Verfahren zum Betreiben eines Teilnehmers eines Kommunikati ^¬ onsnetzwerks

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Teilnehmers eines Kommunikationsnetzwerks. Die Erfindung be ^¬ trifft ferner einen Teilnehmer und ein Kommunikationsnetzwerk und ein Computerprogramm.

In einem Ethernet-Netzwerk, in dem die Telegramme von einem Teilnehmer empfangen, bearbeitet und an den nächsten Teilnehmer weitergeleitet werden, hängt eine Verzögerungszeit je Teilnehmer von einer maximalen Abweichung der Sendetakte der Teilnehmer ab. Ein Teilnehmer n empfängt ein Telegramm mit dem Sendetakt des vorhergehenden Teilnehmers n - 1 und sendet dasselbe Telegramm mit seinem eigenen Sendetakt n. Ein maximales Ethernet-Telegramm ist 1536 Bytes lang, das heißt die Übertragung dieses Telegramms würde bei einem genauen Sende- takt bei 100 Mbit 1536 mal 8 mal 10 ns = 122,88 ys dauern. Bei einer Sendetaktabweichung von 100 ppm = 0,01% würde das Telegramm 122,88 ys mal 0,0001 = 12,29 ns länger bzw. kürzer sein. Maximal wäre also eine Abweichung von 24,58 ns vorhan ^¬ den. Das entspräche der Übertragung von ca. 2,5 Bit bei 100 Mbit. Eine Abweichung hängt nur von der Framelänge in Bytes ab, nicht von einer Übertragungsgeschwindigkeit. Bei Gbit ist der Frame nur 1/10 so lang. Die Abweichung ist generell [Fra ^¬ melänge in bits] mal [maximale Abweichung in ppm] . Wenn soge ^¬ nannte Jumboframes (Ethernet-Telegramme mit einer größeren Länge als 1536 Bytes) verwendet würden, so würden sich diese Werte noch erhöhen. In den Teilnehmern müsste je Richtung ein internes FIFO (FIFO steht für „First In First Out") von min ^¬ destens dieser Größe vorhanden sein, durch das das Telegramm laufen muss, damit ein zu sendendes Bit auch schon von einem Teilnehmer empfangen wurde. Dadurch verlängert sich eine

Durchlaufzeit des Telegramms durch das gesamte Netzwerk mit der maximalen Abweichung der Sendetakte und der Anzahl der Teilnehmer .

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann daher darin gesehen werden, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Teilnehmers eines Kommunikationsnetzwerks bereitzustel ^¬ len, das die bekannten Nachteile überwindet und eine Durch ^¬ laufzeit eines Telegramms durch den Teilnehmer verringert. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann daher darin gesehen werden, einen entsprechenden Teilnehmer für ein Kommunikationsnetzwerk bereitzustellen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann des Weiteren darin gesehen werden, ein Kommunikationsnetzwerk bereitzustellen .

Des Weiteren kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe darin gesehen werden, ein entsprechendes Computerprogramm an- zugeben.

Diese Aufgaben werden mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteran- Sprüchen.

Nach einem Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben eines Teilnehmers eines Kommunikationsnetzwerks bereitgestellt, um ^¬ fassend die folgenden Schritte: in einem ersten Zyklus:

- Empfangen einer Referenzzeit über das Kommunikations ^¬ netzwerk mittels des Teilnehmers,

- Nachregeln einer internen Uhr des Teilnehmers basierend auf der empfangenen Referenzzeit und

- Ermitteln eines Sendetakts basierend auf der nachge- regelten internen Uhr. Nach noch einem Aspekt wird ein Teilnehmer für ein Kommunikationsnetzwerk bereitgestellt, umfassend:

- eine Kommunikationsschnittstelle zum Empfangen einer Re ^¬ ferenzzeit in einem ersten Zyklus über das Kommunikati- onsnetzwerk,

- eine interne Uhr,

- eine Regeleinrichtung zum Nachregeln der internen Uhr in dem ersten Zyklus basierend auf der empfangenen Refe ^¬ renzzeit und

- eine Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln eines Sendetakts in dem ersten Zyklus basierend auf der nachgere ^¬ gelten internen Uhr.

Nach noch einem Aspekt wird ein Kommunikationsnetzwerk be- reitgestellt, umfassend zwei erfindungsgemäße Teilnehmer für ein Kommunikationsnetzwerk, wobei die Teilnehmer unmittelbar nacheinander geschaltet sind, so dass einer der Teilnehmer Telegramme des anderen Teilnehmers mit der Senderate des an ^¬ deren Teilnehmers empfangen und basierend auf den empfangenen Telegrammen ermittelte verarbeitete Telegramme mit seiner Senderate senden kann.

Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Computerprogramm bereitgestellt, welches Programmcode zur Durchführung des Verfah- rens zum Betreiben eines Teilnehmers eines Kommunikations ^¬ netzwerks umfasst, wenn das Computerprogramm auf einem Compu ^¬ ter, zum Beispiel einem Teilnehmer, ausgeführt wird.

Die Erfindung umfasst also insbesondere den Gedanken, die in- terne Uhr des Teilnehmers basierend auf einer Referenzzeit nachzuregeln . Dies bewirkt in vorteilhafter Weise, dass die interne Uhr auf eine Referenzuhr synchronisiert werden kann, wobei diese Referenzuhr die Referenzzeit bereitstellt. Die nachgeregelte Uhr ist also synchronisiert mit der Referenz- uhr . Dadurch ist also in vorteilhafter Weise der Sendetakt ebenfalls über die interne Uhr mit der Referenzuhr synchronisiert. Es kann somit in vorteilhafter Weise bei Teilnehmern, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden, ein einheitlicher Sendetakt ermittelt werden. Das heißt also insbesondere, dass diese Teilnehmer einen einheitlichen Sendetakt aufweisen. Denn die jeweiligen internen Uhren der Teilnehmer sind auf der Referenzuhr synchronisiert, weisen also eine gleiche interne Uhrzeit auf. Da der jeweilige Sen ^¬ detakt basierend auf der internen Uhr des jeweiligen Teilnehmers ermittelt wird, weisen somit die Teilnehmer einen ge ^¬ meinsamen oder einheitlichen Sendetakt auf. Das heißt also insbesondere, dass Abweichungen, wie sie im bekannten Stand der Technik vorkommen können, erfindungsgemäß verringert oder sogar ganz vermieden werden können. Dadurch verkürzt sich im Vergleich zum bekannten Stand der Technik eine Durchlaufzeit eines Telegramms durch einen Teilnehmer und insbesondere durch das Kommunikationsnetzwerk. Insbesondere kann in vorteilhafter Weise in der Regel auf einen FIFO-Speicher verzichtet werden oder ein eventuell vorhandener FIFO-Speicher kann im Vergleich zum bekannten Stand der Technik eine kleinere Speichergröße aufweisen. Dadurch kann in vorteilhafter Weise ein Speicherbedarf verringert werden.

Die Referenzzeit kann nach einer Ausführungsform von einer Referenzuhr bereitgestellt werden. Es ist also vorzugsweise eine Referenzuhr vorgesehen, die die Referenzzeit bereit- stellt. Eine solche Referenzuhr kann beispielsweise in einem Teilnehmer des Kommunikationsnetzwerks integriert oder imple ^¬ mentiert sein.

Das Nachregeln der internen Uhr des Teilnehmers basierend auf der empfangenen Referenzzeit bewirkt insbesondere, dass die interne Uhr auf die Referenzuhr synchronisiert wird. Die in ^¬ terne Uhr des Teilnehmers läuft somit synchron zu der Refe ^¬ renzuhr. Dies üblicherweise innerhalb gewisser Toleranzgrenzen, beispielsweise kann eine Genauigkeit von kleiner als 1 ppm erreicht werden. Nach der in der Beschreibungseinleitung durchgeführten Berechnung im Zusammenhang mit dem bekannten Stand der Technik kann somit ein interner FIFO-Speicher ent- fallen, sodass keine zusätzliche Verlängerung einer Laufzeit des Telegramms durch den Teilnehmer entsteht. Denn die er ^¬ reichte Genauigkeit kann kleiner als 1 ppm betragen. Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das

Nachregeln ein Ermitteln eines Inkrementierungswerts umfasst, basierend auf welchem die interne Uhr inkrementiert wird.

Inkrementiert bedeutet hier insbesondere, dass hochgezählt wird. Ein Inkrementierungswert kann insbesondere als ein In- krement bezeichnet werden. Es wird also insbesondere ein in ^¬ terner Zähler der internen Uhr hochgezählt. Das heißt also insbesondere, dass, wenn die interne Uhr relativ zu der Refe ^¬ renzuhr schneller oder langsamer läuft, also vor- oder nach- geht, kann ein geeigneter Wert, der Inkrementierungswert, er ^¬ mittelt werden passend für den konkreten Fall, um das Nachge ^¬ hen respektive Vorgehen zu kompensieren oder auszugleichen.

Nach einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass ein Sendetakt, der in einem dem ersten Zyklus zeitlich vorhergehenden zweiten Zyklus ermittelt wurde, mit der im ersten Zyklus empfangenen Referenzzeit verglichen wird, wobei der Inkrementierungswert abhängig von dem Vergleich ermittelt wird. Es wird also in vorteilhafter Weise ein älterer Sende- takt zum Vergleich herangezogen. Der erste Zyklus kann vorzugsweise unmittelbar dem zweiten Zyklus folgen. Dies bewirkt in vorteilhafter Weise eine besonders einfache Nachregelung.

In einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass eine Güte des Nachregelns ermittelt wird, wobei abhängig von der ermittelten Güte eine Latenz eines zum Speichern eines empfangenen Telegramms vorgesehenen FIFO-Speichers des Teil ^¬ nehmers eingestellt wird. Eine Latenz gibt eine Zeitverzögerung zwischen einem Empfangen eines Telegramms ("first in") und dem Senden dieses Tele ^¬ gramms ("first out") vor. Das heißt also insbesondere, dass, wenn Differenzen oder Unterschiede zwischen der internen Uhr und der Referenzuhr nach dem Nachregeln immer noch vorhanden sein sollten, aufgrund des FIFO-Speichers dennoch kompensiert werden können. Hierfür reicht es aber aus, eine Latenz des FIFOs kleiner zu wählen als im Fall einer maximal zu berücksichtigenden Abweichung wie im bekannten Stand der Technik. Somit ist selbst bei einem Vorhandensein eines FIFO-Speichers eine Durchlaufzeit des Telegramms durch den Teilnehmer immer noch verringert bezogen auf den bekannten Stand der Technik. Denn hier musste die Latenz des FIFO-Speichers so gewählt werden, dass die maximal mögliche Abweichung berücksichtigt wird .

In einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Ermitteln der Güte ein Vergleichen der Senderate des

Teilnehmers mit einer Senderate eines weiteren Teilnehmers des Kommunikationsnetzwerks umfasst, wobei die Latenz abhän ^¬ gig von dem Vergleich eingestellt wird. Die beiden Teilnehmer können vorzugsweise unmittelbar nacheinander geschaltet sein.

Je nach Übereinstimmung der beiden Senderaten der jeweiligen Teilnehmer kann also die Latenz gewählt werden. So können Unterschiede in den Senderaten, die eventuell auch nach der Nachregelung der jeweiligen internen Uhren der Teilnehmer verbleiben, kompensiert werden. Die Latenz muss aber nicht so groß gewählt werden wie im bekannten Stand der Technik. Denn dort musste die Latenz so eingestellt werden, dass noch die maximal mögliche Abweichung kompensiert werden kann. Somit verringert sich erfindungsgemäß selbst bei einem Vorhanden- sein eines FIFO-Speichers eine Durchlaufzeit eines Telegramms durch die beiden Teilnehmer.

In einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass eine Zyklusdauer von einem Takt einer Zeitquelle des Teilneh- mers vorgegeben wird. Die Zeitquelle gibt also vorzugsweise einen Takt vor. Die Zeitquelle kann vorzugsweise einen Quarz und/oder eine PLL umfassen. Hierbei steht die Abkürzung "PLL" für "Phase Locked Loop", auf Deutsch eine Phasenregelschleife . Das heißt also insbesondere, dass pro Zyklus inkrementiert wird. Das heißt also insbesondere, dass die interne Uhr pro Zyklus mit dem Inkrementierungswert inkrementiert wird. Der Takt entspricht dem Zyklus. Nach einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Ermitteln ein Auswählen des Inkrementierungswerts aus ei ^¬ ner Gruppe von Inkrementierungswerten umfasst.

Dadurch ist in vorteilhafter Weise ein besonders einfaches Ermitteln des Inkrementierungswertes bewirkt. Das Auswählen wird also insbesondere abhängig davon durchgeführt, ob die interne Uhr der Referenzzeit, also der Referenzuhr, voraus ^¬ läuft oder hinterherläuft, also nachgeht. Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Regeleinrichtung ausgebildet ist, einen Inkrementierungswert zu ermitteln und zum Nachregeln die interne Uhr basierend auf dem ermittelten Inkrementierungswert zu inkrementieren . In einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Regeleinrichtung ausgebildet ist, einen in einem dem ersten Zyklus zeitlich vorhergehenden zweiten Zyklus ermittelten Sendetakt mit der im ersten Zyklus empfangenen Referenzzeit zu vergleichen und den Inkrementierungswert abhängig von dem Vergleich zu ermitteln. Das Vergleichen kann beispielsweise mittels einer Vergleichseinrichtung durchgeführt werden. Die Vergleichseinrichtung ist vorzugsweise von der Regeleinrichtung umfasst. In einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass ein FIFO-Speicher zum Speichern eines empfangenen Telegramms vorgesehen ist, wobei eine Latenz des FIFO-Speichers abhängig von einer ermittelten Güte des Nachregelns einstellbar ist. Die Güte kann zum Beispiel mittels der Regeleinrichtung ermittelt werden. Zum Beispiel kann eine Güteermittlungseinrichtung vorgesehen sein. Die Güteermittlungseinrichtung kann vorzugsweise von der Regeleinrichtung umfasst sein. Die Latenz kann beispielsweise mittels der Regeleinrichtung einge ^¬ stellt werden.

