DE3807072A1

DE3807072A1 - Active local area network with wavelength diversity

Info

Publication number: DE3807072A1
Application number: DE19883807072
Authority: DE
Inventors: Lothar Prof Dr Ing Krisch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-03-04
Filing date: 1988-03-04
Publication date: 1988-08-04

Abstract

In the active local area network according to the invention with a ring or bus topology, the wavelength lambda of the signal on the light wave line (0) is changed from data station (1) to data station (1). The signal of one data station differs accordingly from the non-regenerated signal which is fed via the attenuating bypass (2) in terms of its wavelength lambda . The stronger signal transmitted by the preceding station is in each case processed in a data station (1) during fault-free operation. If one data station (1) fails, a signal which can be processed is nevertheless still forwarded via the bypass (2) to the next data station (1). In this way, the active local area network remains operational even if one or more data stations fail. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein lokales Netzwerk (LAN = Local Area Network) bei dem Datenstationen über Lichtwellenleiter oder Kupferleitungen miteinander verbunden sind.The invention relates to a local area network (LAN = Local Area Network) with the data stations via optical fibers or Copper lines are interconnected.

Solche Netze werden üblicherweise in den Netztopologien Stern- Ring-, Bus- oder Baum-Struktur realisiert, s. Fig. 1. Bei der Sternstruktur (Fig. 1a) ist jede Datenstation (1) direkt mit einem zentralen Verteiler (2) (Sternkoppler) verbunden. Fällt die Station aus, so wird die Funktion des gesamten Netzes davon nicht beeinträchtigt. Anders verhält es sich bei den anderen Strukturen. Von besonderem Interesse sind die Ring- und Bus- Struktur, s. Fig. 1b und 1c. Ihre Vorteile gegenüber der Sternstruktur liegen in der günstigeren Verkabelung. Das Netz werkkabel muß lediglich von Abzweiger (3) zu Abzweiger (3) ge führt werden. Dies bedeutet geringeren Aufwand und kürzere Ver bindungen. Der zentrale Verteiler (2) der Sternstruktur von Fig. 1a, der passiv ausgeführt bei vielen angeschlossenen Stationen große Dämpfungen verursacht, entfällt.Such networks are usually implemented in the network topologies star, ring, bus or tree structure, see. Fig. 1. In the star structure ( Fig. 1a), each data station ( 1 ) is directly connected to a central distributor ( 2 ) (star coupler). If the station fails, the function of the entire network is not affected. It is different with the other structures. Of particular interest are the ring and bus structure, see FIG. 1b and 1c. Your advantages over the star structure are the cheaper cabling. The network cable only has to be led from tap ( 3 ) to tap ( 3 ). This means less effort and shorter connections. The central distributor ( 2 ) of the star structure of FIG. 1a, which, when implemented passively, causes great damping in many connected stations, is omitted.

Bei dem Ring-Netz (s. Fig. 1b) wird eine Nachricht unidirektional von einer Datenstation (1) gesendet, entfernt oder weiterge reicht. Bei der Weitergabe haben die Datenstationen (1) die Funktion eines aktiven Regenerators. Der Ausfall einer Station kann zum Ausfall des gesamten Netzes führen. Bypaßschalter, die zur Überbrückung einer defekten Station installiert werden kön nen, erhöhen zwar die Systemverfügbarkeit, sie führen jedoch nicht zu einer Systemsicherheit, wie sie mit einem passiven System leicht erreicht werden kann.In the ring network (see FIG. 1b) a message is sent unidirectionally from a data station ( 1 ), removed or passed on. When the data is passed on, the data stations ( 1 ) have the function of an active regenerator. The failure of a station can lead to the failure of the entire network. Bypass switches that can be installed to bridge a defective station increase the system availability, but they do not lead to system security, as can easily be achieved with a passive system.

