WO2018121864A1 - Verfahren zum betrieb eines mehrere kommunikationsgeräte umfassenden kommunikationsnetzes eines industriellen automatisierungssystems und steuerungseinheit - Google Patents

Verfahren zum betrieb eines mehrere kommunikationsgeräte umfassenden kommunikationsnetzes eines industriellen automatisierungssystems und steuerungseinheit Download PDF

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Definitions

  • Industrial automation systems are used to monitor, control and regulate technical processes, in particular in the area of production, process and building automation, and enable the operation of control devices, sensors, machines and industrial installations, which should be as independent as possible and independent of human intervention .
  • a special prob- lematik results in industrial automation systems regularly from a message traffic with relatively vie ⁇ len, but relatively short messages, which the above problems are amplified.
  • Software Defined Networking aims to virtualize communications network capabilities by subdividing communication devices such as routers or switches into functional components associated with the control plane and data plane. Since the ⁇ ta Plane includes features or components for forward each processing of data packets or frames.
  • the control plane includes management functions for controlling the forwarding or the components of the data plane.
  • OpenFlow is a software-implemented standard
  • Control Planes defined.
  • An abstraction of hardware as Virtual Services provides a waiver of a procedure ⁇ le configuration of the hardware, in particular by one per ⁇ programmable, centralized control of network traffic is created.
  • OpenFlow supports partitioning of system resources into network slices, which ensures deployment of defined system resources independent of other existing network slices.
  • OpenFlow switch sends a message with a parameter request to a configuration server to get connection parameters from an OpenFlow controller.
  • the OpenFlow switch receives an IP address and a set of OpenFlow connection parameters from the configuration server, the set of OpenFlow connection parameters including at least connection parameters of a first OpenFlow controller.
  • the OpenFlow switch sends a message with a request for a connection setup to the first OpenFlow controller in accordance with the IP address and the set of OpenFlow connection parameters of the first OpenFlow controller. In this way, an automatic connection setup between an OpenFlow switch and an OpenFlow controller can be realized.
  • WO 2013/110742 Al relates to a control unit for providing ⁇ provision of communications services within a physical communication network. These communication services are used by several applications running on communication devices, for each of which requirements for the communication services are specified.
  • the control unit ⁇ a communication network model is generated which represents a topology of the physical communications network, and for each communication device is a network node model environmentally summarizes.
  • the hub model describes functions and Res ⁇ resources of the respective communication device.
  • the control unit for each calculates a virtual communication network to the Lichtunikationsge ⁇ boards running application by the requirements of the application to the communications services to the communications network model are tobil ⁇ det.
  • the calculated virtual communications networks each comprise at least 2 by a network node model ⁇ be required network node and a partition or slice Network selected communication network resources that are provided by the communication devices.
  • WO 2014/108178 Al a method for connecting a booting switch's is described with a communication network by means of a central control unit, wherein the communica tion ⁇ network comprises a plurality of switches that are controlled by the central control unit.
  • the central control unit data ⁇ packets transmitted with control information for the switches send DIE same communication paths as data packets with user data.
  • the switches each include a pipeline that stores forwarding rules for data packets and that can be accessed through a local switch port.
  • the communication paths for data packets with Steuerungsinformatio- NEN be established by storing in the pipelines of the switches by the central control unit ⁇ predetermined routing rules. At least one of the switches has a selected port via which the booting switch is connected to the communications network.
  • a temporary communication path is ge ⁇ uses the local a communication path between the selected port and the central control unit and a communi ⁇ cation path between the selected port and a Port of the booting switch. This temporary communi ⁇ cation path provides access to the pipeline of booting the switch.
  • WO 2015/096761 A1 describes a traffic-oriented dynamic zoning for software-defined networking
  • SDN system for managing resource provisioned by an SDN controller.
  • the network component determines available traffic planning zones and selects a local zone controller of for each determined fixturepla ⁇ drying zone. Based on the control information and a zoning scheme, a master zone controller is selected, with the master zone controller and local zone controllers selected from the SDN controllers. In addition, the network component communicates local zone controller, zone membership, and master zone controller information to at least some of the SDN controllers.
  • the cycle time is used as a time base for peri ⁇ odische data transmission. Due to the usually relatively small amount of data in control commands, challenges in the industrial automation system are less a provision of sufficient bandwidth to transmit the control commands, but rather a reliable guarantee of a defined time window for their transmission. For this time slice based schedulers are used, for example, with those high on ⁇ requirements can be met latency and jitter. However, a consistent configuration of timeslot-based schedulers, especially in industrial automo- very complex, especially since existing solutions for a virtualization of communication networks only aimed at bandwidth guarantees.
  • the present invention has for its object to provide a simple and failsafe method for configuring ei ⁇ ner time-based access control for send queues in industrial communication devices in path reservation requests and specify a corresponding control unit for communication devices.
  • control unit controls at least one control unit functions of several zugeord ⁇ neter communication devices.
  • the control unit is at least one partition of the communication network zugeord ⁇ net. Partitions each contain predefinable shares of system resources of assigned communication devices for
  • the communication devices each comprise at least one transmit and receive ⁇ unit, each transmitting and receiving unit respectively associated with sev- eral transmit queues, which are granted in each case for a definable access time within a DEFINE ⁇ cash repetition cycle access to the respective transmitting and receiving unit becomes.
  • the communication devices may be associated with a software defined network comprising a communication control level called a control plane and a data transmission level called a data plane. The control unit is assigned to the control plane while the communication devices are assigned to the data plane.
  • the communication devices router or Swit ⁇ ches may include, where example ⁇ example flow tables are predetermined by the control unit, from which routing tables or forwarding tables associated with the control unit for communication devices derived.
  • Vorzugswei ⁇ se are the partitions Network slices and manually by ei ⁇ nes engineering system by a Systemadministra ⁇ tor or automatically set.
  • the access time durations and Wiederho ⁇ development cycles for the transmit queues are Haut- by the control unit in accordance with the resource usage lives for the partitions in the associated communications equipment provides.
  • the partitions are classified according to access time durations and repetition cycles set in the associated communication devices.
  • path reservation requests for data streams are classified according to specified access durations and retry cycles.
  • possible partitions are determined based on matching classifications of access durations and repetition cycles. The determined partitions are checked to see if sufficient system resources are available for the respective path reservation request. With a positive verification result, the respective Pfadreservtechniksan ⁇ question is associated with at least one partition determined, and within that partition, system resources are reserved for the path reservation request ⁇ required. To this This enables a simple and reliable configuration of communication network partitions, which can be flexibly adapted to cycle times in an industrial automation system. In this case, a mutual influence of the partitions can be excluded.
  • control unit for the path reservation requests determined in each communication network paths taking into account in the particular partition of available system resources, and controls routing or switching functions of the communication devices according to the ermit ⁇ telten communication network paths.
  • the control unit preferably determines the communication network paths on the basis of a quality measure.
  • a quality measure for determining the communication network paths by the control unit for example, the path can be set free ⁇ .
  • the transmit queues of the communication devices can be set by the data flow control unit with different repetition cycles by finding a least common multiple as the total repetition cycle for the different repetition cycles. Since ⁇ at the different repetition cycles for the transmit queues with a frequency in the total repetition cycle are embedded, which corresponds to a quotient of Ge ⁇ including repetition cycle and the respective repetition cycle.
