CN101627580B - 网络组件，这种网络组件的操作方法，具有这种网络组件的自动化系统，用这种网络组件在自动化系统中传输数据的方法 - Google Patents

Abstract

本发明主要涉及一种具有至少三个端口(28-32)的网络组件(16-26)及其操作方法，其中，所述端口(28-32)专门分配给自动化系统(10)(所述网络组件(16-26)与或可与可能的多个其他网络组件(16-26)一起在所述自动化系统中运行)的拓扑结构的单个分级层，借此以及借助以别名(42)形式分配给所述网络组件(16-26)或每个网络组件(16-26)的标识符，可对所述自动化系统(10)内所发送的报文(44)进行高效传输，根据本发明的一个独立方面，用递归法对所述标识符进行分配。

Description

网络组件,这种网络组件的操作方法,具有这种网络组件的自动化系统,用这种网络组件在自动化系统中传输数据的方法

技术领域

本发明涉及一种用在自动化系统中的网络组件，所述网络组件包括至少一个第一输入/输出端口、第二输入/输出端口和第三输入/输出端口(下称“端口”)。所述网络组件是所谓的交换机，即一种用于连接局域网内多个网段或用于连接多个整合在局域网内的通信用户的网络组件。 

背景技术

这种网络组件是众所周知的。所谓的交换机或网桥对网络中的数据通信进行分析，并在分析之后作出逻辑判断，是通过第一、第二还是第三端口来传输传入数据。为此，已知的网络组件须对所谓的转发数据库(forwarding database，FDB)进行管理，除地址(通常是所谓的MAC地址，网络组件在这个地址下从另一通信用户接收帧或帧所包含的一或多个数据报(以下统称“报文”))外，这个数据库内还存储有物理端口，即用来接收帧的第一、第二、第三等等端口。当网络组件稍后接收到一个报文，并且这个报文指向一个已接收到过报文的通信用户的地址时，可通过检查FDB来确定，通过网络组件的哪个端口可将报文传输给这个通信用户，随后就可通过这个端口将报文目标明确地传输出去。如果目标地址尚不明确，已知的网络组件就会将相关报文路由到所有正在运行的端口上。 

这种已知网络组件的缺点一方面在于需要一定资源来维持FDB，另一方面在于当目标地址尚不明确时所发生的不利情况，也就是报文被不必要地传输到多个网段内，从而不必要地占用带宽，使得这一带宽在相关时间段内无 法另作他用。此外，在FDB或类似数据库中查找通常比较耗时，由于这类数据库的规模一般都很大，因此，即便通过效率较高的哈希查找也无法避免转发延迟这一结果。此外，如果每个传输站都因这种查找而出现转发延迟，则所延迟的时间马上就会累积至一个可观的数量级。 

发明内容

因此，本发明第一方面的目的是提供一种网络组件，借助这种网络组件可最大程度地避免上述缺点或至少减轻上述缺点所产生的不利影响。 

这个目的通过一种权利要求1所定义的网络组件而达成。为此针对应用在自动化系统中且包括至少一个第一输入/输出端口、第二输入/输出端口和第三输入/输出端口(端口)的网络组件采取以下措施：通过第一和第二端口与自动化系统中的其他通信用户相连，特别是与自动化系统的网络拓扑结构的同级线内的其他网络组件相连，通过第三端口和可能的其他端口与自动化系统中的其他通信用户相连，特别是与这个网络拓扑结构的下级线内的其他网络组件相连，其中，网络组件通过其第一端口与前一网络组件的第三端口或其他端口相连。亦即，网络组件的至少三个端口专门分配给自动化系统内部的单个分级层，其中，“自动化系统”这一概念在此不仅包括所有常规和已知的自动化设备(例如控制装置特别是可编程控制器、分散的外围设备等等)，还包括存在于这些设备(统称为“通信用户”)之间的通信连接，即真正意义上的网络。 

所述网络采用线状组织方式，其中，第一线分配给中央通信用户(例如主计算机或类似设备形式的上级站)。一条线内可设置多个通信用户，这些通信用户中的至少部分通信用户设计成上述类型的网络组件，或者这些通信用户中的至少部分通信用户具有这种功能。第一和第二端口根据需要通过网络传输的报文的方向用作输入端或输出端。通过将单个端口相连，即通过将第一网络组件的第一端口与下一网络组件的第二端口相连，可使同一条线内的通信用户(特别是网络组件)前后相接。所有通过与上述网络组件的第一 或第二端口相连而产生的连接均被视为属于一条同级线。通过第三端口和可能的其他端口可与自动化系统中的其他通信用户(特别是其他网络组件)相连。这些通信用户或网络组件不再与通过其第三端口建立起这一连接的网络组件同属于一条线。每个以这种方式被连接起来的通信用户均被视为属于一条下级线。如果以这种方式被连接起来的通信用户是一开篇所述类型的网络组件，就可通过在这个通信用户的第二端口上连接其他通信用户(特别是网络组件)来将这条下级线扩展成一条真实的线，即一个具有两个以上通信用户的网段。如果以这一方式被连接起来的通信用户是一开篇所述类型的网络组件，就可通过在其第三端口上建立连接来设置一条等级更低的线，依此类推。通过将网络组件的已知端口明确用于在同级线内建立连接以及明确用于与下级线之间建立连接，可在自动化系统中产生一个明确的结构，从而达到目标明确地对报文进行传输的目的。 

