DE102022005152B4 - Ethernet frame, Ethernet-based network and method for data communication in an Ethernet-based network - Google Patents
Ethernet frame, Ethernet-based network and method for data communication in an Ethernet-based network Download PDFInfo
- Publication number
- DE102022005152B4 DE102022005152B4 DE102022005152.4A DE102022005152A DE102022005152B4 DE 102022005152 B4 DE102022005152 B4 DE 102022005152B4 DE 102022005152 A DE102022005152 A DE 102022005152A DE 102022005152 B4 DE102022005152 B4 DE 102022005152B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- frame
- ethernet
- field
- group
- data
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims abstract description 92
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 79
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 62
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 51
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 9
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 21
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 12
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 10
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 238000010327 methods by industry Methods 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 2
- 241001136792 Alle Species 0.000 description 1
- 125000002015 acyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 1
- 238000004801 process automation Methods 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/418—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM]
- G05B19/4185—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM] characterised by the network communication
- G05B19/4186—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM] characterised by the network communication by protocol, e.g. MAP, TOP
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L12/00—Data switching networks
- H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
- H04L12/40—Bus networks
- H04L12/407—Bus networks with decentralised control
- H04L12/413—Bus networks with decentralised control with random access, e.g. carrier-sense multiple-access with collision detection [CSMA-CD]
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
- H04L45/74—Address processing for routing
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
- H04L67/01—Protocols
- H04L67/12—Protocols specially adapted for proprietary or special-purpose networking environments, e.g. medical networks, sensor networks, networks in vehicles or remote metering networks
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L69/00—Network arrangements, protocols or services independent of the application payload and not provided for in the other groups of this subclass
- H04L69/30—Definitions, standards or architectural aspects of layered protocol stacks
- H04L69/32—Architecture of open systems interconnection [OSI] 7-layer type protocol stacks, e.g. the interfaces between the data link level and the physical level
- H04L69/322—Intralayer communication protocols among peer entities or protocol data unit [PDU] definitions
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L69/00—Network arrangements, protocols or services independent of the application payload and not provided for in the other groups of this subclass
- H04L69/30—Definitions, standards or architectural aspects of layered protocol stacks
- H04L69/32—Architecture of open systems interconnection [OSI] 7-layer type protocol stacks, e.g. the interfaces between the data link level and the physical level
- H04L69/322—Intralayer communication protocols among peer entities or protocol data unit [PDU] definitions
- H04L69/323—Intralayer communication protocols among peer entities or protocol data unit [PDU] definitions in the physical layer [OSI layer 1]
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L69/00—Network arrangements, protocols or services independent of the application payload and not provided for in the other groups of this subclass
- H04L69/30—Definitions, standards or architectural aspects of layered protocol stacks
- H04L69/32—Architecture of open systems interconnection [OSI] 7-layer type protocol stacks, e.g. the interfaces between the data link level and the physical level
- H04L69/322—Intralayer communication protocols among peer entities or protocol data unit [PDU] definitions
- H04L69/324—Intralayer communication protocols among peer entities or protocol data unit [PDU] definitions in the data link layer [OSI layer 2], e.g. HDLC
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
- G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
- G05B19/0423—Input/output
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/31—From computer integrated manufacturing till monitoring
- G05B2219/31145—Ethernet
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L43/00—Arrangements for monitoring or testing data switching networks
- H04L43/08—Monitoring or testing based on specific metrics, e.g. QoS, energy consumption or environmental parameters
- H04L43/0823—Errors, e.g. transmission errors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Computer Security & Cryptography (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Small-Scale Networks (AREA)
Abstract
Ethernet-Frame zur Datenkommunikation in einem Netzwerk mit einem Kontrollgerät (1) und mehreren mit dem Kontrollgerät (1) verbundenen Endgeräten (11-14), das Ethernet-Frame (EF) umfassend: einen Ethernet-Frame-Header (EFH) und ein Ethernet-Frame-Datenfeld (EFD); mehrere im Ethernet-Frame-Datenfeld (EFD) enthaltene Geräte-Frames (DF11 - DF14), die einem oder mehreren der Endgeräte (11-14) zugeordnet sind; wobei die Geräte-Frames (DF11 - DF14) jeweils ein Geräte-Frame-Datenfeld (DFD) mit zu verarbeitenden Nutzdaten und einen Geräte-Frame-Header (DFH) mit einem Ziel-Identifikationsfeld DestinationID) zur Identifizierung eines Adressaten des jeweiligen Geräte-Frames (DF11 - DF14) aufweisen; und ein Zwischenlevel-Frame (LF), das im Ethernet-Frame-Datenfeld (EFD) enthalten ist, vorzugsweise das Ethernet-Frame-Datenfeld (EFD) bildet; wobei das Zwischenlevel-Frame (LF) ein Zwischenlevel-Frame-Datenfeld (LFD) mit den mehreren Geräte-Frames (DF11 - DF14) und einen für die Geräte-Frames (DF11 - DF14) gemeinsamen Zwischenlevel-Frame-Header (LFH) mit einem Quellen-Identifikationsfeld (SourceID) zur Identifizierung eines Senders des Ethernet-Frames (EF) aufweist. Ethernet frame for data communication in a network with a control device (1) and several terminal devices (11-14) connected to the control device (1), the Ethernet frame (EF) comprising: an Ethernet frame header (EFH) and an Ethernet frame data field (EFD); several device frames (DF11 - DF14) contained in the Ethernet frame data field (EFD), which are assigned to one or more of the terminal devices (11-14); wherein the device frames (DF11 - DF14) each have a device frame data field (DFD) with payload data to be processed and a device frame header (DFH) with a destination identification field (DestinationID) for identifying an addressee of the respective device frame (DF11 - DF14); and an intermediate level frame (LF) which is contained in the Ethernet frame data field (EFD), preferably forming the Ethernet frame data field (EFD); wherein the intermediate level frame (LF) has an intermediate level frame data field (LFD) with the plurality of device frames (DF11 - DF14) and an intermediate level frame header (LFH) common to the device frames (DF11 - DF14) with a source identification field (SourceID) for identifying a sender of the Ethernet frame (EF).
Description
Die Erfindung betrifft eine auf Ethernet basierende Datenkommunikation, die insbesondere für die Datenkommunikation auf Feldebene geeignet ist.The invention relates to an Ethernet-based data communication which is particularly suitable for data communication at field level.
Mit der Einführung der Single Pair Ethernet-Standards (SPE) 10BASE-T1S/L nach IEEE 802.3cg kann im Bereich der Fabrik- und Prozessautomation, der Gebäudeautomation und grundsätzlich auch in anderen Bereichen der Automation erstmals eine durchgängig auf Ethernet basierende Kommunikation bis in die Feldebene, d. h. bis zu den Sensoren und Aktoren, umgesetzt werden. Über die direkte Ethernet-basierte Anbindung an ein Kontrollgerät, beispielsweise eine SPS, hinaus kann damit auch die Kommunikation eines Sensors oder Aktors direkt mit der Leitebene oder der Cloud verwirklicht werden.With the introduction of the Single Pair Ethernet standards (SPE) 10BASE-T1S/L according to IEEE 802.3cg, it is now possible for the first time to implement consistent Ethernet-based communication down to the field level, i.e. down to the sensors and actuators, in the areas of factory and process automation, building automation and, in principle, other areas of automation. In addition to the direct Ethernet-based connection to a control device, such as a PLC, this also enables communication between a sensor or actuator and the control level or the cloud.
In den höheren Ebenen der Automatisierungspyramide existieren bereits auf Ethernet basierende Protokolle (Industrial Ethernet), welche diese Art der Kommunikation in unterschiedlichen Bereichen vollumfänglich auf 10/100/1000BASE-T2/4 umsetzen. Allerdings sind die bekannten Lösungen für spezielle Anwendungsfelder definiert und im Verlaufe der Zeit in Ihren Möglichkeiten gewachsen. Beispielhaft seien die Protokolle PROFINET, Ethernet/IP, EtherCAT, POWERLINK, OPC-UA und Modbus-TCP genannt. Mit den Möglichkeiten sind auch die Anforderungen an die Hardware der zum Netzwerk gehörenden Geräte gewachsen, wie etwa die Anforderungen an die CPU, die Größe der Datenspeicher und an die Echtzeitfähigkeit. Dies erschwert und verhindert bisher den Einsatz der vorhandenen Technologien im Bereich der „preissensitiven“ Sensorik.In the higher levels of the automation pyramid, Ethernet-based protocols (Industrial Ethernet) already exist, which fully implement this type of communication in various areas on 10/100/1000BASE-T2/4. However, the known solutions are defined for specific fields of application and their possibilities have grown over time. Examples include the PROFINET, Ethernet/IP, EtherCAT, POWERLINK, OPC-UA and Modbus-TCP protocols. As the possibilities have grown, so have the requirements for the hardware of the devices belonging to the network, such as the requirements for the CPU, the size of the data storage and the real-time capability. This has made it difficult and prevented the use of existing technologies in the area of "price-sensitive" sensors.
Ein weiterer Gesichtspunkt ist die Einsatzfähigkeit im Safety-Umfeld, in dem eine funktional sichere Kommunikation gewährleistet sein muss. Dazu werden die bekannten Protokolle im Sinne des ISO/OSI-Referenzmodells für den Bereich der funktionalen Sicherheit um eine zusätzliche Sicherheitskommunikationsschicht erweitert, wie etwa PROFISafe und FailSafe over EtherCAT (FSoE). Die jeweilige Safety-Erweiterung sieht das Protokoll als sogenannten Black-Channel. Die für den Einsatz im Bereich der funktionalen Sicherheit erweiterten Protokolle erfordern weitere Hardware. Beispielsweise ist bei PROFINET plus PROFISafe ein Sicherheitsmonitor erforderlich.Another aspect is the usability in a safety environment, in which functionally safe communication must be guaranteed. For this purpose, the known protocols in the sense of the ISO/OSI reference model for the area of functional safety are extended by an additional safety communication layer, such as PROFISafe and FailSafe over EtherCAT (FSoE). The respective safety extension sees the protocol as a so-called black channel. The protocols extended for use in the area of functional safety require additional hardware. For example, a safety monitor is required for PROFINET plus PROFISafe.
Die
Die
Gemäß
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine auf dem Ethernet-Standard basierende Datenkommunikation mit Endgeräten, wie insbesondere Sensoren, Stellgliedern und anderen Aktoren, d. h. eine Kommunikation auf Feldebene bzw. bis in die Feldebene, zu ermöglichen.Against this background, it is an object of the invention to enable data communication based on the Ethernet standard with terminal devices, such as in particular sensors, actuators and other actuators, i.e. communication at field level or up to the field level.
Eine Aufgabe kann auch darin bestehen, ein Protokoll für eine Ethernet-basierte Datenkommunikation zu schaffen, das an die Hardware der Kommunikationsteilnehmer geringere Anforderungen als bekannte Protokolle stellt.One task may also be to create a protocol for Ethernet-based data communication that places lower demands on the hardware of the communication participants than known protocols.
Wünschenswert sind ein Protokoll für eine Ethernet-basierte Datenkommunikation, ein Netzwerk mit Netzwerkkomponenten für die Ethernet-basierte Datenkommunikation und ein Verfahren zur Ethernet-basierten Datenkommunikation, die eine flexible Konfigurierung des Netzwerks ermöglichen.What is desirable is a protocol for Ethernet-based data communication, a network with network components for Ethernet-based data communication and a method for Ethernet-based data communication that enable flexible configuration of the network.
Noch eine Aufgabe kann darin bestehen, die funktionale Sicherheit der Datenkommunikation in einem Ethernet-basierten Netzwerk, das einen oder mehrere als Black-Channel einzustufende Kommunikationskanäle aufweist, zu erhöhen.Another task may be to increase the functional safety of data communication in an Ethernet-based network that has one or more communication channels that can be classified as black channels.
Gegenstand der Erfindung sind ein Ethernet-Frame zur Datenkommunikation in einem Ethernet-fähigen Netzwerk, ein Ethernet-fähiges Netzwerk mit Netzwerkkomponenten, die zur Datenkommunikation unter Verwendung des erfindungsgemäßen Ethernet-Frames eingerichtet sind, und ein Verfahren zur Datenkommunikation in einem Ethernet-fähigen Netzwerk unter Verwendung des erfindungsgemäßen Ethernet-Frames. Das Netzwerk umfasst ein Kontrollgerät, mehrere mit dem Kontrollgerät verbundene Endgeräte und optional einen oder mehrere Verteiler, wie beispielsweise einen oder mehrere Switches und/oder Bridges und/oder Hubs. Die Erfindung ist hinsichtlich der Topologie des Netzwerks nicht beschränkt und kann mit Linienstrukturen, Sternstrukturen, Ringstrukturen und auch Mischformen unterschiedlicher Topologien zum Einsatz kommen. Das Netzwerk kann mehrere mit den Endgeräten und/oder untereinander verbundene Kontrollgeräte umfassen. Wenn nachfolgend nur von einem oder dem Kontrollgerät die Rede ist, gelten diese Ausführungen sinngemäß stets auch in Bezug auf jedes optional weitere Kontrollgerät des Netzwerks.The invention relates to an Ethernet frame for data communication in an Ethernet-capable network, an Ethernet-capable network with network components that are set up for data communication using the Ethernet frame according to the invention, and a method for data communication in an Ethernet-capable network using the Ethernet frame according to the invention. The network comprises a control device, several terminal devices connected to the control device and optionally one or more distributors, such as one or more switches and/or bridges and/or hubs. The invention The application is not limited in terms of the topology of the network and can be used with line structures, star structures, ring structures and also mixed forms of different topologies. The network can include several control devices connected to the end devices and/or to each other. If only one or the control device is mentioned below, these statements always apply analogously to any optional additional control device in the network.
Das Ethernet-Frame umfasst einen Ethernet-Frame-Header und ein Ethernet-Frame-Datenfeld für Nutzdaten. Der Ethernet-Frame-Header ist ein Ethernet-Standard-Header vorzugsweise nach IEEE 802.1q. Das Ethernet-Frame-Datenfeld enthält mehrere Geräte-Frames, die einem oder mehreren der Endgeräte zugeordnet sind. Die Geräte-Frames umfassen jeweils ein Geräte-Frame-Datenfeld mit zu verarbeitenden Nutzdaten und einen Geräte-Frame-Header, der insbesondere ein Ziel-Identifikationsfeld zur Identifizierung eines Adressaten des jeweiligen Geräte-Frame enthalten kann. Adressat des jeweiligen Geräte-Frame kann eines der Endgeräte oder das Kontrollgerät sein.The Ethernet frame includes an Ethernet frame header and an Ethernet frame data field for user data. The Ethernet frame header is an Ethernet standard header, preferably in accordance with IEEE 802.1q. The Ethernet frame data field contains several device frames that are assigned to one or more of the end devices. The device frames each include a device frame data field with user data to be processed and a device frame header, which can in particular contain a destination identification field for identifying an addressee of the respective device frame. The addressee of the respective device frame can be one of the end devices or the control device.
Die Zuordnung zwischen den Geräte-Frames und den Endgeräten kann bijektiv sein, so dass jedem der Geräte-Frames genau eines der Endgeräte und jedem dieser Endgeräte genau eines der Geräte-Frames zugeordnet ist. Die Zuordnung kann stattdessen auch derart sein, dass einem der Endgeräte mehrere oder auch alle der im Ethernet-Frame enthaltenen Geräte-Frames oder mehreren der Endgeräte jeweils mehrere der im Ethernet-Frame enthaltenen Geräte-Frames zugeordnet sind. Handelt es sich um ein vom Kontrollgerät gesendetes Ethernet-Frame, sind die Nutzdaten des jeweiligen Geräte-Frames Nutzdaten zur Verarbeitung durch das zugeordnete Endgerät. Sendet eines der Endgeräte das Ethernet-Frame, handelt es sich um Nutzdaten zur Verarbeitung durch das Kontrollgerät oder ein anderes oder mehrere andere der Endgeräte.The assignment between the device frames and the end devices can be bijective, so that each of the device frames is assigned to exactly one of the end devices and each of these end devices is assigned exactly one of the device frames. Instead, the assignment can also be such that one of the end devices is assigned several or all of the device frames contained in the Ethernet frame, or several of the end devices are each assigned several of the device frames contained in the Ethernet frame. If it is an Ethernet frame sent by the control device, the payload of the respective device frame is payload data for processing by the assigned end device. If one of the end devices sends the Ethernet frame, it is payload data for processing by the control device or one or more other end devices.
Bei den vom Kontrollgerät gesendeten Nutzdaten kann es sich beispielsweise um Daten zur Konfigurierung der Endgeräte (Konfigurationsdaten) oder um eine Anforderung an einen Sensor zum Senden von Messdaten oder eine Anweisung an einen Aktor zur Ausführung einer Stellbewegung handeln. Bei den von einem Endgerät gesendeten Nutzdaten kann es sich um Messdaten physikalischer und/oder chemischer Messgrößen, wie etwa Temperaturwerte und/oder Druckwerte und/oder Volumenstromwerte und/oder Füllstandswerte und/oder Positionsdaten und/oder Geschwindigkeitswerte und/oder pH-Werte und oder Werte für stoffliche Konzentrationen und dergleichen, handeln, um nur Beispiele zu nennen. Weitere Arten von Nutzdaten sind beispielsweise Ereignisdaten und Alarmdaten.The user data sent by the control device can, for example, be data for configuring the end devices (configuration data) or a request to a sensor to send measurement data or an instruction to an actuator to carry out an actuating movement. The user data sent by an end device can be measurement data of physical and/or chemical variables, such as temperature values and/or pressure values and/or volume flow values and/or fill level values and/or position data and/or speed values and/or pH values and/or values for material concentrations and the like, to name just a few examples. Other types of user data include event data and alarm data.
Das Ethernet-Frame umfasst ein Zwischenlevel-Frame, das im Ethernet-Frame-Datenfeld enthalten ist. Vorzugsweise enthält das Ethernet-Frame-Datenfeld genau ein Zwischenlevel-Frame. Insbesondere kann es aus dem Zwischenlevel-Frame bestehen. Das Zwischenlevel-Frame umfasst ein Zwischenlevel-Frame-Datenfeld mit den mehreren Geräte-Frames und einen für die Geräte-Frames gemeinsamen Zwischenlevel-Frame-Header. Die Geräte-Frames sind im Zwischenlevel-Frame unter dem gemeinsamen Zwischenlevel-Frame-Header zusammengefasst.The Ethernet frame comprises an intermediate level frame that is contained in the Ethernet frame data field. Preferably, the Ethernet frame data field contains exactly one intermediate level frame. In particular, it can consist of the intermediate level frame. The intermediate level frame comprises an intermediate level frame data field with the multiple device frames and an intermediate level frame header common to the device frames. The device frames are summarized in the intermediate level frame under the common intermediate level frame header.
In vorteilhaften Ausführungen umfasst der Zwischenlevel-Frame-Header ein Quellen-Identifikationsfeld zur Identifizierung des Senders des Ethernet-Frames. Sender des jeweiligen Ethernet-Frames kann das Kontrollgerät oder eines der Endgeräte sein. Die Schaffung des Ziel-Identifikationsfelds im Header des jeweiligen Geräte-Frames und des Quellen-Identifikationsfelds im Header des Zwischenlevel-Frames ermöglicht eine Punkt-zu-Punkt (P2P) Kommunikation zwischen dem Kontrollgerät und den Endgeräten und auch von Endgeräten untereinander. Es müssen nur der Sender im Quellen-Identifikationsfeld des Zwischenlevel-Frame-Headers und der Adressat im Ziel-Identifikationsfeld des Geräte-Frame-Headers eindeutig von jeweils allen anderen kommunizierenden Geräten unterscheidbar identifiziert sein.In advantageous embodiments, the intermediate level frame header includes a source identification field for identifying the sender of the Ethernet frame. The sender of the respective Ethernet frame can be the control device or one of the end devices. The creation of the destination identification field in the header of the respective device frame and the source identification field in the header of the intermediate level frame enables point-to-point (P2P) communication between the control device and the end devices and also between end devices. Only the sender in the source identification field of the intermediate level frame header and the recipient in the destination identification field of the device frame header must be clearly identified and distinguishable from all other communicating devices.
Sendet das Kontrollgerät ein Ethernet-Frame an mehrere Endgeräte, enthalten das Quellen-Identifikationsfeld des Zwischenlevel-Frame-Headers eine Identifikation in Form einer Bitfolge, die das Kontrollgerät identifiziert, und das Ziel-Identifikationsfeld im Header des jeweiligen Geräte-Frames eine Identifikation in Form einer Bitfolge, die das damit adressierte Endgerät identifiziert. Sendet eines der Endgeräte ein Ethernet-Frame, enthält das Quellen-Identifikationsfeld dieses Ethernet-Frames eine Identifikation in Form einer Bitfolge, die das sendende Endgerät identifiziert. Zugleich enthält das Ziel-Identifikationsfeld im Header des oder der Geräte-Frames, das oder die dem sendenden Endgerät zugeordnet ist oder sind, eine Bitfolge, die das Kontrollgerät oder ein anderes Endgerät als Adressaten des Ethernet-Frames identifiziert. Die Identifikation des Senders und des Adressaten kann eine CRC-Signatur eines das jeweilige Gerät eindeutig identifizierenden Parameters sein, beispielsweise der MAC-Adresse des jeweiligen Geräts. Das Generatorpolynom zur Erzeugung der jeweiligen CRC-Signatur wird vorteilhafterweise so gewählt, dass die CRC-Signaturen den Sender und den Adressaten im Netzwerk eindeutig identifizieren. Wird die CRC-Signatur auf der MAC-Adresse erzeugt, haben sich hierfür CRC-16-Signaturen bewährt.If the control device sends an Ethernet frame to several end devices, the source identification field of the intermediate level frame header contains an identification in the form of a bit sequence that identifies the control device, and the destination identification field in the header of the respective device frame contains an identification in the form of a bit sequence that identifies the end device addressed with it. If one of the end devices sends an Ethernet frame, the source identification field of this Ethernet frame contains an identification in the form of a bit sequence that identifies the sending end device. At the same time, the destination identification field in the header of the device frame(s) assigned to the sending end device contains a bit sequence that identifies the control device or another end device as the addressee of the Ethernet frame. The identification of the sender and the addressee can be a CRC signature of a parameter that uniquely identifies the respective device, for example the MAC address of the respective device. The generator polynomial for generating the respective CRC signature is advantageously chosen so that the CRC signatures clearly identify the sender and the recipient in the network. If the If a CRC signature is generated on the MAC address, CRC-16 signatures have proven to be effective for this purpose.
Das Zwischenlevel-Frame ist somit richtungsabhängig und ermöglicht eine gerichtete Kommunikation zwischen dem Kontrollgerät und optional einem oder mehreren weiteren Kontrollgeräten und den Endgeräten, optional auch zwischen Kontrollgeräten untereinander und/oder Endgeräten untereinander. Das Adressfeld im Header des Ethernet-Frames, d.h. das allgemeine Ethernet-Adressfeld, kann auf Multicast gesetzt werden. Die Ethernet-Frames sind unter dieser Voraussetzung richtungsunabhängig. Vom Kontrollgerät oder einem der Endgeräte gesendete Ethernet-Frames gelangen dann zu allen anderen Geräten des Netzwerks. Verfügt das Netzwerk über einen oder mehrere Verteiler, die für eine Filterung der Ethernet-Frames eingerichtet sind, wie etwa einen oder mehrere für eine Filterung eingerichtete Switches, und ist eines oder sind mehrere der Endgeräte voll Ethernet-fähig, kann das jeweilige Endgerät in das Adressfeld im Header des Ethernet-Frames, anstelle eines Multicast, die MAC-Adresse des Kontrollgeräts schreiben, um ein gerichtetes Ethernet-Frame zu senden und dadurch das Netzwerk zu entlasten. Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist jedoch, dass die Datenkommunikation innerhalb des Netzwerks unterhalb des Ethernet-Standards, allein auf der Ebene des Zwischenlevel-Frames und der Geräte-Frames stattfinden kann. Somit können auch Endgeräte in das Netzwerk eingebunden werden, die keinen Ethernet-Standardanschluss (RJ45 M12) aufweisen. Als Anschluss genügt beispielsweise eine einfache Schraubklemme. Insbesondere wird kein Speicherplatz für das sonst erforderliche TCP/IP Stack benötigt. Die Recheneinheit des jeweiligen Endgeräts kann im Vergleich zu einem selbstständig Ethernet-fähigen Endgerät vereinfacht und dadurch erheblich verbilligt werden.The intermediate level frame is therefore direction-dependent and enables directed communication between the control device and optionally one or more other control devices and the end devices, optionally also between control devices and/or end devices. The address field in the header of the Ethernet frame, i.e. the general Ethernet address field, can be set to multicast. Under this condition, the Ethernet frames are direction-independent. Ethernet frames sent by the control device or one of the end devices then reach all other devices in the network. If the network has one or more distributors that are set up to filter the Ethernet frames, such as one or more switches set up for filtering, and one or more of the end devices is fully Ethernet-capable, the respective end device can write the MAC address of the control device into the address field in the header of the Ethernet frame, instead of a multicast, in order to send a directed Ethernet frame and thereby relieve the network. A particular advantage of the invention is that data communication within the network can take place below the Ethernet standard, solely at the level of the intermediate level frame and the device frame. This means that terminal devices that do not have a standard Ethernet connection (RJ45 M12) can also be integrated into the network. A simple screw terminal, for example, is sufficient as a connection. In particular, no storage space is required for the TCP/IP stack that would otherwise be required. The computing unit of the respective terminal device can be simplified compared to a standalone Ethernet-capable terminal device and thus made considerably cheaper.
