用于时间敏感型现场总线联网的方法、系统和网关与流程

1.本发明涉及时间敏感型的现场总线系统，特别是用于控制工业系统的工业现场总线系统。特别是本发明涉及用于将至少两个时间敏感型的现场总线联网的方法、系统和网关。


背景技术：

2.现场总线用于将工厂(例如工业生产厂房、车辆、建筑物等)中的各种用户设备(例如，传感器、执行器、探测器、促动器等现场设备，以及例如，控制或自动化设备、可编程存储控制器plc等控制器)连接起来以用于相互通信。在此，通信尤其(但不是仅仅)发生在不同的现场设备和现场总线控制器之间，该现场总线控制器控制和监控在设备中运行的过程。用户设备可以是现场设备或者控制器并且特别是具有与现场总线的接口。
3.待通过现场总线传输的信息(例如数据块、数据流)在此至少部分是时间敏感型的，亦即它们对传输等待时间有实时要求。例如，对于这种时间敏感型的数据，现场总线控制器或者连接到现场总线上的另一个现场设备在可预测的时间间隔内可靠地接收到由用户设备发送的信息是必需的。
4.在现场总线的用户设备之间待传输的数据不仅包括值通信，比如测量值、控制值或指令，而且还包括用于机器和工厂部件的时间协调的事件通信。例如，机器部件运动的协调和同步不再越来越多地通过机械设备(例如，在机器循环中具有机械刚性耦接的插入设备和弹出设备的金属压力机、凸轮轴、变速器等)进行，而是通过数字消息进行，这些数字消息带着实时要求通过现场总线传输。
5.一个现场总线分配给一个时域，在所述时域中，所有用户设备具有各一个计时器(例如时钟)。用户设备的计时器在时域内相互同步并且因此对时间有共同的理解。因此，现场总线的所有用户设备都可以遵循固定的现场总线通信周期并且相互协调，以便在正确的时间点执行相应的行动。现场总线的一个用户设备在此用作时域的主设备，其中，该主设备的计时器为时域的其他用户设备提供时间参考。后者的在时域内从主设备得出其时间的用户设备也被称为从设备。在现场总线中时间主设备的角色在此可以由现场总线控制器承担，然而也可以由连接到现场总线上的另一个用户设备承担。现场总线的时间主设备可以将其时基与另一个时基同步，例如与另一个现场总线的时间主设备或者与更高级别的时基同步。通过多个现场总线的主设备相互同步各自的现场总线时间，一个时域也可以包括多个现场总线。通过同步时基来平衡“时钟”。然而，这并不一定意味着两个现场总线在一个时域内具有相同的通信周期。
6.开发了第一代现场总线，以通过数字传输技术取代以前借助于电缆束对机器部件进行常见的并行布线所造成的布线耗费。为此，开发了多种、部分专有的现场总线协议。之后几代现场总线主要基于ieee802.3以太网标准，其中，修改或者扩展了以太网协议以实现时间敏感型网络(英语time-sensitive networks，tsn)。
7.例如，针对tsn网络的ieee 802.1q任务组开发了实时以太网协议的标准。实时支
持的调度器(时间感知调度器)例如通过ieee802.1qbv标准定义。调度器能实现将网络中的通信划分为固定的、周期性重复的通信周期并且在周期内定义、保留或者协商固定时隙，以便传输时间关键型数据。由此，实现了在两个用户设备之间实现时钟驱动的端对端传输。
8.在设定用于实时传输的时隙之外，可以传输非时间敏感型数据(best-effort数据)，其中，为此使用已知的用于分组交换的传输协议(例如以太网协议)。通过实时支持的调度器，可以设立保护带，以避免非时间敏感型数据包的传输与为实时传输保留的时隙重叠。
9.此外，在tsn网络中，可能在实时间隔期间中断并且此后继续进行非时间敏感型数据包的传输。通过这种方式，时间敏感型的和非时间敏感型的通信能在能实现tsn的网络中实现共存。
10.在工厂(例如整个生产现场)日益数字化和网络化的过程中，需要能实现现场总线之间的通信以及现场总线与上一级的控制层面、过程控制层面、运行控制层面和/或公司层面的设备之间的通信。联网不仅涉及非时间敏感型数据而且涉及时间敏感型数据。
11.尽管目前使用的大多数现场总线实时协议都基于以太网，然而虽然存在这一共同点，但仍存在技术差异，从而不同的现场总线类型彼此不兼容或者不完全兼容。也可能发生使用不同代现场总线的情况，例如当添加、更换或改造设备的部件时，其中，不同代的现场总线不是必须完全兼容。目前正在努力指定可通用的实时协议，所述实时协议应该接替用于时间敏感型现场总线的多个专有和相互不兼容的协议。然而，它们的使用以现有的现场总线系统的更换或者改装为前提，这在经济上通常是不合理的。