因此，本发明还涉及一种用于操作开篇所述类型的网络组件的方法，本发明这一方面的目的是提供一种关于开篇所介绍且下文还将进一步加以说明的网络组件的有利使用方法。为此采用以下措施：所述网络组件分配有或为所述网络组件分配一别名，即地址式标识符，特别是网络组件的网络地址(例如IP地址或MAC地址)以外的别名，这个别名指出这个网络组件在自动化系统内的分级位置。 

据此，优选为上述主计算机分配一个可以指出其在自动化系统内的中央位置的别名，这个别名的形式可以是数字或其值或内容为“1”的“串”。在此情况下，在自动化系统的单个通信用户之间发送的报文至少还通过目标通信用户的别名来识别这个目标通信用户。当网络组件接收到报文时，在此基础上将自有别名与目标通信用户的包含在被接收报文内的别名(下称“目标别名”)进行比较。随后根据比较结果通过第一、第二或第三端口或可能存在的其他端口对这个报文进行传输。也就是说，通过将自有别名和目标别名进行比较，可明确选出网络组件的一个端口，并准确地通过这个经比较产生 的端口将接收到的报文传输出去。 

根据所述方法的一种优选实施方式，如果自有别名中用于标识所述网络组件的自有层的组成部分(下称“相关别名段”)和目标别名中的相应组成部分(下称“相关目标别名段”)按此顺序符合“小于”关系，就通过第一端口传输报文。相应地，如果相关别名段和相关目标别名段符合“大于”关系，就通过第二端口进行传输；如果相关别名段和相关目标别名段符合“相等”关系，就通过第三端口进行传输。 

举例而言，在具体的自动化系统中，多个属于一条同级线的网络组件的别名可以是“1”、“2”、“3”等等或“3.1.1”、“3.1.2”、“3.1.3”等等。各别名的相关组成部分是涉及网络组件的自有层的那个组成部分。也就是说，在第一种情况下，即在每个网络组件均分配给最上层的情况下，别名自身就是相关组成部分。在第二种情况下，即所给出的别名有可能涉及“第三分级层”内的网络组件时，相关组成部分就是这个别名中用于标识这个第三层的最后一个数字，即同样是“1”、“2”、“3”等等。 

也就是说，当自动化系统的等级最高的线内的其中一个网络组件接收到一个报文，并且这个报文是发送给别名为“3.1”的通信用户时，只要报文的相关自有别名段(即“1”、“2”)和相关目标别名段(即“3”)按此顺序符合“小于”关系，即“1＜3”和“2＜3”，则每个网络组件都会对这个报文进行传输。 

如果相关自有别名段和相关目标别名段按此顺序符合“大于”关系，就通过第二端口对这个报文进行传输。也就是说，在借用上述举例的情况下，如果用别名“3.1”来标识的通信用户在接收到报文后进行应答，并且应答报文是发送给一个在等级上位于别名为“3”的网络组件“之前”的通信用户，就选择第二端口。 

如果相关自有别名段和相关目标别名段符合“相等”关系，就用第三端口来传输报文。在上述举例中，报文是发送给别名为“3.1”的通信用户，因 此，报文一到达用别名“3”来标识的网络组件，并且相关自有别名段和待传输报文的相关目标别名段符合“相等”关系，就选择第三端口来传输报文，借此使报文到达目标通信用户。 

在选择通向目标通信用户的通信路径时，无需在相关网络组件中保存任何数据，特别是现有技术使用至今的FDB或类似数据库式的数据，借此可在这一方面为网络组件减负。此外，通向相关目标通信用户的通信路径完全可随时加以测定，不管被访问目标通信用户是否与相邻通信用户(特别是网络组件)之间存在关联，而这一点是创建FDB所必须满足的条件。在这个方面可为网络(即自动化系统)避免不必要的通信，在现有技术中，这种不必要的通信主要产生在目标通信用户尚不明确，相关网络组件将传入报文传输给每个可用端口以便使其可靠到达目标通信用户的情况下。 

根据所述方法的另一有利设计方案，当相关自有别名段和相关目标别名段按此顺序符合“小于”关系时，将通过第一端口接收到的报文作为错送信息退回。根据上文所说明的和下文还将进一步加以说明的传输方案，只有当网络组件的相关自有别名段和报文的相关目标别名段按此顺序符合“大于”关系时，才会通过这个网络组件的第二端口将报文传输出去。在同一条线内的下一网络组件的第一端口只能直接或间接地与前一网络组件的第二端口相连的情况下，任何一个通过这个第一端口接收到的并且相关自有别名段和相关目标别名段按此顺序符合“小于”关系的报文就肯定是错送信息。同样地，当相关自有别名段和相关目标别名段按此顺序符合“大于”关系时，将通过第二端口接收到的报文作为错送信息退回。 

