ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ
НОВЫЕ ПАТЕНТЫ, ЗАЯВКИ НА ПАТЕНТ
БИБЛИОТЕКА ПАТЕНТОВ НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

передача блоков данных и коммуникационная сеть

Классы МПК:H04L12/40 сети коммуникаций
Автор(ы):,
Патентообладатель(и):АББ РИСЕРЧ ЛТД (CH)
Приоритеты:
подача заявки:
2011-07-20
публикация патента:

Настоящее изобретение относится к промышленным коммуникационным системам, использующим основанные на сети Ethernet коммуникационные сети для управления критичными по времени процессами в системах управления транспортными средствами, управления приводом или автоматикой на подстанции. Технический результат - повышение точности передачи данных. Для этого коммуникационная сеть взаимодействует с множеством синхронизированных узлов, при этом в коммуникационной сети нормальные блоки данных, содержащие критичные по времени данные, передаются периодически или циклически, а спорадические блоки данных передаются непериодически или случайно. В частности, каждый узел из множества узлов передает нормальный блок данных в начале периода передачи, являющегося общим для всех узлов и синхронизированным со всеми узлами. Затем узел принимает нормальные блоки данных из первого соседнего узла и пересылает их в пределах того же периода передачи и с самой короткой задержкой второму соседнему узлу. Кроме того, узел активно задерживает передачу любого спорадического блока данных, является ли он исходящим от приложения, находящегося в узле, или принимается от соседнего узла, до завершения пересылки всех принятых нормальных блоков данных. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил. передача блоков данных и коммуникационная сеть, патент № 2534931

Рисунки к патенту РФ 2534931

передача блоков данных и коммуникационная сеть, патент № 2534931 передача блоков данных и коммуникационная сеть, патент № 2534931 передача блоков данных и коммуникационная сеть, патент № 2534931 передача блоков данных и коммуникационная сеть, патент № 2534931

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к промышленным коммуникационным системам, использующим основанные на сети Ethernet коммуникационные сети для управления критичными по времени процессами в системах управления транспортными средствами, управления приводом или автоматикой на подстанции.

Уровень техники

Системы управления процессом или системы промышленной автоматизации защищают, управляют и отслеживают процессы на промышленных предприятиях, например предприятиях для производства товаров, трансформаторных подстанциях или электрических станциях. Они также осуществляют мониторинг и управление расширенными основными системами, такими как системы подачи электрической энергии, воды или газа или телекоммуникационные системы, включая их соответствующие подстанции. Системы промышленной автоматизации обычно имеют большое количество обрабатывающих контроллеров, распределенных на промышленном предприятии или над расширенной основной системой и взаимодействующие через коммуникационные средства посредством системы промышленной коммуникации.

Подстанции в электрических сетях высокого и среднего напряжения включают в себя первичные устройства, такие как электрические кабели, линии, электрические шины, переключающие устройства, силовые трансформаторы и измерительные трансформаторы, которые обычно располагаются в распределительных устройствах и/или коммутационных панелях. Эти первичные устройства управляются в автоматическом режиме через систему автоматизации подстанции (Substation Automation, SA). Эта система автоматизации подстанции содержит вторичные устройства, так называемые интеллектуальные электронные устройства (IED), которые отвечают за защиту, управление и мониторинг первичных устройств. Эти интеллектуальные электронные устройства могут быть назначены на иерархические уровни, например такие как уровень станции, уровень коммутационной панели, и уровень технологической обработки, причем уровень технологической обработки отделяется от уровня коммутационной панели с помощью так называемого интерфейса обработки. Уровень станции системы автоматизации подстанции включает в себя рабочую станцию оператора (OWS) с интерфейсом "человек - машина" (HMI) и межсетевой интерфейс к центру управления сетью (NCC). Интеллектуальные электронные устройства на уровне коммутационной панели, которые также могут определяться как блоки защиты уровня присоединения, которые в свою очередь присоединяются друг к другу, так же как и к интеллектуальным электронным устройствам на уровне станции через промежуточную панель или шину станции, служащую для целей обмена командами и информацией о статусе.

