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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur
Planung des Verkehrs in einem Telekommunikationssystem und insbesondere
in Telekommunikationssystemen, in denen Daten zyklisch übertragen
werden.
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Ein
Beispiel für
Telekommunikationssysteme, bei denen die Datensendung in Übereinstimmung
mit bestimmten Zykluszeiten zyklisch erfolgt, ist ein allgemeines
industrielles Automationssystem, das einen programmierbaren Logik-Controller
(PLC oder einen "SoftPLC", der sich auf das
Ersetzen einer Ausführungseinheit
der programmierbaren Logik durch ein Applikationsprogramm bezieht,
das auf einem Computer laufen soll, um Befehle des Logikprogramms
auszuführen),
entsprechende Stellantriebe und Sensoren oder andere Vorrichtungen
sowie einen Bus, wie etwa einen Profibus, enthält, der selbige miteinander
verbindet. Normalerweise erfolgt die Telekommunikation derartiger
Systeme zyklisch, so dass der Sender der Daten, wie etwa ein PLC,
eine bestimmte (diese) Nachricht zu bestimmten Intervallen in Übereinstimmung
mit einer entsprechenden Zykluszeit überträgt. Mit anderen Worten bezieht
sich eine Zykluszeit auf eine Zeit zwischen den Startmomenten der Übertragung
von zwei derartigen aufeinanderfolgenden Nachrichten. Die Nachricht
wird einer Vorrichtung zugestellt, die mit dem Bus verbunden ist,
wobei die Vorrichtung normalerweise durch Übertragen einer Antwortnachricht
antwortet. Ist die Zykluszeit ausreichend kurz, können in
der Praxis die Daten somit in Echtzeit beispielsweise zwischen einem
PLC und einem Stellantrieb übertragen
werden, so dass beispielsweise die Echtzeit-Statusinformationen,
etc. des Stellantriebs dem PLC zur Verfügung stehen. Derartige Zyklen treten
normalerweise öfters
zur selben Zeit auf, wobei jeder Zyklus eine bestimmte Zykluszeit
hat. Die Zykluszeiten unter schiedlicher Zyklen können sich voneinander unterscheiden
oder können
dieselbe Länge
haben. Weiterhin wird in einem derartigen System ein Nachrichtenzyklus
normalerweise durch eine Vorrichtung, die als Master arbeitet, wie
etwa einen PLC, initiiert, während
andere Vorrichtungen (nicht gezeigt) lediglich auf die Nachrichten
antworten, die von der Mastervorrichtung empfangen werden. In einem
derartigen Fall hat jeder Nachrichtenzyklus eine vorbestimmte Übertragungszeit
auf einem Datenübertragungsweg,
wodurch Kollisionen zwischen unterschiedlichen Nachrichten, d.h.
gleichzeitige Sendungen auf dem Datenübertragungsweg, verhindert
werden können.
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US 6.321.272 beschreibt
eine Schnittstelle zwischen einem industriellen Steuersystem und
einem Netzwerk für
allgemeine Zwecke. In dem deterministischen Netzwerk werden Echtzeitdaten
in einer regulären Sequenz
gemäß bekannter
zyklischer Perioden vorkonfiguriert und ausgetauscht.
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Bei
einigen Prozessen besteht jedoch zudem Bedarf, von einer Slave-Vorrichtung
zu einer weiteren Slave-Vorrichtung zu kommunizieren, d.h. es ist
eine Slave-zu-Slave-Kommunikation
erforderlich. Normalerweise erfolgt dies durch eine Master-Vorrichtung derart,
dass die Master-Vorrichtung bei einer Slave-Vorrichtung die notwendigen
Informationen abfragt und die empfangene Antwort zu einer zweiten
Slave-Vorrichtung schreibt. Ein Problem bei der oben beschrieben
Lösung
liegt darin, dass eine derartige Prozedur die Kapazität des benutzten
Datenübertragungsweges
wie auch die Prozessorkapazität
der Master-Vorrichtung unnötig
beansprucht, da die Kommunikation zwischen Slave-Vorrichtungen immer
durch eine Master-Vorrichtung erfolgt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Ein
Ziel der Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung,
die das Verfahren einsetzt, anzugeben, so dass das zuvor beschriebene
Problem gelöst
oder wenigstens vermindert werden kann. Das Ziel der Erfindung wird
durch eine Anordnung und ein Verfahren erreicht, die durch das gekennzeichnet sind, was
in den unabhängigen
Ansprüchen
1 und 7 offenbart wurde. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
sind in den abhängigen
Ansprüchen
beschrieben.
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Die
Erfindung gründet
sich auf den Gedanken, dass eine oder mehrere Vorrichtungen, die
einen Datenübertragungsweg
für eine
Datensendung verwenden, ihren eigenen Verkehr auf dem Datenübertragungsweg
ausführen
können.
