專利名稱：用于運(yùn)行等時、周期通信系統(tǒng)的終端用戶的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行等時、周期通信系統(tǒng)的終端用戶的方法以及一種終端用戶、一種中間用戶和對應(yīng)的計算機(jī)程序產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
具有等距離特性的同步、定時通信系統(tǒng)被理解為一個由至少兩個用戶組成的系統(tǒng)，為了相互交換數(shù)據(jù)或者相互傳輸數(shù)據(jù)這些用戶通過一個數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)相互連接。在此，數(shù)據(jù)交換周期地按由系統(tǒng)所使用的通信時鐘預(yù)定的、等距離的通信周期進(jìn)行。
在通信系統(tǒng)中等距離確定的周期數(shù)據(jù)交換是基于所有參與通信的部件的一個共同的時鐘或者時間基準(zhǔn)的。該時鐘或者時間基準(zhǔn)從一個特殊的部件(時鐘錘)傳輸至其它部件。在等時的實(shí)時以太網(wǎng)中該時鐘或者時間基準(zhǔn)由一個同步主控制器通過發(fā)送同步電報預(yù)先設(shè)定。
用戶例如是中心自動化設(shè)備，編程、規(guī)劃或操作設(shè)備，例如輸入/輸出部件的外部設(shè)備，傳動，執(zhí)行器，傳感器，可存儲編程控制器(SPS)或其它的控制單元，計算機(jī)，或者與其它機(jī)器交換電子數(shù)據(jù)的機(jī)器，特別是處理其它機(jī)器數(shù)據(jù)的機(jī)器。用戶也被稱為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或者節(jié)點(diǎn)。在下面將控制單元理解為各種類型的調(diào)節(jié)或控制單元，以及例如開關(guān)和/或開關(guān)控制器。作為數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的總線系統(tǒng)例如有現(xiàn)場總線、過程現(xiàn)場總線、以太網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)、法爾總線或者PC內(nèi)部總線系統(tǒng)(PCI)，特別是還有等時實(shí)時以太網(wǎng)絡(luò)。
數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)使得有可能通過聯(lián)網(wǎng)，即單個用戶相互的連接，在多個用戶之間進(jìn)行通信。這里通信的含義是在用戶之間傳輸數(shù)據(jù)。在此，待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)電報發(fā)送，即數(shù)據(jù)被按多個分組一同打包并以這種形式通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至相應(yīng)的接收者。因此也被稱為數(shù)據(jù)分組。這里，在本發(fā)明中使用的數(shù)據(jù)傳輸概念和上述數(shù)據(jù)電報或數(shù)據(jù)分組的傳輸同義。
在分布式的自動化系統(tǒng)中，例如在傳動技術(shù)中，必須使確定的數(shù)據(jù)在確定的時間到達(dá)確定的用戶并由接收者處理。這里人們稱之為實(shí)時臨界數(shù)據(jù)或者數(shù)據(jù)交換，因?yàn)椋c非實(shí)時臨界的、例如基于因特網(wǎng)或者企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信相反，數(shù)據(jù)不及時到達(dá)確定地點(diǎn)造成在用戶處不希望的結(jié)果。根據(jù)IEC 61491，EN61491 SERCOS interface-TechnischeKurzbeschreibung(http//www.sercos.de/deutsch/index deutsch.htm)可以保證在分布式的自動化系統(tǒng)中成功完成所述類型的實(shí)時臨界數(shù)據(jù)的交換。
如今，自動化部件(例如控制器，傳動，......)一般具有與周期定時通信系統(tǒng)的接口。這些自動化部件的運(yùn)行層面(快周期)(例如在一控制器中的位置調(diào)節(jié)，傳動的轉(zhuǎn)動力矩調(diào)節(jié))是與該通信周期同步的。由此確定了通信時鐘。另一方面，盡管一種更慢的時鐘已經(jīng)是滿足要求的，但自動化部件的低性能的算法(慢周期)(例如溫度調(diào)節(jié))同樣只能通過該通信時鐘與其它部件(例如，對于通風(fēng)器、水泵的二進(jìn)制開關(guān)，......)通信。通過僅僅使用一種通信時鐘來傳輸系統(tǒng)中的所有信息對傳輸段的帶寬提出了高的要求。
