用于转发数据内容的方法和数据网络的节点与流程

本发明涉及一种具有权利要求1的特征的用于转发数据内容的方法以及一种具有权利要求11的特征的数据网络的节点。

背景技术：

1、具有大量节点的数据网络特别用于在不同设备或机器之间交换数据或信号。在本文中，数据网络可以被理解为各种技术上的、主要独立的电子系统(例如计算机、传感器、致动器、代理和其他电子组件)的组合，并且该组合使得能够在各个系统之间进行通信。这里的目标是共享资源。在此，通信通常使用规定的协议进行，这些协议尤其规定数据内容的构造和传输方式。数据内容通常作为有效数据嵌入具有由协议规定的结构的所谓的数据电报中。

2、例如，分布在数据网络中布置的现场设备可以与中央控制器和/或经由数据网络彼此交换数据。现场设备可以直接地(即直接)或经由数据网络的节点(即间接)整合到数据网络中。例如，每个现场设备可以具有传感器和/或致动器。由传感器记录的测量数据或其他信号可以通过数据网络传输到控制器。替代地或附加地，数据可以例如以控制信号的形式从控制器传输到传感器或致动器。

3、术语“现场设备”在此应当非常一般性地理解。其应被理解为直接或间接连接到数据网络的任何设备，可以向其发送数据或者可以从其接收数据。因此，现场设备还可以被设计为例如电梯设备的操作单元，用于呼叫电梯和/或用于输入目的地楼层。这种控制单元发送以来自用户的输入的形式的数据并且接收例如经由显示器输出的数据。例如，可以显示有关所选楼层的信息，还可以显示图形、图像或视频序列。例如，现场设备还可以被设计为仅接收和显示信息的显示器。

4、wo2021/004835a1描述了一种用于传送数据内容的方法和具有节点的数据网络，特别是在电梯设备中传送数据内容。wo2021/004835a1主要涉及电梯设备中安全相关数据的快速且安全的传输。然而，没有详细讨论除了安全相关数据之外，还可以如何传输其他数据，例如来自和传输至电梯设备的操作单元或显示器的数据。

技术实现思路

1、相比之下，本发明的具体目的是提出一种用于转发数据内容的方法和数据网络的节点，其允许在数据网络中传输不同的数据内容，同时确保优先数据内容的快速且安全的传输。根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的方法和具有权利要求11的特征的数据网络的节点来实现。

2、下面使用电梯设备中的数据网络的示例来描述数据网络中的节点、数据网络以及用于与节点通信并因此在数据网络中转发数据内容并与之通信的方法的可能配置。然而，应当指出的是，本文描述的节点、数据网络以及可用来执行的方法的实施方式也可以用于各种其他应用中。这里描述的方法特别适合于如下的应用，其中大量现场设备和/或安全的输入/输出单元要与控制器通信并且现场设备和/或安全的输入/输出单元彼此相对远的距离地布置。

3、所描述的实施例同样涉及用于将数据内容从数据网络中的节点的第二数据端口和第三数据端口转发到该节点的第一数据端口以及节点本身的方法。换言之，下面提到的、例如参考该方法的步骤，也可以被用来实现为节点的特征，反之亦然。因此，该节点特别地被配置为使得该节点能够执行所描述的方法或者能够用来执行所描述的方法。

4、在根据本发明的方法中，用于将数据内容从数据网络的节点(特别是电梯设备)的第二数据端口和第三数据端口转发到所述节点的第一数据端口，其中，

5、形成第一数据内容的第一数据电报可以根据以太网协议经由第一数据端口来输出，

6、形成第二数据内容的第二数据电报可以根据以太网协议经由第二数据端口来接收，

7、形成第三数据内容的第三数据电报可以根据以太网协议经由第三数据端口来接收，并且

8、第七数据内容可以通过节点的第四数据端口来接收。

9、数据内容作为所谓的有效数据嵌入所谓的数据电报中，其中，数据电报的结构由协议规定。

10、经由第一数据端口输出并形成第一数据内容的第一数据电报从第二数据电报或第三数据电报导出。这意味着所接收的第二数据电报与第一数据电报相同地或者修改后输出，或者所接收的第三数据电报与第一数据电报相同地或者修改后输出。因此，第一数据电报不是由第二和第三数据电报产生的。特别地，第三数据电报与第一数据电报相同地输出，即没有修改。根据应用，第二数据电报能够以修改的形式输出为第一数据电报。特别地，数据内容可以在输出之前被整合到第二数据电报中。

