ES2265055T3 - Proceso para el funcionamiento de un usuario final de un sistema de comunicacion isocrono y ciclico. - Google Patents
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Abstract
Proceso para el funcionamiento de un usuario final (306) de un sistema de comunicación (300) isócrono y cíclico, por el que se recibe un mensaje de datos de sincronización (510) de un usuario intermediario (303) del sistema de comunicación (300) a través del usuario final (306), el mensaje de datos de sincronización está sujeto al tiempo de propagación de un tramo de transmisión entre el usuario intermediario y el usuario final, el tiempo de propagación resulta del tiempo de propagación del mensaje de datos de sincronización a través del tramo de transmisión (308) y del tiempo de latencia para la activación de una interrupción en una conexión (310) del usuario final (306), y por el que una base de tiempo del usuario final (306) está sincronizada mediante el mensaje de datos de sincronización, con lo cual resulta una sincronización de la base de tiempo con una tolerancia en función del tiempo de propagación, y por el que se procesa de manera cíclica una lista de emisión del usuario final (306) dentro de un ciclo de comunicación (500, 502) en función de la base de tiempo del usuario final, caracterizado porque la emisión de un mensaje de datos (700) según la lista de emisión del usuario final al usuario intermediario se efectúa a través del usuario intermediario (303) al comienzo del ciclo de comunicación (500, 502) como muy pronto y a más tardar en la tolerancia antes de un momento de transmisión proyectado del mensaje de datos en cuestión, y por el que el mensaje de datos de sincronización (510) del usuario final se recibe cuando el tampón de recepción del usuario final está vacío.
Description
Proceso para el funcionamiento de un usuario
final de un sistema de comunicación isócrono y cíclico.
La presente invención trata de un proceso para
el funcionamiento de un usuario final de un sistema de comunicación
isócrono, y de un usuario final, de un usuario intermediario y de
los productos de programas informáticos correspondientes.
Como sistema de comunicación síncrono y
sincronizado con propiedades de equidistancia se entiende un sistema
de al menos dos usuarios que están conectados a través de una red
de datos con el fin de intercambiar mutuamente datos o de
transferir mutuamente datos. El intercambio de datos se efectúa de
forma cíclica en ciclos de comunicación equidistantes que se
establecen mediante el reloj de comunicación que utiliza el
sistema.
Un intercambio de datos cíclico, determinístico
y equidistante en sistemas de comunicación se basa en una base
común de tiempo o de ciclo de todos los componentes que intervienen
en la comunicación. La base de tiempo o de ciclo se transmite de un
componente marcado (cronómetro) a los demás componentes. Con
ethernet de tiempo real isócrono, la base de tiempo o de ciclo de
un maestro de sincronización se establece emitiendo mensajes de
sincronización.
Los usuarios son, por ejemplo, los aparatos de
automatización centrales, los aparatos de programación, proyección
o de control, los aparatos periféricos como, por ejemplo, los
componentes de salida/entrada, los accionamientos, los actores, los
sensores, los sistemas de control con memoria programable (SPS) u
otras unidades de control, ordenadores o máquinas que intercambian
datos electrónicos con otras máquinas, que especialmente procesan
datos de otras máquinas. Los usuarios también se llaman nodos de red
o nodos. Como unidades de control se entienden, a continuación, las
unidades de control o de regulación de cualquier tipo, aunque
también, por ejemplo, los conmutadores y/o controladores de
conmutación. Como redes de datos se utilizan, por ejemplo, los
sistemas de bus como, por ejemplo, Feldbus, Profibus, Ethernet,
Industrial Ethernet, FireWire o también los sistemas de bus
internos de PC (PCI), etcétera, especialmente el ethernet de tiempo
real isócrono.
Las redes de datos permiten la comunicación
entre varios usuarios a través de la interconexión, también a
través de la conexión de cada usuario entre sí. Comunicación
significa aquí la transferencia de datos entre los usuarios. Los
datos que deben transferirse se envían como mensajes de datos, es
decir, los datos se recogen en varios paquetes y con esta forma se
envían al receptor correspondiente a través de la red de datos. Por
lo tanto, también se habla de paquetes de datos. El concepto
transferencia de datos se emplea aquí como un sinónimo de la
transferencia de mensajes o paquetes de datos mencionada más
arriba.
En los sistemas de automatización divididos, por
ejemplo, en el campo de la técnica de propulsión, determinados
datos deben transmitirse en momentos determinados por los usuarios
establecidos para ello y los receptores deben procesarlos. En este
caso, se habla de datos críticos de tiempo real o de intercambio de
datos, ya que cuando no se transmiten los datos en tiempo real en
el punto de destino, se crean resultados no deseados en el usuario,
al contrario que la comunicación de datos crítica en tiempo
diferido, por ejemplo, basada en intranet o internet. Según la
breve descripción técnica IEC 61491, EN61491 SERCOS interface
(http:_//www.sercos.de/deutsch/
index_deutsch.htm) puede garantizarse un intercambio de datos crítico de tiempo real con éxito de la forma nombrada en sistemas de automatización divididos.
index_deutsch.htm) puede garantizarse un intercambio de datos crítico de tiempo real con éxito de la forma nombrada en sistemas de automatización divididos.
