ES2270343T3 - Acoplador para una red con topologia en anillo y una red basada en ethernet. - Google Patents
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Abstract
Acoplador de red (1) con una interfaz (11) externa para la conexión a una red (2), en la que se pueden transmitir telegramas de Ethernet (ET), y una interfaz (12) interna para la conexión de una pluralidad de usuarios (aparato 1, ¿, aparato n) en serie a un circuito de transmisión (3) en forma circular, en el que un telegrama de Ethernet (ET) recibido a través de la interfaz (11) externa es reenviado a la interfaz (12) interna y es entregado en el circuito de transmisión (3, 31) en forma de anillo, caracterizado porque cada usuario (aparato 1, ¿, aparato n) conectado a la interfaz (12) interna, al pasar el telegrama de Ethernet por el circuito de transmisión en forma de anillo a través del usuario correspondiente, intercambia los datos de usuario destinados al usuario con el telegrama de Ethernet (ET) que circula por el circuito de transmisión, pudiendo el usuario extraer datos del bloque de datos (datos aparato 1, ¿, datos aparato n) asignados al usuario (ET) en el campo de datos del telegrama de Ethernet (ET) y pudiendo por su parte, añadir datos en el bloque de datos asignado al usuario del campo de datos del telegrama de Ethernet.
Description
Acoplador para una red con topología en anillo y
una red basada en Ethernet.
El estándar que actualmente está más difundido
para las redes de comunicación locales, denominadas LAN (redes de
área local, "local area networks"), es Ethernet. Con
Ethernet se pueden transmitir actualmente datos con una velocidad de
hasta 100 Mbit/s (Mbps). Las LANs son redes de comunicación locales
que están limitadas a un área geográfica, que están compuestas por
uno o varios servidores y estaciones de trabajo, denominados nodos,
que están conectados por medio de una red de líneas de comunicación
como, por ejemplo, cable coaxial, cable fibroóptico o cable de par
trenzado. En el caso de las LANs son posibles diferentes topologías
de red, por ejemplo, estructuras de bus, de estrella o de árbol.
Las LAN se operan con un sistema operativo de
red y un protocolo de red. Ethernet representa un protocolo de red
de este tipo. Adicionalmente, Ethernet da soporte a los más
diferentes protocolos de comunicación, por ejemplo, el protocolo
TCP/IP o el protocolo IPX. En el modelo de capas de OSI, el modelo
de referencia internacional para transmisión de datos en red, que
está construido por una pila de capas formada por siete capas, en
el que para cada capa está definido un gran número de protocolos
que, respectivamente, ponen sus servicios a la siguiente capa
superior, Ethernet está asignado a la segunda capa, la denominada
capa de enlace de datos. En esta capa de enlace de datos se
empaquetan los datos que se han de transmitir en paquetes, a los que
se añaden informaciones específicas para el protocolo de
comunicación correspondiente. La capa de enlace de datos es
responsable en la red para el transporte de los paquetes de datos de
nodo a nodo y para el reconocimiento de errores.
En el concepto Ethernet, la capa de enlace de
datos está dividida en dos planos, en la que el primer plano añade a
los datos una sección de cabecera, una denominada cabecera, que
contiene informaciones que se requieren para una correcta
transmisión por parte del protocolo de recepción. En el segundo
plano del protocolo de Ethernet se encapsulan los paquetes de datos
con la ayuda de una cabecera adicional y otra sección final, un
denominado trailer, para el transporte de paquetes de datos de nodo
a nodo. Con este tipo de paquetes de datos de Ethernet, los
denominados telegramas de Ethernet, se pueden transmitir datos con
una longitud de hasta 1500 Bytes.
Ethernet fija además el procedimiento de acceso
de cómo los nodos individuales usan y ocupan los recorridos de
conexión de la red. Ethernet trabaja, en este caso, según el
procedimiento de acceso denominado CSMA/CD (carrier sense multiple
access/collision detect). En este procedimiento de acceso se
comprueba, por parte de los nodos que quieren transmitir, antes de
la transmisión, si el circuito de transmisión está libre. A
continuación se envían los datos. Puesto que todos los nodos quieren
enviar sus datos al mismo tiempo, pueden producirse colisiones. Por
parte de aquellos nodos que se percaten de la colisión se interrumpe
entonces el proceso de emisión. Para evitar que dos nodos comiencen
con la emisión desplazados un ligero periodo de tiempo, todos los
nodos emisores generan una denominada señal JAM, para que todos los
nodos que se encuentran en el circuito de transmisión interrumpan el
procesado del paquete de datos actual, y de este modo no interfieran
con el proceso de emisión.
El protocolo de Ethernet se emplea
fundamentalmente en las redes de comunicación de oficinas. Como
consecuencia de las ventajas del concepto Ethernet, con el uso de
componentes hardware y software estándar así como de la posibilidad
de alcanzar elevadas tasas de transmisión de datos incluso con una
tecnología de conexión en red sencilla, existe el deseo de poder
emplear la comunicación de red Ethernet también en la producción
industrial para el intercambio de datos, y para la realización de
tareas de control.
En particular, la deficiente capacidad de tiempo
real del protocolo de Ethernet permite hasta el momento, sin
embargo, sólo un empleo limitado en la técnica de automatización.
