WO2018166593A1 - Method for bandwidth reservation and suitable grid element - Google Patents

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WO2018166593A1
WO2018166593A1 PCT/EP2017/056132 EP2017056132W WO2018166593A1 WO 2018166593 A1 WO2018166593 A1 WO 2018166593A1 EP 2017056132 W EP2017056132 W EP 2017056132W WO 2018166593 A1 WO2018166593 A1 WO 2018166593A1
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network
resources
network elements
reserved
reservation
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PCT/EP2017/056132
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Feng Chen
Franz-Josef GÖTZ
Marcel Kiessling
An Ninh NGUYEN
Jürgen Schmitt
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L41/00Arrangements for maintenance, administration or management of data switching networks, e.g. of packet switching networks
    • H04L41/06Management of faults, events, alarms or notifications
    • H04L41/0654Management of faults, events, alarms or notifications using network fault recovery
    • H04L41/0663Performing the actions predefined by failover planning, e.g. switching to standby network elements
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L47/00Traffic control in data switching networks
    • H04L47/70Admission control; Resource allocation
    • H04L47/72Admission control; Resource allocation using reservation actions during connection setup

Definitions

  • Profibus Process Field Bus
  • IEC 61158 The best-known example is Profibus (Process Field Bus), the universal fieldbus that is widely used in manufacturing, process and building automation.
  • Profibus was developed by Siemens and the Profibus user organization and standardized in the international standard series IEC 61158.
  • Profibus allows communication of Ge ⁇ boards from different manufacturers without any special interface adjustments.
  • Profibus specifies the technical features of a serial field bus system ⁇ , up to cell level may be in crosslinked form of distributed digital automation ⁇ apparatus of a field level with each other.
  • Profibus is a multi-master system that enables the joint operation of several automation, engineering or visualization systems with the decentralized peripheral devices on one bus.
  • PROFINET ⁇ Process Field Network is the open Industrial Ethernet standard of the PROFIBUS user organization e. V. (PNO) for automation.
  • Profinet uses TCP / IP and IT standards, is real-time Ethernet-capable and allows the in ⁇ tegration of fieldbus systems.
  • proprietary Ethernet additions were often used. Thereby the required quality of data transmission and latency requirements were met.
  • Time-sensitive networking is a set of standards that the Time-Sensitive Networking Task Group (IEEE 802.1) uses.
  • the standardization standards define mechanisms for the transmission of data over Ethernet networks.
  • a large part of the projects defines extensions of the bridging standard
  • IEEE 802. IQ IEEE 802. IQ. These extensions mainly address the transmission with very low transmission latency and high availability. Possible application areas are convergent
  • Networks with real-time audio / video streams and in particular real-time control streams which, for. B. in the automotive or industrial plants are used for control.
  • the establishment of the connections in the Ethernet network is carried out automatically by a reservation protocol (Multiple Stream Reservation Protocol, MSRP). All required resources must be reserved to guarantee the forwarding. Guarantees can be given for each individual transmission link through the check; possible overload scenarios are automatically prevented.
  • the reservation is Runaway ⁇ leads based on the current transmission through MSRP. So far, a reservation is made for each individual connection.
  • the Automatic Resource Reservation Protocol, MSRP considers the resources along the path to be used (given by Audio / Video Bridging, AVB through RSTP). By establishing the stream (for the periodic transmission of the real-time data) along the path, the transmission on the existing path is ensured.
  • Switching over the network to a backup path leads, depending ⁇ but to clear the connection.
  • the end application must reserve the connection again after the switchover has ended in the network. Until the completion of the new reservation creates a communication disorder for the participants which can lead to problems especially in real time applications.
  • MSRP Multiple Stream Reservation Protocol
  • Industrial networks are specially designed to use a planned replacement route in case of failure.
  • the resources must be designed so that enough resources would remain available in the event of a network switch. This is typically accomplished by requiring each network device to provide enough resources - but reservation and verification of individual connections does not occur in legacy networks.
  • the method for bandwidth reservation in a network consisting of network elements that operate according to the Time Sensitive Net ⁇ work standard according to IEEE 802.1, and in the connection establishment between a transmitting and a receiving network element, a first transmission standard by default checks ⁇ ge and the resources required for the network elements are reserved, wherein in the connection establishment phase at least a second, alternative data transmission ge ⁇ checks and the resources are reserved in the network elements.
  • each new stream is checked against the maximum resources available in the entire network. If there are too few resources, the feed-in into the network is prevented. The resource check takes place at the edge port. This makes it possible to switch over in the network at any time - the examination of existing resources is already checked by the edge port.
  • Layering enables mapping of local automation cells and connection to a backbone network. This allows networks with a different performance to be combined. At the transition of the networks an edge port for the superimposed / neighboring Seg ⁇ ment arises. Local streams only need resources in the automation cell. Streams that have been transferred to another cell need resources in the local cells and additionally in the backbone (base network) network.