Der Verkehr, wie etwa ein Nachrichtenzyklus, der von einer bestimmten
Vorrichtung selbst initiiert wird, wird im folgenden allgemein als
ihr eigener Verkehr bezeichnet. Die Erfindung basiert zudem auf
der Vorstellung, dass eine oder mehrere Vorrichtungen, die einen
Datenübertragungsweg
für eine
Datenübertragung
verwenden und selbst einen zyklischen Verkehr auf dem Datenübertragungsweg
ausführen müssen, so
angeordnet sind, dass sie bei ihrem Durchgang, bzw. während wenigstens
eines ersten Durchgangs, den zyklischen Verkehr des Datenübertragungsweges
im Telekommunikationssystem überwachen
und den Zeitpunkt ihres eigenen zyklischen Verkehrs auf dem Datenübertragungsweg
zwischen erfasstem zyklischen Verkehr auf der Basis der Überwachung
einstellen; und dass eine oder mehrere der Vorrichtungen, die den
Datenübertragungsweg
für die
Datensendung nutzen und einen nicht zyklischen Verkehr auf dem Datenübertragungsweg
selbst ausführen
müssen,
während
eines zweiten Durchgangs so angeordnet sind, dass sie den zyklischen
Verkehr auf dem Datenübertragungsweg
des Telekommunikationssystems überwachen,
um auf der Basis der Überwachung
und der Zykluszeit des wenigstens einen Zyklus' des zyklischen Verkehrs wenigstens
einen erwarteten Ereigniszeitschlitz des zyklischen Verkehrs zu
ermitteln, und eine Nachricht, die nicht zum zyklischen Verkehr
auf dem Datenübertragungsweg
gehört,
auf der Basis des wenigstens einen ermittelten Ereigniszeitschlitzes
des zyklischen Verkehrs so zu übertragen,
dass die Nachricht nicht mit einer oder mehreren Nachrichten des
zyklischen Verkehrs kollidiert, die sich in dem wenigstens einen
ermittelten Ereigniszeitschlitz ereignen.
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Ein
Vorteil des Verfahrens und des Systems der Erfindung besteht darin,
dass gemäß der Erfindung eine
oder mehrere Vorrichtungen, die einen zyklischen Verkehr erzeugen,
wie etwa eine Slave- oder eine weitere Master-Vorrichtung, ihren
eigenen zyklischen Verkehr auf dem Datenübertragungsweg einstellen können und
die redundante Datenübertragungskapazität nutzen
können,
die vom Rest des zyklischen Verkehrs auf dem Datenübertragungsweg übrig bleibt.
In einem normalen Zustand des Systems, bei dem die Zykluszeiten im
wesentlichen konstant sind, können
die Ereigniszeitschlitze des zyklischen Verkehrs mit hoher Genauigkeit ermittelt
werden und somit einen vorrichtungseigenen Verkehr zwischen dem
zyklischen Verkehr verschachteln, der sich bereits auf dem Datenübertragungsweg
ereignet. Zudem kann zusätzlich
zu dem zyklischen Verkehr, der von einer Vorrichtung (z.B. dem Master)
erzeugt wird, anderer zyklischer Verkehr auf dem Datenübertragungsweg übertragen
werden, so dass der zyklische Verkehr, der sich bereits auf dem
Datenübertragungsweg
ereignet, so wenig wie möglich
oder überhaupt
nicht gestört
wird. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin,
dass eine oder mehrere Vorrichtungen, wie etwa ein Switch oder ein
Router, oder eine Slave- oder eine weitere Master-Vorrichtung, die
einen nicht zyklischen Verkehr auf dem Datenübertragungsweg erzeugen, die
redundante Datenübertragungskapazität nutzen
können,
die vom zyklischen Verkehr auf dem Datenübertragungsweg übrig bleibt.
Weiterhin kann nicht zyklischer Verkehr auf dem Datenübertragungsweg
so übertragen
werden, dass der zyklische Verkehr, der auf dem Datenübertragungsweg
auftritt, so wenig wie möglich
oder gar nicht gestört
wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird nun detaillierter in Verbindung mit den bevorzugten
Ausführungsformen
und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
ein Blockschaltbild, das ein Telekommunikationssystem zeigt, auf
das die vorliegende Erfindung angewendet wird;
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2A und 2B zeigen,
wie Durchgänge
hinsichtlich der Zeit gemäß bevorzugter
Ausführungsformen
der Erfindung erfolgen;
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3 ist
ein Diagramm, das einen Ereigniszeitschlitz einer Nachricht gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung darstellt;
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4 ist
ein Diagramm, das eine Übertragung
eines Ereingiszeitschlitzes einer Nachricht gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung darstellt; und
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5 zeigt
die Kommunikation von Vorrichtungen, die mit einem Datenübertragungsweg
verbunden sind, gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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1 zeigt
ein Telekommunikationssystem, das ein Telekommunikationsnetzwerk 2 enthält, das
beispielsweise ein Automationssystem ist und das zudem eine Master-Einheit 21 und
n Slave-Einheiten 221 bis 22n umfasst, die durch
einen Datenübertragungsweg 8 miteinander
verbunden sind. Im folgenden müssen sich
die Vorrichtungen 1, 21 und 221 bis 22n nicht
unbedingt auf getrennte physikalische Vorrichtungen beziehen, sondern
können
auch getrennte Softwareeinheiten in Verbindung mit derselben Vorrichtung
oder Vorrichtungen sein. Der Datenübertragungsweg 8 kann
ein drahtgebundener Übertragungsweg,
wie etwa ein Bus, der bei Automationssystemen verwendet wird, oder
ein drahtloser Übertragungsweg,
wie etwa ein Funkweg sein. Die Master-Einheit 21 ist beispielsweise
ein programmierbarer Logikcontroller PLC, während die Slave-Einheiten 221 bis 22n Stellantriebe
und Sensoren oder andere Vorrichtungen sind, die diesem zugehörig sind.
