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WO2014173438A1 - Method and apparatus for transmitting a data packet in a communication network in the event of buffer overflow - Google Patents

Method and apparatus for transmitting a data packet in a communication network in the event of buffer overflow Download PDF

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Publication number
WO2014173438A1
WO2014173438A1 PCT/EP2013/058441 EP2013058441W WO2014173438A1 WO 2014173438 A1 WO2014173438 A1 WO 2014173438A1 EP 2013058441 W EP2013058441 W EP 2013058441W WO 2014173438 A1 WO2014173438 A1 WO 2014173438A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
data packet
network element
network
transmission
packet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2013/058441
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Sven Kerschbaum
Frank Volkmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to PCT/EP2013/058441 priority Critical patent/WO2014173438A1/en
Publication of WO2014173438A1 publication Critical patent/WO2014173438A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L47/00Traffic control in data switching networks
    • H04L47/10Flow control; Congestion control
    • H04L47/12Avoiding congestion; Recovering from congestion
    • H04L47/122Avoiding congestion; Recovering from congestion by diverting traffic away from congested entities

Definitions

  • Packet switching is one of the most frequently used methods of data transmission in computer networks. Longer messages are to split into individual data packets and either connectionless or connection-oriented übermit ⁇ telt.
  • the data packets traverse the communication network as independent and independent units and can be temporarily stored in the (switching) network elements.
  • a network element is understood as any device which is part of the communication network and the two or more transmission paths of a Telecommunication network ⁇ zes connects, for example, a switch, a bridge, repeaters ter, hub, router or the like.
  • Network elements that forward data packets can be flooded by too large a volume of packets. This occurs usual chtre always when arriving at a network element more Since ⁇ tenevere than it can handle.
  • FIG. 1 illustrates by way of example what happens in a network element:
  • SW1 network element
  • the terminals EG1, EG2 and EG3 send all data to the terminal EG4 (eg sensors send measured values to a processing PLC). If more packets arrive at the network element than it can process directly, these data packets must be stored in the data buffer (BUF). Since the data buffer capacity has only a limited Speicherkapa ⁇ , it can come to buffer overflow, that is, the data buffer is at some point full and can not accept any more data packets.
  • the inventive method for transmitting a pa ⁇ kets in a communication network which consists of individual mutually independent network elements, of which at least some for buffering the data packets have a data buffer, from a sender to a receiver, wherein the data packet from the network element (Switch) after receiving wei ⁇ ter conductive or in the data buffer can be stored.
  • the received data packet is sent back to the transmitting network element by the receiving network element according to the invention.
  • the network element according to the invention for transmitting pa- ketene in a communication network from a transmitter to a receiver includes receiving means, transmitting means and an Since ⁇ TEN buffer, wherein a signal received from an adjacent network element by means of the reception means after reception of data packet can not be stored in the data buffer and wherein the transmitting means of the receiving network element send the received data packet back to the sending network element.
  • each additional EMP captured data packet is sent back to the respective transmitter, after a first received data packet from the ⁇ receive the network element has been sent back to the sending network element. This is carried out until the first received ⁇ ne data packet could be transmitted successfully to the next network element.
  • the monitoring indicates that the transmission of the data packet (P3) takes too much time and / or too many delivery attempts, may be the first data packet are deleted in another embodiment of the invention, and so an end-to-end transmission by means of the normal data transmission Proto ⁇ be stimulated.
  • the method and the device work in a further embodiment according to the IEEE 802 Ethernet standard.
  • the problem affects every network element that forwards packets in a network, such as: For example, a switch or router.
  • the problem affects all types of Ethernet networks:
  • the idea is now to send back the last received data packet (the packet discarded in the prior art) to the transmitter.
  • the term transmitter is understood to mean the immediate predecessor on the transport path of the packet, that is not necessarily the actual original transmitter of the data packet. This reduces the number of data packets to be discarded in the network due to buffer overflow to a minimum.
  • this procedure leads to a kind of automatic "round-robin" procedure, so that starvation or endless circulation of parcels becomes very unlikely all new packets from other predecessors are in an advantageous embodiment, these returned to the first data packet of the first predecessor to its target could be forwarded success ⁇ rich. Then, the packet of the next predecessor is to transmit it, etc.
  • the method can only work on individual network elements
  • Switches are implemented, it need not be known and propagated in the Vor ⁇ entréer network elements.
  • Each network element can react by itself according to the prior art. This may be, for example, a foreign device that has no knowledge of the method. This advantage is be ⁇ Sonder's important because usually devices are integrated into existing networks. It is therefore not necessary to introduce the change on all network elements.
  • the switch does not need to know about the infrastructure of the network. There must be no analysis or engineering of the network, either before commissioning or during operation.
  • FIG. 1 shows an exemplary network according to the prior art
  • Figure 2 shows a first example according to the subject invention
  • Figure 3 shows a second example according to the subject invention.
  • FIG. 2 outlines the problem by way of example for a network consisting of four terminals EG1, EG2 and EG3 (eg PCs, programmable logic controller PLCs, PLC etc.) and three switches SW1, SW2, SW3.
  • terminals EG1, EG2 and EG3 now each send data packets PI, P2, P3 to terminal EG4, an overflow in the buffer BUF can occur in the switch SW1, in which all packets meet one another.
  • Switch SW1 would then discard any further incoming data packets in the prior art, as long as the buffer BUF is busy.
  • only one data buffer BUF and one port are shown. However, as described above, there may be multiple data buffers.
  • the surplus data packet P3 is now not discarded, but sent back to the preceding in the transmitter "chain" network element SW2.
  • the network element SW2 receives the data packet, but may not even know that it has already been sent once to the network element SW1, determines the next step on the way to the final destination EG4 and sends the data packet P3 again, retry.
  • FIG 3 shows a further embodiment for a second network also consisting of four terminals EG1-EG4 (for example PCs, Programmable Logic Controller PLCs, PLC etc.) and four switches SW1 to SW4.
  • EG1-EG4 for example PCs, Programmable Logic Controller PLCs, PLC etc.
  • switches SW1 to SW4 for example PCs, Programmable Logic Controller PLCs, PLC etc.
  • First data packet P2 is received by EG2 and optionally buffered in Da ⁇ tenpuffer BUF.
  • the network element SW1 this data packet also sends back to the transmitter (in this case, the network ⁇ element SW4), regardless of whether the data buffer BUF is now free again and the data package could possibly even be forwarded.
  • the retransmission of the data packet P3 is awaited, retry3, before the data packet PI is also transmitted.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Signal Processing (AREA)
  • Small-Scale Networks (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