  • the access durations for the transmit queues are each identical, while the different repetition cycles are each an integer multiple of a fundamental cycle.
  • the system resources can be used by several control units when commissioning the communication network equally distributed partitioned.
  • the partitions are then changed according to a respective resource utilization or request by the control units.
  • the system resources at a start of the communication network entspre ⁇ accordingly known or estimated classifications of communication requests can be processed by partitioned with the communication network to be connected to automation devices. In this way, matching path length requests and retry cycles are expected for path reservation requests.
  • path reservation requests can be accepted without having to change partitions.
  • control units can each be assigned to at least one tenant, one user or one application.
  • the path reservation requests may be initiated by a respective tenant, user, or application.
  • the access time durations and repetition cycles for the transmit queues of the communication devices are controlled by means of the Time Aware Shaper in accordance with IEEE 802.1Qbv.
  • the control unit is for implementing a method according to the preceding embodiments before ⁇ seen and designed and set up to control functions of several associated communication devices and to ⁇ at least one partition of a communication network to be assigned.
  • partitions each contain predefinable shares of system resources of assigned communication devices for predefinable resource utilization periods.
  • the control unit is configured and arranged to access ⁇ time last and repeated cycles of transmit queues according to the resources useful lives of the partitions in the assigned communication devices.
  • the communication devices each comprise at least one Sen ⁇ de- and receiving unit.
  • Each transmitter and receiver unit are each assigned a plurality of transmit queues, which will be given in each case for a definable period of time within access ei ⁇ nes definable repetition cycle access to the jewei ⁇ celled transmitting and receiving unit.
  • control unit configured and arranged to classify the partitions according to the set in the higher-level communication devices to ⁇ access time durations and repetition cycles and classify path reservation requests for data streams corresponding to the specified access time durations and repetition cycles. Moreover, the control unit configured and arranged to determine possible partitions for the path reservation requests on the basis of matching classifications of access time periods and repeat cycles and to check the partitions determined whether sufficient Systemres ⁇ resources are available for the particular path reservation request. In addition, the control unit configured and arranged to allocate at least the respective path ⁇ reservation request from a positive check result of a partition determined and get Within these partition for the path reservation request erfor ⁇ derliche system resources.
  • FIG. 2 shows a flow chart for a reservation of system resources by the control units of the communication system illustrated in FIG. 1,
  • Figure 3 is a schematic representation of granting access to send queues of the communication devices shown in Figure 1 to data streams with different repetition cycles.
  • the communication network of a indust ⁇ -material automation system shown in Figure 1 comprises a plurality of Kommunikati ⁇ onsoara 200 and a plurality of control units 101, 102.
  • the communication devices 200 can, for example, switches, router ter or firewalls and be for the connection of ackpro ⁇ logic controllers 300 or input / Serving output units of the industrial automation system.
  • Speicherpro ⁇ logic controllers 300 typically each include a communication module, a central processing unit and at least one input / output unit (I / O) module and thus also constitute communications equipment.
  • Input / output units can in principle be designed as a decentralized peripheral modules are arranged away from a programmable logic controller.
  • a programmable controller 300 is connected, for example, to a switch or router or additionally to a field bus via the communication module.
  • the input / output unit is used to exchange control and measured variables between the programmable logic controller
  • the central unit is in particular provided for determining appropriate control ⁇ sizes of measured variables.
  • the programmable logic controller 300 are connected to each other in the present embodiment via a backplane bus system.
  • the communication devices 200 in the present exporting ⁇ insurance for a Software Defined Network (SDN) zugeord ⁇ net, the one called control plane communications control level 1 and a data plane as described data transmission ⁇ level 2 includes.
  • the control units 101, 102 as SDN controllers are assigned to the control plane, while the communication devices are assigned to the data plane.
  • flow tables for switches or routers are specified, from which routing tables or forwarding tables for the respective control unit 101, 102 associated communication ⁇ tion devices 200 are derived.
  • control units 101, 102 are each assigned to at least one tenant, in particular a user or an application.
  • the control units 101, 102 are generally configured and arranged to control functions of a plurality of associated communication devices 200 and each associated with a partition of the Kom ⁇ munikationsnetzes.
  • the partitions are PRESENT embodiment Network slices and can be set manually by a Systemadminist ⁇ ator or automatically by means of an engineering system.
  • to handle the Network ⁇ slices each predetermined proportions of Sys ⁇ temressourcen associated communication devices 200 for predeterminable durations use of resources, wherein the Network slices are preferably disjoint logically to each other. For every
  • Control unit 101, 102 is preferably in each case a se ⁇ parate resource view 111, 121 on the shares of system resources provided resources associated with the respective network slice.
  • System resources include, for example, port bandwidth, queue buffers, DHCP address ranges, VLAN identifiers, and routing table or forwarding table entries.
  • Can Sys ⁇ temressourcen the control units 101, 102 are assigned basically partitioned during commissioning of the communication network to the next ⁇ uniformly distributed. The network slices may then be changed by the controllers 101, 102 in accordance with a respective resource utilization or request.
  • the Sys ⁇ temressourcen be part partitioned at a startup of the Varunikationsnet ⁇ zes according to known or estimated classifications of communication requirements to the communication network to be connected to automation devices.
  • the communication devices 200 each include at least one transmitting and receiving unit or a port, wherein each transmitting and receiving unit or each port are each assigned a plurality of transmit queues (queues).
  • the send queues are each granted access to the respective send and receive unit or to the respective port for a definable access time duration within a definable repetition cycle.
  • the access time durations and repetition cycles for the transmit queues are determined by the control units 101, 102 is set in accordance with the Lucasnut ⁇ useful lives for the Network slices in the associated communication devices 200th In this case, the access durations and repetition cycles for the send queues of the communication devices 200 can be controlled, for example, by means of the Time Aware Shaper in accordance with IEEE 802.1Qbv.
  • step 201 of the flow chart shown in Figure 2 for a reservation of system resources the Network Slices are classified according to the set in the assigned Medunikationsge ⁇ councils access time periods and Wiederholungszyk- len. This can for example take place by means of a En ⁇ neering system as part of a configuration.
  • the control units monitor 101, 102 corresponding to step 202 continuously whether Pfadreservtechniksanfra ⁇ gen of Tenants, users and applications are available.
  • Pre- lying path reservation requests for data streams are classified according to the respective path reservation request spe ⁇ z en access time durations and repetition cycles (step 203).
  • step 204 by the control units 101, 102 for the request based Pfadreservie- approximately matching classifications of access time durations and repetition cycles possible Network slices determined within which a Pfadre ⁇ Serving is possible in principle. If there are no matching classifications, the respective path reservation request corresponding to step 210 is rejected. In principle, data streams assigned to rejected path reservation requests can be transmitted as best effort data in free time slots without quality guarantees being met. In addition, it is also possible to reserve certain time slots for Best Effort data.
  • the control units 101, 102 determine communication network paths taking into account available system resources in the respective network slice.