Die interne Datensendung des Netzwerks 2, d.h. die Datensendung
zwischen den Einheiten 21 und 221 bis 22n, arbeitet
zyklisch, so dass ein Nachrichtenzyklus 4 durch die Mastereinheit 21 initiiert
wird, während
die anderen Einheiten 221 bis 22n auf die Nachrichten
antworten, die von der Master-Einheit 21 empfangen werden,
wie es in der Zeichnung mit den Pfeilen 4 gezeigt ist und
bereits im allgemeinen Teil der Beschreibung erläutert wurde. Jeder Nachrichtenzyklus 4 hat
dann eine vorbestimmte Übertragungszeit
auf dem Datenübertragungsweg 8,
wodurch es möglich
ist, Kollisionen zwischen unterschiedlichen Nachrichten, d.h. gleichzeitigen Übertragungen
auf dem Datenübertragungsweg,
zu verhindern. Beim Beispiel von 1 ist das
Netzwerk 2 zudem mit einer Vermittlungsvorrichtung 1 verbunden,
die beispielsweise ein Router oder ein Switch oder eine weitere Netzwerkvorrichtung
sein kann. Durch die Vermittlungsvorrichtung 1 ist das
Netzwerk 2 mit anderen Systemen 3, wie etwa mit
anderen Datenkommunikationsnetzwerken, einem weiteren Automati onssystem
oder beispielsweise mit dem Internet verbunden. Auf eine derartige
Verbindung des Netzwerks 2 mit anderen Systemen 3 kann
insgesamt verzichtet werden, und sie ist für den grundlegenden Gedanken
der Erfindung nicht von Bedeutung. Die Funktionalität der Erfindung
wird vorzugsweise in einer oder mehreren Vorrichtungen 1, 221 bis 22n ausgeführt, die
mit dem Netzwerk 2 verbunden sind, und kann vorzugsweise
durch Software mit Hilfe eines Prozessors und geeigneter Software
oder alternativ durch separate Komponenten oder Schaltungen implementiert
werden. Wenn die betreffende beispielsweise eine Slave-Einheit,
ein Router oder ein Switch oder eine entsprechende Netzwerkvorrichtung
in einem Automationssystem ist, kann die Funktionalität der Erfindung
diesen beispielsweise in Gestalt einer geeigneten Softwareaktualisierung
hinzugefügt
werden. Es wird darauf hingewiesen, dass die Zeichnungen lediglich
Elemente darstellen, die für
das Verständnis
der Erfindung relevant sind und die Anwendung der Erfindung in keiner
Weise auf die beschriebenen Systeme beschränkt ist.
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Gemäß der Erfindung
sind eine oder mehrere Vorrichtungen 1, 221 bis 22n so
angeordnet, dass sie bei ihren Durchgängen, bzw. während eines
oder mehrerer erster Durchgänge,
den zyklischen Verkehr auf dem Datenübertragungsweg 8 im
Telekommunikationssystem überwachen
und den Zeitpunkt ihres eigenen zyklischen Verkehrs auf dem Datenübertragungsweg
zwischen erfasstem zyklischem Verkehr auf der Basis der Überwachung
einstellen. Weiterhin werden gemäß der Erfindung
eine oder mehrere der Vorrichtungen 1, 221 bis 22n während eines
zweiten Durchgangs derart angeordnet, dass sie den zyklischen Verkehr
des Datenübertragungsweges
im Telekommunikationssystem 8 überwachen, um auf der Basis
der Überwachung
und der Zykluszeit des wenigstens einen Zyklus' des zyklischen Verkehrs wenigstens
einen erwarteten Ereignisschlitz des zyklischen Verkehrs zu ermitteln
und eine Nachricht, die nicht zum zyklischen Verkehr gehört, zum Datenübertragungsweg
auf der Basis des wenigstens einen ermittelten Ereigniszeitschlitzes
des zyklischen Verkehrs derart zu übertragen, dass die Nachricht
nicht mit einer oder mehreren Nachrichten des zyklischen Verkehrs
kollidiert, die sich in dem wenigstens einen ermittelten Ereigniszeitschlitz
ereignen. Der Verkehr, wie etwa ein Nachrichtenzyklus, der von einer
speziellen Vorrichtung selbst initiiert wird, wird hier im allgemeinen als
ihr eigener Verkehr bezeichnet. Wenn sich der Verkehr auf einen
Nachrichtenzyklus bezieht, antwortet eine andere Vorrichtung als
jene, die den Zyklus initiierte, normalerweise auf die Nachricht,
die den Zyklus begonnen hatte, wobei eine derartige Antwortnachricht
jedoch als zu dem Verkehr der Vorrichtung zugehörig betrachtet werden kann,
die den Zyklus begonnen hatte, oder sie kann als eigene betrachtet
werden, die als solches analysiert werden soll. Beispielsweise findet
in 1 der zyklische Verkehr 4 statt, der
von der Master-Einheit 21 initiiert wurde, während der
Verkehr, der mit Ziffer 9 gekennzeichnet ist, initiiert
durch eine der Slave-Einheiten 221 bis 22n stattfindet,
wobei in diesem Fall der Verkehr, der mit Ziffer 9 gekennzeichnet
ist, der eigene Verkehr einer der Slave-Einheiten 221 bis 22n ist
und der Verkehr, der mit Ziffer 4 gekennzeichnet ist, der
eigene Verkehr der Master-Einheit 21 ist. Antwortnachrichten
können
ebenfalls als separate eigene Nachrichten verarbeitet werden.
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Beispielsweise
enthält
das System von 1 zusätzlich zu einer Mastereinheit 21 eine
oder mehrere Vorrichtungen 1, 221 bis 22n,
die ihren eigenen Verkehr ausführen
müssen,
der kein herkömmlicher
zyklischer Verkehr ist, der von der Master-Einheit 21 initiiert wird.
