Verfahren zum Übertragen von Zeitsynchronisationsnachrichten in einem Kommunikationsnetzwerk, Netzwerkkomponente und Kom- munikationsnetzwerk

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von Zeitsynchronisationsnachrichten in einem Kommunikationsnetzwerk, bei dem Zeitsynchronisationsnachrichten über das Kommunikati- onsnetzwerk zwischen einer Master-Uhr und einer mit der Uhrzeit der Master-Uhr zu synchronisierenden Slave-Uhr übertragen werden, eine Netzwerkkomponente des Kommunikationsnetzwerks, die zumindest zwei Ports aufweist, die Zeitsynchroni ^¬ sationsnachrichten an einem Port empfängt und über einen an- deren Port versendet, die Netzwerkkomponente mittels einer internen Uhr eine Verweildauer einer jeweiligen Zeitsynchronisationsnachricht innerhalb der Netzwerkkomponente zwischen dem Empfangen und dem Versenden der Zeitsynchronisationsnachricht ermittelt und eine die Verweildauer angebende Verweil- dauer-Information an die Slave-Uhr übermittelt, und die Slave-Uhr eine Synchronisierung auf die Master-Uhr unter Verwendung der jeweiligen empfangenen Zeitsynchronisationsnachrichten und der jeweils zugehörigen Verweildauer-Information durchführt .

Die Erfindung betrifft auch eine entsprechend eingerichtete Netzwerkkomponente und ein entsprechend ausgebildetes Kommu ^¬ nikationsnetzwerk . In Kommunikationsnetzwerken besteht häufig die Anforderung, mit dem Kommunikationsnetzwerk verbundene Geräte zeitlich miteinander zu synchronisieren. Dazu beinhalten die einzelnen Geräte üblicherweise eigene Uhren, die mittels spezieller Verfahren aufeinander zu synchronisieren sind. Besonders wichtig ist eine genaue Zeitsynchronisation in Automatisie- rungs- und Steueranlagen für technische Anlagen und Prozesse, die räumlich verteilte Automatisierungsgeräte aufweisen, die über ein Kommunikationsnetzwerk miteinander verbunden sind. Anforderungen, die eine zeitliche Synchronisation voraussetzen, bestehen hierbei beispielsweise darin, Messwerte mit mehreren Automatisierungsgeräten zeitlich synchron erfassen zu können oder Messwerte von mehreren Automatisierungsgeräten aufgrund von Zeitstempeln miteinander vergleichen zu können. Außerdem müssen Überwachungs- , Steuer- und Regelaufgaben häufig zeitlich exakt miteinander synchronisiert ausgeführt wer ^¬ den. In solchen Automatisierungs- und Steueranlagen müssen die Uhren verschiedener Automatisierungsgeräte üblicherweise im Mikrosekundenbereich aufeinander synchronisiert sein. Ein Beispiel einer Automatisierungsanlage ist eine Energieautoma ^¬ tisierungsanlage zur Steuerung und Überwachung und zum Schutz elektrischer Energieversorgungsnetze und Schaltstationen („Substation Automation System") .

Eine Möglichkeit zur Synchronisation von Uhren verteilter Geräte besteht darin, in jedem Gerät einen mittels eines Funk ^¬ senders verteilten Zeittakt zu empfangen und die jeweilige geräteinterne Uhr an den Zeittakt anzupassen. Beispielsweise kann hierfür das von dem satellitengestützten GPS-System (GPS - Global Positioning System) ausgesandte Zeitsignal verwendet werden. Diese Lösung ist aufgrund der hierfür notwendigen Empfänger in allen zu synchronisierenden Geräten vergleichsweise teuer; außerdem ist nicht überall ein ausreichender Empfang des GPS-Zeitsignals gewährleistet.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Kommunikationsnetz selbst zur Zeitsynchronisation zu verwenden. In diesem Fall werden innerhalb des Kommunikationsnetzes Zeitsynchronisati- onsnachrichten übertragen und zur Zeitsynchronisation herangezogen. Eine Methode zur Durchführung einer Zeitsynchronisation mittels Zeitsynchronisationsnachrichten ist beispielsweise im internationalen Standard IEEE 1588-2008 festgelegt und wird als „Precision Time Protocol" (PTP) bezeichnet.