  • the control units 101 determine 102 the communications network paths, for example, to ⁇ hand path cost
  • the Steuerungseinhei ⁇ th 101, 102 designed for it and set up who can pinpoint
  • network slices checked to see if sufficient system resources were available for the particular path reservation request.
  • a rejection of the respective path reservation request ⁇ is controlled according to step 210, a rejection of the respective path reservation request ⁇ .
  • a notification of rejection may include suggestions for a new reservation request with changed parameters.
  • the respective path reservation request associated with step 207 is assigned to a determined network slice, and within that network slice, system resources required for the path reservation request are reserved (step 208).
  • the control units 101, 102 according to step 209 control routing or switching functions of the communication devices according to the determined communication ⁇ tion network paths.
  • Within an industrial process streams have frequently ⁇ fig same repetition cycle.
  • hie ⁇ rarchischen control circuits may have different repeat cycles occur, which differ significantly from each other. Different repetition cycles, however, hamper a configuration of a time-based scheduler for Time Aware Shaper. As part of the configuration of the
  • Scheduler be set all the time points on which opens a gate for a transmit queue or CLOSED ⁇ sen.
  • data from the assigned to the JE ava pier gate transmit queue ⁇ sent to.
  • Data from a transmit queue closed Ga ⁇ te can not be sent.
  • the send queues of the communication devices 200 are set by the control units 101, 102 for data streams with different repetition cycles by determining a least common multiple as the total repetition cycle for the different repetition cycles.
  • the different repeating cycles are embedded for the transmission queues with a frequency in the total repetition cycle corresponding to a Quotien ⁇ th from total repetition cycle and the respective repetition cycle.
  • repetition cycles are adapted in a second scenario, such that they are each ⁇ wells an integer multiple of a basic cycle.
  • a repetition cycle of 30 ms is ge ⁇ selected for a second data stream 322nd In the second scenario, this allows the overall repetition cycle 323 to be shortened to 30 ms and become colliding gate reservations. At different times Therefore, an adjustment according to the second scenario should always be made.

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Abstract

Verfahren zum Betrieb eines mehrere Kommunikationsgeräte umfassenden Kommunikationsnetzes eines industriellen Automatisierungssystems und Steuerungseinheit Zum Betrieb eines mehrere Kommunikationsgeräte umfassenden Kommunikationsnetzes eines industriellen Automatisierungssys- tems steuert zumindest eine Steuerungseinheit Funktionen meh- rerer zugeordneter Kommunikationsgeräte und ist zumindest ei- ner Partition des Kommunikationsnetzes zugeordnet. Partitio- nen umfassen jeweils vorgebbare Anteile an Systemressourcen zugeordneter Kommunikationsgeräte für vorgebbare Ressourcen- nutzungsdauern. Zugriffszeitdauern und Wiederholungszyklen für Sendewarteschlangen werden durch die Steuerungseinheit entsprechend den Ressourcennutzungsdauern für die Partitionen in den zugeordneten Kommunikationsgeräten eingestellt. Für die Pfadreservierungsanfragen werden anhand übereinstimmender Klassifizierungen von Zugriffszeitdauern und Wiederholungs- zyklen mögliche Partitionen ermittelt. Bei ausreichenden Sys- temressourcen wird die jeweilige Pfadreservierungsanfrage ei- ner ermittelten Partition zugeordnet.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betrieb eines mehrere Kommunikationsgeräte umfassenden Kommunikationsnetzes eines industriellen
Automatisierungssystems und Steuerungseinheit
Industrielle Automatisierungssysteme dienen zur Überwachung, Steuerung und Regelung von technischen Prozessen, insbesondere im Bereich Fertigungs-, Prozess- und Gebäudeautomatisie- rung, und ermöglichen einen Betrieb von Steuerungseinrichtungen, Sensoren, Maschinen und industriellen Anlagen, der möglichst selbständig und unabhängig von menschlichen Eingriffen erfolgen soll. Aufgrund einer ständig steigenden Bedeutung von Informationstechnik für Automatisierungssysteme, die zahlreiche vernetzte Steuerungs- bzw. Rechnereinheiten umfas¬ sen, gewinnen Verfahren zur zuverlässigen Bereitstellung von über ein Automatisierungssystem verteilten Funktionen für eine Bereitstellung von Überwachungs- , Steuerungs- und Rege¬ lungsfunktionen verstärkt an Bedeutung. Eine besondere Prob- lematik resultiert in industriellen Automatisierungssystemen regelmäßig aus einem Meldungsverkehr mit verhältnismäßig vie¬ len, aber relativ kurzen Nachrichten, wodurch obige Probleme verstärkt werden. Software Defined Networking zielt auf eine Virtualisierung von Kommunikationsnetzfunktionen ab, indem Kommunikationsgeräte wie Router oder Switche funktionell in Control Plane und Data Plane zugeordnete Komponenten unterteilt werden. Die Da¬ ta Plane umfasst Funktionen bzw. Komponenten zur Weiterlei- tung von Datenpaketen bzw. -rahmen. Die Control Plane umfasst hingegen Management-Funktionen zur Steuerung der Weiterleitung bzw. der Komponenten der Data Plane. Mit OpenFlow ist beispielsweise ein Standard für Software-implementierte
Control Planes definiert. Eine Abstraktion von Hardware als virtuelle Services ermöglicht einen Verzicht auf eine manuel¬ le Konfiguration der Hardware, insbesondere indem eine pro¬ grammierbare, zentrale Steuerung von Netzverkehr geschaffen wird. OpenFlow unterstützt eine Partitionierung von System- Ressourcen in Network Slices, durch die unabhängig von anderen bestehenden Network Slices eine Bereitstellung definierter System-Ressourcen gewährleistet wird.
Aus US 2013/268686 AI ist ein Verfahren zum Senden einer An- forderung eines Verbindungsaufbaus bekannt, bei dem ein
OpenFlow-Switch eine Nachricht mit einer Parameteranforderung an einen Konfigurationsserver sendet, um Verbindungsparameter von einem OpenFlow-Controller zu erhalten. Auf die Nachricht mit der Parameteranforderung empfängt der OpenFlow-Switch ei- ne IP-Adresse und einen Satz von OpenFlow-Verbindungsparame- tern vom Konfigurationsserver, wobei der Satz von OpenFlow- Verbindungsparametern zumindest Verbindungsparameter eines ersten OpenFlow-Controllers umfasst. Der OpenFlow-Switch sen¬ det entsprechend der IP-Adresse und dem Satz von OpenFlow- Verbindungsparametern des ersten OpenFlow-Controllers eine Nachricht mit einer Anforderung eines Verbindungsaufbaus an den ersten OpenFlow-Controller. Auf diese Weise kann ein automatischer Verbindungsaufbau zwischen einem OpenFlow-Switch und einem OpenFlow-Controller realisiert werden.