In standard communication networks, data packets are transmitted from network node to network node. In the process, it is accepted that packets are lost during transport and need to be retransmitted. The method and the apparatus specify a strategy for how to deal with the case in which packets would need to be rejected at a network node on account of a lack of available memory. The essential inventive concept is that of not rejecting the data packet in question but rather of transmitting it back to the sending network element, and in this way effectively buffer-storing it in the network.

Description

Beschreibung description

Verfahren und Vorrichtung zum Übertragen eines Datenpakets in einem Kommunikationsnetz bei Pufferüberlauf Method and device for transmitting a data packet in a communication network in the event of a buffer overflow

Die Verwendung von Kommunikationsnetzen ist inzwischen in vielen Anwendungsgebieten üblich. Neben der klassischen Audio- und Video- Kommunikation zwischen Menschen ist ein weiterer wichtiger Anwendungsfall der Austausch von Daten zwi- sehen Maschinen oder Mensch und Maschine. The use of communication networks is now common in many applications. In addition to classical audio and video communication between people, another important use case is the exchange of data between machines or humans and machines.

Die Paketvermittlung ist eines der häufig angewendeten Verfahren der Datenübertragung in Rechnernetzen. Längere Nachrichten werden dazu in einzelne Datenpakete aufgeteilt und entweder verbindungslos oder verbindungsorientiert übermit¬ telt . Packet switching is one of the most frequently used methods of data transmission in computer networks. Longer messages are to split into individual data packets and either connectionless or connection-oriented übermit ¬ telt.

Bei der Paketvermittlung durchqueren die Datenpakete als unabhängige und eigenständige Einheiten das Kommunikationsnetz und können in den (Vermittlungs- ) Netzelementen zwischenge- speichert werden. Unter einem Netzelement versteht man dabei jedes Gerät welches Teil des Kommunikationsnetzes ist und das zwei oder mehr Übertragungswege eines Telekommunikationsnet¬ zes verbindet, beispielsweise ein Switch, eine Bridge, Repea- ter, Hub, Router oder dergleichen. In packet switching, the data packets traverse the communication network as independent and independent units and can be temporarily stored in the (switching) network elements. At a network element is understood as any device which is part of the communication network and the two or more transmission paths of a Telecommunication network ¬ zes connects, for example, a switch, a bridge, repeaters ter, hub, router or the like.

Das Vorgehen hat den wesentlichen Vorteil, dass die Übertra¬ gungsgeschwindigkeit zwischen einzelnen Teilstrecken keine Begrenzung mehr darstellt. Jedes zu passierende Netzelement empfängt das Datenpaket und leitet es an seine Ausgangs- schnittsteile (des Netzelements) , die aber Ziel vieler Sen¬ dungen sein kann, so dass die Neigung zu Überlastsituationen entsteht. Das Ganze lässt sich also darstellen als ein Netz¬ werk von Warteschlangen. Die Existenz der Warteschlangen erzeugt einerseits Verzögerungen in der Paketzustellung oder Paketverluste, die Wiederholungen und damit eine weitere Be¬ lastung des Übertragungsweges zur Folge haben. Für Sender und Empfänger ist dieser Ablauf intransparent, d. h. sie benöti¬ gen und erhalten keinerlei Informationen über den Übertra- gungsweg. Im Regelfall können diese Informationen auch nicht erlangt werden, da sich die Übertragungswege auch dynamisch ändern können. This approach has the substantial advantage that to the delegation ¬ transmission speed between individual links is no longer a limitation. Each must be passed network element receives the data packet and forwards it to its initial cut parts (the network element) that can be target of many Sen ¬ applications though, so the tendency to overload situations arises. The whole thing can therefore be represented as a network ¬ work of queues. The existence of the queues on the one hand produces delays in the delivery package or packet loss, the repetitions and thus a further Be ¬ utilization of the transmission path have the effect. For transmitter and receiver, this process is not transparent, that you needed ¬ gen and receive no information about the transmission gungsweg. As a rule, this information can not be obtained, since the transmission paths can also change dynamically.

