WO2004071010A2 - Verfahren und vorrichtung zum mediumredundanten betreiben eines endgerätes in einem netzwerk - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum mediumredundanten betreiben eines endgerätes in einem netzwerk Download PDF

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WO2004071010A2
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Clemens Hoga
Rudolf Neite
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H04L43/0811—Monitoring or testing based on specific metrics, e.g. QoS, energy consumption or environmental parameters by checking availability by checking connectivity

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for media-redundant operation of a terminal in a network.
  • a terminal can be any device that has a network component of the network or is connected to it.
  • the term network component encompasses any device that can send and / or receive data packets in the network.
  • Network components in this sense can be switches or hubs, for example.
  • a switch is an active network component for connecting individual segments of a network to one another.
  • a hub is also an active network component, for example a star coupler. Components of a network are referred to as the connection medium, via which data and signals can be physically transmitted between different network components.
  • connection media include, for example, twisted pair cables, coaxial cables and fiber optic cables.
  • medium also includes its connection components with the network on the one hand (network components) and the end device on the other hand (transmission devices).
  • connection media in particular can be affected by possible failures, for example due to external destruction, these represent the main focus when establishing a media-redundant connection.
  • a terminal device is connected via two physically independent media connected to the network (media redundant)
  • Media redundancy can be achieved in a terminal, for example, by equipping the device with two transmission devices, each with its own media access control (controller), which are connected to the network via different connection media.
  • This structure can in the terminal z. B. in the form of two separate network cards.
  • Common network components can be used to integrate a device. Failure monitoring down to the end device is also possible from application to application in all network protocol levels separately for the two different network connections.
  • two network cards are mandatory in each terminal, which leads to an increase in the cost of the terminals.
  • two media access control addresses (“MAC addresses”) and two Internet protocol addresses (IP addresses) must be assigned to each terminal.
  • Failure monitoring and a change between the two connections via the two network cards takes place at a higher network protocol level, usually at the application level, and thus takes place using the computing capacity of the terminal. Failure monitoring at the application level therefore means that the computing power of the end device is restricted with regard to the actual application.
  • the switchover times in the event of a malfunction in one of the media are typically in the 100 ms range.
  • Another approach implemented to achieve media redundancy is called a ring redundancy approach. This approach is described, for example, in the publication "Industrial Ethernet TM takes off - switching and IOOMbit / s in industrial communication", K. Glas, 1998.
  • One or more end devices are connected to a ring-shaped network.
  • the object of the invention is to create an improved method and an improved device for the safe, reliable, inexpensive and fast media-redundant operation of a terminal in a network, starting from a media redundancy achieved by doubling the transmission devices and the associated media access controls.
  • the object is achieved according to the invention by a method according to claim 1 and an apparatus according to claim 10.
  • a terminal is connected to a network via two transmission devices of a physical physical transmission level, of which only one is active at a time in order to exchange data with the network.
  • the transmission devices are connected to a single control device. If the first (active) of the two transmission devices determines that there is no error-free connection between it and the network via a first connection medium, it is deactivated by the control device, the further transmission device is activated as the active transmission device and an electronic failure telegram is sent to the network, so that the network can adapt to the change that has occurred with regard to the activity status of the two transmission devices and its consequences with regard to the forwarding of data for the terminal.
  • the terminal is then connected to the network by means of the second (redundant) connection via the further transmission device and the further connection medium.
  • An advantage of the invention is that a method and a device are created which enable the redundant connection of a terminal to be switched very quickly to a network.
  • the term "fast switching" describes that the data exchange between the terminal and the network, which is carried out via a first connection medium, can be continued after a very short time, that is to say quickly, via the further connection medium in the event of a fault or an interruption of this connection medium. Since the Switching from the first connection medium to the further connection medium requires only the deactivation of the first transmission device, for which the fault has been determined, and the activation of the further transmission device of the physical bit transmission level and the transmission of an electronic failure telegram, the change can be made in less than about 1 ms , The switchover does not have to be initiated at a higher network protocol level.
  • the invention can be carried out both in an electronic circuit and can be implemented by means of software which interacts with an electronic circuit.
  • a device according to the invention can be produced inexpensively and is suitable both for use in devices to be redesigned and for use with old devices in order to connect them to the network in a media-redundant manner.
  • a further development of the method consists in that a data packet to be transmitted from the terminal into the network is analyzed by an analysis device, in this case a media access control address is determined which is assigned to a media access control of the terminal, and the media access control address when the electronic failure telegram is inserted into the electronic failure telegram.
  • An advantageous embodiment of the method according to the invention further provides that the network analyzes the failure telegram and then adapts itself in such a way that data packets addressed to the terminal for the further connection medium to be forwarded. In this way it is achieved that the network can adapt to the change in the connection medium via which the terminal is connected to the network in a very short time. This avoids unnecessary network traffic and data packets are no longer routed to the connection medium that is faulty or faulty.
  • Another embodiment of the method according to the invention provides that the network component analyzes the failure telegram and adjusts its address addressing table for the media access control of the terminal, so that data packets addressed to the terminal are forwarded to the further connection medium.
  • the network can be converted particularly quickly, since only the settings of the network component need to be changed.
  • an advantageous embodiment of the method according to the invention is that a network component is used to which the first and the further connection medium are connected.
  • the network component To switch the connection with the terminal from the first (faulty) connection medium to the further connection medium, the network component only has to internally redirect the data packets directed to the terminal to another connection. This can be done particularly easily and quickly when using a network component designed for this purpose.
  • a further development of the method consists in that communication is carried out by the terminal with the network component using a standard network protocol, in particular an Internet Control Message Protocol (ICMP), in order to check the functionality of the network component.
  • ICMP Internet Control Message Protocol
  • an application is executed on the terminal device and exchanges the query data packets with another network component that is connected to the network component after predetermined time intervals in order to determine whether the network component is functional. In this way it is possible to monitor the failure of the network component if it is unable to communicate using the standard network protocol.
  • Another expedient embodiment of the method provides that the other network component generates an application failure signal if the other network component has not received any of the query data packets after a predetermined number of predetermined time intervals. In this way it is possible to detect a failure of the application on the other network component. If, for example, the application of the terminal device is dependent on exchanging data with the other application of the other network component, In the case of communication disruptions, it is important to be able to distinguish "network disruptions" from application failures.
  • an advantageous embodiment provides that the first and the further connection medium are connected to the network component.
  • a switchover to the second connection medium can take place particularly quickly in the event of a failure of the first connection medium, since the network component only has to switch internally to another connection.
  • an appropriately designed network component must be used.
  • the further transmission device is connected to another network component via the further connection medium.
  • the device also receives redundancy with regard to a failure of the network component or the other network component.
  • the transmission device, the further transmission device and the control device are arranged on a network card of the terminal. This ensures that the device can be easily integrated into a terminal. This also opens up the possibility of connecting commercially available personal computers to a network with media redundancy.
  • An expedient further training consists in that the transmission device, the further transmission device and the control device are arranged in a redundancy switch, which is connected to the terminal.
  • a redundancy switch can be used to connect end devices that are not designed for this purpose in a media-redundant manner, without the end devices having to be modified.
  • the redundancy switch comprises an additional transmission device in the physical bit transmission level in order to exchange data packets with the terminal.
  • a network-compatible device can be connected to the network in a media-redundant manner without additional precautions.
  • this development can be used to not only use a terminal via two separate connection media, but also via two different connection media types, e.g. B. to connect via a twisted pair cable and a fiber optic cable.
  • a further advantageous embodiment of the device provides an analysis device for analyzing a data packet to be transmitted from the terminal into the network, for determining a media access control address and for inserting the media access control address into the electronic failure telegram.
  • This embodiment can be operated without prior knowledge of the media access control address of the terminal and is particularly advantageous if the media access control address changes due to an exchange of the media access control in the course of maintenance or Upgrade work on the terminal changed, since in this embodiment the new media access control address is determined automatically.
  • the control device includes the analysis device. This creates a compact embodiment.
  • control device is an electronically programmable logic device (ELPD).
  • ELPD electronically programmable logic device
  • control device comprises the media access control. This development allows a very compact and inexpensive embodiment of the invention to be constructed.