對于在自動化生產(chǎn)線以及特別是在數(shù)字傳動技術(shù)中的過程控制和監(jiān)視，要求具有可預(yù)期反應(yīng)時間的、極其快速和可靠的通信系統(tǒng)。
在德國專利申請DE 10058524.8中公開了一種用于通過可開關(guān)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、特別是以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)的方法，該方法允許實(shí)時臨界和非實(shí)時臨界(特別是基于因特網(wǎng)或者企業(yè)內(nèi)部網(wǎng))的數(shù)據(jù)通信的混合運(yùn)行。
這通過一種周期的運(yùn)行，在由(例如一個分布式的自動化系統(tǒng)的)用戶和耦合單元構(gòu)成的可開關(guān)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中既允許實(shí)時臨界(RTReal-Time)又允許非實(shí)時臨界(NRTNon-Real-Time)通信。
在一個上述傳輸周期中，對可開關(guān)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的所有用戶和耦合單元各存在至少一個用于傳輸實(shí)時臨界數(shù)據(jù)的區(qū)域和至少一個用于傳輸非實(shí)時臨界數(shù)據(jù)的區(qū)域，由此將實(shí)時臨界通信和非實(shí)時臨界通信分離開。因?yàn)樗杏脩艉婉詈蠁卧恢笔前匆粋€共同的時間基準(zhǔn)同步的，所以對于所有用戶和耦合單元用于傳輸數(shù)據(jù)的每個區(qū)域都分別出現(xiàn)在同一時間點(diǎn)，也就是說，實(shí)時臨界通信的進(jìn)行在時間上獨(dú)立于非實(shí)時臨界通信并因此不受后者影響。
實(shí)時臨界通信事先計劃。原始發(fā)送者提供數(shù)據(jù)電報以及數(shù)據(jù)電報的傳遞借助于有關(guān)耦合單元以時間為基礎(chǔ)地進(jìn)行。通過在各個耦合單元中的臨時存儲實(shí)現(xiàn)了，將在任意時間出現(xiàn)的、自發(fā)的、可在因特網(wǎng)上進(jìn)行的非實(shí)時臨界通信移動到為非實(shí)時通信保留的傳輸周期的傳輸區(qū)域并僅僅在那里被傳輸。
在本申請中，示例性地說明了分為兩個區(qū)域的傳輸周期的原理性結(jié)構(gòu)特征。一個傳輸周期分成一個傳輸實(shí)時臨界數(shù)據(jù)的第一區(qū)域和一個傳輸非實(shí)時臨界數(shù)據(jù)的第二區(qū)域。所表示的傳輸周期的長度代表了其持續(xù)時間，其優(yōu)選根據(jù)不同的應(yīng)用例如介于幾微秒到幾秒之間。
傳輸周期的持續(xù)時間是可以改變的，但是在數(shù)據(jù)傳輸時刻之前由例如一控制計算機(jī)至少設(shè)置一次，并對于可開關(guān)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的所有用戶和耦合單元來說分別長度相等。傳輸周期的持續(xù)時間和/或傳輸實(shí)時臨界數(shù)據(jù)的第一區(qū)域的持續(xù)時間可以隨時被改變，例如在事先計劃的固定時刻和/或在計劃的傳輸周期數(shù)之后，優(yōu)選地是在開始一個傳輸周期之前，其中控制計算機(jī)例如轉(zhuǎn)換到其它計劃的實(shí)時臨界傳輸周期。
此外在自動化系統(tǒng)正在運(yùn)行時，控制計算機(jī)能夠隨時根據(jù)需要計劃新的實(shí)時通信，由此可以改變RT部分周期的持續(xù)時間。傳輸周期的絕對持續(xù)時間在運(yùn)行中保持為常數(shù)，并是一種對于時間成分或者一個傳輸周期中非實(shí)時臨界通信的帶寬(即提供該非實(shí)時臨界通信的時間)的量度。
例如，在實(shí)時臨界通信的持續(xù)時間為350μs和一個傳輸周期的持續(xù)時間為500μs的條件下，非實(shí)時臨界通信具有30％的帶寬，而在10ms下帶寬為97％。在用于傳輸實(shí)時臨界數(shù)據(jù)的第一區(qū)域中，在發(fā)送真正實(shí)時臨界的數(shù)據(jù)電報之前，保留了一定的持續(xù)時間來發(fā)送用于組織數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)電報。