当自动化系统仅配有此处所述类型的网络组件或配有按此处所述方法进行工作的网络组件时，不允许出现这种错送信息。但在这种自动化系统中对错送信息进行识别和退回也是有意义的，因为通过这种方式可识别出可能的错误传输，从而避免自动化系统中的资源被不必要地占用。此外，借助上述优选实施方式还可在混合型自动化系统(即自动化系统中还存在不具有此 处所述网络组件的特性的网络组件或不按此处所述方法进行工作的网络组件)中对无法避免的错送信息进行识别和退回。 

综上，本发明还涉及一种自动化系统，其中存在有上述类型的网络组件或按所述方法进行工作的网络组件。这种自动化系统具有多个通信用户，其中的至少部分网络组件属于上述类型或下文所述类型的网络组件，或者按上述方法或下文所述的方法进行工作或可按上述方法或下文所述的方法进行工作，在这种自动化系统中，可朝目标用户方向实现高效的报文传输，而无需在网络组件中保存大量数据，网络组件也不会不必要地通过多个端口来传输报文。 

所述自动化系统也可包括仅具有两个端口的网络组件，亦即，网络组件仅具有用于在同级线内传输报文的端口或仅具有用于从下级线接收报文或将报文传输至下级线的端口。这些网络组件根据自动化系统的具体局部拓扑用于代替上文和下文所说明的具有至少三个端口的网络组件。 

根据所述自动化系统的另一有利设计方案，每个通信用户均分配有一明确的别名，这个别名产生自以下生成方案：从一个中央通信用户开始，在第一分配步骤中使所有在同级线中与中央通信用户相连的通信用户(特别是网络组件)的别名中用于标识自动化系统中的通信连接第一层的组成部分随着这些通信用户与中央通信用户之间的距离的增大而变大。也就是说，如果分配给中央通信用户的别名是数字或串“1”，与中央通信用户相邻的通信用户(特别是网络组件)的别名就比中央通信用户的别名大，即例如“2”。连接在后面的其他通信用户(即与中央通信用户之间的距离逐步增大的通信用户)的别名则大于在同一条线内位于前面的通信用户的别名。别名的数字值的增大也可反映实际的空间距离，而不一定必须以“1”的增量形式进行。 

这一处理方式所涉及到的所有通信用户都是此处所述类型的网络组件，并通过其第三端口与至少一个通信用户间接或直接相连，在第二分配步骤中为这个相连通信用户分配一个别名。这个别名是通过在上级网络组件的别名 中添加一个用于标识自动化系统中通信连接的下级层的组成部分而产生，举例而言，直接位于别名为“3”的网络组件后面的通信用户，其别名就是“3.1”。 

最后在第三分配步骤中在所有通过上述第二分配步骤被分配别名的网络组件上将第一和第二分配步骤重新实施一遍，其中，用相关网络组件代替中央通信用户，用相关分级层代替通信连接的第一层。也就是说，所述生成方案是一递归生成方案，当递归结束时，所有通信用户均已被涉及，从而使自动化系统内的每个通信用户均被分配一个明确的别名，在使用此处所述类型的网络组件或按此处所述方法进行工作的网络组件时，借助这个别名可实现报文的高效传输。 

因此，本发明还涉及一种在自动化系统中传输数据的方法，所述自动化系统具有多个通信用户，其中的至少部分通信用户实施为此处所述类型的网络组件或实施为按此处所述方法进行工作或可按此处所述方法进行工作的网络组件。实施这个方法时，每个网络组件至少在考虑到每个报文所包含的目标通信用户别名(目标别名)中用于标识网络组件的自有层的组成部分的情况下来对其所接收到的且须传输给相关目标通信用户的报文进行安排。也就是说，当别名为“2.3”的网络组件(从这个别名上就可以看出，这个网络组件属于第二分级层)需要将接收到的报文传输给别名为“2.4”、“2.6”、“2.6.1”、“2.7”的目标通信用户时，这个网络组件会根据属于这个第二层的别名组成部分(即“4”、“6”、“6”和“7”)来安排这些报文。在经过如此安排的报文的基础上，通过将这些报文拼接组合成单独一个帧，而非像传统技术那样用多个单帧来传输一个报文，可产生一个压缩帧(压缩报文)。这个压缩帧将代替在预定或可预定时间段内接收到的多个单帧被传输出去。本发明的这个具有独立专利性的方面的优点是，在一个按上述生成方案或可按上述生成方案为每个通信用户分配别名的自动化系统中，借助这些标识符(其作为相关目标通信用户的标识符同样也包含在被发送报文内)可以简单方式对包含在这些报文中的有效数据(即数据报)进行安排，使得这些有效 数据可以沿相应的线被属于这条线的通信用户“取用”(即接收和评价)。通过对多个单个报文或其所包含的有效数据进行拼接而实现的报文压缩技术虽然是已知的，但本发明这一方面的重点在于，压缩报文内的有效数据同时还以与通信用户的拓扑结构相匹配的顺序进行排列，从而方便对各有效数据的取用。其优点在于只需对一条信息(即这个压缩报文)进行处理，这一个报文可到达多个目标通信用户，因此，即便是复杂的自动化结构也能加以可靠控制。此外，通过帧结构的动态化和发送与接收的分离，还可使数据吞吐量得到优化。 