Stand der Technik State of the art

Netzelemente, die Datenpakete weiterleiten, können durch ein zu großes Paketaufkommen überflutet werden. Dies tritt übli- cherweise immer dann auf, wenn an einem Netzelement mehr Da¬ tenpakete ankommen als dieser verarbeiten kann. Network elements that forward data packets can be flooded by too large a volume of packets. This occurs usual cherweise always when arriving at a network element more Since ¬ tenpakete than it can handle.

Die Figur 1 illustriert beispielhaft was in einem Netzelement passiert : FIG. 1 illustrates by way of example what happens in a network element:

Dargestellt ist ein kleines Kommunikationsnetz mit drei Sen¬ dern (EG1, EG2, EG3) und einem Empfänger (EG4), sowie mehreren vermittelnden Netzelementen (SW1, SW2, SW3) . Alle ankommenden Datenpakete werden im Netzelement (SW1) bis zur Verar¬ beitung (Weiterleitung an das nächste Netzelement) in einem Daten-Puffer (BUF) abgelegt. Die Endgeräte EG1, EG2 und EG3 senden in dem in der Figur dargestellten Beispiel alle Daten an das Endgerät EG4 (z. B. Sensoren schicken Messwerte an einen verarbeitenden PLC) . Wenn nun mehr Pakete beim Netzelement ankommen als dieser direkt verarbeiten kann, müssen die- se Datenpakete im Daten-Puffer (BUF) zwischen gespeichert werden. Da der Daten-Puffer nur eine begrenzte Speicherkapa¬ zität hat, kann es zum Pufferüberlauf kommen, das heißt, der Daten-Puffer ist irgendwann voll und kann keine weiteren Datenpakete mehr aufnehmen. Shown is a small communication network with three Sen ¬ countries (EG1, EG2, EG3) and a receiver (EG4), as well as several switching network elements (SW1, SW2, SW3). All incoming data packets are stored in the network element (SW1) to the proces ¬ processing (transfer to the next network element) in a data buffer (BUF). In the example shown in the figure, the terminals EG1, EG2 and EG3 send all data to the terminal EG4 (eg sensors send measured values to a processing PLC). If more packets arrive at the network element than it can process directly, these data packets must be stored in the data buffer (BUF). Since the data buffer capacity has only a limited Speicherkapa ¬, it can come to buffer overflow, that is, the data buffer is at some point full and can not accept any more data packets.

Wenn der Daten-Puffer komplett belegt ist und nun weitere Da¬ tenpakete ankommen so würden diese vom empfangenden Netzelement nicht verarbeitet werden können, d. h. das Netzelement würde diese Datenpakete verwerfen (also löschen) . Es kommt somit zum Verlust dieser Datenpakete (DEL) . Dieser Paketverlust wird durch den Sender des Pakets entweder auf Protokoll¬ ebene (z. B. durch eine automatisch veranlasste Sendewiederholung basierend auf einer eindeutigen Paketnummer, bei- spielsweise durch das TCP-Protokoll) oder auf Applikations¬ ebene z. B. durch Neuübertragung behandelt. Dies führt dazu, dass der Sender das Paket nach einer gewissen Zeit erneut an den Empfänger überträgt und somit zu einer noch höheren Netz- last. When the data buffer is fully occupied and now more Since ¬ tenpakete arrive so would these can not be processed by the receiving network element, ie the network element would discard these data packets (ie delete). This leads to the loss of these data packets (DEL). This packet loss is contributed by the sender of the packet to either protocol ¬ plane (z. B. by an automatically initiated retransmission based on a unique packet number, For example, by the TCP protocol) or on application ¬ level z. B. treated by retransmission. As a result, the sender retransmits the packet to the receiver after a certain time, resulting in an even higher network load.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben welches eine vorteilhafte Strategie beim Weiterleiten von Datenpake¬ ten benutzt. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben. It is an object of the invention to provide a method which uses an advantageous strategy when forwarding Datenpake ¬ th. It is another object of the invention to provide a device for carrying out the method.

Darstellung der Erfindung Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. DESCRIPTION OF THE INVENTION According to the invention, the object is achieved by a method having the features of patent claim 1.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Übertragen eines Datenpa¬ kets in einem Kommunikationsnetz, das aus einzelnen voneinan- der unabhängigen Netzelementen besteht, von denen zumindest einige zur Zwischenspeicherung der Datenpaketen einen Daten- Puffer besitzen, von einem Sender zu einem Empfänger, wobei das Datenpaket von dem Netzelement (Switch) nach Empfang wei¬ ter leitbar oder in dem Daten-Puffer speicherbar ist. The inventive method for transmitting a Datenpa ¬ kets in a communication network, which consists of individual mutually independent network elements, of which at least some for buffering the data packets have a data buffer, from a sender to a receiver, wherein the data packet from the network element (Switch) after receiving wei ¬ ter conductive or in the data buffer can be stored.

