WO2001058092A1 - Network user, in particular field device with telegram path guidance between ports and a microprocessor interface and a network therewith - Google Patents
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- WO2001058092A1 WO2001058092A1 PCT/DE2001/000414 DE0100414W WO0158092A1 WO 2001058092 A1 WO2001058092 A1 WO 2001058092A1 DE 0100414 W DE0100414 W DE 0100414W WO 0158092 A1 WO0158092 A1 WO 0158092A1
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Definitions
- the invention relates to a network participant, in particular a field device, and a network in which a plurality of such network participants are interconnected.
- Ethernet is often used for communication at the control level and the cell level.
- fieldbuses such as PROFIBUS
- PROFIBUS fieldbuses
- gateway components must be used for vertical data traffic across the boundaries between the individual levels. This is associated with disadvantages such as low speed in the vertical direction, a lack of transparency in the data, and high software and maintenance costs for the automation system.
- increased performance is desired at the field level compared to current field buses.
- a controller for use in automation technology which has a switch with multiple ports.
- the individual components of the controller are connected to the switch via a Fast Ethernet interface and can communicate with each other via the switch.
- field devices continue to be connected in a star shape to the external ports of the controller or to an external switch.
- the invention has for its object to provide a network participant and a network that are easily configurable for communication and require little effort.
- the new network participant of the type mentioned has the features specified in the characterizing part of claim 1.
- a network with several such network components as well as advantageous embodiments of the invention are described in claim 6 or the subclaims.
- the invention has the advantage that network participants, in particular field devices, can be interconnected in a line structure in the manner customary for users of field buses.
- a separate switch, as would be required with a star-shaped structure, is not required.
- the invention enables the construction of a large network, since only the distance between two network components may not exceed certain limits, but the length of the line structure non ⁇ is limited.
- the integration of switch functions in the network participants has the advantage that, particularly in the case of Ethernet, the CSMA / CD access control can be deactivated and the network receives a deterministic behavior.
- the area of application of the network participants and the network is thus expanded to include application cases in which real-time behavior is required.
- subscribers can be interconnected to form a two- or three-dimensional network structure, since with these two ports m one line is used to integrate the network subscriber, two more are used to connect the line to another line can be.
- An embodiment of the interfaces implemented by the ports in accordance with the Ethernet or Fast Ethernet specification has the advantage that technology knowledge already available from other areas can be used when implementing, for example, a fieldbus with such network components. In this way, a continuous network is obtained for the office, control, line and field levels, which enables transparent access to any data.
- a gateway for coupling network areas with different physics and different protocols is advantageously not required.
- Networks based on the Ethernet specification due to the high performance of data transmission. They offer cost advantages thanks to a widely available technology and components that are available in high numbers of pieces. It is possible to connect a large number of network participants to a network.
- a further improvement in applications in automation technology, in particular in the use of time-critical applications, is achieved if the control unit of the switch function is designed in such a way that a transmission priority of the telegrams to be sent is evaluated and telegrams with high priority over telegrams with a lower one Priority will be sent.
- a microprocessor for correcting an internal clock on the basis of time information received using m telegrams has the advantage that different network participants can carry out synchronized actions.
- a network topology with a linear arrangement of the participants can be produced in a simple manner. If the two line ends are connected to each other by a network participant, this creates a ring-shaped network topology.
- the network participant at one line end has the function of a redundancy manager, which is designed to close the two line ends in the fault-free case, ie when there is no interruption within the rows disconnect and connect the two line ends in the event of an error.
- a rapid elimination of an occurring error is advantageously made possible and thus the availability of the network is increased.
- Such a redundant ring, with respect to each operation timing of the communication comprises a linienfor strength Netztechniktopo ⁇ logy, is hereinafter referred to also as a series since it only with respect to the redundancy differs from this.
- a communication channel between two rows formed from several network participants can be designed redundantly.
- M by a simple manner, a first communication channel ⁇ by a connection of one port of a first network subscriber, which is arranged m the first row, of a second network subscriber which is arranged m the second row is formed with a port.
- a second communication channel is realized by connecting a port of a third network subscriber, which in turn is arranged in the first row, to a port of a fourth network subscriber m in the second row.
- the third network participant can monitor the first communication channel for freedom from interruption and, when the first communication channel is interrupted, can set the second communication channel m to the active state. In this way, you can obtain a redundant design of the communication channels between rows with little effort. This type of redundancy can be implemented inexpensively and is characterized by a short reconfiguration time.
- a small maximum number of devices to be traversed for cross-row telegram traffic can be achieved if of two operational communication channels that communication channel is activated, which is arranged by connecting a port of a network participant, the m of the first row at the smallest distance from the center of the row is formed with a port of a network subscriber which is arranged in the second row.
- a conflict that arises when two network participants are equidistant can be resolved in a simple manner by prioritizing device addresses, e.g. by giving preference to the network device with the smaller device address.
- the network participants and a network constructed with such network participants are characterized by great freedom with regard to the interconnection of participants.
- Three-dimensional structures can also be realized.
- the first row is connected to a third row via at least one third communication channel.
- the second row is connected directly or indirectly to the third row via a communication path that does not lead via network participants of the first row, so that a loop would exist when all communication channels of the network were active.
- the network participants in the network are designed such that, by exchanging configuration telegrams, they ensure that the network is loop-free with regard to communication and that each network participant communicates with every other network participant via exactly one active communication path, i.e. a communication path that only includes communication channels that are in the active state. Since the redundant transmission paths present in loops are managed by configuration telegrams, no additional management hardware is required.
- the established algorithm of the tensioning tree method can advantageously be carried out to establish the loop-free nature of the network, with each row as a virtual network subscriber and each operational and potentially active port of a network subscriber of a row, by connecting it to an operational port of a network subscriber another row, an operational communication channel is formed as an operational port of the virtual network subscriber.
- time synchronization of the network participants can also advantageously be carried out.
- a first network participant sends a first telegram to a second network participant, which contains the time of the first network participant corrected for a transmission time delay.
- the telegram runtime is stored in the second subscriber over the physical transmission link between the first network subscriber and the second network subscriber. It can, for example, be entered manually or previously measured by another telegram traffic.
- the second network participant measures the time delay since receipt of the first telegram and corrects the time received in the first telegram by the running time and a measured reception time delay.
- the second network subscriber is thus advantageously able at any time to determine a synchronized time from the sum of the time received in the first telegram and the delay in reception time supplemented by the transit time. Variable transmission and reception delays have no effect on the result of the synchronization. If the second network participant is also designed to send a second telegram for time synchronization to a third network participant, which is based on the runtime and the delay between receipt of the first If the received time contains the corrected telegram and the second telegram, the iterative forwarding of the respectively corrected time from network participants to network participants becomes possible. Identical correction mechanisms can be applied in the receiving network participants.
- the runtime stored in each network subscriber corresponds to the runtime over the physical transmission link between the last sending and receiving network subscriber.
- the first network subscriber sends a first telegram for time synchronization to a second network subscriber and at the same time stores a time of the first network subscriber corrected for the transmission time delay.
- the runtime of the telegram is stored in the second network participant over the physical transmission link between the first network participant and the second network participant.
- the second network participant measures the time delay since receipt of the first telegram without, however, stopping the timer used for this.
- the first network participant now sends a second telegram, which contains the time of the first network participant corrected for the transmission time delay, to the second network participant.
- the second network subscriber corrects the time received in the second telegram by the runtime and the reception delay, which is measured in relation to the reception of the first telegram.
- This procedure with two telegrams has the same advantages that are also associated with the procedure for time synchronization with only one telegram.
- the method with two telegrams can also be tive process to be continued.
- the second network participant forwards the first telegram to a third network participant and measures its delay time for the telegram forwarding.
- the second network participant sends a received time to the third network participant, corrected for the running time and the delay time of the telegram forwarding of the first telegram.
- the actual transmission time delay in the time synchronization is advantageously taken into account if the first network subscriber has a first timer for determining the transmission time delay, which he starts a list of the transmission orders when a telegram m is entered and after the telegram is made available for physical transmission as a value reads the transmission time delay by which the time of the telegram entry is to be corrected.
- the actual reception time delay during transmission is advantageously taken into account if the second network subscriber has a second timer for determining the reception time delay, which he starts when a first telegram is received from a physical transmission link.
- the runtime of the telegram over the physical transmission link between the first network participant and the second network participant can be stored as the start value m the second timer before it starts. This has the advantage that the sum of the transit time and the delay in reception time can be determined by only one timer.
- the start and end of the duration of a telegram can each be determined as the point in time at which a characteristic field of a telegram with a fixed distance from the telegra starts a medium independent Interface of the first network participant leaves or m enters a medium independent interface of the second network participant. Measurements of the transmission time delay, transit time and reception time delay are advantageous regardless of the length of the respective telegram.
- the Type field can be used with advantage as the characteristic field of the telegram.
- the second network participant upon receipt of the type field, it is known that it is a telegram that is used for time synchronization, and the necessary mechanisms can be initiated.
- the data field is located behind the type field and can be changed in the transmitter until the type field is output to the Media Independent Interface. This makes it possible to transmit the time corrected for the transmission time delay in the same telegram.
- the runtime of a telegram over the physical transmission link can be exactly determined by the first network participant sending a first telegram to a second network participant for determining the runtime and starting a response time timer after the telegram has been provided for the physical transmission.
- the second network participant After receiving the first telegram for determining the runtime, the second network participant starts a timer for measuring the time spent in the vehicle and stops the timer after providing a second telegram for physical transmission to the first network participant.
- the measured residence tent is transmitted to the first network participant in the second telegram to determine the running time.
- the first network participant After receiving the second telegram from the physical transmission, the first network participant stops the response time timer and calculates the duration of a telegram over the physical transmission path as half the difference between the measured response time and the residence tent in the second network participant.
- FIG. 1 shows a communication structure of an automation system
- FIG. 2 shows a block diagram of an interface of a network participant
- FIG. 3 shows a series connection of network participants with line-shaped network topology
- FIG. 4 shows a series connection of network participants with two communication channels
- FIG. 5 shows a two-dimensional connection of network participants
- Figure 6 shows a two-dimensional interconnection with redundant
- Figure 7 shows a two-dimensional network after redundancy management
- Figure 8 shows a three-dimensional network after redundancy management
- Figure 9 shows the basic structure of a telegram
- Figure 10 shows the structure of an order list.
- FIG. 1 shows the structure of a communication structure in an automation system. Communication takes place continuously at the control, line and field level through a network, the data transmission of which complies with the Fast Ethernet standard according to IEEE 802.3u.
- a sensor 1 for example a pressure transducer, a sensor 2, here an ultrasonic flow transducer, an actuator 3, a control valve for setting a flow, and a programmable logic controller 4 with twisted-pair lines 5, 6 and 7 interconnected in bus form.
- the programmable logic controller 4 forms together with the two
- Sensors 1 and 2 and the actuator 3 a control circuit in which the position of the control valve m depending on the Measured values of the pressure transducer and the flow transducer is specified.
- the programmable logic controller 4 is connected to a switch 9 via a twisted pair line 8.
- a cell computer 10, a master computer 11 and a firewall 12, with which a secure Ethernet access is implemented, are also connected to the switch 9 in a star-shaped topology. With a line 13, further cell computers, not shown in the figure for the sake of clarity, from adjacent cells of the automation system are connected to the switch 9.
- FIG. 1 clearly shows the advantage of high data transparency across all levels.
- the same transmission standard is used for control, line and field level.
- the field devices 1, 2 and 3 are connected to the programmable logic controller 4 m in the manner customary in the user m of a linear topology.
- Another advantage is the consistent use of uniform addresses for the individual network participants. An address conversion, as would be required if different standards were used at the different levels, can be omitted in the new network and the new network participants in an automation system.
- Figure 2 shows the basic structure of the communication interface of a network participant, for example the sensor 2 m Figure 1.
- Application-specific circuit parts such as a mechanical-electrical converter element, a device for signal preprocessing and a voltage supply are not shown for reasons of clarity.
- the parts combined in a rectangle 20 can be integrated in an ASIC (Application Specific Integrated Circuit).
- ASIC Application Specific Integrated Circuit
- Communication with the application-specific switching points of the network subscriber takes place via a microprocessor bus 21, to which a RAM 22, a microprocessor 23 and a microprocessor interface 25 are connected.
- m is the representation ment of the microprocessor 23 indicated that the integration m the ASIC is optional. Its functions could be taken over by an external processor.
- the task of the microprocessor 23 is the execution of user programs and communication functions, for example the handling of TCP / IP. Another task can be the management of send and receive lists of telegrams of different priority in the external RAM 22.
- the microprocessor 23 selects an order from a transmission list in the external RAM 22 and starts a DMA controller 26, which is referred to as DMA 1 control, via a microprocessor interface 25, after having previously m the number of the DMA controller 26 sending data bytes and a pointer that points to the data byte to be sent.
- the microprocessor 23 removes this send job from the send list in the RAM 22 and processes the next send job if the send list is not empty and still in the transmit buffer 27 free space is available.
- Ethernet controllers 28, 29, 30 and 31 are also integrated in the ASIC 20. Each of these Ethernet controllers enters the data bytes of a completely received telegram via a multiplexer 32, a DMA controller 33, which is also referred to as DMA 2 control, and the microprocessor interface 25 m a receive list in RAM 22.
- the microprocessor 23 accesses the reception list and evaluates the received data in accordance with an application program.
- the microprocessor interface 25 forms the essential interface between the Ethernet controllers 28... 31 and the microprocessor bus 21. It controls or operates the write and read accesses via the DMA controller 33 or the DMA controller 26 done on the RAM 22. Are both DMA controllers 26 and 33 simultaneously DMA- Requirements, so the microprocessor interface 25 decides on the access rights of the two DMA channels. Via the microprocessor interface 25, the microprocessor 23 can also write parameter registers 34 which are required for operating the communication interface of the network subscriber. Examples include a pointer to the start of the high-pore memory area in a transmit buffer of an Ethernet controller, a pointer to the start of the high-priority memory area in each of the receive buffers of the Ethernet controller
- Operating mode register for general control bits, an address of the series to which the network participant belongs, a cycle time for so-called port select telegrams and settings for various monitoring time intervals.
- the transmit buffer 27 has a size of more than three kilobytes and is divided into a memory area for high-priority and a memory area for low-priority telegrams. The ratio of the two memory areas can be parameterized.
- the memory areas of the transmit buffer for high and low priority data are each implemented as a ring buffer. Sending the data from the transmit buffer 27 via one or more Ethernet controllers 28 ... 31 begins when the number of bytes entered in a telegram is greater than the parameterizable fill level, or when a complete telegram from the RAM 22 was copied into the transmit buffer 27 and at least one ethernet controller 28 ... 31 is free for transmission.
- the Ethernet controllers 28 ... 31 are each constructed identically. Their structure is explained in more detail using the example of the Ethernet controller.
- a device 40 which is referred to as Transmit Control, contains a control unit which is responsible for the transmission of telegrams, for repetitions, transmission abort etc. It forms the interface between the internal controller clock and the send clock. For storing transmit status information for low-priority users and high-speed telegrams, a transmit status register m of the device 40 is provided. If a telegram was sent without errors via the port, a corresponding interrupt is generated.
- a Media Independent Interface 41 integrates the MAC sublayer of Layer 2 according to the seven-layer model, i.e. of the data link layer. This forms an interface to a module 36 for physical data transmission.
- the MII 41 also contains a transmit function block 42 and a receive function block 43.
- a MAC control block (not shown in FIG. 2), an address filter, a statistic payer and a host interface are integrated. Control and configuration data can be transmitted to module 36 and via the media independent interface
- the individual functions of the transmit function block 42 are: mapping of the bytes to be sent, detection of collisions in half-duplex operation and execution of a back-off algorithm, provision of transmit status information to the device 40 after termination of one Transmission process, compliance with the idle time inter-packet gap (IPG) between two telegrams, supplementing the transmission data with a preamble, a start-off-frame delimeter (SFD) and a parameterizable cyclic redundancy check word (CRC) , Filling a telegram with pad bytes if the telegram length was ⁇ 60 bytes, and aborting a transmission process on request.
- IPG idle time inter-packet gap
- SFD start-off-frame delimeter
- CRC parameterizable cyclic redundancy check word
- the receive function block 43 makes the received bytes available to a device 44, which is referred to as receive control.
- the receive function block 43 recognizes the start-of-frame delimeter and a VLAN frame. He checks the Langenfeld and the CRC word m telegrams. After the reception process has ended, receive status information is made available to the device 44.
- Block 43 recognizes and removes preambles and start-of-frame delimeters in the case of telegrams. If the free storage space falls below one Receive buffer 45 of the Ethernet controller 28 in full duplex mode a predetermined threshold value, the MAC control block sends a pause control telegram for flow control via the block 36.
- This telegram causes the connected network subscriber, as long as none Send data telegrams to the Ethernet controller 28 until the time interval sent with the pause control telegram has expired.
- the address filter carries out telegram filtering in accordance with unicast, multicast and broadcast addresses. To do this, the destination address (DA) received in a telegram is compared with filter addresses.
- the statistic payers store statistical information about send and receive operations.
- the host interface allows access to parameter registers and statistics payer of the Ethernet controller 28 by the neighboring network participants.
- the device 44 contains a control unit which is responsible for receiving telegrams. It forms the interface between the internal clock of the Ethernet controller 28 and the receive clock.
- the receive buffer 45 has a size of more than 3 kilobytes. It is divided into a memory area for high-pore and m a memory area for low-priority telegrams. The ratio of the two memory areas can be parameterized.
- the memory areas are each implemented as a ring buffer.
- the DMA controller 33 controls the DMA transfer from one of the receive buffers m the Ethernet controllers 28 ... 31 to the RAM 22.
- the DMA transfer begins when m of the receive buffers, for example in the receive Buffer 45, the number of data bytes received has reached a parameterizable minimum fill level or a telegram has been completely received.
- this receive buffer must be selected for the DMA transfer by a module 46, which is referred to as switch control.
- a multiplexer 47 is connected upstream of the device 40, which is controlled by a control unit 46, which is referred to as switch control.
- Switch-Control 46 controls the forwarding of data between the Ethernet controllers 28 ... 31 and the storage of received data if they are intended for the respective network participant. Since the application of the invention is not limited to networks according to the Ethernet specification, the Ethernet controllers 28 ... 31 are also generally referred to below as port 1, port 2, port 3 or port 4. Which ports are released for the forwarding of received data depends on the network structure m the participant is involved in. Switch-Control 46 controls the following actions as a function of the operating status, the network structure, the received destination address and the telegram priority:
- the received telegram is transmitted via the microprocessor interface 25 m to the RAM 22 without being forwarded to other ports.
- the telegram m is transferred to RAM 22 and made available to the other released ports for transmission.
- the telegram m is transferred to the RAM 22 and made available to the other released ports for transmission. If the received destination address is different from your own subscriber address and the multicast addresses, the telegram is made available to the other released ports for sending without being saved for further processing.
- VLAN bytes For telegrams with so-called VLAN bytes, for example, eight priority levels are available. Stand If several telegrams are to be sent simultaneously, the order in which the telegrams are sent is determined according to their transmission priority.
- Switch control 46 contains further parameters, the meanings of which will be explained in more detail later: a row address R E3 , which corresponds to the row connected to port 3, a row address R 14 , which represents the address of the row connected to port 4, a number N R1 of the transmission links up to port 1, a number N * - ⁇ der
- Timeout interval on port 3 an active time payer for a time interval that begins with the last receipt of a port select telegram on port 4, a combination aging payer for a maximum time interval within which a configuration telegram is received must, otherwise the saved combination Root_ID. Cost. Transm ⁇ tter_IC. Port_ID is deleted, a payer for the time interval ⁇ t r - ⁇ e i ü. after which Por: 3 switches a series from inactive to active, which corresponds to twice the worst case throughput time of a port select telegram through the series, and a payer for the time interval ⁇ t ne t-deiay. after which em port is switched from potentially active to active and which corresponds to twice the worst case throughput time of a configuration telegram through the network.
- the user can enter multicast and virtual LAN identification addresses, so-called VLAN addresses, in the filter table 48.
- a multicast or VLAN telegram is only accepted if the address received matches one of the addresses m in the filter table 48.
- a device 50 for redundancy control is intended to be any device 50 for redundancy control.
- the device has 50 cycle time registers with a parameterized cycle time for test telegrams, a cycle time number for generating a cycle time interval, a control unit for switching over to a redundant communication channel and for initiating a so-called Lmk-Up or lmk-down telegrams, em Series run time register with a parameterized worst-case cycle time of a message used by a number and em Rei ⁇ henlaufzeitiereer for generating a series term.
- Certain events are communicated to the microprocessor 23 via a device 51 for interrupt control, which is also referred to as interrupt control. Essentially, these are messages from sent or received telegrams and error messages.
- the device 51 contains an interrupt request register, an interrupt mask register, an interrupt register and an interrupt acknowledge register. Every event is stored in the interrupt request register. Individual events can be suppressed via the interrupt mask register. Only events that are not masked by the interrupt mask register appear in the interrupt register. The entry m the interrupt request register, however, is independent of the interrupt mask in the interrupt mask register. Bits in the interrupt request register can be reset with write access to the interrupt acknowledge register.
- Em module 52 contains special user functions which have to be integrated in the communication interface of the network participant.
- a partial function is implemented with a module 53 for time synchronization, another with a module 54 for aquidistance, which will be explained in more detail later.
- a delay timer 1 to 4 with the reference numerals 57, 58, 59 and 60, which determines the transmission time between the respective network subscriber and the network subscriber connected via the respective port.
- the respective delay timer is also used as a lead time timer (DLZ timer) for the respective port.
- each port there is an aquidistance timer, an auxiliary timer for a transmission time ⁇ ti via the respective port and a parameter ⁇ t DZ , which is the sum of the throughput times in the send and receive direction and the line runtime between corresponds to the communication interface and the network participant connected via the respective port.
- a local clock 37 m from the network subscriber, the time of which can be read and set via the microprocessor bus 21.
- An integrated serial peripheral interface (SPI) 55 is a simple but powerful serial bus system for connecting peripheral components, e.g. EEPROMs.
- Em merteg ⁇ eses I / O interface 56 is a parallel interface with 12 configurable Em- and outputs. LEDs for status display can be controlled via this interface, for example.
- Each port of the communication interface can be parameterized operated in half-duplex or in full-duplex mode. While half-duplex mode is set on one port, full-duplex mode can be parameterized on another port at the same time. In full duplex mode, telegrams can be sent and received at the same time. This is not possible in half-duplex mode.
- An application-specific application program which can be stored on the RAM 22, for example, carries data to be sent m an order list in the RAM 22 em.
- the DMA controller 26 copies data from this job list into the transmit buffer 27.
- Compiled telegrams are passed on to the released Ethernet controllers 28 ... 31. If a transmission conflict occurs because other telegrams are currently being routed through the communication interface controlled by switch control 46, the transmit buffer 27 should be able to store two complete Ethernet telegrams.
- the sending of the data from the transmit buffer 27 begins when a number of data bytes to be parameterized or a complete telegram has been transferred from the RAM 22 into the transmit buffer 27 and at least em
- Ethernet controller is free.
- the telegram remains stored in the transmit buffer 27 until it is clear of all given Ethernet controller 28 ... 31 was sent.
- the number of data bytes of a telegram, which must be stored in the transmit buffer 27 at least before being sent, must be parameterized so that the telegram is sent without gaps. Otherwise the telegram will be received incorrectly by other network participants. If telegrams of different priority are stored in the transmit buffer, the telegrams are sent according to their transmission priority.
- FIG. 3 shows an example of an interconnection of three network participants 61, 62 and 63 m in a line-shaped structure.
- the ports 1 to 4 of the communication interface of the network participants 61, 62 and 63 m are subdivided into switching points T1 to T4 for the sending direction and switching points R1 to R4 for the receiving direction.
- port 2 can also be referred to as port T2 / R2.
- port T2 / R2 of network participant 61 is connected to port T1 / R1 of network participant 62 and port T2 / R2 of network participant 62 is connected to port T1 / R1 of network participant 63.
- the data transmission takes place with a twisted pair cable for each transmission.
- the ports involved can thus be operated in full duplex mode. End devices can optionally be connected to the open ports T3 / R3 and T4 / R4 in FIG. 3 and to the port T1 / R1 of the network subscriber 61 or the port T2 / R2 of the network subscriber 63 and thus coupled to the network.
- FIG. 4 shows a number of network participants 70, 71, 72 and 73, each of which can exchange data with one another via two communication channels.
- the communication channels are each connected by a connection of the port T2 / R2 to the port Tl / Rl of the neighboring network participant and the port
- T4 / R4 realized with the port T3 / R3 of the neighboring network subscriber m in the manner shown. For example, as a high-pore and a low-priority communication channel and the data throughput can be doubled. There is no data exchange between the communication channels, ie a telegram received at the circuit part R1 can - if necessary - only be forwarded by the circuit part T2. Both communication channels are operated in full duplex mode.
- FIG. 5 An example of a two-dimensional interconnection of the network subscribers is shown in FIG. 5.
- Network subscribers 80, 81 and 82 are interconnected in a row in the manner already described with reference to FIG. 3.
- network participants 83, 84 and 85 form a series and network participants 86, 87 and 88 form a series.
- Terminals 89, 90 and 91 are connected to ports T4 / R4 of network participants 80, 81 and 84, respectively, and terminals 92, 93 and 94 are connected to ports T3 / R3 of network participants 83, 84 and 87
- Connecting the port T4 / R4 of the network subscriber 82 to the port T3 / R3 of the network subscriber 85 is a communication channel between the respective rows.
- two communication channels are formed between the network participants 83 and 86 and between the network participants 85 and 88. To ensure that there is no loop in the network, only one of the communication channels may be activated at a time.
- the rows formed from the subscribers 80 to 82, 83 to 85 and 86 to 88 are each assigned a unique row address R k , which is stored in a parameter register “row address”.
- FIG. 6 Another two-dimensional network is shown in FIG. 6 e. 8 network participants 100 ... 107, 110 ... 117, 120 ... 127 and 130 ... 137 are connected in a row. Both the broken lines and the solid lines between the network participants represent communication channels. However, it must be ensured that only one communication path is used between any two network participants in the entire network. Loops would occur with several possible communication paths, ie telegrams would multiply and circulate. To such situations vermei ⁇ the one who Spannmg tree algorithm has been developed. Data telegrams are only received by ports, forwarded to ports and sent by ports that are contained in the voltage tree. The remaining ports are deactivated.
- Deak ⁇ tivate communication channels are illustrated m FIG 6 by broken lines, activated by solid lines.
- the two line ends are connected to one another, for example at network participants 100 and 107.
- the communication channel created in this way is deactivated, and in the case of an error m the active state is set.
- This redundancy requires an uninterrupted line structure. Since the Spannmg-Tree algorithm may also have interrupted a connection via the ports T1 / R1 and T2 / R2, it cannot be used unchanged.
- a method is presented which ensures loop freedom for a network of interconnected rows of network participants without having to interrupt a row. If necessary, only ports T3 / R3 are deactivated.
- Only one communication channel may be active between two rows at a time, ie data telegrams are exchanged via this communication path. There is no data exchange via the other communication paths between two rows.
- the selection of the only active communication channel between two rows is made using port select telegrams. These are telegrams that are only forwarded within a row. There is no exchange between the rows.
- the task of these port select telegrams is to find a network participant that can communicate with a port T3 / R3 adjacent row is connected and based on the number of network participants is as far as possible from both ends of the line structure, ie the smallest distance from the center of the row.
- These properties define the only network participant in the series that is actively connected to an adjacent series via port T3 / R3. All other connections via ports T3 / R3 of network participants in the same row are adjacent to this fourth deakti ⁇ . No data telegrams are exchanged via deactivated communication channels.
- Port select telegrams are clearly identified by an identifier in the type field.
- FIG. 7 shows the result of the redundancy control in a two-dimensional network in a different type of representation.
- the number entered in the individual boxes corresponds to the respective address of the network participant.
- Port Tl / Rl is on the left, port T2 / R2 on the right, port T3 / R3 on the top and
- Port T4 / R4 on the lower side of the network participants.
- An active communication channel operated in full duplex mode is shown by two solid parallel lines between two participants. The communication channels drawn in with two broken lines are deactivated.
- the data area of port select telegrams that are received by a network participant via port T2 / R2 contains information about the number N ⁇ of the transmission links between port Tl / Rl of the network participant at the “right * edge of the row and port T2 / R2 of the respective network subscriber and contains the number N Ri of the subscriber who was the last to forward or send the received port select telegram.
- the data area of port select telegrams that are received via port T1 / R1 contains the number N R1 of the transmission links between port T2 / R2 of the network subscriber at the “left * edge of the row and the port T1 / R1 of the respective network subscriber as well the number N R ⁇ which is valid for the network subscriber who was the last to forward or send the received port select telegram.
- Initiator of the received port select telegram the 16 bit address R (0 ⁇ k ⁇ p, p number of rows) of the row to which the initiator of the port select telegram belongs, and a valid bit V for the received value of IN RI - N R ⁇ route-iat i and for the row address R.
- the port select telegram was fed into the row by a network participant who is connected to an adjacent row via an operational port T3 / R3.
- a connection to the adjacent row is ready for operation if ⁇ t within a parameterizable time interval.
- ⁇ rreo r timeout interval
- a port select telegram is received at port P3 / R3. This is only possible if the port T3 / R3 of the network subscriber in its own row and the port T4 / R4 of the network subscriber in the adjacent row are each in an “lmk-pass *” state. In this state, telegrams can be transmitted in both directions.
- Network participants also send port select telegrams to be forwarded or compiled themselves via their port T3 / R3.
- each network participant Upon receipt of a port select telegram via port T3 / R3, each network participant recognizes whether it is connected to another row via this port.
- Network participants set the valid bit V to one if a port select telegram has been received via port T3 / R3.
- Port select telegrams received on port T3 / R3 are sent back to the sender unchanged.
- the network subscriber previously saves the address R n received with the port select telegram of the row connected via port T3 / R3.
- a timeout counter is assigned to port T3 / R3, which is incremented with an adjustable clock.
- Each port select telegram received on port T3 / R3 resets this payer.
- the network participant sets the valid bit V to zero if within a parameterizable
- Timeout interval ⁇ ttimeo no port select telegram is received.
- Network participants also send forwardable or self-made port select telegrams
- Port select telegrams received in port T4 / R4 are returned to the sender unchanged.
- the network subscriber ⁇ previously stores the program with the port select Tele ⁇ received address R n of the through port T4 / R4 the connected number.
- T2 / R2 received port select telegram or data telegram resets this payer.
- N R ⁇ + 1) if a port select telegram is received at port T2 / R2 with the received value N K. ⁇ ' Not equal to the stored value of N R _. In addition, N RZe mpf is saved.
- N R2 +1 if a port select telegram is received at port Tl / Rl with a received value N R ⁇ emp f not equal to the stored value of N Ri .
- N R ⁇ empf is stored.
- Communication channel are connected to another row via port T3 / R3 and receive a port select telegram with a valid bit V set to one, compare
- Aimtiator A 3
- the received port select telegram is filtered out, since this case is only possible in the event of an error.
- a n i t i ator > A s the received port select telegram is filtered out and a separate port select telegram with IN R ⁇ - N R2 limtiaor is set to I RI - N R2
- G and A 3t ored A ⁇ is stored. This applies to a period of time ⁇ t r ⁇ wdeia y , - which corresponds to at least twice the worst case throughput time of a port select telegram through a series.
- An active port T3 / R3 of a network participant is deactivated if the network participant does not receive a port select telegram from within the timeout interval ⁇ ttimeout another row.
- the communication channel via port T3 / R3 to the other row is marked as not ready for operation.
- An active port T3 / R3 is also deactivated if the network participant receives a port select telegram with t
- Communication channels connected to another row via port T3 / R3 send cyclically m each message interval ⁇ t M their own port select telegrams.
- each network work participant in the row knows the network subscriber who is connected via its port T3 / R3 to an adjacent row and has the smallest distance from the center of the row. Only over this active communication channel, data telegrams are exchanged between the two rows. The connections of the other network participants to the next row are deactivated.
