WO2000028400A1 - Netzwerkteilnehmer - Google Patents

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Fridolin Egle
Christoph MÜNCH
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J3/00—Time-division multiplex systems
    • H04J3/02—Details
    • H04J3/06—Synchronising arrangements
    • H04J3/0635—Clock or time synchronisation in a network
    • H04J3/0638—Clock or time synchronisation among nodes; Internode synchronisation
    • H04J3/0658—Clock or time synchronisation among packet nodes
    • H04J3/0673—Clock or time synchronisation among packet nodes using intermediate nodes, e.g. modification of a received timestamp before further transmission to the next packet node, e.g. including internal delay time or residence time into the packet
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/04—Generating or distributing clock signals or signals derived directly therefrom
    • G06F1/14—Time supervision arrangements, e.g. real time clock
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J3/00—Time-division multiplex systems
    • H04J3/02—Details
    • H04J3/06—Synchronising arrangements
    • H04J3/0635—Clock or time synchronisation in a network
    • H04J3/0685—Clock or time synchronisation in a node; Intranode synchronisation
    • H04J3/0697—Synchronisation in a packet node

Definitions

  • the invention relates to a network subscriber which can be connected to a further network subscriber, the network subscriber supplying telegrams to the further network subscriber in a transmission mode and receiving telegrams from the further network subscriber in a receive operating mode and the telegrams having messages of the same message length in a message queue of which a message is a time-of-day message.
  • Such a network participant is known from the Siemens catalog ST 70, chapter 12, 1997 edition.
  • This network participant is suitable for use in a distributed automation system which comprises several automation components which have to be synchronized to control a technical process in accordance with an automation task.
  • a connected to the network time transmitter emits or ,, multicasting ', a time of message cyclically and by "1 Broadcasting" that is part of a multiple messages comprehensive news is schn. Based on this transmitted time message automation components synchronize their watches.
  • the present invention has for its object to provide a network participant of the type mentioned, in which inaccuracies with regard to a transmission and / or Further processing time of the time can be largely avoided.
  • the messages in the message queue are processed in the order in which they are deposited in this message queue.
  • the invention is based on the idea of detecting the time delay which arises from delayed processing of the time message within the message queue, and of correcting the time stored in the time message accordingly.
  • the means of the network subscriber record a first delay time from the time of the entry of the time message in the message queue until the start of transmission of this time message and adjust the time stored in the time message accordingly detected, the first delay time.
  • these means detect a second delay time from the time of reception of the time message to the time of processing this time message and adjust the time stored in the time message in accordance with this detected second delay time.
  • the means in the transmission mode provide the time message to be transmitted with an identifier or evaluate this identifier in a reception mode, which a network subscriber working in the receive mode indicates whether the time stored in the time message is adjusted. This enables the receiving network participant to take appropriate measures, e.g. B. such that an unmatched time of a time message is not further processed.
  • Figure 1 to Figure 3 schematic diagrams of a network.
  • 1 is a network, for. B. a so-called
  • LAN Local Area Network
  • Several network subscribers 2a, 2b, 2c, ... can be connected to this network 1, each of which has a receiver 3a, 3b, 3c, ... and a transmitter 4a, 4b, 4c, ...
  • the receiver 3c of the network participant 2c has to transmit messages 5a, 5b, 5c, 5d, 5e of a message queue 6 by the transmitter 4a of the network participant 2a, of which the message 5d is a time-of-day message.
  • This time message 5d stores the time of a timer 7 of the network participant 2a, which can be externally synchronized by a signal 8, a timer 9 of the network participant 2c being synchronized with the time entered in the time message 5d at a time of entry. Due to the fact that a network controller 10 of the transmitter 4a transmits the messages 5a, 5b, 5c, 5d, 5e to the receiver 3b in accordance with their time storage in the message queue 6, the time entered in the time message 5d deviates from the actual time at the start of transmission .
  • These means 11 are supplied with the time at the time of entry in the time message 5d and the means 11 first record the delay time in the form of the number of processing cycles until the time of the time message 5d and finally adapt the time in the time message 5d according to the delay time .
  • the transmitter 4a of the subscriber 2a transmits a network controller 12 and acquisition and
  • Adaptation means 13 of the receiver 3c of the subscriber 2c the messages 5a, ... of the message queue 6. These acquisition and adaptation means 13 decode the messages 5a, 5b, ..., recognize the time-of-day message and record the number of processing cycles, which of Time of arrival of the time message 5d is required until the time of forwarding the time message 5d to the timer 9. In accordance with this number of processing cycles, the means 13 adapt the time and enter this corrected time in the time message 5d, whereby the timer 9 is supplied with a correct time for its synchronization.
  • FIG. 3 shows a network 16 formed from two networks 14, 15.
  • B. forms a network participant in the form of a so-called “gateway,” router * , "relay * or a so-called” bridge * the network transition and enables the connection of the two networks 14, 15.
  • This network subscriber 18 has acquisition and adaptation means 19, 20, of which, in the event that a subscriber 21 of the network 14 transmits a time-of-day message to the subscribers 22 of the network 15 , the acquisition and adaptation means 19 adapt the time to be received by the participant 21 and the acquisition and adaptation means 20 adapt the time to be sent to the participant 22 in the time message.
  • the acquisition and adaptation means 19 fit in the time to be received by the subscriber 22 and the acquisition and adaptation means 20 in the time to be sent to the subscriber 21 the time message.

