为了传输时间关键的数据，从第一子网(101)中的第一通信设备(201)经由第三子网(103)向第二子网(102)中的第二通信设备(202)发送数据报(400)。在此，第一子网和第三子网经由第一交换机(301)连接，并且第二子网和第三子网经由第二交换机(302)连接。根据第一虚拟局域网的标识符和优先级说明将数据报从第一通信设备转发至第一交换机。第一交换机将通过第一通信设备发送的数据报分别封装在通过第三子网分配给数据流的数据帧(500)中，并将第二虚拟局域网的标识符(502)插入到数据帧中。根据第二虚拟局域网的标识符，在第三子网中沿选定的路径预留资源。第二交换机从接收到的数据帧中提取封装在分配给数据流的数据帧中的数据报，并根据第一虚拟局域网的标识符和优先级说明将提取的数据报转发给第二通信设备。级说明将提取的数据报转发给第二通信设备。级说明将提取的数据报转发给第二通信设备。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】运行用于传输时间关键的数据的通信系统的方法、交换机和通信系统
[0001]本专利技术涉及一种用于运行用于传输时间关键的数据、尤其是工业自动化系统中的控制数据的通信系统的方法，以及用于执行这种方法的交换机和通信系统。
技术介绍
[0002]工业自动化系统通常包括通过工业通信网络相互联网的大量自动化设备，并在生产或过程自动化的范畴中用于控制或调节设施、机器或设备。由于工业自动化系统中的时间关键的框架条件，为了在自动化设备之间通信主要使用实时通信协议，例如PROFINET、PROFIBUS、实时以太网或时间敏感网络(TSN)。
[0003]由于经常用于极其不同的应用，在基于以太网的通信网络中可能会出现问题，例如，当用于传输具有实时要求的数据流或数据帧的网络资源被要求用于竞争性地传输具有大用户数据内容而没有特殊服务质量要求的数据帧时。这可能导致具有实时要求的数据流或数据帧没有按照请求或要求的服务质量进行传输。
[0004]例如，根据IEEE 802.IQ标准，基于虚拟局域网(VLAN)，原则上通过插入数据帧中的适当标签，数据帧的优先传输是可能的。为了通过通信网络同步和优先传输音频和视频数据流(音频/视频桥接)，为分配了最高优先级的各个通信连接预留带宽。传输音频和视频数据流所需的资源预留在交换机等通信设备中。然而，高优先级的数据帧只有在成功预留后才会被转发。作为带宽监控的一部分，确保相对于实际使用的带宽有足够的预留带宽。使用比预留更多带宽的通信连接否则会导致整个通信网络中断，并且在最坏的情况下由于过载而导致其停止。
[0005]为了通过基于以太网的通信网络安全传输音频和视频数据流，根据IEEE 802.1Qav标准，基于信用的整形器(CBS)已被定义为带宽监控的一种措施。基于信用的整形器在每个传输的数据帧之后定义传输暂停，以确保与预留带宽相关的带宽限制。然而，这种强制中断在工业自动化系统中是非常成问题的，当许多具有较少的用户数据内容的数据帧被传输用于控制数据时，这些数据帧更多地被视为数据包或突发。
[0006]在WO 2019/001718 A1中描述了一种数据传输方法，该方法能够将受保护的通信与低网络配置工作相结合。在这种情况下，当为从发送器到接收器的数据流的传输预留资源时，预留至少部分冗余的至少两条路径。通过扩展预留协议，在资源预留期间分配给冗余路径部分的网络节点自动配置重复过滤器。
[0007]从申请文件号为20170149.7的较早的欧洲专利申请中已知一种用于传输时间关键的数据的方法，其中，被选择的数据报被分配给数据流并通过至少包括第一和第二通信设备的路径在第一通信设备和第二通信设备之间传输。预留请求提供用于传输数据流的资源，每个数据流传输到域控制装置。在预留请求的情况下，域控制装置分别检查相应的第一和第二通信设备是否包括在相同的域中。跨域预留请求分别被转发至上级的通信控制装置。上级的通信控制装置确定受预留请求影响的域，并将限制在路径的各个部分的部分预
留请求发送到所确定的域的域控制装置。
[0008]在EP 3035 606A1中描述了一种用于在包括至少2个虚拟局域网的通信网络中进行数据传输的方法，其中，每个数据流被分配一个数据流特定的目标设备标识符。当数据流从分配给第一虚拟局域网的源通信设备传输到分配给第二局域网的目标通信设备时，分配给第一虚拟局域网内的数据流的标识符被转换成分配给第二虚拟局域网内的数据流的标识符。