  • Figure 1 shows a terminal that is media redundant connected to a network
  • Figure 2 is a schematic representation of a network
  • FIG. 3 shows another embodiment of a terminal that is connected to a network in a redundant manner
  • Figure 4 shows a device for media redundant operation of a terminal in a network
  • Figure 5 shows another device for media redundancy
  • FIG. 1 shows a terminal 1 connected to a network 4 in a media-redundant manner.
  • the network 4 is an Ethernet network.
  • the terminal 1 comprises a processor (CPU) 2 which controls the terminal 1 and executes applications on the terminal 1.
  • the processor 2 is connected to a control device 5, which in this embodiment comprises a media access control ("edia access control" control - MAC) 3.
  • the media access control 3 controls the connection of the terminal 1 to the network 4 on a so-called second network protocol level (“layer 2”).
  • the media access control 3 is assigned a unique media access control address (MAC address) by which the media access control 3 of the terminal 1 differs from others Media access controls of other terminals in the network 4 differentiates.
  • MAC address media access control address
  • the control device 5 is connected to a transmission device 6 of a so-called physical layer transmission level ("physical layer device” -PHY) and a further transmission device 7 in the physical bit transmission level.
  • the transmission device 6 and the further transmission device 7 convert the data transmitted to them by the media access control 3 into physical signals which can be transmitted via a first connection medium 8 or a further connection medium 10.
  • the connection media can include coaxial cables, twisted-pair cables, fiber optic cables, wireless connections ("wireless connections") etc.
  • the transmission device 6, the further transmission device 7 and the media access control 3 can expediently be combined on a network card 17.
  • the transmission device 6 is connected to a network component 9 via the first connection medium 8.
  • the further transmission device 7 can also be connected to the network component 9 via the further connection medium 10.
  • connection media 8 and 10 there is media redundancy of the connection of the terminal to the network only with regard to the connection media 8 and 10.
  • a corresponding network component 9 is to be used, which internally changes the connection to the terminal device to the other connection medium if one of the connection media fails.
  • the further transmission device 7 is connected to another network component 11 via the further connection medium 10.
  • the network component 9 and the other network component 11 can each be, in particular, a switch, a hub or the like.
  • the network component 9 and the further network component 11 are connected to one another via another connection medium 12.
  • first transmission device 6 or the further transmission device 7 In operation, only the first transmission device 6 or the further transmission device 7 is active.
  • the activation / deactivation of the first transmission device 6 and the further transmission device 7 is effected by the control device 5 in this embodiment.
  • the first transmission device 6 and the further transmission device 7 independently and automatically monitor whether there is an error-free physical connection to the network component 9 and to the other network component 11 via the corresponding first connection medium 8 and the further connection medium 10. This review will link Status check ("link status" check) called. During this check, the MAC address assigned to the media access controller 3 is not transmitted to the first network component 9 and the other network component 11.
  • connection status check by the first transmission device 6 and the further transmission device 7 of the physical physical transmission level is known to the person skilled in the art.
  • the connection status check for the first connection medium 8 is explained as an example. It is assumed that the first connection medium 8 comprises an optical fiber and a further optical fiber, as is customary for optical connection media.
  • the first transmission device 6 sends test signals on the optical fiber to the network component 9 in accordance with a protocol of the physical transmission level. In normal operation, the network component 9 "reflects" the test signals on the further optical fiber. If it is further assumed that the first connection medium 8 is released from the network component 9, then it recognizes from the absence of the “reflected” test signals that the first connection medium 8 is disturbed. There is a so-called "far end fault".
  • the network 4 is able to configure itself in such a way that all are sent to the terminal 1 directed data packets are transmitted from the network 4 to the active transmission device of the physical physical transmission level.
  • the first transmission device 6 is initially active. If the first connection medium 8 now malfunctions, the first transmission device 6 determines during the connection status check that there is no longer a faultless physical connection to the network component 9. The failure of the connection is transmitted to the control device 5, as indicated by an arrow 13. In addition, the error can also be transmitted to other components of the terminal, for example the processor and to programs at higher network protocol levels ("layer”), in particular the application level, as indicated by arrow 14.
  • layer network protocol levels
  • connection media failure is determined by the first transmission device 6, the latter is deactivated by the control device 5 and the further transmission device 7 is activated, as indicated by other arrows 15a and 15b.
  • a failure telegram is first sent to the network via the other network component 11.
  • the failure telegram is advantageously designed as a so-called "multicast message". It therefore contains no addressees and is forwarded to all network components of network 4 which belong to the network at the physical bit transmission level.
  • the network can also be formed by a sub-network that includes all those network components to which data packets of the terminal 1 can be forwarded exclusively on a MAC address basis.
  • Intelligent network components of the network can adapt their MAC address addressing tables on the basis of the failure telegra ms, which comprises the MAC address assigned to the media access controller 3.
  • the term intelligent network component here encompasses any network component that can analyze the data packets it receives and is able to react in some way to a result of the analysis.
  • the analysis of the failure telegram and the adaptation of the addressing tables can be carried out by any intelligent network component or, for example, primarily by the network component 9. After a connection failure with the terminal 1, the latter can then forward all data packets directed to the terminal 1 to the other network component 11 via the other connection medium 12 via the first connection medium 8 and the first transmission device.
  • connection media 8 and 10 In the event that the two transmission devices 6 and 7 are only connected to the one network component 9 via the connection media 8 and 10, the data packets directed to the terminal 1 must be forwarded internally in the network component 9 to a connection connected to the further connection medium 10 respectively.
  • the deactivation and the switchover from the first transmission device 6 to the further transmission device 7 can be effected on the second network protocol level ("layer 2") or on a higher network protocol level.
  • the switchover can also be effected by a control device 5, which does not have to include the media access control 3.
  • the failure telegram can also be sent to the second network level (layer 2), for example by means of an electronically programmable logic device (EPLD - "Electronic Progra able Logic Device") or an application-specific integrated circuit (ASIC - "Application-Specific Integrated Circuit"), or on a higher network protocol level.
  • the failure telegram can be coded in such a way that all communication partners are informed of the media failure and switchover event ..
  • the generation of the failure telegram can also include reading data from a memory, in particular from a read-only memory (“ROM”) ,
  • an error of the network component 9 and the other network component 11 can be monitored. If the network component 9 and the other network component 11 are each intelligent components, failure detection can be ensured by cyclically sending requests to the network component 9 and the other network component 11 according to a standard protocol such as ICMP (Internet Control Message Protocol) become. The correctly functioning network component 9 and the other network component 11 answer the inquiries.
  • ICMP Internet Control Message Protocol
  • Figure 2 shows an expanded section of the network 4.
  • an additional network component 23 or further terminals 25, 26, which are also directly connected to the network component 9 or the other network component 11, can be queried in the manner described above.
  • the query for failure detection via ICMP communication can optionally also be triggered or initiated by an application of the terminal 1 using the so-called watchdog method (monitoring method).
  • watchdog method monitoring method
  • communication according to the standard protocol, in particular ICMP communication is carried out at specific time intervals with the additional network component 23 or one of the further terminals 25, 26, which are directly connected to the network component 9, with which the transmission system assumed here as active Transmission device 6 is connected.
  • a failure of the network component 9 can be determined by the additional network component 23 or one of the further terminals 25, 26.
  • the application of the terminal 1 can generate an “other component failure signal” if no request data packets according to the standard protocol, which are initiated by the other application of the additional network component 23 or the one of the further terminals 25, 26, do more of the Application of the terminal 1 can be received.
  • FIG. 2 shows an embodiment of an additional terminal 24, in which the transmission device 28 and the further transmission device 29 are connected to the additional network component 23 via two different connection media, a connection medium 40 and a further connection medium 41.
  • This embodiment also ensures a connection media redundancy for the additional terminal 24. However, in this embodiment, this is possible Redundancy is lost in the event of a total failure of the additional network component 23.
  • the network component 9 was connected directly to the other network component 11 via the other connection medium 12.
  • Another network topology is shown in FIG.
  • the additional network component 23 is arranged between the network component 9 and the other network component 11 and interrupts the other connection medium 12 in two parts 12a, 12b.