Gemäß dem PTP-Standard wird innerhalb eines Kommunikations ^¬ netzwerks ein angeschlossenes Gerät mittels eines sogenannten „Best Master Clock" Algorithmus als sogenannte „Grandmaster- Uhr" ausgewählt, auf dessen Uhr alle anderen Geräte (Slave- Uhren, auch als „Ordinary Clocks" bezeichnet) zu synchronisieren sind. Dazu sendet der Grandmaster Zeitsynchronisati ^¬ onsnachrichten zu einem Absendezeitpunkt ti der eigenen Uhr an die Slaves. Dieser Zeitpunkt ti wird entweder direkt in der Zeitsynchronisationsnachricht eingetragen oder in einer Fol ^¬ genachricht an die Slaves übermittelt. Der jeweilige Slave empfängt die Zeitsynchronisationsnachricht und führt bei be ^¬ kannter Zeitverzögerung (Offset) zwischen dem

Absendezeitpunkt ti der Zeitsynchronisationsnachricht beim Grandmaster und dem zugehörigen Empfangszeitpunkt t ₂ gemäß der Uhr des Slaves zur Zeitsynchronisation eine entsprechende Anpassung seiner Uhrzeit durch. Der Offset zwischen dem Versendezeitpunkt ti und dem Emp ^¬ fangszeitpunkt t ₂ ist durch die Übertragungszeit zwischen dem Grandmaster und dem Slave gegeben und wird in regelmäßigen Abständen gemäß dem nachfolgend beschriebenen Verfahren ermittelt. Dazu sendet der Grandmaster eine Zeitsynchronisati- onsnachricht zum Absendezeitpunkt ti der eigenen Uhr an den jeweiligen Slave. Der Slave speichert deren Eingangszeitpunkt t ₂ entsprechend seiner eigenen Uhr. Daraufhin sendet der Slave eine weitere Zeitsynchronisationsnachricht (Delay_Request ) an den Grandmaster und speichert deren Absendezeitpunkt t3. Der Grandmaster empfängt die Zeitsynchronisationsnachricht vom Slave und speichert deren Empfangszeitpunkt t ₄ . Dieser Zeitpunkt t ₄ wird daraufhin mit einer Antwort (Delay_Respon- se) an den Slave übermittelt, bei dem nunmehr die Zeitpunkte ti bis t ₄ vorliegen. Daraus kann der Slave unter Verwendung der Gleichung

(ti - k )- (h -

OS )

2 den Unterschied OS (Offset) zwischen seiner Uhr und der

Grandmasteruhr berechnen und zur Nachführung seiner eigenen Uhr verwenden. Zur Anwendung dieser Gleichung wird vorausge setzt, dass der Versand der Nachrichten von dem Grandmaster zum Slave dieselbe Zeit in Anspruch nimmt wie der Versand von Nachrichten in die Gegenrichtung vom Slave zum Grandmaster.

Um auch in komplexeren Kommunikationsnetzwerken eine Zeitsyn- chronisation durchführen zu können, sind gemäß der IEEE 1588 neben der Grandmaster-Uhr und den Slave-Uhren sogenannte Grenz-Uhren („Boundary Clocks") definiert worden, die sowohl im Zusammenspiel mit dem Grandmaster eine Slave-Rolle einneh ^¬ men können als auch im Zusammenspiel mit anderen Slave-Uhren eine Master-Rolle ausüben. Eine Master-Uhr führt mit den an ^¬ geschlossenen Slaves prinzipiell dieselben Schritte durch wie oben für das Verhältnis Grandmaster-Slave beschrieben, ledig ^¬ lich müssen sich die Master-Uhren selbst noch als Slaves mit der Grandmaster-Uhr synchronisieren. Nachfolgend werden - so- fern nicht anders erwähnt - sowohl die Grandmaster-Uhr als der Grandmaster-Uhr untergeordnete Master-Uhren zusammenfassend als Master-Uhren bezeichnet.

