-
Stand der Technik
-
Die Offenbarung betrifft ein TSN-fähiges Netzwerkkopplungselement, insbesondere eine TSN-Bridge, und ein Verfahren zum Betreiben eines TSN-fähigen Netzwerkkopplungselements, insbesondere eine TSN-Bridge, das zum Empfangen von redundanten Datenpaketen ausgebildet ist.
-
Ferner betrifft die Offenbarung ein Kontrollsystem und ein Verfahren zum Betreiben einer Kontrollinstanz in einem TSN-Kommunikationssystem.
-
Offenbarung der Erfindung
-
In industriellen Kommunikationsverfahren aber auch in der zeitkritischen Vernetzung innerhalb von Fahrzeugen ist ein deterministischer und latenzarmer Datenaustausch zwischen einzelnen Systemkomponenten wünschenswert. Aktuell sind unter dem Begriff „Time Sensitive Networking“ (TSN) Erweiterungen des Ethernet Standards in Arbeit, die ebenfalls zu latenzarmen und zuverlässigen Datenströmen führen. Ein Time Sensitive Networking, TSN, - Kommunikationssystem ist ein Kommunikationssystem, das auf dem IEEE Time-Sensitive Networking (TSN)-Standard basiert. Bei derartigen Kommunikationssystemen gibt es häufig keine direkte Verbindung zwischen einer Datenquelle und einer Datensenke. Stattdessen werden die Datenpakete zwischen Datenquelle und Datensenke von mehreren Netzwerkkopplungselementen, bespielweise TSN-Bridges, weitergeleitet.
-
Um die Wahrscheinlichkeit eines erfolgreichen Datenaustauschs zu erhöhen, können redundante Datenpfade genutzt werden. Der TSN-Standard IEEE802.1CB-2017 betrifft den Aufbau von redundanten Netzwerken, insbesondere den Aufbau redundanter Datenpfade, bei denen Datenpakete dupliziert und später wieder zusammengeführt werden, um so eine nahtlose Redundanz zu ermöglichen. Bei diesem Standard wird an einer definierten Stelle im Netzwerk ein Datenpaket dupliziert und quasi-zeitgleich über redundante Datenpfade verschickt. Vorzugsweise wird an einer späteren Stelle, an der die redundanten Datenpfade wieder zusammenlaufen, nur eines der empfangenen Datenpakete weitergeleitet und jedes weitere redundant gesendete Datenpaket verworfen.
-
Die Übertragung gilt als erfolgreich, wenn mindestens eine Kopie eines Datenpakets die Datensenke erreicht. Aus Sicht der zeitkritischen Anwendung ist dabei relevant, dass mindestens eine Kopie jedes Datenpakets innerhalb einer vorbestimmten Zeit ihr vorbestimmtes Ziel erreicht.
-
Aus Sicht der Systemauslegung, der Fehlersuche und der Prädiktion von zukünftigen Problemen ist es jedoch auch wünschenswert zu bestimmen, wie viele Datenpakete unterwegs verloren gehen, ohne dass dies an den Datensenken bemerkt wird.
-
Eine Time Sensitive Networking, TSN, - Netzwerkkopplungselement ist gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen ein Netzwerkkopplungselement, das auf dem Ethernet-Standard basiert und dazu ausgebildet ist, gemäß dem IEEE Standard 802.1CB zu arbeiten. Ein Beispiel für eine TSN-Netzwerkkopplungselement gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist ein TSN-Switch, der dazu ausgebildet ist, gemäß dem IEEE Standard 802.1CB zu arbeiten, insbesondere unkritische Paketverluste in dem TSN-Switch lokal zu zählen. Vorteilhafterweise kann das TSN-fähige Netzwerkskopplungselement mehrere eingehende und ausgehende redundante Datenpakete berücksichtigen. Vorteilhafterweise wird jeweils die erste erfolgreich empfangene Kopie eines Datenpakets weitergeleitet, während alle folgenden Kopien von dem TSN-fähigen Netzwerkkopplungselement verworfen werden.
