高可用性通信系统的利记博彩app

专利名称：高可用性通信系统的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种用于在通信用户之间实现可靠通信的通信系 统以及一种用于在通信用户之间实现可靠通信的方法。
背景技术：
在这些各个通信用户行使重要职能并且必须4吏发生在通信用 户之间的通信不中断地进行的系统中，通常应用冗余设计的通信信 道，从而即使在一个信道故障时也可以在相应的另外的信道上进行 通信用户之间的数据传输。通信用户本身例如可以是在自动化系统 中的现场设备或者控制装置。在此，在中央控制装置和现场设备之 间的通信线路一般被称为现场总线。现场总线的组件，也就是通信 用户，例如有现场总线控制器、现场总线装置、开关、路由器、电
缆以及WLAN (无线区域网)线路。除了自动化系统之外，例如在 如建筑物监测或者也可以为空中交通监测系统的监测系统的范围 内可以考虑代替控制装置和现场仪表的其它组件作为通信用户。例 如用于监测公共场合的针对安全性的摄像机同样也可以作为通信 用户通过可靠的通信信道发送其数据。
通常，在这种类型的自动化系统或监测系统中对于可靠性至关 重要的组件或通信用户都i殳计成冗余的，也就是说至少双备份的，
代该故障的通信用户。通过对可靠性至关重要的组件的冗余i殳计和 通过通信线路的双信道设计确保了 总是可以提供一个备用的通信
通道，所参与的针对安全的组件可以通过该通道可靠地进行通信。 这就是说，在自动化系统或监测系统的范围内可能出现的所有故障 中，可以通过一个备用通道不中断地继续进4亍通信。
在以前的解决办法中存在多种在故障时保持通信的方案。例如
在诸如过程现场总线-DP (Profibus DP)的系统中可以这样地实现 系统冗余，即在所参与的组件之间存在两个物理线工洛。只要两个通 信信道完整无损的话，在此两个线^各中的一个就是优先信道或者i兌 主信道，而另一个信道就起到备用信道或备份信道的作用。这里凄t 据通过两个信道在两个通信用户之间进4亍发送，然而只是优先信道
用信道中也运行有数据电码，以不断地测试该线路。如果例如一个 现场总线控制器在该系统中的通至现场总线装置的优先信道中才全 测到通信故障，那么现场总线控制器就在备用线路上发出 一个特殊 的切换电码，该切换电码通知现场总线装置切换至相应的备用信道 上，并在接下来将备用信道作为优先信道使用。然而，在此其缺点
步地传输并因此需要附加的措施，例如附加等候时间或延迟时间， 从而阻止了所谓的切换脉冲。在此，切换脉冲是指作为切换的结 果，在最后接收到的应用循环之前的那个应用循环的数据由数据接 收器接收。这种有缺陷的接收虽然被作为故障被识别，但是在同时 应用一个安全协i义时就引入了一种安全反应，例如断开i殳备，这应 该通过一种所谓平滑切换来避免。尤其是对于具有根本不同的传输
术方面也就是"i兌相互远离分开布置或者"i兌布置在网络的不同位置 上，从而数据电码需要有一个很不相同的传输时间，以便从一个相 应的发送器发送至冗余的组件上，这样的解决方案并不合适，这是 因为切4奂电码可能在一个时间到达该冗余的同等通4言系统，该时间
在冗余的同等通信系统之间差别4艮大。因此，必须采用一种相应的 延迟时间，以便保证在优先信道与备用信道之间的正确切换。
在另 一种系统中，具有临时冗余(flying redundancy )的过程现 场总线-DP (Profibus DP)可以i殳有一条或者两条物理线^各用于进 行通信。在这里，现场总线可以由一个或两个现场总线控制器来操: 纵。现场总线装置可以具有一个或两个至现场总线的4妄口 。然而基 本特征是逻辑上仅存在一个现场总线，而通过多少条电缆来进行 通信则无所谓。原则上，所有组件相互连冲妄。这里也如上所述那样 具有相同的原理的一个优先信道和一个具备信道，只是这些信道分 享一个逻辑的现场总线。在临时冗余的情况下，在每次切换时在现 场总线装置上自动地进行现场总线-用户地址的切换。在这里，优先 信道总是一个在现场总线控制器与现场总线装置上的一个固定地 址之间的线路，两个接口中的哪一个接口正好具有该地址则是无所 谓的。备用信道存在于现场总线控制器与具有优先信道的地址的现 场总线-接口之间，该地址一皮^是高确定的偏移。在此，在夹点同样也在 于对于在优先信道和备用信道之间的切换来i兌需要切换电码，这 些电码并不同步于循环的有效凄史才居来传1#。
在应用以太网时也同样存在两条物理线路，并通过这两条线路 进行通信。在此，所有电码被编号。具有新的编号的电码被接收。 该方法的缺点在于这非常复杂并且要求在两个冗余设计的接收器 之间有紧密的耦合连接，这是因为必须对这些电码编号不停地进行 比较，以1更决定哪个是最新的并进而是要应用的凄t据电码。只有 当对应的通信用户、也就是说例如现场总线控制器很紧地靠在一起 (<1 m)并且具有特有的通信线^^时，才应用这样的结构或者说 这种方法。但是，这种类型的方法例如在空间上被比较分散的系统 中是不合适的，在该系统中冗余的组件、例如控制装置在自动化系 统中被较远地相互分开，并且由此在冗余的现场总线控制器之间的
