用于可冗余操作的工业通信网络的通信设备以及用于操作通信设备的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于可冗余操作的工业通信网络的通信设备，其包括至少一个第一和第二发送和接收单元，所述第一和第二发送和接收单元分别具有用于工业通信网络的网络连接的接口。信号处理单元与第一和第二发送和接收单元连接。单向链接的网络节点经由耦合元件与信号处理单元连接。信号处理单元经由第一和第二接口与耦合元件连接。在此，第一接口仅设置为用于传输通过第一接收单元接收到的数据包，而第二接口仅设置为用于传输通过第二接收单元接收到的数据包。

【技术实现步骤摘要】
用于可冗余操作的工业通信网络的通信设备以及用于操作通信设备的方法
本专利技术涉及一种用于可冗余操作的工业通信网络的通信设备以及一种用于操作通信设备的方法。
技术介绍
在分布式工业自动化系统中，在记录、评估和传输测量和控制数据时应该确保，完整的和未经更改的数据特别是在对时间要求严格的工业生产过程中实时存在。要避免有意的、无意的或由技术错误引起的改变，因为这在工业自动化系统内能够导致不一致的系统状态以及伴随经济上严重后果的停工时间的系统故障。附加地，在工业自动化系统的计算单元之间的通信连接的中断可能会导致不期望或不必要地重复服务请求的传输。这造成工业自动化系统的通信连接的额外的负荷，这可能会导致进一步的系统干扰或故障。在工业自动化系统中，通常由具有相对多的、但是相对短的消息的讯息交换引起特殊的问题，由此加剧上述问题。为了能够补偿通信连接或通信设备的失效，通信协议，如高可用性无缝冗余或并行冗余协议被开发用于高可用性的、可冗余操作的工业通信网络。在IEC标准62439-3中定义高可用性无缝冗余（HSR）和并联冗余协议（PRP），并且以极短的恢复时间实现数据包的无损伤的冗余传输。根据高可用性无缝冗余和并行冗余协议，每个数据包由进行发送的通信设备复制，并且以两种不同的路径发送到接收器。通过接收器侧的通信设备，从接收数据流中过滤掉代表副本的冗余数据包。在DE102008017192A1中描述一种用于建立网络的方法，所述网络包括具有一组端口的第一网络用户。所述端口与网络的其它网络用户的端口连接。在第一方法步骤中，将分配给第一网络用户的端口切换到第一操作模式下。在第一操作模式下，能够经由端口接收和发送测试报文。根据另一方法步骤，经由分配给第一网络用户的端口发送测试报文。此外，如果所发送的测试报文中的测试报文没有再次被第一网络用户接收，那么将分配给第一网络用户的端口切换到第二操作模式下。在第二操作模式下，经由分配给所述第一网络用户的端口接收的报文经由剩余的端口转发。以这种方式，能够避免在互联或扩展复杂网络时形成网络环。从EP2282452A1中描述一种用于在环型通信网络内进行数据传输的方法，在所述方法中根据高可用性无缝冗余来进行数据传输，并且通信网络包括至少一个主节点、源节点和目标节点。每个节点具有带有相应的第一和第二相邻节点的第一和第二通信接口。此外，每个节点经由第一通信接口接收数据帧，并且将所接收的数据帧更改或未经更改地经由第二通信接口无额外延迟地进行转发。主节点将第一和第二冗余的数据帧或空的数据包发送给其第一或第二相邻节点。在接收两个冗余的数据帧时，源节点在预定的保留区域中以过程数据来填充相应的数据帧。随后，每个已填充的数据帧立即并且单独地转发给源节点的第一或第二相邻节点。最终，目的节点从冗余的数据帧对中的所接收到的已填充的第一数据帧中提取过程数据。在EP2343857A1中描述一种用于通信网络的网络节点，所述通信网络包括第一子网络和与第一子网络连接的第二子网络。在第一子网络中根据生成树协议进行数据传输期间，为了在第二子网络中进行数据传输，应用与在第一子网络中所应用的协议不同的第二协议。在EP2343857A1中所描述的网络节点设计为用于作为第二子网络的元件，并且设计为用于在第二子网络内进行通信。此外，借助于生成树功能，网络节点设计为用于监控和控制第二子网络的生成树根节点。由此，通过在第一子网络中所应用的生成树协议，第二子网络可被视为虚拟节点。从EP2413538A1中已知一种用于在通信系统中进行冗余通信的方法，所述通信系统包括多个通信网络。通信网络经由至少一个耦合节点相互连接。基于在数据传输之前限定的信息防止源自第一通信网络的数据从第二通信网络向回传输到第一通信网络中。
技术实现思路