Die Begriffe „Ethernet-fähig“ und „Ethernet-basiert“ bedeuten im Kontext der Erfindung, dass die Netzwerkkomponenten, wie insbesondere das jeweilige Kontrollgerät und das jeweilige Endgerät sowie ein oder mehrere optional vorhandene Verteiler des Netzwerks, das Ethernet-Frame empfangen, im Umfang des Zwischenlevel-Frames lesen, datentechnisch verarbeiten und ein Ethernet-Frame mit gerätespezifischen Steuerungsdaten und Nutzdaten im jeweiligen Geräte-Frame und Steuerungsdaten im Zwischenlevel-Frame-Header erzeugen und senden können. Das Netzwerk kann vorteilhafterweise ein oder mehrere Netzwerkkomponenten umfassen, die auch den Ethernet-Header verarbeiten und verändern können, beispielsweise das Kontrollgerät und/oder ein optional weiteres Kontrollgerät und/oder eines oder mehrere der Endgeräte; unerlässlich erforderlich ist dies jedoch nicht. Die Endgeräte können in vorteilhaften Ausführungen jedoch ein Multicast im Zieladressfeld (DestinationADD) und das EtherType-Feld des Ethernet-Frame-Headers lesen und entsprechend verarbeiten.In the context of the invention, the terms "Ethernet-capable" and "Ethernet-based" mean that the network components, such as in particular the respective control device and the respective terminal device as well as one or more optionally present distributors of the network, can receive the Ethernet frame, read it in the scope of the intermediate level frame, process it in terms of data technology and generate and send an Ethernet frame with device-specific control data and user data in the respective device frame and control data in the intermediate level frame header. The network can advantageously comprise one or more network components that can also process and change the Ethernet header, for example the control device and/or an optionally further control device and/or one or more of the terminal devices; however, this is not essential. In advantageous embodiments, however, the terminal devices can read a multicast in the destination address field (DestinationADD) and the EtherType field of the Ethernet frame header and process it accordingly.
In vorteilhaften Ausführungen enthält der Zwischenlevel-Frame-Header ein Gruppen-Identifikationsfeld mit einer Gruppenidentifikation, die mehrere oder alle der im Zwischenlevel-Frame enthaltenen Geräte-Frames als Geräte-Frames einer zusammengehörenden Gruppe von Endgeräten identifiziert, so dass die Endgeräte durch Zuteilung jeweils einer bestimmten Gruppenidentifikation in unterschiedliche logische Gruppen von Endgeräten einteilbar sind. Das Kontrollgerät kann den Endgeräten unterschiedliche Gruppenidentifikationen zuweisen und die im Netzwerk befindlichen Endgeräte dadurch in logische Gruppen aufteilen. So können einem ersten Endgerät und einem zweiten Endgerät, optional einem oder mehreren weiteren Endgeräten, eine erste Gruppenidentifikation und einem dritten Endgerät und einem vierten Endgerät, optional einem oder mehreren weiteren Endgeräten, eine zweite Gruppenidentifikation zugeteilt werden. Nach der Zuteilung gehören das erste und das zweite Endgerät einer ersten logischen Gruppe von Geräten und das dritte und das vierte Endgerät einer zweiten logischen Gruppe von Geräten an. Zweckmäßigerweise teilt das Kontrollgerät den Endgeräten vor Aufnahme des zyklischen Betriebs, während der Einrichtung und Inbetriebnahme des Netzwerks, die jeweilige Gruppenidentifikation zu. Die Netzwerkkomponenten können auch dazu eingerichtet sein, die Gruppenidentifikationen zu ändern, indem das Kontrollgerät nach einer Phase zyklischen Betriebs ein Ethernet-Frame mit neuer Zuweisung sendet und danach den zyklischen Betrieb mit den neuen Zuteilungen wieder aufnimmt.In advantageous embodiments, the intermediate level frame header contains a group identification field with a group identification that identifies several or all of the device frames contained in the intermediate level frame as device frames of a group of terminal devices that belong together, so that the terminal devices can be divided into different logical groups of terminal devices by assigning each one a specific group identification. The control device can assign different group identifications to the terminal devices and thereby divide the terminal devices in the network into logical groups. A first group identification can thus be assigned to a first terminal device and a second terminal device, optionally to one or more other terminal devices, and a second group identification can be assigned to a third terminal device and a fourth terminal device, optionally to one or more other terminal devices. After the assignment, the first and second terminal devices belong to a first logical group of devices and the third and fourth terminal devices belong to a second logical group of devices. The control device expediently assigns the respective group identification to the terminal devices before cyclic operation begins, during the setup and commissioning of the network. The network components can also be configured to change the group identifications by having the control device send an Ethernet frame with a new assignment after a period of cyclic operation and then resuming cyclic operation with the new assignments.
Enthält das Gruppen-Identifikationsfeld nur ein Bit, können im Netzwerk entsprechend nur zwei logische Gruppen gebildet werden. Bevorzugt ist das Gruppen-Identifikationsfeld mehrere Bits lang und belegt beispielsweise 1 Byte. Dies eröffnet die Möglichkeit drei oder mehr logische Gerätegruppen zu bilden und/oder ein Broadcast an alle Endgeräte des Netzwerks, ungeachtet der Gruppenzugehörigkeit zu richten. Das Gruppen-Identifikationsfeld kann somit anstelle einer bestimmten Gruppenidentifikation eine Bitfolge für ein Broadcast an alle mit dem Kontrollgerät verbundenen Endgeräte enthalten.If the group identification field contains only one bit, only two logical groups can be formed in the network. The group identification field is preferably several bits long and occupies, for example, 1 byte. This opens up the possibility of forming three or more logical device groups and/or sending a broadcast to all end devices in the network, regardless of group membership. The group identification field can therefore contain a bit sequence for a broadcast to all end devices connected to the control device instead of a specific group identification.
Die logischen Gruppen können disjunkt sein, die Endgeräte also jeweils nur einer einzigen von mehreren logischen Gruppen des Netzwerks angehören. In einer Weiterentwicklung kann eines oder können mehrere der Endgeräte aber auch für die Zuweisung mehrerer Gruppenidentifikationen eingerichtet sein. Das gleiche Endgerät kann dann unterschiedlichen Gerätegruppen angehören. So kann das erste Endgerät beispielsweise sowohl der ersten als auch der zweiten Gruppe zugeteilt werden, oder es können mit der gleichen Anzahl von Endgeräten mehr Gruppen gebildet werden. So können mit drei Endgeräten bereits zwei unterschiedliche Gruppen gebildet werden, indem eines der drei Endgeräte beiden Gruppen angehört, wenigstens eines der beiden anderen Endgeräte aber nur zu einer der zwei Gruppen gehört.The logical groups can be disjoint, meaning that the end devices each belong to only one of several logical groups in the network. In a further development, one or more of the end devices can also be set up for the assignment of several group identifications. The same end device can then belong to different device groups. For example, the first terminal can be assigned to both the first and the second group, or more groups can be formed with the same number of terminals. For example, two different groups can be formed with just three terminals if one of the three terminals belongs to both groups, but at least one of the other two terminals belongs to only one of the two groups.
Die Fähigkeit eines oder mehrerer Endgeräte, zwei oder mehr Gruppenidentifikationen anzunehmen, ist vorteilhaft insbesondere in Netzwerken mit mehreren Kontrollgeräten. So können ein erstes Netzwerk der erfindungsgemäßen Art, das ein erstes Kontrollgerät umfasst, und ein zweites Netzwerk ebenfalls der erfindungsgemäßen Art, das ein zweites Kontrollgerät umfasst, miteinander verbunden werden, wobei ein oder mehrere Endgeräte oder alle Endgeräte des ersten Netzwerks jeweils auch zum zweiten Netzwerk gehören. Das jeweilige Endgerät, das beiden Netzwerken angehört, kann zusätzlich zu der einen oder den mehreren Gruppenidentifikationen, die es im ersten Netzwerk hat, zusätzlich eine oder mehrere Gruppenidentifikationen im zweiten Netzwerk haben. Ein solches Endgerät kann Ethernet-Frames vom ersten Kontrollgerät und Ethernet-Frames vom zweiten Kontrollgerät empfangen und datentechnisch verarbeiten, wenn das jeweilige Ethernet-Frame im Gruppen-Identifikationsfeld eine der dem betreffenden Endgerät zugewiesenen Gruppenidentifikationen ausweist.The ability of one or more terminal devices to accept two or more group identifications is particularly advantageous in networks with multiple control devices. For example, a first network of the type according to the invention, which comprises a first control device, and a second network, also of the type according to the invention, which comprises a second control device, can be connected to one another, with one or more terminal devices or all of the terminal devices of the first network also belonging to the second network. The respective terminal device that belongs to both networks can have one or more group identifications in the second network in addition to the one or more group identifications that it has in the first network. Such a terminal device can receive and process Ethernet frames from the first control device and Ethernet frames from the second control device if the respective Ethernet frame identifies one of the group identifications assigned to the respective terminal device in the group identification field.
Das Zwischenlevel-Frame und/oder das jeweilige Geräte-Frame kann oder können zur Erkennung und in diesem Sinne zur Absicherung gegen Fehler der Datenübertragung jeweils ein CRC-Prüffeld enthalten. So kann oder können das Zwischenlevel-Frame ein CRC-Prüffeld zur Absicherung des Zwischenlevel-Frame-Headers und/oder das jeweilige Geräte-Frame ein CRC-Prüffeld zur Absicherung des Geräte-Frame-Headers und/oder ein CRC-Prüffeld zur Absicherung des Geräte-Frame-Datenfelds enthalten. Anstelle eines CRC-Prüffelds zur Absicherung des Geräte-Frame-Headers und eines hievon separaten CRC-Prüffelds zur Absicherung des Geräte-Frame-Datenfelds kann das jeweilige Geräte-Frame auch mit einem für seinen Header und sein Datenfeld gemeinsamen CRC-Prüffeld abgesichert werden. Enthält der Zwischenlevel-Frame-Header ein CRC-Prüffeld, wird der Prüfcode (Prüfsumme) dieses Prüffelds nur über den binären Daten des Zwischenlevel-Frame-Headers gebildet, beispielsweise durch Polynomdivision mit einem geeigneten Generatorpolynom. Ist das CRC-Prüffeld für den Geräte-Frame-Header vorhanden, wird der Prüfcode (Prüfsumme) dieses Prüffelds nur über den binären Daten des Geräte-Frame-Headers gebildet, beispielsweise durch Polynomdivision mit einem geeigneten Generatorpolynom. Enthält das Geräte-Frame-Datenfeld ein CRC-Prüffeld, wird der Prüfcode (Prüfsumme) dieses Prüffelds nur über den binären Daten des Geräte-Frame-Datenfelds gebildet, beispielsweise durch Polynomdivision mit einem geeigneten Generatorpolynom. Ist für den Header und das Datenfeld des jeweiligen Geräte-Frames ein gemeinsames CRC-Prüffeld vorgesehen, wird der Prüfcode (Prüfsumme) dieses Prüffelds nur über den binären Daten des Headers und die Daten des Datenfelds des jeweiligen Geräte-Frames gebildet, beispielsweise durch Polynomdivision mit einem geeigneten Generatorpolynom.The intermediate level frame and/or the respective device frame can each contain a CRC check field for detection and, in this sense, to protect against data transmission errors. The intermediate level frame can contain a CRC check field to protect the intermediate level frame header and/or the respective device frame can contain a CRC check field to protect the device frame header and/or a CRC check field to protect the device frame data field. Instead of a CRC check field to protect the device frame header and a separate CRC check field to protect the device frame data field, the respective device frame can also be protected with a CRC check field common to its header and its data field. If the intermediate level frame header contains a CRC check field, the check code (checksum) of this check field is only formed over the binary data of the intermediate level frame header, for example by polynomial division with a suitable generator polynomial. If the CRC check field is present for the device frame header, the check code (checksum) of this check field is only formed over the binary data of the device frame header, for example by polynomial division with a suitable generator polynomial. If the device frame data field contains a CRC check field, the check code (checksum) of this check field is only formed over the binary data of the device frame data field, for example by polynomial division with a suitable generator polynomial. If a common CRC check field is provided for the header and the data field of the respective device frame, the check code (checksum) of this check field is formed only from the binary data of the header and the data of the data field of the respective device frame, for example by polynomial division with a suitable generator polynomial.
Das standardmäßige CRC-Prüffeld des Ethernet-Frames kann ebenfalls vorhanden sein, muss aber nicht benutzt werden. Grundsätzlich könnte das Prüffeld des Ethernet-Frames zur Absicherung verwendet werden. Im Sinne der Durchgängigkeit des Protokolls bis in die Feldebene, einschließlich von Sensoren und anderen Endgeräten aus dem NiedrigpreisBereich, ist eine Absicherung innerhalb des Zwischenlevel-Frames jedoch vorteilhaft, da die Datenfelder im Standard-Header des Ethernet-Frames bei der Bildung der jeweiligen Prüfsumme nicht berücksichtigt werden müssen. Im Vergleich zu einer Absicherung nur durch das Prüffeld des Ethernet-Frames erhöht die erfindungsgemäße Absicherung die Sicherheitsintegrität und kann das Sicherheits-Integritätslevel (SIL) steigern. Das Prüffeld des Ethernet-Frames wird in vorteilhaften Ausführungen zur Absicherung jedoch zusätzlich verwendet.The standard CRC check field of the Ethernet frame can also be present, but does not have to be used. In principle, the check field of the Ethernet frame could be used for security. In the interests of the continuity of the protocol up to the field level, including sensors and other end devices from the low-price range, security within the intermediate level frame is advantageous, since the data fields in the standard header of the Ethernet frame do not have to be taken into account when forming the respective checksum. Compared to security only through the check field of the Ethernet frame, the security according to the invention increases the safety integrity and can increase the safety integrity level (SIL). In advantageous versions, the check field of the Ethernet frame is additionally used for security.
Vorteilhafterweise enthält das Zwischenlevel-Frame das Prüffeld für den Zwischenlevel-Frame-Header und zusätzlich für die Geräte-Frames jeweils das Prüffeld für den Geräte-Frame-Header. Besonders bevorzugt enthält das Zwischenlevel-Frame das CRC-Prüffeld für den Zwischenlevel-Frame-Header und zusätzlich für die Geräte-Frames jeweils das CRC-Prüffeld für den Geräte-Frame-Header und das CRC-Prüffeld für das Geräte-Frame-Datenfeld. Durch eine separate Absicherung von wenigstens zwei dieser Datenbereiche und insbesondere durch eine separate Absicherung aller drei Datenbereiche werden die Fehlererkennung vereinfacht und Datenübertragungsfehler mit erhöhter Sicherheit erkannt. Die Datenintegrität kann mit erhöhter Sicherheit gewährleistet werden. Ein als fehlerhaft erkanntes Ethernet-Frame kann bei Erkennung eines Fehlers erneut gesendet werden. Das Kontrollgerät und die Endgeräte arbeiten die CRC-Prüffelder zweckmäßigerweise sequentiell in einer vorgegebenen Reihenfolge ab. Weist das Ethernet-Frame beispielsweise das Prüffeld für den Zwischenlevel-Frame-Header und für die Geräte-Frames jeweils wenigstens das CRC-Prüffeld für den Geräte-Frame-Header auf, bildet das empfangende Gerät die Prüfsumme für den Zwischenlevel-Frame-Header und vergleicht diese Prüfsumme mit der im Prüffeld stehenden Prüfsumme. Nur wenn diese beiden Prüfsummen gleich sind, bildet das empfangende Gerät die Prüfsumme für den jeweils relevanten Geräte-Frame-Header und vergleicht diese Prüfsumme mit der im Prüffeld des gleichen Geräte-Frame-Headers stehenden Prüfsumme. Durch die separate Absicherung wird die Fehlererkennung daher auch beschleunigt.The intermediate level frame advantageously contains the check field for the intermediate level frame header and, in addition, for the device frames, the check field for the device frame header. The intermediate level frame particularly preferably contains the CRC check field for the intermediate level frame header and, in addition, for the device frames, the CRC check field for the device frame header and the CRC check field for the device frame data field. By separately securing at least two of these data areas and, in particular, by separately securing all three data areas, error detection is simplified and data transmission errors are detected with increased reliability. Data integrity can be guaranteed with increased reliability. An Ethernet frame detected as faulty can be resent if an error is detected. The control device and the terminal devices expediently process the CRC check fields sequentially in a predetermined order. For example, if the Ethernet frame contains the check field for the intermediate level frame header and for the device frames at least the CRC check field for the device frame header, the receiving device forms the checksum for the intermediate level frame header and compares this checksum with the checksum in the Only if these two checksums are the same does the receiving device create the checksum for the relevant device frame header and compare this checksum with the checksum in the check field of the same device frame header. The separate protection also speeds up error detection.
Weist das Ethernet-Frame CRC-Prüffelder für unterschiedliche Datenbereiche auf, wie etwa für den Zwischenlevel-Frame-Header und den jeweiligen Geräte-Frame-Header, werden die binären Prüfsummen bzw. Prüfcodes vorteilhafterweise mit angepassten und deshalb typischerweise unterschiedlichen Generatorpolynomen, die sich auch in der Ordnung voneinander unterscheiden können, erzeugt.If the Ethernet frame has CRC check fields for different data areas, such as for the intermediate level frame header and the respective device frame header, the binary checksums or check codes are advantageously generated with adapted and therefore typically different generator polynomials, which can also differ from each other in order.
Der Zwischenlevel-Frame-Header kann ein Ethernet-Frame-Modusfeld zur Identifizierung eines bestimmten Kommunikationsmodus aus mehreren wahlweise vorgebbaren unterschiedlichen Kommunikationsmodi enthalten. Das Ethernet-Frame-Modusfeld kann eine Bitfolge enthalten, die den Endgeräten mitteilt, dass das Netzwerk in einem Inbetriebnahme-Modus oder in einem Zyklusbetrieb-Modus oder in einem azyklischen Betriebsmodus ist. Im Inbetriebnahme-Modus können Zuweisungen, wie etwa die Einteilung der Netzwerkkomponenten in logische Gruppen und/oder die Zuweisung neuer, temporärer Geräteidentifikationen, vorgenommen werden. Im zyklischen Betriebsmodus (Zyklusbetrieb-Modus) wird die zyklische Datenkommunikation durchgeführt. So kann das Kontrollgerät in einem Zyklus von einem oder mehreren Sensoren Messdaten anfordern, die anschließend noch im gleichen Zyklus von dem oder den mehreren Sensoren zurückgesendet werden.The intermediate level frame header can contain an Ethernet frame mode field to identify a specific communication mode from several optionally selectable different communication modes. The Ethernet frame mode field can contain a bit sequence that tells the end devices that the network is in a commissioning mode or in a cyclic operation mode or in an acyclic operation mode. In commissioning mode, assignments can be made, such as dividing the network components into logical groups and/or assigning new, temporary device identifications. In cyclic operation mode, cyclic data communication is carried out. In this way, the control device can request measurement data from one or more sensors in a cycle, which is then sent back by the sensor or sensors in the same cycle.
In vorteilhaften Ausführungen kann den Endgeräten im Inbetriebnahme-Modus durch entsprechenden Eintrag in das Gruppen-Identifikationsfeld jeweils eine Gruppenidentifikation zugewiesen werden, um das Netzwerk in logische Gruppen von Endgeräten zu unterteilen, wie vorstehend erläutert wird. Das Kontrollgerät kann auch dazu eingerichtet sein, die Gruppenidentifikationen und dadurch die Gruppierung der Endgeräte zu ändern.In advantageous embodiments, the terminals can each be assigned a group identification in commissioning mode by making a corresponding entry in the group identification field in order to divide the network into logical groups of terminals, as explained above. The control device can also be set up to change the group identifications and thus the grouping of the terminals.
Durch Eintrag einer entsprechenden Bitfolge im Ziel-Identifikationsfeld kann dem jeweiligen, so adressierten Endgerät im Inbetriebnahme-Modus eine Geräteidentifikation zugewiesen werden. Das Kontrollgerät kann dazu eingerichtet sein, die Geräteidentifikation des jeweiligen Endgeräts im Verlaufe des zyklischen Netzwerkbetriebs temporär durch eine neue, temporäre Geräteidentifikation zu ersetzen, indem das Kontrollgerät zurück in den Inbetriebnahme-Modus wechselt und eine neue Bitfolge für die temporäre Geräteidentifikation für das jeweilige Endgerät erzeugt und ein Ethernet-Frame mit den neuen, temporären Geräteidentifikationen sendet. Dieses Ethernet-Frame enthält im Ethernet-Frame-Modusfeld des Zwischenlevel-Frames die vom Kontrollgerät gesetzte Bitfolge für den Inbetriebnahme-Modus, im Ziel-Identifikationsfeld des jeweiligen Geräte-Frames die Bitfolge für die bestehende Geräteidentifikation des jeweiligen Endgeräts und im jeweiligen Geräte-Frame-Datenfeld die Bitfolge für die neue Geräteidentifikation.By entering a corresponding bit sequence in the target identification field, a device identification can be assigned to the respective terminal device addressed in this way in commissioning mode. The control device can be set up to temporarily replace the device identification of the respective terminal device with a new, temporary device identification during cyclic network operation by switching the control device back to commissioning mode and generating a new bit sequence for the temporary device identification for the respective terminal device and sending an Ethernet frame with the new, temporary device identification. This Ethernet frame contains the bit sequence set by the control device for commissioning mode in the Ethernet frame mode field of the intermediate level frame, the bit sequence for the existing device identification of the respective terminal device in the target identification field of the respective device frame and the bit sequence for the new device identification in the respective device frame data field.
Die Endgeräte sind dafür eingerichtet, die jeweils eigene neue Geräteidentifikation zu lesen und in einem anschließenden Zyklusbetrieb-Modus als die neue Geräteidentifikation für die zyklische Kommunikation anstelle der bisherigen Geräteidentifikation zu übernehmen. Die Fähigkeit des Kontrollgeräts, temporäre Geräteidentifikationen zu erzeugen und die Fähigkeit der Endgeräte, die zugeordnete neue Geräteidentifikation anstelle der bisherigen zu übernehmen, ermöglicht eine flexible Abwehr von Abhörattacken und Hackerangriffen.The end devices are set up to read their own new device identification and, in a subsequent cyclic operation mode, to use it as the new device identification for cyclic communication instead of the previous device identification. The ability of the control device to generate temporary device identifications and the ability of the end devices to use the assigned new device identification instead of the previous one enables flexible defense against eavesdropping attacks and hacker attacks.
Der jeweilige Geräte-Frame-Header kann, wie bereits erläutert, ein Ziel-Identifikationsfeld mit einer Identifikation eines Adressaten des jeweiligen Geräte-Frames, beispielsweise eine CRC-Signatur einer MAC-Adresse eines der Endgeräte oder des Kontrollgeräts, enthalten. Das jeweilige Geräte-Frame-Datenfeld enthält dann Nutzdaten für den im Ziel-Identifikationsfeld identifizierten Adressaten. Das Kontrollgerät kann dazu eingerichtet sein, die Geräteidentifikation des Adressaten in das Ziel-Identifikationsfeld des jeweiligen Geräte-Frame-Headers zu schreiben, beispielsweise die Adresse des jeweils so adressierten Endgeräts oder eines anderen Kontrollgeräts. Die Endgeräte können dazu eingerichtet sein, die Geräteidentifikation des Adressaten in das Ziel-Identifikationsfeld des Geräte-Frame-Headers zu schreiben, beispielsweise die Adresse des Kontrollgeräts.As already explained, the respective device frame header can contain a target identification field with an identification of an addressee of the respective device frame, for example a CRC signature of a MAC address of one of the terminal devices or the control device. The respective device frame data field then contains user data for the addressee identified in the target identification field. The control device can be set up to write the device identification of the addressee into the target identification field of the respective device frame header, for example the address of the respective terminal device addressed in this way or of another control device. The terminal devices can be set up to write the device identification of the addressee into the target identification field of the device frame header, for example the address of the control device.