  • Further additional network components can also be arranged between the network component 9 and the other network component 11, as long as it is ensured that “multi cast” data packets from the further additional network components are forwarded from the network component 9 to the further network component 11 and vice versa.
  • each of the further terminals 25, 26 are to be connected to the network in a media-redundant manner, it makes sense for each of the further terminals 25, 26 to have a first connection medium 43 to the network component 9 and a second connection medium 44 to the other network component 11 is provided. In this way, a clear network topology is created and additionally achieved that all terminals are also connected redundantly to the network with regard to a failure of the network component 9 or the other network component 11.
  • FIGS. 1 to 3 show another embodiment of the invention. Identical features in FIGS. 1 to 3 are provided with identical reference symbols.
  • the control device 5 can be an electronically programmable logic device (EPLD) or an application-specific integrated circuit (ASIC).
  • EPLD electronically programmable logic device
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • the failure signals of the first transmission device 6 and the further transmission device 7 are transmitted to the control device 5.
  • the control device 5 effects a "switchover". This can be done transparently for overlying network layers. This enables a very fast switchover.
  • the switchover time is in a range of approximately 1 ms and below.
  • the connection media failure can also be transmitted to the higher network protocol levels in this embodiment.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the invention.
  • a redundancy switch 20 comprises the first transmission device 6, the further transmission device 7 and the control device 5.
  • the redundancy switch 20 is separated from the terminal 1 and connected to it via a connecting line 21.
  • a data packet to be sent from the terminal 1 to the network 4 comprises the MAC address which is assigned to the media access control 3 of the terminal 1.
  • the control device 5 acts in the manner as described above for the embodiment according to FIG. 1. With the redundancy switch 20 can not redundantly designed end devices can easily be connected to network 4 in a media-redundant manner.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of the invention similar to that of FIG. 4. Identical features in FIGS. 4 and 5 are provided with identical reference symbols.
  • the redundancy switch according to FIG. 5 comprises an additional transmission device 31 of the physical bit transmission level, which is connected to the control device 5.
  • the additional transmission device 31 is connected via an additional connection medium 33 to another transmission device 32 of the physical physical transmission level.
  • the other transmission device 32 is included in the network card 17.
  • the embodiment according to FIG. 5 is characterized in that the redundancy switch 20 is designed such that it can be used with the non-redundant terminal 1 in order to connect the terminal 1 to the network 4 in a media-redundant manner.
  • the control device 5 further comprises the analysis device 22, as is indicated by a broken line.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum medienredundanten Betreiben eines Endgeräts in einem Netzwerk. Die Vorrichtung umfasst: eine erste Übertragungseinrichtung (6) einer physikalischen Bitübertragungsebene, die über ein zwischen der ersten Übertragungseinrichtung (6) und einer Netzwerkkomponente (9) angeordnetes erstes Verbindungsmedium (8) mit der Netzwerkkomponente (9) verbunden ist und beim automatischen Überwachen der Verbindung zu der Netzwerkkomponente (9) ein Ausfallsignal erzeugen kann, falls zu der Netzwerkkomponente (9) keine oder eine fehlerhafte physikalische Verbindung besteht; eine weitere Übertragungseinrichtung (7) in der physikalischen Bitübertragungsebene, die über ein weiteres Verbindungsmedium (10) mit dem Netzwerk verbunden (4) ist; und eine mit der ersten Übertragungseinrichtung (6) und der weiteren Übertragungseinrichtung (7) verbundene Steuereinrichtung (5), um als Reaktion auf das Ausfallsignal der ersten Übertragungseinrichtung (6) diese zu deaktivieren, die weitere Übertragungseinrichtung (7) zu aktivieren und ein elektronisches Ausfalltelegramm über das weitere Verbindungsmedium (10) mittels der weiteren Übertragungseinrichtung (7) in das Netzwerk (4) zu senden. Ferner wir ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung offenbart.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum mediumredundanten Betreiben eines Endgerätes in einem Netzwerk
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum medienredundanten Betreiben eines Endgeräts in einem Netzwerk. Bei der Verknüpfung von elektronischen Endgeräten, wie z. B. Computern oder elektronisch gesteuerten Fertigungsmaschinen, mittels eines Netzwerks ist es wünschenswert, dass eine Medienredundanz für jedes Endgerät vorliegt. Ein Endgerät kann hierbei jede beliebige Einrichtung sein, die eine Netzwerkkomponente des Netzwerks aufweist bzw. daran angeschlossen ist. Der Begriff Netzwerkkomponente umfasst jede Vorrichtung, die Datenpakete in dem Netzwerk versenden und/oder empfangen kann. Netzwerkkomponenten in diesem Sinne können beispielsweise Switches oder Hubs sein. Ein Switch ist eine aktive Netzwerkkomponente zur Verbindung einzelner Segmente eines Netzwerkes untereinander. Ein Hub ist ebenfalls eine aktive Netzwerkkomponente, beispielsweise ein Sternkopp- ler. Als Verbindungsmedium werden Bestandteile eines Netzwerks bezeichnet, über die zwischen verschiedenen Netzwerkkomponenten Daten und Signale physikalisch übermittelt werden können. Hierzu gehören beispielsweise Twisted-Pair-Kabel, Koaxialkabel und faseroptische Kabel. Der Begriff Medium umfasst neben dem reinen Verbindungsmedium zusätzlich auch dessen Verbindungskomponenten mit dem Netzwerk einerseits (Net- zerkkomponenten) und dem Endgerät andererseits (Übertragungseinrichtungen) . Da jedoch insbesondere die Verbindungsmedien von möglichen Ausfällen, beispielsweise durch äußere Zerstörung, betroffen sein können, stellen diese den wesentlichen Fokus beim Aufbau einer medienredundanten Verbindung dar. Ist ein Endgerät über zwei physikalisch unabhängige Medien mit dem Netzwerk verbunden (medienredundant) , so kann bei einem
Ausfall des einen Mediums trotzdem sicher und zuverlässig mit dem Endgerät kommuniziert werden. Da Störungen einzelner Medien nicht vermeidbar sind, können durch eine Medienredundanz im Falle von Medienstörungen zum Beispiel in Produktionsbetrieben Fertigungsausfälle vermieden werden.
Eine Medienredundanz kann in einem Endgerät beispielsweise dadurch erreicht werden, dass das Gerät mit zwei Übertragungseinrichtungen mit jeweils einer eigenen Medienzugangssteuerung (Controller) ausgerüstet wird, die über verschiedene Verbindungsmedien mit dem Netzwerk verbunden sind. Dieser Aufbau kann im Endgerät z. B. in Form zweier separater Netzwerkkarten realisiert werden. Hierbei können zum Einbinden eines Endgeräts gebräuchliche Netzwerkkomponenten verwendet werden. Ferner ist eine Ausfallüberwachung bis ins Endgerät von Anwendung zu Anwendung in allen Netzwerkprotokollebenen getrennt für die zwei verschiedenen Netzwerkanbindungen möglich. Nachteilig ist jedoch, dass in jedem Endgerät zwingend zwei Netzwerkkarten erforderlich sind, was zu einer Kostensteigerung der Endgeräte führt. Ferner müssen in diesem Fall jedem Endgerät zwei Medienzugangssteuerungs-Adressen ("media access control addresses" - MAC-Adressen) sowie zwei Internetprotokoll-Adressen (IP-Adressen) zugewiesen werden. Eine Ausfallüberwachung und ein Wechsel zwischen den beiden Verbindungen über die zwei Netzwerkkarten findet auf einer höheren Netzwerkprotokollebene, in der Regel auf der Anwendungsebene, statt und erfolgt damit unter Verwendung von Rechnerkapazität des Endgerätes. Die Ausfallüberwachung auf der Anwendungsebene bewirkt daher, dass die Rechnerleistung des Endgeräts bezüglich der eigentlichen Anwendung eingeschränkt wird. Die Umschaltzeiten bei einer Störung in einem der Medien liegen typischerweise im 100 ms-Bereich. Ein anderer realisierter Ansatz zum Erreichen einer Medienredundanz wird als Ringredundanz-Ansatz bezeichnet. Dieser Ansatz ist beispielsweise in der Druckschrift "Industrial E- thernet™ startet durch - Switching und lOOMbit/s in der industriellen Kommunikation", K. Glas, 1998 beschrieben. Hierbei sind ein oder mehrere Endgeräte an ein ringförmiges Netzwerk angeschlossen. Wird dieses Netzwerk an einer Stelle unterbrochen, so bleiben alle Endgeräte bzw. Netzwerkkomponenten an dem ringförmigen Netzwerk weiter voll funktionsfähig miteinander verbunden. Bei dieser Lösung benötigen die Endgeräte jeweils nur eine Netzwerkkarte mit einer Übertragungseinrichtung und einer Medienzugangssteuerung. Im Störungsfall erfolgt die Umschaltung auf einer sogenannten zweiten Netzwerkprotokollebene ("layer 2" ) . Auf der Anwendungsebene ist kein Programm zur Ausfallüberwachung erforderlich, es ist jedoch auch keine Überwachung von Anwendung zu Anwendung möglich. Nachteilig sind zusätzlich die Umschaltzeiten im Bereich von 200 ms. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass zur Realisierung des Netzwerks keine Standardswitch- Komponenten verwendet werden können. Es können nur Switch- Komponenten zum Einsatz kommen, die besonders für den Einsatz in einem Netzwerk mit Ringredundanz ausgelegt sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von einer durch Verdopplung der Übertragungseinrichtungen und der zugehörigen Medienzugangssteuerungen erreichten Medienredundanz ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum sicheren, zuverlässigen, kostengünstigen und schnellen medienredundanten Betreiben eines Endgeräts in einem Netzwerk zu schaffen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 10 gelöst.
