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WO2018206110A1 - Verfahren und vorrichtung zur modularen lenkung eines avb-streams - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur modularen lenkung eines avb-streams Download PDF

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Publication number
WO2018206110A1
WO2018206110A1 PCT/EP2017/061322 EP2017061322W WO2018206110A1 WO 2018206110 A1 WO2018206110 A1 WO 2018206110A1 EP 2017061322 W EP2017061322 W EP 2017061322W WO 2018206110 A1 WO2018206110 A1 WO 2018206110A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
network
correlating information
latency
protocol
information
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2017/061322
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Feng Chen
Franz-Josef GÖTZ
Marcel Kiessling
An Ninh NGUYEN
Jürgen Schmitt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to PCT/EP2017/061322 priority Critical patent/WO2018206110A1/de
Publication of WO2018206110A1 publication Critical patent/WO2018206110A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L65/00—Network arrangements, protocols or services for supporting real-time applications in data packet communication
    • H04L65/80—Responding to QoS
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L65/00—Network arrangements, protocols or services for supporting real-time applications in data packet communication
    • H04L65/60—Network streaming of media packets
    • H04L65/65—Network streaming protocols, e.g. real-time transport protocol [RTP] or real-time control protocol [RTCP]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling an AVB stream according to the preamble of claim 1 and a device according to the preamble of claim 8.
  • TSN Time Sensitive Networking, IEEE 802.1
  • a reservation protocol is used for the configuration of the network (Stream Reservation Protocol (SRP), with the main component “Multiple Stream Registration Protocol” (MSRP), which takes care of the necessary setup of the connections (streams) and the use of resources.
  • SRP Stream Reservation Protocol
  • MSRP Multiple Stream Registration Protocol
  • Industrial applications are based on the processing of multiple readings transmitted in separate streams and the resulting actuation of actuators, also multiple streams to multiple devices.
  • MSRP addresses this scenario by calculating the latency based on the worst-case assumption. This is necessary so that when adding another stream in the network, the latency is not increased.
  • the maximum bandwidth for an entire class can be defined by management in the network components.
  • “Feed-in port” and, for example, two forwarding options for data, so-called “forwarding port”, over which real-time connections can be transmitted in a device can be limited. Both contribute to the limitation of the worst case.
  • MRSP encounters, not least by the focus on home networks, in terms of optimal steering of the streams to its limits. The requirement for high availability in the industrial environment has thus far not been sufficiently taken into account .
  • the method should be usable for simple terminals with little memory.
  • the applications use this data from many devices 10 (ie many streams) - the transfer ⁇ time all streams is also critical (ie the period from the start of transmission to the end, also called makespan).
  • the connections must also have a high availability.
  • the object is achieved by a method according to the Gat ⁇ ment concept of claim 1 by its features as ⁇ solved by the device according to the preamble of patent claim 10 by its features.
  • AVB trained streams in a network based on the time-sensitive networking standards according to IEEE 802.1 he ⁇ follows the calculation of an expected Latzenzzeit based on information correlated at least on the property of the device associated with the device defining a network element of the network.
  • the method according to the invention takes into account the property that in an industrial environment the characteristics of the terminals of a network are generally are known. Thus he follow an adapted ⁇ latency calculation. Furthermore, the method enables the design of the networks as line topologies, which are often used in industry, so that the method significantly supports an adaptation to the industrial environment. By additional to ⁇ size which is by correlating information before ⁇ a more accurate determination of the latency is also possible.
  • the invention further relates to a device with means suitable for carrying out the method according to the invention.
  • the device according to the invention suitable for carrying out the method according to the invention makes it possible to realize the advantages mentioned for the method.
  • the inventive method is preferred in this further developed such that at least parts of a
  • the correlating information is made available in such a way that it is transmitted in the network by a transport mechanism of the network, such as, for example, the "Link Layer Discovery Protocol", LLDP or its derivatives Modification of both protocol and operable network elements by ⁇ feasible implementation of the method possible.
  • a transport mechanism of the network such as, for example, the "Link Layer Discovery Protocol", LLDP or its derivatives Modification of both protocol and operable network elements by ⁇ feasible implementation of the method possible.