11、该方法还具有以下按照所述顺序进行的方法步骤：

12、一旦通过第二数据端口识别到第二数据电报的接收，就中断对通过第三数据端口接收的数据内容的转发，

13、将接收到的第二数据电报引导到中间缓存器，以及

14、将经由第二数据端口接收到的数据内容从中间缓存器经由第一数据端口的输出以可确定的时间段或者说时间间隔延迟。

15、换句话说，在用于从第二数据端口和第三数据端口转发数据内容的方法中(即，在转发在第三数据端口处接收到的数据内容期间，其中，也在第二数据端口处接收到数据电报)，通过第三数据端口接收到的数据内容的转发被中断。

16、在根据本发明的方法中，当经由第二数据端口接收到的第二数据内容被转发到第一数据端口时，接收到的第七数据内容被无延迟地整合到经由第一数据端口输出的第一数据电报中。

17、由此，可以有利地无延迟地将另外的数据内容整合到第二数据内容的优先传输中。如果第七数据内容涉及安全相关的数据，则这是特别有利的。第七数据内容的所述无延迟整合特别是根据wo2021/004835a1中描述的方法来实现。

18、在根据本发明的方法的设计方案中，特别地，还可以经由第四数据端口来输出第八数据内容。特别地，可以同时接收第七数据内容并且可以输出第八数据内容。因此，第四数据端口特别具有全双工(voll-duplex)能力。

19、第四数据端口被特别设计为所谓的串行外设接口(spi)，其能够实现快速且可靠的数据传输。第四数据端口特别地连接到安全传感器或安全致动器并且因此连接到执行对于安全关键的功能的安全的输入/输出单元。这种输入/输出单元也称为“安全i/o”。第四数据端口可以连接到例如电梯设备的安全门触点，安全门触点执行识别电梯门的关闭状态的对于安全关键的功能。

20、节点的第一和第二数据端口特别地构造为两个部分。第一外部部分经由传输介质、特别是经由线缆接收模拟信号，并且当识别出已接收到数据电报时将数据电报的内容转换成数字信号。该代表数据电报的数字信号与根据以太网协议的数据传输所需的其他信号一起传输到数据端口的第二内部部分，以便从那里转发以进行进一步处理。内部部分也可以称为所谓的“mac(媒体访问控制)”或“host(主机)”。为了输出数据电报，相应的数字信号从内部传输到外部，以便随后作为模拟信号输出。因此，数据端口的外部部分取决于所使用的传输介质，而内部部分则独立于传输介质。

21、节点的第一和第二数据端口的外部部分特别设计为所谓的phy。phy是一种专用整合电路，负责在纯数字系统和调制模拟系统之间编码和解码数据。在此，phy代表物理接口。

22、节点的第一和第二数据端口的内部部分特别地被实现为所谓的“媒体独立接口(mii)”或“简化媒体独立接口(rmii)”。

23、一旦第二数据端口的外部部分识别出第二数据电报的接收，除了数据电报之外，它还向第二数据端口的内部部分发送识别数据接收的信号作为附加信号，即接收信号。所述附加信号特别是被称为rx dv信号(“接收数据有效”的缩写)。如果从第二数据端口的内部部分转发接收信号并且对应于第三数据电报的第一数据电报的部分已经经由第一数据端口输出，则当第三数据内容的转发被中断，立即中断第一数据电报的输出。特别是稍后重复部分转发的第三数据电报的输出。