12.用于两个或者多个现场总线之间的时间敏感型通信的现有解决方案的出发点在于，所有待耦接的现场总线不仅具有统一的时间理解，然而其中，所有时间偏移以及持续时间和/或现场总线通信周期的开始时间是同步的。然而，现场总线通常在生产开始时耗费地配置，从而由现场总线控制的机器和/或工厂部件相互优化协调。然而，在附加的工厂部件上现有现场总线的周期时间与其他现场总线的平衡使得需要重新配置由现场总线控制的现有过程。
13.因此，存在将彼此不完全兼容的时间敏感型的现场总线联网的需求。


技术实现要素：

14.所述任务特别是通过根据权利要求1的用于将时间敏感型的第一现场总线与时间敏感型的第二现场总线联网的方法、通过根据权利要求11的用于至少两个时间敏感型现场总线联网的系统以及通过根据权利要求18的用于时间同步和用于至少两个时间敏感型的现场总线联网的网关来解决。
15.为了解决该任务，特别是使用一种网关，该网关促成在时间敏感型的现场总线之间的通信。由于网关支持与其连接的所有现场总线的相应时域，因此现场总线可以相互通信，尽可能无需平衡时域、尤其是在现场总线内部定义的通信周期的时间。这不仅适用于时间敏感型数据而且适用于非时间敏感型数据。
16.本发明的一个方面涉及一种用于将时间敏感型的第一现场总线与时间敏感型的第二现场总线联网的方法。时间敏感型的第一现场总线包括第一用户设备并且具有自身的第一时域。时间敏感型的第二现场总线包括第二用户设备并且具有自身的第二时域。第一
时域和第二时域频率同步。第一和第二现场总线借助于网关相互连接以用于数据传输。该方法包括通过网关在参考时间点确定第一时域的第一周期持续时间和第二时域的第二周期持续时间以及通过网关在参考时间点确定第一时域和第二时域之间的时间偏移。
17.频率同步可以通过在第一现场总线和第二现场总线的时域中同步时钟频率来进行。通过这种频率同步，第一现场总线和第二现场总线或者第一时域和第二时域虽然可以具有不同定义的时间，然而时间偏移是时间不变的，亦即是时间恒定的。通过仅在第一时域和第二时域中的频率同步，在现场总线中的时间范围可以在很大程度上保持不变。特别是避免了在其他情况下在一个或者两个现场总线中在平衡第一现场总线时间和第二现场总线时间时可能发生的剧烈的时间断层。在此，频率的平衡可以在不损害在第一现场总线中进行的过程的运行的时段内进行。
18.通过网关在参考时间点确定第一时域的第一周期持续时间和第二时域的第二周期持续时间以及在参考时间点确定在第一时域和第二时域之间的时间偏移，网关可以在现场总线的时间范围之间充当调解者或者“翻译员”。这种功能可以可选地实现为代理功能性，其中网关提供第一现场总线的用户设备的虚拟映射和/或第二现场总线的用户设备的虚拟映射，其中，用户设备的虚拟映射设立用作调度器(“调度器代理”)，以便协商或者另外确定用于与各其他现场总线的用户设备进行时间关键型通信的时隙。例如，可以按照通过ieee802.1qbv标准定义的方法进行协商或者确定。在此，这样的调度器代理可以用作用于针对时间敏感型通信设定时隙的协议的接口，并且可以通过现场总线的用户设备以与自身的现场总线的其他用户设备相同的方式起作用。例如，调度器代理可以接收对时隙的查询或者按照指定的协议发出相应的确认。由于网关知道在参考时间点的第一周期持续时间、第二周期持续时间以及时间偏移，因此网关可以进行时间范围的转换。网关可以通过调度器代理发出或者接收在各有效时间范围内已经转换或者将要转换的时间点和/或时间间隔。由此，例如省去在现场总线中(例如按照应用程序层面)的时间范围之间转换的必要性，由此在设立时间敏感型通信时实现简化。
19.在一种实施方式中所述方法还包括通过网关将第一时域的第一周期持续时间传送给第二现场总线，以及将第二时域的第二周期持续时间传送给第一现场总线的步骤。由于各其他现场总线的周期持续时间对于用户设备来说是已知的，因此这些用户设备可以用于规划通信。可选地，该步骤还包括通过网关将与参考时间点相关的时间偏移和参考时间点本身传送给两个现场总线。由此，如有必要，时间范围可以转换到各其他现场总线上。
20.在一种实施方式中，所述方法还包括通过网关接收第二现场总线的第二用户设备对时隙的请求，以将时间敏感型数据从第一现场总线传输给第二现场总线，通过网关将请求转达给第一现场总线中的第一用户设备，通过网关接收第一现场总线的第一用户设备的确认消息以及将确认消息由网关转达给第二现场总线的第二用户设备。例如，第一用户设备在第一现场总线中作为调度器设立用于，接收这样的请求，相应地保留时隙，并且生成和发送确认消息。这可以通过如下方式实现，即，第一现场总线的第一用户设备可以执行在ieee802.1qbv标准中定义的方法和协议。按照这种方式，可以在现场总线之间建立时间敏感型数据的传输。
21.在一种实施方式中所述方法还具有通过网关(30)将与现场总线的时域相关的时间点或者间隔转换为与各其他现场总线的时域相关的时间点或者间隔的步骤。由此，网关
