具有多个网络部件的通信网络制造技术

本发明专利技术涉及一种通信网络(20,30)，其具有为了交换数据报文而彼此连接的多个网络部件(21a‑l,31a‑l)，其中，所述通信网络(20,30)具有第一子网(22a,32a)和第二子网(22b,32b)，并且每个网络部件(21a‑l,31a‑l)与两个子网(22a‑b,32a‑b)连接。为了以少的设备开销尽可能更抗干扰地构造这种通信网络(20,30)，设置为所述通信网络(20,30)包括以链的形式彼此连接的至少一些网络部件(21a‑l,31a‑l)，其中，网络部件(21a‑l,31a‑l)的每个链(24a‑d,34a‑d)具有直接与第一子网(22a,32a)连接的第一网络部件(例如21a,31a)，并且具有直接与第二子网(22b,32b)连接的第二网络部件(例如21c,31c)。本发明专利技术还涉及一种用于在通信网络(20,30)中运行的相应的网络部件(21a‑l,31a‑l)和用于在通信网络(20,30)中抗干扰地传输数据报文的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种通信网络，其具有为了交换数据报文而相互连接的多个网络部 件，其中，所述通信网络具有第一子网和第二子网，并且每个网络部件与两个子网连接。本 专利技术还涉及一种用于在这种通信网络中运行的网络部件以及一种用于在这种通信网络中 的数据报文的抗干扰传输的方法。
技术介绍
目前，网络部件、即能够连接到通信网络并且经由通信网络通过传输相应的数据 报文来交换数据的能联网的设备在许多
中、例如在装置的自动化中得到了应用。 下面，不仅将能联网的终端设备，而且将用于在通信网络中控制和管理数据报文的传输的 这种设备，即例如所谓的"交换机"、"桥接器"、"集线器"、"路由器"，视为网络部件。 许多自动化地运行的装置要求很高程度的故障安全保护。这种要求对用来将这种 装置的网络部件彼此连接的通信网络有很严重的影响。因此，通常将这些通信网络设计为 冗余的，也就是说，即使在通信网络内的一个网络连接发生故障的情况下，也保证各个网络 部件之间的数据报文的可靠传输。下面，术语"通信连接"包括各个网络部件之间的整个传 输路径，也就是说，不仅包括存在的（有线或无线的）传输介质，还包括其到各个网络部件 的物理的、通信技术的和逻辑的连接（例如接口、通信装置、协议栈）。 这种设计为故障安全的通信网络的使用的一个示例是自动化装置，其中，能联网 的自动化设备经由通信网络彼此连接，以交换数据报文。自动化装置用于系统、例如供电网 或电气开关装置的自动化，并且通常包括布置在相应的装置、即例如供电网的主要部件附 近的自动化设备（例如所谓的现场设备）。在供电网的情况下，这些主要部件例如可以是电 缆和导线、变压器、发电机、电动机或变换器。自动化设备例如可以是安装在供电网的分站 的所谓的电气保护设备或者现场控制设备（Fe丨d丨eitgelit)。按照专业术语来说，也经常将 这种自动化设备称为所谓的"IED"（ "Intelligent Electronic Device:智能电子设备")。 在此，自动化设备与通信网络连接，并且经由其交换作为有用数据包括例如控制命令、关于 事件（例如阈值违反）的消息、测量值或状态消息的数据报文。 在作为所谓的"平行冗余协议"（PRP :Parallel Redundancy Protocol)的标准 IEC 62439-3:2012中，描述了通信网络被设计为故障安全的并且在此即使在一个通信连接 发生故障的情况下也保证自动化装置尽可能无缝地继续运行的一种可能。在此，通过通信 网络具有任意拓扑的两个相互独立的子网并且每个网络部件与两个子网连接，来实现无缝 冗余。两个子网以并行模式运行，其中，为了发送数据报文，网络部件一方面向第一子网、 另一方面向第二子网发送数据报文。被设置为数据报文的接收方的网络部件从子网接收两 个数据报文，其中，其使用首先到达其的数据报文，并且丢弃作为副本的稍后到达的数据报 文。因为在此两个数据报文使用两个彼此独立的传输路径，因此即使在传输路径中的一个 上存在故障的情况下，也确保通过数据报文传送的有用信息经由另一个通常仍然正常运行 的传输路径到达接收方网络部件。 根据PRP标准构建的通信网络的使用例如从欧洲专利申请EP 2148473 A1的说明 书导言部分中已知。 PRP标准使得能够使用具有市场上通用的通信接口的简单地构造的通信部件，因 为在此对数据通信的控制没有特别的要求。相对来说，PRP通信网络的构造的缺点是PRP规 定两个子网的严格的并行结构，由此用于构建这种通信网络的硬件开销，即例如所需的通 信线缆和交换机的数量显著增加。因此，PRP通信网络的构建也与用于其架构的相对高的 成本相关联。 