Esto es así ya que en el control de máquinas se requiere que se
realice un procesado cíclico de tareas de control sin oscilaciones
temporales, es decir, sólo con desviaciones reducidas respecto al
tiempo de ciclo deseado en el intervalo de pocos microsegundos,
reaccionándose con un tiempo de respuesta previsible a los
requerimientos de regulación. El procedimiento de acceso CSMA/CD
usado por Ethernet no garantiza, sin embargo, este tipo de tiempos
de reacción fijos. En el caso de un grado de utilización muy
intensivo de la red, como consecuencia del procedimiento de acceso
usado, en concreto, puede pasar que durante un cierto intervalo de
tiempo no se puedan enviar telegramas de Ethernet, de manera que no
está garantizado un tiempo de respuesta garantizado a continuación
de un requerimiento de regulación.
Para poder conseguir a pesar de esto en las
redes Ethernet un cierto tiempo real, habitualmente se construyen
este tipo de redes Ethernet en una topología en estrella usando los
denominados switches. En este caso, cada nodo, denominado también en
lo sucesivo como usuario, una conexión
punto-a-punto con el switch de la
red. El switch analiza cada telegrama de Ethernet que pasa por la
red por lo que se refiere a la dirección del usuario al que va
dirigido, y envía entonces el telegrama de Ethernet al usuario al
que va dirigido por medio de una conexión
punto-a-punto correspondiente. Una
topología de red de este tipo formada por conexiones
punto-a-punto entre los usuarios y
el switch central requiere, sin embargo, un cableado costoso, y
debido a ello va unida con costes elevados.
Para garantizar en redes Ethernet la capacidad
de tiempo real y tiempos de reacción rápidos, existe además la
posibilidad de dejar que se controle el proceso de envío de los
telegramas de Ethernet, en lugar de por medio del procedimiento de
acceso CSMA/CD, por medio de capas de protocolo de orden superior.
Esto, sin embargo, tiene como consecuencia que por medio de la capa
de protocolo adicional de tiempo real requerida, se produce un grado
de utilización mayor en el usuario, que debido a ello requieren un
microcontrolador potente, lo que a su vez tiene como consecuencia
costes elevados.
Adicionalmente, la transmisión de paquetes de
datos de Ethernet con longitudes de hasta 1500 bytes y tasas de
transmisión de datos elevadas de 100 Mbit/s requiere un equipamiento
de las interfaces de Ethernet previstas en los usuarios individuales
con potentes unidades de procesado de datos para poder almacenar y
leer rápidamente los grandes paquetes de datos.
En particular, cuando las tareas de control
requieren datos de proceso con sólo pocos bytes, la longitud de
datos forzosamente requerida de los telegramas de Ethernet evita un
diseño económico de la interfaz. Ethernet, como red orientada a
estaciones, requiere, en concreto, longitudes de datos de al menos
100 bytes, lo que con una tasa de transmisión de datos elevada de
100 Mbit/s, tal y como se ha explicado, hace que se requiera un
microcontrolador potente para el proceso de emisión y recepción.
Esto es así aún más cuando para garantizar una capacidad de tiempo
real, el procedimiento de acceso CSMA/CD del protocolo de Ethernet
se sobrepone por un protocolo de comunicación en tiempo real, de
manera que como consecuencia del protocolo adicional se producen ya
fundamentalmente grandes paquetes de telegramas de Ethernet.
Del documento US6.389.030B1 se conoce un
acoplador de redes con las características del procedimiento de la
reivindicación 1, y una red correspondiente, así como un
procedimiento para el intercambio de datos, con las características
del preámbulo de la reivindicación 7.
El objetivo de la presente invención es
proporcionar un acoplador de red para una Ethernet, una red
Ethernet, así como un procedimiento de transmisión de datos de
Ethernet, con el que se puedan realizar de un modo sencillo y
económico tareas de control en tiempo real con la ayuda de
telegramas de Ethernet.
Este objetivo se consigue por medio de un
acoplador de red según la reivindicación 1, una red según la
reivindicación 5 y un procedimiento según la reivindicación 7.
Variantes preferidas están indicadas en las reivindicaciones
subordinadas.
Según la invención, los usuarios previstos para
la aplicación en tiempo real están conectados a un circuito de
transmisión en forma de anillo, estando unido este circuito de
transmisión de forma de anillo a través de un acoplador de red con
una red en la que se pueden transmitir telegramas de Ethernet,
estando diseñado el acoplador de red de tal manera que un telegrama
de Ethernet recibido por la red a través de una interfaz externa
del acoplador de red se envía a una interfaz interna del acoplador
de red, y se entrega al circuito de transmisión en forma de anillo,
intercambiando cada uno de los usuarios conectados al circuito de
transmisión en forma de anillo, al pasar el telegrama de Ethernet,
en el circuito de transmisión en forma de anillo, los datos de
usuario destinados al usuario correspondiente con el telegrama de
Ethernet que circula por el circuito de transmisión.
En este diseño de la red, el circuito de
transmisión en forma de anillo con el acoplador de red y los
usuarios conectados a través el acoplador de red con el circuito de
transmisión aparece, respecto a la red, como un único usuario de
Ethernet. El acoplador de red y los usuarios conectados al circuito
de transmisión en forma de anillo se reparten una única conexión de
Ethernet, gracias a lo cual se puede renunciar a microcontroladores
adicionales potentes requeridos en el estado de la técnica para el
procesado de los telegramas de Ethernet en los mismos usuarios
correspondientes. Por medio del procesado de los telegramas de
Ethernet en el circuito de transmisión en forma de anillo al pasar a
través de los usuarios conectados a él se reduce el tiempo de
reacción de cada uno de los usuarios de un modo considerable, de
manera que con los telegramas de Ethernet que circulan se pueden
ejecutar tareas de control en tiempo real. En particular, también es
posible con telegramas de Ethernet estándar, que habitualmente
presentan una longitud de datos de varios 100 de bytes, controlar de
un modo sencillo y económico a los usuarios que sólo requieren pocos
bytes en datos de proceso. En particular, no se requiere que los
usuarios individuales presenten una unidad costosa de almacenamiento
y de procesado de datos para llevar a cabo el procesado del
protocolo requerido en los telegramas de Ethernet.