- FIG. 7 shows a network in this swung state.
- FIG. 8 shows a network with a three-dimensional structure.
- the arrangement of the ports on the individual boxes, which each represent a network participant with the entered address, is the same as that shown in FIG. 7.
- the communication channels are also shown in the same way.
- a series m of linear structure is built up with several network participants by connecting the ports T1 / R1 and T2 / R2.
- Several of these rows are interconnected to form a three-dimensional structure, as shown in FIG. 8. To do this, there must be at least one communication channel between ports T3 / R3 and T4 / R4 between two rows. Multiple communication paths between two rows are permitted.
- Terminals can be connected to ports T3 / R3 and T4 / R4 of the network nodes that are not used for communication channels between rows.
- Each row is a unique row address R *. assigned with 0 ⁇ k ⁇ p, where p is the number of
- Rows of the selected network structure are indicated on the left side of FIG. 8 next to the respective row.
- the associated address of the series is stored in each network participant in the "Row address *" parameter register.
- the data area of the port select telegrams is expanded by the address R n of the adjacent row to which the port T3 / R3 or the port T4 / R4 of the network subscriber who compiled the telegram is connected.
- the task of the port select telegrams expanded by the row address R n of the adjacent row is to find a network subscriber which is connected to a row with the address R r via port T3 / R3 and in relation to the number of
- Network subscriber is as far as possible from both ends of its row, ie has the smallest distance from the middle of the row. This defines the only network participant in the row that is potentially actively connected to the adjacent row with the address R r via port T3 / R3. Port T3 / R3 is switched from potentially active to active if the modified voltage tree algorithm also switches this port active. Data telegrams are only exchanged via active communication channels between the rows. With the method previously described for the two-dimensional network structure, the network participant can be found who has the smallest distance from the center of the row and whose port T3 / R3 is connected to the row with the address R N.
- the port select telegrams ensure that between two rows that are directly connected to each other via communication channels, only one communication channel via port T3 / R3 is potentially active at any time.
- a modified tension tree method ensures that no loops occur across the entire three-dimensional network. Characteristics of the modified voltage tree method are that each row is regarded as a virtual switch, with the potentially active communication channels via ports T3 / R3 or via ports T4 / R4 to other rows as ports of the virtual switch and that a communication channel is viewed via a port T4 / R4 is potentially active if it is connected to a potentially active port T3 / R3 of another row, which is also regarded as a virtual switch. Furthermore, the following entries are provided in the data field for configuration telegrams:
- Root_ID A 64 bit address R R of the virtual switch, which is assumed to be “root”.
- Transm ⁇ tter_ID A 64 bit address R ⁇ of the virtual switch to which the sending network participant belongs.
- the addresses R R and R ⁇ each correspond to the address of the row that is regarded as a virtual switch.
- Cost Smallest number of rows that a telegram has to go through from a sender to the Root_ID.
- Port_ID A 16 bit address P H. of the port via which the sending virtual switch sends the configuration telegram.
- RP ID is equal to the address R n of the row that is connected to the port via which the virtual switch sends with the Transm ⁇ tter_ID.
- the Spannmg-Tree algorithm can be applied to a network of virtual switches. It is based on the described configuration telegrams that are sent and received by virtual switches. Only the potentially active or active ports T3 / R3 or T4 / R4 of a row, ie a virtual switch, evaluate received configuration telegrams. The deactivated ports T3 / R3 or T4 / R4 evaluate the configuration telegrams and then filter them. The voltage tree method switches the ports T3 / R3 or T4 / R4 from potentially active to active, which ensure that there is only one communication path between any two network participants in the network and therefore no loops occur. The remaining ports T3 / R3 or T4 / R4 remain potentially active or deactivated. Data telegrams are only exchanged via active communication channels between the rows.
- a virtual switch is always ready to receive configuration telegrams at its ports and stores the configuration message for each port with the "best * combination of Root_ID". Cost. Transmitter_ID. Port_ID. Not only are the combinations received compared for each port, but also the combination that the virtual switch would send to this port is compared. A combination Kl is "better *" than another combination K2 if 1. Root_ID of Kl ⁇ Root_ID of K2,
- Root_ID of Kl Root_ID of K2 and Cost of Kl ⁇ Cost of K2,
- Transmitter_ID of Kl Transmitter_ID of K2 and Port__ID of Kl ⁇ Port_ID of K2.
- the root port of a virtual switch is the port with the
- the root port is the port of a virtual switch with the shortest distance to the Root_ID.
- the combination of the root port is communicated to all network participants of the virtual switch via port select telegrams. This means that every network participant has the necessary information to decide whether a port of is potentially to be switched actively to active. A potentially active port is switched to active if Root_ID. (Cost + 1) .Transm ⁇ tter_ID.Port_ID from the root port is "better * than Root__ID. Cost. Transm ⁇ tter_ID. Port_ID of the considered port.
- the condition that leads to the activation of a port of a virtual switch must be valid for a period of time ⁇ t ne tdeiay which corresponds to at least twice the worst case throughput time of a configuration telegram through the network before the relevant port is actually activated. Only configuration telegrams received from the root port are forwarded to the active ports of the virtual switch. Configuration telegrams are only sent or forwarded via the active ports T3 / R3. The only ones
- the potentially active ports T4 / R4 of the connected virtual switches are therefore receivers of these telegrams.
- configuration telegrams are only sent or forwarded via the active ports T4 / R4.
- the only receivers of such telegrams are the potentially active ports T3 / R3 of the connected virtual switches.
- a so-called combination aging counter is assigned to each port of a virtual switch. This counter is reset with each received or forwarded configuration telegram and restarted. The combination aging counter is therefore only activated for the potentially active or active ports in a row and is incremented with a parameterizable time cycle.
- Switches ie within a series of network participants with a lien-shaped structure, are implemented with port select Telegrams that are similar to the port select telegrams of a network with a two-dimensional structure described above.
- the data area of the port select telegrams of a network with a three-dimensional structure is expanded by a 16 bit address R n of the port T3 / independent of the receiving port compared to the data area of the port select telegrams for a network with a two-dimensional structure.
- R3 connected virtual switches, ie the neighboring row, the validity of which is indicated by the valid bit V already described. If V 0, the received value of the row address R n is also invalid.
- a potentially active bit P pA is inserted in the data area of the port select telegram. Depending on the receiving port, this bit has two meanings:
- the data area of the port select telegram is expanded by a 16 bit address Ri of the virtual switch connected via port T4 / R4.
- K R Root_ID.Cost .Transm ⁇ tter_ID.Port_ID.
- the ports T4 / R4 are each assigned an active timer, which is incremented with an adjustable clock.
- Each port select telegram received via port T4 / R4 with the potential active bit set P pA - 1 resets the active timer and restarts it.
- a network participant with a potentially active or active port T4 / R4 deactivates this port if 1.
- each network participant with a potentially active communication channel via port T4 / R4 to a row with the address R x when it receives a configuration telegram via port T4 / R4,
- Source address .Port_ID is sent, 5. each network participant with a potentially active or active port whose stored combination K R is "better * than the combination K R in the received port select telegram, whereby the combination K R stored for this port is deleted and recalculated and wherein a port select telegram with the best combination received so far for this port
- Each network participant, whose port T4 / R4 is switched from deactivated to potentially active or active, sends a parameterisable number of port Select telegrams with P p 1.
- All receivers of a port select telegram with a deactivated communication channel to another row store the values K E and K R sent by the associated potentially active or active port of the virtual switch.
- FIG. 8 shows the result of the application of the port select telegrams in combination with the modified voltage tree method to each row of the three-dimensional network shown.
- Redundancy in the network is intended to ensure that physical errors, electromagnetic interference, network expansions or component replacement do not impair communication between the network components.
- the prerequisite for this is not only a quick detection of errors or network modifications and a quick network reconfiguration, but also a network area that is as small as possible, which during the reconfiguration time differs from the Effects of the error or the network modification is affected.
- Redundancy management enables redundancy within each row of a network, with respect to the communication channels between two rows connected to one another, and redundancy m with respect to the entire network.
- the modified Spannmg-Tree algorithm guarantees freedom from loops.
- This type of redundancy advantageously enables short reconfiguration times with minimal hardware expenditure and can therefore be implemented with little effort.
- the network area is limited which is affected by the effects of an error or a network configuration during the reconfiguration time.
- Rmg In order to ensure redundancy in a series of network subscribers connected in the form of a line, e Rmg is formed, as is the case in FIG. 6, for example, with network subscribers 100 ... 107.
- a network subscriber for example network subscriber 100, which is located at one end of the row, must be operated in redundancy mode. It acts as a redundancy manager.
- this network participant By setting a redundancy bit in the parameter register, this network participant is switched to the redundancy mode.
- it cyclically sends a Testl telegram to port 1 with the MAC address of port 1 as the source address.
- the cycle time is, for example, 10 ms.
- Test 2 is sent cyclically on port 2 with the MAC address of port 2 as the source address.
- the cycle time is also 10 ms, for example.
- the Test2 telegram is sent offset by half the cycle time, 5 ms after the Testl telegram. If the row is not interrupted, the Testl telegrams sent on port 1 are received again on port 2, and the Test2 telegrams m are also reversed Direction.
- the communication channel between the two ports 1 and 2 within the network participant, which is operated as a redundancy manager, is disconnected, so that all data telegrams received at port 2 are filtered out and from the telegrams received at port 1 only those to the own station address directed to be accepted.
- the network participant operated as redundancy manager closes the Rmg, i.e. it forwards received telegrams between ports 1 and 2 if a test telegram is not received at one of the two ports within a parameterizable time interval of, for example, 100 ms or if an "lmk-down *" telegram is received by a network participant of the respective row that receives one Interruption of the communication channel to the next network participant.
- the port of the network participant affected by the interruption is deactivated. A prerequisite for the reactivation of this port is the reestablishment of the connection to the other network participant for a certain minimum time of, for example, 1.6 s or the receipt of one
- the network subscriber operated as a redundancy manager opens the Rmg when a test telegram is received again over the previously interrupted route or when a telegram “lmk-up *” is received by the network subscriber in the series whose communication channel to the neighboring network subscriber has been for a certain minimum time, for example 1 , 6 s is no longer interrupted.
- an "lmk-up *" telegram is sent to ports 1 and 2 of the redundancy manager in order to send all other network participants in the series via the new ring structure inform.
- Test telegrams continue to be sent cyclically. Each network participant in the series resets the registers necessary for the forwarding of telegrams by receiving an "lmk-up" or "lmk-down *" telegram.
- a redundant implementation of the communication channels between two rows requires at least two separate communication paths. However, a maximum of one path may be used for data exchange between the rows. This potentially active communication channel between two rows is selected with the help of port select telegrams. If a potentially active communication channel is identified as faulty, it is deactivated and another communication path is switched to potentially active. The following applies to the switchover time from deactivated to potentially active:
- ⁇ tr lme out is the timeout interval and ⁇ t r owdeiay corresponds to twice the worst case throughput time of a port select telegram through the series.
- the switchover time therefore depends on the number of network participants that form a row. It is, for example, for a series of 50 network participants in the order of 200 ms, if a timeout interval of 150 ms is assumed.
- Redundancy in a three-dimensional network is also possible. If the loop structure already provides freedom from loops, ie there is no network redundancy, every potentially active communication path between two rows is also active. In this case, it is not necessary to use the modified tension tree algorithm described. With network redundancy, the modified Spannmg-Tree algorithm ensures loop-free between the rows. A reconfiguration of a network with the modified tension-tree algorithm is only necessary for errors or network modifications that are not processed by the redundancy within a row or the redundancy of the communication channels between two rows. In the case of a network with such network participants, the transmission time from the sender to the receiver depends on the number of network participants over which the telegram is forwarded and cannot be neglected. The transmission time of a telegram increases for everyone
- Network subscriber who forwards the telegram to a subscriber-specific delay Ti e ⁇ t 1 ⁇ which is composed of the following times:
- This time is, for example, 21 T B ⁇ t for DP83843 PHYTER from NSC, where T B .t corresponds to 100 ns at 10 MBaud transmission rate and 10 ns at 100 MBaud transmission rate.
- This pass-through tent is for example for DP83843 PHYTER 4.
- the throughput time ⁇ t D z can be determined with the following sequence of telegrams, which network participants execute, for example after initialization or on request:
- Each network participant who is newly added to the network sends its four neighboring network participants a so-called DLZ telegram, i.e. em first telegram for running time determination.
- This telegram is clearly identified in the 16 bit type address.
- the new network participant starts a DLZ timer 1 after the last nibble of the type field of the DLZ telegram has been made available to the media independent interface (MII) of port 1 for sending. Accordingly, he starts a DLZ timer 2, 3 and 4 for sending via ports 2, 3 and 4. 3.
- MII media independent interface
- Each of the maximum of 4 neighboring network participants starts after receiving the last nibble of the type field of the DLZ telegram on his MII its DLZ timer of the respective port.
- the received DLZ telegram is not forwarded, but is sent back to the sender, supplemented by the residence time, the respective Ethernet controller of the network participant.
- this neighboring network participant If this neighboring network participant has passed the last nibble of the type field of the DLZ telegram modified in this way to its MII directed to the newly connected network participant, it stops the DLZ timer and sends the dwell time stored in the DLZ timer with the data field of the telegram to the newly connected network participant. 4.
- the network subscriber newly added to the network stops the assigned DLZ timer 1, 2, 3 or 4 when he receives the last nibble of the type field at his MII of the respective port. 5.
- the throughput tents .DELTA.t D LZ2 .DELTA.t D LZ3 and At D z. calculated for the remaining ports of the new network participant.
- the flow tents determined in this way are stored as parameters in module 52 (FIG. 2).
- the newly connected network participant sends the measured pass tents to the neighboring network participants via the respectively assigned port.
- Time synchronization has the task of synchronizing the clocks of several or all network participants.
- the communication channels between network participants are advantageously operated in full duplex mode so that the transmission of telegrams exhibits deterministic behavior.
- the transmission time from a sender to a receiver in a network depends on the number of network participants over which the telegram is routed and cannot be neglected.
- Time synchronization can be carried out with two special telegrams, for example.
- Figure 9 shows the general structure of a telegram.
- the first field 140 contains a destination address, ie an address of the subscribers to whom the telegram is directed, for example wise 48 bits long.
- E second field 141 contains a source address, the address of the respective transmitting Netztechnikteilneh ⁇ mers whose length ebenj alls for example, 48 bit amounts.
- An identifier of the telegram is transmitted in a type field 142 with, for example, 16 bits.
- the user data of the telegram are sent in a data field 143 of variable length.
- Completed ⁇ det is the telegram by a check sequence 144 that is used essentially for checking the transmission quality.
- Telegrams for time synchronization can be identified by a special multicast address as destination address 140 and / or by a new type address to be defined in type field 142.
- FIG. 10 shows an order list which can be stored, for example, in the RAM 22 in FIG. 2. Telegrams that are to be transmitted via the network are entered in such an order list. If the transmission is not prioritized, the telegram below is transmitted next. It can therefore happen that, for example, a completed telegram 151 is only transmitted when two telegrams 152 and 153 previously entered in the job list have been transmitted. Depending on the number of pending orders, the delay in sending a telegram in a network participant can therefore be varied after it has been entered in the order list. The following describes one way in which the influence of the transmission time delay in time synchronization can be avoided:
- Em nibble is defined as e half a byte, that is, it is a sequence of 4 bits.
- the stored delay times of the ports each correspond to the transmission time ⁇ t 2 of this network subscriber defined above.
- the start value .DELTA.t D z P of the delay timer the duration of the tele ⁇ program on the physical transmission is required to draw added.
- the time master then carries an SM timel
- Telegram which contains the start time of the delay timers in the data field, m the order list e.
- P 1, 2, 3, 4
- P 1, 2, 3, 4
- it replaces the start time of the delay timers with the time at which the last nibble of the type field of the SM-Ti eO telegram was made available to the MII of this port for sending, ie by the sum of the start time of the delay timers and the measured delay time of the respective port P.
- the time corrected by the transmission time delay is thus entered in the SM timel telegram. 6.
- SM-Timel telegrams are only accepted by the network participant that previously sent an SM-TimeO telegram.
- the time slave When the SM-Timel telegram is received, the time slave knows, i.e. the neighboring network participant, the start time of his delay timer.
- the synchronized time is the sum of the time received in the SM-Timel telegram and the delay time of the time slave for the respective receiving port.
- the neighboring network subscriber thus corrects the time received in the second telegram by the runtime and the reception time delay.
- the time master starts the delay timers assigned to the ports and carries the time telegram with the start time of these timers m the job list em.
- the network participant then adds the start time of the delay timers specified in the time telegram to the value of the delay timer of the respective port P and sends this sum as a time corrected by the transmission time delay with a first telegram for time synchronization via the respective port P.
- Each neighboring network participant starts after receiving the last nibble of the type field of the first telegram for time synchronization on a port P,
- the value of the delay timer which is assigned to this port is stored. However, the delay timers continue to run. The stored delay times assigned to the individual ports each correspond to the transmission time ⁇ t x of this network subscriber. It is added to the received start time of the delay timer and forwarded with a second telegram for time synchronization via another port to the next, ie a third, network participant.
- the time slave knows the start time of its delay timer in time synchronization.
- the synchronized time is the sum of the time received in a first or second telegram and the delay time of the time slave for the receiving port P.
- the described time synchronization options can be used in a corresponding manner for the synchronization of aquidistance timers m for the network participants.
- the task of aquidistance timers is to enable several or all network participants to perform specified actions aquidistantly. In control systems, this function is often referred to as an “electronic wave *.
- a clock beat For all network participants that are connected to one another via the network, a clock beat should be generated, with the clock of which respective target values are transferred and actual values are queried.
- An application example is the measurement of the electrical fresh performance, we m the required current and voltage measured values are recorded by separate transmitters and queried over the network.
- an aquidistant cycle is controlled by only one aquidistance master.
- the network participant that takes over the function of an aquidistance master has a timer that is loaded at the start with the parameterizable value of the aquidistance interval.
- the timer is free running and is decremented with every bit clock. When the timer has expired, it is loaded again with the parameterized value of the aquidistance interval and a new cycle begins.
- the difference between an aquidistance timer and a clock is therefore the direction of travel.
- To correct a timer status transmitted with telegrams the time delays do not have to be added as with the time, but have to be subtracted.
- the term “time synchronization *” used above should therefore be understood to include the synchronization of aquidistance timers.
- the Aquidistanz master carries the Aquidistanz telegram m the order list em. It stores the value of the
- Aquidistanz-Timers from when the last nibble of the type field of the Aquidistanz telegram is transferred to the MII of the four ports P, P 1, 2, 3, 4, ie provided for the physical transmission.
- Each network participant starts after receiving the last nibble of the type field of the aquidistance telegram at the MII of a port, ie when receiving the aquidistance Telegram from the physical transmission link, an auxiliary timer with the value of the throughput time ⁇ t D _.z ⁇ -
- the value of the auxiliary timer is saved at the point in time at which the neighboring network subscriber creates the last nibble of the type field from the equidistance telegram for forwarding to the MII of another port.
- the stored value of the auxiliary timer corresponds to the transmission time ⁇ ti of this network participant for port P. This stored time ⁇ ti becomes from the received remaining time ⁇ t AqU i to the next
- Subtracted cycle start The neighboring network participant forwards the corrected remaining time ( ⁇ t Aqui - ⁇ ti) with the aquidistance telegram via the other port to the next neighboring network participant. In addition, he loads the corrected remaining time into his equidistance timer, which is decremented with every cycle.
- the equidistance timer of an equidistance slave is first loaded with the parameterized value of the aquidistance interval and decremented with each bit cycle. As soon as a new aquidistance telegram is received from the equidistance master, the equidistance slave loads the remaining time determined in the manner described ( ⁇ t AqU i _ ⁇ t ; ) into the equidistance timer until the next cycle begins .
- the maximum transmission time between a transmitter and a receiver in the network should be less than the length of the aquidistance interval.
- Ethernet a network according to the Ethernet specification was described.
- the invention is also readily applicable to Fast Ethernet, Gigabit Ethernet or other types of networks.
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Abstract
The invention relates to a network user, in particular a field device, comprising several ports for connection of further network components. An interface (25), a so-called microprocessor-interface, is provided to link the ports (28...31) with a user-internal processor bus. A control unit (46), a so-called switch control, provides message route management between the ports (28...31) and the microprocessor interface (25). The network user can, thus, be connected in a linear structure without using further switches. Furthermore, a redundant layout of the transmission channels and a clock-time synchronisation are possible.
Description
Beschreibung description
NETZWERKTEILNEHMER, INSBESONDERE FELDGERAT, MIT TELEGRAMMWEGLENKUNG ZWISCHEN PORTS UND EINEM MIKROPROZESSOR-INTERFACE, SOWIE NETZWERK MIT EINEM DERARTIGEN NETZ ERKTEILNEHMERNETWORK SUBSCRIBER, ESPECIALLY FIELD DEVICE, WITH TELEGRAM DEFLECTION BETWEEN PORTS AND A MICROPROCESSOR INTERFACE, AND NETWORK WITH SUCH A NETWORK SUBSCRIBER
Die Erfindung betrifft einen Netzwerkteilnehmer, insbesondere ein Feldgerat, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Netzwerk, m welchem mehrere derartige Netzwerkteilnehmer miteinander verschaltet sind.The invention relates to a network participant, in particular a field device, and a network in which a plurality of such network participants are interconnected.
Aus der Siemens-Druckschrift „Industrial Ethernet with Switchmg and Fast Ethernet Technology*, Basic Information 10/98, Bestellnummer 6ZB5530-1AH02-0BA0 ist bereits ein Netzwerkteilnehmer, ein sogenannter Optical Switch Module (OSM) mit mehreren Ports zum Anschluß weiterer Netzwerkkomponenten bekannt. Zum Aufbau eines Ethernet oder Fast-Ethernet- Netzwerks werden beispielsweise Endgerate an die Ports angeschlossen und sind somit über das OSM miteinander verbunden. Es entsteht eine sternförmige Netzwerktopologie . Das OSM ist eine sogenannte Layer-2-Komponente, die Ziel- und Quelladres- se der umlaufenden Telegramme analysiert und die Telegramme ihren Adressen entsprechend über die Ports weiterleitet, also eine Telegrammlenkung durchfuhrt. Damit wird eine Entkopplung der einzelnen Kommunikationskanale erreicht und für jeden Kommunikationskanal steht die volle Übertragungskapazität zur Verfugung.From the Siemens publication "Industrial Ethernet with Switchmg and Fast Ethernet Technology *, Basic Information 10/98, order number 6ZB5530-1AH02-0BA0, a network subscriber, a so-called optical switch module (OSM) with several ports for connecting further network components, is already known. To set up an Ethernet or Fast Ethernet network, for example, end devices are connected to the ports and are therefore connected to each other via the OSM. A star-shaped network topology is created. The OSM is a so-called Layer 2 component, which analyzes the destination and source address of the circulating telegrams and forwards the telegrams via their ports according to their addresses, that is, carries out telegram control. A decoupling of the individual communication channels is achieved and the full transmission capacity is available for each communication channel.
Netzwerke auf der Basis sternförmiger Strukturen sind im Bereich der Burokommunikation weit verbreitet. In automati- sierungstechnischen Anlagen wird Ethernet häufig zur Kommunikation m der Leitebene und der Zellebene verwendet. In die Feldebene hat Ethernet allerdings praktisch keinen Eingang gefunden. In der Feldebene werden Feldbusse, wie z.B. PROFIBUS, eingesetzt, die eine Busstruktur aufweisen, d.h. m welchen die Netzwerkteilnehmer linienformig miteinander verschaltet werden. Die Kommunikation erfolgt somit m der Feldebene mit einer anderen Physik und einem anderen Protokoll
als in der Zeil- oder Leitebene. Für den vertikalen Datenverkehr über die Grenzen zwischen den einzelnen Ebenen hinweg müssen sogenannte Gateway-Komponenten verwendet werden. Damit verbunden sind Nachteile wie niedrige Geschwm- digkeit m vertikaler Richtung, fehlende Transparenz der Daten sowie ein hoher Software- und Wartungsaufwand der automatisierungstechnischen Anlage. Zudem wird auch m der Feldebene eine gegenüber derzeitigen Feldbussen erhöhte Leistungsfähigkeit gewünscht. Diese Nachteile werden dadurch verstärkt, daß der vertikale Datenverkehr m automatisie- rungstechnischen Anlagen standig zunimmt, da Betriebsdatenerfassung, Alarmverwaltung, Visualisierung und Fernwartung diesen im verstärkten Maße erfordern.Networks based on star-shaped structures are widespread in the field of office communication. In automation systems, Ethernet is often used for communication at the control level and the cell level. However, Ethernet has found practically no input at the field level. At the field level, fieldbuses, such as PROFIBUS, are used which have a bus structure, ie in which the network participants are interconnected in a line. Communication takes place at the field level with a different physics and a different protocol than in the line or control level. So-called gateway components must be used for vertical data traffic across the boundaries between the individual levels. This is associated with disadvantages such as low speed in the vertical direction, a lack of transparency in the data, and high software and maintenance costs for the automation system. In addition, increased performance is desired at the field level compared to current field buses. These disadvantages are exacerbated by the fact that vertical data traffic in automation systems increases steadily, since operational data acquisition, alarm management, visualization and remote maintenance require this to an increased extent.
Aus dem Aufsatz „Das Netz ist die Steuerung* von MartinFrom the essay "The network is the controller * by Martin
Buchwitz und Martin Jetter, erschienen m Elektronik 8/1999, Seiten 38 bis 56, ist eine Steuerung f r den Einsatz m der Automatisierungstechnik bekannt, die einen Switch mit mehreren Ports aufweist. Die einzelnen Komponenten der Steuerung sind über eine Fast-Ethernet-Schnittstelle an den Switch angeschlossen und können über den Switch miteinander kommunizieren. Feldgerate werden jedoch weiterhin sternförmig an die nach außen geführten Ports der Steuerung oder an einen externen Switch angeschlossen.Buchwitz and Martin Jetter, published in Electronics 8/1999, pages 38 to 56, a controller for use in automation technology is known which has a switch with multiple ports. The individual components of the controller are connected to the switch via a Fast Ethernet interface and can communicate with each other via the switch. However, field devices continue to be connected in a star shape to the external ports of the controller or to an external switch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Netzwerkteilnehmer sowie ein Netzwerk zu schaffen, welche zur Kommunikation einfach konfigurierbar sind und einen geringen Aufwand erfordern.The invention has for its object to provide a network participant and a network that are easily configurable for communication and require little effort.
Zur Losung dieser Aufgabe weist der neue Netzwerkteilnehmer der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. Ein Netzwerk mit mehreren derartigen Netzwerkkomponenten sowie vorteilhafte Ausge- staltungen der Erfindung sind m Anspruch 6 bzw. den Unteran- spruchen beschrieben.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß Netzwerkteilnehmer, insbesondere Feldgerate, n der vom Anwender von Feldbussen gewohnten Weise m einer Linienstruktur verschaltet werden können. Ein separater Switch, wie er bei einer sternförmigen Struktur erforderlich wäre, entfallt. Insbesondere bei einem Netzwerk nach Ethernet-, Fast-Ethernet- oder Gigabit-Ether- net-Spezifikation wird durch die Erfindung der Aufbau eines Netzes großer Ausdehnung ermöglicht, da lediglich der Abstand zwischen zwei Netzwerkkomponenten bestimmte Grenzen nicht überschreiten darf, die Lange der Linienstruktur jedoch unbe¬ grenzt ist. Darüber hinaus hat die Integration von Switch- funktionen m die Netzwerkteilnehmer den Vorteil, daß insbesondere bei Ethernet die CSMA/CD-Zugriffssteuerung deaktiviert werden kann und das Netzwerk ein deterministisches Verhalten erhalt. Somit wird der Einsatzbereich der Netzwerkteilnehmer und des Netzwerks auf Anwendungsfalle erweitert, m welchen Echtzeitverhalten gefordert wird.To solve this problem, the new network participant of the type mentioned has the features specified in the characterizing part of claim 1. A network with several such network components as well as advantageous embodiments of the invention are described in claim 6 or the subclaims. The invention has the advantage that network participants, in particular field devices, can be interconnected in a line structure in the manner customary for users of field buses. A separate switch, as would be required with a star-shaped structure, is not required. In particular in the case of a network according to Ethernet, Fast Ethernet or Gigabit Ethernet specification, the invention enables the construction of a large network, since only the distance between two network components may not exceed certain limits, but the length of the line structure non ¬ is limited. In addition, the integration of switch functions in the network participants has the advantage that, particularly in the case of Ethernet, the CSMA / CD access control can be deactivated and the network receives a deterministic behavior. The area of application of the network participants and the network is thus expanded to include application cases in which real-time behavior is required.
Wenn an den Netzwerkteilnehmern vier Ports zum Anschluß weiterer Netzwerkkomponenten vorgesehen werden, können Teilnehmer zu einer zwei- oder dreidimensionalen Netzwerkstruktur verschaltet werden, da bei diesen zwei Ports zur Einbindung des Netzwerkteilnehmers m eine Linie, zwei weitere jeweils zur Verbindung der Linie mit einer anderen Linie verwendet werden können.If four ports are provided on the network subscribers for connecting further network components, subscribers can be interconnected to form a two- or three-dimensional network structure, since with these two ports m one line is used to integrate the network subscriber, two more are used to connect the line to another line can be.
Eine Ausfuhrung der durch die Ports realisierten Schnittstellen nach der Ethernet- oder Fast-Ethernet-Spezifikation hat den Vorteil, daß bei der Realisierung beispielsweise eines Feldbusses mit derartigen Netzwerkkomponenten auf bereits aus anderen Bereichen vorhandenes Technologiewissen zurückgegriffen werden kann. Man erhalt auf diese Weise ein durchgangiges Netzwerk für Office-, Leit-, Zeil- und Feldebene, das einen transparenten Zugriff auf beliebige Daten ermöglicht. Ein Gateway zur Kopplung von Netzwerkbereichen mit verschiedener Physik und verschiedenen Protokollen ist m vorteilhafter Weise nicht erforderlich. Zudem zeichnen sich
Netzwerke auf der Basis der Ethernet-Spezifikation durch eine hohe Leistungsfähigkeit der Datenübertragung aus. Sie bieten Kostenvorteile durch eine breit verfugbare Technologie und Komponenten, die m hohen Stuckzahlen vorhanden sind. Es ist möglich, eine hohe Zahl von Netzwerkteilnehmern an ein Netzwerk anzuschließen. Durch die Erfindung werden die Vorteile der im Feldbereich favorisierten Linien- oder Busstruktur des Netzwerks, z.B. der Vorteil einer einfachen Verschaltung der Teilnehmer, mit den oben erwähnten Vorteilen von Netzwerken auf der Basis der Ethernet-Spezifikation nach IEEE 802.3 verbunden. Die m den Netzwerkteilnehmer integrierten Switch- Funktionen übernehmen die Funktion einer bisher separat installierten Netzwerkkomponente, beispielsweise eines Switchs, die damit entfallt.An embodiment of the interfaces implemented by the ports in accordance with the Ethernet or Fast Ethernet specification has the advantage that technology knowledge already available from other areas can be used when implementing, for example, a fieldbus with such network components. In this way, a continuous network is obtained for the office, control, line and field levels, which enables transparent access to any data. A gateway for coupling network areas with different physics and different protocols is advantageously not required. Also stand out Networks based on the Ethernet specification due to the high performance of data transmission. They offer cost advantages thanks to a widely available technology and components that are available in high numbers of pieces. It is possible to connect a large number of network participants to a network. The advantages of the line or bus structure of the network favored in the field area, for example the advantage of simple connection of the subscribers, are combined by the invention with the above-mentioned advantages of networks based on the Ethernet specification according to IEEE 802.3. The switch functions integrated into the network participants assume the function of a previously separately installed network component, for example a switch, which is no longer required.