间距可能大于1000 m。此外，在这种情况下现场总线控制器不可能 具有特有的通信线路，然后可以通过该通信线路进行编号比较。

发明内容
因此，本发明的目的在于，4是出一种通信系统和一种相应的方 法，其中，在一个^皮设计具有多个信道的通信系统中可以在主信道 与一个或多个备用信道之间实现平滑切换。
该目的通过一种在通信用户之间进行可靠通信的通信系统来 实现，其具有至少一个在通信用户之间的通信线^各，其中所述通 信线^各具有至少两个信道用来传输有效数据电码，其中，在每个时 间点都只有 一个信道作为通信的主信道，而其中另外的信道则被设 置为备用信道；以及在有效数据电码中的、用于指示出哪个信道在 一个时间点是主信道或者是备用信道的状态指示，其中通信用户将 这样的信道作为主信道，在该信道中随着有效数据电码的接收通过 通信用户已经识别出从备用信道至主信道的最后的状态变化。
此外，该目的通过一种方法来实现，这种方法用于在通信用户 之间进行可靠的通信，在该方法中，有效凄t据电码在通信用户之间 通过至少两个信道进4亍传输，其中，在每个时间点都只有一个信道 作为通信的主信道，其中，另外的信道则被用作备用信道，在该方 法中，哪个信道在一个时间点是主信道或者备用信道的信息借助于 有效数据电码中的一个状态指示来指出，其中，通信用户将这样的 信道作为主信道，在该信道中随着有效数据电码的接收通过通信用 户已经识别出从备用信道至主信道的最后的状态变化。
本发明基于这样的认识，即在一个设计成具有多个信道的通信 系统中(在该系统中在每个时间点必须清楚地明白，例如四个通信
信道中的哪个是主信道，哪些是备用信道或备〗分信道)，在信道之 间的切换必须尽可能少费事而且总是平滑地进行。在此，"平滑地" 一皮理解为，在通信系统的范围里，总是由一个通信用户或一个组件 将最后的应用循环的数据作为通过相应信道的数据4妄收，并且不是 例如将较早的数据发送给4义器或组件并由它来进行分析处理。本发 明尤其是利用了以下方案，即简单地通知在通信系统中所参与的组
件它们用以发送或4妻收的信道上的哪个信道纟皮作为主信道或作为
备用信道。为此，与该总归以电码形式传输的有效数据相联系简单 地将信道状态指示出来。在此，根据本发明，状态信息一皮简单地附 加给例如由现场总线控制器发送给相应的现场设备或现场总线装 置的有效数据电码。然后，根据本发明来切换该有效数据电码中的 状态。在发送有效数据电码时的这种状态变化被系统使用，从而以 简单的方式实现对至关重要的数据的选择。这必须由通信用户或接 收器只是在状态变化之后才"倾听"到。在分析处理有效数据电码时 相应的现场设备因此可以同时地测定，是否该数据电码已经通过主 信道或备用信道被发送了 。
附件地发送切换电码或比较相应的编号(该编号在现有技术中 被附加给电码，以便用信号传递数据电码的现实性)在如同本发明 范围里所提出的方法中就变得多余了。因此，有效数据电码可以被 简单地分析处理，并且可以将状态电码例如通过任意多的冗余信道发送。
为了在本发明的范围里确保，即例如不会因为通过多个信道发 送指示出主信道状态的电码而将那些多个信道识别为主信道，因此 而提出，由接收器或通信用户明确采用这样的信道作为主信道，通 过该信道已经接收到具有状态变化的最后的有效数据电码，这种状 态变化表示该4言道是一个主^[言道。因此要决定，哪个4言道应该真正 被采用作为主信道，考虑"最后赢得"的方法。这就是说，那个具有
在状态指示中从备用到主要的最后的月永冲边沿变换
(Flankenwechsel )的信道也适合作为主信道。为此，在4壬意多的 信道时实现唯一性，其中先决条件是所;現定的时间必须在一个切
换和复位之间。因此，确保一个信道正-好成为备用信道，该信道由 于在信道里的一个故障，而不能立即又成为主信道。在4-信道线^各 上，例如总是可以快速地继续切换到另 一个功能正常的信道上。
本发明的另 一种有利的设计方案的特征在于， 一个二进制位被 设计作为在有效数据电码中的状态指示。因此并没有大大加大有效 凄t据电码。简单地附加一个二进制位足以为4吏所参与的通信用户测
是主信道或者是备用信道的信息来说反正只能有两种状态，而且这
些状态可以借助于二进制位明确地传^r给通信用户。例如主信道的 状态有利地通过1来示出，而备用信道的状态则借助于o来示出。
本发明的另一有利设计方案的特征在于，所有通信用户都设计
用于发送和冲妻收有效凄t据电石马。因此， 一皮识别出的干护u可以由所有
通信用户在网络范围里进行通才艮并且例如可以由所有通信用户实 现借助于所述的方法进行的通信信道的切换。这里的优点在于，不 管在什么地方出现干扰故障，该故障都可以被直接地识别出来并且 可以切换到冗余的通信信道上。
