Beschreibung
Verfahren und Anordnung zur Adressierung von Teilnehmern in einem aus mindestens zwei Segmenten bestehenden Netzwerk
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anord¬ nung zur Adressierung von Teilnehmern in einem aus mindestens zwei Segmenten bestehenden Netzwerk nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. dem Oberbegriff des Anspruchs 4.
In der DIN 19245, Teil 1, ist das Übertragungsprotokoll des PROFIBUS beschrieben, der zu einem Netzwerk aus mehreren Seg¬ menten zusammengeschaltet werden kann. Zwischen den einzelnen Segmenten sind Netzübergänge angeordnet, welche die Segmente verbinden, damit Teilnehmer an verschiedenen Segmenten mit¬ einander kommunizieren können. Zur Adressierung der Empfangs¬ teilnehmer enthalten Nachrichten eine Weginformation, in der zumindest die Adresse des Empfangsteilnehmers angegeben ist. An dieser Adresse erkennt der Empfangsteilnehmer, daß eine ankommende Nachricht für ihn bestimmt ist. Die Adresse kann eine individuelle Adresse sein, unter der nur ein einziger Teilnehmer angesprochen wird, oder eine Satπmeladresse, unter der mehrere oder auch alle Teilnehmer im System angesprochen werden. Jeder Teilnehmer besitzt eine individuelle Adresse, die für das jeweilige Segment, an dem er angeschlossen ist, eindeutig ist.
Aus der DE-OS 40 00 673 ist bekannt, zur Übertragung von Nachrichten über Segmentgrenzen hinweg in der Weginformation die Teilnehmeradresse des Empfangsteilnehmers, die an seinem Segment gültig ist, sowie die Segmentadressen der Segmente, über welche die Nachricht weitergeleitet werden muß, einzu¬ tragen. Ein Sendeteilnehmer, der mit einem Empfangsteilnehmer kommunizieren möchte, muß somit in einem Speicher die er- forderlichen Informationen über den vollständigen Weg der
Nachricht abgelegt haben und diese in die Nachricht einfügen. Netzübergänge müssen bei jeder Nachricht überprüfen, ob die
in der Weginformation enthaltenen Segmentnummern mit den Nummern der Segmente übereinstimmen, die sie verbinden, und gegebenenfalls die Nachricht weiterleiten. Dabei ist es von Nachteil, daß sich die Zahl der Segmentadressen in der Weg- Information bei größeren Netzwerken entsprechend der Anzahl der an der Übertragung beteiligten Segmente erhöht und sich somit das Verhältnis von Nutzdatenlänge zur Länge der Nach¬ richt verschlechtert. Zudem wird ein erheblicher Speicher¬ platz zum Ablegen der umfangreichen Weginformationen für sämtliche Teilnehmerverbindungen in den Teilnehmern benötigt. Zur Abhilfe ist in der obengenannten Schrift vorgeschlagen worden, zur Adressierung eines Empfangsteilnehmers in der Weginformation lediglich dessen Tei1nehme adresse und Seg¬ mentnummer anzugeben. Die Netzübergänge führen dann eine Liste der über sie erreichbaren Segmente und reichen eine Nachricht nur dann weiter, wenn in der Weginformation die Nummer eines erreichbaren Segmentes enthalten ist. Dieses Verfahren verringert zwar die für die Weginformation der Nachrichten erforderliche Datenmenge, es können aber Probleme auftreten, wenn sich die Netzwerkstruktur ändert oder ein Empfängsteilnehmer in ein anderes Segment verlegt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Adressierung von Teilnehmern in einem aus mindestens zwei Segmenten bestehenden Netzwerk zu finden, bei dem ein gutes Verhältnis von Nutzdaten zur Länge der Nachricht erreicht wird und bei dem auf die Übertragung der Segmentnummer eines Empfangsteilnehmers auch bei Nachrichten, die über mehrere Segmente geleitet werden, verzichtet werden kann, sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Anordnung zu schaf¬ fen.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist das neue Verfahren bzw. die neue Anordnung der eingangs genannten Art die im kennzeich- nenden Teil des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 4 genannten Merkmale auf. Vorteilhafte Weiterbildungen des neuen Verfah¬ rens sind in den Unteransprüchen angegeben. Erfindungsgemäß
wird eine Nachricht, die für einen Empfangsteilnehmer in einem anderen Segment bestimmt ist, vom Sender der Nachricht an den betreffenden, am selben Segment angeschlossenen Netz- übergang mit einer Kennung der Teilnehmerverbindung für den Netzübergang adressiert. Der Netzübergang kann durch die Kennung der Teilnehmerverbindung die Adresse, an welche die Nachricht weitergeleitet werden muß, mit Hilfe von im Netz- übergang hinterlegten Informationen ermitteln und die Nach¬ richt weiterleiten. Wenn ein weiterer Netzübergang dazwischen liegt, wird dieser adressiert, d. h., dasselbe Prinzip wird noch einmal angewandt. Die Nachricht wird in den Netzübergän¬ gen jeweils mit der neuen Zieladresse versehen und an den nächsten Netzübergang bzw. vom letzten Netzübergang an den Empfangsteilnehmer übergeben.
