WO2020224774A1 - Method for configuring a communications network for the cyclical transmitting of messages - Google Patents

Method for configuring a communications network for the cyclical transmitting of messages Download PDF

Info

Publication number
WO2020224774A1
WO2020224774A1 PCT/EP2019/061832 EP2019061832W WO2020224774A1 WO 2020224774 A1 WO2020224774 A1 WO 2020224774A1 EP 2019061832 W EP2019061832 W EP 2019061832W WO 2020224774 A1 WO2020224774 A1 WO 2020224774A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
message
data
network
messages
nwm2
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/061832
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Fischer
Stephan Höme
Konstantin Jung
Sven Kerschbaum
Marcel Kiessling
Frank Volkmann
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to PCT/EP2019/061832 priority Critical patent/WO2020224774A1/en
Publication of WO2020224774A1 publication Critical patent/WO2020224774A1/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/01—Protocols
    • H04L67/12—Protocols specially adapted for proprietary or special-purpose networking environments, e.g. medical networks, sensor networks, networks in vehicles or remote metering networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/50—Network services
    • H04L67/55—Push-based network services

Definitions

  • the invention relates to a method for configuring an industrial real-time-capable communication network for the cyclical transmission of messages and an industrial real-time-capable communication network.
  • a typical industrial communication network comprises a message source as a sender, at least one message sink as a receiver and at least one network component as the respective connecting element between the sender and receiver (s).
  • data is taken from a model on the side of the message source (so-called publisher), packed into respective groups of the model and sent as messages (so-called network messages).
  • a respective message sink receives the messages and checks which of the groups he has subscribed to and uses the corresponding information from the messages.
  • Groups that are not relevant for a given message sink are discarded by the message sink when the message is received. A load on the message sink is thus reduced by discarding groups that are not required.
  • the communication network is burdened by the unnecessary transmission of unnecessary information. This additional load has so far been accepted at the expense of the communication network, which, however, increases its costs and has a negative effect on the real-time capability of data transmission with regard to latency times and / or jitter.
  • the object of the invention is to specify a method for configuring an industrial, real-time-capable communication network for the transmission of messages and an industrial real-time-capable communication network, which are functionally and / or structurally improved in such a way that the load on the communication network during cyclical transmission of messages is kept as low as possible.
  • a method for configuring an industrial real-time-capable communication network for the cyclical transmission of messages.
  • a respective message comprises one or more data records.
  • the communication network comprises a message source, at least one message sink and at least one network component as a component for forwarding messages.
  • the message source is designed to generate messages and send them cyclically (ie according to OPC UA Part 14 PubSub configuration).
  • the at least one message sink is designed to receive and process the messages.
  • At least one network component receives the messages from the message source or one of the network components and forwards them to the at least one message sink or one of the network components.
  • the method comprises the determination of a network topology of the communication network to determine the physical arrangement of the components connected to one another via a transmission medium, namely the message source, the at least one network component and the at least one message sink. It is determined which or which of the data records a respective one of the message sinks would like to receive (ie subscribe to). The respective data paths are then determined from the message source to the respective message sink for the transmission of the data records subscribed to by a respective message sink. Finally, the data records are grouped in several different messages based on the determined data paths, whereby the several different messages are sent cyclically in a respective data stream along different data paths or data path sections during operation of the communication network. As a result, each of the several different messages thus comprises one or more data records.
  • an industrial real-time capable communication network which is designed for the cyclic transmission of messages.
  • a respective message comprises one or more data records.
  • the communication network comprises a message source, which is designed to generate messages and to send them out cyclically, at least one message sink, which is designed to receive and process messages, and at least one network component as a message relaying component that sends messages from the message source or one of the network components receives and forwards to the at least one message sink or one of the network components.
  • the communication network is designed to provide a network topology of the communication network to determine the physical arrangement of the components connected to one another via a transmission medium, namely the message source, the at least one network component and the at least one message sink, determine.
  • the communication network is further designed to determine which or which of the data records a respective one of the message sinks would like to receive (ie subscribe to). Furthermore, the communication network is designed to determine respective data paths from the message source to the respective message sink for the transmission of the data records subscribed to by a respective message sink and to group the data records in several different messages based on the determined data paths, which in operation of the communication network the several different messages are sent cyclically in a respective data stream along different data paths or data path sections.
  • the proposed invention makes it possible to eliminate unnecessary data traffic from the communication network at an early stage.
  • an understanding of the interconnected components is developed based on the network topology of the communication network.
  • the data paths are determined via which the data records subscribed to by the message sinks must be transmitted. This allows the data records to be grouped in different messages that are routed to the message sinks via at least partially different data paths. This means that unnecessary data traffic can be limited to the smallest possible part of the communication network.
  • the communication network is based on the OPC UA PubSub standard.
  • the message source is designed to generate the messages in accordance with the OPC UA PubSub standard.
  • PubSub takes data from a model from the message source, packs it into respective data records and sends it via the messages.
  • the message sinks receive the messages and check the data records they have subscribed to using the PublisherID and WriterGroupID.
  • the determination of the network topology is preferably based on the TSN (Time Sensitive Network) standard.
  • TSN assumes that the communication network has an understanding of the data paths, since these are determined within the framework of TSN itself. The step of determining the network topology can thus be implemented using the known mechanisms of TSN. However, TSN has no understanding of the content of the messages and the data transmitted via the data paths.
  • a mechanism can be implemented which enables one-time defined dynamic paths for content contained in different messages. As a result, a transmission to message sinks not registered with the message source is prevented by network mechanisms.
  • the grouping of the data records in different messages according to the data paths resulting from the network topology, which are transmitted in a respective data stream, can be done by mechanisms of OPC UA PubSub.
  • the messages form logical units of data records. Individuals of the message sinks that receive a specific data stream with one of the various messages can conventionally have subscribed to part or all of the data sets and process them after they have been received.
  • the grouping of the data records in the various messages determines how great the overhead is that is transmitted to the message sinks in the course of the transmission of the data stream.
  • the amount of overhead is reduced by grouping the data records depending on the network topology. For example, the subscriptions of all message sinks that are connected to a specific network component can be served with a message in which the required data records are grouped. This means that only a data stream needs to be set up to this network component to which the message sinks are connected.
  • the grouping of the data records includes data records which pass through a number of data path sections together are packaged in a common message.
  • the number of data path sections to be traversed together can in principle be selected as desired. Depending on the network topology, it can already be sufficient if the data records contain exactly one data path section, i.e. a connection path between two components, traversed together. If this leads to too large a number of different messages and a correspondingly large number of data streams, the number of data path sections to be traversed together can also be selected to be larger. As a rule, this means that a message comprises a larger number of data records.
  • a further expedient embodiment provides that the grouping of the data records includes data records which, after a, in particular first, data path branching through a number of data path sections together, are packaged in a common message.
  • a data path branch is understood to mean the sending of a message or a data stream via at least two different paths.
  • Another embodiment provides that a respective data path is determined for the respective data streams in which the multiple different messages are transmitted cyclically and forwarding information is stored in the network components. This can be achieved, for example, by using known forwarding tables or by appropriately set up filters in the network components.
  • a data record identifier can be processed as forwarding information, each data record in the respective message being provided with a data record identifier.
  • the data record identifiers can be used to forward the messages containing data records on the data path which are of importance for a relevant message sink, i.e. have been subscribed to by this.
  • the filtering can therefore take place either through a filter implemented in software or in hardware.
  • a further expedient embodiment provides that the grouping of the data records takes place on the basis of identifiers of the network components, the data records that are subscribed to by network sinks connected to a certain network component are grouped in a message. As a result, there is a network topology-dependent grouping of the data records in the messages, which leads to less unnecessary data transmission and thus less resource consumption in the network.
  • Another expedient embodiment provides that the data records are grouped on the basis of device names of the network components. In hierarchical communication networks, the device designation can be used to form the messages, since this, for example when using the communication network in an industrial plant, relates to the respective location of the devices and is assigned hierarchically. Components can be grouped for a particular location, e.g. machine 1, using the name. In the communication network, this leads to a lower network load or to a lower consumption of resources, since the components of a machine mainly communicate with one another in order to perform a machine-specific task.
  • the invention also includes a method for the cyclical transmission of messages in a communications network configured according to the invention.
  • a computer program product which can be loaded directly into the internal memory of a digital computer and comprises software code sections with which the steps of the method described herein are carried out when the product is running on the computer.
  • the computer program product may be in the form of a physical storage medium, e.g. a USB memory stick, a DVD, a CD-ROM, a flash memory and the like, be embodied.
  • the computer program product can likewise be designed in the form of a signal that can be loaded via a wireless or wired network.
  • the industrial real-time-capable communication network already described can also include further means which allow the execution of expedient or preferred embodiments of the method according to the invention individually or in any combination.
  • the invention is explained in more detail below with reference to the description of an exemplary embodiment in the drawing. Show it :
  • Fig. 1 is a schematic representation of an industrial plant
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the industrial communication network shown in FIG. 1, in which a data stream is transmitted according to a first embodiment variant of the method according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of the industrial communication network shown in FIG. 1, in which a data stream is transmitted in accordance with a second embodiment variant of the method according to the invention.
  • FIG. 4 shows a flow chart illustrating the implementation of the steps of the method according to the invention.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an exemplary, simple industrial real-time-capable communication network 1.
  • messages NWM are transmitted cyclically in a data stream in a conventional manner from a transmitter to a receiver.
  • the communication network 1 comprises as a transmitter a message source 10, which is also referred to as a publisher.
  • the message source 10 is designed to generate messages NWM and to send them out cyclically.
  • Each of the messages NWM sent out in the data stream by the message source 10 comprises a number of data records DS.
  • the cyclical transmission of a plurality of messages NWM is referred to as a data stream.
  • the number of data records DS in a message NWM can in principle be arbitrary, ie 2 or greater. in the In the present exemplary embodiment, it is assumed that a respective message NWM comprises four different data records “1”, “2”, “3” and “4”, which for the sake of simplicity are referred to below as DS1, ..., DS4.
  • the communication network 1 comprises as a recipient of the messages NWM, for example, four message sinks 15, 16, 17,
  • the number of message sinks can also be greater or less than four.
  • the message sinks 15, 16, 17, 18 are designed to receive the messages NWM contained in the data stream and to process the data records DS contained in the messages NWM or only part of the data records DS.
  • the message sinks 15, 16, 17, 18 are not directly connected to the message source 10. Rather, a number of network components 12, 13, 14 is provided as a switching or forwarding component that connects the message source 10 and the messages lower 15, 16, 17, 18 in the communication network 1.
  • the network components 12, 13, 14 are e.g. Bridges. Via the network components 12,
  • the network component 12 is connected to the message source 10.
  • the network components 13 and 14 are also connected to the network component 12.
  • the message sink 15 is connected to the network component 13.
  • the message sinks 16, 17, 18 are in turn connected to the network component 14 in the downstream direction of the data stream.
  • the cyclical transmission of the NWM messages in the communication network 1 takes place in a communication according to the OPC UA PubSub standard.
  • the data records DS1, ..., DS4 are determined according to a model not shown by the message source 10, packed into the message NWM and as a data stream, ie as a cyclic sequence of messages NWM with all data records DS1, ..., DS4, sent out.
  • the messages NWM are transmitted from the message source 10 as broadcast messages to the network component 12 in a cyclical sequence.
  • the network component 12 in turn transmits the messages NWM to the network components 13, 14.
  • the network components 13 and 14 in turn transmit the messages NWM to the message sinks 15 or 16, 17, 18.
  • the messages NWM are forwarded unchanged from the network components 12, 13, 14 to the components connected downstream.
  • the message sinks 15, 16, 17, 18 take the messages from NWM and check which data records DS are subscribed to by them, ie are to be received.
  • the message sink 15 has, for example, subscribed to the data record DS3, which is symbolized by the number "3" in the message sink 15.
  • the message sink 16 has subscribed to the data record DS1 (symbolized by "1").
  • the message sink 17 has subscribed to the data record DS2 (symbolized by “2”).
  • the message sink 18 has subscribed to the data record DS4 (symbolized by “4”). Although each message sink has only subscribed to one data record in the selected exemplary embodiment, at least some of the message sinks could also have subscribed to several or all of the data records. In the respective message sink 15, 16, 17, 18, the data records not subscribed to are discarded. This means that the message sink 15 discards the data records DS1, DS2 and DS4, the message sink 16 discards the data records DS2, DS3, DS4, the message sink 17 discards the data sets. ze DS1, DS3, DS4, and the message sink 18 discards the data records DS1, DS2, DS3.
  • the communication network 1 is subjected to a high data load.
  • Fig. 2 shows the procedure according to the invention, which allows the cyclical transmission of the data records subscribed to by the message sinks 15, 16, 17, 18 with a reduced network load.
  • the topology of the communication network 1 shown in FIG. 2 corresponds to the topology described in connection with FIG. 1.
  • the communication network 1 shown in Fig. 2 also uses communication via OPC UA PubSub, i.e. the Nachrich tenario 10 sends in a cyclical sequence messages with data records contained therein as a data stream.
  • the data records are grouped in different messages NWM1, NWM2, which are sent out by the message source 10 in associated different data streams.
  • NWM1, NWM2 which are sent out by the message source 10 in associated different data streams.
  • there is a grouping in two different messages with the number of different messages also being greater than two.
  • NWM2 takes place depending on the topology of the communication network 1 and the data records subscribed to by the network sinks 15, 16, 17, 18. As a result, the network load can be reduced.
  • the configuration of the communication network 1 takes place once - provided there are no changes to the topology of the communication network 1 by adding or removing components and provided no changes are made to the subscriptions made by the network sinks 15, 16, 17, 18 , e.g. when commissioning communication network 1. The implementation of this procedure is described below.
  • a first step S1 the network topology of the communication network 1 is determined to determine the physical arrangement of the components connected to one another via a transmission medium (line or wireless communication link), namely the message source 10, the at least one network component 12 , 13, 14 and the at least one message sink 15, 16, 17, 18.
  • a transmission medium line or wireless communication link
  • the network topology can be determined using the TSN (Time Sensitive Network ) are based.
  • a next step S2 it is determined which or which of the data records a respective one of the message channels 15, 16, 17, 18 would like to receive, i.e. which or which of the data records DS1, ..., DS4 is subscribed to by a respective message sink 15, 16, 17, 18.
  • an understanding of the content required by the message sinks 15, 16, 17, 18 is determined.
  • the message sink 15 has subscribed to the data record DS3, the message sink DS1, the message sink 17 to the data record DS2 and the message sink 18 to the data record DS4.
  • the configuration of the message source or message sinks can e.g. by means of method calls in the OPC UA server of the device or by means of a configuration file (bin file). This makes it possible to determine which device publishes or subscribes to which data records.
  • Steps S1 and S2 can be carried out once by a higher-level processing unit (not shown) or after each change in the network topology due to the addition or removal of components.
  • the superordinate arithmetic unit can, as part of step S2, For example, actively query the data sets required by the message sinks 15, 16, 17, 18 (ie subscribed to) or receive the information from them as part of an initiation step. Alternatively, the information about which data records DS1, ..., DS4 are to be received by a respective message sink 15, 16, 17, 18 from the corresponding processing units of the network components 12, 13,
  • a third step S3 the respective data paths are determined from the message source 10 to the respective message sinks for the transmission of the data records DS1,..., DS4 to which a respective message sink 15, 16, 17, 18 subscribes.
  • a respective data path is determined for each message sink and the data record or records to which it is subscribed.
  • step S4 the data records DS1, ..., DS4 are grouped into several different messages based on the data paths determined.
  • the communication network 1 is in operation, several different messages NWM1, NWM2 are sent out cyclically in a respective data stream along different data paths or data path sections.
  • This step can, if necessary, require feedback on the message source (publisher) and / or message sinks (subscriber). That is, their configuration is adjusted according to the optimization described.
  • the data path for the data record DS3 to which the message sink 15 subscribes to runs from the message source 10 via the network component 12 and the network component 13 to the message sink 15.
  • the message sinks 16, 17, 18 each have subscribed to different data sets (DS1 or DS2 or DS4) that are different from the message sink 15.
  • all of the message sinks 16, 17, 18 are connected to the network component 14, which in turn is connected to the network component 12 in the upstream direction.
  • the data records DS1, DS2, DS4 there are therefore common data path sections between the message source 10 and the network component 12 and between the network component 12 and the network component 14.
  • the data record DS3 is grouped in the message NWM1 and the data records DS1, DS2, DS4 are grouped in the message NWM2, which is different therefrom.
  • the message NWM1 is sent out on a first data path (comprising message source 10, network component 12, network component 13, message sink 15) and the message NWM2 on a second data path (comprising message source 10, network component 12, network component 14).
  • first data path comprising message source 10, network component 12, network component 13, message sink 15
  • the message NWM2 on a second data path (comprising message source 10, network component 12, network component 14).
  • the message sinks 16, 17, 18 each receive the message NWM2, which includes the three data records DS1, DS2, DS4. Depending on their respective subscription, they use the data set DS1 or DS2 or DS4 intended for them and discard the other data sets in a known manner.
  • the creation of the data paths can be implemented using common mechanisms such as forwarding tables or filter mechanisms.
  • a filtering can take place, for example, on the basis of the data record identifiers contained in the data records DS1, ..., DS4.
  • the data record identifiers are then processed in filters of the network components 12, 13, 14 as filter criteria.
  • the filters can be implemented in software or in hardware. For example, a corresponding number of filters can match the number of messages corresponds to be provided in the respective network components. In the embodiment shown in FIG. 2, it is sufficient if the filters are only provided in the network component 12 in which the two data streams that cyclically send out the different messages NWM1, NWM2 branch.
  • the messages NWM1, NWM2 can alternatively also be grouped on the basis of identifiers of the network components, the data records to which network sinks connected to a specific network component are subscribed to are grouped in one message. This is the case in the present exemplary embodiment according to FIGS. 2 and 3.
  • the device names can provide data on a particular location, e.g. of a machine. This leads to a lower network load or to a lower consumption of resources in the higher-level network.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment based on the same network topology, in which further filtering of the message NWM2 is provided in the network component 14 in order to reduce the network load.
  • This filtering enables the content contained in the message NWM2 to be reduced, so that only those data records to which the message sinks 16, 17, 18 subscribed were forwarded to them.
  • the filtering can take place based on the previously determined network topology and knowledge of the data records required by the message sinks.
  • a filter can be determined for the network component 14, according to which the network component 14 only forwards the required data records DS1, DS2, DS4 in a "filtered" message NWM2 F to the directly connected message sinks 16, 17, 18 from the news sink 16 data records DS2, DS4 not required or the data records DS1, DS4 not required by the message sink 17 or the data records DS1, DS2 not required by the message sink 18 are not carried out.
  • the filtering can be carried out in a simple manner by means of the data record identifier already mentioned. The data record identifier is then processed as a filter criterion in filters set up accordingly.

