DE10211097B4

DE10211097B4 - Verfahren zum multidirektionalen Austausch von Datensätzen

Info

Publication number: DE10211097B4
Application number: DE10211097A
Authority: DE
Inventors: Wolfram Kres
Original assignee: Individual
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2002-03-14
Filing date: 2002-03-14
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2022-03-15
Also published as: WO2003077479A1; AU2003215634A1; DE10211097A1

Abstract

Verfahren zum multidirektionalen Austausch von Datensätzen unterschiedlicher Nachrichtenlänge zwischen über ein Ethernet-Netzwerk mittels Schalteinrichtungen (10) miteinander verbundenen Anschlussgeräten (20) in der industriellen Automatisierung, wobei ein zeitlich determinierbarer Datentransport durch die Schalteinrichtungen (10) herbeigeführt wird, und dazu jedem zu versendenden Datensatz vom Anschlussgerät (20) eine Priorität zugeordnet wird, wobei die Nachrichtenlänge pro Priorität begrenzt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum multidirektionalen Austausch von Datensätzen zwischen über ein Netzwerk miteinander verbundenen Anschlussgeräten, wobei es sich bei dem Netzwerk insbesondere um ein Ethernet handelt. Ferner betrifft die Erfindung ein Netzwerk, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist, sowie eine in dem Netzwerk angeordnete, erfindungsgemäße Schalteinrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Auf Ethernet basierende Automatisierungssysteme sind nicht hierarchisch aufgebaut, so dass alle Teilnehmer eines Automatisierungssystems über das Ethernet, z.B. auf der Basis des TCP/IP-Protokolls, unmittelbar miteinander kommunizieren können. Nach dem Stand der Technik können Managementfunktionen, wie z.B. Programm- und Parametersätze, Diagnosedaten und Visualisierungsdaten hoher Bandbreite an die Automatisierungsgeräte übertragen und dadurch Vorteile gegenüber den in der industriellen Automation gebräuchlichen Feldbussystemen erzielt werden.
In der industriellen Automatisierung müssen die Steuerungsdaten innerhalb kurzer und garantierten Zeiten innerhalb des Automatisierungsnetzwerks von der Quelle zu ihrem Ziel übertragen sein. Die in der Industrieautomation geforderten Reaktionszeiten bewegen sich im unteren Millisekundenbereich. Derartig geringe Reaktionszeiten sind z.B. zur exakten Steuerung von Bearbeitungsmaschinen, Robotern etc. zwingend erforderlich. Insbesondere müssen Notsignale (Notaus) innerhalb von geringen fest definierten Zeiträumen übertragen werden. Eine, wenn auch ggf. sehr hohe, Wahrscheinlichkeit einer rechtzeitigen Übermittlung ist nicht akzeptabel, zumal ggf. Verletzungen von Bedienpersonal hervorgerufen werden können.
Solche determinierbaren Reaktionszeiten, d.h. garantierte Maximalreaktionszeiten, vermag das Ethernet aufgrund seines Kollisionsverfahrens (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection = CSMA/CD) nicht zu gewährleisten, da das Ethernet nur mit einer kalkulierbaren, statistischen und nicht streng determinierbaren Erfolgswahrscheinlichkeit Nachrichten austauscht. Auf Grund der Kollision von Datensätzen innerhalb des Ethernets können ggf. lange Reaktionszeiten nicht vermieden werden. Auch von sog., im Netzwerk vorgesehenen, Switches, die Zwischenspeicher zum Speichern von Datensätzen aufweisen, kann eine strenge Determinierbarkeit des Datenaustausches nicht herbeigeführt werden. Auch hier kann es, wenn auch mit relativ geringer Wahrscheinlichkeit, auftreten, dass ein Datensatz nicht innerhalb der für die Industrieautomation erforderlichen maximalen Reaktionszeit übermittelt wird. (s. z. B. Frank J. Furrer; Ethernet-TCP/IP für die Industrieautomation, Hüthig Verlag, 2000).
Weitere Nachteile bei der Verwendung von Switches ergeben sich aus ihrer komplexen Projektierung und ihren hohen Preisen, die in ihrer aufwendigen Struktur begründet sind. Die Matrix eines Switches benötigt Mikroprozessoren höchster Leistungsstufe. Der Speicherbedarf zur Zwischenspeicherung einer unkalkulierbarer hohen Nachrichtenflut ist sehr groß.
Das Verhalten von bekannten Automatisierungsgeräten ist durch ein hierarchisches Verhalten gekennzeichnet. Zum Beispiel kommuniziert eine Steuerung mit den Sensoren und Aktoren über einen Feldbus. Die Sensoren werden sozusagen nach neuen Messwerten "gefragt" und erst nach Anfrage wird die "Antwort" über den Feldbus zurück an die Steuerung gesendet. Durch die Steuerung wird hiermit ein Ordnungssystem vorgegeben, das gleichzeitig auch das Problem der Determinierbarkeit löst. Derartige Systeme werden auch als Master/Slave Prinzip bezeichnet, das es erlaubt, Reaktionszeiten in Steuerungsprozessen zu garantieren. Nach dem Stand der Technik ist somit das Automatisierungsgerät selbst für den determinierbaren Datentransport in einem Netzwerk verantwortlich.
In bekannten Ethernetnetzwerken werden Netzwerkinfrastrukturgeräte, z.B. Hubs oder Switches, eingesetzt. Hubs dienen hierbei zur Einkopplung von Verbrauchergeräten ins Netzwerk. Ihre Funktion beschränkt sich im Wesentlichen auf die Signalaufbereitung und die Netzwerkarbitrierung, die letztlich entscheidet, welche Nachrichten weitergeleitet werden und welche zurückgewiesen bzw. verworfen werden. Da selbst 100 Mbit Ethernetnetzwerke schon ab ca. 10% Netzwerklast deutlich an Effizienz verlieren, wurden sogenannte Switches entwickelt, die den Datenverkehr im Sinne der Effizienz in einem Netzwerk regeln. Im Gegensatz zu Hubs werden keine Nachrichten verworfen sondern ggf. zwischengespeichert und zu einem späteren, nicht streng zeitlich determinierbaren Zeitpunkt weitergeleitet.