Стандарт связи для коммуникации между вторичными устройствами подстанции был введен как часть стандарта IEC 61850, озаглавленный как «коммуникационные сети и системы на подстанциях». Для некритичных по времени сообщений стандарт IEC 61850-8-1 определяет протокол «Спецификация производственных сообщений» (manufacturing message specification, MMS, ISO/IEC 9506), основанный на уменьшенном наборе протоколов «Взаимодействия открытых систем» (Open Systems Interconnection, OSI) с «Протоколом управления передачей» (Transmission Control Protocol, TCP) и «Протоколом межсетевого взаимодействия» (Internet Protocol, IP) в транспортном и сетевом уровне, соответственно, и сети Ethernet как физической среды. Для сообщений, основанных на критичных по времени событиях, стандарт IEC 61850-8-1 определяет «Общие объектно-ориентированные события на подстанции» (Generic Object Oriented Substation Events, GOOSE) непосредственно на канальном уровне Ethernet коммуникационного набора протоколов. Для каждого из быстроизменяющихся сигналов на уровне обработки, например такого, как измеренные аналоговые напряжения или токи, стандарт IEC 61850-9-2 определяет сервис выборочных значений (sampled value, SV), который подобно системе GOOSE производит выстраивание непосредственно на канальном уровне Ethernet (уровень 2 в протоколе взаимодействия открытых систем (OSI). Следовательно, стандарт определяет формат, чтобы публиковать как многоадресную передачу сообщений в промышленную сеть Ethernet основанные на событиях сообщения и оцифрованные данные измерения от датчиков тока или напряжения на уровне технологической обработки.

Заявка ЕР-А 2148473 на патент относится к критически важным промышленным автоматическим прикладным системам, таким как системы обработки или системы управления приводом, основанным на коммуникационной сети кольцевого типа с множеством переключающих узлов и работающим с одновременной двусторонней связью. Передача данных в масштабе реального времени для критичных по времени и критичных в отношении к оперативной готовности автоматических систем требует как непрерывной устойчивости против неисправностей в сети, так и детерминированной доставки критичных по времени данных. Непрерывная стойкость против неисправностей на линии в сети может быть обеспечена за счет того, что каждому узлу дается два коммуникационных порта и этим узлам дается возможность высылать блоки данных с идентичными полезными нагрузками через оба порта, как, например, определено в стандарте IEC 62439-3 пункт 5 (называемая непрерывной устойчивостью с высокой степенью доступности, HSR). Следовательно, для каждого сообщения, которое должно быть выслано по типичной коммуникационной сети кольцевого типа, исходный и дублированный блок данных передаются в противоположных направлениях, при этом оба блока данных ретранслируются другими узлами сети кольцевого типа до тех пор, пока они в конечном итоге не вернутся обратно к узлу, являющемуся исходящим для блока данных. Вследствие этого нагрузка на сеть приблизительно удваивается по отношению к традиционной сети кольцевого типа, но узел назначения будет принимать данные после максимальной задержки передачи, которая эквивалентна самому длинному возможному пути по кольцу. Таким образом, в состоянии отсутствия неисправности узел назначения принимает два избыточных блока данных с одинаковым содержимым с определенным отклонением по времени благодаря тому факту, что в то время как один блок данных принимается непосредственно из соседнего узла, другой блок данных проходит все кольцо. Избыточные блоки данных могут быть идентифицированы с помощью последовательного номера, следовательно, узел может обнаруживать дублированные блоки и только перенаправлять более ранний или первый блок данных из двух блоков к протоколам верхнего уровня и отбрасывать последний или второй блок данных.

Детерминированная передача данных гарантирует, что данные доставляются в состоянии отсутствия сбоев с максимальной задержкой между моментом, когда они готовы для передачи в источнике данных, и моментом, когда они принимаются в месте их окончательного назначения, несмотря на возможные ошибки или задержки при передаче данных. Детерминированная передача данных требует, чтобы была предварительно назначена достаточная ширина полосы частот. Предполагается, что каждый узел будет передавать данные с фиксированной длиной на фиксированной частоте, которая определяется после конфигурации всей сети, таким образом занимая фиксированную часть полосы частот. Задержка распространения при перемещении по среде передачи, так же как и задержка при переадресации для узловых переключателей и немного чрезмерная задержка распространения, должны быть добавлены к продолжительности самого блока данных. Следовательно, в худшем случае типичная загруженность среды передачи, соединяющей 5 узлов с каждым узлом, передающим на частоте 1 кГц блоки данных в 2500 бит на скорости 100 Мбит/с, плюс 5 мкс времени распространения (в результате получая 30 мкс продолжительности на блок данных), по меньшей мере равна 5×30×10 -6×103=15%.