  • a particularly suitable development of the method provides that the correlating information to ⁇ additionally to existing information of a particular MSRP- or LLDP, message, in particular encoding of example, a value in an additional data field is added.
  • This provides a method, easy to read out by the network elements, for notifying the correlating information as a parameter.
  • the calculation of the latency takes place on the basis of the stored accumulated correlated information. If the information is collected, in particular at least one central point, statements about it can be derived over the entire network and made available to the entire network, in particular through the central device.
  • the correlating information is based on a bridge of the latency calculation, in particular arranged at the edge of a topology of the network, makes it possible to implement such a central collection and announcement in an ideal manner, in particular automatically.
  • a controlled notice of the correlating information is proceedings in a development of the procedure according to the invention, wherein the correlated information is made as, in particular according to a network protocol configured management At ⁇ tribute dedicated Bridges available.
  • 1 shows a communications link between devices, such as it is known from the prior art for a bus to ⁇ cross-devices as well as the method known from the prior art approach of the latency calculation and display based on data packets
  • 2 shows a communication path between the Indust ⁇ rie typical devices according to awhosbei ⁇ play of the invention and the embodiment related approach for calculating the latency.
  • FIG. 3 shows a representation of an effect according to the invention based on data packets.
  • FIG 1 is shown as a typical known from the prior art arrangement of communication devices BUS.
  • the structure corresponds to the known from the bus technology principle, in which multiple devices Gi ... usually access n common ⁇ sam on a data bus BUS.
  • these prior art arrangements of communication devices are implemented by bridges at the BUS nodes.
  • a "Multiple Stream Reservation Protocol" MSRP as reservation protocol would be used by default, in which a latency of the network, ie an expected delay of streams takes place under the assumption of the worst-case constellation This latency calculation is necessary so that there are no additional latency-changing influences when adding another stream in the network, so it is not increased.
  • network management in the network components can set the maximum bandwidth for the entire class of devices.
  • the maximum number of ports can also be set ⁇ who. Both contribute to the limitation of the worst case, so that for the sketched scenario according to the prior art the latency is determined according to the maximum accumulated data quantity in the equation given in the subfigure 1_3:
  • Sports ⁇ number of advanced sports
  • BW: bandwidth of the links of the BUS network results.
  • Figure 2 is simplified outlines a possible Ausgestal ⁇ tung a conventional bus arrangement in an industrial environment I_BUS that is based on the above-described TSN / AVB ⁇ Technolo gy.
  • a maximum feed bandwidth Lmaxin the bus I_BUS as a parameter provides, according to the invention the Contribute to determining an accurate latency statement.
  • bandwidth per port in which, for example, bandwidths of the feed-in bandwidth Li n per port can be entered. So in each case the maximum feed bandwidth L max i n .
  • MSRP reservation protocol
  • a resultant latency T La is gege ben ⁇ by the quotient of latency and bandwidth of links.
  • FIG. 3 illustrates data packets in terms of how the invention affects the invention, for example in accordance with the above exemplary embodiment.
  • the invention is not limited to the illustratedsbei ⁇ games, but includes all defined by the patent claims ⁇ claims that cause an introduction of a port-specific parameter for the description of the maximum bandwidth and among other things also have the following features and advantages:
  • the max. Bandwidth can be calculated automatically in edge bridges, for example at the end of a line, and taken into account in the network.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Small-Scale Networks (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von, insbesondere nach dem „Audio/Video Bridging" gemäß IEEE 802.1", AVB, ausgebildeten, Streams in einem Netzwerk basierend auf den Time-Sensitive Networking Standards gemäß IEEE 802.1 bei dem eine Berechnung einer zu erwartenden Latenzzeit zumindest auf Grundlage einer von mit dem ein Netzwerkelement des Netzwerks definierenden Gerät einhergehenden Eigenschaft des Geräts korrelierenden Information. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur modularen Lenkung eines AVB- Streams
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines AVB- Streams gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruch 1 sowie einer Vorrichtung gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 8. Durch die Erweiterungen der IEEE Arbeitsgruppe TSN (Time Sensitive Networking, IEEE 802.1) wird Echtzeitkommunikation in standardisierten Ethernet Netzwerken ermöglicht. Für die Konfiguration des Netzwerkes wird ein Reservierungsprotokoll verwendet (Stream Reservation Protocol (SRP) , mit dem Haupt- bestandteil „Multiple Stream Registration Protocol", MSRP) , welches sich um die notwendige Einrichtung der Verbindungen (Streams) und die Ressourcenverwendung kümmert.