Aus WO00/03521 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem bei über Ethernet versendeten Daten eine Kollision von Real-Time-Daten und Non-Real-Time-Daten vermieden werden soll. Hierzu wird die Ethernet-Bandbreite in zwei Zyklen unterteilt, wobei ein Zyklus für den Real-Time-Traffic und der andere für den Non-Real-Time-Traffic vorgesehen ist. Für jeden Zyklus wird ein genau definiertes Zeitintervall vorgegeben. In einem Middleware-Protokoll ist ein Zeitplaner vorgesehen, der die abgerufenen Real-Time-Daten auf Grund von Prioritäten sortiert.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Aufbau eines vorzugsweise auf Ethernet basierenden Kommunikationssystems für die Industrieautomation bereitzustellen, das ein zeitlich determinierbares Kommunikationsverhalten aufweist. Vorzugsweise sollen die Reaktionszeiten im unteren Millisekundenbereich liegen.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum multidirektionalen Austausch von Datensätzen gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Netzwerk zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 28 und eine Schalteinrichtung für das Netzwerk zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 29.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum multidirektionalen Austausch von Datensätzen zwischen über ein Netzwerk miteinander verbundenen Anschlussgeräten bzw. Verbrauchern, weist erfindungsgemäß mit den Anschlussgeräten verbundene Schalteinrichtungen auf. Die Netzwerkverbindung erfolgt sodann durch das Verbinden der einzelnen Schalteinrichtungen miteinander. Diese Verbindung kann beispielsweise direkt von Schalteinrichtung zu Schalteinrichtung oder über Hubs erfolgen. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt der zeitlich determinierbare Datentransport durch die Schalteinrichtungen. Die Schalteinrichtungen sind somit erfindungsgemäß derart aufgebaut, dass von diesen die Daten zeitlich determiniert versendet werden. Erfindungsgemäß erfolgt somit die zeitliche Determinierbarkeit des Netzwerkes nicht wie bei Feldbus-Systemen im Anschluss- bzw. Automatisierungsgerät selbst, sondern mit Hilfe der Schalteinrichtung. Die Automatisierungsgeräte können somit zu jedem beliebigen Zeitpunkt Daten versenden. Die bei der Automatisierung erforderliche Determinierbarkeit wird sodann von den mit den Anschluss- bzw. Automatisierungsgeräten verbundenen Schalteinrichtungen realisiert.

Erfindungsgemäß wird der zeitlich determinierbare Datentransport durch die Schalteinrichtungen herbeigeführt. Hierzu wird jedem zu versendenden Datensatz von dem Anschlussgerät eine Priorität zugeordnet. Die Nachrichtenlänge ist hierbei pro Priorität begrenzt.

Vorzugsweise wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Sendereihenfolge der einzelnen Schalteinrichtungen automatisch festgelegt. Durch das Festlegen der Sendereihenfolge wird eine Kollision von Datensätzen in dem Netzwerk vermieden. Die Reaktionszeit des Netzwerkes ist somit zeitlich determinierbar. Beispielsweise in Abhängigkeit der zugelassenen Datensatzlängen ist ein maximaler Zeitraum, in dem ein Datensatz eines Anschlussgerätes versendet wird, bestimmbar. Es sind somit maximale Reaktionszeiten bestimmbar. Durch das erfindungsgemäße Vorsehen von Schalteinrichtungen, die in einer automatisch festgelegten Sendereihenfolge Datensätze versenden können, ist es somit insbesondere möglich, das Netzwerk auf Ethernet-Basis aufzubauen. Erfindungsgemäß sind die Vorteile des Ethernet somit mit den Anforderungen für die Industrieautomation verbunden.

Die mit den Schalteinrichtungen verbundenen Anschlussgeräte bzw. Verbraucher können weiterhin zu beliebigen Zeitpunkten Datensätze an die Schalteinrichtungen übermitteln. Die Sendereihenfolge wird erfindungsgemäß ausschließlich mit Hilfe der zwischengeschalteten Schalteinrichtungen vorgenommen.

Zur automatischen Festlegung der Sendereihenfolge erfolgt vorzugsweise eine Vergabe von laufenden Sendeberechtigungsnummern für die einzelnen Anschlüsse der Schalteinrichtungen oder die Datensätze der einzelnen Anschlussgeräte. Insbesondere jedem Anschluss der Schalteinrichtung, der mit einem Anschlussgerät bzw. einem Verbraucher verbunden bzw. verbindbar ist, ist erfindungsgemäß somit eine Sendeberechtigungsnummer zugeordnet. Das Senden von Datensätzen erfolgt erfindungsgemäß sodann stets in der vorgegebenen Reihenfolge.

Besonders bevorzugt ist es, die Vergabe der Sendeberechtigungsnummer auf Grundlage der Ethernetadresse des jeweiligen Anschlusses der Schalteinrichtung oder der Ethernetadresse des Anschlussgerätes zu bestimmen. Derartige Ethernetadressen sind eindeutig und kommen in keinem Netzwerk doppelt vor. Es kann somit auf einfache Weise anhand eines Vergleichs sämtlicher Ethernetadressen, beispielsweise der Anschlüsse der Schalteinrichtungen, eine Hierarchie, beispielsweise nach aufsteigender Ethernetnummer, festgelegt werden. Vorzugsweise wird von jeder Schalteinrichtung hierzu die Ethernetadresse der einzelnen Anschlüsse oder die Ethernetadresse der Anschlussgeräte an sämtliche andere Schalteinrichtungen, die sich in dem Netzwerk befinden, gesendet. Somit sind jeder Schalteinrichtung sämtliche Ethernetadressen bekannt. Jede Schalteinrichtung kann sodann eine beispielsweise aufsteigende Liste der Ethernetadressen erstellen, so dass der eigene Sendeplatz für jeden einzelnen Anschluss der Schalteinrichtung festgelegt und der entsprechenden Schalteinrichtung bekannt ist.