一种可以提高数据吞吐量的特别方法是，每个通信用户接收到压缩报文后从中取出发送给它的有效数据(即数据报)，从而使压缩报文以这个数据报为单位或以每个被取出的数据报为单位变短。 

在传输压缩报文(即通过对多个单个数据报进行整合而产生的规模较大、较长的帧)时，可能会发生下述情况，即：当第一通信用户已经可以取用数据报时，发送这个压缩报文的通信用户尚未完成对这个压缩报文的完整传输。一般情况下，通信用户在接收到报文时还会等待接收设置在报文末尾的检验码，验证检验码的正确性，在此之后才会存取包含在报文内的有效数据。在现有技术中，如果传输的是较长报文，当有效数据已经到达第一通信用户而当前发送机此时尚未完全结束报文传输时，接收机还不能存取这些有效数据，因为接收机此时还无法借助尚未到达的检验码来验证这些有效数据。在此情况下，必须等待报文被完整接收，再将其暂存。为避免这一缺点，本发明提出的有利方案是为压缩报文内的每个数据报分配一个自有检验数据。在此情况下，只要检验数据已经传入，相关接收机就可借助这个检验数据对其所对应的有效数据进行验证，并视情况进行取用。无需等待接收可能一直存在于压缩报文末尾的检验码。通过为报文所包含的每个数据报分别设置一个检验数据，可以实现对包含在报文内的有效数据的提前存取，从而也使通信速度得到了提高，因为相应的数据报是被直接取用或直接传输给后面 的通信用户。 

实施所述方法时，通过结合提高传输速度和有利安排数据报这两项措施，可以实现极高效率。对数据报的处理可与数据报的传输同时进行，因而在计算数据报到达相关目标通信用户的时间时，仅需考虑一个因素，即处理时间或传输时间。 

联系上文所述和下文还将进一步加以说明的方法，本发明还涉及一种计算机程序，所述计算机程序具有可由计算机执行的用于实施相应方法的程序代码语句。此处的“相应方法”指的就是通过特定端口对接收到的报文进行目标明确的传输的方法、将部分报文作为错送信息退回的方法、为自动化系统所包括的每个通信用户分配一个别名的方法、对单个数据报进行拼接和分类以获得压缩报文的方法以及使压缩报文在其所包含的数据报内的有效数据被用作接收机的通信用户取用时相应变短的方法。最后，本发明还涉及一种计算机程序产品，所述计算机程序产品具有一或多个这种可由计算机执行的计算机程序。所述计算机程序产品可以是存储介质或诸如此类的设备。例如软盘形式的数据载体，但也可以是半导体存储器，特别是安装在用作此处所述类型的通信用户的设备中的半导体存储器或可与这种设备结合使用的半导体存储器。 

附图说明

下面借助附图对本发明的实施例进行详细说明。彼此相当的标的或要素在各附图中均用相同参考符号表示。 

本发明并不仅限于下文中的实施例。更确切地说，在本公开案范围内可以进行大量修改和改进，特别是专业人士在寻求达成目的的解决方案时通过对说明书概述部分、说明书详述部分、权利要求书和/或附图中所包含的单个特征(或要素)或处理步骤进行组合或改进所能获得的以及通过特征组合可以产生新标的或产生新处理步骤或处理工序的那些变体和组合，也可在本公开案范围内实现。 

图1为一自动化系统的简图，所述自动化系统包括多个通过网络彼此通信相连的通信用户，其中的至少部分通信用户实施为本发明的网络组件； 

图2为这种网络组件的简图； 

图3为所述自动化系统内各通信用户传输数据时所用的标识符的示意图； 

图4为用于说明本发明的一个独立方面的示意图，根据这一方面，通过将多个分别包含数据报形式的有效数据的单个报文压缩成一个包含多个数据报的报文，可以改善所述自动化系统内的通信； 

图5为用于说明压缩报文所包含的数据报被接收者取用和所述压缩报文相应变短的效果图； 

图6为用于说明与所述自动化系统之外的域进行通信的示意图；以及 

图7为从这种外部域接收报文以及对所述报文进行分割的示意图。 

具体实施方式

图1显示的是一个整体用10表示的自动化系统的简图。自动化系统10包括一定数量的通信用户14，这些通信用户整合在一网络12内，并在这个网络内彼此通信相连。 

部分通信用户14或所有通信用户14均是自动化设备，例如控制装置(如可编程控制器)、分散的外围设备、过程计算机、(工业)计算机和类似设备或驱动控制装置、变频器和类似设备，即用于或可用于对工艺过程(例如材料变形或物料传送、能量转换或能量传递、信息传输等)进行控制、调节和/或监测的仪器、设备或系统，其中，主要通过适当的技术设备(例如传感器或调节器)来使用或转换能量。附图仅以简图形式对通信用户14进行了图示。视具体观测方式而定，也可将这种通信用户视为上述类型的自动化设备的组成部分，其用于为相应的自动化设备补充通信这一功能。 