WO 2013/110742 AI betrifft eine Steuerungseinheit zur Bereit¬ stellung von Kommunikationsdiensten innerhalb eines physikalischen Kommunikationsnetzes. Diese Kommunikationsdienste werden durch mehrere auf Kommunikationsgeräten ablaufende An- Wendungen genutzt, für die jeweils Anforderungen an die Kommunikationsdienste spezifiziert sind. Durch die Steuerungs¬ einheit wird ein Kommunikationsnetzmodell erzeugt, das eine Topologie des physikalischen Kommunikationsnetzes wiedergibt und für jedes Kommunikationsgerät ein Netzknotenmodell um- fasst. Das Netzknotenmodell beschreibt Funktionen und Res¬ sourcen des jeweiligen Kommunikationsgeräts. Außerdem berechnet die Steuerungseinheit für jede auf den Kommunikationsge¬ räten ablaufende Anwendung ein virtuelles Kommunikationsnetz, indem die Anforderungen der jeweiligen Anwendung an die Kommunikationsdienste auf das Kommunikationsnetzmodell abgebil¬ det werden. Die berechneten virtuellen Kommunikationsnetze umfassen jeweils zumindest 2 durch ein Netzknotenmodell be¬ schriebene Netzknoten und eine Partition bzw. Network Slice ausgewählter Kommunikationsnetzressourcen, die durch die Kommunikationsgeräte bereitgestellt werden.
In WO 2014/108178 AI ist ein Verfahren zur Verbindung eines bootenden Switchs mit einem Kommunikationsnetz mittels einer zentralen Steuerungseinheit beschrieben, wobei das Kommunika¬ tionsnetz eine Vielzahl von Switchen umfasst, die durch die zentrale Steuerungseinheit gesteuert werden. Zur Steuerung der Switche übermittelt die zentrale Steuerungseinheit Daten¬ pakete mit Steuerungsinformationen für die Switche über die- selben Kommunikationspfade wie Datenpakete mit Nutzdaten. Die Switche umfassen jeweils eine Pipeline, in der Weiterlei- tungsregeln für Datenpakete gespeichert sind und auf die über einen lokalen Switch-Port zugegriffen werden kann. Die Kommunikationspfade für die Datenpakete mit Steuerungsinformatio- nen werden eingerichtet, indem durch die zentrale Steuerungs¬ einheit vorgegebene Weiterleitungsregeln in den Pipelines der Switche gespeichert werden. Zumindest einer der Switche weist einen ausgewählten Port auf, über den der bootende Switch mit dem Kommunikationsnetz verbunden ist. Zur Speicherung von Weiterleitungsregeln im bootenden Switch durch die zentrale Steuerungseinheit wird ein temporärer Kommunikationspfad ge¬ nutzt, der einen Kommunikationspfad zwischen dem ausgewählten Port und der zentralen Steuerungseinheit sowie einen Kommuni¬ kationspfad zwischen dem ausgewählten Port und einem lokalen Port des bootenden Switchs umfasst. Dieser temporäre Kommuni¬ kationspfad ermöglicht einen Zugriff auf die Pipeline des bootenden Switchs. WO 2015/096761 AI beschreibt eine datenverkehrsorientierte dynamische Zonenbildung für Software Defined Networking
(SDN) , bei der eine Netzkomponente Steuerungsinformationen von einem SDN-Controller aus einer Mehrzahl von SDN-Control- lern empfängt. Die Netzkomponente ermittelt verfügbare Ver- kehrsplanungszonen und wählt für jede ermittelte Verkehrspla¬ nungszone einen lokalen Zonen-Controller aus. Anhand der Steuerungsinformationen und eines Zonenbildungsschemas wird ein Master-Zonen-Controller ausgewählt, wobei der Master- Zonen-Controller und die lokalen Zonen-Controller aus den SDN-Controllern ausgewählt werden. Darüber hinaus übermittelt die Netzkomponente Angaben zu lokalen Zonen-Controllern, Zonen-Mitgliedschaft und Master-Zonen-Controller an zumindest einige der SDN-Controller. Für zyklusorientierte Steuerungsprozesse in industriellen
Automatisierungssystemen, bei denen Steuerungsbefehle regelmäßig innerhalb einer vorgegebenen Zykluszeit übermittelt sein müssen, wird die Zykluszeit als Zeitbasis für eine peri¬ odische Datenübermittlung verwendet. Aufgrund einer üblicher- weise eher geringen Datenmenge bei Steuerungsbefehlen bestehen Herausforderungen in industriellen Automatisierungssystem weniger in einer Bereitstellung einer ausreichenden Bandbreite zur Übermittlung der Steuerungsbefehle, sondern vielmehr in einer zuverlässigen Gewährleistung eines definierten Zeit- fensters für ihre Übermittlung. Hierzu werden beispielsweise Zeitscheiben-basierte Scheduler verwendet, mit denen hohe An¬ forderungen an Latenz und Jitter erfüllt werden können. Allerdings ist eine konsistente Konfigurierung von Zeitschei- ben-basierten Schedulern insbesondere in industriellen Auto- matisierungssystemen sehr aufwendig, zumal bestehende Lösungen für eine Virtualisierung von Kommunikationsnetzen lediglich auf Bandbreiten-Garantien abzielen. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und fehlersicheres Verfahren zur Konfiguration ei¬ ner zeitbasierten Zugriffssteuerung für Sendewarteschlangen in industriellen Kommunikationsgeräten bei Pfadreservierungsanfragen anzugeben sowie eine entsprechende Steuerungseinheit für Kommunikationsgeräte anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen und durch eine Steuerungseinheit mit den in Anspruch 14 angegebenen Merkmalen ge- löst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines mehrere Kommunikationsgeräte umfassenden Kommunikations- netzes eines industriellen Automatisierungssystems steuert zumindest eine Steuerungseinheit Funktionen mehrerer zugeord¬ neter Kommunikationsgeräte. Dabei ist die Steuerungseinheit zumindest einer Partition des Kommunikationsnetzes zugeord¬ net. Partitionen umfassen jeweils vorgebbare Anteile an Sys- temressourcen zugeordneter Kommunikationsgeräte für
vorgebbare Ressourcennutzungsdauern und sind vorzugsweise zu¬ einander logisch disjunkt. Darüber hinaus umfassen die Kommunikationsgeräte jeweils zumindest eine Sende- und Empfangs¬ einheit, wobei jeder Sende- und Empfangseinheit jeweils meh- rere Sendewarteschlangen zugeordnet sind, denen jeweils für eine definierbare Zugriffszeitdauer innerhalb eines definier¬ baren Wiederholungszyklus Zugriff auf die jeweilige Sende- und Empfangseinheit eingeräumt wird. Die Kommunikationsgeräte können beispielsweise einem Software Defined Network zugeordnet sein, das eine als Control Plane bezeichnete Kommunikationssteuerungsebene und eine als Data Plane bezeichnete Datenübermittlungsebene umfasst. Dabei ist die Steuerungseinheit der Control Plane zugeordnet, während die Kommunikationsgeräte der Data Plane zugeordnet sind. Ins¬ besondere können die Kommunikationsgeräte Router bzw. Swit¬ ches umfassen, wobei durch die Steuerungseinheit beispiels¬ weise Flow-Tabellen vorgebbar sind, aus denen Routing-Tabel- len bzw. Forwarding-Tabellen für der Steuerungseinheit zugeordnete Kommunikationsgeräte abgeleitet werden. Vorzugswei¬ se sind die Partitionen Network Slices und werden mittels ei¬ nes Engineering-Systems manuell durch einen Systemadministra¬ tor oder automatisiert festgelegt.