Neben den Boundary Clocks existiert seit der Version 2 des IEEE 1588 Standard aus dem Jahr 2008 auch die Definition für sogenannte Transparente Uhren („Transparent Clocks"), die die Zeitsynchronisationsnachrichten zwischen einer Master-Uhr und einer Slave-Uhr lediglich weiterleiten, ohne eigenständig die Rollen einerseits einer Slave- und andererseits eine Master- Uhr zu übernehmen. Solche Transparente Uhren können bei ^¬ spielsweise Netzwerkkomponenten in Form von Switchen oder Routern sein. Da allerdings die Zeitdauer, während der eine Zeitsynchronisationsnachricht innerhalb einer solchen Netz ^¬ werkkomponente vor ihrer Weiterleitung verweilen, von unter- schiedlichen Faktoren abhängt und üblicherweise nicht kon ^¬ stant ist, müssen solche Netzwerkkomponenten die Verweildauer mit einer eigenen internen Uhr ermitteln und als Verweildauer-Information an die Slave-Uhr übermitteln, damit diese die Verweildauer-Information von dem Slave gemeinsam mit dem be- kannten Offset für die Zeitsynchronisation mit der Master-Uhr berücksichtigt werden kann. Ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem eine Netzwerkkomponente, die eine Transparente Uhr darstellt, verwen ^¬ det wird, ist beispielsweise aus der EP 2680466 AI bekannt. Das bekannte Verfahren zielt dabei darauf ab, einen bestimm- ten Abschnitt der Zeitsynchronisationsnachricht, z.B. eine Präambel, für die Übermittlung der Verweildauer-Information zu verwenden. Die EP 2680466 AI beschreibt hierbei auch, dass mit der internen Uhr der Netzwerkkomponente Empfangs- und Versendezeitpunkte der jeweiligen Zeitsynchronisationsnach- richten gemessen werden.

Um die Verweildauer innerhalb der Netzwerkkomponente bestim ^¬ men zu können, wird jedoch üblicherweise eine hochgenaue Uhr eingesetzt, da die Genauigkeit einer Zeitsynchronisation der angeschlossenen Slaves, insbesondere bei mehreren als Kaskade hintereinander angeordneten Netzwerkkomponenten, die Transparente Uhren darstellen, stark von der Genauigkeit der ermittelten Verweildauer abhängt. Diese hochgenaue Uhr muss selbst zeitlich synchronisiert werden, um Driften zwischen der

Grandmaster-Uhr bzw. den Master-Uhren und der internen Uhr der Netzwerkkomponente zu vermeiden. Aufgrund der hohen An ^¬ forderungen sind die bei solchen Netzwerkkomponenten einzusetzenden internen Uhren üblicherweise vergleichsweise teuer. Ausgehend von einem Verfahren der eingangs angegebenen Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine möglichst ge ^¬ naue Ermittlung der Verweildauer-Information in einer Netzwerkkomponente selbst bei Verwendung einer internen Uhr mit vergleichsweise geringer Genauigkeit durchführen zu können.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Netzwerkkomponente innerhalb eines Zeitraumes, in dem sie einen Empfang einer Zeitsynchronisati ^¬ onsnachricht erwartet, das Versenden von anderen Nachrichten, die keine Zeitsynchronisationsnachrichten sind, aussetzt.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der wesent ^¬ liche - und variabelste - Anteil der Verweildauer einer Zeit- Synchronisationsnachricht innerhalb der Netzwerkkomponente aufgrund des anstehenden Versendens anderer Nachrichten, die ebenfalls über das Kommunikationsnetzwerk übertragen werden, entsteht. Andere Nachrichten, die über dasselbe Kommunikati- onsnetzwerk wie die Zeitsynchronisationsnachrichten übertragen werden, können unter anderem beispielsweise Messwerte, Steuerbefehle, Zustandsmeldungen, aufgezeichnete Messwertverläufe, Softwareaktualisierungen usw. enthalten. So können beispielsweise gute Ethernet-Switche in Automati ^¬ sierungsanlagen im unbelasteten Zustand (keine anderen Nachrichten zu übertragen) die Verweildauer einer Zeitsynchronisationsnachricht auf etwa 5ys begrenzen. Im belasteten Zu ^¬ stand (es werden gleichzeitig auch andere Nachrichten über- tragen) eines solchen Switches steigt die Verweildauer hinge ^¬ gen leicht auf bis zu 125ys an. Setzt man eine interne Uhr mit einer Ungenauigkeit von 50ppm ein, so ergibt sich bei der Messung der Verweildauer im unbelasteten Fall eine Ungenauigkeit von 0,25ns. Im belasteten Fall steigt die Ungenauigkeit der Messung der Verweildauer hingegen auf 6,25ns an. Bei mehreren hintereinander geschalteten Netzwerkkomponenten (beispielsweise in ringförmigen Kommunikationsnetzwerken) addiert sich diese Ungenauigkeit schnell zu unakzeptablen Fehlern bei der Zeitsynchronisation. In üblichen Kommunikationsnetzwerken von Automatisierungsanlagen kann die Anzahl von hintereinander geschalteten Netzwerkkomponenten zwischen Master und Sla- ve leicht einen Wert von ca. 50 annehmen.