Nach einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Latenz abhängig von einem Vergleich der Senderate des Teilnehmers mit einer Senderate eines weiteren Teilnehmers des Kommunikationsnetzwerks einstellbar ist. Die Güteermitt ^¬ lungseinrichtung kann vorzugsweise diesen Vergleich durchführen. Die Latenz kann beispielsweise mittels der Regeleinrich- tung eingestellt werden.

In einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass eine Zeitquelle zum Vorgeben einer Zyklusdauer abhängig von einem Takt der Zeitquelle vorgesehen ist. Die Zeitquelle ist vorzugsweise ausgebildet, einen Takt vorzugeben. Ein Takt entspricht einem Zyklus. Die Zeitquelle kann beispielsweise einen Quarz und/oder einen PLL umfassen, also eine Phasenre- gelschleife . In einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass zwei Teilkommunikationsnetzwerke vorgesehen sind, wobei die zwei Teilnehmer dem einen der Teilkommunikationsnetzwerke zu ^¬ geordnet sind, wobei zwischen den zwei Teilkommunikations ^¬ netzwerken ein FIFO-Speicher zum Speichern von von einem der Teilkommunikationsnetzwerke zum anderen und umgekehrt gesen ^¬ deten Telegrammen vorgesehen ist.

Aufgrund des FIFO-Speichers braucht das andere Teilkommunika ^¬ tionsnetzwerk nicht notwendigerweise erfindungsgemäße Teil- nehmer, also Teilnehmer, die erfindungsgemäß mittels des Ver ^¬ fahrens betrieben werden. Das heißt also insbesondere, dass die Teilnehmer des anderen Teilkommunikationsnetzwerks frei von einer Regeleinrichtung sein können. Eine Synchronisation der Teilnehmer dieses Teilkommunikationsnetzwerks auf eine Referenzuhr ist somit nicht unbedingt erforderlich. In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass ein Teilkommunikationsnetzwerk seine eigene Referenzuhr aufweist, auf die die jeweiligen internen Uhren der Teilnehmer des Teilkommunikationsnetzwerks synchronisiert werden. Das Teilkommuni ^¬ kationsnetzwerk kann insbesondere als ein synchronisiertes Teilkommunikationsnetzwerk bezeichnet werden. Bei mehreren

Teilkommunikationsnetzwerken können zumindest einige, insbesondere alle, vorzugsweise jeweils eine eigene Referenzuhr aufweisen, auf die die jeweiligen internen Uhren der Teilnehmer des Teilkommunikationsnetzwerks synchronisiert werden. Ein solches Teilkommunikationsnetzwerk kann insbesondere als ein synchronisiertes Teilkommunikationsnetzwerk bezeichnet werden. Ein Teilkommunikationsnetzwerk, in dem die jeweiligen internen Uhren der Teilnehmer nicht auf eine Referenzuhr synchronisiert werden, kann beispielsweise als ein nicht- synchronisiertes Teilkommunikationsnetzwerk bezeichnet werden. Es kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass eine gemeinsame Referenzuhr zur Synchronisation für die jeweiligen Uhren der Teilnehmer von mehreren Teilkommunikationsnetzwerken vorgesehen ist. Es ist also insbesondere ein FIFO-Speicher zwi- sehen einem synchronisierten und einem nicht-synchronisierten Teilkommunikationsnetzwerk vorgesehen, über welchen die Telegramm vom synchronisierten zum nicht-synchronisierten und umgekehrt laufen müssen. Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die

Teilnehmer Teilnehmer einer Automatisierungsanlage oder einer Automatisierungseinrichtung sind. Die Automatisierungsanlage oder -einrichtung kann beispielsweise eine Steuerungsanlage und/oder Steuerungseinrichtung umfassen. Die Teilnehmer kön- nen vorzugsweise Teilnehmer einer Steuerungsanlage und/oder einer Steuerungseinrichtung sein. Das heißt also, dass die entsprechende vorstehend genannte Anlage und/oder Einrichtung mehrere Teilnehmer aufweist, die über ein Kommunikationsnetzwerk miteinander verbunden sind. Zum Beispiel verbindet eine Datenleitung die Teilnehmer untereinander. Beispielsweise verbindet die Datenleitung den Master mit den Teilnehmern. Über das Kommunikationsnetzwerk können Telegramme übertragen werden, so dass Telegramme von einem Teilnehmer zum nächsten Teilnehmer weitergeleitet werden können.