-
Das Verfahren zum Betreiben eines TSN-fähigen Netzwerkkopplungselement, insbesondere einer TSN-Bridge, das zum Empfangen von redundanten Datenpaketen ausgebildet ist, umfasst gemäß bevorzugten Ausführungsformen die folgenden Schritte: Ermitteln wenigstens einer Anzahl erwarteter, nicht empfangener Datenpakete durch das TSN-fähige Netzwerkkopplungselement und Übertragen der ermittelten Anzahl erwarteter, nicht empfangener Datenpakete von dem TSN-fähigen Netzwerkkopplungselement an eine Kontrollinstanz.
-
Vorzugsweise ist ein erwartetes, nicht empfangenes Datenpaket, ein Datenpaket, das von dem TSN-fähige Netzwerkkopplungselement erwartet wird, aber dieses nicht innerhalb eines Kommunikationszyklus und/oder innerhalb einer vorbestimmten Zeit, insbesondere vor einer vorbestimmten Deadline, innerhalb eines Kommunikationszyklus erreicht.
-
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Ermitteln der Anzahl erwarteter, nicht empfangener Datenpakete für einen jeweiligen Datenpfad erfolgt.
-
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass Ermitteln der Anzahl erwarteter, nicht empfangener Datenpakete das Detektieren des Nicht-Empfangens eines jeweiligen Datenpakets und das zumindest zeitweise Speichern der Anzahl der nicht empfangenen Datenpakete in einem internen Speicher umfasst.
-
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Datenpakete Informationen umfassen, die eine eindeutige Zuordnung zu einem Datenstrom und einer Sequenznummer innerhalb des Datenstroms ermöglichen, und das Detektieren des Nicht-Empfangens eines jeweiligen Datenpaketes anhand der Sequenznummer der Datenpakete erfolgt.
-
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Übertragen der ermittelten Anzahl auf eine Abfrage der Kontrollinstanz erfolgt.
-
Das Übertragen der ermittelten Anzahl auf eine Abfrage der Kontrollinstanz umfasst vorzugsweise das Empfangen einer Abfrage von der Kontrollinstanz durch das TSN-fähige Netzwerkkopplungselement.
-
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein TSN-fähiges Netzwerkkopplungselement, insbesondere TSN-Bridge, die zum Ausführen der folgenden Schritte ausgebildet ist: Ermitteln der Anzahl erwarteter, nicht empfangener Datenpakete durch das TSN-fähige Netzwerkkopplungselement und Übertragen der ermittelten Anzahl erwarteter, nicht empfangener Datenpakete von dem TSN-fähigen Netzwerkkopplungselement an eine Kontrollinstanz.
-
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das TSN-fähige Netzwerkkopplungselement zur Ausführung des Verfahrens gemäß den Ausführungsformen ausgebildet ist.
-
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Kontrollinstanz in einem TSN-Kommunikationssystem, wobei die Kontrollinstanz von wenigstens einem TSN-fähigen Netzwerkkopplungselement eine ermittelte Anzahl erwarteter, nicht empfangener Datenpakete empfängt.
-
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Kontrollinstanz von dem wenigstens einen TSN-fähigen Netzwerkkopplungselement die ermittelte Anzahl erwarteter, nicht empfangener Datenpakete abfragt.
-
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Abfragen der ermittelten Anzahl in jedem Kommunikationszyklus oder alle N Kommunikationszyklen mit N>1 erfolgt.
-
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Kontrollinstanz anhand der Anzahl eine oder mehrere Informationen i) bis iii) ermittelt:
- i) aktuelle Kommunikationsqualität des TSN-Kommunikationssystems;
- ii) fehleranfällige Bereiche und/oder fehleranfällige Datenpfade des TSN-Kommunikationssystems;
- iii) zukünftige, zu erwartende Verluste von Datenpaketen.
