УСТРОЙСТВО СВЯЗИ ДЛЯ ЭКСПЛУАТИРУЕМОЙ С ИЗБЫТОЧНОСТЬЮ ПРОМЫШЛЕННОЙ СЕТИ СВЯЗИ И СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ УСТРОЙСТВА СВЯЗИ Российский патент 2017 года по МПК H04W40/00 

В распределенных промышленных системах автоматизации при регистрации, оценке и передаче данных измерений и управления необходимо гарантировать, что имеют место полные и неизменяемые данные, в особенности в случае критичных по времени промышленных процессов производства. Следует избегать намеренных, ненамеренных или обусловленных технической неисправностью изменений, так как это в промышленной системе автоматизации может привести к неустойчивым состояниям системы и отказам системы с экономически отягощающими интервалами простоя.

Промышленная система автоматизации обычно включает в себя множество автоматизированных приборов, соединенных между собой в сеть посредством промышленной сети связи, и служит в рамках автоматизации изготовления и обработки для управления или регулирования установок, машин или приборов. На основе критичных ко времени рамочных условий технических систем, автоматизированных посредством промышленных систем автоматизации, в промышленных сетях связи для коммуникации между автоматизированными приборами преимущественно применяются коммуникационные протоколы реального времени, такие как Profinet, Profibus, или Ethernet в реальном времени.

Прерывания коммуникационных соединений между вычислительными блоками промышленной системы автоматизации или автоматизированными приборами могут привести к нежелательным или ненужным повторениям передачи требования услуги. Это вызывает дополнительную загрузку коммуникационных соединений промышленной системы автоматизации, что может привести к дополнительным помехам или неисправностям системы. Особая проблематика возникает в промышленных системах автоматизации регулярно из трафика сообщений с относительно многими, но относительно короткими сообщениями, из-за чего вышеописанные проблемы дополнительно усиливаются.

Чтобы иметь возможность компенсировать сбои коммуникационных соединений или приборов, разрабатываются коммуникационные протоколы, такие как протокол избыточности медиа, протокол бесшовной избыточности высокой доступности или протокол параллельной избыточности для высоко доступных, эксплуатируемых с избыточностью промышленных коммуникационных сетей. Протокол избыточности медиа (MSR) определен в стандарте IEC 62439 и обеспечивает возможность компенсации отдельных отказов соединений в сетях с простой кольцевой топологией при подверженной столкновениям передаче с избыточностью пакетов данных. В соответствии с протоколом избыточности медиа с переключателем с двумя портами внутри кольцевой топологии ассоциирован администратор избыточности, который контролирует сеть на наличие отказов соединений и, при необходимости, вводит коммутационное мероприятие для завершения кольца. В нормальном рабочем состоянии администратор избыточности проверяет, на основе тестовых пакетов данных, возникло ли внутри кольцевой топологии прерывание. Однако обычно ассоциированный с администратором избыточности переключатель не направляет пакеты данных с полезными данными от одного порта к другому порту. В результате предотвращается то, что пакеты данных циркулировали бы непрерывно внутри кольцевой топологии. Если внутри кольцевой топологии происходит отказ переключателя или соединения, то отправленные с одного порта тестовые пакеты данных более не принимаются на соответствующем другом порту. На основе этого администратор избыточности может распознать отказ и направляет при отказе пакеты данных с полезными данными, в отличие от нормального рабочего состояния, от одного порта к другому порту и наоборот. Кроме того, администратор избыточности инициирует оповещение остальных переключателей об обусловленном отказом изменении топологии. Таким способом предотвращается то, что пакеты данных передавались бы через неисправное соединение.

Подверженные столкновениям способы избыточности медиа можно реализовать в принципе с относительно низкими затратами. Однако недостатком является то, что, с одной стороны, сообщения в случае неисправности могут быть потеряны, а с другой стороны, во время реконфигурации сети связи сначала всегда имеет место состояние помехи. От подобного состояния помехи следует гарантироваться посредством наложенного коммуникационного протокола, например, посредством TCP/IP на уровне передачи или уровня транспортного слоя, чтобы избежать прерывания коммуникационного соединения.

Также PROFINET (IEC 61158 Type 10) определяет протокол избыточности медиа как подверженный столкновениям способ избыточности медиа в сети связи с кольцевой топологией. Планируемое дублирование избыточности медиа (MRPD) представляет по сравнению с этим расширение для передачи без столкновений изохронных данных реального времени. Планируемое дублирование избыточности медиа (MRPD) представляет собой, однако, не нейтральный к приложениям подверженный столкновениям способ избыточности медиа, а PROFINET-специфическое расширение.

Бесшовная избыточность высокой доступности (HSR) и протокол параллельной избыточности (PRP) определены в стандарте IEC 62439-3 и обеспечивают возможность свободной от столкновений передачи пакетов данных с очень малыми временами покоя. Согласно бесшовной избыточности высокой доступности и протоколу параллельной избыточности каждый пакет данных передающим устройством связи дублируется и посылается к получателю двумя различными путями. Посредством устройства связи на стороне приемника дубликаты, представляющие избыточные пакеты данных, отфильтровываются из принятого потока данных.