Hoy en día, los componentes de automatización
(p. ej., sistemas de control, accionamientos, etcétera) disponen
generalmente de una interfaz a un sistema de comunicación de
sincronización cíclica. Un nivel de secuencia de los componentes de
automatización (Fast cycle), por ejemplo, una regulación de posición
en un sistema de control o un control de par de un accionamiento,
se sincroniza en el ciclo de comunicación. Así se determina el
reloj de comunicación. Asimismo pueden comunicarse otros algoritmos
de rendimiento bajo (Slow cycle), por ejemplo, controles de
temperatura, de los componentes de automatización sólo a través de
este reloj de comunicación con otros componentes, por ejemplo,
conmutadores binarios para ventiladores, bombas, etcétera, aunque
bastaría un ciclo más lento. Utilizando solamente un reloj de
comunicación para la transferencia de toda la información en el
sistema, las exigencias en el ancho de banda del tramo de
transmisión son altas.
Para el control y la supervisión del proceso en
la fabricación automatizada y especialmente en técnicas de
propulsión digitales se necesitan sistemas de comunicación muy
rápidos y seguros con tiempos de reacción previsibles.
En la solicitud de patente alemana DE 100 58
524.8, se revela un sistema y un proceso para la transferencia de
datos a través de redes de datos conmutables, especialmente el
ethernet, que permite una operación mixta de una comunicación de
datos crítica de tiempo real y crítica de tiempo diferido,
especialmente basada en internet o intranet.
Esto permite tanto una comunicación crítica en
tiempo real (RT; Real-Time) como una comunicación
crítica en tiempo diferido (NRT;
Non-Real-Time) en una red de datos
conmutable, compuesta de usuarios y de unidades de acoplamiento, por
ejemplo, de un sistema de automatización dividido, mediante un
funcionamiento cíclico.
En uno de los llamados ciclos de transferencia,
existe al menos una zona para la transferencia de datos críticos en
tiempo real y al menos una zona para la transferencia de datos
críticos en tiempo diferido para cada uno de los usuarios y de las
unidades de acoplamiento de la red de datos conmutable, con lo cual
la comunicación crítica en tiempo real se separa de la comunicación
crítica en tiempo diferido. Puesto que todos los usuarios y todas
las unidades de acoplamiento siempre están sincronizadas en una base
de tiempo común, las zonas correspondientes para la transferencia
de datos tienen lugar para todos los usuarios y todas las unidades
de acoplamiento en el mismo momento, es decir, la comunicación
crítica en tiempo real tiene lugar en un momento independiente de
la comunicación crítica en tiempo diferido y, por tanto, no se ve
influenciada por ésta.
La comunicación crítica en tiempo real se
planifica de antemano. La introducción de los mensajes de datos en
el emisor originario y su transmisión mediante unidades de
acoplamiento implicadas se efectúa en función del tiempo. Mediante
el almacenamiento intermedio en las unidades de acoplamiento
correspondientes se consigue que, en el momento que desee, se
retrase la comunicación crítica en tiempo diferido, apta para
internet y espontánea, en la zona de transferencia prevista para la
comunicación crítica en tiempo diferido de un ciclo de
transferencia, y que también se transfiera allí.
En esta solicitud, se representa un ejemplo de
la instancia de una estructura fundamental de un ciclo de
transferencia dividido en dos zonas. Un ciclo de transferencia se
divide en una primera zona que está prevista para la transferencia
de datos críticos en tiempo real y en una segunda zona que está
prevista para la transferencia de datos críticos en tiempo
diferido. La extensión del ciclo de transferencia representado
simboliza su duración temporal que ventajosamente está, por
ejemplo, entre unos microsegundos y unos segundos según cada fin de
aplicación.
La duración de un ciclo de transferencia puede
modificarse, sin embargo, se determina al menos una vez antes del
momento de la transferencia de datos, por ejemplo, mediante un
ordenador de control, y será igual de extensa para todos los
usuarios y todas las unidades de acoplamiento de la red de datos
conmutable. La duración de un ciclo de transferencia y/o la
duración de la primera zona que está prevista para la transferencia
de datos críticos en tiempo real puede modificarse en cualquier
momento, por ejemplo, en un momento fijado y planificado
anteriormente y/o después de un número planificado de ciclos de
transferencia, ventajosamente antes del comienzo de un ciclo de
transferencia, conmutando el ordenador de control, por ejemplo, a
otros ciclos de transferencia críticos en tiempo real
planificados.
Además, el ordenador de control puede utilizarse
en cualquier momento mientras el sistema de automatización está en
funcionamiento según la necesidad de un nuevo planteamiento de la
comunicación en tiempo real, por lo que podrá modificarse la
duración del ciclo parcial en tiempo real. La duración absoluta de
un ciclo de transferencia permanece constante durante el
funcionamiento y es una medida para la proporción temporal o para
el ancho de banda de la comunicación crítica en tiempo diferido
durante un ciclo de transferencia, esto es, el tiempo que está
disponible para la comunicación crítica en tiempo diferido.