部分通信用户14可实施为本发明范围内的网络组件16、18、20、22、24、26。下文将仅对单个通信用户14或这种网络组件16-26或单独一个这 种网络组件16-26进行说明，因为对于本发明的理解而言，网络组件16-26是否为一较大规模系统(例如可编程控制器)的组成部分，或者网络组件16-26是否为自动化系统10的组成部分而无其他功能，并不重要。事实上，单个网络组件16-26可作为传统技术所用的交换机的替代品在自动化系统10中用作通信用户14，将网络12的单个网段连接起来。此外，单个网络组件16-26可以是(例如)可编程控制器、主计算机或类似设备的组成部分，并在其中提供与独立网络组件16-26相同的功能。因此，下文中的说明仅与通信用户14和网络组件16-26有关。 

图1已对本发明的重要方面进行了图示，下文中还将借助图2对这些方面进行说明。 

图2显示的是一单个网络组件16。所述网络组件包括第一输入/输出端口28、第二输入/输出端口30和第三输入/输出端口32。根据网络组件16的特别实施方式，还可设置其他输入/输出端口34，附图仅显示了一个其他输入/输出端口34，但也可以设置一个以上的其他输入/输出端口。下面继续对包括至少一个第一、第二和第三输入/输出端口28-32(下称“端口28、30、32”)的网络组件16进行说明。每个网络组件16-26均可通过任何一个端口28-32从自动化系统10中接收数据或将数据传输到自动化系统10中。通过第一和第二端口28、30存在或建立起与其他通信用户14(特定而言为其他网络组件18-26)的连接，在自动化系统10中，这些通信用户与作为这一连接的起点的网络组件16属于通信连接中等级相同的线36(另见图1)。通过第三端口和可能的其他端口32、34存在或可建立起与下级线38、40(参见图1)中的其他通信用户14(特定而言为其他网络组件22、24)的连接。因此，第一和第二端口28、30专门用于同级线36内部的数据传输，第三端口和每个可能存在的其他端口32、34则专门用于向下级线38、40传输数据。通过这种明确分配可在自动化系统10中根据固定的方案组织数据传输，从而更顺利地找到通向目标通信用户14的有效通信路径，而无需通过间接或 直接相邻的通信用户14将大量数据存储在这个通信路径所途经的各个通信用户14中。此外，通过避免相同网络组件16-26多个端口28-32、34的并行数据传输(这是现有技术中的传统解决方案所无法避免的)，还可提高自动化系统10的数据吞吐量。 

图1所示的每个通信用户14均配有一个在下文中亦称“别名42”的标识符。最高等级线36所包括的网络组件16、18、20被依次分配作为别名42的标识符“1”、“2”和“3”。自动化系统10还包括两条等级相同的线38、40，这两条线在等级上低于以标识符“1”作为别名42的网络组件16，并包括多个分别以标识符“1.1”、“1.2”以及“1.1.1”、“1.1.2”和“1.1.3”作为别名42的通信用户14。 

为自动化系统10中的每个通信用户14分配一个别名42。为此须采用以下生成方案：先从一个中央通信用户14(其作为中央通信用户14而被分配了一个初始别名42，例如“1”)开始，使所有在同级线36中与中央通信用户14相连的通信用户14的别名42中用于标识自动化系统10中的通信连接第一层的组成部分随着这个通信用户与中央通信用户之间的距离的增大而变大。换言之：从值为“1”的初始别名42开始，各别名42中用于标识通信连接相同层的组成部分逐渐增大。据此，中央通信用户14后面的网络组件18、20的别名42就分别是标识符“2”和“3”。 

这一处理方式所涉及到的所有通信用户14都是此处所述类型的网络组件16-26，并通过其第三端口32与至少一个通信用户14间接或直接相连，现在为这至少一个通信用户14分配一个别名42，这个别名是通过在上级网络组件16-20的别名中添加一个用于标识自动化系统10中通信连接的下级层的组成部分而产生。以标识符“1”作为别名42的网络组件16通过其第三端口32与网络组件22相连，分配给网络组件22的别名42则相应为标识符“1.1”，其中，所添加的组成部分“.1”表示自动化系统10中通信连接的下级层。以标识符“3”作为别名42的网络组件20也同样如此，分配给通 过第三端口32与网络组件20相连的网络组件的别名42为标识符“3.1”，其中，此处所添加的组成部分“.1”同样表示下级层。对于下级层(例如线38以下的其他下级线40)，相应在相关别名42中进一步添加这种组成部分，据此，分配给图1中用参考符号24表示的网络组件24的别名42就是标识符“1.1.1”。如果图1所示的以标识符“1.2”作为别名42的通信用户14实施为网络组件16-26，且通过其第三端口32与其他通信用户14相连，则这些其他通信用户中的第一通信用户14的别名42就是标识符“1.2.1”，依此类推。 

所有通过这一措施被分配别名的网络组件16-26的别名中均包括一个用于标识下级层的组成部分，现在在这些网络组件上将所述生成方案的上述全部措施重新实施一遍，其中，用相关网络组件代替中央通信用户14，用相关分级层36、38、40代替通信连接的第一层36。也就是说，所述生成方案是一递归生成方案，在这一递归结束时，自动化系统所包括的每个通信用户14均会被分配一个唯一的别名42。 