Die Erfindung umfasst insbesondere folgenden Gedanken: Ein Endgerät wird über zwei Übertragungseinrichtungen einer physikalischen Bitübertragungsebene mit einem Netzwerk verbunden, von denen zu einem Zeitpunkt immer nur eine aktiv ist, um Daten mit dem Netzwerk auszutauschen. Die Übertragungseinrichtungen sind mit einer einzigen Steuereinrichtung verbunden. Falls die erste (aktive) der beiden Übertragungseinrichtungen feststellt, dass über ein erstes Verbindungsmedium keine fehlerfreie Verbindung zwischen ihr und dem Netzwerk besteht, wird sie von der Steuereinrichtung deaktiviert, die weitere Übertragungseinrichtung als aktive Übertragungseinrichtung aktiviert und ein elektronisches Ausfalltelegramm in das Netzwerk geschickt, so dass das Netzwerk sich an die eingetretene Änderung bezüglich des Aktivitätsstatus der beiden Übertragungseinrichtungen und dessen Folgen im Hinblick auf die Weiterleitung von Daten für das Endgerät anpassen kann. Die Verbindung des Endgerätes mit dem Netzwerk besteht daraufhin mittels der zweiten (redundanten) Verbindung über die weitere Übertragungseinrichtung und das weitere Verbindungsmedium.
Ein Vorteil der Erfindung ist es, dass ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen werden, die ein sehr schnelles Umschalten der redundanten Anbindung eines Endgeräts an ein Netzwerk ermöglichen. Der Begriff "schnelles Umschalten" beschreibt, dass der Datenaustausch zwischen dem Endgerät und dem Netzwerk, der über ein erstes Verbindungsmedium abgewickelt wird, bei einer Störung oder einer Unterbrechung dieses Verbindungsmediums nach sehr kurzer Zeit, also schnell, über das weitere Verbindungsmedium fortgesetzt werden kann. Da der Wechsel von dem ersten Verbindungsmedium zu dem weiteren Verbindungsmedium nur das Deaktivieren der ersten Übertragungseinrichtung, für die die Störung festgestellt wurde, und das Aktivieren der weiteren Übertragungseinrichtung der physikalischen Bitübertragungsebene sowie das Senden eines elektronischen Ausfalltelegramms erfordert, kann der Wechsel in weniger als etwa 1 ms erfolgen. Die Umschaltung muss nicht auf einer höheren Netzwerkprotokollebene veranlasst werden. Die Erfindung kann sowohl in einer elektronischen Schaltung ausgeführt werden als auch mittels einer Software verwirklicht werden, die mit einer elektronischen Schaltung zusammenwirkt. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann kostengünstig hergestellt werden und eignet sich sowohl für einen Einsatz in neu zu gestaltenden Geräten als auch für einen Einsatz mit Altgeräten, um diese medienredundant an das Netzwerk anzuschließen.
Eine Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, dass ein von dem Endgerät in das Netzwerk zu übermittelndes Datenpaket von einer Analyseeinrichtung analysiert wird, hierbei eine Me- dienzugangssteuerungs-Adresse ermittelt wird, die einer Medienzugangssteuerung des Endgerätes zugewiesen ist, und die Medienzugangssteuerungs-Adresse beim Erzeugen des elektronischen Ausfalltelegramms in das elektronische Ausfalltelegramm eingefügt wird. Diese Verfahrensschritte ermöglichen es, das Verfahren unabhängig von einer Vorkenntnis der Medienzu- gangssteuerungs-Adresse der Medienzugangssteuerung des Endgeräts auszuführen.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht weiterhin vor, dass das Netzwerk das Ausfalltelegramm analysiert und sich daraufhin derart anpasst, dass an das Endgerät adressierte Datenpakete zu dem weiteren Verbin- dungsmedium weitergeleitet werden. Auf diese Weise wird erreicht, dass sich das Netzwerk in sehr kurzer Zeit auf den Wechsel des Verbindungsmediums einstellen kann, über das das Endgerät mit dem Netzwerk verbunden ist. So wird unnötiger Netzwerkverkehr vermieden, und Datenpakete werden nicht mehr zu dem Verbindungsmedium geleitet, das gestört oder fehlerhaft ist.
Eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Netzwerkkomponente das Ausfalltelegramm analysiert und ihre Adressen-Adressierungstabelle für die Medienzugangssteuerung des Endgerätes anpasst, so dass an das Endgerät adressierte Datenpakete zu dem weiteren Verbindungsmedium weitergeleitet werden. Auf diese Weise kann eine besonders schnelle Umstellung des Netzwerkes erfolgen, da nur die Einstellungen der Netzwerkkomponente geändert werden müssen.
Ferner besteht eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, dass eine Netzwerkkomponente verwendet wird, an die das erste und das weitere Verbindungsmedium angeschlossen sind. Hierbei muss die Netzwerkkomponente zum Umschalten der Verbindung mit dem Endgerät von dem ersten (gestörten) Verbindungsmedium auf das weitere Verbindungsmedium nur intern die an das Endgerät gerichteten Datenpakete auf einen anderen Anschluss umleiten. Dies kann bei Verwendung einer dafür entsprechend ausgebildeten Netzwerkkomponente besonders einfach und schnell erfolgen.
Als besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aber angesehen, dass eine weitere Netzwerkkomponente verwendet wird, an die das weitere Verbindungsmedium angeschlossen ist. So wird auch hinsichtlich ei- nes Ausfalls einer der Netzwerkkomponenten, mit denen das
Endgerät direkt verbunden ist, eine Redundanz erreicht.
Eine weitere Fortbildung des Verfahrens besteht darin, dass von dem Endgerät mit der Netzwerkkomponente mittels eines Standard-Netzwerkprotokolls, insbesondere eines Internet Control Message Protokolls (ICMP) , eine Kommunikation durchgeführt wird, um eine Funktionsfähigkeit der Netzwerkkomponente zu überprüfen. So wird dem Endgerät ermöglicht, auch auf solche Ausfälle der Netzwerkkomponente zu reagieren, bei denen weiterhin trotz des Ausfalls eine fehlerfreie physikalische Verbindung zwischen der Übertragungseinrichtung und der Netzwerkkomponente besteht.
