[发明专利]经由传送时间关键数据的通信网络将控制应用同步的方法、网络基建设备和通信终端设备

说明书

为了经由通信网络将控制应用同步，该通信网络用于传递时间关键的数据，在转发与选定的数据流相关联的数据报(11‑12)时，网络基建设备在数据报分别得出在计划发送时间点(TX_P(i))与其实际发送时间点(TX(i))之间的时间延迟(L(i))。在此，选定的数据流与在通信终端设备(201，202)上运行的控制应用相关联。为了起始节点侧控制应用的传输周期与结束节点侧控制应用的传输周期之间的同步，根据由各自的前置的网络基建设备得出的时间延迟、累加的最大时间延迟和发送时间点(TX_APP)，由起始节点侧控制应用分别得出下一个结束节点侧的传输周期的起点(T_SYNC)。

背景技术

工业自动化系统通常包括多个经由工业通信网络彼此联网的自动化设备并且在制造自动化或过程自动化的范畴中用于控制或调节设施、机器或设备。根据时间关键的框架条件，在工业自动化系统中，为了在自动化设备之间进行通信，主要使用实时通信协议，如PROFINET，PROFIBUS，Real-Time-Ethernet或Time-Sensitive Networking(TSN)。

在工业自动化系统的计算单元或者自动化设备之间的通信连接的中断能够导致服务要求的传递的不期望或不需要的重复。此外，不传递或不完全传递的消息能够例如防止工业自动化系统在稳定运行状态中的转变或停留。这能够最终导致整个生产设施失效和成本高昂的生产停滞。特别的问题在于，在工业自动化系统中通常具有相对多却相对短的信息的消息流量，由此加剧了上述问题。

根据对通常极其不同的应用的使用，能够在基于以太网的通信网络中，当要求用于传递具有实时要求的数据流或数据帧的网络资源竞争用于传递没有特定服务质量要求且具有大量的用户数据内容的数据帧时，例如存在问题。这能够导致，即不根据所要求或所需要的服务质量来传递具有实时要求的数据流或数据帧。

数据帧的优先传递例如可以基于虚拟局部网络或虚拟局部区域网络(VLAN)根据标准IEEE 802.1Q原则上借助于相应的在数据帧中插入的标签。为了音频和视频数据流(音频/视频网桥)经由通信网络的同步和优先传输，设置针对单个通信连接的带宽预留，其被分配有最高优先级。在此，对于音频和视频数据流的传输所需的资源在通信设备如交换机中预留。然而，只有在成功预留之后才进行高优先级的数据帧的转发。在带宽监控的范畴中确保，即在实际使用的带宽方面存在足够的预留带宽。使用比预留更多带宽的通信连接在其他情况下可能导致整个通信网络的干扰，在最坏的情况下由于过载而停滞。

对于音频和视频数据流经由基于以太网的通信网络的稳定的传输，根据标准IEEE802.1Qav，基于信用成型机(CBS)被限定作为用于带宽监控的度量。通过基于信用成型机，在每一个传输的数据帧之后限定传输间歇，以便参考预留的带宽确保带宽界限。然而，这种强制间歇能够在工业自动化系统中在传输具有少量用于控制数据的用户数据内容的多个数据帧时是有问题的，这些控制数据更多地被视为数据束或突发数据。

对于具有提高的实时要求的应用，能够借助时间感知调度器根据IEEE802.1Qbv实现数据传递。时间感知调度器能够在固定的、自身重复的周期中基于时间复用方法(TimeDivision Multiple Access——TDMA)划分在通信网络内部的数据传递。在该周期内部，能够根据固定的模式操作不同的优先级。以这种方式，用于控制自动化设备的时间关键的数据能够与没有特别实时要求的数据分离并因此符合延迟保证。数据传递借助时间感知调度器原则上要求在所有网络节点中的时钟同步。

根据IEEE 802.1Qcc(流预留协议(SRP)增强和性能改进)，特别对于时间敏感网络(Time-Sensitive Networking)设置，即终点站，例如自动化设备在用于传递具有所期望的服务质量参数(Quality of Service)的多播数据流的通信网络中能够借助预留请求预留所必需的资源。根据在通信网络中可用的资源，满足或拒绝预留请求。针对关于预留请求的决定，选择性地基于分散的或集中的配置模型执行所必需的计算。在分散的配置模型的情况下，网桥或交换机分别得出已经用于其他目的以及仍可用的资源并且相应地通知对应的终点站，是否能够满足其预留请求。