用于在自动化网络中的用户之间数据通信的方法、用于自动化网络的主用户和自动化网络技术

本发明专利技术涉及一种用于在自动化网络(100)中的用户之间进行实时数据通信的方法(200)，其中，自动化网络(100)包括一个主用户(101)、多个从用户(103)和至少一个连接单元(A)，其中，该方法(200)包括以下方法步骤：在第一布置步骤(201)中，通过主用户(101)按发送顺序以该发送顺序的总占用持续时间布置n个待发送的数据包，在优化步骤(203)中，通过主用户(101)实施用于确定具有最小总占用持续时间的优化的发送顺序的优化方法，并且在发送步骤(205)中，通过主用户(101)将n个数据包以优化的发送顺序发送给从用户(103)。本发明专利技术还涉及一种用于执行该方法(200)的主用户(101)以及一种具有主用户(101)的自动化网络(100)。用户(101)的自动化网络(100)。用户(101)的自动化网络(100)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在自动化网络中的用户之间数据通信的方法、用于自动化网络的主用户和自动化网络


[0001]本专利技术涉及一种用于在自动化网络中的用户之间进行数据通信的方法。本专利技术还涉及一种用于自动化网络的主用户，其被构造用于执行用于在自动化网络的用户之间进行数据通信的方法，并且涉及一种相应的自动化网络。

技术介绍

[0002]自动化网络常常作为“现场总线系统”来运行。现场总线系统是工业总线系统，它们能够实现对自动化网络的机器或设备的有实时能力的控制。通常，自动化网络的机器或设备借助于存储器可编程的控制器(SPS)来控制。为了现场设备、即例如自动化网络的机器或设备的传感器和致动器与SPS的通信，SPS使用现场总线系统。如果多个通信用户可被构造成有线或无线总线系统的同一数据线路来发送数据包，则必须规定：哪个通信用户在哪个时间点应当发送。为此目的，存在被规定的架构和标准化的数据传输协议。
[0003]大多数情况下，现场总线系统在所谓的“主从运行”下工作。也就是说，主用户承担对过程的控制，而从用户在自动化网络的控制运行中承担子任务的处理。在此，在自动化网络中借助于由主用户输出给从用户的数据包来交换数据。从用户可以读取被寻址到这些从用户的输出数据并且必要时将数据包发送回给主用户。
[0004]在借助于数据包的交换来进行数据传输的自动化网络中，数据包可以由从用户转发给其它从用户或者发送回给主用户。
[0005]在此，转发表示确定用于在自动化网络中传输数据包的传输路径。对于具有从用户布置在网络的不同分区中的复杂拓扑结构的网络，数据包可以通过相应的连接元件被转发到布置有被寻址的从用户的相应分区中。在此可能出现的是，从网络的不同分区中发送回给主用户的数据包在从用户到主用户的返回路径上彼此相会，也就是说几乎同时到达位于其之间的连接元件，由此引起不同数据包的附加延迟，所述附加延迟因此不利地影响系统的反应时间。但不仅仅在数据路径上的交叉是严重的。通过所述顺序也可以发生，各个数据包这样晚地到达设备或分区并且该装置本身具有强烈的延迟，使得仅非常延迟地调用必须考虑所有数据的控制动作。
[0006]但各个数据包的延迟或在主机中发送时的错误顺序一方面引起由于延迟的数据包而导致网络的占用时间的延长，也就是说数据包在通过主用户发送之后传输至相应的从用户并且由主用户再次接收所需的时间段并且在该时间段期间网络被用于传输其它数据包的数据包阻止。网络的占用时间一般也可以称为总占用持续时间。
[0007]此外，数据包延迟为了避免数据包迭加可能引起其它数据包的进一步延迟，以便再次避免之前延迟的数据包的冲突。其中数据包的迭加导致至少两个数据包至少部分迭加地在相同的方向上被传输。迭加导致不能明确地读取所迭加的数据包的信息，使得必须延迟所叠加的数据包中的至少一个数据包，以避免迭加。除了延迟之外，也可以使用所传输的数据包的顺序的改变来避免数据包的迭加。这两者都会导致主用户与从用户之间的整个数
据通信的延迟并且与此相关地导致降低自动化系统的效率和性能。
[0008]为了改善在主用户与多个从用户之间交换多个数据包的数据通信、尤其是为了避免或减少各个数据包的延迟以避免冲突，有利的是以确定的顺序发送数据包，其中数据包这样布置，使得可以完全避免冲突亦或可以减少所需延迟的数量或延迟的总持续时间。
[0009]以相应有利的顺序布置待发送的数据包落入调度问题的范围内。为多个相互影响的过程的顺序寻找最佳解决方案的调度问题的特征在于高度的复杂性并且大多已经对于相对较少数量的要考虑的因素而言在实际的时间中并且以实际的计算耗费是不可解决的。
[0010]在数据通信领域中，由现有技术已知各种优化方法，其目的是以最小的网络占用时间通过数据包找到待发送数据包的顺序或调度。由Wisniewski等人的文献“Scheduling of PROFINET IRT Communication in Redundant Network Topologies”(DOI:10.1B/WFCS.2016.7496530在葡萄牙阿威罗举办的第十二届IEEE工厂通信系统国际会议)例如已知一种用于PROFINET系统的调度方法。然而，在此描述的方法仍然相对复杂并且要求实质的计算耗费，其最终不适合于确定最优，而是仅能够实现接近所追求的最优。