Es kann ferner vorteilhaft vorgesehen sein, dass eine Anwendung auf dem Endgerät ausgeführt wird und die Anwendung mit einer anderen Netzwerkkomponente, die mit der Netzwerkkomponente verbunden ist, nach vorbestimmten Zeitintervallen Abfragedatenpakete austauscht, um festzustellen, ob die Netzwerkkomponente funktionsfähig ist. Auf diese Weise ist es möglich, den Ausfall der Netzwerkkomponente zu überwachen, wenn diese nicht in der Lage ist, mittels des Standard- Netzwerkprotokolls zu kommunizieren.
Eine andere zweckmäßige Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die andere Netzwerkkomponente ein Anwendungsaus- fallsignal erzeugt, wenn die andere Netzwerkkomponente nach einer vorgegebenen Anzahl der vorbestimmten Zeitintervalle keines der Abfragedatenpakete empfangen hat. Auf diese Weise ist es möglich, einen Ausfall der Anwendung auf der anderen Netzwerkkomponente festzustellen. Ist beispielsweise die Anwendung des Endgeräts darauf angewiesen, Daten mit der anderen Anwendung der anderen Netzwerkkomponente auszutauschen, so ist es bei Kommunikationsstörungen wichtig, "Netzwerkstörungen" von Anwendungsausfällen unterscheiden zu können.
Bezüglich der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht eine vorteilhafte Ausführungsform vor, dass an die Netzwerkkomponente das erste und das weitere Verbindungsmedium angeschlossen sind. Auf diese Weise kann besonders schnell bei einem Ausfall des ersten Verbindungsmediums eine Umschaltung auf das zweite Verbindungsmedium erfolgen, da die Netzwerkkomponente nur intern auf einen anderen Anschluss umschalten muss. Für einen solchen Ausbildungsfall ist allerdings eine entsprechend ausgestaltete Netzwerkkomponente einzusetzen.
Eine alternative vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die weitere Übertragungseinrichtung über das weitere Verbindungsmedium mit einer anderen Netzwerkkomponente verbunden ist. Auf diese Weise erhält die Vorrichtung auch eine Redundanz hinsichtlich eines Ausfalls der Netzwerkkomponente bzw. der anderen Netzwerkkomponente.
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass die Übertragungseinrichtung, die weitere Ü- bertragungseinrichtung und die Steuereinrichtung auf einer Netzwerkkarte des Endgerätes angeordnet sind. Hierdurch wird erreicht, dass die Vorrichtung auf einfache Weise in ein Endgerät integriert werden kann. Ferner eröffnet dies die Möglichkeit, handelsüblichen Personalcomputern medienredundant an ein Netzwerk anzuschließen.
Eine zweckmäßige Fortbildung besteht darin, dass die Übertragungseinrichtung, die weitere Übertragungseinrichtung und die Steuereinrichtung in einem Redundanzschalter angeordnet sind, der mit dem Endgerät verbunden ist. Mittels solch eines Redundanzschalters können Endgeräte medienredundant angeschlossen werden, die hierfür nicht konstruiert sind, ohne dass die Endgeräte modifiziert werden müssen.
Eine weitere zweckmäßige Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, dass der Redundanzschalter eine zusätzliche Übertragungseinrichtung in der physikalischen Bitübertragungsebene umfasst, um Datenpakete mit dem Endgerät auszutauschen. Mit diese Weiterbildung kann ohne zusätzliche Vorkehrungen ein netzwerktaugliches Endgerät medienredundant mit dem Netzwerk verbunden werden. Zusätzlich kann diese Weiterbildung verwendet werden, ein Endgerät nicht nur über zwei getrennte Verbindungsmedien, sondern auch über zwei verschiedene Verbindungsmedientypen, z. B. über ein Twisted-Pair-Kabel und über ein faseroptisches Kabel, zu verbinden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung sieht eine Analyseeinrichtung zum Analysieren eines von dem Endgerät in das Netzwerk zu übermittelnden Datenpakets, zum Ermitteln einer Medienzugangssteuerungs-Adresse und zum Einfügen der Medienzugangssteuerungs-Adresse in das elektronische Ausfalltelegramm vor. Diese Ausführungsform kann ohne eine Vorkenntnis der Medienzugangssteuerungs-Adresse des Endgeräts betrieben werden und ist besonders vorteilhaft, wenn sich die Medienzugangssteuerungs-Adresse aufgrund eines Austausches der Medienzugangssteuerung im Zuge von Wartungsbzw. Aufrüstungsarbeiten an dem Endgerät verändert, da bei dieser Ausführungsform automatisch die neue Medienzu- gangssteuerungs-Adresse ermittelt wird. Eine zweckmäßige Fortbildung der Vorrichtung besteht darin, dass die Steuereinrichtung die Analyseeinrichtung umfasst. So wird eine kompakte Ausführungsform geschaffen.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, dass die Steuereinrichtung eine elektronisch programmierbare Logikvorrichtung (ELPD) ist. Eine solche Steuereinrichtung ist kostengünstig und kann leicht an eine Medienzu- gangssteuerungs-Adresse des Endgeräts angepasst werden. Mit dieser Weiterbildung lässt sich ein besonders schneller Wechsel von dem Verbindungsmedium zu dem anderen Verbindungsmedium bewirken.
Eine andere Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, dass die Steuereinrichtung die Medienzugangssteuerung umfasst. Diese Weiterbildung gestattet es, eine sehr kompakte und kostengünstige Ausführungsform der Erfindung zu konstruieren.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei- spielen unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
Figur 1 ein Endgerät, das medienredundant mit einem Netzwerk verbunden ist;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Netzwerks;
Figur 3 eine andere Ausführungsform eines Endgeräts, das medienredundant mit einem Netzwerk verbunden ist;
Figur 4 eine Vorrichtung zum medienredundanten Betreiben eines Endgeräts in einem Netzwerk; und Figur 5 eine weitere Vorrichtung zum medienredundanten
Betreiben eines Endgeräts in einem Netzwerk.
Figur 1 zeigt ein medienredundant an ein Netzwerk 4 angeschlossenes Endgerät 1. Beispielhaft wird hier davon ausgegangen, dass das Netzwerk 4 ein Ethernet-Netzwerk ist. Die Erfindung kann jedoch auch in anderen Netzwerktypen angewendet werden. Das Endgerät 1 umfasst einen Prozessor (CPU) 2, der das Endgerät 1 steuert und auf dem Endgerät 1 Anwendungen ausführt. Der Prozessor 2 ist mit einer Steuereinrichtung 5 verbunden, die bei dieser Ausführungsform eine Medienzugangssteuerung (" edia access control"-Steuerung - MAC) 3 umfasst. Die Medienzugangssteuerung 3 steuert auf einer sogenannten zweiten Netzwerkprotokollebene ("layer 2") die Verbindung des Endgeräts 1 mit dem Netzwerk 4. Der Medienzugangssteuerung 3 ist eine eindeutige Medienzugangssteuerungsadresse (MAC- Adresse) zugewiesen, durch die sich die Medienzugangssteuerung 3 des Endgeräts 1 von anderen Medienzugangssteuerungen weiterer Endgeräte in dem Netzwerk 4 unterscheidet. Die Steuereinrichtung 5 ist mit einer Übertragungseinrichtung 6 einer so genannten physikalischen Bitübertragungsebene ("physical layer device"-PHY) und einer weiteren Übertragungseinrichtung 7 in der physikalischen Bitübertragungsebene verbunden. Die Übertragungseinrichtung 6 und die weitere Übertragungseinrichtung 7 setzen die ihnen von der Medienzugangssteuerung 3 übermittelten Daten in physikalische Signale um, die über ein erstes Verbindungsmedium 8 bzw. ein weiteres Verbindungsmedium 10 übertragen werden können. Die Verbindungsmedien können Koaxialkabel, Twisted-Pair-Kabel, Glasfaserkabel, drahtlose Verbindungen („wireless connections") usw. umfassen. Die Ü- bertragungseinrichtung 6, die weitere Übertragungseinrichtung 7 und die Medienzugangssteuerung 3 können zweckmäßig auf einer Netzwerkkarte 17 zusammengefasst sein. Die Übertragungseinrichtung 6 ist über das erste Verbindungsmedium 8 mit einer Netzwerkkomponente 9 verbunden. Die weitere Übertragungseinrichtung 7 kann über das weitere Verbindungsmedium 10 ebenfalls mit der Netzwerkkomponente 9 verbunden sein. In einem solchen Fall liegt eine Medienredundanz der Verbindung des Endgerätes mit dem Netzwerk nur bezüglich der Verbindungsmedien 8 und 10 vor. In diesem Fall ist eine entsprechende Netzwerkkomponente 9 einzusetzen, die bei einem Ausfall eines der Verbindungsmedien intern die Verbindung mit dem Endgerät auf das andere Verbindungsmedium umstellt.