該用于組織數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)電報包括，例如用于時間同步數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的用戶和耦合單元的數(shù)據(jù)和/或用于識別網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。在該數(shù)據(jù)電報被發(fā)出之后，發(fā)送實(shí)時臨界數(shù)據(jù)電報。因?yàn)閷?shí)時通信通過周期運(yùn)行是可以事先計劃的，所以對于所有待傳輸?shù)膶?shí)時臨界數(shù)據(jù)電報來說，發(fā)送時間點(diǎn)或者傳遞該實(shí)時臨界數(shù)據(jù)電報的時間點(diǎn)在開始數(shù)據(jù)傳輸之前是已知的，也就是說，用于傳輸非實(shí)時臨界數(shù)據(jù)的區(qū)域的持續(xù)時間自動由用于傳輸實(shí)時臨界數(shù)據(jù)的區(qū)域的持續(xù)時間確定。
這樣設(shè)置的優(yōu)點(diǎn)是，每次僅僅使用實(shí)時臨界數(shù)據(jù)交換所必須的傳輸時間，而在其結(jié)束后將剩余時間自動提供給非實(shí)時臨界通信，例如用于不可計劃的因特網(wǎng)通信或者其它非實(shí)時臨界的應(yīng)用。
特別優(yōu)選的是，用于傳輸實(shí)時臨界數(shù)據(jù)的區(qū)域的持續(xù)時間各自通過針對連接的待傳輸數(shù)據(jù)來確定，即對于每單個數(shù)據(jù)連接，兩個區(qū)域的持續(xù)時間通過各自所需的待傳輸實(shí)時臨界數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量確定，由此，對于各單個數(shù)據(jù)連接的兩個區(qū)域的時間劃分對于每個傳輸周期可以是不同的。
每次僅僅使用實(shí)時臨界數(shù)據(jù)交換所必須的傳輸時間，而傳輸周期的剩余時間自動提供給非實(shí)時臨界通信，例如用于不可計劃的因特網(wǎng)通信或者其它非實(shí)時臨界的應(yīng)用，供可開關(guān)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的所有用戶使用。
因?yàn)閷?shí)時通信事先這樣相應(yīng)地計劃，即這樣來計劃實(shí)時臨界數(shù)據(jù)電報到達(dá)相應(yīng)的耦合單元，使得涉及的實(shí)時臨界數(shù)據(jù)電報最晚在傳遞時刻或者之前到達(dá)對應(yīng)的耦合單元，因此能夠發(fā)送或者傳遞實(shí)時臨界數(shù)據(jù)電報而不經(jīng)過時間上的臨時空間，從而通過密集的分組發(fā)送或者傳遞最好地利用了供使用的持續(xù)時間。當(dāng)然也可能在需要時在傳輸單個數(shù)據(jù)分組之間設(shè)立發(fā)送間歇。
下面，借助兩個相互間通過數(shù)據(jù)連接相互聯(lián)系的用戶(例如一個傳動器和一個控制計算機(jī)，它們分別帶有集成的耦合單元以及另外一個沒有耦合單元的用戶)代表性地對任意網(wǎng)絡(luò)示例地解釋在一個接入的網(wǎng)絡(luò)中的原理性工作方式。各耦合單元各自具有本地存儲器，它們通過內(nèi)部接口和用戶連接。
用戶通過接口與相應(yīng)的耦合單元交換數(shù)據(jù)。本地存儲器在耦合單元內(nèi)部通過數(shù)據(jù)連接與控制器相連?？刂破魍ㄟ^內(nèi)部數(shù)據(jù)連接或者通過一個或多個外部端口，從本地存儲器接收數(shù)據(jù)或者向本地存儲器傳遞數(shù)據(jù)。通過應(yīng)用時間同步的方法，耦合單元一直有一個共同的同步時間基準(zhǔn)。如果用戶有實(shí)時臨界數(shù)據(jù)，則該數(shù)據(jù)由對應(yīng)的控制器通過對應(yīng)的接口和本地存儲器，在實(shí)時臨界通信的區(qū)域期間按預(yù)先計劃的時間點(diǎn)讀取，并在那里通過現(xiàn)有的外部端口發(fā)送到下一個連接的耦合單元。
在此同時，即在實(shí)時臨界通信期間，如果另一個用戶例如為一個因特網(wǎng)詢問而發(fā)送非實(shí)時臨界數(shù)據(jù)，則該數(shù)據(jù)通過外部端口由控制器接收，并通過內(nèi)部連接傳遞至本地存儲器和在那被臨時存儲。直到在非實(shí)時臨界通信的區(qū)域期間，該數(shù)據(jù)才被從那再次讀取并向接收者傳遞，即該數(shù)據(jù)被移動到為自發(fā)的、非實(shí)時通信保留的傳輸周期的第二區(qū)域中，由此排除了對實(shí)時通信的干擾。