24、通过第二数据端口接收的第二数据电报不直接通过第一数据端口输出，而是被引导到中间缓存器，即节点的中间存储器，由此第二数据电报中的至少一部分被存储在中间缓存器中。中间缓存器特别是被设计为所谓的先进先出(fifo)存储器或寄存器。这样，第二数据电报中首先引导到中间缓存器的部分也首先再次从中间缓存器中移除。在此，中间缓存器特别被选择得足够大，以使其能够容纳第二数据电报中的要被存储的部分。在可确定的时间段结束之后，存储在中间缓存器中的第二数据电报的部分的数据内容开始经由第一数据端口被作为第一数据电报输出。这种情况的发生与第二数据电报是否已被完全读入无关。

25、将经由第二数据端口接收到的数据内容从中间缓存器经由第一数据端口的输出延迟使得：在基于第三数据电报并且部分地经由第一数据端口输出的第一数据电报与基于第二数据电报并且经由第一数据端口输出的第一数据电报之间，存在时间间隙。该间隙是必要的，使得单独的第一数据电报能够彼此区分并且因此能够被接收第一数据电报的接收节点正确地接收。

26、因此，根据本发明的方法有利地使得来自经由第三数据端口连接到节点的现场设备的数据内容能够经由第一数据端口输出，并且同时保证传输经由第二数据端口接收到的、具有较高的优先级的数据内容，并且以保证的最小的时间延迟转发，从而经由第一个数据端口输出。当第二数据内容包括安全相关的数据时，这是特别有利的，为了具有节点的设备、特别是电梯设备的安全运行，必须保证在预给定时间内转发该数据。

27、当使用根据本发明的方法时，其传输经由第一数据端口被中断的第三数据电报不会丢失。根据以太网协议，一旦可以再次输出，就会从头开始重复数据电报的被中断的输出。在输出第二数据电报的数据内容之后，由于第三数据电报的数据内容的输出被中断，因此重复第三数据电报的数据内容的被中断的输出。特别是在识别出既没有通过第一数据端口输出第一数据电报，也没有通过第二数据端口接收第二数据电报之后，等待随机等待时间之后，重复该输出。此方式是在以太网协议中被限定，或者在半双工传输中发生冲突的情况下被规定。

28、特别地，该节点具有所谓的“现场可编程门阵列”(fpga)，即数字技术的整合电路，逻辑电路可以加载到该整合电路中。由此可以预先给定节点的期望的电路结构。上述第一和第二数据端口的内部部分是在fpga上实现的。fpga可以根据以太网协议通过两个数据端口发送和接收数据电报。在此，第一数据端口的内部部分可以被视为fpga的第一接口，第二数据端口的内部部分可以被视为fpga的第二接口。

29、第三接口在fpga上实现，第三接口形成节点的第三数据端口。该接口特别地还被实现为“媒体独立接口”(mii)或“简化媒体独立接口”(rmii)。fpga可以通过第三接口根据以太网协议发送和接收数据电报。由此，fpga的第三接口接收数字信号并输出数字信号。数字信号例如经由导体轨道或经由电子构件之间的插接连接来传输。

30、从经由第三数据端口连接到节点的电子设备(例如现场设备的微控制器)的角度来看，节点因此代表phy，经由该phy，电子设备可以通过mac或主机，特别是以“媒体独立接口”(mii)或“简化媒体独立接口”(rmii)形式通过节点的第一数据端口接收和输出数据电报。

31、该节点还可以具有整合电路，该整合电路具有在fpga中配置的电路结构并且具有所提到的接口。

32、经由第一数据端口输出第一数据电报以及在第二数据端口处接收第二数据电报特别地根据以太网标准ieee802.3bw 100base-t1(其也被称为汽车以太网)进行。模拟传输通过非屏蔽的双绞线两线线缆(“非屏蔽单双绞线”线缆)以100mbit/s的数据传输速率运行。所述线缆可以被认为是连接不同节点的数据通信路径。