Bei der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen Schalteinrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine elektronische Logikeinheit, die mindestens eine Speichereinheit und einen Anschluss für ein ethernetbasiertes Anschlussgerät sowie mindestens einen weiteren Anschluss zur Verbindung mit dem Netzwerk, d.h. mit anderen Schalteinrichtungen oder Hubs, aufweist. Derartige Schalteinrichtungen werden im Folgenden als „Quality of Service Switches" (QoS-Switch) bezeichnet.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass mittels der Schalteinrichtungen, bzw. QoS-Switches, ohne die Verwendung von komplexen Projektierungstools (Softwaretools) sowohl sternförmige, wie auch linienförmige Automatisierungstopologien aufgebaut werden können, sodass die Verkabelung optimal der dezentralen Automatisierungsstruktur angepasst werden kann.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird es ferner möglich mit im Vergleich zu handelsüblichen Switches deutlich geringerem Hard- und Softwareaufwand einen QoS-Switch aufzubauen. Der QoS-Switch kann als kostengünstige Einchiplösung mit integriertem oder extern verschalteten Speicherbaustein ohne Verwendung von aufwendigen Mikroprozessorarchitekturen hergestellt werden.

Besonders kostengünstig und platzsparend kann der QoS-Switch unter Wegfall des Ethernet-Verbraucheranschlusses, bzw. Ethernet-Anschlussgeräte-Anschluss, direkt in den jeweiligen Teilnehmer integriert werden. Eine MAC (Media Access Control) und Physical Layer können dann entfallen.

Vorteilhaft ist es auch, mehrere QoS-Switche durch Wegfall der entsprechenden MACs und Physicals in einem Mehrport-QoS-Switch mit entsprechend vielen Verbraucheranschlüssen zu integrieren.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere durch folgende Vorteile aus:

