組み込まれた結合ユニット２０、２１を有する加入者１８、例えばドライバと加入者１９、例えば制御計算機と結合ユニットなしの別の加入者３６とであり、これら加入者は接続３２、３３で互いに接続されている。その際、結合ユニット２０は外部ポート３０、データ接続３２および外部ポート３１を経て結合ユニット２１と接続されている。結合ユニット２０、２１以外の図示した外部ポートの参照符号は、図面を見易くするため省略する。組み込まれた結合ユニット有り又は無しの他の加入者の図示も、同じく図面を見易くするため省略する。図示の結合ユニット２０、２１から出発し、他の加入者に通ずるデータ接続３４、３５は暗示的に示す。結合ユニット２０、２１は、各々内部インターフェース２２、２３を経て加入者１８、１９と接続されたローカルなメモリ２４、２５を持つ。インターフェース２２、２３を経て、加入者１８、１９は相応の結合ユニット２０、２１とデータを交換する。ローカルなメモリ２４、２５は結合ユニット２０、２１の内部で、データ接続２８、２９を経て制御機構２６、２７と接続されている。制御機構２６、２７は内部のデータ接続２８、２９を経て、又は外部のポートの１つ又は複数、例えばポート３０又はポート３１を経て、ローカルなメモリ２４、２５からデータを受信し、又はそれらへ転送する。時間同期化の本方法の応用で、結合ユニット２０、２１は常に共通の同期した時間ベースを持つ。加入者２１が実時間臨界的なデータを持つなら、これらを予め計画した時点で実時間臨界的な通信に対する範囲の間に、インターフェース２３、ローカルなメモリ２５および接続２９を経て制御機構２７から呼び出し、かつそこから外部ポート、例えばポート３１を経て結合ユニット２０に送る。加入者３６が同じ時点で、即ち実時間臨界的な通信の間に、例えばインターネット質問に対する非実時間臨界的なデータを、データ接続３３を経て送ると、これらは制御機構２７により外部ポート３７を経て受信され、かつ内部接続２９を経てローカルなメモリ２５に転送され、そこに一時記憶される。そこから、それらは初めて非実時間臨界的な通信に対する範囲内に再び呼び出され、かつ受信者に転送される。即ちそれらは、自発性の非実時間臨界的な通信のため留保された伝送サイクルの第２の範囲内にずらされ、その結果実時間通信の擾乱が排除される。一時記憶された非実時間臨界的な全データが伝送サイクルの非実時間臨界的なデータの伝送のために設けられた範囲の間に伝送されないときは、それらは結合ユニット２１のローカルなメモリ２５内に、それらがその後の伝送サイクルの非実時間臨界的なデータの伝送のために設けられた範囲の間に伝送される迄、一時記憶され、それに伴い実時間通信の擾乱があらゆる場合に排除される。
【００２９】
データ接続３２と外部ポート３０を経て結合ユニット２０の制御機構２６に到着する実時間臨界的なデータテレグラムは、直接的に相応の外部ポートを経て転送される。このことは、実時間通信が予め計画されており、従ってまた全ての伝送すべき実時間臨界的なデータテレグラムに対し送信および受信時点で、各々関与する全ての結合ユニットと、全ての転送の時点と、実時間臨界的なデータテレグラムの全ての受信者とが既知なので可能である。即ち、例えば結合ユニット２０の制御機構２６は、時点Ｘに到着する実時間臨界的なデータテレグラムを、外部ポート３８を経てすぐ次の結合ユニットに転送すべきことを記憶している。実時間通信の予め実行した計画により、ポート３８から出発するデータ接続３４上でデータ衝突が生じないよう保証する。同じことが勿論実時間通信間の、他の全データ接続又はポートに対しても当て嵌まる。関与する各結合ユニットからの、実時間臨界的な全データパケットの転送時点は同じく予め計画されており、かつその結果一義的に決まっている。例えば結合ユニット２０の制御機構２６内への実時間臨界的なデータテレグラムの到着は、考察する実時間臨界的なデータテレグラムが相応の結合ユニットに最も遅くとも転送される時点で又はそれよりも早く到着するよう計画されている。その結果、特に長い伝送連鎖の際に表面化する時間不鮮明の問題がなくなる。例えば加入者１８に対し決定され、かつ結合ユニット２０のローカルなメモリ２４内に一時記憶されたデータは該メモリ２４から与えられた時点で、実時間臨界的なデータは予め決定された時点でそして非実時間臨界的なデータはそのために設けられた範囲内で取り出される。