Anhand der Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Er¬ findung dargestellt sind, werden im folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.
Es zeigen:
Figur l ein erfindungsgemäßes Netzwerk mit drei Segmenten und Figur 2 eine symbolische Darstellung der für einen Netzüber¬ gang möglichen Teilnehmerverbindungen.
In einem Netzwerk nach Figur 1 befindet sich ein Teilnehmer El an einem Segment Sl, das über einen Netzübergang Nl mit einem zweiten Segment S2 verbunden ist. Das Segment S2 wie¬ derum ist über einen Netzübergang N2 mit einem dritten Seg- ment S3 verbunden, an dem sich ein Teilnehmer E3 befindet. An dem Segment S2 ist ein Teilnehmer E2 angeschlossen. Will der Teilnehmer El als Sendeteilnehmer an den Teilnehmer E3 als Empfangsteilnehmer eine Nachricht senden, so muß er dazu die Kennung der entsprechenden Teilnehmerverbindung wissen und daß E3 über den Netzübergang Nl erreichbar ist. El adressiert daher Nl in Segment Sl und überträgt in einer Weginformation die Kennung der Teilnehmerverbindung an Nl. In Nl ist die
Information hinterlegt, daß die Nachricht dieser Teil¬ nehmerverbindung über N2 laufen muß und welche Kennung die Teilnehmerverbindung für N2 hat. Er fügt daher diese Kennung in die Nachricht ein und adressiert die Nachricht in Segment S2 an den Netzübergang N2. Der Netzübergang N2 schließlich kennt für diese Teilnehmerverbindung die Adresse des Emp¬ fangsteilnehmers E3, da dieser am selben Segment angeschlos¬ sen ist, und leitet die Nachricht an diesen weiter. Vorteil¬ haft ist dabei, daß jeder Teilnehmer einen oder mehrere ande- re Teilnehmer in einem anderen Segment ansprechen kann, ohne deren Lage im Netzwerk oder deren Adresse am Segment zu ken¬ nen. Er muß lediglich wissen, über welchen Netzübergang der oder die betreffenden Teilnehmer erreichbar sind, also die Adresse dieses Netzübergangs am eigenen Segment und die Ken- nung der Teilnehmerverbindung. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die Funktionalität des Empfangsteilnehmers aus der Sicht des Sendeteilnehmers in dem Netzübergang zu liegen scheint, der sich am eigenen Segment befindet. Die Kennung der Teilnehmerverbindung ist vergleichbar mit einem bei- spielsweise aus der DIN 19245, Teil 1, bekannten Dienstzu¬ gangspunkt (LSAP - Link Service Access Point) und kann auch in entsprechender Weise übertragen werden. Wie in Empfangs- teilnehmern, in denen durch die Adreßerweiterung mit einem LSAP verschiedene Dienste oder Funktionen des Empfangsteil- nehmers adressiert werden, können mit der Kennung der Teil- nehmerverbindung über einen Netzübergang die in den Empfangs- teilnehmern konzentrierten Funktionen aufgerufen werden. Für den Sendeteilnehmer scheinen diese Dienste im Netzübergang konzentriert zu sein. Daher braucht jeder Teilnehmer nur die anderen Teilnehmer einschließlich der Netzübergänge zu ken¬ nen, die an seinem eigenen Segment angeschlossen sind. Die Struktur des gesamten Netzwerkes oder der Segmente, die hin¬ ter einem Netzübergang liegen, ist für ihn verborgen und wird nicht benötigt.