Gemäß der Erfindung
ordnen Vorrichtungen, die möglicherweise
selbst einen zyklischen Verkehr ausführen müssen, durch Durchgänge, jede
während
ihres ersten Durchganges, ihren eigenen zyklischen Verkehr auf dem
Datenübertragungswege 8 zwischen
dem Verkehr an, der bereits auf diesem stattfindet. In einem normalen
Zustand des Systems, bei dem die Zykluszeiten im wesentlichen konstant
sind, können
die Ereigniszeitschlitze des zyklischen Verkehrs mit großer Bestimmtheit ermittelt
werden, und somit kann der eigene Verkehr einer Vorrichtung zwischen
den zyklischen Verkehr geschachtelt werden, der bereits auf dem
Datenübertragungsweg
stattfindet. Weiterhin werden Vorrichtungen, die möglicherweise
ihren eigenen nicht zyklischen Verkehr ausführen müssen, so angeordnet, dass sie
während
eines zweiten Durchgangs den zyklischen Verkehr des Datenübertragungsweges 8 im
Telekommunikationssystem überwachen,
um auf der Basis der Überwachung
und der Zykluszeit des wenigstens einen Zyklus' des zyklischen Verkehrs wenigstens
einen erwarteten Ereigniszeitschlitz des zyklischen Verkehrs zu
ermitteln und eine Nachricht, die nicht zum zyklischen Verkehr zum
Datenübertragungsweg 8 gehört, auf
der Basis wenigstens eines ermittelten Ereigniszeitschlitzes des
zyklischen Verkehrs derart zu übertragen,
dass die Nachricht nicht mit einer oder mehreren Nachrichten des
zyklischen Verkehrs kollidiert, die sich in dem wenigstens einen
ermittelten Ereigniszeitschlitz ereignen. Mit anderen Worten kann
die Vorrichtung 1, wie etwa ein Switch oder ein Router,
die dem Datenübertragungsweg 8 Verkehr 6 zustellt,
der von einem anderen Ort 3 eintrifft, die redundante Datenübertragungskapazität nutzen,
die vom Verkehr 4 und 9 auf dem Datenübertragungsweg übrig ist.
Alternativ können
einige der Vorrichtungen 21, 221 bis 22n nicht
zyklische Informationen, wie etwa Warnmeldungen und dergleichen,
zu anderen Vorrichtungen des Datenübertragungsweges 8 oder
durch die Vorrichtung 1 zu höheren/anderen Teilen des Automationssystems übertragen,
womit die redundante Datenübertragungskapazität genutzt
wird, die vom zyklischen Verkehr 4 und 9 auf dem
Datenübertragungsweg übrig ist.
Wird gemäß der Erfindung
gearbeitet, ist es höchst
wahrscheinlich, dass Kollisionen zwischen nicht zyklischem Verkehr
und zyklischem Verkehr vermieden werden können. Anstelle dessen können Nachrichten
eines nicht zyklischen Verkehrs, die von den Vorrichtungen 1, 21 221 bis 22n übertragen
werden, miteinander kollidieren, da das Ereignis eines eintreffenden
nicht zyklischen Verkehrs auf dem Datenübertragungsweg 8 nicht vorhergesagt
werden kann. Eine Kollision zwischen Nachrichten des nicht zyklischen
Verkehrs stellt jedoch kein Problem dar, da nicht zyklischer Verkehr
normalerweise nicht zeitkritisch sondern verbindungsorientiert ist.
Eine derartige Verbindungsorientiertheit stellt eine erfolgreiche
Zustellung von Daten sicher, da die Vorrichtung, die den Verkehr
erzeugt hat, die Daten zurücküberträgt, wenn
sie keine Bestätigung
vom Empfänger empfängt. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird der zweite Durchgang derart angeordnet, dass
er nach dem wenigstens einen ersten Durchgang beginnt, d.h. eine
oder mehrere Vorrichtungen 1, 221 bis 22n,
die einen zyklischen Verkehr erzeugen, können zuerst ihren eigenen zyklischen
Verkehr auf dem Datenübertragungsweg 8 einstellen,
worauf eine oder mehrere Vorrichtungen, die dem Datenübertragungsweg
einen nicht zyklischen Verkehr zuführen, die redundante Datenübertragungskapazität nutzen
können,
die von zyklischen Verkehr auf dem Datenübertragungsweg übrig bleibt.
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Bei
den oben beschriebenen Ausführungsformen
der Erfindung werden die Vorrichtungen 1, 221 bis 22n vorzugsweise
angeordnet, um ihre Durchgänge
allmählich
hinsichtlich der Zeit anzuordnen, wobei bei einem vorbestimmten
Startmoment be gonnen wird. Mit anderen Worten stellen beispielsweise
eine oder mehrere der Slave-Vorrichtungen 221 bis 22n während ihres
eigenen festgelegten Durchgangs zuerst ihren eigenen Verkehr auf
dem Datenübertragungsweg 8 derart
ein, dass ein spezieller Startzeitpunkt vorzugsweise für den Durchgang
jeder Vorrichtung vorbestimmt worden ist, beginnend bei einem festgelegten
Startmoment, wie etwa beim Aktivierungsmoment des Busses 8.
Weiterhin hat der Durchgang vorzugsweise eine vorbestimmte Zeitlänge. Eine
derartige Länge
kann beispielsweise 10 s betragen, wobei jedoch darauf hingewiesen
wird, dass eine geeignete Länge
eines Durchgangs vom System abhängig
ist, auf das die Erfindung angewendet wird; die Erfindung ist somit
nicht auf eine bestimmte Länge
eines Durchgangs beschränkt.