作为PRP通信网络的替换解决方案，已经提到的EP 2148473 A1提 出了使用根据同样在IEC 62439-3:2012中描述的高可用性无缝冗余（HSR : High-availability, Seamless Redundancy)标准的通信网络。HSR通信网络以环状拓扑构 建，其中，每个网络部件以两个通信接口连接在环中。网络部件沿环的两个方向发出数据报 文，接收方网络部件接收首先到达的数据报文，并且丢弃作为副本的其次到达的数据报文。 由于闭合的环状结构，在所有网络部件之间总是存在两个相互独立的通信路径，从而即使 在两个通信路径中的一个发生故障的情况下，也确保经由相应的另一个传输路径传输数据 报文。 与PRP标准相比，根据HSR标准构建的通信网络以较少数量的线缆和交换机 进行应对，然而其从接入的网络部件需要相对高的用于通信的控制的管理开销，特别 是因为必须进行对在环状通信网络中循环的数据报文的识别和消除（环路防止（Loop Prevention))。因此，可使用的网络部件相对昂贵。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题是，给出一种用于在通信网络中冗余地传输数据 报文的可能，其一方面保证足够的故障安全保护，另一方面减少用于构建通信网络的设备 或硬件开销，由此减少成本开销。 上述技术问题通过上面提及的类型的通信网络来解决，其中，所述通信网络包括 以链的形式彼此连接的至少一些网络部件，其中，网络部件的每个链具有直接与第一子网 连接的第一网络部件，并且具有直接与第二子网连接的第二网络部件。 通过将至少一些网络部件彼此以链状连接，可以显著减少构建两个子网必须花费 的开销。在传统的PRP网络构建中，例如对于子网中的60个网络部件，必须设置总共具有 120个通信接口的交换机，而在根据本专利技术构建具有链长度为3个网络部件的通信网络时， 已经可以实现所需的网络接口减少到40个。在链长度为20个网络部件的情况下，甚至仅 仅还需要6个通信接口。通过减少所需的开销，可以实现显著的硬件和成本节约。此外，因 为与HSR标准的环状结构不同，在链状构造的情况下，不需要对循环的报文进行识别，因此 还可以使用相对简单地构造的网络部件。 本专利技术不限于将所有网络部件都布置在链中。在本专利技术的范围内，也可以使用不 同长度的链。 按照根据本专利技术的通信网络的一个有利实施方式设置为，所有网络部件构造用 于，在冗余地发送数据报文时，不仅向第一子网的方向、而且向第二子网的方向发出数据报 文，其中，所发出的数据报文在其有用数据内容方面相同并且包括指示向其方向发出数据 报文的那个子网的网络限定符。 以这种方式，通过使用两个独立的子网，可以相对更抗干扰地传输数据报文，因为 在子网中的一个中产生干扰的情况下，所关注的数据报文经由正常运行的另一个子网到达 接收方网络部件。 关于这一点，按照根据本专利技术的通信网络的另一个有利实施方式，可以设置为，网 络部件的链的第一网络部件构造用于，仅向第一子网发送其网络限定符指示第一子网的数 据报文，并且网络部件的链的第二网络部件构造用于，仅向第二子网发送其网络限定符指 示第二子网的数据报文。 通过实现这种简单的通信规则，可以有效地防止循环数据报文的出现，因为在相 应的子网中，总是仅转发具有相应的网络限定符的数据报文。由此，在各个网络部件中能够 放弃成本过高的对循环数据报文的识别。 关于这一点，还视为根据本专利技术的通信网络的有利扩展的是，所述网络部件构造 用于，在接收数据报文时，接收寻址到其的在其有用数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通信网络(20,30)，其具有为了交换数据报文而彼此连接的多个网络部件(21a‑l,31a‑l)，其中，所述通信网络(20,30)具有第一子网(22a,32a)和第二子网(22b,32b)，并且每个网络部件(21a‑l,31a‑l)与两个子网(22a‑b,32a‑b)连接，其特征在于，‑所述通信网络(20,30)包括以链的形式彼此连接的至少一些网络部件(21a‑l,31a‑l)，其中，网络部件(21a‑l,31a‑l)的每个链(24a‑d,34a‑d)具有直接与第一子网(22a,32a)连接的第一网络部件(例如21a,31a)，并且具有直接与第二子网(22b,32b)连接的第二网络部件(例如21c,31c)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：H海因，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE