网络设备、网络装置和用于运行网络装置的方法

网络设备、网络装置和用于运行网络装置的方法
【专利摘要】网络设备、网络装置和用于运行网络装置的方法。建议用于通信网络的网络设备，具有第一控制设备、第二控制设备、分配给第一控制设备的第一物理端口和分配给第二控制设备的第二物理端口，其中第一和第二物理端口被设计为接收来自传输介质的数据并且发送数据。该网络设备被设计为将第一控制设备的发送数据从第一控制设备的内部发送连接端经由第一物理端口耦合到传输介质中并且将到达第二物理端口的接收数据传导至第一控制设备的内部接收连接端。替换地还可以将接收数据交叉地分别传导至另一个、也就是未分配给接收物理端口的控制设备。通过发送或接收数据的交叉传导，得出在唯一的物理环形网络内构成两个独立构成的不同发送/接收方向的环形通信路径。
【专利说明】网络设备、网络装置和用于运行网络装置的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及网络设备、网络装置和用于运行网络装置的方法。该网络设备和网络装置尤其适合于交换式网络环境，例如以太网环境。本发明用于构建安全的数据网络。
【背景技术】
[0002]通信网络越来越广泛地应用于复杂的技术系统的测量、控制和调节。例如，越来越多地在机动车中采用网络以构造机动车控制系统。在相应复杂和与安全相关的技术系统中，对作为网络设备设置的控制元件的可用性提出了高要求。在诸如传感器或控制设备的单个部件失效时，这不允许导致整个系统的失效。诸如线控转向(Steer-by-Wire)系统的电传线控(Drive-by-Wire)系统是特别安全相关的,在这样的系统中电动机式地经由传感器设备、控制设备和激励器设备的网络耦合将方向盘位置转换为车轮位置。
[0003]在过去采用特别关键部件的冗余实施，使得在故障情况下相应的备份或冗余部件可以接管相应的任务。在多个冗余部件的情况下，必须确保两个或多个控制设备中只有一个承担相应的管辖权。此外不允许针对相同的控制功能形成矛盾的控制指令。因此需要所有的控制部件在该网络中具有相同的信息或数据。
[0004]由此必须识别出不一致数据形式的故障，这些数据例如在经由所使用的网络进行数据传输的情况下可能遭到破坏。广泛传播的标准网络环境基于以太网协议。以太网基础设施的使用具有以下优点，即可以使用标准化的网络设备和方法。但是在过去还使用专用数据总线，以便将具有内部冗余、也就是具有双重所设计的功能的控制部件相互关联(verkni1-fpen)0
[0005]此外还可能的是，在该网络中采用的节点是有缺陷的。已知例如其中网络设备以高的频率将不包含对于其它控制设备来说可用的数据的数据发送到该网络中的故障类型。人们也将其称为“饶舌错(Babbling Idiot)”。于是该网络基础设施可能受到高的数据速率的负担，使得真正的控制或传感器数据不再能够在还工作的网络设备之间交换。期望尤其是在安全相关的网络中应付这样的故障行为并且适当地处理当前的数据，以保证在该网络中未被涉及的设备的可靠运行。
[0006]在过去建议如下方法，其中预定通信伙伴之间的数据交换收到带宽限制。但是有缺陷的网络节点也可以产生具有不切实际的地址数据的数据分组，这在决定性的带宽限制的范围中不能在每一个网络拓扑结构中、尤其是不能在环形网络拓扑结构中得到令人满意的处理。
[0007]此外已知基于网络节点的彼此同步通信的方法。在此，为预定通信伙伴之间的数据交换定义特定的时隙。这样的时隙方法要求费事的同步和专用的硬件设备。
[0008]因此期望提供这样的网络设备，其在网络装置或通信网络中单个地或者在与多个一起米用时尽可能鲁棒地工作在故障状况中。

【发明内容】
[0009]因此本发明的任务是提供改进的网络设备、网络装置和/或用于运行网络装置或通信网络的方法。
[0010]据此，建议一种用于通信网络的网络设备，该网络设备具有第一控制设备、第二控制设备、分配给第一控制设备的第一物理端口和分配给第二控制设备的第二物理端口。在此第一和第二物理端口被设计为接收来自传输介质的数据并且发送数据。该网络设备被设计为，将第一控制设备的发送数据从第一控制设备的内部发送连接端经由第一物理端口耦合到所述传输介质中并且将到达第二物理端口的接收数据传导至第一控制设备的内部接收连接端。
[0011]用于通信网络的网络设备的一种替换实施方式包括第一控制设备、第二控制设备、分配给第一控制设备的第一物理端口和分配给第二控制设备的第二物理端口，其中第一和第二物理端口被设计为接收来自传输介质的数据并且发送数据。该网络设备被设计为，将到达第一物理端口的接收数据传导至第一控制设备的内部接收连接端并且将第一控制设备的发送数据从第一控制设备的内部发送连接端经由第二物理端口耦合到所述传输介质中。
[0012]网络设备例如可以是传感器设备或激励器设备。作为传感器设备可以考虑转速传感器、刹车控制设备或开关控制设备。还可以采用例如实现电传线控的控制设备作为网络设备。在此，例如转向或加速脉冲电子地经由该网络传递给相应的激励器，从而开始机动车的期望反应。第一和第二控制设备一般适用于产生由传感器或控制算法使用或产生的数据。
[0013]网络设备优选分别实施为单个的FPGA、ASIC、IC芯片或固定连线的微电路。还可以考虑分别实现该控制装置和具有物理端口的交换机的芯片的实施方式。也可以制作包括CPU、交换机和具有插拔连接的端口的模块。
[0014]作为设置在网络设备中的控制设备例如考虑CPU、微处理器或还有其它可编程电路。作为控制设备还可以理解为传感器或激励器设备。
[0015]网络设备尤其是使得可以在交换式网络中采用。通信网络或传输介质尤其是可以包括以太网环境。
[0016]物理端口或PHY端口优选的被分配给OSI层模型的物理层。作为物理端口例如是在OS1-MAC层与诸如用于数据传输的光纤或铜电缆或网络电缆的物理介质之间的连接元件。在以太网环境中，物理端口例如被集成在PHY接收机中。所述物理端口在此使得可以借助电缆或其它传输介质将物理的网络基础设施耦合到安全层和尤其是介质访问控制层(MAC)。作为物理端口，在此尤其是理解为物理层(0SI层I)与数据链路层(0SI层2)之间的连接元件。
[0017]所建议的网络设备使得可以进行交叉的数据传输。例如由第一控制设备发送或产生的数据经由第二端口或第二端口的外部发送连接端耦合到传输介质中。同时第二控制设备的发送数据或产生的数据经由第一物理端口耦合到传输介质。通过例如可以在网络设备内部通过接线或电线连接来进行的交叉关联，使得可以构成具有多个网络设备的环形网络装置。在此，在唯一的环形物理网络中得出实际上彼此无关的、配备了一致数据的通信路径。总的来说得出了特别鲁棒的网络装置，其中也可以在网络中操作有缺陷的控制设备，并且尽管如此在该网络中仍然可以存在一致的数据。[0018]网络设备的实施方式规定，网络设备被设计为将第二控制设备的发送数据从第二控制设备的内部发送连接端经由第二物理端口耦合到传输介质中并且将到达第一物理端口的接收数据传导至第二控制设备的内部接收连接端。替换的，网络设备被设计为，将到达第二物理端口的接收数据传导至第二控制设备的内部接收连接端并且将第二控制设备的发送数据从第二控制设备的内部发送连接端经由第一物理端口耦合到传输介质中。
[0019]因此根据网络装置的实施方式可能的是，所述网络设备内部的发送路径交叉或者接收路径也交叉。一方面可以考虑将由第一控制设备产生的发送数据经由第二物理端口耦合到传输介质中并且同时停止第二控制设备的发送数据经由第一物理端口传送。但是在此在第一物理端口处的接收数据被输送至第一控制设备并且第二物理端口处的接收数据被输送给第二控制设备。
[0020]在替换的解决方案中，接收数据在网络设备内交叉地导引。也就是说到达第一物理端口的接收数据在内部被输送给第二控制设备，而在第二物理端口处存在的接收数据被输送给第一控制设备。但是同时，停止第一控制设备的发送数据经由第一物理端口传送并且停止第二控制设备的发送数据经由第二物理端口传送。
[0021]由此得出以下可能性，尤其是在网络设备的环形布置中实施彼此独立的、具有不同通信方向的通信路径。