  • the new layering concept enables independent switching in every level / instance.
  • the reserved but currently unused resources can be used with TSN for non-real-time data, so they are not wasted. They may only be used for the transmission of real-time data in the event of an error.
  • the bandwidth is no longer considered for the active forwarding path in each bridge, but per cell / network segment. So far, a reservation is made only along the currently active forwarding path.
  • This area reservation is advantageous in industrial networks - because they are designed specifically to error ⁇ falling rapidly an alternate route with sufficient resources to bie ⁇ th By testing the bandwidth with a protocol, an automatic access control takes place.. The network can no longer be overloaded by real-time data.
  • the switching of the forwarding path takes place independently of the resource consideration. As a result, no reservation is necessary when changing the path. As long as a possible alternative path exists in the network, it can be used. This allows the existing methods for fast switching in industrial networks such. B. MRP continue to be used.
  • Use of the new Shift redundancy concepts it is ⁇ enables (eg mechanisms such as Intermediate System to Intermediate System IS-IS SPB, Fast Reroute, ..) because the Reservie ⁇ tion has already been tested for all existing alternative routes.
  • FIG. 1 shows a ring topology with MRP as the redundancy method in the normal state
  • FIG. 2 shows a ring topology with MRP as a redundancy method in the event of a fault with interruption
  • Figure 3 shows a typical ring topology as is common in industrial networks
  • FIG. 4 shows a ring topology with area reservation
  • FIG. 5 shows an example with several network segments.
  • Figure 1 shows a conventional ring topology in a network 1, which consists of network elements 11 to 18, and a redundancy manager RM.
  • a routing method is the media
  • Redundancy Protocol MRP or Hybrid Routing Protocol HRP used.
  • the small X below the redundancy manager indicates a targeted interrupt in the ring topology to prevent redundant transmission of data packets on two redundant data paths by blocking the output port towards the network element 15.
  • Figure 3 shows a typical network for a contisco ⁇ len installation, wherein these are characterized in that a control element 3 (the PLC, Programmable Logic Controller) via a bridge 2 to the network elements 31 to 38 by the sensor data and measured values for controlling and control data is transmitted away from the controller.
  • a control element 3 the PLC, Programmable Logic Controller
  • the resources, thus in particular the required Speicherbe ⁇ may be used in the input and output queues and computing capacity for the switching and routing in the network elements 31 to 38 are reserved in advance during connection establishment.
  • Figure 4 now shows a different view of the known network, here the path does not become a sequence of individual
  • Network elements on the way from the sender to the receiver (quasi one-dimensional) but as all possible paths from the sender to the receiver within a network or segment. fen (flat or two-dimensional, 2) and performed as a "sum reservation" in the individual network elements, so it is reserved in each network element a reservation for potential transmissions / possible connections between the sender and receiver - within the maximum available bandwidth of the network element.
  • FIG. 5 shows a connection of three networks N1, N2, N3 via a backbone BB, the networks in each case being networks such as that illustrated in FIG.
  • the three networks Nl, N2, N3 are ver linked in each case via ⁇ "Edge ports" 20, 30, 29, 49 to each other via the backbone.
  • a reservation invention within a network ⁇ works Nl to N3 then has an impact on the Reservie ⁇ stakes in the resources of the backbone.
  • Networks N1, N2 N3 comprise the reserved bandwidth in their own network plus one part of each external bandwidth reservations.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Small-Scale Networks (AREA)

Abstract

The invention relates to the modifying of the reservation scheme of the Multiple Stream Reservation Protocol, MSRP. In industrial networks, the flat reservation of required network elements according to the invention is advantageous because said network elements are specifically designed to quickly provide an alternative route having sufficient resources in case of error. Automatic access protection occurs by means of the verification of bandwidth by means of a protocol. The network can no longer be overloaded by real-time data.

Description

Beschreibung description
Verfahren zur Bandbreitenreservierung und geeignetes Netzelement Method for bandwidth reservation and suitable network element
Industrielle Anwendungen basieren auf der Datenübertragung von Sensoren und Aktoren mit einer zentralen Steuerung (Pro- grammable Logic Controller, PLC) . Für die Datenübertragung wurden in der Vergangenheit meist Bus Systeme eingesetzt. Der BUS hatte eine bekannte maximale Bandbreite die von allenIndustrial applications are based on the data transmission of sensors and actuators with a central controller (Programmable Logic Controller, PLC). In the past, bus systems were mostly used for data transmission. The BUS had a known maximum bandwidth of all
Teilnehmern geteilt wurde. Solange die gesamte Busbandbreite nicht überschritten wird, ist die Kommunikation stabil. Participants was shared. As long as the total bus bandwidth is not exceeded, communication is stable.