В DE 10 2008 017 192 А1 описан способ для построения сети, который включает в себя первого сетевого пользователя с набором портов. Эти порты соединены с портами других сетевых пользователей сети. На первом этапе способа подключаются порты, ассоциированные с первым режимом работы. В первом режиме работы через первые порты могут приниматься и посылаться тестовые сообщения. Соответственно другому этапу способа, посылаются тестовые сообщения через порты, ассоциированные с первым сетевым пользователем. Кроме того, порты, ассоциированные с первым сетевым пользователем, переключаются на второй режим работы, если никакое тестовое сообщение из посланных тестовых сообщений вновь не принимается первым сетевым пользователем. Во втором режиме работы сообщения, которые принимаются через порты, ассоциированные с первым сетевым пользователем, маршрутизируются через оставшиеся порты. Таким способом можно избежать образования сетевых петель при объединении в сеть или расширении комплексных сетей.

Из ЕР 2 282 453 А1 известен способ для передачи данных внутри кольцевой сети связи, при котором передача данных осуществляется соответственно протоколу бесшовной избыточности высокой доступности, а сеть связь включает в себя по меньшей мере один задающий узел, узел-источник и целевой узел. Каждый узел имеет первый и второй коммуникационный интерфейс с соответствующим первым и вторым соседним узлом. Кроме того, каждый узел принимает кадры данных через первый коммуникационный интерфейс и направляет принятые кадры данных измененными или неизменными через второй коммуникационный интерфейс без дополнительной задержки. Задающий узел посылает первый и второй избыточные кадры данных или пустой пакет данных своему первому или второму соседнему узлу. При приеме обоих избыточных пакетов данных узел-источник заполняет соответствующий кадр данных в предварительно зарезервированной части данными процесса. Затем каждый заполненный кадр данных без задержки индивидуально направляется на первый или второй соседний узел узла-источника. Целевой узел извлекает в итоге данные процесса из первого принятого заполненного кадра данных пары избыточных кадров данных.

В ЕР 2 343 857 А1 описан сетевой узел для сети связи, которая включает в себя первую частичную сеть и связанную с первой частичной сетью вторую частичную сеть. В то время как в первой частичной сети осуществляется передача данных соответственно Spannbaum-протоколу, для передачи данных во второй частичной сети применяется второй протокол, отличающийся от протокола, применяемого в первой частичной сети. Описанный в EP 2 343 857 А1 сетевой узел выполняется как элемент для второй частичной сети и для коммуникации внутри второй частичной сети. Кроме того, сетевой узел посредством Spannbaum-функциональности выполняется как Spannbaum-главный узел для контроля и управления второй частичной сетью. Тем самым вторая частичная сеть может обрабатываться посредством применяемого в первой частичной сети Spannbaum-протокола как виртуальный сетевой узел.

Из ЕР 2 413 538 А1 известен способ для избыточной коммуникации в системе связи, которая охватывает множество сетей связи. Сети связи соединены между собой через по меньшей мере один узел связи. Обратная передача данных, которые исходят из первой сети связи, от второй сети связи назад к первой сети связи предотвращается на основе информации, определенной перед передачей данных.

В основе настоящего изобретения лежит задача предложить устройство связи для эксплуатируемой с избыточностью промышленной сети связи, которая, с одной стороны позволяет избежать прерываний соединения при критичных по времени применениях, а с другой стороны, обеспечивает возможность сокращенной по затратам обработки избыточности при не критичных по времени применениях, а также способ для такого устройства связи.

Эта задача в соответствии с изобретением решается устройством связи с признаками согласно пункту 1 формулы изобретения и способом с признаками согласно пункту 12 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Соответствующее изобретению устройство связи для эксплуатируемой с избыточностью промышленной сети связи содержит по меньшей мере первый и второй блок передачи и приема, которые имеют, соответственно, интерфейс для сетевого соединения промышленной сети связи. Оба блока передачи и приема имеют идентичный сетевой адрес и идентичный идентификатор прибора. С первым и вторым устройством передачи и приема соединен блок обработки сигнала для свободной от столкновений передачи данных внутри промышленной сети связи. Блок обработки сигнала имеет блок мультиплексора для параллельной маршрутизации подлежащих передаче пакетов данных на оба блока передачи и блок обработки избыточности для обработки пакетов данных, принятых обоими блоками приема. Пакет данных может, например, представлять собой кадр на уровне слоя безопасности, пакет на уровне слоя коммутации или сегмент на уровне транспортного слоя. Блок обработки избыточности включает в себя блок фильтрации, который выполнен с возможностью детектирования принятых избыточных пакетов данных.