Según una forma de realización preferida, el
telegrama de Ethernet es convertido de la física de la transmisión
de la red a la física de transmisión del circuito de transmisión en
forma de anillo en el acoplador de red. Gracias a ello es posible
equipar el circuito de transmisión en forma de anillo respecto a la
red Ethernet con una física de transmisión más sencilla y barata con
menor alcance. De este modo, por ejemplo, se puede pasar de un cable
fibroóptico de red a un cable de cinta plana a través del cual se
pueden transmitir señales LVDS, o a un cable de fibras guiaondas con
la ayuda del acoplador de red.
Según otra forma de realización preferida, en el
acoplador de red se lleva a cabo un filtrado de telegramas de
Ethernet que no están pensados para los usuarios conectados al
circuito de transmisión en forma de anillo. Gracias a ello se evita
que los telegramas de Ethernet que no son necesarios para las tareas
de control circulen por el circuito de transmisión en forma de
anillo, y con ello hagan empeorar los posibles tiempos de reacción
de los usuarios.
Según otra forma de realización preferida, el
acoplador de red presenta un microcontrolador para el procesado de
los datos no cíclicos transmitidos en la red que no son críticos
desde el punto de vista temporal. Esto representa una ventaja, en
particular, cuando en la red, los telegramas de Ethernet se
transmiten con programas de orden superior como, por ejemplo,
protocolos TCP/IP o protocolos IPX, de manera que el
microcontrolador en el acoplador de Ethernet, entonces, puede llevar
a cabo de un modo sencillo las conversiones de protocolo
necesarias.
Además se prefiere que el circuito de
transmisión en forma de anillo sea una línea de dos canales, en el
que el acoplador de red entrega en el primer canal de la línea de
dos canales los telegramas de Ethernet a los usuarios conectados, y
el último usuario conectado a la línea de dos canales, visto por el
acoplador de red, reenvía de vuelta entonces los telegramas de
Ethernet que han pasado y que, dado el caso, han sido modificados,
por el segundo canal, dejando pasar todos los usuarios
interconectados hasta el acoplador de red los telegramas de Ethernet
reenviados de vuelta. Este diseño hace posible usar para el circuito
de transmisión en forma de anillo un único cable, por ejemplo un
cable de par trenzado, que contiene una línea de dos canales de este
tipo. En este caso, el usuario conectado en último lugar ha de
llevar a cabo únicamente la retroalimentación del telegrama de
Ethernet desde el primer canal al segundo canal.
La invención se explica con más detalle a partir
de los dibujos anexos.
Se muestra:
Figura 1A y B una red conforme a la
invención con acoplador de red y usuarios conectados al acoplador de
red en forma de anillo, que realizan un procesado conforme a la
invención de un telegrama de Ethernet que pasa, reproduciendo la
Figura 1A una realización con línea anular, y la Figura 1B una
realización con una línea de dos canales;
Figura 2 una red conforme a
la invención con un acoplador de red y un circuito de transmisión en
forma de anillo conectado, que está unido por medio de un cable
Ethernet estándar con un ordenador de control;
Figura 3 una realización de
red conforme a la invención con un switch interconectado al que está
conectado el acoplador de red conforme a la invención, y
Figura 4 una red conforme a
la invención con un switch interconectado, en la que la red se opera
con protocolos de comunicación superiores.
Con las redes de comunicación locales (LANs) se
pueden intercambiar y usar de manera común, de un modo sencillo,
datos y recursos entre estaciones de trabajo, por regla general
ordenadores o máquinas, denominadas también, en lo sucesivo, como
nodos o usuarios. El concepto de Ethernet es en este aspecto el
estándar de comunicación más ampliamente difundido en LAN.
En las redes Ethernet, la pluralidad de nodos
están conectados entre ellos por medio de un medio de transmisión
común, llevándose a cabo un encapsulado de los datos que se han de
transmitir en los denominados paquetes de datos, denominados en lo
sucesivo también como telegramas de Ethernet, con un formato
prefijado.
Ethernet está formada por tres regiones, en
concreto, el medio de transmisión y las interfaces de red, es decir,
el hardware, la multitud de protocolos que controlan el acceso al
medio de transmisión, y la forma del paquete de Ethernet. Ethernet,
en este caso, representa fundamentalmente una red en bus, pudiéndose
usar topologías de red arbitrarias como, por ejemplo, redes en
estrella, bus o árbol. La transmisión de datos por Ethernet tiene
lugar en este caso, habitualmente, con la ayuda del procedimiento de
acceso
CSMA/CD, con el que una transmisión de datos sólo se lleva a cabo cuando la red está en silencio. Adicionalmente está previsto un mecanismo para evitar colisiones. El mismo paquete de datos de Ethernet puede presentar en este caso una longitud de datos de hasta 1500 bytes, estando encapsulados los datos por medio de cabecera y trailer, que indican un reconocimiento de comienzo, la dirección de destino y de origen, el tipo del paquete de datos y el mecanismo de reconocimiento de errores.