Das bekannteste Beispiel ist Profibus (Process Field Bus), der universelle Feldbus, der breite Anwendung in der Ferti- gungs-, Prozess-, und Gebäudeautomatisierung findet. Profibus wurde durch Siemens und die Profibus-Nutzerorganisation entwickelt und in der internationalen Normenreihe IEC 61158 standardisiert. Profibus ermöglicht die Kommunikation von Ge¬ räten verschiedener Hersteller ohne besondere Schnittstellen- anpassungen. The best-known example is Profibus (Process Field Bus), the universal fieldbus that is widely used in manufacturing, process and building automation. Profibus was developed by Siemens and the Profibus user organization and standardized in the international standard series IEC 61158. Profibus allows communication of Ge ¬ boards from different manufacturers without any special interface adjustments.
Profibus legt die technischen Merkmale eines seriellen Feld¬ bussystems fest, mit dem verteilte digitale Automatisierungs¬ geräte von der Feldebene bis zur Zellenebene miteinander ver- netzt werden können. Profibus ist ein Multi-Master-System und ermöglicht dadurch den gemeinsamen Betrieb von mehreren Auto- matisierungs-, Engineering- oder Visualisierungssystemen mit den dezentralen Peripheriegeräten an einem Bus . Die Weiterentwicklung der Netzwerktechnik führte zum Einsatz von Ethernet basierten Netzwerken für die Datenübertragung. PROFINET {Process Field Network) ist der offene Industrial- Ethernet-Standard der PROFIBUS-Nutzerorganisation e. V. (PNO) für die Automatisierung. Profinet nutzt TCP/IP und IT- Standards, ist Echtzeit-Ethernet-fähig und ermöglicht die In¬ tegration von Feldbus-Systemen. Um die benötigte Garantie bezüglich Verfügbarkeit und Latenz sicherzustellen wurde früher oft proprietäre Ergänzungen von Ethernet verwenden. Dadurch wurden die benötigte Qualität der Datenübertragung und die Anforderungen an Latenz eingehalten. Profibus specifies the technical features of a serial field bus system ¬, up to cell level may be in crosslinked form of distributed digital automation ¬ apparatus of a field level with each other. Profibus is a multi-master system that enables the joint operation of several automation, engineering or visualization systems with the decentralized peripheral devices on one bus. The further development of network technology led to the use of Ethernet-based networks for data transmission. PROFINET {Process Field Network) is the open Industrial Ethernet standard of the PROFIBUS user organization e. V. (PNO) for automation. Profinet uses TCP / IP and IT standards, is real-time Ethernet-capable and allows the in ¬ tegration of fieldbus systems. In the past, to ensure the required availability and latency guarantees, proprietary Ethernet additions were often used. Thereby the required quality of data transmission and latency requirements were met.
In Industrienetzwerken spielt die Verfügbarkeit des Netzwer- kes eine entscheidende Rolle. Viele eigene Verfahren und Pro¬ tokolle (z.B. Media Redundancy Protocol MRP, Hybrid Routing Protocol HRP, enhanced Rapid Spanning Tree Protocol eRSTP, eRSTP+) wurden eingeführt um eine hohe Verfügbarkeit des Netzwerkes zu erreichen. Alle diese Mechanismen basieren auf der gezielten Aktivierung einer redundanten Verbindung im Fehlerfall . In industrial networks, the availability of the network plays a decisive role. Many proprietary processes and pro ¬ protocols (eg Media Redundancy Protocol MRP, Hybrid Routing Protocol HRP enhanced Rapid Spanning Tree Protocol eRSTP, eRSTP +) were introduced in order to achieve a high availability of the network. All these mechanisms are based on the targeted activation of a redundant connection in the event of an error.
Im Rahmen der Weiterentwicklung der Ethernet-Technologie erfolgte in der Networking TSN Arbeitsgruppe die Ergänzung von Mechanismen zur Erfüllung der benötigten Anforderungen von Industrieanwendungen . As the Ethernet technology evolved, the Networking TSN workgroup complemented mechanisms to meet the needs of industrial applications.