An diesem Punkt setzt die Erfindung an. Anstelle nämlich durch Einsatz teurer Komponenten die Genauigkeit der internen Uhr einer Netzwerkkomponente zu erhöhen (was beispielsweise die Verwendung einer internen Uhr der Netzwerkkomponenten mit einer Genauigkeit von 0,5-lppm voraussetzen würde), wird gemäß der Erfindung vielmehr dafür gesorgt, dass die Verweil- dauer der Zeitsynchronisationsnachricht innerhalb der Netz ^¬ werkkomponente so gering wie möglich ist. Da sich die Unge ^¬ nauigkeit der ermittelten Verweildauer prinzipiell als Pro ^¬ dukt aus der Ungenauigkeit der internen Uhr der Netzwerkkom- ponente und der Verweildauer selbst ergibt, kann auch auf diese Weise - und ohne den Einsatz teurer Komponenten - eine Reduzierung der Ungenauigkeit bei der Ermittlung der Verweildauer erzielt werden. Hierdurch können beispielsweise kosten- günstigere interne Uhren mit Genauigkeiten von 50ppm oder schlechter eingesetzt werden.

Kurz gesagt, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren der Versand der Zeitsynchronisationsnachricht proaktiv von der Netzwerkkomponente vorbereitet. Da hierzu lediglich der Ver ^¬ sand anderer Nachrichten zeitweise ausgesetzt werden muss, sind auch keine aufwendigen Maßnahmen hinsichtlich einer Steuersoftware der Netzwerkkomponente zu implementieren. Ein verzögernder Effekt auf die anderen von der Netzwerkkomponen- te zu übertragenden Nachrichten kann zudem bei hinreichend klein gewähltem Zeitbereich und aufgrund der Kürze der Zeitsynchronisationsnachrichten selbst sehr gering gehalten werden . Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Versenden der anderen Nachrichten fortgesetzt wird, wenn die in dem Zeitraum erwartete Zeitsynchronisationsnachricht empfangen und versendet worden ist.

Auf diese Weise kann die Unterbrechung des Versands der ande ^¬ ren Nachrichten so kurz wie möglich gehalten werden. Es wird nämlich nicht unbedingt zwingend das Ende des Zeitraums abge ^¬ wartet, in dem die Zeitsynchronisationsnachricht erwartet wird. Der Versand der anderen Nachrichten wird nämlich sofort wieder aufgenommen, sobald die erwartete Zeitsynchronisati ^¬ onsnachricht versendet worden ist, auch wenn der Zeitpunkt des Versendens vor dem Ende des fraglichen Zeitbereichs lie ^¬ gen sollte.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemä ^¬ ßen Verfahrens sieht vor, dass zum Aussetzen des Versendens der anderen Nachrichten die Netzwerkkomponente die Abarbei- tung einer Nachrichten-Warteschlange, in der die anderen Nachrichten vor ihrem Versenden temporär zwischengespeichert werden, unterbricht. Hierdurch wird der Versendespeicher, in den die Zeitsynchronisationsnachricht unmittelbar vor ihrem Versenden verschoben wird, proaktiv für die Zeitsynchronisationsnachricht freige ^¬ halten, da hierher zeitweise keine anderen Nachrichten aus der Warteschlange (Queue) für zu versendende Nachrichten mehr verschoben werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemä ^¬ ßen Verfahrens sieht zudem vor, dass der Zeitraum, in dem der Empfang einer Zeitsynchronisationsnachricht erwartet wird, dadurch vorgegeben wird, dass die Zeitsynchronisationsnachrichten von der Master-Uhr und/oder der Slave-Uhr in regelmäßigen Abständen versendet werden.