De este modo, la comunicación crítica en tiempo
diferido, por ejemplo, en una duración de la comunicación crítica
en tiempo real de 350 Ps y en un ciclo de transferencia de 500 Ps,
tiene un 30% de ancho de banda, a 10 ms el 97% de ancho de banda. En
la primera zona, que está prevista para la transferencia de datos
críticos en tiempo real, se reserva, antes de la emisión de
mensajes de datos reales y críticos en tiempo real, una duración
determinada para la emisión de mensajes de datos para organizar la
transferencia de datos.
Los mensajes de datos para la organización de la
transferencia de datos contienen, por ejemplo, datos para la
sincronización temporal de los usuarios y de las unidades de
acoplamiento de la red de datos y/o de los datos para el
reconocimiento topológico de la red. Después de enviar los mensajes
de datos, se emiten los mensajes de datos críticos en tiempo real.
Ya que la comunicación en tiempo real puede planificarse de antemano
en el funcionamiento cíclico, se conocen para todos los mensajes de
datos críticos en tiempo real que deben transferirse, los tiempos
de emisión o los tiempos para la transmisión de los mensajes de
datos críticos en tiempo real antes del comienzo de la
transferencia de datos, es decir, la duración de la zona de
transferencia de datos críticos en tiempo diferido se determina
automáticamente a través de la duración de la zona de transferencia
de datos críticos en tiempo real.
La ventaja de esta disposición es que sólo se
utiliza el tiempo de transferencia necesario para el intercambio de
datos crítico en tiempo real y, después de concluir el intercambio,
el tiempo restante está disponible automáticamente para la
comunicación crítica en tiempo diferido, por ejemplo, para la
comunicación de Internet que no puede planificarse u otras
aplicaciones críticas en tiempo diferido.
Especialmente ventajoso resulta que la duración
de la zona de transferencia de datos críticos en tiempo real se
determina mediante datos que deben transferirse según la conexión,
es decir, la duración de las dos zonas se determina para cada
conexión de datos mediante la cantidad de datos necesaria de los
datos críticos en tiempo real que deben transferirse, con lo que la
división temporal de las dos zonas para cada conexión de datos
puede retrasarse en cada ciclo de transferencia.
Sólo se utiliza el tiempo de transferencia
necesario para el intercambio de datos crítico en tiempo real y el
tiempo restante de un ciclo de transferencia está disponible
automáticamente para la comunicación crítica en tiempo diferido,
por ejemplo, para la comunicación de Internet que no puede
planificarse u otras aplicaciones críticas en tiempo diferido para
todos los usuarios de la red de datos conmutable.
Ya que la comunicación en tiempo real se
planifica de antemano según corresponda de modo que los mensajes de
datos críticos en tiempo real considerados lleguen, a más tardar, en
el momento de la transmisión o antes en las unidades de
acoplamiento correspondientes, los mensajes de datos críticos en
tiempo real pueden emitirse o transmitirse sin espacio intermedio
temporal, de modo que se utiliza de la mejor manera la duración
disponible mediante la emisión o transmisión en paquetes
comprimidos. Pero obviamente también pueden incorporarse, si fuera
necesario, pausas de emisión entre la transferencia de los mensajes
de datos individuales.
El modo de trabajo fundamental en una red
conectada se explica a continuación como un ejemplo para una red
deseada mediante dos usuarios, por ejemplo, un accionamiento y un
ordenador de control, con unidades de acoplamiento integradas en
cada uno y otro usuario sin unidad de acoplamiento que están
conectados entre sí mediante conexiones de datos. Las unidades de
acoplamiento tienen memorias locales que están conectadas con los
usuarios mediante interfaces internas.
A través de las interfaces, los usuarios
intercambian datos con las unidades de acoplamiento
correspondientes. Las memorias locales están conectadas a través de
conexiones de datos con las unidades de control en las unidades de
acoplamiento. Las unidades de control reciben datos o transmiten
datos a través de conexiones de datos internas de o a memorias
locales o a través de uno o varios puertos externos. Las unidades de
acoplamiento siempre tienen una base de tiempo síncrona común
utilizando el proceso de la sincronización temporal. Si un usuario
tiene datos críticos en tiempo real, éstos se recogen en un momento
planificado de antemano durante la zona para la comunicación
crítica en tiempo real a través de la interfaz correspondiente y de
las memorias locales de la unidad de control correspondiente, y
desde allí se envían a la próxima unidad de acoplamiento conectada
a través del puerto externo previsto para ello.
Si otro usuario envía al mismo tiempo, es decir,
durante la comunicación crítica en tiempo real, datos críticos en
tiempo diferido, por ejemplo, para una petición de Internet, éstos
se recibirán de la unidad de control a través del puerto externo y
se transmitirán a la memoria local a través de la conexión interna,
y allí se graban temporalmente. Desde allí vuelven a recogerse
primero en la zona para la comunicación crítica en tiempo diferido
y se transmiten al receptor, es decir, se retrasan en la segunda
zona del ciclo de transferencia que se reserva para la comunicación
crítica en tiempo diferido y espontánea, con lo cual se excluyen
fallos de la comunicación en tiempo real.