下面借助图3并联系图1和图2对这种自动化系统中单个通信用户14之间的数据传输进行说明。图3显示的是一报文44的简图，即需通过网络12(图1)传输的数据的一种组织形式，例如至少包括一个数据报的帧。报文44由用作发送机46的通信用户14发送，发送目的地是用作接收机48的通信用户14。视情况也可将接收机48称为目标通信用户，原则上可将每个通信用户14都视为目标通信用户，需要时也可统一用参考符号14来表示这些通信用户。 

报文44由图1所示的以标识符“1”作为别名42的网络组件16(发送机46)发送至图1中以标识符“3.1”作为别名42的通信用户14(接收机48)，下文将以此为出发点进行说明。为此，报文44包含有目标通信用户14的别名42作为目标别名。在自动化系统10内的通信用户14之间发送的报文44通常至少也借助接收机48或目标通信用户14的别名42来识别这个接收机48或目标通信用户14。当报文44需要由发送机46传输(即传入网络 12)时，发送机46须决定通过其所包括的哪个端口28-32来完成这一传输。为此，须先将自有别名42中用于标识发送机46的自有层的组成部分(即“1”)视为相关自有别名段50。再用接收机48的别名42(目标别名52)生成一个相应的相关组成部分，并将其用作相关目标别名段54。只要相关自有别名段50和相关目标别名段54按此顺序符合“小于”关系，就通过相关网络组件16至26的第一端口28来传输报文44。在此情况下，图3所示的报文44先从图1中以标识符“1”作为别名42的网络组件16到达以标识符“2”作为别名42的网络组件18，最后到达以标识符“3”作为别名42的网络组件20。至此，相关自有别名段50和相关目标别名段54之间已不再符合之前所符合的“小于”关系，而是符合“相等”关系，因而其结果是，通过第三端口32传输报文44，从而使报文44到达接收机48。 

图1也用第一组箭头56对这一通信过程进行了图示，其中，每个箭头56旁边均标有目标别名52，在此也可将一个箭头56和一个目标别名52的组合理解为报文44(图3)的另一种图示。当在稍后的时间点上需要由图1中以标识符“2”作为别名42的网络组件18将报文44发送至以标识符“1.2”作为别名42的通信用户14时，原则上会发生与上述情况类似的情形，下文将借助其他箭头58和目标别名52的组合(参见图1)对此进行说明。据此，当报文44需要由用作发送机46的网络组件18发送时，先将相关自有别名段50(即“2”)与相关目标别名段52(即“1”)进行比较。相关别名段50、52这一次符合的是“大于”关系，因此选择第二端口30来传输报文44。在此情况下，报文44到达图1中以标识符“1”作为别名42的网络组件16。此时，相关自有别名段50和相关目标别名段54符合相等关系，因而选择第三端口32来传输报文44。在此情况下，报文44进入第二层38，但尚未到达接收机48。为能实现进一步传输，现在需要将以标识符“1.1”作为别名42的网络组件的自有别名42中用于标识自有层的组成部分用作相关自有别名段50；此处指“1.1”中的最后一个数字，即“1”。此时，目标别名52的 相应组成部分涉及的是同一层38，因此，目标别名52的相关目标别名段54同样是最后一个数字，即“2”。在此情况下，网络组件22会选择第一端口28来将报文44传输给接收机48。 

图4显示的是用于说明本发明另一个具有独立专利性的方面的示意图，根据这一方面，每个网络组件16-26(图1)为能在预定或可预定时间段内将报文传输至相应接收机48(图3)，至少在考虑到每个报文44所包含的接收机别名42(目标别名52)中用于标识网络组件16的自有层的组成部分的情况下来安排接收到的报文44。 

网络组件16被分配给最上层36，因此，目标别名52中的第一个数字就是用于标识网络组件16的自有层的组成部分。据此，根据传输方向(即根据需使用的端口28、30)按升序或降序对图4中被网络组件16接收到的报文44进行分类。网络组件16从中生成一个压缩报文58。这个压缩报文随后被网络组件16传输出去，并以此种方式到达相应的接收机48。在压缩报文58的传输过程中，每个通信用户14均在接收到压缩报文58时从中取出发送给它的有效数据(即数据报60)，其中，压缩报文58以被取用/取出的数据报60为单位变短。 

借此所能节省的时间可用图表形式加以表示。此处可参见图5。图5以沿水平方向分布的栏16、18、20的形式对图1中所示的网络组件16-20进行了图示。如上文借助图4所说明的那样，从网络组件16开始传输一个包含三个数据报60的压缩报文58。压缩报文58到达网络组件18后，网络组件18从中取用发送给它的数据报60。在此情况下，压缩报文58相应变短。随后，压缩报文58到达网络组件20，网络组件20从中取用发送给它的数据报60，使得压缩报文58缩短至一个数据报60，这个数据报还需被传输给用目标别名52标识的通信用户14。图5以图表方式进行显示的被传输报文58的总面积近似于一个三角形62，这是预期的最佳情形，但如果用单帧来传输数据报60，而没有最初的压缩和随后的依次取用，这些数据报的面积就会是 一个由所示三角形62和另一三角形66组成的平行四边形64(参见图5右上方)。 

可将所选坐标系的起点与最后剩下的报文58的“最外侧角点”之间的距离视为用来衡量传输效率的尺度，这个距离在被传输报文58的总面积近似于三角形62时比被传输报文58的总面积近似于平行四边形64时短。 