1. Es werden Quality of Services mit der priorisierten Behandlung von Nachrichten ermöglicht, von denen mehr als zwei Nachrichtenprioritäten unterstützt werden können.
2. Die QoS-Switches können gemischt mit Hubs in einem Netzwerk betrieben werden, ohne dass die Eigenschaften der zeitlichen Determinierbarkeit des Nachrichtenaustausches verloren gehen.
3. Der topologische Netzwerkaufbau erlaubt neben der linienförmigen Topologie auch sternförmige oder gemischte Strukturen.
4. Die Ausnutzung der Bandbreite des Ethernetsystems ist nach wie vor in effizienter Weise gegeben. Zur schnelleren Behandlung von Nachrichten dient im beschriebenen Verfahren die Nachrichtenpriorisierung.
5. Zu jeder Zeit können höher priorisierte Nachrichten nieder priorisierte Nachrichten überholen.
6. Mittels QoS-Switches lassen sich streng determinierbare Netzwerkbereiche schaffen, die mit weiteren Netzwerkbereichen, z.B. Office domains, ebenfalls über QoS-Switches gekoppelt werden können.
7. Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren alle Nachrichten direkt, d.h. nur durch Laufzeiten in der Logik verzögert an den Empfänger versendet bzw. weitergeleitet werden, sind deutlich bessere Uhrenabgleichgenauigkeiten bzw. Clock-Synchronisations-Zeiten, als in bekannten Ethernetnetzwerken realisierbar.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen und Beispielen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Netzwerks mit erfindungsgemäß vorgesehenen Schalteinrichtungen,
2 eine die Senderechte mehrerer Teilnehmer darstellende Tabelle,
3–6 eine schematische Darstellung mehrerer aufeinanderfolgender Sendezyklen,
7 ein Diagramm der Reaktionszeit in Abhängigkeit unterschiedlicher Prioritäten,
8 eine schematische Darstellung eines Nachrichtenzyklus und
9 eine schematische Darstellung der Schalteinrichtung.
Mittels Quality of Services Switches (QoS-Switches) 10 wird eine aktive ethernetgebundene Netzwerkstruktur aufgebaut. Jeder QoS-Switch 10 hat dabei mindestens einen Verbraucher- bzw. Anschlussgeräte-Anschluss 12 und mindestens einen Netzwerkanschluss 14. Der Verbraucheranschluss 12 wird mit den Verbrauchern, bzw. Anschlussgeräten, verbunden und der Netzwerkanschluss 14 wird entweder direkt mit einem Netzwerkanschluss 14 eines weiteren QoS-Switches 10 verbunden oder mit handelsüblichen Netzwerkinfrastrukturkomponenten wie z.B. Hubs 16. Wichtig in diesem Verfahren ist es innerhalb des Netzwerkes nur Netzwerkinfrastrukturkomponenten zu verwenden, die auch alle einlaufenden Nachrichten an alle Ports wieder ausgeben. Zur Ankopplung weiterer Netzwerke (z. B. eines Office Netzwerkes) können über die Verbraucheranschlüsse auch Switches 18 angeschlossen werden.
Die Verbraucher, bzw. Anschlussgeräte, 20 dürfen in diesem Verfahren nur an die Verbraucheranschlüsse 12 der QoS-Switches 10 angeschlossen werden.
In dem in 1 dargestellten Beispiel sind zwanzig Anschlussgeräte 20 über QoS-Switches 10 und Hubs 16 verschaltet. In 1 ist sowohl die sternförmige wie auch linienförmige Kopplung von Verbrauchern erkennbar. QoS-Switches 10 können direkt zwischen Verbraucher 20 und Hub 16 geschaltet werden und erlauben auch das Weiterschleifen der Verkabelung zum nächsten QoS-Switch 10.
Jeder Verbraucheranschluss 12 der QoS-Switches 10 erhält umlaufend das Senderecht für eine Nachricht. Die Sendeberechtigung wird aus einer fortlaufenden Nummer entnommen, welche die Sendeposition beschreibt. Hat ein QoS-Switch 10 mehrere Verbraucheranschlüsse 12 wird jedem Verbraucheranschluss 12 pro QoS-Switch 10 eine Nummer zugeordnet. Vorteilhaft ist es, wenn die Nummern der Verbraucheranschlüsse 12 pro QoS-Switch 10 fortlaufend zugeordnet werden. Der Verbraucheranschluss 12 mit der Nummer „1" erhält zuerst das Senderecht für eine Nachricht bzw. einen Datensatz. Da alle Datensätze alle QoS-Switches 18 und Hubs 16 durchlaufen, können alle anderen Verbraucheranschlüsse 12 den Sendefluss von Nachrichten beobachten und zählen die Anzahl der gesendeten Datensätze mit, um so ihre eigene Sendeposition zu ermitteln. Anschließend sendet der QoS-Switch 10 dessen Verbraucheranschluss 12 die Nummer „2" besitzt usw.. Haben alle QoS-Switches 10 entsprechend ihrer Anzahl der Verbraucheranschlüsse 12 ihre Nachrichten gesendet, erfolgt eine Sendepause, die das Ende eines Sendezyklus kennzeichnet. Nach Ablauf der Sendepause startet der QoS-Switch 10 dessen Verbraucheranschluss die Nummer „1" besitzt den nächsten Sendezyklus. D. h. die anliegende Nachricht des Verbraucherabschlusses 12 mit der laufenden Nummer „1" wird gesendet.
Sollte ein Verbraucheranschluss 12 keine neuen Nachrichten (vom Verbraucher) anliegen haben, sendet er trotzdem eine Nachricht (Dummy), damit die folgenden Verbraucheranschlüsse 12 ihre korrekte Sendeposition ermitteln können. Vorteilhaft ist es, wenn in diesem Fall eine möglichst kurze Nachricht versendet wird und die Nachricht an keinen Empfänger in diesem Netzwerk gerichtet ist. So wird das Netzwerk nicht mit unnötig langen Nachrichten belastet und die Verbraucher 20 können entlastet werden.
Jedem Verbraucheranschluss 12 ist ein Empfangsspeicher zugeordnet, in den alle vom Verbraucher 20 gesendeten Datensätze einlaufen. Jedem Verbraucheranschluss 12 pro QoS-Switch 10 wird eine Ethernetempfangsadresse (Destination) zugeordnet, die identisch mit der Empfangsadresse des angeschlossnen Verbrauchers 20 ist. Diese kann direkt aus dem Protokollverkehr mit dem Verbraucher, bzw. mit dem Anschlussgerät, 20 entnommen werden. So ist sichergestellt, dass jeder Verbraucher 20 mit jedem anderen Verbraucher 20 Nachrichten, bzw. Datensätze, austauschen kann. Vorteilhaft ist es, dass nur Nachrichten vom QoS-Switch 10 an die Verbraucher 20 weitergeleitet werden, dessen Empfangsadresse mit der der Nachricht identisch ist. Das System kann derart erweitert werden, dass auch Multicast und Broadcast Nachrichten übermittelt werden können. In diesem Fall wird im QoS-Switch 10 pro Verbraucheranschluss 12 und pro Nachricht eine Überprüfung auf mehrere Adressen (bzw. Adressräume) durchgeführt.