Häufig werden nämlich die Zeitsynchronisationsnachrichten vom Master in konstanten Zeitabständen regelmäßig versendet. Beispielsweise kann eine Zeitsynchronisationsnachricht einmal pro Sekunde versendet werden. Daher kann die Netzwerkkompo ^¬ nente bei Kenntnis des Versendetakts aus der letzten empfan ^¬ genen Zeitsynchronisationsnachricht den erwarteten Zeitpunkt des Empfangs der nächsten Zeitsynchronisationsnachricht ab ^¬ leiten. Selbst wenn der Versendetakt nicht zuvor bekannt sein sollte, kann die Netzwerkkomponente aus den Zeitpunkten von zwei oder mehr bereits empfangenen Zeitsynchronisationsnachrichten neben dem erwarteten Zeitpunkt für den Empfang der nächsten Zeitsynchronisationsnachricht auch den Versendetakt ableiten. In entsprechender Weise können auch Zeitsynchronisationsnachrichten, die von der Slave-Uhr an die Master-Uhr versendet werden, in regelmäßigen Abständig verschickt wer ^¬ den. Der Beginn des Zeitraums kann in diesem Fall beispiel- weise auf den in den Slaves bekannten Versendezeitpunkt der Zeitsynchronisationsnachricht beim Master gesetzt werden. Alternativ zu der letztgenannten Ausführungsform kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Master-Uhr und/oder die Slave- Uhr vor dem Versenden einer Zeitsynchronisationsnachricht ei ^¬ ne Ankündigungs-Nachricht versendet, die das nachfolgende Versenden der Zeitsynchronisationsnachricht ankündigt, und die Netzwerkkomponente die Ankündigungs-Nachricht zur Bestim ^¬ mung des Zeitraumes, in dem sie einen Empfang einer Zeitsynchronisationsnachricht erwartet, heranzieht. Hierdurch kann insbesondere bei nicht regelmäßigem Versand von Zeitsynchronisationsnachrichten der Zeitraum für den erwarteten Empfang der Zeitsynchronisationsnachricht durch die Netzwerkkomponente festgelegt werden. Entweder kann hierbei vereinbart sein, dass die Zeitsynchronisations-Nachricht nach Ablauf eines festen Zeitabstands nach der Ankündigungs- Nachricht ausgesendet wird, so dass die Netzwerkkomponente den Zeitraum direkt aus dem Empfangszeitpunkt der Ankündi ^¬ gungs-Nachricht ableiten kann. Alternativ kann die Ankündigungs-Nachricht entweder den zwischen Ankündigungs-Nachricht und Zeitsynchronisationsnachricht liegenden Zeitabstand oder den geplanten Versandzeitpunkt der Zeitsynchronisationsnachricht enthalten.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemä- ßen Verfahrens sieht vor, dass die Netzwerkkomponente die

Verweildauer-Information direkt in die zugehörige Zeitsynchronisationsnachricht einträgt und die derart modifizierte Zeitsynchronisationsnachricht anstelle der ursprünglich emp ^¬ fangenen Zeitsynchronisationsnachricht versendet.

Dies kann insbesondere bei einer schnellen hardwareunterstützten Ermittlung der Verweildauer-Information erfolgen.

Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass die Netzwerk- komponente die Verweildauer-Information in eine Folge- Nachricht einträgt und die Folge-Nachricht nach der zugehöri ^¬ gen Zeitsynchronisationsnachricht versendet. Diese Variante bietet sich insbesondere bei einer langsameren softwareunterstützten Ermittlung der Verweildauer-Information an . Die oben genannte Aufgabe wird auch durch eine Netzwerkkompo ^¬ nente zum Betrieb in einem Kommunikationsnetzwerk zum Übertragen von Zeitsynchronisationsnachrichten zwischen einer Master-Uhr und einer mit der Uhrzeit der Master-Uhr zu synchronisierenden Slave-Uhr gelöst, wobei die Netzwerkkomponen- te zumindest zwei Ports aufweist und dazu eingerichtet ist, die Zeitsynchronisationsnachrichten an einem Port zu empfangen und über einen anderen Port zu versenden, und wobei die Netzwerkkomponente dazu eingerichtet ist, mittels einer in ^¬ ternen Uhr eine Verweildauer einer jeweiligen Zeitsynchroni- sationsnachricht innerhalb der Netzwerkkomponente zwischen dem Empfangen und dem Versenden der Zeitsynchronisationsnachricht zu ermitteln und eine die Verweildauer angebende Ver ^¬ weildauer-Information an die Slave-Uhr zu übermitteln. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Netzwerkkomponente dazu eingerichtet ist, innerhalb eines Zeitraumes, in dem sie einen Empfang einer Zeitsynchronisationsnachricht erwartet, das Versenden von anderen Nachrichten, die keine Zeitsynchronisationsnachrichten sind, auszusetzen.