在第一现场总线和第二现场总线的时间范围之间可以用作“翻译员”。这甚至可选地可以这样构造，使得通过在网关中设立的代理实体进行时间点和/或间隔的更换，用于各一个现场总线的所述代理实体代表相应的通信协议的终止点。例如，用于第一现场总线的调度器代理可以在使用第二现场总线的相应的通信协议的情况下从第二现场总线接收查询。这些查询可以包含对按照第二时域的时间点和时间间隔的说明，其中，网关接收到第一现场总线的时间范围(时域)的转换并且转达给第一现场总线。如果来自第一现场总线的确认报告或者其他响应包含对时间点或者时间间隔的说明，则这些时间点或者时间间隔可以通过网关转换为第二现场总线的时间点和/或时间间隔，并且可以由调度器代理发出给第二现场总线中的相应的用户设备。按照这种方式，用户设备可以分别与其他现场总线通信，而不必将要更换的时间点或者时间间隔转换为其他时间范围。由此显著简化具有不同时域的现场总线的连接。
22.在一种示例性的实施方式中所述方法还包括，第二现场总线的第二用户设备对时隙的、用于传输时间敏感型数据的请求包括对一个或者多个时间点和/或一个或多个时间间隔的说明，所述一个或者多个时间点和/或一个或多个时间间隔与第二现场总线的时域有关。在此，在考虑与参考时间点相关的时间偏移的情况下根据与第一现场总线的时域相关的请求网关确定所述一个或所述多个时间点或者所述一个或所述多个时间间隔。于是，向第一现场总线中的第一用户设备转达的请求包含参照第一现场总线的时域说明所述一个或所述多个时间点或者所述一个或多个时间间隔。第一现场总线的第一用户设备的确认消息可能包括说明一个或多个时间点和/或一个或多个时间间隔，所述一个或多个时间点和/或一个或多个时间间隔与第二现场总线的时域相关。由此，在考虑到与参考时间点相关的时间偏移的情况下，根据与第二现场总线的时域相关的确认消息，网关确定所述一个或所述多个时间点或者所述一个或所述多个时间间隔，从而向第二现场总线的第二用户设备转达的确认消息包括参照第一现场总线的时域说明所述一个或所述多个时间点或者所述一个或多个时间间隔。因此，既不需要在第一现场总线中也不需要第二现场总线中进行时间范围的转换。而是第一现场总线和第二现场总线从其他现场总线得到提供的关于其自身的时间范围的时间说明。在一种可选的实施方式中，网关可以提供调度器代理，用于第二现场总线的调度器代理用作协议终止点并且因此像第二现场总线的用户设备那样地表现。
23.在一种实施方式中，所述方法还可以包含通过第一现场总线的第一用户设备设定第一时隙以用于时间敏感型数据在第一现场总线中的通信。所述设定可以这样进行，使得第一现场总线的第一时隙和第二现场总线的第二时隙在时间上重叠。在此，重叠区域代表一个时间上的交集，其中，时间敏感型数据能够在现场总线之间无延迟地或者仅具有小的可控制的、满足实时要求的延迟地进行更换。由此实现，为了时间敏感型实时数据的跨现场总线通信，这样的实体(例如实时支持的调度器)也负责在本地为此设立用于第一现场总线。例如，在连接之前已经存在的具有实时支持调度功能的用户设备可以考虑用于此目的，从而只需对现有现场总线配置进行最小的更改。
24.在一种实施方式中，所述方法还可以包括在第一时隙和第二时隙重叠期间，通过网关将时间敏感型数据从第二现场总线传导到第一现场总线上或者反向传导。因此实现两个用户设备之间越过现场总线边界的时钟驱动的端到端传输。在此，所述传导可以仅在物理层上进行，例如通过模拟信号路径通过网关在用于第一现场总线和第二现场总线的连接
之间。由此，可以最小化在信号传播时间方面的延迟。时间敏感型数据可接受的传导也可以通过如下方式进行，即，网关为从第二现场总线方面的物理层提供一个终止点。然后，网关可以接收、解调并且在必要时解码(例如关于信道编码)信号，从而时间敏感型数据在物理层的顶层边缘作为数据位供使用。然后可以将这些数据位在网关中转达给从第一现场总线部分方面的物理接口，在那里可选地可以进行编码(例如信道编码)和调制以传输到第一现场总线中。例如，数据的转达可以通过所谓的mac桥接器(例如根据iee 802.id标准)在所谓的媒介访问(mac)协议层中进行。由此，例如，可以读取并且在必要时更改mac协议数据头，以转达给其他现场总线。数据的传导也可以在mac层的协议层进行，其中，网关提供相应的协议栈。由于在网关中的处理可能会导致延迟。然而，由于第一时隙或者第二时隙是为传输时间敏感型数据预留的，因此可以在很大程度上避免在队列中的暂存。因此，所发生的延迟可以保持可预测和可控制，从而满足对传输的实时要求。