Im allgemeinen kann davon ausgegangen werden, dass Nachrichten die zu Steuerungszwecken in der Automatisierung dienen, kurze Nachrichtenlängen haben und häufig zeitlich determinierbar gesendet werden müssen. Diese Nachrichten sollten dann mit hohen Prioritäten behandelt werden.
Jeder Nachricht kann nach IEEE 802.1p eine Priorität zugeordnet werden, die im IP Protokoll festgelegt ist und die Quality of Services (QoS) unterstützt.
Während des Einlaufs der Nachricht überprüft die Steuerlogik des QoS-Switch 10 im IP-Bereich des Telegramms die Priorität der Nachricht und legt anschließend die Sendereihenfolge aller Nachrichten, bzw. Datensätze, die noch im QoS-Switch 10 verweilen, neu fest. So ist es möglich, dass später eingelaufene Nachrichten mit hoher Priorität, Nachrichten mit niederer Priorität im QoS-Switch „überholen" können.
Der QoS-Switch 10 kann so ausgeführt bzw. parametrisiert werden, dass er weniger Prioritäten als in IEEE 802.1p (7 Klassen) festgelegt sind, unterstützt. In diesem Fall werden alle Prioritäten, welche kleiner gleich III sind mit Priorität III behandelt.
Optional können jeder Prioritätsklasse I bis III maximale Nachrichtenlängen zugeordnet werden. In der Automatisierung ist dies zweckmäßig, da die Nachrichtenlängen für sicherheitsrelevante Nachrichten im allgemeinen kürzer sind als reine Steuerungsnachrichten, die wiederum kürzer sein werden, als Nachrichten die zu Visualisierungszwecken oder allgemeinen Managementfunktionen dienen und immer häufiger durch klassische Internetdienste (z. B. http Server) bedient werden.
In diesem Fall, kann die Nachrichtenlänge pro Priorität begrenzt werden. Sollte eine Nachricht diese Länge überschreiten, so wird sie dann automatisch mit der nächst niedrigeren Priorität behandelt. Diese Option ist von Vorteil, um möglichst kurze Reaktionszeiten für hochpriorisierte Nachrichten zu erhalten, und um diese auch zeitlich determinierbar berechnen zu können.
Zum Aufbau einer einfachen und preiswerten Logistik ist es vorteilhaft, pro Sendezyklus einen Quality of Service zu bedienen, wobei alle Nachrichten mit höchster Priorität innerhalb eines ersten Sendezyklus gesendet werden. Das heißt, in einem ersten Sendezyklus werden von den Verbraucheranschlüssen der QoS-Switches alle Nachrichten mit der Priorität I gesendet.
Nachrichten mit niederer Priorität werden dann in weiteren folgenden Nachrichtenzyklen behandelt. Da im Ethernet auch längere Nachrichten (TCP/IP, http, FTP...) versendet werden müssen und sie im allgemeinen nicht so hohe Anforderungen an die Echtzeitfähigkeit stellen, sollten diese Nachrichten mit niedrigeren Prioritäten behandelt werden. Um aber den Nachrichten mit Priorität I auch die höchste Wiederholrate garantieren zu können, wird in dem folgenden Sendezyklus nur ein Teil der Nachrichten mit der Priorität II versendet. Damit jedoch auch Nachrichten mit niederer Priorität zeitlich determinierbar gesendet und empfangen werden können, werden in einer festen Anzahl von Nachrichtenzyklen alle jeweils zu einer Priorität gehörenden Nachrichten garantiert zeitlich determinierbar behandelt.
Dies ist nachfolgend anhand eines Beispiels mit drei Nachrichtenprioritäten (QoS) näher erläutert:
In diesem Beispiel sind die Nachrichtenprioritäten in einem ethernetbasierenden Automatisierungsnetzwerk wie folgt aufgeteilt:
In diesem Beispiel erhalten alle Nachrichten der Priorität I ein Senderecht im ersten Sendezyklus. Im nächsten Sendezyklus erhält die Hälfte aller Nachrichten der Priorität II und in einem dritten Sendezyklus ¼ aller Nachrichten der Priorität III Senderechte, bzw. werden übertragen.
Die Steuerung der Senderechte pro Verbraucheranschluss kann der Tabelle nach 2 entnommen werden.
In der Tabelle sind 12 Nachrichtenzyklen dargestellt, die jeweils durch eine Pause zur Synchronisierung des gesamten Systems getrennt sind. Nach Ablauf des 12. Sendezyklus wird mit Sendezyklus 1 nach einer Pause wieder aufgesetzt. In jeweils drei hintereinander folgenden Nachrichtenzyklen erfolgt die Behandlung der Nachrichtenprioritäten I bis III.
Jeder Verbraucheranschluss wertet die zwei unteren Bits seiner Sendeberechtigungs- Nummer aus. Die Nachrichtenzyklen zu denen jeweils die Behandlung der Nachrichtenprioritäten von I bis III korrespondiert, werden über einen Zähler pro Anschlussgeräte-Anschluss 12 durch die QoS-Switches 10 mitgeführt. Durch Auswertung der Tabelle wird ermittelt, ob im jeweiligen Sendezyklus unter Berücksichtigung der eigenen Nummer eine Sendeberechtigung der entsprechend priorisierten Nachricht vorliegt. Logisch 0 bedeutet in der Tabelle, es liegt keine Sendeberechtigung vor und logisch 1 bedeutet, ein Datensatz wird gesendet.
In 3-6 sind entsprechend der Tabelle (2) erfolgende Sendezyklen mit 12 Anschlussgeräten und 3 Nachrichtenprioritäten (QoS) dargestellt. Hierbei sind die Nachrichten mit Priorität I, d.h. der höchsten Priorität, dunkelgrau gepunktet, die Nachrichten mit Priorität II hellgrau gepunktet und die Nachrichten der Priorität III weiß dargestellt. Jeweils ein 1., ein 2. und ein 3. Sendezyklus ist zur Veranschaulichung in einem Kreis dargestellt, wobei es sich bei dem ersten Sendezyklus um den Sendezyklus 22, bei dem zweiten um den Sendezyklus 24 und bei dem dritten um den Sendezyklus 26 handelt.
In einem ersten Umlauf (3) wird in dem ersten Sendezyklus 22 von jedem Verbraucheranschluss, d.h. den Verbraucheranschlüssen mit den Nummern 1–12, eine Nachricht mit der Priorität I versendet. Nach einer Pause 28 erfolgt ein Versenden von Datensätzen jedes zweiten Anschlussgerätes, d.h. der Anschlussgeräte mit den Nummern 1, 3, 5, 7, 9 und 11. Hierbei erfolgt in dem zweiten Sendezyklus 24 ein Versenden von Datensätzen der Priorität II. Nach einer weiteren Pause 30 werden in dem dritten Sendezyklus 26 Datensätze der Priorität III auf einem Viertel der Anschlussgeräte, bzw. einem Viertel der Verbraucheranschlüsse, im dargestellten Ausführungsbeispiel der Anschlüsse mit den Nummern 4, 8 und 12, versendet.
