用于传输数据的方法以及相关网络节点和相关网络与流程

本发明涉及一种用于传输应用的数据的方法、一种相应的网络节点以及一种相应的网络。

背景技术：

在许多网络中、尤其是在所谓的工业网络中，需要在时间偏移和可靠性方面可预见的运行。尤其是在诸如借助于以太网和基于ip的网络的工业自动化、交通管制、机器对机器通信和scada（supervisorycontrolanddataacquisition（监视控制和数据采集））之类的领域中提及工业网络。目前的因特网和lan（localareanetwork（局域网））技术不能满足这些要求。因此，恰好在工业领域中设置了新的标准、例如profinet标准（iec61784-2），在这些标准中可以考虑到诸如时间偏移、可靠性之类的方面。这里出现的问题例如是现有解决方案的灵活性、或者与常规网络的兼容性。

技术实现要素：

本发明的主题是创建如下可能性：配置网络中的数据传输，使得尤其是可供用于传输的资源有效地且可靠地被分配。

该任务通过独立权利要求来解决。有利的配置是从属权利要求的主题。

本发明的一个方面在于，为应用的数据设置现有的或要创建的虚拟子网络，在该虚拟子网络中可以满足用于传输应用的数据的质量参数。

质量参数尤其是可以由用于传输的带宽、传输的可靠性、允许的时间偏移或“延迟（delay）”、要传输的数据的安全性和/或重要性或优先级构成。

根据一种配置，本发明还涉及一种用于将在源节点上运行的应用的数据传输到目标节点的方法，其中请求为了在网络中进行所述传输所需的资源，并且其中该网络能够被细分为至少两个虚拟子网络并且具有多个节点，该方法具有下列步骤：

由在源节点上运行的应用请求通过多个质量参数指定的资源。

然后在相应虚拟网络中进行应用的数据的传输，在所述虚拟网络中能够实现所述质量参数。

为了定义所述虚拟网络，可以进行所请求的资源到能够通过质量参数来定义的虚拟子网络的映射，紧接着检查：这样的虚拟子网络是否已经存在，并且如果这样的虚拟子网络存在，则授予对这些虚拟子网络的访问权限。

如果这样的虚拟子网络不存在，则进行这样的虚拟子网络的建立，并且授予对该新建立的虚拟子网络的访问权限。

根据一种配置，能够由网络请求的资源、诸如带宽或能够使用的qos以及能够到达的端点被限制。这些限制尤其是通过“slice”或切片机制（policycontrol（策略控制））来强制执行，在该切片机制中可用网络资源被管理并且例如虚拟网络被建立或者对虚拟网络的访问权限被分派。

根据另一方面，本发明还涉及一种控制装置，该控制装置可以接收关于资源的请求。此外，控制装置有关于网络的信息，例如哪些节点、哪些连接等等是可用的。控制装置响应于所接收的请求通过授予对能够由网络的至少一部分构成的虚拟网络的访问权限来指派资源的至少一部分。

附图说明

本发明的另外的优点根据所选择的实施例来予以解释，这些实施例部分地在图中被示出。

图1示出应用层面和通信层面通过引入管理层的去耦的示意图；

图2示出多个应用在终端设备上运行的情况的不同图示，即：

a）以应用视图，

b）以切片视图，以及

c）以物理网络视图；

图3示出被简化的通信服务架构；

图4示出本地软件代理的使用的被简化的实施例。

具体实施方式

在图1可以看到自动化应用层面与通信基础设施层面之间的去耦的示意图。

为了降低提供通信服务的复杂度，有利的是，将自动化编程与网络运行本身去耦。

也就是说，针对诸如profinet之类的标准，首先在第一步骤中必须规划应用，在第二步骤中必须从中导出要求，并且在第三步骤中必须相应地规划网络。然后，在网络针对有关应用的运行在第五步骤中可以被开始之前，在第四步骤中可以实现和配置网络。