Abstract

The invention relates to a method for configuring an industrial real-time-capable communications network for the cyclical transmitting of messages (NWM1, NWM2), each comprising one or more data sets (DS1, ..., DS4). The communications network (1) comprises a message source (10) for generating and sending the messages (NWM1, NWM2), at least one message sink (16, 17, 18) for receiving the messages (NWM1, NWM2), as well as at least one network component (12, 14) which forwards messages (NWM1, NWM2) from the message source to the message sinks. The configuring comprises determining (S1) a network topology of the communications network (1) for determining the physical arrangement of the network source, the at least one network component and the at least one message sink, all connected to one another via a transmission medium. It is determined (S2) which of the data sets in the data stream a respective one of the message sinks wants to receive. In addition, respective data paths from the message source (10) to the respective message sinks are determined (S3) for the transmitting of the data sets subscribed to by a respective message sink. Then the grouping (S4) of the data sets into multiple different messages (NWM1, NWM2) takes place based on the determined data paths, whereby, during operation of the communications network (1), a cyclical sending of the multiple different messages (NWM1, NWM2) occurs in a respective data stream along different data paths.

Description

Beschreibung description
Verfahren zum Konfigurieren eines Kommunikationsnetzwerks für das zyklische Übertragen von Nachrichten Method for configuring a communication network for the cyclical transmission of messages
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Konfigurieren eines industriellen Echtzeit-fähigen Kommunikationsnetzwerks für das zyklische Übertragen von Nachrichten sowie ein industri elles Echtzeit-fähiges Kommunikationsnetzwerk. The invention relates to a method for configuring an industrial real-time-capable communication network for the cyclical transmission of messages and an industrial real-time-capable communication network.
Bei industriellen Kommunikationsnetzwerken ist man bestrebt, dieses bei der Übertragung von Daten möglichst wenig zu be lasten. Dies soll insbesondere dadurch erreicht werden, dass unnötige Daten erst gar nicht über das Kommunikationsnetzwerk übertragen werden. Nur dadurch können eine angestrebte Echt zeit-Fähigkeit und die Einhaltung von damit verbundenen Kri terien zuverlässig erreicht werden. In industrial communication networks, efforts are made to burden them as little as possible when transmitting data. This is to be achieved in particular in that unnecessary data is not even transmitted over the communication network. Only in this way can the desired real-time capability and compliance with the associated criteria be reliably achieved.
Die in industriellen Kommunikationsnetzwerken verwendete Kom munikation über den Standard OPC UA PubSub Part 14 (Open Platform Communications Unified Architecture Pub- lish/Subscribe) wirkt diesem Bestreben jedoch entgegen. Ein typisches industrielles Kommunikationsnetzwerk umfasst eine Nachrichtenquelle als Sender, zumindest eine Nachrichtensenke als Empfänger und zumindest eine Netzwerkkomponente als je weiliges Verbindungselement zwischen Sender und Empfänger (n) . Bei einer Kommunikation über OPC UA PubSub werden auf Seiten der Nachrichtenquelle (sog. Publisher) Daten aus einem Modell entnommen, in jeweilige Gruppen des Modells verpackt und als Nachrichten (sog. Netzwerknachrichten oder Network Messages) versendet. Eine jeweilige Nachrichtensenke (sog. Subscriber) nimmt die Nachrichten entgegen und überprüft, welche der Gruppen von ihm abonniert wurden und verwendet die entspre chende Information aus den Nachrichten. Gruppen, die für eine betreffende Nachrichtensenke nicht relevant sind, werden von der Nachrichtensenke beim Empfang der Nachricht verworfen. Eine Belastung der Nachrichtensenke wird somit durch das Ver werfen von nicht benötigten Gruppen reduziert. Allerdings wird das Kommunikationsnetzwerk durch die unnötige Übertragung nicht benötigter Informationen belastet. Diese Mehrbelastung wurde bislang auf Kosten des Kommunikations netzwerks akzeptiert, was jedoch deren Kosten in die Höhe treibt und negative Auswirkung auf die Echtzeit-Fähigkeit der Datenübertragung im Hinblick auf Latenzzeiten und/oder Jitter hat . However, the communication used in industrial communication networks via the OPC UA PubSub Part 14 (Open Platform Communications Unified Architecture Publish / Subscribe) standard counteracts this endeavor. A typical industrial communication network comprises a message source as a sender, at least one message sink as a receiver and at least one network component as the respective connecting element between the sender and receiver (s). When communicating via OPC UA PubSub, data is taken from a model on the side of the message source (so-called publisher), packed into respective groups of the model and sent as messages (so-called network messages). A respective message sink (so-called subscriber) receives the messages and checks which of the groups he has subscribed to and uses the corresponding information from the messages. Groups that are not relevant for a given message sink are discarded by the message sink when the message is received. A load on the message sink is thus reduced by discarding groups that are not required. However, the communication network is burdened by the unnecessary transmission of unnecessary information. This additional load has so far been accepted at the expense of the communication network, which, however, increases its costs and has a negative effect on the real-time capability of data transmission with regard to latency times and / or jitter.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Konfigurieren eines industriellen, Echtzeit-fähigen Kommunikationsnetzwerks für das Übertragen von Nachrichten sowie ein industrielles Echtzeit-fähiges Kommunikationsnetzwerk anzugeben, welche funktionell und/oder baulich derart verbessert sind, dass die Belastung des Kommunikationsnetzwerks beim zyklischen Über tragen von Nachrichten so gering wie möglich gehalten wird. The object of the invention is to specify a method for configuring an industrial, real-time-capable communication network for the transmission of messages and an industrial real-time-capable communication network, which are functionally and / or structurally improved in such a way that the load on the communication network during cyclical transmission of messages is kept as low as possible.
Diese Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie ein Kommunikations netzwerk gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 11. Vor teilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Pa tentansprüchen . These objects are achieved by a method according to the features of claim 1 and a communication network according to the features of claim 11. Before some embodiments arise from the dependent claims.
Es wird ein Verfahren zum Konfigurieren eines industriellen Echtzeit-fähigen Kommunikationsnetzwerks für das zyklische Übertragen von Nachrichten vorgeschlagen. Eine jeweilige Nachricht umfasst eine oder mehrere Datensätze. Das Kommuni kationsnetzwerk umfasst eine Nachrichtenquelle, zumindest ei ne Nachrichtensenke und zumindest eine Netzwerkkomponente als Nachrichten weiterleitende Komponente. Die Nachrichtenquelle ist dazu ausgebildet, Nachrichten zu erzeugen und diese zyk lisch (d.h. gemäß OPC UA Part 14 PubSub Konfiguration) auszu senden. Die zumindest eine Nachrichtensenke ist dazu ausge bildet, die Nachrichten zu empfangen und zu verarbeiten. Zu mindest eine Netzwerkkomponente empfängt die Nachrichten von der Nachrichtenquelle oder einer der Netzwerkkomponenten und leitet diese an die zumindest eine Nachrichtensenke oder eine der Netzwerkkomponenten weiter. Das Verfahren umfasst die Ermittlung einer Netzwerktopologie des Kommunikationsnetzwerks zur Bestimmung der physikalischen Anordnung der über ein Übertragungsmedium miteinander verbun denen Komponenten, nämlich der Nachrichtenquelle, der zumin dest einen Netzwerkkomponente und der zumindest einen Nach richtensenke. Es wird ermittelt, welchen oder welche der Da tensätze eine jeweilige der Nachrichtensenken empfangen (d.h. abonnieren) möchte. Anschließend erfolgt die Bestimmung von jeweiligen Datenpfaden von der Nachrichtenquelle zu der je weiligen Nachrichtensenke für die Übertragung der von einer jeweiligen Nachrichtensenke abonnierten Datensätze. Schließ lich erfolgt eine Gruppierung der Datensätze in mehreren un terschiedlichen Nachrichten basierend auf den ermittelten Da tenpfaden, wodurch im Betrieb des Kommunikationsnetzwerks ein zyklisches Aussenden der mehreren unterschiedlichen Nachrich ten in einem jeweiligen Datenstrom entlang unterschiedlicher Datenpfade oder Datenpfadabschnitte erfolgt. Im Ergebnis um fasst somit jede der mehreren unterschiedlichen Nachrichten einen oder mehrere Datensätze. A method is proposed for configuring an industrial real-time-capable communication network for the cyclical transmission of messages. A respective message comprises one or more data records. The communication network comprises a message source, at least one message sink and at least one network component as a component for forwarding messages. The message source is designed to generate messages and send them cyclically (ie according to OPC UA Part 14 PubSub configuration). The at least one message sink is designed to receive and process the messages. At least one network component receives the messages from the message source or one of the network components and forwards them to the at least one message sink or one of the network components. The method comprises the determination of a network topology of the communication network to determine the physical arrangement of the components connected to one another via a transmission medium, namely the message source, the at least one network component and the at least one message sink. It is determined which or which of the data records a respective one of the message sinks would like to receive (ie subscribe to). The respective data paths are then determined from the message source to the respective message sink for the transmission of the data records subscribed to by a respective message sink. Finally, the data records are grouped in several different messages based on the determined data paths, whereby the several different messages are sent cyclically in a respective data stream along different data paths or data path sections during operation of the communication network. As a result, each of the several different messages thus comprises one or more data records.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein industri elles Echtzeit-fähiges Kommunikationsnetzwerk vorgeschlagen, das zum zyklischen Übertragen von Nachrichten ausgebildet ist. Eine jeweilige Nachricht umfasst eine oder mehrere Da tensätze. Das Kommunikationsnetzwerk umfasst eine Nachrich tenquelle, die dazu ausgebildet ist, Nachrichten zu erzeugen und diese zyklisch auszusenden, zumindest eine Nachrichten senke, die dazu ausgebildet ist, Nachrichten zu empfangen und zu verarbeiten, sowie zumindest eine Netzwerkkomponente als Nachrichten weiterleitende Komponente, die die Nachrichten von der Nachrichtenquelle oder einer der Netzwerkkomponenten empfängt und an die zumindest eine Nachrichtensenke oder eine der Netzwerkkomponenten weiterleitet. Das Kommunikationsnetz werk ist dazu ausgebildet, eine Netzwerktopologie des Kommu nikationsnetzwerks zur Bestimmung der physikalischen Anord nung der über ein Übertragungsmedium miteinander verbundenen Komponenten, nämlich der Nachrichtenquelle, der zumindest ei nen Netzwerkkomponente und der zumindest einen Nachrichten- senke, zu ermitteln. Das Kommunikationsnetzwerk ist weiter dazu ausgebildet, zu ermitteln, welche oder welchen der Da tensätze eine jeweilige der Nachrichtensenken empfangen (d.h. abonnieren) möchte. Ferner ist das Kommunikationsnetzwerk da zu ausgebildet, jeweilige Datenpfade von der Nachrichtenquel le zu der jeweiligen Nachrichtensenke für die Übertragung der von einer jeweiligen Nachrichtensenke abonnierten Datensätze zu bestimmen und die Datensätze in mehreren unterschiedlichen Nachrichten basierend auf den ermittelten Datenpfaden zu gruppieren, wodurch im Betrieb des Kommunikationsnetzwerks ein zyklisches Aussenden der mehreren unterschiedlichen Nach richten in einem jeweiligen Datenstrom entlang unterschiedli cher Datenpfade oder Datenpfadabschnitte erfolgt. According to a further aspect of the invention, an industrial real-time capable communication network is proposed which is designed for the cyclic transmission of messages. A respective message comprises one or more data records. The communication network comprises a message source, which is designed to generate messages and to send them out cyclically, at least one message sink, which is designed to receive and process messages, and at least one network component as a message relaying component that sends messages from the message source or one of the network components receives and forwards to the at least one message sink or one of the network components. The communication network is designed to provide a network topology of the communication network to determine the physical arrangement of the components connected to one another via a transmission medium, namely the message source, the at least one network component and the at least one message sink, determine. The communication network is further designed to determine which or which of the data records a respective one of the message sinks would like to receive (ie subscribe to). Furthermore, the communication network is designed to determine respective data paths from the message source to the respective message sink for the transmission of the data records subscribed to by a respective message sink and to group the data records in several different messages based on the determined data paths, which in operation of the communication network the several different messages are sent cyclically in a respective data stream along different data paths or data path sections.