-
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Kontrollinstanz fehleranfällige Bereiche und/oder fehleranfällige Datenpfade des TSN-Kommunikationssystems deaktiviert.
-
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Kontrollinstanz Maßnahmen in Abhängigkeit der ermittelten Anzahl, umfassend einen oder mehrere der folgenden Schritte ableitet:
- a) Aufbauen neuer Übertragungspfade;
- b) Vorbereiten einer laufenden Anwendung des TSN-Kommunikationssystems auf kritische Fehler;
- c) Berücksichtigen der gewonnenen Erkenntnisse bei zukünftigen Konfigurationen von TSN-Kommunikationssystemen.
-
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf eine Kontrollinstanz, die dazu ausgebildet ist, von wenigstens einem TSN-fähigen Netzwerkkopplungselement eine ermittelte Anzahl erwarteter, nicht empfangener Datenpakete zu empfangen.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kontrollinstanz eine zentrale Kontrollinstanz.
-
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Kontrollinstanz zur Ausführung des Verfahrens gemäß den Ausführungsformen ausgebildet ist.
-
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf die Verwendung der Verfahren gemäß den Ausführungsformen und/oder des TSN-fähigen Netzwerkkopplungselements gemäß den Ausführungsformen und/oder der Kontrollinstanz gemäß den Ausführungsformen in einem Kraftfahrzeug und/oder in einer industriellen Fertigungseinrichtung.
-
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein computerlesbares (Speicher)medium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und/oder das Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12 auszuführen.
-
Das Verfahren gemäß den Ausführungsformen ermöglicht vorteilhaft, Informationen über die Zuverlässigkeit eines redundanten TSN-Kommunikationssystems zu erhalten und aus den Informationen entsprechende Maßnahmen abzuleiten. Dadurch können Verluste in der Datenkommunikation prädiziert und somit gegebenenfalls vermieden werden.
-
Das Prinzip gemäß den Ausführungsformen kann in allen Bereichen genutzt werden, in denen redundante, zeitkritische Kommunikationsverfahren eingesetzt werden und gleichzeitig Indikatoren über die zu erwartende Zuverlässigkeit überwacht werden sollen. Solche Bereiche sind unter anderem die industrielle Fertigung, aber auch Netzwerke innerhalb von Fahrzeugen.
-
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
-
In der Zeichnung zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines redundant ausgelegten Kommunikationssystems gemäß bevorzugten Ausführungsformen;
- 2 eine schematische Darstellung einer Kontrollinstanz gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen,
- 3 eine beispielhafte Struktur eines Datenpakets gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen,
- 4A schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen, und
- 4B schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung eines redundant ausgelegten Kommunikationssystems 100 gemäß bevorzugten Ausführungsformen. Das Kommunikationssystem 100 ist ein Time Sensitive Networking (TSN)-Kommunikationssystem 100, also ein Kommunikationssystem, das auf dem IEEE Time-Sensitive Networking (TSN)-Standard basiert. Vorteilhafterweise ist das Kommunikationssystem 100 nach dem TSN-Standard IEEE802.1CB-2017 ausgelegt und umfasst wenigstens ein TSN-fähiges Netzwerkkopplungselement, das auf dem Ethernet-Standard basiert und dazu ausgebildet ist, gemäß dem IEEE802.1CB-2017 zu arbeiten, insbesondere eine TSN-Bridge, das zum Empfangen und vorteilhafterweise auch zum Weiterleiten von, vorzugsweise redundanten, Datenpaketen ausgebildet ist.
-
Für die redundante Übertragung der Daten durch das Kommunikationssystem werden mehrere redundante Datenpfade konfiguriert. Redundante Datenpfade können dabei z.B. mittels Mechanismen aus IEEE802.1ca (Path Control and Reservation) über unterschiedliche Network-Trees konfiguriert werden. Dazu wird bei jeder Netzwerkkomponente die Zahl n der eingehenden, redundanten Datenströme konfiguriert.