技术实现思路

[0011]本专利技术涉及一种网络，在该网络中数据流在部分路段上并行地运行并且可能在其它部分路段上出现交叉。目的是将所述交叉的影响降低到最小。本专利技术涉及一种主从关系中的数据流的协调，其中，为数据通信而发送的数据包的数据流具有共同的数据路径，从而要考虑通信的顺序和数据包的发送。
[0012]因此，本专利技术的任务是提供一种用于在自动化网络中用户之间进行数据通信的改进方法，该方法通过为了数据通信要交换的数据包能够实现减少网络的占用时间并且需要较小的计算能力。此外，本专利技术的任务是提供一种用于自动化网络的主用户，其被构造用于执行根据本专利技术的用于在自动化网络中的用户之间进行数据通信的方法。此外，本专利技术的任务是提供一种相应的自动化网络。
[0013]所述任务通过根据独立权利要求的方法、主用户和自动化网络来解决。优选的实施方式在从属权利要求中给出。
[0014]根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于在自动化网络中的用户之间进行实时数据通信的方法，其中，自动化网络包括一个主用户、多个从用户和至少一个连接单元，它们经由数据线路网络相互连接，其中，主用户构造用于在一个运行中向从用户发送数据包以用于数据通信，在该运行中数据包由主用户发送给从用户并且由从用户发送给主用户，并且其中，所述连接单元构造用于将被寻址到从用户的数据包转发并且将该数据包引回给主用户，其中，该方法包括以下方法步骤：
[0015]在第一布置步骤中，通过主用户按发送顺序以该发送顺序的总占用持续时间布置n个待发送的数据包，其中，所述总占用持续时间包括从通过主用户发送首先发送的数据包的第一比特到通过主用户接收最后接收的数据包的最后一比特的时间段，
[0016]在优化步骤中，通过主用户实施用于确定具有最小总占用持续时间的优化的发送顺序的优化方法，其中，该优化方法包括以所述发送顺序依次相继的n个数据包的顺序的有限数量的最大n*(n
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1)/2的成对交换和确定通过所述交换引起的发送顺序的总占用持续时间，并且
[0017]在发送步骤中，通过主用户将n个数据包以优化的发送顺序发送给从用户。
[0018]由此实现了如下技术优点，即可以提供一种用于在自动化网络中的用户之间进行实时数据通信的方法，该方法能够通过为数据通信而交换的数据包以通信介质的减少的占用时间实现有效且高效的数据通信。通过在优化步骤中实施优化方法，可以实现用于待发送数据包的数据通信的发送顺序，该发送顺序具有通过待发送的数据包的通信介质最小总占用持续时间。通过以所述发送顺序布置的数据包的顺序的有限数量的最大n*(n
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1)/2的成对交换步骤可以确定具有最小占用时间的发送本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在自动化网络(100)中的用户之间进行实时数据通信的方法(200)，其中，自动化网络(100)包括一个主用户(101)、多个从用户(103)和至少一个连接单元(105)，它们经由数据线路网络(115)相互连接，其中，主用户(101)构造用于在一个运行中向从用户(103)发送数据包以用于数据通信，在该运行中数据包由主用户(101)发送给从用户(103)并且数据包由从用户(103)发送给主用户(101)，并且其中，所述连接单元(105)构造用于将被寻址到从用户(103)的数据包转发并且将该数据包引回给主用户(101)，其中，该方法(200)包括以下方法步骤：在第一布置步骤(201)中，通过主用户(101)按发送顺序以该发送顺序的总占用持续时间布置n个待发送的数据包，其中，所述总占用持续时间包括从通过主用户(101)发送首先发送的数据包的第一比特到通过主用户接收最后接收的数据包的最后一比特的时间段，在优化步骤(203)中，通过主用户(101)实施用于确定具有最小总占用持续时间的优化的发送顺序的的优化方法，其中，该优化方法包括以所述发送顺序依次相继的n个数据包的顺序的有限数量的最大n*(n