本发明的另 一有利的i殳计方案的特征在于，在有效数据电码的 发送器的情况中，从主信道向备用信道的状态转换不具有延迟。这 是有利的，这是因为在发送器中识别出的干扰(例如该信道的接收 侧收到干扰)马上导致信道的切换，从而4吏数据接收器(一旦它们
应的信道现在仅4又是备用信道，并且通过该信道所发送的H据不得 被进行分析处理或进一步应用。因此，切换电码被立即并且毫无延 迟地被通知给所有参与的数据接收器。
对于^5U又由现场总线控制器或冗余的CPU (中央电码处理单 元)确定信道中的哪一个应该是主信道的情况，本发明的另一个有 利的设计方案的特征在于，有效数据电码的接收器(在此为现场总 线装置)被这样地设计，即该接收器识别出一个主信道的故障(发 送器(这里为现场总线控制器)以前没有识别出该故障，这是因为
该故障仅仅出现在一个通信方向上)，并且当它使数据电码发送返 回将其主信道的状态直接切换至备用信道时才这才羊。因此确保发送
器才艮据主信道向备用信道的切换而快速地对信道故障估文出反应并 且引发一信道切换。
本发明的另 一有利的设计方案的特征在于，在循环的有效数据 电码的发送器的情况中，只有当发送器完全地更新其有效数据时， 才实现从备用信道到主信道的状态变化。本发明的该设计方案在例 如一个现场总线控制器在循环通信的情况下，在其可以组合其相应 的有效数据电码并接下来使该电码通过通信系统发送给接收器，例
如现场i殳备之前，才必须由一个连接的主才几，例如一个存〗诸可编程
控制装置来收集在一个完整循环里的数据时尤其具有优点。如果发 送器在这样的情况下立即从备用信道切换至主信道，那么在某种情 况下， 一个循环的数据在现场总线控制器里就可能是不一致的。为 了避免这种情况，现场总线控制器一直等待，直到征集起完整的有 效数据电码并且只是在此之后才由现场总线控制器作为数据发送 器从备用信道切换至主信道。因此，完整的有效数据电码首先被征 集，然后为该电码一皮以二进制状态位的形式指派给相应状态的主信 道，接下来，该具有主信道信息的有效m据电码,皮发送。
本发明的一个可选的设计方案的特征在于，有效数据发送器并 不在一个完整的循环上收集有效数据，从而接下来将它们发送给接 收器，而是一旦产生有效数据以及当所有凄t据都到达并且最后的有
效数据电码的状态为主要的时，4妻收器才切换信道，就发送有效数据。
本发明的另 一有利的设计方案的特征在于，当所有信道都是备 用信道状态时，通信用户 一皮设计成用于存储通过一个主通道接收到
的最后的有效数据电码。对于有效凄t据电码的存储i殳置了 一个预先
的反应。该设计方案尤其具有这样的优点，即如果通信系统的所有 信道都指示出备用状态，那么在这种情况下，这些通过最后的主信 道已经被发送至通信用户的最新的有效数据电码被冻结起来。在此 可以规定一个保持时间，在该时间内通信用户或组件存储数据。若 这些组件在该保持时间之内又获得有效数据电码，这些电码指示出 一个4言道为主4言道时，那么系统可以继续运4亍下去，否则在经过该 时间之后例如促发在之前设定的反应，例如使所有数据归零并组件 的相应的激活被终止或者设备进入紧急停车状态。
该系统的另 一有利的设计方案的特征在于，通信用户设计成具 有至少两个冗余度。为了确保高可用性系统的最佳功能，当所有参 与的组件都是冗余的，也就是说，当在任何情况下一个冗余的设备 在其伙伴出现故障时都可以承担其相应的功能时，这是非常有利的。
本发明的另 一有利的设计方案的特征在于，有效数据电码的一 个冗余设计的发送器被这样地设计，即该发送器识别出其冗余的通 信用户的故障并使其信道状态切换至主信道。由此而确保，即不仅 可以在 一 个完全具有功能的系统的范围里在信道之间实现主动的 切换，而且在一个完全故障的范围里，例如一个现场总线控制器的 故障的范围里，可以立即由其伙伴识别出这种故障，而且该伙伴可 以相应地将其通信信道切换至主状态。
本发明的另 一有利的设计方案的特征在于，通信用户是针对安 全的系统的、尤其是自动化系统或者监测系统的组件。尤其是针对 安全的周围区域里所有组件的高可用性和相应的数据传输的安全 性是特别必要的。在每个时间点都必须确保系统中所参与的组件都 接收正确的数据并利用正确的数据工作。这适合于自动化领域也适 合于针对安全的监测系统的领域。
本发明尤其具有这样的优点，即一种这种类型的通信系统或方 法可以应用于任意多个相互冗余的信道，这是因为协调复杂性只是 线性地随冗余信道的数量而增长。因为不需要用于避免切换脉冲的 多余的等候时间，因此可以在通信信道之间实现短的切换时间。所 述的解决方案即使在相互冗余的信道的有效凄t据传输时间或电码 传输时间很不相同时也可以实现平滑的切换，这是因为随时都可以
由每 一 个用户识别出哪 一 个是对于最后的数据电码来说至无重要
的主信道。