-
Vorliegend weist das TSN-Kommunikationssystem 100 vier TSN-fähige Netzwerkkopplungselemente 110a, 110b, 110c, 110d auf, bei denen es sich z.B. jeweils um eine TSN-Bridge handelt, also um ein TSN-fähiges Netzwerkkopplungselement, das mehrere Netzwerksegmente und/oder Endgeräte oder dergleichen miteinander verbinden kann. Die TSN-Bridges 110a bis 110d sind dazu ausgebildet, die empfangen Datenströme weiterzuleiten. Die TSN-Bridges können beispielsweise als sogenannte Infrastruktur-Bridges, häufig auch Switch genannt, die ausschließlich Daten empfangen und weiterleiten, oder als sogenannte Bridged-End-Devices, die für bestimmte Datenströme als Datenquelle, Talker oder Datensenke, Listener und für andere Datenströme nur als Bridge auftreten, ausgebildet sein. Im industriellen Kontext können dies beispielsweise Steuerungen, Antriebe oder I/O-Geräte sein, die mit mindestens zwei Ethernet-Ports ausgerüstet sind. In den in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen sind die TSN-Bridges 110a bis 110d beispielhaft als Infrastruktur-Bridges ausgebildet.
-
Wie aus 1 ersichtlich, ist vorliegend beispielhaft eine Kommunikationseinrichtung 120 vorgesehen, die im vorliegenden Beispiel eine Datenquelle, auch Talker genannt darstellt. Beispielsweise handelt es sich um eine industrielle Steuereinrichtung (z.B. vom Industrial Ethernet Typ), die über ein oder mehrere Ports Daten an ein oder mehrere Endgeräte versendet, wie sie z.B. in industriellen Fertigungseinrichtungen einsetzbar sind. Im Allgemeinen umfasst ein TSN-Kommunikationssystem eine Vielzahl von Datenströmen, in 1 sind vereinfacht nur die redundanten Datenpfade a, b, c, d, e, f, g, h eines Datenstroms dargestellt. Die Kommunikationseinrichtung 120 sendet Daten D1, insbesondere in Form eines entsprechenden Datenpakets dp1 über den Datenpfad a an die TSN-Bridge 110a und ein Kopie davon, insbesondere in Form eines entsprechenden Datenpaketes dp1' über den Datenpfad b an die TSN-Bridge 110b. Die TSN-Bridge 110a leitet das empfangene Datenpaket dp1 in Form des entsprechendes Datenpakete dp1 über den Datenpfad c an die TSN-Bridge 110c und eine Kopie davon, insbesondere in Form eines entsprechenden Datenpaketes dp1' über den Datenpfad d an die TSN-Bridge 110d weiter. Die TSN-Bridge 110b leitet ebenfalls das empfangene Datenpaket dp1' in Form entsprechender Datenpakete dp1' und dp1" über die Datenpfade e und f an die TSN-Bridges 110c und 110d weiter.
-
Die TSN-Bridge 110c empfängt nun die Datenpakete dp1 und dp1' über einen ersten und einen zweiten Port. Vorteilhafterweise sind die TSN-Bridges dazu ausgebildet, jeweils die erste erfolgreich empfangene Kopie eines Datenpakets weiterzuleiten, und alle folgenden Kopien zu verwerfen. Gemäß der dargestellten Ausführungsform wird beispielhaft das Datenpaket dp1 über den Datenpfad g weitergeleitet. Entsprechend leitet die TSN-Bridge 110d das Datenpaket dp1' über den Datenpfad h weiter.