Beim Bus-Netz (s. Fig. 1c) wird aus Gründen der Verfügbarkeit meist auf eine Regeneratorfunktion verzichtet. Die Abzweiger (3) werden daher passiv ausgeführt, was mit großen Sende- und Em pfangs-Dämpfungen verbunden ist. Üblicherweise wird der größte Teil der Systemdynamik durch die Dämpfung zwischen Netzwerkkabel (0) und Sender bzw. Empfänger der Datenstationen (1) aufge braucht, so daß sich schließlich nur noch bescheidene Netzwerk ausdehnungen bzw. Netzteilnehmerzahlen realisieren lassen.In the bus network (see FIG. 1c), a regenerator function is usually dispensed with for reasons of availability. The taps ( 3 ) are therefore carried out passively, which is associated with large transmit and receive attenuations. Usually, the largest part of the system dynamics is required by the attenuation between the network cable ( 0 ) and the transmitter or receiver of the data stations ( 1 ), so that ultimately only modest network expansions or network subscriber numbers can be realized.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Vorteile der Ring- bzw. Bus-Struktur zu nutzen, ohne dabei die Nachteile der geringen Systemsicherheit oder der geringen Netzausdehnung bzw. geringen Netzteilnehmerzahlen in Kauf nehmen zu müssen.The invention is based on the object, the advantages of Ring or bus structure to use without the disadvantages of low system security or the low network expansion or have to accept low network subscriber numbers.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß wie folgt gelöst: Es werden aktive Regeneratoren mit festen dämpfenden und verzögernden By paßwegen eingesetzt. Dabei sendet die jeweilige Datenstation mit einer anderen Wellenlänge (Frequenz) als sie empfängt.According to the invention, the object is achieved as follows: active regenerators with fixed damping and decelerating by used for passports. The respective data station also sends a different wavelength (frequency) than it receives.

In Fig. 2 ist ein Ausschnitt aus einem Ring-Netz mit Abzweiger (3) (Taps) und optischer Nachrichtenübertragung dargestellt. Der Lichtwellenleiter (0) führt die Nachricht mit der Wellenlänge λ 1. In der Abzweigung (3) wird das Signal ausgekoppelt und dem Em pfänger der Datenstation (1) zugeführt. Dieser besitzt zwei Em pfangsdioden, nämlich für die Wellenlängen λ 1 und λ 2. Wird λ 1 empfangen (bzw. ist das Signal mit λ 1 stärker), so sendet die Station mit g 2 (sie sendet mit λ 1 bei Empfang von λ 2). Der ab gehende Lichtwellenleiter (0) führt die gesendete Nachricht mit der Wellenlänge λ 2 zur nächsten Datenstation (1). Gleichzeitig gelangt über den festen Bypaß (2) die Nachricht mit der Wellen länge λ 1 dorthin. Das letztere Signal ist jedoch aufgrund der Bypaßdämpfung wesentlich schwächer als das mit der Wellenlänge λ 2, so daß die zweite Datenstation (1) das Signal λ 2 als dominie rend erkennt und daher mit λ 1 sendet. Somit wechselt die Wellen länge auf der Leitung von Datenstation zu Datenstation. Fällt nun eine Datenstation aus, so wird dies von der nächstfolgenden erkannt. Sie empfängt über den Bypaß (2) der ausgefallenen Daten station die Nachricht, jedoch mit anderer Wellenlänge. Sie schal tet ihre Wellenlänge um und gibt in der Folge die Nachricht regeneriert mit der neuen Wellenlänge weiter. Das lokale Netzwerk als ganzes bleibt somit auch bei Ausfall von einzelnen Stationen funktionsfähig. Es muß lediglich bei der Dimensionierung des Systems eine Systemreserve vorgesehen werden, die die Bypaß dämpfung und die einer längerer Lichtwellenleitung erlaubt.In FIG. 2, a detail is shown of a ring network with a tap (3) (taps) and optical communication. The optical fiber ( 0 ) carries the message with the wavelength λ 1. In the branch ( 3 ), the signal is coupled out and the receiver of the terminal ( 1 ) fed. This has two receiving diodes, namely for the wavelengths λ 1 and λ 2. If λ 1 is received (or the signal is stronger with λ 1), the station transmits with g 2 (it transmits with λ 1 when λ 2 is received ). The outgoing optical fiber ( 0 ) leads the transmitted message with the wavelength λ 2 to the next data station ( 1 ). At the same time, the message with the wavelength λ 1 gets there via the fixed bypass ( 2 ). However, the latter signal is due to the bypass attenuation much weaker than that with the wavelength λ 2, so that the second terminal ( 1 ) recognizes the signal λ 2 as dominie and therefore sends with λ 1. Thus, the wavelength changes on the line from terminal to terminal. If one data station fails, this is recognized by the next one. It receives the message via the bypass ( 2 ) of the failed data station, but with a different wavelength. It switches its wavelength and then passes on the message regenerated with the new wavelength. The local network as a whole thus remains functional even if individual stations fail. It is only necessary to provide a system reserve when dimensioning the system, which attenuates the bypass and allows a longer fiber optic cable.

