接收器网络部件、通信网络和用于运行通信网络的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于在自动化系统的通信网络中运行的接收器网络部件，其中接 收器网络部件被构造为，接收由通信网络的发送器网络部件冗余发送的数据报文并且丢弃 已经接收的数据报文的副本。此外，本发明还涉及一种具有多个网络部件的自动化系统的 通信网络，这些网络部件为了交换数据报文而彼此连接，其中数据报文的交换冗余地进行。 本发明还涉及一种用于运行这样的通信网络的方法。
【背景技术】
[0002] 目前在许多技术领域内，例如在装置的自动化中使用网络部件，也就是具有网络 能力的设备，其可以连接到通信网络并且经由该通信网络通过传输相应的数据报文来交换 数据。下面，具有网络能力的终端设备以及这样的用于控制和管理数据报文在通信网络中 的传输的设备被视为网络部件，也就是例如所谓的"交换机"、"桥接器"、"集线器"、"路由 器"。下面使用诸如"接收器网络部件"和"发送器网络部件"的概念，其同样是按照上面意 义的网络部件。附加词"接收器"和"发送器"在此不视为限制性的并且在当前上下文中仅 描述了在本通信阶段的范围内的各自的功能（发送或接收）。在此，接收器网络部件在其它 通信阶段完全可以用做发送器，反之亦然。
[0003] 许多自动化运行的装置要求高的故障安全性。该要求对通信网络具有强烈影响， 这样的装置的网络部件通过该通信网络彼此连接。因此，这样的通信网络通常冗余地构造。 在此优选的方案在于，在通信网络内的通信连接故障的情况下确保在各个网络部件之间可 靠地传输数据报文。在此，概念"通信连接"包括在各个网络部件之间的完整传输线路，也 就是现有的（电线连接或无线的）传输媒介以及与各个网络部件的其物理的、通信技术的 和逻辑的连接（例如接口、通信装置、协议栈）。
[0004] 对于应用这些要故障安全地设计的通信网络的示例是自动化装置，其中网络部件 以具有网络能力的自动化设备的形式通过通信网络彼此连接，以用于交换数据报文。自 动化装置用于使系统、例如供电网或电开关设备自动化，并且通常包括布置在相应的装置 (也就是例如供电网）的主要组件附近的自动化设备（例如所谓的场设备）。这样的主要 组件在供电网的情况下例如可以是电缆和电线、变压器、发电机、电动机或转换器。自动化 设备例如可以是测量设备、所谓的电气保护设备或现场控制设备，其安装在供电网的分站 中。在专业术语中这样的自动化设备通常也称为所谓的"IED"("IntelligentElectronic Devices"，智能电子设备）。自动化设备在此与通信网络连接并且由此交换如下数据报文， 其作为有效数据例如包括控制命令、关于事件的消息（例如阈值破坏）、测量值或状态消 息。
[0005] 在标准IEC62439-3:2012中作为所谓的"并行冗余协议（ParallelRedundancy Pr〇t〇C〇l，PRP)"描述了一种可能性，通信网络关于其通信连接故障安全地构造并且在此在 通信连接被干扰的情况下也确保了自动化装置的尽可能无缝地连续运行。在此如下地实现 了无缝冗余，即，通信网络具有两个彼此独立的、任意拓扑结构的子网络并且每个网络部件 都与这两个子网络连接。两个子网络按照并行运行来工作，其中用于发送数据报文的发送 器网络部件将该数据报文一方面发送到第一子网络并且另一方面发送到第二子网络。作为 数据报文的接收器而设置的接收器网络部件从子网络接收两个数据报文，其中其使用首先 到达的数据报文并且将随后到达的数据报文作为副本丢弃。因为两个数据报文在此使用两 个彼此独立的传输路径，所以即使在传输路径中的一个存在故障的情况下也确保了，通过 另外的（通常还完好的）传输路径使通过数据报文传送的有效信息到达接收器网络部件。 按照PRP标准构造的通信网络的应用例如由欧洲专利申请EP2148473A1的引言部分公开。
[0006] 作为对于PRP通信网络的替换方案，已经提到的EP2148473A1建议应用按照同样 在IEC62439-3:2012中描述的、用于高可用性的标准的通信网络，即无缝冗余（HSR)。HSR 通信网络按照环形拓扑结构构造，其中每个网络部件通过两个通信接头接入环。发送器网 络部件在环的两个方向上发送数据报文，接收器网络部件接收首先到达的数据报文并且作 为副本丢弃第二数据报文。由于封闭的环形结构，在所有网络部件之间总是存在两个彼此 独立的通信路径，从而确保了在两个通信路径中的一个发生故障的情况下通过各自的另外 的传输路径传输数据报文。
[0007] 在越来越多的自动化装置中采用PRP和HSR作为冗余方案并且由此是用于实现关 于通信连接的冗余的通信网络的优选构成。在未来可以假定，还进一步建立两种实施方式 的应用。