Кроме того, первый и второй блок передачи и приема в соответствии с изобретением выполнены с возможностью как подверженной столкновениям, так и свободной от столкновений передачи данных внутри промышленной сети связи и избирательным образом переключаются на подверженный столкновениям или свободный от столкновений режим передачи. С первым и вторым блоком передачи и приема соединен блок оценки, который выполнен с возможностью детектирования передаваемых как подверженные столкновениям или свободные от столкновений пакеты данных внутри промышленной сети связи. При этом подлежащий передаче как подверженный столкновениям или свободной от столкновений пакет данных имеет в по меньшей мере одном предопределенном поле данных обозначение для соответствующего режима передачи. Кроме того, блок обработки избыточности и блок фильтрации деактивируются при детектировании подлежащего передаче как подверженного столкновениям пакета данных. Кроме того, с первым и вторым блоком передачи и приема ассоциирован блок памяти, который выполнен с возможностью буферизации по меньшей мере одного подлежащего передаче как подверженного столкновениям пакета данных в течение заданного интервала времени в подверженном столкновениям режиме передачи.

В целом соответствующее изобретению устройство связи за счет избирательного переключения в подверженный столкновениям или свободный от столкновений режим передачи, с одной стороны, позволяет предотвратить чрезмерные задержки свободной от столкновений передачи критичных по времени сообщений, в частности, при высокой сетевой нагрузке. С другой стороны, блок памяти для буферизации подлежащих передаче как подверженных столкновениям пакетов данных может проектироваться меньшим благодаря подразделению на подлежащие передаче как свободные от столкновений и подверженные столкновениям пакеты данных.

Соответствующее изобретению устройство связи может, например, в качестве коммуникационного модуля, быть компонентом модульного автоматизированного прибора для управления или регулирования установок, машин или приборов. Такой модульный автоматизированный прибор, наряду с коммуникационным модулем, может иметь один или несколько дополнительных или функциональных модулей, чтобы предоставить или расширить функциональности автоматизированного прибора. Подобные дополнительные или функциональные модули могут, например, представлять собой модули ввода/вывода, модули энергоснабжения или центральный модуль управления. При этом управляемые или регулируемые установки, машины или приборы могут соединяться с модулями ввода/вывода, коммуникационными модулями или центральным модулем управления. Центральный модуль управления может при этом, в частности, представлять собой постоянную составную часть модульного автоматизированного прибора. Кроме того, модульный автоматизированный прибор, может также включать в себя в качестве децентрализованной периферии внешние или расположенные вблизи процесса блоки управления.

Для коммуникационных соединений между дополнительными или функциональными модулями модульного автоматизированного прибора может быть предусмотрена, например, задняя шина для последовательной или параллельной передачи данных. Дополнительные или функциональные модули предпочтительным образом закреплены разъемным образом в модульном автоматизированном приборе. Если дополнительные или функциональные модули закреплены на задней шине, то она может другими дополнительными или функциональными модулями опрашиваться через заднюю шину, предпочтительно в реальном времени.

Соответствующее изобретению устройство связи может быть выполнено и установлено для применения как в проводных, так и в беспроводных сетях. Например, соответствующее изобретению устройство связи может иметь Ethernet-интерфейс, WLAN-интерфейс, интерфейс для HART-сети или беспроводной HART-сети или интерфейс для Feldbus-системы, такой как Profinet или Profibus.

Соответственно предпочтительному варианту осуществления соответствующего изобретению устройства связи, блок обработки сигнала выполнен для предоставления последовательного номера подлежащему передаче как подверженному столкновениям пакету данных или добавления избыточной информации в подлежащий передаче как свободной от столкновений пакет данных только при детектировании подлежащего передаче без столкновений пакета данных. Таким способом можно для обработки избыточности в случае подлежащих передаче без столкновений пакетов данных целенаправленно избежать требуемых затрат на обработку при подлежащих передаче как подверженных столкновениям пакетов данных. В соответствии с этим блок обработки избыточности предпочтительно выполнен с возможностью фильтрации дубликатов только при детектировании подлежащего передаче как свободного от столкновений пакета данных.

Промышленная сеть связи, согласно предпочтительному выполнению предложенного изобретения, имеет кольцевую топологию. Кроме того, в этом случае предусмотрен блок контроля и управления, который выполнен с возможностью детектирования прерывания внутри кольцевой технологии на основе отправленных тестовых пакетов данных. Кроме того, блок контроля и управления предпочтительно выполнен с возможностью управления маршрутизацией пакетов данных с полезными данными, которые направлены на первый вывод первого или второго блока передачи и приема, на второй вывод первого или второго блока передачи и приема. Таким способом могут быть реализованы способы обработки избыточности для подлежащих передаче как свободных от столкновений пакетов данных.