25.在一种实施方式中，所述方法还可以包括在第一现场总线的第一时隙之外和第二现场总线的第二时隙之外的时间里，通过网关在第一现场总线和第二现场总线之间传输非时间敏感型数据。以此，例如，可以在现场总线之间更换用于配置各个用户设备的所谓的尽力而为数据、或者也非时间关键型的测量数据或命令数据，其中，保留第一时隙和第二时隙用于在现场总线之间交换时间敏感型数据。网关可以为尽力而为数据暂存数据。如果在现场总线之间不设立用于交换时间敏感型数据的共同的时隙，则也可以交换尽力而为数据。例如，第一现场总线和第二现场总线可以相互独立地已约定时隙，以用于分别在现场总线内部传输时间敏感型数据。有时在用于传输时间型敏感数据的时隙之外，必要时在暂存的情况下网关可以传输尽力而为的数据。例如，为了在现场总线之间传输时间敏感型数据按照所述方法可以传输所描述的要求和确认消息以约定重叠时隙。
26.在实际中，为了传输时间敏感型数据，除了在第一时域和第二时域之间的时间偏移之外，还可能存在其他时间差，例如关于第一时隙和第二时隙的不同持续时间以及第一时隙和第二时隙的时间位置。在第一时隙和第二时隙重叠的区域中，时间敏感型数据可以通过网关在现场总线之间传导。在重叠区域之外，仍然可以在第一现场总线或者第二现场总线中保留用于传输时间敏感型数据的时隙，其中，这些时间段例如为了在现场总线内部传输时间敏感型数据可以相互独立地被使用。
27.为了执行第一时域和第二时域的所述频率同步，网关可以具有第一计时器和第二计时器。为了两个现场总线的频率同步，例如，第一计时器可以作为从设备与第一现场总线的第一时域同步。此外，第二计时器可以作为从设备与第二现场总线的第二时域同步。然后，首先仅将作为从设备的第一计时器的频率与第二计时器的第二时域的频率同步，并且然后将第一计时器设立为用于第一现场总线的主设备，以便根据第一计时器的频率设定第一现场总线的频率。
28.因为网关具有自身的计时器，该计时器(例如仅)在频率方面相互同步，因此网关知道分别在第一时域和第二时域中定义的时间，并且例如，可以这样协调非时间敏感型数据的传输，使得不碰到用于传输时间敏感型数据的时隙。此外，在进行频率同步之后确保，在现场总线之间的时间差仍然存在，然而是时不变的，并且因此不“失控”。在所描述的方案中，第一现场总线从第二现场总线导出其时基，其中，将第一计时器设为用于第一现场总线的主设备仅代表对第一现场总线的时间范围的稍微干预。例如，对第一计时器的频率的设
定可以在避免剧烈的时间断层的时段内进行。因此，第一现场总线可以在“负载”运行期间被同步。
29.本发明的另一方面涉及一种用于至少两个时间敏感型现场总线联网的系统，该系统具有时间敏感型的第一现场总线，所述时间敏感型的第一现场总线具有第一用户设备和自身的第一时域，其中，第一时域包括用于传输时间敏感型数据的第一时隙。
30.该系统还具有时间敏感型的第二现场总线，所述现场总线具有第二用户设备和自身的第二时域，其中，第二时域包括用于传输时间敏感型数据的第二时隙。此外，该系统包括至少一个网关，该网关将第一现场总线和第二现场总线相互连接以进行数据传输，其中，网关具有用于在参考时间点确定第一时域的第一周期持续时间和第二时域的第二周期持续时间的器件。网关还具有用于在参考时间点确定在第一时域和第二时域之间的时间偏移的器件。例如，该系统设立用于执行上述方法的步骤(例如，所有步骤)。
31.本发明的另一方面涉及用于将至少两个具有不同时域的时间敏感型现场总线联网的网关。网关具有用于在参考时间点确定第一时域的第一周期持续时间和第二时域的第二周期持续时间的器件。此外，网关具有用于在参考时间点确定在第一时域和第二时域之间的时间偏移的器件。网关的实施方式还具有用于执行在上述方法中的(或者每个)方法步骤的器件，这些方法步骤通过在那里提到的网关执行。
32.本发明的其它实施方式由从属权利要求得出。
附图说明
33.在以下详细描述中，参考附图描述了本发明的各个方面，其中，
34.图1示出具有时间敏感型的第一现场总线并且具有时间敏感型的第二现场总线的系统的框图；
35.图2示意性地示出第一现场总线和第二现场总线的时间图以及非时间敏感型数据经由网关的传输；
36.图3示意性地示出针对第一现场总线和第二现场总线定义的周期时间的详细时间图；
37.图4示意性地示出第一现场总线和第二现场总线的时间图以及时间敏感型数据经由网关的传输。
具体实施方式
38.以下的详细描述借助于上述附图阐述本发明的实施例。在此，在不同的附图中相同的附图标记分别表示相同的设备、相同的方法步骤或者相同的时间单元，等等。