CSMA/CD, con el que una transmisión de datos sólo se lleva a cabo cuando la red está en silencio. Adicionalmente está previsto un mecanismo para evitar colisiones. El mismo paquete de datos de Ethernet puede presentar en este caso una longitud de datos de hasta 1500 bytes, estando encapsulados los datos por medio de cabecera y trailer, que indican un reconocimiento de comienzo, la dirección de destino y de origen, el tipo del paquete de datos y el mecanismo de reconocimiento de errores.
Ethernet se ha impuesto como estándar de
comunicación para sistemas de red, sobre todo en la comunicación en
oficinas, ya que se pueden usar componentes hardware estándar y
protocolos de software estándar, y adicionalmente son posibles
elevadas tasas de transmisión de datos. Por esta razón también es
deseable poder usar el estándar Ethernet en un entorno industrial en
la transmisión de datos, en particular de tareas de control. El
problema fundamental, en este caso, viene dado por la deficiente
capacidad en tiempo real del estándar Ethernet, de manera que las
tareas de automatización con aplicaciones en tiempo real, por regla
general, se llevan a tiempo por redes de comunicación Ethernet
separadas en grupos constructivos de control independientes, los
denominados sistemas de bus de campo.
Para poder usar el estándar Ethernet y una red
diseñada de modo correspondiente de un modo sencillo y económico,
también para la realización de tareas de automatización, en
particular aquellas en las que los usuarios individuales implicados
en el control requieren datos de proceso de sólo pocos bytes, se
realiza, tal y como se muestra en la Figura 1A, según la invención,
una construcción de red en la que está prevista un acoplador de red
1 adicional, referido en lo sucesivo también como acoplador
Ethernet, que presenta una interfaz 11 externa para la conexión con
la red Ethernet 2. En la forma de realización mostrada en la Figura
1A, el acoplador de Ethernet 1 está conectado con su interfaz 11
externa, en este caso, directamente al medio de transmisión de la
red. El medio de transmisión puede ser un cable coaxial, un cable
de par trenzado o un cable fibroóptico.
La interfaz 11 externa del acoplador de red 1
está equipada con una unidad de recepción RX para la recepción de un
telegrama de Ethernet desde el medio de transmisión de red 2 y con
una unidad de emisión TX para la emisión de un telegrama de Ethernet
al medio de transmisión de la red 2. La Figura 1 muestra un
telegrama de Ethernet ET1 de este tipo recibido por un acoplador de
Ethernet, y un telegrama de
Ethernet ET2 enviado por el acoplador de Ethernet 1. Cada uno de los dos telegramas de Ethernet ET1, ET2 se compone por una cabecera con el identificador de recepción y la dirección de destino y de origen, un campo de datos, así como un trailer que indica una longitud del paquete y un mecanismo de reconocimiento de errores. El campo de datos previsto entre la cabecera y el trailer contiene los datos de proceso necesarios para la tarea de control, que reproducen, preferentemente, una representación conjunta del proceso. Estos datos del proceso están agrupados, a su vez, preferentemente, en bloques de datos requeridos para los usuarios individuales de la tarea de control, es decir, para el usuario aparato 1 "datos aparato 1", etc.
Ethernet ET2 enviado por el acoplador de Ethernet 1. Cada uno de los dos telegramas de Ethernet ET1, ET2 se compone por una cabecera con el identificador de recepción y la dirección de destino y de origen, un campo de datos, así como un trailer que indica una longitud del paquete y un mecanismo de reconocimiento de errores. El campo de datos previsto entre la cabecera y el trailer contiene los datos de proceso necesarios para la tarea de control, que reproducen, preferentemente, una representación conjunta del proceso. Estos datos del proceso están agrupados, a su vez, preferentemente, en bloques de datos requeridos para los usuarios individuales de la tarea de control, es decir, para el usuario aparato 1 "datos aparato 1", etc.
El acoplador de Ethernet está conectado además a
través de una interfaz 12 interna a una serie de usuarios que están
caracterizados como aparato 1 a n, a través de un circuito de
transmisión 3 en forma de anillo. Este circuito de transmisión 3 en
forma de anillo acopla entre sí los usuarios aparato 1 a n para
formar una topología en anillo, siendo el punto de acoplamiento de
datos una unidad de emisión TX de la interfaz 12 interna del
acoplador de Ethernet 1, y sirviendo como punto de desacoplamiento
de datos una unidad de recepción RX de la interfaz 12 interna del
acoplador de Ethernet 1.
Los usuarios individuales en el circuito de
transmisión 3 están acoplados entre sí formando una cadena, estando
conectado cada usuario con dos vecinos, el primer y el último
usuario de la cadena, en este caso, con el acoplador de Ethernet 1.
La transmisión de datos se realiza en este caso en una dirección
partiendo del acoplador de Ethernet 1 hacia el usuario aparato 1, y
desde allí al usuario aparato n, y a continuación de vuelta al
acoplador de Ethernet 1. La dirección de transmisión está indicada
en la Fig. 1A con una flecha. Cada usuario presenta para la
recepción del telegrama de Ethernet que circula desde el usuario
previo una interfaz con una unidad de recepción RX y para la
entrega al siguiente usuario una interfaz con una unidad de emisión
TX.
