应用特定的包的传输的制作方法

本发明涉及一种用于在网络中传输应用特定的包的方法，其中能够在网络中建立虚拟网络。本发明还涉及一种通信设备和一种用于借助于根据本发明的方法进行通信的终端设备。

背景技术：

这种方法以及所属的终端设备和交换器例如在工业自动化中使用。在此，应用特定的包例如能够是profinet包。在此，网络例如能够是基于以太网的网络。包在osi层模型的层2中也通常称作为帧。在此，在网络中应该能够建立虚拟网络。虚拟网络经由基本上处于层2中的网络传输包，并且基于地址、尤其基于进行发送和接收的设备的mac地址来传输。该虚拟网络提供如下可行性：在没有耗费的网络硬件的情况下，展开多个网络，也将各个用户与多个网络相关联并且将所述网络又供应给其他应用目的。现在，在虚拟网络的范围中的下一标准实现：也经由标准lan(例如经由以太网)也在保持应用特定的协议所习惯的判定的情况下发送时间关键的或tsn包。虚拟网络可能以ieee802.1q标准化。为了借助标准硬件满足用于传输引用特定的包的应用特定的协议的高要求，至今为止通常需要：改变该标准硬件的结构进而失去至少一些标准功能性。现在，借助新一代的硬件可行的是：经由网络也借助标准硬件传输应用特定的包。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供一种方法：所述方法有效地实现：在保持应用特定的协议的常用功能的情况下提供其对于新一代标准硬件的功能。

所述目的通过根据本发明来实现。在那里，提出用于在工业自动化系统的网络中传输应用特定的包的方法，其中在网络中能够建立虚拟网络，所述方法包括如下步骤：

·将应用特定的包分类成等时等级、实时等级以及基础等级，

·提供至少一个具有每个等级一个网络标识符的虚拟网络，

·经由根据其等级选择的、具有相应的所述网络标识符的虚拟网络传输应用特定的包。

在此，通过如下设备进行应用特定的包的分类，所述设备的通信装置设置用于分类应用特定的包。这例如能够是如下设备，所述设备本身或者其通信界面相应地对其包进行分类。不具有这种功能的设备也能够通过如下方式参与应用特定的且分类的通信：即通过所述设备连接在端口或界面处，所述端口或界面又为终端设备执行分类。这种端口例如能够由交换器或网桥提供。

根据不同的终端设备的配置和设计能够执行虚拟网络的提供。在此，虚拟网络的配置例如能够通过终端设备本身、通过中央位置或上级的中央例程来进行。例如能够考虑：工程软件已经自动地或根据预设的规则配置所需要的虚拟网络，并且相应地分布到网络中的设备上。在此，等级限定了对通信网络的要求，所述要求应借助于应用特定的包实现。

在此，基础等级通常用于传输工程数据和其他数据，所述其他数据的传输不是时间关键的。

借助实时等级、也称作为realtime等级，能够传输周期数据，如其从现场总线中已知并且例如在profibus或profinet中实现的。特别地，实时等级设置用于：主要当传感器和执行器例如出于结构理由而在现场不直接地与控制系统连接，而是需要经由总线或网络的通信时，在控制系统和传感器和执行器之间通信。实时等级中的非周期的数据传输也可以通过所谓的读和/或写服务进行。在此，例如列举诊断信息和日志条目。

借助等时等级，以高的时钟速率和高的抖动精度可以时钟同步地传输数据。这尤其在动作控制应用中是需要的。各个等级在此还能够基于其时钟速率和其抖动精度来区分。

最后，经由根据其等级选择的、具有相应的网络标识符的虚拟网络传输应用特定的包。因此确保：应用特定的包经由具有正确优先级的虚拟网络来传输。

在另一实施方式中，网络是基于以太网的网络。这是有利的，因为因此能够应用标准化的硬件和控制器、进而能够实现显著的成本节约。

在另一尤其有利的实施方式中，为了初始化等时等级和/或实时等级中的一个的应用特定的连接，经由如下虚拟网络传输初始化包，所述虚拟网络不与等时等级和/或实时等级中的任一个相关联。以该方式能够维持所谓的快速启动特征。例如，经由未分类的虚拟网络发送来自新的终端设备的“hello包”，以便随后能够直接地经由分类的网络执行通信配置。同样能够考虑的是：替选地或冗余地经由基础等级和/或经由未分类的网络传输这种初始化包。

在另一尤其有利的实施方式中，为了初始化等时等级和/或实时等级中的一个的应用特定的连接，经由另一虚拟网络传输初始化包。除了应用特定的等级的虚拟网络之外，存在另一虚拟网络。因此，在此其能够涉及未分类的虚拟网络，所述未分类的虚拟网络设置用于传输非应用特定的包。在此，能够传输如下数据，所述数据能够经由常规网络传输，例如所谓的“尽力而为的传输(bestefforttraffic)”。此外，能够提供另一虚拟网络以传输初始化包和/或应用无关的包。该另一虚拟网络能够提供网络的全部用户之间的连接，但是所述连接建立在分类的虚拟网络之外。例如，终端设备能够配置成，使得其仅允许分类的连接和附加地允许经由另外的虚拟的初始化包。于是，出于安全理由例如能够丢弃全部其他的包。