Eine weitere Verbesserung bei Anwendungen m der Automatisierungstechnik, insbesondere beim Einsatz m zeitkritischen Anwendungen, wird erreicht, wenn die Steuereinheit der Switch- Funktion derart ausgebildet ist, daß eine Ubertragungsprioπ- tat der zu versendenden Telegramme ausgewertet wird und Telegramme mit hoher Priorität vor Telegrammen mit niederer Priorität gesendet werden.A further improvement in applications in automation technology, in particular in the use of time-critical applications, is achieved if the control unit of the switch function is designed in such a way that a transmission priority of the telegrams to be sent is evaluated and telegrams with high priority over telegrams with a lower one Priority will be sent.
Ein Mikroprozessor zur Korrektur einer internen Uhr anhand m Telegrammen empfangener Uhrzeitinformationen hat den Vorteil, daß verschiedene Netzwerkteilnehmer synchronisierte Aktionen ausfuhren können.A microprocessor for correcting an internal clock on the basis of time information received using m telegrams has the advantage that different network participants can carry out synchronized actions.
Mit derartigen Netzwerkteilnehmern laßt sich, wie bereits oben ausgeführt, in einfacher Weise eine Netzwerktopologie mit einer linienformigen Anordnung der Teilnehmer herstellen. Werden die beiden Linienenden durch einen Netzwerkteilnehmer miteinander verbunden, so entsteht daraus eine ringförmige Netzwerktopologie. Der Netzwerkteilnehmer an einem Linienende hat die Funktion eines Redundanz-Managers, der dazu ausgebildet ist, im fehlerfreien Fall, d.h. wenn keine Unterbrechung innerhalb der Reihen vorhanden ist, die beiden Linienenden zu
trennen und im Fehlerfall die beiden Linienenden miteinander zu verbinden. Innerhalb der Reihe wird m vorteilhafter Weise eine schnelle Beseitigung eines auftretenden Fehlers ermöglicht und somit die Verfügbarkeit des Netzwerkes erhöht. Ein derartiger redundanter Ring, der zu jedem Betriebszeitpunkt bezüglich der Kommunikation eine linienfor ige Netzwerktopo¬ logie aufweist, wird im folgenden ebenfalls als Reihe bezeichnet, da er sich lediglich bezüglich der Redundanz von dieser unterscheidet.With such network participants, as already explained above, a network topology with a linear arrangement of the participants can be produced in a simple manner. If the two line ends are connected to each other by a network participant, this creates a ring-shaped network topology. The network participant at one line end has the function of a redundancy manager, which is designed to close the two line ends in the fault-free case, ie when there is no interruption within the rows disconnect and connect the two line ends in the event of an error. Within the series, a rapid elimination of an occurring error is advantageously made possible and thus the availability of the network is increased. Such a redundant ring, with respect to each operation timing of the communication comprises a linienfor strength Netzwerktopo ¬ logy, is hereinafter referred to also as a series since it only with respect to the redundancy differs from this.
Ein Kommunikationskanal zwischen zwei aus mehreren Netzwerkteilnehmern gebildeten Reihen kann redundant ausgelegt werden. Dazu wird m einfacher Weise ein erster Kommunikations¬ kanal durch eine Verbindung eines Ports eines ersten Netz- werkteilnehmers, der m der ersten Reihe angeordnet ist, mit einem Port eines zweiten Netzwerkteilnehmers, der m der zweiten Reihe angeordnet ist, gebildet. Weiterhin ist ein zweiter Kommunikationskanal durch eine Verbindung eines Ports eines dritten Netzwerkteilnehmers, der wiederum m der ersten Reihe angeordnet ist, mit einem Port eines vierten Netzwerkteilnehmers m der zweiten Reihe realisiert. Der dritte Netzwerkteilnehmer kann den ersten Kommunikationskanal auf Unter- brechungsfreiheit überwachen und bei einer Unterbrechung des ersten Kommunikationskanals den zweiten Kommunikationskanal m den aktiven Zustand versetzen. Mit geringem Aufwand erhalt man auf diese Weise eine redundante Auslegung der Kommunika- tionskanale zwischen Reihen. Diese Art der Redundanz ist kostengünstig realisierbar und zeichnet sich durch eine kurze Rekonflgurationszeit aus.A communication channel between two rows formed from several network participants can be designed redundantly. M by a simple manner, a first communication channel ¬ by a connection of one port of a first network subscriber, which is arranged m the first row, of a second network subscriber which is arranged m the second row is formed with a port. Furthermore, a second communication channel is realized by connecting a port of a third network subscriber, which in turn is arranged in the first row, to a port of a fourth network subscriber m in the second row. The third network participant can monitor the first communication channel for freedom from interruption and, when the first communication channel is interrupted, can set the second communication channel m to the active state. In this way, you can obtain a redundant design of the communication channels between rows with little effort. This type of redundancy can be implemented inexpensively and is characterized by a short reconfiguration time.
Für die redundante Auslegung des Kommunikationskanals zwischen zwei Reihen ist kein zusätzlicher Hardwareaufwand, insbesondere für Kabel, erforderlich, wenn der dritte Netzwerkteilnehmer zur Überwachung des ersten Kommunikations- kanals Meldetelegramme, sogenannte Port-Select-Telegramme auswertet, welche der erste Netzwerkteilnehmer bei unterbrechungsfreiem Kommunikationskanal zyklisch an die Netzwerk-
teilnehmer sendet, welche m der ersten Reihe angeordnet sind.For the redundant design of the communication channel between two rows, no additional hardware expenditure, in particular for cables, is required if the third network participant evaluates message telegrams, so-called port select telegrams, to monitor the first communication channel, which the first network participant cyclically uses with an uninterrupted communication channel the network participant sends which m are arranged in the first row.
In vorteilhafter Weise kann eine geringe maximale Anzahl der zu durchlaufenden Gerate für reihenuberschreitenden Telegrammverkehr erreicht werden, wenn von zwei betriebsbereiten Kommunikationskanalen derjenige Kommunikationskanal aktiv geschaltet wird, der durch eine Verbindung eines Ports eines Netzwerkteilnehmers, der m der ersten Reihe im geringsten Abstand von der Reihenmitte angeordnet ist, mit einem Port eines Netzwerkteilnehmers, der m der zweiten Reihe angeordnet ist, gebildet wird. Ein bei Abstandsgleichheit zweier Netzwerkteilnehmer entstehender Konflikt kann in einfacher Weise durch eine Prioπsierung nach Gerateadressen aufgelost werden, z.B. indem der Netzwerkteilnehmer mit der kleineren Gerateadresse bevorzugt wird.Advantageously, a small maximum number of devices to be traversed for cross-row telegram traffic can be achieved if of two operational communication channels that communication channel is activated, which is arranged by connecting a port of a network participant, the m of the first row at the smallest distance from the center of the row is formed with a port of a network subscriber which is arranged in the second row. A conflict that arises when two network participants are equidistant can be resolved in a simple manner by prioritizing device addresses, e.g. by giving preference to the network device with the smaller device address.
Die Netzwerkteilnehmer und ein mit derartigen Netzwerkteilnehmern aufgebautes Netzwerk zeichnen sich durch eine große Freiheit bezüglich der Teilnehmerverschaltung aus. Auch dreidimensionale Strukturen können realisiert werden. Dazu ist beispielsweise die erste Reihe über zumindest einen dritten Kommunikationskanal mit einer dritten Reihe verbunden. Die zweite Reihe ist direkt oder indirekt über einen Kommunikationspfad an die dritte Reihe angeschlossen, der nicht über Netzwerkteilnehmer der ersten Reihe fuhrt, so daß bei aktivem Zustand aller Kommunikationskanale des Netzwerks eine Schleife bestehen wurde. Zugleich sind die Netzwerkteilnehmer des Netzwerks derart ausgebildet, daß sie durch Austausch von Konfigurationstelegrammen sicherstellen, daß das Netzwerk bezuglich der Kommunikation schleifenfrei ist und jeder Netzwerkteilnehmer mit jedem anderen Netzwerkteilnehmer über genau einen aktiven Kommunikationspfad, d.h. einen Kommunikationspfad, der nur Kommunikationskanale ein- schließt, die sich im aktiven Zustand befinden, verbunden ist. Da die bei Schleifen vorhandenen redundanten Ubertra- gungswege durch Konflgurationstelegramme verwaltet werden,
ist keine zusatzliche Hardware für die Verwaltung erforderlich.The network participants and a network constructed with such network participants are characterized by great freedom with regard to the interconnection of participants. Three-dimensional structures can also be realized. For this purpose, for example, the first row is connected to a third row via at least one third communication channel. The second row is connected directly or indirectly to the third row via a communication path that does not lead via network participants of the first row, so that a loop would exist when all communication channels of the network were active. At the same time, the network participants in the network are designed such that, by exchanging configuration telegrams, they ensure that the network is loop-free with regard to communication and that each network participant communicates with every other network participant via exactly one active communication path, i.e. a communication path that only includes communication channels that are in the active state. Since the redundant transmission paths present in loops are managed by configuration telegrams, no additional management hardware is required.
Zur Herstellung der Schleifenfreiheit des Netzwerks kann m vorteilhafter Weise der bewahrte Algorithmus des Spannmg- Tree-Verfahrens ausgeführt werden, wobei jede Reihe als virtueller Netzwerkteilnehmer und jeder betriebsbereite und potentiell aktive Port eines Netzwerkteilnehmers einer Reihe, durch dessen Verbindung mit einem betriebsbereiten Port eines Netzwerkteilnehmers einer anderen Reihe ein betriebsbereiter Kommunikationskanal gebildet wird, als ein betriebsbereiter Port des virtuellen Netzwerkteilnehmers angesehen wird.The established algorithm of the tensioning tree method can advantageously be carried out to establish the loop-free nature of the network, with each row as a virtual network subscriber and each operational and potentially active port of a network subscriber of a row, by connecting it to an operational port of a network subscriber another row, an operational communication channel is formed as an operational port of the virtual network subscriber.
In einem Netzwerk kann weiterhin m vorteilhafter Weise eine Uhrzeitsynchronisation der Netzwerkteilnehmer vorgenommen werden. Dazu sendet ein erster Netzwerkteilnehmer ein erstes Telegramm an einen zweiten Netzwerkteilnehmer, das die um eine Sendezeitverzogerung korrigierte Uhrzeit des ersten Netzwerkteilnehmers enthalt. Im zweiten Teilnehmer ist die Telegrammlaufzeit über die physikalische Ubertragungsstrecke zwischen dem ersten Netzwerkteilnehmer und dem zweiten Netzwerkteilnehmer gespeichert. Sie kann beispielsweise manuell eingegeben oder durch einen weiteren Telegrammverkehr zuvor gemessen worden sein. Der zweite Netzwerkteilnehmer mißt die Zeitverzogerung seit Empfang des ersten Telegramms und korrigiert die im ersten Telegramm empfangene Uhrzeit um die Laufzeit und eine gemessene Empfangszeitverzogerung . Der zweite Netzwerkteilnehmer ist somit vorteilhaft jederzeit m der Lage, eine synchronisierte Uhrzeit aus der Summe der im ersten Telegramm empfangenen Uhrzeit und der um die Laufzeit ergänzten Empfangszeitverzogerung zu ermitteln. Variable Sende- und Empfangszeitverzogerungen wirken sich nicht auf das Ergebnis der Synchronisation aus. Ist der zweite Netzwerkteilnehmer weiterhin dazu ausgebildet, ein zweites Telegramm zur Uhrzeitsynchronisation an einen dritten Netzwerkteilnehmer zu senden, das eine um die Laufzeit und die Verzogerungszeit zwischen Empfang des ersten
Telegramms und Senden des zweiten Telegramms korrigierte empfangene Uhrzeit enthalt, so wird ein iteratives Weitersenden der jeweils korrigierten Uhrzeit von Netzwerkteilnehmer zu Netzwerkteilnehmer möglich. In den empfangenden Netzwerkteilnehmern können jeweils identische Korrekturmechanismen angewendet werden. Die jeweils in einem Netzwerkteilnehmer abgespeicherte Laufzeit entspricht der Laufzeit über die physikalische Ubertragungsstrecke zwischen dem jeweils zuletzt sendenden und dem empfangenden Netzwerkteil- nehmer.In a network, time synchronization of the network participants can also advantageously be carried out. For this purpose, a first network participant sends a first telegram to a second network participant, which contains the time of the first network participant corrected for a transmission time delay. The telegram runtime is stored in the second subscriber over the physical transmission link between the first network subscriber and the second network subscriber. It can, for example, be entered manually or previously measured by another telegram traffic. The second network participant measures the time delay since receipt of the first telegram and corrects the time received in the first telegram by the running time and a measured reception time delay. The second network subscriber is thus advantageously able at any time to determine a synchronized time from the sum of the time received in the first telegram and the delay in reception time supplemented by the transit time. Variable transmission and reception delays have no effect on the result of the synchronization. If the second network participant is also designed to send a second telegram for time synchronization to a third network participant, which is based on the runtime and the delay between receipt of the first If the received time contains the corrected telegram and the second telegram, the iterative forwarding of the respectively corrected time from network participants to network participants becomes possible. Identical correction mechanisms can be applied in the receiving network participants. The runtime stored in each network subscriber corresponds to the runtime over the physical transmission link between the last sending and receiving network subscriber.
Alternativ zum Senden eines Telegramms zur Uhrzeitsynchrom- sation von einem ersten Netzwerkteilnehmer zu einem zweiten kann auch eine Uhrzeitsynchronisation mit zwei Telegrammen erfolgen. Dazu sendet der erste Netzwerkteilnehmer ein erstes Telegramm zur Uhrzeitsynchronisation an einen zweiten Netzwerkteilnehmer und speichert gleichzeitig eine um die Sende- zeitverzogerung korrigierte Uhrzeit des ersten Netzwerkteilnehmers ab. Im zweiten Netzwerkteilnehmer ist die Laufzeit des Telegramms über die physikalische Ubertragungsstrecke zwischen dem ersten Netzwerkteilnehmer und dem zweiten Netzwerkteilnehmer abgespeichert. Der zweite Netzwerkteilnehmer mißt die Zeitverzogerung seit Empfang des ersten Telegramms, ohne jedoch den dazu dienenden Timer anzuhalten. Der erste Netzwerkteilnehmer sendet nun ein zweites Telegramm, das die um die Sendezeitverzogerung korrigierte Uhrzeit des ersten Netzwerkteilnehmers enthalt, an den zweiten Netzwerkteilnehmer. Die im zweiten Telegramm empfangene Uhrzeit korrigiert der zweite Netzwerkteilnehmer um die Laufzeit und die Empfangszeitverzogerung, die m bezug auf den Empfang des ersten Telegramms gemessen wird. Dieses Verfahren mit zwei Telegrammen besitzt dieselben Vorteile, die auch mit dem Verfahren zur Uhrzeitsynchronisation mit nur einem Telegramm verbunden sind.As an alternative to sending a telegram for time synchronization from a first network participant to a second, it is also possible to synchronize the time with two telegrams. For this purpose, the first network subscriber sends a first telegram for time synchronization to a second network subscriber and at the same time stores a time of the first network subscriber corrected for the transmission time delay. The runtime of the telegram is stored in the second network participant over the physical transmission link between the first network participant and the second network participant. The second network participant measures the time delay since receipt of the first telegram without, however, stopping the timer used for this. The first network participant now sends a second telegram, which contains the time of the first network participant corrected for the transmission time delay, to the second network participant. The second network subscriber corrects the time received in the second telegram by the runtime and the reception delay, which is measured in relation to the reception of the first telegram. This procedure with two telegrams has the same advantages that are also associated with the procedure for time synchronization with only one telegram.
Für ein Netzwerk mit mehr als zwei Netzwerkteilnehmern kann das Verfahren mit zwei Telegrammen ebenfalls m ein itera-
tives Verfahren fortgesetzt werden. Dazu leitet der zweite Netzwerkteilnehmer das erste Telegramm an einen dritten Netzwerkteilnehmer weiter und mißt seine Verzogerungszeit der Telegram weiterleitung. In einem dritten Telegramm sendet der zweite Netzwerkteilnehmer eine um die Laufzeit und die Verzogerungszeit der Telegrammweiterleitung des ersten Telegramms korrigierte empfangene Uhrzeit an den dritten Netzwerkteilnehmer.For a network with more than two network participants, the method with two telegrams can also be tive process to be continued. For this purpose, the second network participant forwards the first telegram to a third network participant and measures its delay time for the telegram forwarding. In a third telegram, the second network participant sends a received time to the third network participant, corrected for the running time and the delay time of the telegram forwarding of the first telegram.
In vorteilhafter Weise wird die jeweils tatsächliche Sende- zeitverzogerung bei der Uhrzeitsynchronisation berücksichtigt, wenn der erste Netzwerkteilnehmer einen ersten Timer zur Bestimmung der Sendezeitverzogerung aufweist, den er beim Eintragen eines Telegramms m eine Liste der Sendeauftrage startet und nach Bereitstellung des Telegramms zur physikalischen Übertragung als Wert der Sendezeitverzogerung ausliest, um welchen die Uhrzeit des Telegrammeintrags zu korrigieren ist.The actual transmission time delay in the time synchronization is advantageously taken into account if the first network subscriber has a first timer for determining the transmission time delay, which he starts a list of the transmission orders when a telegram m is entered and after the telegram is made available for physical transmission as a value reads the transmission time delay by which the time of the telegram entry is to be corrected.
Ebenfalls wird m vorteilhafter Weise die jeweils tatsächliche Empfangszeitverzogerung bei der Übertragung berücksichtigt, wenn der zweite Netzwerkteilnehmer einen zweiten Timer zur Bestimmung der Empfangszeitverzogerung aufweist, den er bei Empfang eines ersten Telegramms von einer physikalischen Ubertragungsstrecke startet.Likewise, the actual reception time delay during transmission is advantageously taken into account if the second network subscriber has a second timer for determining the reception time delay, which he starts when a first telegram is received from a physical transmission link.
Die Laufzeit des Telegramms über die physikalische Ubertragungsstrecke zwischen dem ersten Netzwerkteilnehmer und dem zweiten Netzwerkteilnehmer kann als Startwert m den zweiten Timer vor dessen Start abgespeichert sein. Das hat den Vorteil, daß die Summe der Laufzeit und der Empfangszeitverzogerung durch nur einen Timer ermittelt werden kann.The runtime of the telegram over the physical transmission link between the first network participant and the second network participant can be stored as the start value m the second timer before it starts. This has the advantage that the sum of the transit time and the delay in reception time can be determined by only one timer.
In einer Weiterbildung können Beginn und Ende der Laufzeit eines Telegramms jeweils als der Zeitpunkt bestimmt werden, zu welchem ein charakteristisches Feld eines Telegramms mit festem Abstand vom Telegra manfang ein Medium Independent
Interface des ersten Netzwerkteilnehmers verlaßt bzw. m ein Medium Independent Interface des zweiten Netzwerkteilnehmers einlauft. Vorteilhaft sind dabei Messungen der Sendezeitverzogerung, Laufzeit und Empfangszeitverzogerung unabhängig von der Lange des jeweiligen Telegramms.In a further development, the start and end of the duration of a telegram can each be determined as the point in time at which a characteristic field of a telegram with a fixed distance from the telegra starts a medium independent Interface of the first network participant leaves or m enters a medium independent interface of the second network participant. Measurements of the transmission time delay, transit time and reception time delay are advantageous regardless of the length of the respective telegram.
Erfüllen die Netzwerkkomponenten die Ethernet-, Fast- Ethernet- oder Gigabit-Ethernet-Spezifikation, so kann mit Vorteil als charakteristisches Feld des Telegramms das Type- Feld verwendet werden. Im zweiten Netzwerkteilnehmer ist mit Empfang des Type-Feldes bekannt, daß es sich um ein Telegramm handelt, das zur Uhrzeitsynchronisation dient, und es können die erforderlichen Mechanismen eingeleitet werden. Das Datenfeld befindet sich hinter dem Type-Feld und kann im Sender noch bis zur Ausgabe des Type-Feldes an das Media Independent Interface verändert werden. Damit ist es möglich, bereits im selben Telegramm die um die Sendezeitverzogerung korrigierte Uhrzeit zu übertragen.If the network components meet the Ethernet, Fast Ethernet or Gigabit Ethernet specification, then the Type field can be used with advantage as the characteristic field of the telegram. In the second network participant, upon receipt of the type field, it is known that it is a telegram that is used for time synchronization, and the necessary mechanisms can be initiated. The data field is located behind the type field and can be changed in the transmitter until the type field is output to the Media Independent Interface. This makes it possible to transmit the time corrected for the transmission time delay in the same telegram.
Die Laufzeit eines Telegramms über die physikalische Ubertragungsstrecke kann exakt bestimmt werden, indem der erste Netzwerkteilnehmer ein erstes Telegramm zur LaufZeitermittlung an einen zweiten Netzwerkteilnehmer sendet und einen Antwortzeit-Timer nach Bereitstellung des Telegramms zur physikalischen Übertragung startet. Der zweite Netzwerkteilnehmer startet nach Empfang des ersten Telegramms zur Lauf- zeitermittlung einen Timer zur Messung der Aufenthaltszeit und stoppt den Timer nach Bereitstellung eines zweiten Telegramms zur physikalischen Übertragung an den ersten Netzwerk- teilnehmer. Die gemessene Aufenthaltszelt wird m dem zweiten Telegramm zur LaufZeitermittlung an den ersten Netzwerkteilnehmer übertragen. Nach Empfang des zweiten Telegramms von der physikalischen Übertragung stoppt der erste Netzwerkteilnehmer den Antwortzeit-Timer und berechnet die Laufzeit eines Telegramms über die physikalische Ubertragungsstrecke als die halbe Differenz zwischen der gemessenen Antwortzeit und der Aufenthaltszelt im zweiten Netzwerkteilnehmer.
Anhand der Zeichnungen, m denen Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, werαen im folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile naher erläutert.The runtime of a telegram over the physical transmission link can be exactly determined by the first network participant sending a first telegram to a second network participant for determining the runtime and starting a response time timer after the telegram has been provided for the physical transmission. After receiving the first telegram for determining the runtime, the second network participant starts a timer for measuring the time spent in the vehicle and stops the timer after providing a second telegram for physical transmission to the first network participant. The measured residence tent is transmitted to the first network participant in the second telegram to determine the running time. After receiving the second telegram from the physical transmission, the first network participant stops the response time timer and calculates the duration of a telegram over the physical transmission path as half the difference between the measured response time and the residence tent in the second network participant. With reference to the drawings, in which exemplary embodiments of the invention are shown, the invention and embodiments and advantages are explained in more detail below.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 eine Kommunikationsstruktur einer automatisierungstechnischen Anlage, Figur 2 ein Blockschaltbild einer Schnittstelle eines Netzwerkteilnehmers, Figur 3 eine Reihenschaltung von Netzwerkteilnehmern mit linienforanger Netzwerktopologie, Figur 4 eine Reihenschaltung von Netzwerkteilnehmern mit zwei Kommunikationskanalen, Figur 5 eine zweidimensionale Verschaltung von Netzwerk- teilnehmern,1 shows a communication structure of an automation system, FIG. 2 shows a block diagram of an interface of a network participant, FIG. 3 shows a series connection of network participants with line-shaped network topology, FIG. 4 shows a series connection of network participants with two communication channels, FIG. 5 shows a two-dimensional connection of network participants,
Figur 6 eine zweidimensionale Verschaltung mit redundanterFigure 6 shows a two-dimensional interconnection with redundant
Auslegung, Figur 7 ein zweidimensionales Netzwerk nach erfolgter Redundanzverwaltung, Figur 8 ein dreidimensionales Netzwerk nach erfolgter Redundanzverwaltung, Figur 9 den prinzipiellen Aufbau eines Telegramms und Figur 10 den Aufbau einer Auftragsliste .Figure 7 shows a two-dimensional network after redundancy management, Figure 8 shows a three-dimensional network after redundancy management, Figure 9 shows the basic structure of a telegram and Figure 10 shows the structure of an order list.
Figur 1 zeigt den Aufbau einer Kommunikationsstruktur m einer automatisierungstechnischen Anlage. Die Kommunikation erfolgt durchgangig auf der Leit-, Zeil- und Feldebene durch ein Netzwerk, dessen Datenübertragung dem Fast-Ethernet- Standard nach IEEE 802.3u genügt. In der Feldebene sind ein Sensor 1, beispielsweise ein Druckmeßumformer, ein Sensor 2, hier ein Ultraschalldurchflußmeßumformer, ein Aktuator 3, ein Regelventil zur Einstellung eines Durchflusses, und eine speicherprogrammierbare Steuerung 4 mit Twisted-Pair-Lei- tungen 5, 6 bzw. 7 busformig verschaltet. Die speicherpro- grammierbare Steuerung 4 bildet zusammen mit den beidenFIG. 1 shows the structure of a communication structure in an automation system. Communication takes place continuously at the control, line and field level through a network, the data transmission of which complies with the Fast Ethernet standard according to IEEE 802.3u. At the field level there are a sensor 1, for example a pressure transducer, a sensor 2, here an ultrasonic flow transducer, an actuator 3, a control valve for setting a flow, and a programmable logic controller 4 with twisted-pair lines 5, 6 and 7 interconnected in bus form. The programmable logic controller 4 forms together with the two
Sensoren 1 und 2 sowie dem Aktuator 3 einen Regelkreis, in welchem die Stellung des Regelventils m Abhängigkeit von den
Meßwerten des Druckmeßumformers sowie des Durchflußmeßumformers vorgegeben wird. Die speicherprogrammierbare Steuerung 4 ist über eine Twisted-Pair-Leitung 8 an einen Switch 9 angeschlossen. Mit dem Switch 9 sind m einer sternförmigen Topologie weiterhin ein Zellrechner 10, ein Leitrechner 11 sowie ein Firewall 12, mit welchem ein gesicherter Ethernet- Zugang realisiert ist, verbunden. Mit einer Leitung 13 sind weitere, m der Figur der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellte Zellrechner von benachbarten Zellen der automati- sierungstechnischen Anlage an den Switch 9 angeschlossen.Sensors 1 and 2 and the actuator 3 a control circuit in which the position of the control valve m depending on the Measured values of the pressure transducer and the flow transducer is specified. The programmable logic controller 4 is connected to a switch 9 via a twisted pair line 8. A cell computer 10, a master computer 11 and a firewall 12, with which a secure Ethernet access is implemented, are also connected to the switch 9 in a star-shaped topology. With a line 13, further cell computers, not shown in the figure for the sake of clarity, from adjacent cells of the automation system are connected to the switch 9.
Anhand des m Figur 1 dargestellten Beispiels wird insbesondere der Vorteil einer hohen Datentransparenz über alle Ebenen hinweg deutlich. Für Leit-, Zeil- und Feldebene wird derselbe Ubertragungsstandard verwendet. Dabei sind die Feld- gerate 1, 2 und 3 mit der speicherprogrammierbaren Steuerung 4 m der vom Anwender gewohnten Weise m einer linienformigen Topologie verschaltet. Ein weiterer Vorteil ist die durchgangige Verwendbarkeit einheitlicher Adressen für die einzelnen Netzwerkteilnehmer. Eine Adreßumsetzung, wie sie bei der Verwendung verschiedener Standards m den verschiedenen Ebenen erforderlich wäre, kann bei dem neuen Netzwerk und den neuen Netzwerkteilnehmern m einer automatisierungstechnischen Anlage entfallen.The example shown in FIG. 1 clearly shows the advantage of high data transparency across all levels. The same transmission standard is used for control, line and field level. The field devices 1, 2 and 3 are connected to the programmable logic controller 4 m in the manner customary in the user m of a linear topology. Another advantage is the consistent use of uniform addresses for the individual network participants. An address conversion, as would be required if different standards were used at the different levels, can be omitted in the new network and the new network participants in an automation system.
Figur 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau der Kommumkations- schnittstelle eines Netzwerkteilnehmers, beispielsweise des Sensors 2 m Figur 1. Applikationsspezifische Schaltungsteile, wie z.B. ein mechanisch-elektrisches Wandlerelement, eine Einrichtung zur Signalvorverarbeitung und eine Spannungsver- sorgung, sind der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt. Die m einem Rechteck 20 zusammengefaßten Teile können in einem ASIC (Application Specific Integrated Circuit) integriert werden. Die Kommunikation mit den anwendungsspezifischen Schaltungstellen des Netzwerkteilnehmers erfolgt über einen Mikroprozessor-Bus 21, an welchen ein RAM 22, ein Mikroprozessor 23 und ein Mikroprozessor-Interface 25 angeschlossen sind. Mit durchbrochenen Linien ist m der Darstel-
lung des Mikroprozessors 23 angedeutet, daß die Integration m das ASIC optional ist. Seine Funktionen konnten von einem externen Prozessor übernommen werden. Aufgabe des Mikroprozessors 23 ist die Ausführung von Anwenderprogrammen und von Kommunikationsfunktionen, beispielsweise die Abwicklung von TCP/IP. Eine weitere Aufgabe kann die Verwaltung von Sende- und Empfangslisten von Telegrammen unterschiedlicher Priorität im externen RAM 22 sein. Der Mikroprozessor 23 wählt aus einer Sendeliste im externen RAM 22 einen Auftrag aus und startet über ein Mikroprozessor- Interface 25 einen DMA-Kontroller 26, der als DMA 1-Control bezeichnet wird, nachdem er zuvor m den DMA-Kontroller 26 die Anzahl der zu sendenden Daten-Bytes und einen Pointer, der auf das zu sendende Daten-Byte zeigt, eingetragen hat. Ist der Sendeauftrag durch den DMÄ-Kontroller 26 vollständig m einen Transmit-Buffer 27 übertragen, so entfernt der Mikroprozessor 23 diesen Sendeauftrag aus der Sendeliste im RAM 22 und bearbeitet den nächsten Sendeauftrag, sofern die Sendeliste nicht leer ist und im Transmit-Buffer 27 noch freier Speicherplatz verfugbar ist.Figure 2 shows the basic structure of the communication interface of a network participant, for example the sensor 2 m Figure 1. Application-specific circuit parts, such as a mechanical-electrical converter element, a device for signal preprocessing and a voltage supply are not shown for reasons of clarity. The parts combined in a rectangle 20 can be integrated in an ASIC (Application Specific Integrated Circuit). Communication with the application-specific switching points of the network subscriber takes place via a microprocessor bus 21, to which a RAM 22, a microprocessor 23 and a microprocessor interface 25 are connected. With broken lines, m is the representation ment of the microprocessor 23 indicated that the integration m the ASIC is optional. Its functions could be taken over by an external processor. The task of the microprocessor 23 is the execution of user programs and communication functions, for example the handling of TCP / IP. Another task can be the management of send and receive lists of telegrams of different priority in the external RAM 22. The microprocessor 23 selects an order from a transmission list in the external RAM 22 and starts a DMA controller 26, which is referred to as DMA 1 control, via a microprocessor interface 25, after having previously m the number of the DMA controller 26 sending data bytes and a pointer that points to the data byte to be sent. If the send job has been completely transmitted by the DMÄ controller 26 to a transmit buffer 27, the microprocessor 23 removes this send job from the send list in the RAM 22 and processes the next send job if the send list is not empty and still in the transmit buffer 27 free space is available.
In das ASIC 20 sind weiterhin vier Ethernet-Kontroller 28, 29, 30 und 31 integriert. Jeder dieser Ethernet-Kontroller tragt die Datenbytes eines vollständig empfangenen Telegramms über einen Multiplexer 32, einen DMA-Kontroller 33, der auch als DMA 2-Control bezeichnet wird, und das Mikroprozessor- Interface 25 m eine Empfangsliste im RAM 22 ein. Der Mikroprozessor 23 greift auf die Empfangsliste zu und wertet die empfangenen Daten entsprechend einem Applikationsprogramm aus.Four Ethernet controllers 28, 29, 30 and 31 are also integrated in the ASIC 20. Each of these Ethernet controllers enters the data bytes of a completely received telegram via a multiplexer 32, a DMA controller 33, which is also referred to as DMA 2 control, and the microprocessor interface 25 m a receive list in RAM 22. The microprocessor 23 accesses the reception list and evaluates the received data in accordance with an application program.