對于不是所有臨時存儲的、非實(shí)時臨界數(shù)據(jù)能夠在傳輸周期用于傳輸非實(shí)時臨界數(shù)據(jù)的區(qū)域中被傳輸?shù)那闆r，該數(shù)據(jù)將一直在對應(yīng)耦合單元的本地存儲器中臨時存儲，直到其能夠在下一個傳輸周期用于傳輸非實(shí)時臨界數(shù)據(jù)的區(qū)域中被傳輸為止，由此在任何情況下排除了對實(shí)時通信的干擾。
通過對應(yīng)數(shù)據(jù)連接和外部端口到達(dá)所屬耦合單元的控制器的實(shí)時臨界數(shù)據(jù)電報，被直接通過對應(yīng)的外部端口傳遞。這是可能的，因?yàn)閷?shí)時通信可以預(yù)先計劃，而因此對于所有待傳輸?shù)膶?shí)時臨界數(shù)據(jù)電報來說，發(fā)送和接收時間點(diǎn)、所有參與的耦合單元以及所有傳遞的時間點(diǎn)和所有該實(shí)時臨界數(shù)據(jù)電報的接收者都是已知的。
通過實(shí)時通信成功的事先計劃還保證了，數(shù)據(jù)連接上不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖突。來自各參與的耦合單元的所有實(shí)時臨界數(shù)據(jù)分組的傳遞時間點(diǎn)同樣是事先計劃的，因此是明確確定的。實(shí)時臨界數(shù)據(jù)電報的到達(dá)因此是這樣計劃的，即該涉及到的實(shí)時臨界數(shù)據(jù)電報最晚在傳遞的時間點(diǎn)或者更早到達(dá)對應(yīng)耦合單元的控制器。由此，去除了尤其在長傳輸鏈顯著的時間模糊的問題。
利用在德國專利申請DE 10058524.8中描述的方法，可以建立基于以太網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)，特別是基于等時實(shí)時以太網(wǎng)絡(luò)的通信網(wǎng)絡(luò)，-其節(jié)點(diǎn)在亞微秒范圍中同步工作，以及-獨(dú)立于在該網(wǎng)絡(luò)之上或者其中的任何其它自發(fā)的通信(NRT通信，非實(shí)時通信)，周期的通信精確地按計劃的時間點(diǎn)進(jìn)行(等時實(shí)時通信)。
不過，所有參與該等時實(shí)時通信的用戶必須是基于專門的通信硬件的，以便-實(shí)現(xiàn)時間同步，和-精確地在計劃的時間點(diǎn)上發(fā)送電報。
在現(xiàn)有技術(shù)中，在進(jìn)行下面稱為IRT通信的等時實(shí)時通信時，不可以將這些用戶加入到現(xiàn)存的、不具有這些專門的硬件設(shè)備的以太網(wǎng)絡(luò)接入端。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種用于運(yùn)行等時、周期通信系統(tǒng)的終端用戶的改善的方法，該方法使得可以將終端用戶接入到不具有這些專門的硬件支持的通信系統(tǒng)中。此外，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題還有，提供一種相應(yīng)的終端用戶、中間用戶和計算機(jī)程序產(chǎn)品。
本發(fā)明的上述技術(shù)問題分別是通過獨(dú)立權(quán)利要求的特征解決的。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式由各從屬權(quán)利要求給出。
本發(fā)明的出發(fā)點(diǎn)是這樣的認(rèn)知，即，如果接收緩沖器是空的，即如果在終端用戶的接收路徑上沒有存儲電報，則在數(shù)據(jù)電報到達(dá)一個用戶(例如一個以太網(wǎng)用戶)到觸發(fā)一個相應(yīng)的中斷之間的等待時間是常數(shù)并可以確定。在后面將這種空的接收路徑稱為空的接入端。
為了按近似的方式實(shí)現(xiàn)終端用戶與等時、周期通信系統(tǒng)的時間基準(zhǔn)的同步，該終端用戶在不同通信周期中從一個直接相臨的中間用戶接收同步數(shù)據(jù)電報。這種同步數(shù)據(jù)電報在等時、周期通信系統(tǒng)內(nèi)部用于同步通信系統(tǒng)各單個用戶的時間基準(zhǔn)。由于在終端用戶中缺少硬件支持，不可能進(jìn)行一種如同在等時通信系統(tǒng)中那樣的精確同步。在終端用戶中的時間基準(zhǔn)同步更多的是利用一個公差進(jìn)行，該公差從中間用戶和終端用戶之間的整個傳輸時間中產(chǎn)生。