Durch die vorgeschlagene Erfindung ist es möglich, unnötigen Datenverkehr frühzeitig aus dem Kommunikationsnetzwerk zu eliminieren. Um dies zu ermöglichen, wird anhand der ermit telten Netzwerktopologie des Kommunikationsnetzwerks ein Ver ständnis über die miteinander verbundenen Komponenten entwi ckelt. Ferner werden die Datenpfade bestimmt, über die von den Nachrichtensenken abonnierte Datensätze übertragen werden müssen. Dies erlaubt die Gruppierung der Datensätze in unter schiedlichen Nachrichten, die über zumindest teilweise ver schiedene Datenpfade zu den Nachrichtensenken geleitet wer den. Dadurch kann unnötiger Datenverkehr auf einen möglichst kleinen Teil des Kommunikationsnetzwerks begrenzt werden. The proposed invention makes it possible to eliminate unnecessary data traffic from the communication network at an early stage. To make this possible, an understanding of the interconnected components is developed based on the network topology of the communication network. Furthermore, the data paths are determined via which the data records subscribed to by the message sinks must be transmitted. This allows the data records to be grouped in different messages that are routed to the message sinks via at least partially different data paths. This means that unnecessary data traffic can be limited to the smallest possible part of the communication network.
Insbesondere basiert das Kommunikationsnetzwerk auf dem Stan dard OPC UA PubSub. Dementsprechend ist die Nachrichtenquelle dazu ausgebildet, die Nachrichten gemäß dem Standard OPC UA PubSub zu erzeugen. Bei einer Kommunikation über OPC UA In particular, the communication network is based on the OPC UA PubSub standard. Accordingly, the message source is designed to generate the messages in accordance with the OPC UA PubSub standard. When communicating via OPC UA
PubSub werden von der Nachrichtenquelle Daten aus einem Mo dell entnommen, in jeweilige Datensätze verpackt und über die Nachrichten versendet. Die Nachrichtensenken nehmen die Nach richten entgegen und überprüfen die von ihnen abonnierten Da tensätze anhand der PublisherID und WriterGroupID . Die Bestimmung der Netzwerktopologie basiert vorzugsweise auf dem Standard TSN (Time Sensitive Network) . TSN setzt voraus, dass das Kommunikationsnetzwerk ein Verständnis der Datenpfa de hat, da diese im Rahmen von TSN selbst ermittelt werden. Der Schritt der Bestimmung der Netzwerktopologie kann somit durch die bekannten Mechanismen von TSN realisiert werden. Allerdings hat TSN kein Verständnis über den Inhalt der Nach richten und über die über die Datenpfade übertragenen Daten. Durch die Kombination von TSN mit den Mechanismen von OPC UA PubSub kann damit ein Mechanismus realisiert werden, welcher einmalig festgelegte dynamische Pfade für in verschiedenen Nachrichten enthaltene Inhalte ermöglicht. Im Ergebnis wird eine Übertragung an nicht bei der Nachrichtenquelle angemel dete Nachrichtensenken durch Netzwerkmechanismen verhindert. PubSub takes data from a model from the message source, packs it into respective data records and sends it via the messages. The message sinks receive the messages and check the data records they have subscribed to using the PublisherID and WriterGroupID. The determination of the network topology is preferably based on the TSN (Time Sensitive Network) standard. TSN assumes that the communication network has an understanding of the data paths, since these are determined within the framework of TSN itself. The step of determining the network topology can thus be implemented using the known mechanisms of TSN. However, TSN has no understanding of the content of the messages and the data transmitted via the data paths. By combining TSN with the mechanisms of OPC UA PubSub, a mechanism can be implemented which enables one-time defined dynamic paths for content contained in different messages. As a result, a transmission to message sinks not registered with the message source is prevented by network mechanisms.
Die Gruppierung der Datensätze in verschiedenen Nachrichten entsprechend der durch die Netzwerktopologie sich ergebenden Datenpfade, die in einem jeweiligen Datenstrom übertragen werden, kann durch Mechanismen von OPC UA PubSub erfolgen.The grouping of the data records in different messages according to the data paths resulting from the network topology, which are transmitted in a respective data stream, can be done by mechanisms of OPC UA PubSub.
Die Nachrichten bilden logische Einheiten von Datensätzen. Einzelne der Nachrichtensenken, die einen bestimmten Daten strom mit einer der verschiedenen Nachrichten empfangen, kön nen in herkömmlicher Weise einen Teil oder alle der Datensät ze abonniert haben und nach deren Empfang verarbeiten. Die Gruppierung der Datensätze in den verschiedenen Nachrichten bestimmt dadurch, wie groß der Overhead ist, der im Rahmen der Übertragung des Datenstroms zu den Nachrichtensenken übertragen wird. Die Menge des Overheads wird durch die von der Netzwerktopologie abhängige Gruppierung der Datensätze reduziert. Beispielsweise können die Abonnements aller Nach richtensenken, die mit einer bestimmten Netzwerkkomponente verbunden sind, mit einer Nachricht bedient werden, in der die erforderlichen Datensätze gruppiert sind. Dadurch braucht nur ein Datenstrom zu dieser Netzwerkkomponente, mit der die Nachrichtensenken verbunden sind, eingerichtet werden. The messages form logical units of data records. Individuals of the message sinks that receive a specific data stream with one of the various messages can conventionally have subscribed to part or all of the data sets and process them after they have been received. The grouping of the data records in the various messages determines how great the overhead is that is transmitted to the message sinks in the course of the transmission of the data stream. The amount of overhead is reduced by grouping the data records depending on the network topology. For example, the subscriptions of all message sinks that are connected to a specific network component can be served with a message in which the required data records are grouped. This means that only a data stream needs to be set up to this network component to which the message sinks are connected.
Eine Realisierung dieses Vorgehens wird dadurch einfach er möglicht, dass die Gruppierung von Datensätzen in den Nach- richten gemäß OPC UA PubSub nicht genau definiert ist und da her von der Netzwerktopologie abhängige Optimierungen ermög licht . A realization of this procedure is made possible by the fact that the grouping of data records in the subsequent according to OPC UA PubSub is not precisely defined and therefore enables optimizations depending on the network topology.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass die Gruppierung der Datensätze umfasst, dass Datensätze, die eine Anzahl an Datenpfadabschnitten gemeinsam durchlaufen, in ei ner gemeinsamen Nachricht verpackt werden. Die Anzahl an ge meinsam zu durchlaufenden Datenpfadabschnitten kann grund sätzlich beliebig gewählt werden. Abhängig von der Netzwerk topologie kann es bereits ausreichend sein, wenn die Daten sätze genau einen Datenpfadabschnitt, d.h. eine Verbindungs strecke zwischen zwei Komponenten, gemeinsam durchlaufen. Führt dies zu einer zu großen Anzahl an verschiedenen Nach richten und einer entsprechenden großen Anzahl an Datenströ men, so kann die Anzahl an gemeinsam zu durchlaufenden Daten pfadabschnitten auch größer gewählt werden. Hieraus ergibt sich dann in der Regel, dass eine Nachricht eine größere An zahl an Datensätzen umfasst. Another expedient refinement provides that the grouping of the data records includes data records which pass through a number of data path sections together are packaged in a common message. The number of data path sections to be traversed together can in principle be selected as desired. Depending on the network topology, it can already be sufficient if the data records contain exactly one data path section, i.e. a connection path between two components, traversed together. If this leads to too large a number of different messages and a correspondingly large number of data streams, the number of data path sections to be traversed together can also be selected to be larger. As a rule, this means that a message comprises a larger number of data records.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass die Gruppierung der Datensätze umfasst, dass Datensätze, die nach einer, insbesondere ersten, Datenpfadverzweigung eine Anzahl an Datenpfadabschnitten gemeinsam durchläuft, in einer ge meinsamen Nachricht verpackt werden. Unter einer Datenpfad verzweigung wird das Aussenden einer Nachricht bzw. eines Da tenstroms über zumindest zwei unterschiedliche Pfade verstan den. Stellt sich bei der Bestimmung von jeweiligen Datenpfa den von der Nachrichtenquelle zu der jeweiligen Nachrichten senke für die Übertragung der von einer jeweiligen Nachrich tensenke abonnierten Datensätze heraus, dass bestimmte Daten sätze in einem Pfad, der einem ersten Verzweigungsausgang folgt, nicht benötigt werden, während die gleichen Datensätze von den im Datenpfad der zweiten Datenpfadverzweigung liegen den Netzwerksenken benötigt werden, so erfolgt eine Gruppie rung dieses Datensatzes in lediglich diejenige Nachricht, die dem Datenpfad, der in der zweiten Datenpfadverzweigung liegt, folgt. Die größte Ersparnis an Overhead lässt sich dann rea- lisieren, wenn Datenpfadverzweigungen nahe der Nachrichten quelle in Bezug auf die in den jeweiligen Teilnetzwerken be nötigten Datensätze untersucht werden. Lässt sich eine ein deutige Separierung und damit Gruppierung der Datensätze in unterschiedliche Nachrichten erzielen, ergibt sich eine sig nifikante Einsparung an Netzwerklast. A further expedient embodiment provides that the grouping of the data records includes data records which, after a, in particular first, data path branching through a number of data path sections together, are packaged in a common message. A data path branch is understood to mean the sending of a message or a data stream via at least two different paths. When determining the respective data paths from the message source to the respective message sink for the transmission of the data records subscribed to by a respective message sink, it turns out that certain data records are not required in a path that follows a first branch exit, while the If the same data records are required from the network sinks located in the data path of the second data path branch, this data record is grouped into only the message that follows the data path located in the second data path branch. The greatest savings in overhead can then be realized lize when data path branches near the message source are examined with regard to the data records required in the respective sub-networks. If a clear separation and thus grouping of the data records in different messages can be achieved, there is a significant saving in network load.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass für die jeweiligen Datenströme, in denen die mehreren unterschiedlichen Nach richten zyklisch übertragen werden, ein jeweiliger Datenpfad bestimmt und Weiterleitungsinformationen in den Netzwerkkom ponenten gespeichert werden. Dies kann beispielsweise durch die Nutzung bekannter Weiterleitungstabellen oder durch in den Netzwerkkomponenten entsprechend eingerichtete Filter re alisiert werden. Another embodiment provides that a respective data path is determined for the respective data streams in which the multiple different messages are transmitted cyclically and forwarding information is stored in the network components. This can be achieved, for example, by using known forwarding tables or by appropriately set up filters in the network components.