【００３０】
従って上述のように、同じ切換可能なデータ網内での実時間臨界的な通信と非実時間臨界的な通信の同時の作動及び切換可能なデータ網への追加的な加入者の任意の接続が、実時間通信自体に擾乱影響を与えることなく可能である。
【００３１】
図４は、ローカルな加入者と結合ユニットとの間のインターフェースを概略的に示す。結合ユニット４０は、本発明に従い、加入者３９、例えば自動化システムの制御計算機１に組み込まれている。加入者３９は実時間臨界的な通信にも、非実時間臨界的な通信にも加入し、従って例えば自動化システムのドライバを制御するための実時間臨界的な応用４８と非実時間臨界的な応用９８、例えば自発性のインターネット通信のためのプラウザ又はテキスト処理プログラムとが加入者３９に設けられている。図面を見易くするため、接続、特にデータ接続は論理的なもののみを示し、物理的なものは示していない。加入者３９と、組み込まれている結合ユニット４０との間の通信はローカルなメモリ４１を経て行われ、該メモリ４１内に、加入者３９から送られ又は加入者３９に送るべき相応のデータが一時記憶される。ローカルなメモリ４１には加入者３９も結合ユニット４０もアクセスできねばならない。図示の実施例で、例えば結合ユニット４０の部分であるローカルなメモリ４１の物理的場所は重要でない。実時間臨界的な通信と非実時間臨界的な通信との間の隔離、従ってまた擾乱のない実時間通信を保証すべく、加入者３９への２つの隔離されたアクセスが必要であり、その際アクセスは実時間臨界的なデータの交換のため、また他方のアクセスは非実時間臨界的なデータの交換のために設けられている。その結果、物理的な通信は２つの隔離された論理的なインターフェース４２、４３を経て、図面を見易くするため図示しないデータ網と結合ユニット４０との間で、かつ論理的に隔離された通信チャネル４６と４７を経て、メモリ４１、即ち結合ユニット４０と加入者３９との間で行われる。インターフェース４２と通信チャネル４７は、その際実時間臨界的な通信に対する通信チャネルを形成し、かつインターフェース４２と通信チャネル４７は非実時間臨界的な通信に対する通信チャネルを成す。しかし、図示した、論理的に互いに隔離された２つの各インターフェース４２又は４３と通信チャネル４６又は４７は、物理的に見て、各々データを両方向に伝達すべく利用される同じ通信チャネルである。特に隔離された報知は、どの形式のデータが存在し、かつ取り込まれるかの両方の論理的に互いに隔離された通信チャネル４６、４７を経て行われ、通信チャネル４６を経て実時間臨界的な応用４８に対する実時間臨界的なデータの準備が、また通信チャネル４７を経て非実時間臨界的な応用４７に対する非実時間臨界的なデータの準備が報知される。その結果、ドライバ４４と実時間臨界的な応用４８が、ドライバ４５と実時間臨界的な応用４９よりも高い優先度をもって処理される。それに伴い加入者３９内でも、実時間臨界的なデータの実時間能力のある処理が保証される。実時間通信のために必要な、実時間臨界的な通信と非実時間臨界的な通信の隔離は、加えて、非実時間臨界的な通信に対し存在するプログラム、特に存在するドライバが無制約で使用可能であり、その結果一方で高価な新開発が不要であり、かつ他方で非実時間臨界的な標準通信の今後の進展が実時間通信自体に影響を与えず、従ってまた無制約で開示した本発明に取り入れられるという利点を有する。
【００３２】
要約すると、本発明は周期的な作動により、例えば分散型自動化システムの、加入者と結合ユニットから成る切換可能なデータ網内で、実時間臨界的な通信も非実時間臨界的な通信も可能にするシステムと方法に関する。所謂伝送サイクル（１２）内に切換可能なデータ網の全ての加入者と結合ユニットに対し、各々実時間臨界的なデータを伝送するための少なくとも１つの範囲（１３）と非実時間臨界的なデータを伝送するための少なくとも１つの範囲（１４）が存在し、それに伴い実時間臨界的な通信が非実時間臨界的な通信から隔離される。全ての加入者と結合ユニットが常に共通の時間ベースに同期化しているので、全加入者と結合ユニットに対し、データ伝送のための各範囲は各々同一の時点で行われる。即ち実時間臨界的な通信は、非実時間臨界的な通信と時間的に無関係に行われ、従ってまたこれにより影響されない。実時間臨界的な通信は予め計画できる。元の送信者によるデータテレグラムの注入と関与する結合ユニットを用いての転送は時間ベースに基づき行う。各結合ユニット内の一時記憶により、任意の時点で生ずる、自発性の、インターネット能力のある、実時間臨界的な通信が、伝送サイクル（１２）の、非実時間臨界的な通信に対し設けられた伝送範囲（１４）内にずらされ、またそこでのみ伝送される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