Hierzu erfolgt in TSN Netzwerken unter anderem eine automati- sehe Einrichtung von EchtZeitverbindungen (Streams) und eine Konfiguration des Netzwerkes durch das Reservierungsprotokoll SRP. Eine Teilaufgabe des Reservierungsprotokolls ist die Be¬ rechnung der maximalen Latenz, d.h. der maximalen Verzögerung. Dabei addiert jede Bridge ihren maximalen Beitrag zur Verzögerung eines Streams. Dieser basiert auf der Annahme der ungünstigsten Konstellation (Worst-Case) und bei maximaler Anzahl an Streams, also einem maximalen Reservierungszustand.
In der TSN Arbeitsgruppe erfolgt die Weiterentwicklung der Ergebnisse der AVB Arbeitsgruppe. Bei AVB (Audio/Video
Bridging, IEEE 802.1) wurde das Reservierungsprotokoll entwi¬ ckelt - es ist für den Einsatz in Heimnetzwerken definiert.
Bei steigender Anzahl von Streams entsteht in einfachen Netz- werkteilnehmern eine höhere Netzwerklast. In Industrieanwendungen sollen die Endgeräte jedoch möglichst billig sein, die Hauptaufgabe ist nicht die Datenübertragung, es ist die Er- fassung und Auswertung von physikalischen Messwerten. Sehr einfache Endgeräte sind somit nicht möglich.
Industrielle Anwendungen basieren auf der Verarbeitung von mehreren Messwerten die in getrennten Streams übertragen werden und der daraus ergebenen Ansteuerung von Aktoren, ebenfalls mehrere Streams an mehrere Geräte.
Bei mehreren Anwendungen in einem Netzwerk steigt die Anzahl der Streams entsprechend weiter. Bei steigender Anzahl von
Streams entsteht in einfachen Netzwerkteilnehmern eine höhere Netzwerklast. In dieser Art Netzwerken ist daher ein Reservierungsprotokoll essentiell. MSRP begegnet diesem Szenario in dem es die Latenz basierend auf der Worst-Case Annahme berechnet. Die ist notwendig damit beim Hinzukommen eines weiteren Streams im Netzwerk die Latenz nicht erhöht wird. Per Management kann bisher in den Netzwerkkomponenten die maximale Bandbreite für eine gesamte Klasse festgelegt werden. Auch die maximale Anzahl an Res¬ sourcen, insbesondere Ports, die sich im Sinne dieser Offen¬ barung in jeweils einem integrierten Switch beispielsweise durch eine Zuflussmöglichkeit für Daten, quasi
„Einspeiseport" und beispielweise zwei Weiterleitungsmöglich- keiten für Daten, quasi „Weiterleitungsport", definieren, über die in einem Gerät EchtZeitverbindungen übertragen werden können, kann begrenzt werden. Beides trägt zur Begrenzung des Worst-Cases bei. Insbesondere aufgrund der verwendeten Topologien aber auch der im Einsatz befindlichen Geräte, stößt MRSP, nicht zuletzt durch die Ausrichtung auf Heimnetze, hinsichtlich einer optimalen Lenkung der Streams auf seine Grenzen. Die im industriellen Umfeld bestehende Anforderung an eine hohe Verfügbarkeit wurde bislang somit nicht ausreichend be¬ rücksichtigt . Beim Einsatz in Industrienetzwerken gibt es dabei neben der Anzahl der Streams darüber hinaus noch zusätzliche Anforde- rungen denen adäquat begegnet werden muss. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, welches das bekannte Verfahren anpasst zur Anwendung im in- dustriellen Bereich mit den folgenden Anforderungen.
Das Verfahren soll für einfache Endgeräte mit wenig Speicher einsetzbar sein. Die Anwendungen verwenden dabei Daten aus vielen 10 Devices (d. h. vielen Streams) - die Übertragungs¬ zeit aller Streams ist dabei ebenfalls entscheidend (also der Zeitraum vom Beginn der Übertragung bis zum Ende, auch Makespan genannt) .