尤其有利的是：为等时等级和实时等级的虚拟网络分别指配至少一个过滤标识符。将过滤标识符、也称作为“过滤数据库标识符(filteringdatabaseidentifier)”fid或fdbid指配给所提到的等级的每个虚拟网络。过滤标识符为虚拟网络指配过滤数据库，也称作为“filterdatabase”fdb，在所述过滤数据库中存储可用的拓扑结构。以该方式，将具有真实端口和物理连接的物理部件指配给虚拟网络。通过每个等时等级和实时等级分别指配有过滤标识符的方式，可以为每个等级预留自身的资源。这实现以进一步改进的方式提供应用特定的功能。

在另一有利的设计方案中，为等级中的等时等级和/或实时等级的每个虚拟网络提供具有网络标识符的冗余的虚拟网络。通过为等时等级和/或实时等级提供冗余的虚拟网络，通过冗余为应用特定的包实现更高的传输安全。因此，也能够为冗余的传输预留物理的资源。也可行的是：为冗余的虚拟网络指配过滤标识符。

在另一设计方案中，为等时等级和实时等级的每个冗余的虚拟网络指配各一个过滤标识符。因此，也能够最佳地执行具有指配过滤标识符的拓扑结构的冗余包的传输。能够考虑的是：每个分类的虚拟网络和其冗余的虚拟网络具有自身的过滤标识符和自身的网络标识符。以该方式，经由通信量或包的传输进行最大化的控制是可行的。

在一个尤其有利的实施方式中，由至少一个参与网络的设备执行上级的例程、虚拟网络的配置。上级的例程例如能够是工程软件，在所述工程软件中计划和规划自动化系统和其网络和通信连接。上级的例程随后能够自主地或者通过另外的可预设的配置步骤执行以在网络中的设备所需要的方式构建虚拟网络。在此也能够考虑：仅构建一个中央交换机或终端设备，所述交换机或终端设备又将其配置转发给其他的设备。

此外，能够将如下补充方案与本发明组合并且在本发明的思想之内变化。tsn域通过边界端口处的“优先级重映射(priorityremapping)”来保护。即，全部包都被检查并且在需要时设有新的tci.pcp值或借助其加标记。存在通过msrp或lldp构建自动的边界的可能性。借助于对等计算协议(peertopeerprotokolle)msrp或lldp，邻居能够交换其tsn域id。在域相同的情况下不存在边界，在不同的域的情况下存在边界。fdb与vlan的关联能够经由fid进行。fdb例程因此能够经由fid(fidid)标识。将树、即可用的拓扑结构与一个fid相关联。

必须构建虚拟网络vlan。在此，也确定：是否将自身的fid与vlan的vid相关联。fid是vid之间的连接。如果在vlan中存在多个vid，那么fid是括号。又将拓扑结构(也称作树)与fid相关联。如果在fid中不使用环路预防(loop-prevention)，那么保持该vlan拓扑结构的全部端口可用。

资源通常以制造商特定的方式关联，通常，对每个队列(queue)将受保证的资源相关联，并且如果使用受保证的资源的话，就提供附加的全局池(globalerpool)。

在发送既不与profinet也不与tsn通信相关联的包的网络中，经由另一虚拟网络-也称作默认(default)vlan-进行上述动作。因此不对默认vlan分类。

此外，通过用于执行根据本发明的方法的通信设备实现所述目的。对此，通信设备具有至少一个通信控制单元以及多个端口，其中所述通信控制单元构成：用于将应用特定的包分类成至少等时等级、实时等级和/或基础等级，并且用于经由虚拟网络发送和/或接收应用特定的包。在此，通信设备能够是用于借助于应用特定的协议进行工业通信的交换器和网桥。能够考虑的是：未来的标准交换器和标准网桥能够借助根据本发明的方法实现应用特定的通信。

此外，所述目的通过用于借助于根据本发明的方法进行通信的终端设备来实现，所述终端设备具有至少一个端口和至少一个通信界面。对此，通信界面构成：用于将应用特定的包分类成至少等时等级、实时等级和/或基础等级，并且用于经由虚拟网络发送和/或接收应用特定的包。通信界面例如能够是asic，其对包进行分类、配备相应的vlan标签、并且进行发送。在未来，也能够使用相应最新一代的以太网芯片。在此，终端设备能够是控制系统和马达、变换器、传感器和另外的执行器。咋自此，能够考虑如下设备，所述设备在在工业环境中构成有用于借助根据本发明的方法通信的相应的通信界面。也能够考虑通过交换通信界面进行加装的解决方案。