Das Ziel-Identifikationsfeld ist im Bitumfang vorteilhafterweise kleiner als die MAC-Adresse. Das Ziel-Identifikationsfeld kann beispielsweise aus weniger als vier Byte oder weniger als drei Byte bestehen, umfasst vorzugsweise aber wenigstens vier Bit oder wenigstens acht Bit bzw. ein Byte. Als zweckmäßig hat sich eine Feldgröße von zwei Byte erwiesen. Hinsichtlich der Feldgröße gelten die Ausführungen auch für das Quellen-Identifikationsfeld im Header des Zwischenlevel-Frames.The destination identification field is advantageously smaller in bit size than the MAC address. The destination identification field can, for example, consist of less than four bytes or less than three bytes, but preferably comprises at least four bits or at least eight bits or one byte. A field size of two bytes has proven to be useful. With regard to the field size, the statements also apply to the source identification field in the header of the intermediate level frame.
Das Ethernet-Netzwerk umfasst Netzwerkkomponenten, die zur Datenkommunikation in Form der Ethernet-Frames eingerichtet sind, wobei die Ethernet-Frames das Gruppen-Identifikationsfeld aufweisen. Zu den Netzwerkkomponenten eines erfindungsgemäßen Netzwerks gehören wenigstens ein Kontrollgerät und mehrere Endgeräte, wie etwa ein oder mehrere Sensoren und/oder Aktoren. Dabei umfasst das Netzwerk ein erstes, ein zweites ein drittes und ein viertes Endgerät, also wenigstens vier Endgeräte. Die Endgeräte sind jeweils mit dem Kontrollgerät verbunden. Das Netzwerk kann auch einen oder mehrere Verteiler, beispielsweise in Form eines oder mehrerer Switches, umfassen. Umfasst das Netzwerk einen oder mehrere Verteiler, können die Endgeräte oder mehrere der Endgeräte über den einen oder die mehreren Verteiler mit dem Kontrollgerät verbunden sein.The Ethernet network comprises network components which are set up for data communication in the form of Ethernet frames, wherein the Ethernet frames have the group identification field. The network components of a network according to the invention include at least a control device and several end devices, such as one or more sensors and/or actuators. The network comprises a first, a second, a third and a fourth end device, i.e. at least four end devices. The end devices are each connected to the control device. The network can also comprise one or more distributors, for example in the form of one or more switches. If the network comprises one or more distributors, the end devices or several of the end devices can be connected to the control device via the one or more distributors.
Das Netzwerk kann in wenigstens zwei logische Gruppen von Endgeräten unterteilt sein. In derartigen Ausführungen ist dem ersten Endgerät und dem zweiten Endgerät eine erste Gruppenidentifikation zugeteilt, so dass sie einer ersten logischen Gruppe angehören. Diese beiden Endgeräte sind durch die Zuteilung der ersten Gruppenidentifikation dazu eingerichtet, Daten der Geräte-Frame-Datenfelder zu verarbeiten, wenn das Gruppen-Identifikationsfeld die erste Gruppenidentifikation ausweist. Dem dritten Endgerät und dem vierten Endgerät ist eine zweite Gruppenidentifikation zugeteilt, so dass sie einer zweiten logischen Gruppe angehören. Durch die Zuteilung der zweiten Gruppenidentifikation sind das dritte Endgerät und das vierte Endgerät dazu eingerichtet, Daten der Geräte-Frame-Datenfelder zu verarbeiten, wenn das Gruppen-Identifikationsfeld eine andere, zweite Gruppenidentifikation ausweist.The network can be divided into at least two logical groups of terminals. In such embodiments, the first terminal and the second terminal are assigned a first group identification so that they belong to a first logical group. These two terminals are set up by the assignment of the first group identification to process data of the device frame data fields if the group identification field identifies the first group identification. The third terminal and the fourth terminal are assigned a second group identification so that they belong to a second logical group. By the assignment of the second group identification, the third terminal and the fourth terminal are set up to process data of the device frame data fields if the group identification field identifies a different, second group identification.
Die Endgeräte der ersten logischen Gruppe können dazu eingerichtet sein, die Nutzdaten der Geräte-Frames zu verarbeiten, wenn im Gruppen-Identifikationsfeld des jeweiligen Ethernet-Frames eine ihnen vom Kontrollgerät zugewiesene Gruppenidentifikation, wie insbesondere die erste Gruppenidentifikation, ausgewiesen ist und nicht weiter zu beachten, wenn das Gruppen-Identifikationsfeld eine nicht zugewiesene Gruppenidentifikation, wie insbesondere die zweite Gruppenidentifikation, ausweist. Die Endgeräte der zweiten logischen Gruppe können dazu eingerichtet sein, die Nutzdaten der Geräte-Frames zu verarbeiten, wenn im Gruppen-Identifikationsfeld des jeweiligen Ethernet-Frames eine ihnen vom Kontrollgerät zugewiesene Gruppenidentifikation, wie insbesondere die zweite Gruppenidentifikation, ausgewiesen ist und nicht weiter zu beachten, wenn das Gruppen-Identifikationsfeld eine nicht zugewiesene Gruppenidentifikation, wie insbesondere die erste Gruppenidentifikation, ausweist. Das jeweilige Endgerät ist dazu eingerichtet, das Gruppen-Identifikationsfeld zu lesen und zu erkennen, ob die darin enthaltene Bitfolge der ihm zugewiesenen Gruppenidentifikation entspricht oder das Ethernet-Frame als Broadcast ausweist, falls diese Option wie bereits erläutert vorgesehen ist. Ist dies der Fall, verarbeitet es das eine oder die mehreren Geräte-Frames, das/die ihm durch die Geräteidentifikation im Ziel-Identifikationsfeld des jeweiligen Geräte-Frames zugeordnet ist/sind. Stimmt die Gruppenidentifikation mit der zugewiesenen nicht überein und handelt es sich auch nicht um einen Broadcast, falls diese Auswahlmöglichkeit vorgesehen ist, wird das jeweilige Ethernet-Frame nicht weiter beachtet.The terminal devices of the first logical group can be set up to process the payload data of the device frames if a group identification assigned to them by the control device, such as in particular the first group identification, is shown in the group identification field of the respective Ethernet frame and no further attention is paid if the group identification field shows an unassigned group identification, such as in particular the second group identification. The terminal devices of the second logical group can be set up to process the payload data of the device frames if a group identification assigned to them by the control device, such as in particular the second group identification, is shown in the group identification field of the respective Ethernet frame and no further attention is paid if the group identification field shows an unassigned group identification, such as in particular the first group identification. The respective terminal device is set up to read the group identification field and to recognize whether the bit sequence contained therein corresponds to the group identification assigned to it or identifies the Ethernet frame as a broadcast, if this option is provided as already explained. If this is the case, it processes the one or more device frames that are assigned to it by the device identification in the target identification field of the respective device frame. If the group identification does not match the assigned one and it is not a broadcast, if this option is provided, the respective Ethernet frame is ignored.
Verfügen die Endgeräte über die Fähigkeit, bereits anhand der Gruppenidentifikation diejenigen Ethernet-Frames zu erkennen, die für das jeweilige Endgerät nicht bestimmt sind, was in bevorzugten Ausführungen des Netzwerks der Fall ist, können einfache Verteiler verwendet werden, da eine Filterung der Ethernet-Frames schon bei der Verteilung im Netzwerk nicht erforderlich ist. Verfügt das Netzwerk über einen oder mehrere Verteiler, wird das Netzwerk andererseits entlastet, wenn der eine oder die mehreren Verteiler dazu eingerichtet ist oder sind, das jeweilige Ethernet-Frame nur an die Endgeräte derjenigen logischen Gruppe weiterzuleiten, deren Gruppenidentifikation der im Gruppen-Identifikationsfeld ausgewiesenen Gruppenidentifikation entspricht. Hat das Kontrollgerät das Gruppen-Identifikationsfeld auf Broadcast gesetzt, falls diese Auswahlmöglichkeit implementiert ist, wird das als Broadcast gekennzeichnete Ethernet-Frame an alle Endgeräte des Netzwerks weitergeleitet. Der jeweils so eingerichtete Verteiler kann das Gruppen-Identifikationsfeld lesen und die Ethernet-Frames entsprechend filtern und nur zur angesprochenen Gerätegruppe weiterleiten. Die Fähigkeit der Unterscheidung und Filterung kann wie bevorzugt nur bei den Endgeräten oder aber nur bei dem oder den Verteilern oder bei beiden Arten von Netzwerkkomponenten verwirklicht sein.If the end devices are able to use the group identification to identify those Ethernet frames that are not intended for the respective end device, which is the case in preferred network designs, simple distributors can be used, since filtering of the Ethernet frames during distribution in the network is not necessary. On the other hand, if the network has one or more distributors, the network is relieved if the one or more distributors are set up to forward the respective Ethernet frame only to the end devices in the logical group whose group identification corresponds to the group identification shown in the group identification field. If the control device has set the group identification field to broadcast, if this option is implemented, the Ethernet frame marked as broadcast is forwarded to all end devices in the network. The distributor set up in this way can read the group identification field and filter the Ethernet frames accordingly, and only forward them to the addressed device group. The ability to differentiate and filter can be implemented, as preferred, only in the end devices or only in the distributor(s) or in both types of network components.
Das Kontrollgerät ist vorzugsweise dazu eingerichtet, in das Gruppen-Identifikationsfeld des Zwischenlevel-Frame-Headers des jeweiligen Ethernet-Frames wahlweise die erste Gruppenidentifikation oder die zweite Gruppenidentifikation oder die Bitfolge für einen Broadcast an alle Endgeräte des Netzwerks, falls diese Auswahlmöglichkeit gegeben ist, zu schreiben und dadurch im Zwischenlevel-Frame-Header des jeweiligen Ethernet-Frames die Gruppe der Endgeräte zu identifizieren, für das jeweilige Ethernet-Frame bestimmt ist.The control device is preferably set up to write either the first group identification or the second group identification or the bit sequence for a broadcast to all terminal devices in the network, if this option is available, into the group identification field of the intermediate level frame header of the respective Ethernet frame and thereby to identify the group of terminal devices for which the respective Ethernet frame is intended in the intermediate level frame header of the respective Ethernet frame.
Da die Gruppierung keine Modifikation der Hardware und Netzwerkverbindungen erfordert, sondern auf der logischen Ebene vorgenommen wird, kann eine Umgruppierung flexibel vorgenommen werden, indem das Kontrollgerät vorübergehend in den Inbetriebnahme-Modus wechselt und die Gruppenidentifikationen neu zuteilt.Since grouping does not require any modification of the hardware and network connections, but is performed at the logical level, regrouping can be carried out flexibly by temporarily switching the control device to commissioning mode and reassigning the group identifications.
Die durch das Gruppen-Identifikationsfeld erhaltene Fähigkeit der Gruppierbarkeit kann dazu genutzt werden, das Netzwerk in Netzwerkbereiche, d.h. in Gerätegruppen, unterschiedlicher funktionaler Sicherheit zu unterteilen. So kann Endgeräten, die jeweils die Anforderungen der funktionalen Sicherheit erfüllen, eine erste Gruppenidentifikation zugeteilt werden und einem oder mehreren anderen Endgeräten, die jeweils die Anforderungen der funktionalen Sicherheit nicht erfüllen, eine andere, zweite Gruppenidentifikation zugeteilt werden. Enthält eine logische Gruppe nur Endgeräte, die jeweils die Anforderungen der funktionalen Sicherheit erfüllen, können die Anforderungen an die funktionale Sicherheit des Kontrollgeräts zumindest für die Datenkommunikation mit und optional auch unter diesen Endgeräten gesenkt werden. Erfüllen alle Endgeräte des Netzwerks die Anforderungen der funktionellen Sicherheit oder besteht das Netzwerk aus einer oder mehreren logischen Gruppen jeweils nur derartiger Endgeräte und einer oder mehreren anderen logischen Gruppen, in der oder denen keine sicherheitsrelevanten Daten ausgetauscht werden müssen, muss auch kein Kontrollgerät verwendet werden, das als funktional sicher eingestuft ist. Dies senkt den Preis des Kontrollgeräts erheblich. Erfüllt das Kontrollgerät dennoch die Anforderungen der funktionalen Sicherheit, wird es aber zumindest in Bezug auf die Überprüfung der Datenintegrität entlastet, da die funktional sicheren Endgeräte die Datenintegrität mit erhöhter Sicherheit von sich aus gewährleisten und eine gleich hohe Datenintegrität in der oder den anderen logischen Gruppen nicht gefordert ist.The groupability capability provided by the group identification field can be used to be used to divide the network into network areas, i.e. into device groups, with different levels of functional safety. In this way, end devices that meet the functional safety requirements can be assigned a first group identification, and one or more other end devices that do not meet the functional safety requirements can be assigned a different, second group identification. If a logical group only contains end devices that meet the functional safety requirements, the functional safety requirements of the control device can be reduced, at least for data communication with and optionally also between these end devices. If all end devices in the network meet the functional safety requirements, or if the network consists of one or more logical groups of only such end devices and one or more other logical groups in which no safety-relevant data needs to be exchanged, it is not necessary to use a control device that is classified as functionally safe. This significantly reduces the price of the control device. If the control device nevertheless meets the functional safety requirements, it is at least relieved of the burden of checking data integrity, since the functionally safe terminal devices themselves ensure data integrity with increased security and an equally high level of data integrity is not required in the other logical group(s).
Der Geräte-Frame-Header des jeweiligen Geräte-Frames kann ein Kontroll-und-Status-Feld (CTR & Status) mit einem Safety-Wert enthalten, der dem Adressaten des jeweiligen Geräte-Frames mitteilt, ob das jeweilige Geräte-Frame für die funktionale Sicherheit relevante Nutzdaten enthält. Erfüllt eines oder erfüllen mehrere der Endgeräte, beispielsweise wenigstens das erste Endgerät, die Anforderungen der funktionalen Sicherheit, kann dieses oder können diese Endgeräte jeweils dazu eingerichtet sein, ein an das jeweilige Endgerät adressiertes Geräte-Frame nur dann zu verarbeiten, wenn der Safety-Wert des jeweiligen Geräte-Frames anzeigt, dass dieses Geräte-Frame für die funktionale Sicherheit relevante Nutzdaten enthält. Für den Safety-Wert kann beispielsweise nur ein Bit vorgesehen sein, so dass nur zwischen den Safety-Werten „1“ und „0“ unterschieden wird, wobei der eine Safety-Wert für „sicherheitsrelevant“ und der andere für „nicht sicherheitsrelevant“ steht. Mithilfe dieses Sicherheitsmerkmals kann die Datenkommunikation auch in logischen Gruppen beschleunigt werden, die ein oder mehrere funktional sichere Endgeräte, aber auch wenigstens ein funktional nicht sicheres Endgerät umfassen.The device frame header of the respective device frame can contain a control and status field (CTR & Status) with a safety value that informs the addressee of the respective device frame whether the respective device frame contains payload data relevant to functional safety. If one or more of the end devices, for example at least the first end device, meet the functional safety requirements, this or these end devices can each be set up to only process a device frame addressed to the respective end device if the safety value of the respective device frame indicates that this device frame contains payload data relevant to functional safety. For example, only one bit can be provided for the safety value, so that only the safety values "1" and "0" are distinguished, with one safety value standing for "safety-relevant" and the other for "not safety-relevant". This security feature can also be used to accelerate data communication in logical groups that include one or more functionally secure end devices, but also at least one functionally non-secure end device.
Das Kontrollgerät und die Endgeräte können jeweils eine Geräteidentifikation haben, die wie vorstehend erläutert beispielsweise eine CRC-Signatur einer MAC-Adresse des jeweiligen Endgeräts oder des Kontrollgeräts sein kann. Die Geräteidentifikation wird so gebildet, dass sie die betreffende Netzwerkkomponente im Netzwerk eindeutig identifiziert, also von den jeweils anderen Netzwerkkomponenten unterscheidet.The control device and the terminal devices can each have a device identification, which, as explained above, can be, for example, a CRC signature of a MAC address of the respective terminal device or the control device. The device identification is created in such a way that it uniquely identifies the relevant network component in the network, i.e. distinguishes it from the other network components.
Enthält der jeweilige Geräte-Frame-Header zur Identifikation eines Adressaten des jeweiligen Geräte-Frames ein Ziel-Identifikationsfeld, kann das Kontrollgerät und kann vorzugsweise auch das jeweilige Endgerät dazu eingerichtet sein, diese Geräteidentifikation des Adressaten im Ziel-Identifikationsfeld zu lesen und/oder in das Ziel-Identifikationsfeld zu schreiben. Enthält der Zwischenlevel-Frame-Header ein Quellen-Identifikationsfeld zur Identifikation des Senders des jeweiligen Ethernet-Frames, kann das Kontrollgerät und kann vorzugsweise auch das jeweilige Endgerät dazu eingerichtet sein, diese Geräteidentifikation des Senders im Quellen-Identifikationsfeld zu lesen und/oder die eigene Geräteidentifikation in das Quellen-Identifikationsfeld zu schreiben.If the respective device frame header contains a target identification field to identify an addressee of the respective device frame, the control device and preferably also the respective terminal can be set up to read this device identification of the addressee in the target identification field and/or write it into the target identification field. If the intermediate level frame header contains a source identification field to identify the sender of the respective Ethernet frame, the control device and preferably also the respective terminal can be set up to read this device identification of the sender in the source identification field and/or write its own device identification into the source identification field.
Enthält das Ethernet-Frame die Kombination aus Ziel-Identifikationsfeld und Quellen-Identifikationsfeld, ermöglicht dies auch eine Datenkommunikation von Endgeräten untereinander, ohne Einschaltung des Kontrollgeräts. So kann ein Endgerät, beispielsweise ein Aktor, direkt mit einem oder mehreren anderen Endgeräten kommunizieren, beispielsweise mit einem oder mehreren Sensoren, indem es ein Ethernet-Frame mit einem oder mehreren Geräte-Frames erzeugt und sendet, wobei dieses Ethernet-Frame die Geräteidentifikation des Senders im Quellen-Identifikationsfeld und die Geräteidentifikation des jeweiligen anderen Endgeräts im Ziel-Identifikationsfeld des jeweiligen Geräte-Frames enthält. Zusätzlich kann das sendende Endgerät im Ethernet-Frame, beispielsweise im jeweiligen Geräte-Frame, eine Anforderung (Request) zum Antworten setzen. Das sendende Endgerät ist entsprechend dazu eingerichtet, die Anforderung zu setzen. Jedes direkt adressierte Endgerät empfängt und liest das Ethernet-Anforderungs-Frame des sendenden Endgeräts und erzeugt und sendet ein Ethernet-Frame als direkte Antwort, indem es in das Quellen-Identifikationsfeld des Ethernet-Antwort-Frames die eigene Geräteidentifikation und in das oder in die ihm zugeordneten Geräte-Frames des Ethernet-Antwort-Frames die Geräteidentifikation des Endgeräts, das die Anforderung gesendet hat, und seine Nutzdaten, beispielsweise Messdaten, schreibt.If the Ethernet frame contains the combination of destination identification field and source identification field, this also enables data communication between end devices without switching on the control device. In this way, an end device, for example an actuator, can communicate directly with one or more other end devices, for example with one or more sensors, by generating and sending an Ethernet frame with one or more device frames, whereby this Ethernet frame contains the device identification of the sender in the source identification field and the device identification of the respective other end device in the destination identification field of the respective device frame. In addition, the sending end device can set a request for a response in the Ethernet frame, for example in the respective device frame. The sending end device is set up accordingly to set the request. Each directly addressed terminal receives and reads the Ethernet request frame of the sending terminal and generates and sends an Ethernet frame as a direct response by writing its own device identification into the source identification field of the Ethernet response frame and the device identification of the terminal that sent the request and its payload, such as measurement data, into the device frame(s) of the Ethernet response frame assigned to it.
Die Netzwerkkomponenten sind Feldgeräte, die auf Feldebene eingesetzt werden oder für den Feldeinsatz konzipiert und vorgesehen sind. Die Datenkommunikation mit dem erfindungsgemäßen Ethernet-Frame findet auf der Feldebene statt.The network components are field devices that are used at field level or are designed and intended for field use. The Data communication with the Ethernet frame according to the invention takes place at the field level.
Das Kontrollgerät kann eine Steuerungseinrichtung oder ein Regler zur Steuerung und/oder Regelung einer oder mehrerer physikalischen und/oder chemischen Größen, wie etwa Temperatur und/oder Drucks und/oder Volumenstrom und/oder Füllstand und/oder Konzentration und/oder pH-Wert, sein. Das Kontrollgerät kann stattdessen auch ein reines Überwachungsgerät und/oder Protokolliergerät sein, das einen technischen Zustand oder Prozess überwacht und/oder protokolliert.The control device can be a control device or a controller for controlling and/or regulating one or more physical and/or chemical variables, such as temperature and/or pressure and/or volume flow and/or fill level and/or concentration and/or pH value. Instead, the control device can also be a pure monitoring device and/or logging device that monitors and/or logs a technical condition or process.
Das Netzwerk kann der Steuerung und/oder Regelung und/oder Überwachung eines verfahrenstechnischen Prozesses, beispielsweise in der Lebensmittelerzeugung oder - lagerung, wie etwa der Temperierung einer Anlage, oder in der Chemie oder in der Produktion generell, dienen. Das Netzwerk kann auch ein System zur Erfassung des Energieverbrauchs eines Gebäudes oder zur Steuerung oder Regelung der Temperatur(en) in einem Gebäude bilden oder Bestandteil eines solchen Systems sein.The network can be used to control and/or regulate and/or monitor a process engineering process, for example in food production or storage, such as the temperature control of a plant, or in chemistry or in production in general. The network can also form a system for recording the energy consumption of a building or for controlling or regulating the temperature(s) in a building, or be part of such a system.
Die Endgeräte können einen oder mehrere Sensoren, beispielsweise einen oder mehrere Temperatursensoren und/oder Drucksensoren und/oder Volumenstromsensoren und/oder pH-Sensoren, umfassen. Ein Geräte-Frame für einen Sensor kann eine Anforderung zum Senden eines Messwerts, beispielsweise einer Temperatur oder eines Drucks oder eines Volumenstroms oder einer Stoffkonzentration oder eines pH-Werts sein. Ein von einem Sensor gesendetes Ethernet-Frame kann in einem oder mehreren Geräte-Frames, die dem jeweiligen Sensor zugeordnet ist/sind, Nutzdaten in Form von Messdaten des betreffenden Sensors enthalten, beispielsweise Temperaturdaten oder Druckdaten oder Volumenstromdaten. Die Messdaten können dem Kontrollgerät zur Steuerung und/oder Regelung und/oder Überwachung eines technischen Prozesses oder auch nur der Überwachung des Zustands eines technischen Systems gesendet werden.The end devices can include one or more sensors, for example one or more temperature sensors and/or pressure sensors and/or volume flow sensors and/or pH sensors. A device frame for a sensor can be a request to send a measured value, for example a temperature or a pressure or a volume flow or a substance concentration or a pH value. An Ethernet frame sent by a sensor can contain payload data in the form of measurement data from the sensor in question in one or more device frames that are assigned to the respective sensor, for example temperature data or pressure data or volume flow data. The measurement data can be sent to the control device for controlling and/or regulating and/or monitoring a technical process or just monitoring the status of a technical system.
Die Endgeräte können einen oder mehrere Aktoren, wie etwa einen oder mehrere Elektromotoren und/oder ein oder mehrere Ventile und/oder ein oder mehrere Temperiergeräte, umfassen. Ein Aktor kann ein Stellglied in einem Steuerungs- oder Regelungskreis sein. Das Kontrollgerät kann dem jeweiligen Aktor im zugeordneten Geräte-Frame beispielsweise ein Geschwindigkeitssignal und/oder ein Positionssignal und/oder ein Temperatursignal senden, um eine Geschwindigkeit und/oder eine Position und/oder eine Wärmeleistung des betreffenden Aktors einzustellen.The terminal devices can comprise one or more actuators, such as one or more electric motors and/or one or more valves and/or one or more temperature control devices. An actuator can be an actuator in a control or regulating circuit. The control device can send, for example, a speed signal and/or a position signal and/or a temperature signal to the respective actuator in the associated device frame in order to set a speed and/or a position and/or a heat output of the actuator in question.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Datenkommunikation in einem Netzwerk ist ein Kontrollgerät mit mehreren Endgeräten verbunden, zweckmäßigerweise über einen oder mehrere Verteiler der genannten Art. Das Kontrollgerät und das jeweilige Endgerät sind für einen Datenaustausch auf der Basis des erläuterten Ethernet-Frames eingerichtet, wobei das Ethernet-Frame in vorteilhaften Ausführungen das Gruppen-Identifikationsfeld aufweist. Erfolgt die Verbindung über einen oder mehrere Verteiler, gilt dies bevorzugt auch für den jeweiligen Verteiler. Sind mit dem Kontrollgerät auch Endgeräte verbunden, die für eine Datenkommunikation mittels des Ethernet-Frames nicht eingerichtet sind, so zählen diese Endgeräte nicht zum Netzwerk.In a method according to the invention for data communication in a network, a control device is connected to several terminals, expediently via one or more distributors of the type mentioned. The control device and the respective terminal are set up for data exchange on the basis of the Ethernet frame explained, the Ethernet frame having the group identification field in advantageous embodiments. If the connection is made via one or more distributors, this preferably also applies to the respective distributor. If terminals are also connected to the control device that are not set up for data communication using the Ethernet frame, these terminals are not part of the network.