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Abstract

Ein Netzwerkteilnehmer, der in einer Sendebetriebsart einem weiteren Netzwerkteilnehmer Telegramme zuführt und in einer Empfangsbetriebsart von dem weiteren Netzwerkteilnehmer Telegramme empfängt, welche in einer Nachrichtenschlange Nachrichten gleicher Nachrichtenlänge aufweisen, von denen eine Nachricht eine mit einer Uhrzeit versehene Uhrzeitnachricht ist, ist mit Mitteln versehen, wodurch Ungenauigkeiten im Hinblick auf einen Sende- und/oder Weiterverarbeitungszeitpunkt der Uhrzeit weitgehend vermieden werden.

Description

Beschreibung
Netzwerkteilnehmer
Die Erfindung betrifft einen Netzwerkteilnehmer, der mit einem weiteren Netzwerkteilnehmer verbindbar ist, wobei in einer Sendebetriebsart der Netzwerkteilnehmer dem weiteren Netzwerkteilnehmer Telegramme zuführt und in einer Empfangsbetriebsart der Netzwerkteilnehmer von dem weiteren Netzwerk- teilnehmer Telegramme empfängt und wobei die Telegramme in einer Nachrichtenschlange Nachrichten gleicher Nachrichtenlänge aufweisen, von denen eine Nachricht eine mit einer Uhrzeit versehene Uhrzeitnachricht ist.
Ein derartiger Netzwerkteilnehmer ist aus dem Siemens-Katalog ST 70, Kapitel 12, Ausgabe 1997, bekannt. Dieser Netzwerkteilnehmer ist für einen Einsatz in einem verteilten Automatisierungssystem geeignet, das mehrere Automatisierungs- ko ponenten umfaßt, die zur Steuerung eines technischen Pro- zesses nach Maßgabe einer Automatisierungsaufgabe synchronisiert werden müssen. Dazu ist vorgesehen, daß ein am Netzwerk angeschlossener Uhrzeitsender zyklisch und per „Broadcasting1" oder ,,Multicasting,', eine Uhrzeitnachricht aussendet, die Bestandteil einer mehrere Nachrichten umfassenden Nachrichten- schlänge ist. Anhand dieser ausgesendeten Uhrzeitnachricht synchronisieren die Automatisierungskomponenten ihre Uhren. Durch unterschiedliche Verweilzeiten einer Uhrzeitnachricht im Sender und/oder Empfänger des Netzwerkteilnehmers kann es vorkommen, daß die in den Uhrzeitnachrichten hinterlegten Uhrzeiten im Hinblick auf den Sende- und/oder Empfangszeitpunkt in der Sende- und/oder der Empfangsbetriebsart fehlerhaft sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Netzwerkteilnehmer der eingangs genannten Art zu schaffen, in welchem Ungenauigkeiten im Hinblick auf einen Sende- und/oder Weiterverarbeitungszeitpunkt der Uhrzeit weitgehend vermieden werden.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des An- spruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Die Nachrichten in der Nachrichtenschlange werden entsprechend der Reihenfolge ihrer Hinterlegung in dieser Nachrichtenschlange bearbeitet. Die Erfindung geht von der Idee aus, die Zeitverzögerung zu erfassen, welche durch eine verzögerte Verarbeitung der Uhrzeitnachricht innerhalb der Nachrichtenschlange entsteht, und die in der Uhrzeitnachricht hinterlegte Uhrzeit entsprechend zu korrigieren. Für den Fall, daß der Netzwerkteilnehmer in einer Sende- betriebsart arbeitet, erfassen die Mittel des Netzwerkteilnehmers eine erste Verzögerungszeit vom Zeitpunkt des Eintrags der Uhrzeitnachricht in die Nachrichtenschlange bis zum Zeitpunkt des Sendebeginns dieser Uhrzeitnachricht und passen die in der Uhrzeitnachricht hinterlegte Uhrzeit ent- sprechend dieser erfaßten, ersten Verzögerungszeit an.