按照本發(fā)明的一個優(yōu)選的實(shí)施方式，終端用戶具有一個接收緩沖器。如果該接收緩沖器最大填滿的話，則為了清空該接收緩沖器需要一個最大清空時間。在終端用戶中存在一個接收緩沖器的條件下，只有該終端用戶的接收緩沖器在接收同步數(shù)據(jù)電報時是空的，才可以確定一個同步數(shù)據(jù)電報的整個傳輸時間。
因此，在該實(shí)施方式中這種同步數(shù)據(jù)電報的發(fā)送通過中間用戶最早在通信周期開始后的一個發(fā)送間歇之后才進(jìn)行，其中該發(fā)送間歇與最大清空時間對應(yīng)。由此保證了，從中間用戶向終端用戶發(fā)送的同步數(shù)據(jù)電報出現(xiàn)在終端用戶的空接收緩沖器中，并由此使得整個傳輸時間獨(dú)立于此前由終端用戶接收的數(shù)據(jù)電報的長度。
由此，可以由該終端用戶按不精確的同步時間基準(zhǔn)向等時周期通信系統(tǒng)提供一個數(shù)據(jù)電報，按照本發(fā)明，這種從終端用戶向其直接相臨的中間用戶發(fā)送的數(shù)據(jù)電報，總是最早在通信周期的開始、并最晚比該中間用戶的傳遞時刻早一個該終端用戶同步時間基準(zhǔn)的公差時間進(jìn)行發(fā)送。由于將數(shù)據(jù)電報在一個至少比該傳遞時刻早公差時間進(jìn)行發(fā)送，保證了該中間用戶最晚在這樣一個時間點(diǎn)從終端用戶接收該數(shù)據(jù)電報，即，該時間點(diǎn)使得可以按照計劃的傳遞時刻傳遞數(shù)據(jù)電報。
總之，本發(fā)明涉及一種用于在這樣的通信系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時通信的系統(tǒng)和方法，該通信系統(tǒng)具有不包含實(shí)時性能硬件支持的用戶和包含實(shí)時性能硬件支持的用戶，其中-將第二用戶至第一用戶的電報傳輸時間，特別是恒定的傳輸時間用來使該第一用戶與所有其它用戶同步；-通過一個在先的發(fā)送間歇保證該電報的傳輸時間，特別是恒定的傳輸時間；-通過一個在第二用戶處的接收緩沖器，該第一用戶可以在時間上不精確地發(fā)送實(shí)時數(shù)據(jù)電報，而從該接收緩沖器的傳遞才必須按較高的時間精確度進(jìn)行。
-該在第二用戶處的接收緩沖器可以緩沖第一用戶的多個電報。
此外，特別具有優(yōu)勢的是，可以將所公開的方法應(yīng)用到自動化系統(tǒng)中，特別是投入或應(yīng)用到包裝機(jī)械、出版、塑料噴射機(jī)器、紡織機(jī)械、印刷機(jī)、機(jī)床、機(jī)器人、處理系統(tǒng)、木材加工機(jī)械、玻璃加工機(jī)械、陶瓷加工機(jī)械以及升降機(jī)械中。


下面對照附圖所示的實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，圖中，圖1是用于同步?jīng)]有硬件支持的終端用戶的時間基準(zhǔn)的本發(fā)明方法的
具體實(shí)施例方式
圖1示出了一個用于同步終端用戶的時間基準(zhǔn)的流程圖。在步驟100，從與該終端用戶直接相臨的、并處于等時周期通信系統(tǒng)的實(shí)時域中的一個中間用戶，向該終端用戶發(fā)送一個同步數(shù)據(jù)電報，其中，在該發(fā)送時刻或者至少在可以預(yù)先確定的接收時刻，該終端用戶的接收緩沖器是空的。
在步驟102，將該同步數(shù)據(jù)電報通過一條連接該中間用戶和終端用戶的電纜進(jìn)行傳輸。該傳輸具有一個傳輸時間T1。
在步驟104，在該終端用戶的空接入端的接收緩沖器中接收該同步數(shù)據(jù)電報。在步驟106，在接收之后的一個確定等待時間T2之后觸發(fā)一個中斷。由于該中斷該同步數(shù)據(jù)電報的內(nèi)容得到評估，并且該終端用戶的時間基準(zhǔn)被對應(yīng)地再調(diào)整。在步驟108，該終端用戶的時間基準(zhǔn)的同步按公差T＝T1+T1進(jìn)行。
在一定時間之后重新進(jìn)行步驟100，即，重新由中間用戶發(fā)送一個同步數(shù)據(jù)電報。這對應(yīng)于實(shí)時域中的方法形式，因?yàn)樾枰粫r地對用戶的時間基準(zhǔn)進(jìn)行再調(diào)整。
圖2示出了一個用于將終端用戶的數(shù)據(jù)電報發(fā)送到等時周期通信系統(tǒng)的方法。在步驟200，按照一個待周期處理的發(fā)送列表在終端用戶中產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)電報。該發(fā)送列表在通信系統(tǒng)的規(guī)劃的框架中形成。