Beispielsweise kann als Weiterleitungsinformation ein Daten- satz-Kennzeichner verarbeitet werden, wobei jeder Datensatz in der jeweiligen Nachricht mit einem Datensatz-Kennzeichner versehen ist. Die Datensatz-Kennzeichner können dazu verwen det werden, um die Datensätze enthaltenden Nachrichten auf dem Datenpfad weiterzuleiten, die für eine betreffende Nach richtensenke von Bedeutung sind, d.h. von dieser abonniert wurden. Auf diese Weise kann eine Filterung realisiert wer den, da der Datensatz-Kennzeichner ein Wert mit n-Bits, z.B. n = 16, ist. Die Filterung kann daher wahlweise durch ein in Software oder in Hardware realisiertes Filter erfolgen. For example, a data record identifier can be processed as forwarding information, each data record in the respective message being provided with a data record identifier. The data record identifiers can be used to forward the messages containing data records on the data path which are of importance for a relevant message sink, i.e. have been subscribed to by this. In this way filtering can be implemented since the data record identifier has a value with n bits, e.g. n = 16, is. The filtering can therefore take place either through a filter implemented in software or in hardware.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass die Gruppierung der Datensätze anhand von Kennzeichnern der Netz werkkomponenten erfolgt, die Datensätze, die von an einer be stimmten Netzwerkkomponente angeschlossenen Netzwerksenken abonniert sind, in einer Nachricht gruppiert werden. Im Er gebnis erfolgt eine Netzwerktopologie-abhängige Gruppierung der Datensätze in den Nachrichten, die zu weniger unnötiger Datenübertragung und somit weniger Ressourcenverbrauch in dem Netzwerk führt. Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass die Gruppierung der Datensätze anhand von Gerätebezeichnungen der Netzwerkkomponenten erfolgt. In hierarchischen Kommunikati onsnetzwerken kann für die Bildung der Nachrichten die Gerä tebezeichnung verwendet werden, da diese, z.B. bei der Ver wendung des Kommunikationsnetzwerks bei einer Industrieanla ge, einen Bezug zum jeweiligen Ort der Geräte hat und hierar chisch vergeben wird. Durch den Namen können Komponenten zu einem jeweiligen Ort, z.B. Maschine 1, gruppiert werden. Dies führt in dem Kommunikationsnetzwerk zu einer geringeren Netz werklast bzw. zu einem geringeren Ressourcenverbrauch, da die Komponenten einer Maschine hauptsächlich miteinander kommuni zieren, um eine maschinenspezifische Aufgabe zu erfüllen. A further expedient embodiment provides that the grouping of the data records takes place on the basis of identifiers of the network components, the data records that are subscribed to by network sinks connected to a certain network component are grouped in a message. As a result, there is a network topology-dependent grouping of the data records in the messages, which leads to less unnecessary data transmission and thus less resource consumption in the network. Another expedient embodiment provides that the data records are grouped on the basis of device names of the network components. In hierarchical communication networks, the device designation can be used to form the messages, since this, for example when using the communication network in an industrial plant, relates to the respective location of the devices and is assigned hierarchically. Components can be grouped for a particular location, e.g. machine 1, using the name. In the communication network, this leads to a lower network load or to a lower consumption of resources, since the components of a machine mainly communicate with one another in order to perform a machine-specific task.
Von der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum zyklischen Übertragen von Nachrichten in einem erfindungsgemäß konfigu rierten Kommunikationsnetzwerk umfasst. The invention also includes a method for the cyclical transmission of messages in a communications network configured according to the invention.
Es wird ferner ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, das direkt in den internen Speicher eines digitalen Computers ge laden werden kann und Softwarecodeabschnitte umfasst, mit de nen die Schritte des hierin beschriebenen Verfahrens ausge führt werden, wenn das Produkt auf dem Computer läuft. Das Computerprogrammprodukt kann in Gestalt eines physikalischen Speichermediums, z.B. eines USB-Speichersticks , einer DVD, einer CD-ROM, eines Flash-Speichers und dergleichen, verkör pert sein. Ebenso kann das Computerprogrammprodukt in Gestalt eines über ein drahtloses oder leitungsgebundenes Netzwerk ladbares Signal ausgebildet sein. Furthermore, a computer program product is proposed which can be loaded directly into the internal memory of a digital computer and comprises software code sections with which the steps of the method described herein are carried out when the product is running on the computer. The computer program product may be in the form of a physical storage medium, e.g. a USB memory stick, a DVD, a CD-ROM, a flash memory and the like, be embodied. The computer program product can likewise be designed in the form of a signal that can be loaded via a wireless or wired network.
Das bereits beschriebene industrielle Echtzeit-fähige Kommu nikationsnetzwerk kann darüber hinaus weitere Mittel umfas sen, welche die Ausführung von zweckmäßigen oder bevorzugten Ausgestaltungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens einzeln oder in beliebiger Kombination erlauben. Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung erläutert. Es zeigen : The industrial real-time-capable communication network already described can also include further means which allow the execution of expedient or preferred embodiments of the method according to the invention individually or in any combination. The invention is explained in more detail below with reference to the description of an exemplary embodiment in the drawing. Show it :
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines industriellen Fig. 1 is a schematic representation of an industrial
Kommunikationsnetzwerks, in dem eine herkömmliche Übertragung eines Datenstroms erfolgt; Communication network in which a conventional transmission of a data stream takes place;
Fig. 2 eine schematische Darstellung des in Fig. 1 gezeig ten industriellen Kommunikationsnetzwerks, in dem eine Übertragung eines Datenstroms gemäß einer ers ten Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt; FIG. 2 shows a schematic representation of the industrial communication network shown in FIG. 1, in which a data stream is transmitted according to a first embodiment variant of the method according to the invention;
Fig. 3 eine schematische Darstellung des in Fig. 1 gezeig ten industriellen Kommunikationsnetzwerks, in dem eine Übertragung eines Datenstroms gemäß einer zweiten Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemä ßen Verfahrens erfolgt; und 3 shows a schematic illustration of the industrial communication network shown in FIG. 1, in which a data stream is transmitted in accordance with a second embodiment variant of the method according to the invention; and
Fig. 4 einen Ablaufplan, der die Durchführung der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens illustriert. 4 shows a flow chart illustrating the implementation of the steps of the method according to the invention.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaf ten, einfachen industriellen Echtzeit-fähigen Kommunikations netzwerks 1. In dem in Fig. 1 gezeigten Kommunikationsnetz werk 1 werden Nachrichten NWM zyklisch in einem Datenstrom in herkömmlicher Weise von einem Sender an Empfänger übertragen. Fig. 1 shows a schematic representation of an exemplary, simple industrial real-time-capable communication network 1. In the communication network 1 shown in Fig. 1, messages NWM are transmitted cyclically in a data stream in a conventional manner from a transmitter to a receiver.
Das Kommunikationsnetzwerk 1 umfasst als Sender eine Nach richtenquelle 10, die auch als Publisher bezeichnet wird. Die Nachrichtenquelle 10 ist dazu ausgebildet, Nachrichten NWM zu erzeugen und zyklisch auszusenden. Jede der in dem Datenstrom von der Nachrichtenquelle 10 ausgesendete Nachricht NWM um fasst eine Anzahl an Datensätzen DS . Das zyklische Aussenden einer Mehrzahl an Nachrichten NWM wird als Datenstrom be zeichnet. Die Anzahl an Datensätzen DS in einer Nachricht NWM kann grundsätzlich beliebig, d.h. 2 oder größer, sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass eine jeweilige Nachricht NWM vier unterschiedliche Datensätze „1", „2", „3" und „4" umfasst, die der Einfachheit halber nachfolgend als DS1, ..., DS4 bezeichnet werden. The communication network 1 comprises as a transmitter a message source 10, which is also referred to as a publisher. The message source 10 is designed to generate messages NWM and to send them out cyclically. Each of the messages NWM sent out in the data stream by the message source 10 comprises a number of data records DS. The cyclical transmission of a plurality of messages NWM is referred to as a data stream. The number of data records DS in a message NWM can in principle be arbitrary, ie 2 or greater. in the In the present exemplary embodiment, it is assumed that a respective message NWM comprises four different data records “1”, “2”, “3” and “4”, which for the sake of simplicity are referred to below as DS1, ..., DS4.
Das Kommunikationsnetzwerk 1 umfasst als Empfänger der Nach richten NWM beispielhaft vier Nachrichtensenken 15, 16, 17,The communication network 1 comprises as a recipient of the messages NWM, for example, four message sinks 15, 16, 17,
18, die auch als Subscriber bezeichnet werden. Die Anzahl der Nachrichtensenken kann auch größer oder kleiner als vier sein. Die Nachrichtensenken 15, 16, 17, 18 sind dazu ausge bildet, die in dem Datenstrom enthaltenen Nachrichten NWM zu empfangen und die in den Nachrichten NWM enthaltenen Daten sätze DS oder auch nur einen Teil der Datensätze DS zu verar beiten . 18, also known as subscribers. The number of message sinks can also be greater or less than four. The message sinks 15, 16, 17, 18 are designed to receive the messages NWM contained in the data stream and to process the data records DS contained in the messages NWM or only part of the data records DS.
Die Nachrichtensenken 15, 16, 17, 18 sind nicht unmittelbar mit der Nachrichtenquelle 10 verbunden. Vielmehr ist eine An zahl an Netzwerkkomponenten 12, 13, 14 als Vermittlungs- oder Weiterleitungskomponente vorgesehen, die in dem Kommunikati onsnetzwerk 1 die Nachrichtenquelle 10 und die Nachrichten senken 15, 16, 17, 18 verbindet. Die Netzwerkkomponenten 12, 13, 14 sind z.B. Bridges. Über die Netzwerkkomponenten 12,The message sinks 15, 16, 17, 18 are not directly connected to the message source 10. Rather, a number of network components 12, 13, 14 is provided as a switching or forwarding component that connects the message source 10 and the messages lower 15, 16, 17, 18 in the communication network 1. The network components 12, 13, 14 are e.g. Bridges. Via the network components 12,