En el caso de que no puedan transferirse todos
los datos críticos en tiempo diferido y almacenados temporalmente
durante la zona prevista para la transferencia de los datos críticos
en tiempo diferido de un ciclo de transferencia, se almacenarán
temporalmente en la memoria local de la unidad de acoplamiento
correspondiente hasta que puedan transmitirse durante la zona
prevista para la transferencia de los datos críticos en tiempo
diferido de un ciclo de transferencia posterior, con lo cual
siempre se excluyen fallos de la comunicación en tiempo real.
Los mensajes de datos críticos en tiempo real,
que se transmiten a través de conexiones de datos correspondientes
mediante los puertos externos en la unidad de control de la unidad
de acoplamiento correspondiente, se transfieren directamente a
través de los puertos externos correspondientes. Esto es posible
porque la comunicación en tiempo real se planifica de antemano y,
por tanto, se conocen, para todos los mensajes de datos críticos en
tiempo real que deben transferirse, un momento de emisión y de
recepción, todas las unidades de acoplamiento implicadas, así como
todos los momentos para la transmisión y todos los receptores de los
mensajes de datos críticos en tiempo real.
Mediante la planificación realizada previamente
de la comunicación en tiempo real, también pueden asegurarse las
conexiones de datos contra colisiones de datos. Los momentos de
transmisión de todos los paquetes de datos críticos en tiempo real
de cada unidad de acoplamiento implicada también se planifican con
anterioridad y así se determinan sin equivocaciones. Por tanto, la
recepción de los mensajes de datos críticos en tiempo real se
planifica de manera que los mensajes de datos críticos en tiempo
real considerados lleguen a más tardar en el tiempo de transmisión
o antes a la unidad de control de la unidad de acoplamiento
correspondiente. Así se elimina el problema de las incertidumbres
temporales que pueden manifestarse especialmente en las cadenas
largas de transferencias.
Según el proceso descrito en la solicitud de
patente alemana DE 100 58 524.8, pueden establecerse redes de
comunicación basadas en ethernet, especialmente redes de
comunicación basadas en ethernet isócrono,
- pueden procesarse sincrónicamente sus nodos en
la zona de submicrosegundos y
- puede llevarse a cabo la comunicación cíclica
exactamente en los tiempos planificados (comunicación en tiempo
real isócrona), independientemente de cualquier comunicación
espontánea y especial (comunicación NRT o comunicación en tiempo
diferido) o en la red.
Todos los usuarios de la comunicación en tiempo
real isócrona deben basarse en hardware de comunicación especiales
con el fin de
- conseguir la sincronización temporal y
- enviar mensajes exactamente en el momento
planificado.
En el estado de la técnica, no es posible
integrar usuarios con una conexión de ethernet existente que no
tengan esta disposición de hardware especial en la comunicación en
tiempo real isócrona, llamada a partir de ahora comunicación
IRT.
La DE4215380 (Siemens) revela un proceso que
corresponde a los conceptos de las reivindicaciones independientes.
Este documento revela especialmente un sistema de automatización con
transferencia de información temporal teniendo en cuenta los
retrasos constantes y previsibles del tiempo de propagación de
señal, así como del tiempo de procesamiento en el usuario.
Por tanto, la función de la invención se basa en
conseguir la mejora de un proceso para el funcionamiento de un
usuario final de un sistema de comunicación cíclico e isócrono, el
cual permite la conexión de un usuario final con un sistema de
comunicación que no tiene el soporte de hardware especial. Además,
la función de la invención se basa en conseguir un usuario final
correspondiente, un usuario intermediario y productos de programas
informáticos.
Las funciones en las que se basa la invención se
solucionan con las características de las reivindicaciones
independientes. Las formas de aplicación preferibles de la invención
resultan de las reivindicaciones dependientes.
El punto de partida de la presente invención es
el conocimiento de que el tiempo de latencia entre la transmisión
de un mensaje de datos a un usuario, por ejemplo, a un usuario de
ethernet, hasta la activación de la interrupción correspondiente
sea constante y calculable cuando el tampón de recepción esté vacío,
es decir, cuando no se graben mensajes en la ruta de recepción del
usuario final. A continuación, este tipo de ruta de recepción vacía
se denomina conexión vacía.
Para conseguir una sincronización aproximada del
usuario final con la base de tiempo del sistema de comunicación
cíclico e isócrono, el usuario final recibe de un usuario
intermediario directamente adyacente mensajes de datos de
sincronización en distintos ciclos de comunicación. Estos mensajes
de datos de sincronización se emplean en un sistema de comunicación
cíclico e isócrono para la sincronización de las bases de tiempo de
cada usuario del sistema de comunicación. Debido a la falta de
soporte de hardware en el usuario final, no es posible una
sincronización exacta como se conseguiría en los usuarios del
sistema de comunicación isócrono. La sincronización de la base de
tiempo en el usuario se consigue más bien con una tolerancia que
resulta del tiempo de transferencia completo entre el usuario
intermediario y el usuario final.
Según una forma de aplicación preferible de la
invención, el usuario final dispone de un tampón de recepción.
Cuando el tampón de recepción está lleno hasta el máximo, el usuario
final necesita un tiempo de vaciado máximo para vaciar el tampón de
recepción. Al existir un tampón de recepción en el usuario final, el
tiempo de transferencia completo de un mensaje de datos de
sincronización sólo se determina cuando el tampón de recepción del
usuario final está vacío al recibir el mensaje de datos de
sincronización.