Außerdem wird die oben genannte Aufgabe auch durch ein Kommu ^¬ nikationsnetzwerk zum Übertragen von Zeitsynchronisationsnachrichten zwischen einer Master-Uhr und einer mit der Uhrzeit der Master-Uhr zu synchronisierenden Slave-Uhr gelöst, wobei das Kommunikationsnetzwerk eine Netzwerkkomponente auf ^¬ weist, die zumindest zwei Ports aufweist und dazu eingerich ^¬ tet ist, die Zeitsynchronisationsnachrichten an einem Port zu empfangen und über einen anderen Port zu versenden, wobei die Netzwerkkomponente ferner dazu eingerichtet ist, mittels ei- ner internen Uhr eine Verweildauer einer jeweiligen Zeitsynchronisationsnachricht innerhalb der Netzwerkkomponente zwischen dem Empfangen und dem Versenden der Zeitsynchronisationsnachricht zu ermitteln und eine die Verweildauer ange- bende Verweildauer-Information an die Slave-Uhr zu übermitteln, und wobei die Slave-Uhr dazu eingerichtet ist, eine Synchronisierung auf die Master-Uhr unter Verwendung der jeweiligen empfangenen Zeitsynchronisationsnachrichten und der jeweils zugehörigen Verweildauer-Information durchzuführen.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Netzwerkkomponente dazu eingerichtet ist, innerhalb eines Zeitraumes, in dem sie einen Empfang einer Zeitsynchronisationsnachricht erwartet, das Versenden von anderen Nachrichten, die keine Zeitsynchronisationsnachrichten sind, auszusetzen.

Hinsichtlich der erfindungsgemäßen Netzwerkkomponente und des erfindungsgemäßen Kommunikationsnetzwerkes gelten alle zu dem erfindungsgemäßen Verfahren voranstehend und nachfolgend ge ^¬ machten Ausführungen und umgekehrt in entsprechender Weise, insbesondere sind die erfindungsgemäße Netzwerkkomponente und das erfindungsgemäße Kommunikationsnetzwerk zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in jeder beliebigen Ausfüh- rungsform oder einer Kombination beliebiger Ausführungsformen eingerichtet. Auch hinsichtlich der Vorteile der erfindungs ^¬ gemäßen Netzwerkkomponente und des erfindungsgemäßen Kommunikationsnetzwerks wird auf die zu dem erfindungsgemäßen Ver ^¬ fahren beschriebenen Vorteile verwiesen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei ^¬ spiels näher erläutert. Die spezifische Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels ist für die allgemeine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, der erfindungsgemäßen Netzwerk- komponente und des erfindungsgemäßen Kommunikationsnetzwerks in keiner Weise einschränkend zu verstehen; vielmehr können einzelne Ausgestaltungsmerkmale des Ausführungsbeispiels in beliebiger Weise frei untereinander und mit den voranstehend beschriebenen Merkmalen kombiniert werden.

Es zeigen Figur 1 erstes Ausführungsbeispiel eines Koirv munikationsnetzwerks mit einer Master-Uhr und mehreren mit der Master-Uhr zu synchronisierenden Slave-Uhren;

Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines

Kommunikationsnetzwerks mit einer Master-

Uhr und mehreren mit der Master-Uhr zu synchronisierenden Slave-Uhren; und

Figur 3 ein schematisches Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Übertragung von Zeitsynchronisationsnachrichten über eine Netzwerkkomponente .

Figur 1 zeigt in schematischer Ansicht ein Kommunikations ^¬ netzwerk 10, an das netzwerkfähige Geräte in Form einer Mas ^¬ ter-Uhr 11 und mehrerer Slave-Uhren 12a-e angeschlossen sind. Die Geräte können insbesondere Automatisierungsgeräte einer Automatisierungsanlage, z.B. zur Automatisierung eines elekt ^¬ rischen Energieversorgungsnetzes, sein. Es kann sich dabei beispielsweise um Schutzgeräte, Messgeräte, Phasormessgeräte, Power Meter, Power Quality-Geräte, Leit- und Steuergeräte, Schaltersteuerungen etc. einer elektrischen Energieautomati- sierungsanlage handeln. Allgemein können solche Automatisie ^¬ rungsgeräte auch als Feldgeräte oder als IEDs („intelligent electronic devices") bezeichnet werden. Da an dieser Stelle jedoch die Zeitsynchronisationsfunktionalität im Vordergrund steht, werden die Geräte aus diesem Gesichtspunkt nachfolgend als Master- bzw. Slave-Uhren bezeichnet. Wie zuvor bereits erwähnt, umfasst der Begriff Master-Uhr auch die ausgewählte Grandmaster-Uhr, auf die sich letztlich alle Geräte im Kommunikationsnetzwerk synchronisieren . Außerdem umfasst das Kommunikationsnetzwerk 10 eine Netzwerkkomponente 13, bei der es sich beispielsweise um einen

Switch, eine Bridge oder einen Router mit mehreren Ports 14 handeln kann. Die Netzwerkkomponente 13 stellt im Sinne der Norm IEEE 1588-2008 eine „Transparent Clock" dar.