Подлежащие передаче как подверженные столкновениями или свободные от столкновений пакеты данных, соответственно особенно предпочтительному выполнению соответствующего изобретению устройства связи, маркируются соответствующей записью в Ethernet-поле Ethernet-кадра данных. Это обеспечивает возможность надежного и простого детектирования подлежащих передаче как подверженных столкновениям или свободных от столкновений пакетов данных, а также их соответствующей обработки. Кроме того, обозначение пакета данных как подлежащего передаче как подверженного столкновениям или свободного от столкновений может зависеть от соответственно применяемого коммуникационного протокола. Это обеспечивает возможность простого и быстрого подразделения на пакеты данных, подлежащие передаче как подверженные столкновениям и свободные от столкновений. Предпочтительным образом пакетам данных, передаваемым как свободные от столкновений, придается более высокий приоритет, чем пакетам данных, передаваемым как подверженные столкновениям. Тем самым дополнительно сокращается риск задержки передачи пакетов данных, передаваемых как свободные от столкновений. Особенно беспроблемная реализация получается, если с пакетами данных, подлежащими передаче без столкновений, ассоциируется VLAN-тег с приоритетом 6 соответственно стандарту IEEE 802.1Q.

Соответственно другому предпочтительному варианту осуществления соответствующего изобретению устройства связи, предусмотрен по меньшей мере один соединенный через элемент связи с блоком обработки сигнала сетевой вывод для автоматизированного прибора. Кроме того, блок обработки сигнала через первый и второй интерфейс может быть соединен с элементом связи. В этом случае первый интерфейс предусмотрен для передачи пакетов данных, принятых через первый блок приема, в то время как второй интерфейс предусмотрен для передачи пакетов данных, принятых через второй блок приема. Предпочтительным образом, блок обработки избыточности содержит дополнительный блок маркировки, который выполнен с возможностью присоединения индикатора избыточности в принятый избыточный пакет данных. При этом блок обработки избыточности выполнен с возможностью маршрутизации без промежуточного сохранения пакетов данных, принятых обоими блоками приема, на элемент связи. Таким способом, отсутствует общепринятая до сих пор буферизация принимаемых пакетов данных посредством блока обработки сигналов или обработки избыточности, включая администрирование сохраненными промежуточным образом пакетами данных.

Согласно соответствующему способу эксплуатации устройства связи в обладающей избыточностью промышленной сети связи, устройство связи содержит по меньшей мере один первый и один второй блок передачи и приема, которые, соответственно, имеют интерфейс для сетевого соединения промышленной сети связи. При этом оба блока передачи и приема имеют идентичный сетевой адрес и идентичный идентификатор прибора. С первым и вторым блоком передачи и приема соединен блок обработки сигнала для свободной от столкновений передачи данных внутри промышленной сети связи, который подлежащие передаче пакеты данных параллельно маршрутизирует на оба блока передачи и детектирует избыточные пакеты, принятые блоками приема.

Кроме того, первый или второй блок передачи и приема передает в соответствии с соответствующим изобретению способом пакеты данных внутри промышленной сети связи по выбору как подверженные столкновениям или свободные от столкновений и избирательным образом переключает в подверженный столкновениям и свободный от столкновений режим передачи. С первым или вторым блоком передачи и приема связан блок оценки, который детектирует пакеты данных, подлежащие передаче внутри промышленной сети связи как подверженные столкновениям или свободные от столкновений. При этом пакет данных, подлежащий передаче как подверженный столкновения или свободный от столкновений, имеет в по меньшей мере одном предварительно определенном поле данных обозначение для соответствующего режима передачи, которое оценивается посредством блока оценки. Кроме того, блок обработки избыточности для обработки пакетов данных, принятых от обоих блоков приема, и блок фильтрации для детектирования принятых избыточных пакетов данных при детектировании пакетов данных, передаваемых как подверженные столкновениям, деактивируются. Кроме того, с первым или вторым блоком передачи и приема ассоциирован блок памяти, который буферизует по меньшей мере один подлежащий в передаче как подверженный столкновениям пакет данных в течение заданного интервала времени.

Таким образом, соответствующий изобретению способ уменьшает, с одной стороны, задержки передаваемых как свободные от столкновений критичные по времени сообщения. С другой стороны, может применяться меньший по размерам блок памяти для буферизации передаваемых как подверженные столкновениям пакетов данных.

Предпочтительным образом, блок обработки сигнала предоставляет только при детектировании пакета данных, подлежащего передаче как свободный от столкновений, последовательный номер пакету данных, подлежащему передаче как подверженный столкновениям, или добавляет информацию избыточности в передаваемый как свободный от столкновений пакет данных. В соответствии с этим блок обработки избыточности отфильтровывает, соответственно другому выполнению соответствующего изобретению способа, только при детектировании пакета данных, подлежащего передаче как свободный от столкновений, дубликат принятого избыточного пакета.

Промышленная сеть связи может иметь, например, кольцевую топологию. В этом случае предпочтительно предусмотрен блок контроля и управления, который детектирует прерывание внутри кольцевой топологии на основе отправленных тестовых пакетов данных. Дополнительно блок контроля и управления может управлять маршрутизацией пакетов данных с полезными данными, которые направлены на первый вывод первого или второго блока передачи и приема, на второй вывод первого или второго блока передачи и приема.

