Procedimiento para transmitir mensajes en una red de comunicación industrial que puede hacerse funcionar de forma redundante y aparato de comunicación para una red de comunicación industrial que puede hacerse funcionar de forma redundante.

Procedimiento para transmitir mensajes en una red de comunicación industrial que puede hacerse funcionar de forma redundante

, en el que

- se transmiten mensajes en una primera red parcial con topología de árbol correspondiente a un protocolo de árbol de expansión, en donde unos aparatos de comunicación asociados a nodos de red de la primera red parcial intercambian entre sí mensajes con informaciones de topología, para formar una topología de árbol y, con base en las informaciones de topología intercambiadas se establece un nodo de red raíz como elemento base de una topología de árbol, mediante los aparatos de comunicación asociados a los nodos de red de la primera red parcial, y en donde partiendo del nodo de red raíz se estructuran unos enlaces sin bucles con los restantes nodos de red de la primera red parcial,

- en una segunda red parcial de transmiten mensajes de forma correspondiente a un protocolo con redundancia paralela o anular,

- la primera y la segunda red parcial están acopladas entre sí a través de varios aparatos de comunicación,

- se configura como nodo de red raíz de la primera red parcial un nodo de red virtual, que está enlazado con todos los nodos de red de la segunda red parcial, en cada caso a través de un enlace virtual que no puede interrumpirse a causa de un error,

- se configuran unas informaciones de topología de la primera red parcial, que comprende el nodo de red virtual, en cada caso en una conexión virtual desde los aparatos de comunicación asociados a los nodos de red de la segunda red parcial, como informaciones de topología recibidas de la primera red parcial,

- una avería de un aparato de comunicación asociado a un nodo de red de la segunda red parcial o de un enlace entre dos nodos de red de la segunda red parcial se trata exclusivamente de forma correspondiente al protocolo de redundancia paralela o anular, en donde se conserva una configuración del nodo de red virtual como nodo de red raíz de la primera red parcial.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E12178677.

Solicitante: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: WITTELSBACHERPLATZ 2 80333 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: LOHMEYER, JOACHIM, KIESSLING,MARCEL.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS > TRANSMISION DE INFORMACION DIGITAL, p. ej. COMUNICACION... > Redes de datos de conmutación (interconexión o... > H04L12/44 (Redes en estrella o redes en árbol)

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Ilustración 1 de Procedimiento para transmitir mensajes en una red de comunicación industrial que puede hacerse funcionar de forma redundante y aparato de comunicación para una red de comunicación industrial que puede hacerse funcionar de forma redundante.
Ilustración 2 de Procedimiento para transmitir mensajes en una red de comunicación industrial que puede hacerse funcionar de forma redundante y aparato de comunicación para una red de comunicación industrial que puede hacerse funcionar de forma redundante.
Ilustración 3 de Procedimiento para transmitir mensajes en una red de comunicación industrial que puede hacerse funcionar de forma redundante y aparato de comunicación para una red de comunicación industrial que puede hacerse funcionar de forma redundante.
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Procedimiento para transmitir mensajes en una red de comunicación industrial que puede hacerse funcionar de forma redundante y aparato de comunicación para una red de comunicación industrial que puede hacerse funcionar de forma redundante.

Fragmento de la descripción:

Procedimiento para transmitir mensajes en una red de comunicación industrial que puede hacerse funcionar de forma redundante y aparato de comunicación para una red de comunicación industrial que puede hacerse funcionar de forma redundante.

Un sistema de automatización industrial comprende habitualmente un gran número de aparatos de automatización integrados en red entre sí a través de una red de comunicación industrial y se usa, en el marco de una automatización de fabricación o procesamiento, para controlar o regular instalaciones, máquinas o aparatos. A causa de las condiciones marco críticas en sistemas técnicos automatizados mediante sistemas de automatización industriales se utilizan en las redes de comunicación industriales, para la comunicación entre aparatos de comunicación, sobre todo protocolos de comunicación en tiempo real como Profinet, Profibus o Real-Time-Ethernet.