Darüber hinaus sollen mehrere Anwendungen im Gesamtnetzwerk mit sehr vielen Verbindungen unterstützt werden.
Die Verbindungen müssen dabei auch eine hohe Verfügbarkeit aufweisen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß dem Gat¬ tungsbegriff des Patentanspruchs 1 durch dessen Merkmale so¬ wie durch die Vorrichtung gemäß dem Gattungsbegriff des Pa- tentanspruchs 10 durch dessen Merkmale gelöst.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung von, insbesondere nach dem „Audio/Video Bridging" gemäß IEEE 802.1", AVB, ausgebildeten, Streams in einem Netzwerk basierend auf den Time-Sensitive Networking Standards gemäß IEEE 802.1 er¬ folgt die Berechnung einer zu erwartenden Latzenzzeit zumindest auf Grundlage einer von mit dem ein Netzwerkelement des Netzwerks definierenden Gerät einhergehenden Eigenschaft des Geräts korrelierenden Information.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird der Eigenschaft Rechnung getragen, dass in einem industriellen Umfeld die Eigenschaften der Endgeräte eines Netzwerks in der Regel be- kannt sind. Somit kann eine angepasste Latenzberechnung er¬ folgen. Ferner ermöglicht das Verfahren die Ausgestaltung der Netzwerke als Linien-Topologien, die in der Industrie häufig Verwendung finden, so dass das Verfahren eine Anpassung an das industrielle Umfeld maßgeblich unterstützt. Durch die zu¬ sätzliche Größe, die durch die korrelierende Information vor¬ liegt ist zudem eine genauere Bestimmung der Latenz möglich.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung mit Mitteln geeignet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung geeignet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht durch dessen Implementierung die Verwirklichung der zum Verfahren genannten Vorteile.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind durch die Unteransprüche angegeben. Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die korrelierende Information durch des ihm zugrundelie¬ genden Netzwerkelements signalisiert. Hierdurch werden die anderen Elemente des Netzwerks in die Lage versetzt, über Ei¬ genschaften anderer Netzwerkelemente Kenntnis zu erlangen und einer internen Verarbeitung zuzuführen.
Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren dabei derart weitergebildet, dass zumindest Teile einer Gerätespezifikati¬ on, insbesondere eine seitens des Geräts maximal mögliche Bandbreite, zumindest Teilen das Netzwerks als korrelierende Information verfügbar gemacht wird. Durch die Verfügbarkeit von Gerätespezifikationen können Netzwerkelemente der gleichen Topologie auf Basis konkreter Werte, insbesondere Limi¬ tierungen, beispielsweise für die eigene Funktion und/oder die des Netzwerks verwenden, wobei insbesondere für den letz¬ teren Fall es ausreichend sein kann, wenn nur in bestimmten Netzwerkelemente diese Verwendung erfolgt. Diese Beschränkung auf wenige Elemente wird insbesondere dann möglich wenn ihr die Werte aller Netzwerkelemente zur Verfügung stehen.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung wird die korrelierende In- formation derart verfügbar gemacht, dass sie durch einen Transportmechanismus des Netzwerks, wie beispielsweise dem „Link Layer Discovery Protocol", LLDP oder seinen Derivaten, im Netzwerk übertragen wird. Durch diese Weiterbildung ist eine mit einem geringen Änderungsaufwand sowohl seitens Pro- tokolls als auch seitens betreibbarer Netzwerkelemente durch¬ führbare Implementierung des Verfahrens möglich.
Gleiches gilt bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der die korrelierende Information derart ver- fügbar gemacht wird, dass sich durch mindestens eine Nach¬ richt gemäß einem Reservierungsprotokoll, insbesondere gemäß Stream Reservation Protocol", SRP, „Multiple Stream Reserva¬ tion Protocol", MSRP, „Multiple VLAN Registration Protocol", MVRP oder Derivaten hiervon, im Netzwerk übertragen wird.