Подлежащие передаче как подверженные столкновениям или свободные от столкновений пакеты данных, соответственно другому предпочтительному варианту осуществления соответствующего изобретению способа, маркируются посредством соответствующей записи в Ethernet-поле Ethernet-кадра данных. Например, пакеты данных могут в зависимости от соответствующего коммуникационного протокола, подлежащего применению на уровне слоя безопасности, маркироваться как подлежащие передаче как подверженные столкновениям или свободные от столкновений. Кроме того, пакетам данных, передаваемым как свободные от столкновений, придается более высокий приоритет, чем пакетам данных, передаваемым как подверженные столкновениям. Это обеспечивает уменьшенный риск задержки передачи пакета данных, передаваемого как свободный от столкновений.

Согласно другому выполнению соответствующего изобретению способа, предусмотрен по меньшей мере один соединенный через элемент связи с блоком обработки сигнала сетевой вывод для автоматизированного прибора. В этом случае блок обработки избыточности содержит блок маркировки, который соответственно добавляет индикатор избыточности в принятые избыточные пакеты данных и принятые через оба блока приема пакеты данных без промежуточного хранения маршрутизирует на элемент связи. Тем самым отпадает необходимость в полной буферизации принятых пакетов данных посредством блока обработки сигналов или блока обработки избыточности.

Настоящее изобретение поясняется далее на примере выполнения, иллюстрируемом чертежом, на котором показано схематичное представление устройства связи для эксплуатируемой с избыточностью промышленной сети связи.

На чертеже представлена эксплуатируемая с избыточностью промышленная сеть 2 связи, которая наряду с описываемым далее устройством 1 связи, содержит несколько сетевых узлов 51-55, соединенных друг с другом в кольцевую структуру посредством сетевых соединений 211-216. Сюда можно отнести, например, сетевой узел 54, который ассоциирован с системой административного контроля и сбора данных (SCADA) промышленной автоматизированной системы изготовления или обработки.

Устройство 1 связи для эксплуатируемой с избыточностью промышленной сети 2 связи содержит первый 11 и второй 12 блок передачи и приема, которые, соответственно, имеют интерфейс для сетевого соединения 211, 212 промышленной сети 2 связи. Оба блока передачи и приема 11, 12 имеют идентичный сетевой адрес и идентичный МАС-адрес. С первым и вторым блоком 11, 12 передачи и приема соединен блок 13 обработки сигнала, реализованный на программируемой пользователем вентильной матрице (FPGA) в промышленной сети 2 связи. Блок 13 обработки сигнала имеет для свободной от столкновений передачи данных блок 131 мультиплексора для параллельной маршрутизации подлежащих передаче пакетов данных на оба блока передачи 11, 12 и блок 132 обработки избыточности для обработки пакетов данных, принятых обоими блоками 11, 12 приема. Блок 132 обработки избыточности включает в себя блок 133 фильтрации, который выполнен с возможностью детектирования принятых избыточных пакетов данных.

Первый и второй блоки 11, 12 передачи и приема выполнены с возможностью по выбору передачи данных как подверженных столкновениям или свободных от столкновений внутри промышленной сети 2 связи и посредством ассоциированного с блоком 13 обработки сигнала блока 137 выбора режима работы могут переключаться в подверженный столкновениям или свободный от столкновений режим передачи. С блоком 13 обработки сигнала, кроме того, ассоциирован блок 138 оценки, который детектирует пакеты данных, подлежащие передаче внутри промышленной сети 2 связи как подверженные столкновениям или свободные от столкновений. При этом пакет данных, подлежащий передаче как подверженный столкновениям или свободный от столкновений, в предопределенном поле данных имеет обозначение для соответствующего режима передачи, которое оценивается блоком 138 оценки.

Пакеты данных, подлежащие передаче как подверженные столкновениям или свободные от столкновений, характеризуются соответствующей записью в Ethernet-поле Ethernet-кадра данных. Предпочтительным образом пакеты данных, в зависимости от коммуникационного протокола, подлежащего применению на соответствующем уровне слоя безопасности (уровень 2 соответствующей ISO/OSI-модели связи), маркируются как подлежащие передаче как подверженные столкновениям или свободные от столкновений. Во избежание задержек передачи, пакетам данных, подлежащим передаче как свободные от столкновений, присваивается более высокий приоритет, чем пакеты данных, подлежащие передаче как подверженные столкновениям. Например, с пакетами данных, подлежащими передаче как свободные от столкновений, ассоциируется соответственно VLAN-тег с приоритетом 6 соответственно стандарту IEE 802.1Q.