In einem bevorzugten Verfahren werden die Endgeräte in eine erste logische Gruppe von Endgeräten und eine zweite logische Gruppe von Endgeräten gruppiert, indem den Endgeräten der ersten logischen Gruppe eine gemeinsame erste Gruppenidentifikation und den Endgeräten der zweiten logischen Gruppe eine andere, gemeinsame zweite Gruppenidentifikation zugewiesen wird. Die Gruppenzuweisung nimmt vorzugsweise das Kontrollgerät vor. Ist die Gruppenzuweisung erfolgt, schreibt eine Netzwerkkomponente, nämlich ein Endgerät des Netzwerks oder insbesondere das Kontrollgerät, in einer Phase des Netzwerkbetriebs die erste Gruppenidentifikation in den Zwischenlevel-Frame-Header eines ersten Ethernet-Frames und sendet das erste Ethernet-Frame in einem ersten Zyklus der Kommunikation an wenigstens die Endgeräte der ersten Gruppe. Eine Netzwerkkomponente, nämlich das gleiche oder ein anderes Endgerät des Netzwerks oder insbesondere das Kontrollgerät, schreibt die zweite Gruppenidentifikation in den Zwischenlevel-Frame-Header eines zweiten Ethernet-Frames und sendet das zweite Ethernet-Frame in einem auf den ersten Zyklus folgenden zweiten Zyklus der Kommunikation an wenigstens die Endgeräte der zweiten Gruppe. Der zweite Zyklus kann unmittelbar oder erst nach einem oder mehreren anderen Zyklen auf den ersten Zyklus folgen. Der erste Zyklus und der zweite Zyklus laufen in dieser Reihenfolge in einer Betriebsphase ab, in der die beschriebene Gruppenzuweisung gilt, sind sonst aber zeitlich nicht bestimmt.In a preferred method, the terminals are grouped into a first logical group of terminals and a second logical group of terminals by assigning a common first group identification to the terminals of the first logical group and a different, common second group identification to the terminals of the second logical group. The group assignment is preferably carried out by the control device. Once the group assignment has been made, a network component, namely a terminal of the network or in particular the control device, writes the first group identification in the intermediate level frame header of a first Ethernet frame in a phase of network operation and sends the first Ethernet frame in a first cycle of communication to at least the terminals of the first group. A network component, namely the same or another terminal of the network or in particular the control device, writes the second group identification in the intermediate level frame header of a second Ethernet frame and sends the second Ethernet frame in a second cycle of communication following the first cycle to at least the terminals of the second group. The second cycle can follow the first cycle immediately or only after one or more other cycles. The first cycle and the second cycle run in this order in an operating phase in which the described group assignment applies, but are otherwise not time-determined.
Die Endgeräte sind in einer ersten Verfahrensvariante, wie bereits zum Netzwerk erläutert, so eingerichtet, dass sie Nutzdaten der Geräte-Frames verarbeiten, wenn im Gruppen-Identifikationsfeld des jeweiligen Ethernet-Frames die zugewiesene Gruppenidentifikation oder ein Broadcast ausgewiesen ist, falls die Möglichkeit implementiert ist, im Gruppen-Identifikationsfeld einen Broadcast zu setzen. Die Endgeräte sind in der ersten Verfahrensvariante ferner so eingerichtet, dass sie das jeweilige Ethernet-Frame nicht weiter beachten, wenn das Gruppen-Identifikationsfeld eine nicht zugewiesene Gruppenidentifikation ausweist. In der ersten Variante des Verfahrens können die Ethernet-Frames ungeachtet der im Gruppen-Identifikationsfeld gesetzten Gruppenidentifikation allen Endgeräten gesendet werden. Eine Filterung durch optionale Verteiler ist nicht erforderlich. In a first variant of the process, as already explained for the network, the terminal devices are set up in such a way that they process payload data of the device frames if the assigned group identification or a broadcast is shown in the group identification field of the respective Ethernet frame, if the option of setting a broadcast in the group identification field is implemented. In the first variant of the process, the terminal devices are also set up in such a way that they no longer pay attention to the respective Ethernet frame if the group pen identification field indicates an unassigned group identification. In the first variant of the procedure, the Ethernet frames can be sent to all end devices regardless of the group identification set in the group identification field. Filtering by optional distributors is not necessary.
Im ersten Zyklus liest das jeweilige Endgerät der ersten logischen Gruppe das Gruppen-Identifikationsfeld des ersten Ethernet-Frames, erkennt die darin enthaltene Bitfolge als die ihm zugewiesene Gruppenidentifikation und verarbeitet das eine oder die mehreren Geräte-Frames, das oder die dem jeweiligen Endgerät durch die Geräteidentifikation im Ziel-Identifikationsfeld des jeweiligen Geräte-Frames zugeordnet ist/sind. Enthält das erste Ethernet-Frame eine Anforderung einer Antwort, beispielsweise die Anforderung von Messdaten oder anderen Nutzdaten, schreibt das jeweilige Endgerät der ersten logischen Gruppe die betreffenden Nutzdaten in das eine oder die mehreren ihm zugeordneten Geräte-Frames und sendet ein Ethernet-Frame mit seinen Nutzdaten als Antwort an das anfordernde Gerät - Kontrollgerät oder Endgerät - zurück. Der erste Zyklus der Kommunikation ist erst beendet, wenn alle Endgeräte der ersten logischen Gruppe, für die das erste Ethernet-Frame ein oder mehrere zugeordnete Geräte-Frames mit einer Anforderung (Request) enthält, jeweils ein Ethernet-Frame als Antwort gesendet haben.In the first cycle, the respective terminal device of the first logical group reads the group identification field of the first Ethernet frame, recognizes the bit sequence contained therein as the group identification assigned to it, and processes the one or more device frames that are assigned to the respective terminal device by the device identification in the target identification field of the respective device frame. If the first Ethernet frame contains a request for a response, for example the request for measurement data or other payload data, the respective terminal device of the first logical group writes the relevant payload data into the one or more device frames assigned to it and sends an Ethernet frame with its payload data back to the requesting device - control device or terminal device - as a response. The first cycle of communication is only completed when all terminal devices of the first logical group for which the first Ethernet frame contains one or more assigned device frames with a request have each sent an Ethernet frame as a response.
Die Endgeräte der zweiten logischen Gruppe erhalten das erste Ethernet-Frame im ersten Zyklus ebenfalls und lesen jeweils dessen Gruppen-Identifikationsfeld, erkennen aber die darin enthaltene Bitfolge als nicht zugewiesene Gruppenidentifikation und beachten das erste Ethernet-Frame daher nicht; eine Verarbeitung von Geräte-Frames des ersten Ethernet-Frames findet in der zweiten logischen Gruppe nicht statt. Die Endgeräte der zweiten Gruppe senden im ersten Zyklus auch kein Ethernet-Antwort-Frame; das Kontrollgerät erwartet von diesen Geräten keine Antwort.The end devices of the second logical group also receive the first Ethernet frame in the first cycle and read its group identification field, but recognize the bit sequence contained therein as unassigned group identification and therefore ignore the first Ethernet frame; device frames of the first Ethernet frame are not processed in the second logical group. The end devices of the second group also do not send an Ethernet response frame in the first cycle; the control device does not expect a response from these devices.
Der zweite Zyklus läuft sinngemäß in gleicher Weise ab: Das jeweilige Endgerät der zweiten logischen Gruppe liest das Gruppen-Identifikationsfeld des zweiten Ethernet-Frames, erkennt die darin enthaltene Bitfolge als die ihm zugewiesene Gruppenidentifikation und verarbeitet das eine oder die mehreren Geräte-Frames, das oder die dem jeweiligen Endgerät durch die Geräteidentifikation im Ziel-Identifikationsfeld des jeweiligen Geräte-Frames zugeordnet ist/sind. Enthält das zweite Ethernet-Frame eine Anforderung zu einer Antwort, beispielsweise zum Senden von Messdaten oder anderen Nutzdaten, schreibt das jeweilige Endgerät der zweiten logischen Gruppe die betreffenden Nutzdaten in das eine oder die mehreren ihm zugeordneten Geräte-Frames und sendet ein Ethernet-Frame mit seinen Nutzdaten als Antwort an das anfordernde Gerät - Kontrollgerät oder Endgerät - zurück. Der zweite Zyklus der Kommunikation ist erst beendet, wenn alle Endgeräte der zweiten logischen Gruppe, für die das zweite Ethernet-Frame ein oder mehrere zugeordnete Geräte-Frames mit einer Anforderung (Request) enthält, jeweils ein Ethernet-Frame als Antwort gesendet haben.The second cycle runs in the same way: The respective terminal device of the second logical group reads the group identification field of the second Ethernet frame, recognizes the bit sequence contained therein as the group identification assigned to it and processes the one or more device frames that are assigned to the respective terminal device by the device identification in the target identification field of the respective device frame. If the second Ethernet frame contains a request for a response, for example to send measurement data or other payload data, the respective terminal device of the second logical group writes the relevant payload data into the one or more device frames assigned to it and sends an Ethernet frame with its payload data back to the requesting device - control device or terminal device - as a response. The second cycle of communication is only completed when all terminal devices of the second logical group for which the second Ethernet frame contains one or more assigned device frames with a request have each sent an Ethernet frame as a response.
Die Endgeräte der ersten logischen Gruppe erhalten das zweite Ethernet-Frame im zweiten Zyklus ebenfalls und lesen jeweils dessen Gruppen-Identifikationsfeld, erkennen aber die darin enthaltene Bitfolge als nicht zugewiesene Gruppenidentifikation und beachten das zweite Ethernet-Frame daher nicht; eine Verarbeitung von Geräte-Frames des zweiten Ethernet-Frames findet in der ersten logischen Gruppe nicht statt. Die Endgeräte der ersten Gruppe senden im zweiten Zyklus auch kein Ethernet-Antwort-Frame; das Kontrollgerät erwartet von diesen Geräten keine Antwort.The end devices of the first logical group also receive the second Ethernet frame in the second cycle and read its group identification field, but recognize the bit sequence contained therein as unassigned group identification and therefore ignore the second Ethernet frame; device frames of the second Ethernet frame are not processed in the first logical group. The end devices of the first group also do not send an Ethernet response frame in the second cycle; the control device does not expect a response from these devices.
Umfasst das Netzwerk einen oder mehrere Verteiler und ist der eine oder sind diese mehreren Verteiler für eine selektive Weiterleitung der Ethernet-Frames in Abhängigkeit von der jeweiligen Gruppenidentifikation konfiguriert, kann das Verfahren in einer zweiten Verfahrensvariante so gestaltet sein, dass der jeweilige Verteiler im ersten Zyklus das erste Ethernet-Frame nur an die Endgeräte der ersten logischen Gruppe und im zweiten Zyklus das zweite Ethernet-Frame nur an die Endgeräte der zweiten logischen Gruppe weiterleitet. Auch in der zweiten Verfahrensvariante ist der erste Zyklus beendet, wenn alle Endgeräte der ersten logischen Gruppe, für die das erste Ethernet-Frame ein oder mehrere zugeordnete Geräte-Frames enthält, jeweils ein Ethernet-Frame als Antwort gesendet haben. Der zweite Zyklus ist entsprechend beendet, wenn alle Endgeräte der zweiten logischen Gruppe, für die das zweite Ethernet-Frame ein oder mehrere zugeordnete Geräte-Frames enthält, jeweils ein Ethernet-Frame als Antwort gesendet haben.If the network comprises one or more distributors and the one or more distributors are configured for selective forwarding of the Ethernet frames depending on the respective group identification, the method can be designed in a second method variant such that the respective distributor forwards the first Ethernet frame only to the end devices of the first logical group in the first cycle and the second Ethernet frame only to the end devices of the second logical group in the second cycle. In the second method variant, the first cycle is also ended when all end devices of the first logical group for which the first Ethernet frame contains one or more assigned device frames have each sent an Ethernet frame in response. The second cycle is correspondingly ended when all end devices of the second logical group for which the second Ethernet frame contains one or more assigned device frames have each sent an Ethernet frame in response.
In bevorzugten Ausführungen empfangen die Endgeräte auch jeweils die Ethernet-Frames der anderen Endgeräte. Verfügt ein Endgerät der jeweiligen Gruppe über die entsprechende „Intelligenz“, kann es dazu eingerichtet sein, ein Ethernet-Frame eines anderen Endgeräts der gleichen Gruppe mitzulesen und zu erkennen, ob das jeweilige Ethernet-Frame Nutzdaten enthält, die für den Betrieb des intelligenten Endgeräts relevant sind. So kann beispielsweise ein Stellglied erkennen, dass ein für den Betrieb des Stellglieds relevanter Sensor Messdaten sendet und diese Messdaten direkt verarbeiten, ohne darauf zu warten, dass das Kontrollgerät ein Ethernet-Frame mit einem oder mehreren an das Stellglied adressierten Geräte-Frame(s) mit den relevanten Messdaten sendet. Das Kontrollgerät und auch der Netzbetrieb können diesbezüglich entlastet werden.In preferred embodiments, the terminal devices also receive the Ethernet frames of the other terminal devices. If a terminal device in the respective group has the corresponding "intelligence", it can be set up to read an Ethernet frame from another terminal device in the same group and to recognize whether the respective Ethernet frame contains user data that is relevant for the operation of the intelligent terminal device. For example, an actuator can recognize that a sensor relevant for the operation of the actuator is sending measurement data and process this measurement data directly without waiting for the control device to send an Ethernet frame with one or more device frames addressed to the actuator with the relevant measurement data. The control device and the network operation can be relieved in this regard.
Auch in den nachstehend formulierten Aspekten werden Merkmale der Erfindung beschrieben. Die Aspekte sind in der Art von Ansprüchen formuliert und können diese ersetzen. In den Aspekten offenbarte Merkmale können die Ansprüche ferner ergänzen und/oder relativieren, Alternativen zu einzelnen Merkmalen aufzeigen und/oder Anspruchsmerkmale erweitern. In Klammern gesetzte Bezugszeichen beziehen sich auf nachfolgend in Figuren illustrierte Ausführungsbeispiele der Erfindung. Sie schränken die in den Aspekten beschriebenen Merkmale nicht unter den Wortsinn als solchen ein, zeigen andererseits jedoch bevorzugte Möglichkeiten der Verwirklichung des jeweiligen Merkmals auf.
- 1. Ethernet-Frame zur Datenkommunikation in einem Netzwerk mit einem Kontrollgerät (1) und mehreren mit dem Kontrollgerät (1) verbundenen Endgeräten (11-14), das Ethernet-Frame (EF) umfassend:
- 1.1 einen Ethernet-Frame-Header (EFH) und ein Ethernet-Frame-Datenfeld (EFD);
- 1.2 mehrere im Ethernet-Frame-Datenfeld (EFD) enthaltene Geräte-Frames (DF11 - DF14), die einem oder mehreren der Endgeräte (11-14) zugeordnet sind;
- 1.3 wobei die Geräte-Frames (DF11 - DF14) jeweils ein Geräte-Frame-Datenfeld (DFD) mit zu verarbeitenden Nutzdaten und einen Geräte-Frame-Header (DFH) aufweisen; und
- 1.4 ein Zwischenlevel-Frame (LF), das im Ethernet-Frame-Datenfeld (EFD) enthalten ist, vorzugsweise das Ethernet-Frame-Datenfeld (EFD) bildet; wobei
- 1.5 das Zwischenlevel-Frame (LF) ein Zwischenlevel-Frame-Datenfeld (LFD) mit den mehreren Geräte-Frames (DF11 - DF14) und
- 1.6 einen für die Geräte-Frames (DF11 - DF14) gemeinsamen Zwischenlevel-Frame-Header (LFH) aufweist.
- 2. Ethernet-Frame nach dem vorhergehenden Aspekt, wobei der jeweilige Geräte-Frame-Header (DFH) ein Ziel-Identifikationsfeld (DestinationlD) mit einer Identifikation eines Adressaten (1, 11, 12, 13, 14) des jeweiligen Geräte-Frames (DF11 - DF14), beispielsweise eine CRC-Signatur einer MAC-Adresse eines der Endgeräte (11-14) oder des Kontrollgeräts (1), und das jeweilige Geräte-Frame-Datenfeld (DFD) Nutzdaten für den im Ziel-Identifikationsfeld identifizierten Adressaten (1, 11, 12, 13, 14) enthalten.
- 3. Ethernet-Frame nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der Zwischenlevel-Frame-Header (LFH) ein Quellen-Identifikationsfeld (SourcelD) mit einer Identifikation eines Senders des Ethernet-Frames (EF) enthält, wobei die Identifikation des Senders beispielsweise eine CRC-Signatur seiner MAC-Adresse sein kann.
- 4. Ethernet-Frame nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der Zwischenlevel-Frame-Header (LFH) ein Gruppen-Identifikationsfeld (GroupID) mit einer Gruppenidentifikation (Gr1, Gr2) enthält, die die im Zwischenlevel-Frame (LF) enthaltenen Geräte-Frames (DF11 - DF14) als Geräte-Frames einer zusammengehörenden Gruppe von Endgeräten identifiziert, so dass die Endgeräte (11-14) durch Zuteilung jeweils einer bestimmten Gruppenidentifikation in unterschiedliche logische Gruppen von Endgeräten einteilbar sind.
- 5. Ethernet-Frame nach dem vorhergehenden Aspekt, wobei das Gruppen-Identifikationsfeld (GroupID) anstelle einer bestimmten Gruppenidentifikation (Gr1, Gr2) eine Bitfolge für ein Broadcast an alle mit dem Kontrollgerät (1) verbundenen Endgeräte (11-14) enthält.
- 6. Ethernet-Frame nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei das Zwischenlevel-Frame ein CRC-Prüffeld (IfhCRC) zur Absicherung des Zwischenlevel-Frame-Headers (LFH) enthält.
- 7. Ethernet-Frame nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei das Geräte-Frame (DF) ein CRC-Prüffeld (dfhCRC) zur Absicherung des Geräte-Frame-Headers (DFH) enthält.
- 8. Ethernet-Frame nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei das Geräte-Frame (DF) ein CRC-Prüffeld (dfdCRC) zur Absicherung des Geräte-Frame-Datenfelds (DFD) enthält.
- 9. Ethernet-Frame nach einer Kombination von wenigstens zwei der Aspekte 6
bis 8, wobei die CRC-Prüffelder jeweils einen CRC-Wert enthalten und die CRC-Werte von wenigstens zwei der CRC-Prüffelder auf unterschiedlichen Generatorpolynomen beruhen. - 10. Ethernet-Frame nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der Zwischenlevel-Frame-Header (LFH) ein Ethernet-Frame-Zählfeld (MsgCnt) mit einer Ethernet-Frame-Nummer enthält, die in einer Sequenz zeitlich aufeinander folgend gesendeter Ethernet-Frames (EF) die Stellung des jeweiligen Ethernet-Frames (EF) angibt, wobei das Kontrollgerät (1) dazu eingerichtet ist, die Ethernet-Frame-Nummer zu inkrementieren und die Ethernet-Frame-Nummer durch die Endgeräte (11-14) vorzugsweise nicht veränderbar ist.
- 11. Ethernet-Frame nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der Geräte-Frame-Header (DFH), ein Geräte-Frame-Zählfeld (seqCnt) mit einer Geräte-Frame-Nummer enthält, die in einer Sequenz zeitlich aufeinander folgend an das gleiche Endgerät gesendeter Geräte-Frames (DF) die Stellung des jeweiligen Geräte-Frames (DF) angibt, wobei das Kontrollgerät (1) dazu eingerichtet ist, die Geräte-Frame-Nummer beim Senden des jeweiligen Geräte-Frames (DF) zu inkrementieren und die Endgeräte (11-14) dazu eingerichtet sind, die Geräte-Frame-Nummer umzuformen, beispielsweise zu invertieren.
- 12. Ethernet-Frame nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der Zwischenlevel-Frame-Header (LFH) ein Ethernet-Frame-Modusfeld (MsgType) zur Identifizierung eines bestimmten Kommunikationsmodus aus mehreren wahlweise vorgebbaren unterschiedlichen Kommunikationsmodi (Discovery, Commissioning, Cyclic Data, Set, Get, RPC) einschließlich eines Inbetriebnahme-Modus (Commissioning) enthält, wobei das Ethernet-Frame-Modusfeld (MsgType) bei Auswahl des Inbetriebnahme-Modus den Zwischenlevel-Frame-Header (LFH) als Header für die Konfigurierung der Endgeräte (11-14) und/oder die im Zwischenlevel-Frame-Datenfeld (LFD) enthaltenen Geräte-Frames (DF11 - DF14) als Geräte-Frames für die Konfigurierung der Endgeräte (11-14) identifiziert.
- 13. Ethernet-Frame nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der Zwischenlevel-Frame-Header (LFH) ein Ethernet-Frame-Modusfeld (MsgType) zur Identifizierung eines bestimmten Kommunikationsmodus aus mehreren wahlweise vorgebbaren unterschiedlichen Kommunikationsmodi (Discovery, Commissioning, Cyclic Data, Set, Get, RPC) einschließlich eines Zyklusbetrieb-Modus (Cyclic Data) enthält, wobei das Ethernet-Frame-Modusfeld (MsgType) bei Auswahl des Zyklus-Modus den Zwischenlevel-Frame-Header (LFH) als Header für die zyklische Datenübertragung und die im Zwischenlevel-Frame-Datenfeld (LFD) enthaltenen Geräte-Frames (DF11 - DF14) als Geräte-Frames mit Prozessdaten für die Endgeräte (11-14) oder von den Endgeräten (11-14) identifiziert.
- 14. Ethernet-Frame nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der Geräte-Frame-Header (DFH) des jeweiligen Geräte-Frames (DF11 - DF14) ein Kontroll-und-Status-Feld (CTR & Status) mit einem Safety-Wert enthält und der Safety-Wert (z.B.1 Bit) dem Adressaten des jeweiligen Geräte-Frames (DF11 - DF14) mitteilt, ob das jeweilige Geräte-Frame (DF11-DF14) für die funktionale Sicherheit relevante Nutzdaten enthält.
- 15. Ethernet-Frame nach dem vorhergehenden Aspekt, wobei mehrere der Geräte-Frames (DF11 - DF14) für die funktionale Sicherheit relevante Daten enthalten und die Safety-Werte dieser Geräte-Frames (DF11 - DF14) dies anzeigen.
- 16. Ethernet-Frame nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der Geräte-Frame-Header (DFH) des jeweiligen Geräte-Frames (DF11 - DF14) ein Kontroll-und-Status-Feld (CTR & Status) mit einem Anforderung/Antwort-Wert (z.B.1 Bit) enthält und der Anforderung/Antwort-Wert dem Adressaten des jeweiligen Geräte-Frames (DF11 - DF14) mitteilt, ob das jeweilige Geräte-Frame eine Anforderung zum Senden von Nutzdaten ist oder die im Geräte-Frame-Datenfeld des jeweiligen Geräte-Frames (DF11 - DF14) enthaltenen Nutzdaten als Antwort auf eine Anforderung gesendet werden.
- 17. Ethernet-Frame nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der Geräte-Frame-Header (DFH) des jeweiligen Geräte-Frames (DF11 - DF14) ein Kontroll-und-Status-Feld (CTR & Status) mit einem Synchronisationswert (TimeSync, z.B.1 Bit) enthält, der dem Adressaten des jeweiligen Geräte-Frames anzeigt, ob das jeweilige Geräte-Frame der Synchronisation der Geräteuhr des adressierten oder sendenden Endgeräts auf die Geräteuhr des Kontrollgeräts (1) dient.
- 18. Ethernet-Frame nach dem vorhergehenden Aspekt, wobei das Zwischenlevel-Frame-Datenfeld (LFD) mehrere Geräte-Frames für das gleiche Endgerät enthält und der Synchronisationswert eines der an das gleiche Endgerät gerichteten Geräte-Frames auf Zeitsynchronisation gesetzt ist und der Synchronisationswert eines anderen der an das gleiche Endgerät gerichteten Geräte-Frames nicht auf Zeitsynchronisation gesetzt ist.