В коммуникационных сетях реального времени, таких как IEC 61850-9-2, поток информации обмена выполняется за счет периодической посылки блоков R данных, где «R» обозначает "regular" (нормальный) или "real-time" (в реальном времени). И наоборот, некритические данные мягкого реального времени подчиняются ослабленным требования распределения по времени, при этом ожидается, что они должны подвергаться задержкам при доставке только с определенной вероятностью. Этот некритический поток информации обмена выполняется с помощью блоков S данных, где «S» обозначает "sporadic" (спорадический) или "soft-time" (мягкого реального времени). Минимальная пропускная способность сети, необходимая для блоков R данных, может быть оценена на этапе наладки, например, из файла «Описание конфигурации подстанции» (SCD), определяемого в стандарте IEC 61850. Этот файл описания конфигурации подстанции показывает, как часто необходимо передавать критичные по времени блоки данных выборочных значений SV и общие объектно-ориентированные события на подстанции (GOOSE), а так же какой размер они имеют, при этом они содержат подсекцию коммуникации, определяющую топологию сети и количество переключателей. Однако задержки коммуникации для блоков R данных могут превышать количества, рассчитанные на этапе наладки, поскольку имеют место конфликтные ситуации внутри переключателя, и блок R данных, несмотря на его более высокий приоритет, должен быть поставлен в очередь, когда блок S данных передается через ту же самую среду.

Детерминированная коммуникация традиционно обеспечивается за счет ограничения производительности каждого узла, для того чтобы исключить перегрузку, кроме этого за счет регулирования потока информации обмена с тем, чтобы исключались конфликтные ситуации, например используя одно из следующих средств: 1) множественный доступ с временным разделением каналов (TDMA), при этом распределение временных интервалов переключается с помощью общих часов, установленных перед тем, как будет осуществляться полезная передача данных; 2) центральное активное устройство, осуществляющее опрос исходных адресов в заданной последовательности, как например определено в стандарте IEC 61735; или 3) ведущий блок данных, который вводится активным устройством и который будет наполняться и считываться всеми способствующими устройствами, например такими, как используемые раньше EtherCat. Два последних пункта являются труднодостижимыми, поскольку в них блоки данных могут дублироваться и могут иметь различные пути. Следовательно, первый способ был сохранен для получения непрерывной устойчивости с высокой степенью доступности (HSR), при этом он обеспечивает простой, основанный на синхронизации множественный доступ с временным разделением каналов (TDMA), без необходимости конфигурировать центральное активное устройство или высылать соответствующий ведущий блок данных или другой опознавательный знак.

Сеть ProfiNet (www.profibus. com) производит распознавание между данными, не относящимися к реальному времени (NRT), реальному времени (RT) и изохронному реальному времени (IRT). ProfiNet IRT использует комбинацию IEEE 1588, TDMA, и специализированные переключатели, чтобы достичь рабочих характеристик системы жесткого реального времени. При конфигурировании сети топология сети и данных, требуемых от каждого устройства, анализируются и определяются циклы с периодом реального времени и периодом не в реальном времени. Каждому устройству IRT назначается интервал времени для коммуникации в течение периода реального времени. Поскольку все устройства IRT синхронизируются с использованием IEEE 1588, только одно устройство IRT в данное время посылает пакеты данных. Переключатели со специальными буферными пакетами интегральных микросхем посылают их из устройств не-IRT в течение периода реального времени и передают их в течение периода не в реальном времени.

Раскрытие изобретения

Поэтому задача настоящего изобретения - детерминированная коммуникация с сохранением ширины полосы пропускания в коммуникационной сети. Эта задача достигается с помощью способа передачи блоков данных и коммуникационной сети в соответствии с независимыми пунктами формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения являются очевидными из зависимых пунктов формулы изобретения, в которых обозначенная зависимость пункта формулы изобретения не будет истолковываться как исключающая дополнительные имеющие смысл комбинации пунктов формулы изобретения.