[0022]在网络设备的实施方式中，网络设备被设计为，使得到达第一物理端口的接收数据不到达第一控制设备的内部接收连接端。此外网络设备可以被设计为，使得到达第二物理端口的接收数据不到达第二控制设备的内部接收连接端。
[0023]在替换的、待发送数据的交叉导引情况下，网络设备优选被设计为使得由第一控制设备的内部发送连接端发送的数据不到达第一物理端口。此外可以考虑不将由第二控制设备的内部发送连接端发送的数据传导至第二物理端口。
[0024]在网络设备的实施方式中，各自的物理端口包括外部发送连接端和外部接收连接端。在此，第一物理端口的外部接收连接端与第二控制设备的内部接收连接端直接连接。该直接连接例如可以通过印制线路或网络设备的可向外耦合的物理端口的其它物理关联来实现。
[0025]在网络设备的其它实施方式中，各自的物理端口包括外部发送连接端和外部接收连接端，其中第二物理端口的外部接收连接端与第一控制设备的内部接收连接端直接连接。
[0026]替换物理端口或物理端口的第一连接端与控制设备的内部连接端之间的直接连接的两个上述配置，可以将包括外部发送连接端和外部接收连接端的物理端口构成为，使得第一物理端口的外部发送连接端与第二控制设备的内部发送连接端直接连接。
[0027]还可能的是，在网络设备的实施方式中将包括外部发送连接端和外部接收连接端的相应物理端口进行内部连接，使得第二物理端口的外部发送连接端与第一控制设备的内部发送连接端直接连接。
[0028]在其它实施方式中，所述网络设备包括第一和第二交换机设备，其中各自的交换机设备具有多个交换机端口。各自的交换机端口包括内部发送连接端和内部接收连接端。第一交换机设备借助交换机端口通信地耦合到第一控制设备，并且第二交换机设备借助交换机端口通信地耦合到第二控制设备。[0029]接收数据和/或发送数据的输入或路由或交换可以在相应的控制设备与所分配的物理端口之间例如借助所分配的交换机设备进行。此外交换机设备可以完成控制设备之间的数据通信。网络设备的一部分可以作为控制设备、交换机设备和物理端口的组合按照模块的类型或者也按照单个集成电路或芯片的类型存在。
[0030]在网络设备的实施方式中，各自的物理端口包括外部发送连接端和外部接收连接端。在存在交换机设备的情况下，第一物理端口的外部接收连接端耦合到第二交换机设备的交换机端口的接收连接端。就此而言借助交换机设备进行交叉通信。在此在分配给第一控制设备的、涉及接收数据或发送数据的物理端口情况下，例如通过直接的印制线路或连接完成至其它交换机设备的关联。
[0031]在网络设备的其中各自的物理端口包括外部发送连接端和外部接收连接端的实施方式中，第一物理端口的外部发送连接端耦合到第二交换机设备的交换机端口的内部发送连接端。此外还可以考虑第二物理端口的外部发送连接端耦合到第一交换机设备的交换机端口的内部发送连接端。
[0032]在常规的配置中，第一交换机设备的内部交换机端口耦合到第一物理端口的外部发送连接端。前面描述的例如按照载体上印制线路的形式的关联或电缆敷设实现了交叉接线并由此实现了交叉的数据传输。
[0033]在其它实施方式中，交换机设备的交换机端口的至少一个内部发送连接端耦合到同一个交换机设备的交换机端口的接收连接端。
[0034]例如可能的是，将采用的交换机设备编程或设计为，使得仅在同时向交换机端口接通或供应数据的情况下这些交换机端口才可靠地工作。在发送连接端内部连接到接收连接端的情况下，例如与标准交换机设备的所传输的数据无关地建议交换机端口的所有连接端都被占用。
[0035]此外还可能的是，在网络设备的实施方式中将至少一个交换机设备设计为使得在交换机端口的接收连接端上接收的数据被发送到同一个交换机端口的内部发送连接端。通过对交换机设备内的路由表进行合适的编程，例如可以实现这种配置。通常对交换机设备进行不同的编程，并且交换机设备阻挡数据在也已接收了数据的交换机端口的发送连接端上输出。相反在当前的实施方式中，这种配置例如是期望的。
[0036]在网络设备的其它实施方式中，第一交换机设备和第二交换机设备分别借助交换机端口通信地相互耦合。交换机设备的彼此耦合使得例如可以在两个控制设备彼此之间进行另外的数据交换，而不需使用耦合到物理端口的通信介质。尤其是通过交换机设备内的合适的路由，可以将由第一控制设备产生的数据与由第二控制设备产生的数据进行数据平衡。就此而言可以进行一致性检验。
[0037]在两个交换机设备之间的数据传输优选是带宽受限的。尽管如此，由此在网络设备的部件的所有简单故障状况中在唯一的环形网络内可靠地经由两个物理独立的方向中的至少一个来进行冗余的数据提供。
[0038]网络设备的其它实施方式规定，至少一个交换机设备被设计为将在交换机端口的内部接收连接端上从通信地耦合到该交换机端口的控制设备接收的数据传导至至少一个交换机设备的交换机端口的内部发送连接端，该内部发送连接端与另一个交换机设备的交换机端口的内部接收连接端连接。[0039]替换地，可以将在交换机端口的内部接收连接端上从通信地耦合到该交换机端口的控制设备接收的数据传导至至少一个交换机设备的交换机端口的内部发送连接端，该内部发送连接端与另一个交换机设备的内部接收连接端连接。
[0040]例如可以考虑对以下交换机设备的所有发送连接端和接收连接端施加数据通信，所述交换机设备对由于在第一控制设备与第二物理端口之间或在第二控制设备与第一物理端口之间的交叉数据传输而可能未被使用的发送连接端或接收连接端施加哑数据或填充数据。
[0041]可以考虑，至少一个交换机设备的内部接收连接端和内部发送连接端属于所述至少一个交换机设备的相同的交换机端口。就此而言还可能的是，对交换机设备进行电缆连接或电线连接，使得发送数据或接收数据本身被发送以完全利用交换机端口的连接端。
[0042]在网络设备的实施方式中，第一和第二网络设备分别具有另外的内部发送连接端和内部接收连接端。控制设备在此通信地直接相互连接。例如，第一控制设备的内部发送连接端可以直接耦合或连接到第二控制设备的内部接收连接端。就此而言可以考虑直接在控制设备之间的数据平衡。
[0043]此外还可能的是，网络设备被构成为使得第一控制设备产生第一数据并且第二控制设备产生第二数据。第一数据和第二数据在此优选通过预先给定的编码相互关联。就此而言通过第一数据与第二数据的比较可以检查数据内容是否相互兼容或相同。
[0044]例如，在于机动车控制装置中采用的控制设备的情况下通过这些控制设备冗余地产生控制数据或传感器数据。这些控制数据或传感器数据冗余地被发送到相应的、包括至少两个彼此独立的通信路径的网络装置中。如果控制设备失效或者有缺陷或者例如作为饶舌错产生过多的无意义数据，则可以通过数据的比较来识别。此外还在控制设备或交换机设备有缺陷的情况下通过交叉通信实现通信路径的物理分离，使得尽管如此也可以在该网络内进行安全的数据通信。
[0045]控制设备和所属的交换机设备以及物理端口优选形成单个的集成电路或者可能具有其它器件的模块，所述其它器件例如是存储组件。就此而言，网络设备可以通过例如两个可按照标准制造的集成电路或芯片或模块来构造。于是网络设备形成由两个这种芯片或模块组成的模块，这些芯片或模块合适地相互物理地(例如通过印制线路)关联。
[0046]在网络设备的实施方式中，一个或多个物理端口与发送连接端和/或接收连接端构成为分别耦合至少一个双绞线电缆。双绞线电缆例如在以太网应用和网络中标准化地采用，从而网络设备的简单采用和简单实施以及作为网络装置的电缆敷设是可能的。但是也可以考虑这样的网络设备构型，其中物理端口被设计为耦合至少一个光波导体。此外可以考虑其它物理的端口特性，例如用于耦合无线网络。
[0047]优选的，网络设备尤其是被设计为在例如根据IEEE802.3标准的以太网协议环境中采用。网络设备优选地被构成为在交换式网络中采用。
[0048]此外建议一种具有一个或多个如前所述的网络设备的网络装置。各自的网络设备分别包括第一控制设备和分配给第一控制设备的第一物理端口以及第二控制设备和分配给第二控制设备的第二物理端口。为了构成环形结构，在第一网络设备中分配给第一控制设备的每一个物理端口都借助传输介质通信地耦合到第二网络设备中分配给第二控制设备的一个物理端口。[0049]由此在例如经由网络电缆相互关联的物理端口之间得出了环形结构。人们获得环形结构，也就是在不同的方向上环形地达到每一个网络设备的通信路径。在此，第一发送方向通过物理端口并且至控制设备地得出，并且相反的第二发送方向同样经由物理端口得出。通过网络设备内交叉连接的通信，也可以在控制设备之一失效或有缺陷的情况下(例如作为饶舌错)经由另外的冗余的数据路径来继续导引冗余设置的控制设备与其余网络设备的通信。
[0050]尤其是构成为以太网通信网络的网络例如导致网络设备彼此间的环形构造或耦合。具有双重交换机设备和控制设备的网络设备的冗余实施以及在相应网络设备中实现的内部通信的冗余实施在该通信网络中提供了安全和可靠的数据传输。
[0051]在网络装置的实施方式中，至少两个网络设备分别具有分配给第一控制设备以用于发送数据的第一物理端口、分配给第一控制设备以用于接收数据的另外的第一物理端口、分配给第二控制设备以用于接收数据的第二物理端口以及分配给第二控制设备以用于发送数据的另外的第二物理端口。在此第一网络设备的第一物理端口耦合到第二网络设备的另外的第一物理端口。第二网络设备的另外的第二物理端口耦合到第一网络设备的第二物理端口。相应的耦合例如可以通过在网络设备之外的交叉电缆敷设来实现。例如可以考虑双绞线电缆的特殊构型和网络设备的相应构型或编程。
[0052]通信网络本身可以包括以太网基础设施。可选的交换机设备也可以称为桥或路由器设备。人们也将网络设备称为网络节点、网络部件或网络元件。
[0053]网络装置尤其是机动车的一部分。
[0054]此外建议一种用于运行如前所表示的网络装置的方法。在此在各自的网络设备中将在该网络设备的第一物理端口上从传输介质接收的数据转发至第二物理端口并且从第二物理端口发送至传输介质。
[0055]使用如前所述的网络设备或网络装置来实施所述方法实现了在网络中对例如传感器数据的可靠和冗余的提供。
[0056]此外该方法还可以包括至少一个以下方法步骤:
通过第一控制设备产生第一数据和通过第二控制设备产生第二数据。在此第一数据和第二数据通过预先给定的编码相互关联；
将第一数据从第一控制设备传送给第二控制设备，并且将第二数据从第二控制设备传送给第一控制设备；
将第一数据和第二数据经由第一通信路径从第一控制设备的物理端口发送至第二控制设备的物理端口 ；和/或
将第一数据和第二数据经由第二通信路径从第二控制设备的物理端口发送至第一控制设备的物理端口。
[0057]在此，第一和第二通信路径的数据优选在相反的方向上穿过相同的网络设备。
[0058]作为编码可以考虑在第一和第二数据的数据内容之间的不同逻辑关联。经由预先给定的编码相互关联的第一和第二数据例如可以通过位反转来产生。预先给定的编码允许对两个数据进行一致性检验。如果例如通过经由网络的数据传输破坏了数据(分组)之一，则可以通过分别与另一个数据(分组)的比较在考虑各自编码的情况下来识别。
[0059]本方法的实施方式还包括在第一和/或第二控制设备中将第一数据与第二数据进行比较以产生比较结果，并且依据该比较结果将网络设备挂起(Passivieren)。
[0060]如果得出例如第一和第二数据彼此间不一致，则可以在网络装置中识别出控制设备或交换机设备和/或传输信道中的至少一个有缺陷地工作。通过数据通信的冗余构型，控制设备本身可以被挂起并且由此不再提供错误的数据到网络中。尽管如此，数据的安全提供仍然可以是可靠的。
[0061]由此，未经编码或已编码的数据由从第一控制设备出发的第一信道被发送至分配给第二控制设备的信道。这也可以反过来进行，由此发送控制部件可以确定被分配给第二(冗余)控制设备的另一个信道是否分别具有相同的数据结果。就此而言可以确定所分配的以太网交换机或交换机设备是否可靠地工作。如果识别出分配给控制设备的交换机设备中的至少一个有缺陷地操作，则优选将发送控制设备挂起。
[0062]此外建议一种计算机程序产品，其促使在一个或多个编程控制的设备上执行如上所述用于运行网络装置的方法。
[0063]诸如计算机程序装置的计算机程序产品可以例如作为诸如存储卡、USB棒、CD-ROM、DVD的存储介质或者还以可从服务器下载的文件的形式在网络中提供或供应。这例如可以在无线通信网络中通过传输具有计算机程序产品或计算机程序装置的相应文件来进行。作为编程控制的设备尤其是考虑如上所述的网络设备。
[0064]本发明的其它可能实施还包括前面或下面关于实施例描述的方法、网络装置、网络设备或网络节点的方法步骤、特征或实施方式的未明确提到的组合。在此专业人员也可以添加或更改单个方面作为对本发明各自基本形式的改进或补充。
【专利附图】

【附图说明】
[0065]本发明的上述特性、特征和优点以及如何达到的方式结合下面对实施例的描述而变得更清楚和更容易理解，结合附图详细阐述所述实施例。
[0066]在此:
图1-8示出网络设备的实施方式的示意图，
图9-20示出网络装置的实施方式的示意图以及用于阐述运行该网络装置的方法方面的通信流程。
[0067]只要没有另外说明，在图中相同或功能相同的元件配备有相同的附图标记。【具体实施方式】
[0068]图1示出网络设备I的实施方式的示意图，该网络设备尤其是适合于在诸如以太网协议环境的交换式网络环境中采用，该网络环境尤其是根据IEEE802.3的网络环境。
[0069]网络设备I配备有冗余的、也就是两个控制设备2，3。控制设备2，3可以实施为微控制器或者也可以实施为传感器设备，并且例如在自动化系统或机动车控制装置中用于执行预先给定的编程的任务。例如，控制设备2，3可以是微控制器，其例如为机动车中的激励器计算特定的阈值并在该网络中提供。
[0070]网络设备I配备有第一物理端口 6和第二物理端口 7。第一物理端口 6被分配给第一控制设备2，并且第二物理端口 7被分配给第二控制设备3。借助物理端口 6，7可以连接到物理的网络结构16，16’。各自的物理端口 6，7在此具有外部发送连接端12，13和外部接收连接端14，15。发送连接端12，13用于将数据SD1，SD2经由物理链路输入耦合到各自的传输介质16，16’中。该传输介质例如可以是网络电缆34。但是也可以考虑其它物理传输介质，如光导体或无线电。在图1中传输介质16，16’的关联通过双箭头27表示。总的来说，如果多个网络设备I相互耦合，则可以得出环形的网络结构。在于以太网结构中采用的情况下，只需要一个由以太网电缆组成的环结构，其中得出两个通信环方向。在图中这通过箭头表示。例如，分别有电缆34插入物理端口 6，7，其中该电缆允许双向的数据传输。
[0071]在如图1所示的实施方式中，第一控制设备2具有内部发送连接端8和内部接收连接端10。第二控制设备3具有内部发送连接端9和内部接收连接端11。在网络设备I内，由第一控制设备2施加在内部发送连接端8上的发送数据SDl被传导至第一物理端口6的外部发送连接端12。从那里该发送数据SDl进入各自的传输介质16中。
[0072]第二控制设备3同样可以产生由内部发送连接端9传导至第二物理端口 7的外部发送连接端13的发送数据SD2。在也可以配备冗余控制设备2，3的常规网络设备中，大都将接收数据在第一控制设备的第一物理端口上输入并且将在第二物理端口上接收的数据传导至第二控制设备。
[0073]在当前网络设备I的该实施方式中，在网络设备内部第一物理端口 6的外部接收连接端14与第二控制设备3的内部接收连接端11连接。从传输介质16到达外部接收连接端14的接收数据ED2因此作为接收数据ED2到达第二控制设备3。
[0074]在第二外部接收连接端15上接收的数据EDl在网络设备内部到达第一控制设备
2。因此第二物理端口 7的外部接收端口 15连接到第一控制设备2的内部接收连接端10。
[0075]连接端8和6，9和13，14和11以及15和10之间的各自连接例如经由网络设备I内的固定电线连接进行。该电线连接或耦合可以通过适用于数据SD1、ED1、SD2、ED2的各自物理传输的印制线路或电线进行。借助如图1所示的网络设备I的一种实施方式，可以构造在唯一的环形物理通信网络内具有独立的环形通信路径的网络装置。