Das Mikroprozessor-Interface 25 bildet die wesentliche Schnittstelle zwischen den Ethernet-Kontrollern 28 ... 31 und dem Mikroprozessor-Bus 21. Es steuert oder arbitπert die Schreib- und Lesezugriffe, die über den DMA-Kontroller 33 bzw. den DMA-Kontroller 26 auf das RAM 22 erfolgen. Liegen von beiden DMA-Kontrollern 26 und 33 gleichzeitig DMA-
Anforderungen vor, so entscheidet das Mikroprozessor- Interface 25 über die Zugriffsrechte der beiden DMA-Kanale. Über das Mikroprozessor-Interface 25 können weiterhin durch den Mikroprozessor 23 Parameterregister 34 geschrieben werden, die zum Betrieb der Kommunikationsschnittstelle des Netzwerkteilnehmers erforderlich sind. Als Beispiele seien ein Pointer auf den Beginn des hochpπoren Speicherbereichs in einem Transmit-Buffer eines Ethernet-Kontrollers, ein Pointer auf den Beginn des hochprioren Speicherbereichs m jedem der Receive-Buffer der Ethernet-Kontroller, einThe microprocessor interface 25 forms the essential interface between the Ethernet controllers 28... 31 and the microprocessor bus 21. It controls or operates the write and read accesses via the DMA controller 33 or the DMA controller 26 done on the RAM 22. Are both DMA controllers 26 and 33 simultaneously DMA- Requirements, so the microprocessor interface 25 decides on the access rights of the two DMA channels. Via the microprocessor interface 25, the microprocessor 23 can also write parameter registers 34 which are required for operating the communication interface of the network subscriber. Examples include a pointer to the start of the high-pore memory area in a transmit buffer of an Ethernet controller, a pointer to the start of the high-priority memory area in each of the receive buffers of the Ethernet controller
Betriebsartenregister für allgemeine Steuerbits, eine Adresse der Reihe, welcher der Netzwerkteilnehmer angehört, eine Zykluszeit für sog. Port-Select-Telegram e und Einstellungen verschiedener Uberwachungszeitmtervalle genannt.Operating mode register for general control bits, an address of the series to which the network participant belongs, a cycle time for so-called port select telegrams and settings for various monitoring time intervals.
Der Transmit-Buffer 27 hat eine Große von mehr als drei Kilobyte und ist m einen Speicherbereich für hochpriore und einen Speicherbereich für niederpriore Telegramme aufgeteilt. Das Verhältnis der beiden Speicherbereiche ist parametrier- bar. Die Speicherbereiche des Transmit-Buffers für hoch- und niederpriore Daten sind jeweils als Ringpuffer realisiert. Mit dem Senden der Daten aus dem Transmit-Buffer 27 über einen oder mehrere Ethernet-Kontroller 28 ... 31 wird begonnen, wenn die Anzahl der eingetragenen Bytes eines Telegramms großer ist als der parametrierbare F llstand, oder wenn ein komplettes Telegramm vom RAM 22 in den Transmit-Buffer 27 kopiert wurde und mindestens ein Ethernet-Kontroller 28 ... 31 für den Sendebetrieb frei ist.The transmit buffer 27 has a size of more than three kilobytes and is divided into a memory area for high-priority and a memory area for low-priority telegrams. The ratio of the two memory areas can be parameterized. The memory areas of the transmit buffer for high and low priority data are each implemented as a ring buffer. Sending the data from the transmit buffer 27 via one or more Ethernet controllers 28 ... 31 begins when the number of bytes entered in a telegram is greater than the parameterizable fill level, or when a complete telegram from the RAM 22 was copied into the transmit buffer 27 and at least one ethernet controller 28 ... 31 is free for transmission.
Die Ethernet-Kontroller 28 ... 31 sind jeweils identisch aufgebaut. Ihr Aufbau wird am Beispiel des Ethernet-Kontrollers naher erläutert. Eine Einrichtung 40, die als Trans- mit-Control bezeichnet wird, enthalt ein Steuerwerk, das für das Senden von Telegrammen, für Wiederholungen, Sendeabbruch usw. verantwortlich ist. Sie bildet die Schnittstelle zwischen dem internen Kontrollertakt und dem Sendetakt. Zum Speichern einer Transmit-Status-Information für niederpriore
und hochpπore Teleg "a me ist jeweils ein Transmit-Status- Register m der Einrichtung 40 vorgesehen. Wenn ein Telegramm fehlerfrei über den P rt gesendet wurde, wird ein entsprechender Interrupt erzeugt.The Ethernet controllers 28 ... 31 are each constructed identically. Their structure is explained in more detail using the example of the Ethernet controller. A device 40, which is referred to as Transmit Control, contains a control unit which is responsible for the transmission of telegrams, for repetitions, transmission abort etc. It forms the interface between the internal controller clock and the send clock. For storing transmit status information for low-priority users and high-speed telegrams, a transmit status register m of the device 40 is provided. If a telegram was sent without errors via the port, a corresponding interrupt is generated.
Ein Media Independent Interface 41 (MII) integriert den MAC- Sublayer des Layers 2 nach dem Sieben-Schichten-Modell, d.h. des Data-Link-Layer. Dieses bildet eine Schnittstelle zu einem Baustein 36 zur physikalischen Datenübertragung. Weiterhin enthalt das MII 41 einen Transmit-Function-Block 42 sowie einen Receive-Function-Block 43. Darüber hinaus sind ein in der Figur 2 nicht dargestellter MAC-Control-Block, ein Adreßfilter, ein Statistikzahler und ein Host-Interface integriert. Über das Media-Independent-Interface können Steuer- und Konfigurationsdaten an den Baustein 36 übertragen undA Media Independent Interface 41 (MII) integrates the MAC sublayer of Layer 2 according to the seven-layer model, i.e. of the data link layer. This forms an interface to a module 36 for physical data transmission. The MII 41 also contains a transmit function block 42 and a receive function block 43. In addition, a MAC control block (not shown in FIG. 2), an address filter, a statistic payer and a host interface are integrated. Control and configuration data can be transmitted to module 36 and via the media independent interface
Statusinformationen von diesem gelesen werden. Die einzelnen Funktionen des Transmit-Function-Blocks 42 sind: Abbilden der zu sendenden Bytes, Erkennen von Kollisionen im Halbduplex- betrieb und Ausfuhren eines Back-Off-Algorithmus, Zurverfu- gungstellen von Transmit-Status-Informationen an die Einrichtung 40 nach Beenden eines Sendevorganges, Einhalten der Ruhezeit Inter-Packet-Gap (IPG) zwischen zwei Telegrammen, Erganzen der Sendedaten um eine Präambel, einen Start-Off- Frame-Delimeter (SFD) und ein parametrierbares Cyclic-Redun- dancy-Check-Wort (CRC) , Auffüllen eines Telegramms mit Pad- Bytes, wenn die Telegrammlange < 60 Byte wäre, und ein Abbrechen eines Sendevorgangs auf Anforderung.Status information can be read from this. The individual functions of the transmit function block 42 are: mapping of the bytes to be sent, detection of collisions in half-duplex operation and execution of a back-off algorithm, provision of transmit status information to the device 40 after termination of one Transmission process, compliance with the idle time inter-packet gap (IPG) between two telegrams, supplementing the transmission data with a preamble, a start-off-frame delimeter (SFD) and a parameterizable cyclic redundancy check word (CRC) , Filling a telegram with pad bytes if the telegram length was <60 bytes, and aborting a transmission process on request.
Der Receive-Function-Block 43 stellt die empfangenen Bytes einer Einrichtung 44 zur Verfugung, die als Receive-Control bezeichnet wird. Der Receive-Function-Block 43 erkennt den Start-Of-Frame-Delimeter und eine VLAN-Frame. Er prüft das Langenfeld und das CRC-Wort m Telegrammen. Nach Beendigung des Empfangsvorgangs werden Receive-Status-Informationen der Einrichtung 44 zur Verfugung gestellt. Der Block 43 erkennt und entfernt bei Telegrammen Präambel und Start-Of-Frame- Delimeter. Unterschreitet der freie Speicherplatz m einem
Receive-Buffer 45 des Ethernet-Kontrollers 28 im Vollduplex- Mode einen vorgegebenen Schwellwert, so sendet der MAC- Control-Block ein Pause-Steuer-Telegramm zur Flußkontrolle über den Baustein 36. Dieses Telegramm veranlaßt den ange- schlossenen Netzwerkteilnehmer, so lange keine Datentelegramme an den Ethernet-Kontroller 28 zu senden, bis das mit dem Pause-Steuer-Telegramm gesendete Zeitintervall abgelaufen ist. Der Adreß-Filter fuhrt eine Telegrammfllterung entsprechend Unicast-, Multicast- und Broadcast-Adressen durch. Dazu wird die m einem Telegramm empfangene Zieladresse (DA) mit Filteradressen verglichen. Die Statistikzahler speichern statistische Informationen über Sende- und Empfangsoperationen. Das Host-Interface erlaubt den Zugriff auf Parameterregister und Statistikzahler des Ethernet-Kontrollers 28 durch den jeweils benachbarten Netzwerkteilnehmer.The receive function block 43 makes the received bytes available to a device 44, which is referred to as receive control. The receive function block 43 recognizes the start-of-frame delimeter and a VLAN frame. He checks the Langenfeld and the CRC word m telegrams. After the reception process has ended, receive status information is made available to the device 44. Block 43 recognizes and removes preambles and start-of-frame delimeters in the case of telegrams. If the free storage space falls below one Receive buffer 45 of the Ethernet controller 28 in full duplex mode a predetermined threshold value, the MAC control block sends a pause control telegram for flow control via the block 36. This telegram causes the connected network subscriber, as long as none Send data telegrams to the Ethernet controller 28 until the time interval sent with the pause control telegram has expired. The address filter carries out telegram filtering in accordance with unicast, multicast and broadcast addresses. To do this, the destination address (DA) received in a telegram is compared with filter addresses. The statistic payers store statistical information about send and receive operations. The host interface allows access to parameter registers and statistics payer of the Ethernet controller 28 by the neighboring network participants.
Die Einrichtung 44 enthalt ein Steuerwerk, das für den Empfang von Telegrammen verantwortlich ist. Sie bildet die Schnittstelle zwischen dem internen Takt des Ethernet- Kontrollers 28 und dem Empfangstakt.The device 44 contains a control unit which is responsible for receiving telegrams. It forms the interface between the internal clock of the Ethernet controller 28 and the receive clock.
Der Receive-Buffer 45 hat eine Große von mehr als 3 Kilobyte. Er ist m einen Speicherbereich für hochpπore und m einen Speicherbereich für niederpriore Telegramme aufgeteilt. Das Verhältnis der beiden Speicherbereiche ist parametrierbar.The receive buffer 45 has a size of more than 3 kilobytes. It is divided into a memory area for high-pore and m a memory area for low-priority telegrams. The ratio of the two memory areas can be parameterized.
Die Speicherbereiche sind jeweils als Ringpuffer realisiert.The memory areas are each implemented as a ring buffer.
Der DMA-Kontroller 33 steuert den DMA-Transfer von einem der Receive-Buffer m den Ethernet-Kontrollern 28 ... 31 zum RAM 22. Der DMA-Transfer beginnt, wenn m einem der Receive-Buf- fer, beispielsweise im Receive-Buffer 45, die Anzahl der empfangenen Datenbytes einen parametrierbaren minimalen Füllstand erreicht hat oder ein Telegramm vollständig empfangen wurde. Gleichzeitig muß dieser Receive-Buffer von einem Modul 46, das als Switch-Control bezeichnet wird, für den DMA- Transfer selektiert sein.
Der Einrichtung 40 ist ein Multiplexer 47 vorgeschaltet, der durch eine Steuereinheit 46, die als Switch-Control bezeichnet wird, angesteuert wird.The DMA controller 33 controls the DMA transfer from one of the receive buffers m the Ethernet controllers 28 ... 31 to the RAM 22. The DMA transfer begins when m of the receive buffers, for example in the receive Buffer 45, the number of data bytes received has reached a parameterizable minimum fill level or a telegram has been completely received. At the same time, this receive buffer must be selected for the DMA transfer by a module 46, which is referred to as switch control. A multiplexer 47 is connected upstream of the device 40, which is controlled by a control unit 46, which is referred to as switch control.
Switch-Control 46 steuert die Datenweiterleitung zwischen den Ethernet-Kontrollern 28 ... 31 und das Abspeichern von empfangenen Daten, wenn sie für den jeweiligen Netzwerkteilnehmer bestimmt sind. Da die Anwendung der Erfindung nicht auf Netzwerke nach der Ethernet-Spezifikation beschrankt ist, werden die Ethernet-Kontroller 28...31 im folgenden auch allgemein als Port 1, Port 2, Port 3 bzw. Port 4 bezeichnet. Welche Ports für die Weiterleitung von empfangenen Daten freigegeben sind, ist abhangig von der Netzstruktur, m welche der Teilnehmer eingebunden ist. Als Funktion des Betriebszustandes, der Netzstruktur, der empfangenen Zieladresse und der Telegrammpπoritat steuert Switch-Control 46 folgende Aktionen:Switch-Control 46 controls the forwarding of data between the Ethernet controllers 28 ... 31 and the storage of received data if they are intended for the respective network participant. Since the application of the invention is not limited to networks according to the Ethernet specification, the Ethernet controllers 28 ... 31 are also generally referred to below as port 1, port 2, port 3 or port 4. Which ports are released for the forwarding of received data depends on the network structure m the participant is involved in. Switch-Control 46 controls the following actions as a function of the operating status, the network structure, the received destination address and the telegram priority:
Ist die empfangene Zieladresse gleich der eigenen Teil- nehmeradresse, so wird das empfangene Telegramm über das Mikroprozessor-Interface 25 m das RAM 22 übertragen, ohne es an andere Ports weiterzuleiten .If the received destination address is the same as the subscriber's own address, the received telegram is transmitted via the microprocessor interface 25 m to the RAM 22 without being forwarded to other ports.
Wird an einem Port ein Broadcast-Telegramm empfangen, so wird das Telegramm m das RAM 22 übertragen und den anderen freigegebenen Ports zum Versenden zur Verfugung ge- stellt.If a broadcast telegram is received at a port, the telegram m is transferred to RAM 22 and made available to the other released ports for transmission.
Wird an einem Port ein Telegramm mit einer Multicast-Ad- resse empfangen, die mit einer der m einer Filtertabelle 48 gespeicherten Multicast-Adressen übereinstimmt, so wird das Telegramm m das RAM 22 übertragen und den anderen freigegebenen Ports zum Versenden zur Verfugung gestellt. Ist die empfangene Zieladresse verschieden von der eigenen Teilnehmeradresse und den Multicast-Adressen, so wird das Telegramm den anderen freigegebenen Ports zum Versenden zur Verfugung gestellt, ohne zur Weiterverarbeitung abge- speichert zu werden.If a telegram with a multicast address that corresponds to one of the multicast addresses stored in a filter table 48 is received at a port, the telegram m is transferred to the RAM 22 and made available to the other released ports for transmission. If the received destination address is different from your own subscriber address and the multicast addresses, the telegram is made available to the other released ports for sending without being saved for further processing.
Bei Telegrammen mit sogenannten VLAN-Bytes stehen beispielsweise acht Prioπtatsebenen zur Verfugung. Stehen
mehrere Telegramme gleichzeitig zum Versenden an, so wird die Sendereihenfolge der Telegramme entsprechend ihrer Ubertragungsprioπtat festgelegt .For telegrams with so-called VLAN bytes, for example, eight priority levels are available. Stand If several telegrams are to be sent simultaneously, the order in which the telegrams are sent is determined according to their transmission priority.
In einem Betriebszustand Monitor-Mode werden alle Tele- gramme, welche die parametπerten Filterbedingungen erfüllen, m das RAM 22 übertragen.In a monitor mode operating state, all telegrams which meet the parameterized filter conditions are transmitted to the RAM 22.
Die Telegrammweiterleitung unter Berücksichtigung eines modifizierten Spannmg-Tree-Algorithmus .The forwarding of telegrams taking into account a modified tensioning tree algorithm.
Switch-Control 46 enthalt noch weitere Parameter, deren Bedeutungen spater noch genauer erläutert werden: Eine Reihenadresse RE3, die der an Port 3 angeschlossenen Reihe entspricht, eine Reihenadresse Rl4, welche die Adresse der an Port 4 angeschlossenen Reihe wiedergibt, eine Anzahl NR1 der Ubertragungsstrecken bis zum Port 1, eine Anzahl N*-^ derSwitch control 46 contains further parameters, the meanings of which will be explained in more detail later: a row address R E3 , which corresponds to the row connected to port 3, a row address R 14 , which represents the address of the row connected to port 4, a number N R1 of the transmission links up to port 1, a number N * - ^ der
Ubertragungsstrecken bis zum Port 3, einen Wert | NRi - NR | - des jeweiligen Netzwerkteilnehmers, einen Wert |NKι - NR | ^ α vom Sender eines empfangenen Port-Select-Telegramms, einen Betrag | NRi -
als kleinster bisher empfangener Wert, eine Quelladresse As_.nder eines empfangenen Telegramms, eineTransmission routes up to port 3, a value | N Ri - N R | - of the respective network participant, a value | N K ι - N R | ^ α from the sender of a received port select telegram, an amount | N Ri - as the smallest value received so far, a source address A s _. n that of a received telegram, one
Quelladresse Astored des Telegramms mit dem kleinsten Wert von Betrag |NRι - NR |m;Ln, eine beste empfangene Kombination (Root_ID.Cost .Transmιtter_ID.Port_ID) für Port 3, eine beste empfangene Kombination (Root_ID.Cost . Transmιtter_ID. Port_ID) F für Port 4, eine beste empfangene Kombination (Root_ID . Cost . Transmιtter_ID. Post_ID) der Reihe, einen Melde-Intervall-Zahler für eine Zykluszeit von Port-Select-Telegrammen, einen Timeout-Zahler für ein Timeout-Intervall an Port 1, einen Timeout-Zahler für ein Timeout-Intervall an Port 2, einen Timeout-Zahler für einSource address A st ored of the telegram with the smallest value of amount | N R ι - N R | m; L n, a best received combination (Root_ID.Cost .Transmιtter_ID.Port_ID) for port 3, a best received combination (Root_ID.Cost. Transmιtter_ID. Port_ID) F for port 4, a best received combination (Root_ID. Cost. Transmιtter_ID . Post_ID) of the series, a message interval counter for a cycle time of port select telegrams, a timeout counter for a timeout interval on port 1, a timeout counter for a timeout interval on port 2, a timeout -Payers for one
Timeout-Intervall an Port 3, einen Aktiv-Time-Zahler für ein Zeitmtervall, das mit dem letzten Empfang eines Port-Select- Telegramms an Port 4 beginnt, einen Kombinations-Alterungs- zahler für ein maximales Zeitmtervall, innerhalb dessen em Konfigurationstelegramm empfangen werden muß, da sonst die gespeicherte Kombination Root_ID. Cost . Transmιtter_IC . Port_ID geloscht wird, einen Zahler für em Zeitmtervall Δtr -^eiü .
nach welchem em Por: 3 einei Reihe von inaktiv auf aktiv umschaltet, das der zwe fachen Worst-Case- Durchlaufzeit eines Port-Select-Telegramms durch die Reihe entspricht, und einen Zahler für em Zeitmtervall Δtnet-deiay. nach welchem em Port von potentiell aktiv auf aktiv umgeschaltet wird und welches der zweifachen Worst-Case-Durchlaufzeit eines Konfi- gurationstelegramms durch das Netzwerk entspricht.Timeout interval on port 3, an active time payer for a time interval that begins with the last receipt of a port select telegram on port 4, a combination aging payer for a maximum time interval within which a configuration telegram is received must, otherwise the saved combination Root_ID. Cost. Transmιtter_IC. Port_ID is deleted, a payer for the time interval Δt r - ^ e i ü. after which Por: 3 switches a series from inactive to active, which corresponds to twice the worst case throughput time of a port select telegram through the series, and a payer for the time interval Δt ne t-deiay. after which em port is switched from potentially active to active and which corresponds to twice the worst case throughput time of a configuration telegram through the network.
In die Filtertabelle 48 können vom Anwender Multicast- und virtuelle LAN-Identifikationsadressen, sogenannte VLAN- Adressen, eingetragen werden. Em Multicast- oder VLAN- Telegramm wird nur akzeptiert, wenn die empfangene Adresse mit einer der Adressen m der Filtertabelle 48 übereinstimmt.The user can enter multicast and virtual LAN identification addresses, so-called VLAN addresses, in the filter table 48. A multicast or VLAN telegram is only accepted if the address received matches one of the addresses m in the filter table 48.
Eine Einrichtung 50 zur Redundanzsteuerung soll einemA device 50 for redundancy control is intended to
Netzwerk sicherstellen, daß erkannte physikalische Fehler die Kommunikation zwischen den Netzwerkkomponenten nicht beeinträchtigen. Zum einen besteht innerhalb jeder mit Netzwerkteilnehmern gebildeten Reihe Redundanz. Dazu müssen die m Reihe geschalteten Netzwerkteilnehmer einen Rmg bilden, der im störungsfreien Fall an einer Stelle geöffnet ist, im Fehlerfall jedoch geschlossen werden kann. Zum anderen ist Redundanz mit mehreren Kommunikationskanalen zwischen den Reihen möglich. Dazu muß eine Reihe von Netzwerkteilnehmern über mindestens zwei Ports mit einer benachbarten Reihe verbunden sein. Es ist immer nur em Kommunikationskanal zwischen jeweils zwei Reihen aktiv, d.h. Datentelegramme werden nur über diesen Kommunikationspfad ausgetauscht. Ist em aktiver Kommunikationskanal zwischen zwei Reihen als fehlerhaft erkannt, wird dieser deaktiviert und auf einen anderen Kommunikationskanal umgeschaltet. Zur Realisierung der Redundanz werden m der Einrichtung 50 em Zykluszeitregister mit einer parametπerten Zykluszeit für Testtelegramme, em Zykluszeitzahler zur Erzeugung eines Zykluszeit ter- valls, ein Steuerwerk für em Umschalten auf einen redundanten Kommunikationskanal und für em Veranlassen eines Versen- dens von sogenannten Lmk-Up oder Lmk-Down-Telegrammen, em
Reihenlaufzeitregister mit einer parametrierten Worst-Case- Durchlaufzeit eines Telegramms durch eine Reihe und em Rei¬ henlaufzeitzahler zur Erzeugung einer Reihenlaufzeit verwendet.Ensure the network that detected physical errors do not impair communication between the network components. Firstly, there is redundancy within each row formed with network participants. To do this, the network participants connected in series must form an Rmg, which is open at one point in the event of a fault, but can be closed in the event of an error. Secondly, redundancy with several communication channels between the rows is possible. To do this, a number of network participants must be connected to an adjacent row via at least two ports. Only one communication channel between two rows is ever active, ie data telegrams are only exchanged via this communication path. If an active communication channel between two rows is identified as faulty, it is deactivated and switched to another communication channel. In order to implement the redundancy, the device has 50 cycle time registers with a parameterized cycle time for test telegrams, a cycle time number for generating a cycle time interval, a control unit for switching over to a redundant communication channel and for initiating a so-called Lmk-Up or lmk-down telegrams, em Series run time register with a parameterized worst-case cycle time of a message used by a number and em Rei ¬ henlaufzeitzahler for generating a series term.
Über eine Einrichtung 51 zur Interrupt-Steuerung, die auch als Interrupt-Control bezeichnet wird, werden dem Mikroprozessor 23 bestimmte Ereignisse mitgeteilt. Dabei handelt es sich im wesentlichen um Meldungen von gesendeten oder empfan- genen Telegrammen und um Fehlermeldungen. Die Einrichtung 51 enthalt em Interrupt-Request-Register, em Interrupt-Mask- Register, em Interrupt-Register sowie e Interrupt- Acknowledge-Register. Im Interrupt-Request-Register wird jedes Ereignis abgespeichert. Über das Interrupt-Mask- Register können einzelne Ereignisse unterdruckt werden. Im Interrupt-Register erscheinen nur die Ereignisse, die vom Interrupt-Mask-Register nicht maskiert werden. Der Eintrag m das Interrupt-Request-Register ist dagegen unabhängig von der Interrupt-Maske im Interrupt-Mask-Register. Mit einem Schreibzugriff auf das Interrupt-Acknowledge-Register können Bits im Interrupt-Request-Register zurückgesetzt werden. Em Modul 52 enthalt spezielle Anwenderfunktionen, die in der Kommunikationsschnittstelle des Netzwerkteilnehmers zu integrieren sind. Eine Teilfunktion ist mit einem Modul 53 zur Uhrzeitsynchronisation, eine andere mit einem Modul 54 zur Aquidistanz realisiert, welche spater naher erläutert werden. Für die Ports 1 bis 4 ist jeweils em Delay-Timer 1 bis 4 mit dem Bezugszeichen 57, 58, 59 bzw. 60 vorgesehen, welcher die Ubertragungszeit zwischen dem jeweiligen Netz- werkteilnehmer und dem über den jeweiligen Port angeschlossenen Netzwerkteilnehmer ermittelt. Der jeweilige Delay-Timer wird auch als Durchlaufzeit-Timer (DLZ-Timer) für den jeweiligen Port genutzt. Weiterhin sind für jeden Port em Aquidistanz-Timer, e Hilfs-Timer für eine Ubertragungszeit Δti über den jeweiligen Port und em Parameter ΔtD Z vorgesehen, welcher der Summe aus den Durchlaufzeiten in Sende- und Empfangsrichtung und der Leitungslaufzeit zwischen
der Kommunikationsschnittstelle und dem über den jeweiligen Port angeschlossenen Netzwerkteilnehmer entspricht. Weiterhin befindet sich eine lokale Uhr 37 m dem Netzwerkteilnehmer, deren Uhrzeit über den Mikroprozessor-Bus 21 lesbar und einstellbar ist.Certain events are communicated to the microprocessor 23 via a device 51 for interrupt control, which is also referred to as interrupt control. Essentially, these are messages from sent or received telegrams and error messages. The device 51 contains an interrupt request register, an interrupt mask register, an interrupt register and an interrupt acknowledge register. Every event is stored in the interrupt request register. Individual events can be suppressed via the interrupt mask register. Only events that are not masked by the interrupt mask register appear in the interrupt register. The entry m the interrupt request register, however, is independent of the interrupt mask in the interrupt mask register. Bits in the interrupt request register can be reset with write access to the interrupt acknowledge register. Em module 52 contains special user functions which have to be integrated in the communication interface of the network participant. A partial function is implemented with a module 53 for time synchronization, another with a module 54 for aquidistance, which will be explained in more detail later. For the ports 1 to 4 there is a delay timer 1 to 4 with the reference numerals 57, 58, 59 and 60, which determines the transmission time between the respective network subscriber and the network subscriber connected via the respective port. The respective delay timer is also used as a lead time timer (DLZ timer) for the respective port. Furthermore, for each port there is an aquidistance timer, an auxiliary timer for a transmission time Δti via the respective port and a parameter Δt DZ , which is the sum of the throughput times in the send and receive direction and the line runtime between corresponds to the communication interface and the network participant connected via the respective port. There is also a local clock 37 m from the network subscriber, the time of which can be read and set via the microprocessor bus 21.
Em integriertes Serial-Peπpheral-Interface (SPI) 55 ist em einfaches, aber leistungsfähiges serielles Bussystem zum Anschluß von Peripherie-Bausteinen, z.B. EEPROMs . Em mte- gπertes E/A-Interface 56 ist eine parallele Schnittstelle mit 12 parameti lerbaren Em- und Ausgangen. Über diese Schnittstelle können beispielsweise LEDs zur Zustandsanzeige angesteuert werden.An integrated serial peripheral interface (SPI) 55 is a simple but powerful serial bus system for connecting peripheral components, e.g. EEPROMs. Em mertegπeses I / O interface 56 is a parallel interface with 12 configurable Em- and outputs. LEDs for status display can be controlled via this interface, for example.
Jeder Port der Ko munikationsschnittstelle kann parametrierbar im Halbduplex- oder im Vollduplex-Mode betrieben werden. Wahrend an einem Port der Halbduplex-Mode eingestellt ist, kann gleichzeitig an einem anderen Port der Vollduplex-Mode parametπert sein. Im Vollduplex-Mode können gleichzeitig Telegramme gesendet und empfangen werden. Im Halbduplex-Mode ist dies nicht möglich.Each port of the communication interface can be parameterized operated in half-duplex or in full-duplex mode. While half-duplex mode is set on one port, full-duplex mode can be parameterized on another port at the same time. In full duplex mode, telegrams can be sent and received at the same time. This is not possible in half-duplex mode.
Em applikationsspezifisches Anwendungsprogramm, das beispielsweise auf dem RAM 22 hinterlegt sein kann, tragt zu versendende Daten m eine Auftragsliste im RAM 22 em. Der DMA-Kontroller 26 kopiert Daten aus dieser Auftragsliste in den Transmit-Buffer 27. Zusammengestellte Telegramme werden an die freigegebenen Ethernet-Kontroller 28 ... 31 weitergegeben. Tritt em Sendekonflikt auf, weil durch Switch- Control 46 gesteuert gerade andere Telegramme durch das Kommunikations-Interface weitergeleitet werden, so sollte der Transmit-Buffer 27 zwei komplette Ethernet-Telegramme speichern können. Mit dem Senden der Daten aus dem Transmit- Buffer 27 wird begonnen, wenn eine zu parametrierende Anzahl Datenbytes oder em komplettes Telegramm vom RAM 22 in den Transmit-Buffer 27 übertragen wurde und mindestens emAn application-specific application program, which can be stored on the RAM 22, for example, carries data to be sent m an order list in the RAM 22 em. The DMA controller 26 copies data from this job list into the transmit buffer 27. Compiled telegrams are passed on to the released Ethernet controllers 28 ... 31. If a transmission conflict occurs because other telegrams are currently being routed through the communication interface controlled by switch control 46, the transmit buffer 27 should be able to store two complete Ethernet telegrams. The sending of the data from the transmit buffer 27 begins when a number of data bytes to be parameterized or a complete telegram has been transferred from the RAM 22 into the transmit buffer 27 and at least em
Ethernet-Kontroller frei ist. Das Telegramm bleibt so lange im Transmit-Buffer 27 gespeichert, bis es über alle frei-
gegebenen Ethernet-Kontroller 28 ... 31 gesendet wurde. Die Anzahl der Datenbytes eines Telegramms, die mindestens im Transmit-Buffer 27 gespeichert sein müssen, bevor gesendet wird, ist so zu parametrieren, daß ein lückenloses Senden des Telegramms gewährleistet ist. Andernfalls wird das Telegramm von anderen Netzwerkteilnehmern fehlerhaft empfangen. Sind im Transmit-Buffer Telegramme unterschiedlicher Priorität gespeichert, so werden die Telegramme entsprechend ihrer Uber- tragungspπoritat gesendet.Ethernet controller is free. The telegram remains stored in the transmit buffer 27 until it is clear of all given Ethernet controller 28 ... 31 was sent. The number of data bytes of a telegram, which must be stored in the transmit buffer 27 at least before being sent, must be parameterized so that the telegram is sent without gaps. Otherwise the telegram will be received incorrectly by other network participants. If telegrams of different priority are stored in the transmit buffer, the telegrams are sent according to their transmission priority.