В соответствии с изобретением в коммуникационной сети, соединяющей множество синхронизированных узлов, нормальные блоки данных, содержащие критичные по времени данные, передаются периодически или циклически, а спорадические блоки данных передаются непериодически или случайно. В частности, каждый узел из множества узлов передает нормальный блок данных в начале периода передачи, который является общим для всех узлов и синхронизированным среди всех узлов. Затем узел принимает нормальные блоки данных от первого соседствующего с ним узла и пересылает их в пределах того же самого периода передачи с самой короткой задержкой ко второму соседнему узлу. Кроме того, узел активно задерживает передачу любого спорадического блока данных, исходит ли он от приложения, содержащегося в самом узле, или принимается от соседнего узла, до тех пор, пока не будет закончена пересылка всех принятых нормальных блоков данных.

В предпочтительном варианте изобретения передача спорадических блоков данных задерживается до тех пор, пока не завершится нормальная фаза заданной длины, обеспечивающая передачу любого нормального блока данных к его узлу назначения. Альтернативно, передача спорадических блоков данных задерживается до тех пор, пока не будет наблюдаться конец или завершение нормальной фазы. Например, нормальная фаза считается завершенной, если передача нормальных блоков данных не совершалась в течение заданного минимального времени молчания, превышающего стандартный интервал между блоками данных двух последовательных нормальных блоков данных.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения узел проверяет или контролирует перед передачей спорадического блока данных, может ли быть завершена передача последнего, перед началом следующего периода передачи. И в отрицательном случае передача спорадического блока данных задерживается до тех пор, пока не начнется следующий период передачи.

В соответствии со стандартом IEC 62439 пункт 6 (протокол параллельного резервирования, PRP) и 62439-3 пункт 5 (HSR) каждый узел имеет два коммуникационных порта и посылает блоки данных с идентичной полезной нагрузкой через оба этих порта. Без предубеждения к произвольной, ячеистой или древовидной топологии предпочтительной топологией стандарта IEC 62439-3 пункт 5 является кольцевая топология, в которой блок данных и дублированный блок данных перемещаются в противоположных направлениях, до тех пор, пока они не удаляются узлом-источником или узлом назначения. В контексте протокола HSR (62439-3 пункт 5), изобретение имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том факте, что блок данных и его дублированный блок идентифицируются, по существу основываясь на длине блока данных, включенных в идентификатор резервирования обоих блоков данных. В этом случае решение о том, запускать передачу резервного спорадического блока данных или нет, основывается на длине блока данных спорадического блока данных, которая считывается из его идентификатора резервирования.

Таким образом, передача нормальных блоков данных всеми узлами запускается в заданный момент времени и находящиеся в очереди нормальные блоки данных пересылаются или заново передаются любым узлом, в плотной последовательности, таким образом гарантируя, что полоса частот пропускания является оптимизированной и весь нормальный поток информации обмена отправляется внутри нормальной фазы действующего периода передачи, таким образом генерируя интервал достаточной длины для передачи случайных спорадических блоков данных перед запуском следующего периода передачи.

Краткое описание чертежей

Предмет изобретения будет объясняться подробно в последующем тексте со ссылками на показательные варианты осуществления изобретения, которые иллюстрируются на прилагаемых чертежах, в которых:

фиг.1 изображает сеть автоматизации современного уровня техники с кольцевой топологией,

фиг.2 изображает базовую операцию кольцевой структуры из четырех узлов,

фиг.3 изображает последовательность блоков данных в различных местоположениях внутри узла, и

фиг.4 изображает структуру узла на примере показательного переключающего узла.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Фиг.1 изображает сеть автоматизации современного уровня техники с кольцевой топологией, в которой все переключающие узлы (1-9) внутри кольца, такие как защитные, управляющие и измерительные устройства (1-4), контрольная рабочая станция (5), генератор (6) синхронизирующих импульсов, резервированные линии (7, 8) телеуправления, так же как и промежуточные узлы (9) для некольцевых устройств (11а-11с) включают в себя переключающий элемент (103), который способен перенаправлять блоки (35а, 35b) данных из одного порта (101a, 101b) к другому порту, гарантируя циркуляцию блоков данных вокруг кольца. Переключающий элемент передающего узла (1) может вставлять блок данных, проходящий к протоколу более высоких уровней (106) или от них, через объект (105) канального уровня в каком-либо из направлений или в обоих направлениях (34а, 34b). Переключающий элемент узла (4) назначения способен принимать блоки (36а, 36b) данных с какого-либо из направлений кольца и пропускать их к их собственным протоколам более высокого уровня. В режиме HSR непрерывной устойчивости с высокой степенью доступности, в соответствии со стандартом IEC 62439-3 пункт 5, узел всегда высылает блок данных, принятый от протоколов более высокого уровня, через оба своих порта, при этом два дубликата блока данных циркулируют по шине в противоположном направлении, до тех пор, пока они не достигнут своего первоначального отправителя данных, а приемные устройства пропускают только более ранний блок данных из пары к их протоколам более высокого уровня и отбрасывают его дубликат.