Erfindungsgemäß werden die Zugriffszeitdauern und Wiederho¬ lungszyklen für die Sendewarteschlangen durch die Steuerungseinheit entsprechend den Ressourcennutzungsdauern für die Partitionen in den zugeordneten Kommunikationsgeräten einge- stellt. Außerdem werden die Partitionen entsprechend den in den zugeordneten Kommunikationsgeräten eingestellten Zugriffszeitdauern und Wiederholungszyklen klassifiziert. Dementsprechend werden Pfadreservierungsanfragen für Datenströme entsprechend spezifizierten Zugriffszeitdauern und Wiederho- lungszyklen klassifiziert. Für die Pfadreservierungsanfragen werden anhand übereinstimmender Klassifizierungen von Zugriffszeitdauern und Wiederholungszyklen mögliche Partitionen ermittelt. Die ermittelten Partitionen werden darauf überprüft, ob für die jeweilige Pfadreservierungsanfrage ausrei- chende Systemressourcen verfügbar sind. Bei einem positiven Überprüfungsergebnis wird die jeweilige Pfadreservierungsan¬ frage zumindest einer ermittelten Partition zugeordnet, und innerhalb dieser Partition werden für die Pfadreservierungs¬ anfrage erforderliche Systemressourcen reserviert. Auf diese Weise ist eine einfache und zuverlässige Konfiguration von Kommunikationsnetz-Partitionen möglich, die flexibel an Zykluszeiten in einem industriellen Automatisierungssystem anpassbar ist. Dabei kann eine gegenseitige Beeinflussung der Partitionen ausgeschlossen werden.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt die Steuerungseinheit für die Pfadreservierungsanfragen jeweils Kommunikationsnetzpfade unter Berücksichtigung in der jeweiligen Partition verfügbarer Systemressourcen und steuert Routing- oder Switching- Funktionen der Kommunikationsgeräte entsprechend den ermit¬ telten Kommunikationsnetzpfaden. Die Steuerungseinheit ermittelt die Kommunikationsnetzpfade vorzugsweise anhand eines Gütemaßes. Als Gütemaß zur Ermittlung der Kommunikationsnetzpfade durch die Steuerungseinheit können beispielsweise Pfad¬ kosten angesetzt werden.
Die Sendewarteschlangen der Kommunikationsgeräte können durch die Steuerungseinheit für Datenströme mit unterschiedlichen Wiederholungszyklen eingestellt werden, indem für die unterschiedlichen Wiederholungszyklen ein kleinstes gemeinsames Vielfaches als Gesamt-Wiederholungszyklus ermittelt wird. Da¬ bei sind die unterschiedlichen Wiederholungszyklen für die Sendewarteschlangen mit einer Häufigkeit in den Gesamt- Wiederholungszyklus eingebettet, die einem Quotienten aus Ge¬ samt-Wiederholungszyklus und jeweiligem Wiederholungszyklus entspricht. Vorzugsweise sind die Zugriffszeitdauern für die Sendewarteschlangen jeweils identisch, während die unter- schiedlichen Wiederholungszyklen jeweils ein ganzzahliges Vielfaches eines Grundzyklus sind.
Grundsätzlich können die Systemressourcen mehreren Steuerungseinheiten bei einer Inbetriebnahme des Kommunikations- netzes gleichverteilt partitioniert zugeordnet werden. Die Partitionen werden dann entsprechend einer jeweiligen Ressourcenausnutzung bzw. -anforderung durch die Steuerungseinheiten verändert. Vorzugsweise werden die Systemressourcen bei einer Inbetriebnahme des Kommunikationsnetzes entspre¬ chend bekannter bzw. geschätzter Klassifikationen von Kommunikationsanforderungen seitens mit dem Kommunikationsnetz zu verbindender Automatisierungsgeräte partitioniert. Auf diese Weise sind bei Pfadreservierungsanfragen übereinstimmende Klassifizierungen von Zugriffszeitdauern und Wiederholungszyklen zu erwarten. Somit können Pfadreservierungsanfragen angenommen werden, ohne dass Partitionen verändert werden müssen . Steuerungseinheiten können beispielsweise jeweils zumindest einem Tenant, einem Benutzer bzw. einer Anwendung zugeordnet sein. Darüber hinaus können die Pfadreservierungsanfragen durch jeweils einen Tenant, einen Benutzer bzw. eine Anwendung initiiert sein. Vorzugsweise werden die Zugriffszeitdau- ern und Wiederholungszyklen für die Sendewarteschlangen der Kommunikationsgeräte mittels Time Aware Shaper entsprechend IEE 802.1Qbv gesteuert.
Die erfindungsgemäße Steuerungseinheit ist zur Durchführung eines Verfahrens entsprechend vorangehenden Ausführungen vor¬ gesehen und dafür ausgestaltet und eingerichtet, Funktionen mehrerer zugeordneter Kommunikationsgeräte zu steuern und zu¬ mindest einer Partition eines Kommunikationsnetzes zugeordnet zu sein. Dabei umfassen Partitionen jeweils vorgebbare Antei- le an Systemressourcen zugeordneter Kommunikationsgeräte für vorgebbare Ressourcennutzungsdauern. Außerdem ist die Steuerungseinheit dafür ausgestaltet und eingerichtet, Zugriffs¬ zeitdauern und Wiederholungszyklen für Sendewarteschlangen entsprechend den Ressourcennutzungsdauern für die Partitionen in den zugeordneten Kommunikationsgeräten einzustellen. Dabei umfassen die Kommunikationsgeräte jeweils zumindest eine Sen¬ de- und Empfangseinheit. Jeder Sende- und Empfangseinheit sind jeweils mehrere Sendewarteschlangen zugeordnet, denen jeweils für eine definierbare Zugriffszeitdauer innerhalb ei¬ nes definierbaren Wiederholungszyklus Zugriff auf die jewei¬ lige Sende- und Empfangseinheit eingeräumt wird.
Erfindungsgemäß ist die Steuerungseinheit dafür ausgestaltet und eingerichtet, die Partitionen entsprechend den in den zu¬ geordneten Kommunikationsgeräten eingestellten Zugriffszeitdauern und Wiederholungszyklen zu klassifizieren und Pfadreservierungsanfragen für Datenströme entsprechend spezifizierten Zugriffszeitdauern und Wiederholungszyklen zu klassifi- zieren. Außerdem ist die Steuerungseinheit dafür ausgestaltet und eingerichtet, für die Pfadreservierungsanfragen anhand übereinstimmender Klassifizierungen von Zugriffszeitdauern und Wiederholungszyklen mögliche Partitionen zu ermitteln und die ermittelten Partitionen darauf zu überprüfen, ob für die jeweilige Pfadreservierungsanfrage ausreichende Systemres¬ sourcen verfügbar sind. Darüber hinaus ist die Steuerungseinheit dafür ausgestaltet und eingerichtet, die jeweilige Pfad¬ reservierungsanfrage bei einem positiven Überprüfungsergebnis zumindest einer ermittelten Partition zuzuordnen und inner- halb dieser Partition für die Pfadreservierungsanfrage erfor¬ derliche Systemressourcen zu reservieren.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend an einem Ausfüh¬ rungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Figur 1 ein mehrere Kommunikationsgeräte und diesen zu¬ geordnete Steuerungseinheiten umfassendes Kommunikationsnetz eines industriellen Automatisierungssystems , Figur 2 ein Ablaufdiagramm für eine Reservierung von Systemressourcen durch die Steuerungseinheiten des in Figur 1 dargestellten Kommunikationssystems,
Figur 3 eine schematische Darstellung einer Einräumung eines Zugriffs auf Sendewarteschlangen der in Figur 1 dargestellten Kommunikationsgeräte an Datenströme mit unterschiedlichen Wiederholungszyklen.