Por tanto, el envío de este tipo de mensaje de
datos de sincronización se efectúa en esta forma de modelo a través
del usuario intermediario como muy pronto una vez transcurrida una
pausa de emisión después del comienzo del ciclo de comunicación,
con lo cual la pausa de emisión corresponde al tiempo de vaciado
máximo. Gracias a esto, se asegura que un mensaje de datos de
sincronización enviado del usuario intermediario al usuario final
encuentre un tampón de recepción vacío del usuario final y, por
tanto, que el tiempo de transferencia completo sea independiente de
la extensión de un mensaje de datos recibido anteriormente por el
usuario final.
Para memorizar un mensaje de datos del usuario
final con la base de tiempo sincronizada de manera inexacta en el
sistema de comunicación cíclico e isócrono se emite siempre, según
la invención, este mensaje de datos del usuario final al usuario
intermediario adyacente como muy pronto al comienzo del ciclo de
comunicación y, a más tardar en el tiempo de tolerancia de la
sincronización de la base de tiempo del usuario final antes del
momento de transmisión del usuario intermediario. Debido al envío
del mensaje de datos en un momento que está al menos en el tiempo
de tolerancia antes del momento de transmisión, se asegura que el
usuario intermediario reciba el mensaje de datos del usuario final
en un momento a más tardar que permita la transmisión del mensaje
de datos según el momento de transmisión proyectado.
En resumen, la invención revelada trata de un
sistema y de un proceso para la comunicación en tiempo real en
sistemas de comunicación con usuarios sin soporte de hardware para
la capacidad de tiempo real y con usuarios con soporte de hardware
para la capacidad de tiempo real, donde
- se emplea el tiempo de propagación,
especialmente el tiempo de propagación constante de un mensaje de un
segundo usuario a un primer usuario para la sincronización temporal
del primer usuario con todos los demás usuarios,
- se garantiza el tiempo de propagación,
especialmente el tiempo de propagación constante de este mensaje
mediante una pausa de emisión anterior,
- mediante un tampón de recepción en el segundo
usuario, el primer usuario puede enviar de manera temporalmente
imprecisa mensajes en tiempo real y entonces transmitirlos con una
precisión temporal alta desde este tampón de recepción,
- el tampón de recepción en el segundo usuario
puede poner en la memoria tampón varios mensajes del primer
usuario.
Además, resulta una ventaja especial que el
proceso revelado pueda aplicarse o utilizarse en los sistemas de
comunicación, especialmente en las máquinas de envasado, prensas,
máquinas de inyección de plástico, máquinas textiles, impresoras,
máquinas-herramientas, robots, sistemas de
manipulación, máquinas de trabajo de madera, máquinas de trabajo de
vidrio, máquinas de trabajo de cerámica, así como en los
dispositivos de elevación.
Además, se describen detalladamente los ejemplos
de aplicación preferibles de la invención mediante las
ilustraciones. Éstas muestran:
Fig. 1: una forma de aplicación de un proceso
según la invención para la sincronización de la base de tiempo de
un usuario final sin soporte de hardware,
Fig. 2: un diagrama de flujo para el envío de
mensajes de datos del usuario final con la base de tiempo
sincronizada de manera inexacta,
Fig. 3: una forma de aplicación de un sistema de
comunicación según la invención,
Fig. 4: una representación de principio para la
sincronización temporal y la determinación del tiempo de
propagación,
Fig. 5: una representación para la aclaración de
la pausa de emisión necesario en el usuario intermediario,
Fig. 6: una representación de principio de la
memoria tampón intermedia en la memoria tampón de entrada del
usuario intermediario,
Fig. 7: una representación como ilustración de
los momentos de emisión y recepción.
La figura 1 muestra un diagrama de flujo para la
sincronización de la base de tiempo de un usuario final. Desde un
usuario intermediario que está directamente adyacente al usuario
final y que se encuentra en el dominio de tiempo real de un sistema
de comunicación cíclico e isócrono, se emite un mensaje de datos de
sincronización al usuario final en el paso 100, con lo que, en el
momento de emisión o al menos en el momento de recepción
determinable anteriormente, el tampón de recepción del usuario final
está
vacío.
vacío.
En el paso 102, el mensaje de datos de
sincronización se transmite a través de un cable que conecta el
usuario intermediario con el usuario final. Esta transmisión se
efectúa con un tiempo de propagación T1.
En el paso 104, el mensaje de datos de
sincronización se recibe en el tampón de recepción de la conexión
vacía del usuario final. En el paso 106, se activa una interrupción
después de un tiempo de latencia determinado T2 después de la
recepción. Debido a la interrupción, se evalúa el contenido del
mensaje de datos de sincronización y se controla posteriormente
según corresponda la base de tiempo del usuario final. Esta
sincronización de la base de tiempo del usuario final con la
tolerancia T = T1 + T2 tiene lugar en el paso 108.
Después de cierto tiempo, se repite el paso 100,
es decir, se vuelve a enviar un mensaje de datos de sincronización
del usuario intermediario. Esto corresponde al modo de procesamiento
en el dominio de tiempo real, ya que también es necesario de vez en
cuando el control posterior de las bases de tiempo del usuario.