Time-Sensitive Networking (TSN) bezeichnet eine Reihe von Standards, an denen die Time-Sensitive Networking Task Group (IEEE 802.1) arbeitet. Die sich in der Standardisierung be- findlichen Standards definieren Mechanismen zur Übertragung von Daten über Ethernet-Netzwerke . Ein Großteil der Projekte definiert dabei Erweiterungen des Bridging-Standards  Time-sensitive networking (TSN) is a set of standards that the Time-Sensitive Networking Task Group (IEEE 802.1) uses. The standardization standards define mechanisms for the transmission of data over Ethernet networks. A large part of the projects defines extensions of the bridging standard
IEEE 802. IQ. Diese Erweiterungen adressieren vor allem die Übertragung mit sehr geringer Übertragungslatenz und hoher Verfügbarkeit. Mögliche Anwendungsbereiche sind konvergenteIEEE 802. IQ. These extensions mainly address the transmission with very low transmission latency and high availability. Possible application areas are convergent
Netzwerke mit Echt zeit-Audio/Video-Streams sowie insbesondere Echtzeit-Kontrollstreams, welche z. B. im Automobil oder in Industrieanlagen zur Steuerung verwendet werden. Die Einrichtung der Verbindungen im Ethernet Netzwerk erfolgt automatisch durch ein Reservierungsprotokoll (Multiple Stream Reservation Protocol, MSRP) . Dabei müssen alle benötigten Ressourcen reserviert werden um die Weiterleitung zu garantieren. Durch die Prüfung können Garantien für jede einzelne Übertragungsstrecke gegeben werden, mögliche Überlastszenarien werden automatisch verhindert. Durch MSRP wird die Reservierung basierend auf dem aktuellen Übertragungsweg durchge¬ führt . Bisher wird für jede einzelne Verbindung eine Reservierung ausgeführt. Das Protokoll zur automatischen Ressourcen Reservierung, MSRP, betrachtet bisher die Ressourcen entlang des zu verwendenden Pfades (vorgegeben bei Audio/Video Bridging, AVB durch RSTP) . Durch die Einrichtung des Streams (für die periodische Übertragung der Echt zeitdaten ) entlang des Pfades ist die Übertragung auf dem vorhandenen Pfad sichergestellt. Networks with real-time audio / video streams and in particular real-time control streams, which, for. B. in the automotive or industrial plants are used for control. The establishment of the connections in the Ethernet network is carried out automatically by a reservation protocol (Multiple Stream Reservation Protocol, MSRP). All required resources must be reserved to guarantee the forwarding. Guarantees can be given for each individual transmission link through the check; possible overload scenarios are automatically prevented. The reservation is Runaway ¬ leads based on the current transmission through MSRP. So far, a reservation is made for each individual connection. The Automatic Resource Reservation Protocol, MSRP, considers the resources along the path to be used (given by Audio / Video Bridging, AVB through RSTP). By establishing the stream (for the periodic transmission of the real-time data) along the path, the transmission on the existing path is ensured.
Eine Umschaltung des Netzwerkes auf einen Ersatzweg führt je¬ doch zum Abbau der Verbindung. Die Endanwendung muss die Verbindung nach der beendeten Umschaltung im Netzwerk erneut reservieren. Bis zum Abschluss der erneuten Reservierung entsteht eine Kommunikationsstörung für die Teilnehmer was insbesondere bei Echt zeitanwendungen zu Problemen führen kann. Switching over the network to a backup path leads, depending ¬ but to clear the connection. The end application must reserve the connection again after the switchover has ended in the network. Until the completion of the new reservation creates a communication disorder for the participants which can lead to problems especially in real time applications.
Das Multiple Stream Reservation Protocol, MSRP, berücksichtigt nur den aktiven Übertragungsweg. Das ist für generelle Netzwerke vorteilhaft, um nur in den betroffenen Geräten die wirklich benötigten Ressourcen zu reservieren. Alle nicht betroffenen Geräte erhalten die Beschreibung der Daten für den Fall, dass ein neuer Teilnehmer die Daten empfangen will. Erst nach der Anmeldung eines Empfängers am Netzwerk werden die Ressourcen auf dem Pfad zu diesem reserviert. The Multiple Stream Reservation Protocol, MSRP, only considers the active transmission path. This is advantageous for general networks, in order to reserve only in the affected devices, the resources really needed. All unaffected devices receive the description of the data in the event that a new subscriber wants to receive the data. Only after the registration of a recipient on the network resources are reserved on the path to this.
Industrienetzwerke sind speziell aufgebaut um einen geplanten Ersatzweg im Fehlerfall zu verwenden. Die Ressourcen müssen so ausgelegt sein, dass im Fall eines Umschaltens im Netzwerk weiterhin genügend Ressourcen zu Verfügung stehen würden. Dies wird typisch dadurch erreicht, dass jedes Netzwerkgerät genügend Ressourcen bereitstellen muss - eine Reservierung und Überprüfung von einzelnen Verbindungen findet in bisherigen Netzwerken jedoch nicht statt. Industrial networks are specially designed to use a planned replacement route in case of failure. The resources must be designed so that enough resources would remain available in the event of a network switch. This is typically accomplished by requiring each network device to provide enough resources - but reservation and verification of individual connections does not occur in legacy networks.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, welche es in dem beschriebenen Umfeld ermöglicht, eine Umschaltung der Verbindung durchzuführen ohne dabei die Verbindung komplett zu lösen und durch Reservie¬ rung neu aufzubauen. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß den Me malen des Patentanspruchs 1. It is therefore an object of the invention to provide a method and an apparatus which makes it possible in the described environment, to carry out a changeover of the connection without the compound to dissolve completely and rebuild by Reservie ¬ tion. This object is achieved by a method according to the Me paint of claim 1.