[0008] 但是在一些自动化装置中数据报文仅关于传输路径的冗余是不够的。由此，例如 对于用于高压直流传输（HGti,英文中也称为"HVDC"-HighVoltageDirectCurrent 传输）的装置通常也要求发送器网络部件本身的冗余（设备冗余的发送器网络部件），其对 于装置的运行，发送重要的数据报文。这样的数据报文例如包含与装置的变流器的控制有 关的有效数据。在另外的自动化装置中也存在对关于在发送器网络部件层面上的冗余的要 求。迄今为止，对于具有冗余的发送器网络部件的通信网络采用专有的通信和冗余方法，从 而通常不提供不同的制造商的网络部件的协同工作能力。此外，通常在应用层上进行专有 的冗余方法的应用，由此仅能相对计算麻烦地执行该方法。
【发明内容】
[0009] 因此，本发明要解决的技术问题是，这样提供一种接收器网络部件、一种通信网络 以及一种用于运行这样的通信网络的方法，使得即使对于设备冗余的发送器网络部件也一 方面确保了不同制造商的网络部件的协同工作能力并且另一方面可以以相对小的开销实 现数据报文的冗余传输。
[0010] 为了解决上述技术问题，建议开头提到的类型的接收器网络部件，其中接收器网 络部件被构造为，在接收来自于发送器网络部件中的一个的当前的数据报文的情况下检查 该数据报文，是否已经从另外的发送器网络部件接收了具有相同的有效数据的数据报文， 并且进一步处理具有首次接收的有效数据内容的数据报文，并且将具有已经在另外的发送 器网络部件的较早的数据报文中被接收的有效数据的数据报文作为副本丢弃。
[0011] 按照本发明的接收器网络部件能够简单地处理由多于一个发送器网络部件发送 到接收器网络部件的冗余的数据报文。通过如下，即，对于按照本发明的接收器网络部件， 以与在已知的PRP或HSR法中一般类似的方式进行冗余发送的数据报文的副本的识别和消 除，还保护不同制造商的设备的协同工作能力，所述设备已经支持PRP或HSR标准并且仅须 相应于按照本发明的接收器网络部件被加强为，也处理由多个发送器网络部件冗余地发送 的数据报文。
[0012] 在此，到达接收器网络部件的数据报文被视为数据报文的副本，该数据报文与之 前已经到达接收器网络部件的数据报文尽可能同时地被生成并且包含与之前到达的数据 报文相同的有效数据。在此可以相同地或不同地选择用来传输在数据报文中的有效数据的 格式，重要的仅是与内容相关的身份信息。
[0013] 按照优选的实施方式，接收器网络部件被构造为，在使用在数据报文中包含的发 件人标记的条件下进行对当前接收的数据报文的检查。
[0014] 这样的发件人标记明确地说明了发送各自的数据报文的那个发送器网络部件。例 如可以使用各自发送器网络部件的MAC地址（MAC-MediaAccessControl，媒体访问控 制）作为发件人标记。在该实施方式中，接收器网络部件不必进行所接收的数据报文的明 确的内容相关的检查，而是为了识别出副本而动用在接收的数据报文中包含的发件人标 记。
[0015] 在此还视为有利的是，接收器网络部件包括关于这样的发送器网络部件的组信 息，该发送器网络部件在其运行期间将关于其有效数据内容是相同的数据报文发送到接收 器网络部件并且被构造为，在使用当前接收的数据报文的发件人标记和在组信息中说明的 发送器网络部件的发件人标记的条件下进行对当前接收的数据报文的检查。
[0016] 在该实施方式中，组信息例如代表了文件或文件的部分，在其中说明了相关联的 发送器网络部件。由此，如下的发送器网络部件被视为是相关联的：其在其运行期间发送关 于其有效数据内容是相同的数据报文。根据在组信息中说明的发送器网络部件的发件人标 记，接收器网络部件可以识别从发送器网络部件到达的副本：也就是已经事先从另外的在 组信息中说明的发送器网络部件中的一个接收了内容相同的数据报文。
[0017] 在此还视为有利的是，组信息这样包含来自于发送器网络部件的发件人标记，使 得选择所有在其运行期间将具有相同的有效数据内容的数据报文发送到接收器网络部件 的那些发送器网络部件的发件人标记作为组发件人标记，并且给所有其余的相关的发送器 网络部件的发件人标记分配组发件人标记。
[0018] 由此描述了一种特别简单地构造的类型的组信息。也就是，其已经包含来自于所 有发送器网络部件的相应的发件人标记，所述发送器网络部件在其运行期间将关于其有效 数据内容是相同的数据报文发送到接收器网络部件。这些发送器网络部件在下面也被称为 组。选择发件人标记中的一个作为所谓的"组发件人标记"并且此后用于表征该组。在使用 这样构造的组信息的情况下，当接收器网络部件使所有在组信息中包含的发件人标记与各 自的组的组发件人标记相同时，足以识别出副本。由此，当前接