33、通过第三数据端口的数据传输也按照以太网标准以100mbit/s的数据传输率进行。

34、上述目的还通过具有第一数据端口、第二数据端口、第三数据端口和第四数据端口的数据网络的节点来实现，其中，该节点被配置用于：

35、根据以太网协议经由第一数据端口输出形成第一数据内容的第一数据电报，

36、根据以太网协议经由第二数据端口接收形成第二数据内容的第二数据电报，并且

37、根据以太网协议经由第三数据端口接收形成第三数据内容的第三数据电报，

38、通过第四数据端口接收第七数据内容，

39、从第二数据电报或第三数据电报中导出第一数据电报，

40、一旦节点识别到通过第二数据端口接收到第二数据电报，就中断对通过第三数据端口接收的数据内容的转发，

41、将接收到的第二数据电报导入中间缓存器，

42、将通过第二数据端口接收到的数据内容从中间缓存器通过第一数据端口的输出以可确定的时间段延迟，以及

43、当将经由第二数据端口接收到的第二数据内容转发到第一数据端口时，将接收到的第七数据内容无延迟地整合到经由第一数据端口输出的第一数据电报中。

44、在根据本发明的方法的设计中，在第一、第二和第三数据端口处以相同的传输速率完成数据内容的发送或接收，并且经由第二数据端口接收的数据内容从中间缓存器经由第一数据端口输出之前的规定时间段至少相当于第一数据端口和第二数据端口所使用的以太网类型的最小等待时间。

45、遵守该时间段保证了：在通过第一数据端口部分输出并且包含第三数据内容且其输出被中断的第一数据电报与具有第二数据内容的在该时间段到期之后输出的第一数据电报之间存在足够大的间隔，使得根据所使用的以太网协议，这两个电报可以被可靠地识别为两个单独的数据电报，并且可以被接收数据电报的接收节点正确地接收。这确保了第二数据内容的可靠传输。

46、特别地，所述的时间段正是所述的最小等待时间。这也使得能够快速地传输第二数据内容。所提到的时间段也可以比所提到的最小等待时间稍长。

47、对于以太网协议来说，所述的最小等待时间(英文：interpacket gap，缩写ipg)基本上是96位元时间。位元时间是一位的传输时长。当使用以太网标准ieee802.3bw100base-t1，数据传输速率为100mbit/s时，最小等待时间为0.92μs。

48、所提到的时间段的长度对接收的第二数据电报所导入的中间缓存器的大小具有直接影响。中间缓存器必须至少与所述时间段内可以发送或接收的数据量一样大。因此，对于96位元时间的时间段，中间缓存器必须至少为96位或12字节的大小。特别是，中间缓存器正好是96位或12字节的大小。

49、在根据本发明的方法的设计中，可以在某个时间点经由第三数据端口接收第三数据电报或者输出第四数据电报。因此，数据内容根据以太网协议以所谓的半双工方法经由第三数据端口来传输。这使得该方法能够以非常简单且成本低廉的方式实现。

50、第三数据端口特别地连接到现场设备的微控制器。此类微控制器通常具有“媒体独立接口”(mii)或具有半双工功能的“简化媒体独立接口”(rmii)形式的接口。市场上有多种设计且成本低廉的此类微控制器。

51、在根据本发明的方法的设计中，第三数据端口被连接到第一现场设备的第一外部数据接口以用于数据传输。为了一旦识别到经由第二数据端口接收到第二数据电报就中断对经由第三数据端口接收的数据内容的转发，经由第三数据端口将接收信号输出到第一外部数据接口。该接收信号表示从第三数据端口到第一外部数据接口的第四数据电报的输出，由此，根据所使用的以太网协议识别第三数据端口和第一外部数据接口之间的数据传输期间的冲突，并且停止在第三数据端口处的所述数据传输。

52、因此，可以非常容易地中断来自第一外部数据接口的第三数据电报的传输。如上所述，中断时发送的第三数据电报不会丢失，而是一旦能够经由节点的第一数据端口再次输出第一数据协议，就自动地通过第一外部数据接口再次完整地传输第三数据电报。

53、特别地，接收信号被输出到第一外部数据接口足够长时间，直到经由第二数据端口接收的第二数据内容已经经由第一数据端口输出。

54、第一现场设备的外部数据接口和节点的第三数据端口之间的数据传输在此应理解为第三和第四数据电报的交换。附加地，可以交换数据传输的正确过程所必需的其他信号，例如所提到的接收信号。