Eine besonders geeignete Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die korrelierende Information zu¬ sätzlich zu bestehenden Informationen einer, insbesondere MSRP- oder LLDP-, Nachricht, insbesondere codiert, beispiel- weise ein Wert in einem zusätzlichen Datenfeld, zugefügt wird. Hierdurch wird eine durch die Netzwerkelemente einfach auslesbare Methode zur Bekanntmachung der korrelierenden Information, als ein Parameter, bereitgestellt. Gemäß einer weiteren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, geschieht die Berechnung der Latenz auf Basis der gespeicherten akkumulierten korrelierenden Information. Wenn die Informationen, insbesondere an mindestens einer zentralen Stelle, gesammelt zur Verfügung stehen, lassen sich über das gesamte Netzwerk Aussagen hiervon ableiten und, insbesondere durch die zentrale Einrichtung, ebenso dem gesamten Netzwerk zur Verfügung stellen. Durch die Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der die korrelierende Information durch eine, insbesondere am Rand einer Topologie des Netzwerks angeordneten, Bridge der Latenzberechnung zugrundegelegt wird, lässt sich eine derar- tige zentrale Sammlung und Bekanntmachung in idealer Weise, insbesondere automatisiert, umsetzen.
Eine gesteuerte Bekanntmachung der korrelierenden Information erfolgt bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfah- rens, bei dem die korrelierende Information als, insbesondere gemäß einem Netzwerkprotokoll, ausgestalteten Management At¬ tribut dezidierten Bridges verfügbar gemacht wird.
Alternativ oder ergänzend kann eine lokale Berücksichtigung der eigenen Eigenschaften seitens des Netzwerkelements voll¬ zogen werden, wenn das erfindungsgemäße Verfahren derart wei¬ tergebildet wird, dass die korrelierende Information in dem ihm zugrundeliegenden Netzwerkelement der Latenzberechnung zugrundegelegt wird.
Die zu den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens angegebenen Vorteile gelten in gleicher Weise für die Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anordnung, die durch Mittel zur Durchführung der jeweiligen Weiterbildungen des erfin- dungsgemäßen Verfahrens gekennzeichnet sind.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nun ausgehend von den in den einzigen Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt die
Figur 1 eine Kommunikationsstrecke zwischen Geräten, wie sie aus dem Stand der Technik als auf einen Bus zu¬ greifende Geräte bekannt ist sowie dem aus dem Stand der Technik bekannten Ansatz der Latenzberechnung und Darstellung anhand von Datenpaketen, Figur 2 eine Kommunikationsstrecke zwischen in der Indust¬ rie typischen Geräten gemäß einem Ausführungsbei¬ spiel der Erfindung sowie dem Ausführungsbeispiel zugehöriger Ansatz zur Berechnung der Latenz.
Figur 3 eine Darstellung eines sich einstellenden erfindungsgemäßen Effektes anhand von Datenpaketen.
In der Figur 1 ist als eine typische aus dem Stand der Tech- nik bekannte Anordnung von Kommunikationsgeräten BUS dargestellt. Der Aufbau entspricht dem aus der Bus-Technik bekannten Prinzip, bei dem in der Regel mehrere Geräte Gi...n gemein¬ sam auf einen Datenbus BUS zugreifen. Bei Ethernet Netzwerken sind diese dem Stand der Technik entsprechenden Anordnungen von Kommunikationsgeräten durch Bridges an den BUS Knotenpunkten realisiert.
Der Zugriff auf den BUS erfolgt, wie in einer ersten Teilfigur 1_1 durch die ein- und austretenden Pfeile skizziert, je- weils über einen Port in der Bridge, der in der Darstellung auch für alle an den Bus BUS gemäß Stand der Technik ange¬ schlossenen Kommunikationsgeräte vereinfachend in 1_1 darge¬ stellt wird. So eine Anordnung wäre gemäß Stand der Technik auch als gemäß Time-Sensitive Networking Standard nach IEEE 802.1 ausgestal¬ tetes und für nach dem „Audio/Video Bridging" gemäß IEEE 802.1", AVB, befähigtes Netz mit Bridges in den Knotenpunkten des abstrahierten BUS Netzwerkes denkbar.