Фиг.2 изображает базовую операцию кольцевой структуры из четырех узлов (1-4), в соответствии с настоящим изобретением. В общей точке в полученное время, например, из синхронизированных для узлов часов, все узлы посылают два блока R данных с критичными по времени данными, принятыми от соответствующего главного узла прикладной системы по отношению к узлу или присоединенного к узлу, через два соответствующих порта (А, В) к двум соответствующим соседним узлам. Ради удобочитаемости последующее описание ограничивается до четырех R блоков (R1-R4) данных, первоначально переданных, соответственно, через порт В одного из четырех узлов (1-4). В нижней части фиг.2 эти блоки данных изображаются как прямоугольники и различаются через вертикальную, наклонную и горизонтальную штриховку, соответствующую узлу, являющемуся источником. Все четыре узла (1-4) передают их критические по времени данные как R блоки (R1-R4) данных в начале периода передачи Transmission Period (TP) или цикла. Вследствие этого узел образует очереди блоков данных, принятых от соседнего узла, в то же время высылая свои собственные блоки данных или какой-либо ранее принятый блок данных. Находящиеся в очереди R блоки данных затем высылаются или повторно передаются с помощью узла в близкой последовательности, таким образом гарантируя, что ширина полосы частот является оптимизированной, и весь поток информации обмена для R блоков выполняется внутри того же самого периода передачи. В нижней части фиг.2 показываются три последовательности четырех блоков данных, как они наблюдаются внутри периода передачи с трех различных точек (ОР1-ОР3) сети. В первой точке ОР1 обзора между узлом 2 и узлом 3 блок R2 данных наблюдается первым, за ним следует блок R1 данных, который ранее посылался из узла 1 к узлу 2 и находился в очереди в узле 2, в то время как блок R2 данных передавался. С некоторой задержкой, вследствие более длинному пути передачи, блоки R4 и R3 данных следуют за ОР1 и завершают нормальную или периодическую фазу RP периода передачи. Во второй точке ОР2 обзора между узлом 3 и узлом 4 порядок блоков данных является другим, в котором блок R3 данных наблюдается первым, за ним следуют блоки R2 и R1 данных и в конце следует блок R4 данных. В третьей точке ОР3 обзора между узлом 4 и узлом 1 порядок следования блоков данных является следующим: R4-R3-R2-R1. B следующий период ТР2 передачи порядок блоков R данных, циркулирующих во время этого TP, и наблюдаемый с точек ОР1-ОР3 является таким же, как и предыдущий период ТР1.

При последующей повторной передаче в каждом из четырех узлов последнего одного из четырех блоков R данных, нормальная фаза для нормальных блоков данных или блоков данных реального времени завершается, и последовательно происходит спорадическая фаза SP для спорадических блоков данных. Начало спорадической фазы может быть заранее определено на основе количества, длины, и задержки распространения блоков R данных, передаваемых во время нормальной фазы, или может быть переключено с помощью очереди блоков R данных на узле, которая освобождается с минимальной задержкой по времени. Упомянутая выше постановка в очередь блоков R данных на всех узлах генерирует продолжительный временной интервал для спорадических или апериодических сообщений в конце периода передачи. Соответственно, каждый узел активно предотвращает прием блоков S данных во время нормальной фазы из узла прикладной системы более высокого уровня, а также от того, чтобы они передавались перед окончанием нормальной фазы. На фиг.2 первый период ТР1 передачи, блок S2 данных, исходящий из узла 2, наблюдается в начале спорадической фазы в точке ОР1 наблюдения. Поскольку блок S2 данных пересылается с помощью узла 3 в режиме "на лету" с минимальной задержкой, то S2 наблюдается вскоре после этого в точках ОР2 и ОР3. В спорадической фазе следующего периода ТР2 передачи узел 3 передает спорадический блок S3 данных, который затем наблюдается в этом порядке в точках ОР2, ОР3, ОР1 наблюдения.