[0009]在数据经由将两个单元彼此连接的转接网络在工业自动化系统中的两个单元之间传输的情况中，当传输的数据报从起始单元传输到转接网络时，基本的优先级信息和有关分配给逻辑网络的信息可能会丢失。因此，在从转接网络转换到目标单元之后，已传输的数据报不再能够以正确的优先级信息或适当的分配信息转发至逻辑网络。最终，这可能会导致数据丢失。此外，工业自动化系统的单元之间通常是时间关键的。因此，转接网络应该至少在两个单元之间交换的数据业务方面具有确定性属性。
技术实现思路
[0010]本专利技术的目的是提供一种用于运行用于传输时间关键的数据的通信系统的方法，该方法能够有效地利用可用的系统资源并灵活快速地适应变化的运行框架条件，并且适合于实现方法的执行。
[0011]因此，本专利技术的目的是，提供一种用于运行通信系统的方法，该通信系统用于经由第三子网在形成逻辑单元的两个子网之间传输时间关键的数据，通过第三子网以较小的延迟并且在预留原始优先级的情况下实现数据的透明传输，以及提供一种用于执行该方法的合适的装置。
[0012]根据本专利技术，该目的通过具有权利要求1给出的特征的方法、具有权利要求12中给出的特征的交换机和具有权利要求13中给出的特征的通信系统来实现。有利的改进方案在从属权利要求中给出。
[0013]基于根据本专利技术的用于运行用于传输时间关键的数据的通信系统的方法，从第一子网中的第一通信设备经由第三子网向第二子网中的第二通信设备发送数据报。在此，第一和第三子网通过第一交换机连接，而第二和第三子网通过第二交换机连接。第一通信设备将第一虚拟局域网的标识符和优先级说明插入到数据报中。基于第一虚拟局域网的标识符和优先级说明，将数据报从第一通信设备转发至第一交换机。例如，第一和第二子网能够被分配给PROFINET单元，而第三子网优选地是基于TSN的转接网络，其中，数据报是PROFINET帧。
[0014]根据本专利技术，第一交换机将通过第一通信设备发送的数据报相应地封装在通过第三子网分配给数据流的数据帧中，并在该数据帧中插入第二虚拟局域网的标识符。为了在第三子网中传输数据流，基于第二虚拟局域网的标识符，沿着第一交换机和第二交换机之间的选定的路径预留资源。第二交换机从接收到的数据帧中提取封装在分配给数据流的数据帧中的数据报，并根据第一虚拟局域网的标识符和优先级说明将提取的数据报转发给第二通信设备。通过这种方式，通过第三子网实现了第一子网和第二子网之间优先级数据报的透明传输。特别地，由于通过第三子网为数据流预留了资源，能够保证传输过程中的低延迟。
[0015]第一交换机或第二交换机例如分别通过数据帧在用户数据区域中的插入来封装数据报。在此，用户数据区域包括第一虚拟局域网的标识符和优先级说明。根据本专利技术的一个特别优选的设计方案，在其中相应地封装有数据报的数据帧为VXLAN帧或用于数据报的第2层隧道部的帧。这使得本专利技术能够特别可靠和有效地实施。有利地，第一交换机或第二交换机通过第三子网基于入端口地将所述第二虚拟局域网的所述标识符分配给通过所述第三子网待发送的数据帧，所述数据帧封装数据报。这确保了数据报在通过第三子网路由时以明确定义的方式进行处理。
[0016]优选地，为了沿选定的路径的数据流预留资源，第一交换机或第二交换机在预留请求中指定服务质量参数。在这种情况下，每个沿选定的路径转发数据帧的每个通信设备或通信控制装置根据服务质量参数在预留请求时检查，在保持指定的服务质量参数的情况下，在相应的通信设备中是否有足够的资源用于数据传输。在有足够的资源时，沿选定本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于运行用于传输时间关键的数据的通信系统的方法，其中，
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从第一子网(101)中的第一通信设备(201)经由第三子网(103)向第二子网(102)中的第二通信设备(202)发送数据报(400)，其中，所述第一子网和所述第三子网经由第一交换机(301)连接，并且所述第二子网和所述第三子网经由第二交换机(302)连接，
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所述第一通信设备将第一虚拟局域网的标识符(402)以及优先级说明(403)插入所述数据报中，
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根据所述第一虚拟局域网的所述标识符和所述优先级说明将所述数据报从所述第一通信设备转发至所述第一交换机，