-
Weiter ist, wie aus 1 ersichtlich, eine weitere Kommunikationseinrichtung 130 vorgesehen, bei der es sich z.B. um ein Endgerät, insbesondere eine Datensenke, auch Listener genannt, wie z.B. einen Aktor und/oder Sensor oder dergleichen (z.B. Industrial Ethernet Endgerät) handelt, an dem ein oder mehrere Ausbreitungspfade eines Datenstroms enden. Im industriellen Kontext könnte dies zum Beispiel ein Antrieb sein. Im Allgemeinen erfordert die Regelung eines Antriebs die Übertragung von Solldaten von der Steuerung zum Antrieb und die Übertragung von Istdaten in entgegengesetzte Richtung. In 1 ist beispielhaft die erste Übertragungsrichtung dargestellt. Für die entgegengesetzte, nicht dargestellte Übertragungsrichtung könnte das Endgerät 130 die Rolle des Talkers und das Endgerät 120 die Rolle des Listeners übernehmen.
-
Die TSN-Bridges 110c und 110d senden vorliegend Datenpakete dp1 an das Endgerät 130.
-
Analog hierzu können die TSN-Bridges 110a - 110d auch von weiteren (nicht abgebildeten) Komponenten weitere Datenpakete dp4-dpn empfangen und/oder weitere Datenpakete dp2-dpn an weitere (ebenfalls nicht abgebildete) Komponenten senden. Zwischen den TSN-Switches 110a, 110b bzw. 110c und 110d können ebenfalls Datenpakete dp2-dpn ausgetauscht werden, die bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen z.B. zumindest teilweise die anderen genannten Datenpakete dp1, dp1' enthalten bzw. diesen entsprechen bzw. daraus abgeleitet sind.
-
Anhand der in 1 dargestellten Ausführungsform wäre eine Übertragung also erfolgreich, wenn das Endgerät 130 mindestens eine Kopie eines Datenpakets dp1 der von dem Endgerät 120 ausgesendeten Daten erreicht. Für den beschriebenen Datenaustausch ist aus Sicht der zeitkritischen Anwendung relevant, ob mindestens eine Kopie jedes Datenpakets sein vorbestimmtes Ziel, also das Endgerät 130, innerhalb einer bestimmten Zeit innerhalb eines Kommunikationszyklus erreicht.
-
Je nach Anwendung können sich dabei unterschiedliche Zykluszeiten und Deadlines ergeben, diese sind dabei vorteilhafterweise während des Echtzeitbetriebs konstant. Die Zykluszeit beschreibt, in welchen Zeitabständen Datenpakete mit der gleichen Struktur und für den gleichen Zweck ausgetauscht werden müssen. Die Datenmenge ist hinsichtlich Paketgröße und der Anzahl der benötigten Pakete je Zyklus, die zwischen den Endgeräten im zyklischen Echtzeitbetrieb ausgetauscht wird, vorzugsweise in jedem Zyklus konstant.
-
Die Deadline beschreibt, bis zu welchem Zeitpunkt innerhalb eines Kommunikationszyklus die Daten ihr Ziel, beispielsweise ein Endgerät, ohne Fehler erreicht haben müssen. Empfängt ein Endgerät ein erwartetes Paket in einem Zyklus nicht oder erst nach der Deadline, wird dies als Paketverlust gewertet. Je nach betrachteter Anwendung und Netzwerkprotokoll können einzelne Paketverluste toleriert werden, während andere Paketverluste z.B. zu einem Nothalt und Fehlerzustand des Systems führen. Das Endgerät kann die Paketverluste detektieren und zählen.
-
Vorteilhafterweise werden redundante Datenpakete mit Informationen versehen, die eine eindeutige Zuordnung zu dem Datenstrom und eine Sequenznummer 160 innerhalb des Datenstroms beinhalten. Eine mögliche Struktur der Datenpakete ist beispielhaft in schematischer Form in 3 dargestellt. Ferner ist eine solche Struktur in dem Standard IEEE 802.1CB in .3 beschrieben.
-
Zueinander redundante Datenpakete werden mit derselben Sequenznummer 160 versehen. Beispielsweise weisen die von dem Endgerät 120 ausgesandten Datenpakete dp1 und dp1', sowie die von den TSN-Bridges 110a, 110b weitergeleiteten Datenpakete dp1, dp1' und dp1" dieselben Sequenznummern 160 auf. Die TSN-Bridges 110c, und 110d erkennen wiederum an den Sequenznummern 160 zueinander redundante Datenpakete dp1; dp1'; dp1''. Das zuerst empfangene Datenpaket einer Sequenznummer 160 wird weitergeleitet, ein Datenpaket mit einer schon zuvor empfangenen Sequenznummer 160 wird verworfen.
-
Vorteilhafterweise ist zumindest die TSN-Bridge 110c mit der Zahl n der eingehenden, redundanten Datenströme konfiguriert. D.h. die TSN-Bridge 110c kennt die Zahl n der eingehenden redundanten Datenströme und erwartet daher n eingehende Datenpakete dp1, dp1', dp1'' mit derselben Sequenznummer 160. Mechanismen zum Konfigurieren von redundanten Datenpfaden sind beispielsweise in IEEE802.1ca (Path Control and Reservation) beschrieben. In den in 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen ist n=2.
-
Bei der Datenübertragung kann es nun in Bezug auf die TSN-Bridge 110c zu folgenden Szenarien kommen:
- 1. Die TSN-Bridge 110c empfängt innerhalb eines Kommunikationszyklus und vor der Deadline alle 2 erwarteten Datenpakete dp1, dp1' mit derselben Sequenznummer 160 über die Datenpfade a und c. Davon wird vorzugsweise nur das erste, hier dp1, über den Datenpfad g weitergeleitet, das andere n-1 Datenpaket, hier dp1' wird verworfen. Das Endgerät 130 empfängt nun über den Datenpfad g das Datenpaket dp1.
- 2. Die TSN-Bridge 110c empfängt mindestens ein Datenpaket innerhalb eines Kommunikationszyklus und vor der Deadline, aber nicht alle erwarteten n Datenpakete mit derselben Sequenznummer 160 innerhalb eines Kommunikationszyklus oder zumindest nicht vor der Deadline. Beispielsweise empfängt die TSN-Bridge 110c das Datenpaket dp1 über den Datenpfad c aber nicht dp1' über Datenpfad e. Das empfangene Datenpaket dp1 wird weitergeleitet. Das Endgerät 130 empfängt also von der Bridge 110c das Datenpaket dp1. Der Paketverlust des Datenpakets dp1' über den Datenpfad e hat also keine Auswirkung auf den Empfang des Datenpakets dp1 durch das Endgerät 130 und kann daher am Endgerät 130 auch nicht detektiert werden. Solch ein Paketverlust wird daher auch als unkritischer Paketverlust bezeichnet. Die Datenkommunikation zwischen Endgerät 120 und 130 funktioniert in diesem Fall weiterhin ungestört.
-
Ferner ist noch das folgende, nicht erfindungsrelevante Szenario denkbar:
- 3. Die Bridge 110c empfängt keins der erwarteten Datenpakete dp1 und dp1' und kann somit auch kein Datenpaket weiterleiten. Die Bridge selbst kann in diesem Fall keinen Paketverlust detektieren.
-
Um zu bestimmen, wie viele Pakete unterwegs verloren gehen, ohne dass dies an den Endgeräten bemerkt wird, sind die TSN-Bridges 110a bis 110d vorteilhafterweise zum Ermitteln einer Anzahl erwarteter, nicht empfangener Datenpakete dp1; dp1', dp1'' ausgebildet. Im Folgenden wird dies beispielhaft anhand der TSN-Bridge 110c erläutert. Vorteilhafterweise umfasst die TSN-Bridge 110c wenigstens eine Recheneinrichtung 140a und wenigstens eine der Recheneinrichtung140a zugeordnete Speichereinrichtung 140b mit Instruktionen, bei deren Ausführung durch die Recheneinrichtung das im Weiteren beschriebene und in 4A schematisch dargestellte Verfahren ausführbar ist.