La figura 2 muestra el procedimiento para el
envío de mensajes de datos del usuario final en el sistema de
comunicación cíclico e isócrono. En el paso 200, se crea un mensaje
de datos en el usuario final según una lista de emisión que debe
procesarse cíclicamente. Esta lista de emisión se elabora en el
marco de la proyección del sistema de comunicación.
En el paso 202, se envía el mensaje de datos
proyectado al usuario intermediario directamente adyacente. El
envío se efectúa como muy pronto al comienzo del ciclo de
comunicación y a más tardar en un momento T antes del momento de la
transmisión del usuario intermediario. Cuando el sistema de
comunicación tiene un ciclo de comunicación, que puede dividirse en
un ciclo parcial en tiempo real (RT) y en un ciclo parcial en tiempo
diferido (NRT), el envío del mensaje de datos se efectúa como muy
pronto al comienzo del ciclo parcial RT.
La figura 3 muestra una representación de
principio de una forma de aplicación de un sistema según la
invención. Aquí se representa un sistema de comunicación 300 que es
apropiado para la comunicación en tiempo real isócrona y cíclica.
Al sistema de comunicación 300 pertenecen usuarios intermediarios
302 y 303, así como usuarios finales 304. Tanto los usuarios
intermediarios 302 y 303, como los usuarios finales 304 tienen un
soporte de hardware especial para conseguir una precisión temporal
alta de la sincronización de las bases de tiempo y para conseguir
un alto caudal de datos y un número alto de mensajes.
A través de los usuarios intermediarios 303,
están conectados además usuarios finales 306 en el sistema de
comunicación 300 que muestran este soporte de hardware especial.
Estos usuarios finales 306 se sincronizan aproximadamente, por
ejemplo, según la forma de aplicación de la figura 1 con la base de
tiempo del sistema de comunicación 300 y envían mensajes de datos
según la forma de aplicación de la figura 2 en el sistema de
comunicación 300.
La figura 4 muestra un posible procedimiento
para la determinación de la tolerancia T (consulte la figura 1).
En el ejemplo del modelo mostrado, uno de los
usuarios intermediarios 303 está conectado a uno de los usuarios
finales 306 a través de un cable 308. A través del cable 308, se
consigue un tramo de transmisión entre el usuario intermediario 303
y una conexión de ethernet 310 del usuario final 306. Este cable 308
tiene, por ejemplo, una longitud de 100 metros como máximo, por lo
que resulta un tiempo de propagación T1 de 0,25 ms \pm 0,25
ms.
Con un tampón de recepción vacío de la conexión
de ethernet 310, el tiempo es constante y está determinado hasta la
activación de una interrupción en el usuario final 306. Además, en
determinadas circunstancias, aparece una inestabilidad del tiempo
de latencia de la interrupción, de lo que resulta en total el tiempo
de latencia T2 después de la recepción del mensaje de datos en la
conexión de ethernet 310. A continuación, se controla
posteriormente la base de tiempo del usuario final 306 con la
tolerancia T.
La figura 5 muestra un ciclo de comunicación 500
de un usuario intermediario del sistema de comunicación 300
(consulte la figura 3) de, por ejemplo, 5 ms. El ciclo de
comunicación 500 se divide en un ciclo parcial 502 para la
comunicación en tiempo real y en un ciclo parcial 504 para la
comunicación en tiempo diferido. Tanto durante el ciclo parcial 502
como durante el ciclo parcial 504, se envían, por ejemplo, del
usuario intermediario 303 mensajes de datos en tiempo real 506 o
mensajes de datos en tiempo diferido 508.
El mensaje de datos 510 en el ciclo parcial 502
es un mensaje de datos de sincronización en los ejemplos de
aplicación que se observan aquí. Éste se envía del usuario
intermediario 303 al usuario final adyacente 306 (consulte la
figura 3). En el ejemplo de aplicación que se muestra aquí, el
usuario final tiene un tampón de recepción en su conexión de
ethernet 310 (consulte la figura 4). El usuario final 306 necesita
un tiempo de vaciado máximo para vaciar por completo el tampón de
recepción.
Para poder efectuar la sincronización de la base
de tiempo en el usuario final 306 con la tolerancia T, el usuario
intermediario envía el mensaje de datos 510 después de una pausa de
emisión 512 después del comienzo del ciclo parcial 502, donde la
pausa de emisión es aproximadamente igual al tiempo de vaciado
máximo. La pausa de emisión 512 también puede seleccionarse un poco
antes del tiempo de vaciado máximo, ya que el tiempo de propagación
T1 del usuario final 306 puede emplearse todavía para el vaciado del
tampón de recepción.
Para la sincronización temporal de la base de
tiempo de este usuario final, la característica es aprovechada
preferiblemente por las conexiones comunes de ethernet, de modo que
el tiempo de propagación desde la transmisión de un mensaje hasta
la activación de una interrupción es constante y determinable cuando
el mensaje encuentra una conexión en cuyo tampón de recepción no
haya almacenado ningún mensaje. Por tanto, los mensajes en tiempo
real (RT) que deben enviarse al usuario final se planifican de modo
que el primer mensaje que primero debe recibirse en el usuario
final encuentra de forma garantizada una conexión vacía.