In so einem AVB Netzwerk würde standardgemäß ein „Multiple Stream Reservation Protocol", MSRP als Reservierungsprotokoll zum Einsatz kommen, bei dem eine Latenz des Netzwerks, also eine zu erwartende Verzögerung von Streams unter einer Annah- me der ungünstigsten Konstellation (Worst-Case) erfolgt. Diese Latenzberechnung ist notwendig damit beim Hinzukommen eines weiteren Streams im Netzwerk keine weiteren Latenz verändernden Einflüsse hinzukommen, sie also nicht erhöht wird. In so einem Netz kann gemäß Stand der Technik über ein Netzwerkmanagement in den Netzwerkkomponenten (Netzwerkelementen) die maximale Bandbreite für die gesamte Klasse an Geräten festgelegt werden.
In der Teilfigur 1_2 ist das Auftreten und die Behandlung einer Interference Situation anhand der Betrachtung der Datenpakete skizziert.
Zu erkennen ist eine Blockierung der Weiterleitung von Datenpaketen E, Wl durch anderen Traffic. Dies definiert eine Interference Situation. In dieser Situation stauen sich alle ankommenden Daten während der Zeit der Interference und füh- ren zu einer Netzwerklast (L) , die wiederrum zu einer zusätzlichen Latenz führt. Die in dieser Art aufgestaute Last muss dann sukzessive abgebaut werden, quasi abfließen, und trägt zu einer Latenz in Abhängigkeit von der Bandbreite, des je¬ weiligen verwendeten Links bei.
Die maximale Anzahl an Ports kann ebenfalls festgelegt wer¬ den. Beides trägt zur Begrenzung des Worst-Case bei, so dass sich für das skizzierte Szenario gemäß Stand der Technik die Latenz nach der maximal aufgestauten Datenmenge in der Teil- figur 1_3 angegebenen Gleichung bestimmt:
Lmax — IInterference * Sports * BW mit
Lmax ·— Die maximale aufgestaute Netzwerklast
Lmaxln ·— Die Maximal von Engerät G eingespeiste Netz- werklast
IInterferenz ·— Maximale Zeit die zur Aufstauung von Last im Netzwerkgerät führt
Sports · = Anzahl Weiterleiteports
BW : = Bandbreite der Links des BUS Netzwerkes ergibt .
In Figur 2 ist vereinfacht skizziert eine mögliche Ausgestal¬ tung einer im industriellen Umfeld üblichen Busanordnung I_BUS, die auf die vorstehend beschriebenen TSN/AVB Technolo¬ gie aufsetzt.
Zu erkennen ist, die für dieses Umfeld typische Linien Topo- logie. Dabei sind oft ein einfacher Switch S i...n und ein Endge- rät Gi...n in einem Industriegerät I_G kombiniert. Dabei ist die selbstgenerierte Datenmenge (Lmaxin)der Industriegeräte (Gerä¬ te) I_G, erzeugt durch G, gering.
Es besteht die Hauptaufgabe der Endgeräte I_Gi...n darin, ankom- mende Daten durch den integrierten Switch S i...n in Richtung ei¬ ner programmierten Steuerlogik („Programmable Logic Controllers", PLC) , wie beispielsweise einer SIMATIC PLC, weiterzu¬ leiten . Wie zu erkennen, ist der Aufbau vergleichbar der bekannten
BUS-Technik und folgt dem Prinzip bei dem alle Teilnehmer ihre Daten auf den Bus - also die Kommunikationsstrecke zwi¬ schen den Geräten I_G - legen. Dadurch entsteht in einer integrierten Switch S i...n ein, in der Darstellung der Teilfigur 2_1 durch das Ende des senkrechten Pfeils gekennzeichneten, Einspeiseport über den die Daten von einem Endgerät Gi...n zum logischen Kommunikationsbus I_BUS gelangen und zwei, durch den durch die beide Seiten ei- ner Switch S durchdringenden waagerechten Pfeil in der Darstellung gekennzeichneten, Weiterleiteports über den ankommende Daten weitergeleitet werden müssen.
In der Teilfigur 2_2 ist nun schematisch skizziert, wie bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches die Latenz bzgl . einer maximalen Einspeisebandbreite Lmaxin dem Bus I_BUS als Parameter zur Verfügung stellt, sich erfindungsgemäß die Beiträge zur Bestimmung einer akkuraten Latenzaussage ergeben .