Die Länge
eines Durchgangs sollte vorzugsweise sowohl so lang sein, dass der
betreffenden Vorrichtung ausreichend Zeit zur Verfügung steht,
ihren eigenen Verkehr am Bus 8 während ihres Durchganges einzustellen,
als auch so lang sein, dass die anderen Vorrichtungen, die den zyklischen
Verkehr analysieren, ausreichend Zeit haben, die Ereigniszeitschlitze
der zyklischen Nachrichten, die am Bus durch die Vorrichtung eingestellt
werden, die derzeit einen Durchgang hat, mit ausreichender Genauigkeit
zu ermitteln. Mit Hilfe einer Zeitachse zeigt 2A einen Fall,
bei dem, beginnend bei einem Startmoment S, zunächst ein Durchgang T1 beispielsweise
für eine
bestimmte Slave-Vorrichtung 221 bis 22n vorgesehen
ist, damit diese ihren eigenen zyklischen Verkehr auf dem Übertragungsweg 8 einstellen
kann, worauf ein Durchgang T2 beginnt, der eine oder mehrere Vorrichtungen 1, 221 bis 22n in
die Lage versetzt, ihren eigenen, nicht zyklischen Verkehr zwischen
dem zyklischen Verkehr 4 und 9 einzustellen und
auf diese Weise die redundante Datenübertragungskapazität zu nutzen,
die vom zyklischen Verkehr auf dem Datenübertragungsweg übrig bleibt.
In diesem Fall wurde keine spezielle Länge für den Durchgang T2 vorbestimmt.
Mit Hilfe der Zeitachse zeigt 2B einen
Fall, bei dem, beginnend bei einem Startmoment S, zunächst ein
Durchgang T3 beispielsweise für
eine Slave-Vorrichtung 221 bis 22n vorgesehen ist,
damit diese ihren eigenen zyklischen Verkehr auf dem Übertragungsweg 8 einstellen
kann, worauf ein Durchgang T4 beispielsweise für eine weitere Slave-Vorrichtung 221 bis 22n vorgesehen
ist, damit diese ihren eigenen Verkehr auf dem Übertragungsweg 8 einstellen
kann. Als nächstes
beginnt ein Durchgang T5, der eine oder mehrere Vorrichtungen 1, 221 bis 22n in
die Lage versetzt, einen möglichen,
nicht zyklischen eigenen Verkehr zwischen dem zyklischen Verkehr 4 und 9 einzustellen.
Zwischen den Durchgängen
kann zudem ein Intervall einer willkürlichen Länge vorgesehen sein, wenngleich
bei den Beispielen, die in 2A und 2B gezeigt
sind, die Durchgänge
unverzüglich
aufeinander folgen.
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Alternativ
können
die Vorrichtungen vorzugsweise derart angeordnet werden, dass sie
die übrigen Vorrichtungen
davon in Kenntnis setzen, dass ihr Durchgang beendet ist, und ihren
eigenen Durchgang in Erwiderung auf eine derartige Nachricht von
einer Vorrichtung beginnen, die den vorherigen Durchgang hat. Somit
können
die Vorrichtungen 1, 221 bis 22n beispielsweise
eine vorbestimmte Reihenfolge und eine entsprechende Warteschlangennummer
haben, die kennzeichnet, wann jede Vorrichtung ihren eigenen Durchgang beginnen
soll, wenn sie eine Nachricht von einer vorangehenden Vorrichtung
gemäß der Reihenfolge
empfängt,
die das Ende ihres Durchgangs kennzeichnet.
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Bei
den oben beschriebenen Ausführungen
der Erfindung überwachen
eine oder mehrere der Vorrichtungen 1, 221 bis 22n vorzugsweise
in ihrem eigenen Durchgang den internen Verkehr 4 des Netzwerks 2 auf dem
Datenübertragungsweg 8.
Eine oder mehrere der Vorrichtungen 1, 221 bis 22n analysieren
zudem vorzugsweise den Verkehr und speichern die Analyseergebnisse
in ihrem Speicher. Weiterhin folgen eine oder mehrere der Vorrichtungen 1, 221 bis 22n vorzugsweise
der Umsetzung der Analyseergebnisse und ändern diese ab, sofern dich
der Verkehr ändert,
d.h. der Verkehr wird vorzugsweise ohne Unterbrechung analysiert. Verkehr 6,
der von außerhalb
des Netzwerkes 2 eintrifft, wird vorzugsweise zunächst zur
Vermittlungsvorrichtung 1 gepuffert. Nach dem Erkennen
auf der Basis von Analyseinformationen, dass es eine ausreichende Pause
im internen Verkehr des Netzwerks 2 gibt, überträgt die Vermittlungsvorrichtung 1 eine
gepufferte Nachricht zum Datenübertragungsweg 8 im
Netzwerk 2. Soweit das Netzwerk 2 betroffen ist,
kann ausgehender Verkehr 5 aus dem Netzwerk 2 unverzüglich weitergeleitet
werden.
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Der
interne Verkehr des Netzwerks 2 ist somit zyklisch. Er
wird beispielsweise durch einen Vorgang in der Master-Einheit 21 oder
in den Slave-Vorrichtungen 221 bis 22n übertragen.
Normalerweise führt
der Vorgang die zu übertragenden
Daten einem Protokollstapel zu. Der Protokollstapel arbeitet normalerweise
ebenfalls zyklisch. Da die Vorrichtung 1, 221 bis 22n,
die mit dem Übertragungsweg 8 verbunden
ist, sämtliche Nachrichten
auf dem Übertragungsweg
abhört,
ist es der Vorrichtung möglich,
beispielsweise die Zykluszeiten und die Ereignismomente der zyklischen
Daten auf dem Übertragungsweg
mathematisch zu analysieren.