[0076]图9示出网络装置的实施方式的示意图，该网络装置是用如图1所示的网络设备来构造的。相应的网络装置40或通信网络尤其是可以基于以太网而包括多个在环中耦合的网络设备100，200, 300。网络设备100，200, 300构造为基本上相同类型并且在其配置和配备方面类似于在图1所示的网络设备。此外，分别在网络设备100，200, 300的两个控制设备2，3之间设置直接的通信可能。由此可以对两个控制设备2，3之间的数据检查一致性。
[0077]原则上由控制设备2，3产生的数据内容应当相同。由此完成在网络40中提供更高的安全性的冗余的数据或控制数据产生。每个网络设备100，200，300具有两个分别具有内部发送连接端和接收连接端8，9，10，11的控制设备或CPU2，3。发送连接端和接收连接端8，9，10，11例如可以是微控制组件的焊盘或电连接端。
[0078]此外每个网络设备100，200, 300具有物理端口 6，7。物理端口 6，7用于耦合到例如可以由借助于网络电缆的电线连接组成的物理网络基础设施16。每个物理端口 6，7在此具有发送连接端12，13和接收连接端14，15。网络设备100，200, 300相互连接，使得在唯一的物理环形网络内形成两个彼此独立工作的环。
[0079]第一通信路径结构通过物理端口 6的第一外部发送连接端12与第二物理端口 7的外部接收连接端15耦合来得出，其中所述物理端口 6在第一网络设备100中被分配给第一控制设备2，而所述第二物理端口 7分配给第三网络设备300的第二控制设备3。用CBl来表示该支路。该通信环继续通过第一物理端口 6的外部发送连接端12与第二物理端口7的外部接收连接端15连接来继续，所述第一物理端口 6被分配给第三网络设备300的第一控制设备2，而所述第二物理端口 7分配给第二网络设备200的第二控制设备3。用CB2表示该支路。该环通过将第一物理端口 6的外部发送连接端12与第二物理端口 7的外部接收连接端15相连接来闭合，所述外部发送连接端12分配给第二网络设备200的第一控制设备2，所述外部接收连接端15分配给第一网络设备100的第二控制设备3。用CB3表示该支路。
[0080]由支路CB1、CB2和CB3得出环形的通信路径。只有网络设备100，200, 300的第一控制设备2参与该也称为路径(Lane) A的环形通信路径CB1，CB2，CB3。通过物理端口 6，7的其余发送连接端和接收连接端13，14的合适耦合，在网络设备100，200，300的第二控制设备3之间得出也可以称为路径B的第二环。该环由片段CR1、CR2和CR3构造并在图9中示出。两个环或路径A或路径B的通信方向是相反取向的。
[0081]通过在图1中所示的接收数据的交叉耦合，在唯一的物理环形网络中得出近似独立的环或路径A或B。这些通信环在网络设备100，200，300内的部分对于“蓝色”路径A用CB表示，而对“红色”路径B用CR表示。
[0082]在图9的实施方式中，在网络设备100，200, 300中没有设置附加的交换机设备或路由器设备。由此控制设备或微控制器2，3承担例如选择或过滤所接收的数据分组或者监视各自网络通信环上的数据速率的任务。相应交换机的节省实现了更少的故障源。
[0083]各自网络设备100，200, 300的控制设备2，3之间的直接通信使得可以对在路径或各自通信环A或B中存在的数据进行一致性检验。例如在将第一网络设备100实施为传感器的情况下，例如CPU2，3产生相同的数据内容，这些数据内容例如通过位反转相互逻辑关联。
[0084]所述数据被传输到网络16中并由此冗余地以及彼此分离地在环CB1，CB2, CB3中存在，以及与此独立地在环CR1，CR2，CR3中存在，其中这两个环通过在唯一的物理环形双工网络中的方向来实现。只要例如网络40中的CPU提供有缺陷的数据或者例如作为饶舌错出现，则由于两个通信环的物理去耦仅涉及环方向或路径之一。尽管如此，网络中分别另一个环方向的数据仍然安全地存在。
[0085]替换网络设备100，200, 300内接收方向的交叉，还可以如图2所表示的那样设置发送路径的交叉。在网络装置的相应构成的拓扑结构或利用网络设备的替换实施方式来实施的情况下，同样得出彼此独立的通信路径，这些通信路径物理上尽可能分离，尽管它们是在唯一的物理环形网络内实现的。
[0086]图2示意性示出网络设备I的另一种实施方式。网络设备I又配备有两个控制设备或CPU2，3，它们分别包括内部发送连接端8，9和内部接收连接端10，11。两个控制设备2，3彼此独立地构造并且例如分离地作为芯片来制造。网络设备I具有两个分别具有外部发送连接端12，13和外部接收连接端14，15的物理端口 6，7。借助物理端口 6，7，网络设备I可以耦合到物理网络基础设施16，16’。例如，这些物理端口使得可以耦合到玻璃纤维或网络电缆。
[0087]网络设备I现在被设计为，例如在内部电缆连接为使得从传输介质16接收的数据EDI’到达外部接收连接端14并且从那里被传导至第一控制设备2的内部接收连接端10。同样，从传输介质16’接收的数据ED2’由第二物理端口 7的外部接收连接端15传导至第二控制设备3的内部接收连接端11。
[0088]现在设置由控制设备2，3产生的发送数据SD1’、SD2’的交叉。为此将第一控制设备2的内部发送连接端8耦合到第二物理端口 7的外部发送连接端13。由第一控制设备2产生的发送数据SD1’由此经由第二物理端口 7到达传输介质16’。类似的，第二控制设备3的内部发送连接端9耦合到第一物理端口 6的外部发送连接端12。由第二控制设备3产生的数据SD2’由此经由第一物理端口 6作为发送数据SD2’到达传输介质或进入传输介质中。
[0089]借助物理端口可以用多个如在图1所示的网络设备I同样构造通信网络，例如基于以太网或其它交互式网络协议，其中第一控制设备2和第二控制设备3分别彼此独立操作地构成唯一环形物理网络内的环形结构。
[0090]图3示出网络设备110的另一实施方式。在此设置附加的交换机设备4，5。各自的交换机设备4，5可以包括各自的物理端口 6，7作为集成组件。交换机设备4，5例如完成耦合到物理传输介质的物理端口 6，7与介质访问控制层(MAC层)之间的关联。为此设置在此未示意性示出的内部总线系统或微处理器以及路由表的存储器。
[0091]各自的交换机设备4，5在此具有交换机端口 17-24。交换机端口 17_24分别具有内部接收连接端25和内部发送连接端26。交换机端口 17，18分别与控制设备2，3的内部发送接收连接端8，9，10, 11连接。
[0092]此外，两个内部交换机端口 19，20相互耦合，使得原则上可以在得出的路径或通信环之间进行数据交换。用于交换机设备4，5之间的两个内部端口 19，18之间的数据传输的带宽尤其是明显带宽减小的，由此在饶舌错的故障情况下只对整个数据传输进行很小的干扰。交换机端口 19，20或控制设备2，3之间经由交换机4，5的数据传输例如用于对通过控制设备2，3互补产生的数据Dl和D2进行一致性检查。
[0093]交换机设备4现在例如通过合适的编程被设计为，使得由第一控制设备2经由内部发送连接端8到达交换机端口 17或那里的接收连接端25的数据Dl经由与第一物理端口6连接的交换机端口 21被输入耦合到通信介质中。就此而言得出经由交换机端口 17，26、交换机端口 21和12的连接端8，25的数据路径Dl和SDl。类似的，由第二控制设备3产生的数据D2通过相应设计的交换机设备5经由交换机端口 18的连接端25、交换机端口 24的连接端26被传导至物理端口 7或那里的外部发送连接端13。数据D2因此作为发送数据SD2到达通信介质中。
[0094]接收数据类似于图1中的实施方式被交叉地路由或传导至控制设备2，3。在第一物理端口 6上接收的数据ED2例如通过直接电线连接而被导引至第二交换机设备5的交换机端口 22。类似的，在第二物理端口 7上接收的数据EDl被交叉地转发至第一交换机设备4的交换机端口 23。例如，第一接收连接端15直接与交换机端口 23的接收连接端25耦合。所接收的数据EDl通过被相应设计的交换机设备4经由交换机端口 17转发至第一控制设备2。交叉的接收数据路径EDl和ED2使得可以如前所示那样由相应的网络设备110构成双环结构。