Figur 3 zeigt ein Beispiel einer Verschaltung von drei Netzwerkteilnehmern 61, 62 und 63 m linienforanger Struktur. Zur besseren Übersichtlichkeit der Darstellung sind die Ports 1 bis 4 der Kommunikationsschnittstelle der Netzwerkteil- nehmer 61, 62 und 63 m Schaltungstelle Tl bis T4 für Senderichtung und Schaltungstelle Rl bis R4 für Empfangsrichtung untergliedert. Somit kann beispielsweise Port 2 auch kurz als Port T2/R2 bezeichnet werden. F r eine linienforange Struktur werden m der dargestellten Weise Port T2/R2 des Netzwerk- teilnehmers 61 mit Port Tl/Rl des Netzwerkteilnehmers 62 und Port T2/R2 des Netzwerkteilnehmers 62 mit Port Tl/Rl des Netzwerkteilnehmers 63 verbunden. Die Datenübertragung erfolgt jeweils mit einem Twisted-Pair-Kabel für jede Uber- tragungsπchtung. Die beteiligten Ports können somit im Vollduplex-Mode betrieben werden. An die m Figur 3 offenen Ports T3/R3 und T4/R4 sowie an den Port Tl/Rl des Netzwerkteilnehmers 61 oder den Port T2/R2 des Netzwerkteilnehmers 63 können wahlweise Endgerate angeschlossen und somit an das Netzwerk angekoppelt werden.FIG. 3 shows an example of an interconnection of three network participants 61, 62 and 63 m in a line-shaped structure. For a better clarity of the representation, the ports 1 to 4 of the communication interface of the network participants 61, 62 and 63 m are subdivided into switching points T1 to T4 for the sending direction and switching points R1 to R4 for the receiving direction. For example, port 2 can also be referred to as port T2 / R2. For a linear structure, in the manner shown, port T2 / R2 of network participant 61 is connected to port T1 / R1 of network participant 62 and port T2 / R2 of network participant 62 is connected to port T1 / R1 of network participant 63. The data transmission takes place with a twisted pair cable for each transmission. The ports involved can thus be operated in full duplex mode. End devices can optionally be connected to the open ports T3 / R3 and T4 / R4 in FIG. 3 and to the port T1 / R1 of the network subscriber 61 or the port T2 / R2 of the network subscriber 63 and thus coupled to the network.
Figur 4 zeigt eine Reihe von Netzwerkteilnehmern 70, 71, 72 und 73, die jeweils über zwei Kommunikationskanale miteinander Daten austauschen können. Die Kommunikationskanale werden jeweils durch eine Verbindung des Ports T2/R2 mit dem Port Tl/Rl des benachbarten Netzwerkteilnehmers sowie des PortsFIG. 4 shows a number of network participants 70, 71, 72 and 73, each of which can exchange data with one another via two communication channels. The communication channels are each connected by a connection of the port T2 / R2 to the port Tl / Rl of the neighboring network participant and the port
T4/R4 mit dem Port T3/R3 des benachbarten Netzwerkteilnehmers m der dargestellten Weise realisiert. Damit kann beispiels-
weise e hochpπore und em niederpriorer Kommunikationskanal aufgebaut und der Datendurchsatz verdoppelt werden. Em Datenaustausch zwischen den Kommunikationskanalen findet nicht statt, d.h. em am Schaltungsteil Rl empfangenes Tele- gramm kann - falls erforderlich - nur vom Schaltungsteil T2 weitergesendet werden. Beide Kommunikationskanale werden im Vollduplex-Mode betrieben.T4 / R4 realized with the port T3 / R3 of the neighboring network subscriber m in the manner shown. For example, as a high-pore and a low-priority communication channel and the data throughput can be doubled. There is no data exchange between the communication channels, ie a telegram received at the circuit part R1 can - if necessary - only be forwarded by the circuit part T2. Both communication channels are operated in full duplex mode.
E Beispiel für eine zweidimensionale Verschaltung der Netzwerkteilnehmer zeigt Figur 5. Netzwerkteilnehmer 80, 81 und 82 sind m der bereits anhand Figur 3 beschriebenen Weise zu einer Reihe verschaltet. Weiterhin bilden Netzwerkteilnehmer 83, 84 und 85 eine Reihe sowie Netzwerkteilnehmer 86, 87 und 88 bilden eine Reihe. An den Ports T4/R4 der Netzwerk- teilnehmer 80, 81 und 84 sind jeweils Endgerate 89, 90 bzw. 91 angeschlossen, an den Ports T3/R3 der Netzwerkteilnehmer 83, 84 und 87 befinden sich Endgerate 92, 93 bzw. 94. Durch Verbinden des Ports T4/R4 des Netzwerkteilnehmers 82 mit dem Port T3/R3 des Netzwerkteilnehmers 85 ist e Kommunikations- kanal zwischen den jeweiligen Reihen realisiert. In entsprechender Weise sind zwei Kommunikationskanale zwischen den Netzwerkteilnehmern 83 und 86 sowie zwischen den Netzwerkteilnehmern 85 und 88 gebildet. Damit Schleifenfreiheit im Netzwerk besteht, darf von diesen jedoch immer nur em Kommu- nikationskanal zu einem Zeitpunkt aktiv geschaltet sein.An example of a two-dimensional interconnection of the network subscribers is shown in FIG. 5. Network subscribers 80, 81 and 82 are interconnected in a row in the manner already described with reference to FIG. 3. In addition, network participants 83, 84 and 85 form a series and network participants 86, 87 and 88 form a series. Terminals 89, 90 and 91 are connected to ports T4 / R4 of network participants 80, 81 and 84, respectively, and terminals 92, 93 and 94 are connected to ports T3 / R3 of network participants 83, 84 and 87 Connecting the port T4 / R4 of the network subscriber 82 to the port T3 / R3 of the network subscriber 85 is a communication channel between the respective rows. Correspondingly, two communication channels are formed between the network participants 83 and 86 and between the network participants 85 and 88. To ensure that there is no loop in the network, only one of the communication channels may be activated at a time.
Den aus den Teilnehmern 80 bis 82, 83 bis 85 und 86 bis 88 gebildeten Reihen ist jeweils eine eindeutige Reihenadresse Rk zugewiesen, die m einem Parameterregister „Reihenadresse" hinterlegt ist.The rows formed from the subscribers 80 to 82, 83 to 85 and 86 to 88 are each assigned a unique row address R k , which is stored in a parameter register “row address”.
Zur Verdeutlichung der Redundanzsteuerung ist m Figur 6 e weiteres zweidimensionales Netzwerk dargestellt. Jeweils 8 Netzwerkteilnehmer 100 ... 107, 110 ... 117, 120 ... 127 und 130 ... 137 sind m einer Reihe verschaltet. Sowohl die mit durchbrochenen Linien als auch die mit durchgezogenen Linien eingezeichneten Verbindungen zwischen den Netzwerkteilnehmern
stellen Kommunikationskanale dar. Es muß jedoch sichergestellt sein, daß zwischen zwei beliebigen Netzwerkteilnehmern im gesamten Netzwerk nur e einziger Kommunikationspfad benutzt wird. Bei mehreren möglichen Kommunikationspfaden wurden Schleifen auftreten, d.h. Telegramme wurden sich vervielfachen und zirkulieren. Um solche Situationen zu vermei¬ den, ist der Spannmg-Tree-Algorithmus entwickelt worden. Datentelegramme werden nur von Ports empfangen, zu Ports weitergeleitet und von Ports gesendet, die im Spannmg-Tree enthalten sind. Die restlichen Ports sind deaktiviert. Deak¬ tivierte Kommunikationskanale sind m Figur 6 mit durchbrochenen Linien dargestellt, aktivierte mit durchgezogenen Linien. Für eine Redundanz innerhalb einer Reihe werden die beiden Linienenden, beispielsweise an den Netzwerkteilnehmern 100 und 107, miteinander verbunden. Im fehlerfreien Fall wird der auf diese Weise geschaffene Kommunikationskanal deaktiviert, im Fehlerfall m den aktiven Zustand versetzt. Diese Redundanz setzt eine nicht unterbrochene Linienstruktur voraus. Da der Spannmg-Tree-Algorithmus gegebenenfalls auch eine Verbindung über die Ports Tl/Rl und T2/R2 unterbrechen wurde, kann er nicht unverändert angewendet werden. Im folgenden wird em Verfahren vorgestellt, das für em Netzwerk aus zusammengeschalteten Reihen von Netzwerkteilnehmern Schleifenfreiheit sicherstellt, ohne eine Reihe unterbrechen zu müssen. Dazu werden - falls erforderlich - nur die Ports T3/R3 deaktiviert. Es darf immer nur em Kommunikationskanal zwischen jeweils zwei Reihen aktiv sein, d.h., Datentelegramme werden über diesen Kommunikationspfad ausgetauscht. Über die anderen Kommunikationspfade zwischen zwei Reihen erfolgt kein Datenaustausch. Die Auswahl des einzigen aktiven Kommu- nikationskanals zwischen jeweils zwei Reihen erfolgt mit Hilfe von Port-Select-Telegramme . Dabei handelt es sich um Telegramme, die nur innerhalb einer Reihe weitergeleitet werden. Em Austausch zwischen den Reihen findet nicht statt.To clarify the redundancy control, another two-dimensional network is shown in FIG. 6 e. 8 network participants 100 ... 107, 110 ... 117, 120 ... 127 and 130 ... 137 are connected in a row. Both the broken lines and the solid lines between the network participants represent communication channels. However, it must be ensured that only one communication path is used between any two network participants in the entire network. Loops would occur with several possible communication paths, ie telegrams would multiply and circulate. To such situations vermei ¬ the one who Spannmg tree algorithm has been developed. Data telegrams are only received by ports, forwarded to ports and sent by ports that are contained in the voltage tree. The remaining ports are deactivated. Deak ¬ tivierte communication channels are illustrated m FIG 6 by broken lines, activated by solid lines. For redundancy within a row, the two line ends are connected to one another, for example at network participants 100 and 107. In the case of an error, the communication channel created in this way is deactivated, and in the case of an error m the active state is set. This redundancy requires an uninterrupted line structure. Since the Spannmg-Tree algorithm may also have interrupted a connection via the ports T1 / R1 and T2 / R2, it cannot be used unchanged. In the following, a method is presented which ensures loop freedom for a network of interconnected rows of network participants without having to interrupt a row. If necessary, only ports T3 / R3 are deactivated. Only one communication channel may be active between two rows at a time, ie data telegrams are exchanged via this communication path. There is no data exchange via the other communication paths between two rows. The selection of the only active communication channel between two rows is made using port select telegrams. These are telegrams that are only forwarded within a row. There is no exchange between the rows.
Aufgabe dieser Port-Select-Telegramme ist es, einen Netzwerkteilnehmer zu finden, der über den Port T3/R3 mit einer
benachbarten Reihe verbunden ist und bezogen auf die Anzahl der Netzwerkteilnehmer von beiden Enden der Linienstruktur möglichst gleich weit entfernt ist, d.h. den kleinsten Abstand von der Reihenmitte hat. Diese Eigenschaften defi- nieren den einzigen Netzwerkteilnehmer der Reihe, der über Port T3/R3 aktiv mit einer benachbarten Reihe verbunden ist. Alle weiteren Verbindungen über Ports T3/R3 von Netzwerkteilnehmern derselben Reihe zu dieser benachbarten sind deakti¬ viert. Über deaktivierte Kommunikationskanale werden keine Datentelegramme ausgetauscht.The task of these port select telegrams is to find a network participant that can communicate with a port T3 / R3 adjacent row is connected and based on the number of network participants is as far as possible from both ends of the line structure, ie the smallest distance from the center of the row. These properties define the only network participant in the series that is actively connected to an adjacent series via port T3 / R3. All other connections via ports T3 / R3 of network participants in the same row are adjacent to this fourth deakti ¬. No data telegrams are exchanged via deactivated communication channels.
Port-Select-Telegramme werden durch eine Kennung im Type-Feld eindeutig gekennzeichnet.Port select telegrams are clearly identified by an identifier in the type field.
Figur 7 zeigt das Ergebnis der Redundanzsteuerung bei einem zweidimensionalen Netzwerk m einer anderen Darstellungsart. Die m den einzelnen Kasten eingetragene Zahl entspricht der jeweiligen Adresse des Netzwerkteilnehmers. Der Port Tl/Rl befindet sich an der linken Seite, der Port T2/R2 an der rechten Seite, der Port T3/R3 an der oberen Seite und derFIG. 7 shows the result of the redundancy control in a two-dimensional network in a different type of representation. The number entered in the individual boxes corresponds to the respective address of the network participant. Port Tl / Rl is on the left, port T2 / R2 on the right, port T3 / R3 on the top and
Port T4/R4 an der unteren Seite der Netzwerkteilnehmer. Durch zwei durchgezogene parallele Linien zwischen zwei Teilnehmern ist jeweils em aktiver, im Vollduplex-Mode betriebener Kommunikationskanal eingezeichnet. Die mit zwei durchbroche- nen Linien eingezeichneten Kommunikationskanale sind deaktiviert .Port T4 / R4 on the lower side of the network participants. An active communication channel operated in full duplex mode is shown by two solid parallel lines between two participants. The communication channels drawn in with two broken lines are deactivated.
Der Datenbereich von Port-Select-Telegrammen, die über Port T2/R2 von einem Netzwerkteilnehmer empfangen werden, enthalt Informationen über die Anzahl Nκ der Ubertragungsstrecken zwischen Port Tl/Rl des Netzwerkteilnehmers am „rechten* Rand der Reihe und dem Port T2/R2 des jeweiligen Netzwerkteilnehmers und enthalt die Anzahl NRi des Teilnehmers, der das empfangene Port-Select-Telegramm als letzter weitergeleitet bzw. gesendet hat.
Der Datenbereich von Port-Select-Telegrammen, die über Port Tl/Rl empfangen werden, enthalt die Anzahl NR1 der Ubertragungsstrecken zwischen dem Port T2/R2 des Netzwerkteilnehmers am „linken* Rand der Reihe und dem Port Tl/Rl des jeweiligen Netzwerkteilnehmers sowie die Anzahl NR^, die für den Netzwerkteilnehmer gültig ist, der das empfangene Port-Select- Telegramm als letzter weitergeleitet oder gesendet hat.The data area of port select telegrams that are received by a network participant via port T2 / R2 contains information about the number N κ of the transmission links between port Tl / Rl of the network participant at the “right * edge of the row and port T2 / R2 of the respective network subscriber and contains the number N Ri of the subscriber who was the last to forward or send the received port select telegram. The data area of port select telegrams that are received via port T1 / R1 contains the number N R1 of the transmission links between port T2 / R2 of the network subscriber at the “left * edge of the row and the port T1 / R1 of the respective network subscriber as well the number N R ^ which is valid for the network subscriber who was the last to forward or send the received port select telegram.
Unabhängig davon, über welchen Port em Port-Select-Telegramm empfangen wurde, enthalt es den Wert |NRi - NR_ li fιat0r beimRegardless of the port via which a port select telegram was received, it contains the value | N Ri - N R _ li fιat0 r at
Initiator des empfangenen Port-Select-Telegramms, die 16-Bιt- Adresse R (0 < k < p, p Anzahl der Reihen) der Reihe, welcher der Initiator des Port-Select-Telegramms angehört, und em Valid-Bit V für den empfangenen Wert von I NRI - NR^ linii-iat i und für die Reihenadresse R . V = 0 bedeutet, daß die empfangenen Werte ungültig sind. Em derartiges Port- Select-Telegramm wurde von einem Netzwerkteilnehmer m die Reihe eingespeist, der nicht über einen betriebsbereiten Port T3/R3 mit seiner benachbarten Reihe verbunden ist. Bei V = 1 sind die empfangenen Werte gültig. Das Port-Select- Telegramm wurde von einem Netzwerkteilnehmer in die Reihe eingespeist, der über einen betriebsbereiten Port T3/R3 mit einer benachbarten Reihe verbunden ist. Eine Verbindung zur benachbarten Reihe ist betriebsbereit, wenn innerhalb eines parametπerbaren Zeitmtervalles Δt.ιrreo r (Timeout-Intervall) em Port-Select-Telegramm an Port P3/R3 empfangen wird. Dies ist nur möglich, wenn der Port T3/R3 des Netzwerkteilnehmers der eigenen Reihe und der Port T4/R4 des Netzwerkteilnehmers der benachbarten Reihe jeweils in einem Zustand „lmk-pass* ist. In diesem Zustand können Telegramme m beiden Richtungen übertragen werden.Initiator of the received port select telegram, the 16 bit address R (0 <k <p, p number of rows) of the row to which the initiator of the port select telegram belongs, and a valid bit V for the received value of IN RI - N R ^ linii-iat i and for the row address R. V = 0 means that the received values are invalid. Such a port select telegram was fed in by the network subscriber m, which is not connected to its neighboring row via an operational port T3 / R3. If V = 1, the received values are valid. The port select telegram was fed into the row by a network participant who is connected to an adjacent row via an operational port T3 / R3. A connection to the adjacent row is ready for operation if Δt within a parameterizable time interval. ιrreo r (timeout interval) a port select telegram is received at port P3 / R3. This is only possible if the port T3 / R3 of the network subscriber in its own row and the port T4 / R4 of the network subscriber in the adjacent row are each in an “lmk-pass *” state. In this state, telegrams can be transmitted in both directions.
Im eingeschwungenen Zustand sendet m jeder Reihe nur noch der Netzwerkteilnehmer zyklisch, d.h. m jedem Meldeintervall ΔtM, Port-Select-Telegramme, der als einziger über Port T3/R3 aktiv mit der nächsten Reihe verbunden ist. Damit laßt sich erkennen, ob diese Verbindung zweier Reihen noch aktiv ist.
Im folgenden wird eir Verfahren beschrieben, nach welchem dieser Netzwerkteilnehmer Joestimmt werden kann:In the steady state, only the network participant sends every row cyclically, ie m every reporting interval Δt M , port select telegrams, which is the only one actively connected to the next row via port T3 / R3. This shows whether this connection between two rows is still active. The following describes a procedure according to which this network subscriber can be tuned:
1. Netzwerkteilnehmer senden weiterzuleitende oder selbst zusammengestellte Port-Select-Telegramme zusatzlich über ihren Port T3/R3.1. Network participants also send port select telegrams to be forwarded or compiled themselves via their port T3 / R3.
2. Am Empfang eines Port-Select-Telegramms über den Port T3/R3 erkennt jeder Netzwerkteilnehmer, ob er über diesen Port mit einer anderen Reihe verbunden ist.2. Upon receipt of a port select telegram via port T3 / R3, each network participant recognizes whether it is connected to another row via this port.
Netzwerkteilnehmer setzen das Valid-Bit V auf eins, wenn über den Port T3/R3 em Port-Select-Telegramm empfangen wurde .Network participants set the valid bit V to one if a port select telegram has been received via port T3 / R3.
3. Am Port T3/R3 empfangene Port-Select-Telegramme werden unverändert dem Sender zurückgeschickt. Der Netzwerkteilnehmer speichert zuvor die mit dem Port-Select-Telegramm empfangene Adresse Rn der über Port T3/R3 angeschlossenen Reihe .3. Port select telegrams received on port T3 / R3 are sent back to the sender unchanged. The network subscriber previously saves the address R n received with the port select telegram of the row connected via port T3 / R3.
4. Dem Port T3/R3 ist em Timeout-Zahler zugeordnet, der mit einem einstellbaren Takt mkrementiert wird. Jedes an Port T3/R3 empfangene Port-Select-Telegramm setzt diesen Zahler zurück. Der Netzwerkteilnehmer setzt das Valid-Bit V auf Null, wenn innerhalb eines parametπerbaren4. A timeout counter is assigned to port T3 / R3, which is incremented with an adjustable clock. Each port select telegram received on port T3 / R3 resets this payer. The network participant sets the valid bit V to zero if within a parameterizable
Timeout-Intervalls Δttimeo kein Port-Select-Telegramm empfangen wird.Timeout interval Δttimeo no port select telegram is received.
5. Netzwerkteilnehmer senden weiterzuleitende oder selbst zusammengestellte Port-Select-Telegramme zusatzlich über5. Network participants also send forwardable or self-made port select telegrams
Port T4/R4.Port T4 / R4.
6. Am Empfang eines Port-Select-Telegramms über Port T4/R4 erkennt em Netzwerkteilnehmer, daß er über diesen Port mit einer anderen Reihe verbunden ist.
7. 7Λm Port T4/R4 empfangene Port-Select-Telegramme werden unverändert dem Sender zurückgeschickt. Der Netzwerk¬ teilnehmer speichert zuvor die mit dem Port-Select-Tele¬ gramm empfangene Adresse Rn der über Port T4/R4 ange- schlossenen Reihe.6. When a port select telegram is received via port T4 / R4, the network participant recognizes that it is connected to another row via this port. 7. Port select telegrams received in port T4 / R4 are returned to the sender unchanged. The network subscriber ¬ previously stores the program with the port select Tele ¬ received address R n of the through port T4 / R4 the connected number.
8. Netzwerkteilnehmer versenden eigene, d.h. selbst zusammengestellte, Port-Select-Telegramme8.Network participants send their own, i.e. self-made, port select telegrams
8.1. über Port Tl/Rl mit NR2 = 1 und Port T2/R2 mit NR1 = 1 bei der Initialisierung mit Betrag I NRi - NR Inιt-lat-_ =8.1. via port T1 / R1 with N R2 = 1 and port T2 / R2 with N R1 = 1 when initializing with amount IN Ri - N R Inι t- la t-_ =
FFH und Valid-Bit V = 1 , wenn bereits em Port- Select-Telegramm über Port T3/R3 empfangen wurde, oder Valid-Bit V = 0, wenn kein Port-Select-Telegramm über Port T3/R3 empfangen wurde. 8.2 über Tl/Rl mit NR2 = 1 und Port T2/R2 mit (NRι+l), wenn innerhalb eines parametrierbaren Zeitintervalls Δttimecj an Port T2/R2 kein Port-Select-Telegramm oder Datentelegramm empfangen wurde. Dem Port T2/R2 ist em Timeout-Zahler zugeordnet, der mit einem einstellbaren Takt mkrementiert wird. Jedes an PortFFH and valid bit V = 1 if a port select telegram has already been received via port T3 / R3, or valid bit V = 0 if no port select telegram has been received via port T3 / R3. 8.2 via Tl / Rl with N R2 = 1 and port T2 / R2 with (N R ι + l) if no port select telegram or data telegram was received at port T2 / R2 within a parameterizable time interval Δttimecj. A timeout counter is assigned to port T2 / R2, which is incremented with an adjustable clock. Each on port
T2/R2 empfangene Port-Select-Telegramm oder Datentelegramm setzt diesen Zahler zurück.T2 / R2 received port select telegram or data telegram resets this payer.
8.3 über Port Tl/Rl mit (NR^^ + 1) und Port T2/R2 mit8.3 via port Tl / Rl with (N R ^^ + 1) and port T2 / R2 with
(NRι + 1), wenn an Port T2/R2 em Port-Select-Tele- gramm empfangen wird mit dem empfangenen Wert NK.^' ungleich dem gespeicherten Wert von NR_ . Zusätzlich wird NRZempf abgespeichert.(N R ι + 1) if a port select telegram is received at port T2 / R2 with the received value N K. ^ ' Not equal to the stored value of N R _. In addition, N RZe mpf is saved.
8.4 über Port T2/R2 mit (NR1 + 1), wenn an Port T2/R2 em Port-Select-Telegramm empfangen wird mit NR1Ld3, ^end-ι ungleich (NR1+1) .8.4 via port T2 / R2 with (N R1 + 1), if a port select telegram is received at port T2 / R2 with N R1Ld3 , ^ end -ι not equal (N R1 +1).
8.5 über Port T2/R2 mit NRi = 1 und Port Tl/Rl mit (Nr +1), wenn innerhalb eines parametrierbaren Zeitintervalls Δt,ιme jt an Port Tl/Rl kein Port-Select-Telegramm oder Daten-Telegramm empfangen wurde. Dem Port Tl/Rl ist em Timeout-Zahler zugeordnet, der mit einem einstellbaren Takt mkrementiert wird. Jedes an Port
Tl/Rl empfangene Port-Select- oder Daten-Telegramm setzt diesen Zähler zurück.8.5 via port T2 / R2 with N Ri = 1 and port Tl / Rl with (N r +1), if within a parameterizable time interval Δt, ιme jt no port select telegram or data telegram was received at port Tl / Rl , The port T1 / R1 is assigned a timeout counter, which is incremented with an adjustable clock. Each on port Tl / Rl received port select or data telegram resets this counter.
8.6 über Port T2/R2 mit (NRιempf+l) und Port Tl/Rl mit8.6 via port T2 / R2 with (N R ι emp f + l) and port Tl / Rl with
(NR2+1), wenn an Port Tl/Rl ein Port-Select-Telegramm empfangen wird mit einem empfangenen Wert NRιempf ungleich dem gespeicherten Wert von NRi . Zusätzlich wird NRιempf abgespeichert.(N R2 +1) if a port select telegram is received at port Tl / Rl with a received value N R ι emp f not equal to the stored value of N Ri . In addition, N R ιempf is stored.
8.7 über Port Tl/Rl mit (NR2+1), wenn an Port Tl/Rl ein Port-Select-Telegramm empfangen wird mit NR2iassender ungleich (NR2+1) .8.7 via port Tl / Rl with (N R2 +1) if a port select telegram is received at port Tl / Rl with N R2 iassender not equal (N R2 +1).
9. Netzwerkteilnehmer, die über einen betriebsbereiten9. Network participants that are ready for operation
Kommunikationskanal über Port T3/R3 an eine andere Reihe angeschlossen sind und ein Port-Select-Telegramm mit einem auf eins gesetzten Valid-Bit V empfangen, vergleichen |NRI - NR2 limtiator vom empfangenen Port-Select- Telegramm mit Betrag |NR1 - NR2 |s der eigenen Station:Communication channel are connected to another row via port T3 / R3 and receive a port select telegram with a valid bit V set to one, compare | N RI - N R2 limtiator of the received port select telegram with amount | N R1 - N R2 | s of your own station:
9.1 Ist |NRI - NR2 limtiator < I NRi - NR S, so wird9.1 If | NRI - N R2 limtiator <IN Ri - N RS , then
|NRI - NR2 limtiator im Datenfeld des Port-Select- Telegramms bei der Weiterleitung nicht geändert. Der| N RI - N R2 limtiator in the data field of the port select telegram not changed during forwarding. The
Netzwerkteilnehmer speichertNetwork subscriber saves
INRI - NR2 |mιn = INRI - NR2 limtiator und setzt die Adresse Astored = Amitiator. Aιnιtιator ist die Quelladresse des empfangenen Port-Select-Telegramms. Der Wert |NRI - NR2 ist der Abstand der empfangenden Station von der Reihenmitte.IN RI - N R2 | mιn = INRI - N R2 limtiator and sets the address A s tored = Amitiator. Aι nιtιator is the source address of the received port select telegram. The value | N RI - N R2 is the distance of the receiving station from the center of the row.
9 . 2 I S t | NRI - NR2 llmtiatcπ = I NRI - NRJS , SO wi rd Aimtiator mi t der eigenen Stationsadresse As verglichen: Bei Aimtiator < A s wird das Port-Select-Telegramm ohne Änderung im Datenfeld mit | NRI - NR2 limtiator weitergeleitet. Der Netzwerkteilnehmer speichert9. 2 IS t | NRI - N R2 = llmtiatcπ I NRI - N R J S, SO wi rd Aimtiator wi th its own station address A s compared: In Aimtiator <A s the port select message is no change in the data field | NRI - N R2 limtiator forwarded. The network participant saves
I NRI - NR2 Lin = I NRI - NR 3 Und Astored = Aιnl tιator .I NRI - N R2 Lin = I NRI - NR 3 And Astored = Aι nl t ιator.
Ist Aimtiator = A3, so wird das empfangene Port-Select- Telegramm herausgefiltert, da dieser Fall nur bei einem Fehler möglich ist.
Ist Anitiator > As, so wird das empfangene Port-Select- Telegramm herausgefiltert und ein eigenes Port- Select-Telegramm mit I NRι - NR2 limtiaor gesetzt auf I RI - NR2 |s über die Ports Tl/Rl und T2/R2 gesendet. Der Netzwerkteilnehmer speichertIf Aimtiator = A 3 , the received port select telegram is filtered out, since this case is only possible in the event of an error. If A n i t i ator > A s , the received port select telegram is filtered out and a separate port select telegram with IN R ι - N R2 limtiaor is set to I RI - N R2 | s sent via the ports T1 / R1 and T2 / R2. The network participant saves
I RI - NR2 Ln = I NRI - NR2 ls , Und AΞt0red = As .I RI - N R2 Ln = I NRI - N R2 ls, and A Ξ t 0 red = A s .
9 . 3 I s t I NRI - NR2 itiator > I NRi - NR2 L , s o wi rd das empfangene Port-Select-Telegramm gefiltert und ein eigenes Port-Select-Telegramm mit I NRi - NR2 limtiat r gesetzt auf I NRi - NR |s über die Ports Tl/Rl und T2/R2 gesendet. Der Netzwerkteilnehmer speichert9. 3 I st I NRI - N R2 itiator> IN Ri - N R2 L, the received port select telegram is filtered and a separate port select telegram with IN Ri - N R2 limited is set to IN Ri - N R | s sent via the ports T1 / R1 and T2 / R2. The network participant saves
I NRI - NR2 Ln = I NRI ~ NR2 Is Und Asto red = As .I NRI - N R2 Ln = I NRI ~ N R2 Is And Asto red = A s .
10. Netzwerkteilnehmer, die nicht oder über einen nicht betriebsbereiten Kommunikationskanal über Port T3/R3 an eine andere Reihe angeschlossen sind und ein Port-Select- Telegramm mit einem Valid-Bit V = 1 empfangen, leiten das Telegramm mit dem empfangenen Valid-Bit V und dem Wert I Rι - NR2 lim iator innerhalb der Reihe weiter. Der Netz- Werkteilnehmer speichert10. Network participants that are not connected or connected to another row via a non-operational communication channel via port T3 / R3 and receive a port select telegram with a valid bit V = 1 route the telegram with the received valid bit V and the value I R ι - N R2 lim iator within the series. The network user saves
I NRI — NR2 Iπiin = I NRI - NR2 limti ator Und AΞ tored = Ai m i at- •I NRI - NR2 Iπiin = I NRI - NR 2 limti ator und A Ξ t ored = Ai mi at- •
11. Netzwerkteilnehmer, die ein Port-Select-Telegramm mit einem Valid-Bit V = 0 empfangen, leiten das Telegramm mit V = 0 und dem Wert I NRI - NR2 limtiator innerhalb der Reihe weiter. Die gespeicherten Werte von |NR1 - NR2 |mιn und AΞ -ι._.. bleiben unverändert.11. Network participants that receive a port select telegram with a valid bit V = 0 forward the telegram with V = 0 and the value I NRI - N R2 limtiator within the series. The stored values of | N R1 - N R2 | mιn and A Ξ -ι._ .. remain unchanged.
12. Ein betriebsbereiter Port T3/R3 wird aktiv geschaltet, wenn I NRi - NR2 Ln = INRI - NR2 |G und A3tored = AΞ gespeichert ist. Dies gilt für einen Zeitraum Δtrθwdeiay,- der mindestens der zweifachen Worst-Case-Durchlaufzeit eines Port-Select-Telegramms durch eine Reihe entspricht.12. An operational port T3 / R3 is activated when IN Ri - N R2 Ln = IN R I - N R2 | G and A 3t ored = A Ξ is stored. This applies to a period of time Δt rθ wdeia y , - which corresponds to at least twice the worst case throughput time of a port select telegram through a series.
13. Ein aktiver Port T3/R3 eines Netzwerkteilnehmers wird deaktiviert, wenn der Netzwerkteilnehmer innerhalb des Timeout-Intervalls Δttimeout kein Port-Select-Telegramm von
einer anderen Reihe empfangt. Zusätzlich wird der Kommunikationskanal über den Port T3/R3 zur anderen Reihe als nicht betriebsbereit gekennzeichnet.13. An active port T3 / R3 of a network participant is deactivated if the network participant does not receive a port select telegram from within the timeout interval Δttimeout another row. In addition, the communication channel via port T3 / R3 to the other row is marked as not ready for operation.
Em aktiver Port T3/R3 wird ebenfalls deaktiviert, wenn der Netzwerkteilnehmer em Port-Select-Telegramm empfangt mi t | NRI - NR2 limt iator < I NR1 - NR_ L θdβrAn active port T3 / R3 is also deactivated if the network participant receives a port select telegram with t | NRI - N R2 limt iator <IN R1 - NR_ L θdβr
INRI - NR2 limtiator = I Ri - NR2 und Aιnιtιa 0r < As . Dieser Netzwerkteilnehmer speichert die empfangenen Werte INRI - NR2 limtiaor und Anltιaor und leitet das empfangene Telegramm weiter. Der Kommunikationskanal über den Port T3/R3 zur anderen Reihe bleibt betriebsbereit.IN R I - N R2 limtiator = I Ri - N R2 and Aι nιt ι a 0 r <A s . This network participant stores the received values IN RI - N R2 limtiaor and A nl tι a or and forwards the received telegram. The communication channel via port T3 / R3 to the other row remains operational.