El intercambio de datos se realiza en este caso
de la siguiente manera: El telegrama de Ethernet ET1 enviado por la
red 1 con los datos de proceso para los usuarios individuales de la
tarea de automatización se recibe por medio de la unidad de
recepción RX de la interfaz 11 externa, que conecta la red con el
acoplador de Ethernet 1. El telegrama de Ethernet recibido es
enviado a continuación por la interfaz 11 externa a la interfaz 12
interna, enviando la unidad de emisión TX de la interfaz 12 interna
el telegrama de Ethernet sin un retardo digno de mención
inmediatamente al circuito de transmisión 3 en forma de anillo.
Cada usuario conectado al circuito de
transmisión 3 en forma de anillo extrae entonces los datos de
proceso destinados a él del telegrama Ethernet que circular (flecha
en la Fig. 1A), es decir, el usuario aparato 1, los "datos aparato
1", etc., y vuelve a introducir, por su parte, los datos de
proceso que se producen en la ejecución del proceso en el punto
correspondiente en el telegrama de Ethernet. El telegrama de
Ethernet que discurre de esta manera se envía entonces, después de
pasar por el último usuario aparato n a la unidad de recepción RX de
la interfaz 12 interna del acoplador de Ethernet 1, y desde allí se
envía a la interfaz 11 externa que alimenta el telegrama de Ethernet
ET2 con la unidad de emisión TX en la red Ethernet 1. La
construcción de datos descrita del telegrama de Ethernet que
circular, en este caso, representa únicamente un ejemplo.
La solución conforme a la invención de un
acoplamiento de los usuarios de una tarea de automatización a la red
Ethernet a través de un acoplador de Ethernet, estando los usuarios
conectados entre ellos por medio de una estructura en anillo tiene
la ventaja de que los aparatos conectados al acoplador de Ethernet
son vistos por la red Ethernet como un único usuario de Ethernet
estándar. Por medio de la conexión de Ethernet especial en el
acoplador de Ethernet, el telegrama de Ethernet recibido por éste es
entregado sin un retardo digno de mención a la estructura en anillo,
de manera que cada usuario puede extraer los datos dirigidos a él en
el telegrama de Ethernet durante el paso del telegrama de Ethernet
por el anillo de transmisión y, por su lado, puede añadir los datos
correspondientes. Las ventajas de este modo de proceder son que,
como consecuencia del procesado del telegrama de Ethernet al pasar
no se originan retardos dignos de mención en el procesado de datos,
y con ello se pueden mantener los tiempos de reacción cortos, tal y
como son necesarios para aplicaciones de tiempo real. Otra ventaja
es que los costes de conexión de Ethernet por usuario se pueden
minimizar, ya que todos los usuarios conectados con el acoplador de
Ethernet se reparten la conexión de Ethernet, y por medio del
procesado del telegrama de Ethernet al pasar no son necesarios
microcontroladores potentes en los mismos aparatos.
El circuito de transmisión en forma de anillo
puede tener una física de transmisión sencilla, y con ello barata,
también con un alcance reducido. De este modo, para el circuito de
transmisión se puede emplear, por ejemplo, un cable de cinta plana a
través del que se pueden transmitir señales LVDS, o un cable de
fibras guiaondas en lugar del costoso cable de par trenzado o cable
fibroóptico. En caso de que la física de transmisión de la red
Ethernet difiera del circuito de transmisión en forma de anillo,
entonces en el acoplador de Ethernet 1 se requiere un dispositivo de
procesado 13, tal y como se muestra en la Figura 1B, para
transformar un telegrama de Ethernet de la física de transmisión de
la red 2 a la del circuito de transmisión 3 en forma de anillo.
Esta unidad de procesado 13 está dispuesta entre la interfaz 11
externa y la interfaz 12 interna del acoplador de Ethernet 1.
Adicionalmente, se pueden llevar a cabo las modificaciones
requeridas en el telegrama de Ethernet, dado el caso, por parte la
unidad de procesado 13, para garantizar el estándar Ethernet para
los telegramas de Ethernet modificados entregados en el circuito de
transmisión 3, por ejemplo por medio del intercambio de la dirección
de origen y de destino y el cálculo de nuevo de una suma de
comprobación de Ethernet.
La Figura 1B muestra en este caso otra posible
forma de realización del circuito de transmisión 3 en forma de
anillo. En lugar de un circuito de transmisión de un canal, tal y
como se muestra en la Figura 1A, en la Fig. 1B está previsto un
circuito de transmisión de dos canales. En este caso, la transmisión
tiene lugar de tal manera que el telegrama de Ethernet por el
acoplador de Ethernet 1 en el circuito de transmisión 3 es
transmitido con los datos de proceso en un primer canal 31 por el
usuario aparato 1 hasta el usuario aparato n, llevando a cabo cada
usuario, al producirse el paso, el intercambio de datos deseado. El
último usuario conectado aparato n acopla entonces el telegrama de
Ethernet procesado de vuelta a un segundo canal 32, dejando pasar
únicamente cada usuario posterior conectado entre el usuario aparato
n y el acoplador de Ethernet 1 el telegrama de Ethernet. Esta
configuración hace posible usar el circuito de transmisión
totalmente dúplex habitualmente usado de la red Ethernet para el
circuito de transmisión en forma de anillo para la conexión del
usuario de automatización al acoplador de Ethernet. Cada usuario
presenta, para la entrega de los telegramas de Ethernet en la línea
completamente dúplex, preferentemente, dos interfaces, que presentan
respectivamente de modo complementario una unidad de emisión TX y
una unidad de recepción RX, para poder enviar y recibir en el primer
y en el segundo canal.
La Figura 2 muestra una conexión sencilla del
acoplador de Ethernet 1 por medio de un cable de Ethernet totalmente
dúplex a un ordenador de control 4. El acoplador de Ethernet 1
requiere para el intercambio de datos únicamente la interfaz 11
externa y la interfaz 12 interna y, dado el caso, una unidad de
procesado (no mostrada) para la conversión de la física de
transmisión. Los aparatos conectados, a su vez, presentan una
interfaz (no mostrada), que hace posible interpretar en su paso el
telegrama de Ethernet entregado por el acoplador de Ethernet al
circuito de transmisión en forma de anillo, para intercambiar los
datos correspondientes con el hardware conectado en el aparato,
pudiéndose tratar en el caso del hardware conectado tanto de una
interfaz con un microcontrolador como de señales de proceso directas
de generadores de señal
La Figura 3 muestra otro diseño de red, en el
que el acoplador de Ethernet 1 está conectado por medio de un switch
5 con el ordenador de control 4. El acoplador de Ethernet 1 presenta
en esta forma de realización, preferentemente, adicionalmente un
filtro 14 con el que se hace posible filtrar telegramas de Ethernet
que no están destinados al usuario conectado al acoplador de red.
Gracias a ello se garantiza un procesado más rápido de los
telegramas de Ethernet para las tareas de automatización de los
usuarios conectados al acoplador de Ethernet.
La Figura 4 muestra una posible forma de
realización de la red en la que en la red, con el switch 5 se
administran los telegramas de Ethernet adicionalmente con la ayuda
de programas de comunicaciones de orden superior, como por ejemplo
el protocolo TCP/IP. El acoplador de Ethernet 1 presenta para el
procesado de estos protocolos de orden superior, entonces, además,
un microcontrolador 15 que está conectado al filtro 14 y que
representan las características necesarias del protocolo. Los datos
no cíclicos, no críticos desde el punto de vista temporal son
procesados por el microcontrolador 15 en el acoplador de Ethernet 1,
mientras que el telegrama de Ethernet con los datos críticos desde
el punto de vista temporal, por el contrario, se entrega en el
circuito de transmisión en forma de anillo para el intercambio de
datos con los usuarios conectados.
Claims (9)
1. Acoplador de red (1) con una
interfaz (11) externa para la conexión a una red (2), en la que se
pueden transmitir telegramas de Ethernet (ET), y una interfaz (12)
interna para la conexión de una pluralidad de usuarios (aparato 1,
…, aparato n) en serie a un circuito de transmisión (3) en forma
circular, en el que un telegrama de Ethernet (ET) recibido a través
de la interfaz (11) externa es reenviado a la interfaz (12) interna
y es entregado en el circuito de transmisión (3, 31) en forma de
anillo, caracterizado porque cada usuario (aparato 1, …,
aparato n) conectado a la interfaz (12) interna, al pasar el
telegrama de Ethernet por el circuito de transmisión en forma de
anillo a través del usuario correspondiente, intercambia los datos
de usuario destinados al usuario con el telegrama de Ethernet (ET)
que circula por el circuito de transmisión, pudiendo el usuario
extraer datos del bloque de datos (datos aparato 1, …, datos aparato
n) asignados al usuario (ET) en el campo de datos del telegrama de
Ethernet (ET) y pudiendo por su parte, añadir datos en el bloque de
datos asignado al usuario del campo de datos del telegrama de
Ethernet.
2. Acoplador de red según la
reivindicación 1, caracterizado porque entre la interfaz (11)
externa y la interfaz (12) interna está previsto un dispositivo (13)
para la conversión de los telegramas de Ethernet entre la física de
transmisión de la red (2) y la física de transmisión del circuito de
transmisión (31) en forma de anillo.
3. Acoplador de red según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque está previsto un
dispositivo (14) para el filtrado de telegramas de Ethernet no
destinados a los usuarios conectados.
4. Acoplador de red según una de
las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque está
previsto un microcontrolador (15) para procesar datos no cíclicos,
no críticos desde el punto de vista temporal, transmitidos en la
red.
5. Red con un acoplador de
Ethernet (1) según una de las reivindicaciones 1 a 4 y una
pluralidad de usuarios (aparato 1, …, aparato n), que están
conectados en serie por medio de un circuito de transmisión (3) en
forma de anillo a la interfaz (11) interna del acoplador de
Ethernet, caracterizado porque los usuarios (aparato 1, …,
aparato n) están diseñados, cada uno de ellos, para interpretar los
telegramas de Ethernet (ET) que pasan por el circuito de transmisión
en forma de anillo y para llevar a cabo un intercambio de datos.
6. Red según la reivindicación
5, caracterizada porque el circuito de transmisión (31) en
forma de anillo es una línea de dos canales, en el que la interfaz
(12) interna del acoplador de red (1) entrega los telegramas de
Ethernet en un primer canal (31) de la línea de dos canales a los
usuarios conectados, y el último usuario conectado a la línea de dos
canales, visto desde el acoplador de red, envía de vuelta los
telegramas de Ethernet que pasan a un segundo canal (32), dejando
pasar cada uno de los usuarios interconectados hasta el acoplador de
red los telegramas de Ethernet enviados de vuelta.