Im Weiteren soll jedoch der in Figur 1 dargestellte Fall betrachtet werden, dass die weitere Übertragungseinrichtung 7 über das weitere Verbindungsmedium 10 mit einer anderen Netzwerkkomponente 11 verbunden ist. Bei der Netzwerkkomponente 9 und der anderen Netzwerkkomponente 11 kann es sich jeweils insbesondere um einen Switch, einen HUB oder dergleichen handeln. Die Netzwerkkomponente 9 und die weitere Netzwerkkomponente 11 sind über ein anderes Verbindungsmedium 12 miteinander verbunden.
Im Betrieb ist jeweils nur die erste Übertragungseinrichtung 6 oder die weitere Übertragungseinrichtung 7 aktiv. Die Aktivierung/Deaktivierung der ersten Übertragungseinrichtung 6 und der weiteren Übertragungseinrichtung 7 wird bei dieser Ausführungsform von der Steuereinrichtung 5 bewirkt. Die erste Übertragungseinrichtung 6 und die weitere Übertragungseinrichtung 7 überwachen selbständig automatisch, ob jeweils zu der Netzwerkkomponente 9 und zu der anderen Netzwerkkomponente 11 über das entsprechende erste Verbindungsmedium 8 und das weitere Verbindungsmedium 10 eine fehlerfreie physikalische Verbindung besteht. Diese Überprüfung wird Verbindungs- Statusüberprüfung ("link status"-Überprüfung) genannt. Bei dieser Überprüfung wird die der Medienzugangssteuerung 3 zugewiesene MAC-Adresse nicht an die erste Netzwerkkomponente 9 und die andere Netzwerkkomponente 11 übermittelt.
Dem Fachmann ist die Funktionsweise der Verbindungsstatusüberprüfung durch die erste Übertragungseinrichtung 6 und die weitere Übertragungseinrichtung 7 der physikalischen Bitübertragungsebene bekannt. Beispielhaft wird die Verbindungsstatusüberprüfung für das erste Verbindungsmedium 8 erläutert. Es wird angenommen, dass das erste Verbindungsmedium 8 eine optische Faser und eine weitere optische Faser umfasst, wie dies für optische Verbindungsmedien üblich ist. Die erste Ü- bertragungseinrichtung 6 sendet auf der optischen Faser Prüfsignale nach einem Protokoll der Bitübertragungsebene an die Netzwerkkomponente 9. Bei normalem Betrieb "reflektiert" die Netzwerkkomponente 9 die Prüfsignale auf der weiteren optischen Faser. Wird nun weiter angenommen, dass das erste Verbindungsmedium 8 von der Netzwerkkomponente 9 gelöst wird, so erkennt sie an dem Ausbleiben der "reflektierten" Prüfsignale, dass das erste Verbindungsmedium 8 gestört ist. Es liegt ein sogenannter "far end fault" vor.
Dadurch dass entweder nur die erste Übertragungseinrichtung 6 oder nur die weitere Übertragungseinrichtung 7 zu einer Zeit aktiv ist und Datenpakete mit der der Medienzugangssteuerung 3 zugewiesenen MAC-Adresse verschickt, ist es dem Netzwerk 4 möglich, sich so zu konfigurieren, dass alle an das Endgerät 1 gerichteten Datenpakete von dem Netzwerk 4 zu der aktiven Übertragungseinrichtung der physikalischen Bitübertragungsebene übermittelt werden. Zur Erläuterung der Reaktion auf einen Medienausfall wird angenommen, dass zunächst die erste Übertragungseinrichtung 6 aktiv ist. Tritt nun eine Störung des ersten Verbindungsmediums 8 auf, so stellt die erste Übertragungseinrichtung 6 bei der Verbindungsstatusüberprüfung fest, dass keine fehlerfreie physikalische Verbindung mehr zu der Netzwerkkomponente 9 besteht. Der Ausfall der Verbindung wird der Steuereinrichtung 5 übermittelt, wie durch einen Pfeil 13 angedeutet ist. Darüber hinaus kann der Fehler auch an andere Bestandteile des Endgeräts zum Beispiel den Prozessor und an Programme höherer Netzwerkprotokollebenen ("layer") , insbesondere die Anwendungsebene, übermittelt werden, wie dies durch Pfeil 14 angedeutet ist.
Sobald der Verbindungsmedienausfall von der ersten Übertragungseinrichtung 6 festgestellt ist, wird diese von der Steuereinrichtung 5 deaktiviert und die weitere Übertragungseinrichtung 7 aktiviert, wie dies durch andere Pfeile 15a und 15b angedeutet ist. Um dem Netzwerk 4 zu ermöglichen, dass die für das Endgerät 1 bestimmten Datenpakete fortan über das weitere Verbindungsmedium 10 zu dem Endgerät 1 übermittelt werden, wird zunächst ein Ausfalltelegramm über die andere Netzwerkkomponente 11 an das Netzwerk gesandt. Das Ausfalltelegramm ist vorteilhaft als sogenannte "multicast message" ausgestaltet. Sie enthält somit keinen Adressaten und wird an alle Netzwerkkomponenten des Netzwerkes 4 weitergeleitet, die auf der physikalischen Bitübertragungsebene dem Netzwerk gehören. Das Netzwerk kann auch von einem Teilnetzwerk gebildet sein, dass alle diejenigen Netzwerkkomponenten umfasst, an die eine Weiterleitung von Datenpaketen des Endgeräts 1 ausschließlich auf MAC-Adressenbasis erfolgen kann. Anhand des Ausfalltelegra ms, das die der Medienzugangssteuerung 3 zugewiesene MAC-Adresse umfasst, können intelligente Netzwerkkomponenten des Netzwerkes, insbesondere Switches und andere Endgeräte, ihre MAC-Adressen-Adressierungstabellen anpassen. Der Begriff intelligente Netzwerkkomponente umfasst hier jede Netzwerkkomponente, die die von ihr empfangenen Datenpakete analysieren kann und in der Lage ist, in irgendeiner Weise auf ein Ergebnis der Analyse zu reagieren.
Die Analyse des Ausfalltelegramms und die Anpassung der Adressierungstabellen kann von jeder intelligenten Netzwerkkomponente vorgenommen werden oder beispielsweise vornehmlich von der Netzwerkkomponente 9 erfolgen. Diese kann dann nach einem Ausfall der Verbindung mit dem Endgerät 1 über das erste Verbindungsmedium 8 und die erste Übertragungseinrichtung alle an das Endgerät 1 gerichteten Datenpakete über das andere Verbindungsmedium 12 an die andere Netzwerkkomponente 11 weiterleiten.
Für den Fall, dass die beiden Übertragungseinrichtungen 6 und 7 über die Verbindungsmedien 8 und 10 nur mit der einen Netzwerkkomponente 9 verbunden sind, muss eine Weiterleitung der an das Endgerät 1 gerichteten Datenpakete intern in der Netzwerkkomponente 9 auf einen mit dem weiteren Verbindungsmedium 10 verbundenen Anschluss erfolgen.
Die Deaktivierung und die Umschaltung von der ersten Übertragungseinrichtung 6 auf die weitere Übertragungseinrichtung 7 kann auf der zweiten Netzwerkprotokollebene ("layer 2") oder auf einer höheren Netzwerkprotokollebene bewirkt werden. Die Umschaltung kann auch von einer Steuereinrichtung 5 bewirkt werden, die die Medienzugangssteuerung 3 nicht umfassen muss. Ebenso kann das Ausfalltelegramm auf der zweiten Netzwerkpro- tokollebene (layer 2) , beispielsweise mittels einer elektronisch programmierbaren Logikvorrichtung (EPLD-"Elektronic Progra able Logic Device") oder eines anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreises (ASIC-„Application-Specific In- tegrated Circuit"), oder auf einer höheren Netzwerkprotokollebene erzeugt werden. Das Ausfalltelegramm kann so kodiert sein, dass allen Kommunikationspartnern der Medienausfall und Umschaltfall angezeigt wird. Das Erzeugen des Ausfalltelegramms kann auch das Einlesen von Daten aus einem Speicher, insbesondere aus einem Nur-Lese-Speicher ("read only memory" - ROM), umfassen.