Wenn zumindest ein Datenpaket nicht zwischengespeichert wer¬ den kann, weil in dem Daten-Puffer kein ausreichender Speicherplatz mehr vorhanden ist, wird das empfangene Datenpaket von dem empfangenden Netzelement erfindungsgemäß zurück an das sendende Netzelement gesendet. If at least one data packet can not be temporarily stored, because there is insufficient storage space in the data buffer, the received data packet is sent back to the transmitting network element by the receiving network element according to the invention.

Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. The object is further achieved by a device having the features of patent claim 6.

Das erfindungsgemäße Netzelement zur Übertragung von Datenpa- keten in einem Kommunikationsnetz von einem Sender zu einem Empfänger umfasst Empfangsmittel, Sendemittel und einen Da¬ ten-Puffer, wobei ein von einem benachbarten Netzelement mittels der Empfangsmitteln empfangenes Datenpaket nach Empfang nicht in dem Daten-Puffer gespeichert werden kann und wobei die Sendemittel des empfangenden Netzelements das empfangene Datenpaket zurück an das sendende Netzelement senden. The network element according to the invention for transmitting Datenpa- ketene in a communication network from a transmitter to a receiver includes receiving means, transmitting means and an Since ¬ TEN buffer, wherein a signal received from an adjacent network element by means of the reception means after reception of data packet can not be stored in the data buffer and wherein the transmitting means of the receiving network element send the received data packet back to the sending network element.

Weitere Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen an¬ gegeben . Further embodiments are given in the dependent claims ¬ .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird jedes weitere emp- fangene Datenpaket an den jeweiligen Sender zurück gesendet, nachdem ein erstes empfangenes Datenpaket von dem empfangen¬ den Netzelement an das sendende Netzelement zurück gesendet wurde. Dies wird solange durchgeführt bis das erste empfange¬ ne Datenpaket erfolgreich an das nächste Netzelement übermit- telt werden konnte. In an advantageous embodiment, each additional EMP captured data packet is sent back to the respective transmitter, after a first received data packet from the ¬ receive the network element has been sent back to the sending network element. This is carried out until the first received ¬ ne data packet could be transmitted successfully to the next network element.

Es ist weiterhin vorteilhaft, eine Überwachung der Übermitt¬ lungsversuche des Datenpakets durchzuführen, indem gemessen wird, wie viel Zeit und/oder wie viele Zustellversuche benö- tigt werden, um das erste Datenpaket an das nächste Netzele¬ ment weiter zu leiten. It is also advantageous to carry out a monitoring of the mid ¬ lung try of the data packet by measuring how much time and / or how many delivery attempts be taken benö- to conduct the first data packet to the next Netzele ¬ ment on.

Wenn die Überwachung ergibt, dass die Übermittlung des Datenpakets (P3) zu viel Zeit und/oder zu viele Zustellversuche benötigt, kann in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung das erste Datenpaket gelöscht werden und so eine End-to- End Übertragung mittels dem normalen Datenübertragungsproto¬ koll angeregt werden. Das Verfahren und die Vorrichtung arbeiten dabei in einer weiteren Ausführungsform gemäß dem IEEE 802 Ethernet Standard . If the monitoring indicates that the transmission of the data packet (P3) takes too much time and / or too many delivery attempts, may be the first data packet are deleted in another embodiment of the invention, and so an end-to-end transmission by means of the normal data transmission Proto ¬ be stimulated. The method and the device work in a further embodiment according to the IEEE 802 Ethernet standard.

Bisher ist es so, dass Vermittlungs-Netzelemente bei voller Pufferauslastung alle weiteren ankommenden Datenpakete verwerfen. Es wird somit nicht die bereits für das Paket er¬ brachte Kommunikationsleistung berücksichtigt. Das Problem betrifft jedes Netzelement, das Pakete in einem Netzwerk weiterleitet, wie z. B. einen Switch oder Router. Das Problem betrifft alle Arten von Ethernet-Netzwerken : So far it is the case that switching network elements with full buffer utilization discard all further incoming data packets. Thus, the communication performance already provided for the packet is not taken into account. The problem affects every network element that forwards packets in a network, such as: For example, a switch or router. The problem affects all types of Ethernet networks:

drahtgebundene und drahtlose Netzwerke sowie Office- und in- dustrielle Netzwerke. wired and wireless networks as well as office and industrial networks.