分散型自動化システムの実施例の概要図。
【図２】
伝送サイクルの原理的な構成。
【図３】
切換えられるネットワークの原理的な作動の方法。
【図４】
ローカルな加入者と結合ユニットとの間のインターフェースの概要図。
【符号の説明】
１、３〜５　計算機、２　ドライバ、６〜１０、２０、２１、４０　結合ユニット、６ａ〜９ａ　接続、１１　インターネットとイントラネット、１２　伝送サイクル、１３　第１の範囲、１４　第２の範囲、１５　データ伝送、１６　データテレグラム、１７　継続時間、１８、１９、３６、３９　加入者、２２、２３、４２　インターフェース、２４、２５、４１　メモリ、２６、２７　制御機構、２８、２９、３２、３３　データ接続、３０、３１、３８　ポート、４６、４７　通信チャネル、４８、４９、９８　応用、

Claims

切換可能なデータ網を経て実時間臨界的および非実時間臨界的なデータを並列伝送する方法において、実時間臨界的および非実時間臨界的なデータを伝送し、その際切換可能なデータ網を少なくとも２つの加入者の間に構成しており、データを設定可能な継続時間（１７）を有する少なくとも１つの伝送サイクル（１２）内に伝送し、各々の伝送サイクル（１２）を実時間制御のために実時間臨界的なデータを伝送するための少なくとも１つの第１の範囲（１３）と、非実時間臨界的なデータを伝送するための少なくとも１つの第２の範囲（１４）とに分割することを特徴とする方法。
各加入者に、送信、受信および伝送すべきデータの転送の少なくとも１つのための結合ユニットを付与することを特徴とする請求項１記載の方法。
切換可能なデータ網の全加入者と結合ユニットが、互いの時間同期により常に共通の同期した時間ベースを有することを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
実時間臨界的な通信のために設けた伝送サイクル（１２）の範囲（１３）の間に、伝送すべき全ての非実時間臨界的なデータを各結合ユニットにより一時記憶し、かつ非実時間臨界的な通信のために設けたこの又は後続の伝送サイクルの範囲（１４）の間に伝送することを特徴とする請求項１から３の１つに記載の方法。
非実時間臨界的なデータの伝送のために設けた伝送サイクル（１２）の範囲（１３）で伝送し得ない全ての非実時間臨界的なデータを各結合ユニットで一時記憶し、かつ非実時間臨界的な通信のために設けたその後の伝送サイクルの間に伝送することを特徴とする請求項１から４の１つに記載の方法。
非実時間臨界的なデータの伝送のための範囲（１４）の継続時間を、自動的に実時間臨界的なデータの伝送のための範囲（１３）の継続時間により決定することを特徴とする請求項１から５の１つに記載の方法。
伝送サイクル（１２）内で実時間臨界的なデータの伝送のための範囲（１３）の継続時間を、各接続毎に特有の、伝送すべきデータにより決定することを特徴とする請求項１から６の１つに記載の方法。
伝送サイクル（１２）の継続時間（１７）を、少なくとも１回、データ伝送の各実行前に決定することを特徴とする請求項１から７の１つに記載の方法。
伝送サイクル（１２）の継続時間（１７）および／又は伝送サイクル（１２）の実時間臨界的なデータの伝送のための範囲（１３）の継続時間が変更可能であることを特徴とする請求項１から８の１つに記載の方法。
伝送サイクル（１２）の継続時間（１７）が、１μ秒〜１０秒であることを特徴とする請求項１から９の１つに記載の方法。
実時間通信の新計画を、常時自動化システムの連続作動中に実行することを特徴とする請求項１から１０の１つに記載の方法。
伝送サイクル（１２）の継続時間（１７）を、実時間通信の新計画に応じ変えることを特徴とする請求項１から１１の１つに記載の方法。