Zusätzlich zu der Überwachung eines Ausfalls eines der Verbindungsmedien 8, 10 kann ein Fehler der Netzwerkkomponente 9 und der anderen Netzwerkkomponente 11 überwacht werden. Handelt es sich bei der Netzwerkkomponente 9 und der anderen Netzwerkkomponente 11 jeweils um eine intelligente Komponente, so kann eine Ausfallerkennung mittels zyklischen Sendens von Anfragen an die Netzwerkkomponente 9 und die andere Netzwerkkomponente 11 nach einem Standardprotokoll, wie ICMP (Internet Control Message Protocol) , sichergestellt werden. Die korrekt funktionierende Netzwerkkomponente 9 und die andere Netzwerkkomponente 11 beantworten die Anfragen.
Figur 2 zeigt einen erweiterten Ausschnitt aus dem Netzwerk 4. Gleiche Merkmale der Figuren 1 und 2 sind mit identischen Bezugszeichen versehen. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 können eine zusätzliche Netzwerkkomponente 23 oder weitere Endgeräte 25, 26, die ebenfalls direkt mit der Netzwerkkomponente 9 bzw. der anderen Netzwerkkomponente 11 verbunden sind, auf die oben beschriebene Weise abgefragt werden. Die Abfrage zur Ausfallerkennung über eine ICMP-Kommunikation kann wahlweise auch von einer Anwendung des Endgeräts 1 im sogenannten Watchdog-Verfahren (Überwachungsverfahren) ge- triggert oder veranlaßt werden. Hierbei wird in bestimmten Zeitintervallen eine Kommunikation nach dem Standardprotokoll, insbesondere eine ICMP-Kommunikation, mit der zusätzlichen Netzwerkkomponente 23 oder einem der weiteren Endgeräte 25, 26 durchgeführt, die direkt mit der Netzwerkkomponente 9 verbundenen sind, mit der die hier als aktiv angenommene Ü- bertragungseinrichtung 6 verbunden ist. An dem Ausbleiben dieser Kommunikation nach dem Standardprotokoll kann von der zusätzlichen Netzwerkkomponente 23 oder dem einen der weiteren Endgeräte 25, 26 ein Ausfall der Netzwerkkomponente 9 festgestellt werden.
Ebenso kann die Anwendung des Endgeräts 1 ein "Andere-Kompo- nente-Ausfallsignal" erzeugen, wenn keine Anfragedatenpakete nach dem Standardprotokoll, die von der anderen Anwendung der zusätzlichen Netzwerkkomponente 23 oder dem einen der weiteren Endgeräte 25, 26 initiiert werden, mehr von der Anwendung des Endgeräts 1 empfangen werden.
Bei der Ausführungsform nach Figur 1 waren die erste Übertragungseinrichtung 6 und die weitere Übertragungseinrichtung 7 mit der Netzwerkkomponente 9 und der weiteren Netzwerkkomponente 11 verbunden. Figur 2 zeigt eine Ausführungsform eines zusätzlichen Endgeräts 24, bei dem die Übertragungseinrichtung 28 und die weitere Übertragungseinrichtung 29 mit der zusätzlichen Netzwerkkomponente 23 über zwei unterschiedliche Verbindungsmedien, ein Verbindungsmedium 40 und ein weiteres Verbindungsmedium 41, verbunden sind. Auch diese Ausführungsform sichert eine Verbindungsmedienredundanz für das zusätzliche Endgerät 24. Bei dieser Ausführungsform geht jedoch die Redundanz bei einem totalen Ausfall der zusätzlichen Netzwerkkomponente 23 verloren.
Bei der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform war die Netzwerkkomponente 9 über das andere Verbindungsmedium 12 direkt mit der anderen Netzwerkkomponente 11 verbunden. In Figur 2 ist eine andere Netzwerktopologie gezeigt. Die zusätzliche Netzwerkkomponente 23 ist zwischen der Netzwerkkomponente 9 und der anderen Netzwerkkomponente 11 angeordnet und unterbricht das andere Verbindungsmedium 12 in zwei Teile 12a, 12b. Es können noch weitere zusätzliche Netzwerkkomponenten zwischen der Netzwerkkomponente 9 und der anderen Netzwerkkomponente 11 angeordnet werden, solange sichergestellt ist, dass "multi cast"-Datenpakete von den weiteren zusätzlichen Netzwerkkomponenten von der Netzwerkkomponente 9 zu der weiteren Netzwerkkomponente 11 und umgekehrt weitergeleitet werden.
Sollen zusätzlich zu dem Endgerät 1 die weiteren Endgeräte 25, 26 medienredundant mit dem Netzwerk verbunden werden, so ist es sinnvoll, dass von jedem der weiteren Endgeräte 25, 26 ein erstes Verbindungsmedium 43 zu der Netzwerkkomponente 9 und ein zweites Verbindungsmedium 44 zu der anderen Netzwerkkomponente 11 vorgesehen wird. Auf diese Weise wird eine ü- bersichtliche Netzwerktopologie geschaffen und zusätzlich erreicht, dass alle Endgeräte auch bezüglich eines Ausfalls der Netzwerkkomponente 9 bzw. der anderen Netzwerkkomponente 11 redundant mit dem Netzwerk verbunden sind.
Figur 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung. Gleiche Merkmale in den Figuren 1 bis 3 sind mit identischen Bezugszeichen versehen. Bei dieser Ausführungsform ist zwischen der ersten Übertragungseinrichtung 6 und der weiteren Übertragungseinrichtung 7 einerseits und der Medienzugangssteuerung 3 andererseits eine Steuereinrichtung 5 angeordnet. Die Steuereinrichtung 5 kann eine elektronisch programmierbare Logikvorrichtung (EPLD) oder ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (ASIC) sein. Bei dieser Ausführungsform werden die Ausfallsignale der ersten Übertragungseinrichtung 6 und der weiteren Übertragungseinrichtung 7 an die Steuereinrichtung 5 übermittelt. Im Falle eines Verbindungsmedienausfalls bewirkt die Steuereinrichtung 5 eine "Umschaltung". Dieses kann für darüber liegende Netzwerkebenen ("layers") transparent geschehen. Hierdurch wird eine sehr schnelle Umschaltung ermöglicht. Die Umschaltzeit liegt in einem Bereich von etwa 1 ms und darunter. Zusätzlich kann auch bei dieser Ausführungsform der Verbindungsmedienausfall an die höheren Netzwerkprotokollebenen übermittelt werden.
Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Gleiche Merkmale der Figuren 1 bis 4 sind mit identischen Bezugszeichen versehen. Bei dieser Ausführungsform umfasst ein Redundanzschalter 20 die erste Übertragungseinrichtung 6, die weitere Übertragungseinrichtung 7 und die Steuereinrichtung 5. Der Redundanzschalter 20 ist von dem Endgerät 1 getrennt und mit diesem über eine Verbindungsleitung 21 verbunden. Ein von dem Endgerät 1 an das Netzwerk 4 zu versendendes Datenpaket umfasst die MAC-Adresse, die der Medienzugangssteuerung 3 des Endgeräts 1 zugeordnet ist. Eine Analyseeinrichtung 22 des Redundanzschalters 20, die mit der Steuereinrichtung 5 verbunden ist, ermittelt die MAC-Adresse, die für die Erzeugung des Ausfalltelegramms benötigt wird, anhand des zu versendenden Datenpakets. Die Steuereinrichtung 5 wirkt in der Weise, wie es oben für die Ausführungsform nach Figur 1 beschrieben wurde. Mit dem Redundanzschalter 20 können nicht redundant ausgelegte Endgeräte einfach medienredundant mit dem Netzwerk 4 verbunden werden.