Ein Problem liegt nun darin, dass mit dem Verwerfen von Paketen in Netzknoten auch bereits erbrachte Kommunikationsleis¬ tungen z.B. für das Weiterleiten durch vorherige Netzwerkge- rate verworfen werden. Unter Kommunikationsleistung ist dabei der Aufwand zu verstehen, der bereits durch den Transport des Datenpakets im Netz und über die Netzknoten aufgewendet wer¬ den musste bis zu dem aktuellen Zeitpunkt. Das Verwerfen eines Pakets führt somit automatisch dazu, dass diese gesamte bereits erbrachte Kommunikationsleistung durch eine Wiederholung der Paketübertragung erneut durch das Netzwerk erbracht werden muss. Es gilt also: je mehr Kommunikati¬ onsleistung bereits in ein Paket durch das Netzwerk (genauer gesagt: alle Netzknoten im Netzwerk, die dieses Paket bereits weitergeleitet haben) „investiert" wurde, desto „wertvoller" ist das Paket für das Netzwerk oder anders gesagt, desto wichtiger ist es für das Netzwerk, dass das Paket an das Ziel ohne erneute Übertragung des Paketes auf Grund von Paketver- lust durch Pufferüberlauf transportiert wird. One problem lies in the fact that with the dropping of packets in network nodes also already provided communication Leis ¬ obligations eg for forwarding by previous Netzwerkge- discard rate. Under communication performance is the effort to understand that already spent by the transport of the data packet in the network and the network nodes who ¬ had to the current time. The discarding of a packet thus automatically results in that all of the already provided communication performance must be provided by repeating the packet transmission again through the network. (More precisely: all nodes on the network that have already passed this package), the more Kommunikati ¬ kiln output already in a packet through the network: It is true was "invested", the more "valuable" the package for the network or otherwise is said the more important it is for the network that the packet is transported to the destination without retransmission of the packet due to packet loss due to buffer overflow.

Die Idee ist es nun, das letzte empfangene Datenpaket (das Paket, das im Stand der Technik verworfen wird) an den Sender zurück zu senden. Unter dem Begriff Sender versteht man dabei den unmittelbaren Vorgänger auf dem Transportweg des Paketes, also nicht zwingend den tatsächlichen ursprünglichen Sender des Datenpakets. Damit wird die Anzahl der im Netzwerk wegen Pufferüberlauf zu verwerfenden Datenpakete auf ein Minimum reduziert . The idea is now to send back the last received data packet (the packet discarded in the prior art) to the transmitter. The term transmitter is understood to mean the immediate predecessor on the transport path of the packet, that is not necessarily the actual original transmitter of the data packet. This reduces the number of data packets to be discarded in the network due to buffer overflow to a minimum.

Dieses Vorgehen führt dazu, dass der Vorgänger dieses Daten¬ paket wieder an den Switch übermittelt, oder gegebenenfalls auch einen anderen Weg durch das Kommunikationsnetz sucht und das Datenpaket an ein anderes Netzelement übermittelt, wel¬ ches nicht überlastet ist. Durch die dadurch gewonnene Zeit kann das Paket mit großer Wahrscheinlichkeit beim nächsten Versuch erfolgreich zugestellt werden. Das Datenpaket wird sozusagen zwischen den Teilnehmern "on the road" zwischengespeichert . This approach means that the predecessor of this data ¬ packet sent back to the switch, or possibly also seeks a different path through the communications network and transmits the data packet to another network element, wel ¬ Ches is not overloaded. The time gained in this way makes it very likely that the package will be successfully delivered on the next attempt. The data packet is cached between the participants "on the road", as it were.

Werden zeitgleich mehrere Pakete von unterschiedlichen Sendern empfangen, so führt dieses Vorgehen zu einer Art von au- tomatischen „Round-Robin" Verfahren, so dass ein Verhungern oder endloses Kreisen von Paketen sehr unwahrscheinlich wird. Ist ein Paket an einen Vorgänger zurückgesendet worden, so werden in einer vorteilhaften Ausführungsform alle neuen Pakete von anderen Vorgängern an diese zurückgesendet bis das erste Datenpaket des ersten Vorgängers an sein Ziel erfolg¬ reich weitergeleitet werden konnte. Dann ist das Paket des nächsten Vorgängers zur Übermittlung dran, usw. If several parcels are received by different transmitters at the same time, this procedure leads to a kind of automatic "round-robin" procedure, so that starvation or endless circulation of parcels becomes very unlikely all new packets from other predecessors are in an advantageous embodiment, these returned to the first data packet of the first predecessor to its target could be forwarded success ¬ rich. Then, the packet of the next predecessor is to transmit it, etc.

Löst sich das Überlastproblem für längere Zeit nicht, so wird in einer weiteren Ausführungsform auf ein Verfahren nach dem Stand der Technik gewechselt, um damit eine Entlastung des überlasteten Ports herbeizuführen. Dies sollte von einem managebaren Switch als SNMPTrap gemeldet werden, da dies auf eine grundlegende Fehlstrukturierung des Netzwerkes hindeuten kann. Solves the overload problem for a long time not, so in a further embodiment, a method according to the prior art, in order to bring about a relief of the congested port. This should be reported by a manageable switch as SNMPTrap, as it may indicate a basic network malfunction.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ergeben sich folgende Vorteile : The method according to the invention affords the following advantages:

Es wird keine bereits erbrachte Kommunikationsleistung ver- worfen.  No communication service already provided is rejected.