7. Procedimiento para el
intercambio de datos entre una red en la que se pueden transmitir
telegramas de Ethernet y una pluralidad de usuarios a través de un
acoplador de red, en el que la red está conectada a una interfaz
externa del acoplador de red y la pluralidad de usuarios está
conectada por medio de una interfaz interna del acoplador de red en
serie a un circuito de transmisión en forma de anillo, enviándose
un telegrama de Ethernet recibido a través de la interfaz externa
del acoplador de red en la interfaz de Ethernet interna del
acoplador de red, y entregándose al circuito de transmisión en forma
de anillo, caracterizado porque cada usuario conectado a la
interfaz interna, al pasar el telegrama de Ethernet por el circuito
de transmisión en forma de anillo a través del usuario
correspondiente, intercambia los datos de usuario destinados al
usuario con el telegrama de Ethernet que circula por el circuito de
transmisión, pudiendo el usuario extraer datos del bloque de datos
asignado al usuario en el campo de datos del telegrama de Ethernet y
pudiendo por su parte, añadir datos en el bloque de datos asignado
al usuario del campo de datos del telegrama de Ethernet.
8. Procedimiento según la
reivindicación 7, en el que se lleva a cabo una conversión de los
telegramas de Ethernet entre la física de transmisión de la red y la
física de transmisión del circuito de transmisión en forma de
anillo.
9. Procedimiento según la
reivindicación 7 u 8, en el que se lleva a cabo un filtrado de
telegramas de Ethernet no destinados a los usuarios conectados al
circuito de transmisión en forma de anillo.
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|---|---|---|---|---|
| WO2006069691A1 (de) * | 2004-12-24 | 2006-07-06 | Pilz Gmbh & Co. Kg | Steuerungssystem mit einer vielzahl von räumlich verteilten stationen sowie verfahren zum übertragen von daten in einem solchen steuerungssystem |
| ATE472873T1 (de) * | 2005-04-14 | 2010-07-15 | Baumueller Anlagen Systemtech | Ausfall- und auskopplungstolerantes kommunikations-netzwerk, datenpfad- umschalteinrichtung und entsprechendes verfahren |
| DE502005011032D1 (de) | 2005-07-28 | 2011-04-14 | Siemens Ag | Verfahren zur Optimierung der Bandbreitenausnutzung bei Bussystemen |
| DE102007017835A1 (de) | 2007-04-16 | 2008-10-23 | Beckhoff Automation Gmbh | Paketvermittlungsvorrichtung und lokales Kommunikationsnetz mit einer solchen Paketvermittlungsvorrichtung |
| US8072999B1 (en) | 2007-05-08 | 2011-12-06 | Motion Engineering Inc. | Method and system for removing and returning nodes in a synchronous network |
| DE102007037355B4 (de) | 2007-08-08 | 2024-06-13 | Seg Automotive Germany Gmbh | Bordnetz für ein Kraftfahrzeug |
| DE102007037351B4 (de) | 2007-08-08 | 2024-05-29 | Seg Automotive Germany Gmbh | Bordnetz für ein Kraftfahrzeug |
| DE502008001200D1 (de) * | 2008-02-22 | 2010-10-07 | Festo Ag & Co Kg | Feldbussystem |
| DE102008018633B4 (de) | 2008-04-11 | 2013-10-10 | Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg | Verfahren, Buskomponenten und Steuerungssystem zur Ethernet-basierten Steuerung eines Automatisierungssystems |
| EP2197160A1 (de) * | 2008-12-10 | 2010-06-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Azyklischer Datentransfer über einen Feldbuskoppler |
| DE102010020446B4 (de) | 2010-05-12 | 2012-12-06 | Wago Verwaltungsgesellschaft Mbh | Automatisierungsgerät und Verfahren zur beschleunigten Verarbeitung von selektierten Prozessdaten |
| US8824333B2 (en) | 2011-05-31 | 2014-09-02 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Method and apparatus for full duplex serial shifting mode and switch mode data transmission |
| US9225556B2 (en) * | 2013-06-07 | 2015-12-29 | Broadcom Corporation | Multiplexed packet local area networking using an Ethernet physical layer device |
| AT514714A1 (de) * | 2013-09-04 | 2015-03-15 | Fts Computertechnik Gmbh | Verfahren zur Übertragung von Nachrichten in einem Computernetzwerk sowie Computernetzwerk |
| CN106209541B (zh) * | 2016-07-04 | 2019-09-20 | 南京埃斯顿自动化股份有限公司 | 一种并联驱动系统的通讯方法 |
| JP6677821B2 (ja) | 2016-12-07 | 2020-04-08 | 株式会社Ｆｕｊｉ | 通信制御装置 |
| DE102017002804B4 (de) | 2017-03-23 | 2018-10-04 | WAGO Verwaltungsgesellschaft mit beschränkter Haftung | Koppler für ein Automatisierungssystem |
| DE102017002805B4 (de) | 2017-03-23 | 2018-10-04 | WAGO Verwaltungsgesellschaft mit beschränkter Haftung | Verfahren zum Betrieb eines Bussystems eines Automatisierungssystems |
| DE102017002806B4 (de) | 2017-03-23 | 2018-10-04 | WAGO Verwaltungsgesellschaft mit beschränkter Haftung | Koppler für ein Automatisierungssystem |
| DE102017208824B4 (de) | 2017-05-24 | 2022-12-29 | Wago Verwaltungsgesellschaft Mbh | Busumsetzer |
| US10779901B2 (en) | 2017-09-18 | 2020-09-22 | Verb Surgical Inc. | Robotic surgical system having a communication network of a ring topology and method for use therewith |