14. Netzwerkteilnehmer, die über einen betriebsbereiten14. Network participants that are ready for operation
Kommunikationskanal über Port T3/R3 an eine andere Reihe angeschlossen sind, senden zyklisch m jedem Meldeintervall ΔtM eigene Port-Select-Telegramme.Communication channels connected to another row via port T3 / R3 send cyclically m each message interval Δt M their own port select telegrams.
14.1 über den Port Tl/Rl mit (NR2+1) und den Port T2/R214.1 via the port T1 / R1 with (N R2 +1) and the port T2 / R2
(NRι+l), wenn em aktiver Port T3/R3 deaktiviert wird, mit |NR1 - NR_ limtια- r = FFH ist und Valid-Bit V = 1, bis em Port-Select-Telegramm eines anderen(N R ι + l), if an active port T3 / R3 is deactivated, with | N R1 - N R _limtι α - r = FFH and valid bit V = 1 until another port select telegram
Netzwerkteilnehmers empfangen wird;Network subscriber is received;
14.2 über den Port Tl/Rl mit (NR2+1) und den Port T2/R2 mit (NRI+1), wenn innerhalb eines parametrierbaren Zeitintervalls Δtι-ιme_ t weder an Port Tl/Rl noch an Port T2/R2 em Port-Select-Telegramm oder Datentelegramm von dem Netzwerkteilnehmer mit dem einzigen aktiven Kommunikationskanal zur benachbarten Reihe empfangen wurde, d.h. em Telegramm mit der Quelladresse AΞTOred 14.3 über den Port Tl/Rl mit (NR2+1) und den Port T2/R2 mit (NRI+ 1), wenn I NRi - NR_ Lr = | NRi - NF I und Ξt-ored = As gespeichert ist.14.2 via the port Tl / Rl with (N R2 +1) and the port T2 / R2 with (N RI +1), if within a parameterizable time interval Δtι- ιme _ t neither at port Tl / Rl nor at port T2 / R2 em port select telegram or data telegram was received by the network participant with the only active communication channel to the adjacent row, ie em telegram with the source address A ΞTO red 14.3 via port Tl / Rl with (N R2 +1) and port T2 / R2 with (N RI + 1) if IN Ri - N R _ L r = | N Ri - N F I and Ξ t- ore d = A s is stored.
Im emgeschwungenen Zustand des Verfahrens kennt jeder Netz- Werkteilnehmer der Reihe den Netzwerkteilnehmer, der über seinen Port T3/R3 mit einer benachbarten Reihe verbunden ist und den kleinsten Abstand von der Reihenmitte hat. Nur über
diesen aktiven Kommunikationskanal werden Datentelegramme zwischen den beiden Reihen ausgetauscht. Die Verbindungen der anderen Netzwerkteilnehmer zur nächsten Reihe sind deaktiviert. Figur 7 zeigt e Netzwerk diesem emgeschwungenen Zustand.In the relaxed state of the method, each network work participant in the row knows the network subscriber who is connected via its port T3 / R3 to an adjacent row and has the smallest distance from the center of the row. Only over this active communication channel, data telegrams are exchanged between the two rows. The connections of the other network participants to the next row are deactivated. FIG. 7 shows a network in this swung state.
Soll abweichend von diesem Ausfuhrungsbeispiel der einzige aktive Kommunikationskanal einer Reihe zur benachbarten Reihe am Rand der Reihe liegen, so sind im beschriebenen Verfahren |NRI - NR_ Ln durch |NR1 - NR mα iNπ - NR Irι,ιat r< I NRX - NR_ I durch I NRι - NR.. Iιrιltιamt > |NRI - NR_ L zu ersetzen.If, in deviation from this exemplary embodiment, the only active communication channel of a row to the adjacent row is at the edge of the row, then | N RI - N R _ L n by | N R1 - N R mα iNπ - N R Irι , ιat r <IN RX - N R _ I through IN R ι - NR. , Iι rιl tι a mt> | N RI - N R _ L to replace.
Figur 8 zeigt em Netzwerk m dreidimensionaler Struktur. Dabei ist die Anordnung der Ports an den einzelnen Kasten, welche jeweils einen Netzwerkteilnehmer mit der eingetragenen Adresse repräsentieren, dieselbe wie der Darstellung nach Figur 7. Auch die Kommunikationskanale sind m gleicher Weise dargestellt. Bei einer dreidimensionalen Struktur wird jeweils mit mehreren Netzwerkteilnehmern durch Verbindung der Ports Tl/Rl und T2/R2 eine Reihe m linienformiger Struktur aufgebaut. Mehrere dieser Reihen werden zu einer dreidimensionalen Struktur zusammengeschaltet, wie es m Figur 8 dargestellt ist. Dazu muß zwischen jeweils zwei Reihen mindestens em Kommunikationskanal über Port T3/R3 und T4/R4 vorhanden sein. Mehrere Kommunikationspfade zwischen jeweils zwei Reihen sind zulässig. An den Ports T3/R3 und T4/R4 der Netzwerkteilnehmer, die nicht für Kommunikationskanale zwischen Reihen verwendet werden, können Endgerate angeschlossen werden. Jeder Reihe ist eine eindeutige Reihen- adresse R*. mit 0 < k < p zugewiesen, wobei p die Anzahl derFIG. 8 shows a network with a three-dimensional structure. The arrangement of the ports on the individual boxes, which each represent a network participant with the entered address, is the same as that shown in FIG. 7. The communication channels are also shown in the same way. In the case of a three-dimensional structure, a series m of linear structure is built up with several network participants by connecting the ports T1 / R1 and T2 / R2. Several of these rows are interconnected to form a three-dimensional structure, as shown in FIG. 8. To do this, there must be at least one communication channel between ports T3 / R3 and T4 / R4 between two rows. Multiple communication paths between two rows are permitted. Terminals can be connected to ports T3 / R3 and T4 / R4 of the network nodes that are not used for communication channels between rows. Each row is a unique row address R *. assigned with 0 <k <p, where p is the number of
Reihen der gewählten Netzstruktur ist. Die jeweiligen Reihenadressen sind an der linken Seite von Figur 8 neben der jeweiligen Reihe angegeben. In jedem Netzwerkteilnehmer ist im Parameterregister „Reihenadresse* die zugehörige Adresse der Reihe abgespeichert.Rows of the selected network structure. The respective row addresses are indicated on the left side of FIG. 8 next to the respective row. The associated address of the series is stored in each network participant in the "Row address *" parameter register.
Es muß jedoch sichergestellt sein, daß zwischen zwei beliebigen Netzwerkteilnehmern im gesamten Netzwerk nur em einziger
Kommunikationspfad benutzt wird. Bei mehreren Kommunika¬ tionspfaden wurden Schleifen auftreten, d.h. Telegramme konnten sich vervielfachen und zirkulieren. Zur Vermeidung von Schleifen werden Port-Select-Telegramme in Kombination mit einem modifizierten Spannmg-Tree-Algorithmus verwendet.However, it must be ensured that between any two network participants in the entire network only one Communication path is used. Loops were tion paths at several communica ¬ occur, ie messages could multiply and circulate. To avoid loops, port select telegrams are used in combination with a modified voltage tree algorithm.
Dazu wird der Datenbereich der Port-Select-Telegramme um die Adresse Rn der benachbarten Reihe erweitert, an welche der Port T3/R3 oder der Port T4/R4 des Netzwerkteilnehmers, der das Telegramm zusammengestellt hat, angeschlossen ist.For this purpose, the data area of the port select telegrams is expanded by the address R n of the adjacent row to which the port T3 / R3 or the port T4 / R4 of the network subscriber who compiled the telegram is connected.
Aufgabe der um die Reihenadresse Rn der benachbarten Reihe erweiterten Port-Select-Telegramme ist, einen Netzwerkteilnehmer zu finden, der über Port T3/R3 mit einer Reihe mit der Adresse Rr verbunden ist und bezogen auf die Anzahl derThe task of the port select telegrams expanded by the row address R n of the adjacent row is to find a network subscriber which is connected to a row with the address R r via port T3 / R3 and in relation to the number of
Netzwerkteilnehmer von beiden Enden seiner Reihe möglichst gleich weit entfernt ist, d.h. den kleinsten Abstand von der Reihenmitte hat. Dies definiert den einzigen Netzwerkteilnehmer der Reihe, der über Port T3/R3 potentiell aktiv mit der benachbarten Reihe mit der Adresse Rr verbunden ist. Der Port T3/R3 wird von potentiell aktiv auf aktiv umgeschaltet, wenn auch der modifizierte Spannmg-Tree-Algorithmus diesen Port aktiv schaltet. Nur über aktive Kommunikationskanale zwischen den Reihen werden Datentelegramme ausgetauscht. Mit dem zuvor schon für die zweidimensionale Netzwerkstruktur beschriebenen Verfahren laßt sich der Netzwerkteilnehmer finden, der den kleinsten Abstand zur Reihenmitte hat und dessen Port T3/R3 an die Reihe mit der Adresse RN angeschlossen ist. Die Port-Select-Telegramme stellen sicher, daß zwischen zwei über Kommunikationskanale direkt miteinander verbundenen Reihen zu jeder Zeit immer nur em Kommunikationskanal über Port T3/R3 potentiell aktiv ist. Damit auch Schleifen, welche über mehr als zwei Reihen geschlossen werden, zuverlässig verhindert werden, stellt e modifi- ziertes Spannmg-Tree-Verfahren sicher, daß über das gesamte dreidimensionale Netzwerk keine Schleife auftritt.
Kennzeichen des modifizierten Spannmg-Tree-Verfahrens sind, daß jede Reihe als virtueller Switch, mit den potentiell aktiven Kommunikationskanalen über Ports T3/R3 oder über Ports T4/R4 zu anderen Reihen als Ports des virtuellen Switches angesehen wird und daß em Kommunikationskanal über einen Port T4/R4 potentiell aktiv ist, wenn er an einen potentiell aktiven Port T3/R3 einer anderen Reihe, die ebenfalls als virtueller Switch angesehen wird, angeschlossen ist. Weiterhin werden m Konfigurationstelegrammen die folgenden Eintrage im Datenfeld vorgesehen:Network subscriber is as far as possible from both ends of its row, ie has the smallest distance from the middle of the row. This defines the only network participant in the row that is potentially actively connected to the adjacent row with the address R r via port T3 / R3. Port T3 / R3 is switched from potentially active to active if the modified voltage tree algorithm also switches this port active. Data telegrams are only exchanged via active communication channels between the rows. With the method previously described for the two-dimensional network structure, the network participant can be found who has the smallest distance from the center of the row and whose port T3 / R3 is connected to the row with the address R N. The port select telegrams ensure that between two rows that are directly connected to each other via communication channels, only one communication channel via port T3 / R3 is potentially active at any time. In order to reliably prevent loops that are closed over more than two rows, a modified tension tree method ensures that no loops occur across the entire three-dimensional network. Characteristics of the modified voltage tree method are that each row is regarded as a virtual switch, with the potentially active communication channels via ports T3 / R3 or via ports T4 / R4 to other rows as ports of the virtual switch and that a communication channel is viewed via a port T4 / R4 is potentially active if it is connected to a potentially active port T3 / R3 of another row, which is also regarded as a virtual switch. Furthermore, the following entries are provided in the data field for configuration telegrams:
1. Root_ID: Eine 64-Bιt-Adresse RR des virtuellen Switches, der als „Root* angenommen wird.1. Root_ID: A 64 bit address R R of the virtual switch, which is assumed to be “root”.
2. Transmιtter_ID: Eine 64-Bιt-Adresse Rτ des virtuellen Switches, zu dem der sendende Netzwerkteilnehmer gehört. Die Adressen RR und Rτ entsprechen jeweils der Adresse der Reihe, die als virtueller Switch angesehen wird.2. Transmιtter_ID: A 64 bit address R τ of the virtual switch to which the sending network participant belongs. The addresses R R and R τ each correspond to the address of the row that is regarded as a virtual switch.
3. Cost: Kleinste Reihenanzahl, die em Telegramm von einem Sender zur Root_ID durchlaufen muß.3. Cost: Smallest number of rows that a telegram has to go through from a sender to the Root_ID.
4. Port_ID: Eine 16-Bιt-Adresse PH. des Ports, über den der sendende virtuelle Switch das Konfigurationstelegramm sendet. RPID ist gleich der Adresse Rn der Reihe, die an dem Port angeschlossen ist, über den der virtuelle Switch mit der Transmιtter_ID sendet.4. Port_ID: A 16 bit address P H. of the port via which the sending virtual switch sends the configuration telegram. RP ID is equal to the address R n of the row that is connected to the port via which the virtual switch sends with the Transmιtter_ID.
Mit diesen Definitionen kann der Spannmg-Tree-Algorithmus auf em Netzwerk aus virtuellen Switches angewendet werden. Er basiert auf den beschriebenen Konfigurationstelegrammen, die von virtuellen Switches gesendet und empfangen werden. Nur die potentiell aktiven oder aktiven Ports T3/R3 oder T4/R4 einer Reihe, d.h. eines virtuellen Switches, werten empfangene Konfigurationstelegramme aus. Die deaktivierten Ports T3/R3 oder T4/R4 werten die Konflgurationstelegramme aus und filtern sie anschließend. Das Spannmg-Tree-Verfahren schaltet die Ports T3/R3 oder T4/R4 von potentiell aktiv auf aktiv um, die sicherstellen, daß zwischen jeweils zwei beliebigen Netzwerkteilnehmern des Netzwerks nur em einziger Kommunikationspfad existiert und somit keine Schleifen
auftreten. Die restlichen Ports T3/R3 oder T4/R4 bleiben potentiell aktiv oder deaktiviert. Nur über aktive Kommunikationskanäle zwischen den Reihen werden Datentelegramme ausgetauscht .With these definitions, the Spannmg-Tree algorithm can be applied to a network of virtual switches. It is based on the described configuration telegrams that are sent and received by virtual switches. Only the potentially active or active ports T3 / R3 or T4 / R4 of a row, ie a virtual switch, evaluate received configuration telegrams. The deactivated ports T3 / R3 or T4 / R4 evaluate the configuration telegrams and then filter them. The voltage tree method switches the ports T3 / R3 or T4 / R4 from potentially active to active, which ensure that there is only one communication path between any two network participants in the network and therefore no loops occur. The remaining ports T3 / R3 or T4 / R4 remain potentially active or deactivated. Data telegrams are only exchanged via active communication channels between the rows.
Ein virtueller Switch ist an seinen Ports ständig für Konfigurationstelegramme empfangsbereit und speichert für jeden Port die Konfigurationsnachricht mit der „besten* Kombination aus Root_ID. Cost . Transmitter_ID. Port_ID. Verglichen werden für jeden Port nicht nur die empfangenen Kombinationen, sondern es wird auch verglichen mit der Kombination, welche der virtuelle Switch an diesen Port versenden würde. Eine Kombination Kl ist „besser* als eine andere Kombination K2, wenn 1. Root_ID von Kl < Root_ID von K2,A virtual switch is always ready to receive configuration telegrams at its ports and stores the configuration message for each port with the "best * combination of Root_ID". Cost. Transmitter_ID. Port_ID. Not only are the combinations received compared for each port, but also the combination that the virtual switch would send to this port is compared. A combination Kl is "better *" than another combination K2 if 1. Root_ID of Kl <Root_ID of K2,
2. Root_ID von Kl = Root_ID von K2 und Cost von Kl < Cost von K2,2. Root_ID of Kl = Root_ID of K2 and Cost of Kl <Cost of K2,
3. Root_ID von Kl = Root_ID von K2 und Cost von Kl = Cost von K2 und Transmitter_ID von Kl < Transmitter_ID von K2 oder3. Root_ID of Kl = Root_ID of K2 and Cost of Kl = Cost of K2 and Transmitter_ID of Kl <Transmitter_ID of K2 or
4. Root_ID von Kl = Root_ID von K2 und Cost von Kl = Cost von K2 und4. Root_ID of Kl = Root_ID of K2 and Cost of Kl = Cost of K2 and
Transmitter_ID von Kl = Transmitter_ID von K2 und Port__ID von Kl < Port_ID von K2.Transmitter_ID of Kl = Transmitter_ID of K2 and Port__ID of Kl <Port_ID of K2.
Der Root-Port eines virtuellen Switches ist der Port mit derThe root port of a virtual switch is the port with the
„besten* empfangenen Kombination"Best * received combination
KR = KE = Root_ID.Cost .Transmitter_ID.Port_ID.K R = K E = Root_ID.Cost .Transmitter_ID.Port_ID.
Der Root-Port ist der Port eines virtuellen Switches mit dem kürzesten Abstand zur Root_ID.The root port is the port of a virtual switch with the shortest distance to the Root_ID.
Die Kombination des Root-Ports wird über Port-Select- Telegramme allen Netzwerkteilnehmern des virtuellen Switches mitgeteilt. Damit besitzt jeder Netzwerkteilnehmer die notwendigen Informationen, um zu entscheiden, ob ein Port von
potentiell aktiv auf aktiv umzuschalten ist. Em potentiell aktiver Port wird auf aktiv geschaltet, wenn Root_ID. (Cost+1) .Transmιtter_ID.Port_ID vom Root-Port „besser* ist als Root__ID. Cost . Transmιtter_ID. Port_ID vom betrachteten Port.The combination of the root port is communicated to all network participants of the virtual switch via port select telegrams. This means that every network participant has the necessary information to decide whether a port of is potentially to be switched actively to active. A potentially active port is switched to active if Root_ID. (Cost + 1) .Transmιtter_ID.Port_ID from the root port is "better * than Root__ID. Cost. Transmιtter_ID. Port_ID of the considered port.
Die Bedingung, die zur Aktivierung eines Ports eines virtuellen Switches fuhrt, muß für einen Zeitraum Δtnetdeiay gültig sein, der mindestens der zweifachen Worst-Case- Durchlaufzeit eines Konflgurationstelegramms durch das Netzwerk entspricht, bevor der betreffende Port tatsachlich aktiviert wird. Nur Konflgurationstelegramme, die vom Root-Port empfangen wurden, werden an die aktiven Ports des virtuellen Switches weitergeleitet. Konflgurationstelegramme werden nur über die aktiven Ports T3/R3 gesendet oder weitergeleitet. Die einzigenThe condition that leads to the activation of a port of a virtual switch must be valid for a period of time Δt ne tdeiay which corresponds to at least twice the worst case throughput time of a configuration telegram through the network before the relevant port is actually activated. Only configuration telegrams received from the root port are forwarded to the active ports of the virtual switch. Configuration telegrams are only sent or forwarded via the active ports T3 / R3. The only ones
Empfanger dieser Telegramme sind somit die potentiell aktiven Ports T4/R4 der angeschlossenen virtuellen Switches. Zudem werden Konflgurationstelegramme nur über die aktiven Ports T4/R4 gesendet oder weitergeleitet. Die einzigen Empfanger derartiger Telegramme sind somit die potentiell aktiven Ports T3/R3 der angeschlossenen virtuellen Switches. Jedem Port eines virtuellen Switches ist em sogenannter Kombmations- Alterungszahler zugeordnet. Dieser Zahler wird mit jedem empfangenen oder weitergeleiteten Konfigurationstelegramm zurückgesetzt und neu gestartet. Der Kombmations-Alterungs- zahler ist somit nur bei den potentiell aktiven oder aktiven Ports einer Reihe aktiviert und wird mit einem parametrierbaren Zeittakt mkrementiert. Erreicht der Kombinations- Alterungszahler bei einem potentiell aktiven bzw. einem akti- ven Port den parametrierbaren Schwellwert „maximales Alter*, so wird die für diesen Port gespeicherte Kombination Root_ID.Cost .Transmιtter_ID. Port_ID geloscht und neu berechnet .The potentially active ports T4 / R4 of the connected virtual switches are therefore receivers of these telegrams. In addition, configuration telegrams are only sent or forwarded via the active ports T4 / R4. The only receivers of such telegrams are the potentially active ports T3 / R3 of the connected virtual switches. A so-called combination aging counter is assigned to each port of a virtual switch. This counter is reset with each received or forwarded configuration telegram and restarted. The combination aging counter is therefore only activated for the potentially active or active ports in a row and is incremented with a parameterizable time cycle. If the combination aging payer reaches the parameterizable threshold "maximum age *" for a potentially active or an active port, the combination Root_ID.Cost .Transmιtter_ID saved for this port. Port_ID deleted and recalculated.
Der Informationsaustausch innerhalb eines virtuellenThe exchange of information within a virtual
Switches, d.h. innerhalb einer Reihe von Netzwerkteilnehmern mit lmienformiger Struktur, erfolgt mit Port-Select-
Telegrammen, die den oben beschriebenen Port-Select- Telegrammen eines Netzwerks mit zweidimensionaler Struktur ähnlich sind. Der Datenbereich der Port-Select-Telegramme eines Netzwerks mit dreidimensionaler Struktur wird unab- hangig vom empfangenden Port gegenüber dem Datenbereich der Port-Select-Telegramme für em Netzwerk mit zweidimensionaler Struktur erweitert um eine 16-Bιt-Adresse Rn des über Port T3/R3 angeschlossenen virtuellen Switches, d.h. der benachbarten Reihe, deren Gültigkeit durch das bereits beschriebene Valid-Bit V angezeigt wird. Bei V = 0 ist auch der empfangene Wert der Reihenadresse Rn ungültig. Das Port-Select-Telegramm wurde von einem Netzwerkteilnehmer m den virtuellen Switch eingespeist, der über einen betriebsbereiten Port T4/R4 mit dem virtuellen Switch verbunden ist. Bei V = 1 ist die Adresse Rn gültig. Zusätzlich ist m dem Datenbereich des Port-Select-Telegramms em Potentiell-Aktiv-Bit PpA eingefügt. Abhangig vom empfangenden Port hat dieses Bit zwei Bedeutungen:Switches, ie within a series of network participants with a lien-shaped structure, are implemented with port select Telegrams that are similar to the port select telegrams of a network with a two-dimensional structure described above. The data area of the port select telegrams of a network with a three-dimensional structure is expanded by a 16 bit address R n of the port T3 / independent of the receiving port compared to the data area of the port select telegrams for a network with a two-dimensional structure. R3 connected virtual switches, ie the neighboring row, the validity of which is indicated by the valid bit V already described. If V = 0, the received value of the row address R n is also invalid. The port select telegram was fed into the virtual switch by a network participant, which is connected to the virtual switch via an operational port T4 / R4. If V = 1, the address R n is valid. In addition, a potentially active bit P pA is inserted in the data area of the port select telegram. Depending on the receiving port, this bit has two meanings:
1. PpA m Port-Select-Telegrammen, die an Port T4/R4 empfangen wurden, informiert den Netzwerkteilnehmer, ob der Port T3/R3 des sendenden Netzwerkteilnehmers des angeschlossenen virtuellen Switches potentiell aktiv oder aktiv (PpA = 1) oder deaktiviert (PpA = 0) ist. 1.P pA m port select telegrams received on port T4 / R4 informs the network subscriber whether port T3 / R3 of the sending network subscriber of the connected virtual switch is potentially active or active (P pA = 1) or deactivated ( P pA = 0).
2. PpA m Port-Select-Telegrammen, die an Port Tl/Rl oder Port T2/R2 empfangen wurden, informiert den Netzwerkteilnehmer, ob der Port T4/R4 des Initiators des Port-Select- Telegramms potentiell aktiv oder aktiv (PpA = 1) oder deaktiviert (PpA = 0) ist.2. P pA m port select telegrams received on port T1 / Rl or port T2 / R2 informs the network subscriber whether port T4 / R4 of the initiator of the port select telegram is potentially active or active (P pA = 1) or deactivated (P pA = 0).
Weiterhin wird der Datenbereich des Port-Select-Telegramms um eine 16-Bιt-Adresse Ri des über Port T4/R4 angeschlossenen virtuellen Switches erweitert. Der Wert der Adresse ist nur notig, wenn PpA = 1 gesetzt ist.Furthermore, the data area of the port select telegram is expanded by a 16 bit address Ri of the virtual switch connected via port T4 / R4. The value of the address is only necessary if P pA = 1 is set.
Zudem wird m den Port-Select-Telegrammen em Wert einesIn addition, the port select telegrams become a value
Aktiv-Timers zum Sendezeitpunkt übertragen. Der Aktiv-Timer mißt die Zeit, die seit dem letzten Empfang eines Port-
Select-Telegramms über Port T4/R4 mit gesetztem Potentiell- Aktiv-Bit, d.h. mit PpA = 1, vergangen ist. Der Wert des Aktiv-Timers ist nur gültig, wenn PpA = 1 ist.Transfer active timers at the time of transmission. The active timer measures the time since the last reception of a port Select telegram via port T4 / R4 with the potential active bit set, ie with P pA = 1, has passed. The value of the active timer is only valid if P pA = 1.
Weiterhin enthalt der Datenbereich von Port-Select-Telegrammen für dreidimensionale Netzwerkstruktur die beste empfange¬ ne Kombination für diesen Port KE = Root_ID.Cost .Transmιtter_ID. Port_ID, die im Datenfeld eines Konfigurationstelegramms gesendet oder weitergeleitet wurde von einer an einem potentiell aktiven oder aktiven Port T3/R3 oder T4/R4 angeschlossenen Reihe mit der Adresse Rn oder R .Furthermore, the data area of port select messages for three-dimensional network structure contains the best receive ¬ ne combination for this port K E = Root_ID.Cost .Transmιtter_ID. Port_ID that was sent or forwarded in the data field of a configuration telegram from a row connected to a potentially active or active port T3 / R3 or T4 / R4 with the address R n or R.
Zudem wird die beste bisher bekannte Kombination an den potentiell aktiven oder aktiven Port T3/R3 und T4/R4 derIn addition, the best combination known to date at the potentially active or active ports T3 / R3 and T4 / R4
Reihe, d.h. des virtuellen Switches, im Datenfeld von Port- Select-Telegrammen übertragen: KR = Root_ID.Cost .Transmιtter_ID.Port_ID.Transfer row, ie the virtual switch, in the data field of port select telegrams: K R = Root_ID.Cost .Transmιtter_ID.Port_ID.
Em Netzwerkteilnehmer, der an einem deaktivierten Port T4/R4 ein Port-Select-Telegramm von einem potentiell aktiven oder aktiven Port T3/R3, d.h. em Port-Select-Telegramm mit PpA = 1, einer anderen Reihe empfangt, schaltet den Port T4/R4 auf potentiell aktiv bzw. aktiv und sendet eine parametrier- bare Anzahl von Port-Select-Telegrammen mit Pp; = 1.A network node that receives a port select telegram from a potentially active or active port T3 / R3, ie a port select telegram with P pA = 1, from another row on a deactivated port T4 / R4 switches port T4 / R4 to potentially active or active and sends a configurable number of port select telegrams with P p ; = 1.
Den Ports T4/R4 ist jeweils em Aktiv-Timer zugeordnet, der mit einem einstellbaren Takt mkrementiert wird. Der Aktiv- Ti er mißt die Zeit seit dem letzten Empfang eines Port- Select-Telegramms mit gesetztem Potentiell-Aktiv-Bit Pp„ = 1. Jedes über Port T4/R4 empfangene Port-Select-Telegramm mit gesetztem Potentiell-Aktiv-Bit PpA - 1 setzt den Aktiv-Timer zurück und startet ihn neu. Empfangene Port-Select-Telegramme mit PpA = 0 setzen den Aktiv-Timer zurück, ohne ihn zu starten.
Em Netzwerkteilnehme ' mit einem potentiell aktiven oder aktiven Port T4/R4 deaktiviert diesen Port, wenn 1. über Port T4/R4 em Port-Select-Telegramm mit PpA = 0 empfangen wird, 2. über Port Tl/Rl oder T2/R2 em Port-Select-Telegramm empfangen wird mit PpA = 1 und einem empfangenen Wert des Aktiv-Timers, der kiemer als die eigene Aktivzeit ist, wobei der eigene Aktiv-Timer diesem Fall zurückgesetzt wird, ohne neu gestartet zu werden, oder 3. die vom Aktiv-Timer gemessene Zeit einen parametrierbaren Maximalwert erreicht.The ports T4 / R4 are each assigned an active timer, which is incremented with an adjustable clock. The active timer measures the time since the last receipt of a port select telegram with the potential active bit set P p "= 1. Each port select telegram received via port T4 / R4 with the potential active bit set P pA - 1 resets the active timer and restarts it. Received port select telegrams with P pA = 0 reset the active timer without starting it. A network participant with a potentially active or active port T4 / R4 deactivates this port if 1. a port select telegram with P pA = 0 is received via port T4 / R4, 2. via port T1 / R1 or T2 / R2 A port select telegram is received with P pA = 1 and a received value of the active timer, which is less than the own active time, whereby the own active timer is reset in this case without being restarted, or 3. the time measured by the active timer reaches a parameterizable maximum value.
Im emgeschwungenen Zustand senden m jedem virtuellen Switch, d.h. jeder Reihe, alle Netzwerkteilnehmer mit einer potentiell aktiven T3/R3-Verbmdung zu einer benach¬ barten, über die Ports T3/R3 angeschlossenen Reihe zyklisch jedem Meldeintervall ΔtM jeweils em Port-Select-Telegramm über die Ports Tl/Rl und T2/R2.In emgeschwungenen state all network participants via the ports T3 / R3 connected series em send m each virtual switch, that is, each row, with a potentially active T3 / R3 Verbmdung to a Benach ¬ disclosed cyclically every reporting interval .DELTA.t M each port select telegram via the ports T1 / R1 and T2 / R2.
Zusätzlich senden m jedem virtuellen Switch folgende Netzwerkteilnehmer em Port-Select-Telegramm über die Ports Tl/Rl und T2/R2:In addition, the following network participants send m each virtual switch in a port select telegram via the ports Tl / Rl and T2 / R2:
1. jeder Netzwerkteilnehmer bei der Initialisierung mit KR = KE = Quelladresse .0. Quelladresse . Port_ID, 2. jeder Netzwerkteilnehmer mit einem potentiell aktiven Kommunikationskanal über den Port T3/R3 zu einer Reihe mit der Adresse Rr , wenn er em Konfigurationstelegramm über Port T3/R3 empfangt,1. Each network participant during initialization with K R = K E = source address .0. Source address. Port_ID, 2. every network participant with a potentially active communication channel via port T3 / R3 to a row with address R r when it receives an configuration telegram via port T3 / R3,
3. jeder Netzwerkteilnehmer mit einem potentiell aktiven Kommunikationskanal über Port T4/R4 zu einer Reihe mit der Adresse Rx, wenn er em Konfigurationstelegramm über Port T4/R4 empfangt,3. each network participant with a potentially active communication channel via port T4 / R4 to a row with the address R x when it receives a configuration telegram via port T4 / R4,
4. jeder Netzwerkteilnehmer, bei dem der Kombmations- Alterungszahler eines potentiell aktiven oder aktiven Ports den Schwellwert „maximales Alter* erreicht, wobei die für diesen Port gespeicherten Kombinationen KE und KR
geloscht und neu berechnet werden und wobei zunächst e Port-Select-Telegramm mit4. Each network participant in which the combination aging payer of a potentially active or active port reaches the threshold value “maximum age *, with the combinations K E and K R. Stored for this port deleted and recalculated and firstly using e port select telegram
KR = KE = Quelladresse.0.Quelladresse .Port_ID gesendet wird, 5. jeder Netzwerkteilnehmer mit einem potentiell aktiven oder aktiven Port, dessen gespeicherte Kombination KR „besser* ist als die Kombination KR im empfangenen Port- Select-Telegramm, wobei die für diesen Port gespeicherte Kombination KR geloscht und neu berechnet wird und wobei em Port-Select-Telegramm mit der besten bisher empfangenen Kombination für diesen PortK R = K E = source address. 0. Source address .Port_ID is sent, 5. each network participant with a potentially active or active port whose stored combination K R is "better * than the combination K R in the received port select telegram, whereby the combination K R stored for this port is deleted and recalculated and wherein a port select telegram with the best combination received so far for this port
KE = Root_ID.Cost .Transmιtter_ID. Port_ID und mit KR = mm{KE, empfangener Wert von K,.} gesendet wird und 6. jeder Netzwerkteilnehmer, dessen Port T4/R4 von deakti- viert auf potentiell aktiv oder aktiv umgeschaltet wird, sendet eine parametrierbare Anzahl von Port-Select- Telegrammen mit Pp = 1.K E = Root_ID.Cost .Transmιtter_ID. Port_ID and with K R = mm {K E , received value of K ,.} is sent and 6. Each network participant, whose port T4 / R4 is switched from deactivated to potentially active or active, sends a parameterisable number of port Select telegrams with P p = 1.