La sincronización que puede conseguirse de este
modo de un usuario con una conexión común de ethernet se determina
casi únicamente a través de la inestabilidad del tiempo de latencia
de interrupción. En los sistemas dedicados, puede alcanzarse con
ello la precisión para la sincronización temporal en la zona de
microsegundos de un dígito. Para conseguir una mayor tolerancia
temporal para los mensajes de datos en tiempo real obtenidos, cada
puerto de un usuario que transmite obtiene preferiblemente un
tampón de recepción que
- puede grabar un mensaje en toda su extensión
"cualquiera",
- puede grabar varios mensajes al mismo tiempo
hasta un tamaño total que corresponde al del tampón de recepción
y
- está organizado como FIFO
(First-In First-out) de manera que,
por un lado, los mensajes siempre pueden recogerse según su orden
de transmisión, pero también puede recogerse un mensaje transmitido
directamente al comienzo de la transmisión, es decir, puede
transmitirse.
Una forma de aplicación correspondiente del
usuario intermediario 303 (consulte las figuras 3 y 4) muestra el
diagrama en bloque de la figura 6. El usuario intermediario tiene
distintos puertos 1... n que están conectados cada uno con un
módulo de recepción 600.
Los módulos de recepción 600 están conectados
por su parte con un tampón de recepción FIFO 602 de un tamaño de,
por ejemplo, 2 KByte.
En el tampón de recepción 602, se graban
distintos mensajes de datos que pueden transmitirse para la
recepción local en una RAM de comunicación interna 604 y/o que
pueden transmitirse a otro usuario del sistema de comunicación
(consulte el sistema de comunicación 300 de la figura 3).
La existencia del tampón de recepción 602
permite al usuario intermediario 303 recibir claramente mensajes de
datos de los usuarios finales 306 antes del momento de transmisión o
del momento de recepción proyectado.
La figura 7 muestra un diagrama de tiempo para
ilustrar las relaciones temporales en la recepción de un mensaje de
datos del usuario final (consulte el usuario final 306 de las
figuras 3 y4).
La recepción de un mensaje de datos 700 del
usuario final a través del usuario intermediario 303 puede
efectuarse como muy pronto en el tiempo de tolerancia T después del
comienzo del ciclo parcial 502 para la comunicación en tiempo real.
A continuación, hay una ventana de tiempo 702 dentro de la cual el
mensaje de datos 700 puede recibirse desde el usuario
intermediario.
La longitud de la ventana de tiempo 702 está
limitada de modo que en el momento de transmisión proyectado TW del
mensaje de datos 506 debe haberse recibido al menos una primera
parte del mensaje de datos 700 para que éste pueda transmitirse
mediante un proceso llamado cutthrough como mensaje de datos
506. Para garantizar esto, el usuario final 306 debe enviar el
mensaje de datos 307 al menos en el tiempo de tolerancia T antes
del momento de transmisión proyectado TW.
Claims (9)
1. Proceso para el funcionamiento de un usuario
final (306) de un sistema de comunicación (300) isócrono y cíclico,
por el que se recibe un mensaje de datos de sincronización (510) de
un usuario intermediario (303) del sistema de comunicación (300) a
través del usuario final (306), el mensaje de datos de
sincronización está sujeto al tiempo de propagación de un tramo de
transmisión entre el usuario intermediario y el usuario final, el
tiempo de propagación resulta del tiempo de propagación del mensaje
de datos de sincronización a través del tramo de transmisión (308)
y del tiempo de latencia para la activación de una interrupción en
una conexión (310) del usuario final (306), y por el que una base
de tiempo del usuario final (306) está sincronizada mediante el
mensaje de datos de sincronización, con lo cual resulta una
sincronización de la base de tiempo con una tolerancia en función
del tiempo de propagación, y por el que se procesa de manera cíclica
una lista de emisión del usuario final (306) dentro de un ciclo de
comunicación (500, 502) en función de la base de tiempo del usuario
final, caracterizado porque
la emisión de un mensaje de datos (700) según la
lista de emisión del usuario final al usuario intermediario se
efectúa a través del usuario intermediario (303) al comienzo del
ciclo de comunicación (500, 502) como muy pronto y a más tardar en
la tolerancia antes de un momento de transmisión proyectado del
mensaje de datos en cuestión, y por el que el mensaje de datos de
sincronización (510) del usuario final se recibe cuando el tampón
de recepción del usuario final está vacío.
2. Proceso según la reivindicación 1, por el que
el ciclo de comunicación puede dividirse en un primer ciclo parcial
(502) para la comunicación en tiempo real y en un segundo ciclo
parcial (504) para la comunicación en tiempo diferido, y por el que
la transmisión del mensaje de datos en el ciclo parcial se lleva a
cabo para la comunicación en tiempo real.
3. Proceso según la reivindicación 1 ó 2, por el
que la emisión del mensaje de datos de sincronización se efectúa a
través del usuario intermediario (303) como muy pronto después de un
tiempo de vaciado máximo del tampón de recepción del usuario final
(306) después del comienzo del ciclo de comunicación.