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1)/2的成对交换并且确定通过所述交换引起的发送顺序的总占用持续时间，并且在发送步骤(205)中，通过主用户(101)将n个数据包以优化的发送顺序发送给从用户(103)。2.根据权利要求1所述的方法(200)，其中，所述第一布置步骤(201)包括：在第二布置步骤(207)中，以具有n个数据包的下降的单独运行持续时间的下降的发送顺序布置所述n个数据包，其中，以下降的发送顺序将具有最长单独运行持续时间的数据包布置在所述发送顺序的第一位置上并且将具有最短单独运行持续时间的数据包布置在所述发送顺序的最后位置上，并且其中，每个数据包的单独运行持续时间包括从通过主用户(101)发送数据包的第一比特到通过主用户(101)接收数据包的最后一比特的时间段。3.根据权利要求2所述的方法(200)，其中，所述第一布置步骤(201)还包括：在第一确定步骤(209)中，为下降的发送顺序的n个数据包中的每个数据包确定第一接收时间标记，其中，发送顺序的任意数据包的第一接收时间标记是接收相应数据包的第一比特的时间点，并且其中，第一接收时间标记的值包括从通过主用户(101)发送所述发送顺序的第一数据包的第一比特到通过主用户(101)接收所述发送顺序的相应数据包的第一比特的时间段，并且为下降的发送顺序的n个数据包中的每个数据包确定第二接收时间标记，其中，第二接收时间标记对应于第一接收时间标记的值与数据包的单独占用持续时间之和，其中，数据包的单独占用持续时间包括从针对第一发送时间标记发送第一数据包的第一比特到针对第二发送时间标记发送第二数据包的最后一比特的时间段，其中，所述第一发送时间标记是发送相应数据包的第一比特的时间点，并且其中，所述第二发送时间标记是发送数据包的最后一比特的时间点；在第三布置步骤(211)中，以具有n个数据包的升高的第一接收时间标记的升高的发送顺序布置下降的发送顺序的n个数据包，其中，以所述升高的发送顺序将具有最小的第一接收时间标记的数据包布置在第一位置上并且将具有最大的第一接收时间标记的数据包布置在最后的位置上；并且在校正步骤(213)中，如果数据包的第一接收时间标记早于以升高的发送顺序布置在数据包之前的数据包的第二接收时间标记，则以升高的发送顺序确定数据包的校正的第一
接收时间标记和校正的第二接收时间标记，其中，数据包的校正的第一接收时间标记对应于布置在数据包之前的数据包的第二接收时间标记，并且其中，数据包的校正的第二接收时间标记对应于校正的第一接收时间标记和数据包的单独占用持续时间之和。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一布置步骤(201)包括：在第二确定步骤(215)中，确定每个数据包的发送偏移，其中，数据包的发送偏移对应于以所述发送顺序布置在该数据包之前的数据包的单独占用持续时间的总和，并且在第四布置步骤(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡尔韦伯，
申请(专利权)人：倍福自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：