Allerdings muß jeder Netzübergang beim Eintreffen einer Nach¬ richt wissen, wohin, d. h. an welche Adresse am anderen Seg-
ment, und mit welcher Kennung der Teilnehmerverbindung er sie weiterleiten muß. Dazu benötigt er einen Speicherbereich, aus dem für jede Teilnehmerverbindung die auf dem anderen Segment gültige Adressierung des Empfangεteilnehmers abgeleitet wer- den kann. Dieser Speicherbereich wird im folgenden Durch¬ schalttabelle genannt. Die genaue Form der Durchschalttabelle ist nicht festgelegt. Wenn ein Sendeteilnehmer mit mehreren Empfangsteilnehmern nacheinander kommunizieren will, unter¬ hält der Netzübergang mehrere Teilnehmerverbindungen für die- sen Sendeteilnehmer. Für jede dieser Teilnehmerverbindungen enthält die Durchschalttabelle einen Eintrag.
In Figur 2 ist ein Beispiel für einen Netzübergang N3 darge¬ stellt, der mehrere Teilnehmerverbindungen unterhält. Ein Segment S4 mit einem Teilnehmer E4 ist über den Netzübergang N3 mit einem Segment S5, an dem Teilnehmer E5 und E6 ange¬ schlossen sind, verbunden. Für jede mögliche Teilnehmerver¬ bindung wurde in dem Netzübergang N3 ein Kommunikationskanal eingerichtet. Eine Nachricht des Teilnehmers E4 als Sende- teilnehmer an den Teilnehmer E5 als Empfangsteilnehmer wird zunächst auf dem Segment S4 an den Netzübergang N3, der an dem Segment S4 die Adresse 21 hat, gesendet. Gleichzeitig wird an den Netzübergang N3 eine Kennung der Teilnehmerver¬ bindung Kl übertragen. Anhand der Durchschalttabelle, in der für diesen Kommunikationskanal die Adresse 9 des Empfangs¬ teilnehmers E5 am Segment S5 abgelegt ist, wird die Ziel- adresse der Nachricht am Segment S5 ermittelt und die Nach¬ richt weitergeleitet. Eine Nachricht an den Teilnehmer E6 adressiert der Teilnehmer E4 ebenfalls an den Netzübergang N3 mit der Adresse 21 am Segment S4, fügt dieser aber K2 als Kennung der Teilnehmerverbindung hinzu. Entsprechend einem weiteren Eintrag in der Durchschalttabelle für diesen Kommu¬ nikationskanal leitet der Netzübergang N3 diese Nachricht an die Adresse 16 des Empfangsteilnehmers E6 auf dem Segment S5 weiter. Wenn umgekehrt der Teilnehmer E5 eine Nachricht an den Teilnehmer E4 senden will, adressiert er die Nachricht an die Adresse 3 des Netzübergangs N3 am Segment S5 und teilt
ihm die Kennung für die Teilnehmerverbindung K3 mit. Unter der Kennung K3 findet der Netzübergang N3 die Adresse 7 des Empfangsteilnehmers E4 und überträgt dann diesem die Nach¬ richt. In entsprechender Weise läuft die Übertragung einer Nachricht vom Sendeteilnehmer E6 zum Empfangsteilnehmer E4 unter der Verwendung der Kennung der Teilnehmerverbindung K4 ab.