在步驟202，將該規(guī)劃的數(shù)據(jù)電報發(fā)送到直接相鄰的中間用戶。該發(fā)送最早在通信周期的開始、并最晚比該中間用戶的傳遞時刻早的時刻進(jìn)行。如果該通信系統(tǒng)具有一個可以分成實(shí)時(RT)部分周期和非實(shí)時(NRT)部分周期的通信周期，則該數(shù)據(jù)電報的發(fā)送最早在該RT部分周期的開始時進(jìn)行。
圖3示出了本發(fā)明的通信系統(tǒng)的一個實(shí)施方式的原理圖。該系統(tǒng)包括一個適合于等時、周期實(shí)時通信的通信系統(tǒng)300。該通信系統(tǒng)300包括中間用戶302和303以及終端用戶304。中間用戶302和303以及終端用戶304都具有一個專門的硬件支持，用于實(shí)現(xiàn)時間基準(zhǔn)同步的高時間精度，以及用于實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)吞吐和高電報數(shù)目。
通過中間用戶303，另一個不具有這種專門硬件支持的終端用戶306連接在該通信系統(tǒng)300上。該終端用戶306例如按照圖1的實(shí)施方式與通信系統(tǒng)300的時間基準(zhǔn)接近同步，并按照圖2的實(shí)施方式將數(shù)據(jù)電報發(fā)送到通信系統(tǒng)300。
圖4示出了一種用于確定公差T(參見圖1)的可能方法。
在所示出的實(shí)施方式中，一個中間用戶303通過一個電纜308與一個終端用戶306連接。通過該電纜308實(shí)現(xiàn)了一個在該中間用戶303和該終端用戶306的以太網(wǎng)接入端310之間的傳輸段。該電纜308例如長度最大為100米，由此給出了0.25微秒±0.25微秒的傳輸時間T1。
在以太網(wǎng)接入端310的接收緩沖器為空時，直到在終端用戶306中觸發(fā)一個中斷的時間是確定的并且為常數(shù)。此外，在可能時出現(xiàn)中斷等待時間的波動，由此給出了在以太網(wǎng)接入端310中接收到該數(shù)據(jù)電報之后的總等待時間T2。下面，將終端用戶306的時間基準(zhǔn)利用公差T再調(diào)整。
圖5示出了通信系統(tǒng)300(參見圖3)的中間用戶的、例如5微秒的通信周期500。該通信周期500分成實(shí)時通信的部分周期502和非實(shí)時通信的部分周期504。在部分周期502和部分周期504期間都從例如中間用戶303發(fā)送實(shí)時數(shù)據(jù)電報506以及非實(shí)時數(shù)據(jù)電報508。
在部分周期502中的數(shù)據(jù)電報510在本實(shí)施方式中是同步數(shù)據(jù)電報。該同步數(shù)據(jù)電報從中間用戶303發(fā)送至其相臨的終端用戶306(參見圖3)。在本實(shí)施方式中該終端用戶具有一個在其以太網(wǎng)接入端310中的接收緩沖器(參見圖4)。該終端用戶306為了完全清空該接收緩沖器需要一個最大清空時間。
為了可以在終端用戶306中按公差T對時間基準(zhǔn)進(jìn)行同步，中間用戶在部分周期502開始后的一個發(fā)送間歇512之后才發(fā)送數(shù)據(jù)電報510，其中該發(fā)送間歇大致等于最大清空時間。發(fā)送間歇512也可以選擇為比最大清空時間略短，因?yàn)橐部梢圆捎媒K端用戶306的傳輸時間T1來清空該接收緩沖器。
因此，對于這種終端用戶時間基準(zhǔn)的同步，可以優(yōu)選地利用通常的以太網(wǎng)接入端的特性，即，如果電報出現(xiàn)在一個在其接收緩沖器中沒有存儲電報的接入端，則從數(shù)據(jù)電報的到達(dá)到觸發(fā)一個中斷之間的傳輸時間是常數(shù)并可以確定。因此，在該終端用戶上待發(fā)送的實(shí)時(RT)電報是這樣計劃的，即保證在終端用戶中首先待接收的電報出現(xiàn)在空的接入端。
因此，由此可獲得的終端用戶與常規(guī)以太網(wǎng)接入端的同步幾乎僅僅通過中斷等待時間的波動來確定。在分散的(dediziert)系統(tǒng)中可以由此實(shí)現(xiàn)在一位的微秒范圍之內(nèi)的同步精度。為了實(shí)現(xiàn)更大的時間公差用于到達(dá)的實(shí)時數(shù)據(jù)電報，優(yōu)選地傳遞用戶的每個端口包括一個接收緩沖器，該接收緩沖器-可將一個電報按其完全長度“任意”長地存儲，-可以同時存儲多個電報，直至該接收緩沖器的整個容量，以及-作為FIFO(先進(jìn)先出)這樣來組織，即，一方面可以對電報總是按照其到達(dá)的順序進(jìn)行提取，不過也可以將一個到達(dá)的電報在其到達(dá)開始時直接提取，即傳遞。
圖6的框圖示出了中間用戶303(參見圖3和圖4)的一個對應(yīng)的實(shí)施方式。該中間用戶具有不同的端口1...n。這些端口分別與一個接收模塊600連接。
