通信网络和用于运行通信网络的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信网络和用于运行通信网络的方法。通信网络尤其是可以是以太网网络。
【背景技术】
[0002]通信网络越来越广泛地应用于测量、控制和调节技术系统。例如网络越来越多地使用在机动车中，以便构造车辆控制系统。在相应的复杂和安全性重要的技术系统中，对于被设置为网络装置的控制元件的可用性提出了高要求。在单个组件如传感器或控制装置故障的情况下，这不允许导致整个系统的故障。安全性特别重要的是线控驱动系统、例如线控转向系统，其中以电动方式通过传感器装置、控制装置和执行装置的网络耦合将转向轮调整转换到轮位置。
[0003]在过去使用了特别关键的组件的冗余实施，使得在错误情况下相应的备份或冗余组件可以承担相应的任务。在多个冗余组件的情况下，必须保证两个或更多个控制装置中的仅仅一个行使相应的管辖权。此外，不允许针对同样的控制功能出现矛盾的控制指令。因此需要的是，所有的控制组件在网络中拥有同样的信息或数据。
[0004]就此而言，以不一致的数据形式的错误必须被识别，所述不一致的数据例如可以在数据传输时通过所使用的网络被收买。广泛传播的标准网络环境基于以太网协议。以太网基础设施的使用具有以下优点:可以使用标准化的网络装置和方法。但是，在过去也会使用专有数据总线，以便将具有内部冗余、也即双重设计的功能的控制组件相互连接。
[0005]此外，可能的是，在网络中所使用的节点是有错的。例如已知如下错误类型，其中网络装置以高的频率将数据发送到网络中，这些数据不包含可用于其他控制装置的数据。也谈及“胡说的白痴(Babbling Id1t)”。网络基础设施于是可能被高的数据速率负荷，使得真实的控制或传感器数据不再能够在还起作用的网络装置之间进行交换。值得期望的是，尤其是在安全性重要的网络中处理这种错误行为并且合适地处理现有数据，以便保证在网络中不受影响的装置的可靠运行。
[0006]在过去提出了如下方法，其中在预先给定的通信伙伴之间的数据交换受带宽限制。故障的网络节点却也可以产生具有不正确的地址数据的数据包，这在专用的带宽限制的范围中不能在每个网络拓扑、尤其是不能在环状网络拓扑中令人满意地被处理。
[0007]此外，已知了如下方法:其基于网络节点的相互同步的通信。在此，针对在预先给定的通信伙伴之间的数据交换定义了确定的时隙。这种时隙方法要求昂贵的同步和专门的硬件装置。
【发明内容】
[0008]因此本发明的任务是实现一种改进的通信网络。
[0009]相应地，提出具有多个网络装置的通信网络。该通信网络具有复数N个虚拟网，其被实现在通信网络中，使得安全性关键的网络装置中的每个通过至少两个虚拟网被耦合到通信网络上。此外，通信网络具有多个网络段。在此，给网络段中的每个分配网络装置的一个子集，其中在被布置在网络段的边缘区域上的每个网络装置具有N个限制单元，其中N个限制单元中的相应的限制单元被分配给N个虚拟网中的相应虚拟网并且被设立用于:将属于相应虚拟网的数据的数据接收限制到为相应虚拟网所预先确定的数据传输速率的阈值内。
[0010]在此，为相应的虚拟网预先确定阈值，也即尤其是专门关于虚拟网设定阈值。
[0011]监控数据传输速率和可能的对数据接收的限制尤其是能够实现对所谓的“胡说的白痴”(也即在网络中存在的、出于故障而发送无意义或不能被网络中的其他装置解释的数据的网络装置)进行处理。经常地，所述“无意义的”数据以高频率由有错的装置发生，使得可能形成对网络基础设施和通信路径的负荷。即使存在胡说的白痴，对所涉及的接收端口的限制或对过高数据速率的数据接收的封锁仍然能够实现可靠的数据通信。
[0012]例如如果包必须通过一个网络段传导，因为否则网络装置除了该网络段之外不能到达或不能通过不相交的路径到达，那么通过相应的网络段传导的阈值(带宽限制)可以特定地、尤其是VLAN特定地被限制。由此可以避免:由于由胡说的白痴在网络段外部产生的数据包，所述实际上功能正常的网络段被分离。
[0013]虚拟网通过不相交的路径、尤其是物理的不相交路径在通信网络中实现。
[0014]数据传输速率理解为在时间单位内通过传输信道或通信路径传输的数字的数据量。也谈及数据传送速率、数据速率、传输速度、连接速度、带宽或容量。数据传输速率的常见的说明以每秒比特为单位。
[0015]最大数据传输速率优选地根据通信网络的设置的带宽来确定。当由网络拓扑和要实现的功能已知所有为无误的运行而设置的在网络节点或网络装置之间或发送和接收端口之间的数据传送速率时，可以相应敏感地设立限制单元。