Alle Empfanger eines Port-Select-Telegramms mit einem deaktivierten Kommunikationskanal zu einer anderen Reihe speichern die vom zugehörigen potentiell aktiven oder aktiven Port des virtuellen Switches gesendeten Werte KE und KR.All receivers of a port select telegram with a deactivated communication channel to another row store the values K E and K R sent by the associated potentially active or active port of the virtual switch.
Figur 8 zeigt das Ergebnis der Anwendung der Port-Select- Telegramme m Kombination mit dem modifizierten Spannmg- Tree-Verfahren auf jede Reihe des dargestellten dreidimensionalen Netzwerks.FIG. 8 shows the result of the application of the port select telegrams in combination with the modified voltage tree method to each row of the three-dimensional network shown.
Eine Redundanz im Netzwerk soll sicherstellen, daß physika- lische Fehler, elektromagnetische Störungen, Netzwerkerweiterungen oder e Komponentenaustausch die Kommunikation zwischen den Netzwerkkomponenten nicht beeinträchtigen. Voraussetzung hierfür ist nicht nur eine schnelle Erkennung von Fehlern oder Netzwerkmodifikationen und eine schnelle Netzrekonfiguration, sondern auch e möglichst kiemer Netzwerkbereich, der wahrend der Rekonflgurationszeit von den
Auswirkungen des Fehlers oder der Netzwerkmodifikation betroffen ist.Redundancy in the network is intended to ensure that physical errors, electromagnetic interference, network expansions or component replacement do not impair communication between the network components. The prerequisite for this is not only a quick detection of errors or network modifications and a quick network reconfiguration, but also a network area that is as small as possible, which during the reconfiguration time differs from the Effects of the error or the network modification is affected.
Durch die Redundanzverwaltung ist eine Redundanz innerhalb jeder Reihe eines Netzwerks, bezüglich der Kommunikationskanale zwischen jeweils zwei miteinander verbundenen Reihen und eine Redundanz m bezug auf das gesamte Netzwerk möglich. Dabei ist Schleifenfreiheit durch den modifizierten Spannmg- Tree-Algorithmus gewährleistet.Redundancy management enables redundancy within each row of a network, with respect to the communication channels between two rows connected to one another, and redundancy m with respect to the entire network. The modified Spannmg-Tree algorithm guarantees freedom from loops.
Diese Art der Redundanz ermöglicht m vorteilhafter Weise kurze Rekonflgurationszeiten bei minimalem Hardwareaufwand und ist deshalb mit geringem Aufwand realisierbar. Zudem wird der Netzwerkbereich begrenzt, der wahrend der Rekonfigura- tionszeit an den Auswirkungen eines Fehlers oder von einer Netzwerkkonfiguration betroffen ist.This type of redundancy advantageously enables short reconfiguration times with minimal hardware expenditure and can therefore be implemented with little effort. In addition, the network area is limited which is affected by the effects of an error or a network configuration during the reconfiguration time.
Um Redundanz m einer Reihe lmienformig verschalteter Netzwerkteilnehmer zu gewahrleisten, wird e Rmg gebildet, wie es m Figur 6 beispielsweise mit den Netzwerkteilnehmern 100 ... 107 der Fall ist. Em Netzwerkteilnehmer, beispielsweise der Netzwerkteilnehmer 100, der sich an einem Ende der Reihe befindet, muß im Redundanz-Mode betrieben werden. Er hat die Funktion eines Redundanz-Managers.In order to ensure redundancy in a series of network subscribers connected in the form of a line, e Rmg is formed, as is the case in FIG. 6, for example, with network subscribers 100 ... 107. A network subscriber, for example network subscriber 100, which is located at one end of the row, must be operated in redundancy mode. It acts as a redundancy manager.
Durch Setzen eines Redundanzbits im Parameterregister wird dieser Netzwerkteilnehmer in dem Redundanz-Mode geschaltet. Zur Überprüfung der Reihe sendet er an Port 1 zyklisch em Telegramm Testl mit der MAC-Adresse des Ports 1 als Quell- adresse. Die Zykluszeit betragt beispielsweise 10 ms. An Port 2 wird zyklisch em Telegramm Test2 mit der MAC-Adresse des Ports 2 als Quelladresse versendet. Die Zykluszeit betragt ebenfalls beispielsweise 10 ms. Das Test2-Telegramm wird um die halbe Zykluszeit versetzt versendet, somit 5 ms nach dem Telegramm Testl. Ist die Reihe nicht unterbrochen, werden die am Port 1 versendeten Telegramme Testl am Port 2 wieder empfangen und ebenso die Test2-Telegramme m umgekehrter
Richtung. In diesem Fall ist der Kommunikationskanal zwischen den beiden Ports 1 und 2 innerhalb des Netzwerkteilnehmers, der als Redundanz-Manager betrieben wird, aufgetrennt, so daß alle am Port 2 empfangenen Datentelegramme herausgefiltert und von den am Port 1 empfangenen Telegrammen nur die an die eigene Stationsadresse gerichteten akzeptiert werden.By setting a redundancy bit in the parameter register, this network participant is switched to the redundancy mode. To check the series, it cyclically sends a Testl telegram to port 1 with the MAC address of port 1 as the source address. The cycle time is, for example, 10 ms. Test 2 is sent cyclically on port 2 with the MAC address of port 2 as the source address. The cycle time is also 10 ms, for example. The Test2 telegram is sent offset by half the cycle time, 5 ms after the Testl telegram. If the row is not interrupted, the Testl telegrams sent on port 1 are received again on port 2, and the Test2 telegrams m are also reversed Direction. In this case, the communication channel between the two ports 1 and 2 within the network participant, which is operated as a redundancy manager, is disconnected, so that all data telegrams received at port 2 are filtered out and from the telegrams received at port 1 only those to the own station address directed to be accepted.
Der als Redundanz-Manager betriebene Netzwerkteilnehmer schließt den Rmg, d.h. er leitet empfangene Telegramme zwischen dem Port 1 und 2 weiter, wenn innerhalb eines parametrierbaren Zeitmtervalles von beispielsweise 100 ms an einem der beiden Ports kein Testtelegramm empfangen wird oder wenn em Telegramm „lmk-down* von einem Netzwerkteilnehmer der jeweiligen Reihe empfangen wird, der eine Unterbrechung des Kommunikationskanals zum nächsten Netzwerkteilnehmer festgestellt hat. Der von der Unterbrechung betroffene Port des Netzwerkteilnehmers wird deaktiviert. Voraussetzung für die Reaktivierung dieses Ports ist die Wiederherstellung der Verbindung zum anderen Netzwerkteilnehmer für eine bestimmte Mindestzeit von beispielsweise 1,6 s oder der Empfang einesThe network participant operated as redundancy manager closes the Rmg, i.e. it forwards received telegrams between ports 1 and 2 if a test telegram is not received at one of the two ports within a parameterizable time interval of, for example, 100 ms or if an "lmk-down *" telegram is received by a network participant of the respective row that receives one Interruption of the communication channel to the next network participant. The port of the network participant affected by the interruption is deactivated. A prerequisite for the reactivation of this port is the reestablishment of the connection to the other network participant for a certain minimum time of, for example, 1.6 s or the receipt of one
Telegramms „l k-up* vom Redundanz-Manager. Mit dem Schließen des Rings wird an den Ports 1 und 2 des Redundanz-Managers em Telegramm „lmk-down* verschickt, um alle anderen Netzwerkteilnehmer der Reihe über die neue Reihenstruktur zu informieren. Testtelegramme werden weiterhin zyklisch versendet ."L k-up" telegram from the redundancy manager. When the ring is closed, an "lmk-down *" telegram is sent to ports 1 and 2 of the redundancy manager in order to inform all other network participants in the series about the new series structure. Test telegrams continue to be sent cyclically.
Der als Redundanz-Manager betriebene Netzwerkteilnehmer öffnet den Rmg, wenn wieder em Testtelegramm über die bisher unterbrochene Strecke empfangen wird oder wenn em Telegramm „lmk-up* vom Netzwerkteilnehmer der Reihe empfangen wird, dessen Kommunikationskanal zum benachbarten Netzwerkteilnehmer seit einer bestimmten Mindestzeit von beispielsweise 1,6 s nicht mehr unterbrochen ist. Mit dem Offnen des Rings wird an den Ports 1 und 2 des Redundanz- Managers em Telegramm „lmk-up* verschickt, um alle anderen Netzwerkteilnehmer der Reihe über die neue Ringstruktur zu
informieren. Testtele jramme werden weiterhin zyklisch versendet. Jeder Netzwerkteilnehmer der Reihe setzt mit dem Empfang eines „lmk-up' oder „lmk-down* -Telegramms die für die Telegrammweiterleitung notwendigen Register zurück.The network subscriber operated as a redundancy manager opens the Rmg when a test telegram is received again over the previously interrupted route or when a telegram “lmk-up *” is received by the network subscriber in the series whose communication channel to the neighboring network subscriber has been for a certain minimum time, for example 1 , 6 s is no longer interrupted. When the ring is opened, an "lmk-up *" telegram is sent to ports 1 and 2 of the redundancy manager in order to send all other network participants in the series via the new ring structure inform. Test telegrams continue to be sent cyclically. Each network participant in the series resets the registers necessary for the forwarding of telegrams by receiving an "lmk-up" or "lmk-down *" telegram.
Eine redundante Ausfuhrung der Kommunikationskanale zwischen zwei Reihen erfordert mindestens zwei getrennte Kommunikationspfade. Für den Datenaustausch zwischen den Reihen darf jedoch maximal em einziger Pfad verwendet werden. Die Aus- wähl dieses potentiell aktiven Kommunikationskanals zwischen zwei Reihen erfolgt mit Hilfe von Port-Select-Telegrammen. Ist e potentiell aktiver Kommunikationskanal als fehlerhaft erkannt, wird dieser deaktiviert und e anderer Kommunikationspfad auf potentiell aktiv geschaltet. Für die Umschalt- zeit von deaktiviert auf potentiell aktiv gilt:A redundant implementation of the communication channels between two rows requires at least two separate communication paths. However, a maximum of one path may be used for data exchange between the rows. This potentially active communication channel between two rows is selected with the help of port select telegrams. If a potentially active communication channel is identified as faulty, it is deactivated and another communication path is switched to potentially active. The following applies to the switchover time from deactivated to potentially active:
Umschaltzeit > Δttιmeθut + Δtrθwdeiay. wobei Δtrlmeout das Timeout- Intervall ist und Δtrowdeiay der zweifachen Worst-Case- Durchlaufzeit eines Port-Select-Telegramms durch die Reihe entspricht. Die Umschaltzeit ist somit von der Anzahl der Netzwerkteilnehmer, die eine Reihe bilden, abhangig. Sie liegt z.B. für eine Reihe aus 50 Netzwerkteilnehmern m der Größenordnung von 200 ms, wenn em Timeout-Zeitmtervall von 150 ms angenommen wird.Switching time> Δt tιmeθ ut + Δt rθ wdeiay. where Δtr lme out is the timeout interval and Δt r owdeiay corresponds to twice the worst case throughput time of a port select telegram through the series. The switchover time therefore depends on the number of network participants that form a row. It is, for example, for a series of 50 network participants in the order of 200 ms, if a timeout interval of 150 ms is assumed.
Zudem ist eine Redundanz m einem dreidimensionalen Netzwerk möglich. Ist die Schleifenfreiheit bereits durch die Netzwerkstruktur gegeben, d.h. existiert keine Netzwerkredundanz, so ist jeder potentiell aktive Kommunikationspfad zwischen zwei Reihen auch aktiv. In diesem Fall ist die Anwendung des beschriebenen modifizierten Spannmg-Tree-Algorithmus nicht erforderlich. Bei Netzwerkredundanz stellt der modifizierte Spannmg-Tree-Algorithmus Schleifenfreiheit zwischen den Reihen sicher. Eine Rekonfiguration eines Netzwerks mit dem modifizierten Spannmg-Tree-Algorithmus ist nur bei Fehlern oder Netzwerkmodifikationen erforderlich, die nicht durch die Redundanz innerhalb einer Reihe oder die Redundanz der Kommunikationskanale zwischen zwei Reihen bearbeitet werden.
Bei einem Netzwerk mit derartigen Netzwerkteilnehmern ist die Ubertragungszeit vom Sender zum Empfanger von der Anzahl der Netzwerkteilnehmer, über welche em Telegramm weitergeleitet wird, abhangig und kann nicht vernachlässigt werden. Die Ubertragungszeit eines Telegramms erhöht sich bei jedemRedundancy in a three-dimensional network is also possible. If the loop structure already provides freedom from loops, ie there is no network redundancy, every potentially active communication path between two rows is also active. In this case, it is not necessary to use the modified tension tree algorithm described. With network redundancy, the modified Spannmg-Tree algorithm ensures loop-free between the rows. A reconfiguration of a network with the modified tension-tree algorithm is only necessary for errors or network modifications that are not processed by the redundancy within a row or the redundancy of the communication channels between two rows. In the case of a network with such network participants, the transmission time from the sender to the receiver depends on the number of network participants over which the telegram is forwarded and cannot be neglected. The transmission time of a telegram increases for everyone
Netzwerkteilnehmer, der das Telegramm weiterleitet, um eine teilnehmerspezifische Delay-Ti e Δt1Λ die aus den folgenden Zeiten zusammengesetzt ist:Network subscriber who forwards the telegram to a subscriber- specific delay Ti e Δt 1Λ which is composed of the following times:
1. Durchlaufzeit durch den Physical-Layer-Baustem, bei- spielsweise den Baustein 36 Figur 2, m Empfangsrichtung vom Empfang des ersten Bits eines Nibbles bis das Nibble am MII mit m „RX__DV = 1* als gültig ausgegeben wird. Diese Zeit betragt beispielsweise 21 TBιt für DP83843 PHYTER von NSC, wobei TB.t bei 10 MBaud-Ubertra- gungsrate 100 ns und bei 100 MBaud-Ubertragungsrate 10 ns entspricht .1. Throughput time through the physical layer structure, for example module 36 FIG. 2, in the reception direction from the reception of the first bit of a nibble until the nibble on the MII is output as valid with m “RX__DV = 1 *. This time is, for example, 21 T B ιt for DP83843 PHYTER from NSC, where T B .t corresponds to 100 ns at 10 MBaud transmission rate and 10 ns at 100 MBaud transmission rate.
2. Aufenthaltszelt im Netzwerkteilnehmer vom Empfang eines Nibbles bis zum Versenden desselben Nibbles. Falls der Teilnehmer gerade e eigenes Telegramm versendet und im Receive-Buffer bereits ein Telegramm eingetragen ist, kann die Datenweiterleitung im Vergleich zum ungestörten Betrieb um bis zu (3k x 8) x TB1 verzögert werden.2. Residence tent in the network participant from receiving a nibble to sending the same nibble. If the subscriber is currently sending its own telegram and a telegram has already been entered in the receive buffer, data forwarding can be delayed by up to (3k x 8) x T B1 compared to undisturbed operation.
3. Durchlaufzeit durch den Physical-Layer-Baustem, über welchen das Telegramm m Senderichtung weitergeleitet wird, von der ersten steigenden Flanke eines Transmit-3. Throughput time through the physical layer structure, via which the telegram is forwarded in the transmission direction, from the first rising edge of a transmit
Clocksignals nach dem Bereitstellen eines Nibbles am MII bis zum ersten gesendeten Bit dieses Nibbles. Diese Durchlaufzelt betragt beispielsweise für DP83843 PHYTER
4. Laufzeit über die Leitungen zwischen zwei benachbarten Netzwerkteilnehmern. Die Summe der unter 1, 3 und 4 angegebenen Zeiten ist eine feste Große und wird als Durchlaufzeit ΔtD Z bezeichnet . Sie kann entweder parametriert oder von den Netzwerkteilnehmern ausgemessen werden. Eine Änderung dieser Durchlaufzeit ΔtDL: ist nur möglich, wenn em Netzwerkteilnehmer aus dem Netzwerk
entfernt oder in das Netzwerk hinzugefugt oder wenn die Verkabelung geändert wird.Clock signal after providing a nibble on the MII up to the first transmitted bit of this nibble. This pass-through tent is for example for DP83843 PHYTER 4. Runtime over the lines between two neighboring network participants. The sum of the times specified under 1, 3 and 4 is a fixed quantity and is referred to as the throughput time Δt DZ . It can either be parameterized or measured by the network participants. A change in this throughput time Δt D L: is only possible if a network participant is out of the network removed or added to the network or when the cabling is changed.
Mit der folgenden Sequenz von Telegrammen, welche Netz- werkteilnehmer beispielsweise nach der Initialisierung oder auf Anforderung ausfuhren, kann die Durchlaufzeit ΔtDz bestimmt werden:The throughput time Δt D z can be determined with the following sequence of telegrams, which network participants execute, for example after initialization or on request:
1. Jeder Netzwerkteilnehmer, der neu m das Netzwerk aufgenommen wird, sendet seinen vier benachbarten Netzwerk- teilnehmern jeweils em sogenanntes DLZ-Telegramm, d.h. em erstes Telegramm zur LaufZeitermittlung . Dieses Telegramm ist m der 16-Bιt-Type-Adresse eindeutig gekennzeichnet .1. Each network participant who is newly added to the network sends its four neighboring network participants a so-called DLZ telegram, i.e. em first telegram for running time determination. This telegram is clearly identified in the 16 bit type address.
2. Der neue Netzwerkteilnehmer startet einen DLZ-Timer 1, nachdem das letzte Nibble des Type-Feldes des DLZ-Tele- gramms dem Media-Independent-Interface (MII) des Ports 1 zum Versenden zur Verfugung gestellt wurde. Entsprechend startet er einen DLZ-Timer 2, 3 und 4 für das Versenden über die Ports 2, 3 bzw. 4. 3. Jeder der maximal 4 benachbarten Netzwerkteilnehmer startet nach dem Empfang des letzten Nibbles des Type- Feldes des DLZ-Telegramms an seinem MII seinen DLZ-Timer des jeweiligen Ports. Das empfangene DLZ-Telegramm wird nicht weitergeleitet, sondern dem Sender ergänzt um die Aufenthaltszeit den jeweiligen Ethernet-Kontroller des Netzwerkteilnehmers wieder zurückgeschickt. Hat dieser benachbarte Netzwerkteilnehmer das letzte Nibble des Type-Feldes des auf diese Art modifizierten DLZ-Telegramms seinem zu dem neu zugeschalteten Netzwerkteilneh- mer gerichteten MII übergeben, halt er den DLZ-Timer an und sendet die im DLZ-Timer gespeicherte Aufenthaltszeit mit dem Datenfeld des Telegramms zu dem neu zugeschalteten Netzwerkteilnehmer. 4. Der neu m das Netzwerk aufgenommene Netzwerkteilnehmer stoppt mit dem Empfang des letzten Nibbles des Type- Feldes an seinem MII des jeweiligen Ports den zugeordneten DLZ-Timer 1, 2, 3 bzw. 4.
5. Beispielsweise für Port 1 des neu zugeschalteten Netzwerkteilnehmers kann die Durchlaufzeit ΔtDzι berechnet werden nach der Formel: ΔtDLzι = (TDR-TD ) :2, mit TDR - mit dem DLZ-Timer 1 gemessene Antwortzeit und TDA - gemessene Aufenthaltszelt im benachbarten Netzwerk teilnehmer .2. The new network participant starts a DLZ timer 1 after the last nibble of the type field of the DLZ telegram has been made available to the media independent interface (MII) of port 1 for sending. Accordingly, he starts a DLZ timer 2, 3 and 4 for sending via ports 2, 3 and 4. 3. Each of the maximum of 4 neighboring network participants starts after receiving the last nibble of the type field of the DLZ telegram on his MII its DLZ timer of the respective port. The received DLZ telegram is not forwarded, but is sent back to the sender, supplemented by the residence time, the respective Ethernet controller of the network participant. If this neighboring network participant has passed the last nibble of the type field of the DLZ telegram modified in this way to its MII directed to the newly connected network participant, it stops the DLZ timer and sends the dwell time stored in the DLZ timer with the data field of the telegram to the newly connected network participant. 4. The network subscriber newly added to the network stops the assigned DLZ timer 1, 2, 3 or 4 when he receives the last nibble of the type field at his MII of the respective port. 5. For example, for port 1 of the newly connected network participant, the throughput time Δt D zι can be calculated according to the formula: Δt D Lzι = (T DR -T D ): 2, with T DR - response time measured with the DLZ timer 1 and T DA - measured stay tent in the neighboring network participants.
In entsprechender Weise werden die Durchlaufzelten ΔtDLZ2 ΔtDLZ3 und ΔtDz. f r die übrigen Ports des neu m das Netzwerk eingefügten Netzwerkteilnehmers berechnet. Die so ermittelten Durchlaufzelten werden im Modul 52 (Figur 2) als Parameter hinterlegt.Correspondingly, the throughput tents .DELTA.t D LZ2 .DELTA.t D LZ3 and At D z. calculated for the remaining ports of the new network participant. The flow tents determined in this way are stored as parameters in module 52 (FIG. 2).
6. Der neu zugeschaltete Netzwerkteilnehmer sendet mit einem weiteren Telegramm die gemessenen Durchlaufzelten über den jeweils zugeordneten Port an die benachbarten Netz- werkteilnehmer.6. With a further telegram, the newly connected network participant sends the measured pass tents to the neighboring network participants via the respectively assigned port.
Die beschriebene Ermittlung der Durchlaufzelten ist bei der Initialisierung eines Netzwerks nur bei jedem zweiten Netzwerkteilnehmer erforderlich.The described determination of the pass-through tents is only necessary for every second network participant when initializing a network.
Eine Uhrzeitsynchronisation hat die Aufgabe, die Uhren mehrerer oder aller Netzwerkteilnehmer zu synchronisieren. Dabei werden vorteilhaft die Kommunikationskanale zwischen Netzwerkteilnehmern im Vollduplex-Mode betrieben, damit die Übertragung von Telegrammen deterministisches Verhalten zeigt .Time synchronization has the task of synchronizing the clocks of several or all network participants. The communication channels between network participants are advantageously operated in full duplex mode so that the transmission of telegrams exhibits deterministic behavior.
Die Ubertragungszeit von einem Sender zu einem Empfanger ist m einem Netzwerk von der Anzahl der Netzwerkteilnehmer, über welche das Telegramm geleitet wird, abhangig und kann nicht vernachlässigt werden.The transmission time from a sender to a receiver in a network depends on the number of network participants over which the telegram is routed and cannot be neglected.
Eine Uhrzeitsynchronisation kann beispielsweise mit zwei speziellen Telegrammen durchgeführt werden. Figur 9 zeigt den allgemeinen Aufbau eines Telegramms. Em erstes Feld 140 enthalt eine Destination-Adresse, d.h. eine Adresse der Teilnehmer, an welche das Telegramm gerichtet ist, von beispiels-
weise 48 Bit Lange. E zweites Feld 141 enthalt eine Source- Adresse, die Adresse des jeweils sendenden Netzwerkteilneh¬ mers, deren Lange ebenj alls beispielsweise 48 Bit betragt. In einem Type-Feld 142 mit beispielsweise 16 Bit wird eine Ken- nung des Telegramms übertragen. Die Nutzdaten des Telegramms werden m einem Datenfeld 143 variabler Lange gesendet. Been¬ det wird das Telegramm durch eine Check-Sequence von 144, die im wesentlichen zur Überprüfung der Ubertragungsqualitat dient. Telegramme zur Uhrzeitsynchronisation können durch eine besondere Multicast-Adresse als Destination-Adresse 140 und/oder durch eine neu zu definierende Type-Adresse im Type- Feld 142 gekennzeichnet werden.Time synchronization can be carried out with two special telegrams, for example. Figure 9 shows the general structure of a telegram. The first field 140 contains a destination address, ie an address of the subscribers to whom the telegram is directed, for example wise 48 bits long. E second field 141 contains a source address, the address of the respective transmitting Netzwerkteilneh ¬ mers whose length ebenj alls for example, 48 bit amounts. An identifier of the telegram is transmitted in a type field 142 with, for example, 16 bits. The user data of the telegram are sent in a data field 143 of variable length. Completed ¬ det is the telegram by a check sequence 144 that is used essentially for checking the transmission quality. Telegrams for time synchronization can be identified by a special multicast address as destination address 140 and / or by a new type address to be defined in type field 142.
Figur 10 zeigt eine Auftragsliste, die beispielsweise im RAM 22 m Figur 2 abgelegt sein kann. In eine derartige Auftrags- liste werden Telegramme, die über das Netzwerk übertragen werden sollen, eingetragen. Wenn keine Priorisierung der Übertragung vorgesehen ist, wird jeweils das untenstehende Telegramm als nächstes übertragen. Es kann somit vorkommen, daß beispielsweise em fertiggestelltes Telegramm 151 erst dann übertragen wird, wenn zwei zuvor m die Auftragsliste eingetragene Telegramme 152 und 153 übertragen wurden. Je nach Menge der anstehenden Auftrage ist daher die Sendever- zogerungszeit eines Telegramms m einem Netzwerkteilnehmer nach seinem Eintrag in die Auftragsliste variabel. Im folgenden wird eine Möglichkeit beschrieben, wie der Einfluß der Sendezeitverzogerung bei der Uhrzeitsynchronisation vermieden werden kann:FIG. 10 shows an order list which can be stored, for example, in the RAM 22 in FIG. 2. Telegrams that are to be transmitted via the network are entered in such an order list. If the transmission is not prioritized, the telegram below is transmitted next. It can therefore happen that, for example, a completed telegram 151 is only transmitted when two telegrams 152 and 153 previously entered in the job list have been transmitted. Depending on the number of pending orders, the delay in sending a telegram in a network participant can therefore be varied after it has been entered in the order list. The following describes one way in which the influence of the transmission time delay in time synchronization can be avoided:
1. Bei einem Uhrzeit-Master, d.h. em Netzwerkteilnehmer, auf dessen Uhr die Uhren der übrigen Netzwerkteilnehmer synchronisiert werden, tragt em SM-TimeO Telegramm, em erstes Telegramm zur Uhrzeitsynchronisation, m eine Auf- tragsliste e , startet für jeden Port P, P = 1, 2, 3, 4, einen Delay-Timer und merkt sich die Startzeit dieser Timer.1. With a time master, i.e. A network participant, on whose clock the clocks of the other network participants are synchronized, carries an SM-TimeO telegram, an first telegram for time synchronization, m an order list e, starts for each port P, P = 1, 2, 3, 4, a delay timer and remembers the start time of these timers.
2. Der Delay-Timer von jedem Port P, P = 1, 2, 3, 4, wird beim Uhrzeit-Master angehalten, nachdem das letzte Nibble
des Type-Feldes des SM-TimeO Telegramms dem MII des jeweiligen Ports zum Versenden zur Verfugung gestellt wurde. Damit ist die Sendeverzogerungszeit bestimmt. Em Nibble ist definiert als e halbes Byte, d.h., es ist eine Folge von 4 Bit.2. The delay timer of each port P, P = 1, 2, 3, 4, is stopped at the time master after the last nibble of the type field of the SM-TimeO telegram was made available to the MII of the respective port for sending. The transmission delay time is thus determined. Em nibble is defined as e half a byte, that is, it is a sequence of 4 bits.
3. Jeder benachbarte Netzwerkteilnehmer startet nach dem Empfang des letzten Nibbles des Type-Feldes des SM-TimeO Telegramms am MII seines Ports P, P = 1, 2, 3 oder 4, seinen Delay-Timer mit dem Wert der jeweiligen Durch- laufzeit ΔtDLzP. die zuvor nach dem oben beschriebenen Verfahren gemessen oder von einem Bediener eingegeben wurde. Zusätzlich wird die Adresse des Uhrzeit-Masters, die im SM-TimeO Telegramm als Source-Adresse empfangen wurde, gespeichert. 4. Zu dem Zeitpunkt, zu welchem der benachbarte Netzwerkteilnehmer das letzte Nibble des Type-Feldes des SM-TimeO Telegramms zur Weiterleitung an das MII eines anderen Ports anlegt, wird der Wert des Delay-Timers, der dem Port P, P = 1, 2, 3 bzw. 4, zugeordnet ist, abgespeichert. Die Delay-Timer laufen jedoch weiter. Die gespeicherten Delay- Times der Ports entsprechen jeweils der oben definierten Ubertragungszeit Δt2 dieses Netzwerkteilnehmers. Durch den Startwert ΔtDzP des Delay-Timers ist die Laufzeit des Tele¬ gramms über die physikalische Übertragung bereits hinzu- addiert.3. After receiving the last nibble of the type field of the SM-TimeO telegram at the MII of its port P, P = 1, 2, 3 or 4, each neighboring network participant starts its delay timer with the value of the respective throughput time Δt D Lz P. previously measured by the method described above or entered by an operator. The address of the time master that was received as the source address in the SM-TimeO telegram is also saved. 4. At the point in time at which the neighboring network subscriber creates the last nibble of the type field of the SM-TimeO telegram for forwarding to the MII of another port, the value of the delay timer assigned to port P, P = 1, 2, 3 or 4, is stored. However, the delay timers continue to run. The stored delay times of the ports each correspond to the transmission time Δt 2 of this network subscriber defined above. By the start value .DELTA.t D z P of the delay timer, the duration of the tele ¬ program on the physical transmission is required to draw added.
5. Anschließend tragt der Uhrzeit-Master em SM-Timel5. The time master then carries an SM timel
Telegramm, das im Datenfeld die Startzeit der Delay-Timer enthalt, m die Auftragsliste e . Bevor er dieses SM- Ti el Telegramm über einen Port P, P = 1, 2, 3, 4, sendet, ersetzt er die Startzeit der Delay-Timer durch die Uhrzeit, zu welcher das letzte Nibble des Type-Feldes des SM- Ti eO Telegramms dem MII dieses Ports zum Versenden zur Verfugung gestellt wurde, d.h. durch die Summe der Startzeit der Delay-Timer und der gemessenen Delay-Time des jeweiligen Ports P. In das SM-Timel Telegramm wird somit die um die Sendezeitverzogerung korrigierte Uhrzeit eingetragen.
6. Jeder benachbarte Netzwerkteilnehmer, der em SM-Timel Telegramm empfangt, addiert jeweils die gespeicherte Delay-Time Δtx des zuvor über Port P, P = 1, 2, 3 bzw. 4, weitergeleiteten SM-TimeO Telegramms zu der im SM-Timel Telegramm empfangenen Uhrzeit und sendet die so erhaltene Zeit mit einem aktualisierten SM-Timel Telegramm über einen anderen Port zum nächsten Nachbar. SM-Timel Telegramme werden nur von dem Netzwerkteilnehmer akzeptiert, der zuvor em SM-TimeO Telegramm gesendet hatte.Telegram, which contains the start time of the delay timers in the data field, m the order list e. Before sending this SM-Ti telegram via a port P, P = 1, 2, 3, 4, it replaces the start time of the delay timers with the time at which the last nibble of the type field of the SM-Ti eO telegram was made available to the MII of this port for sending, ie by the sum of the start time of the delay timers and the measured delay time of the respective port P. The time corrected by the transmission time delay is thus entered in the SM timel telegram. 6. Each neighboring network participant that receives an SM-Timel telegram adds the stored delay time Δt x of the SM-TimeO telegram previously forwarded via port P, P = 1, 2, 3 or 4 to the one in the SM- Timel telegram received time and sends the time received in this way with an updated SM-Timel telegram via another port to the next neighbor. SM-Timel telegrams are only accepted by the network participant that previously sent an SM-TimeO telegram.