Nach einer weiteren Pause 32 erfolgt wiederum ein Versenden der Nachrichten der höchsten Priorität in dem ersten Sendezyklus 22 (4). Hierbei werden wieder Datensätze von sämtlichen Anschlussgeräten 1–12 versendet. Nach der Pause 34 werden im zweiten Sendezyklus 24 Datensätze der Hälfte der Geräte versendet. Hierbei handelt es sich um Datensätze derjenigen Geräte, von denen in dem ersten Umlauf (3) keine Datensätze versendet wurden, d.h. um die Geräte 2, 4, 6, 8 10 und 12. Nach einer weiteren Pause 36 erfolgt ein Versenden von Datensätzen im dritten Sendezyklus 26, wobei Datensätze eines anderen Viertels der Geräte, im dargestellten Ausführungsbeispiel der Geräte 1, 5 und 9, weitergeleitet werden.
In den nächsten Umläufen (5 und 6) erfolgt jeweils in den ersten Sendezyklen 22 ein Versenden von Datensätzen mit höchster Priorität, wobei jeweils Datensätze aller Anschlussgeräte versendet werden. Die sich daran anschließenden Sendezyklen 24 entsprechen den Sendezyklen, wie sie in den 3 bzw. 4 dargestellt sind. Der dritte Sendezyklus 26 enthält bei dem in 5 dargestellten Umlauf Datensätze der Geräte 2, 6, 8 und im nächsten Umlauf (6) Datensätze der Geräte 3, 7, 11. Somit sind im dargestellten Ausführungsbeispiel nach vier Umläufen (3-6) vier mal Datensätze mit höchster Priorität sämtlicher Anschlussgeräte versendet worden. Datensätze der Priorität II sind in diesem Gesamtumlauf zwei mal versendet worden. Datensätze der Priorität III sind nach den vier Umläufen (3-6) ein mal je Gerät versendet worden. Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren ist insbesondere bei Datensätzen mit einer hohen Priorität eine äußerst kurze Reaktionszeit realisierbar.
Prinzipiell kann diese Methode auf die Behandlung weiterer Prioritäten ausgedehnt werden und es sind auch weitere Möglichkeiten der Lastbegrenzung niederer Nachrichtenprioritäten gegeben.
Durch diese Methode lässt sich mit den maximal bekannten Datenlängen, der Baudrate, dem Interframegap, der Anzahl der Teilnehmer, die geradzahlig aufgerundet werden müssen, eine determinierbare Übermittlungszeit für einen Datensatz ermitteln. Die Übermittlungszeit und damit die Reaktionszeit ist durch folgende Formeln bestimmt:
mit: _x = Priorität (_x = _I bis _III)
R_x = Reaktionszeit in μsec (worst case) mit der Priorität x
T_x = Zeit eines Telegramms in μsec bei 100 Mbit/sec Fast Ethernet mit der Priorität x
D_x = maximale Länge des jeweiligen Ethernetprotokolls in Byte
T_i = Zeit des Interframegap (ca.1 μsec)
n = auf eine gerade Zahl aufgerundete Anzahl der betriebenen Verbraucheranschlüsse
P = Pause (in μsec)
folgt: T_x = D_x × 8/100 + T_i (μsec) RI = n × TI + n/2 × TII + n/4 × TIII + 3 × P RII = 2 × RI RIII = 4 × RI
Mit oben angegebener Formel lassen sich in dem in 3–6 dargestellten Beispiel die garantierten Reaktionszeiten ermitteln:
Mit: P = 10 usec; D_I = 96 Byte; D_II = 256 Byte; D_III = 1526 Byte = max.; folgt der in 7 dargestellte Graph. In dem dargestellten Diagramm zeigt die gestrichelte Linie die maximale Reaktionszeit in Abhängigkeit der Anzahl der Anschlussgeräte für Nachrichten der höchsten Priorität, d.h. der Priorität I. Für Nachrichten der Priorität II ist die Reaktionszeit durch eine durchgezogene Linie und für Nachrichten der Priorität III durch eine strichpunktierte Linie dargestellt.
Jeder QoS-Switch 10 besitzt pro Verbraucheranschluss 12 eine eigene eindeutige Ethernetadresse. Diese dienen zu Diagnose- und Managementzwecken und werden erfindungsgemäß zur Bestimmung der Sendeberechtigungsnummer genutzt. Die Sendeberechtigungsnummer ist gleichbedeutend mit der Sendeposition des Verbraucheranschlusses. Die Sendeberechtigungsnummer wird aus allen am Netzwerk beteiligten Ethernetadressen der Verbraucheranschlüsse ermittelt. So erhält z. B. der Verbraucheranschluss mit der niedrigsten Ethernetadresse die Sendeberechtigungsnummer 1. Der Verbraucheranschluss mit der nächst höheren Ethernetadresse erhält die Nummer 2 usw.. Die Steuerlogik eines jeden Verbraucheranschlusses muss hierzu Kenntnis über alle Ethernetadressen der im Netzwerk befindlichen Verbraucheranschlüsse besitzen. Der gegenseitige Austausch aller Ethernetadressen der Verbraucheranschlüsse erfolgt durch Senden der eigenen Ethernetadresse an alle anderen QoS-Switches 10. Zum Austausch dieser Adressen werden die Pausen nach den Nachrichtenzyklen genutzt. In 8 ist ein typischer Sendezyklus dargestellt. Am Ende eines jeden Sendezyklus erfolgt eine Pause, die aus P1 und P2 besteht.
Werden innerhalb der Pausen P1 und P2 keine Nachrichten empfangen, startet der Verbraucheranschluss mit der Sendeberechtigungsnummer 1 den nächsten Sendezyklus. Innerhalb eines Sendezyklus werden nur Nachrichten von schon angemeldeten Verbraucheranschlüssen gesendet.
Wird nun ein neuer QoS-Switch 10 dem Netzwerk hinzugefügt, so beobachtet dieser einen Sendezyklus und detektiert dessen Ende, wenn innerhalb einer Pausenzeit P1 keine Nachrichten mehr empfangen wurden. Zur Anmeldung versendet dieser QoS-Switch die Ethernetadresse eines seiner Verbraucheranschlüsse. Da auch alle schon angemeldeten QoS-Switches die Pausenzeiten überwachen, empfangen alle QoS-Switches diese Adresse innerhalb der Pausenzeit P2. Dies führt dazu, dass jetzt alle anderen QoS-Switches ihre zu den Verbraucheranschlüssen korrespondierenden Ethernetadressen versenden. Diese Kommunikation kann nach den normalen Ethernetregeln (CSMA/CD) erfolgen, da im Falle der Netzwerkkonfiguration kein determinierbares Echtzeitverhalten des Netzwerkes erwartet wird. Wurden alle Ethernetadressen einmal ausgetauscht, wird für jeden Verbraucheranschluss eine ggf. neue Sendeberechtigungsnummer ermittelt. Dies kann z. B. nach Ablauf der detektierten Pausenzeit P1 erfolgen. Nach Ablauf der Pausenzeit P2 startet dann der Verbraucheranschluss mit der niedrigsten Ethernetadresse den nächsten Sendezyklus. Sollte wiederum vor Ablauf der Pausenzeit P2 eine Nachricht empfangen werden, so müssen wieder alle Ethernetadressen ausgetauscht werden.