通过将所参与的发送器从主要至备用或从备用至主要的不同 的切换也可以应用于循环的通信，如实时的太网。由于要确保对 于一个应从备用切换至主要的发送器来说，在将信道从备用切换到 主要之前，用于有效凄t据电码的内部凄t据才在一 个循环里 一皮征集起 来，因此确保了使所有的有效凄史据都^皮发送。
通过简单地实现了借助于 一个二进制位来指示出信道的状态， 而提出了一种保护资源的可能性，即在冗余的系统中确保可靠或者 说高可用的通信。在发送器中筒单地将一个二进制位附加在电码 上，该电码然后作为边沿被接收器分析处理。这种简单性是尤其重 要的，这是因为该系统也应该可以在非冗余的设备中转换，该非冗 余的设备与冗余的设备高可用地(多信道)通信。然后，非冗余的 设备尽管如此识别出通过哪个信道应该来4妻收，也就是说应该利用
其最后的有效数据，或者i兌通过哪个信道应该发送当前的有效凄t据。
与现有技术不同的是，在现有^支术中最新的电码通过编号来标 识并必须只于编号进4亍相应的比4交，而在本发明的范围内不必管理电 码编号溢出，此外借助于本发明的系统不仅控制了通信链路本身的 故障和干扰，而且也控制了例如现场总线控制器的通信界面的故障。
此外，可以在4壬意的ii/[言层里实施该解决方案。这里特别有利
于的是，即使在最高级别的通信层里也可以实施该解决方案冗余 的主才几，例如存储可编程控制装置可以实现相互冗余的信道的配置 调整(主信道-备用信道)。在冗余的现场总线控制器之间不需要附 加的通信线^各。因此，利用该解决方案可以平緩地控制所有的通信干扰。
此外，该解决方案与电码传播时间无关，该传输时间在冗余的 信道之间可以有很大的差别，例如当通信用户之间为分散的连接时。
为了实施该解决方案利用了以下事实当声明一个信道为主信 道，而其它的一个或者多个信道作为备^f分而工作时，那么乂人可用性 只见点来看就够了。在此，在实践中,人来不需要在这些4言道之间快速 来回切换，这是因为 一个有故障的现场总线组件在其被修理之前就 一直是有古史障的。因此，在该时间内不会返回切4奐至该4言道。在此， 必须使典型的修理时间定在大约四个小时。只是间或地起作用的组 件通常不适合于高可用性i殳备，因此这里也不需要快速地来回切 换。本发明的解决方案还有以下优点，即非循环的服务，例如周围 的报警或者非循环的有效数据电码被指派有 一 个明确的传输路径， 确切地i兌任何情况下都是主信道。


接下来，根据附图对本发明进行详细说明和阐述。
图1示出具有环状结构的通信系统的示意性结构；
图2示出具有星形结构的通信系统的示意性结构；
图3示出作为通信用户进行通信的基础的逻辑关系；
图4示出在通信系统的信道之间进行切换的示意图5示出在发送器故障时在通信系统的信道之间进行切换的示 意图6示出包括冲妄收器的响应的通信系统的信道的切换的示意
图7示出在发送器时从备用信道向主信道切换的延迟的示意
图8示出在4妻收器时从备用信道至主信道切换的延迟的示意图。
具体实施例方式
图1中示例性示出了尤其是在自动化装置中的冗余系统的网络 结构。在该系统中，通信用户l, 2通过冗余:计的通信线路PC1,
PC2相互连接。通信线路在此被设计成环形。通信用户1， 2例如 是发送器，如现场总线控制器1,它们分别将一个所谓主机，例如 一个CPU 4的数据通过通信系统传输至数据接收器，例如接口模块
2,这些接口一莫块又与现场设备5连4妻。这里各个发送器和接收器 可以分别冗余或者单一:t也i殳计。在结构形式的范围内，还可以存在 所谓的开关3,其用于对通过通信系统发送的数据进行所希望的分配。
图2示出了具有通信用户1, 2的相应的通信系统的另一种可 能的结构。通信线路PC1， PC2这里设计成星形。在此，数据电码 的发送器例如是所谓的现场总线控制器1，它们分别将数据从CPU 4输入到通信系统中。发送器1通过开关3与接收器、例如接口模 块2相连接。接口模块2为现场设备5提供来自通信系统的数据。 接口模块2本身也可以接收来自现场设备5的相同数据并又将这些 数据通过通信系统发送至控制装置或通过现场总线控制器1发送至 CUP 4。
图3示出了作为通信用户1, 2进行通信的基础的逻辑关系。 在所示的实施例中基于如图l所示的结构形式。在此，发送器lu, 1,.2， 1^和12.2通过冗余设计的逻辑通信信道LCI， LCII, LCIII, LCIV与接收器2,.,， 2u连接。在通信系统的冗余通信信道中，信 道LCII表明为主信道P，而信道LCI， LC III和LC IV则表明为 备用信道B。
为了进行通信，有效凄t据电码N通过信道由发送器、例如现场 总线控制器1发送至接收器2。除了原来的有效数据之外，有效数 据电码N还具有状态指示S，通过该状态指示通知所参与的通信用 户1， 2,哪个信道是主信道P，哪个信道是备用信道B。状态信息 S可以简单地附加在有效lt据电码上并由参与的通信用户读出。
因为用于接收器的信道是主信道还是备用信道的分配都是通 过用于接收器的各自有效数据电码的二进制状态位来进行，因此， 对于每个接收器或每个装置来说主信道可以位于不同的逻辑通信