Nach einer Ausführungsform ist das Kommunikationsnetzwerk ein Ethernet-Kommunikationsnetzwerk . Das Telegramm kann beispielsweise ein Ethernettelegramm sein.

Nach einer anderen Ausführungsform ist das Kommunikationsnetzwerk ein EtherCAT-Kommunikationsnetzwerk, insbesondere basierend auf dem EtherCAT-Standard gemäß IEC-Norm

„IEC 61158". Das Telegramm kann beispielsweise ein EtherCAT- Telegramm sein.

Nach einer anderen Ausführungsform kann der Teilnehmer einen Aktor und/oder einen Sensor steuern und/oder auslesen. Dies insbesondere basierend auf einem empfangenen Telegramm. Das heißt also insbesondere, dass der Teilnehmer einen Aktor und/oder einen Sensor steuern und/oder auslesen kann. Dies basierend auf einem empfangenen Telegramm. Denn in einem Te- legramm sind vorzugsweise Informationen vorgesehen, die angeben, wie der Teilnehmer den Aktor und/oder den Sensor steuern und/oder auslesen soll.

Nach einer Ausführungsform kann der Teilnehmer ein empfange- nes Telegramm verarbeiten. Ein Verarbeiten kann beispielsweise ein Lesen von Daten aus dem Telegramm umfassen. Ein Verarbeiten kann beispielsweise ein Schreiben von Daten in das Telegramm umfassen. Der Teilnehmer kann beispielsweise das verarbeitete Telegramm weitersenden. Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Teilnehmer das empfangene Telegramm lediglich weiterleitet, also nicht verarbeitet. Nach einer Ausführungsform kann das Kommunikationsnetzwerk eine Topologie ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Topo- logien aufweisen: Ring, Linie, Stern, Baum und eine Kombination hiervon. Nach einer Ausführungsform kann das Nachregeln laufzeitkompensiert erfolgen. Das heißt also insbesondere, dass lauf ^¬ zeitkompensiert nachgeregelt wird. Das heißt also insbesonde ^¬ re, dass eine Laufzeit zwischen der Referenzuhr und dem Teil ^¬ nehmer ermittelt wird und bei dem Nachregeln berücksichtigt wird. Die Laufzeit bezeichnet insbesondere eine Zeit, die ein Telegramm von der Referenzuhr zum Teilnehmer benötigt. Das Nachregeln der internen Uhr des Teilnehmers wird also vorzugsweise basierend auf der empfangenen Referenzzeit und ei ^¬ ner Laufzeit zwischen dem Teilnehmer und der Referenzuhr durchgeführt.

Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Teilnehmer ein Telegramm, ein verarbeitetes Telegramm oder ein weitergeleitetes Telegramm basierend auf dem ermittelten Sendetakt sendet.

Die im Zusammenhang mit dem Verfahren gemachten Ausführungen gelten analog für den Teilnehmer und für das Kommunikations ^¬ netzwerk und umgekehrt. Das heißt also insbesondere, dass sich Ausführungsformen hinsichtlich des Teilnehmers und/oder des Kommunikationsnetzwerks aus Ausführungsformen hinsicht ^¬ lich des Verfahrens und umgekehrt in jeder möglichen Kombina ^¬ tion ergeben können. Wenn der Singular für „Teilnehmer" verwendet wird, so soll stets der Plural mitgelesen werden und umgekehrt. Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen

Fig. 1 zwei Teilnehmer,

Fig. 2 die zwei Teilnehmer der Fig. 1, wobei einer der Teilnehmer einen FIFO-Speicher aufweist,

Fig. 3 ein Blockdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Teilnehmers eines Kommunikationsnetzwerks,

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Teilnehmers eines Kommunikationsnetzwerks, Fig. 5 einen Teilnehmer für ein Kommunikationsnetzwerk,

Fig. 6 ein Kommunikationsnetzwerk und

Fig. 7 ein weiteres Kommunikationsnetzwerk.

Im Folgenden können für gleiche Merkmale gleiche Bezugszei ^¬ chen verwendet werden. Des Weiteren kann der Übersicht halber vorgesehen sein, dass nicht in sämtlichen Zeichnungen sämtliche Merkmale eingezeichnet sind.

Fig. 1 zeigt zwei Teilnehmer 101 und 103.