Las interrupciones de enlaces de comunicación entre unidades de ordenador de un sistema de automatización industrial o aparatos de automatización pueden conducir a una repetición indeseada o innecesaria de una transmisión de una solicitud de servicio. Esto causa una carga adicional de enlaces de comunicación del sistema de automatización industrial, lo que puede conducir a perturbaciones o fallos del sistema adicionales. Aparte de esto unos mensajes no transmitidos o transmitidos de forma incompleta pueden impedir, por ejemplo, una transición o una permanencia de un sistema de automatización industrial a/en un estado de funcionamiento seguro. Esto puede conducir finalmente a una avería de una instalación productiva completa y a una costosa parada de producción. Una problemática especial se produce en sistemas de automatización industriales regularmente a causa de un tráfico de información con relativamente muchos, aunque relativamente cortos mensajes, con lo que se refuerzan los problemas anteriores.

Del documento WO 2008/119649 A1 se conoce un procedimiento para reconfigurar una red de comunicación que transmite paquetes, que comprende una primera red parcial y una segunda red parcial. Mientras que en la primera red parcial se utiliza un primer protocolo de red, en el segundo paquete de red se utiliza un segundo protocolo de red diferente del primer protocolo de red. Ambas redes parciales están enlazadas entre sí mediante al menos tres enlaces de datos redundantes, de los que en cada caso sólo uno está activado para el intercambio de datos útiles. Con ello está activado de forma preajustada un enlace de datos maestro, mientras que al menos dos enlaces de datos esclavos están desactivados de forma prejustada. Mediante un puente maestro de la segunda red parcial enlazado con el enlace de datos maestro se vigila una avería del enlace de datos maestro o de un enlace de datos esclavo. En el caso de una avería así el puente maestro genera un primer paquete de datos y transmite éste a un puente esclavo de la segunda red parcial, enlazado con un enlace de datos esclavo. El puente esclavo se selecciona, conforme a una regla de selección prefijable, mediante el puente maestro. A continuación se trata el primer paquete de datos mediante el puente esclavo seleccionado. El primer paquete de datos comprende informaciones lógicas, con base en las cuales se llevan a cabo una ejecución al menos parcial del primer protocolo de red en un puerto del puente esclavo, enlazado con el enlace de datos esclavo, y una activación del enlace da datos esclavo mediante el primer protocolo de red ejecutado en el puerto del puente esclavo.

En el documento EP 2 343 857 A1 y en el documento WO-OO/57288 A1 se describe un nodo de red para una red de comunicación, que comprende una primera red parcial y una segunda red parcial enlazada con ésta. Mientras que en la primera red parcial se utiliza un protocolo de árbol de expansión, en la segunda red parcial se utiliza un segundo protocolo, que se diferencia del protocolo utilizado de la primera red parcial. El nodo de red está diseñado como un elemento para la segunda red parcial y para la comunicación dentro de la segunda red parcial. Aparte de esto el nodo de red está configurado y diseñado, mediante una función de árbol de expansión, como un nodo principal de árbol de expansión para la vigilancia y el control de la segunda red parcial. Por medio de esto la segunda red parcial puede tratarse como un nodo de red virtual, mediante el protocolo de árbol de expansión utilizado en la primera red parcial, por medio de que el nodo de red como nodo principal de árbol de expansión lleva a cabo, para otros nodos de red de la segunda red parcial, una aplicación de protocolo de árbol de expansión.

Del documento WO 2010/105828 A1 se conoce un procedimiento para hacer funcionar una red de comunicación con características de redundancia, que presenta una topología de red anular. Dentro de la red de comunicación están enlazados entre sí unos aparatos de comunicación con sus puertos de datos, a través de líneas de datos, e intercambian datos de control así como datos útiles a través de las líneas de datos, con base en protocolos de comunicación. Para evitar una circulación sinfín de mensajes en mallas de la red de comunicación, se impide mediante los protocolos de comunicación una transmisión de mensajes a través de puertos de datos seleccionados de aparatos de comunicación individuales, con excepción de mensajes para el control o la vigilancia de redundancia de medios. Dentro de la red de comunicación se aplican dos protocolos de comunicación diferentes mutuamente en paralelo en los aparatos de comunicación. Una aplicación paralela de los diferentes protocolos de comunicación se consigue, por ejemplo, por medio de que un control sobre puertos de datos a bloquear se asigna a un único protocolo de comunicación. Alternativamente a esto pueden elegirse para los protocolos de comunicación unos parámetros, de tal modo que mediante un primer protocolo de comunicación no se bloquea ningún enlace que se considere activo de forma correspondiente a un segundo protocolo de comunicación.