Für den Fall, daß der Netzwerkteilnehmer in einer Empfangsbetriebsart arbeitet, erfassen diese Mittel eine zweite Verzögerungszeit vom Zeitpunkt des Empfangs der Uhrzeitnachricht bis zum Zeitpunkt der Verarbeitung dieser Uhrzeitnachricht und passen die in der Uhrzeitnachricht hinterlegte Uhrzeit entsprechend dieser erfaßten, zweiten Verzögerungszeit an.
Dadurch ist sichergestellt, daß die in der Uhrzeitnachricht hinterlegte Uhrzeit zum Sendezeitpunkt der Uhrzeitnachricht bzw. daß die im Empfänger weiterzuverarbeitende Uhrzeit zum Zeitpunkt der Weiterverarbeitung auch die korrekte Uhrzeit ist.
In Ausgestaltungen der Erfindung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 2 bzw. 3 versehen die Mittel in der Sendebetriebsart die zu sendende Uhrzeitnachricht mit einer Kennung bzw. werten in einer Empfangsbetriebsart diese Kennung aus, welche einem in der Empfangsbetriebsart arbeitenden Netzwerkteilnehmer anzeigt, ob die in der Uhrzeitnachricht hinterlegte Uhrzeit angepaßt ist. Dadurch kann der empfangende Netzwerkteilnehmer entsprechende Maßnahmen einleiten, z. B. derart, daß eine nicht angepaßte Uhrzeit einer Uhrzeitnachricht nicht weiterverarbeitet wird.
Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht ist, werden im folgenden die Erfin- düng, deren Ausgestaltungen sowie Vorteile näher erläutert.
Es zeigen
Figur 1 bis Figur 3 Prinzipdarstellungen eines Netzwerkes.
In Figur 1 ist mit 1 ein Netzwerk, z. B. ein sogenanntes
Local Area Network (LAN), bezeichnet. An dieses Netzwerk 1 sind mehrere Netzwerkteilnehmer 2a, 2b, 2c, ... anschließbar, welche jeweils einen Empfänger 3a, 3b, 3c, ... und einen Sender 4a, 4b, 4c, ... aufweisen. Im vorliegenden Beispiel ist angenommen, daß dem Empfänger 3c des Netzwerkteilnehmers 2c Nachrichten 5a, 5b, 5c, 5d, 5e einer Nachrichtenschlange 6 durch den Sender 4a des Netzwerkteilnehmers 2a zu übertragen sind, von denen die Nachricht 5d eine Uhrzeitnachricht ist. In dieser Uhrzeitnachricht 5d ist die Uhrzeit eines Timers 7 des Netzwerkteilnehmers 2a hinterlegt, der durch ein Signal 8 extern synchronisierbar ist, wobei mit der zu einem Eintragungszeitpunkt in die Uhrzeitnachricht 5d eingetragenen Uhrzeit ein Timer 9 des Netzwerkteilnehmers 2c zu synchronisieren ist. Dadurch, daß ein Netzwerkcontroller 10 des Sen- ders 4a die Nachrichten 5a, 5b, 5c, 5d, 5e entsprechend ihrer zeitlichen Hinterlegung in der Nachrichtenschlange 6 dem Empfänger 3b überträgt, weicht die in der Uhrzeitnachricht 5d eingetragene Uhrzeit von der tatsächlichen Uhrzeit zum Sendebeginn ab. Im vorliegenden Beispiel verstreichen vom Zeit- punkt des Eintrags der