In 8 ist auch ein Anmeldezyklus dargestellt, indem sich noch kein Teilnehmer im Netzwerk angemeldet hat. Dieser Zustand kann z. B. nach „Power on" eintreten. Der Einfachheit halber wird im folgenden unterstellt, dass sich nur QoS-Switches mit jeweils einem Verbraucheranschluss anmelden. Der erste Teilnehmer am Netz wird keinen Sendezyklus detektieren können. Nach einer Pausenzeit P3, die größer als P1+P2 ist, versendet der Teilnehmer seine Ethernetadresse. Sollte er keine Nachrichten innerhalb der Pausenzeit P3 empfangen, versendet er erneut seine Adresse usw. Wird nun ein zweiter QoS-Switch zugeschaltet, wird dieser eine Nachricht vom zuerst eingeschalteten QoS-Switch erhalten. Nach einer Pausenzeit P1 startet der zweite zugeschaltete QoS-Switch mit dem Senden seiner Ethernetadresse. Dies wiederum löst erneut das oben beschriebene Prozedere aus.
In 8 wird auch gezeigt, wie sich weitere QoS-Switches bei unterschiedlichen Einschaltzeiten in das Netzwerk integrieren. Mit diesem Anmeldeverfahren ist es möglich, dass sich Netzwerkabschnitte nach Ausfall ein oder mehrerer Teilnehmer selbständig neu konfigurieren können. Die Sendereihenfolge kann sich dabei unter Umständen ändern. In jedem Fall werden aber immer vollständige Nachrichtenzyklen aufgebaut, die eine strenge zeitliche Determinierbarkeit garantieren.
Das Verfahren kann alternativ dahingehend verändert werden, dass jedem QoS-Switch nur eine Ethernetadresse zugeordnet wird. In diesem Fall müssen alle Verbraucheranschlüsse mit einer Ethernetadresse auskommen. Beim Anmeldevorgang senden dann alle Verbraucheranschlüsse pro QoS-Switch die gleiche Ethernetadresse. Die Sendeposition der Verbraucheranschlüsse innerhalb eines QoS-Switch kann in diesem Fall im QoS-Switch durch dessen Software oder Hardwarelogik vorgegeben werden. Alle anderen QoS-Switches bzw. deren Verbraucheranschlüsse behandeln die gleichen empfangenen Ethernetadressen wie im oben beschriebenen Verfahren. Die Ermittlung der eigenen Sendeposition wird dadurch nicht beeinflusst, solange jeder Verbraucheranschluss eine Ethernetadresse sendet und damit einen Sendeslot anmeldet.
Allen Verbraucheranschlüssen bzw. Anschlussgeräte-Anschlüssen 12 eines QoS-Switches 10 ist ein ausreichender gemeinsamer Empfangsspeicherbereich zugeordnet. Z. B. 8 mal 1526 Byte (1526 Byte = max. Ethernetframe) für 8 hintereinander einlaufende Nachrichten vom Verbraucher und zusätzlich 1526 Byte für eine Nachricht aus dem Netzwerk zur Zwischenspeicherung, falls diese nicht direkt an den Verbraucher weitergeleitet werden kann. Grund hierfür kann z. B. sein, dass der Verbraucher selbst eine Nachricht absetzen möchte und im Halb Duplex Betrieb die Leitung zum QoS-Switch belegt hat. Pro Verbraucheranschluss wird demnach ein Speicher von 9 × 1526 Byte = 13734 Byte reserviert. Mit einem handelsüblichen Speicherbaustein von 64k × 16 Bit = 128 Kbyte wird ein ausreichender Pufferspeicher für 8 Verbraucheranschlüsse pro QoS-Switch zur Verfügung gestellt.
Der in 9 als Beispiel gezeigte QoS-Switch besteht aus zwei Netzwerkanschlüssen 40, 42, mit der die Verbindung zu weiteren QoS-Switches 10 oder handelsüblichen Hubs 16 (1) hergestellt werden kann und einem Verbraucheranschluss 44 an dem ein Verbraucher angeschlossen werden kann. Der QoS-Switch besteht aus den MACs (Media Acces Control) und den zur Erzeugung der Signale, einem externen Speicher 46 zur Zwischenspeicherung von Nachrichten, einem Mikrocontroller 48 zum Management des QoS-Switch und einer Steuerungslogik 50, die als Einchiplösung ausgeführt ist.
Im Chip sind integriert:
Repeater 52 zur Weiterleitung und Aufbereitung der Ethernetprotokolle, Input und Output Buffer 54, 56, die als Sende- bzw. Empfangsbuffer dienen und dem Logikteil 50, der die Steuerung der Senderechte und der Nachrichtenpriorisierung im QoS-Switch 10 durchführt. Im Chip sind ebenfalls alle notwendigen Funktionen und Treiber zum Anschluss eines externen Speichers 46 und Mikroprozessor 48 untergebracht.
Vom Netzwerk einlaufende Telegramme werden auf ihre Zieladresse (oder Adressraum) hin überprüft und ggf. direkt oder im Falle, dass die Leitung zum Verbraucher hin belegt ist, indirekt über eine Zwischenspeicherung, an den Verbraucher weitergeleitet. Zur Auswertung der Zieladresse wird zumindest ein Teil des Telegramms im Backbone Input Buffer zwischengespeichert. Parallel wird das einlaufende Telegramm über den Repeater, der das Signal nur aufbereitet, an den jeweils anderen Netzwerkanschluss mit nur geringem Zeitversatz, der nur durch Laufzeiten der Bauelemente bestimmt ist, wieder ausgegeben. Dies ist wichtig, damit Zeitsynchronisierungen mit hoher Genauigkeit im Netzwerk durchgeführt werden können.
Vom Verbraucher einlaufende Telegramme werden im Device Input Buffer auf ihre Priorität im IP-Bereich des Protokolls untersucht und entsprechend im externen Speicher solange abgelegt, bis sie mit dem entsprechend zugehörigen nächsten freien Sendeslot über die Netzwerkanschlüsse ausgegeben worden sind.
Die Steuerlogik des QoS-Switch kann so ausgelegt werden, dass sie im Falle des drohenden Speicherüberlaufs niedriger priorisierte Nachrichten zugunsten höher priorisierter Nachrichten verwirft.
Der Mikroprozessor dient zur Unterstützung der Berechnung der Sendeberechtigungsnummern und der Netzwerkdiagnose. Vorteilhaft ist auch die Implementierung eines http Servers, der die externe Kommunikation mit handelüblichen Softwaretools, wie z. B. Internetexplorern unterstützt.
Je nach Anzahl der Verbraucheranschlüsse kann es vorteilhaft sein, den Speicher in den Chip zu integrieren.
Im Falle, dass mehrere Verbraucheranschlüsse an einem QoS-Switch betrieben werden sollen, muss lediglich der Teil der Logik, der für die Steuerung eines Verbraucheranschlusses notwendig ist, und die entsprechenden Buffer mehrfach im Chip ausgeführt werden.