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Die
Zykluszeit oder die Zykluszeiten des internen Verkehrs des Netzwerks 2 können einer
oder mehreren Vorrichtungen 1, 221 bis 22n zugeführt werden,
oder die Vorrichtung kann alternativ dazu selbst die Zykluszeit
oder die Zykluszeiten bestimmen. Wenn die Zykluszeiten der Vorrichtung 1, 221 bis 22n zugeführt werden,
ist es zudem zu bevorzugen, sie beispielsweise mit der Zykluszeit
des Protokollstapels zu versorgen, sofern ein solcher vorhanden
ist. Wenn die Zykluszeiten der Vorrichtung 1, 221 bis 22n zugeführt werden,
muss sie somit keine mathematische Berechung ausführen, um
die Zykluszeit oder die Zykluszeiten zu ermitteln. In diesem Fall überwachen
die Vorrichtungen 221 bis 22n, die ihren eigenen
zyklischen Verkehr erzeugen, lediglich die Zeitgabe der Zyklen,
die bereits auf dem Übertragungsweg 8 auftreten,
und stellen die Zeitgabe der Zyklen ihres eigenen Verkehrs derart
ein, dass die Zyklen, die dem Übertragungsweg
hinzugefügt
werden sollen, nicht mit den Zyklen überlappen, die bereits auf
dem Übertragungsweg
auftreten. Die Router-Vorrichtung 1 oder beispielsweise
eine Slave-Vorrichtung 221 bis 22n, die die redundante
Kapazität
verwenden, die von zyklischen Verkehr auf dem Übertragungsweg 8 übrig bleibt,
muss beispielsweise mit Hilfe einer mathematischen Untersuchung
einen Ereigniszeitschlitz oder Ereigniszeitschlitze des zyklischen
Verkehrs am Bus 8 antizipieren, um es der Vorrichtung zu
ermöglichen,
ihren eigenen Verkehr zwischen dem zyklischen Verkehr einzustellen,
der am Bus vorhanden ist, wie es oben erläutert ist.
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Wenn
die Vorrichtung 1, 221 bis 22n selbst
die Zykluszeiten des Verkehrs am Bus 8 bestimmen muss, dann
ist es ebenfalls möglich,
die Zykluszeit der Operation eines möglichen Protokollstapels der
Vorrichtung 1, 221 bis 22n (oder Informationen,
die Kennzeichnen, dass der Protokollstapel keine Zykluszeit hat,
jedoch der Vorgang an sich, der die Datensendung nutzt, den Protokollstapel
beginnt) zuzuführen,
oder die Vorrichtung kann ebenfalls selbst ihre Zykluszeit ermitteln.
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Wenn
die Vorrichtung 1, 221 bis 22n auf der
Basis vergangener Ereignisse selbst die Zykluszeit der Datensendung
des internen Verkehrs ermitteln muss, werden vorzugsweise die folgenden
Annahmen verwendet:
- • Normalerweise ist die Zykluszeit
keine indefinite Zahl, wie etwa 29,38 ms, sondern typischerweise
eine gerade runde Zahl, wie etwa 50 ms.
- • Bei
einer normalen Vorgangssituation ändert sich die Zykluszeit nicht,
sondern bleibt im wesentlichen Konstant.
- • Bei
einer normalen Vorgangssituation versucht das System in einen stabilen
Zustand zu gelangen, d.h. die Änderungen,
die im System auftreten, sind nicht ohne Unterbrechung sondern treten
gelegentlich auf. Derartige Änderungen
können
beispielsweise auftreten, wenn zwei unterschiedliche Vorgänge, von
denen die Zykluszeit des langsameren ein Vielfaches des schnelleren
ist, mit der äußeren Umgebung
kommunizieren, wobei sich in diesem Fall die gegenseitige Reihenfolge
der Nachrichten, die durch diese Vorgänge am Bus 8 übertragen
werden, gelegentlich ändern
kann, die Nachrichten des Vorgangs, der eine langsamere Zykluszeit
hat, jedoch ebenfalls von der antizipierten Zykluszeit verzögert sein
können.
Diese Phänomene
beeinflussen jedoch nicht die Zykluszeit an sich; anstelle dessen
beeinflussen sie den Erscheinungsmoment der Daten am Bus 8.
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Die
Zykluszeit oder -zeiten werden vorzugsweise derart bestimmt, dass
die Vorrichtung 1, 221 bis 22n den Verkehr
des Busses 8 überwacht
und jedem Nachrichtenzyklus folgt, wobei gleichzeitig die Zeiten
zwischen aufeinanderfolgenden Nachrichten jedes Nachrichtenzyklus,
d.h. genauer gesagt die Zeiten zwischen den Startmomenten aufeinanderfolgender
Nachrichten, abgetastet werden. Wenn eine ausreichende Zahl von Abtastungen
aus einem bestimmten Zyklus gesammelt worden sind, nähert sich
der Durchschnittswert der Abtastungen der realen Zykluszeit des
bestimmten Zyklus'.
Werden die oben beschriebenen Annahmen ebenfalls berücksichtigt,
kann die Zykluszeit des Zyklus auf diese Weise ebenfalls festgestellt
werden. Sind mehrere Zyklen im Fortschritt, wird die Zykluszeit
jedes Zyklus' vorzugsweise
ermittelt.