Das in Figur 1 dargestellte Kommunikationsnetz eines indust¬ riellen Automatisierungssystems umfasst mehrere Kommunikati¬ onsgeräte 200 und mehrere Steuerungseinheiten 101, 102. Die Kommunikationsgeräte 200 können beispielsweise Switche, Rou- ter oder Firewalls sein und zum Anschluss von speicherpro¬ grammierbaren Steuerungen 300 oder Ein-/Ausgabeeinheiten des industriellen Automatisierungssystems dienen. Speicherpro¬ grammierbare Steuerungen 300 umfassen typischerweise jeweils ein Kommunikationsmodul, eine Zentraleinheit sowie zumindest eine Eingabe/Ausgabe-Einheit (I/O-Modul) und stellen somit ebenfalls Kommunikationsgeräte dar. Eingabe/Ausgabe-Einheiten können grundsätzlich auch als dezentrale Peripheriemodule ausgestaltet sein, die entfernt von einer speicherprogrammierbaren Steuerung angeordnet sind.
Über das Kommunikationsmodul ist eine speicherprogrammierbare Steuerung 300 beispielsweise mit einem Switch oder Router oder zusätzlich mit einem Feldbus verbunden. Die Eingabe/Ausgabe-Einheit dient einem Austausch von Steuerungs- und Messgrößen zwischen der speicherprogrammierbaren Steuerung
300 und einer durch die speicherprogrammierbare Steuerung 300 gesteuerten Maschine oder Vorrichtung 400. Die Zentraleinheit ist insbesondere für eine Ermittlung geeigneter Steuerungs¬ größen aus erfassten Messgrößen vorgesehen. Obige Komponenten der speicherprogrammierbaren Steuerung 300 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel über ein Rückwandbus-System miteinander verbunden. Die Kommunikationsgeräte 200 sind im vorliegenden Ausfüh¬ rungsbeispiel einem Software Defined Network (SDN) zugeord¬ net, das eine als Control Plane bezeichnete Kommunikations- steuerungsebene 1 und eine als Data Plane bezeichnete Daten¬ übermittlungsebene 2 umfasst. Die Steuerungseinheiten 101, 102 als SDN-Controller sind der Control Plane zugeordnet, während die Kommunikationsgeräte der Data Plane zugeordnet sind. Durch die Steuerungseinheiten 101, 102 werden beispielsweise Flow-Tabellen für Switche oder Router vorgegeben, aus denen Routing-Tabellen bzw. Forwarding-Tabellen für der jeweiligen Steuerungseinheit 101, 102 zugeordnete Kommunika¬ tionsgeräte 200 abgeleitet werden.
Die Steuerungseinheiten 101, 102 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils zumindest einem Tenant zugeordnet, ins- besondere einem Benutzer bzw. einer Anwendung. Die Steuerungseinheiten 101, 102 sind allgemein dafür ausgestaltet und eingerichtet, Funktionen mehrerer zugeordneter Kommunikationsgeräte 200 zu steuern und jeweils einer Partition des Kom¬ munikationsnetzes zugeordnet. Die Partitionen sind im vorlie- genden Ausführungsbeispiel Network Slices und können mittels eines Engineering-Systems manuell durch einen Systemadminist¬ rator oder automatisiert festgelegt werden. Insbesondere um¬ fassen die Network Slices jeweils vorgebbare Anteile an Sys¬ temressourcen zugeordneter Kommunikationsgeräte 200 für vorgebbare Ressourcennutzungsdauern, wobei die Network Slices vorzugsweise zueinander logisch disjunkt sind. Für jede
Steuerungseinheit 101, 102 ist vorzugsweise jeweils eine se¬ parate Ressourcensicht 111, 121 auf die Anteile an Systemres- sourcen vorgesehen, die der jeweiligen Network Slice zugeordnet sind.
Zu Systemressourcen zählen beispielsweise Port-Bandbreite, Queue-Buffer, DHCP-Adressbereiche, VLAN-Identifikatoren und Routing-Tabellen- bzw. Forwarding-Tabellen-Einträge . Die Sys¬ temressourcen können den Steuerungseinheiten 101, 102 bei einer Inbetriebnahme des Kommunikationsnetzes grundsätzlich zu¬ nächst gleichverteilt partitioniert zugeordnet werden. Die Network Slices können dann durch die Steuerungseinheiten 101, 102 entsprechend einer jeweiligen Ressourcenausnutzung bzw. -anforderung verändert werden. Vorzugsweise werden die Sys¬ temressourcen bei einer Inbetriebnahme des Kommunikationsnet¬ zes entsprechend bekannter bzw. geschätzter Klassifikationen von Kommunikationsanforderungen seitens mit dem Kommunikationsnetz zu verbindender Automatisierungsgeräte partitioniert.
Die Kommunikationsgeräte 200 umfassen jeweils zumindest eine Sende- und Empfangseinheit bzw. einen Port, wobei jeder Sen- de- und Empfangseinheit bzw. jedem Port jeweils mehrere Sen- dewarteschlangen (Queues) zugeordnet sind. Den Sendewarte- schlangen wird jeweils für eine definierbare Zugriffszeitdau¬ er innerhalb eines definierbaren Wiederholungszyklus Zugriff auf die jeweilige Sende- und Empfangseinheit bzw. auf den je- weiligen Port eingeräumt. Die Zugriffszeitdauern und Wiederholungszyklen für die Sendewarteschlangen werden durch die Steuerungseinheiten 101, 102 entsprechend den Ressourcennut¬ zungsdauern für die Network Slices in den zugeordneten Kommunikationsgeräten 200 eingestellt. Dabei können die Zugriffs- Zeitdauern und Wiederholungszyklen für die Sendewarteschlangen der Kommunikationsgeräte 200 beispielsweise mittels Time Aware Shaper entsprechend IEE 802.1Qbv gesteuert werden. In Schritt 201 des in Figur 2 dargestellten Ablaufdiagramms für eine Reservierung von Systemressourcen werden die Network Slices entsprechend den in den zugeordneten Kommunikationsge¬ räten eingestellten Zugriffszeitdauern und Wiederholungszyk- len klassifiziert. Dies kann beispielsweise mittels eines En¬ gineering-Systems im Rahmen einer Projektierung erfolgen. Darüber hinaus überwachen die Steuerungseinheiten 101, 102 entsprechend Schritt 202 fortlaufend, ob Pfadreservierungsanfra¬ gen von Tenants, Benutzern bzw. Anwendungen vorliegen. Vor- liegende Pfadreservierungsanfragen für Datenströme werden entsprechend in der jeweiligen Pfadreservierungsanfrage spe¬ zifizierten Zugriffszeitdauern und Wiederholungszyklen klassifiziert (Schritt 203) . Entsprechend Schritt 204 werden durch die Steuerungseinheiten 101, 102 für die Pfadreservie- rungsanfragen anhand übereinstimmender Klassifizierungen von Zugriffszeitdauern und Wiederholungszyklen mögliche Network Slices ermittelt, innerhalb derer grundsätzlich eine Pfadre¬ servierung möglich ist. Liegen keine übereinstimmenden Klassifizierungen vor, wird die jeweilige Pfadreservierungs- anfrage entsprechend Schritt 210 abgewiesen. Abgewiesenen Pfadreservierungsanfragen zugeordnete Datenströme können grundsätzlich als Best Effort Daten in freien Zeitschlitzen übermittelt werden, ohne dass Qualitätsgarantien eingehalten werden. Darüber hinaus ist es auch möglich, bestimmte Zeit- schlitze für Best Effort Daten zu reservieren.