При детектировании пакета данных, подлежащего передаче как подверженный столкновениям, блок 132 обработки избыточности и блок 133 фильтрации посредством блока 137 выбора режима работы деактивируются. Блок 13 обработки сигнала включает в себя, кроме того, блок 139 памяти, который буферизует пакеты данных, подлежащие передаче в режиме передачи как подверженные столкновениям для первого и второго блоков 11, 12 передачи и приема, в течение предопределенного интервала времени.

С блоком 13 обработки сигнала в предложенном примере выполнения ассоциирован администратор 130 избыточности, который детектирует прерывание внутри кольцевой топологии сети 2 связи на основе отправленных тестовых пакетов данных и управляет маршрутизацией пакетов данных с полезными данными, которые принимаются первым блоком 11 приема и передачи, на второй блок 12 приема и передачи. Это осуществляется, например, соответственно протоколу избыточности медиа или функционально сопоставимому протоколу связи.

Через реализованный посредством переключателя объединительной платы элемент связи 14 несколько автоматизированных приборов 31-33 соединены с блоком 13 обработки сигнала. Элемент 14 связи, содержащий ассоциированный контроллер 141, соединен через межканальный вывод с автоматизированными приборами 31-33. Дополнительно блок 13 обработки сигнала имеет блок 136 памяти, в котором сохранена таблица (таблица прокси-узлов) с данными для всех автоматизированных приборов 31-33, соединенных с элементом 14 связи.

Реализованный с помощью FPGA блок 13 обработки сигнала через первый и второй интерфейс 15, 16 соединен с элементом 14 связи. При этом первый интерфейс 15 в режиме передачи без столкновений предусмотрен исключительно для передачи принятых посредством первого блока 11 приема пакетов 40 данных, в то время как второй интерфейс 16 в режиме передачи без столкновений предусмотрен исключительно для передачи принятых посредством второго блока 12 приема пакетов данных. При передаче, подверженной столкновениям, применяется только один из обоих интерфейсов 15, 16. Это управляется посредством блока 137 выбора режима работы.

Блок 132 обработки избыточности, ассоциированный с блоком 13 обработки сигнала, содержит блок 134 маркировки, который выполнен с возможностью добавления индикатора избыточности в принятый избыточный пакет 40, 41 данных в свободном от столкновений режиме передачи. В предложенном примере выполнения пакет данных содержит по меньшей мере один кадр данных. Индикатор избыточности формируется в свободном от столкновений режиме передачи путем добавления фиктивных данных в кадр данных. Кроме того, блок 13 обработки сигнала маршрутизирует в свободном от столкновений режиме передачи пакеты 40, 41 данных, принятые посредством обоих блоков 11, 12 приема, без промежуточного сохранения, на элемент 14 связи. В соответствии с предложенным примером выполнения, в свободном от столкновений режиме передачи осуществляется отбрасывание избыточного пакета данных только в элементе 14 связи.

Пакеты 40, 41 данных, принимаемые посредством обоих блоков 11, 12 приема, отличаются от пакетов 400, 401 данных, маршрутизируемых в сводном от столкновений режиме передачи на элемент 14 связи через первый и второй интерфейс 15, 16 только дубликатом, а именно посредством добавленных фиктивных данных. Блок 132 обработки избыточности отфильтровывает, только при детектировании подлежащего передаче без столкновений пакета данных, дубликат принятых избыточных пакетов данных. Соответствующим образом, блок 13 обработки сигнала, только при детектировании подлежащего передаче без столкновений пакета данных, предоставляет последовательный номер пакету данных, подлежащему передаче как подверженный столкновениям, и добавляет информацию избыточности в пакет данных, подлежащий свободной от столкновений передаче.

В принципе, достаточно, если в блоке 135 памяти, ассоциированном с блоком 13 обработки сигнала, в свободном от столкновений режиме передачи сохраняются только последовательные номера уже принятых безошибочно пакетов данных. Для маркировки принятых избыточных пакетов данных в свободном от столкновений режиме передачи блок 13 обработки сигнала проверяет при приеме нового пакета данных его последовательный номер просто на совпадение с уже сохраненным последовательным номером. Индикаторы избыточности в принятых пакетах данных, как фиктивные данные, в сводном от столкновений режиме передачи предпочтительно оцениваются посредством блока 142 детектирования, который ассоциирован с контроллером 141 элемента 14 связи и отбрасывает пакеты данных с индикаторами избыточности. Это может, например, осуществляться на основе циклической проверки избыточности.

С контроллером 141 элемента 14 связи, кроме того, ассоциирован блок 143 счетчика, который регистрирует свободные от столкновений и подверженные столкновениям принятые пакеты данных. Блок 144 оценки, ассоциированный с контроллером 141 элемента 14 связи, сигнализирует, в случае лежащей ниже заданного порогового значения разности между свободными от столкновений и подверженными столкновениям пакетами данных, безошибочное избыточное состояние сети. Принятые с ошибками пакеты данных определяются предпочтительным образом посредством циклической проверки избыточности.