Die hier angesprochene Einführung eines Parameters berück sichtigt auf vorteilhafte Weise den typischen Aufbau von raten im Industrieumfeld.
Ferner stellt sie eine Möglichkeit zur Unterscheidung der Bandbreite pro Port zur Verfügung, in dem beispielsweise Li- mits der Einspeisebandbreite Lin pro Port eingegebenen werden können. Also jeweils die maximale Einspeisebandbreite Lmaxin .
Zur Bereitstellung des Parameters kann dabei durch eine Erweiterung des Reservierungsprotokolls (MSRP) um diesen Para- meter erfolgen und den Vorteil bewirken, dass eine Liniento- pologie mit optimierter Latenzaussage realisiert werden kann. Die Erfindung überwindet daher den Mangel, dass die Bauart der Geräte nicht in der Latenzberechnung Niederschlag findet, weil eine für alle Geräte gleiche, gültige Worst-Case-Annahme dies verhindert.
Die Bereitstellung der Information der Latenzzeit Lin aufgrund der maximalen Bandbreite pro Port kann dabei außer im Reservierungsprotokoll auch über einen anderen Transportmechanis- mus, wie beispielsweise dem LLDP, erfolgen und hiermit zu ei¬ ner Netzwerkkomponente übertragen werden, wobei bei einer integrierten Switch dies auch direkt eingetragen werden kann. Woraufhin eine optimierte Latenzberechnung folgen kann. Eine derartige Latenzberechnung ist in der Teilfigur 2_3 durch die Funktion
Lmax — min (Tjnterference * Sports * BW, Tinterference * BW Lmaxin) mit
L '-max Die maximale aufgestaute Netzwerklast
Interferenz Maximale Zeit die zur Aufstauung von Last im Netzwerkgerät führt
riports := Anzahl Ports
BW := Bandbreite der Links des I_BUS Netzwerkes Lmaxin := Die Maximal von Endgerät G eingespeiste Netz¬ werklast gegeben . Eine sich hieraus ergebende Latenzzeit TLa ist dabei durch den Quotienten aus Latenzzeit und Bandbreite der Links gege¬ ben .
In Figur 3 ist anhand von Datenpaketen dargestellt wie sich beispielsweise in einem gemäß obigen Ausführungsbeispiel der Erfindung die Erfindung auswirkt.
In Teilfigur 3_1 ist dabei der Fluss bzw. die Quelle der ein¬ zelnen beteiligten Datenpakete dargestellt. Zu erkennen ist, dass alle ankommenden Pakete E, Wl, die in der dargestellten Entität durch zur Entität laufende Pfeile skizzierten sind, vom Endgerät stammen oder vom vorhergehenden ersten
Weiterleiteport (Wl) . Ferner ist zu erkennen, dass diese an¬ kommenden Pakete E, Wl über einen zweiten Weiterleiteport W2 der Entität weitergeleite werden.
Dies kann dann zu einer in der Teilfigur 3_2 dargestellten Situation führen, bei der die Weiterleitung durch andere Traffic blockiert ist. Hierbei kommt es also zu einer
„Interference" in der Entity (Bridge) . Auch hier stauen sich erst einmal alle ankommenden Daten aber im Gegensatz zum Stand der Technik, die sich darunter befindende Datenmenge des Endgeräts nur im Rahmen der maximal bekannten Datenmenge (Lmax) , die eben wie erkennbar ist kleiner der maximalen Band- breite von allen Ports ausfällt.
Auch hier führt dies zu einer Stauung während der Zeit der Interference Tin erferenz und führt somit auch zu einer Netz- werklast, die wiederrum eine Latenz (TLa ) zur Folge hat. Die¬ se ist aber angepasst und hat zudem dadurch den Vorteil auch kleiner ausfallen zu können.
Die Erfindung ist nicht auf die erläuterten Ausführungsbei¬ spiele beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentan¬ sprüche definierten Ausgestaltungen, die eine Einführung eines Port-spezifischen Parameters zur Beschreibung der maximalen Bandbreite bewirken und unter Anderem auch folgende Merkmale und Vorteile aufweisen:
• Unterstützung der Linientopologie mit besserer Latenz- aussage und hierdurch Ermöglichen von Industrieanwendungen in Linientopologie,
• eine Erweiterung eine Transportmechanismus, insbesondere eines Reservierungsprotokolls, die automatische Konfigu¬ ration anhand von Wissen im Endgerät in den betroffenen Netzwerkkomponenten ermöglicht.