附图说明

下面，根据附图中示出的实施例详细描述和阐述本发明。其示出：

图1示出方法的示意图和

图2示出具有用于执行方法的设备的网络。

具体实施方式

图1示出方法的示意图，如其例如能够应用在用于具有应用特定的协议、例如profinet协议的工业应用的交换机中。可见三个应用特定的包p1、p2、pn，所述包分别与等级irt、rt、pn中的等分等级irt、实时等级rt和基础等级pn相关联。包p1、p2、pn的分类能够以多种方式和方法进行。例如能够考虑的是：与特定等级irt、rt、pn通信的设备将其包p1、p2、pn直接地借助相应的标志(也称作标签tag)分类。能够考虑的是，各个设备借助于多个等级irt、rt、pn通信。同样能够考虑：交换机根据其端口对不具有这种功能的设备执行对连接于其上的设备进行分类。根据过滤器filt将分类的包p1、p2、pn与对应于等级irt、rt、pn的虚拟网络vlan相关联。对此，过滤器还还能够评估在此未示出的过滤标识符fid1、……、fidn，以便执行与虚拟网络vlan的关联并分配存储在那的物理拓扑结构或资源。虚拟网络vlan分别具有网络标识符vid1、……、vidn。

在图1中，对于等分等级irt，虚拟网络vlan设有网络标识符vid1和vid2。在此提出：对于等分等级irt，具有网络标识符vid1的虚拟网络vlan指派冗余，所述冗余在此借助于具有标识符vid2的虚拟网络vlan构成。类似地，实时等级rt同样具有带有标识符vid3的虚拟网络vlan以及具有标识符vid4的相对于其冗余的虚拟网络vlan。基础等级pn仅具有带有标识符vid5的虚拟网络vlan，因为在那里不需要冗余。此外，存在具有标识符vidn的虚拟网络vlan，所述虚拟网络应当显示出：在应用特定的虚拟网络vlan之外也能够存在标准vlan(也称作默认vlan)，所述标准vlan能够将非应用特定的包也经由这种vlan传递。在此不考虑如下包，所述包尽管通常能够与应用相关联，但是不必满足应用的特定的要求。

为了概览，将网络资源规划和资源指配组合在模块q下。在那里，例如能够基于所谓的标签控制信息(tagcontrolinformation)tci结合优先级编码点(pcp或者用户优先级信息)实施对执行特定的资源的指配。随后，根据资源的指配来指配相应的队列，以便实现对包p1、p2、pn根据其等级和由此所需的优先级、时钟速率和精度(抖动)来进行传递。在此可行的是：根据队列的执行设有特定数量的子队列。通常，设有8个优先级的队列，所述队列当然允许极其大数量的下级的队列(子队列)。

图2示例地示出其中能够进行根据本发明的通信的网络。可见两个终端设备dev1、dev2，所述终端设备能够经由交换机sw彼此通信。此外，将控制系统ctrl连接到所交换机sw上。全部连接经由端口1-7建立。所述连接例如能够是以太网连接，但是也能够考虑具有虚拟网络vlan支持的另外的网络连接。这两个终端设备dev1、dev2尤其是现场设备，所述现场设备例如借助等时的实时等级周期地且始终精确地驱控和/或读取。终端设备dev1、dev2能够为传感器、执行器或其他工业设备。每个终端设备dev1、dev2具有用于与端口1、2与交换机sw上的端口3、4连接的通信界面com。在此，通信界面com能够构成和构建为，使得其能够对应用特定的包分类、并且根据分类能够经由所选择的虚拟网络vlan发送或接收。也可行的是：例如终端设备dev2不具有该功能性。在该情况下可行的是：尽管终端设备dev2参与通信，终端设备的端口2与交换机的端口4通过如下方式连接：即交换机sw的通信控制单元comsw执行对终端设备dev2的分类。

控制设备ctrl具有通信界面com。控制设备ctrl的该通信界面com例如构成为，使得其与两个终端设备dev1、dev2通信并且为所述终端设备提供控制和调节数据，也提供工程数据。交换机例如构成为，使得其通信控制单元comsw根据等级irt、rt、pn提供虚拟网络vlan。

综上所述，本发明涉及用于在工业自动化系统的网络中传输应用特定的包p1、……、pn的方法，其中在网络中能够建立虚拟网络vlan。为了说明能够有效地实现在保持应用特定的协议的常用功能的情况下提供其对于新一代标准硬件的功能的方法，提出如下步骤：

·将应用特定的包p1、……、pn分类成等时等级irt、实时等级rt以及基础等级pn，

·提供至少一个具有每个等级irt、rt、pn一个网络标识符vid1、……、vidn的虚拟网络vlan，和

·经由根据其等级rt、irt、pn选择的、具有相应的所述网络标识符vid1、……、vidn的虚拟网络vlan传输应用特定的包p1、……、pn。