In Figur 5 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung ähnlich zu der der Figur 4 dargestellt. Gleiche Merkmale in den Figuren 4 und 5 sind mit identischen Bezugszeichen versehen. Zusätzlich zu der Ausführungsform nach Figur 4 umfasst der Redundanzschalter nach Figur 5 eine zusätzliche Übertragungseinrichtung 31 der physikalischen Bitübertragungsebene, die mit der Steuereinrichtung 5 verbunden ist. Die zusätzliche Übertragungseinrichtung 31 ist über ein zusätzliches Verbindungsmedium 33 mit einer anderen Übertragungseinrichtung 32 der physikalischen Bitübertragungsebene verbunden. Die andere Übertragungseinrichtung 32 ist von der Netzwerkkarte 17 umfasst. Die Ausführungsform nach Figur 5 zeichnet sich dadurch aus, dass der Redundanzschalter 20 so ausgebildet ist, dass er mit dem nicht redundant ausgelegten Endgerät 1 verwendet werden kann, um das Endgerät 1 medienredundant mit dem Netzwerk 4 zu verbinden. Ferner umfasst die Steuereinrichtung 5 bei dieser Ausführungsform die Analyseeinrichtung 22, wie dies durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum medienredundanten Betreiben eines Endgeräts (1) in einem Netzwerk (4), bei dem folgende Schritte durchgeführt werden:
- Automatisches Überwachen einer über ein erstes Verbindungsmedium (8) zwischen einer ersten Übertragungseinrichtung (6) des Endgerätes (1) und einer Netzwerkkomponente (9) ausgebildeten Verbindung mittels der ersten Übertragungseinrichtung (6) ;
- Erzeugen eines Ausfallsignals durch die erste Übertragungseinrichtung (6), falls beim automatischen Überwachen der Verbindung keine oder eine-'fehlerhafte physikalische Verbindung über das erste Verbindungsmedium (8) zu der Netzwerkkomponente (9) festgestellt wird; und
- Ausführen der folgenden Schritte als Reaktion auf das Ausfallsignal :
- Deaktivieren der ersten Übertragungseinrichtung (6) mittels einer an die erste Übertragungseinrichtung (6) und an eine weitere Übertragungseinrichtung (7) des Endgerätes angeschlossenen Steuereinrichtung (5) ;
- Aktivieren der weiteren Übertragungseinrichtung (7) mittels der Steuereinrichtung (5) , wobei eine einwandfreie physikalische Verbindung des Endgerätes (1) mit dem Netzwerk (4) über ein weiteres Verbindungsmedium (10) wiederhergestellt wird; und
- Versenden eines elektronischen Ausfalltelegramms mittels der weiteren Übertragungseinrichtung (7) über das weitere Verbindungsmedium (10) an das Netzwerk (4) zum /Anmelden der weiteren Übertragungseinrichtung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein von dem Endgerät (1) in das Netzwerk (4) zu übermittelndes Datenpaket von einer Analyseeinrichtung (22) analysiert wird, hierbei eine Medienzugangssteuerungs-Adresse ermittelt wird, die einer Medienzugangssteuerung (3) des Endge- rätes (1) zugewiesen ist, und die Medienzugangssteuerungs- Adresse beim Erzeugen des elektronischen Ausfalltelegramms in das elektronische Ausfalltelegramm eingefügt wird.
3. Verfahren 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 das Netzwerk (4) das Ausfalltelegramm analysiert und sich daraufhin derart anpasst, dass an das Endgerät (1) adressierte Datenpakete zu dem weiteren Verbindungsmedium (10) weitergeleitet werden.
4. Verfahren 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 Netzwerkkomponente (9) das Ausfalltelegramm analysiert und ihre Adressen-Adressierungstabelle für die Medienzugangssteuerung (3) des Endgerätes (1) anpasst, so dass an das Endgerät (1) adressierte Datenpakete zu dem weiteren Ver- bindungsmedium (10) weitergeleitet werden.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Netzwerkkomponente verwendet wird, an die das erste und das weitere Verbindungsmedium (8, 10) angeschlossen sind.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine andere Netzwerkkomponente (11) verwendet wird, an die das weitere Verbindungsmedium (10) angeschlossen ist.
7. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass von dem Endgerät (1) mit der Netzwerkkomponente (9) mittels eines Standard-Netzwerkprotokolls, insbesondere eines Internet Control Message Protokolls (ICMP), eine Kommunikation durchgeführt wird, um eine Funktionsfähigkeit der Netz- werkkomponente (9) zu überprüfen.
8. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t", dass eine Anwendung auf dem Endgerät (1) ausgeführt wird und die Anwendung mit einer anderen Netzwerkkomponente (23) , die mit der Netzwerkkomponente (9) verbunden ist, nach vorbestimmten Zeitintervallen Abfragedatenpakete austauscht, um festzustellen, ob die Netzwerkkomponente (9) funktionsfähig ist.
9. Verfahren 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 die andere Netzwerkkomponente (23) ein Anwendungsaus- fallsignal erzeugt, wenn sie nach einer vorgegebenen Anzahl der vorbestimmten Zeitintervalle keines der Abfragedatenpakete empfangen hat.
10. Vorrichtung zum medienredundanten Betreiben eines Endgeräts (1) in einem Netzwerk (4) mit einer Übertragungseinrichtung (6) einer physikalischen Bitübertragungsebene, wobei die eine Übertragungseinrich- tung (6) über ein zwischen der einen Übertragungseinrichtung (6) und einer Netzwerkkomponente (9) angeordnetes Verbindungsmedium (8) mit der Netzwerkkomponente (9) verbunden ist und beim automatischen Überwachen einer Verbindung zu der Netzwerkkomponente (9) über das Verbindungsmedium (8) ein Ausfallsignal erzeugt, falls zu der Netzwerkkomponente (9) keine oder eine fehlerhafte physikalische Verbindung besteht; einer weiteren Übertragungseinrichtung (7) in der physikalischen Bitübertragungsebene, wobei die weitere Übertragungseinrichtung (7) über ein weiteres Verbindungsmedium (10) mit dem Netzwerk verbunden (4) ist; und einer mit der einen Übertragungseinrichtung (6) und der weiteren Übertragungseinrichtung (7) verbundenen Steuereinrichtung (5) , die als Reaktion auf das Ausfallsignal die eine Übertragungseinrichtung (6) deaktiviert, die weitere Übertragungseinrichtung (7) aktiviert und ein elektronisches Ausfalltelegramm über das weitere Verbindungsmedium (10) mittels der weiteren Übertragungseinrichtung (7) in das Netzwerk (4) sendet.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass an die Netzwerkkomponente (9) das erste und das weitere Verbindungsmedium (8, 10) angeschlossen sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die weitere Übertragungseinrichtung (7) über das weitere Verbindungsmedium (10) mit einer anderen Netzwerkkomponente (11) verbunden ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Übertragungseinrichtung (6), die weitere Übertragungseinrichtung (7) und die Steuereinrichtung (3) auf einer Netzwerkkarte (17) des Endgerätes (1) angeordnet sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Übertragungseinrichtung (6), die weitere Übertragungseinrichtung (7) und die Steuereinrichtung (5) in einem Redundanzschalter (20) angeordnet sind, der mit dem Endgerät (1) verbunden ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Redundanzschalter (20) eine zusätzliche Übertra- gungseinrichtung (31) in der physikalischen Bitübertragungsebene umfasst, um Datenpakete mit dem Endgerät (1) auszutauschen.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Analyseeinrichtung (22) zum Analysieren eines von dem Endgerät (1) in das Netzwerk (4) zu übermittelnden Datenpakets, zum Ermitteln einer Medienzugangssteuerungs-Adresse und zum Einfügen der Medienzugangssteuerungs-Adresse in das e- lektronische Ausfalltelegramm.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Steuereinrichtung (5) die Analyseeinrichtung (22) umfasst.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Steuereinrichtung (5) eine elektronisch programmierbare Logikvorrichtung (ELPD) ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Steuereinrichtung (5) eine Medienzugangssteuerung (3) umfasst.
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