• Berücksichtigung zusätzlicher Information der maximalen Einspeiselast des Endgerätes, durch Berücksichtigung der Bauart des jeweiligen Gerätes, welche beispielsweise durch automatische Summenbildung am Edge-Port des Netzwerkes genutzt wird,
• keine zusätzliche Konfiguration durch den Anwender notwendig,
• geringere garantierte Latenz für Verbindungen durch realistischere Latenzberechnung, welche kürzere Anwendungs¬ zyklen ermöglicht,
Umfasst sind auch Weiterbildungen bei dem der neue Parameter nur lokal im Gerät berücksichtigt werden, wie beispielsweise bei einer integrierten Bridge oder Verfügbar machen des Parameters als Management-Attribute in bestimmten Bridges. Die max . Bandbreite kann in Edge-Bridges, beispielsweise am Ende einer Linie, automatisch berechnet und im Netzwerk berücksichtigt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Steuerung von, insbesondere nach dem „Audio/Video Bridging" gemäß IEEE 802.1", AVB, ausgebildeten, Streams in einem Netzwerk basierend auf den Time-Sensitive Networking Standards gemäß IEEE 802.1, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung einer zu erwartenden Latzenzzeit zu¬ mindest auf Grundlage einer von mit dem ein Netzwerkelement des Netzwerks definierenden Gerät einhergehenden Eigenschaft des Geräts korrelierenden Information erfolgt.
2. Verfahren gemäß Patentanspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die korrelierende Information durch das ihm zugrundeliegenden Netzwerkelements signalisiert wird.
3. Verfahren gemäß Patentanspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass als korrelierende Information, zumindest Teile einer Gerätespezifikation, insbesondere eine seitens des Geräts maximal mögliche Bandbreite, zumindest
Teilen das Netzwerks als korrelierende Information verfügbar gemacht wird.
4. Verfahren gemäß einem der vorherigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die korrelierende Information derart verfügbar gemacht wird, dass sie durch einen Trans¬ portmechanismus des Netzwerks, wie beispielsweise dem „Link Layer Discovery Protocol", LLDP oder seinen Derivaten, im Netzwerk übertragen wird.
5. Verfahren gemäß einem der vorherigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die korrelierende Information derart verfügbar gemacht wird, dass sich durch mindestens ei¬ ne Nachricht gemäß einem Reservierungsprotokoll, insbesondere gemäß „Stream Reservation Protocol", SRP, „Multiple Stream Reservation Protocol", MSRP, „Multiple VLAN Registration Protocol", MVRP oder Derivaten hiervon, im Netzwerk übertragen wird.
6. Verfahren gemäß einem der vorherigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der korrelierenden Information zusätzlich zu bestehenden Informationen einer, insbesondere MSRP- oder LLDP-, Nachricht, insbesondere codiert, beispiel¬ weise ein Wert in einem zusätzlichen Datenfeld, zugefügt wird .
7. Verfahren gemäß einem der vorherigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der Latenz auf
Basis der gespeicherten akkumulierten korrelierenden Information geschieht.
8. Verfahren gemäß dem vorherigen Patentanspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass die korrelierende Information durch eine, insbesondere am Rand einer Topologie des Netz¬ werks angeordneten, Bridge der Latenzberechnung zugrundegelegt wird.
9. Verfahren nach dem vorhergehenden Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die korrelierende Information als, ins¬ besondere gemäß einem Netzwerkprotokoll, ausgestalteten Mana¬ gement Attribut dezidierten Bridges verfügbar gemacht wird.
10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die korrelierende Information in dem ihm zugrundeliegenden Netzwerkelement der Latenzberechnung zugrundegelegt wird.
11. Vorrichtung geeignet zur Durchführung des Verfahrens ge¬ mäß den Merkmalen einer der Patentansprüche 1 bis 10.
PCT/EP2017/061322 2017-05-11 2017-05-11 Verfahren und vorrichtung zur modularen lenkung eines avb-streams Ceased WO2018206110A1 (de)

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