Abweichend von der vereinfachten Darstellung gemäß Figur 1 kann das Kommunikationsnetzwerk auch mehrere hintereinander geschaltete Netzwerkkomponenten umfassen, die solche Transpa ^¬ rent Clocks darstellen.

In dem Kommunikationsnetzwerk 10 werden Nachrichten ausge- tauscht, die beispielsweise Messwerte, Steuerbefehle, Zu- standsmeldungen, aufgezeichnete Messwertverläufe oder Soft ^¬ wareaktualisierungen enthalten können. Zusammengefasst werden solche Nachrichten als „andere Nachrichten" bezeichnet. Um außerdem eine Synchronisation der Slave-Uhren 12a-e hinsicht- lieh der Master-Uhr 11 vorzunehmen, werden in dem Kommunikationsnetzwerk 10 zusätzlich auch Zeitsynchronisationsnachrichten ausgetauscht. Dies soll später genauer beschrieben werden . In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kommu ^¬ nikationsnetzwerks 20 dargestellt, wobei das Kommunikations ^¬ netzwerk 20 im Vergleich zum Kommunikationsnetzwerk 10 der Figur 1 eine ringförmige Topologie aufweist. Figur 2 zeigt in schematischer Ansicht ein Kommunikationsnetzwerk 20, an das netzwerkfähige Geräte in Form einer Master-Uhr 21 und mehre ^¬ rer Slave-Uhren 22a-e angeschlossen sind.

Die Master-Uhr 21 und die Slave-Uhren 22a-e umfassen integrierte Netzwerkkomponenten 23, bei denen es sich beispiels- weise um integrierte 3-Port-Switche handeln kann. Auch die Netzwerkkomponenten 23 stellen im Sinne der Norm IEEE 1588- 2008 „Transparent Clocks" dar, da beispielsweise die Synchro ^¬ nisation der Slave-Uhr 22b mit der Master-Uhr 21 über die Netzwerkkomponente 23 der Slave-Uhr 22a als Transparent Clock erfolgt.

In dem Kommunikationsnetzwerk 20 werden zur Synchronisation der Slave-Uhren 22a-e hinsichtlich der Master-Uhr 21 Zeit- Synchronisationsnachrichten ausgetauscht. Außerdem werden auch andere Nachrichten ausgetauscht.

Anhand der Figuren 1 und 3 soll nachfolgend beispielhaft ein Verfahren zur Zeitsynchronisation anhand von in dem Kommunikationsnetzwerk 10 übertragenen Zeitsynchronisationsnachrichten beschrieben werden. Das nachfolgend beschriebene Verfahren kann in entsprechender Weise auch auf das Kommunikationsnetzwerk 20 oder auf andere Kommunikationsnetzwerke, in denen eine Zeitsynchronisation durchgeführt wird, übertragen werden. Dazu ist in Figur 3 zusätzlich ein Ablaufdiagramm angegeben, in dem die Übertragung einer Zeitsynchronisationsnachricht entlang von Zeitstrahlen eingetragen ist. Dabei repräsentiert der Zeitstrahl 31 die Ereignisse auf Seiten der Mas- ter-Uhr 11, der Zeitstrahl 32 repräsentiert die Ereignisse auf Seiten einer Slave-Uhr 12a-e (für die nachfolgenden Ausführungen sei der Einfachheit halber beispielhaft die Slave- Uhr 12a ausgewählt) und die Zeitstrahlen 33a und 33b reprä ^¬ sentieren die Ereignisse an einem ersten und einem zweiten Port der Netzwerkkomponente 13.

Zu einem Zeitpunkt t=ti sendet die Master-Uhr 11 eine Zeit ^¬ synchronisationsnachricht „Sync" als Broadcast-Nachricht an die Slave-Uhren 12a-e, darunter auch an die Slave-Uhr 12a. Der Versendezeitpunkt ti wird der Zeitsynchronisationsnachricht „Sync" als Information beigefügt. Alternativ zum direkten Beifügen des Versendezeitpunktes könnte dieser auch mit ^¬ tels einer nachfolgenden Folge-Nachricht - angedeutet durch einen gestrichelten Pfeil 34a - übertragen werden.

Die Zeitsynchronisationsnachricht „Sync" wird um Zeitpunkt t=ti ^λ an dem ersten Port der Netzwerkkomponente 13 empfangen, intern bearbeitet und zum Zeitpunkt t=ti ^{λ λ} an dem zweiten Port der Netzwerkkomponente 13 in Richtung der Slave-Uhr 12a versendet. Die Netzwerkkomponente 13 erfasst hierbei die Ver ^¬ weildauer ti ^xx -ti ^x und trägt sie als Verweildauer-Information direkt in die weitergeleitete Zeitsynchronisationsnachricht „Sync" ein. Alternativ könnte die Verweildauer-Information auch - wie in Figur 3 durch einen gestrichelten Pfeil 34b angedeutet - von der Netzwerkkomponente 13 in eine Folge- Nachricht eingetragen und in Richtung der Slave-Uhr 12a versendet werden.