55、当第三数据端口被实现为“媒体独立接口”(mii)时，由第三数据端口输出到第一外部数据接口的接收信号称为crs信号，并且当第三数据端口被实现为“简化媒体独立接口(rmii)”时，由第三数据端口输出到第一外部数据接口的接收信号称为rx_dv信号。

56、第一现场设备的外部数据接口还可以间接连接到第三数据端口。例如，第三数据端口可以连接到转换器以形成usb端口，第一现场设备的外部数据接口连接到该usb端口。

57、在根据本发明的方法的设计中，根据所使用的以太网协议从第一外部数据接口向第三数据端口发送的堵塞信号不通过第一个数据端口输出，该堵塞信号表示在第三数据端口和第一外部数据接口之间的数据传输期间的冲突。因此，fgpa不会将堵塞信号转发到第一数据端口。特别地，为此目的在fpga中配置(逻辑)开关，通过该开关可以中断从第三数据端口到第一数据端口的连接。

58、如上所述，根据以太网协议，数据电报之间必须遵守最小等待时间，其中，堵塞信号也被视为数据电报。因此，经由第三数据端口接收的堵塞信号的输出会使导入中间缓存器的第二数据电报的第二数据内容的输出的开始发生延迟。因此，对所述堵塞信号的输出的抑制使得能够特别快速地传输第二数据内容。

59、在根据本发明的方法的设计中，在发送第一数据电报的同时经由第一数据端口接收第五数据电报，并且在接收到第二数据电报的同时经由第二数据端口输出第六数据电报。在此，通过第一数据端口接收的第五数据电报不经改变地通过第二数据端口作为第六数据电报输出。

60、因此，数据内容根据以太网协议以所谓的全双工方法经由第一和第二数据端口来传输。另外，仅可以修改经由第二数据端口接收的、经由第一数据端口输出的第二数据内容。

61、经由第一数据端口接收的第五数据电报特别是经由第三数据端口被作为第四数据电报输出。因此，大量数据可以非常容易地经由第三数据端口传输到连接在那里的现场设备。

62、所描述的用于将数据内容从数据网络的节点的第二数据端口和第三数据端口转发到所述节点的第一数据端口的方法可以特别有利地用在用于在数据网络内传送数据内容的方法中，其中，数据网络尤其是电梯设备的一部分。

63、在利用这种在数据网络内传送数据内容的方法中：

64、其中，数据网络具有多个通过数据通信路径彼此连接的节点，所述节点分别具有第一数据端口和第二数据端口，以便在节点之间交换形成数据内容的数据电报，

65、其中，节点经由数据通信路径以及第一数据端口和第二数据端口彼此串联连接以形成从第一节点延伸到最后节点的链，

66、其中，至少两个节点经由相应的第三数据端口连接到相应现场设备的第一外部数据接口，并且经由相应的第四数据端口(48)连接到相应的安全的输入/输出单元(60)，以用于数据传输，

67、在连接到用于数据传输的第一数据现场设备和连接到安全的输入/输出单元的节点中，从第二数据端口接收的第二数据内容、从第三数据端口接收的第三数据内容和从第四数据端口接收的第四数据内容利用上述用于转发数据内容的方法转发。

68、上述根据本发明的数据网络的节点可以特别有利地用在数据网络中，其中，该数据网络特别是电梯设备的一部分。

69、在这样的数据网络中，特别是电梯设备中：

70、数据网络具有多个通过数据通信路径彼此连接的节点，所述节点分别具有第一数据端口和第二数据端口，以便在节点之间交换形成数据内容的数据电报，

71、其中，节点经由数据通信路径以及第一数据端口和第二数据端口彼此串联连接以形成从第一节点延伸到最后节点的链，

72、至少两个节点被设计为上述根据本发明的节点。

73、具有这种数据网络的电梯设备具有可以快速、安全地传输数据内容的优点。