実時間臨界的なデータの伝送のために設ける伝送サイクル（１２）の部分を、データ伝送を編成するためのデータ（１５）を伝送するために設けることを特徴とする請求項１から１２の１つに記載の方法。
データ伝送を編成するためのデータを、伝送サイクル（１２）の実時間臨界的なデータ伝送のための範囲（１３）の始端で伝送することを特徴とする請求項１から１３の１つに記載の方法。
データ伝送を編成するデータ（１５）が、データ網の加入者および結合ユニットの時間的同期化のためのデータおよび／又はネットワークのトポロジ認識のためのデータを含むことを特徴とする請求項１から１４の１つに記載の方法。
全ての伝送すべき実時間臨界的なデータテレグラムに対して送信および受信時点を、送信器および受信器においてデータ伝送の各実行の開始前に報知することを特徴とする請求項１から１５の１つに記載の方法。
伝送すべき実時間臨界的な全データテレグラムに対し各々関与する全ての結合ユニット内で、実時間臨界的なデータテレグラムの転送の時点と、実時間臨界的なデータテレグラムが転送される経路である各々付属の接続区間とを、データ伝送の各実行の開始前に報知することを特徴とする請求項１から１６の１つに記載の方法。
実時間臨界的な各データテレグラムが、最も遅くても転送の時点で、又は相応の結合ユニットの際にはより早くに到来することを特徴とする請求項１から１７の１つに記載の方法。
実時間臨界的なデータテレグラムを直接、時間的な間隔なしに送信又は転送することを特徴とする請求項１から１８の１つに記載の方法。
非実時間臨界的な通信のために利用しない切換可能なデータ網の接続区間を、実時間臨界的な通信の際に利用することを特徴とする請求項１から１９の１つに記載の方法。
切換可能なデータ網の少なくとも１つの加入者が、実時間臨界的な通信および／又は非実時間臨界的な通信を並列に同一の切換可能なデータ網内で実行でき、その際に行う非実時間臨界的な通信が並列に行う実時間臨界的な通信に影響しないことを特徴とする請求項１から２０の１つに記載の方法。
少なくとも１つの任意の加入者を、対応した結合ユニット有り又は無しで、切換可能なデータ網に挿入することを特徴とする請求項１から２１の１つに記載の方法。
切換可能なデータ網を経て実時間臨界的および非実時間臨界的なデータを伝送するためのシステムにおいて、切換可能なデータ網と結合可能な少なくとも１つのデータ処理装置を有し、実時間臨界的および非実時間臨界的なデータを伝送し、その際に切換可能なデータ網が少なくとも２つの加入者間に構成されており、その際にシステムが設定可能な継続時間（１７）を持つ少なくとも１つの伝送サイクル（１２）内でデータを伝送するための少なくとも１つの手段を有し、各伝送サイクル（１２）が実時間制御のために実時間臨界的なデータを伝送するための少なくとも１つの第１の範囲（１３）と、非実時間臨界的なデータを伝送するための少なくとも１つの第２の範囲（１４）とに分割されていることを特徴とするシステム。
各加入者に伝送すべきデータの送信、受信および転送の少なくとも１つのために設けられた結合ユニットを付与する、少なくとも１つの手段を有することを特徴とする請求項２３記載のシステム。
切換可能なデータ網の全加入者および結合ユニットに、互いの時間同期により常に共通の同期した時間ベースを与える少なくとも１つの手段を有することを特徴とする請求項２３又は２４記載のシステム。
実時間臨界的な通信のために設けた伝送サイクル（１２）の範囲（１３）で、伝送すべき非実時間臨界的な全データを各結合ユニットにより一時記憶し、かつ非実時間臨界的な通信のために設けたこの又は後続の伝送サイクルの範囲（１４）の間に伝送するよう計らう少なくとも１つの手段を有することを特徴とする請求項２３から２５の１つに記載のシステム。
非実時間臨界的なデータの伝送のために設けた伝送サイクル（１２）の範囲（１３）の間に伝送し得ない非実時間臨界的な全データを、各結合ユニットにより一時記憶し、かつ非実時間臨界的な通信のために設けたその後の伝送サイクルの間に伝送するように計らう少なくとも１つの手段を有することを特徴とする請求項２３から２６の１つに記載のシステム。
非実時間臨界的なデータの伝送のための範囲（１４）の継続時間を、自動的に実時間臨界的なデータの伝送のための範囲（１３）の継続時間により決定する少なくとも１つの手段を有することを特徴とする請求項１から５の１つに記載のシステム。