39.图1示出了具有时间敏感型的第一现场总线10和时间敏感型的第二现场总线20的示例性的系统1的框图。第一现场总线10和第二现场总线20示例性地包括用户设备12、14a-c或者22、24a-c，其中，用户设备12、22均为现场总线的控制器，例如自动化设备、可编程存储控制器plc、节点或者另一工业控制器，并且用户设备14a-c或者24a-c是现场设备，例如用于传感器和/或执行器的i/o模块，这些现场设备可以测量或者影响通过现场总线自动化的过程的变量。用户设备12、14a-c或者22、24a-c在各自的现场总线10、20中彼此连接，能通过接口进行通信，其中，接口的定义包括接口协议。
40.第一现场总线10的用户设备12、14a-c属于第一时域16，其中，所有用户设备12、14a-c对绝对时间具有相同的理解。为此，每个用户设备12、14a-c分别具有一个计时器，该计时器在图1中由时钟的刻度盘示意性地表示。以相应的方式，第二现场总线20的用户设备22、24a-c属于第二时域26。在现场总线10和20中，现场总线线路从控制器12、22出发，星形地与现场设备连接。一般来说，现场总线也可以由其他拓扑构成，例如树形拓扑、总线拓扑、环形拓扑。现场总线10、20的用户设备12、24a-c或22、24a-c也可以至少部分通过无线网络彼此连接。
41.各一个用户设备12、24a-c或者22、24a-c为相应的现场总线10或20预定时间并且因此被称为主设备。例如，在第一现场总线10中，控制器12是主设备，这在图1中用带实线的刻度盘示出。例如，在第二现场总线20中，用户设备24a是现场总线主设备。在此，主设备12或者24a的时钟分别预定现场总线中的时间，其中，现场总线的其余用户设备、亦即第一现场总线中的用户设备14a-c或者用户设备22、24b-c分别从主设备获得它们的时间。这例如通过如下方式发生，即，现场总线内部的用户设备根据基于ieee 1588标准的精密时间协议以规则或不规则的间隔交换消息，并且因此以这种方式实现并且保持对时间的共同理解。
42.在第一现场总线10和第二现场总线20内部均可以传输非时间敏感型数据以及时间敏感型数据，如下面将更详细描述的那样。例如，在两个现场总线中的数据传输可以根据ieee 802.1q标准划分传输周期。其中，可以在第一现场总线10中定义第一时隙并且在第二现场总线20中定义第二时隙，在这些时隙中可以分别在相同的现场总线的两个用户设备之间传输实时数据。实时数据的传输可以是在两个用户设备之间的时钟驱动的端对端的传输，或者是具有小的延迟的传输，只要这种延迟是已知的、确定性的或者因果可控的，它们就满足实时要求。
43.为了定义传输周期和用于传输时间敏感型数据的时隙，相应的现场总线的一个或多个用户设备可以分别具有调度器功能。调度器负责定义在第一现场总线或第二现场总线中的周期持续时间并且将所述周期持续时间传送给相应的现场总线的其他用户设备。此外，调度器可以设立用于接收关于在第一现场总线或第二现场总线中传输时间敏感型数据的请求，管理分配的时隙，进行与请求的用户设备通信以协商用于时间敏感型传输的时隙，以及相应地确认或拒绝请求。此外，调度器可以设立用于将分配的、用于传输时间敏感型数据的时隙传送给其他用户设备。随后应假设，在第一现场总线10中所述用户设备12、24a-c中的至少一个可以设立作为调度器，并且执行相应的协议(例如根据ieee 802.1q标准)。同样假设，在第二现场总线20中，所述用户设备22、24a-c中的至少一个承担调度器功能。
44.系统1还包括网关30，两个现场总线10、20通过所述网关相互通信连接。尽管图1示出现场总线10、现场总线20通过它们的控制器12和22相互连接，但这不是强制性的。更确切地说，网关30具有到每个现场总线10和20的接口，从而该网关对于相应的现场总线10、20呈现为一个用户设备。在此，网关30支持至少两个时域32和34。根据待耦合的现场总线的数量，可以支持其他时域。尤其，网关包括计时器36和38，可以分别针对第一时域16和第二时域26配置这些计时器。
45.网关30还包含时间转换单元33和时间转换单元37。在此，可以将时间转换单元这样配置，使得它们用作不同时域之间的“翻译员”。例如，时间转换单元33可以设立用于，接收与通过网关30支持的时域34相关的时间说明(亦即关于时间点和/或时间间隔的说明)并
且转换为时域32的对应的时间说明。沿相反的方向，时间转换单元33可以设立用于，将来自时域32的时间说明转换为时域34的这种时间说明并发出。为了转换，时间转换单元33可以例如在参考时间点确定计时器38和计时器36之间的时间偏移，并且在转换期间相应地考虑这一点。按照对应的方式，时间转换单元37可以设立用于，接收与通过网关支持的时域32相关的时间说明，并且转换为时域34的对应的时间说明，或者沿相反的方向将时域34的时间说明转换为时域32的这种时间说明并且发出。