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Wenn
die Vorrichtung 1, 221 bis 22n die Zykluszeit
eines Protokollstapels bestimmen muss, wird die Nachricht, die den
häufigsten
Zyklus hat, vorzugsweise bei der Berechnung verwendet. Ihre Standardabweichung
sollte nahe der Zykluszeit des Protokollstapels geteilt durch zwei
sein. Was auf die Zykluszeit von Vorgängen zutrifft, trifft normalerweise
ebenfalls auf diese Zykluszeit zu, d.h. sie ist eine gerade, runde
Zahl. Zudem besteht die Möglichkeit,
aus dem ermittelten Wert zu folgern, ob sich der Protokollstapel
in seinem eigenen Vorgang befindet. Ist der Wert klein, befindet
sich der Protokollstapel nicht in seinem eigenen Vorgang. Ist der
Wert reell, wird er vorzugsweise auf die nächstgelegene grade, runde Zahl,
wie etwa 50 μs
gerundet. Liegt der Wert nicht dicht an einer geraden, runden Zahl,
wird die Abtastung fortgeführt
und die Berechnung wiederholt. Der ermittelte Wert kann zur Prüfung der
Berechnungen verwendet werden.
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Die
Vorbestimmung eines eintreffenden Ereigniszeitschlitzes oder eintreffender
Ereigniszeitschlitze am Bus 8 des zyklischen Verkehrs,
der vorzugsweise von den Vorrichtungen 1, 221 bis 22n ausgeführt wird, kann
auf der Annahme basieren, dass der Ereignismoment der Nachricht
eines speziellen Zyklus' von
einem vorherigen Ereignis einer normalen Verteilung folgt. Eine
Alternative besteht darin, die Zykluszeit des Protokollstapels als
einen Schwankungsbereich zu verwenden, wenn eine derartige Zykluszeit
existiert. Zu dieser Zykluszeit muss jedoch eine Variable x addiert
werden, wobei der Wert einer derartigen Variablen zunimmt, wenn
die Zahl schnellerer Zykluszeiten zunimmt.
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Eine
weitere Alternative besteht darin, herkömmliche Schätzfunktionen einer normalen
Verteilung zu verwenden:
wobei
σ = √s² , d.h. die Quadratwurzel
einer Abtaststreuung,
X ein
Abtastmittelwert und n die verwendete Abtastgröße ist.
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Die
Abtaststreuung erhält
man aus der Gleichung:
X erhält man wiederum aus der Gleichung:
X = (x1 + x2 + x3 + ... + xn)/n (3) -
Wenn
die Router-Vorrichtung 1 beispielsweise mit einer Wahrscheinlichkeit
P versehen ist, mit der sie zu verwenden ist, kann ein Zeitschlitz
berechnet werden, in der die Nachricht des zyklischen Verkehrs auftreten sollte.
Nachdem dieser Zeitschlitz begonnen hat, d.h. nachdem er aktiv geworden
ist, sind vorzugsweise keine externen Nachrichten 6 am
Bus 8 gestattet. Nachdem die Nachricht des zyklischen Verkehrs
erfolgt ist, können andere
Nachrichten vorzugsweise am Bus gestattet werden. Zu diesem Zweck
wird der vorbestimmte Zeitschlitz der Nachricht des zyklischen Verkehrs
vorzugsweise gelöscht,
d.h. er wird inaktiv, wenn die entsprechende Nachricht den Bus passiert
hat, selbst wenn die Zeit, die für
den Zeitschlitz reserviert ist, nicht erschöpft ist. Eine Nachricht 6 des
externen Verkehrs kann somit am Bus 8 gestattet werden,
sobald der Zeitschlitz der Nachricht des zyklischen Verkehrs gelöscht ist,
oder sämtliche
momentan aktiven Zeitschlitze gelöscht sind, sofern mehr als
ein aktiver Zeitschlitz existiert. Eine Voraussetzung ist somit,
dass kein Zeitschlitz aktiv ist, d.h. die Sendung einer Nachricht,
die nicht zum zyklischen Verkehr zum Bus 8 gehört, wird
vorzugsweise nur dann am ehesten begonnen, nachdem sämtliche
momentan aktive Zeitschlitze des zyklischen Verkehrs gelöscht worden
sind. Weiterhin wird die Nachricht, die nicht zum zyklischen Verkehr
gehört,
zum Datenübertragungsweg 8 vorzugsweise
derart übertragen,
dass die Sendung der Nachricht auf dem Datenübertragungsweg vor dem Beginn
eines nächsten
bestimmten eintreffenden Ereigniszeitschlitzes des zyklischen Verkehrs
endet. Bei einigen Bustypen kann eine derartige Zeitgabe der Nachrichtenverschachtelung
vor dem Beginn der Verschachtelung einer nächsten Nachricht eine Eigenschaft
des Busses 8 an sich sein, wobei in diesem Fall die Router-Vorrichtung 1 diese
ignorieren kann. Die Wahrscheinlichkeit P wird vorzugsweise derart
gewählt,
dass, wenn der Umfang des Verkehrs gering ist, eine große Wahrscheinlichkeit
P verwendet werden kann, da eine redundante Zeit für externen
Verkehr ohnehin vorhanden ist. Eine größere Wahrscheinlichkeit P verringert
das Risiko von Kollisionen. Bei einem größeren Umfang des Verkehrs muss
wiederum eine geringere Wahrscheinlichkeit P verwendet werden, da
wenige verfügbare
Zeitschlitze für
den externen Verkehr übrig
sind. Dies erhöht
gleichwohl das Risiko von Kollisionen. Ein geeigneter Voreinstellungswert,
der nach Erfordernis geändert werden
kann, wird vorzugsweise für
die Wahrscheinlichkeit P verwendet. Ein Ereigniszeitschlitz μ kann beispielsweise
in der folgenden Art und Weise berechnet werden: X – Z?σ/√n – K ≤ μ ≤ X + Z?σ/√n + Zeitüberschreitung – K (4)wobei Z? ein Tabellenwert der Normalverteilung der
gegebenen Wahrscheinlichkeit ist und ? aus folgender Gleichung ermittelt
wird: ? = 1(1 – P)/2 (5)
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In
Gleichung 4 sollte der Zeitüberschreitungswert
wenigstens gleich der Laufzeit der Vorgänge sein, die eine höhere Priorität haben.