- 19. Ethernet-Frame nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der jeweilige Geräte-Frame-Header (DFH) ein Kontroll-und-Status-Feld (CTR & Status) mit einem oder mehreren Run/Stop-Bits enthält und der Inhalt des einen oder der mehreren Run/Stop-Bits dem Adressaten des jeweiligen Geräte-Frames im aktiven Betrieb hält oder in einen Ruhezustand versetzt.
- 20. Ethernet-Frame nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der jeweilige Geräte-Frame-Header (DFH) ein Kontroll-und-Status-Feld (CTR & Status) mit einem Fehlerstatusfeld (DataCRCErr) zum Anzeigen des Feststellens eines Fehlers in den Daten des Zwischenlevel-Frame-Headers (LFH) und/oder in den Daten des Geräte-Frame-Headers (DFH) und/oder in den Daten des Geräte-Frame-Datenfelds (DFD) enthält.
- 21. Ethernet-Frame nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei das Zwischenlevel-Frame-Datenfeld (LFD) mehrere Geräte-Frames für das gleiche Endgerät enthält.
- 22. Ethernet-Frame nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei wenigstens ein Geräte-Frame (DF11) der mehreren Geräte-Frames einem ersten Endgerät (11) und ein anderes Geräte-Frame (DF12) der mehreren Geräte-Frames einem anderen, zweiten Endgerät (12) zugeordnet sind.
- 23. Ethernet-fähiges Netzwerk wenigstens mit folgenden Netzwerkkomponenten, die zur Datenkommunikation in Form von Ethernet-Frames (EF) nach einem der vorhergehenden Aspekte eingerichtet sind:
- 23.1 ein Kontrollgerät (1), das dazu eingerichtet ist, ein Ethernet-Frame nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Ethernet-Anforderungs-Frame (EF1) mit einer das Kontrollgerät (1) identifizierenden Geräteidentifikation im Quellen-Identifikationsfeld (SourcelD) des Zwischenlevel-Frames (LF1) zu erzeugen und zu versenden;
- 23.2 optional einen oder mehrere Verteiler (3); und
- 23.3 ein erstes Endgerät (11) und ein zweites Endgerät (12), die mit dem Kontrollgerät (1) verbunden sind, vorzugsweise über den einen oder die mehreren optionalen Verteiler (3);
- 23.4 wobei das Kontrollgerät (1) dazu eingerichtet ist, in das Ziel-Identifikationsfeld (DestinationlD) des jeweiligen Geräte-Frames (DF11req, DF12req) des Ethernet-Anforderungs-Frames (EF1) eine Geräteidentifikation zu schreiben, die das Endgerät, für das das jeweilige Geräte-Frame (DF11req, DF12req) bestimmt ist, identifiziert;
- 23.5 und wobei jedes der Endgeräte (11, 12) dazu eingerichtet ist, das Ethernet-Anforderungs-Frame (EF1) zu empfangen, zu verarbeiten und ein Ethernet-Frame nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Ethernet-Antwort-Frame (EF11, EF12) mit einer das jeweilige Endgerät (11, 12) identifizierenden Geräteidentifikation im Quellen-Identifikationsfeld (SourcelD) des jeweiligen Geräte-Frames (DF11resp, DF12resp) des Ethernet-Antwort-Frames (EF11, EF12) zu erzeugen und zu versenden.
- 24. Ethernet-fähiges Netzwerk nach dem vorhergehenden Aspekt, wobei das jeweilige Endgerät (11, 12) dazu eingerichtet ist, die Geräteidentifikation des Kontrollgeräts (1) in das Ziel-Identifikationsfeld (DestinationID) des jeweiligen Geräte-Frames (DF11resp, DF12resp) seines Ethernet-Antwort-Frames (EF11, EF12) zu schreiben.
- 25. Ethernet-fähiges Netzwerk nach einem der zwei unmittelbar vorhergehenden Aspekte, wobei
- 25.1 die Netzwerkkomponenten zur Datenkommunikation in Form von Ethernet-Frames (EF) nach einem der vorhergehenden Aspekte jeweils in
Kombination mit Aspekt 4 eingerichtet sind, - 25.2 dem ersten Endgerät (11) und dem zweiten Endgerät (12) eine gemeinsame erste Gruppenidentifikation (Gr1) zugeteilt ist, so dass sie einer ersten logischen Gruppe angehören,
- 25.3 das erste Endgerät (11) und das zweite Endgerät (12) durch die Zuteilung der ersten Gruppenidentifikation (Gr1) dazu eingerichtet sind, Daten der Geräte-Frame-Datenfelder (DFD) zu verarbeiten, wenn das Gruppen-Identifikationsfeld (GroupID) die erste Gruppenidentifikation (Gr1) ausweist;
- 25.4 dem dritten Endgerät (13) und dem vierten Endgerät (14) eine gemeinsame zweite Gruppenidentifikation (Gr2) zugeteilt ist, so dass sie einer zweiten logischen Gruppe angehören,
- 25.5 das dritte Endgerät (13) und das vierte Endgerät (14) durch die Zuteilung der zweiten Gruppenidentifikation (Gr2) dazu eingerichtet sind, Daten der Geräte-Frame-Datenfelder (DFD) zu verarbeiten, wenn das Gruppen-Identifikationsfeld (GroupID) die zweite Gruppenidentifikation (Gr2) ausweist; und wobei
- 25.6 die Endgeräte (11, 12) der ersten logischen Gruppe dazu eingerichtet sind, die Nutzdaten der Geräte-Frames (DF) nur zu verarbeiten, wenn im Gruppen-Identifikationsfeld (GroupID) des jeweiligen Ethernet-Frames (EF1) die erste Gruppenidentifikation (Gr1) oder ein Broadcast ausgewiesen ist, und
- 25.7 die Endgeräte (13, 14) der zweiten logischen Gruppe dazu eingerichtet sind, die Nutzdaten der Geräte-Frames (DF) nur zu verarbeiten, wenn im Gruppen-Identifikationsfeld (GroupID) des jeweiligen Ethernet-Frames (EF2) die zweite Gruppenidentifikation (Gr2) oder ein Broadcast ausgewiesen ist.
- 25.1 die Netzwerkkomponenten zur Datenkommunikation in Form von Ethernet-Frames (EF) nach einem der vorhergehenden Aspekte jeweils in
- 26. Ethernet-fähiges Netzwerk wenigstens mit folgenden Netzwerkkomponenten, die zur Datenkommunikation in Form von Ethernet-Frames (EF) nach einem der vorhergehenden Aspekte jeweils in
Kombination mit Aspekt 4 eingerichtet sind:- 26.1 ein Kontrollgerät (1);
- 26.2 optional einen oder mehrere Verteiler (3);
- 26.3 ein erstes Endgerät (11) und ein zweites Endgerät (12), die mit dem Kontrollgerät (1) verbunden sind, vorzugsweise über den einen oder die mehreren optionalen Verteiler (3), und denen eine erste Gruppenidentifikation (Gr1) zugeteilt ist, so dass sie einer ersten logischen Gruppe angehören, und die durch die Zuteilung der ersten Gruppenidentifikation (Gr1) dazu eingerichtet sind, Daten der Geräte-Frame-Datenfelder (DFD) zu verarbeiten, wenn das Gruppen-Identifikationsfeld (GroupID) die erste Gruppenidentifikation (Gr1) ausweist;
- 26.4 ein drittes Endgerät (13) und ein viertes Endgerät (14), die mit dem Kontrollgerät (1) verbunden sind, vorzugsweise über den einen oder die mehreren optionalen Verteiler (3), und denen eine zweite Gruppenidentifikation (Gr2) zugeteilt ist, so dass sie einer zweiten logischen Gruppe angehören, und die durch die Zuteilung der zweiten Gruppenidentifikation (Gr2) dazu eingerichtet sind, Daten der Geräte-Frame-Datenfelder (DFD) zu verarbeiten, wenn das Gruppen-Identifikationsfeld (GroupID) eine andere, zweite Gruppenidentifikation (Gr2) ausweist;
- 26.5 wobei der oder die Verteiler (3), f dazu eingerichtet ist oder sind, das jeweilige Ethernet-Frame (EF1, EF2) an die Endgeräte (11-14) der ersten logischen Gruppe nur weiterzuleiten, wenn die erste Gruppenidentifikation (Gr1) oder ein Broadcast im Gruppen-Identifikationsfeld (GroupID) ausgewiesen ist, und das jeweilige Ethernet-Frame (EF1, EF2) an die Endgeräte (11-14) der zweiten logischen Gruppe nur weiterzuleiten, wenn die zweite Gruppenidentifikation (Gr2) oder ein Broadcast im Gruppen-Identifikationsfeld (Group ID) ausgewiesen ist; und/oder
- 26.6 die Endgeräte (11, 12) der ersten logischen Gruppe dazu eingerichtet sind, die Nutzdaten der Geräte-Frames (DF) nur zu verarbeiten, wenn im Gruppen-Identifikationsfeld (GroupID) des jeweiligen Ethernet-Frames (EF1) die erste Gruppenidentifikation (Gr1) oder ein Broadcast ausgewiesen ist, und die Endgeräte (13, 14) der zweiten logischen Gruppe dazu eingerichtet sind, die Nutzdaten der Geräte-Frames (DF) nur zu verarbeiten, wenn im Gruppen-Identifikationsfeld (GroupID) des jeweiligen Ethernet-Frames (EF2) die zweite Gruppenidentifikation (Gr2) oder ein Broadcast ausgewiesen ist.
- 27. Ethernet-fähiges Netzwerk nach einem der Aspekte 23 bis 26, wobei das Kontrollgerät (1) dazu eingerichtet ist, in das Gruppen-Identifikationsfeld (Group ID) des jeweiligen Ethernet-Frames (EF1, EF2) wahlweise die erste Gruppenidentifikation (Gr1) oder die zweite Gruppenidentifikation (Gr2) zu schreiben.
- 28. Ethernet-fähiges Netzwerk nach einem der der Aspekte 23 bis 27, wobei das Kontrollgerät (1) und die Endgeräte (11-14) jeweils eine Geräteidentifikation haben und der jeweilige Geräte-Frame-Header (DFH) ein Ziel-Identifikationsfeld (DestinationID) mit der Geräteidentifikation eines Adressaten (1, 11, 12, 13, 14) des jeweiligen Geräte-Frames (DF11 - DF14), beispielsweise eine CRC-Signatur einer MAC-Adresse eines der Endgeräte (11-14) oder des Kontrollgeräts (1), und das jeweilige Geräte-Frame-Datenfeld (DFD) Nutzdaten für den im Ziel-Identifikationsfeld identifizierten Adressaten (1, 11, 12, 13, 14) enthalten, und wobei das Kontrollgerät (1) und vorzugsweise auch das jeweilige Endgerät (11-14) dazu eingerichtet ist/sind, die Geräteidentifikation des Adressaten im Ziel-Identifikationsfeld (DestinationlD) zu lesen und/oder in das Ziel-Identifikationsfeld (DestinationlD) zu schreiben.
- 29. Ethernet-fähiges Netzwerk nach einem der der Aspekte 23 bis 28, wobei das Kontrollgerät (1) und die Endgeräte (11-14) jeweils eine Geräteidentifikation haben und der Zwischenlevel-Frame-Header (LFH) ein Quellen-Identifikationsfeld (SourcelD) mit der Geräteidentifikation des Senders des jeweiligen Ethernet-Frames (EF) enthält, und wobei das Kontrollgerät (1) und vorzugsweise auch das jeweilige Endgerät (11-14) dazu eingerichtet ist/sind, die Geräteidentifikation des Senders im Quellen-Identifikationsfeld (SourcelD) zu lesen und/oder die eigene Geräteidentifikation in das Quellen-Identifikationsfeld (SourcelD) zu schreiben.
- 30. Ethernet-fähiges Netzwerk nach einem der der Aspekte 23 bis 29, wobei die erste Gruppenidentifikation (Gr1) nur Endgeräten (11, 12) zugeteilt ist, die die Anforderungen der funktionalen Sicherheit erfüllen, und die zweite Gruppenidentifikation (Gr2) einem oder mehreren oder nur Endgeräten (13, 14) zugeteilt ist, die die Anforderungen der funktionalen Sicherheit nicht erfüllen, so dass das Netzwerk aufgrund der Zuteilung der Gruppenidentifikationen (Gr1, Gr2) in Netzwerkbereiche unterschiedlicher funktionaler Sicherheit unterteilt ist.
- 31. Ethernet-fähiges Netzwerk nach einem der der Aspekte 23 bis 30, wobei der Geräte-Frame-Header (DFH) des jeweiligen Geräte-Frames (DF11 - DF14) ein Kontroll-und-Status-Feld (CTR & Status) mit einem Safety-Wert (z.B.1 Bit) enthält, der dem Adressaten des jeweiligen Geräte-Frames (DF11 - DF14) mitteilt, ob das jeweilige Geräte-Frame (DF11 - DF14) für die funktionale Sicherheit relevante Nutzdaten enthält, und wobei wenigstens das erste Endgerät (11) die Anforderungen der funktionalen Sicherheit erfüllt und dazu eingerichtet ist, ein an das erste Endgerät (11) adressiertes Geräte-Frame (DF11) nur dann zu verarbeiten, wenn der Safety-Wert des jeweiligen, dem ersten Endgerät (11) zugeordneten Geräte-Frames (DF11) anzeigt, dass dieses Geräte-Frame für die funktionale Sicherheit relevante Nutzdaten enthält.
- 32. Ethernet-fähiges Netzwerk wenigstens mit folgenden Netzwerkkomponenten, die zur Datenkommunikation in Form von Ethernet-Frames (EF) nach einem der vorhergehenden Aspekte eingerichtet sind:
- 32.1 ein Kontrollgerät (1);
- 32.2 optional einen oder mehrere Verteiler (3); und
- 32.3 ein erstes Endgerät (11) und ein zweites Endgerät (12), die mit dem Kontrollgerät (1) verbunden sind, vorzugsweise über den einen oder die mehreren optionalen Verteiler (3); wobei
- 32.4 das Zwischenlevel-Frame ein CRC-Prüffeld (IfhCRC) zur Absicherung des Zwischenlevel-Frame-Headers (LFH) und/oder das Geräte-Frame (DF) ein CRC-Prüffeld (dfhCRC) zur Absicherung des Geräte-Frame-Headers (DFH) und/oder das Geräte-Frame (DF) ein CRC-Prüffeld (dfdCRC) zur Absicherung des Geräte-Frame-Datenfelds (DFD) enthält/enthalten;
- 32.5 der Geräte-Frame-Header (DFH) des jeweiligen Geräte-Frames (DF11 - DF14) ein Fehlerstatusfeld (DataCRCErr) zum Anzeigen des Feststellens eines Fehlers in den Daten des Zwischenlevel-Frame-Headers (LFH) und/oder des Geräte-Frame-Headers (DFH) und/oder des Geräte-Frame-Datenfelds (DFD) enthält;
- 32.6 das Kontrollgerät (1) dazu eingerichtet ist, ein Ethernet-Frame (EF) mit einer Anforderung einer Antwort in einem oder mehreren der Geräte-Frames (DF) zu senden;
- 32.7 und eines oder mehrere der Endgeräte (11-14) dazu eingerichtet ist oder sind, - die Datenintegrität des Zwischenlevel-Frame-Headers (LFH) anhand des Inhalts des CRC-Prüffelds (IfhCRC) für den Zwischenlevel-Frame-Header (LFH) und/oder die Datenintegrität des jeweils zugeordneten Geräte-Frame-Headers (DFH) anhand des Inhalts des CRC-Prüffelds (dfhCRC) für den Geräte-Frame-Header (DFH) und/oder die Datenintegrität des jeweils zugeordneten Geräte-Frame-Datenfelds (DFD) anhand des Inhalts des CRC-Prüffelds (dfdCRC) für das Geräte-Frame-Datenfeld (DFD) zu prüfen,
- - bei Feststellung eines Datenfehlers im Fehlerstatusfeld (DataCRCErr) einen Fehlerwert zu setzen, und
- - ein Ethernet-Frame (EF), das den Fehlerwert im Fehlerstatusfeld (DataCRCErr) enthält, als Antwort an das Kontrollgerät (1) zu senden.
- 33. Ethernet-fähiges Netzwerk nach dem vorhergehenden Aspekt und einem der Aspekte 23 bis 31.
- 34. Ethernet-fähiges Netzwerk nach einem der Aspekte 23 bis 33, wobei das Kontrollgerät (1) und die Endgeräte (11-14) Feldgeräte sind und die Datenkommunikation im Netzwerk auf der Feldebene erfolgt.
- 35. Ethernet-fähiges Netzwerk nach einem der Aspekte 23 bis 34, wobei die Endgeräte (11-14) einen oder mehrere Sensoren (11, 13), beispielsweise einen oder mehrere Temperatursensoren und/oder Drucksensoren und/oder Volumenstromsensoren und/oder pH-Sensoren und/oder Konzentrationssensoren, und/oder einen oder mehrere Aktoren (12, 14), beispielsweise einen oder mehrere Motoren und/oder Ventile und/oder Heizeinrichtungen, und/oder einen oder mehrere Regler, beispielsweise Temperatur-Steuer- oder Regelgeräte und/oder Druck-Steuer- oder Regelgeräte und/oder Volumenstrom-Steuer- oder Regelgeräte, und/oder einen oder mehrere Monitore (4) umfassen.
- 36. Ethernet-fähiges Netzwerk nach einem der Aspekte 23 bis 35, wobei das Netzwerk ein System oder Bestandteil eines Systems zur Erfassung des Energieverbrauchs eines Gebäudes oder zur Steuerung oder Regelung der Temperatur(en) in einem Gebäude ist.
- 37. Ethernet-fähiges Netzwerk nach einem der Aspekte 23 bis 35, wobei das Netzwerk ein System oder Bestandteil eines Systems zur Erfassung, vorzugsweise Überwachung, und/oder Steuerung oder Regelung einer oder mehrerer physikalischer und/oder chemischer Größen in einer Anlage der technischen Verfahrenstechnik ist.
- 38. Verfahren zur Datenkommunikation in einem Ethernet-fähigen Netzwerk, in dem Netzwerkkomponenten umfassend ein Kontrollgerät (1) und mehrere Endgeräte (11-14) für die Datenkommunikation verbunden sind, vorzugsweise über einen oder mehrere optionale(n) Verteiler (3) des Netzwerks, und bei dem
- 38.1 die Netzwerkkomponenten (1, 3, 11-14) für einen Datenaustausch in Form von Ethernet-Frames (EF) nach einem der vorhergehenden Aspekte eingerichtet sind;
- 38.2 das Kontrollgerät (1) ein Ethernet-Frame nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Ethernet-Anforderungs-Frame (EF1) erzeugt und sendet;
- 38.3 das Kontrollgerät (1) bei der Erzeugung des Ethernet-Anforderungs-Frames (EF1) in das Quellen-Identifikationsfeld (SourcelD) des Zwischenlevel-Frames (LF1) eine das Kontrollgerät (1) identifizierende Geräteidentifikation schreibt und in das Ziel-Identifikationsfeld (DestinationlD) des jeweiligen Geräte-Frames (DF11, DF12) eine Geräteidentifikation schreibt, die das Endgerät, für das das jeweilige Geräte-Frame (DF11, DF12) bestimmt ist, identifiziert;
- 38.4 und die Endgeräte (11-14) das Ethernet-Anforderungs-Frame (EF1) empfangen, verarbeiten und jeweils ein Ethernet-Frame nach einem der vorhergehenden Aspekte als Ethernet-Antwort-Frame (EF11, EF12) mit einer das jeweilige Endgerät identifizierenden Geräteidentifikation im Quellen-Identifikationsfeld (SourcelD) des jeweiligen Geräte-Frames (DF11 resp, DF12resp) des Ethernet-Antwort-Frames (EF11, EF12) erzeugen und senden.
- 39. Verfahren nach dem vorhergehenden Aspekt, wobei das jeweilige Endgerät bei der Erzeugung seines Ethernet-Antwort-Frames (EF11, EF12) die Geräteidentifikation des Kontrollgeräts (1) in das Ziel-Identifikationsfeld (DestinationlD) des jeweiligen Geräte-Frames (DF11resp, DF12resp) seines Ethernet-Antwort-Frames (EF11, EF12) schreibt.
- 40. Verfahren nach einem der zwei unmittelbar vorhergehenden Aspekte, bei dem
- 40.1 die Netzwerkkomponenten (1, 3, 11-14) zur Datenkommunikation in Form von Ethernet-Frames (EF) nach einem der vorhergehenden Aspekte jeweils in
Kombination mit Aspekt 4 eingerichtet sind; - 40.2 die Endgeräte (11-14) in eine erste logische Gruppe von Endgeräten (11, 12) und eine zweite logische Gruppe von Endgeräten (13, 14) gruppiert werden, indem
- 40.3 den Endgeräten (11, 12) der ersten logischen Gruppe eine gemeinsame erste Gruppenidentifikation (Gr1) und den Endgeräten (13, 14) der zweiten logischen Gruppe eine andere, gemeinsame zweite Gruppenidentifikation (Gr2) zugewiesen wird;
- 40.4 eine Netzwerkkomponente, vorzugsweise das Kontrollgerät (1), die erste Gruppenidentifikation (Gr1) in den Zwischenlevel-Frame-Header (LFH) eines ersten Ethernet-Frames (EF1) schreibt und das erste Ethernet-Frame (EF1) in einem ersten Zyklus der Datenkommunikation an die Endgeräte (11-14) sendet;
- 40.5 das jeweilige Endgerät (11, 12) der ersten logischen Gruppe das Gruppen-Identifikationsfeld (GroupID) des ersten Ethernet-Frames (EF1) liest, die darin enthaltene Bitfolge als die ihm zugewiesene Gruppenidentifikation (Gr1) erkennt und das eine oder die mehreren Geräte-Frames, das oder die dem jeweiligen Endgerät durch die Geräteidentifikation im Ziel-Identifikationsfeld (DestinationlD) des jeweiligen Geräte-Frames zugeordnet ist/sind, verarbeitet; und bei dem
- 40.6 das jeweilige Endgerät (13,14) der zweiten logischen Gruppe das Gruppen-Identifikationsfeld des ersten Ethernet-Frames (EF1) liest, die darin enthaltene Bitfolge als eine ihm nicht zugewiesene Gruppenidentifikation (Gr1) erkennt und deshalb das erste Ethernet-Frame (EF1) nicht verarbeitet.
- 40.1 die Netzwerkkomponenten (1, 3, 11-14) zur Datenkommunikation in Form von Ethernet-Frames (EF) nach einem der vorhergehenden Aspekte jeweils in
- 41. Verfahren zur Datenkommunikation in einem Ethernet-fähigen Netzwerk, in dem Netzwerkkomponenten umfassend ein Kontrollgerät (1), mehrere Endgeräte (11-14) und optional einen oder mehrere Verteiler (3) für die Datenkommunikation miteinander verbunden sind, bei dem
- 41.1 die Netzwerkkomponenten (1, 3, 11-14) für einen Datenaustausch in Form von Ethernet-Frames (EF) nach einem der vorhergehenden Aspekte jeweils in
Kombination mit Aspekt 4 eingerichtet sind; - 41.2 die Endgeräte (11-14) in eine erste logische Gruppe von Endgeräten (11, 12) und eine zweite logische Gruppe von Endgeräten (13, 14) gruppiert werden, indem
- 41.3 den Endgeräten (11, 12) der ersten logischen Gruppe eine gemeinsame erste Gruppenidentifikation (Gr1) und den Endgeräten (13, 14) der zweiten logischen Gruppe eine andere, gemeinsame zweite Gruppenidentifikation (Gr2) zugewiesen wird;
- 41.4 eine Netzwerkkomponente, vorzugsweise das Kontrollgerät (1), die erste Gruppenidentifikation (Gr1) in den Zwischenlevel-Frame-Header (LFH) eines ersten Ethernet-Frames (EF1) schreibt und das erste Ethernet-Frame (EF1) in einem ersten Zyklus (T1) der Datenkommunikation an die Endgeräte (11-14) sendet;
- 41.5 das jeweilige Endgerät (11, 12) der ersten logischen Gruppe das Gruppen-Identifikationsfeld (GroupID) des ersten Ethernet-Frames (EF1) liest, die darin enthaltene Bitfolge als die ihm zugewiesene Gruppenidentifikation (Gr1) erkennt und das eine oder die mehreren Geräte-Frames, das oder die dem jeweiligen Endgerät durch die Geräteidentifikation im Ziel-Identifikationsfeld (DestinationID) des jeweiligen Geräte-Frames zugeordnet ist/sind, verarbeitet; und bei dem
- 41.6 das jeweilige Endgerät (13,14) der zweiten logischen Gruppe das Gruppen-Identifikationsfeld des ersten Ethernet-Frames (EF1) liest, die darin enthaltene Bitfolge als eine ihm nicht zugewiesene Gruppenidentifikation (Gr1) erkennt und deshalb das erste Ethernet-Frame (EF1) nicht verarbeitet.