Mit dem Empfang des SM-Timel Telegramms kennt der Uhrzeit- Slave, d.h. der benachbarte Netzwerkteilnehmer, die Startzeit seines Delay-Timers. Die synchronisierte Uhrzeit ergibt sich aus der Summe der im SM-Timel Telegramm empfangenen Uhrzeit und der Delay-Time des Uhrzeit-Slaves für den jeweils empfangenden Port. Somit korrigiert der benachbarte Netzwerkteilnehmer die im zweiten Telegramm empfangene Uhrzeit um die Laufzeit und die Empfangszeitverzogerung .When the SM-Timel telegram is received, the time slave knows, i.e. the neighboring network participant, the start time of his delay timer. The synchronized time is the sum of the time received in the SM-Timel telegram and the delay time of the time slave for the respective receiving port. The neighboring network subscriber thus corrects the time received in the second telegram by the runtime and the reception time delay.
Mit dem folgenden Ablauf ist alternativ zu der oben beschriebenen Möglichkeit eine Uhrzeitsynchronisation mit nur einem Telegramm möglich:As an alternative to the option described above, the following procedure enables time synchronization with just one telegram:
1. Em Uhrzeit-Master startet die den Ports zugeordneten Delay-Timer und tragt das Uhrzeittelegramm mit der Start- zeit dieser Timer m die Auftragsliste em.1. The time master starts the delay timers assigned to the ports and carries the time telegram with the start time of these timers m the job list em.
2. Der Delay-Timer jedes Ports P, P = 1, 2, 3, 4, wird beim Uhrzeit-Master angehalten, nachdem das letzte Nibble des Type-Feldes des Uhrzeittelegramms dem Media-Independent- Interface von Port P zum Versenden zur Verfugung gestellt wurde, d.h. nachdem das letzte Nibble des Type-Feldes zur physikalischen Übertragung bereitgestellt wurde. Der Netzwerkteilnehmer addiert daraufhin die im Uhrzeittelegramm angegebene Startzeit der Delay-Timer zum Wert des Delay- Timers des jeweiligen Ports P und versendet diese Summe als um die Sendezeitverzogerung korrigierte Uhrzeit mit einem ersten Telegramm zur Uhrzeitsynchronisation über den jeweiligen Port P.
3. Jeder benachbarte Netzwerkteilnehmer startet nach dem Empfang des letzten Nibbles des Type-Feldes des ersten Telegramms zur Uhrzeitsynchronisation an einem Port P,2. The delay timer of each port P, P = 1, 2, 3, 4, is stopped at the time master after the last nibble of the type field of the time telegram is available for transmission to the media-independent interface of port P was made, ie after the last nibble of the type field was made available for physical transmission. The network participant then adds the start time of the delay timers specified in the time telegram to the value of the delay timer of the respective port P and sends this sum as a time corrected by the transmission time delay with a first telegram for time synchronization via the respective port P. 3. Each neighboring network participant starts after receiving the last nibble of the type field of the first telegram for time synchronization on a port P,
P = 1, 2, 3 oder 4, seinen zugeordneten Delay-Timer mit dem Wert der jeweiligen Durchlaufzeit ΔtDLZP. Er mißt somit die Zeitverzogerung seit Empfang des ersten Telegramms.P = 1, 2, 3 or 4, its assigned delay timer with the value of the respective lead time Δt DLZP . It therefore measures the time delay since receipt of the first telegram.
4. Zu dem Zeitpunkt, zu welchem der benachbarte Netzwerkteilnehmer das letzte Nibble des Type-Feldes des ersten Telegramms zur Uhrzeitsynchronisation zur Weiterleitung an das MII eines Ports anlegt, wird der Wert des Delay- Timers, der diesem Port zugeordnet ist, abgespeichert. Die Delay-Timer laufen jedoch weiter. Die gespeicherten, den einzelnen Ports zugeordneten Delay-Times entsprechen jeweils der Ubertragungszeit Δtx dieses Netzwerkteilnehmers. Sie wird jeweils zur empfangenen Startzeit der Delay-Timer addiert und mit einem zweiten Telegramm zur Uhrzeit- synchronisation über einen anderen Port zum nächsten, d.h. einem dritten, Netzwerkteilnehmer weitergeleitet.4. At the point in time at which the neighboring network subscriber creates the last nibble of the type field of the first telegram for time synchronization for forwarding to the MII of a port, the value of the delay timer which is assigned to this port is stored. However, the delay timers continue to run. The stored delay times assigned to the individual ports each correspond to the transmission time Δt x of this network subscriber. It is added to the received start time of the delay timer and forwarded with a second telegram for time synchronization via another port to the next, ie a third, network participant.
Mit dem Empfang eines ersten oder zweiten Telegramms zurWith the receipt of a first or second telegram for
Uhrzeitsynchronisation kennt der Uhrzeit-Slave die Startzeit seines Delay-Timers. Die synchronisierte Uhrzeit ergibt sich aus der Summe der einem ersten oder zweiten Telegramm empfangenen Uhrzeit und der Delay-Time des Uhrzeit-Slaves für den empfangenden Port P.The time slave knows the start time of its delay timer in time synchronization. The synchronized time is the sum of the time received in a first or second telegram and the delay time of the time slave for the receiving port P.
Die beschriebenen Möglichkeiten zur Uhrzeitsynchronisation können m entsprechender Weise zur Synchronisation von Aquidistanz-Timern m den Netzwerkteilnehmern dienen. Aufgabe von Aquidistanz-Timern ist es, mehreren oder allen Netzwerkteilnehmern zu ermöglichen, vorgegebene Aktionen aquidistant auszufuhren. Bei Regelungssystemen wird diese Funktion häufig als „elektronische Welle* bezeichnet. Es soll bei allen Netzwerkteilnehmern, die über das Netzwerk miteinander verbunden sind, em Taktschlager generiert werden, mit dessen Takt jeweils Soll-Werte übergeben und Ist-Werte abgefragt werden. Em Anwendungsbeispiel ist die Messung der elek-
frischen Leistung, we m die dazu erforderlichen Strom- und Spannungsmeßwerte von getrennten Meßumformern erfaßt und über em Netzwerk abgefragt werden.The described time synchronization options can be used in a corresponding manner for the synchronization of aquidistance timers m for the network participants. The task of aquidistance timers is to enable several or all network participants to perform specified actions aquidistantly. In control systems, this function is often referred to as an “electronic wave *. For all network participants that are connected to one another via the network, a clock beat should be generated, with the clock of which respective target values are transferred and actual values are queried. An application example is the measurement of the electrical fresh performance, we m the required current and voltage measured values are recorded by separate transmitters and queried over the network.
Vorausgesetzt wird, daß em aquidistanter Zyklus von nur einem Aquidistanz-Master gesteuert wird. Der Netzwerkteilnehmer, der die Funktion eines Aquidistanz-Masters übernimmt, besitzt einen Timer, der beim Start mit dem parametrierbaren Wert des Aquidistanz-Intervalls geladen wird. Der Timer ist freilaufend und wird mit jedem Bittakt dekrementiert . Ist der Timer abgelaufen, wird er wieder mit dem parametrierten Wert des Aquidistanz-Intervalls geladen und em neuer Zyklus beginnt. Em Unterschied eines Aquidistanz-Timers gegenüber einer Uhr ist somit die Lauf- richtung. Zur Korrektur eines mit Telegrammen übertragenen Timer-Standes müssen daher die Zeitverzogerungen nicht wie bei der Uhrzeit addiert, sondern subtrahiert werden. Der oben verwendete Begriff „Uhrzeit-Synchronisation* soll daher so verstanden werden, daß er auch die Synchronisation von Aquidistanz-Timern einschließt.It is assumed that an aquidistant cycle is controlled by only one aquidistance master. The network participant that takes over the function of an aquidistance master has a timer that is loaded at the start with the parameterizable value of the aquidistance interval. The timer is free running and is decremented with every bit clock. When the timer has expired, it is loaded again with the parameterized value of the aquidistance interval and a new cycle begins. The difference between an aquidistance timer and a clock is therefore the direction of travel. To correct a timer status transmitted with telegrams, the time delays do not have to be added as with the time, but have to be subtracted. The term “time synchronization *” used above should therefore be understood to include the synchronization of aquidistance timers.
Für eine Synchronisation aquidistanter Aktionen gibt es beispielsweise folgende Möglichkeit:The following options are available for synchronizing active actions:
1. Der Aquidistanz-Master tragt das Aquidistanz-Telegramm m die Auftragsliste em. Er speichert jeweils den Wert des1. The Aquidistanz master carries the Aquidistanz telegram m the order list em. It stores the value of the
Aquidistanz-Timers ab, wenn das letzte Nibble des Type- Feldes des Aquidistanz-Telegramms an den MII der vier Ports P, P = 1, 2, 3, 4, übergeben wird, d.h. zur physikalischen Übertragung bereitgestellt wird. Dieser für jeden Port P gespeicherte Wert ΔtAqjl, welcher der verbleibenden Zeit bis zum Ablauf des Aquidistanz-Intervalls entspricht, wird mit dem Aquidistanz-Telegramm über Port P zum benachbarten Netzwerkteilnehmer gesendet.Aquidistanz-Timers from when the last nibble of the type field of the Aquidistanz telegram is transferred to the MII of the four ports P, P = 1, 2, 3, 4, ie provided for the physical transmission. This value Δt Aqjl stored for each port P, which corresponds to the time remaining until the aquidistance interval has elapsed, is sent with the aquidistance telegram via port P to the neighboring network subscriber.
2. Jeder Netzwerkteilnehmer startet nach dem Empfangen des letzten Nibbles des Type-Feldes des Aquidistanz-Telegramms am MII eines Ports, d.h. beim Empfangen des Aquidistanz-
Telegramms von der physikalischen Ubertragungsstrecke, einen Hilfs-Timer mit dem Wert der Durchlaufzeit ΔtD_.zρ-2. Each network participant starts after receiving the last nibble of the type field of the aquidistance telegram at the MII of a port, ie when receiving the aquidistance Telegram from the physical transmission link, an auxiliary timer with the value of the throughput time Δt D _.zρ-
3. Zu dem Zeitpunkt, zu welchem der benachbarte Netzwerkteilnehmer das letzte Nibble des Type-Feldes vom Äqui- distanz-Telegramm zur Weiterleitung an das MII eines anderen Ports anlegt, wird der Wert des Hilfs-Timers abgespeichert. Der gespeicherte Wert des Hilfs-Timers entspricht der Übertragungszeit Δti dieses Netzwerkteilnehmers für den Port P. Diese gespeicherte Zeit Δti wird von der empfangenen Restzeit ΔtAqUi bis zum nächsten3. The value of the auxiliary timer is saved at the point in time at which the neighboring network subscriber creates the last nibble of the type field from the equidistance telegram for forwarding to the MII of another port. The stored value of the auxiliary timer corresponds to the transmission time Δti of this network participant for port P. This stored time Δti becomes from the received remaining time Δt AqU i to the next
Zyklusbeginn subtrahiert. Der benachbarte Netzwerkteilnehmer leitet die korrigierte Restzeit (ΔtAqui - Δti) mit dem Aquidistanz-Telegramm über den anderen Port zum nächsten benachbarten Netzwerkteilnehmer weiter. Zusätzlich lädt er die korrigierte Restzeit in seinen Äquidistanz-Timer, der mit jedem Takt dekrementiert wird.Subtracted cycle start. The neighboring network participant forwards the corrected remaining time (Δt Aqui - Δti) with the aquidistance telegram via the other port to the next neighboring network participant. In addition, he loads the corrected remaining time into his equidistance timer, which is decremented with every cycle.
4. Ist der Äquidistanz-Timer eines Äquidistanz-Slaves abgelaufen, so wird er zunächst mit dem parametrierten Wert des Aquidistanz-Intervalls geladen und mit jedem Bittakt dekrementiert. Sobald ein neues Aquidistanz- Telegramm des Äquidistanz-Masters empfangen wird, lädt der Äquidistanz-Slave die in der beschriebenen Weise ermittelte Restzeit (ΔtAqUi _ Δt;) bis zum nächsten Zyklusbeginn in den Äquidistanz-Timer.4. If the equidistance timer of an equidistance slave has expired, it is first loaded with the parameterized value of the aquidistance interval and decremented with each bit cycle. As soon as a new aquidistance telegram is received from the equidistance master, the equidistance slave loads the remaining time determined in the manner described (Δt AqU i _ Δt ; ) into the equidistance timer until the next cycle begins .
Für die beschriebene Synchronisation von Aquidistanz-Timern sollte die maximale Übertragungszeit zwischen einem Sender und einem Empfänger im Netzwerk kleiner sein als die Länge des Aquidistanz-Intervalls.For the described synchronization of aquidistance timers, the maximum transmission time between a transmitter and a receiver in the network should be less than the length of the aquidistance interval.
In dem Ausführungsbeispiel wurde ein Netzwerk nach der Ethernet-Spezifikation beschrieben. Die Erfindung ist jedoch ohne weiteres auch auf Fast-Ethernet, Gigabit-Ethernet oder andere Netzwerktypen anwendbar.
In the exemplary embodiment, a network according to the Ethernet specification was described. However, the invention is also readily applicable to Fast Ethernet, Gigabit Ethernet or other types of networks.
Claims
1. Netzwerkteilnehmer, insbesondere Feldgerat, mit mehreren Ports zum Anschluß weiterer Netzwerkkomponenten, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Schnittstelle (25) , em sogenanntes Mikroprozessor-Interface, vorgesehen ist zur Verbindung der Ports mit einem teilnehmerinternen Prozessorbus (21) und daß eine Steuereinheit (46) , eine sogenannte Switch-Control, vorgesehen ist zur Telegramm- weglenkung zwischen den Ports und dem Mikroprozessor- Interface.1. Network subscriber, in particular field device, with several ports for connecting further network components, since - characterized in that an interface (25), a so-called microprocessor interface, is provided for connecting the ports to an internal processor bus (21) and that a control unit ( 46), a so-called switch control, is provided for routing telegrams between the ports and the microprocessor interface.
2. Netzwerkteilnehmer nach Anspruch 1, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß vier Ports (28...31) zum Anschluß weiterer Netzwerkkomponenten vorgesehen sind.2. Network subscriber according to claim 1, so that four ports (28 ... 31) are provided for connecting further network components.
3. Netzwerkteilnehmer nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ports (28...31) der Ethernet-, Fast-Ethernet- oder Gigabit-Ethernet-Spezifikation genügen.3. Network participant according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n e e c h n e t that the ports (28 ... 31) meet the Ethernet, Fast Ethernet or Gigabit Ethernet specification.
4. Netzwerkteilnehmer nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Steuereinheit (46) derart ausgebildet ist, daß eine Ubertragungsprioπtat der zu versendenden Telegramme ausgewertet wird und daß Telegramme mit hoher Priorität vor Telegrammen mit niederer Priorität gesendet werden.4. Network subscriber according to claim 3, which also means that the control unit (46) is designed such that a transmission priority of the telegrams to be sent is evaluated and that telegrams with high priority are sent before telegrams with low priority.
5. Netzwerkteilnehmer nach einem der vorhergehenden An- spruche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß e Mikroprozessor (23) vorhanden ist zur Korrektur einer internen Uhr (37) anhand in Telegrammen empfangener Uhrzeitinformationen .5. Network subscriber according to one of the preceding claims, that the microprocessor (23) is present for correcting an internal clock (37) on the basis of time information received in telegrams.
6. Netzwerk mit mehreren Netzwerkteilnehmern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Netzwerkteilnehmer (1...4) m einer lmienformigen Netzwerktopologie miteinander verschaltet sind.6. Network with several network participants according to one of the preceding claims, characterized in that the network participants (1 ... 4) m one lm-shaped network topology are interconnected.
7. Netzwerk nach /Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n - z e i c h n e t , daß die beiden Linienenden an einen7. Network according to / claim 6, d a d u r c h g e k e n n - z e i c h n e t that the two line ends at one
Redundanz-Manager angeschlossen sind, der dazu ausgebildet ist, im fehlerfreien Fall, d.h., wenn keine Unterbrechung innerhalb der Reihe vorhanden ist, die beiden Linienenden zu trennen und im Fehlerfall die beiden Linienenden miteinander zu verbinden.Redundancy manager is connected, which is designed to separate the two line ends in the event of a fault, i.e. if there is no interruption within the row, and to connect the two line ends to one another in the event of a fault.
8. Netzwerk nach Anspruch 6 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Netzwerk zumindest zwei aus mehreren Netzwerkteilnehmern (100...107; 110...117) gebildete Reihen enthalt, die über zumindest zwei Kommunikationskanale miteinander verbunden sind, von denen nur em erster aktiv und der zweite deaktiviert ist, wobei der erste Kommunikationskanal durch eine Verbindung eines Ports eines ersten Netzwerkteilnehmers (103), der der ersten Reihe angeordnet ist, mit einem Port eines zweiten Netzwerkteilnehmers (110), der m der zweiten Reihe angeordnet ist, gebildet wird und wobei der zweite Kommunikationskanal durch eine Verbindung eines Ports eines dritten Netzwerkteilnehmers (104), der m der ersten Reihe angeordnet ist, mit einem Port eines vierten Netzwerkteilnehmers (117), der m der zweiten Reihe angeordnet ist, gebildet wird und wobei der dritte Netzwerkteilnehmer (104) den ersten Kommunikationskanal auf Unterbrechungsfreiheit überwacht und bei einer Unterbrechung des ersten Kommunikationskanals den zweiten Kommunikationskanal m den aktiven Zustand versetzt.8. Network according to claim 6 or 7, characterized in that the network contains at least two rows formed from a plurality of network participants (100 ... 107; 110 ... 117), which are connected to one another via at least two communication channels, of which only the first one active and the second is deactivated, the first communication channel being formed by connecting a port of a first network participant (103), which is arranged in the first row, to a port of a second network participant (110), which is arranged in the second row and wherein the second communication channel is formed by a connection of a port of a third network subscriber (104) arranged in the first row to a port of a fourth network subscriber (117) arranged in the second row, and wherein the third network subscriber (104) monitors the first communication channel for uninterrupted freedom and if the first communication channel the second communication channel m the active state.
9. Netzwerk nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der dritte Netzwerkteilnehmer (104) zur Überwachung des ersten Kommunikationskanals Meldetelegramme, sogenannte Port-Select-Telegramme, auswertet, welche der erste Netzwerkteilnehmer (103) bei unterbrechungsfreiem ersten Kommunikationskanal zyklisch an die Netzwerkteilnehmer (100...107) sendet, welche m der ersten Reihe angeordnet sind.9. Network according to claim 8, characterized in that the third network participant (104) for monitoring the first communication channel evaluates message telegrams, so-called port select telegrams, which the first network participant (103) cyclically to the network participants with an uninterrupted first communication channel (100 ... 107) sends which are arranged in the first row.
10. Netzwerk nach Anspruch 8 oder 9, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , daß von zwei betriebsbereiten10. Network according to claim 8 or 9, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t that of two ready
Kom umkationskanalen derjenige Kommunikationskanal aktiv geschaltet wird, der durch eine Verbindung eines Ports eines Netzwerkteilnehmers, der m der ersten Reihe im geringsten Abstand von der Reihenmitte angeordnet ist, mit einem Port eines Netzwerkteilnehmers, der m der zweiten Reihe angeordnet ist, gebildet wird.Kom umkationskanalen that communication channel is actively switched, which is formed by a connection of a port of a network participant, which is arranged m of the first row at the smallest distance from the center of the row, with a port of a network participant, which is arranged m of the second row.
11. Netzwerk nach einem der Ansprüche 8 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die erste Reihe über zumm- dest einen dritten Kommunikationskanal mit einer dritten Reihe verbunden ist, daß die zweite Reihe direkt oder indirekt über einen Kommunikationspfad mit der dritten Reihe verbunden ist, der nicht über Netzwerkteilnehmer der ersten Reihe fuhrt, so daß bei aktivem Zustand aller Kommunika- tionskanale des Netzwerks eine Schleife entstehen wurde, und daß die Netzwerkteilnehmer des Netzwerkes derart ausgebildet sind, daß sie durch Austausch von Konfigurationstelegrammen sicherstellen, daß das Netzwerk schleifenfrei ist, und daß jeder Netzwerkteilnehmer mit jedem anderen Netzwerkteilnehmer über genau einen aktiven Kommunikationspfad verbunden ist.11. Network according to one of claims 8 to 10, characterized in that the first row is connected to at least one third communication channel with a third row, that the second row is connected directly or indirectly via a communication path to the third row, which is not leads over network participants of the first row, so that a loop was created when all communication channels of the network were active, and that the network participants of the network are designed in such a way that, by exchanging configuration telegrams, they ensure that the network is loop-free and that everyone Network subscriber is connected to every other network subscriber via exactly one active communication path.
12. Netzwerk nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Netzwerkteilnehmer derart ausgestaltet sind, daß zur Herstellung der Schleifenfreiheit des Netzwerks das Spannmg-Tree-Verf hren ausgeführt wird, wobei jede Reihe als virtueller Netzwerkteilnehmer, als sogenannter virtueller Switch, und jeder betriebsbereite Port eines Netzwerkteilnehmers einer Reihe, durch dessen Verbindung mit einem betriebsbereiten Port eines Netzwerkteilnehmers einer anderen Reihe e betriebsbereiter Kommunikationskanal gebildet wird, als em betriebsbereiter Port des virtuellen Switches angesehen wird. 12. Network according to claim 11, characterized in that the network participants are designed such that the tension-tree method is carried out to produce the loop-free network, each row as a virtual network participant, a so-called virtual switch, and each operational port one Network subscriber of a row, by the connection of which to an operational port of a network subscriber of another row, an operational communication channel is formed as an operational port of the virtual switch.
13. Netzwerk nach einem der Ansprüche 6 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß em erster Netzwerkteilnehmer vorhanden ist, der dazu ausgebildet ist, e erstes Telegramm zur Uhrzeitsynchronisation an einen zweiten Netzwerkteilnehmer zu senden, das eine um eine Sendezeitverzogerung korrigierte Uhrzeit des ersten Netzwerkteilnehmers enthalt, daß ein zweiter Netzwerkteilnehmer vorhanden ist, m welchem die Durchlaufzeit des Telegramms über die physikalische Ubertragungsstrecke zwischen dem ersten Netzwerkteil- nehmer und dem zweiten Netzwerkteilnehmer abgespeichert ist und der dazu ausgebildet ist, die Zeitverzogerung seit Empfang des ersten Telegramms zu messen und die im ersten Telegramm empfangene Uhrzeit um die Durchlaufzeit und die Empfangszeitverzogerung zu korrigieren.13. Network according to one of claims 6 to 12, characterized in that there is a first network participant, which is designed to send e first telegram for time synchronization to a second network participant, which contains a time corrected by a transmission time delay of the first network participant that a second network participant is present, with which the transit time of the telegram over the physical transmission path between the first network participant and the second network participant is stored and which is designed to measure the time delay since receipt of the first telegram and the time received in the first telegram to correct the turnaround time and the reception time delay.
14. Netzwerk nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der zweite Netzwerkteilnehmer weiterhin dazu ausgebildet ist, e zweites Telegramm zur Uhrzeitsynchronisation an einen dritten Netzwerkteilnehmer zu senden, das eine um die Durchlaufzeit und die Verzogerungs- zeit zwischen Empfang des ersten Telegramms und Senden des zweiten Telegramms korrigierte, empfangene Uhrzeit enthalt.14. Network according to claim 13, characterized in that the second network participant is further configured to send e second telegram for time synchronization to a third network participant, the one by the throughput time and the delay time between receipt of the first telegram and transmission of the second telegram corrected received time contains.
15. Netzwerk nach einem der Ansprüche 6 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß e erster Netzwerkteilnehmer vorhanden ist, der dazu ausgebildet ist, em erstes Telegramm zur Uhrzeitsynchronisation an einen zweiten Netzwerkteilnehmer zu senden und eine um eine Sendezeitverzogerung des ersten Telegramms korrigierte Uhrzeit des ersten Netzwerkteilnehmers abzuspeichern, daß em zweiter Netzwerkteilnehmer vorhanden ist, m welchem die Durchlaufzeit des Telegramms über die physikalische Ubertragungsstrecke zwischen dem ersten Netzwerkteilnehmer und dem zweiten Netzwerkteilnehmer abgespeichert ist und der dazu ausgebildet ist, die Zeitverzogerung seit Empfang des ersten Telegramms zu messen, wobei der erste Netzwerkteilnehmer weiterhin dazu ausgebildet ist, ein zweites Telegramm, das die um die Sende- zeitverzogerung korrigierte Uhrzeit des ersten Netzwerkteilnehmers enthalt, an den zweiten Netzwerkteilnehmer zu senden und wobei der zweite Netzwerkteilnehmer weiterhin dazu ausgebildet ist, die im zweiten Telegramm empfangene Uhrzeit um die Durchlaufzeit und die Empfangszeitverzogerung zu korrigieren.15. Network according to one of claims 6 to 12, characterized in that a first network participant is present, which is designed to send em first telegram for time synchronization to a second network participant and to store a time corrected by a transmission delay of the first telegram of the first network participant that there is a second network participant, with which the throughput time of the telegram over the physical transmission path between the first network participant and the second network participant is stored and which is designed to measure the time delay since receipt of the first telegram, the first network participant furthermore is formed, a second telegram, which is about the send time-delay corrected time of the first network participant contains to send to the second network participant and wherein the second network participant is further configured to correct the time received in the second telegram by the throughput time and the reception time delay.
16. Netzwerk nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß der zweite Netzwerkteilnehmer weiterhin dazu ausgebildet ist, das erste Telegramm an einen dritten16. The network of claim 15, ¬ dadurchgekenn characterized in that the second network station is further configured to, the first message to a third
Netzwerkteilnehmer weiterzuleiten, seine Verzogerungszeit der Telegrammweiterleitung zu messen und em drittes Telegramm an den dritten Netzwerkteilnehmer zu senden, das eine um die Durchlaufzeit und die Verzogerungszeit der Telegrammweiter- leitung des ersten Telegramms korrigierte, empfangene Uhrzeit enthalt .To forward the network subscriber, to measure its delay time for the forwarding of telegrams and to send a third telegram to the third network subscriber which contains a received time corrected for the throughput time and the delay time for forwarding the telegram in the first telegram.
17. Netzwerk nach einem der /Ansprüche 13 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der erste Netzwerkteilnehmer einen ersten Timer (57) zur Bestimmung der Sendezeitverzogerung aufweist, den er beim Eintragen eines Telegramms eine Liste der Sendeauftrage startet und nach Bereitstellung des Telegramms zur physikalischen Übertragung als Wert der Sendezeitverzogerung ausliest, um welchen die Uhrzeit, zu welcher das Telegramm m die Liste der Sendeauf- trage eingetragen wurde, zu korrigieren ist.17. Network according to one of / claims 13 to 16, characterized in that the first network participant has a first timer (57) for determining the transmission time delay, which he starts a list of send requests when entering a telegram and after providing the telegram for physical transmission as Reads the value of the transmission time delay at which the time at which the telegram m the list of transmission orders was entered is to be corrected.
18. Netzwerk nach Anspruch 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der zweite Netzwerkteilnehmer einen zweiten Timer zur Bestimmung der Empfangszeitverzogerung aufweist, den er bei Empfang eines ersten Telegramms von einer physikalischen Ubertragungsstrecke startet.18. Network according to claim 17, so that the second network subscriber has a second timer for determining the reception time delay, which he starts upon receipt of a first telegram from a physical transmission link.
19. Netzwerk nach Anspruch 18, α a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Durchlaufzeit des Telegramms über die physikalische Ubertragungsstrecke zwischen dem ersten Netzwerkteilnehmer und dem zweiten Netzwerkteilnehmer als Startwert m den zweiten Timer vor dessen Start abgespeichert ist.19. Network according to claim 18, α a characterized in that the throughput time of the telegram over the physical transmission link between the first network participant and the second Network participants as the starting value m the second timer is stored before its start.
20. Netzwerk nach einem der Ansprüche 13 bis 19, d a - du r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Beginn und Ende der Durchlaufzeit eines Telegramms jeweils als der Zeitpunkt bestimmt sind, zu welchem em charakteristisches Feld eines Telegramms mit festem Abstand vom Telegrammanfang e Media Independent Interface des ersten Teilnehmers verlaßt bzw. m em Media Independent Interface des zweiten Netzwerkteilnehmers einlauft.20. Network according to one of claims 13 to 19, since - you rchgek characterized that the beginning and end of the throughput time of a telegram are each determined as the time at which em characteristic field of a telegram with a fixed distance from the beginning of the telegram e Media Independent Interface of the first participant left or arrives at the media independent interface of the second network participant.
21. Netzwerk nach Anspruch 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Netzwerk die Ethernet-, Fast- Ethernet- oder Gigabit-Ethernet-Spezifikation erfüllt und daß das charakteristische Feld des Telegramms das Type-Feld ist.21. Network according to claim 20, so that the network complies with the Ethernet, Fast Ethernet or Gigabit Ethernet specification and that the characteristic field of the telegram is the type field.
22. Netzwerk nach einem der Ansprüche 13 bis 21, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der erste Netz- werkteilnehmer weiterhin dazu ausgebildet ist, nach der22. Network according to one of claims 13 to 21, so that the first network subscriber is furthermore designed according to the
Aufnahme m das Netzwerk em erstes Telegramm zur Laufzeitermittlung an einen benachbarten Teilnehmer zu senden und einen Antwortzeit-Timer nach Bereitstellung des Telegramms zur physikalischen Übertragung zu starten, und daß der zweite Netzwerkteilnehmer weiterhin dazu ausgebildet ist, nach Empfang eines Telegramms zur LaufZeitermittlung von der physikalischen Übertragung einen Timer zur Ermittlung der Aufenthaltszelt zu starten und nach Bereitstellung eines zweiten Telegramms zur physikalischen Übertragung den Timer zu stoppen und die gemessene Aufenthaltszelt tm m einem zweiten Telegramm zur LaufZeitermittlung an den ersten Netzwerkteilnehmer zu übertragen, und wobei der erste Netzwerkteilnehmer weiterhin dazu ausgebildet ist, nach Empfang des zweiten Telegramms zur LaufZeitermittlung von der physika- lischen Übertragung den Antwortzeit-Timer zu stoppen, die gemessene Antwortzeit tDR sowie die gemessene Aufenthaltszeit toA des zweiten Netzwerkteilnehmers auszuwerten und eine Durchlaufzeit tDLz der physikalischen Übertragung zu bestimmen zuRecording m to send the network a first telegram for the determination of the runtime to an adjacent subscriber and to start a response time timer after the telegram has been provided for the physical transmission, and that the second network subscriber is further trained to receive a telegram for the determination of runtime from the physical transmission to start a timer for determining the residence tent and, after a second telegram for physical transmission has been provided, to stop the timer and to transmit the measured residence tent t m m to the first network participant for determining the running time, and wherein the first network participant is further designed to after receiving the second telegram to determine the runtime from the physical transmission, to stop the response time timer, to evaluate the measured response time t DR and the measured stay time toA of the second network subscriber and one Lead time t DL z to determine the physical transmission
(*DR ~ lDA ) lDLZ (* DR ~ l DA) l DLZ
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SCHUMNY H: "Fieldbuses in measurement and control", COMPUTER STANDARDS AND INTERFACES,CH,ELSEVIER SEQUOIA. LAUSANNE, vol. 19, no. 5-6, 15 October 1998 (1998-10-15), pages 295 - 304, XP004144063, ISSN: 0920-5489 * |
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Publication number | Publication date |
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DE10004426A1 (en) | 2001-08-09 |
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