13, 14 werden dann die als Broadcast-Nachricht ausgesendeten Nachrichten NWM entsprechend der Verschaltung zu den Nach richtensenken 15, 16, 17, 18 transportiert. 13, 14, the messages NWM sent out as a broadcast message are then transported to the message sinks 15, 16, 17, 18 in accordance with the interconnection.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind lediglich drei Netz werkkomponenten 12, 13, 14 dargestellt, wobei die Anzahl auch größer oder kleiner als drei sein kann. In der hier lediglich beispielhaft gezeigten Topologie ist die Netzwerkkomponente 12 mit der Nachrichtenquelle 10 verbunden. In stromabwärtiger Richtung des von der Nachrichtenquelle 10 ausgehenden Daten flusses sind mit der Netzwerkkomponente 12 ferner die Netz werkkomponenten 13 und 14 verbunden. In stromabwärtiger Rich tung des Datenstroms ist mit der Netzwerkkomponente 13 die Nachrichtensenke 15 verbunden. Mit der Netzwerkkomponente 14 sind in stromabwärtiger Richtung des Datenstroms wiederum die Nachrichtensenken 16, 17, 18 verbunden. Das zyklische Übertragen der Nachrichten NWM in dem Kommuni kationsnetzwerk 1 erfolgt in einer Kommunikation gemäß dem Standard OPC UA PubSub. Hierbei werden die Datensätze DS1, ..., DS4 gemäß einem nicht gezeigten Modell durch die Nachrichten quelle 10 ermittelt, in die Nachricht NWM verpackt und als Datenstrom, d.h. als zyklische Folge von Nachrichten NWM mit allen Datensätzen DS1, ..., DS4, ausgesendet. Die Nachrichten NWM werden in zyklischer Abfolge von der Nachrichtenquelle 10 als Broadcast-Nachrichten an die Netzwerkkomponente 12 über tragen. Die Netzwerkkomponente 12 überträgt die Nachrichten NWM ihrerseits an die Netzwerkkomponenten 13, 14. Die Netz werkkomponenten 13 bzw. 14 übertragen die Nachrichten NWM wiederum an die Nachrichtensenken 15 bzw. 16, 17, 18. In the present embodiment, only three network components 12, 13, 14 are shown, the number can also be greater or less than three. In the topology shown here merely as an example, the network component 12 is connected to the message source 10. In the downstream direction of the data flow emanating from the message source 10, the network components 13 and 14 are also connected to the network component 12. In the downstream direction of the data stream, the message sink 15 is connected to the network component 13. The message sinks 16, 17, 18 are in turn connected to the network component 14 in the downstream direction of the data stream. The cyclical transmission of the NWM messages in the communication network 1 takes place in a communication according to the OPC UA PubSub standard. Here, the data records DS1, ..., DS4 are determined according to a model not shown by the message source 10, packed into the message NWM and as a data stream, ie as a cyclic sequence of messages NWM with all data records DS1, ..., DS4, sent out. The messages NWM are transmitted from the message source 10 as broadcast messages to the network component 12 in a cyclical sequence. The network component 12 in turn transmits the messages NWM to the network components 13, 14. The network components 13 and 14 in turn transmit the messages NWM to the message sinks 15 or 16, 17, 18.
Wie aus der Darstellung gemäß Fig. 1 hervorgeht, in der der Inhalt der Nachrichten NWM am Ausgang jeder Komponente bis zum Empfänger dargestellt ist, werden die Nachrichten NWM von den Netzwerkkomponenten 12, 13, 14 unverändert an die strom abwärts angeschlossenen Komponenten weitergeleitet. Die Nach richtensenken 15, 16, 17, 18 nehmen die Nachrichten NWM ent gegen und überprüfen, welche Datensätze DS von ihnen abon niert sind, d.h. empfangen werden sollen. Im Ausführungsbei spiel gemäß Fig. 1 hat die Nachrichtensenke 15 beispielsweise den Datensatz DS3 abonniert, was durch die Ziffer „3" in der Nachrichtensenke 15 symbolisiert ist. Die Nachrichtensenke 16 hat den Datensatz DS1 (symbolisiert durch „1") abonniert. Die Nachrichtensenke 17 hat den Datensatz DS2 (symbolisiert durch „2") abonniert. Die Nachrichtensenke 18 hat den Datensatz DS4 (symbolisiert durch „4") abonniert. Obwohl im gewählten Aus führungsbeispiel jede Nachrichtensenke nur jeweils einen Da tensatz abonniert hat, könnte zumindest ein Teil der Nach richtensenken auch mehrere oder alle Datensätze abonniert ha ben. In der jeweiligen Nachrichtensenke 15, 16, 17, 18 werden die jeweils nicht abonnierten Datensätze verworfen. Dies be deutet, die Nachrichtensenke 15 verwirft die Datensätze DS1, DS2 und DS4, die Nachrichtensenke 16 verwirft die Datensätze DS2, DS3, DS4, die Nachrichtensenke 17 verwirft die Datensät- ze DS1, DS3, DS4, und die Nachrichtensenke 18 verwirft die Datensätze DS1, DS2, DS3. As can be seen from the illustration according to FIG. 1, in which the content of the messages NWM is shown at the output of each component up to the receiver, the messages NWM are forwarded unchanged from the network components 12, 13, 14 to the components connected downstream. The message sinks 15, 16, 17, 18 take the messages from NWM and check which data records DS are subscribed to by them, ie are to be received. In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the message sink 15 has, for example, subscribed to the data record DS3, which is symbolized by the number "3" in the message sink 15. The message sink 16 has subscribed to the data record DS1 (symbolized by "1"). The message sink 17 has subscribed to the data record DS2 (symbolized by “2”). The message sink 18 has subscribed to the data record DS4 (symbolized by “4”). Although each message sink has only subscribed to one data record in the selected exemplary embodiment, at least some of the message sinks could also have subscribed to several or all of the data records. In the respective message sink 15, 16, 17, 18, the data records not subscribed to are discarded. This means that the message sink 15 discards the data records DS1, DS2 and DS4, the message sink 16 discards the data records DS2, DS3, DS4, the message sink 17 discards the data sets. ze DS1, DS3, DS4, and the message sink 18 discards the data records DS1, DS2, DS3.
Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass hierbei, unabhängig von den von den Nachrichtensenken 16, 17, 18 verarbeitetenIt is readily apparent that in this case, regardless of the messages processed by the message sinks 16, 17, 18
Datensätzen, das Kommunikationsnetzwerk 1 mit einer hohen Da tenlast beaufschlagt ist. Records, the communication network 1 is subjected to a high data load.
Fig. 2 zeigt das erfindungsgemäße Vorgehen, das das zyklische Übertragen der von den Nachrichtensenken 15, 16, 17, 18 abon nierten Datensätze mit reduzierter Netzwerklast erlaubt. Die Topologie des in Fig. 2 gezeigten Kommunikationsnetzwerks 1 entspricht dabei der in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Topologie . Fig. 2 shows the procedure according to the invention, which allows the cyclical transmission of the data records subscribed to by the message sinks 15, 16, 17, 18 with a reduced network load. The topology of the communication network 1 shown in FIG. 2 corresponds to the topology described in connection with FIG. 1.
Auch das in Fig. 2 gezeigte Kommunikationsnetzwerk 1 verwen det eine Kommunikation über OPC UA PubSub, d.h. die Nachrich tenquelle 10 sendet in zyklischer Abfolge Nachrichten mit da rin enthaltenen Datensätzen als Datenstrom aus. Um die Netz werklast zu reduzieren, erfolgt jedoch eine Gruppierung der Datensätze in unterschiedlichen Nachrichten NWM1, NWM2, die von der Nachrichtenquelle 10 in zugeordneten unterschiedli chen Datenströmen ausgesendet werden. Im vorliegenden Ausfüh rungsbeispiel erfolgt eine Gruppierung in zwei unterschiedli chen Nachrichten, wobei die Anzahl der unterschiedlichen Nachrichten auch größer als zwei sein kann. Das Gruppieren der Datensätze DS1, ..., DS4 in einer der Nachrichten NWM1,The communication network 1 shown in Fig. 2 also uses communication via OPC UA PubSub, i.e. the Nachrich tenquelle 10 sends in a cyclical sequence messages with data records contained therein as a data stream. In order to reduce the network load, however, the data records are grouped in different messages NWM1, NWM2, which are sent out by the message source 10 in associated different data streams. In the present exemplary embodiment, there is a grouping in two different messages, with the number of different messages also being greater than two. The grouping of the data records DS1, ..., DS4 in one of the messages NWM1,
NWM2 erfolgt abhängig von der Topologie des Kommunikations netzwerks 1 und den von den Netzwerksenken 15, 16, 17, 18 abonnierten Datensätzen. Im Ergebnis lässt sich die Netzwerk last reduzieren. Die Konfiguration des Kommunikationsnetz werks 1 erfolgt - sofern sich keine Änderungen an der Topolo gie des Kommunikationsnetzwerks 1 durch Hinzufügen oder Ent fernen von Komponenten ergeben und sofern keine Änderungen an den von den Netzwerksenken 15, 16, 17, 18 vorgenommenen Abon nements vorgenommen werden - einmalig, z.B. bei der Inbe triebnahme des Kommunikationsnetzwerks 1. Die Umsetzung dieses Vorgehens wird nachfolgend beschrieben. NWM2 takes place depending on the topology of the communication network 1 and the data records subscribed to by the network sinks 15, 16, 17, 18. As a result, the network load can be reduced. The configuration of the communication network 1 takes place once - provided there are no changes to the topology of the communication network 1 by adding or removing components and provided no changes are made to the subscriptions made by the network sinks 15, 16, 17, 18 , e.g. when commissioning communication network 1. The implementation of this procedure is described below.
In einem ersten Schritt S1 (Fig. 4) erfolgt die Ermittlung der Netzwerktopologie des Kommunikationsnetzwerks 1 zur Be stimmung der physikalischen Anordnung der über ein Übertra gungsmedium (Leitung oder drahtlose Kommunikationsverbindung) miteinander verbundenen Komponenten, nämlich der Nachrichten quelle 10, der zumindest einen Netzwerkkomponente 12, 13, 14 und der zumindest einen Nachrichtensenke 15, 16, 17, 18. In diesem ersten Schritt wird somit ein Verständnis über die „Verschaltung" der einzelnen Komponenten ermittelt. Die Be stimmung der Netzwerktopologie kann auf dem Standard TSN (Ti me Sensitive Network) basieren. In a first step S1 (FIG. 4), the network topology of the communication network 1 is determined to determine the physical arrangement of the components connected to one another via a transmission medium (line or wireless communication link), namely the message source 10, the at least one network component 12 , 13, 14 and the at least one message sink 15, 16, 17, 18. In this first step, an understanding of the "interconnection" of the individual components is determined. The network topology can be determined using the TSN (Time Sensitive Network ) are based.
In einem nächsten Schritt S2 (Fig. 4) wird ermittelt, welchen oder welche der Datensätze eine jeweilige der Nachrichtensen ken 15, 16, 17, 18 empfangen möchte, d.h. welchen oder welche der Datensätze DS1, ..., DS4 eine jeweilige Nachrichtesenke 15, 16, 17, 18 abonniert hat. Es wird somit in diesem zweiten Schritt ein Verständnis über die von den Nachrichtensenken 15, 16, 17, 18 benötigten Inhalte ermittelt. In dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass die Nachrichtensenke 15 den Datensatz DS3, die Nachrichten senke DS1, die Nachrichtensenke 17 den Datensatz DS2 und die Nachrichtensenke 18 den Datensatz DS4 abonniert hat. Dies entspricht zu Vergleichszwecken dem in Fig. 1 gewählten Aus führungsbeispiel. Die Konfiguration der Nachrichtenquelle bzw. Nachrichtensenken kann z.B. mittels Methodenaufrufen im OPC UA Server des Gerätes oder mittels einer Konfigurations datei (bin-File) erfolgen. Dadurch kann ermittelt werden, welches Gerät welche Datensätze veröffentlicht bzw. abon niert . In a next step S2 (FIG. 4) it is determined which or which of the data records a respective one of the message channels 15, 16, 17, 18 would like to receive, i.e. which or which of the data records DS1, ..., DS4 is subscribed to by a respective message sink 15, 16, 17, 18. In this second step, an understanding of the content required by the message sinks 15, 16, 17, 18 is determined. In the exemplary embodiment shown in FIG. 2, it is assumed that the message sink 15 has subscribed to the data record DS3, the message sink DS1, the message sink 17 to the data record DS2 and the message sink 18 to the data record DS4. For comparison purposes, this corresponds to the exemplary embodiment selected in FIG. The configuration of the message source or message sinks can e.g. by means of method calls in the OPC UA server of the device or by means of a configuration file (bin file). This makes it possible to determine which device publishes or subscribes to which data records.
Die Schritte S1 und S2 können von einer nicht dargestellten, übergeordneten Recheneinheit einmalig bzw. nach jeder Ände rung der Netzwerktopologie, aufgrund des Hinzufügens oder Entfernens von Komponenten, durchgeführt werden. Die überge ordnete Recheneinheit kann im Rahmen des Schritts S2 bei- spielsweise die von den Nachrichtensenken 15, 16, 17, 18 be nötigten (d.h. abonnierten) Datensätze aktiv abfragen oder die Information von diesen im Rahmen eines Initiations schritts erhalten. Alternativ können die Informationen, wel che Datensätze DS1, ..., DS4 von einer jeweiligen Nachrichten senke 15, 16, 17, 18 empfangen werden sollen, von den ent sprechenden Recheneinheiten der Netzwerkkomponenten 12, 13,Steps S1 and S2 can be carried out once by a higher-level processing unit (not shown) or after each change in the network topology due to the addition or removal of components. The superordinate arithmetic unit can, as part of step S2, For example, actively query the data sets required by the message sinks 15, 16, 17, 18 (ie subscribed to) or receive the information from them as part of an initiation step. Alternatively, the information about which data records DS1, ..., DS4 are to be received by a respective message sink 15, 16, 17, 18 from the corresponding processing units of the network components 12, 13,