46.网关30可以将第一现场总线10和第二现场总线20相互连接以进行数据传输。为此，网关30提供用于缓冲或者暂存数据的存储器35。例如，可以将非时间敏感型数据存储在存储器35中。网关30也可以在定义的时隙期间传导在第一现场总线10和第二现场总线20之间的时间敏感型数据的传输。时间转换单元33或者时间转换单元37可以用于定义或者协商这样的时隙。例如，时间转换单元33可以设立用于，通过与第二现场总线20的用户设备通信来进行关于第一时域16的时间说明的转换，并且在此接收或者发出对应于第二时域的时间说明。按照对应的方式，时间转换单元37可以与第一现场总线10的用户设备通信，以接收或者发出关于第一时域16的时间说明并且转换关于第二时域26的所述时间说明。
47.图2示出了第一现场总线10和第二现场总线20的示例性时间图。在此，第一现场总线10具有包含定期重复的周期间隔tc1的通信或者传输周期，所述周期间隔根据位置和持续时间按照在图2的上方的时间轴定义。相应地，第二现场总线20具有包含定期重复的周期间隔tc2的通信周期，所述周期间隔根据位置和持续时间按照在图2的下方的时间轴定义。在图2中，时钟频率的倒数1/f1或1/f2，亦即时钟周期持续时间，分别通过黑条示出。即使两个时钟频率f1和f2名义上(亦即根据规范)都具有相同的频率，两个现场总线的时域16或者26的时钟在时钟频率f1和f2的实际值稍微不同的情况下也快慢不同地运行。
48.在现场总线10、20中，可以定义、协商或者确定用于在相应的现场总线10、20内部传输时间敏感型数据的第一时隙50或者第二时隙52。为此，例如，在第一现场总线10中的用户设备12、14a-c之一以及在第二现场总线20中的用户设备22、24a-c之一可以配置为根据ieee 802.1qbv标准定义的实时支持的调度器(时间感知调度器)。第一时隙50和第二时隙52仅示例性地与相应的通信周期的起点一致。通常，用于时间敏感型传输的时隙50、52可以处于传输周期内的任何位置。也可能的是，对于每个传输周期来说，为时间敏感型通信定义多个分开的时隙50、52。
49.图2还示出了属于相应的传输周期的时间间隔54和时间间隔56，这些时间间隔位于为了传输时间敏感型数据而保留的时隙50和时隙52之外。在这些间隔54、56中，非时间敏感型数据例如可以根据以太网协议在现场总线10、20内部传输，csma/cd(具有冲突检测的载波侦听多路访问)访问方法适用于该以太网协议。
50.为了与网关30建立关系，在一种实施例中，网关30的计时器36和38作为从设备首先基于现场总线10和20的时域16、26同步。由此，网关具有作为用户设备的、不仅用于第一现场总线10而且用于第二现场总线20的同步接口。因此，网关30方面也知道相应的周期持续时间tc1和tc2、通信周期的时间位置以及在相应的现场总线10、20中进行时间敏感型通信的时隙50和52。
51.因此，也可以首先在现场总线之间交换非时间敏感型数据。这种传输例如可以通过如下方式进行，即，将非时间敏感型数据60在非时间敏感型的第一间隔54期间从第一现
场总线10传输到网关30，如在图2中通过箭头60表示的那样。可以将这些数据60暂存在网关30的暂存器35中，如通过步骤62表示的那样。最后，可以将暂存的数据在第二时隙52之外的间隔56期间从网关30传输到第二现场总线20上，如通过箭头64表示的那样。例如，为了借助于csma/cd方法或者另一应用方法(英语：contention)将数据64发送到第二现场总线上，网关30必须确保第二现场总线20在时隙56期间是能自由传输的。
52.非时间敏感型数据60、64在现场总线之间的交换可以用于支持第一时域16和第二时域26的频率同步。通过计时器时钟频率的这种同步使两个时域16、26的时间之间的时间偏移保持稳定，由此可以简化关于各其他时域16、26确定在网关30或者在第一现场总线和第二现场总线的用户设备12、14a-c或者22、24a-c中的时间点。为此，示例性地描述用于同步计时器36和计时器38的时钟频率f1和f2的以下方法。在一种实施方式中，网关30的计时器36、38首先作为第一时域16或者第二时域26的从设备同步并且具有相同的标称频率。现在频率同步可以通过如下方式进行，即，将网关30的第一计时器36确定作为第一现场总线10的主设备，从而网关30可以支配第一现场总线中的时间设置。此外，网关30的第一计时器36的频率f1可以同步到第二时域26的频率f2上。在时域16、26中仅频率f1和f2同步可以避免在第一现场总线10中的用户设备的时间断层。在此，频率的同步可以在第一现场总线10的持续运行中在选择的足够长的适配持续时间内进行，从而第一现场总线10的过程可以无干扰地运行。