La presente invención se ha impuesto la tarea de indicar un procedimiento para la transmisión de mensajes en una red de comunicación industrial que puede hacerse funcionar de forma redundante con al menos dos redes parciales, que si se utiliza un protocolo de árbol de expansión en una de las redes parciales hace posible una rápida reconfiguración de red en un caso de error, así como de crear un aparato de comunicación adecuado para llevar a cabo el procedimiento.

Esta tarea es resuelta conforme a la invención mediante un procedimiento con las particularidades indicadas en la reivindicación 1, así como mediante un aparato de comunicación con las particularidades indicadas en la reivindicación 18. En las reivindicaciones subordinadas se indican unos perfeccionamientos ventajosos de la presente invención.

De forma correspondiente al procedimiento conforme a la invención se transmiten mensajes en una primera red parcial con topología de árbol correspondiente a un protocolo de árbol de expansión. Con ello unos aparatos de comunicación asociados a nodos de red de la primera red parcial intercambian entre sí mensajes con informaciones de topología, para formar una topología de árbol. Con base en las informaciones de topología intercambiadas se establece un nodo de red raíz como elemento base de una topología de árbol, mediante los aparatos de comunicación asociados a los nodos de red de la primera red parcial. Partiendo del nodo de red raíz se estructuran unos enlaces sin bucles a los restantes nodos de red de la primera red parcial. En una segunda red parcial de transmiten mensajes de forma correspondiente a un protocolo con redundancia paralela o anular. La primera y la segunda red parcial están acopladas... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1.- Procedimiento para transmitir mensajes en una red de comunicación industrial que puede hacerse funcionar de forma redundante, en el que

- se transmiten mensajes en una primera red parcial con topología de árbol correspondiente a un protocolo de árbol de expansión, en donde unos aparatos de comunicación asociados a nodos de red de la primera red parcial intercambian entre sí mensajes con informaciones de topología, para formar una topología de árbol y, con base en las informaciones de topología intercambiadas se establece un nodo de red raíz como elemento base de una topología de árbol, mediante los aparatos de comunicación asociados a los nodos de red de la primera red parcial, y en donde partiendo del nodo de red raíz se estructuran unos enlaces sin bucles con los restantes nodos de red de la primera red parcial,

- en una segunda red parcial de transmiten mensajes de forma correspondiente a un protocolo con redundancia paralela o anular,

- la primera y la segunda red parcial están acopladas entre sí a través de varios aparatos de comunicación,

- se configura como nodo de red raíz de la primera red parcial un nodo de red virtual, que está enlazado con todos los nodos de red de la segunda red parcial, en cada caso a través de un enlace virtual que no puede interrumpirse a

causa de un error,

- se configuran unas informaciones de topología de la primera red parcial, que comprende el nodo de red virtual, en cada caso en una conexión virtual desde los aparatos de comunicación asociados a los nodos de red de la segunda red parcial, como informaciones de topología recibidas de la primera red parcial,

- una avería de un aparato de comunicación asociado a un nodo de red de la segunda red parcial o de un enlace entre dos nodos de red de la segunda red parcial se trata exclusivamente de forma correspondiente al protocolo de redundancia paralela o anular, en donde se conserva una configuración del nodo de red virtual como nodo de red raíz de la primera red parcial.

2.- Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el nodo de red virtual se configura mediante la activación en cada caso de una conexión virtual al menos a dos aparatos de comunicación, que están asociados a nodos de red de la segunda red parcial.

3.- Procedimiento según la reivindicación 2, en el que a la hora de configurar el nodo de red virtual se comprueba en primer lugar en las informaciones de topología de la primera red parcial en cada caso con base en un identificador de nodo, asociado a un nodo de red raíz, si ya existe dentro de la primera red parcial un nodo de red virtual caracterizado por su identificador de nodo, y en el que sólo en el caso de un resultado negativo de la comprobación se activa una conexión virtual a un primer aparato de comunicación, que está asociado a un primer nodo de red de la segunda red parcial, en donde se asocian unos costes de ruta minúsculos a un enlace virtual entre el primer nodo de red y el nodo de red virtual.