[0095]在交换机设备例如实施为集成电路的若干实施中，按照标准期待各自交换机端口的所有连接端都被占用并且接收或发送数据。由于尤其是第一交换机设备4的两个交换机端口 21和23以及第二交换机设备5的交换机端口 22和24由于交叉的数据传送而部分地没有获得接收数据(端口 21:接收连接端25，和端口 24:接收连接端25)，因此可选地可以将端口 23和端口 22的未使用的发送连接端26实施为内部关联。这在图3中通过虚线箭头ID表示。就此而言在内部不一定在各自交换机设备的端口之间传送有意义的数据ID。这可以通过内部或外部的电缆敷设或电线连接至各自交换机设备4，5的管脚来进行。
[0096]在若干标准实施中，交换机设备或交换机芯片已经包括一个或多个物理端口。为了在左侧(路径A)和右侧(路径B)之间或由第一控制设备2、第一交换机设备4和物理端口6组成的部件作为一方和由第二控制设备3、第二交换机设备5和物理端口 7组成的部件作为另一方之间实现交叉数据转换，各自的交换机端口或交换机端口 21，23，22，24可以按照硬件扩展，例如通过印刷电路板上的印制线路。于是这些印制线路实现输入数据EDI，ED2的交叉或关联。
[0097]图10示出包括由三个网络设备110，210，310组成的环结构的网络装置41，其中网络设备110，210，310就像在图3所示的实施方式中那样构造。尤其是通过网络设备110，210, 310的物理端口 6，7的发送连接端和接收连接端12，13，14，15的耦合得出已经在图9中表示的环结构。就此而言由片段CB1，CB2，CB3获得构成为环性并且也可以称为路径A的第一通信路径。结合在此所示的实施方式，也称为“蓝色”通信路径。具有与路径A的第一通信路径相反的通信方向的第二通信路径由片段CR1，CR2和CR3得出。该“红色”通信路径也被称为路径B。
[0098]通过网络设备110，210, 310内的数据的交叉关联，如在图3所阐述的，在唯一的环形物理网络内得出物理上独立的环形网络。两个路径A或B之间的通信或数据平衡可以通过内部相互耦合的交换机端口 19，20在每个网络设备110，210，310中进行。两个环形网络结构的内部交叉接线对于蓝色路径A用CB表示，而对红色路径B用CR表示。如果在这些元件之一、例如交换机或CPU中出现故障，该故障使该元件按照饶舌错的类型将无意义的数据发送到网络片段中，则这仅仅分别涉及一个路径，而不是整个网络，因为参与经由路径A和路径B进行的数据传输的物理部件在物理上是相互独立的，尽管路径A和路径B是在唯一通信环中的两个方向。通过交换机端口 19，20的路径之间的内部关联在此可以配备有带宽减小装置。
[0099]原则上网络设备110，210，310可以被构成为，使得只有直接由各自交换机设备4，5的CPU2或3传送的数据才被直接传输以用于各自CPU2，3内的数据平衡或监视。例如，第一网络设备110的CPU2可以产生数据Dl并且第二 CPU3产生数据D2。在未受干扰的情况下，数据Dl和D2通过编码相互关联并且例如包含相同的传感器数据或控制数据。两个数据版本Dl和D2的一致性例如在监视中被相互比较，从而在Dl和D2不兼容的情况下CPU2, 3例如可以被停止，因为在该网络设备或CPU之一中可能存在故障。
[0100]此外，通过物理端口 6，7分别与另一个交换机设备4，5的直接连接，还得出提高的数据速率或传输速度，因为例如在第一网络设备Iio的第一物理端口 6的接收端口 14上接收的数据直接行进至另一个交换机设备5的交换机端口 22的接收连接端，并且不需要在交换机设备中通过交换或路由方法进行处理。
[0101]在图11中示出网络装置41的变型。如已经参照图3所阐述的，可以考虑在每个发送连接端或接收连接端期待尤其是标准交换机器件。[0102]除了交叉的内部接收数据传送之外，交换机端口的在图10的图示中未被使用的发送连接端和接收连接端相互关联。用S表示发送连接端，用R表示接收连接端。例如，端口 23的发送连接端耦合至端口 21的接收连接端。这用箭头ID’来表示。此外，端口 22的发送连接端耦合至端口 24的接收连接端。这同样用箭头ID’来表示。
[0103]尤其是在如图10和11所示的实施方式41中，带宽可以通过内部相互关联的交换机端口 19，20来限制，由此在网络中存在饶舌错的情况下可以仍旧通过路径A和路径B实现常规的数据通信。例如，带宽在接收侧、也就是分别在接收连接端上以及在存在于各自交换机设备4，5内的设备处受到限制。此外，可以对数据通信设定优先级，从而通过环通信的内部数据交换Dl，D2 (参见网络设备210，310)是优先的。
[0104]在图10和11的图示中，DlB表示由CPU2产生并经由路径A、也就是“蓝色”路径行进的数据D1。由第二控制设备3经由路径B产生的数据用D2R来表示。类似的，来自第二控制设备3并经由“蓝色”路径A行进的数据用D2B表示。如已经在图10或9中识别的那样，在图11的图示中识别出环结构彼此独立地实现数据通信。
[0105]在如图11所示的通信网络运行时，例如网络设备210和310利用其控制设备2，3执行对两个彼此编码的数据Dl和D2的监视和一致性检查。在此，例如CPU经由路径A获得彼此独立的数据Dl和D2以及借助内部相互关联的交换机端口 19，20同样获得路径B的数据Dl和D2。只要在网络中不存在故障，所有数据在内容上就是相互兼容的。
[0106]替代在各自网络设备110，210，310内对接收数据进行交叉耦合，还可以如在图2中表示的那样在网络设备中对发送数据进行交叉耦合。因此图4示出网络设备110的变型的实施方式，其中类似于图2的实施方式在路径之间交叉地存在发送路径。
[0107]网络设备101包括两个控制设备或CPU2，3。网络设备101具有两个分别具有外部发送连接端12，13和接收连接端14，15的物理端口 6，7。分别向第一控制设备2分配交换机设备4和向第二控制设备3分配交换机设备5。交换机设备4，5具有交换机端口 17-24。这些交换机端口中第一交换机设备4的交换机端口 17耦合到第一控制设备2的内部发送连接端和接收连接端8，10，并且第二交换机设备5的交换机端口 18耦合到第二控制设备3的发送连接端或接收连接端9，11。两个交换机端口 19，20相互耦合，以允许路径内的和路径间的数据交换。此外第一交换机设备4包括被用于接收从网络接收的数据ED2的交换机端口 21。第二交换机端口 23被用于将发送数据SD2发送到网络环之一中。
[0108]类似的，第二交换机设备5具有被用于发送数据SDl的交换机端口 22，以及被用于从网络中接收数据EDl的交换机端口 24。在第一物理端口 6的外部接收连接端14上接收的数据ED2例如通过直接电线连接被输入到交换机端口 21的接收连接端25。从网络接收的数据EDl由物理端口 7的外部接收连接端15传导至交换机端口 24的接收连接端25。
[0109]为了实现两个环结构的物理去耦，如在图2中所表示的，来自第一控制设备2的发送数据经由第二物理端口 7停止，并且来自第二控制设备3的发送数据经由第一物理端口6停止。因此第一交换机设备4的交换机端口 23的发送连接端26连接至第二物理端口 7的外部发送连接端13。交换机端口 22的发送连接端26连接至第一物理端口 6的外部发送连接端12。就此而言得出如下拓扑，在该拓扑中通过多个这种网络设备110的互连可以在唯一的环形物理网络内形成两个彼此独立工作的环形通行路径。
[0110]图5还示出网络设备102的实施方式。该网络设备102主要包括与参照图3的实施方式所示的相同的元件。但是交换机设备4，5被构成为，使得可以由接收数据的交换机端口同时发送数据。优选的，尤其是所接收的数据又在同一个交换机端口输出。由此可以减小在交换机设备中所使用的交换机端口的数量。
[0111]就此而言，第一交换机设备4仅具有三个交换机端口 17，19，21，并且第二交换机设备5同样具有三个交换机端口 18，20，22。在此，交换机端口 19和22相互耦合以用于路径间数据交换。第一物理端口 6的外部发送连接端12耦合至第一交换机设备4的交换机端口 21的发送连接端26。第二交换机设备5的交换机端口 22的发送连接端26耦合至第二物理端口 7的外部发送连接端13。