Die beiden Teilnehmer 101 und 103 sind Teilnehmer eines Kommunikationsnetzwerks, beispielsweise eines Ethernet- Netzwerks, insbesondere eines EtherCAT-Netzwerks . Der Teil ^¬ nehmer 101 sendet ein Telegramm 107 mit seinem Sendetakt 105 aus. Der Teilnehmer 103 empfängt das Telegramm 107 mit seinem Empfangstakt 109, der dem Sendetakt 105 des Teilnehmers 101 entspricht. Der Teilnehmer 103 kann das Telegramm 107 mit seinem eigenen Sendetakt 111 weitersenden. Vor dem Weitersenden kann der Teilnehmer 103 vorzugsweise das Telegramm 107 noch verarbeiten. Die Verzögerungszeit, also die Zeit, die das Telegramm zum Durchlaufen des Teilnehmers benötigt, je Teilnehmer hängt insbesondere von einer maximalen Abweichung der beiden Sendetakte 105 und 111 der beiden Teilnehmer 101, 103 ab.

Ein maximales Ethernet-Telegramm ist 1536 Bytes lang, das heißt die Übertragung dieses Telegramms würde bei einem ge ^¬ nauen Sendetakt bei 100 Mbit 1536 mal 8 mal 10 ns = 122,88 ys dauern. Bei einer Sendetaktabweichung von 100 ppm = 0,01% würde das Telegramm 122,88 ys mal 0,0001 = 12,29 ns länger bzw. kürzer sein. Maximal wäre also eine Abweichung von 24,58 ns vorhanden. Das entspräche der Übertragung von ca. 2,5 Bit bei 100 Mbit. Eine Abweichung hängt nur von der Framelänge in Bytes ab, nicht von einer Übertragungsgeschwindigkeit. Bei Gbit ist der Frame nur 1/10 so lang. Die Abweichung ist gene ^¬ rell [Framelänge in bits] mal [maximale Abweichung in ppm] . Wenn sogenannte Jumboframes (Ethernet-Telegramme mit einer größeren Länge als 1536 Bytes) verwendet würden, so würden sich diese Werte noch erhöhen.

In den beiden Teilnehmern 101 und 103 müsste also je Richtung ein interner FIFO-Speicher von mindestens dieser Größe vorhanden sein, durch den das Telegramm 107 laufen muss, damit ein zu sendendes Bit auch schon von einem Teilnehmer empfan- gen wurde. Dies zeigt die Fig. 2, in welcher der Teilnehmer 103 einen FIFO-Speicher 201 aufweist.

Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Teilnehmers eines Kommunikationsnetzwerks.

Es ist eine Zeitquelle 301 vorgesehen, die auf Englisch auch als "clock source" bezeichnet werden kann. Die Zeitquelle 301 des Teilnehmers umfasst einen Quarz, insbesondere einen ex ^¬ ternen Quarz, und eine PLL, die einen GHz-Takt erzeugen kön- nen. Beispielsweise können aber auch andere Taktraten vorge ^¬ sehen sein. Im Folgenden wird dennoch beispielhaft auf diesen GHz-Takt abgestellt. Er soll aber nicht einschränkend sein. Ein Takt entspricht einem Zyklus. Entsprechend dem GHz-Takt wird eine interne Uhr 303 des Teilnehmers hochgezählt, insbe ^¬ sondere um 10 hochgezählt, also inkrementiert . Also wird pro Zyklus inkrementiert. Die interne Uhr 303 kann auf Englisch auch als "local clock" bezeichnet werden. Bei einem GHz-Takt und einem Inkrementierungswert von 10 hat die interne Uhr 303 also die Einheit 100 ps . Aus dieser internen Uhr 303 wird der Sendetakt 309 ermittelt oder gebildet. Bei einer Einheit von 100 ps der internen Uhr 303 und einer Division durch 10 gemäß dem Schritt 307 wird also ein GHz-Sendetakt ermittelt oder gebildet. Bei anderen Sendetakten können andere Operationen, insbesondere eine Division durch einen Wert verschieden von 10, vorgesehen sein, die auf die interne Uhr 303 angewendet werden, um den Sendetakt 309 zu ermitteln oder zu bilden. Der Divisionswert hängt also insbesondere von den Taktraten ab, also vom konkreten Einzelfall.

Der Sendetakt 309 wird zurückgeführt und mit einer Referenz ^¬ zeit 313 gemäß einem Schritt 311 verglichen. Dies beispiels- weise mittels einer Vergleichseinrichtung. Die Referenzzeit 313 wird beispielsweise mittels einer Referenzuhr, die auf Englisch auch als "master clock" bezeichnet werden kann, bereitgestellt. Hierbei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Referenzzeit 313 über mehrere Zyklen gemittelt und/oder mittels einer LaufZeitkompensation normiert wurde. Die Referenzzeit 313 wird vorzugsweise zyklisch, also in je ^¬ dem Zyklus, mittels eines Telegramms empfangen. Die Differenz zwischen der internen Uhr 303 und der Referenzuhr, also die Differenz zwischen der Referenzzeit und der internen Uhr 303, wird einer Regeleinrichtung 315 bereitgestellt, die einen