4.- Procedimiento según la reivindicación 3, en el que en el caso de un resultado positivo de la comprobación se establecen unos costes de ruta entre un primer nodo de red de la segunda red parcial, asociado al primer aparato de comunicación, y el nodo de red virtual, y en el que sólo si son minúsculos los costes de ruta entre el primer nodo de red y el nodo de red virtual se activa una conexión virtual a un segundo aparato de comunicación, que está asociado a un segundo nodo de red de la segunda red parcial, en donde se asocian unos costes de ruta minúsculos a un enlace virtual entre el segundo nodo de red y el nodo de red virtual.

5.- Procedimiento según la reivindicación 4, en el que en el caso de unos costes de ruta no minúsculos entre el primer nodo de red y el nodo de red virtual se señaliza una configuración errónea

6.- Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que a la hora de configurar el nodo de red virtual se comprueba si todos los aparatos de comunicación enlazados con el nodo de red virtual están enlazados entre sí dentro de la segunda red parcial, y en el que en el caso de un resultado negativo de la comprobación se señaliza una configuración errónea.

7.- Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que los aparatos de comunicación asociados a los nodos de red de la segunda red parcial intercambian entre ellos mensajes con informaciones de topología de la primera red parcial, de forma correspondiente al protocolo de redundancia paralela o anular, comparan éstas con informaciones de topología presentes localmente de la primera red parcial y, en función de un resultado de comparación, establecen las informaciones de topología resultantes de la primera red parcial.

8 - Procedimiento según la reivindicación 7, en el que los aparatos de comunicación asociados a los nodos de red de la segunda red parcial adaptan, con base a las informaciones de topología resultantes establecidas de la primera red parcial, su configuración en cuanto a enlaces cerrados o abiertos con la primera red parcial.

9.- Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que las informaciones de topología de la primera red parcial comprenden unas indicaciones sobre los enlaces a establecer entre nodos de red de la primera red parcial, y en el que se estructuran enlaces sin bucles que parten del nodo de red raíz con los restantes nodos de red de la primera red parcial, con base en el establecimiento de unos costes de ruta mínimos con relación al nodo de red raíz.

10.- Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que se transmiten mensajes entre los aparato de comunicación asociados a los nodos de red de la segunda red parcial exclusivamente de forma correspondiente al protocolo de redundancia paralela o anular.

11.- Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, en el que se establecen unitariamente las informaciones de topología resultantes de la primera red parcial, mediante todos los aparatos de comunicación asociados a los nodos de red de la segunda red parcial.

12.- Procedimiento según la reivindicación 11, en el que se proporcionan unitariamente las informaciones de topología resultantes mediante los aparatos de comunicación asociados a los nodos de red de la segunda red parcial, para aplicar el protocolo de árbol de expansión en una primera red parcial.

13.- Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 12, en el que protocolo de árbol de expansión es el Spanning Tree Protocol, Rapid Spanning Tree Protocol o Múltiple Spanning Tree Protocol

14.- Procedimiento según la reivindicación 13, en el que los mensajes con informaciones de topología de la primera red parcial son Bridge Protocol Data Units

15.- Procedimiento según la reivindicación 13 ó 14, en el que los mensajes con informaciones de topología de la primera red parcial comprenden en cada caso un Port Priority Vector, que se intercambia y equipara entre los aparatos de comunicación asociados a los nodos de red de la segunda red parcial.

16.- Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 15, en el que los aparatos de comunicación asociados a los nodos de red de la primera y/o segunda red parcial son Switches o Bridges.

17.- Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 16, en el que el protocolo de redundancia paralela o anular es el Parallel Redundancy Protocol, el protocolo High-availabillty Seamless Redundancy o el Media Redundancy Protocol.