14 abgefragt oder erhalten werden. 14 can be queried or received.
In einem dritten Schritt S3 (Fig. 4) erfolgt die Bestimmung von jeweiligen Datenpfaden von der Nachrichtenquelle 10 zu den jeweiligen Nachrichtensenken für die Übertragung der von einer jeweiligen Nachrichtensenke 15, 16, 17, 18 abonnierten Datensätze DS1, ..., DS4. Mit anderen Worten wird für jede Nachrichtensenke und dem oder den von dieser abonnierten Da tensätze ein jeweiliger Datenpfad bestimmt. In a third step S3 (FIG. 4), the respective data paths are determined from the message source 10 to the respective message sinks for the transmission of the data records DS1,..., DS4 to which a respective message sink 15, 16, 17, 18 subscribes. In other words, a respective data path is determined for each message sink and the data record or records to which it is subscribed.
Ist damit neben dem Verständnis der Datenpfade bekannt, in welchem Umfang Informationen von den Nachrichtensenken 15,In addition to understanding the data paths, is it known to what extent information from the message sinks 15,
16, 17, 18 benötigt werden, so erfolgt in Schritt S4 (Fig. 4) eine Gruppierung der Datensätze DS1, ..., DS4 in mehrere unter schiedliche Nachrichten, basierend auf den ermittelten Daten pfaden. Dadurch erfolgt im Betrieb des Kommunikationsnetz werks 1 ein zyklisches Aussenden mehrerer unterschiedlicher Nachrichten NWM1, NWM2 in einem jeweiligen Datenstrom entlang unterschiedlicher Datenpfade oder Datenpfadabschnitte. Dieser Schritt kann gegebenenfalls Rückwirkung auf die Nachrichten quelle (Publisher) und/oder Nachrichtensenken (Subscriber) erfordern. D.h., deren Konfiguration wird entsprechend der beschriebenen Optimierung angepasst. 16, 17, 18 are required, then in step S4 (FIG. 4) the data records DS1, ..., DS4 are grouped into several different messages based on the data paths determined. As a result, when the communication network 1 is in operation, several different messages NWM1, NWM2 are sent out cyclically in a respective data stream along different data paths or data path sections. This step can, if necessary, require feedback on the message source (publisher) and / or message sinks (subscriber). That is, their configuration is adjusted according to the optimization described.
Für das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel verläuft für den Datensatz DS3, der von der Nachrichtensenke 15 abonniert ist, der Datenpfad von der Nachrichtenquelle 10 über die Netzwerkkomponente 12 und die Netzwerkkomponente 13 zu der Nachrichtensenke 15. Die Nachrichtensenken 16, 17, 18 haben jeweils unterschiedliche und zu der Nachrichtensenke 15 un terschiedliche Datensätze (DS1 bzw. DS2 bzw. DS4) abonniert. Im Ausführungsbeispiel sind sämtliche der Nachrichtensenken 16, 17, 18 mit der Netzwerkkomponente 14 verbunden, welche ihrerseits in stromaufwärtiger Richtung mit der Netzwerkkom ponente 12 verbunden ist. Für die Datensätze DS1, DS2, DS4 existieren damit gemeinsame Datenpfadabschnitte zwischen der Nachrichtenquelle 10 und der Netzwerkkomponente 12 sowie zwi schen der Netzwerkkomponente 12 und der Netzwerkkomponente 14. For the embodiment shown in FIG. 2, the data path for the data record DS3 to which the message sink 15 subscribes to runs from the message source 10 via the network component 12 and the network component 13 to the message sink 15. The message sinks 16, 17, 18 each have subscribed to different data sets (DS1 or DS2 or DS4) that are different from the message sink 15. In the exemplary embodiment, all of the message sinks 16, 17, 18 are connected to the network component 14, which in turn is connected to the network component 12 in the upstream direction. For the data records DS1, DS2, DS4 there are therefore common data path sections between the message source 10 and the network component 12 and between the network component 12 and the network component 14.
Aufgrund dieser Topologie des Kommunikationsnetzwerks 1 wird der Datensatz DS3 in der Nachricht NWM1 und die Datensätze DS1, DS2, DS4 in der davon unterschiedlichen Nachricht NWM2 gruppiert. Die Nachricht NWM1 wird auf einem ersten Datenpfad (umfassend Nachrichtquelle 10, Netzwerkkomponente 12, Netz werkkomponente 13, Nachrichtensenke 15) und die Nachricht NWM2 auf einem zweiten Datenpfad (umfassend Nachrichtenquelle 10, Netzwerkkomponente 12, Netzwerkkomponente 14) ausgesen det. Dadurch werden über den ersten Datenpfad die Datensätze DS1, DS2 und DS4 nicht übertragen, während über den zweiten Datenpfad der Datensatz DS3 nicht übertragen wird. Hieraus ergibt sich eine Reduzierung der Netzwerkbelastung. Because of this topology of the communication network 1, the data record DS3 is grouped in the message NWM1 and the data records DS1, DS2, DS4 are grouped in the message NWM2, which is different therefrom. The message NWM1 is sent out on a first data path (comprising message source 10, network component 12, network component 13, message sink 15) and the message NWM2 on a second data path (comprising message source 10, network component 12, network component 14). This means that the data records DS1, DS2 and DS4 are not transmitted via the first data path, while the data record DS3 is not transmitted via the second data path. This results in a reduction in the network load.
Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel empfangen die Nachrich tensenken 16, 17, 18 jeweils die Nachricht NWM2, die die drei Datensätze DS1, DS2, DS4 umfasst. Entsprechend ihres jeweili gen Abonnements verwerten sie den für sie bestimmten Daten satz DS1 bzw. DS2 bzw. DS4 und verwerfen die anderen Daten sätze in bekannter Weise. In the exemplary embodiment shown here, the message sinks 16, 17, 18 each receive the message NWM2, which includes the three data records DS1, DS2, DS4. Depending on their respective subscription, they use the data set DS1 or DS2 or DS4 intended for them and discard the other data sets in a known manner.
Das Erzeugen der Datenpfade kann durch gängige Mechanismen, wie z.B. Weiterleitungstabellen oder Filtermechanismen, rea lisiert werden. Eine Filterung kann beispielsweise anhand von in den Datensätzen DS1, ..., DS4 enthaltenen Datensatz-Kenn- zeichnern erfolgen. Die Datensatz-Kennzeichner werden dann in Filtern der Netzwerkkomponenten 12, 13, 14 als Filterkriteri um verarbeitet. Die Filter können hierzu in Software oder in Hardware realisiert sein. Dabei kann beispielsweise eine ent sprechende Anzahl an Filtern, die der Anzahl an Nachrichten entspricht, in den jeweiligen Netzwerkkomponenten vorgesehen sein. Im in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist es aus reichend, wenn die Filter lediglich in der Netzwerkkomponente 12 vorgesehen werden, in der die beiden Datenströme, die die unterschiedlichen Nachrichten NWM1, NWM2 zyklisch aussenden, sich verzweigen. The creation of the data paths can be implemented using common mechanisms such as forwarding tables or filter mechanisms. A filtering can take place, for example, on the basis of the data record identifiers contained in the data records DS1, ..., DS4. The data record identifiers are then processed in filters of the network components 12, 13, 14 as filter criteria. For this purpose, the filters can be implemented in software or in hardware. For example, a corresponding number of filters can match the number of messages corresponds to be provided in the respective network components. In the embodiment shown in FIG. 2, it is sufficient if the filters are only provided in the network component 12 in which the two data streams that cyclically send out the different messages NWM1, NWM2 branch.
Eine Gruppierung der Nachrichten NWM1, NWM2 kann alternativ auch anhand von Kennzeichnern der Netzwerkkomponenten erfol gen, wobei die Datensätze, die von an einer bestimmten Netz werkkomponente angeschlossene Netzwerksenken abonniert sind, in einer Nachricht gruppiert werden. Dies ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 2 und 3 der Fall. The messages NWM1, NWM2 can alternatively also be grouped on the basis of identifiers of the network components, the data records to which network sinks connected to a specific network component are subscribed to are grouped in one message. This is the case in the present exemplary embodiment according to FIGS. 2 and 3.
Weiterhin kann eine Gruppierung der Datensätze DS1, ..., DS4 anhand von Gerätebezeichnungen der Netzwerkkomponenten 12,Furthermore, a grouping of the data records DS1, ..., DS4 based on device names of the network components 12,
13, 14 erfolgen. Durch die Gerätebezeichnungen können Daten zu einem jeweiligen Ort, z.B. einer Maschine, gruppiert wer den. Dies führt im überlagerten Netzwerk zu einer geringeren Netzwerklast bzw. zu einem geringeren Ressourcenverbrauch. 13, 14. The device names can provide data on a particular location, e.g. of a machine. This leads to a lower network load or to a lower consumption of resources in the higher-level network.
Fig. 3 zeigt ein auf der gleichen Netzwerktopologie basieren des Ausführungsbeispiel, in dem in der Netzwerkkomponente 14 eine weitere Filterung der Nachricht NWM2 zur Reduktion der Netzwerklast vorgesehen ist. Diese Filterung ermöglicht eine Reduktion des in der Nachricht NWM2 enthaltenen Inhalts, so dass lediglich diejenigen Datensätze, die von den Nachrich tensenken 16, 17, 18 abonniert wurden, an diese weitergelei tet wurden. 3 shows an exemplary embodiment based on the same network topology, in which further filtering of the message NWM2 is provided in the network component 14 in order to reduce the network load. This filtering enables the content contained in the message NWM2 to be reduced, so that only those data records to which the message sinks 16, 17, 18 subscribed were forwarded to them.
Die Filterung kann basierend auf der zuvor ermittelten Netz werktopologie sowie der Kenntnis der von den Nachrichtensen ken benötigten Datensätzen erfolgen. So kann für die Netz werkkomponente 14 ein Filter bestimmt werden, gemäß dem die Netzwerkkomponente 14 an die unmittelbar angeschlossenen Nachrichtensenken 16, 17, 18 lediglich die jeweils benötigten Datensätze DS1, DS2, DS4 in einer „gefilterten" Nachricht NWM2F weiterleitet. Eine Übertragung der von der Nachrichten- senke 16 nicht benötigten Datensätze DS2, DS4 bzw. der von der Nachrichtensenke 17 nicht benötigten Datensätze DS1, DS4 bzw. die von der Nachrichtensenke 18 nicht benötigten Daten sätze DS1, DS2 erfolgt nicht. Die Filterung kann auf einfache Weise mittels der bereits erwähnten Datensatz-Kennzeichner erfolgen. Der Datensatz-Kennzeichner wird dann in entspre chend eingerichteten Filtern als Filterkriterium verarbeitet. The filtering can take place based on the previously determined network topology and knowledge of the data records required by the message sinks. Thus, a filter can be determined for the network component 14, according to which the network component 14 only forwards the required data records DS1, DS2, DS4 in a "filtered" message NWM2 F to the directly connected message sinks 16, 17, 18 from the news sink 16 data records DS2, DS4 not required or the data records DS1, DS4 not required by the message sink 17 or the data records DS1, DS2 not required by the message sink 18 are not carried out. The filtering can be carried out in a simple manner by means of the data record identifier already mentioned. The data record identifier is then processed as a filter criterion in filters set up accordingly.
Da es sich bei dieser Filterung um eine applikative Erweite- rung in den Netzwerkkomponenten handelt, ist der gesamte restliche Netzwerkverkehr in dem Kommunikationsnetzwerk unbe einflusst. Datenströme bilden dabei nur eine natürliche Ab schirmung zwischen einer Kommunikation unterschiedlicher Ap plikationen . Since this filtering is an application extension in the network components, all of the remaining network traffic in the communication network is unaffected. Data streams only form a natural shield between communication between different applications.
Bezugszeichenliste List of reference symbols
1 Kommunikationsnetzwerk1 communication network
10 Nachrichtenquelle 12 Netzwerkkomponente10 news source 12 network component
13 Netzwerkkomponente13 Network Component
14 Netzwerkkomponente14 Network Component
15 Nachrichtensenke 15 news sink
16 Nachrichtensenke 16 news sink
17 Nachrichtensenke 17 news sink
18 Nachrichtensenke 18 news sink
NWM Nachricht NWM message
NWM1 erste Nachricht NWM1 first message
NWM2 zweite Nachricht NWM2 second message
DS1 , DS4 Datensatz DS1, DS4 data record