Diese Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 8.  This object is likewise achieved by a device according to the features of patent claim 8.
Das Verfahren zur Bandbreitenreservierung in einem Netzwerk, bestehend aus Netzelementen die gemäß dem Time Sensitive Net¬ work Standard nach IEEE 802.1 arbeiten, und bei dem beim Verbindungsaufbau zwischen einem sendenden und einem empfangenden Netzelement ein erster Übertragungsweg standardgemäß ge¬ prüft und die dafür benötigten Ressourcen in den Netzelementen reserviert werden, wobei in der Verbindungsaufbauphase zumindest ein zweiter, alternativer Datenübertragungsweg ge¬ prüft und die Ressourcen in den Netzelementen reserviert werden . The method for bandwidth reservation in a network, consisting of network elements that operate according to the Time Sensitive Net ¬ work standard according to IEEE 802.1, and in the connection establishment between a transmitting and a receiving network element, a first transmission standard by default checks ¬ ge and the resources required for the network elements are reserved, wherein in the connection establishment phase at least a second, alternative data transmission ge ¬ checks and the resources are reserved in the network elements.
Bei einem Bus System ist die Überprüfung der Bus Bandbreite ausreichend, es gab keine anderen Teilnehmer am Bus . With a bus system, checking the bus bandwidth is sufficient, there were no other participants on the bus.
Für Industrienetzwerke soll deswegen das Reservierungsschema vom Multiple Stream Reservation Protocol, MSRP geändert wer¬ den . Why should the reservation scheme of Multiple Stream Reservation Protocol for industrial networks, changed MSRP ¬ to.
An der Grenze zwischen Endgerät und Netzwerk (Edge-Port) wird jeder neue Stream mit den im gesamten Netzwerk maximal verfügbaren Ressourcen gegengeprüft . Sind zu wenige Ressourcen vorhanden, wird die Einspeisung in das Netzwerk verhindert. Die Ressourcenprüfung findet am Edge-Port statt. Dadurch ist eine Umschaltung im Netzwerk jederzeit möglich - die Prüfung der vorhandenen Ressourcen ist bereits durch am Edge-Port geprüft .  At the boundary between the end device and the network (edge port), each new stream is checked against the maximum resources available in the entire network. If there are too few resources, the feed-in into the network is prevented. The resource check takes place at the edge port. This makes it possible to switch over in the network at any time - the examination of existing resources is already checked by the edge port.
Ein Layering ermöglicht die Abbildung von lokalen Automatisierungszellen und den Anschluss an ein Backbone Netzwerk. Dadurch können Netzwerke mit einer unterschiedlichen Leistungsfähigkeit kombiniert werden. Am Übergang der Netzwerke entsteht ein Edge-Port für das überlagerte / benachbarte Seg¬ ment. Lokale Streams benötigen nur Ressourcen in der Automatisierungszelle. Streams welche in eine andere Zelle übertra- gen werden, benötigen Ressourcen in den lokalen Zellen und zusätzlich im Backbone (Basisnetz) Netzwerk. Layering enables mapping of local automation cells and connection to a backbone network. This allows networks with a different performance to be combined. At the transition of the networks an edge port for the superimposed / neighboring Seg ¬ ment arises. Local streams only need resources in the automation cell. Streams that have been transferred to another cell need resources in the local cells and additionally in the backbone (base network) network.
Durch das neue Layering Konzept wird eine unabhängige Um- schaltung in jeder Ebene / Instanz ermöglicht. Die reservierten aber aktuell nicht verwendeten Ressourcen können bei TSN für Nicht-Echtzeitdaten verwendet werden, sind also nicht verschwendet. Nur im Fehlerfall werden sie gegebenenfalls für die Übertragung der Echtzeitdaten verwendet. The new layering concept enables independent switching in every level / instance. The reserved but currently unused resources can be used with TSN for non-real-time data, so they are not wasted. They may only be used for the transmission of real-time data in the event of an error.
Die Bandbreite wird nicht mehr für den aktiven Weiterlei- tungspfad in jeder Bridge betrachtet, sondern pro Zelle / Netzwerksegment. Bisher erfolgt eine Reservierung nur entlang des gerade aktiven Weiterleiteweges. The bandwidth is no longer considered for the active forwarding path in each bridge, but per cell / network segment. So far, a reservation is made only along the currently active forwarding path.