[0112]现在从第二物理端口 7的外部接收连接端15设置至第一交换机设备4的交换机端口 21的接收连接端25的关联。类似的，第一物理端口 6的外部接收连接端14连接至交换机端口 22的接收连接端25。由此原则上实现接收数据ED1，ED2的交叉耦合。在常规的交换机设备情况下，大多没有规定经由端口的接收连接端25接收的数据又经由同一个端口的发送连接端26发送。就此而言，交换机端口 21，22实现为交换机设备4，5的组合端口。可以说，交换机设备4，5被设计为对数据进行反弹。也就是说，包括接收连接端和发送连接端的端口经由该发送连接端发送在该接收连接端上接收的数据。
[0113]在图12中示意性示出由根据图5的网络设备构造的网络或网络装置42。其例如又是三个如在图5所示和所阐述地那样构成的网络设备102，202，203。
[0114]通过如已经参照图9-11所阐述的发送连接端或接收连接端S，R的关联得出在唯一的环形物理网络内的两个环形通信网络。得出路径A，CBl, CB2, CB3, CB和路径B，CRl,CR2，CR3，CR。如在图5中所示的那样进行网络设备102，202, 203中端口和连接端的内部关联。所具有的优点是:只需要采用少量交换机端口并且形成彼此物理独立的环形网络。在交换机端口 19，20之间的内部通信尤其是可以是带宽受限的，以便在网络中减小以高频率停止无意义数据的饶舌错的影响。
[0115]图6还示出网络设备103的另一实施方式。图13示出由相应的网络设备103，203, 303构造的网络装置43。
[0116]在图6中识别出，网络设备103包括两个分别包括内部发送连接端8，9和内部接收连接端10，11的控制设备2，3。向每个控制设备2，3分配一个交换机设备4，5。此外网络设备103包括被分配给第一控制设备2的第一物理端口 6和被分配给第二控制设备3的第二物理端口 7。每个交换机设备4，5具有3个分别具有发送连接端和接收连接端26的交换机端口 17，18，21，22，23，24。在图13中用S表示发送连接端，用R表示接收连接端。
[0117]为了输入耦合由第一控制设备2产生的发送数据，第一交换机设备的端口 17的接收连接端25与控制设备2的发送连接端8耦合。此外，第一交换机设备4的交换机端口 21的发送连接端26耦合至第一物理端口 6的外部发送连接端12。此外，从通信网络16接收的数据EDl由第二物理端口 7的接收连接端15耦合至第一交换机设备4的交换机端口 23的接收端口 25。就此而言，对于使用通信路径081，082，083，08的数据得出关于图13的路径A。
[0118]类似的，第一物理端口 6的外部接收连接端14与第二交换机设备5的交换机端口22的接收连接端25连接。第二交换机设备5的交换机端口 24的发送连接端26连接至物理端口 7的外部发送连接端13。由此得出具有片段CR1，CR2，CR3，CR的红色路径B (参见图 13)。
[0119]在图6的实施方式中，控制设备2，3没有直接通信地相互连接。而是交换机设备4，5相互耦合并且被设计或编程为，使得来自第一控制设备2的数据Dl也可以到达第二控制设备3或来自第二控制设备3的数据D2可以到达第一控制设备2。由此，利用涉及数据Dl和D2的真实性或正确逻辑关联的数据平衡来执行监视。
[0120]两个交换机设备4，5现在被设计为，使得到达端口的数据又(可以)从同一个端口发送。例如，可在第一控制设备2的内部发送连接端8上抽取的数据Dl在端口 17的接收连接端25上被接收，并且又在同一个端口上经由发送连接端26被发送出去。端口 17的发送连接端26连接到端口 24的接收连接端25。交换机设备5对相应的数据Dl进行路由或交换，使得该数据Dl由端口 22的发送连接端26传导至第二控制设备3的所连接的内部接收连接端11。
[0121 ] 类似的，在第二控制设备3的内部发送连接端9上存在的数据D2可以经由端口 18的接收连接端25、端口 18的发送连接端26、端口 21的接收连接端25和端口 23的发送连接端26被传输至第一控制设备2的接收连接端10。第一或第二交换机设备4，5可以在内部对于两个用于将控制设备2，3彼此连接的数据路径实现带宽限制。
[0122]图13示出在相应构成的网络装置43中的三个相同的网络设备103，203, 303。
[0123]图14和15示出具有如在图6中示出的网络设备的网络装置43的变型的实施。图14针对一方面借助第一交换机设备4对第二物理端口 7和第一 CPU2之间的接收路径的交叉率禹合和另一方面借助第二交换机设备5对第一物理端口 6与第二 CPU3的稱合不出与针对图13描述的相同的配置。但是，为了在网络设备103,203,303的CPU2，3之间进行内部的数据交换或数据平衡，第一交换机设备的交换机端口 17的发送连接端耦合至第二交换机设备的交换机端口 24的接收连接端。第二交换机设备5的交换机端口 18的发送连接端耦合至第一交换机设备4的端口 21的接收连接端。就此而言，交换机端口 17和24以及18和21使得可以在使用各自交换机设备4，5的所有发送连接端或接收连接端的情况下将交换机23的发送端口耦合至CPU3以及将交换机端口 22的发送端口耦合至CPU2。在功能上得出与在图13中示出的配置相同的有利数据传输。
[0124]图15示出网络装置43的另一种变型，其中CPU2，3之间的通信通过第二交换机设备5的交换机端口 22的发送连接端耦合至第一交换机设备4的交换机端口 21的接收端口来进行。由此数据D2到达CPU2。此外，交换机端口 23的发送连接端耦合至交换机端口 24的接收连接端，使得由CPU2产生的数据Dl也可以由CPU3借助交换机端口 18来评估。在网络设备103，203, 303内与各自的路径A或B交叉的链路优选是带宽受限的，从而饶舌错仅导致可应付的干扰。
[0125]在图7中再次示意性示出网络设备104的变型的实施方式。网络设备104包括两个控制设备2，3和分别分配给控制设备2，3的交换机设备4，5。网络设备104包括具有发送连接端12和接收连接端14的第一物理端口 6和具有发送连接端13和接收连接端15的第二物理端口 7。交换机设备4，5分别具有三个交换机端口 17，21，23和18，22，24。此外，控制设备2，3分别具有一对内部发送连接端和接收连接端28，29，30，31。由此控制设备2，3直接相互耦合并且可以交换数据Dl，D2。就此而言，由于在运行时由第一控制设备2产生的数据Dl应当与由第二控制设备3产生的数据D2逻辑关联，所以可以进行直接的一致性检查，并且由此实现分别另一个或自己的控制设备2，3的功能。
[0126]交换机端口 21，22，23和24与如图6所示的物理端口 6，7的外部发送连接端和接收连接端12，14，13，15连接。此外示出两种可能性，即交换机设备4，5的不一定被占用的发送连接端或接收连接端相互耦合，以模拟链路。一种替换方案在于情况ID，该情况将交换机端口 23的发送连接端26与交换机端口 21的接收端口 25耦合。类似的，可以在第二交换机设备5中将交换机端口 22的发送连接端26与交换机端口 24的接收连接端25耦合。作为具有两个环结构的网络装置的相应实施在图16中作为网络装置44示出。通过两个控制设备2，3彼此通过内部链路的直接耦合，得出了环方向或路径A和路径B的完全去耦。接收数据EDl或ED2仅仅穿过或者分配给路径A或者分配给B的设备。
[0127]图17示出网络装置44的类似构成的配置。但是，交换机设备4，5的对于环构成原则上不需要的交换机端口或发送连接端和/或接收连接端交替地相互连接。在图7中，图17的配置与虚线箭头ID’相应。
[0128]最后在图18中示出网络装置44的另一变型的配置。在此放弃如图7所表示的内部链路ID。图8中的网络装置44的实施方式要求，例如相应实施为标准IC的交换机设备能够仅管理一半连接的端口，并且尽管如此保证对数据的可靠路由或交换。
[0129]在图8中还示出网络设备105的实施方式。网络设备105在此与图5所示的类似地构造。网络设备105具有两个相互经由内部发送连接端和接收连接端28，29，30，31通信地相互连接的控制设备2，3。因此可以彼此交换数据Dl，D2。向每个控制设备2，3分配交换机设备4，5。网络设备105包括具有发送连接端和接收连接端12，14的第一物理端口 6以及具有发送连接端和接收连接端13，15的第二物理端口 7。