这里现在出现的问题是，当应用规划已经针对确定的物理网络配置和确定的网络运行时，在运行中缺乏灵活性。如果现在在物理网络中或在应用之一中有些东西发生改变，则必须重复地实施上面提到的步骤中的至少一些。这是时间密集的并且隐藏出现错误的危险。

因此有利的、所提出的去耦通过引入管理层ml来进行，通过该管理层可以管理现有的网络资源或资源并且优化所述网络资源或资源的相互作用。将资源例如理解为带宽、在确定的时间、即预先给定的最大延迟之内或者以确定的质量、在确定的传输路径上等等进行传输的可能性。

该管理层ml表示可供用于自动化编程的网络资源的抽象。管理层ml此外能够按需或根据请求为应用提供通信服务、比如消息传送服务、事件或event服务、安全的和可靠的通信服务、预留机制。此外，通过该网络虚拟化将应用和由所述应用所要求的资源尽最大可能地彼此分离。由此最小化相互影响并提高安全性（security）。该管理层ml被置于任意的网络基础设施ci上。这导致：自动化应用的开发者将把网络本身视为“黑盒”，该黑盒通过所定义的接口或interface提供不同类型的通信服务。

因此也可以消除另一问题：使用技术、比如profinet的工业网络与非工业技术、诸如标准因特网或lan技术一起的共同运行由于不同特性而是困难的。通过去耦，可以开发可共同使用的、因为与网络无关的应用。

在图2中从不同层面的角度示出了多个应用在作为说话方或发送方t的终端设备上运行的情况：在图2a中示出了应用视图，该应用视图关于网络和通信要求来描述和/或联合应用。该应用视图从上级角度描述分配给发送方t的应用、例如第一应用a1和第二应用a2。所述应用的终点或目标、即接收方或收听方l、所期望的服务质量（qos，qualityofservice）和可靠性要求以及另外的要求被列出。这些要求的列表本身不受限制。

如图2b中所示出的所谓的切片视图或“sliceview”涉及作为虚拟优化层面的管理层sl，在所述管理层上由应用关于通信提出的要求到网络的抽象表示，所述网络包括具有预先给定的资源、能力的不同节点，其中网络的该抽象表示反映网络的实际物理拓扑。因此，应用a1和a2的数据一方面被传输给不同接收方l。另一方面，在传输到右下方的相同接收方期间，该传输通过不同路径进行，这可能对应于不同的时间偏移。

因此，切片视图提供如下可能性：设计对于相应的应用领域来说特定的优化准则和形成算法并且在此考虑任何不同的技术或标准，所述技术或标准具有其相应的能力。优化可以以软件功能来进行，该软件功能以切片管理器或“slicemanager”的形式被实施。通过通信服务接口csi或communicationserviceinterface、即本地软件代理，可以建立应用表示与切片表示之间的连接，因为通过该通信服务接口使应用的要求与网络情况关联。

在图2c中所示出的涉及网络基础设施层面ci的物理网络视图包括如下功能，该功能是为了不仅检测网络动态方面、即例如检测节点、连接的状态、网络拓扑以及所提供的特征和资源而且检测信令和在处于该网络基础设施层面之上的层面中所作出的所谓的“切片映射决定”所需的。

在图3中，可控的、适于与其他元件合作的生产模块或“网络物理生产模块（cyberphysicalproductionmodule）”cppm示意性地被分解成在图1中所示出的层面。

关于网络的应用要求在两个或更多个生产模块cppm之间的协商阶段中被定义。该协商或“negotiation”是定义该应用如何运行的方式的所谓的“插接&自动化（plug&automate）”过程的一部分、以及两个或更多个生产模块cppm之间的通信。

例如，被配置为传送带的生产模块cppm的速度与被配置为抓取机器人的另一生产模块的抓取运动相适配。为此，需要这两个生产模块之间的通信或数据交换，所述通信通过该应用进行。