Die Slave-Uhr 12a empfängt die Zeitsynchronisationsnachricht „Sync" (und etwaige Folge-Nachrichten 34a, 34b) , erfasst den Empfangs-Zeitpunkt t=t ₂ und verfügt damit über die Informati ^¬ on über die Zeitpunkte ti und t ₂ sowie über die Verweildauer- Information ti ^xx -ti ^x . Bei bekanntem Offset OS und korrekt synchronisierten Uhren muss hierbei die Beziehung t ₂ - (OS+ (t!^-t! ^X ) )=ti erfüllt sein. Andernfalls muss die Slave-Uhr zur Zeitsynchro ^¬ nisation entsprechend nachgeführt werden. Der Offset OS kann einmalig oder regelmäßig gemäß dem weiter oben erläuterten Verfahren ermittelt werden. Um die Verweildauer-Informationen innerhalb der Netzwerkkomponente 13 bestimmen zu können, weist die Netzwerkkomponente eine interne Uhr auf, die den Empfangs-Zeitpunkt und den Ver- sende-Zeitpunkt der Zeitsynchronisationsnachrichten misst. Die Verweildauer muss dabei möglichst genau bestimmt werden, da sie direkt in die Zeitsynchronisation der Slave-Uhren eingeht. Insbesondere in einem Kommunikationsnetzwerk mit mehreren hintereinander angeordneten Netzwerkkomponenten (beispielsweise einem ringförmigen Kommunikationsnetzwerk wie in Figur 2 angegeben) addieren sich nämlich Ungenauigkeiten bei der Bestimmung der Verweildauer und verfälschen damit das Ergebnis der Zeitsynchronisation.

Um zur Verringerung der Ungenauigkeit bei der Bestimmung der Verweildauer nicht auf besonders genaue und damit teure in- terne Uhren für die Netzwerkkomponenten zurückgreifen zu müssen, wird die Verweildauer selbst derart beeinflusst, dass sie so gering wie möglich ist. Dazu ist vorgesehen, dass die Netzwerkkomponente 13 innerhalb eines Zeitraums, zu dem sie den Empfang einer Zeitsynchronisationsnachricht von der Mas ^¬ ter-Uhr erwartet, das Versenden anderer Nachrichten aussetzt. Auf diese Weise kann die Hauptursache für eine lange Verweildauer, nämlich das Blockieren des Versendens einer Zeitsynchronisationsnachricht durch eine aktuell noch zu ver ^¬ sendende andere Nachricht, ausgeschaltet werden. Beispiels ^¬ weise unterbricht die Netzwerkkomponente während des fragli ^¬ chen Zeitraums zeitweise die Abarbeitung einer Warteschlange (Queue) mit zu versendenden anderen Nachrichten, damit die Zeitsynchronisationsnachricht bei ihrem Eintreffen unmittel ^¬ bar, d.h. ohne den Versand einer anderen Nachricht abwarten zu müssen, weitergeleitet werden kann. Hierdurch verringert sich die Verweildauer der Zeitsynchronisationsnachricht auf ein absolutes Minimum, wodurch sich selbst bei Nutzung einer internen Uhr mit vergleichsweise geringer Genauigkeit, insge ^¬ samt nur kleine Ungenauigkeiten bei der Bestimmung der an sich schon kleinen Verweildauer einstellen.

Nach Abschluss des Versendens der Zeitsynchronisationsnach- rieht kann direkt mit dem Versenden der anderen Nachrichten fortgefahren werden.

Der fragliche Zeitraum, zu dem der Empfang einer Zeitsynchronisationsnachricht erwartet wird, kann bei regelmäßigem Ver- sand der Zeitsynchronisationsnachrichten durch die Master-Uhr und/oder die Slave-Uhren beispielsweise aus dem Zeitpunkt des Empfangs der jeweils letzten Zeitsynchronisationsnachrichten abgeleitet werden. Alternativ dazu können die Master-Uhr bzw. die Slave-Uhren auch Ankündigungs-Nachrichten versenden, die eine baldige Übermittlung der jeweils nächsten Zeitsynchronisationsnachricht ankündigen.