In Industrienetzwerken ist diese flächige Reservierung vorteilhaft - da diese speziell darauf ausgelegt sind im Fehler¬ fall schnell einen Ersatzweg mit genügend Ressourcen zu bie¬ ten. Durch die Prüfung der Bandbreite mit einem Protokoll erfolgt ein automatischer Zugangsschutz. Das Netzwerk kann nicht mehr durch Echtzeitdaten überlastet werden. This area reservation is advantageous in industrial networks - because they are designed specifically to error ¬ falling rapidly an alternate route with sufficient resources to bie ¬ th By testing the bandwidth with a protocol, an automatic access control takes place.. The network can no longer be overloaded by real-time data.
Die Umschaltung des Weiterleitungspfades (Übertragungsweg der Daten) erfolgt unabhängig von der Ressourcenbetrachtung. Dadurch ist bei einer Pfadänderung keine erneute Reservierung notwendig. Solange im Netzwerk ein möglicher alternativer Pfad existiert, kann dieser verwendet werden. Dadurch können die existierenden Verfahren zur schnellen Umschaltung in Industrienetzwerken wie z. B. MRP weiterhin eingesetzt werden. Eine Verwendung der neuen Umschalt-Redundanzkonzepte wird er¬ möglicht (z.B. Mechanismen wie Intermediate System to Inter- mediate System IS-IS SPB, Fast-Reroute, ..), da die Reservie¬ rung für alle existierenden Alternativwege bereits geprüft wurde . The switching of the forwarding path (transmission path of the data) takes place independently of the resource consideration. As a result, no reservation is necessary when changing the path. As long as a possible alternative path exists in the network, it can be used. This allows the existing methods for fast switching in industrial networks such. B. MRP continue to be used. Use of the new Shift redundancy concepts it is ¬ enables (eg mechanisms such as Intermediate System to Intermediate System IS-IS SPB, Fast Reroute, ..) because the Reservie ¬ tion has already been tested for all existing alternative routes.
Im Folgenden wird die Erfindung noch durch Figuren verdeutlicht . Dabei zeigt In the following, the invention is illustrated by figures. It shows
Figur 1 eine Ring-Topologie mit MRP als Redundanzverfahren im Normalzustand, Figur 2 eine Ring-Topologie mit MRP als Redundanzverfahren im Fehlerfall mit Unterbrechung, FIG. 1 shows a ring topology with MRP as the redundancy method in the normal state, FIG. 2 shows a ring topology with MRP as a redundancy method in the event of a fault with interruption,
Figur 3 eine typische Ringtopologie wie sie in industriellen Netzwerken üblich ist,  Figure 3 shows a typical ring topology as is common in industrial networks,
Figur 4 eine Ringtopologie mit Flächenreservierung, und Figur 5 ein Beispiel mit mehreren Netzsegmenten. FIG. 4 shows a ring topology with area reservation, and FIG. 5 shows an example with several network segments.
Figur 1 zeigt eine übliche Ring-Topologie in einem Netzwerk 1, welches aus Netzelementen 11 bis 18 besteht, sowie einem Redundanzmanager RM. Als Routingverfahren wird das MediaFigure 1 shows a conventional ring topology in a network 1, which consists of network elements 11 to 18, and a redundancy manager RM. As a routing method is the media
Redundancy Protokoll MRP bzw. das Hybrid Routing Protocol HRP verwendet . Das kleine X unterhalb dem Redundanzmanager zeigt eine gezielte Unterbrechung in der Ringtopologie an, um eine redundante Übertragung von Datenpaketen auf zwei redundanten Datenwegen zu verhindern durch Blockierung des Ausgangsports Richtung Netzelement 15. Redundancy Protocol MRP or Hybrid Routing Protocol HRP used. The small X below the redundancy manager indicates a targeted interrupt in the ring topology to prevent redundant transmission of data packets on two redundant data paths by blocking the output port towards the network element 15.
In Figur 2 ist die Unterbrechung „x" dann als Fehlerfall im Ring dargestellt, somit gibt es zu jedem Netzelement in dem Ring nur einen möglichen Weg. In Figure 2, the interruption "x" is then represented as an error case in the ring, thus there is only one possible way to each network element in the ring.