路径上。对于不同的4妻收器或装置来说，所有的逻辑通信信道可以 是主信道或者是备用信道。在所示的实施例中，信道LC II用作为
数据传输的主信道P,而信道LCI, LCm， LCIV则起到数据传输 的备用信道B的作用。各个信道的状态在这种情况下也借助于一个 有效凄t据电码N通才艮给通信用户1, 2,其中有效凄t据电码N具有 状态指示S。
在图1， 2和3中原则上示出的通信系统与其通信线^各PC 1, PC2的结构形式无关地按相同的原理起作用。作为用于数据传4俞的 主信道P起作用的信道通过参与的通信用户本身被规定为主信道 P,其中，从一个通信用户1， 2发送出的有效凄t据电码净皮配置有相 应的状态信息S。状态信息S在这里就简单地,皮附加在有效H据电 码N上。状态信息S例如可以是一个二进制4立。若该二进制位^皮i殳 定为1，那么信号通知相应的有效数据电码N,有效数据电码N的 4妄收器2的该信道应该一皮作为用于通信的主信道〗吏用，而且因此这 些数据就是用于进一步应用的当前适用的lt据，例如应用在主4几4 或者在现场设备5上。因此对于每个通信用户，主信道可以是不同 的信道。同样地，具有状态信息S的有效^t据电码N^皮信号通知， 即该信道应该被用作为主信道P,同样地是有效数据电码的接收器， 即它们应该通过该信道来发送其当前的有效电码。
同时为了进行测试可以通过备用信道B来发送有效凄t据电码 N,然而这些有效数据电码则在根据本发明的通信系统范围里具有 另一个状态S，也就是说起到备用信道B作用的那种状态，而且相 应地通过这信道所，接收和发送的凄t据并不具有如主信道那样相同 的现实意义，并且因此只可^皮有条件的^f吏用。
参照图1， 2和3描述的实施例-故描述为用于自动化系统。然 而，也可以在其它的监测系统中考虑相应的场景。在一种针对安全 的监测系统中，数据发送器例如可以是控制单元，它们给不同的摄
像机发出指令，这些摄像机根据这些指令对不同部分进行聚焦或者 可以就变焦系数来说进行控制。同样地，对于从针对安全的摄像才几 至对应的中心位置的通信来说，可以按照上面所示实施例实现冗余 的数据传输，数据在该中心位置中^皮分析处理。在自动化系统或在 针对安全的监测系统中的所谓实施例仅是本发明的可能实现形式。 4壬4可其它的结构形式可以纟安照相同的原理;彈以实现，在该结构形式 中，通信系统应该在发送器与接收器之间传输对安全至关重要的数 据。
在故障保险的应用范围里存在的安全协i义并不会由于实施本 发明而受到干扰，而是成为高可用的。这保证了针对安全的和高可 用性的自动化解决方案的组合的实现。
图4简略地示出了在两个通信信道LC I, LC II之间进行切换 的原理。在此，有效数据电码N的状态指示S被这样地示出，即水 平的线示出状态S的二进制位的值。这里最上面的水平线是有效凄t 据电码N的状态S,该有效数据电码例如由一个发送器，在此是由 现场总线控制器lu周期地发送。开始时，信道LC II应该是主信 道P，在图3中，现场总线控制器lu通过该信道进行发送。这可 以通过如下方法来识别，即有效数据电码的二进制状态位的以前的 边沿(Flanke)(未示出)定为1。在时间点to时，在通4言系统里或 者识别出一个错误或者另外地产生通信信道的切换。由发送器、即 现场总线控制器1 u则产生 一个信息ti ，该信息在时间点ti被发送器、 在当前情况下是现场总线控制器发送。最初被设定到主信道状态的 信道LC II现在则由于有效数据电码N的发送而被切换到备用信道 B。这在图4中在表示电码状态的第一行里可这样一皮识别出，即借 助于边沿在时间点tj吏状态从1 i殳定至0。因此，乂人时间点ti起， 发送器lu还通过信道LC II发送数据，但其中这些数据只表示备 份数据。
在图4的第二行中示出了接收器2"对于发送具有改变的二进 制状态位的有效凄t据电码的响应，即示出了边沿变换和紧随于此的
信道切换。t。是由发送器lu所发送的有效数据电码N到达接收器
2i.2所需要的时间。在接收器2 接收具有状态变化的新的有效数据
电码的瞬间，接收器2u同样也做出反应，该状态变化的特征在于 信道LC II应该起到备用信道的作用。在它接收了有效数据电码之 后，接收器就知道了，信道LC II现在切换到了备份。根据传输时 间tn的不同，也就是冲艮据有效凄t据电码N ,人发送器到达4妻收器所需 要的时间使接收器了解到状态的改变。这里数据电码的传输时间可 能是不同的，这用许多箭头表示，这些箭头示出从1到0的边沿变 化。
在第3行中示出了发送器lu的状态。发送器最初通过信道LC I发送有效数据电码N。信道LCI最初作为备用信道B被连接。这
可以从底部示出的线识别出。在时间点to时，发送器lu则接收到
应该进行切换的信息。发送器内部需要一定的时间ti,用于将这信 息打包到下一个有效数据电码N中并因此指示出 一种状态的改变。 在时间点t,则使有效数据电码里的二进制状态位从0改变到1，而 且发送器lu通过发送具有相应的状态指示的有效数据电码指示 出，信道LC I应该^皮切换至主信道。