Bei übereinstimmenden Klassifizierungen ermitteln die Steuerungseinheiten 101, 102 entsprechend Schritt 205 für die Pfadreservierungsanfragen jeweils Kommunikationsnetzpfade un- ter Berücksichtigung in der jeweiligen Network Slice verfügbarer Systemressourcen. Dabei ermitteln die Steuerungseinheiten 101, 102 die Kommunikationsnetzpfade beispielsweise an¬ hand von Pfadkosten Darüber hinaus sind die Steuerungseinhei¬ ten 101, 102 dafür ausgestaltet und eingerichtet, die ermit- telten Network Slices entsprechend Schritt 206 darauf zu überprüfen, ob für die jeweilige Pfadreservierungsanfrage ausreichende Systemressourcen verfügbar sind. Sind keine aus¬ reichenden Systemressourcen verfügbar, erfolgt entsprechend Schritt 210 eine Abweisung der jeweiligen Pfadreservierungs¬ anfrage. Eine Mitteilung der Abweisung kann beispielsweise Vorschläge für eine neue Reservierungsanfrage mit veränderten Parametern umfassen. Wenn ausreichende Systemressourcen verfügbar sind, wird die jeweilige Pfadreservierungsanfrage entsprechend Schritt 207 einer ermittelten Network Slice zugeordnet, und innerhalb dieser Network Slice werden für die Pfadreservierungsanfrage erforderliche Systemressourcen reserviert (Schritt 208). Auf Basis dessen steuern die Steuerungseinheiten 101, 102 entsprechend Schritt 209 Routing- oder Switching-Funktionen der Kommunikationsgeräte entsprechend den ermittelten Kommunika¬ tionsnetzpfaden . Innerhalb eines technischen Prozesses haben Datenströme häu¬ fig denselben Wiederholungszyklus. Bei überlagerten bzw. hie¬ rarchischen Regelungskreisen können jedoch unterschiedliche Wiederholungszyklen auftreten, die sich erheblich voneinander unterscheiden. Unterschiedliche Wiederholungszyklen erschwe- ren jedoch eine Konfiguration eines zeitbasierten Schedulers für Time Aware Shaper. Im Rahmen der Konfiguration des
Schedulers werden sämtliche Zeitpunkte festgelegt, zu denen ein Gate für eine Sendewarteschlange geöffnet oder geschlos¬ sen wird. Bei einem offenen Gate können Daten aus der dem je- weiligen Gate zugeordneten Sendewarteschlange gesendet wer¬ den. Daten aus einer Sendewarteschlange mit geschlossenem Ga¬ te können dagegen nicht gesendet werden. Die Sendewarteschlangen der Kommunikationsgeräte 200 werden durch die Steuerungseinheiten 101, 102 für Datenströme mit unterschiedlichen Wiederholungszyklen eingestellt, indem für die unterschiedlichen Wiederholungszyklen ein kleinstes ge- meinsames Vielfaches als Gesamt-Wiederholungszyklus ermittelt wird. Dabei sind die unterschiedlichen Wiederholungszyklen für die Sendewarteschlangen mit einer Häufigkeit in den Gesamt-Wiederholungszyklus eingebettet sind, die einem Quotien¬ ten aus Gesamt-Wiederholungszyklus und jeweiligem Wiederho- lungszyklus entspricht.
In Figur 3 sind zwei Szenarien mit jeweils 2 Datenströmen 311-312, 321-322 und unterschiedlichen Wiederholungszyklen dargestellt, wobei die Zugriffszeitdauern jeweils 5 ms betra- gen. Entsprechend einem ersten Szenario weist ein erster Da¬ tenstrom 311 einen Wiederholungszyklus von 10 ms auf, während ein zweiter Datenstrom 312 einen Wiederholungszyklus von 33 ms aufweist. Bei einem großen Gesamt-Wiederholungszyklus von 330 ms besteht neben einer daraus resultierenden grundsätz- lieh schlechten Bandbreitenausnutzung ein Problem darin, dass Gate-Reservierungen für den ersten Datenstrom 311 und den zweiten Datenstrom 312 von Zeitschlitz 41 bis Zeitschlitz 43 (Zeitschlitzlänge jeweils 1 ms) im ersten Szenario kollidie¬ ren würden.
Aufgrund dessen sind die unterschiedlichen Wiederholungszyklen bei einem zweiten Szenario derart angepasst, dass sie je¬ weils ein ganzzahliges Vielfaches eines Grundzyklus sind. Während ein erster Datenstrom 321 auch beim zweiten Szenario einen Wiederholungszyklus von 10 ms aufweist, wird für einen zweiten Datenstrom 322 ein Wiederholungszyklus von 30 ms ge¬ wählt. Im zweiten Szenario können damit können der Gesamt- Wiederholungszyklus 323 auf 30 ms verkürzt und kollidierende Gate-Reservierungen werden. Bei unterschiedlichen Wiederho- lungszyklen sollte daher stets eine Anpassung entsprechend dem zweiten Szenario vorgenommen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb eines mehrere Kommunikationsgeräte umfassenden Kommunikationsnetzes eines industriellen Automa- tisierungssystems , bei dem
- zumindest eine Steuerungseinheit (101, 102) Funktionen mehrerer zugeordneter Kommunikationsgeräte (200) steuert und zumindest einer Partition des Kommunikationsnetzes zugeordnet ist, wobei Partitionen jeweils vorgebbare An- teile an Systemressourcen zugeordneter Kommunikationsgeräte (200) für vorgebbare Ressourcennutzungsdauern umfassen,
- die Kommunikationsgeräte (200) jeweils zumindest eine Sende- und Empfangseinheit umfassen und jeder Sende- und Empfangseinheit jeweils mehrere Sendewarteschlangen zu¬ geordnet sind, denen jeweils für eine definierbare Zu¬ griffszeitdauer innerhalb eines definierbaren Wiederholungszyklus Zugriff auf die jeweilige Sende- und Emp¬ fangseinheit eingeräumt wird,
- die Zugriffszeitdauern und Wiederholungszyklen für die
Sendewarteschlangen durch die Steuerungseinheit (101, 102) entsprechend den Ressourcennutzungsdauern für die Partitionen in den zugeordneten Kommunikationsgeräten (200) eingestellt werden,
- die Partitionen entsprechend den in den zugeordneten
Kommunikationsgeräten (200) eingestellten Zugriffszeitdauern und Wiederholungszyklen klassifiziert werden,
- Pfadreservierungsanfragen für Datenströme entsprechend spezifizierten Zugriffszeitdauern und Wiederholungszyk- len klassifiziert werden,
- für die Pfadreservierungsanfragen anhand übereinstimmender Klassifizierungen von Zugriffszeitdauern und Wiederholungszyklen mögliche Partitionen ermittelt werden, - die ermittelten Partitionen darauf überprüft werden, ob für die jeweilige Pfadreservierungsanfrage ausreichende Systemressourcen verfügbar sind,
- die jeweilige Pfadreservierungsanfrage bei einem positi- ven Überprüfungsergebnis zumindest einer ermittelten
Partition zugeordnet wird und innerhalb dieser Partition für die Pfadreservierungsanfrage erforderliche System¬ ressourcen reserviert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
bei dem die Steuerungseinheit (101, 102) für die Pfadreser¬ vierungsanfragen jeweils Kommunikationsnetzpfade unter Be¬ rücksichtigung in der jeweiligen Partition verfügbarer Systemressourcen ermittelt und Routing- oder Switching-Funktio- nen der Kommunikationsgeräte entsprechend den ermittelten Kommunikationsnetzpfaden steuert .