Gang der internen Uhr 303 regeln kann. Die Regeleinrichtung 315 bewirkt in vorteilhafter Weise, dass die interne Uhr 303 in einem Zyklus nicht mit einem Inkrementierungswert von 10, sondern nur mit einem Inkrementierungswert von 9 (wenn die interne Uhr 303 bezogen auf die Referenzuhr zu schnell läuft) oder mit 11 (wenn die interne Uhr 303 bezogen auf die Refe ^¬ renzuhr zu langsam läuft) inkrementiert wird. Die Regelein- richtung 315 wählt also den Inkrementierungswert 305 entspre ^¬ chend der Differenz, also dem Ergebnis des Vergleichs gemäß dem Schritt 311, aus. Das heißt also insbesondere, dass die interne Uhr 303 entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs ge- mäß dem Schritt 311 mit einem der folgenden Inkrementierungs ^¬ werte inkrementiert wird: 9, 10 und 11. Basierend auf der dann entsprechend nachgeregelten internen Uhr 303 wird der Sendetakt 309 wie vorstehend beschrieben ermittelt, wobei dieser so ermittelte Sendetakt 309 wieder zurückgeführt und mit der im folgenden Zyklus empfangenen Referenzzeit 313 verglichen wird.

Es wird also dadurch in vorteilhafter Weise erreicht, dass sich Sendetakte von Teilnehmern, die entsprechend den vorste- hend gemachten Ausführungen betrieben werden, nur noch im Na- nosekundenbereich voneinander abweichen, also << 1 ppm.

Die vorstehend gemachten Ausführungen lassen sich auf jede beliebige Topologie, zum Beispiel Ring, Linie, Stern, Baum und eine Kombination hiervon, anwenden, bei dem je zwei Teilnehmer unterschiedliche Sendetakte haben. Die vorstehend ge ^¬ machten Ausführungen sind insbesondere nicht auf 1 GHz und/oder die angegebenen Inkrementierungswerte (9, 10, 11) beschränkt. Diese sind lediglich als Beispiel zu verstehen. Andere Inkrementierungswerte und/oder andere Sendetakte und/oder andere Takte des Quarzes sind möglich. Auch kann ei ^¬ ne interne Regelung insbesondere anders erfolgen. Entschei ^¬ dend ist vorzugsweise, dass durch einen Vergleich der internen Uhr 303 mit einer Referenzuhr ein Sendetakt zwischen zwei Teilnehmern synchronisiert wird. Grundsätzlich kann eine Re ^¬ gelung auch extern erfolgen, solange das Ziel der synchronen Sendetakte erreicht wird. Das heißt also insbesondere, dass mittels der Synchronisierung des jeweiligen Sendetakts von zwei Teilnehmern auf eine gemeinsame Referenzuhr die Sende- takte der Teilnehmer gleich sind, also synchron zu einander laufen . Die Sendetaktsynchronisierung ist nicht auf zwei Teilnehmer beschränkt, muss aber vorzugsweise auch nicht ein ganzes Kom ^¬ munikationsnetzwerk umspannen. Es ist bereits vorzugsweise vorteilhaft, wenn eine Sendetaktsynchronisierung in einem o- der mehreren Teilkommunikationsnetzwerken erfolgt. In jedem Teilkommunikationsnetzwerk, das auf eine Referenzuhr dieses Teilkommunikationsnetzwerkes synchronisiert ist, kann das Verfahren angewendet werden. An den Übergängen von einem synchronisierten Teilkommunikationsnetzwerk zu einem nicht- synchronen Teilnehmer und/oder Teilkommunikationsnetzwerk ist vorzugsweise ein FIFO-Speicher vorgesehen, also insbesondere wird ein solcher FIFO-Speicher aktiviert.

Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass, wenn eine Qualität der Synchronisierung nicht ausreicht, um die

FIFOs gänzlich abzuschalten, die erreichte Qualität der Synchronisierung ermittelt wird (Ermittlung der Güte) , wobei ba ^¬ sierend auf der ermittelten Qualität oder Güte die entspre ^¬ chend notwendige Latenz der FIFOs eingestellt wird. Dadurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine kürzere Latenz der FIFOs als im schlechtesten Fall, der durch die maximale Ab ^¬ weichung der Sendetakte bestimmt ist.

Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betrei- ben eines Teilnehmers eines Kommunikationsnetzwerks.