53.图3示意性地示出按照本发明的一些方面的为第一现场总线10和第二现场总线20定义的周期时间的详细时间图。在一个示例中，根据上面描述的方法，在现场总线10和20的用户设备中的时钟发生器可以具有相同的时钟频率f1＝f2。在图3中，时钟频率的倒数1/f1或者1/f2，亦即时钟周期持续，分别通过黑条示出。
54.在本示例中，仅第一现场总线10和第二现场总线20之间的时钟频率是同步的。因此，在通信周期的起始时间点之间可能出现时间偏移58。这种时间偏移58一方面是由于在两个现场总线10、20中的时间定义不同，另一方面也是由于第一现场总线10和第二现场总线20的通信周期的开始时间点之间的差异，即使两个现场总线对时间具有相同的理解。此外，通信周期可以具有不同的持续时间tc1和tc2。因此，一般而言，时间偏移58只能基于(绝对)参考时间点tref来被定义。在这种情况下，绝对参考时间点tref不仅可以在第一现场总线10的时间中而且可以在第二现场总线20的时间中相应地表示。如果持续时间tc1和tc2彼此处于合理的比例，则特定的时间偏移58在第一现场总线或者第二现场总线的可预测的周期数之后再现。例如，如果在第一现场总线中的周期持续时间tc1为50ms而在第二现场总线中的周期持续时间tc2为25ms，则时间偏移58例如可以在第二现场总线中的第一个周期后为零，在第二现场总线中的第二个周期后与第一现场总线相比为25ms，并且然后再次为零，等等。然而，如果时间偏移58在时间点tref是已知的，则可能的是，提前为第一现场总线和第二现场总线的所有通信周期确定时间偏移58，即使周期持续时间tc1和周期持续时间tc2彼此未处于合理的比例。
55.此外，在现场总线10和20上可以出现用于时间敏感型通信的第一时隙50和第二时隙52的不同的持续时间ts1和ts2，因为对于现场总线10和现场总线20这两者来说可以相互独立地协定这些持续时间。此外，第一时隙50和第二时隙52在开始时间内可以具有时间差td。通常，这些时间差又只基于绝对参考时间tref可预测地确定，因为用于时间敏感型通信
的时隙50和时隙52的开始时间可能随着各个现场总线中的周期时间而变化。
56.在进行频率同步之后，网关30可以在参考时间点tref确定第一现场总线10和第二现场总线20中的周期持续时间tc1和周期持续时间tc2。此外，网关30可以在参考时间点tref确定第一时域16和第二时域26之间的时间偏移58。网关30还可以将第一时域16的周期持续时间tc1传送给第二现场总线20以及将第二时域26的周期持续时间tc2传送给第一现场总线10。这可以基于参考时间点tref来进行。按照这种方式，第一现场总线10或者第二现场总线20的特定的用户设备可以可预测地确定各其他现场总线20、10的通信周期。
57.然而，为了在第一现场总线或者第二现场总线中设定重叠的第一时隙和第二时隙用于时间敏感型数据的通信，网关30可以这样进行时间说明(亦即时间点和/或时间间隔)的转换，使得在第一现场总线10中并且在第二现场总线20中不需要进行单独的转换。为此，如上所述，网关30借助于时间转换单元33和时间转换单元37设立用于，在考虑到在参考时间点tref的时间偏移58的情况下将与第一现场总线10的第一时域16有关的时间说明转换为第二现场总线20的第二时域26的这种时间说明，并且反之亦然。
58.在一种实施方式中，时间转换单元33还可以可选地设立用于，用作用于第二现场总线20的调度器代理，该调度器代理可以协商或者确定用于与第一现场总线时间关键型通信的时隙。在所述功能中，时间转换单元33具有接口，用于在第一现场总线中设定时隙，以用于例如根据通过ieee802.iqbv标准定义的方法进行时间敏感型通信。在此，第二现场总线20的用户设备22、24a-c可以像在自身的现场总线中的调度器一样寻址，亦即发送适当的协议消息给时间转换单元33以设定时隙，以用于时间敏感型通信，并且由所述时间转换单元得到，尽管在第一现场总线10中设立作为调度器(例如控制器12)的用户设备负责在第一现场总线10中设定时隙。
59.在一个示例中，时间关键型数据应从第一现场总线10中的用户设备14c传输给第二现场总线20中的用户设备24b。为此，设立作为调度器代理的时间转换单元33对于用户设备24b是已知的，它按照协商协议(例如，作为根据ieee802.1q或其他标准的调度器)向该时间转换单元发送请求，该请求包含关于与第二现场总线20的时域26有关的可能的时隙52的时间说明(亦即时间点和/或间隔)。