Figur 3 zeigt nun ein typisches Netzwerk für eine industriel¬ len Anlage, wobei sich diese dadurch auszeichnet, dass ein Steuerungselement 3 (die PLC, Programmable Logic Controller) über eine Bridge 2 mit den Netzelementen 31 bis 38 kommuniziert, indem Sensordaten und Messwerte zur Steuerung hin und Steuerungsdaten von der Steuerung weg übertragen werden. Dies geschieht nach den bekannten, oben beschriebenen Prinzipien gemäß TSN / AVB Standard mit Datenpaketen in Zeitfenstern. Die Ressourcen, also insbesondere der benötigte Speicherbe¬ darf in den Ein- und Ausgangswarteschlangen und Rechenkapazität für die Vermittlung und Weiterleitung, in den Netzelementen 31 bis 38 werden vorab bei Verbindungsaufbau reserviert. Figur 4 zeigt nun eine andere Sichtweise auf das bekannte Netzwerk, hier wird der Pfad nicht als Abfolge einzelnerFigure 3 shows a typical network for a industriel ¬ len installation, wherein these are characterized in that a control element 3 (the PLC, Programmable Logic Controller) via a bridge 2 to the network elements 31 to 38 by the sensor data and measured values for controlling and control data is transmitted away from the controller. This is done according to the known principles described above according to TSN / AVB standard with data packets in time windows. The resources, thus in particular the required Speicherbe ¬ may be used in the input and output queues and computing capacity for the switching and routing in the network elements 31 to 38 are reserved in advance during connection establishment. Figure 4 now shows a different view of the known network, here the path does not become a sequence of individual
Netzelemente auf dem Weg vom Sender zum Empfänger (also quasi Eindimensional) sondern als alle möglichen Wege vom Sender zum Empfänger innerhalb eines Netzwerks oder Segments begrif- fen (flächig oder zweidimensional, 2) und als „Summenreservierung" in den einzelnen Netzelementen durchgeführt, es wird also in jedem Netzelement eine Reservierung für potentielle Übertragungen / mögliche Verbindungen zwischen Sender und Empfänger reserviert - im Rahmen der maximalen verfügbaren Bandbreite des Netzelements. Network elements on the way from the sender to the receiver (quasi one-dimensional) but as all possible paths from the sender to the receiver within a network or segment. fen (flat or two-dimensional, 2) and performed as a "sum reservation" in the individual network elements, so it is reserved in each network element a reservation for potential transmissions / possible connections between the sender and receiver - within the maximum available bandwidth of the network element.
Figur 5 zeigt eine Verknüpfung von drei Netzwerken Nl, N2, N3 über ein Backbone BB, wobei es sich bei den drei Netzwerken jeweils um Netzwerke wie das in Figur 4 dargestellten handelt. Die drei Netzwerke Nl, N2, N3 sind jeweils über „Edge- Ports" 20, 30 , 29, 49 miteinander über den Backbone ver¬ knüpft . FIG. 5 shows a connection of three networks N1, N2, N3 via a backbone BB, the networks in each case being networks such as that illustrated in FIG. The three networks Nl, N2, N3 are ver linked in each case via ¬ "Edge ports" 20, 30, 29, 49 to each other via the backbone.
Eine erfindungsgemäße Reservierung innerhalb eines der Netz¬ werke Nl bis N3 hat dann auch Auswirkungen auf die Reservie¬ rungen im den Ressourcen des Backbone. A reservation invention within a network ¬ works Nl to N3 then has an impact on the Reservie ¬ stakes in the resources of the backbone.
Die Reservierungen sehen dann wie folgt aus The reservations will look like this
Netzwerke Nl, N2 N3 umfassen die im eigenen Netzwerk reservierte Bandbreite plus jeweils einem Teil Reservierungen für Bandbreite von extern. Die Reservierungen im Backbone umfas¬ sen alle daran angeschlossenen Netzwerke. Networks N1, N2 N3 comprise the reserved bandwidth in their own network plus one part of each external bandwidth reservations. The reservations in the backbone umfas ¬ sen all attached networks.
Das beschriebene Vorgehen hat natürlich den Nachteil, dass in den Netzelementen Reservierungen vorgenommen werden, die im besten Fall (dann nämlich, wenn bei der Übertragung kein Fehler passiert und die Datenpakete über den optimalen Weg über¬ tragen werden können) nie benötigt werden. Dies führt dazu, dass die Übertragungskapazität des Netzes durch „Blind"- Reservierungen niedriger ist als bei den bislang bekannten Verfahren . Of course, this approach has the disadvantage that reservations be made in the network elements, which in the best case (namely, when happens in the transfer no error and the data packets can be worn over the optimal path through ¬) are required before. This means that the transmission capacity of the network through "blind" reservations is lower than in the previously known methods.