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zum Konfigurieren eines industriellen Echtzeit fähigen Kommunikationsnetzwerks für das zyklische Übertragen von Nachrichten (NWM1, NWM2), wobei eine jeweilige Nachricht (NWM1, NWM2) eine oder mehrere Datensätze (DS1, ..., DS4) um fasst, und wobei das Kommunikationsnetzwerk (1) 1. A method for configuring an industrial real-time capable communication network for the cyclical transmission of messages (NWM1, NWM2), where a respective message (NWM1, NWM2) includes one or more data records (DS1, ..., DS4), and where the Communication network (1)
eine Nachrichtenquelle (10), die dazu ausgebildet ist, Nachrichten (NWM1, NWM2) zu erzeugen und diese zyklisch auszusenden ; a message source (10) which is designed to generate messages (NWM1, NWM2) and to send them out cyclically;
zumindest eine Nachrichtensenke (15, ..., 18), die dazu ausgebildet ist, die Nachrichten (NWM1, NWM2) zu empfan gen und zu verarbeiten; at least one message sink (15, ..., 18) which is designed to receive and process the messages (NWM1, NWM2);
zumindest eine Netzwerkkomponente (12, 13, 14), die die Nachrichten von der Nachrichtenquelle (10) oder einer der Netzwerkkomponenten (12) empfängt und an die zumindest eine Nachrichtensenke (15, ..., 18) oder eine der Netzwerk¬ komponenten (13, 14) weiterleitet; at least one network component (12, 13, 14) that receives the messages from the message source (10) or one of the network components (12) and components to the at least one message sink (15, ..., 18) or one of the network ¬ ( 13, 14) forwards;
umfasst, mit den Schritten: includes, with the steps:
Ermittlung (Sl) einer Netzwerktopologie des Kommunikati¬ onsnetzwerks (1) zur Bestimmung der physikalischen Anord nung der über ein Übertragungsmedium miteinander verbun denen Nachrichtenquelle (10), der zumindest einen Netz¬ werkkomponente (12, 13, 14) und der zumindest einen Nach¬ richtensenke (15, ..., 18); Determining (Sl) of a network topology of the Kommunikati ¬ onsnetzwerks (1) voltage for determining the physical Anord via a transmission medium verbun each other which news source (10), the at least one network ¬ station component (12, 13, 14) and the at least one After ¬ straightening sink (15, ..., 18);
Ermittlung (S2), welchen oder welche der Datensätze Determination (S2) which or which of the data records
(DS1,..., DS4) eine jeweilige der Nachrichtensenken (15, ..., 18) empfangen möchte; (DS1, ..., DS4) would like to receive a respective one of the message sinks (15, ..., 18);
Bestimmung (S3) von jeweiligen Datenpfaden von der Nach richtenquelle (10) zu den jeweiligen Nachrichtensenken (15, ..., 18) für die Übertragung der von einer jeweiligen Determination (S3) of respective data paths from the message source (10) to the respective message sinks (15, ..., 18) for the transmission of the from a respective
Nachrichtensenke (15, ..., 18) abonnierten Datensätze (DS1,Message sink (15, ..., 18) subscribed data records (DS1,
..., DS4 ) ; ..., DS4);
Gruppierung (S4) der Datensätze (DS1, ..., DS4) in mehreren unterschiedlichen Nachrichten (NWM1, NWM2) basierend auf den ermittelten Datenpfaden, wodurch im Betrieb des Kom munikationsnetzwerks (1) ein zyklisches Aussenden der mehreren unterschiedlichen Nachrichten (NWM1, NWM2) in einem jeweiligen Datenstrom entlang unterschiedlicher Da tenpfade oder Datenpfadabschnitte erfolgt. Grouping (S4) of the data records (DS1, ..., DS4) in several different messages (NWM1, NWM2) based on the determined data paths, which means that the several different messages (NWM1, NWM2 ) in a respective data stream along different data paths or data path sections takes place.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Kommunikationsnetz werk (l)auf dem Standard OPC UA PubSub basiert. 2. The method according to claim 1, wherein the communication network (l) is based on the standard OPC UA PubSub.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Bestimmung der Netzwerktopologie auf dem Standard TSN basiert. 3. The method according to claim 1 or 2, in which the determination of the network topology is based on the TSN standard.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Gruppierung der Datensätze (DS1, ..., DS4) umfasst, dass Datensätze (DS1, ..., DS4), die eine Anzahl an Datenpfadab schnitten gemeinsam durchlaufen, in einer gemeinsamen Nach richt (NWM1, NWM2) verpackt werden. 4. The method according to any one of the preceding claims, in which the grouping of the data records (DS1, ..., DS4) comprises that data records (DS1, ..., DS4), which cut a number of Datenpfadab together, pass through in a common Message (NWM1, NWM2) to be packed.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Gruppierung der Datensätze (DS1, ..., DS4) umfasst, dass Datensätze (DS1, ..., DS4), die nach einer, insbesondere ers ten, Datenpfadverzweigung eine Anzahl an Datenpfadabschnitten gemeinsam durchläuft, in einer gemeinsamen Nachricht verpackt werden . 5. The method according to any one of the preceding claims, in which the grouping of the data records (DS1, ..., DS4) comprises that data records (DS1, ..., DS4), which after a, in particular first, data path branching a number Data path sections traversed together are packaged in a common message.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem für die jeweiligen Datenströme, in denen die mehreren unter schiedlichen Nachrichten (NWM1, NWM2) zyklisch übertragen werden, ein jeweiliger Datenpfad bestimmt und Weiterleitungs informationen in den Netzwerkkomponenten (12, 13, 14) gespei chert werden. 6. The method according to any one of the preceding claims, in which a respective data path is determined for the respective data streams in which the several different messages (NWM1, NWM2) are transmitted cyclically and forwarding information is stored in the network components (12, 13, 14) be chert.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem als Weiterleitungsin formation ein Datensatz-Kennzeichner verarbeitet wird, wobei jeder Datensatz (DS1, ..., DS4) in der jeweiligen Nachricht (NWM1, NWM2) mit einen Datensatz-Kennzeichner versehen ist. 7. The method according to claim 6, wherein a data record identifier is processed as forwarding information, each data record (DS1, ..., DS4) in the respective message (NWM1, NWM2) being provided with a data record identifier.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Gruppierung der Datensätze (DS1, ..., DS4) anhand von Kenn zeichnern der Netzwerkkomponenten (12, 13, 14) erfolgt, wobei die Datensätze (DS1, ..., DS4), die von an einer bestimmten Netzwerkkomponente (12, 13, 14) angeschlossenen Netzwerksen ken (15, ..., 18) abonniert sind, in einer Nachricht (NWM1, NWM2) gruppiert werden. 8. The method according to any one of the preceding claims, in which the grouping of the data sets (DS1, ..., DS4) takes place on the basis of identifiers of the network components (12, 13, 14), the data sets (DS1, ..., DS4 ) by at a particular Network components (12, 13, 14) connected to Netzwerksen (15, ..., 18) are subscribed to, are grouped in a message (NWM1, NWM2).
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Gruppierung der Datensätze (DS1, ..., DS4) anhand von Gerä tebezeichnungen der Netzwerkkomponenten (12, 13, 14) erfolgt. 9. The method according to any one of the preceding claims, in which the grouping of the data sets (DS1, ..., DS4) takes place on the basis of device names of the network components (12, 13, 14).
10. Computerprogrammprodukt, das direkt in den internen Spei cher eines digitalen Computers geladen werden kann und Soft warecodeabschnitte umfasst, mit denen die Schritte gemäß ei nem der vorhergehenden Ansprüche ausgeführt werden, wenn das Produkt auf dem Computer läuft. 10. Computer program product which can be loaded directly into the internal memory of a digital computer and comprises software code sections with which the steps according to one of the preceding claims are carried out when the product is running on the computer.
11. Industrielles Echtzeit-fähiges Kommunikationsnetzwerk (1), das zum zyklischen Übertragen von Nachrichten (NWM1, NWM2) ausgebildet ist, wobei eine jeweilige Nachricht (NWM1, NWM2) eine oder mehrere Datensätze (DS1, ..., DS4) umfasst, und wobei das Kommunikationsnetzwerk (1) umfasst: 11. Industrial real-time capable communication network (1) which is designed for the cyclical transmission of messages (NWM1, NWM2), a respective message (NWM1, NWM2) comprising one or more data records (DS1, ..., DS4), and wherein the communication network (1) comprises:
eine Nachrichtenquelle (10), die dazu ausgebildet ist, Nachrichten (NWM1, NWM2) zu erzeugen und diese zyklisch auszusenden ; a message source (10) which is designed to generate messages (NWM1, NWM2) and to send them out cyclically;
zumindest eine Nachrichtensenke (16, 17, 18), die dazu ausgebildet ist, die Nachrichten (NWM1, NWM2) zu empfan gen und zu verarbeiten; at least one message sink (16, 17, 18) which is designed to receive the messages (NWM1, NWM2) and to process them;
zumindest eine Netzwerkkomponente (12, 14), die die Nach richten von der Nachrichtenquelle (10) oder einer der Netzwerkkomponenten (12) empfängt und an die zumindest eine Nachrichtensenke (15, ..., 18) oder eine der Netzwerk komponenten (13, 14) weiterleitet; at least one network component (12, 14) which receives the messages from the message source (10) or one of the network components (12) and to which at least one message sink (15, ..., 18) or one of the network components (13, 14) forwards;
wobei das Kommunikationsnetzwerk (1) dazu ausgebildet ist, eine Netzwerktopologie des Kommunikationsnetzwerks (1) zur Bestimmung der physikalischen Anordnung der über ein Übertragungsmedium miteinander verbundenen Nachrichten quelle (10), der zumindest einen Netzwerkkomponente (12, 13, 14) und der zumindest einen Nachrichtensenke (15, ..., 18), zu ermitteln; zu ermitteln, welchen oder welche der Datensätze (DS1, ..., DS4) eine jeweilige der Nachrichtensenken (16, 17, 18) empfangen möchte; wherein the communication network (1) is designed to provide a network topology of the communication network (1) to determine the physical arrangement of the message source (10) connected to one another via a transmission medium, the at least one network component (12, 13, 14) and the at least one message sink (15, ..., 18) to determine; to determine which or which of the data records (DS1, ..., DS4) a respective one of the message sinks (16, 17, 18) would like to receive;
jeweilige Datenpfade von der Nachrichtenquelle (10) zu der jeweiligen Nachrichtensenke (15, ..., 18) für die Über tragung der von einer jeweiligen Nachrichtensenke (15, ..., 18) abonnierten Datensätze (DS1, ..., DS4) zu bestimmen; die Datensätze (DS1, ..., DS4) in mehreren unterschiedli chen Nachrichten (NWM1, NWM2) basierend auf den ermittel- ten Datenpfaden zu gruppieren, wodurch im Betrieb desrespective data paths from the message source (10) to the respective message sink (15, ..., 18) for the transmission of the data records (DS1, ..., DS4) subscribed to by a respective message sink (15, ..., 18) to determine; to group the data records (DS1, ..., DS4) in several different messages (NWM1, NWM2) based on the determined data paths, whereby the operation of the
Kommunikationsnetzwerks (1) ein zyklisches Aussenden der mehreren unterschiedlichen Nachrichten (NWM1, NWM2) in einem jeweiligen Datenstrom entlang unterschiedlicher Da tenpfade oder Datenpfadabschnitte erfolgt. Communication network (1) a cyclical sending out of several different messages (NWM1, NWM2) in a respective data stream along different data paths or data path sections takes place.
PCT/EP2019/061832 2019-05-08 2019-05-08 Method for configuring a communications network for the cyclical transmitting of messages WO2020224774A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2019/061832 WO2020224774A1 (en) 2019-05-08 2019-05-08 Method for configuring a communications network for the cyclical transmitting of messages