60.在接收请求时，网关30的时间转换单元33确定对于与第一现场总线10的时域16相关的时隙52的相应的时间说明。所述确定在考虑与参考时间tref相关的时间偏移58的情况下进行。时间转换单元33将该请求转达给示例性地在现场总线10中用作调度器的控制器12。该转达的请求包含与第一现场总线10的时域16相关的时间说明。
61.控制器12将建议的时间说明与由其管理的时隙进行调整，例如在考虑在现场总线10中适用的周期持续时间tc1的情况下，确定用于传输时间敏感型数据的一个或多个时隙52，并且通过与在现场总线10内部的用户设备14c的相应通信设定所述时隙。此外，控制器12向网关30的时间转换单元33发送确认消息，所述确认消息包含对于时隙52的时间说明。后面的时间说明在此适用于关于第一现场总线的时域16。
62.时间转换单元33将时间说明转换为第二现场总线20的时间范围，并且将所述时间范围发出给在第二现场总线20中的用户设备24b。后面的用户设备可以参考自身的时域26来设立时隙52。
63.通过时间转换单元33的功能够使在两个时域中的用户设备分别根据它们自身配
设的时域来确定它们的时间说明，并且不需要任何内部转换，例如在应用程序层面。所描述的查询协议在此仅是示例性的。用于设定时隙以进行时间敏感型通信的协议的其他变型方案是可能的，其中，与时间转换单元33的时间说明的通信总是能够关于相应的现场总线的时域进行通信的。按照对应的方式，时间转换单元37可用于查询或者请求用于将第一现场总线10的时间敏感型数据传输给第二现场总线20的时隙。
64.由于网关30对于第一现场总线10并且对于第二现场总线20分别用作用户设备，所以在一些实施方式中也可以由网关30承担用于现场总线10或者现场总线20中的一个或两个现场总线的调度器功能。例如，时间转换单元33同样可以承担用于第一现场总线10的调度器功能(代替控制器12)。在此，网关30本身可以协商和配置用于在第一现场总线10中传输时间敏感型数据的时隙，其中，在第一现场总线10中关于第一时域可以进行时间说明的通信，并且在现场总线20中关于第二时域可以进行时间说明的通信。
65.图4示意性地示出第一现场总线10和第二现场总线20在时间敏感型数据传输期间的时间图。在此，例如，根据上述协议或者类似协议，在第一现场总线10中时隙50以及在第二现场总线20中时隙52已经被约定用于将时间敏感型数据从用户设备14c传输到的用户设备24b，所述时隙至少部分重叠。
66.特别是第一现场总线和第二现场总线的相应用户设备已经约定在时隙50或时隙52中的共同的重叠区域ol1和ol2，并且通过网关30交换所述信息(例如通过时间转换单元33)，从而网关30也知道所述信息。
67.在一种实施方式中，不必在第一现场总线10或者第二现场总线20的每个周期tc1或者tc2中为时间敏感型通信创建重叠区域ol1、重叠区域ol2。例如，在第一现场总线10或者第二现场总线20的每个第二、第三、等等的周期期间定义重叠区域可能就足够了。
68.如果在第一现场总线10和第二现场总线20的通信周期期间为在现场总线内部的时间敏感型通信保留的第一时隙50和第二时隙52是已知的，则可以基于规则确定或者计算出用于现场总线之间的时间敏感型通信的重叠区域ol1和重叠区域ol2。然后在参考时间点tref确定唯一的一对重叠时隙50和时隙52就足够了。时隙50或时隙52的预留在此可以通过在第一现场总线或者第二现场总线中的用作调度器的用户设备实行。在一种实施方式中，网关30的时间转换单元33或者时间转换单元37可以分别提供第一时隙50和第二时隙52的、关于现场总线自身时域的时间说明。因此，重叠区域ol1和重叠区域ol2的确定也可以分别关于现场总线自身时域进行。
69.如果周期持续时间tc1和tc2彼此之间存在合理的比例，则会产生定期重复的重叠区域ol1和ol2。在这种情况下，使时隙50和52的协商和/或确定变得简单，从而在这些情况下重叠区域ol1、重叠区域ol2定期重复并且因此不必单独协商或者确定。
70.在一个实施例中，网关30还设立用于，在时间重叠的时隙、例如ol1或ol2期间传输时间关键型数据70、72。在一种实施方式中这通过如下方式进行，即，网关30确定在第一现场总线10和第二现场总线20之间确定的、用于时间敏感型传输50和52的时隙，并且特别是相应的重叠间隔ol1、ol2，并且在所述间隔期间在第一现场总线10和第二现场总线20之间传导信号。
71.通过所描述的方法、系统1和网关30可以将时间敏感型的现场总线10、20彼此联网，而无需进行现场总线时间以及现场总线的通信周期的平衡。由此，特别是现有的并且部
分相互不兼容的现场总线不仅可以设立用于非时间敏感型数据的交换，而且也可以设立用于时间敏感型数据的交换。