Eine erhöhte Kommunikationslast entsteht nur zwischen dem Switch mit dem überlasteten Ausgangsport und seinem Vorgänger . An increased communication load arises only between the switch with the overloaded output port and its predecessor.

Das Verfahren kann auch nur auf einzelnen Netzelementen The method can only work on individual network elements

(Switches) implementiert werden, es muss nicht bei den Vor¬ gänger-Netzelementen bekannt und propagiert sein. Jedes Netz- element kann für sich nach Verfahren gemäß Stand der Technik reagieren. Dies kann beispielsweise ein Fremdgerät sein, das keine Kenntnis des Verfahrens besitzt. Dieser Vorteil ist be¬ sonders wichtig, da üblicherweise Geräte in bestehende Netze eingebunden werden. Es ist daher nicht notwendig, auf allen Netzelementen die Änderung einzubringen. (Switches) are implemented, it need not be known and propagated in the Vor¬ gänger network elements. Each network element can react by itself according to the prior art. This may be, for example, a foreign device that has no knowledge of the method. This advantage is be ¬ Sonder's important because usually devices are integrated into existing networks. It is therefore not necessary to introduce the change on all network elements.

Der Switch muss darüber hinaus kein Wissen über die Infrastruktur des Netzwerks haben. Es muss auch keine Analyse bzw. Engineering des Netzwerkes stattfinden, weder vor Inbetriebnahme und auch nicht während des Betriebs. In addition, the switch does not need to know about the infrastructure of the network. There must be no analysis or engineering of the network, either before commissioning or during operation.

Es muss kein separater Mechanismus implementiert werden, um das Verhungern / Kreisen von Paketen zu verhindern - diese ergibt sich impliziert aus dem Vorgehen selbst. There is no need to implement a separate mechanism to prevent starvation / circling of packets - implied by the procedure itself.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei¬ spielen erläutert. Dabei zeigen BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention is explained below on the basis of exemplary embodiments. Show

Figur 1 ein beispielhaftes Netz nach dem Stand der Technik, Figur 2 ein erstes Beispiel gemäß dem erfindungsgemäßen Gegenstand und  1 shows an exemplary network according to the prior art, Figure 2 shows a first example according to the subject invention and

Figur 3 ein zweites Beispiel gemäß dem erfindungsgemäßen Gegenstand . Figure 3 shows a second example according to the subject invention.

In Figur 2 ist das Problem beispielhaft für ein Netzwerk bestehend aus vier Endgeräten EG1, EG2 und EG3 (z.B. PCs, Pro- grammable Logic Controller PLCs, SPS etc.) und drei Switches SW1, SW2, SW3 skizziert. Wenn nun die Endgeräte EG1, EG2 und EG3 jeweils Datenpakete PI, P2, P3 an Endgerät EG4 senden, kann es in Switch SW1, in welchem alle Pakete aufeinander treffen, zu einem Überlauf im Puffer BUF kommen. Switch SW1 würde nach dem Stand der Technik dann alle weiter ankommenden Datenpakete verwerfen, solange der Puffer BUF belegt ist. In der Figur wird nur ein Datenpuffer BUF und ein Port darge- stellt, es können aber wie oben beschrieben auch mehrere Datenpuffer sein. FIG. 2 outlines the problem by way of example for a network consisting of four terminals EG1, EG2 and EG3 (eg PCs, programmable logic controller PLCs, PLC etc.) and three switches SW1, SW2, SW3. If the terminals EG1, EG2 and EG3 now each send data packets PI, P2, P3 to terminal EG4, an overflow in the buffer BUF can occur in the switch SW1, in which all packets meet one another. Switch SW1 would then discard any further incoming data packets in the prior art, as long as the buffer BUF is busy. In the figure, only one data buffer BUF and one port are shown. However, as described above, there may be multiple data buffers.

In der beschriebenen Lösung wird das überzählige Datenpaket P3 nun nicht verworfen, sondern an das in der Sender"kette" vorangehende Netzelement SW2 zurück gesendet. Das Netzelement SW2 empfängt das Datenpaket, weiss aber gegebenenfalls nicht mal, dass es bereits einmal an das Netzelement SW1 gesendet wurde, ermittelt den nächsten Schritt auf dem Weg zum endgül- tigen Empfänger EG4 und sendet das Datenpaket P3 nochmals, retry . In the described solution, the surplus data packet P3 is now not discarded, but sent back to the preceding in the transmitter "chain" network element SW2. The network element SW2 receives the data packet, but may not even know that it has already been sent once to the network element SW1, determines the next step on the way to the final destination EG4 and sends the data packet P3 again, retry.

In diesem Beispiel gibt es nur einen möglichen Weg von Sender EG3 zu Empfänger EG4 über die Netzelemente SW3, SW2, SW1. Es ist auch denkbar, dass ein alternativer Weg existiert und das Netzelement nach jedem weiteren Empfang des Datenpakets P3 erneut entscheidet, welcher Weg zum Empfänger gewählt wird, über SW2 oder einen anderen Switch (in der Figur nicht dargestellt) . In this example, there is only one possible way from transmitter EG3 to receiver EG4 via the network elements SW3, SW2, SW1. It is also conceivable that an alternative route exists and the network element after each further reception of the data packet P3 again decides which way is selected to the receiver, via SW2 or another switch (not shown in the figure).