- 41.1 die Netzwerkkomponenten (1, 3, 11-14) für einen Datenaustausch in Form von Ethernet-Frames (EF) nach einem der vorhergehenden Aspekte jeweils in
- 42. Verfahren zur Datenkommunikation in einem Ethernet-fähigen Netzwerk, in dem Netzwerkkomponenten umfassend ein Kontrollgerät (1) und mehrere Endgeräte (11-14) über einen oder mehrere Verteiler (3) für die Datenkommunikation verbunden sind, bei dem
- 42.1 die Netzwerkkomponenten (1, 3, 11-14) für einen Datenaustausch in Form von Ethernet-Frames (EF1, EF2) nach einem der vorhergehenden Aspekte jeweils in
Kombination mit Aspekt 4 eingerichtet sind; - 42.2 die Endgeräte (11-14) in eine erste logische Gruppe von Endgeräten (11, 12) und eine zweite logische Gruppe von Endgeräten (13, 14) gruppiert werden, indem
- 42.3 den Endgeräten (11, 12) der ersten logischen Gruppe eine gemeinsame erste Gruppenidentifikation (Gr1) und den Endgeräten (13, 14) der zweiten logischen Gruppe eine andere, gemeinsame zweite Gruppenidentifikation (Gr2) zugewiesen wird;
- 42.4 der jeweilige Verteiler (3) für eine selektive Weiterleitung der Ethernet-Frames (EF1, EF2) in Abhängigkeit von der jeweiligen Gruppenidentifikation (Gr1, Gr2) konfiguriert wird;
- 42.5 eine Netzwerkkomponente, vorzugsweise das Kontrollgerät (1), die erste Gruppenidentifikation (Gr1) in den Zwischenlevel-Frame-Header (LFH) eines ersten Ethernet-Frames (EF1) schreibt und das erste Ethernet-Frame (EF1) in einem ersten Zyklus (T1) der Datenkommunikation an den oder die Verteiler (3) sendet; und
- 42.6 der jeweilige Verteiler (3) das erste Ethernet-Frame (EF1) nur an die Endgeräte (11, 12) der ersten logischen Gruppe weiterleitet.
- 42.1 die Netzwerkkomponenten (1, 3, 11-14) für einen Datenaustausch in Form von Ethernet-Frames (EF1, EF2) nach einem der vorhergehenden Aspekte jeweils in
- 43. Verfahren nach einem der Aspekte 41 und 42, bei dem
- 43.1 eines oder mehrere der Geräte-Frames des ersten Ethernet-Frames (EF1) eine Anforderung (Request) zum Senden von Nutzdaten enthält oder jeweils enthalten;
- 43.2 das jeweilige Endgerät (11, 12) der ersten logischen Gruppe, dem im ersten Ethernet-Frame (EF1) ein oder mehrere Geräte-Frames mit einer Anforderung zugeordnet ist/sind, die angeforderten Nutzdaten in das jeweilige die Anforderung enthaltende, zugeordnete Geräte-Frame schreibt und
- 43.3 ein Ethernet-Frame (EF11, EF12) mit seinen Nutzdaten als Antwort als an die anfordernde Netzwerkkomponente (1) sendet; und
- 43.4 der erste Zyklus (T1) erst beendet ist, wenn jedes der Endgeräte (11, 12) der ersten logischen Gruppe, für die das erste Ethernet-Frame (EF1) ein oder mehrere zugeordnete Geräte-Frames mit einer Anforderung (Request) enthält, jeweils ein Ethernet-Frame (EF11, EF12) als Antwort gesendet hat.
- 44. Verfahren nach einem der Aspekte 38 bis 43, bei dem
- 44.1 das jeweilige Ethernet-Frame (EF1, EF2) im Zwischenlevel-Frame-Header (LFH) ein Ethernet-Frame-Zählfeld (MsgCnt) mit einer Ethernet-Frame-Nummer enthätt, die in einer Sequenz zeitlich aufeinander folgend gesendeter Ethernet-Frames (EF1, EF2) die Stellung des jeweiligen Ethernet-Frame angibt; und
- 44.2 das Kontrollgerät (1) die Ethernet-Frame-Nummer für das jeweils als nächstes zu sendende Ethernet-Frame (EF1, EF2) inkrementiert,
- 44.3 während die Ethernet-Frame-Nummer durch die Endgeräte (11-14) nicht veränderbar ist.
- 45. Verfahren nach einem der Aspekte 38 bis 44, bei dem
- 45.1 das jeweilige Ethernet-Frame (EF1, EF2) im Geräte-Frame-Header (DFH) ein Geräte-Frame-Zählfeld (seqCnt) mit einer Geräte-Frame-Nummer enthält, die in einer Sequenz zeitlich aufeinander folgend an das gleiche Endgerät adressierter Geräte-Frames (DF) die Stellung des jeweiligen Geräte-Frames (DF) angibt;
- 45.2 das Kontrollgerät (1) die Geräte-Frame-Nummer für das als nächstes an das gleiche Endgerät zu sendende Geräte-Frame (DF) inkrementiert; und
- 45.3 das jeweilige Endgerät (11-14) die Geräte-Frame-Nummer liest und umformt, beispielsweise invertiert, und die umgeformte Geräte-Frame-Nummer in das Geräte-Frame-Zählfeld (seqCnt) des als nächstes an das Kontrollgerät (1) zu sendenden Geräte-Frames (DF) schreibt.
- 1. Ethernet frame for data communication in a network with a control device (1) and several terminal devices (11-14) connected to the control device (1), the Ethernet frame (EF) comprising:
- 1.1 an Ethernet frame header (EFH) and an Ethernet frame data field (EFD);
- 1.2 several device frames (DF11 - DF14) contained in the Ethernet frame data field (EFD) that are assigned to one or more of the end devices (11-14);
- 1.3 wherein the device frames (DF11 - DF14) each have a device frame data field (DFD) with user data to be processed and a device frame header (DFH); and
- 1.4 an intermediate level frame (LF) contained in the Ethernet frame data field (EFD), preferably forming the Ethernet frame data field (EFD); where
- 1.5 the intermediate level frame (LF) an intermediate level frame data field (LFD) with the several device frames (DF11 - DF14) and
- 1.6 has an intermediate level frame header (LFH) common to the device frames (DF11 - DF14).
- 2. Ethernet frame according to the preceding aspect, wherein the respective device frame header (DFH) contains a destination identification field (DestinationID) with an identification of an addressee (1, 11, 12, 13, 14) of the respective device frame (DF11 - DF14), for example a CRC signature of a MAC address of one of the terminal devices (11-14) or of the control device (1), and the respective device frame data field (DFD) contains user data for the addressee (1, 11, 12, 13, 14) identified in the destination identification field.
- 3. Ethernet frame according to one of the preceding aspects, wherein the intermediate level frame header (LFH) contains a source identification field (SourceID) with an identification of a sender of the Ethernet frame (EF), wherein the identification of the sender can be, for example, a CRC signature of its MAC address.
- 4. Ethernet frame according to one of the preceding aspects, wherein the intermediate level frame header (LFH) contains a group identification field (GroupID) with a group identification (Gr1, Gr2) which identifies the device frames (DF11 - DF14) contained in the intermediate level frame (LF) as device frames of a group of terminal devices that belong together, so that the terminal devices (11-14) can be divided into different logical groups of terminal devices by assigning each of them a specific group identification.
- 5. Ethernet frame according to the preceding aspect, wherein the group identification field (GroupID) contains, instead of a specific group identification (Gr1, Gr2), a bit sequence for a broadcast to all terminal devices (11-14) connected to the control device (1).
- 6. Ethernet frame according to one of the preceding aspects, wherein the intermediate level frame contains a CRC check field (IfhCRC) for securing the intermediate level frame header (LFH).
- 7. Ethernet frame according to one of the preceding aspects, wherein the device frame (DF) contains a CRC check field (dfhCRC) for securing the device frame header (DFH).
- 8. Ethernet frame according to one of the preceding aspects, wherein the device frame (DF) contains a CRC check field (dfdCRC) for securing the device frame data field (DFD).
- 9. Ethernet frame according to a combination of at least two of aspects 6 to 8, wherein the CRC check fields each contain a CRC value and the CRC values of at least two of the CRC check fields are based on different generator polynomials.
- 10. Ethernet frame according to one of the preceding aspects, wherein the intermediate level frame header (LFH) contains an Ethernet frame count field (MsgCnt) with an Ethernet frame number which indicates the position of the respective Ethernet frame (EF) in a sequence of consecutively sent Ethernet frames (EF), wherein the control device (1) is set up to increment the Ethernet frame number and the Ethernet frame number is preferably not changeable by the terminal devices (11-14).
- 11. Ethernet frame according to one of the preceding aspects, wherein the device frame header (DFH) contains a device frame count field (seqCnt) with a device frame number which indicates the position of the respective device frame (DF) in a sequence of device frames (DF) sent consecutively to the same terminal, wherein the control device (1) is set up to increment the device frame number when sending the respective device frame (DF) and the terminals (11-14) are set up to convert the device frame number, for example to invert it.
- 12. Ethernet frame according to one of the preceding aspects, wherein the intermediate level frame header (LFH) contains an Ethernet frame mode field (MsgType) for identifying a specific communication mode from several optionally predeterminable different communication modes (Discovery, Commissioning, Cyclic Data, Set, Get, RPC) including a commissioning mode (Commissioning), wherein the Ethernet frame mode field (MsgType) identifies the intermediate level frame header (LFH) as a header for configuring the terminal devices (11-14) and/or the device frames (DF11 - DF14) contained in the intermediate level frame data field (LFD) as device frames for configuring the terminal devices (11-14) when the commissioning mode is selected.
- 13. Ethernet frame according to one of the preceding aspects, wherein the intermediate level frame header (LFH) contains an Ethernet frame mode field (MsgType) for identifying a specific communication mode from several optionally predeterminable different communication modes (Discovery, Commissioning, Cyclic Data, Set, Get, RPC) including a cyclic operation mode (Cyclic Data), wherein the Ethernet frame mode field (MsgType) when the cyclic mode is selected identifies the intermediate level frame header (LFH) as a header for the cyclic data transmission and the device frames (DF11 - DF14) contained in the intermediate level frame data field (LFD) as device frames with process data for the end devices (11-14) or from the end devices (11-14).
- 14. Ethernet frame according to one of the preceding aspects, wherein the device frame header (DFH) of the respective device frame (DF11 - DF14) contains a control and status field (CTR & Status) with a safety value and the safety value (e.g. 1 bit) informs the addressee of the respective device frame (DF11 - DF14) whether the respective device frame (DF11-DF14) contains payload data relevant to functional safety.
- 15. Ethernet frame according to the preceding aspect, wherein several of the device frames (DF11 - DF14) contain data relevant to functional safety and the safety values of these device frames (DF11 - DF14) indicate this.
- 16. Ethernet frame according to one of the preceding aspects, wherein the device frame header (DFH) of the respective device frame (DF11 - DF14) contains a control and status field (CTR & status) with a request/response value (e.g. 1 bit) and the request/response value informs the addressee of the respective device frame (DF11 - DF14) whether the respective device frame is a request to send payload data or the payload data contained in the device frame data field of the respective device frame (DF11 - DF14) is sent in response to a request.
- 17. Ethernet frame according to one of the preceding aspects, wherein the device frame header (DFH) of the respective device frame (DF11 - DF14) contains a control and status field (CTR & Status) with a synchronization value (TimeSync, e.g. 1 bit) which indicates to the addressee of the respective device frame whether the respective device frame serves to synchronize the device clock of the addressed or sending terminal device with the device clock of the control device (1).
- 18. The Ethernet frame according to the preceding aspect, wherein the intermediate level frame data field (LFD) contains multiple device frames for the same terminal, and the synchronization value of one of the device frames directed to the same terminal is set to time synchronization and the synchronization value of another of the device frames directed to the same terminal is not set to time synchronization.
- 19. Ethernet frame according to any one of the preceding aspects, wherein the respective device frame header (DFH) contains a control and status field (CTR & Status) with one or more run/stop bits and the content of the one or more run/stop bits keeps the addressee of the respective device frame in active operation or puts it into an idle state.
- 20. Ethernet frame according to any one of the preceding aspects, wherein the respective device frame header (DFH) comprises a control and status field (CTR & Status) with an error status field (DataCRCErr) for indicating the detection of an error in the data of the intermediate level Frame Header (LFH) and/or in the Device Frame Header (DFH) data and/or in the Device Frame Data Field (DFD) data.
- 21. An Ethernet frame according to any preceding aspect, wherein the intermediate level frame data field (LFD) contains multiple device frames for the same terminal equipment.
- 22. Ethernet frame according to one of the preceding aspects, wherein at least one device frame (DF11) of the plurality of device frames is assigned to a first terminal (11) and another device frame (DF12) of the plurality of device frames is assigned to another, second terminal (12).
- 23. Ethernet-capable network with at least the following network components, which are set up for data communication in the form of Ethernet frames (EF) according to one of the preceding aspects:
- 23.1 a control device (1) which is configured to generate and send an Ethernet frame according to one of the preceding claims as an Ethernet request frame (EF1) with a device identification identifying the control device (1) in the source identification field (SourceID) of the intermediate level frame (LF1);
- 23.2 optionally one or more distributors (3); and
- 23.3 a first terminal (11) and a second terminal (12) connected to the control device (1), preferably via the one or more optional distributors (3);
- 23.4 wherein the control device (1) is configured to write a device identification into the destination identification field (DestinationID) of the respective device frame (DF11req, DF12req) of the Ethernet request frame (EF1), which device identification identifies the terminal for which the respective device frame (DF11req, DF12req) is intended;
- 23.5 and wherein each of the terminal devices (11, 12) is configured to receive the Ethernet request frame (EF1), to process it and to generate and send an Ethernet frame according to one of the preceding claims as an Ethernet response frame (EF11, EF12) with a device identification identifying the respective terminal device (11, 12) in the source identification field (SourceID) of the respective device frame (DF11resp, DF12resp) of the Ethernet response frame (EF11, EF12).
- 24. Ethernet-capable network according to the preceding aspect, wherein the respective terminal device (11, 12) is configured to write the device identification of the control device (1) into the destination identification field (DestinationID) of the respective device frame (DF11resp, DF12resp) of its Ethernet response frame (EF11, EF12).
- 25. An Ethernet-capable network according to any of the two immediately preceding aspects, wherein
- 25.1 the network components for data communication in the form of Ethernet frames (EF) are set up according to one of the preceding aspects in combination with
aspect 4, - 25.2 the first terminal (11) and the second terminal (12) are assigned a common first group identification (Gr1) so that they belong to a first logical group,
- 25.3 the first terminal (11) and the second terminal (12) are configured to process data of the device frame data fields (DFD) by the allocation of the first group identification (Gr1) if the group identification field (GroupID) identifies the first group identification (Gr1);
- 25.4 the third terminal (13) and the fourth terminal (14) are assigned a common second group identification (Gr2) so that they belong to a second logical group,
- 25.5 the third terminal (13) and the fourth terminal (14) are configured to process data of the device frame data fields (DFD) by the allocation of the second group identification (Gr2) if the group identification field (GroupID) identifies the second group identification (Gr2); and wherein
- 25.6 the terminal devices (11, 12) of the first logical group are set up to process the user data of the device frames (DF) only if the first group identification (Gr1) or a broadcast is indicated in the group identification field (GroupID) of the respective Ethernet frame (EF1), and
- 25.7 the terminal devices (13, 14) of the second logical group are configured to process the user data of the device frames (DF) only if the second group identification (Gr2) or a broadcast is indicated in the group identification field (GroupID) of the respective Ethernet frame (EF2).
- 25.1 the network components for data communication in the form of Ethernet frames (EF) are set up according to one of the preceding aspects in combination with
- 26. Ethernet-capable network with at least the following network components, which are set up for data communication in the form of Ethernet frames (EF) according to one of the preceding aspects, each in combination with aspect 4:
- 26.1 a control device (1);
- 26.2 optionally one or more distributors (3);
- 26.3 a first terminal (11) and a second terminal (12) which are connected to the control device (1), preferably via the one or more optional distributors (3), and which are assigned a first group identification (Gr1) so that they belong to a first logical group, and which are set up by the assignment of the first group identification (Gr1) to process data of the device frame data fields (DFD) if the group identification field (GroupID) identifies the first group identification (Gr1);
- 26.4 a third terminal (13) and a fourth terminal (14) which are connected to the control device (1), preferably via the one or more optional distributors (3), and which are assigned a second group identification (Gr2) so that they belong to a second logical group, and which are set up by the assignment of the second group identification (Gr2) to process data of the device frame data fields (DFD) if the group identification field (GroupID) identifies a different, second group identification (Gr2);
- 26.5 wherein the distributor(s) (3), f is or are set up to forward the respective Ethernet frame (EF1, EF2) to the terminal devices (11-14) of the first logical group only if the first group identification (Gr1) or a broadcast is indicated in the group identification field (GroupID), and to forward the respective Ethernet frame (EF1, EF2) to the terminal devices (11-14) of the second logical group only if the second group identification (Gr2) or a broadcast is indicated in the group identification field (Group ID); and/or
- 26.6 the terminal devices (11, 12) of the first logical group are set up to process the payload data of the device frames (DF) only if the first group identification (Gr1) or a broadcast is indicated in the group identification field (GroupID) of the respective Ethernet frame (EF1), and the terminal devices (13, 14) of the second logical group are set up to process the payload data of the device frames (DF) only if the second group identification (Gr2) or a broadcast is indicated in the group identification field (GroupID) of the respective Ethernet frame (EF2).
- 27. Ethernet-capable network according to one of aspects 23 to 26, wherein the control device (1) is configured to write either the first group identification (Gr1) or the second group identification (Gr2) into the group identification field (Group ID) of the respective Ethernet frame (EF1, EF2).
- 28. Ethernet-capable network according to one of the aspects 23 to 27, wherein the control device (1) and the terminal devices (11-14) each have a device identification and the respective device frame header (DFH) contains a destination identification field (DestinationID) with the device identification of an addressee (1, 11, 12, 13, 14) of the respective device frame (DF11 - DF14), for example a CRC signature of a MAC address of one of the terminal devices (11-14) or of the control device (1), and the respective device frame data field (DFD) contains user data for the addressee (1, 11, 12, 13, 14) identified in the destination identification field, and wherein the control device (1) and preferably also the respective terminal device (11-14) is/are set up to contain the device identification of the addressee in the destination identification field (DestinationID) and/or write to the destination identification field (DestinationID).
- 29. Ethernet-capable network according to one of the aspects 23 to 28, wherein the control device (1) and the terminal devices (11-14) each have a device identification and the intermediate level frame header (LFH) contains a source identification field (SourceID) with the device identification of the sender of the respective Ethernet frame (EF), and wherein the control device (1) and preferably also the respective terminal device (11-14) is/are set up to read the device identification of the sender in the source identification field (SourceID) and/or to write its own device identification in the source identification field (SourceID).
- 30. Ethernet-capable network according to one of the aspects 23 to 29, wherein the first group identification (Gr1) is assigned only to terminal devices (11, 12) that meet the functional safety requirements, and the second group identification (Gr2) is assigned to one or more or only terminal devices (13, 14) that do not meet the functional safety requirements, so that the network is divided into network areas of different functional safety based on the allocation of the group identifications (Gr1, Gr2).
- 31. Ethernet-capable network according to one of the aspects 23 to 30, wherein the device frame header (DFH) of the respective device frame (DF11 - DF14) contains a control and status field (CTR & Status) with a safety value (e.g. 1 bit) that informs the addressee of the respective device frame (DF11 - DF14) whether the respective device frame (DF11 - DF14) contains payload data relevant to functional safety. and wherein at least the first terminal (11) satisfies the functional safety requirements and is configured to process a device frame (DF11) addressed to the first terminal (11) only if the safety value of the respective device frame (DF11) assigned to the first terminal (11) indicates that this device frame contains useful data relevant to functional safety.
- 32. Ethernet-capable network with at least the following network components, which are set up for data communication in the form of Ethernet frames (EF) according to one of the preceding aspects:
- 32.1 a control device (1);
- 32.2 optionally one or more distributors (3); and
- 32.3 a first terminal (11) and a second terminal (12) connected to the control device (1), preferably via the one or more optional distributors (3); wherein
- 32.4 the intermediate level frame contains a CRC check field (IfhCRC) to protect the intermediate level frame header (LFH) and/or the device frame (DF) contains a CRC check field (dfhCRC) to protect the device frame header (DFH) and/or the device frame (DF) contains a CRC check field (dfdCRC) to protect the device frame data field (DFD);
- 32.5 the device frame header (DFH) of the respective device frame (DF11 - DF14) contains an error status field (DataCRCErr) to indicate the detection of an error in the data of the intermediate level frame header (LFH) and/or the device frame header (DFH) and/or the device frame data field (DFD);
- 32.6 the control device (1) is arranged to send an Ethernet frame (EF) with a request for a response in one or more of the device frames (DF);
- 32.7 and one or more of the terminal devices (11-14) is or are set up to check the data integrity of the intermediate level frame header (LFH) based on the content of the CRC check field (IfhCRC) for the intermediate level frame header (LFH) and/or the data integrity of the respectively assigned device frame header (DFH) based on the content of the CRC check field (dfhCRC) for the device frame header (DFH) and/or the data integrity of the respectively assigned device frame data field (DFD) based on the content of the CRC check field (dfdCRC) for the device frame data field (DFD),
- - to set an error value in the error status field (DataCRCErr) if a data error is detected, and
- - send an Ethernet frame (EF) containing the error value in the error status field (DataCRCErr) to the control device (1) as a response.
- 33. Ethernet-capable network according to the preceding aspect and any of aspects 23 to 31.
- 34. Ethernet-capable network according to one of aspects 23 to 33, wherein the control device (1) and the terminal devices (11-14) are field devices and the data communication in the network takes place at the field level.
- 35. Ethernet-capable network according to one of aspects 23 to 34, wherein the terminal devices (11-14) comprise one or more sensors (11, 13), for example one or more temperature sensors and/or pressure sensors and/or volume flow sensors and/or pH sensors and/or concentration sensors, and/or one or more actuators (12, 14), for example one or more motors and/or valves and/or heating devices, and/or one or more controllers, for example temperature control or regulating devices and/or pressure control or regulating devices and/or volume flow control or regulating devices, and/or one or more monitors (4).
- 36. An Ethernet-enabled network according to any one of aspects 23 to 35, wherein the network is a system or part of a system for measuring the energy consumption of a building or for controlling or regulating the temperature(s) in a building.
- 37. Ethernet-capable network according to one of aspects 23 to 35, wherein the network is a system or component of a system for detecting, preferably monitoring, and/or controlling or regulating one or more physical and/or chemical variables in a technical process engineering plant.
- 38. Method for data communication in an Ethernet-capable network, in which network components comprising a control device (1) and several terminal devices (11-14) are connected for data communication, preferably via one or more optional distributors (3) of the network, and in which
- 38.1 the network components (1, 3, 11-14) are set up for data exchange in the form of Ethernet frames (EF) according to one of the preceding aspects;
- 38.2 the control device (1) is an Ethernet frame according to one of the preceding claims generated and sent as an Ethernet request frame (EF1);
- 38.3 the control device (1) writes a device identification identifying the control device (1) into the source identification field (SourceID) of the intermediate level frame (LF1) when generating the Ethernet request frame (EF1) and writes a device identification identifying the terminal for which the respective device frame (DF11, DF12) is intended into the destination identification field (DestinationID) of the respective device frame (DF11, DF12);
- 38.4 and the terminal devices (11-14) receive the Ethernet request frame (EF1), process it and generate and send an Ethernet frame according to one of the preceding aspects as an Ethernet response frame (EF11, EF12) with a device identification identifying the respective terminal device in the source identification field (SourceID) of the respective device frame (DF11 resp, DF12resp) of the Ethernet response frame (EF11, EF12).
- 39. Method according to the preceding aspect, wherein the respective terminal, when generating its Ethernet response frame (EF11, EF12), writes the device identification of the control device (1) into the destination identification field (DestinationID) of the respective device frame (DF11resp, DF12resp) of its Ethernet response frame (EF11, EF12).