Empfänger einer Nachricht können auch Gruppen von Teilnehmern oder alle übrigen Teilnehmer im Netzwerk sein.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß die Teilnehmer El ... E6 dadurch entlastet werden, daß sie im Unterschied zu den be¬ kannten Lösungen keine Pfadinformation in Form von Listen der Segmentadressen für die Verbindungen zu anderen Teilnehmern abspeichern müssen. Ebenso benötigen sie keinerlei Informa¬ tionen über den Aufbau des Netzwerks. Diese Information ist im Netzwerk verteilt und nur da vorhanden, wo sie gebraucht wird, nämlich in den Netzübergängen Nl ... N3. Eine Vereinfa- chung der Teilnehmer El ... E6 wird auch dadurch erreicht, daß sie zwischen der intrasegmentären, d. h. im selben Seg¬ ment ablaufenden, und der extrasegmentären Kommunikation, die über Segmentgrenzen hinweg abgewickelt wird, nicht unter¬ scheiden müssen. Bei bisherigen Verfahren, bei denen die Teilnehmer die Segmentadresse des Empfangsteilnehmers der
Weginformation einer Nachricht hinzufügen, müssen Teilnehmer, die nur auf die Kommunikation in einem Segment eingestellt sind und nicht mit Segmentadressen arbeiten können, im Falle eines nachträglichen Ausbaus des Netzwerks auf mehrere Seg- mente entweder aufgerüstet, beispielsweise durch neue Pro¬ grammierung, oder durch neue Geräte ersetzt werden, damit sie auch mit Teilnehmern aus anderen Segmenten kommunizieren kön¬ nen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist das nicht not¬ wendig. Ein Teilnehmer, der eine LSAP-Adreßerweiterung zu- läßt, braucht für die Kommunikation über Segmentgrenzen hin¬ weg keine Funktionserweiterungen. Die Auswirkungen von Adreß- änderungen und Änderungen der Netzwerkstruktur, z. B. Ände-
rungen von Segmentnummern, Hinzufügen neuer Segmente, Verle¬ gen eines Teilnehmers in ein anderes Segment, bleiben auf die unmittelbare Umgebung, d. h. auf die betroffenen Segmente, beschränkt. Eine derartige Änderung hat auf die Teilnehmer an den anderen Segmenten keinerlei Auswirkungen. Bei den bekann¬ ten Verfahren, die mit Segmentadressen in der Weginformation arbeiten, müssen auch in den Teilnehmern an anderen Segmen¬ ten, die mit den direkt betroffenen Teilnehmern kommunizie¬ ren, die Segment- oder Teilnehmeradressen zur Adressierung der Empfangsteilnehmer geändert werden. Die Erfindung kann auch auf Netzwerke angewendet werden, die sich aus ver¬ schiedenartigen Segmenten zusammensetzen, da in den Netz- übergängen eine Anpassung an eine andere Kommunikationsart stattfinden kann. Über die Netzübergänge sind die Eigenschaf- ten der unterschiedlichen Teilnetze entkoppelt. Darüber hin¬ aus ist bei der erfindungsgemäßen Adressierung der Aufwand in den Teilnehmern kleiner, da diese in einem Eingangsfilter der Nachrichten lediglich die am jeweiligen Segment gültige Adresse auswerten müssen, um zu erkennen, ob die Nachricht für sie bestimmt ist. Eine Auswertung weiterer Adressen, bei¬ spielsweise einer Segmentadresse, ist nicht erforderlich.
Die Durchschalttabellen können prinzipiell zwar manuell er¬ stellt und in die Netzübergänge geladen werden, es ist aber auch möglich, sie nach dem folgenden Verfahren automatisch in den Netzübergängen zu erzeugen. Voraussetzung des Verfahrens ist, daß jeder Teilnehmer eine Kennzeichnung besitzt, die im gesamten Netzwerk eindeutig ist. Beispielsweise soll im Netz¬ werk nach Figur 1 eine Teilnehmerverbindung zwischen dem Teilnehmer El, der ein LeitSystem mit der Kennzeichnung Ll darstellt, und dem Teilnehmer E3, einem Temperatursensor mit der Kennzeichnung Sll, aufgebaut werden, da das Leitsystem Ll den Temperaturwert des Sensors Sll für Regelungsaufgaben be¬ nötigt. Dazu sendet der Teilnehmer El eine spezielle Such- nachricht auf seinem eigenen Segment Sl aus, in der neben seiner am Segment Sl gültigen Senderadresse auch die Kenn¬ zeichnung Sll des gesuchten Temperatursensors und eine Ken-