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所述第一交换机将通过所述第一通信设备发送的数据报分别封装在通过所述第三子网分配给数据流的数据帧(500)中，并且所述第一交换机在所述数据帧中插入第二虚拟局域网的标识符(502)，
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为了在所述第三子网中传输所述数据流，根据所述第二虚拟局域网的所述标识符，沿着所述第一交换机与所述第二交换机之间的选定的路径预留资源，
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所述第二交换机从接收到的数据帧中提取封装在分配给所述数据流的所述数据帧中的所述数据报，并根据所述第一虚拟局域网的所述标识符和所述优先级说明将提取的所述数据报转发给所述第二通信设备。2.根据权利要求1所述的方法，其中，为了沿选定的路径为所述数据流预留所述资源，所述第一交换机和/或所述第二交换机在预留请求中指定服务质量参数，其中，根据所述服务质量参数在预留请求中检查每个沿所述选定的路径转发数据帧的通信设备或通信控制装置，在保持指定的服务质量参数的情况下，在相应的通信设备中是否有足够的资源用于数据传输，其中，沿着所述选定的路径的所述通信设备或所述通信控制装置在足够的资源的情况下为所述数据流分别确定配置信息，并且其中，沿着所述选定的路径的所述通信设备被设置用于根据确定的配置信息为所述数据流提供资源。3.根据权利要求2所述的方法，其中，通过沿所述选定的路径的所述通信设备提供的资源包括交换机或桥中的可用的传输时间窗口、带宽、经保证的最大延迟、队列数量、队列缓存和/或地址缓存。4.根据权利要求2或3中任一项所述的方法，其中，所述第三子网特别是根据IEEE802.3
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2018、IEEE 802.1Q
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2018、IEEE 802.1AB
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2016、IEEE 802.1AS
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2011、IEEE 802.1BA
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2011和/或IEEE 802.1CB
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2017的时间敏感网络。5.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述第三子网内借助帧抢占、时间感知整形器、基于信用的整形器、突发限制整形器、蠕动整形器和/或基于优先级、特别是根据IEEE 802.1Q
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2018来控制数据帧的转发。6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其中，响应于预留请求，双向地设置所述数据流。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述第二通信设备将所述第一虚拟局域网的所述标识符以及所述优先级说明插入到待发送给所述第一通信设备的数据报中，其中，待发送给所述第一通信设备的所述数据报根据所述第一虚拟局域网的所述标识符和所述优先级说明由所述第二通信设备转发至所述第二交换机，其中，所述第二交换机将通过所述第二通信设备发送的所述数据报分别封装在通过所述第三子网分配给所述数据流
的数据帧中，并且所述第二交换机在所述数据帧中插入所述第二虚拟局域网...
【专利技术属性】
技术研发人员：马库斯，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：
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