При возрастающем количестве безошибочно принятых пакетов данных и одновременно по существу остающемся тем же количестве принятых с ошибками пакетов данных блок 144 оценки сигнализирует сетевое состояние с потерей избыточности. Отказ сети блок 1544 оценки сигнализирует при остающемся тем же количестве принятых безошибочно и с ошибками пакетов данных.

Признаки вышеописанных примеров выполнения могут быть реализованы как в отдельности, так и в описанных комбинациях друг с другом.

Изобретение относится к технологиям сетевой связи. Технический результат заключается в повышении скорости передачи данных. Устройство связи содержит: по меньшей мере первый и второй блок передачи и приема, которые имеют, соответственно, интерфейс для сетевого соединения промышленной сети связи, причем оба блока передачи и приема имеют идентичный сетевой адрес и идентичный идентификатор прибора, соединенный с первым и вторым устройством передачи и приема блок обработки сигнала для свободной от столкновений передачи данных внутри промышленной сети связи, причем блок обработки сигнала имеет блок мультиплексора для параллельной маршрутизации подлежащих передаче пакетов данных на оба блока передачи и блок обработки избыточности для обработки пакетов данных, принятых обоими блоками приема, причем блок обработки избыточности включает в себя блок фильтрации, который выполнен с возможностью детектирования принятых избыточных пакетов данных. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство связи для эксплуатируемой с избыточностью промышленной сети связи, содержащее

- по меньшей мере первый и второй блок (11, 12) передачи и приема, которые имеют, соответственно, интерфейс для сетевого соединения промышленной сети (2) связи, причем оба блока передачи и приема имеют идентичный сетевой адрес и идентичный идентификатор прибора,

- соединенный с первым и вторым устройством передачи и приема блок (13) обработки сигнала для свободной от столкновений передачи данных внутри промышленной сети связи, причем блок обработки сигнала имеет блок (131) мультиплексора для параллельной маршрутизации подлежащих передаче пакетов данных на оба блока передачи и блок (132) обработки избыточности для обработки пакетов данных, принятых обоими блоками приема, причем блок обработки избыточности включает в себя блок (133) фильтрации, который выполнен с возможностью детектирования принятых избыточных пакетов данных,

отличающееся тем, что

- первый и/или второй блок передачи и приема выполнены с возможностью подверженной столкновениям и свободной от столкновений передачи данных внутри промышленной сети связи и избирательного переключения на подверженный столкновениям или свободный от столкновений режим передачи,

- с первым и/или вторым блоком передачи и приема соединен блок (138) оценки, который выполнен с возможностью детектирования подлежащих передаче пакетов данных как подверженных столкновениям или свободных от столкновений внутри промышленной сети связи, причем подлежащий передаче как подверженный столкновениям или свободный от столкновений пакет данных имеет в по меньшей мере одном предопределенном поле данных обозначение для соответствующего режима передачи,

- блок обработки избыточности и блок фильтрации при детектировании пакета данных, передаваемого как подверженный столкновениям, деактивируются

- с первым и/или вторым блоком передачи и приема ассоциирован блок (139) памяти, который выполнен с возможностью буферизации по меньшей мере одного подлежащего передаче как подверженного столкновениям пакета данных в течение заданного интервала времени в подверженном столкновениям режиме передачи.

2. Устройство связи по п.1, в котором блок обработки сигнала выполнен для предоставления последовательного номера пакету данных, подлежащему передаче как подверженный столкновениям, и/или добавления избыточной информации в пакет данных, подлежащий передаче как свободный от столкновений, только при детектировании пакета данных, подлежащего передаче как свободного от столкновений.

3. Устройство связи по п.1 или 2, в котором блок обработки избыточности выполнен с возможностью фильтрации дублирования только при детектировании пакета данных, подлежащего передаче как свободного от столкновений.

4. Устройство связи по п.1, в котором промышленная сеть связи имеет кольцевую топологию, и в котором предусмотрен блок (130) контроля и управления, который выполнен с возможностью детектирования прерывания внутри кольцевой топологии на основе отправленных тестовых пакетов данных и для управления маршрутизацией пакетов данных с полезными данными, которые направлены на первый вывод первого и/или второго блока передачи и приема, на второй вывод первого или второго блока передачи и приема.

5. Устройство связи по п.1, в котором подлежащие передаче как подверженные столкновениям или свободные от столкновений пакеты данных маркируются соответствующей записью в Ethernet-поле Ethernet-кадра данных.

6. Устройство связи по п.1, в котором обозначение пакета данных в качестве подлежащего передаче как подверженного столкновениям или свободного от столкновений зависит от соответственно применяемого на уровне слоя безопасности коммуникационного протокола.

7. Устройство связи по п.1, в котором с пакетами данных, подлежащими передаче как свободные от столкновений, ассоциирован более высокий приоритет, чем для пакетов данных, подлежащих передаче как подверженные столкновениям.