为能使通信用户14在接收时间点之后立即从压缩报文58中取用发送给它的有效数据(数据报60)，须为每个数据报60分配一个检验数据68(图4)。借助于这样一个检验数据68，通信用户14(图1)可以一接收到检验数据68及其所验证的数据报60后就对数据报60进行取用。现有技术是只有在接收到位于报文44末尾的检验码69后才能对数据报60中的有效数据进行评价。现在通过设置多个检验数据68，就可在接收到单个数据报60后立即对其进行取用。 

根据本发明另一个具有独立专利性的方面，网络组件16-26还以优化方式与不属于自动化系统10的域70的通信用户进行通信。下文将借助图6和图7对本发明的这个方面进行说明。图6中除了一个可理解为局域的自动化系统10外，还存在一个远域70。与这个不被自动化系统10包括的远域70之间存在通信连接，其中一个网络组件16-26(即在图1中显示为第一网络组件16的通信用户)用作这个通信连接的接口。 

可与远域70交换数据包，这些数据包称为“外报文72”，以示与自动化系统10内部所传输的报文44之间的区别。自动化系统10与远域70之间的通信连接须选用一个协议，这些外报文72的规模可达到这个协议所允许的程度。这个协议所允许的长度可能过大，以至于无法在不超过自动化系统10内部的数据通信周期的情况下以自动化系统10内部的通信用户14为起点进行传输。为此须采取以下措施：每个用作与不被自动化系统10包括的域70之间的接口的网络组件16均对来自于域70的通信进行处理，使得传入的外报文72在接收过程中就已被分割成多个报文，这些报文的预定或可预定最 大长度不影响其在自动化系统10内部的传输，其中，通过分割原始报文产生这些报文后立即对其进行传输或将其用于数据传输。 

相关网络组件16一方面识别到它的“接口特性”，即其与自动化系统10之间的从属关系，另一方面识别到与不属于自动化系统10的域70之间的连接(例如通过所谓的发现协议)。在此情况下须以已知方式设置一相关标记(未作图示)，并在网络组件16接下来的运行过程中对这一标记进行评价。 

按上述原理对通过分割而产生的报文44进行传输。另一特点在于，每个网络组件16-26原则上与自动化系统10中的通信用户14进行周期性通信，其中，一个数据传输周期74(参见图7)划分为周期性通信(周期段76)和非周期通信(非周期段78)两部分。其中，通过分割外报文72而产生的多个单个报文44由相关网络组件16在非周期段78内进行传输。图7用简图形式对此进行了图示。如图7所示，通过分割外报文72而产生的报文44依次在相继(特别是直接相继的)数据传输周期74的非周期段78内被传输，也就是说，产生自外报文72的每个报文44均分别在数据传输周期74的一个非周期段78内被传输。因此，为能对外报文72的全部内容进行传输，需要使用数量与生成报文44的数量相符的数据传输周期74。 

为能在不采取附加措施的情况下在自动化系统10内部对通过分割外报文72而产生的报文44进行传输，须采取以下措施：相关网络组件16以原始外报文72包含地址数据80的方式分别为通过分割外报文72而产生的报文44补充地址数据80。借助于这些地址数据80并视情况借助于FDB(见上文)，可通过自动化系统10内的多个通信用户14沿一通信路径将这些单个生成报文44传输至相关目标通信用户，这个目标通信用户也可位于自动化系统10以外。 

外报文72在进入自动化系统10时被分割成多个单个报文44，这些单个报文特别在其长度方面都满足自动化系统10中的准则，与之相应地，也可对这些报文44进行(再)整合。在此情况下，用作与不属于自动化系统10 的域70之间的起始接口的网络组件16将依次接收到的报文44拼接起来，在这些报文上可识别出分割外报文72的起点，进而识别出这些报文的相属性(例如借助发送机标识符)。其中，将地址数据80保留至少一次，这样就可将所生成的报文传输给最初设定的目标通信用户。每次需要将这些基础性报文44传输给不属于自动化系统10的域70时，就以上述方式将多个报文44拼接成一个“总和报文”。 

综上所述，本发明的各方面可简要概括为：本发明主要涉及一种具有至少三个端口28-32的网络组件16-26及其操作方法，其中，所述端口28-32专门分配给自动化系统10(所述网络组件16-26与或可与可能的多个其他网络组件16-26一起在所述自动化系统中运行)的拓扑结构的单个分级层，借此以及借助以别名42形式分配给所述网络组件16-26或每个网络组件16-26的标识符，可对所述自动化系统10内所发送的报文44进行高效传输，根据本发明的一个独立方面，用递归法对所述标识符进行分配。 

Claims (12)

1.一种用于操作在自动化系统(10)中作为一通信用户(14)的网络组件的方法，所述网络组件包括至少一个第一输入/输出端口(28)、第二输入/输出端口(30)和第三输入/输出端口(32)，

通过所述第一输入/输出端口(28)和第二输入/输出端口(30)与所述自动化系统(10)中同级线(36，38，40)内的其他网络组件(16，18，20，22，24，26)相连，以及