Mit Hilfe einer Zeitachse zeigt 3 einen
Ereigniszeitschlitz derart, dass die linke Seite der Gleichung 4
mit Buchstabe A gekennzeichnet ist und die rechte Seite ohne die
Parameter Zeitüberschreitung
und K mit Buchstabe B gekennzeichnet ist, wobei X der Mittelpunkt davon ist. Die Zeitachse zeigt
zudem eine Zeitüberschreitungssequenz.
Der Parameter K, der in Gleichung 4 enthalten ist, ist ein Korrekturparameter,
der es ermöglicht,
dass die erkannten Ereignismomente berücksichtigt und die darin enthaltenen
Abweichungen im Vergleich zu vorherigen Analyseeregbnissen korrigiert
werden. K ist das Intervall einer vorherigen Ausführungszeit
abzüglich
einer Funktion des Zeitschlitzes ohne Zeitüberschreitung. Fällt mit
anderen Worten das Ausführungszeitintervall
nicht in den Zeitschlitz A + B, wird die Differenz vorzugsweise
von der nächsten
erwarteten Ereigniszeit subtrahiert, da der Mittelwert der Ausführungszeitintervalle
normalerweise innerhalb einiger Prozent des programmierten Zeitintervalls
liegt, wenn die Abtastgröße wenigstens
zehn beträgt.
Wenn der Ereignismoment einer Nachricht in den Zeitschlitz A + B
fällt,
ist der Wert von K Null. Dies ist in 4 dargestellt,
wobei das Ereignis eines Zeitschlitzes n und eines folgenden Zeitschlit zes
n + 1 auf zwei Zeitachsen dargestellt ist. Die Zeitachsen sind derart übereinander
angeordnet, dass die untere Zeitachse der oberen entspricht, der
die Zykluszeit der Nachricht, die untersucht wird, hinzugefügt ist.
Die obere Zeitachse zeigt den erkannten Ereingismoment der Nachricht,
der in die Zeitüberschreitungssequenz
fällt.
Der Wert K ist somit die Zeit zwischen dem Zeitschlitz A + B und
dem realen Ereignismoment der Nachricht, wie es in der Zeichnung
gezeigt ist, wobei sich der nächste
Zeitschlitz n + 1 um die Größe von K
dementsprechend früher bewegt.
Es ist oben lediglich ein mögliches
Beispiel zur Bestimmung eines eintreffenden Ereigniszeitschlitzes oder
eintreffender Ereigniszeitschlitze des zyklischen Verkehrs 4 am
Bus 8 gezeigt, wobei es sich jedoch versteht, dass Verfahren
unterschiedlicher Art ebenfalls verwendet werden können, ohne
vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen.
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Mit
Hilfe einer Zeitachse zeigt 5 beispielhaft
die Kommunikation von Vorrichtungen, die mit einem Übertragungsweg 8 am Übertragungsweg
verbunden sind. Zeitschlitze, die vom zyklischen Verkehr – der bei diesem
Beispiel einen Nachrichtenzyklus enthält – einer Master-Vorrichtung 21 verwendet
werden, sind mit MS gekennzeichnet. Mit anderen Worten tritt der
Zeitschlitz MS des Nachrichtenzyklus' der Master-Vorrichtung 21 auf
dem Übertragungsweg 8 regelmäßig gemäß seiner
Zykluszeit auf. Weiterhin sind Zeitschlitze, die vom zyklischen
Verkehr der Slave-Vorrichtung 221 bis 22n verwendet
werden, mit SS gekennzeichnet. Die Slave-Vorrichtung 221 bis 22n hat
somit gemäß der Erfindung
die Zeitgabe der Ereigniszeitschlitze SS des Verkehrszyklus' ihres eigenen zyklischen
Verkehrs, der beim vorliegenden Beispiel einen Nachrichtenzyklus
enthält,
zwischen den Ereigniszeitschlitzen MS des bereits bestehenden Verkehrs,
d.h. in diesem Fall des Verkehrs der Master-Vorrichtung, eingestellt.
Die Zeichnung zeigt weiterhin Zeitschlitze TS, die vom Verkehr einer
Router-Vorrichtung 1 verwendet werden. Gemäß dem, was
oben beschrieben wurde, verwendet die Router-Vorrichtung 1 die
redundante Kapazität,
die von den Zeitschlitzen MS und SS des zyklischen Verkehrs übrig bleibt, und
stellt somit die Ereigniszeitschlitze TS ihres eigenen Verkehrs
zwischen den Zeitschlitzen MS und SS ein. Es wird darauf hingewiesen,
dass die Zeichnung aus Gründen
der Vereinfachung lediglich einen Verkehrszyklus für die Master-Vorrichtung und die
Slave-Vorrichtung darstellt, wenngleich es sich versteht, dass es
eine willkürliche
Zahl derselben geben kann. Zudem kann beispielsweise die Länge der
Ereingiszeitschlitze MS, SS und TS variieren, obwohl die Zeichnungen
diese aus Gründen
der Klarheit mit im wesentlichen gleicher Länge darstellen.
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Der
Fachmann wird verstehen, dass mit dem Fortschreiten der Technik
der grundlegende Gedanke der Erfindung auf vielfältige Art und Weise unterschiedlich
angewendet werden kann. Die Erfindung und ihre Ausführungsformen
sind somit nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern
können
innerhalb des Geltungsbereiches der Ansprüche variieren.