Кроме того, поддержание периода для блоков R данных требует, чтобы блоки S данных не могли передаваться до тех пор, пока не будет существовать достаточное время для завершения их передачи, перед тем как начнется следующая нормальная фаза. Если блок S данных принимается узлом во время спорадической фазы SP для передачи, когда длина этого блока S данных не позволяет завершить передачу в течение остающейся части спорадической фазы, то она задерживается до начала спорадической фазы следующего периода передачи. Таким образом, длина спорадической фазы должна быть выбрана таким образом, чтобы обеспечить достаточное время для передачи самых длинных возможных блоков S данных. Недостатком в этом случае является то, что невозможно использовать на 100% ширину полосы частот. Если блоки S данных классифицируются в соответствии с их длиной, то в конце каждой спорадической фазы может быть введена распределенная по классам виртуальная ограничительная фаза (Guard Phase, GP), во время которой передача соответствующего блока S данных не запускается. Это изображено на фиг.2, на которой ограничительная фаза GP1 в периоде ТР1 передачи соответствует длине S2, которая подразумевает, что блоки S данных с такой же самой длиной, как S2, не выпускаются для передачи во время фазы GP1. В периоде ТР2 передачи повторная передача блока S3 данных с помощью последнего узла 2 в кольце начинается перед GP2, но выполняется только во время GP2. В любом случае передача или пересылка блоков S данных каким-либо узлом сети не производится при старте нормальной фазы. Соответственно, нет необходимости прерывать передачу блоков S данных.

Поскольку размер блоков данных обычно недоступен через заголовок блока данных сети Ethernet, блоки S данных размещаются в буфере с промежуточным хранением, чтобы рассчитать из размер. Однако блоки данных, в соответствии с протоколом HSR, переносят поле длины в своем заголовке, поэтому их длина может быть обозначена точно, без предварительной буферизации. В любом случае посылающий порт определяет длину блока данных и решает, следует ли отправлять его немедленно или только во время следующей спорадической фазы.

В качестве численного примера пропускной способности, заключая, что каждый узел посылает минимальный блок данных из 64 октета, эквивалентный 64×8=512 бит или 5 мкс при скорости сети 100 Мбит/с (или 0.5 мкс при скорости сети 1 Гбит/с) с межкадровым интервалом минимум 0.96 мкс. Некритичный по времени блок данных (S блок), такой как блок данных TCP/IP-протокола, может занимать до 1522 октета и последние приблизительно 122 мкс (или 12.2 мкс при 1 ГБит/с). С базовым периодом в 250 мкс, соответствующим самой высокой частоте передачи, составляющей 4 кГц (или 25 мкс и 40 кГц при 1 ГБит/с), существует достаточное пространство для одной максимальной длины блока S данных и блоков R данных из 21 устройства. Использование максимального размера блоков данных (160 октетов) в соответствии со стандартом 61850-9-2, уменьшает самую высокую частоту передачи до 2.5 кГц (25 кГц при 1 ГБит/с).

Фиг.3 изображает последовательность блоков данных в различных местоположениях внутри показательного узла 2. Верхняя линия изображает блоки данных, готовые для передачи во время следующей периодической фазы, в то время как вторая линия изображает блоки данных, принятые с помощью входного порта узла (порт А), а нижняя линия изображает блоки данных в выходном порте (порт В). Внутренний блок R2 данных узла пересылается к порту В с определенной задержкой передача блоков данных и коммуникационная сеть, патент № 2534931 s передачи. Поскольку время для того, чтобы передать блок данных, составляющее 12 мкс, является большим по сравнению со временем распространения между двумя узлами (1 мкс соответствует расстоянию 200 м), блок R1 данных соседнего узла 1, переключаемого в то же самое время с помощью общих часов, будет прибывать к узлу 2, в то время как этот узел передает свой собственный блок R2 данных. Затем узел добавляет блок R1 данных к своему собственному блоку R2 данных с минимальным зазором передача блоков данных и коммуникационная сеть, патент № 2534931 f (0.96 мкс при 100 Мбит/с) между блоками данных. То же самое происходит для всех последовательно принимаемых блоков R данных, таким образом выстраивая цепочку из блоков R данных с минимальным зазором между блоками данных.