18.- Aparato de comunicación para una red de comunicación industrial que puede hacerse funcionar de forma redundante, que comprende una primera red parcial con topología de árbol así como transmisión de mensajes de forma correspondiente a un protocolo de árbol de expansión, una segunda red parcial con transmisión de mensajes de forma correspondiente a un protocolo de redundancia paralela o anular y varios aparatos de comunicación que acoplan ambas redes parciales, con

- unos medios para transmitir mensajes dentro de la segunda red parcial de forma correspondiente al protocolo de redundancia paralela o anular,

- unos medios para configurar un nodo de red raíz de la primera red parcial como nodo de red virtual, que está enlazado con todos los nodos de red de la segunda red parcial, en cada caso a través de un enlace virtual que no puede interrumpirse a causa de un error,

- unos medios para configurar unas informaciones de topología de la primera red parcial, que comprenden el nodo de red virtual, como informaciones de topología de la primera red parcial recibidas en una conexión virtual, en donde las informaciones de topología están previstas para establecer un nodo de red raíz como elemento base de la topología de árbol, y en donde el nodo de red raíz forma un punto de partida para estructurar enlaces sin bucles con los restantes nodos de red de la primera red parcial,

- unos medios para tratar una avería de un aparato de comunicación asociado a un nodo de red de la segunda red parcial o de un enlace entre dos nodos de red de la segunda red parcial, exclusivamente de forma correspondiente al protocolo de redundancia paralela o anular, en donde está previsto conservar una configuración del nodo de red virtual como nodo de red raíz de la primera red parcial.

19.- Aparato de comunicación según la reivindicación 18, en el que se realiza una configuración del nodo de red virtual mediante la activación de una conexión virtual al menos a dos aparatos de comunicación, que están asociados a nodos de red de la segunda red parcial.

20.- Aparato de comunicación según la reivindicación 19, en el que el aparato de comunicación está diseñado y configurado de tal modo que, a la hora de configurar el nodo de red virtual, se comprueba en primer lugar en las informaciones de topología de la primera red parcial en cada caso con base en un identificador de nodo, asociado a un nodo de red raíz, si ya existe dentro de la primera red parcial un nodo de red virtual caracterizado por su identificador de nodo, y en el que sólo en el caso de un resultado negativo de la comprobación se activa una conexión virtual a un primer aparato de comunicación, que está asociado a un primer nodo de red de la segunda red parcial, en donde se asocian unos costes de ruta minúsculos a un enlace virtual entre el primer nodo de red y el nodo de red virtual.

21.- Aparato de comunicación según la reivindicación 20, en el que el aparato de comunicación está diseñado y configurado de tal modo que, en el caso de un resultado positivo de la comprobación se establecen unos costes de ruta entre un primer nodo de red de la segunda red parcial, asociado al primer aparato de comunicación, y el nodo de red virtual, y en el que sólo si son minúsculos los costes de ruta entre el primer nodo de red y el nodo de red virtual se activa una conexión virtual a un segundo aparato de comunicación, que está asociado a un segundo nodo de red de la segunda red parcial, en donde se asocian unos costes de ruta minúsculos a un enlace virtual entre el segundo nodo de red y el nodo de red virtual.

22.- Aparato de comunicación según la reivindicación 21, en el que el aparato de comunicación está diseñado y configurado de tal modo que, en el caso de unos costes de ruta no minúsculos entre el primer nodo de red y el nodo de red virtual se señaliza una configuración errónea

23.- Aparato de comunicación según una de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que el aparato de comunicación está diseñado y configurado de tal modo que, a la hora de configurar el nodo de red virtual se comprueba si todos los aparatos de comunicación enlazados con el nodo de red virtual están enlazados entre sí dentro de la segunda red parcial, y en el que en el caso de un resultado negativo de la comprobación se señaliza una configuración errónea.

24.- Aparato de comunicación según una de las reivindicaciones 18 a 23, en el que están previstos unos medios para intercambiar mensajes con informaciones de topología de la primera red parcial con otros aparatos de comunicación asociados a nodos de red de la segunda red parcial, de forma correspondiente al protocolo de redundancia paralela o anular.

25.- Aparato de comunicación según la reivindicación 24, en el que están previstos unos medios para comparar mensajes intercambiados con informaciones de topología de la primera red parcial con informaciones de topología presentes localmente de la primera red parcial, y para establecer informaciones de topología resultantes de la primera red parcial en función de un resultado de la comprobación.

26.- Aparato de comunicación según la reivindicación 25, en el que están previstos unos medios para adaptar la configuración del aparato de comunicación en cuanto a enlaces cerrados y/o abiertos con la primera red parcial, con base en las informaciones de topología resultantes establecidas de la primera red parcial.