伝送サイクル（１２）内で実時間臨界的なデータの伝送のための範囲（１３）の継続時間を、各々接続特有に伝送すべきデータにより決定する少なくとも１つの手段を有することを特徴とする請求項２３から２８の１つに記載のシステム。
伝送サイクル（１２）の継続時間（１７）を少なくとも１度、データ伝送の各実行前に決定する手段を有することを特徴とする請求項２３から２９の１つに記載のシステム。
伝送サイクル（１２）の継続時間（１７）および／又は伝送サイクル（１２）の実時間臨界的なデータの伝送のための範囲（１３）の継続時間を変更する少なくとも１つの手段を有することを特徴とする請求項２３から３０の１つに記載のシステム。
実時間通信の新計画を常時自動化システムの連続作動中に実行する少なくとも１つの手段を有することを特徴とする請求項２３から３１の１つに記載のシステム。
伝送サイクル（１２）の継続時間（１７）を実時間通信の新計画により変更する少なくとも１つの手段を有することを特徴とする請求項２３から３２の１つに記載のシステム。
実時間臨界的なデータの伝送のための伝送サイクル（１２）の部分を、データ伝送を編成すべくデータ（１５）を伝送する少なくとも１つの手段を有することを特徴とする請求項２３から３３の１つに記載のシステム。
データ伝送を編成するデータを、伝送サイクル（１２）の実時間臨界的なデータ伝送の範囲（１３）の始端で伝送する少なくとも１つの手段を有することを特徴とする請求項２３から３４の１つに記載のシステム。
伝送すべき実時間臨界的な全データテレグラムに対し、送信および受信時点を送信器と受信器でのデータ伝送の各実行開始前に報知する少なくとも１つの手段を有することを特徴とする請求項２３から３５の１つに記載のシステム。
伝送すべき実時間臨界的な全データテレグラムに対し、各々関与する全結合ユニット内で実時間臨界的なデータテレグラムの転送の時点と、実時間臨界的なデータテレグラムが転送される経路である各々付属の接続区間とをデータ伝送の各実行開始前に報知する少なくとも１つの手段を有することを特徴とする請求項２３から３６の１つに記載のシステム。
実時間臨界的な各データテレグラムが最も遅くとも転送の時点で、又は相応の結合ユニットの際にはより早くに到来するように計らう少なくとも１つの手段を有することを特徴とする請求項２３から３７の１つに記載のシステム。
実時間臨界的なデータテレグラムを直接的に、時間的な間隔なしで送信又は転送する少なくとも１つの手段を有することを特徴とする請求項２３から３８の１つに記載のシステム。
非実時間臨界的な通信のために利用しない、切換可能なデータ網の接続区間を実時間臨界的な通信の際に利用する手段を有することを特徴とする請求項２３から３９の１つに記載のシステム。
結合ユニットが加入者内に組み込まれたことを特徴とする請求項２３から４０の１つに記載のシステム。
結合ユニットが各加入者への別々のアクセスを有し、一方のアクセスは実時間臨界的なデータの交換、他方のアクセスは非実時間臨界的なデータの交換のために設けられたことを特徴とする請求項２３から４１の１つに記載のシステム。
切換可能なデータ網の少なくとも１つの加入者が実時間臨界的な通信および／又は非実時間臨界的な通信を並列に同一の切換可能なデータ網内で実行でき、その際に行われる非実時間臨界的な通信が並列に行われる実時間臨界的な通信に影響しないようにする少なくとも１つの手段を有することを特徴とする請求項２３から４２の１つに記載のシステム。
少なくとも１つの任意の加入者に対応する結合ユニット有り又は無しで、切換可能なデータ網に挿入されるよう計らう少なくとも１つの手段を有することを特徴とする請求項２３から４３の１つに記載のシステム。
請求項１から４４の１つによるシステムおよび／又は方法のための加入者。
自動化システムの加入者であることを特徴とする請求項４５記載の加入者。
実時間臨界的および非実時間臨界的なデータ伝送ための少なくとも１つの手段を有し、データを設定可能な継続時間（１７）を持つ少なくとも１つの伝送サイクル（１２）内に伝送し、各伝送サイクル（１２）を、実時間制御のため実時間臨界的なデータを伝送する少なくとも１つの第１の範囲（１３）と、非実時間臨界的なデータを伝送する少なくとも１つの第２の範囲（１４）に分割したことを特徴とする請求項４５又は４６記載の加入者。