[0130]两个交换机设备4，5分别具有两个交换机端口 17和21以及18和22。每个交换机端口都配备有发送连接端26和接收连接端25。此外，控制设备2，3分别具有内部发送连接端8，9。第一控制设备2的内部发送连接端8耦合至第一交换机设备4的交换机端口 17的接收连接端25。第二控制设备3的内部发送连接端9耦合至第二交换机设备5的交换机端口 18的接收连接端25。第一控制设备2的发送数据Dl，SDl经由第一物理端口 6到达各自的通信介质，并且第二控制设备3的发送数据D2，SD2经由第二物理端口 7进入传输介质中。因此，交换机端口 21的发送连接端26与第一物理端口的发送连接端12连接，并且交换机端口 22的发送连接端26与第二物理端口 7的发送连接端23连接。
[0131]用于从传输介质接收的数据EDI，ED2的接收路径被交叉地传导至各自的另一个交换机设备4，5。因此，第一物理端口的外部接收连接端14耦合至第二交换机设备5的交换机端口 22的接收连接端25。第二物理端口 7的外部接收连接端15耦合至第一交换机设备4的交换机端口 21的接收连接端25。交换机设备4，5被设计为，使得在同一个交换机端口上接收的数据又在所属的发送连接端上被发送。由此得出两个环方向的完全物理分离以及相应交换机组件的有效利用。
[0132]在图19中可识别出所得出的网络装置45。环CB1，CB2, CB3作为具有片段CR1，CR2，CR3的、路径A的通信路径和路径B的环的通信路径形成。CPU2，3之间的直接耦合使得可以对两个环方向进行完全的物理分离。CPU2，3之一或交换机设备4，5之一的干扰由此不会同时导致两个环方向的崩溃。如果例如CPU2失效，则仍然可以由CPU3提供数据。饶舌错的故障情况也可以被轻松应付，因为最多涉及环方向之一。如果例如交换机设备4有缺陷并且用高带宽发送无意义的数据，则仅涉及环方向CB或路径A。尽管如此，可以经由环CR (路径B)在网络45内继续进行数据交换。
[0133]基本上，通过网络设备内的交叉数据连接得出环方向的物理独立性并由此得出网络中可能冗余的通信路径和数据。但是还可以借助专门匹配的、耦合至简单构造的网络设备的物理端口的电缆和插座来实现数据。
[0134]在图20中示出网络装置46的替换实施方式。在此示出网络设备106，206, 306，它们分别包括第一和第二控制设备或CPU2，3、分别分配的交换机设备4，5和两个用于每个交换机设备4、5或控制设备2，3的常见的物理端口 6，7，32，33。可以通过市场上常见的、例如根据基础T或F标准的插头或者借助RJ45-Jack来耦合物理端口 6，7，32，33。
[0135]交换机设备4，5在此具有相互耦合并且实现两个路径A和B之间的通信的交换机端口 19，20。经由交换机端口 17，18将各自的CPU2，3耦合至交换机设备4，5。此外，每个交换机设备4具有两个分别耦合至一对物理端口 6，32和7，33的交换机端口 21，23和22，24。
[0136]为了实现用于各自CPU的、针对所接收的数据的数据路径的交叉，所使用的网络电缆34被构成为，使得例如来自物理端口 6的发送数据经由支路CBl到达网络设备306的物理端口 32。由此实现了:在网络电缆34内从网络设备306的物理端口 6至网络设备206的物理端口 32 (片段CB2)以及从网络设备206的物理端口 6至网络设备106的物理端口32 (片段CB3)存在类似交叉的情况下仅使用路径A的物理设备。
[0137]得出通过网络设备106的物理端口 33至网络设备206的物理端口 7 (片段CR1)、网络设备206的物理端口 33至网络设备306的物理端口 7 (片段CR2)和网络设备306的物理端口 33至网络设备106的物理端口 7 (片段CR3)的交叉和电缆敷设实现的路径B的完全物理分离。
[0138]例如提供相应的电缆34，该电缆34实现网络支路CB1-CB3和CR1-CR3的相应分配。相应的交叉还可以通过提供具有内部改变的PIN占用的相应标准插头来实现。总之，还通过交叉的电缆敷设以及经由网络设备中交叉的内部电线连接来得出唯一环形物理网络内两个冗余工作的通信环的物理分离。
[0139]还可以考虑用于交叉数据传送的所建议措施的组合。此外还可以将不包括冗余控制设备的简单网络设备以及附加的交换机设备用在网络装置中。还可以将多个环结构相互耦合。可以最大程度采用仅仅为了构成所建议的拓扑结构而匹配的标准器件。
[0140]在网络装置40-46的图示中，基本上示出其中第一网络设备100，102, 103, 104, 105, 106或110的控制设备或CPU2，3分别产生数据并发送到网络中的运行状况。在进一步的运行中，其余的网络设备也产生和发送它们的例如控制或传感器数据，这些数据于是在网络中一致地和冗余地存在。
[0141]只要在路径之间借助交换机设备传输数据，就优选地进行带宽限制以预防地处理具有饶舌错的故障情况。
[0142]尽管通过实施例详细图解和描述了本发明的细节，本发明不受到所公开的示例的限制，并且其它变型可以由专业人员从中推导出，而不会脱离本发明的范围。
【权利要求】
1.一种用于通信网络的网络设备(1)，具有第一控制设备(2)、第二控制设备(3)、分配给第一控制设备(2)的第一物理端口(6)和分配给第二控制设备(3)的第二物理端口(7)，其中第一物理端口(6)和第二物理端口(7)被设计为接收来自传输介质的数据并且发送数据， 其中该网络设备(I)被设计为， 或者将第一控制设备(I)的发送数据(SDl)从第一控制设备(I)的内部发送连接端(8 )经由第一物理端口(6)耦合到所述传输介质(16)中并且将到达第二物理端口(7)的接收数据(EDl)传导至第一控制设备(2)的内部接收连接端(10)， 或者将到达第一物理端口(6)的接收数据(EDI’)传导至第一控制设备(2)的内部接收连接端(10)并且将第一控制设备(2)的发送数据(SD1’)从第一控制设备(2)的内部发送连接端(8)经由第二物理端口(7)耦合到所述传输介质(16’)中。
2.根据权利要求1的网络设备(1)，其中该网络设备(I)还被设计为， 或者将第二控制设备(3 )的发送数据(SD2 )从第二控制设备(3 )的内部发送连接端(9 )经由第二物理端口(7)耦合到传输介质(16’ )中并且将到达第一物理端口(6)的接收数据(ED2)传导至第二控制设备(3)的内部接收连接端(11)， 或者将到达第二物理端口(3)的接收数据(ED2’)传导至第二控制设备(3)的内部接收连接端(11)并且将第二控制设备(3)的发送数据(SD2’)从第二控制设备(3)的内部发送连接端(9)经由第一物理端口(6)耦合到传输介质(16)中。
3.根据权利要求1或2的网络设备(I)，其中网络设备(I)还被设计为，使得到达第一物理端口(6)的接收数据(ED2)不到达第一控制设备(2)的内部接收连接端(10)。
4.根据权利要求1-3之一的网络设备(I)，其中网络设备(I)还被设计为，使得到达第二物理端口( 7 )的接收数据(EDl)不到达第二控制设备(3 )的内部接收连接端(11)。
5.根据权利要求1-4之一的网络设备(1)，其中各自的物理端口(6，7)包括外部发送连接端(12，13)和外部接收连接端(14，15)，其中第一物理端口(6)的外部接收连接端(14)与第二控制设备(3 )的内部接收连接端(11)直接连接。
6.根据权利要求1-5之一的网络设备(I)，其中各自的物理端口(6，7)包括外部发送连接端(12，13)和外部接收连接端(14，15)，其中第二物理端口(7)的外部接收连接端(15)与第一控制设备(2)的内部接收连接端(10)直接连接。
7.根据权利要求1-6之一的网络设备(I)，其中各自的物理端口(6，7)包括外部发送连接端(12，13)和外部接收连接端(14，15)，其中第一物理端口(6)的外部发送连接端(12)与第二控制设备(3)的内部发送连接端(9)直接连接。