В периоде ТР2 передачи внутренний спорадический блок S2 данных, принимаемый от главного узла прикладной системы по отношению к узлу, готов для передачи перед запуском спорадической фазы SP и соответственно задерживается до тех пор, пока не запустится период. Конец периодической фазы может быть определен за счет обзора первого минимального зазора между блоками данных с момента запуска периодической фазы или за счет вычисления максимальной длины периодической фазы. И наконец, в периоде ТР3 передачи спорадический блок Sx данных принимается слишком рано вследствие какой-либо ошибки и, соответственно, задерживается до тех пор, пока не запустится спорадическая фаза.

Фиг.4 окончательно изображает структуру или архитектуру узла на примере показательного переключающего узла. Каждый узел, как предполагается, различает поток информации обмена блоков R данных с высоким приоритетом, для которых должен быть обеспечен детерминизм по отношению к потоку информации обмена блоков S данных с низким приоритетом, для которых является достаточным ответ в режиме мягкого реального времени. Для получения такого результата узел имеет отдельные очереди для двух типов блоков данных, как изображено на фиг.4. Поскольку очереди в аппаратной части не могут доступны одновременно для различных редакторов, в каждом передающем порту для каждого источника используется отдельная пара очередей для R и S блоков данных. Например, передающее устройство ТХ_А на передающем порту А подпитывается из очереди S блоков S-queue SBtoA, где S блоки принимаются через порт В, в котором они организованы в очередь, S-queue SBtoA, где находятся в очереди блоки S данных из приложения, назначенного ведущим узлом, очереди R блоков R-queue RBtoA, где R блоки принимаются через порт В, в котором они организованы в очередь, так же как и очередь R блоков R-queue RCtoA, где находятся в очереди блоки R данных из приложения, назначенного ведущим узлом. Когда часы, обозначенные в начале нормального периода, посылают время для передачи блоку R данных, передающее устройство ТХ_А на передающем порту А собирает блоки R данных из очередей R блоков R-queue RCtoA и RBtoA для незамедлительной передачи.

Предложенный способ предполагает, что общие часы для всех узлов существуют и действуют с точностью около 1 мкс, синхронизируются через подходящие средства, такие как GPS, PPS, или, предпочтительно, IEEE 1588. В последнем случае каждый узел применяет гибридные часы, которые одновременно являются обыкновенными и прозрачными, а также выполняют повторную синхронизацию локальных часов в соответствии с IEEE 1588.

Когда блоки R данных были переданы, узел может посылать блоки S данных. Узел узнает, что критичная по времени фаза завершается, когда и входная очередь, и выходная очередь являются недействительными в течение времени, которое больше, чем пространство между блоками данных или зазор передача блоков данных и коммуникационная сеть, патент № 2534931 f. Это позволяет освобождать очередь из блоков S данных во время спорадической фазы. Периодическая фаза должна быть спроектирована таким образом, чтобы всегда существовало достаточно места, по меньшей мере, для одного блока S данных.

И последнее, настоящее изобретение может быть использовано без дополнительной модификации, чтобы объединять несколько кольцеобразных коммуникационных сетей, например, с помощью разветвителей в соответствии со стандартом IEC 62439-3 пункт 5, как более подробно изложено в ЕР-А 2148473. В этом случае внутренние блоки данных разветвителей (соответствующие блокам данных из приложения, назначенного ведущим узлом в приведенном выше примере) действительно принадлежат к соседнему кольцу.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ передачи блоков данных в коммуникационной сети, взаимодействующей с множеством синхронизированных узлов (1-4), причем узлы периодически передают нормальные блоки (R1-R4) данных, содержащие критичные по времени данные, и непериодически передают спорадические блоки (S2-S4) данных, при этом способ содержит этапы, на которых:

передают каждым узлом из множества узлов нормальный блок (R1-R4) данных в начале общего периода (ТР1, ТР2) передачи,

принимают узлом (2) нормальные блоки (R1, R4, R3) данных от первого соседнего узла (1) и пересылают в пределах того же периода передачи принятые нормальные блоки второму соседнему узлу (3), и

задерживают узлом передачу спорадического блока (S2) данных до завершения пересылки всех принятых нормальных блоков данных.

2. Способ по п.1, содержащий этап, на котором задерживают передачу спорадического блока данных до наблюдаемого конца нормальной фазы (RP), предназначенной для передачи нормальных блоков данных.

3. Способ по п.1 или 2, содержащий этап, на котором проверяют посредством указанного узла перед передачей спорадического блока данных, может ли быть завершена передача спорадического блока данных до начала следующего периода (ТР2) передачи.