Claims

Verfahren zum multidirektionalen Austausch von Datensätzen unterschiedlicher Nachrichtenlänge zwischen über ein Ethernet-Netzwerk mittels Schalteinrichtungen (10) miteinander verbundenen Anschlussgeräten (20) in der industriellen Automatisierung, wobei ein zeitlich determinierbarer Datentransport durch die Schalteinrichtungen (10) herbeigeführt wird, und dazu jedem zu versendenden Datensatz vom Anschlussgerät (20) eine Priorität zugeordnet wird, wobei die Nachrichtenlänge pro Priorität begrenzt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Schalteinrichtungen (10) ohne topologische Einschränkungen miteinander verbunden sind und automatisch eine Sendereihenfolge der Schalteinrichtungen (10) festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem Datensätze mit hoher Priorität häufiger versendet werden.
Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem Datensätze mit hoher Priorität in einem ersten Sendezyklus (22) in der festgelegten Sendereihenfolge versendet werden und Datensätze mit niedriger Priorität in einem oder mehreren weiteren Sendezyklen (24,26) versendet werden.
Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem in dem ersten Sendezyklus (22) nur Datensätze einer ersten Priorität, nämlich der höchsten Priorität, versendet werden.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei welchem in dem ersten Sendezyklus (22) die Datensätze aller Anschlussgeräte (20) versendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 – 6, bei welchem in den weiteren Sendezyklen (24,26) jeweils Datensätze eines Teils der Anschlussgeräte (20) versendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 – 7, bei welchem in einem zweiten Sendezyklus (24) nur Datensätze der zweiten Priorität versendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 – 8, bei welchem in einem zweiten Sendezyklus (24) Datensätze von etwa der Hälfte der Anschlussgeräte (20) versendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 – 9, bei welchem in einem dritten Sendezyklus (26) nur Datensätze einer dritten und/oder einer höheren Priorität versendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 – 10, bei welchem in einem dritten Sendezyklus (26) Datensätze von etwa einem Viertel der Anschlussgeräte (20) versendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 – 11, bei welchem der erste Sendezyklus (22) nach jedem weiteren Sendezyklus (24,26) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 – 11, bei welchem die Sendezyklen (22,24,26) stets in selber Reihenfolge durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 – 13, bei welchem in dem zweiten Sendezyklus (24) abwechselnd Datensätze von der einen und der anderen Hälfte der Anschlussgeräte (20) versendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 – 14, bei welchem in vier aufeinanderfolgenden dritten Sendezyklen (26) jeweils Datensätze eines anderen Viertels der Anschlussgeräte (20) versendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 15, bei welchem beim Überschreiten der maximalen Länge ein Datensatz automatisch in die nächst niedrigere Priorität eingestuft wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 16, bei welchem die Prioritäten der Datensätze nach IEEE 802.1p beschrieben sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 – 17, bei welchem das Festlegen der Sendereihenfolge durch die Vergabe von laufenden Sendeberechtigungsnummern für die Anschlüsse (14) der Schalteinrichtungen (10) oder der Anschlussgeräte (20) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 18, bei welchem die Vergabe der Sendeberechtigungsnummer jedes Anschlusses (14) bzw. Anschlussgerätes (20) auf Grundlage der Ethernet-Adresse des jeweiligen Anschlusses (14) bzw. Anschlussgerätes (20) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 – 18, bei welchem zur Festlegung der Sendereihenfolge von jeder Schalteinrichtung (10) jeweils eine Adresse, insbesondere eine Ethernet-Adresse, der Anschlüsse (14) der Schalteinrichtung (10) oder der mit ihr verbundenen Anschlussgeräte (20) an alle Schalteinrichtungen (10) versendet wird.
Verfahren nach Anspruch 20, bei welchem jede Schalteinrichtung (10) auf Grundlage der empfangenen Anschluss-Adressen bzw. Anschlussgeräte-Adressen und der mindestens einen eigenen Anschluss-Adresse bzw. Anschlussgeräte-Adresse die Sendepositionen der mit ihr verbundenen Schalteinrichtungen (10) bzw. der Anschlüsse der Schalteinrichtungen (10) und ihre eigenen Sendepositionen ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, bei welchem von jeder Schalteinrichtung (10) die Anzahl der von anderen Schalteinrichtungen (10) gesendeten Datensätze gezählt wird, um den eigenen Sendezeitpunkt zu ermitteln.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 22, bei welchem ein Dummy versendet wird, wenn kein Datensatz entsprechender Priorität zum Versenden vorhanden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 – 23, bei welchem die Adressen in zwischen Sendezyklen vorgesehenen Sendepausen übermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 – 24, bei welchem die Adresse eines neu hinzugeschalteten Anschlussgeräts (20) nach Ablauf einer ersten Pausenzeit (P1) übermittelt wird und anschließend alle Adressen der übrigen Anschlussgeräte (20) zur Festlegung der neuen Sendereihenfolge übermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 25, bei welchem die Schalteinrichtungen (10) einen Datensatz nur an einen Anschluss für ein Anschlussgerät (20) weiterleiten, der mit der Adresse des Anschlussgerätes (20) übereinstimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 – 26, bei welchem nur Schalteinrichtungen (10) mit angeschlossenem Anschlussgerät (20) eine oder mehrere Adressen zur Festlegung der Sendereihenfolge versenden.
Netzwerk auf Ethernet-Basis, mit mehreren über Netzwerkkabel miteinander verbundenen Schalteinrichtungen (10), die jeweils mit mindestens einem Anschlussgerät (20) verbindbar sind, wobei die Schalteinrichtungen (10) derart aufgebaut sind, dass sie zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 – 27 geeignet sind.
Schalteinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 – 27 für Netzwerke auf Ethernet-Basis, mit mindestens einem Anschluss für ein Anschlussgerät (20), mindestens einem Netzwerkanschluss (40,42), einem Zwischenpuffer zum Zwischenspeichern von an das mindestens eine Anschlussgerät (20) zu sendenden bzw. von dem mindestens einen Anschlussgerät (20) zu empfangenden Datensatz und einem Logik-Baustein zur Kommunikation mit Logik-Bausteinen weiterer im Netzwerk angeordneter Schalteinrichtungen (10).