In Figur 3 ist eine weitere Ausführungsform für ein zweites Netzwerk bestehend ebenfalls aus vier Endgeräten EG1 - EG4 (z.B. PCs, Programmable Logic Controller PLCs, SPS etc.) und vier Switches SW1 bis SW4 skizziert. 3 shows a further embodiment for a second network also consisting of four terminals EG1-EG4 (for example PCs, Programmable Logic Controller PLCs, PLC etc.) and four switches SW1 to SW4.

Wenn nun die Endgeräte EG1, EG2 und EG3 jeweils Datenpakete PI, P2, P3 an Endgerät EG4 senden, kommt es in Switch SW1, in welchem alle Pakete aufeinander treffen, zu einem Überlauf des Datenpuffers BUF. If now send the terminals EG1, EG2 and EG3 each data packets PI, P2, P3 to terminal EG4, it comes in switch SW1, in which all packets meet, an overflow of the data buffer BUF.

Zunächst wird Datenpaket P2 von EG2 empfangen und ggf. im Da¬ tenpuffer BUF zwischengespeichert. First data packet P2 is received by EG2 and optionally buffered in Da ¬ tenpuffer BUF.

Es ist nun angenommen, dass das Datenpaket P3 über SW3 und SW2 als nächstes und damit zeitlich etwas früher also das dritte Datenpaket PI von Endgerät EG1 beim Netzelement SW1 eintrifft. Weiterhin sei angenommen, das SW1 das Datenpaket nicht Zwischenspeichern kann und daher nach dem erfindungsge- mäßen Verfahren zurück an das vorhergehende Netzelement SW2 sendet . It is now assumed that the data packet P3 via SW3 and SW2 arrives next in the network element SW1 as the next, and therefore somewhat earlier in time, the third data packet PI from the terminal EG1. Furthermore, it is assumed that SW1 can not cache the data packet and therefore according to the invention. according to the process back to the previous network element SW2 sends.

Wenn nun das nächste Datenpaket PI empfangen wird, so sieht es eine Ausführungsform vor, dass das Netzelement SW1 dieses Datenpaket ebenfalls an den Sender (in diesem Fall das Netz¬ element SW4) zurück sendet, unabhängig davon, ob der Datenpuffer BUF inzwischen wieder frei ist und das Datenpaket ggf sogar weiter geleitet werden könnte. In diesem Fall wird die erneute Übertragung des Datenpakets P3 abgewartet, retry3, bevor auch das Datenpaket PI übertragen wird. Now, if the next data packet PI is received, it provides an embodiment that the network element SW1 this data packet also sends back to the transmitter (in this case, the network ¬ element SW4), regardless of whether the data buffer BUF is now free again and the data package could possibly even be forwarded. In this case, the retransmission of the data packet P3 is awaited, retry3, before the data packet PI is also transmitted.

