[发明专利]以环形拓扑运行通信网络的方法和这种通信网络

说明书

本发明涉及以环形拓扑运行通信网络的方法和这种通信网络。本发明涉及一种用于运行具有环网设备2a‑f的通信网络1的方法，环网设备借助环网线路4a‑e以环形拓扑彼此连接成网，其中，环网设备2a‑f使用环网冗余法，其中管理环网设备2a定期通过通信网络1发送测试包，测试包分别依次由其他环网设备2b‑f接收并由它们顺序回发直至管理环网设备2a为止，以便确定通信网络1的故障，其中，通过如下方式防止由于环形拓扑内的至少一个故障包而导致测试包沿着环形拓扑的传输被延迟：所有环网设备2a‑f的时间被同步，并且在所使用的环网冗余法中根据标准IEEE 802.1Qbv实现数据流量规划和处理的至少一部分，这通过应用时间感知整形法的至少一部分来进行，其中，规划和控制测试包的传输，使得测试包至少基本没有等待时间地被转发到环网设备2a‑f。本发明还涉及一种相应的通信网络1。

技术领域

本发明涉及一种用于运行通信网络的方法，通信网络尤其是以太网，该通信网络具有环网设备，环网设备借助环网线路以环形拓扑彼此连接成网，其中，环网设备使用环网冗余法以用于通过环网冗余协议来传输数据，其中，管理环网设备定期通过通信网络在两个环网方向上发送测试包，这些测试包分别依次被其他环网设备接收并且由它们顺序回发直至管理环网设备为止，以便确定通信网络中的故障。本发明还涉及这种通信网络。

背景技术

故障安全性是工厂自动化及过程自动化中或者能量供应中的重要要求。为了提升网络可用性，工业通信网络在网络节点或网络设备之间装配有冗余的物理连接路径。事实证明，网络设备借助线路以环形拓扑形式连接是有利的。为此，每个网络设备都包括两个环网接口，并且线路分别在两个紧邻的网络设备的两个环网接口之间延伸，网络设备在下文中被称为环网设备。与其他网络拓扑相比，环形拓扑的安装有更少的布线开销。此外，环形拓扑还能够实现比较快速的网络故障探测，并且能够比较迅速地重新配置网络。

在这种通信网络以环形拓扑运行期间，环网设备使用环网冗余法以用于传输数据(例如控制数据和/或有效数据)。申请人已知有多种不同的环网冗余法，它们为数据交换使用不同的实时环网冗余协议。基于测试包的所有环网冗余法的共同点在于，其中一个环网设备-下文中被称为管理环网设备-定期地通过通信网络在环形拓扑的两个方向上发送测试包。更准确地说，管理环网设备在其一个环网接口上通过环网发送测试包，测试包由其他环网设备顺序转发。如果测试包已经完全遍历了环形拓扑，那么管理环网设备就通过其另一个环网接口接收到这些测试包。在这种情况下，管理环网设备可以推导出，环形拓扑的环是封闭的，也就是通信网络无故障。因此，管理环网设备将它的一个环网接口针对除了测试包以外的所有通信进行封锁，以避免环网中的无尽循环包或以太广播。

可替代地，管理环网设备可以确定通信网络的故障。因为如果通信网络的一个组件(即一个环网设备或一段环网线路)例如由于导线中断或环网设备故障而失灵，那么由管理环网设备的一个环网接口发送的测试包就不能到达管理环网设备的相应另一个环网接口，这种情况能够由管理环网设备确定。然而，不允许一个环网设备的失灵影响其他环网设备的通信，或者只能在尽可能短的网络故障时间内(即所谓的重新配置时间内)有影响。因此，在环网冗余法中通过被称为冗余路径的替代通信路径继续通信。

下文示例性地详细讨论所谓的介质冗余协议(MRP)。在MRP中，管理环网设备(被称为介质冗余管理器MRM)在探测到故障之后开启替代通信路径，这由此来实现：MRP接通它的原本封锁的环网接口，并且通过传输拓扑改变包将改变后的拓扑通知给其他环网设备(被称为介质冗余客户端MRC)，并且将其他环网设备的包在两个环网方向上转发。因此，MRC不会将它们的包发送到中断路径上，而是通过MRM发送。

从标准文件IEC FDIS 62439-2(高可用性自动化网络)，第9.9章(MRP环网恢复时间的计算)，已知一种用于计算环形拓扑中的以MRP冗余法运行的通信网络的重新配置时间T_rec的公式。该公式由两个变量之和组成，两个变量即T_detect和T_flush：