[0016]除此之外，胡说的白痴的错误情况通过检验数据传送速率和必要时对接收的限制来处理，使得存在至少一个无误传输的通信路径用于未受干扰的或不是由故障装置发送的数据。
[0017]通过在通信网络中使用虚拟网也能够实现:将各个限制单元、尤其是各个网络段的边缘区域中的各个限制单元的阈值最小化。由此，将通信网络总系统的总故障概率最小化。
[0018]为了实现限制单元的概念，尤其是需要绝对不改变标准交换组件的硬件。或者可以使用高价值交换硬件的特征，或者交换硬件可以通过相对简单的前置设备来补充。可用的带宽根据实施方式不被影响或者仅仅略微地被影响。
[0019]例如，表面上的相应网络段可以通过比在网络段的中心区域或内部空间中相对更小的数据传输速率阈值来分隔。因此，边缘区域的限制单元具有比在网络段中心区域中的限制单元小的数据传输速率的阈值。在网络段的中心区域中也可以不设置限制单元。
[0020]总体上，得到特别可靠的网络装置，其即使在网络节点干扰的情况下也安全地其作用。通过使用至少两个虚拟网的冗余的通信能够实现稳定的控制设备通信和低花费的错误分析和校正，以及实现对由胡说的白痴引起的错误的低花费的处理。
[0021]限制单元尤其是可以被实施为交换装置的部分。还可以设想，作为用于运行交换装置之一的程序或程序代码的实施。
[0022]在一种实施方式中，网络装置之一的N个限制单元的N个阈值中的每个小于通信网络的最大数据传输速率。由此保证:通信网络的最大数据传输速率能够不被超过。
[0023]在另一实施方式中，每个网络装置包括控制装置和与控制装置耦合的交换装置，该交换装置具有接收端口和发送端口以用于经由通信网络最高以最大数据传输速率来发送和接收数据，其中N个限制单元被分配给接收端口并且分别被设立用于将相应的被分配的接收端口上的属于相应虚拟网的数据的数据接收限制到为相应虚拟网归定的数据传输速率阈值内。
[0024]发送和接收端口的组合也可以被理解为相应装置的通信端口。虚拟网尤其是被构造为虚拟局域网(VLAN)。
[0025]在另一实施方式中，仅仅将布置在网络段的边缘区域上的网络装置分别装备N个限制单元。由此，将所需限制单元的数量最小化。因此，该实施方式是非常低成本的。
[0026]在另一实施方式中，网络装置包括至少两个在其功能方面冗余的网络装置，其中子集或网络段被构造为，使得最多将冗余网络装置之一分配给子集中的每个。在其功能方面冗余的网络装置被布置在不同网络段中，使得一个网络段故障的情况下在另外的网络段中还至少存在一个冗余的网络装置并且因此不会威胁到总系统的总功能。
[0027]在另一实施方式中，这些子集被构造为不相交的子集。
[0028]在另一实施方式中，虚拟网在通信网络中实现，以便避免由于从另外的网络段接收数据而超过在网络段的限制单元上的数据传输速率的阈值。
[0029]在此，通过考虑不同虚拟网、例如不同VLAN实现了:段不会由于被馈送到该段之外的包而被分离。这通过将VLAN有目的地配置为使得包不通过段、尤其是外部环传导来实现。
[0030]代替VLAN可以使用其他合适的虚拟化技术。
[0031]在另一实施方式中，在通信网络中实现虚拟网，使得网络装置中的每个通过至少两个虚拟网被耦合到通信网络上并且虚拟网中没有虚拟网具有环形拓扑。通过避免环形拓扑保证:在网络中不能出现循环的包。
[0032]在另一实施方式中，在通信网络中实现虚拟网，使得为发送端口和接收端口之间的每个通信路径设定最大的链路传输速率，其中N个限制单元的N个阈值之和小于或等于所分配的接收端口的最大链路传输速率。例如在设计通信网络时可以估计:可以存在何种链路传输速率。于是，限制单元可以相应地被敏感化，使得在超过最大链路传输速率时限制数据接收。
[0033]在另一实施方式中，数据被分配至少两个优先级别，其中N个限制单元被设立用于仅仅限制较高优先级别的数据接收。例如，第一优先级别尤其是可以涉及安全性重要的数据，并且第二优先级别可以涉及较不关键的数据。在设计通信网络时，于是确定最大数据传送速率并且相应地设立限制单元。在限制单元上检测不同的优先级别并且根据其过滤或者限制数据。
[0034]通信网络可以包括以太网基础设施。交换装置也可以被称为桥接或路由装置。关于网络装置，也谈及网络节点、节点、网络组件或网络元件。
[0035]作为设置在网络装置中的控制装置，例如考虑CPU、微处理器、也或者其他可编程电路。还可以将传感器或执行器装置