Claims

Patentansprüche Patent claims Verfahren zum Übertragen eines Datenpakets (PI, P2, P3) in einem Kommunikationsnetz von einem Sender (EG1, EG2, EG3) zu einem Empfänger (EG4), Method for transmitting a data packet (PI, P2, P3) in a communications network from a transmitter (EG1, EG2, EG3) to a receiver (EG4), wobei das Kommunikationsnetz aus einzelnen voneinander unabhängigen Netzelementen (SW1, SW2, SW3, SW4) besteht und zumindest einige der Netzelemente zur Zwischenspeicherung der Datenpaketen einen Daten-Puffer (BUF) haben, und das Datenpaket (PI, P2, P3) von dem Netzelement (SW1, SW2, SW3) nach Empfang weiter leitbar oder in dem Daten-Puffer speicherbar ist, und wherein the communication network consists of individual, independent network elements (SW1, SW2, SW3, SW4) and at least some of the network elements have a data buffer (BUF) for buffering the data packets, and the data packet (PI, P2, P3) from the network element ( SW1, SW2, SW3) can be forwarded after receipt or stored in the data buffer, and zumindest ein Datenpaket (P3) nicht zwischengespeichert werden kann, weil in dem Daten-Puffer (BUF) kein ausreichender Speicherplatz mehr vorhanden ist, at least one data packet (P3) cannot be buffered because there is no longer sufficient storage space in the data buffer (BUF), dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that das empfangene Datenpaket von dem empfangenden Netzelement (SW1) zurück an das sendende Netzelement (SW2) gesendet wird . the received data packet is sent back from the receiving network element (SW1) to the sending network element (SW2). Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Method according to patent claim 1, characterized in that nachdem ein erstes empfangene Datenpaket (P3) von dem emp¬ fangenden Netzelement (SW1) an das sendende Netzelement (SW2) zurück gesendet wurde, jedes weitere empfangene Da¬ tenpaket (PI) an den jeweiligen Sender (SW4) zurück gesendet wird, so lange bis das erste empfangene Datenpaket er¬ folgreich an das nächste Netzelement (EG4) übermittelt werden konnte. After a first received data packet (P3) has been sent back from the receiving network element (SW1) to the sending network element (SW2), each further received data packet (PI) is sent back to the respective transmitter (SW4), as long as until the first received data packet could be successfully transmitted to the next network element (EG4). Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Method according to patent claim 1 or 2, characterized in that eine Überwachung der Übermittlungsversuche des Datenpa¬ kets (P3) erfolgt, indem überwacht wird, wie viel Zeit und/oder wie viele Zustellversuche benötigt werden, um das erste Datenpaket (P3) an das nächste Netzelement (EG4) weiter zu leiten. The transmission attempts of the data packet (P3) are monitored by monitoring how much time and/or how many delivery attempts are required to forward the first data packet (P3) to the next network element (EG4). Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Method according to patent claim 3, characterized in that die Überwachung ergibt, dass die Übermittlung des Datenpakets (P3) zu viel Zeit und/oder zu viele Zustellversu¬ che benötigt, wobei The monitoring shows that the transmission of the data packet (P3) requires too much time and/or too many delivery attempts , whereby das Datenpaket (P3) gelöscht wird und the data packet (P3) is deleted and eine Fehlermeldung erzeugt wird. an error message is generated. Verfahren nach einem der vorherigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Method according to one of the previous patent claims, characterized in that das Kommunikationsnetz gemäß dem IEEE 802 Ethernet Standard arbeitet. the communication network works in accordance with the IEEE 802 Ethernet standard. Netzelement (SW1, SW2, SW3, SW4) zur Übertragung von Datenpaketen (PI, P2, P3) in einem Kommunikationsnetz von einem Sender (EG1, EG2, EG3) zu einem Empfänger (EG4), mit Empfangsmitteln (EM) , Sendemitteln (SM) und mit einem Daten-Puffer (BUF) , Network element (SW1, SW2, SW3, SW4) for transmitting data packets (PI, P2, P3) in a communication network from a transmitter (EG1, EG2, EG3) to a receiver (EG4), with receiving means (EM), transmitting means (SM ) and with a data buffer (BUF), wobei ein von einem benachbarten Netzelement ( SW2 ) mittels der Empfangsmittel empfangenes Datenpaket (PI, P2, P3) nach Empfang nicht in dem Daten-Puffer (BUF) gespeichert werden kann wherein a data packet (PI, P2, P3) received from a neighboring network element (SW2) by means of the receiving means cannot be stored in the data buffer (BUF) after receipt dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that die Sendemittel (SM) des empfangenden Netzelements (SW1) das empfangene Datenpaket (P3) zurück an das sendende Netzelement (SW2, SW4) senden. the transmission means (SM) of the receiving network element (SW1) send the received data packet (P3) back to the sending network element (SW2, SW4). Netzelement nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Network element according to patent claim 6, characterized in that die Sendemittel jedes weitere empfangene Datenpaket (PI) an den jeweiligen Sender (SW4) zurück senden, nachdem ein erstes empfangene Datenpaket (P3) von dem empfangenden Netzelement (SW1) an das sendende Netzelement (SW2) zurück gesendet wurde, so lange bis das erste empfangene Datenpa¬ ket erfolgreich an das nächste Netzelement (EG4) übermit¬ telt werden konnte. the transmission means send every further received data packet (PI) back to the respective transmitter (SW4) after a first received data packet (P3) has been sent back from the receiving network element (SW1) to the sending network element (SW2), until the first received data packet could be successfully transmitted to the next network element (EG4). 8. Netzelement nach Patentanspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass 8. Network element according to claim 6 or 7, characterized in that Überwachungsmittel die Übermittlungsversuche des Datenpa¬ kets (P3) überwachen, durch Messung wie viel Zeit und/oder wie viele Zustellversuche benötigt werden, um das erste Datenpaket (P3) an das nächste Netzelement (EG4) weiter zu leiten . Monitoring means monitor the transmission attempts of the data packet (P3) by measuring how much time and/or how many delivery attempts are required to forward the first data packet (P3) to the next network element (EG4). 9. Netzelement nach Patentanspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass 9. Network element according to claim 6 or 7, characterized in that das Datenpaket (P3) gelöscht wird (DEL) wenn die Überwa¬ chungsmittel feststellen, dass die Übermittlung des Da¬ tenpakets (P3) zu viel Zeit und/oder zu viele Zustellver¬ suche benötigt und eine Fehlermeldung erzeugt wird. the data packet (P3) is deleted (DEL) if the monitoring means determine that the transmission of the data packet (P3) requires too much time and/or too many delivery attempts and an error message is generated. 10. Netzelement nach einem der Patentansprüche 6 bis 9, da¬ durch gekennzeichnet, dass 10. Network element according to one of claims 6 to 9, characterized in that es gemäß dem IEEE 802 Ethernet Standard arbeitet. it works according to the IEEE 802 Ethernet standard.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20050276274A1 (en) * 2004-05-28 2005-12-15 Matthew Mattina Method and apparatus for synchronous unbuffered flow control of packets on a ring interconnect

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