Gemäß einem Schritt 401 wird eine Referenzzeit über das Kom ^¬ munikationsnetzwerk mittels des Teilnehmers empfangen. In einem Schritt 403 wird eine interne Uhr des Teilnehmers basie- rend auf der empfangenen Referenzzeit nachgeregelt. Dies ins ^¬ besondere, um die interne Uhr des Teilnehmers auf eine Refe ^¬ renzuhr zu synchronisieren, die die Referenzzeit bereitstellt oder vorgibt. In einem Schritt 405 wird ein Sendetakt basie ^¬ rend auf der nachgeregelten internen Uhr ermittelt. In einer nicht gezeigten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass ein Telegramm mittels des Teilnehmers basierend auf dem er ^¬ mittelten Sendetakt gesendet wird. Fig. 5 zeigt einen Teilnehmer 501 für ein Kommunikationsnetzwerk . Der Teilnehmer 501 umfasst eine Kommunikationsschnittstelle 503 zum Empfangen einer Referenzzeit in einem ersten Zyklus über das Kommunikationsnetzwerk. Die Kommunikationsschnitt ^¬ stelle 503 kann beispielsweise ausgebildet sein, ein Tele ^¬ gramm zu empfangen. Das Telegramm kann beispielsweise die Re- ferenzzeit umfassen. Die Kommunikationsschnittstelle 503 kann insbesondere ausgebildet sein, ein Telegramm zu senden.

Der Teilnehmer 501 umfasst eine interne Uhr 505. Ferner um ^¬ fasst der Teilnehmer 501 eine Regeleinrichtung 507 zum Nach- regeln der internen Uhr 505 in dem ersten Zyklus basierend auf der empfangenen Referenzzeit. Ferner umfasst der Teilnehmer 501 eine Ermittlungseinrichtung 509 zum Ermitteln eines Sendetakts in dem ersten Zyklus basierend auf der nachgere ^¬ gelten internen Uhr 505.

Fig. 6 zeigt ein Kommunikationsnetzwerk 601.

Das Kommunikationsnetzwerk 601 umfasst zwei Teilnehmer 501, die nacheinander geschaltet sind. Das heißt also insbesonde- re, dass der eine Teilnehmer 501 ein Telegramm mit seiner

Senderate an den anderen Teilnehmer 501 senden kann und umgekehrt. Da aber beide Senderaten synchronisiert sind, wird ei ^¬ ne Verzögerungszeit in vorteilhafter Weise vermieden oder sogar ganz verringert.

In einer nicht gezeigten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Teilnehmer 101 und 103 gemäß den Figuren 1 und 2 analog zu dem Teilnehmer 501 gemäß Fig. 5 gebildet sind und entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wer- den.

Fig. 7 zeigt ein weiteres Kommunikationsnetzwerk 701. Das Kommunikationsnetzwerk 701 umfasst zwei Teilkommunikati ^¬ onsnetzwerke 703 und 705. Dem Teilkommunikationsnetzwerk 703 sind zumindest zwei Teilnehmer 501 zugeordnet. Dem Teilkommu- nikationsnetzwerk 705 sind Teilnehmer 709 zugeordnet, wobei diese Teilnehmer 709 aber nicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden. Das heißt also insbesondere, dass das Teilkommunikationsnetzwerk 705 nicht auf eine Referenzuhr synchronisiert ist. Zwischen den beiden Teilkommunikations- netzwerken 703 und 705 ist ein FIFO-Speicher 707 vorgesehen zum Speichern von Telegrammen, die von dem Teilkommunikationsnetzwerk 703 zum Teilkommunikationsnetzwerk 705 und umgekehrt gesendet werden. Dieser FIFO-Speicher 707 kann nichtsynchrone Senderaten von Teilnehmern der beiden Teilkommuni- kationsnetzwerke 705 bei einem Senden von Telegrammen von dem einen der Teilkommunikationsnetzwerke zum anderen und umge ^¬ kehrt ausgleichen oder kompensieren

In einer nicht gezeigten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass zwischen Teilnehmern, wobei nur einer der Teilnehmer erfindungsgemäß betrieben wird, also auf eine Referenzuhr synchronisiert wird, ein FIFO-Speicher vorgesehen ist, der Telegramme, die zwischen den beiden Teilnehmern hin und her gesendet werden, speichern kann.

Ein Teilnehmer, dessen interne Uhr auf eine Referenzuhr synchronisiert wird, kann als ein synchronisierter Teilnehmer bezeichnet werden. Ein Teilnehmer, dessen interne Uhr nicht auf eine Referenzuhr synchronisiert wird, kann als ein nicht- synchronisierter Teilnehmer bezeichnet werden.

Zusammenfassend umfasst die Erfindung also insbesondere den Gedanken, jeweilige Senderaten von zwei Teilnehmern eines Kommunikationsnetzwerks zu synchronisieren, indem eine jewei- lige interne Uhr der Teilnehmer auf eine gemeinsame Referenz ^¬ uhr synchronisiert wird, wobei die jeweilige Senderate basie ^¬ rend auf der synchronisierten internen Uhr ermittelt wird.