nung als Suchnachricht enthalten ist. Diese Nachricht wird von allen am Segment Sl angeschlossenen Teilnehmern ein¬ schließlich der Netzübergänge - im Netzwerk nach Figur 1 der Übersichtlichkeit wegen nur vom Netzübergang Nl - ausgewer- tet. Der Teilnehmer, dessen Kennzeichnung mit der gesendeten übereinstimmt, antwortet an den suchenden Teilnehmer El, also in diesem Fall keiner, da der Teilnehmer E3 nicht an das Seg¬ ment Sl angeschlossen ist. Eine Suchnachricht muß von allen am Segment angeschlossenen NetzÜbergängen durchgelassen wer- den, damit sie alle Teilnehmer im Netzwerk erreichen kann. Da zu diesem Zeitpunkt die Durchschalttabellen nur teilweise oder noch gar nicht existieren, läuft sie über einen besonde¬ ren Kommunikationskanal, der von Anfang an funktionstüchtig ist und keinen Eintrag in der Durchschalttabelle erfordert. Im Ausführungsbeispiel leitet also der Netzübergang Nl die von El gesendete Suchnachricht auf das Segment S2 weiter. Gleichzeitig speichert er die am Segment Sl gültige Adresse des Teilnehmers El für einen vorgegebenen Zeitraum zwischen und fügt seine eigene am Segment S2 gültige Adresse in die Suchnachricht ein. Der Teilnehmer E2 verarbeitet die Such¬ nachricht, findet aber darin nicht seine Kennzeichnung und antwortet nicht. Der Netzübergang N2 wiederum fügt seine am Segment S3 gültige Adresse in die Suchnachricht ein, sendet auf das Segment S3 und speichert die am Segment S2 gültige Adresse des Netzübergangs Nl zwischen. Der Teilnehmer E3 emp¬ fängt schließlich die Suchnachricht und erkennt darin seine Kennzeichnung Sll wieder. Er sendet eine Antwortnachricht an den Netzübergang N2 mit seiner am Segment S3 gültigen Adres¬ se. Beim Empfang der Antwortnachricht legt der Netzübergang N2 in seiner Durchschalttabelle eine neue Kennung für eine
Teilnehmerverbindung an Und trägt die Weginformation ein, die er für eine auf dem Segment S3 gültige Adressierung des Teil¬ nehmers E3 benötigt. Gleichzeitig sendet er an den Netzüber¬ gang Nl über das Segment S2 eine Antwortnachricht, in der er seine am Segment S2 gültige Adresse sowie die neue Kennung der Teilnehmerverbindung überträgt. Der Netzübergang Nl legt ebenfalls in seiner Durchschalttabelle eine neue Kennung für
die Teilnehmerverbindung an und trägt die vom Netzübergang N2 empfangenen Daten ein. Der Netzübergang Nl schließlich sendet eine Antwortnachricht an den suchenden Teilnehmer El, die seine Kennung der Teilnehmerverbindung sowie seine am Segment Sl gültige Adresse enthält. Mit Empfang der Antwortnachricht durch den Teilnehmer El ist die Durchschaltinfor ation in allen beteiligten Netzübergängen bereits hinterlegt, d. h. , der Weg ist durchgeschaltet. Dieses Verfahren wird für jede benötigte Verbindung zwischen den Teilnehmern des Netzwerkes wiederholt. Somit werden die in den Netzübergängen benötigten Durchschalttabellen automatisch gebildet.
Vorteilhaft wird mit diesem Verfahren der Aufwand in den Teilnehmern zum Aufbau einer Teilnehmerverbindung reduziert. Wenn die Durchschalttabellen zunächst in einem Organisations¬ system aufgrund der Antworten erstellt und anschließend in die Netzübergänge geladen würden, wäre ein erheblicher Spei¬ cheraufwand im Organisationssystem notwendig. Beim neuen Ver¬ fahren entfällt dieser Aufwand, da lediglich in den Netzüber- gangen die für die spezielle Teilnehmerverbindung rele-
Informationen der angeschlossenen Segmente und keine Duxch- schalttabelle für das gesamte Netzwerk benötigt werden. Auch der Zeitaufwand und die Netzbelastung ist geringer, da die Durchschalttabellen in den Netzübergängen selbst erstellt werden und nicht noch einmal zu ihnen übertragen werden müs¬ sen. Das neue Verfahren bedeutet auch eine Vereinfachung der Netzübergänge, da keine Übertragungsprozeduren für die Tabel¬ len notwendig sind.
Im Unterschied zu einem Verfahren, bei dem die Tabelle gela¬ den wird, muß ihre Form beim neuen Verfahren nicht exakt festgelegt werden. Da die Tabelle lokal im Netzübergang er¬ stellt wird, ist das Verfahren in vorteilhafter Weise flexi¬ bler, wenn die Netzübergänge Segmente unterschiedlicher Art, beispielsweise mit voneinander verschiedenem Adreßaufbau, verbinden. Für die verschiedenen Übertragungsrichtungen kön¬ nen Weginformationen in die Durchschalttabelle eingetragen
werden, deren Strukturen voneinander abweichen und den Eigen¬ schaften des jeweiligen Segments optimal angepaßt sind. Es ist dabei von Vorteil, wenn für jede Übertragungsrichtung ei¬ ne gesonderte Durchschalttabelle angelegt wird.