在图4的第4行中示出了接收器2u的性能。接收器最初通过 作为备用信道B的信道LC I接收有效数据电码，在此，二进制状 态位调到0。在时间点t2时，^接收器2u乂人发送器lu接收到有效凄t 据电码N,该电码具有以下信息凄t据通过作为主信道P的信道LC 14皮发送。这可以由二进制状态位从0向1的变化而识别出来。在 此，同样也经历一定的凄t据传输时间tn，该时间是有效教:据电码N 用于从发送器lu至接收器2u的距离所需要的。
在图4的第5行中示出现场设备5从哪个信道利用数据。直 至已经发生了切换的时间点to之前，现场设备使用通过作为主信道 的信道LC II所得到的数据作为对于本身至关重要的数据。从时间 点t。直到时间点t2，该信道必须被保持为主信道。此外，现场设备 由此还利用其来自信道LC II的数据。在时间点X2，在接收器2u 上实施切换并以使信道LC II切换至备用信道B,而信道I则切换 至主信道P。在12之前在相应的现场设备里都应用通过信道II所接 收的信息。
在所示的实施例中，从时间点t3起可以重新进行一次备用-主要
切换。对于在具有负的主边沿的电码在t2之前到达的情况，这样来
设计该系统，即在电码到达与t2之间的时间通过参数化的保持时间 来监测。如果这些参数化的保持时间结束了，那么接收器就将其数
据切换到替换值。对于具有负的主边沿的电码在t2后到达的情况， 可能的重新形成的主要-备用边沿发生延迟，也就是说主信道相应地
向回切换。通过参数化的保持时间一方面确保了现场设备将这些 通过主信道已经*接收的最后的#:据^呆持足够长，直到明了通过哪个 信道接着进行发送，并且只有这样才能切换至这个信道。另一方面， 在保持时间结束时将数据调整设定至替换值。
在图5中示出了一类似的场景，其中在这种情况下，以前通过 作为主信道的信道LCII已经进4亍发送的发送器lu在时间点t。完全 不起作用了 。在时间点^接收器2u确定它并没有如预期的那样 收到来自发送器lu的数据电码。并不进行电码传输的这个时间用 Tz来表示。发送设备lu，对发送器lu冗余的现场总线控制器在 位于t。之后的时间点^识别出其冗余的通信用户不起作用了。在 该时间点，现场总线控制器则将该信道LC I从备用信道切换至主信 道P。如图5所示，这通过将二进制位/人Oi殳定到1来进4亍，这在 电码里则引起一个相应的主信道边沿。4妄着在时间tn之后乂人发送器
或现场总线控制器lu接收有效数据电码的接收器2u在接收了有
效数据电码之后同样也使信道LC I从备用信道向主信道切换。在该 情况下，被现场设备5所应用的数据最初来自信道LC II，该信道 最初曾是主信道P。在现场总线控制器1l2不起作用之后，现场设 备5保持主信道LC II的最后接收到的凄t据这样长时间，直至由新 的接收器、接口模块2u得到新的电码现在信道LCI起到主信道 的作用并且应该利用通过该信道所4妻收到的凄史据。
在这种情况下保持时间以^开始。若t2在参数化的保持时间过 去之后，那么随着保持时间的过去将数据设定至替换值。 一旦产生 边沿变化(t2),就利用信道I的^t据。
总之，本发明的宗旨，也就是说一种简单的状态指示，例如一 个二进制位，通过该状态指示发送出有效数据电码N的以简单的实 现。在此，总是有些数据被假设为有效的数据，这些数据已经被具 有最后进行的从备用至主要的二进制状态位的边沿变化的信道接 收。通过加入保持时间确保了现场i殳备总是被供给最后有效的有 效数据。如果超出 一个规定的时间而且在信道之间并不进行正确的 切换，那么所有参与的通信用户就过渡至一种身见定的备用状态。因 此就确4呆了并不产生非失见定的状态。
图6示出了如在图4中的场景。除了示出的发送器lu和接收 器2u的边沿之外，在第3和第4行里示出了两个参与者对于响应 或通知的相应的反应，其中，发送器和接收器在切换时从主信道切 换至备用信道。第3行中的ts给出了接收器2u需要的时间间隔， 用以在接收具有关于信道切换的信息之后再次征集特有的电码，例 如具有来自现场设备的信息，并且接着将具有改变的状态指示一即 从主信道P切换到备用信道B的数据电码发送至其通信伙伴，例如 发送给原始的发送器lu，也就是说现场总线控制器。
第4行里的tQ接着示出了数据电码所需要的时间间隔，以便从 新的发送器、即接口模块2u到达原始的发送器和现在的接收器、 即现场总线控制器lu。因此，原始的发送器lu从原始的接收器
2,.2得到一个应答，即关于数据电码已经接收到并且已经进行了信 道LC II从主信道P至备用信道B的相应的信道切换。