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2019/061832 WO2020224774A1 (en) 2019-05-08 2019-05-08 Method for configuring a communications network for the cyclical transmitting of messages

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020224774A1 true WO2020224774A1 (en) 2020-11-12

Family

ID=66685560

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2019/061832 WO2020224774A1 (en) 2019-05-08 2019-05-08 Method for configuring a communications network for the cyclical transmitting of messages

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2020224774A1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2355403A1 (en) * 2010-02-01 2011-08-10 Thales Nederland B.V. A method for distributing data across a mobile ad-hoc wide area network
EP2991320A1 (en) * 2014-08-25 2016-03-02 Siemens Aktiengesellschaft Method for determining names of communication devices within an industrial automation system, diagnosis unit and diagnosis data providing unit

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2355403A1 (en) * 2010-02-01 2011-08-10 Thales Nederland B.V. A method for distributing data across a mobile ad-hoc wide area network
EP2991320A1 (en) * 2014-08-25 2016-03-02 Siemens Aktiengesellschaft Method for determining names of communication devices within an industrial automation system, diagnosis unit and diagnosis data providing unit

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GUTIERREZ MARINA ET AL: "Self-configuration of IEEE 802.1 TSN networks", 2017 22ND IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON EMERGING TECHNOLOGIES AND FACTORY AUTOMATION (ETFA), IEEE, 12 September 2017 (2017-09-12), pages 1 - 8, XP033292931, DOI: 10.1109/ETFA.2017.8247597 *
OPC FOPUNDATION: "OPC Unified Architecture Specification Part 14: PubSub Release 1.04", 6 February 2018 (2018-02-06), XP055522628, Retrieved from the Internet <URL:https://opcfoundation.org/developer-tools/specifications-unified-architecture/part-14-pubsub> [retrieved on 20181109] *
PFROMMER JULIUS ET AL: "Hybrid OPC UA and DDS: Combining architectural styles for the industrial internet", 2016 IEEE WORLD CONFERENCE ON FACTORY COMMUNICATION SYSTEMS (WFCS), IEEE, 3 May 2016 (2016-05-03), pages 1 - 7, XP032915526, DOI: 10.1109/WFCS.2016.7496515 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE602005001815T2 (en) Method for the efficient multiple distribution of content in a peer-to-peer network
DE60317925T2 (en) CONTROLLING NETWORK TRAFFIC IN A PEER-TO-PEER ENVIRONMENT
DE102006021591B3 (en) Data transfer method for e.g. Internet, involves transmitting query for destination-peer-device from one of peer-to-peer-networks to one of peer-devices in network under information of one of network addresses of another peer-device
EP3522477A1 (en) Method for communicating data in an industrial network in particular, device for carrying out the method, computer program and computer-readable medium
DE112011103561T5 (en) Network processor and method for accelerating data packet parsing
DE60132360T2 (en) MANAGING NETWORK TRANSPORT BY APPLYING A HASH FUNCTION
DE10143356A1 (en) Acceptance filter for filtering identifiers in messages in e.g. controller area network system, compares each identifier with prestored identifiers and sends corresponding acceptance signal to allocated user based on comparison result
DE102019210229A1 (en) Method and device for the analysis of service-oriented communication
EP3228036B1 (en) Method and control device for transmitting safety-relevant data in a motor vehicle by means of an ethernet standard
DE19821004C2 (en) Sequence generator
EP2119124A2 (en) Network component, method for the operation of such a network component, automation system comprising such a network component, method for transmitting data in an automation system by means of such a network component, and corresponding computer program and computer program product
EP3871377B1 (en) Distributor node, automation network and method for transmitting telegrams
EP3942777B1 (en) Configuring a communications network for the cyclical transmission of messages
WO2020224774A1 (en) Method for configuring a communications network for the cyclical transmitting of messages
DE102016211189A1 (en) Forwarding device
DE102019125545B3 (en) DATA TRANSFER PROCEDURE, SEGMENT TELEGRAM AND AUTOMATION COMMUNICATION NETWORK
DE102021122686A1 (en) PROCEDURE FOR OPERATING A NETWORK
DE102019210225A1 (en) Method and device for the analysis of service-oriented communication
EP1994676B1 (en) Method for generating an address field method and device for transmitting an electronic message and data packet
EP1527578A1 (en) Communication in a data network
EP3518470A1 (en) Method for communicating data in an industrial network in particular, device for carrying out the method, computer program and computer-readable medium
DE102010042601A1 (en) network
DE102020210193B3 (en) Method and system for securing data communication within a network
DE102020126936B4 (en) Method for transmitting data in a digital network
WO2022253589A1 (en) Method for time-of-flight-based configuration of a device-internal signal transmission in a control device, and correspondingly operable control device and motor vehicle

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19727833

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19727833

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1