8. Устройство связи по п.7, в котором с пакетами данных, подлежащими передаче без столкновений, ассоциирован VLAN-тег с приоритетом 6 соответственно стандарту IEEE 802.1Q.

9. Устройство связи по п.1, в котором предусмотрен по меньшей мере один сетевой вывод для автоматизированного прибора (31-33), соединенный через элемент (14) связи с блоком обработки сигнала.

10. Устройство связи по п.9, в котором блок обработки сигнала через первый и второй интерфейс (15, 16) соединен с элементом связи, причем первый интерфейс предусмотрен для передачи пакетов данных, принятых через первый блок приема, а второй интерфейс предусмотрен для передачи пакетов данных, принятых через второй блок приема.

11. Устройство связи по п.10, в котором блок обработки избыточности содержит блок (134) маркировки, который выполнен с возможностью добавления индикатора избыточности в принятый избыточный пакет данных, при этом блок обработки избыточности выполнен с возможностью маршрутизации без промежуточного сохранения пакетов данных, принятых обоими блоками приема, на элемент связи.

12. Способ эксплуатации устройства связи в обладающей избыточностью промышленной сети связи, при котором

- устройство связи (1) содержит по меньшей мере первый и второй блок (11, 12) передачи и приема, которые, соответственно, имеют интерфейс для сетевого соединения (211, 212) промышленной сети (2) связи, при этом оба блока передачи и приема имеют идентичный сетевой адрес и идентичный идентификатор прибора,

- с первым и вторым блоком передачи и приема соединен блок (13) обработки сигнала для свободной от столкновений передачи данных внутри промышленной сети связи, который подлежащие передаче пакеты данных параллельно маршрутизирует на оба блока передачи и детектирует избыточные пакеты, принятые блоками приема,

отличающийся тем, что

- первый и/или второй блок передачи и приема передает пакеты данных внутри промышленной сети связи по выбору как подверженные столкновениям или свободные от столкновений и избирательным образом переключается в подверженный столкновениям или свободный от столкновений режим передачи,

- с первым и/или вторым блоком передачи и приема связан блок (138) оценки, который детектирует пакеты данных, подлежащие подверженной столкновениям или свободной от столкновений передаче внутри промышленной сети связи, при этом пакет данных, подлежащий передаче как подверженный столкновениям или свободный от столкновений, имеет в по меньшей мере одном предварительно определенном поле данных обозначение для соответствующего режима передачи, которое оценивается посредством блока оценки,

- блок (132) обработки избыточности для обработки пакетов данных, принятых обоими блоками приема, и блок фильтрации для детектирования принятых избыточных пакетов данных деактивируются при детектировании пакетов данных, подлежащих передаче как подверженных столкновениям,

- с первым и/или вторым блоком передачи и приема ассоциирован блок памяти (139), который буферизует по меньшей мере один пакет данных, подлежащий передаче как подверженный столкновениям, в течение заданного интервала времени в подверженном столкновениям режиме передачи.

13. Способ по п.12, при котором блок обработки сигнала предоставляет, только при детектировании подлежащего передаче как свободного от столкновений пакета данных, последовательный номер пакету данных, подлежащему передаче как подверженному столкновениям, и/или добавляет информацию избыточности в пакет данных, подлежащий передаче как свободный от столкновений.

14. Способ по п.12 или 13, при котором блок обработки избыточности отфильтровывает, только при детектировании пакета данных, подлежащего передаче как свободного от столкновений, дубликат принятого избыточного пакета данных.

15. Способ по п.12, при котором промышленная сеть связи имеет кольцевую топологию, и при этом предусмотрен блок (130) контроля и управления, который детектирует прерывание внутри кольцевой топологии на основе отправленных тестовых пакетов данных и управляет маршрутизацией пакетов данных с полезными данными, которые направлены на первый вывод первого и/или второго блока передачи и приема, на второй вывод первого и/или второго блока передачи и приема.

16. Способ по п.12, при котором подлежащие передаче как подверженные столкновениям или свободные от столкновений пакеты данных маркируют посредством соответствующей записи в Ethernet-поле Ethernet-кадра данных.

17. Способ по п.12, при котором пакеты данных, в зависимости от соответствующего коммуникационного протокола, подлежащего применению на уровне слоя безопасности, маркируют в качестве подлежащих передаче как подверженные столкновениям или свободные от столкновений.

18. Способ по п.12, при котором с пакетами данных, подлежащими передаче как свободные от столкновений, ассоциируют более высокий приоритет, чем для пакетов данных, подлежащих передаче как подверженные столкновениям.

19. Способ по п.12, при котором предусмотрен по меньшей мере один соединенный через элемент (14) связи с блоком обработки сигнала сетевой вывод для автоматизированного прибора (31-33), и при котором блок обработки избыточности содержит блок (134) маркировки, который соответственно добавляет индикатор избыточности в принятые избыточные пакеты данных и маршрутизирует принятые через оба блока приема пакеты данных без промежуточного хранения на элемент связи.