在第5和6行里也如同在图4中那样示出了冗余通信用户的相 应反应。在此，第5行示出了通过发送器lu通信信道LCI已经从 备用信道B切换到了主信道P。在时间点^发送一个具有有关改变 的状态信息的相应有效数据电码N。在时间点t2,接收器2u得到 了具有有效数据电码的信息，该电码需要一个时间k用于渡过该距 离。在时间点t2,接收器2u则同样也从用于信道LCI的备用信道 B切4灸到4言道P。
5见场i殳备5必须如同在以前的场景中那才羊长时间地/f呆持通过原 始的主信道LC II已经得到的数据，即直到由接口模块2u在时间 点tj妄收到新的有效数据为止，这些有效数据同时具有有关主信道 P的状态信息。在时间点t3,接口模块2u发送信息即其现在使用 信道LCI作为主信道用于有效数据传输。为此，接口才莫块同样也需 要有一定的时间ts，以整理出新的有效数据电码并通过通信系统发 送来自现场设备的数据。在时间点t4所属的现场总线控制器lu从 接口模块得到数据，也就是新的有效数据及因此得到切换应答，即 从现在起应用信道LC I作为主信道。
在第IO行说明了，例如一个CPU,也就是主机(用该主机对 应于图3原先进行的通信)在该系统中涉及到凄t据利用的情况如何 表现。最初将来自信道LC II的数据识别为主要数据。信道LC II 被认为是主机A的主信道P，直到主机或CPU得到来自现场总线 控制器lu的信号，即从现在起有效数据电码通过作为主信道P的 信道I发送出。
通过附图中所示的方法在4壬4可时间点者卩确4呆了 所有参与的通
信用户获得了当前的相关的有关通信系统的信息供使用，而且任何
时间点都清楚明确哪些tt据必须;帔用作为所参与的通信用户的有 效数据。尤其是通过应答电码的反馈可以给所参与的通信用户准确 地规定一个时间点，在该时间点它们则为了利用通过通信系统所分 配的数据必须以一个信道切换到另一个信道上，或者也可以说它们 必须保持住该最后通过当前有效的主信道P所发送的有效数据电码 多久。
在图7中再次示出循环的数据准备和数据发送在对应的根据 本发明的系统里例如是如^T起作用。A和42是所谓主才几，例如一个 冗余的CPU。 1,和12是现场总线控制器，它们通过一个循环过程 收集来自冗余的CPU的有效数据并为了通过系统发送而被加工。 凄t据的收集需要一定的时间间隔DS4。 4妻着通过4妄口 6将H据发送 至接口才莫块2,和22。最初，信道LCII是用于发送lt据的主信道P。 -数据由现场总线控制器h和12通过系统同样又循环地发送。由此 确保在任4可时间点都存在用于所有参与者的正确凄t据，如果出现了 一个故障或者要求进行切换的话，现场总线控制器12立即从主信道 切换至备用信道。现场总线控制器^必须随着从备用信道B至主信 道P的切换而等候，直到一个完整的tt据集循环DS4在内部结束并 且它可以通过通信系统发送其所属的有效数据电码W为止。因此 确保了绝对不会造成数据损失或者切换脉冲。
图8示出了相反的情况信息由控制器h和12与其内部循环 无关地连续地以有效数据电码N1.. .Nn的形式发送至接收器和22 。 接收器则通过主信道征集这样长的时间，即直至它们接收到一个具 有边沿变化的有效凄t据电码。该电码在出现一个故障时一皮发送器、 即控制器准确地发送，如果它已经得到了 一个凄t据询问循环的最后
电码的话。接着接收器则利用这些数据，这些凄史据通过具有从备用 向主要的最后的边沿变化的信道来接收。
权利要求
1. 一种用于在通信用户(1，2)之间进行可靠通信的通信系统，●具有至少一个在所述通信用户之间的通信线路，其中所述通信线路具有至少两个信道(I，II)用来传输有效数据电码(T)，其中，在每个时间点都只有一个信道作为用于通信的主信道(P)来使用，而其中另外的信道则被设置为备用信道(B)；以及●具有在所述有效数据电码中的、用于指示出哪个信道在一个时间点是所述主信道(P)或者是所述备用信道(B)的状态指示(S)，其中所述通信用户(1，2)将这样的信道作为主信道(P)，在该信道中随着所述有效数据电码(T)的接收通过通信用户已经识别出从所述备用信道(B)至所述主信道(P)的最后的状态变化。
2. 根据权利要求1所述的通信系统，其中， 一个二进制位被设置 为在所述有效^:据电码中的状态指示。
3. 根据权利要求2所述的通信系统，其中，1表示状态为主信道， 0表示状态为备用信道。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的通信系统，其中，所有的通 信用户都被设置为用于发送和接收有效数据电码。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的通信系统，其中，在有效数 据电码的发送器的情况时，不发生延迟地进行从主信道至备用 信道的状态变化。
6. 4艮据前述一又利要求中任一项所述的通信系统，其中，在有效翁: 据电码的发送器的情况时，只是当所述发送器完全地更新其随 后的有效数据电码时，才实现从备用信道至主信道的状态变化。
7. 4艮据前述权利要求中任一项所述的通信系统，其中，当所有信 道都具有备用信道的状态时，所述通信用户 一皮设置为用于存储 已经通过主信道接收的最后的有效数据电码。