根据应用的类型，对与一个或多个另外的生产模块的通信提出确定的要求。例如，用于传动带区段的视频传输应用可能要求相对大的带宽，而对时间偏移、即在传输时的延迟提出较低要求。安全性要求、即例如对其他人的窃听或操纵的预防这里也可以被保持为较低的。当视频传输对于生产本身不是首要地重要时，关于传输的可靠性这里也可以被削减。

当通过第一生产模块cppm将控制指令发送给例如作为另一生产模块的机器人时，情况可能是不同的，该机器人必须恰好在预先给定的时刻抓取，因为否则在工件处产生损伤。在这种情况下，仅仅极其小的时间偏移将是可接受的，还应当防止操纵，而所需带宽是较小的。而对传输的可靠性应当提出高要求，因为在控制指令丢失时可能在工件处产生错误。

由这些示例得知，根据特殊的应用，针对传输需要确定的资源，所述资源受制于确定的质量参数。属于这些质量参数的尤其有：带宽、时间偏移或延迟、传输的可靠性、相对于其他人的干预的安全性、以及相对于其他人的窃听和其他操纵的安全性。针对确定的传输的质量参数的全体也常常被称为服务水平协议或sla或服务品质协定。

要求或质量参数由应用层面给予管理层或管理层面ml。为此，通信服务接口csi位于管理层ml的层面上。该通信服务接口充当来自应用层面的请求的“翻译器”，其中进行翻译，使得处于应用层面之下的通信基础设施层面ci可以使用这些要求。因此，在应用层面aa上，通信基础设施层面ci的实际边界条件不必是已知的。依赖于通信基础设施层面ci的“指令集”或“命令集”可供通信服务接口csi使用。

所谓的“切片实施点”（sep）或切片实现点或用于建立虚拟网络的点位于通信基础设施层面ci上。

在图3中，用矩形围绕的元素进行信号、控制和执行功能。用椭圆围绕的元素表示发出确定的请求的应用。例如，插接&自动化应用pa-a将关于所需传输资源的请求给予位于处于其之下的管理层面中的通信服务接口csi。

在支持网络的切片划分或是“切片使能（sliceenabled）”的每个终端设备上，设置有本地通信服务接口csi，该本地通信服务接口例如充当本地软件代理。在此情况下，终端设备尤其可以是生产模块cppm。

生产模块cppm可以本身充当网络节点，或者具有用于通信的到网络节点的接口。

该本地通信服务接口csi允许受限制地选择：可能的命令，所述命令例如可以通过安全指南或者运营方的决定来规定；和/或基础的物理网络基础设施的边界条件。

本地通信服务接口csi可以将本地切片实施点sep用作入口点。在通信服务接口csi与在自动化应用层面aa上所设置的切片管理器或slicemanager之间未设置直接连接。

附加地，本地通信服务接口csi负责执行在某些情况下需要的、但与划分为虚拟子网络或切片本身无关的本地配置，即例如管理本地访问控制。

除了为生产模块cppm的构成整体的组成部分的本地通信服务接口csi之外，管理接口或managementinterfacemi被设置用于网络的运行商，该管理接口支持划分为切片或虚拟子网络、即该管理接口可以是管理面板的一部分，并且具有系统范围的配置装置以及到规划工具或planningtools的接口。

切片实施点sep是如下逻辑功能，该逻辑功能管理终端设备、尤其是生产模块、交换器或交换机、路由器或其他网络设备的网络接口。通过切片实施点sep，有关的接口和设备的实际配置在使用可用装置的情况下被实现。切片实施点sep可以是该设备上的代理或本地控制器。替代地或附加地，切片实施点sep可以通过切片管理器或“slicemanager”sm中的软件算法来实现，所述切片管理器使用例如根据因特网标准snmp（simplenetworkmanagementprotocol（简单网络管理协议），ietfrfc3410）或其他管理标准的非本地或远程配置接口。