4. Способ по п.1 или 2, в котором коммуникационная сеть является кольцом, при этом способ содержит этап, на котором передают узлом источника (1) блок (34а) данных и дублированный блок (34b) данных соответственно первому и второму соседним узлам, при этом блок данных и дублированный блок данных идентифицируются с помощью идентификатора избыточности.

5. Способ по п.4, в котором идентификатор избыточности содержит длину блока данных, при этом способ содержит этап, на котором проверяют посредством указанного узла перед передачей спорадического блока данных или дублированного спорадического блока данных, может ли быть выполнена передача спорадического блока данных или дублированного спорадического блока данных до начала следующего периода (ТР2) передачи, на основе идентификатора избыточности, содержащего длину блока данных.

6. Способ по п.1, содержащий этап, на котором ставят посредством указанного узла (2) нормальный блок (R1) данных, принятый от первого соседнего узла (1) и подлежащий пересылке второму соседнему узлу (3), в нормальную очередь (RBtoA), и ставят посредством указанного узла (2) нормальный блок, принятый от приложения, находящегося в узле (2), и подлежащий передаче второму соседнему узлу (3), в другую очередь (RCtoA).

7. Коммуникационная сеть, взаимодействующая с множеством синхронизированных узлов (1-4), причем узлы выполнены с возможностью периодической передачи нормальных блоков (R1-R4) данных, содержащих критичные по времени данные, и с возможностью непериодической передачи спорадических блоков (S2, S3) данных, при этом узлы сети содержат средства для:

передачи в начале общего периода (ТР1, ТР2) передачи нормального блока (R1-R4) данных,

приема нормальных блоков (R1, R4, R3) данных от первого соседнего узла (1), и пересылки в пределах того же периода передачи принятых нормальных блоков второму соседнему узлу (3), и

задержки передачи спорадического блока (S2) данных до завершения пересылки всех принятых нормальных блоков данных.

8. Коммуникационная сеть по п.7, в которой узлы сети содержат средства для задержки передачи спорадического блока до наблюдения конца нормальной фазы (RP).

9. Коммуникационная сеть по п.7 или 8, в которой узлы сети содержат средства для проверки узлом до передачи спорадического блока данных, может ли быть выполнена передача спорадического блока данных до начала следующего периода (ТР2) передачи.

10. Коммуникационная сеть по п.7 или 8, в которой коммуникационная сеть является кольцом и выполнена с возможностью отправки блока (34а) данных и дублированного блока (34b) данных посредством узла источника (1) соответственно первому и второму соседним узлам и идентификации блока данных и дублированного блока данных посредством идентификатора избыточности.

11. Коммуникационная сеть по п.10, в которой идентификатор избыточности содержит длину блока данных, при этом узлы сети содержат средства для проверки перед передачей спорадического блока данных или дублированного спорадического блока данных, может ли быть выполнена передача спорадического блока данных или дублированного спорадического блока данных до начала следующего периода (ТР2) передачи, на основе идентификаторе избыточности, содержащего длину блока данных.

12. Коммуникационная сеть по п.7, в которой узлы относятся к интеллектуальным электронным устройствам (IEDs) системы управления процессом (PC) или автоматизации подстанции (SA).


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2534931

patent-2534931.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс H04L12/40 сети коммуникаций

Патенты РФ в классе H04L12/40:
коммуникационная сеть для связанного с колеей транспортного средства -  патент 2523869 (27.07.2014)
передатчик ввода-вывода технологического процесса с двухпроводным контуром, получающий питание из двухпроводного контура -  патент 2507695 (20.02.2014)
оценка синхронизации для настройки скорости передачи данных в системе связи -  патент 2507694 (20.02.2014)
способ обеспечения одноранговой связи на веб-странице -  патент 2498520 (10.11.2013)
способ и устройство контроля активации блока мультиплексной сети посредством подсчета несвоевременных активаций -  патент 2497291 (27.10.2013)
система цифровой оперативно-технологической связи железнодорожного транспорта -  патент 2497187 (27.10.2013)
управление по шине для бытового устройства -  патент 2494556 (27.09.2013)
шинное управление для бытового электроприбора -  патент 2493662 (20.09.2013)
способ и фильтрующее устройство для фильтрации сообщений, поступающих абоненту коммуникационной сети по последовательной шине данных этой сети -  патент 2487483 (10.07.2013)
управление шиной для бытового электроприбора -  патент 2485567 (20.06.2013)


Наверх