8. 根据权利要求7所述的通信系统，其中，为存储有效数据电码 设置有预先^见定的时间，而且其中，i殳置有在经过所述时间之 后通信用户的预先身见定的反应。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的通信系统，其中，所述通信 用户 一皮i殳置成至少双〗咅冗余。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的通信系统，其中，有效数据 电码的冗余设计的发送器被这样的设计，即所述发送器可以识 别出其冗余的通信用户的故障并且将其信道的状态切换到主信道。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的通信系统，其中，有效数据 电码的接收器被这样的设计，即所述接收器可以识别出有效数 据电码的接收的故障并在发送侧将接收侧的主信道的状态从 主信道切换至备用信道。
12. 4艮据前述冲又利要求中任一项所述的通信系统，其中，通信用户 是一种针对安全的系统的、尤其是一种自动化系统或者一种监 测系统的组件。
13. —种用于在通信用户(1， 2)之间进4亍可靠通信的方法， 在所述方法中，有效凄t据电码(N)在通信用户之间通过至少两个信道(i， n)进^亍传丰ir，其中，在每个时间点 都只有一个信道作为用于通信的主信道(p)来使用，其中，另外的信道则被作为备用信道(B)使用；以及 在所述方法中，哪个信道在一个时间点是所述主信道(P) 或者所述备用信道(B)的信息借助于有效数据电码(N) 中的一个状态指示(S)来指出，其中，所述通信用户(1, 2)将这样的信道作为所述主信道(P),在该信道中随着 所述有效数据电码(P)的接收通过通信用户已经识别出 从所述备用信道(B)至所述主信道(P)的最后的状态变 化。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中，在有效数据电码中的一 个二进制位被作为状态指示使用。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中，1表示状态为主信道， 而0表示状态为备用信道。
16. 根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其中，所有的通 信用户都发送和接收有效数据电码。
17. 根据权利要求13至16中任一项所述的方法，其中，在有效数 据电码的发送器的情况时，不发生延迟地进行从主信道至备用 信道的状态变化。
18. 根据权利要求13至17中任一项所述的方法，其中，在有效数 据电码的发送器的情况时，只是当所述发送器完全地更新其随 后的有效数据电码时，才实现从备用信道至主信道的状态变化。
19. 才艮据权利要求13至18中任一项所述的方法，其中，当所有信 道都具有备用信道的状态时，所述通信用户^皮i殳置为用于存储 已经通过主信道4妄收的最后的有效tt据电码。
20. 4艮据权利要求19所述的方法，其中，有效数据电码净皮存储预 定的时间，并且其中，在经过所述时间之后实J见通信用户的预 先头见定的反应。
21. 根据权利要求13至20中任一项所述的方法，其中，所述通信 用户一皮i殳置成至少只又4咅冗余。
22. 根据权利要求13至21中任一项所述的方法，其中，有效数据 电码的冗余设计的发送器识别出其冗余的通信用户的故障并 将其信道的状态切换至主信道。
23. 根据权利要求13至22中任一项所述的方法，其中，有效数据 电码的接收器识别出有效数据电码的接收的故障并在发送侧 将接收侧的主信道的状态从主信道切换至备用信道。
24. 根据权利要求13至23中任一项所述的方法，其中，通信用户 是一种针对安全的系统、尤其是一种自动化系统或者一种监测 系统的组ff。
全文摘要
本发明涉及一种用于在通信用户(1，2)之间进行可靠通信的通信系统，其具有至少一个在通信用户之间的通信线路，其中所述通信线路具有至少两个信道(I，II)用来传输有效数据电码(T)，其中，在每个时间点都只有一个信道作为用于通信的主信道(P)使用，而其中另外的信道则被设置为备用信道(B)；以及在有效数据电码中的、用于指示出哪个信道在一个时间点是主信道(P)或者是备用信道(B)的状态指示(S)，其中通信用户(1，2)将这样的信道作为主信道(P)，在该信道中随着有效数据电码(T)的接收通过通信用户已经识别出从备用信道(B)至主信道(P)的最后的状态变化。
文档编号H04L1/22GK101383689SQ200810210598
公开日2009年3月11日 申请日期2008年9月4日 优先权日2007年9月5日
发明者京特·施泰因德尔, 恩里科·拉姆, 赖纳·格里斯鲍姆, 赫伯特·巴特尔 申请人:西门子公司