| US10624707B2 (en) | 2017-09-18 | 2020-04-21 | Verb Surgical Inc. | Robotic surgical system and method for communicating synchronous and asynchronous information to and from nodes of a robotic arm |
Family Cites Families (33)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4498168A (en) * | 1982-12-13 | 1985-02-05 | Trw Inc. | Communication network and method for its use |
| JPS59188256A (ja) * | 1983-04-11 | 1984-10-25 | Hitachi Ltd | ル−プ伝送システムの伝送方法 |
| US4860006A (en) * | 1986-06-05 | 1989-08-22 | Michael Barall | Heartbeat collision avoidance method and circuit |
| US5189541A (en) * | 1987-11-30 | 1993-02-23 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method and apparatus for connecting branch networks with a trunk network in optical transmission system |
| AU623953B2 (en) * | 1988-12-07 | 1992-05-28 | Telstra Corporation Limited | A communications method for a shared-medium communications network |
| US5434861A (en) * | 1989-02-02 | 1995-07-18 | Pritty; David | Deterministic timed bus access method |
| US5001707A (en) * | 1989-11-02 | 1991-03-19 | Northern Telecom Limited | Method of providing reserved bandwidth in a dual bus system |
| US5119373A (en) * | 1990-02-09 | 1992-06-02 | Luxcom, Inc. | Multiple buffer time division multiplexing ring |
| US5214645A (en) * | 1990-06-06 | 1993-05-25 | At&T Bell Laboratories | TDM system and method having time slot request signaling |
| US5251213A (en) * | 1992-05-12 | 1993-10-05 | Microcom Systems, Inc. | Multiport source routing token ring bridge apparatus |
| FI95427C (fi) * | 1992-12-23 | 1996-01-25 | Instrumentarium Oy | Tiedonsiirtojärjestelmä |
| US5402422A (en) * | 1993-03-11 | 1995-03-28 | Zheng Liu | Medium access control (MAC) protocol for single bus multimedia fair access local area network |
| EP0621704B1 (en) * | 1993-04-19 | 2001-06-20 | International Business Machines Corporation | System for network wide bandwidth allocation |
| US5388097A (en) * | 1993-06-29 | 1995-02-07 | International Business Machines Corporation | System and method for bandwidth reservation for multimedia traffic in communication networks |
| US5400334A (en) * | 1993-08-10 | 1995-03-21 | Ungermann-Bass, Inc. | Message security on token ring networks |
| US5563876A (en) * | 1994-07-21 | 1996-10-08 | Newbridge Networks Corporation | Fast packet switch |
| DE19518357A1 (de) * | 1994-09-09 | 1996-03-14 | Abb Patent Gmbh | Verfahren zur konsistenten Nachrichtenübertragung |
| US6076117A (en) * | 1995-11-13 | 2000-06-13 | Billings; Roger E. | Packet merging hub system for sequentially merging received data in a network hub into data packets before broadcasting to a plurality of destination computers |
| JPH09153907A (ja) * | 1995-11-28 | 1997-06-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | バス型通信網 |
| EP0802655A3 (en) * | 1996-04-17 | 1999-11-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Communication network |
| US6611537B1 (en) * | 1997-05-30 | 2003-08-26 | Centillium Communications, Inc. | Synchronous network for digital media streams |
| US6363077B1 (en) * | 1998-02-13 | 2002-03-26 | Broadcom Corporation | Load balancing in link aggregation and trunking |
| US6747985B1 (en) * | 1998-08-03 | 2004-06-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Systems and methods for optimizing communications in an ethernet network |
| US6389030B1 (en) * | 1998-08-21 | 2002-05-14 | Adc Telecommunications, Inc. | Internet access over a ring network |
| US6853623B2 (en) * | 1999-03-05 | 2005-02-08 | Cisco Technology, Inc. | Remote monitoring of switch network |
| DE19920530A1 (de) * | 1999-05-05 | 2000-11-09 | Alcatel Sa | Netzelement mit verschiedenartigen Steuerschnittstellen |
| GB2357390B (en) * | 1999-12-16 | 2002-09-25 | 3Com Corp | Ethernet units adapted for loop configuration and method of operating same |
| DE10056390A1 (de) * | 2000-11-14 | 2002-05-23 | Daetwyler Ag | Breitbandkabelnetz, Netzwerkinterfacegerät für ein Breitbandkabelnetz und Verfahren zur Übertragung von Daten |
| DE10058524A1 (de) * | 2000-11-24 | 2002-06-13 | Siemens Ag | System und Verfahren zur parallelen Übertragung von echtzeitkritischen und nicht echtzeitkritischen Daten über schaltbare Datennetze, insbesondere Ethernet |
| JP3925079B2 (ja) * | 2000-11-30 | 2007-06-06 | 富士通株式会社 | リニア又はリングネットワークにおける伝送方法及び装置 |
| US7024257B2 (en) * | 2001-02-09 | 2006-04-04 | Motion Engineering, Inc. | System for motion control, method of using the system for motion control, and computer-readable instructions for use with the system for motion control |
| GB2383507B (en) * | 2001-12-22 | 2004-04-28 | 3Com Corp | Cascade system for network units |
| JP4031014B2 (ja) * | 2003-08-19 | 2008-01-09 | 富士通株式会社 | 伝送装置及び伝送システム |
-
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