8.根据权利要求1-4之一或权利要求7的网络设备(I)，其中各自的物理端口(6，7)包括外部发送连接端(12，13)和外部接收连接端(14，15)，其中第二物理端口(7)的外部发送连接端(13)与第一控制设备(2 )的内部发送连接端(8 )直接连接。
9.根据权利要求1-4之一的网络设备(110)，还具有第一交换机设备(4)和第二交换机设备(5 )，其中各自的交换机设备(4，5 )具有多个交换机端口( 17-24 )，其中各自的交换机端口(17-24)包括内部发送连接端(25)和内部接收连接端(26)，并且第一交换机设备(4)利用交换机端口(17)通信地耦合到第一控制设备(2)，并且第二交换机设备(5)利用交换机端口(18)通信地耦合到第二控制设备(3)。
10.根据权利要求9的网络设备(110)，其中各自的物理端口(6，7)包括外部发送连接端(12，13)和外部接收连接端(14，15)，并且第一物理端口(6)的外部接收连接端(14)耦合到第二交换机设备(5)的交换机端口(22)的内部接收连接端(25)。
11.根据权利要求9的网络设备(110)，其中各自的物理端口(6，7)包括外部发送连接端(12，13)和外部接收连接端(14，15)，并且第二物理端口(7)的外部接收连接端(15)耦合到第一交换机设备(4)的交换机端口(23)的内部接收连接端(25)。
12.根据权利要求9的网络设备(101)，其中各自的物理端口(6，7)包括外部发送连接端(12，13)和外部接收连接端(14，15)，并且第一物理端口(6)的外部发送连接端(12)耦合到第二交换机设备(5)的交换机端口(22)的内部发送连接端(26)。
13.根据权利要求12的网络设备(101)，其中各自的物理端口(6，7)包括外部发送连接端(12，13)和外部接收连接端(14，15)，并且第二物理端口(7)的外部发送连接端(13)耦合到第一交换机设备(6)的交换机端口(23)的内部发送连接端(26)。
14.根据权利要求8-13之一的网络设备(110)，其中交换机设备(4，5)的交换机端口(22，23)的至少一个内部发送连接端(26)耦合到同一个交换机设备(4，5)的交换机端口(21，22)的接收连 接端(25)。
15.根据权利要求8-14之一的网络设备(102)，其中至少一个交换机设备(4，5)被设计为使得在交换机端口(21，22)的内部接收连接端(25)上接收的数据(EDI，ED2)被发送到同一个交换机端口(21，22)的内部发送连接端(26)。
16.根据权利要求8-15之一的网络设备(110，101,102),其中第一交换机设备(4)和第二交换机设备(5)分别借助交换机端口(19，20)通信地相互耦合。
17.根据权利要求8-16之一的网络设备(101-110),其中至少一个交换机设备(4，5)被设计为将在交换机端口(17，18)的内部接收连接端(25)上从通信地耦合到该交换机端口(17，18)的控制设备(2，3)接收的数据(Dl，D2)传导至至少一个交换机设备(4，5)的交换机端口(19，20，22，23)的内部发送连接端(26)，该内部发送连接端与另一个交换机设备(4,5)的交换机端口(19，20)的内部接收连接端(25)连接或与另一个控制设备(2，3)的内部接收连接端(10，11)连接。
18.根据权利要求17的网络设备(103)，其中至少一个交换机设备(4，5)的内部接收连接端(25)和内部发送连接端(26)属于所述至少一个交换机设备(4，5)的相同的交换机端口(17，18)。
19.根据权利要求1-18之一的网络设备(104，105)，其中第一和第二控制设备(2，3)分别具有另外的内部发送连接端(28，29 )和内部接收连接端(30，31)，其中控制设备(2，3 )通信地直接相互连接。
20.根据权利要求1-19之一的网络设备(1，101-110)，其中第一控制设备(2)被设计为产生第一数据(Dl)并且第二控制设备(3)被设计为产生第二数据(D2)，其中第一数据(Dl)和第二数据(D2)通过预先给定的编码相互关联。
21.根据权利要求1-20之一的网络设备(I，IO1-110 )，其中控制设备(2，3 )、交换机设备(3，4)以及物理端口(6，7)分别形成单个的集成电路或者模块。
22.根据权利要求1-21之一的网络设备(1，101-110)，其中外部发送连接端(12，13)和/或外部接收连接端(14，15)被设计为耦合至少一个双绞线电缆。
23.根据权利要求1-22之一的网络设备(1，101-110)，其中物理端口(6，7)被设计为耦合至少一个光波导体。
24.根据权利要求1-23之一的网络设备(1，101-110)，其中该网络设备(1，101-110)被设计为在尤其是根据IEEE802.3标准的以太网协议环境中、尤其是在交换式网络中采用。
25.—种具有多个根据权利要求1-24之一的网络设备(1，101-110，200-306)的网络装置(40-46)，其中网络设备(1，101-110)分别包括第一控制设备(2)和分配给第一控制设备(2)的第一物理端口(6)以及第二控制设备(3)和分配给第二控制设备(3)的第二物理端口(7)，其中为了构成环形结构，在第一网络设备(1，101-110)中分配给第一控制设备(2)的每一个物理端口(6)都借助传输介质(16)通信地耦合到在第二网络设备(200-306)中分配给第二控制设备(3)的物理端口(7)。
26.根据权利要求25的网络装置(46)，其中该网络装置(46)的至少两个网络设备(106，206，306)分别具有分配给第一控制设备(106)以用于发送数据的第一物理端口(6)、分配给第一控制设备(2)以用于接收数据的另外的第一物理端口(32)、分配给第二控制设备(3)以用于接收数据的第二物理端口(7)以及分配给第二控制设备(3)以用于发送数据的另外的第二物理端口(33)，其中第一网络设备(106)的第一物理端口(6)耦合到第二网络设备(306)的另外的第一物理端口(32)，并且第二网络设备(306)的另外的第二物理端口(33)耦合到第一网络设备(106)的第二物理端口(7)。
27.一种用于运行根据权利要求25或26的网络装置(40-46)的方法，其中在各自的网络设备(1，101-110，200-306)中将在该网络设备的第一物理端口(6)上从传输介质(16)接收的数据转发至第 二物理端口(7)并且从第二物理端口(7)发送至传输介质(16)。
28.根据权利要求27的方法，还包括: 通过第一控制设备(2)产生第一数据(Dl)和通过第二控制设备(3)产生第二数据(D2)，其中第一数据(Dl)和第二数据(D2)通过预先给定的编码相互关联； 将第一数据(Dl)从第一控制设备(2)传送给第二控制设备(3)，并且将第二数据(D2)从第二控制设备(3)传送给第一控制设备(2)； 将第一数据(Dl)和第二数据(D2)经由第一通信路径从第一控制设备的物理端口(6)发送至第二控制设备的物理端口(7)； 将第一数据(Dl)和第二数据(D2)经由第二通信路径从第二控制设备(3)的物理端口(7 )发送至第一控制设备(3 )的物理端口( 6 ); 其中，第一和第二通信路径的数据在相反的方向上穿过相同的网络设备。
29.根据权利要求27或28的方法，还包括: 在第一和/或第二控制设备(2，3)中将第一数据(Dl)与第二数据(D2)进行比较以产生比较结果；以及依据该比较结果将网络设备(1，101-110,200-306)挂起。
30.一种计算机程序产品，其促使在一个或多个编程控制的设备(1，101-110，200-306)上执行根据权利要求27-29之一的方法。
31.一种具有存储的计算机程序的数据载体，所述计算机程序具有促使在一个或多个编程控制的设备(1，101-110,200-306)上执行根据权利要求27-29之一的方法的命令。
【文档编号】G05B19/418GK103454992SQ201310208370
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年5月30日 优先权日:2012年5月30日
【发明者】M.阿姆布鲁斯特, L.菲格, J.里德尔, T.施密德, A.齐尔克勒 申请人:西门子公司