通过所述第三输入/输出端口(32)与所述自动化系统(10)中下级线(38，40)内的其他网络组件(16-26)相连，其中，

所述网络组件(16-26)分配有或为所述网络组件(16-26)分配一自有别名(42)，所述别名指出所述网络组件(16-26)在所述自动化系统(10)内的分级位置，

在所述自动化系统(10)的单个通信用户(14)之间发送的报文(44)至少还通过目标通信用户(14)的别名(42)来识别所述目标通信用户，以及

接收到报文(44)时，将自有别名(42)与目标通信用户(14)的包含在被接收报文(44)内的目标别名(52)进行比较，根据比较结果通过所述第一输入/输出端口(28)、第二输入/输出端口(30)或第三输入/输出端口(32)对所述报文(44)进行传输。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，

如果所述自有别名(42)中用于标识所述网络组件(16-26)的自有层的相关自有别名段(50)小于所述目标别名(52)中的相关目标别名段(54)，就通过所述第一输入/输出端口(28)传输所述报文(44)，

如果所述相关自有别名段(50)大于所述相关目标别名段(54)，就通过所述第二输入/输出端口(30)传输所述报文(44)，以及

如果所述相关自有别名段(50)等于所述相关目标别名段(54)，就通过所述第三输入/输出端口(32)传输所述报文(44)。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，

如果所述相关自有别名段(50)小于所述相关目标别名段(54)，就将通过所述第一输入/输出端口(28)接收到的报文(44)作为错送信息退回，以及

如果所述相关自有别名段(50)大于所述相关目标别名段(54)，就将通过所述第二输入/输出端口(30)接收到的报文(44)作为错送信息退回。

4.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的方法，其中，

所述网络组件(16-26)利用发现协议，一方面识别到其与所述自动化系统(10)之间的从属关系，另一方面识别到与不属于所述自动化系统(10)的域(70)之间的连接，并设置一相应标记，

所述网络组件(16-26)与所述自动化系统(10)中的通信用户(14)进行周期性通信，其中，每个数据传输周期(74)均划分为周期段(76)和非周期段(78)两部分，以及

所述网络组件(16-26)对来自于任何一个不属于所述自动化系统(10)的域(70)的通信进行处理，将传入的外报文(72)分割成多个具有预定或可预定最大长度的报文(44)，并在所述非周期段(78)内将由此产生的报文(44)传输出去。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，

在直接相继的数据传输周期(74)的非周期段(78)内依次传输通过分割外报文(72)而产生的报文(44)。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，

所述网络组件(16-26)以与原始外报文(72)包含地址数据(80)的方式分别为通过分割所述外报文(72)而产生的报文(44)补充地址数据(80)。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，

当所述网络组件(16-26)在直接相继的数据传输周期(74)的非周期段(78)内依次接收到多个通过分割外报文(72)而产生的报文(44)时，如果所述报文(44)是发送给不属于所述自动化系统(10)的域(70)，所述网络组件(16-26)就在将所述地址数据(80)保留至少一次的情况下将所述多个报文(44)组合成一个报文(44)。

8.一种自动化系统，所述自动化系统具有多个彼此通信相连的通信用户(14)，其特征在于，

所述通信用户中的至少一个通信用户是可按根据权利要求1至7中任一项权利要求所述的方法进行工作的网络组件(16-26)。

9.根据权利要求8所述的自动化系统，其中，

每个通信用户(14)均分配有一唯一的别名，所述别名产生自以下生成方案：

a)从一个中央通信用户(14)开始，使所有在同级线(36)中与所述中央通信用户(14)相连的网络组件(16-26)的别名中用于标识所述自动化系统(10)中的通信连接第一层的组成部分随着所述通信用户与所述中央通信用户(14)之间的距离的增大而变大；

b)通过上述方式所涉及到的所有网络组件(16-26)均通过其第三输入/输出端口(32)与至少一个通信用户(14)间接或直接相连，为所述通信用户(14)分配一个别名，所述别名是通过在上级网络组件(16-26)的别名中添加一个用于标识所述自动化系统(10)中通信连接的下级层的组成部分而产生；

c)在所有通过步骤b)被分配别名的网络组件(16-26)上将步骤a)和步骤b)重新实施一遍，其中，用相关网络组件(16-26)代替所述中央通信用户(14)，用相关分级层代替所述通信连接的第一层。

10.一种在自动化系统中传输数据的方法，所述自动化系统具有一定数量的通信用户(14)，所述通信用户中的至少部分通信用户实施为可按根据权利要求1至7中任一项权利要求所述的方法进行工作的网络组件(16-26)，其中，

每个网络组件(16-26)至少在考虑到每个报文(44)所包含的目标通信用户别名(42)中用于标识所述网络组件(16-26)的自有层的组成部分的情况下来对其所接收到的且须传输给相关目标通信用户的报文(44)进行安排，将单个报文(44)中所包含的数据报(60)拼接成一个压缩报文(58)，并用所述压缩报文代替接收到的单个报文(44)将其传输出去。

11.根据权利要求10所述的传输数据的方法，其中，

每个通信用户(14)在接收到压缩报文(58)后从中取出发送给所述通信用户的数据报(60)，其中，所述压缩报文(58)以所述数据报(60)为单位变短。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，

为压缩报文(58)内的每个数据报(60)分配一检验数据(68)。

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