Uhrzeit in die Uhrzeitnachricht 5d bis zum Zeitpunkt der Übertragung dieser Uhrzeitnachricht 5d zum Empfänger 3c durch den Netzwerkcontroller 10 fünf Verarbei- tungszyklen, wodurch die in der Uhrzeitnachricht 5d hinterlegte Uhrzeit um diese Verzögerungszeit von fünf Verarbeitungszyklen zu korrigieren ist. Dabei ist angenommen, daß zu jedem Verarbeitungszyklus der Netzwerkcontroller 10 eine Nachricht 5a, 5b, ... dem Empfänger 3c überträgt. Die Erfassung der Verzögerungszeit und die Anpassung der Uhrzeit entsprechend dieser Verzögerungszeit erfolgt durch Erfassungsund Anpassungsmittel 11 des Senders 4a. Diesen Mitteln 11 wird die Uhrzeit zum Zeitpunkt des Eintrags in die Uhrzeit- nachricht 5d zugeführt und die Mittel 11 erfassen zunächst die Verzögerungszeit in Form der Anzahl der Verarbeitungstakte bis zum Sendezeitpunkt der Uhrzeitnachricht 5d und passen schließlich die Uhrzeit in der Uhrzeitnachricht 5d entsprechend der Verzögerungszeit an.
Im folgenden wird auf Figur 2 Bezug genommen, in welcher eine weitere Prinzipdarstellung eines Netzwerkes dargestellt ist. Die in den Figuren 1 und 2 gleichen Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Sender 4a des Teilnehmers 2a überträgt einem Netzwerkcontroller 12 und Erfassungs- und
Anpassungsmitteln 13 des Empfängers 3c des Teilnehmers 2c die Nachrichten 5a, ... der Nachrichtenschlange 6. Diese Erfassungs- und Anpassungsmittel 13 decodieren die Nachrichten 5a, 5b, ... , erkennen die Uhrzeitnachricht und erfassen die An- zahl der Verarbeitungszyklen, welche vom Zeitpunkt des Eintreffens der Uhrzeitnachricht 5d bis zum Zeitpunkt der Weiterleitung der Uhrzeitnachricht 5d zum Timer 9 erforderlich ist. Entsprechend dieser Anzahl Verarbeitungszyklen passen die Mittel 13 die Uhrzeit an und tragen diese korri- gierte Uhrzeit in die Uhrzeitnachricht 5d ein, wodurch dem Timer 9 eine korrekte Uhrzeit zu seiner Synchronisation zugeführt wird.
Figur 3 zeigt einen aus zwei Netzwerken 14, 15 gebildeten Netzwerkverbund 16. Ein Netzwerkteilnehmer 18, z. B. ein Netzwerkteilnehmer in Form eines sogenannten „Gateways , „Routers*, „Relays* oder einer sogenannten „Bridge*, bildet den Netzübergang und ermöglicht die Verbindung der beiden Netzwerke 14, 15. Dieser Netzwerkteilnehmer 18 weist Erfassungs- und Anpassungsmittel 19, 20 auf, von denen für den Fall, daß ein Teilnehmer 21 des Netzwerkes 14 eine Uhrzeit- nachricht den Teilnehmern 22 des Netzwerkes 15 überträgt, die Erfassungs- und Anpassungsmittel 19 die vom Teilnehmer 21 zu empfangende Uhrzeit und die Erfassungs- und Anpassungsmittel 20 die dem Teilnehmer 22 zu sendende Uhrzeit in der Uhrzeitnachricht anpassen. Für den Fall, daß der Teilnehmer 22 des Netzwerkes 15 eine Uhrzeitnachricht dem Teilnehmer 21 des Netzwerkes 14 überträgt, passen die Erfassungs- und Anpassungsmittel 19 die vom Teilnehmer 22 zu empfangende Uhrzeit und die Erfassungs- und Anpassungsmittel 20 die dem Teilnehmer 21 zu sendende Uhrzeit in der Uhrzeitnachricht an.