- 40. A method according to any of the two immediately preceding aspects, in which
- 40.1 the network components (1, 3, 11-14) are set up for data communication in the form of Ethernet frames (EF) according to one of the preceding aspects, each in combination with
aspect 4; - 40.2 the terminals (11-14) are grouped into a first logical group of terminals (11, 12) and a second logical group of terminals (13, 14) by
- 40.3 the terminal devices (11, 12) of the first logical group are assigned a common first group identification (Gr1) and the terminal devices (13, 14) of the second logical group are assigned a different, common second group identification (Gr2);
- 40.4 a network component, preferably the control device (1), writes the first group identification (Gr1) into the intermediate level frame header (LFH) of a first Ethernet frame (EF1) and sends the first Ethernet frame (EF1) to the terminal devices (11-14) in a first cycle of the data communication;
- 40.5 the respective terminal (11, 12) of the first logical group reads the group identification field (GroupID) of the first Ethernet frame (EF1), recognises the bit sequence contained therein as the group identification (Gr1) assigned to it and processes the one or more device frames assigned to the respective terminal by the device identification in the destination identification field (DestinationID) of the respective device frame; and in which
- 40.6 the respective terminal device (13, 14) of the second logical group reads the group identification field of the first Ethernet frame (EF1), recognises the bit sequence contained therein as a group identification (Gr1) not assigned to it and therefore does not process the first Ethernet frame (EF1).
- 40.1 the network components (1, 3, 11-14) are set up for data communication in the form of Ethernet frames (EF) according to one of the preceding aspects, each in combination with
- 41. Method for data communication in an Ethernet-capable network in which network components comprising a control device (1), several terminals (11-14) and optionally one or more distributors (3) for data communication are connected to one another, in which
- 41.1 the network components (1, 3, 11-14) are set up for data exchange in the form of Ethernet frames (EF) according to one of the preceding aspects, each in combination with
aspect 4; - 41.2 the terminals (11-14) are grouped into a first logical group of terminals (11, 12) and a second logical group of terminals (13, 14) by
- 41.3 the terminal devices (11, 12) of the first logical group are assigned a common first group identification (Gr1) and the terminal devices (13, 14) of the second logical group are assigned a different, common second group identification (Gr2);
- 41.4 a network component, preferably the control device (1), writes the first group identification (Gr1) into the intermediate level frame header (LFH) of a first Ethernet frame (EF1) and sends the first Ethernet frame (EF1) to the terminal devices (11-14) in a first cycle (T 1 ) of the data communication;
- 41.5 the respective terminal (11, 12) of the first logical group reads the group identification field (GroupID) of the first Ethernet frame (EF1), recognises the bit sequence contained therein as the group identification (Gr1) assigned to it and processes the one or more device frames assigned to the respective terminal by the device identification in the destination identification field (DestinationID) of the respective device frame; and in which
- 41.6 the respective terminal device (13, 14) of the second logical group reads the group identification field of the first Ethernet frame (EF1), recognises the bit sequence contained therein as a group identification (Gr1) not assigned to it and therefore does not process the first Ethernet frame (EF1).
- 41.1 the network components (1, 3, 11-14) are set up for data exchange in the form of Ethernet frames (EF) according to one of the preceding aspects, each in combination with
- 42. Method for data communication in an Ethernet-capable network in which network components comprising a control device (1) and several terminal devices (11-14) are connected via one or more distributors (3) for data communication, in which
- 42.1 the network components (1, 3, 11-14) are set up for data exchange in the form of Ethernet frames (EF1, EF2) according to one of the preceding aspects, each in combination with
aspect 4; - 42.2 the terminals (11-14) are grouped into a first logical group of terminals (11, 12) and a second logical group of terminals (13, 14) by
- 42.3 the terminal devices (11, 12) of the first logical group are assigned a common first group identification (Gr1) and the terminal devices (13, 14) of the second logical group are assigned a different, common second group identification (Gr2);
- 42.4 the respective distributor (3) is configured for a selective forwarding of the Ethernet frames (EF1, EF2) depending on the respective group identification (Gr1, Gr2);
- 42.5 a network component, preferably the control device (1), writes the first group identification (Gr1) into the intermediate level frame header (LFH) of a first Ethernet frame (EF1) and sends the first Ethernet frame (EF1) to the distributor(s) (3) in a first cycle (T 1 ) of the data communication; and
- 42.6 the respective distributor (3) forwards the first Ethernet frame (EF1) only to the terminal devices (11, 12) of the first logical group.
- 42.1 the network components (1, 3, 11-14) are set up for data exchange in the form of Ethernet frames (EF1, EF2) according to one of the preceding aspects, each in combination with
- 43. A method according to any one of aspects 41 and 42, in which
- 43.1 one or more of the device frames of the first Ethernet frame (EF1) contains or each contains a request to send payload data;
- 43.2 the respective terminal (11, 12) of the first logical group, to which one or more device frames with a request are assigned in the first Ethernet frame (EF1), writes the requested user data into the respective assigned device frame containing the request and
- 43.3 sends an Ethernet frame (EF11, EF12) with its payload as a response to the requesting network component (1); and
- 43.4 the first cycle (T 1 ) is only terminated when each of the terminal devices (11, 12) of the first logical group, for which the first Ethernet frame (EF1) contains one or more associated device frames with a request, has sent an Ethernet frame (EF11, EF12) in response.
- 44. A method according to any one of aspects 38 to 43, in which
- 44.1 the respective Ethernet frame (EF1, EF2) contains an Ethernet frame count field (MsgCnt) in the intermediate level frame header (LFH) with an Ethernet frame number that indicates the position of the respective Ethernet frame in a sequence of consecutively sent Ethernet frames (EF1, EF2); and
- 44.2 the control device (1) increments the Ethernet frame number for the next Ethernet frame to be sent (EF1, EF2),
- 44.3 while the Ethernet frame number cannot be changed by the end devices (11-14).
- 45. A method according to any one of aspects 38 to 44, in which
- 45.1 the respective Ethernet frame (EF1, EF2) contains in the device frame header (DFH) a device frame count field (seqCnt) with a device frame number which indicates the position of the respective device frame (DF) in a sequence of device frames (DF) addressed consecutively to the same terminal device;
- 45.2 the control equipment (1) increments the device frame number for the next device frame (DF) to be sent to the same terminal equipment; and
- 45.3 the respective terminal device (11-14) reads and converts the device frame number, for example inverts it, and writes the converted device frame number into the device frame count field (seqCnt) of the next device frame (DF) to be sent to the control device (1).
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren erläutert. An den Ausführungsbeispielen offenbar werdende Merkmale bilden jeweils einzeln und in jeder Merkmalskombination die Gegenstände der Ansprüche und der vorstehenden Aspekte vorteilhaft weiter. Es zeigen:
-
1 ein Netzwerk für eine Datenkommunikation bis in die Feldebene mittels eines erfindungsgemäßen Protokolls basierend auf einem Ethernet-Standard, -
2 ein erfindungsgemäßes Ethernet-Frame, in das ein Zwischenlevel-Frame mit einem Zwischenlevel-Frame-Header und mehreren Geräte-Frames eingebettet ist, -
3 Steuerungsfelder eines Headers eines der Geräte-Frames, -
4 ein Netzwerk mit Netzwerkkomponenten, die mittels des Ethernet-Frames in logische Gerätegruppen unterteilt sind, während eines ersten Zyklus der Datenkommunikation, -
5 das Netzwerk der 4 während eines zweiten Zyklus der Datenkommunikation, -
6 einen Zyklus der Datenkommunikationim Netzwerk der 4 ; -
7 Zwischenlevel-Frames und Geräte-Frames als Anforderungs- und Antwort-Frames, und -
8 das Netzwerk der 4 mit direkter Datenkommunikation zwischen Endgeräten unterschiedlicher logischer Gerätegruppen.
-
1 a network for data communication down to the field level using an inventive protocol based on an Ethernet standard, -
2 an Ethernet frame according to the invention in which an intermediate level frame with an intermediate level frame header and several device frames are embedded, -
3 Control fields of a header of one of the device frames, -
4 a network with network components divided into logical device groups by means of the Ethernet frame, during a first cycle of data communication, -
5 the network of4 during a second cycle of data communication, -
6 a cycle of data communication in the network of4 ; -
7 Intermediate level frames and device frames as request and response frames, and -
8 the network of4 with direct data communication between end devices of different logical device groups.
Das Netzwerk kann weitere Netzwerkkomponenten umfassen, beispielsweise einen oder mehrere Monitore 4. Der jeweilige Monitor 4 kann rein der Darstellung von beispielsweise Messwerten und/oder Gerätezuständen und/oder Betriebszuständen eines zu überwachenden Systems, wie etwa einer verfahrenstechnischen Anlage, dienen. Der jeweilige Monitor 4 kann als einfaches Endgerät, beispielsweise lediglich zu Darstellungszwecken, oder in Zusatzfunktion auch zur Konfigurierung eines oder mehrerer Endgeräte dienen. Das Netzwerk kann ein oder mehrere weitere Kontrollgeräte 5 umfassen, das oder die ebenfalls über die Datenverbindung 2 mit den anderen Netzwerkkomponenten, wie beispielsweise dem Kontrollgerät 1 und/oder den Endgeräten 11-14 und/oder dem jeweiligen Monitor 4 verbunden ist/sind. Die Datenverbindung 2 kann zugleich der Versorgung einer oder mehrerer der Netzwerkkomponenten mit elektrischer Energie dienen.The network can include further network components, for example one or more monitors 4. The
Das Kontrollgerät 1 kann über eine weitere Datenverbindung 7 in ein größeres Netzwerk eingebunden sein. Über die Datenverbindung 7 kann das Kontrollgerät 1 beispielsweise auf der Basis eines bekannten, Ethernet-basierten Protokolls, wie etwa PROFINET und/oder Ethernet/IP und/oder andere bekannte Protokolle mit anderen Geräten kommunizieren.The
In einer Variante kann das Kontrollgerät 1 durch ein Gateway ersetzt werden, über das die Endgeräte 11-14 und die jeweilige weitere Netzwerkkomponente 3, 4 und/oder 5 über eine Datenverbindung 8 mit einem entfernt, beispielsweise in der Cloud, angeordneten Kontrollgerät 9 verbunden sind. In der Variante agiert das in der Cloud vorhandene Kontrollgerät 9 als Master.In one variant, the
Um eine Ethernet-basierte Datenkommunikation bis in die Feldebene, d. h. bis zu den Endgeräten 11-14 und den optionalen weiteren End- und/oder Kontrollgeräten 4 und 5 unter Einsatz auch von einfachen, preiswerten Endgeräten zu ermöglichen, basiert die Datenkommunikation im Netzwerk auf einem für diese Zwecke entwickelten Protokoll, unter dem die Datenkommunikation mittels Datenpaketen in Form von Ethernet-Frames erfolgt. Dieses für die Feldebene entwickelte Protokoll basiert auf einem Ethernet-Frame nach einem Ethernet-Standard, vorzugsweise nach IEEE 802.1q.In order to enable Ethernet-based data communication down to the field level, i.e. up to the terminal devices 11-14 and the optional additional terminal and/or
Das Ethernet-Frame-Datenfeld EFD enthält ein eigens für die Datenkommunikation unter Einschluss von Endgeräten aus dem Niedrigpreisbereich entwickeltes Zwischenlevel-Frame LF. In vorteilhaften Ausführungen enthält das Ethernet-Frame-Datenfeld EFD nur ein einziges Zwischenlevel-Frame LF, und bevorzugt besteht es aus dem Zwischenlevel-Frame LF, wie dies durch die gestrichelten Verbindungslinien vom Ethernet-Frame-Datenfeld EFD zum Zwischenlevel-Frame LF angedeutet ist.The Ethernet frame data field EFD contains an intermediate level frame LF specially developed for data communication including terminal devices from the low-price range. In advantageous embodiments, the Ethernet frame data field EFD contains only a single intermediate level frame LF, and preferably it consists of the intermediate level frame LF, as indicated by the dashed connecting lines from the Ethernet frame data field EFD to the intermediate level frame LF.
Das Zwischenlevel-Frame LF umfasst einen Zwischenlevel-Frame-Header LFH mit Steuerungsdaten und ein Zwischenlevel-Frame-Datenfeld LFD für die Nutzdaten für und von den Endgeräten. Das Zwischenlevel-Frame LF kann darüber hinaus ein Padding-Feld zum Auffüllen des Zwischenlevel-Frame-Datenfelds LFD aufweisen.The intermediate level frame LF comprises an intermediate level frame header LFH with control data and an intermediate level frame data field LFD for the payload data for and from the end devices. The intermediate level frame LF can also have a padding field for filling the intermediate level frame data field LFD.
Der Zwischenlevel-Frame-Header LFH gliedert sich in mehrere Steuerungsfelder und ein CRC-Prüffeld IfhCRC, das der Absicherung des Zwischenlevel-Frame-Headers LFH dient. Das Prüffeld IfhCRC enthält eine binäre Prüfsumme, die über den Steuerungsfeldern des Zwischenlevel-Frame-Headers LFH mit einem angepassten Generatorpolynom durch Polynomdivision gebildet wird. Die Steuerungsfelder umfassen ein Ethernet-Frame-Zählfeld MsgCnt, ein Gruppen-Identifikationsfeld GroupID, ein Quellen-Identifikationsfeld SourcelD, ein Ethernet-Frame-Modusfeld MsgType und ein Längenfeld LFDSize, das die Länge, d. h. die Anzahl der Bits des Zwischenlevel-Frame-Datenfelds LFD ausweist.The intermediate level frame header LFH is divided into several control fields and a CRC check field IfhCRC, which is used to secure the intermediate level frame header LFH. The check field IfhCRC contains a binary checksum that is formed using polynomial division over the control fields of the intermediate level frame header LFH with an adapted generator polynomial. The control fields include an Ethernet frame count field MsgCnt, a group identification field GroupID, a source identification field SourceID, an Ethernet frame mode field MsgType and a length field LFDSize, which indicates the length, i.e. the number of bits, of the intermediate level frame data field LFD.
Das Frame-Zählfeld MsgCnt wird bei jedem Senden eines Ethernet-Frames EF vom Kontrollgerät 1 oder in der erwähnten Variante vom Kontrollgerät 9 inkrementiert und kann von keiner anderen Netzwerkkomponente verändert werden. Das Kontrollgerät 1 oder 9 zählt damit die von ihm gesendeten Ethernet-Frames EF durch. Sendet das jeweilige Endgerät ein Ethernet-Frame EF beispielsweise als Antwort auf eine Anforderung des Kontrollgeräts 1 oder 9 zurück, enthält das als Antwort gesendete Ethernet-Frame im Ethernet-Frame-Zählfeld MsgCnt die gleiche Bitfolge wie das zuvor vom Kontrollgerät 1 oder 9 als Anforderung gesendete Ethernet-Frame EF. Das Frame-Zählfeld MsgCnt kann eine Feldgröße von beispielsweise einem Byte haben.The frame count field MsgCnt is incremented each time an Ethernet frame EF is sent by
Mit dem Gruppen-Identifikationsfeld GroupID können die Netzwerkkomponenten, insbesondere die Endgeräte 11-14, im Rahmen der Konfigurierung des Netzwerks in logische Gruppen unterteilt werden, indem das Kontrollgerät 1 oder 9 jedem der Endgeräte 11-14 jeweils eine eigene Gruppenidentifikation zuweist. Sendet das Kontrollgerät 1 oder 9 dann im laufenden Betrieb ein Ethernet-Frame EF, das im GroupID-Feld eine bestimmte Bitfolge enthält, die einer zugewiesenen Gruppenidentifikation entspricht, so verarbeiten lediglich die zur dadurch ausgewiesenen Gruppe gehörenden Endgeräte das betreffende Ethernet-Frame EF. Zusätzlich kann vorgesehen sein, das im Gruppen-Identifikationsfeld GroupID eine Bitfolge für „Broadcast“ gesetzt wird, also ein Ethernet-Frame, das für die mit dem Kontrollgerät 1 oder 9 verbundenen Netzwerkkomponenten ungeachtet einer etwaigen Gruppenzugehörigkeit bestimmt ist und daher von diesen Netzwerkkomponenten gelesen und verarbeitet wird. Das Gruppen-Identifikationsfeld kann eine Feldgröße von nur einem Bit haben. Zur Unterscheidung zwischen wenigstens zwei Gruppenidentifikationen und Unterteilung in wenigstens zwei logische Gruppen einschließlich der Möglichkeit, ein Broadcast zu senden, werden jedoch wenigstens zwei Bit benötigt. Ein Feldgröße von einem Byte wird bevorzugt.The group identification field GroupID can be used to divide the network components, in particular the terminal devices 11-14, into logical groups when configuring the network by the
Die Unterscheidung und entsprechend selektive Verarbeitung von Nutzdaten nach Gruppenzugehörigkeit kann mittels der Verteiler 3, soweit vorhanden, durch entsprechende Filterung der Ethernet-Frames EF erfolgen. Bevorzugt wird die Unterscheidung und hierauf basierend die selektive Verarbeitung durch das jeweilige Endgerät vorgenommen, indem das jeweilige Endgerät dazu eingerichtet ist, die Nutzdaten eines Geräte-Frames DF nur dann zu verarbeiten, wenn im Gruppen-Identifikationsfeld GroupID des jeweiligen Ethernet-Frames EF die ihm zugewiesene Gruppenidentifikation oder ein Broadcast ausgewiesen ist, falls das Protokoll ein Broadcast als Auswahlmöglichkeit vorsieht, und das Zwischenlevel-Frame LF und damit das Ethernet-Frame EF nicht zu beachten, wenn dies nicht der Fall ist, insbesondere wenn das GroupID-Feld eine bestimmte andere Gruppenidentifikation ausweist. Verfügen mehrere der Endgeräte oder alle Endgeräte über die Fähigkeit der Unterscheidung und selektiven Verarbeitung anhand der Angabe im GroupID-Feld, können herkömmliche Verteiler 3 verwendet werden, die jedes Ethernet-Frame EF mit dem erfindungsgemäßen Aufbau an jeweils alle mit dem jeweiligen Verteiler 3 verbundene Netzwerkkomponenten, wie etwa die Endgeräte 11-14, weiterleiten.The differentiation and corresponding selective processing of user data according to group membership can be carried out by means of the
Das Quellen-Identifikationsfeld SourcelD identifiziert den Sender des jeweiligen Ethernet-Frames EF und enthält eine Geräteidentifikation in Form einer Bitfolge, die eines der Endgeräte 11-14 oder eine andere Netzwerkkomponente eindeutig identifiziert. Ist das Kontrollgerät 1 oder 9 der Sender, identifiziert die Bitfolge des SourcelD-Felds entsprechend das Kontrollgerät 1 oder 9. Ist eines der Endgeräte 11-14 oder eines der optional weiteren Geräte 4 oder 5 der Sender, wird im Quellen-Identifikationsfeld SourcelD des jeweiligen Ethernet-Frames EF entsprechend diese Netzwerkkomponente als Sender identifiziert. Die Geräteidentifikation kann eine CRC-Signatur, vorzugsweise eine CRC16-Signatur, eines Geräteparameters sein, die den Sender eindeutig identifiziert. Insbesondere kann die Geräteidentifikation eine CRC-Signatur der MAC-Adresse des jeweiligen Geräts sein.The source identification field SourceID identifies the sender of the respective Ethernet frame EF and contains a device identification in the form of a bit sequence that uniquely identifies one of the terminal devices 11-14 or another network component. If the
Im Ethernet-Frame-Modusfeld MsgType wird der Kommunikationsmodus identifiziert. Das Protokoll unterscheidet zwischen mehreren Kommunikationsmodi, von denen jeweils einer ausgewählt und im Ethernet-Frame-Modusfeld MsgType vorgegeben werden kann. Insbesondere kann hierdurch zwischen der Inbetriebnahme des Netzwerks und dem laufenden Netzwerkbetrieb unterschieden werden.The communication mode is identified in the Ethernet frame mode field MsgType. The protocol distinguishes between several communication modes, one of which can be selected and specified in the Ethernet frame mode field MsgType. In particular, this can be used to distinguish between the commissioning of the network and ongoing network operation.
Für den Aufbau des Netzwerks mit Hilfe des Ethernet-Frames EF beinhaltet das Protokoll konkrete Kommunikationsmodi, die in Teilen aufeinander aufbauen und nacheinander durchlaufen werden. In einer ersten Phase, einer Engineering-Phase, werden beispielsweise alle für den Betrieb gemäß Protokoll notwendigen Parameter konfiguriert. Dies kann per manueller Eingabe erfolgen, oder es wird auf definierte Profile zurückgegriffen. Falls dem Kontrollgerät 1 oder 9 alle Parameter bereits bekannt sind, kann die Engineering-Phase entfallen. Nach der Konfiguration der Parameter kann sich in Anlehnung an das PROFINET eine Discovery-Phase anschließen, die dem Auffinden und der Identifikation der zum Netzwerk gehörenden Netzwerkkomponenten dient. Hierzu wird ein Ethernet-Frame EF vom Kontrollgerät 1 oder 9 oder einem Supervisor als Broadcast-Nachricht gesendet, auf die die einzelnen Netzwerkkomponenten, insbesondere die Endgeräte 11-14, entsprechend antworten. Im MsgType-Feld wird dies durch Setzen einer Bitfolge für „Discovery“ ausgewiesen.To set up the network using the Ethernet frame EF, the protocol contains specific communication modes, parts of which build on one another and are run through one after the other. In a first phase, an engineering phase, for example, all parameters required for operation according to the protocol are configured. This can be done by manual input, or defined profiles are used. If
In einem nachfolgenden Inbetriebnahme-Modus (Commissioning), der sich über einen oder mehrere Datenzyklen erstrecken kann, bereitet das Kontrollgerät 1 oder 9 die verbundenen Netzwerkkomponenten auf die Datenkommunikation unter dem erfindungsgemäßen Protokoll vor, insbesondere nimmt es noch erforderliche Zuweisungen vor. Das Kontrollgerät 1 oder 9 macht den Inbetriebnahme-Modus durch Setzen einer entsprechenden Bitfolge im Ethernet-Frame-Modusfeld MsgType kenntlich und sendet das jeweilige, der Inbetriebnahme dienende Ethernet-Frame EF an alle Netzwerkkomponenten. Mit einem oder mehreren zeitlich aufeinander zu sendenden Ethernet-Frames EF, beispielsweise zwei Ethernet-Frames, weist das Kontrollgerät 1 oder 9 den Endgeräten 11-14 und gegebenenfalls weiteren Netzwerkkomponenten jeweils die Gruppenidentifikation zu. Das Kontrollgerät 1 oder 9 kann auch dazu eingerichtet sein, temporäre Geräteidentifikationen zuzuweisen, die bis auf weiteres die bisherigen Geräteidentifikationen ersetzen, soweit bei den Endgeräten 11 bis 14 und gegebenenfalls weiteren Netzwerkkomponenten die Fähigkeit zur Änderung der Geräteidentifikation implementiert ist.In a subsequent commissioning mode, which can extend over one or more data cycles, the
Ist die Inbetriebnahme abgeschlossen, kann in den laufenden Betrieb übergegangen werden. Im laufenden Betrieb kann zwischen weiteren Kommunikationsmodi unterschieden werden, wobei hierzu insbesondere ein Zyklusbetrieb-Modus gehört. Der Zyklusbetrieb-Modus wird durch eine entsprechende Bitfolge, die das Kontrollgerät 1 oder 9 im MsgType-Feld setzt, identifiziert.Once commissioning is complete, you can go into ongoing operation. During ongoing operation, a distinction can be made between other communication modes, including in particular a cyclic operation mode. The cyclic operation mode is identified by a corresponding bit sequence that the control device sets to 1 or 9 in the MsgType field.
Das Zwischenlevel-Frame-Datenfeld LFD enthält die Daten für und von den Endgeräten 11-14 und den gegebenenfalls weiteren Netzwerkkomponenten. Diese gerätespezifischen Daten werden in Form von Geräte-Frames DF übermittelt. In
Das jeweilige Geräte-Frame DF umfasst einen Geräte-Frame-Header DFH und ein Geräte-Frame-Datenfeld DFD. Darüber hinaus kann das jeweilige Geräte-Frame DF ein Prüffeld dfdCRC zur Absicherung der im Geräte-Frame-Datenfeld DFD enthaltenen Daten umfassen. Das Prüffeld dfdCRC enthält eine binäre Prüfsumme, die über den Daten des Geräte-Frame-Datenfelds DFD mit einem angepassten Generatorpolynom durch Polynomdivision gebildet wird. Der Geräte-Frame-Header DFH enthält ein Ziel-Identifikationsfeld DestinationID, ein Kontroll-und-Status-Feld CTR&Status, ein Längenfeld DFDSize, das die Bitlänge des Geräte-Frame-Datenfelds DFD angibt, und ein eigenes Prüffeld dfhCRC zur Absicherung des Geräte-Frame-Headers DFH. Das Prüffeld dfhCRC enthält eine binäre Prüfsumme, die über den Steuerungsdaten des Geräte-Frame-Headers DFD mit einem angepassten Generatorpolynom durch Polynomdivision gebildet wird.The respective device frame DF comprises a device frame header DFH and a device frame data field DFD. In addition, the respective device frame DF can comprise a check field dfdCRC to secure the data contained in the device frame data field DFD. The check field dfdCRC contains a binary checksum that is formed over the data of the device frame data field DFD with an adapted generator polynomial by polynomial division. The device frame header DFH contains a destination identification field DestinationID, a control and status field CTR&Status, a length field DFDSize that specifies the bit length of the device frame data field DFD, and a separate check field dfhCRC to secure the device frame header DFH. The check field dfhCRC contains a binary checksum that is formed over the control data of the device frame header DFD with an adapted generator polynomial by polynomial division.