-
In einem ersten Schritt 200 ermittelt die TSN-Bridge 110c wenigstens einer Anzahl erwarteter, nicht empfangener Datenpakete (dp1; dp1'). In einem zweiten Schritt 210 überträgt die TSN-Bridge 11c die ermittelte Anzahl erwarteter, nicht empfangener Datenpakete dp1; dp1'; dp1'' an eine Kontrollinstanz 150.
-
Die TSN-Bridge 110c ist mit der Zahl n der eingehenden, redundanten Datenströme konfiguriert. D.h. die TSN-Bridge 110c kennt die Zahl n der eingehenden redundanten Datenströme und erwartet daher n eingehende Datenströme. Die Anzahl der nicht empfangenen Datenpakete ergibt sich dann aus Subtraktion der tatsächlich empfangen Datenpakete von der Zahl n.
-
Die Anzahl erwarteter, nicht empfangener Datenpakete umfasst vorteilhafterweise die Anzahl erwarteter, nicht empfangener Datenpakete für mehrere Kommunikationszyklen. Vorteilhafterweise ermittelt die TSN-Bridge 110c die Anzahl für einen jeweiligen Datenpfad x. d.h. die TSN-Bridge ermittelt die Anzahl für Datenpfad c und die Anzahl für Datenpfad g. Im Fall des oben beschriebenen zweiten Szenarios wird also die Anzahl um eins erhöht, da das Datenpaket dp1' nicht rechtzeitig empfangen wurde.
-
Vorteilhafterweise speichert die Bridge 110c die ermittelte Anzahl zumindest zeitweise in einem internen Speicher 140c. Dieser Speicher kann beispielsweise Teil der Speichereinrichtung 140b sein. Vorteilhafterweise umfasst die TSN-Bridge 110c einen implementierten Zähler zum Zählen der Anzahl der erwarteten, aber nicht empfangen Datenpakete dp1, dp1'. Der Standard IEEE 802.1CB beschreibt, wie in den TSN-Bridges Zähler zum Zählen von nicht empfangenen, redundanten Pakete implementiert werden können, um solche zunächst unkritische Paketverluste in TSN-Bridges lokal zu detektieren.
-
Vorteilhafterweise werden vor Beginn des Echtzeitbetriebs und/oder vor Beginn der einer Anwendung die Zählerstände der Zähler mit Null initialisiert bzw. deren aktueller Wert ermittelt und abgespeichert.
-
Die TSN-Bridge 110c überträgt 210 die ermittelte Anzahl an eine Kontrollinstanz 150. Dabei ist es denkbar, dass die TSN-Bridge 110c dazu ausgebildet ist, die Anzahl von sich aus an die Kontrollinstanz zu übertragen. Ebenfalls ist es denkbar, dass die Kontrollinstanz 150 die Anzahl von der TSN-Bridge 110c abfragt 205. Das Übertragen der ermittelten Anzahl auf eine Abfrage 205 der Kontrollinstanz 150 umfasst vorzugsweise das Empfangen einer Abfrage von der Kontrollinstanz durch die TSN-Bridge. Die Kontrollinstanz 150 kann dazu über ein geeignetes Protokoll auf den internen Speicher 140c der TSN-Bridge 110c zugreifen. Mögliche Protokolle sind hier beispielsweise NETCONF oder SNMP. Die Kontrollinstanz 150 umfasst vorteilhafterweise eine Recheneinrichtung und eine Speichereinrichtung mit Instruktionen, bei deren Ausführung durch die Recheneinrichtung das im Weiteren beschriebene und in 4B dargestellte Verfahren ausführbar ist.