接收模塊600在其一側(cè)分別與一個容量例如為2K字節(jié)的FIFO接收緩沖器602連接。在該接收緩沖器602中存儲有不同的數(shù)據(jù)電報，這些數(shù)據(jù)電報可以被傳遞到內(nèi)部通信RAM 604上進(jìn)行本地接收和/或被傳遞至通信系統(tǒng)的另一個用戶(參見圖3的通信系統(tǒng)300)。
因此，接收緩沖器602的存在使得中間用戶303也可以明顯地在計劃的傳遞時刻或者接收時刻之前，從終端用戶306接收數(shù)據(jù)電報。
圖7示出了用于說明在接收終端用戶(參加圖3和圖4的終端用戶306)的數(shù)據(jù)電報時的時間關(guān)系的時序圖。
由中間用戶303從該終端用戶接收數(shù)據(jù)電報700最早在用于實(shí)時通信的部分周期開始后的一個公差時間T之后進(jìn)行。接著有一個時間窗口702，在該時間窗口內(nèi)部可以從該中間用戶接收數(shù)據(jù)電報700。
該時間窗口702的長度是這樣限制的，即，在數(shù)據(jù)電報506的計劃傳遞時刻TW必須至少已接收到數(shù)據(jù)電報700的第一部分，由此可以借助于所謂的捷徑方法(cut-through-Verfahren)將其作為數(shù)據(jù)電報506進(jìn)行傳遞。由此，保證了終端用戶306必須在至少比計劃的傳遞時刻TW早公差時間T的時刻發(fā)送數(shù)據(jù)電報307。
權(quán)利要求
1.一種用于運(yùn)行等時、周期通信系統(tǒng)(300)的終端用戶(306)的方法，具有如下步驟-由所述終端用戶(306)接收來自通信系統(tǒng)(300)中間用戶(303)的同步數(shù)據(jù)電報(510)，其中，該同步數(shù)據(jù)電報具有在該中間用戶和該終端用戶之間的傳輸段上的傳輸時間(T，T1，T2)；-借助于所述同步數(shù)據(jù)電報對所述終端用戶(306)的時間基準(zhǔn)進(jìn)行同步，由此實(shí)現(xiàn)了按一個與所述傳輸時間對應(yīng)的公差同步該時間基準(zhǔn)；-在與所述終端用戶的時間基準(zhǔn)對應(yīng)的一個通信周期(500，502)內(nèi)，由該終端用戶(306)對一個發(fā)送列表進(jìn)行周期的處理，其中，通過所述中間用戶(303)按照所述終端用戶(306)至該中間用戶的發(fā)送列表，最早在所述通信周期(500，502)的開始、并最晚比有關(guān)數(shù)據(jù)電報計劃的傳遞時刻(TW)早一個公差(T)發(fā)送數(shù)據(jù)電報(700)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，可以將所述通信周期分成一個用于實(shí)時通信的第一部分周期(502)和一個用于非實(shí)時通信的第二部分周期(504)，而數(shù)據(jù)電報的傳輸在用于實(shí)時通信的所述部分周期中進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述傳輸時間的構(gòu)成是同步數(shù)據(jù)電報通過一個傳輸段(308)的傳輸時間(T1)和用于在所述終端用戶(306)的一個接入端(310)觸發(fā)一個中斷的等待時間(T2)。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求1、2或3中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述同步數(shù)據(jù)電報(510)的接收由所述終端用戶在其接收緩沖器為空時進(jìn)行。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述同步數(shù)據(jù)電報的發(fā)送由所述中間用戶(303)最早在所述通信周期開始后，在所述終端用戶(306)接收緩沖器的一個最大清空時間之后進(jìn)行。
6.一種用于運(yùn)行等時、周期通信系統(tǒng)的終端用戶的計算機(jī)程序產(chǎn)品，特別是數(shù)字存儲介質(zhì)，其中，所述計算機(jī)程序產(chǎn)品具有用于執(zhí)行下列步驟的程序裝置-由所述終端用戶(306)接收來自通信系統(tǒng)(300)中間用戶(303)的同步數(shù)據(jù)電報(510)，其中，該同步數(shù)據(jù)電報具有在該中間用戶和該終端用戶之間的傳輸段上的傳輸時間(T，T1，T2)；-借助于所述同步數(shù)據(jù)電報對所述終端用戶(306)的時間基準(zhǔn)進(jìn)行同步，由此實(shí)現(xiàn)了按一個與所述傳輸時間對應(yīng)的公差同步該時間基準(zhǔn)；-在與所述終端用