Jedoch ist es bei manchen Anwendungen wichtiger, dass eine Datenübertragung sicher und zeitgerecht durchgeführt werden kann, ein Verbindungsabbau und -Neuaufbau incl . neuer Reser¬ vierungsverhandlungen in den Netzelementen ist zu zeitaufwendig und würde im schlechtesten Fall zu störenden Effekten in den auf einer industriellen Anlage laufenden Verfahren führen, was bei manchen Anwendungen nicht akzeptabel ist. However, in some applications it is more important that data transfer can be done safely and on time, disconnecting and rebuilding incl. new Reser ¬ vierungsverhandlungen in the network elements is too time consuming and would result in the worst case to disturbing effects in the running for an industrial plant process, which is not acceptable for some applications.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Bandbreitenreservierung in einem Netzwerk (1), bestehend aus Netzelementen (31, 32, ... 38) welche gemäß dem Time Sensitive Network Standard nach IEEE 802.1 arbeiten, wobei beim Verbindungsaufbau zwischen einem sendenden und ei¬ nem empfangenden Netzelement (31, 32, ... 38) ein erster Übertragungsweg standardgemäß geprüft und dafür benötigte Res¬ sourcen in den Netzelementen reserviert werden, 1. A method for bandwidth reservation in a network (1), consisting of network elements (31, 32, ... 38) which operate according to the Time Sensitive Network Standard according to IEEE 802.1, wherein when establishing a connection between a transmitting and ei ¬ nem receiving network element ( 31, 32, ... 38), a first transmission standard and tested in accordance with this required Res ¬ resources are reserved in the network elements,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
in der Verbindungsaufbauphase zumindest ein zweiter, alterna¬ tiver Datenübertragungsweg geprüft, und die Ressourcen in den Netzelementen reserviert werden. at least a second, alterna ¬ tiver data transmission path checked in the connection setup phase, and the resources are reserved in the network elements.
2. Verfahren gemäß Patentanspruch 1, 2. Method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das Vorgehen der Reservierung gemäß dem MSRP - Message Sessi¬ on Relay Protocol ausgeführt wird. the procedure of the reservation according to the MSRP - Message Sessi ¬ on Relay Protocol is executed.
3. Verfahren gemäß einem der vorherigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
das Netzwerk (1) eine Ringstruktur aufweist. the network (1) has a ring structure.
4. Verfahren gemäß einem der vorherigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
das Netzwerk aus mehreren Teil-Netzwerken (Nl, N2, N3) besteht, welche über ein Backbone (BB) miteinander verbunden sind . the network consists of several sub-networks (Nl, N2, N3), which are connected to each other via a backbone (BB).
5. Verfahren gemäß einem der vorherigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
eine Ressourcen-Prüfung in allen verfügbaren Netzelementen (31, ... 38) durch den Edge-Port zwischen Endgerät (2, 20, 30, 29, 39) und Netzwerk (1) oder einem Teil-Netzwerk (Nl, N2, N3) erfolgt, und bei negativem Prüfergebnis eine Übertragung der Daten in das Netzwerk verhindert wird. a resource check in all available network elements (31, ... 38) through the edge port between terminal (2, 20, 30, 29, 39) and network (1) or a sub-network (Nl, N2, N3 ) and, if the test result is negative, transmission of the data to the network is prevented.
6. Verfahren gemäß einem der vorherigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
bei Änderung des Übertragungsweges zwischen einem sendenden und einem empfangenden Netzelement (31, 32, ... 38) nach dem Verbindungsaufbau keine erneute Prüfung der Ressourcen erfor¬ derlich . When changing the transmission path between a transmitting and a receiving network element (31, 32, ... 38) after connection establishment no re-examination of the resources neces ¬ sary.
7. Verfahren gemäß einem der vorherigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
die reservierten Ressourcen in dem Netzelement anderweitig benutzt werden dürfen, sofern sie nicht für die Datenübertra¬ gung in dem Netzwerk benötigt werden. the reserved resources can be used elsewhere in the network element, unless they are required for Datenübertra ¬ supply in the network.
8. Vorrichtung geeignet und eingerichtet zur Bandbreitenre¬ servierung in einem Netzwerk (1), das aus Netzelementen (31, 32, ... 38) besteht, welche gemäß dem Time Sensitive Network Standard nach IEEE 802.1 arbeiten, 8. suitable apparatus and adapted to Bandbreitenre ¬ Serving in a network (1), which (31, 32, ... 38) consisting of network elements that operate in accordance with the Time Sensitive Network Standard IEEE 802.1,
wobei beim Verbindungsaufbau zwischen einem sendenden und ei¬ nem empfangenden Netzelement (31, 32, ... 38) durch die Vorrichtung ein erster Übertragungsweg standardgemäß geprüft und dafür benötigte Ressourcen in den Netzelementen reserviert werden, und in der Verbindungsaufbauphase zumindest ein zwei¬ ter, alternativer Datenübertragungsweg geprüft, und die Res¬ sourcen in den Netzelementen reserviert werden. wherein when establishing a connection between a sending and ei ¬ nem receiving network element (31, 32, ... 38) by default tested a first transmission path through the apparatus and it needed to be reserved resources in the network elements, and in the connection setup phase, at least a two ¬ ter, tested alternative data transmission path, and the resources are reserved in the network elements ¬ .
9. Vorrichtung geeignet und eingerichtet zur Durchführung ei¬ nes der Verfahren gemäß den Merkmalen eines der Patentansprüche 2 bis 7. 9. Device suitable and arranged for performing ei ¬ nes of the method according to the features of one of the claims 2 to 7.
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