-
In einem Schritt 230 empfängt die Kontrollinstanz 150 von der TSN-Bridge 110c wenigstens eine ermittelte Anzahl erwarteter, nicht empfangener Datenpakete dp1; dp1'. Die Kontrollinstanz fragt 220 vorteilhafterweise von der TSN-Bridge 110c die ermittelte Anzahl erwarteter, nicht empfangener Datenpakete dp1; dp1'.
-
Das Übertragen der Anzahl kann vorteilhafterweise während des Echtzeitbetriebs erfolgen. Ferner kann das Übertragen in periodischen Abständen, beispielsweise alle N Kommunikationszyklen mit N>1, erfolgen.
-
Vorteilhafterweise ist die Kontrollinstanz 150 dazu ausgebildet, von mehreren TSN-Bridges 110a bis 110d eines TSN-fähigen Kommunikationssystems 100 die Anzahl abzufragen 220.
-
Die Kontrollinstanz 150 ist vorteilhafterweise dazu ausgebildet, anhand der Anzahl der erwarteten, nicht empfangenen Datenpakete dp1, dp1',... dpn, dpn' eine oder mehrere Informationen i) bis iii) zu ermitteln 240:
- i) aktuelle Kommunikationsqualität des TSN-Kommunikationssystems 100;
- ii) fehleranfällige Bereiche und/oder fehleranfällige Datenpfade a bis h des TSN-Kommunikationssystems 100;
- iii) zukünftige, zu erwartende Verluste von Datenpaketen dp1, dp1',... dpn, dpn'.
-
Anhand der für einen jeweiligen Datenpfad x ermittelten Anzahl und/oder anhand der von einer jeweiligen TSN-Bridge ermittelten Anzahl kann ein fehleranfälliger Bereich und/oder ein fehleranfälliger Datenpfad bestimmt werden. Unter einem fehleranfälligen Bereich eines TSN-Kommunikationssystems wird mindestens ein Datenpfad und/oder mindeste eine Komponente des TSN-Kommunikationssystems verstanden.
-
Vorteilhafterweise ist die Kontrollinstanz 150 dazu ausgebildet, von fehleranfällige Bereichen und/oder fehleranfällige Datenpfaden des TSN-Kommunikationssystems 100 zu deaktivieren 250.
-
Vorteilhafterweise ist die Kontrollinstanz 150 dazu ausgebildet, Maßnahmen in Abhängigkeit der ermittelten Anzahl abzuleiten 260, umfassend einen oder mehrere der folgenden Schritte:
- a) Aufbauen neuer Übertragungspfade;
- b) Vorbereiten einer laufenden Anwendung des TSN-Kommunikationssystems 100 auf kritische Fehler;
- c) Berücksichtigen der gewonnenen Erkenntnisse bei zukünftigen Konfigurationen von TSN-Kommunikationssystemen 100.
-
Insbesondere zum Überbrücken fehleranfälliger Übertragungspfade können neue Übertragungspfade aufgebaut werden, um so die Übertragungsqualität des TSN-fähigen Kommunikationssystems 100 zu verbessern.
-
Die Kontrollinstanz ermittelt vorzugsweise anhand der ermittelten zukünftigen, zu erwartenden Verluste von Datenpaketen dp1, dp1',... dpn, dpn' mögliche zu erwartende kritische Fehler. Ein kritischer Fehler kann beispielsweise zu einem, insbesondere sicherheitskritischen Fehler in einer laufenden Anwendung führen. Zum Vorbereiten einer laufenden Anwendung des TSN-Kommunikationssystems auf kritische Fehler können zum Beispiel Vorkehrungen, insbesondere Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden, wie z.B. das Anhalten oder Pausieren der laufenden Anwendung, Herabsetzen von der Geschwindigkeit von beweglichen Komponenten.
-
Ferner können die gewonnenen Erkenntnisse bei der (Neu-)Konfiguration des TSN-Kommunikationssystems berücksichtigt werden. Beispielsweise können problematische Bereiche und/oder Datenpfade deaktiviert und stattdessen neue Datenpfade aufgebaut werden.