本专利技术基于的目的是，提出一种用于可冗余操作的工业通信网络的高效的且低成本的通信设备以及一种用于操作这样的通信设备的方法。根据本专利技术，所述目的通过一种具有在下文中说明的特征的通信设备以及一种具有在下文中说明的特征的方法得以实现。在下文中说明本专利技术的有利的改进方案。根据本专利技术的用于可冗余操作的工业通信网络的通信设备包括至少一个第一和第二发送和接收单元，所述第一和第二发送和接收单元分别具有用于工业通信网络的网络连接的接口。在此，第一和第二发送和接收单元具有相同的网络地址和相同的设备标识符。设备标识符例如能够是MAC地址。信号处理单元与第一和第二发送和接收单元连接。信号处理单元具有用于将待发送的数据包并行转发给两方的发送单元的多路复用器单元以及用于处理由两方的接收单元所接收的数据包的冗余处理单元。冗余处理单元还包括过滤器单元，所述过滤器单元设计为用于检测所接收到的冗余数据包。单向链接的网络节点经由耦合元件与信号处理单元连接。耦合元件优选是高速总线，其它单向链接的网络节点例如能够经由所述高速总线与信号处理单元连接。在工业通信网络内的数据传输例如能够根据高可用性的无缝冗余或根据并行冗余协议进行。此外，根据本专利技术，信号处理单元经由第一和第二接口与耦合元件连接。在此，第一接口仅设置为用于传输通过第一接收单元接收到的数据包，而第二接口仅设置为用于传输通过第二接收单元接收到的数据包。此外，冗余处理单元包括标识单元，所述标识单元设计为用于将冗余指示符插入所接收到的冗余数据包中。在此，冗余处理单元设计为用于将通过两方的接收单元接收到的数据包以无缓存的方式转发给耦合元件。根据本专利技术的一个优选的设计方案，数据包包括至少一个数据帧，并且冗余指示符以简单的方式通过数据帧的所插入的无效日期构成。借助根据本专利技术的通信设备，通过包括管理被缓存的数据包的冗余处理单元或信号处理单元省去接收到的数据包的至今为止通常完整的缓冲。这实现在低功耗的情况下简单和低成本地实现信号处理单元。根据本专利技术的一个特别优选的改进方案，包括多路复用器单元和冗余处理单元的信号处理单元借助于现场可编程门阵列来实现。在此，耦合元件优选是具有配设的控制器的背板式交换机（BackplaneSwitch）。此外，背板式交换机能够经由至少一个互联连接与至少一个单向链接的网络节点连接。附加地，现场可编程门阵列（FPGA）用于存储具有对所有与耦合元件连接的单向链接的网络节点的说明的表（代理节点表,proxynodetable）。这实现与通信设备连接的、单向链接的网络节点的简单的管理。因此，通信设备能够用作为用于以简单的方式来实现如为HSR/PRP代理（HSR/PRP-Proxy）或HSR/PRP冗余盒（HSR/PRP-RedBox）的设备的基础。借助本专利技术或其设计方案尤其可能的是，HSP/PRP功能转移到与耦合元件或背板式交换机分离的组件中，所述组件由信号处理单元或FPGA构成。由此能够以有效的方式实现前端解决方案，所述前端解决方案在需要的情况下例如作为HSR/PRP前端设备来补充交换机组件。此外，HSR/PRP功能也能够在媒体模块上集成到用于实时数据传输的模块化以太网交换机中。按照根据本专利技术的通信设备的一个优选的改进方案，相互冗余的数据包通过统一的序列号标识。此外，为信号处理单元分配存储单元，所述存储单元设计为用于存储已经无错地接收到的数据包的序列号。在此，冗余处理单元设计为用于在接收到新的数据包时检查已经本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于能冗余操作的工业通信网络的通信设备，具有：?至少一个第一发送和接收单元和第二发送和接收单元，所述至少一个第一发送和接收单元和第二发送和接收单元分别具有用于工业通信网络的网络连接的接口，其中第一发送和接收单元和第二发送和接收单元具有相同的网络地址和相同的设备标识符；?与所述第一发送和接收单元和第二发送和接收单元连接的信号处理单元，所述信号处理单元具有用于将待发送的数据包并行转发给两方的发送单元的多路复用器单元以及用于处理由两方的接收单元接收到的数据包的冗余处理单元，其中所述冗余处理单元包括过滤器单元，所述过滤器单元设计为用于检测所接收到的冗余数据包；?经由耦合元件与所述信号处理单元连接的单向链接的网络节点，其特征在于，?所述信号处理单元经由第一接口和第二接口与所述耦合元件连接，其中所述第一接口设置为用于传输通过第一接收单元接收到的数据包，并且其中所述第二接口设置为用于传输通过第二接收单元接收到的数据包，?所述冗余处理单元包括标识单元，所述标识单元设计为用于将冗余指示符插入所接收到的冗余数据包中，其中所述冗余处理单元设计为用于将通过两方的接收单元接收到的数据包以无缓存的方式转发给所述耦合元件。...