Claims

Patentansprüche
1. Netzwerkteilnehmer, der mit einem weiteren Netzwerkteilnehmer verbindbar ist, - wobei in einer Sendebetriebsart der Netzwerkteilnehmer (2a, 2b, 2c, ...) dem weiteren Netzwerkteilnehmer (2a, ... ) Telegramme zuführt und in einer Empfangsbetriebsart der Netzwerkteilnehmer (2a, 2b, ...) von dem weiteren Netzwerkteilnehmer Telegramme empfängt und - wobei die Telegramme in einer Nachrichtenschlange (6)
Nachrichten (5a, 5b, ...) gleicher Nachrichtenlänge aufweisen, von denen eine Nachricht eine mit einer Uhrzeit versehene Uhrzeitnachricht (5d) ist, dadurch gekennzeichnet, daß - der Netzwerkteilnehmer (2a, 2b, ...) mit Mitteln (11) versehen ist, welche in der Sendebetriebsart eine erste Verzögerungszeit vom Zeitpunkt des Eintrags der Uhrzeitnachricht (5d) in die Nachrichtenschlange bis zum Zeitpunkt des Sendebeginns dieser Uhrzeitnachricht erfassen und die Uhrzeit dieser Uhrzeitnachricht (5d) entsprechend dieser erfaßten, ersten Verzögerungszeit anpassen, und/oder - der Netzwerkteilnehmer (2a, 2b, ...) mit Mitteln (13) versehen ist, welche in der Empfangsbetriebsart eine zweite Verzögerungszeit vom Zeitpunkt des Empfangs der
Uhrzeitnachricht (5d) bis zum Zeitpunkt der Verarbeitung dieser Uhrzeitnachricht (5d) erfassen und die Uhrzeit dieser Uhrzeitnachricht (5d) entsprechend dieser erfaßten, zweiten Verzögerungszeit anpassen.
2. Netzwerkteilnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Sendebetriebsart die Mittel (11) die zu sendende Uhrzeitnachricht mit einer Kennung versehen, welche einem in der Empfangsbetriebsart arbeitenden Netzwerk- teilnehmer anzeigt, ob die in der Uhrzeitnachricht (5d) hinterlegte Uhrzeit angepaßt ist.
3. Netzwerkteilnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (13) in der Empfangsbetriebsart eine in der Uhrzeitnachricht (5d) hinterlegte Kennung auswerten, welche anzeigt, ob die in der gesendeten Uhrzeit- nachricht hinterlegte Uhrzeit angepaßt ist.
4. Netzwerkteilnehmer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel in der Empfangsbetriebsart die nicht angepaßte Uhrzeit einer Uhrzeitnachricht nicht weiter- verarbeiten.
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