Der jeweilige Geräte-Frame-Header enthält ein Ziel-Identifikationsfeld DestinationID. Das Ziel-Identifikationsfeld enthält eine Geräteidentifikation in Form einer Bitfolge, die den Adressaten des jeweiligen Geräte-Frames DF, beispielsweise eines der Endgeräte 11-14 oder eine andere Netzwerkkomponente, eindeutig identifiziert. Die Geräteidentifikation kann eine CRC-Signatur, vorzugsweise eine CRC16-Signatur, eines Geräteparameters sein, die das zu identifizierende Gerät eindeutig identifiziert. Insbesondere kann die Geräteidentifikation eine CRC-Signatur der MAC-Adresse des jeweiligen Geräts sein.The respective device frame header contains a destination identification field DestinationID. The destination identification field contains a device identification in the form of a bit sequence that uniquely identifies the addressee of the respective device frame DF, for example one of the terminal devices 11-14 or another network component. The device identification can be a CRC signature, preferably a CRC16 signature, of a device parameter that uniquely identifies the device to be identified. In particular, the device identification can be a CRC signature of the MAC address of the respective device.
Mittels der beiden Identifikationsfelder SourcelD im Zwischenlevel-Frame-Header LFH und DestinationID im jeweiligen Geräte-Frame-Header DFH können im Ethernet-Frame EF auf der Ebene des Zwischenlevel-Frames LF sowohl der Sender als auch der jeweilige Adressat eindeutig identifiziert werden. Sendet beispielsweise das Kontrollgerät 1, setzt es im Feld SourcelD seine eigene Geräteidentifikation und im jeweiligen Geräte-Frame im Feld Destination ID die Geräteidentifikation eines der Endgeräte 11-14 oder einer anderen Netzwerkkomponente, wie etwa die Geräteidentifikation eines Monitors 4 oder eines anderen Kontrollgeräts 5. Sendet beispielsweise eines der Endgeräte 11-14, setzt es seine eigene Geräteidentifikation im Feld SourcelD und setzt im jeweiligen Geräte-Frame im Feld DestinationlD die Geräteidentifikation eines anderen Geräts, beispielsweise des Kontrollgeräts 1 oder eines anderen Endgeräts. Das Quellen-Identifikationsfeld SourcelD im Zwischenlevel-Frame-Header LFH und das Ziel-Identifikationsfeld DestinationlD im jeweiligen Geräte-Frame DF ermöglichen somit eine gerichtete Datenkommunikation in beide Richtungen, insbesondere eine eindeutige Adressierung eines Ethernet-Frames durch eine der Netzwerkkomponenten, beispielsweise eines der Endgeräte 11-14, an eine andere der Netzwerkkomponenten, beispielsweise an das Kontrollgerät 1 oder ein anderes der Endgeräte 11-14.By means of the two identification fields SourceID in the intermediate level frame header LFH and DestinationID in the respective device frame header DFH, both the sender and the respective addressee can be clearly identified in the Ethernet frame EF at the level of the intermediate level frame LF. If, for example,
Ein Vorteil dieser Adressierung innerhalb des Netzwerks ist auch, dass anstelle der sechs Byte langen MAC-Adressen mit Geräteidentifikationen gearbeitet werden kann, die mit kleineren Ziel- und Quellen-Identifikationsfeldern auskommen. Das Ziel-Identifikationsfeld DestinationlD und das Quellen-Identifikationsfeld SourcelD können auf jeweils höchstens drei oder höchstens zwei Byte reduziert werden. Die beiden allgemeinen Adressfelder Destination ADD und Source ADD im Standard-Header des Ethernet-Frame EF werden für die Datenkommunikation innerhalb des Netzwerks nicht benötigt. Das Adressfeld Destination ADD wird grundsätzlich auf Multicast gesetzt. In diesem Sinne ist das Ethernet-Frame richtungsunabhängig.Another advantage of this type of addressing within the network is that instead of six-byte MAC addresses, device identifications can be used that require smaller destination and source identification fields. The destination identification field DestinationID and the source identification field SourceID can each be reduced to a maximum of three or two bytes. The two general address fields Destination ADD and Source ADD in the standard header of the Ethernet frame EF are not required for data communication within the network. The address field Destination ADD is always set to multicast. In this sense, the Ethernet frame is direction-independent.
Zum Zwischenlevel-Frame-Header LFH sind bevorzugte Feldgrößen, in Byte, für die einzelnen Steuerungsfelder des Headers LFH eingetragen. Ebenso sind bevorzugte Feldgrößen für die Steuerungs- und CRC-Prüffelder des Geräte-Frames DF eingetragen. Hierbei handelt es sich um zwar bevorzugte, aber nur beispielhafte Feldgrößen.For the intermediate level frame header LFH, preferred field sizes, in bytes, are entered for the individual control fields of the header LFH. Preferred field sizes are also entered for the control and CRC check fields of the device frame DF. These are preferred field sizes, but only example sizes.
In
Im Feld CTR&Status ist ferner eine Angabe Repeated Msg enthalten, die der empfangenden Netzwerkkomponente anzeigt, ob das betreffende Geräte-Frame DF erstmalig oder zum wiederholten Mal gesendet wird. Auch für diese Angabe ist beispielhaft lediglich ein Bit vorgesehen.The CTR&Status field also contains a Repeated Msg entry, which indicates to the receiving network component whether the device frame DF in question is being sent for the first time or repeatedly. For example, only one bit is provided for this entry.
Des Weiteren ist ein Synchronisationswert TimeSync für die zeitliche Synchronisierung der Geräteuhr der empfangenden Netzwerkkomponente auf die Geräteuhr des Kontrollgeräts 1 oder 9 vorgesehen. Auch der Synchronisationswert TimeSync kann, wie beispielhaft dargestellt, aus nur einem einzigen Bit bestehen, so dass damit nur angezeigt wird, ob das betreffende Geräte-Frame DF der zeitlichen Synchronisierung dient oder nicht.Furthermore, a synchronization value TimeSync is provided for the temporal synchronization of the device clock of the receiving network component with the device clock of the
Mit einem Feld Request/Response wird angezeigt, ob das jeweilige Geräte-Frame DF eine Anforderung zum Senden von Nutzdaten oder eine Antwort auf solch eine Anforderung ist. Auch dieses Feld kann aus nur einem Bit bestehen.A Request/Response field indicates whether the respective device frame DF is a request to send payload data or a response to such a request. This field can also consist of just one bit.
Mit einem Run/Stop-Bit kann die empfangende Netzwerkkomponente vom Kontrollgerät 1 oder 9 wahlweise stillgesetzt oder im laufenden Betrieb gehalten werden.With a Run/Stop bit, the receiving network component from
Zur funktionalen Sicherheit trägt ein Fehlerstatusfeld DataCRCError bei. In dieses Feld kann ein Fehlerwert eingetragen werden, der dem Empfänger anzeigt, ob ein zuvor von ihm gesandtes Ethernet-Frame im Verlauf der Übertragung beschädigt wurde. Das Fehlerstatusfeld kann beispielsweise aus nur einem Bit bestehen und in diesem Fall nur zwischen „Fehler erkannt“ und „kein Fehler erkannt“ unterscheiden.An error status field DataCRCError contributes to functional safety. An error value can be entered in this field, which indicates to the receiver whether an Ethernet frame previously sent by it was damaged during transmission. The error status field can, for example, consist of just one bit and in this case only distinguish between "error detected" and "no error detected".
Neben weiteren Angaben enthält das Steuerungsdatenfeld CTR&Status ein Geräte-Frame-Zählfeld seqCnt mit einer Geräte-Frame-Nummer, die vom Kontrollgerät 1 oder 9 in einer Sequenz zeitlich aufeinander folgend an die gleiche Netzwerkkomponente gesendeter Geräte-Frames DF die Stellung des jeweiligen Geräte-Frames DF angibt. Das Kontrollgerät 1 oder 9 ist dazu eingerichtet, die Geräte-Frame-Nummer beim Senden des jeweiligen Geräte-Frames zu inkrementieren. Die Endgeräte 11-14 und gegebenenfalls weitere Netzwerkkomponenten sind dazu eingerichtet, die Geräte-Frame-Nummer umzuformen, beispielsweise zu invertieren. Sind für das Geräte-Frame-Zählfeld seqCnt beispielsweise 3 Bits vorgesehen und sendet das Kontrollgerät 1 oder 9 die Bitfolge 101, so antwortet die Netzwerkkomponente, für die das betreffende Geräte-Frame DF bestimmt ist, im Falle einer Umformung durch Invertierung im Gerät-Frame-Zählfeld seqCnt mit der Bitfolge 010.In addition to other information, the control data field CTR&Status contains a device frame count field seqCnt with a device frame number that indicates the position of the device frames DF sent by
In vielen industriellen Anwendungen, für die das Protokoll und insbesondere das Ethernet-Frame EF konzipiert sind, kann eine sichere Datenübertragung nicht gewährleistet werden. Die Datenverbindung, wie etwa die Datenverbindung 2 im Netzwerk der
Die Prüfung auf Datenintegrität wird zweckmäßigerweise in einer vorgegebenen Prüfreihenfolge durchgeführt. In einem ersten Prüfschritt prüft die jeweilige Netzwerkkomponente, die von einem Sender, beispielsweise dem Kontrollgerät 1, ein Ethernet-Frame mit einem zugeordneten Geräte-Frame erhält, die Datenintegrität des Zwischenlevel-Frame-Headers LFH anhand des hierfür vorgesehenen Prüffelds IfhCRC. Wird der Header LFH als fehlerhaft erkannt, erzeugt die empfangende Netzwerkkomponente ein Ethernet-Frame, in dessen Fehlerstatusfeld DataCRCError sie den Wert für „Fehler“ schreibt. Ferner schreibt sie in das Quellen-Identifikationsfeld SourcelD des Zwischenlevel-Frame-Headers LFH die eigene Geräteidentifikation und in das Ziel-Identifikationsfeld DestinationlD des jeweiligen zugeordneten Geräte-Frames DF die Geräteidentifikation des Senders, von dem sie das Ethernet-Frame EF erhalten hat, und sendet das von ihr unter anderem mit diesen Angaben versehene Ethernet-Frame EF als Antwort an den Sender zurück.The data integrity check is conveniently carried out in a predetermined test sequence. In a first test step, the respective network component that receives an Ethernet frame with an assigned device frame from a sender, for
Wird ein Datenfehler im Zwischenlevel-Frame-Header LFH nicht erkannt, wird die Integrität der im Header LFH enthaltenen Daten unterstellt. Die empfangende Netzwerkkomponente überprüft dann im nächsten Schritt anhand des Prüffelds dfhCRC die Integrität der im Geräte-Frame-Header DFH enthaltenen Daten. Wird bei dieser zweiten Integritätsprüfung ein Fehler erkannt, verfährt die empfangende Netzwerkkomponente wie vorstehend in Bezug auf den Zwischenlevel-Frame-Header erläutert, sendet also ein entsprechendes Ethernet-Frame EF als Fehlerantwort.If a data error is not detected in the intermediate level frame header LFH, the integrity of the data contained in the LFH header is assumed. In the next step, the receiving network component then uses the dfhCRC check field to check the integrity of the data contained in the device frame header DFH. If an error is detected in this second integrity check, the receiving network component proceeds as explained above with regard to the intermediate level frame header, i.e. sends a corresponding Ethernet frame EF as an error response.
Wird auch bei dieser zweiten Prüfung kein Fehler erkannt, kann auf die Integrität der im Geräte-Frame-Header DFH enthaltenen Daten geschlossen werden. Es schließt sich dann als dritte Integritätsprüfung die Prüfung der im Geräte-Frame-Datenfeld DFD enthaltenen Nutzdaten mittels des hierfür vorgesehenen Prüffelds dfdCRC an. Bei Erkennung eines Fehlers wird ein Ethernet-Frame EF in Form einer Fehlerantwort erzeugt und gesendet, wie vorstehend am Beispiel der Integritätsprüfung des Zwischenlevel-Frame-Headers LFH erläutert.If no error is detected in this second check, the integrity of the data contained in the device frame header DFH can be determined. The third integrity check then follows by checking the payload data contained in the device frame data field DFD using the dfdCRC check field provided for this purpose. If an error is detected, an Ethernet frame EF is generated and sent in the form of an error response, as explained above using the example of the integrity check of the intermediate level frame header LFH.
Die Absicherung des Zwischenlevel-Frame-Headers LFH mittels eines eigenen CRC-Prüffelds IfhCRC separat von der Absicherung der einzelnen Geräte-Frames DF ist ein erstes Merkmal, das zur Erkennung etwaiger Datenfehler beiträgt. Die zusätzliche Absicherung des jeweiligen Geräte-Frames DF erhöht die Sicherheit einer Fehlererkennung weiter. Dabei kann in einer Variante das jeweilige Geräte-Frame insgesamt durch ein CRC-Prüffeld, dessen Prüfsumme über das jeweils gesamte Geräte-Frame DF gebildet wird, abgesichert werden. Für die Fehlererkennung ist es jedoch günstiger, wenn der Header DFH und das Datenfeld DFD mit den Nutzdaten separat voneinander jeweils durch ein eigenes CRC-Prüffeld, wie im Ausführungsbeispiel, abgesichert werden. Die separate Absicherung beschleunigt zudem die Fehlererkennung. Die Generatorpolynome und entsprechend die Feldgröße des jeweiligen CRC-Prüffelds ist in Anpassung an den Umfang der separat gesicherten Datenbereiche gewählt, um den Anforderungen der funktionalen Sicherheit zu genügen.The protection of the intermediate level frame header LFH by means of its own CRC check field IfhCRC, separate from the protection of the individual device frames DF, is a first feature that helps to detect any data errors. The additional protection of the respective device frame DF further increases the reliability of error detection. In one variant, the respective device frame can be protected as a whole by a CRC check field, the checksum of which is formed over the entire device frame DF. For error detection, however, it is more advantageous if the header DFH and the data field DFD with the payload are each protected separately by their own CRC check field, as in the example. The separate protection also speeds up error detection. The generator polynomials and accordingly the field size of the respective CRC check field are selected to match the scope of the separately protected data areas in order to meet the requirements of functional safety.
Die
In
Beispielhaft wird angenommen, dass das Zwischenlevel-Frame LF1 ein Geräte-Frame DF11req für das Endgerät 11 und ein Geräte-Frame DF12req für das Endgerät 12 enthält. Das Zwischenlevel-Frame LF1 kann ein oder mehrere weitere Geräte-Frames für das Endgerät 11 und/oder einen oder mehrere weitere Geräte-Frames für das Endgerät 12 und/oder ein oder mehrere weitere Geräte-Frames für optional weitere Netzwerkkomponenten der logischen Gruppe Gr1 enthalten. Auf die mit dem Ethernet-Frame EF1 übermittelte Anforderung sendet jedes der Endgeräte 11 und 12 mit der Gruppenidentifikation Gr1 ein Ethernet-Frame als Antwort. Auf die im Anforderung/Antwort-Feld des jeweiligen Geräte-Frames DF11req und DF12req des Ethernet-Frames EF1 kenntlich gemachte Anforderung (Request) senden das Endgerät 11 das Ethernet-Frame EF11 mit dem Geräte-Frame DF11resp als Antwort (Response) und das Endgerät 12 das Ethernet-Frame EF12 mit dem Geräte-Frame DF12resp als Antwort. Die Ethernet-Frames EF11 und EF12 der Endgeräte 11 und 12 werden sequenziell, das heißt nacheinander, an das Kontrollgerät 1 gesendet. Nach dem Absenden des Ethernet-Frames EF1 beginnt die watchdog time Tw, innerhalb der das Kontrollgerät 1 auf die Antwort(en) der im jeweiligen Geräte-Frame adressierten Endgeräte wartet. Im Beispiel sind dies die Endgeräte 11 und 12. Der erste Zyklus T1 ist erst beendet, wenn das Kontrollgerät 1 ein Ethernet-Frame als Antwort von jedem der Endgeräte der ersten logischen Gruppe erhalten hat, für das mit dem Ethernet-Frame EF1 ein zugeordnetes Geräte-Frame mit einer Anforderung gesendet wurde. Im Beispiel wird unterstellt, dass das Ethernet-Frame EF1 eine Anforderung sowohl für das Endgerät 11 als auch für das Endgerät 12 enthält.For example, it is assumed that the intermediate level frame LF1 contains a device frame DF11req for the terminal 11 and a device frame DF12req for the terminal 12. The intermediate level frame LF1 can contain one or more additional device frames for the terminal 11 and/or one or more additional device frames for the terminal 12 and/or one or more additional device frames for optionally additional network components of the logical group Gr1. In response to the request transmitted with the Ethernet frame EF1, each of the
Im anschließenden zweiten Zyklus der Datenkommunikation sendet das Kontrollgerät 1 im Zyklusbetrieb-Modus ein Ethernet-Frame EF2, in dessen Gruppenidentifikationsfeld die Gruppenidentifikation Gr2 gesetzt ist. Das Ethernet-Frame EF2 ist somit nur an die Endgeräte gerichtet, denen die Gruppenidentifikation Gr2 zugewiesen wurde; im Ausführungsbeispiel sind dies die Endgeräte 13 und 14. Ist der Verteiler 3 zu einer Filterung der Ethernet-Frames nach Gruppenzugehörigkeit nicht eingerichtet, erhalten alle Endgeräte 11 - 14 auch das Ethernet-Frame EF2. Die Endgeräte der im Gruppenidentifikationsfeld nicht identifizierten logischen Gruppe(n), hier die Endgeräte 11 und 12, sind dazu eingerichtet, den Zwischenlevel-Frame-Header LF2 des Ethernet-Frames EF2 zu lesen und anhand des Gruppenidentifikationsfelds zu erkennen, dass das Ethernet-Frame EF2 nicht an sie gerichtet ist. Die Endgeräte 11 und 12 beachten das Ethernet-Frame EF2 demgemäß nicht. Die Endgeräte 13 und 14 hingegen und gegebenenfalls weitere Netzwerkkomponenten mit der Gruppenidentifikation Gr2 verarbeiten die ihnen zugeordneten Geräte-Frames, die im Zwischenlevel-Frame LF2 enthalten sind und antworten analog wie die Endgeräte der ersten Gruppe im ersten Zyklus T1.In the subsequent second cycle of data communication, the
In
Im Zwischenlevel-Frame LF11 des daraufhin vom Endgerät 11 als Antwort gesendeten Ethernet-Frames EF11 entsprechen die Bitfolgen in den Datenfeldern MsgCnt, GroupID und MsgType den Bitfolgen in den entsprechenden Feldern des vom Kontrollgerät 1 gesendeten Ethernet-Frames EF1. Im Quellenidentifikationsfeld SourcelD hat das Endgerät 11 seine eigene Geräteidentifikation DevicelD-11 und im Nutzdatenbereich LFD die angeforderten Nutzdaten in Form des Geräte-Frames DF11resp eingetragen. Entsprechend hat das Endgerät 12 in dem von ihm als Antwort gesendeten Ethernet-Frame im SourcelD-Feld die eigene Geräteidentifikation DevicelD-12 und im Nutzdatenbereich im Geräte-Frame DF12resp die angeforderten Nutzdaten eingetragen. Vom CRC-Prüffeld abgesehen, können die von den Endgeräten 11 und 12 im Ethernet-Antwort-Frame gesendeten Zwischenlevel-Frames LF11 und LF12 einander im Übrigen entsprechen.In the intermediate level frame LF11 of the Ethernet frame EF11 sent by the
Für das vom Kontrollgerät 1 gesendete Ethernet-Frame EF1 ist in
Das erfindungsgemäße Ethernet-Frame EF ermöglicht auch eine direkte Kommunikation zwischen den Endgeräten innerhalb der jeweiligen logischen Gruppe Gr1 und Gr2, was in den
In den geschilderten Fällen der gruppeninternen Direktkommunikation und der gruppenübergreifenden Direktkommunikation wird das Kontrollgerät 1 nicht unumgänglich benötigt, „hört“ aber mit. Aufgrund des Mithörens kann das Kontrollgerät 1 in der jeweiligen Direktkommunikation eine Diagnosefunktion erfüllen.In the described cases of direct communication within the group and direct communication across groups,
Claims (16)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022005152.4A DE102022005152B4 (en) | 2022-08-31 | 2022-08-31 | Ethernet frame, Ethernet-based network and method for data communication in an Ethernet-based network |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022005152.4A DE102022005152B4 (en) | 2022-08-31 | 2022-08-31 | Ethernet frame, Ethernet-based network and method for data communication in an Ethernet-based network |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102022005152B4 true DE102022005152B4 (en) | 2024-09-05 |
Family
ID=92422675
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102022005152.4A Active DE102022005152B4 (en) | 2022-08-31 | 2022-08-31 | Ethernet frame, Ethernet-based network and method for data communication in an Ethernet-based network |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102022005152B4 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2466406A1 (en) | 2010-12-15 | 2012-06-20 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for automatically generating dynamic frame packing groups |
DE102019208678A1 (en) | 2019-06-14 | 2020-12-17 | Robert Bosch Gmbh | Communication procedures |
WO2020263526A1 (en) | 2019-06-28 | 2020-12-30 | Analog Devices International Unlimited Company | Low complexity ethernet node (len) one port |
-
2022
- 2022-08-31 DE DE102022005152.4A patent/DE102022005152B4/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2466406A1 (en) | 2010-12-15 | 2012-06-20 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for automatically generating dynamic frame packing groups |
DE102019208678A1 (en) | 2019-06-14 | 2020-12-17 | Robert Bosch Gmbh | Communication procedures |
WO2020263526A1 (en) | 2019-06-28 | 2020-12-30 | Analog Devices International Unlimited Company | Low complexity ethernet node (len) one port |
EP3991005A1 (en) | 2019-06-28 | 2022-05-04 | Analog Devices International Unlimited Company | Low complexity ethernet node (len) one port |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3353610B1 (en) | Connection unit, monitoring system and method for operating an automation system | |
DE102009042354C5 (en) | Method and device for safety-related communication in the communication network of an automation system | |
EP3679691B1 (en) | Data transmission method and communication network | |
EP3932020B1 (en) | Method for routing telegrams in an automation network, data structure, automation network and network distributer | |
DE102019114303B3 (en) | Method for detecting network participants in an automation network and automation network | |
EP2940926A1 (en) | Method for configuring a communication device within an industrial automation system and distribution unit for a configuration server of an industrial communication network | |
DE102012102187B3 (en) | Control device for controlling safety-critical processes in an automated system and method for parameterizing the control device | |
EP2924928A1 (en) | Receiver network component for operation in a communication network, communication network and method for operation of a communication network | |
EP3625627B1 (en) | Sum streams for actual conditions and control signals of a distributed control system | |
EP3355139B1 (en) | Method for operating an automation system, automation system, field device and controller for execution of the method | |
EP2400708B1 (en) | Network protection device | |
EP2203821B1 (en) | Secure data transmission method and apparatus | |
EP2161638A1 (en) | Automation system, device for use in an automation system and method for operating an automation system | |
WO2011120856A1 (en) | Addressing method and communication network with such an addressing method | |
DE10004432A1 (en) | Network and network participants, in particular field device, for such a network | |
EP3766212B1 (en) | Method for determining device addresses within a communication network of an industrial automation system, communication device and control unit | |
WO2019038333A1 (en) | Method for transmitting data between a central control apparatus and a plurality of decentralized devices, and corresponding means | |
DE102022005152B4 (en) | Ethernet frame, Ethernet-based network and method for data communication in an Ethernet-based network | |
DE102022122048B4 (en) | Ethernet frame, Ethernet-based network and method for data communication in an Ethernet-based network | |
EP1540905A1 (en) | Method for the transmission of data telegrammes in a switched cyclical communication system | |
EP2506503A1 (en) | Automation network with control system components | |
EP3963839A1 (en) | Network distributor, automation network and method for transmitting data in an automation network | |
EP4070530B1 (en) | Method for cyclically transmitting data between communication subscribers on a data transmission channel, and data transmission system | |
EP1371193B1 (en) | Elektronischer schaltkreis und verfahren fur eine kommunikationsschnittstelle mit cut-through pufferspeicher | |
EP2416528B1 (en) | Method for communicating in an automation network |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R129 | Divisional application from |
Ref document number: 102022122048 Country of ref document: DE |
|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division |