3. Verfahren nach Anspruch 2,
bei dem die Steuerungseinheit (101, 102) die Kommunikations- netzpfade anhand eines Gütemaßes ermittelt.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
bei dem als Gütemaß zur Ermittlung der Kommunikationsnetzpfa¬ de durch die Steuerungseinheit (101, 102) Pfadkosten ange- setzt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
bei dem die Sendewarteschlangen der Kommunikationsgeräte (200) durch die Steuerungseinheit (101, 102) für Datenströme mit unterschiedlichen Wiederholungszyklen eingestellt werden, indem für die unterschiedlichen Wiederholungszyklen ein kleinstes gemeinsames Vielfaches als Gesamt-Wiederholungszy- klus ermittelt wird, bei dem die unterschiedlichen Wie- derholungszyklen für die Sendewarteschlangen mit einer Häufigkeit in den Gesamt-Wiederholungszyklus eingebettet sind, die einem Quotienten aus Gesamt-Wiederholungszyklus und je¬ weiligem Wiederholungszyklus entspricht und bei dem die Zu- griffszeitdauern für die Sendewarteschlangen jeweils identisch und die unterschiedlichen Wiederholungszyklen jeweils ein ganzzahliges Vielfaches eines Grundzyklus sind.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
bei dem die Kommunikationsgeräte einem Software Defined Net¬ work zugeordnet sind, das eine als Control Plane bezeichnete Kommunikationssteuerungsebene (1) und eine als Data Plane be¬ zeichnete Datenübermittlungsebene (2) umfasst, bei dem die Steuerungseinheit (101, 102) der Control Plane zugeordnet ist und bei dem die Kommunikationsgeräte (200) der Data Plane zu¬ geordnet sind .
7. Verfahren nach Anspruch 6,
bei dem die Partitionen Network Slices sind und mittels eines Engineering-Systems manuell durch einen Systemadministrator oder automatisiert festgelegt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7,
bei dem die Systemressourcen mehreren Steuerungseinheiten (101, 102) bei einer Inbetriebnahme des Kommunikationsnetzes gleichverteilt partitioniert zugeordnet werden und bei dem die Partitionen entsprechend einer jeweiligen Ressourcenaus¬ nutzung und/oder -anforderung durch die Steuerungseinheiten verändert werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7,
bei dem die Systemressourcen bei einer Inbetriebnahme des Kommunikationsnetzes entsprechend bekannter und/oder ge¬ schätzter Klassifikationen von Kommunikationsanforderungen seitens mit dem Kommunikationsnetz zu verbindender Automatisierungsgeräte (300) partitioniert werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
bei dem die Kommunikationsgeräte (200) Router und/oder Swit¬ ches umfassen und bei dem durch die Steuerungseinheit (101, 102) Flow-Tabellen vorgebbar sind, aus denen Routing-Tabellen und/oder Forwarding-Tabellen für der Steuerungseinheit (101, 102) zugeordnete Kommunikationsgeräte (200) abgeleitet wer- den.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
bei dem Steuerungseinheiten (101, 102) jeweils zumindest ei¬ nem Tenant, einem Benutzer und/oder einer Anwendung zugeord- net sind und/oder bei dem die Pfadreservierungsanfragen durch jeweils einen Tenant, einen Benutzer und/oder eine Anwendung initiiert sind.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
bei dem die Zugriffszeitdauern und Wiederholungszyklen für die Sendewarteschlangen der Kommunikationsgeräte (200) mit¬ tels Time Aware Shaper entsprechend IEE 802.1Qbv gesteuert werden .
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
bei dem die Partitionen zueinander logisch disjunkt sind.
14. Steuerungseinheit zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, die dafür ausgestaltet und ein- gerichtet ist,
- Funktionen mehrerer zugeordneter Kommunikationsgeräte zu steuern und zumindest einer Partition eines Kommunikati¬ onsnetzes zugeordnet zu sein, wobei Partitionen jeweils vorgebbare Anteile an Systemressourcen zugeordneter Korn- munikationsgeräte für vorgebbare Ressourcennutzungsdau¬ ern umfassen,
- Zugriffszeitdauern und Wiederholungszyklen für Sendewar- teschlangen entsprechend den Ressourcennutzungsdauern für die Partitionen in den zugeordneten Kommunikationsgeräten einzustellen, wobei die Kommunikationsgeräte je¬ weils zumindest eine Sende- und Empfangseinheit umfassen und jeder Sende- und Empfangseinheit jeweils mehrere Sendewarteschlangen zugeordnet sind, denen jeweils für eine definierbare Zugriffszeitdauer innerhalb eines de¬ finierbaren Wiederholungszyklus Zugriff auf die jeweili¬ ge Sende- und Empfangseinheit eingeräumt wird,
- die Partitionen entsprechend den in den zugeordneten
Kommunikationsgeräten eingestellten Zugriffszeitdauern und Wiederholungszyklen zu klassifizieren,
- Pfadreservierungsanfragen für Datenströme entsprechend spezifizierten Zugriffszeitdauern und Wiederholungszyklen zu klassifizieren,
- für die Pfadreservierungsanfragen anhand übereinstimmen- der Klassifizierungen von Zugriffszeitdauern und Wiederholungszyklen mögliche Partitionen zu ermitteln,
- die ermittelten Partitionen darauf zu überprüfen, ob für die jeweilige Pfadreservierungsanfrage ausreichende Sys¬ temressourcen verfügbar sind,
- die jeweilige Pfadreservierungsanfrage bei einem positi¬ ven Überprüfungsergebnis zumindest einer ermittelten Partition zuzuordnen und innerhalb dieser Partition für die Pfadreservierungsanfrage erforderliche Systemres¬ sourcen zu reservieren.
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