【技术特征摘要】
2012.02.29 EP 12157499.01.用于能冗余操作的工业通信网络的通信设备，具有：-至少一个第一发送和接收单元和第二发送和接收单元，所述至少一个第一发送和接收单元和第二发送和接收单元分别具有用于工业通信网络的网络连接的接口，其中第一发送和接收单元和第二发送和接收单元具有相同的网络地址和相同的设备标识符；-与所述第一发送和接收单元和第二发送和接收单元连接的信号处理单元，所述信号处理单元具有用于将待发送的数据包并行转发给两方的发送单元的多路复用器单元以及用于处理由两方的接收单元接收到的数据包的冗余处理单元，其中所述冗余处理单元包括过滤器单元，所述过滤器单元设计为用于检测所接收到的冗余数据包；-经由耦合元件与所述信号处理单元连接的单向链接的网络节点，其特征在于，-所述信号处理单元经由第一接口和第二接口与所述耦合元件连接，其中所述第一接口设置为用于将通过第一接收单元接收到的数据包传输给所述耦合元件，并且其中所述第二接口设置为用于将通过第二接收单元接收到的数据包传输给所述耦合元件，-所述冗余处理单元包括标识单元，所述标识单元设计为用于将冗余指示符插入所接收到的冗余数据包中，其中所述冗余处理单元设计为用于将通过两方的接收单元接收到的数据包以无缓存的方式转发给所述耦合元件，其中为所述耦合元件分配检测单元，所述检测单元设计为用于评估所接收到的数据包中的冗余指示符，以及设计为用于丢弃具有冗余指示符的数据包。2.如权利要求1所述的通信设备，其中相互冗余的数据包通过统一的序列号标识，并且其中为所述信号处理单元分配存储单元，所述存储单元设计为用于存储已经无错地接收到的数据包的序列号，并且其中所述冗余处理单元设计为用于在接收到新的数据包时检查已经存储的序列号。3.如权利要求2所述的通信设备，其中为所述耦合元件分配计数器单元，所述计数器单元设计为用于记录无错地接收到的数据包和有错地接收到的数据包，并且其中所述计数器单元与评估单元连接，所述评估单元设计为用于在无错地接收到的数据包和有错地接收到的数据包之间的差低于能预设的阈值的情况下用信号传递无错的冗余网络状态。4.如权利要求3所述的通信设备，其中所述评估单元设计为用于在无错地接收到的数据包的数量增长并且同时有错地接收到的数据包的数量基本上停滞的情况下用信号传递具有冗余丢失的网络状态。5.如权利要求4所述的通信设备，其中所述评估单元设计为用于在无错地接收到的数据包和有错地接收到的数据包的数量停滞的情况下用信号传递网络失效。6.如权利要求2所述的通信设备，其中数据包包括至少一个数据帧，并且其中所述冗余指示符通过数据帧的所插入的无效日期构成。7.如权利要求2所述的通信设备，其中所述耦合元件是高速总线，并且其中其它单向链接的网络节点经由所述高速总线与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：赫尔曼·昂斯特，约阿希姆·洛迈尔，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：