切片管理器sm或用于虚拟网络的管理器在图4中的实施例中被示出为与生产模块分离。切片管理器可以在生产模块cppm中或者作为与该生产模块分离的具有接口的单元来实现。在分离的情况下，在切片管理器中设置有相应的用于切片实施点sep的对应方（pendant）或配对方（counterpart）、即sep配对方sepcp、以及用于通信服务接口csi的对应方或配对方、即csi配对方csicp。

sep配对方sepcp在图3中所示出的实施例中是用于一个或多个所设置的网络、例如profinet、以太网、zigbee或其他网络的网络管理和控制nmc的组成部分。在将面向对象的抽象层使用在网络管理和控制nmc中时，这些不同技术可以被联合到一起（untereinemdachvereint），即管理可以与相应技术无关地针对所有网络同样地进行。

切片管理器sm的管理接口mi与应用协调点ao或应用配置服务器交换数据，该应用配置服务器协调究竟哪些应用可以在预先给定的物理边界条件下运行，例如使得系统的总带宽不被超过。应用协调点ap尤其可以是网络接口控制器或nic。

在图4中示意性地示出了通信服务接口csi的应用。

在第一段1中，首先建立切片或slice或虚拟子网络。因此可以消除如下问题：不同生产模块的许多应用为了现有资源而竞争并且出于安全和管理原因必须彼此被屏蔽。此外，可以通过建立虚拟网络来可靠地管理诸如服务质量（qos）、可靠性以及传输路径之类的参数。因此，在第一段中进行要求a）的转发。此外，b）检查访问权限，并且——如果虚拟子网络还不存在——则建立虚拟子网络以及根据要求对该虚拟子网络进行配置。

在第二段2中，针对有关的恰恰要求确定的服务品质的应用进行实际的数据传输dt。

例如可以是确定的应用的插接&自动化请求方pa-r想要加入切片或slice或虚拟网络，也就是说，该插接&自动化请求方通过加入请求js请求具有某些质量特征的传输。

通信服务接口csi将必要时被重新表述的加入请求或“joinrequest”js引导到切片实施点sep。因此，该发送间接地进行，其方式是，使用通信服务接口csi。

切片实施点sep又检验该请求，并且将该请求转发给切片管理器或slicemanagersm。该切片管理器在步骤cr中检验该请求，并且在所示出的示例中在步骤okid中接受该请求并且将切片标识或切片标识符发送回给切片实施点sep。该切片实施点在步骤cc中生成并配置虚拟网络接口vnic，并且在步骤okvnic中将具有虚拟接口的名称的确认发送回给通信服务接口csi。此外，在步骤sar中，sep设置本地访问权限，并且在步骤okvnic'中将关于虚拟接口的名称的确认发送回给插接&自动化请求方pa-r。

如果需要，则切片管理器或slicemanagersm也对网络进行配置，使得创建提供具有所说明的质量条件的资源的新的虚拟网络或切片或slice。

如果已经存在这样的虚拟网络，则确保参与该虚拟网络是可能的。

换言之，切片实施点sep可以创建本地切片端点或localsliceendpoint，该本地切片端点基本上是与质量要求和其他网络调节相关联的层2接口。该新接口的本地标识通过通信服务接口csi被交还给应用。在该步骤之后，应用的数据传输可以使用新的切片接口或sliceinterface。

附图标记列表

aa自动化应用层面

ml管理层

ci网络基础结构层面

t说话方或发送方，终端设备

l收听方或接收方

a1，2应用1、2

csi通信服务接口

pa-a插接&自动化应用

vnic虚拟网络接口控制器

sep切片实施点或虚拟网络的创建点

mi管理接口

pa-r插接&自动化请求方

sm切片管理器或虚拟网络的管理器

sep-cpsep配对方

csi-cpcsi配对方

ao应用协调点或应用协调器或应用配置服务器

cr检查请求

js加入请求

js'被重新表述的加入请求