4. Producto de programa informático,
especialmente soporte de memoria digital, para el funcionamiento de
un usuario final de un sistema de comunicación isócrono y cíclico
con medios de programas para la realización de los siguientes
pasos:
- Recepción de un mensaje de datos de
sincronización (510) de un usuario intermediario (303) del sistema
de comunicación (300) a través del usuario final (306), por lo que
el mensaje de datos de sincronización está sujeto al tiempo de
propagación de un tramo de transmisión entre el usuario
intermediario y el usuario final, por lo que el tiempo de
propagación resulta del tiempo de propagación del mensaje de datos
de sincronización a través del tramo de transmisión (308) y del
tiempo de latencia para la activación de una interrupción en una
conexión (310) del usuario final (306),
- Sincronización de una base de tiempo del
usuario final (306) mediante el mensaje de datos de sincronización,
de lo que resulta una sincronización de la base de tiempo con una
tolerancia en función del tiempo de propagación,
- Procesamiento cíclico de una lista de emisión
del usuario final (306) dentro de un ciclo de comunicación (500,
502) en función de la base de tiempo del usuario final,
caracterizado porque
la emisión de un mensaje de datos (700) según la
lista de emisión del usuario final al usuario intermediario se
efectúa a través del usuario intermediario (303) al comienzo del
ciclo de comunicación (500, 502) como muy pronto y a más tardar en
la tolerancia antes del momento de transmisión proyectado del
mensaje de datos en cuestión, y por el que el mensaje de datos de
sincronización (510) del usuario final se recibe cuando el tampón
de recepción del usuario final está vacío.
5. Producto de programa informático según la
reivindicación 4, en el que los medios de programas están diseñados
de tal forma que la recepción del mensaje de datos de sincronización
sólo tiene lugar cuando el tampón de recepción está vacío.
6. Usuario final de un sistema de comunicación
isócrono y cíclico con
- Medios para la recepción de un mensaje de
datos de sincronización (510) de un usuario intermediario (303) del
sistema de comunicación (300) a través del usuario final (306), por
lo que el mensaje de datos de sincronización está sujeto al tiempo
de propagación de un tramo de transmisión entre el usuario
intermediario y el usuario final, por lo que el tiempo de
propagación resulta del tiempo de propagación del mensaje de datos
de sincronización a través del tramo de transmisión (308) y del
tiempo de latencia para la activación de una interrupción en una
conexión (310) del usuario final (306),
- Medios para la sincronización de una base de
tiempo del usuario final (306) mediante el mensaje de datos de
sincronización, de lo que resulta una sincronización de la base de
tiempo con una tolerancia en función del tiempo de propagación,
- Medios para el procesamiento cíclico de una
lista de emisión del usuario final (306) dentro de un ciclo de
comunicación (500, 502) en función de la base de tiempo del usuario
final,
caracterizado porque la emisión de un
mensaje de datos (700) según la lista de emisión del usuario final
al usuario intermediario se efectúa a través del usuario
intermediario (303) al comienzo del ciclo de comunicación (500,
502) como muy pronto y a más tardar en la tolerancia antes del
momento de transmisión proyectado del mensaje de datos en cuestión,
y por el que el mensaje de datos de sincronización (510) del usuario
final se recibe cuando el tampón de recepción del usuario final
está vacío.
7. Usuario intermediario de un sistema de
comunicación isócrono y cíclico con medios para la emisión de un
mensaje de datos de sincronización (510) a un usuario final (306) a
través de un tramo de transmisión (308) sujeto a un tiempo de
propagación, por el que el tiempo de propagación resulta del tiempo
de propagación del mensaje de datos de sincronización a través del
tramo de transmisión (308) y del tiempo de latencia para la
activación de una interrupción en una conexión (310) del usuario
final (306), por el que la emisión del mensaje de datos de
sincronización se efectúa como muy pronto después de una pausa de
emisión (512) después del comienzo del ciclo de comunicación (500,
502), por el que la pausa de emisión corresponde a un tiempo de
vaciado máximo de un tampón de recepción (310) del usuario final, y
por el que el mensaje de datos de sincronización (510) del usuario
final se recibe cuando el tampón de recepción del usuario final está
vacío.
8. Producto de programa informático,
especialmente soporte de memoria digital, con medios de programas
para la emisión de un mensaje de datos de sincronización (510) a un
usuario final (306) a través de un tramo de transmisión (308)
sujeto a un tiempo de propagación, por el que el tiempo de
propagación resulta del tiempo de propagación del mensaje de datos
de sincronización a través del tramo de transmisión (308) y del
tiempo de latencia para la activación de una interrupción en una
conexión (310) del usuario final (306), por el que la emisión del
mensaje de datos se efectúa como muy pronto después de una pausa de
emisión (512) después del comienzo del ciclo de comunicación (500,
502), y la pausa de emisión corresponde a un tiempo de vaciado
máximo del tampón de recepción (310) del usuario final (306), y por
el que el mensaje de datos de sincronización (510) del usuario
final se recibe cuando el tampón de recepción del usuario final está
vacío.
9. Sistema de comunicación con al menos un
usuario final según la reivindicación 6 y con al menos un usuario
intermediario según la reivindicación 7.
Applications Claiming Priority (4)
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| DE10150671 | 2001-10-17 | ||
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