戶的時間基準(zhǔn)對應(yīng)的一個通信周期(500，502)內(nèi)，由該終端用戶(306)對一個發(fā)送列表進(jìn)行周期的處理，其中，通過所述中間用戶(303)按照所述終端用戶(306)至該中間用戶的發(fā)送列表，最早在所述通信周期(500，502)的開始、并最晚比有關(guān)數(shù)據(jù)電報計劃的傳遞時刻(TW)早一個公差(T)發(fā)送數(shù)據(jù)電報(700)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的計算機(jī)程序產(chǎn)品，其中，所述程序裝置的構(gòu)成使得對所述同步數(shù)據(jù)電報接收僅僅在接收緩沖器為空時進(jìn)行。
8.一種等時、周期通信系統(tǒng)的終端用戶，包括-用于由所述終端用戶(306)接收來自通信系統(tǒng)(300)中間用戶(303)的同步數(shù)據(jù)電報(510)的裝置，其中，該同步數(shù)據(jù)電報具有在該中間用戶和該終端用戶之間的傳輸段上的傳輸時間(T，T1，T2)；-用于借助于所述同步數(shù)據(jù)電報對所述終端用戶(306)的時間基準(zhǔn)進(jìn)行同步的裝置，由此實(shí)現(xiàn)了按一個與所述傳輸時間對應(yīng)的公差同步該時間基準(zhǔn)；-用于在與所述終端用戶的時間基準(zhǔn)對應(yīng)的一個通信周期(500，502)內(nèi)，由該終端用戶(306)對一個發(fā)送列表進(jìn)行周期處理的裝置，其中，通過所述中間用戶(303)按照所述終端用戶(306)至該中間用戶的發(fā)送列表，最早在所述通信周期(500，502)的開始、并最晚比有關(guān)數(shù)據(jù)電報計劃的傳遞時刻(TW)早一個公差(T)發(fā)送數(shù)據(jù)電報(700)。
9.一種等時、周期通信系統(tǒng)的中間用戶，該中間用戶具有通過一個含傳輸時間(T，T1，T2)的傳輸段(308)將同步數(shù)據(jù)電報(510)發(fā)送至終端用戶(306)的裝置，其中，該同步數(shù)據(jù)電報的發(fā)送最早在通信周期(500，502)開始后的一個發(fā)送間歇(512)之后進(jìn)行，其中該發(fā)送間歇(512)與所述終端用戶接收緩沖器(310)的一個最大清空時間對應(yīng)。
10.一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，特別是數(shù)字存儲介質(zhì)，其具有用于通過一個含傳輸時間(T，T1，T2)的傳輸段(308)將同步數(shù)據(jù)電報(510)傳輸至終端用戶(306)的程序裝置，其中，該同步數(shù)據(jù)電報的發(fā)送最早在通信周期(500，502)開始后的一個發(fā)送間歇(512)之后進(jìn)行，其中該發(fā)送間歇(512)與所述終端用戶(306)接收緩沖器(310)的一個最大清空時間對應(yīng)。
11.一種通信系統(tǒng)，其具有至少一個根據(jù)權(quán)利要求8所述的終端用戶和至少一個根據(jù)權(quán)利要求9所述的中間用戶。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行等時、周期通信系統(tǒng)(300)的終端用戶(306)的方法，具有如下步驟由所述終端用戶(306)接收來自通信系統(tǒng)(300)中間用戶(303)的同步數(shù)據(jù)電報(510)，其中，該同步數(shù)據(jù)電報具有在該中間用戶和該終端用戶之間的傳輸段上的傳輸時間(T，T1，T2)；借助于所述同步數(shù)據(jù)電報對所述終端用戶(306)的時間基準(zhǔn)進(jìn)行同步，由此實(shí)現(xiàn)了按一個與所述傳輸時間對應(yīng)的公差同步該時間基準(zhǔn)；在與所述終端用戶的時間基準(zhǔn)對應(yīng)的一個通信周期(500，502)內(nèi)，由該終端用戶(306)對發(fā)送列表進(jìn)行周期的處理，其中，通過所述中間用戶(303)按照所述終端用戶(306)至該中間用戶的發(fā)送列表，最早在所述通信周期(500，502)的開始、并最晚比有關(guān)數(shù)據(jù)電報計劃的傳遞時刻(TW)早一個公差(T)發(fā)送數(shù)據(jù)電報(700)。
文檔編號H04J3/06GK1572075SQ02820786
公開日2005年1月26日 申請日期2002年10月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月17日
發(fā)明者迪特爾·克洛茨, 迪特爾·布呂克納, 卡爾-海因茨·克勞斯 申請人:西門子公司