Fig. 3 stellt das Prinzip einer Empfangs-Sende-Einheit für zwei Wellenlängen dar. Das Signal des eingangsseitigen Lichtwellenlei ters (0) wird in einem Signalteiler (1) (Wellenlängen-Demulti plexer) aufgeteilt und den Fotodioden (2) zugeführt. Das verstär kte Signal der Dioden wird in einer Komparatorschaltung (3) verglichen. Dessen Ausgangssignal bestimmt die Schaltstellungen der Umschalter (4) und führt schließlich dazu, daß die Sendedio den (7) mit der dem stärkeren Eingangssignal komplementären Wel lenlänge senden. Über einen optischen Summierer (7) (Wellen längen-Multiplexer) gelangt das Signal dann zum ausgangsseitigen Lichtwellenleiter (0). Fig. 3 shows the principle of a receive-transmit unit for two wavelengths. The signal of the input-side Lichtwellenlei age ( 0 ) is divided into a signal divider ( 1 ) (wavelength demultiplexer) and fed to the photodiodes ( 2 ). The amplified signal of the diodes is compared in a comparator circuit ( 3 ). Whose output signal determines the switching positions of the changeover switch ( 4 ) and finally leads to the fact that the Sendedio send the ( 7 ) with the complementary Wel stronger signal length. The signal then passes through an optical summer ( 7 ) (wavelength multiplexer) to the optical fiber on the output side ( 0 ).

Für den Betrieb eines Lichtwellenleiter-Ringes im beschriebenen Wellenlängen-Diversity muß eine geradzahlige Umsetzung vorhanden sein. Aus diesem Grunde muß ggf. eine Blindstation (Dummy) auto matisch eingeschaltet werden.For the operation of an optical fiber ring in the described Wavelength diversity must have an even number conversion be. For this reason, a dummy station may have to auto be switched on automatically.

Das Verfahren des Wellenlängen-Diversity ist nicht auf zwei Wel lenlängen beschränkt. So kann die Sendewellenlänge beispielsweise jeweils etwas größer als die empfangene sein. An einer Stelle des Ringes muß dabei wieder auf die tiefste Wellenlänge zurückge gangen werden.The process of wavelength diversity is not on two wel limited length. For example, the transmission wavelength each slightly larger than the one received. At one point of the Ringes must go back to the lowest wavelength be gone.

Das hier für optische Übertragung zugrundeliegende Verfahren entspricht elektrisch einer Trägerfrequenztastung (Amplituden- Modulations-Tastung). Elektrisch wird jedoch meist Fre quenzumtastung (Frequenz-Modulations-Tastung) angewendet. Man spricht dann von einer Carrierbandübertragung. Das erfindungsge mäße Verfahren kann hier ebenfalls eingesetzt werden, indem in jeder Station das Frequenzband gewechselt wird. The process on which optical transmission is based corresponds electrically to a carrier frequency sampling (amplitude Modulation keying). Electrical is usually Fre frequency shift keying (frequency modulation keying) applied. Man then speaks of a carrier band transmission. The fiction Appropriate procedures can also be used here by: the frequency band is changed for each station.

Werden mehrere Frequenzbänder gleichzeitig benutzt (Fre quenzmultiplex) bzw. optische Signale mehrerer Wellenlängen glei chzeitig übertragen (Wellenlängenmultiplex), läßt sich das hier beschriebene Verfahren durch Frequenzband- bzw. Wellenlängen wechsel ebenfalls anwenden.If several frequency bands are used at the same time (Fre quenzmultiplex) or optical signals of several wavelengths can be transmitted here (wavelength division multiplexing), this can be done here described method by frequency band or wavelength also apply change.

Bei einem Bus-Netz erfolgt der Datentransport im Unterschied zum unidirektionalen Ring-Netz bidirektional. Üblicherweise wird für beide Richtungen nur eine Leitung benutzt. Bei passiver Aus führung der Abzweigungen (( 3), Fig. 1b) ist eine große Sende- und Empfangsdämpfung unvermeidlich. Die Bypaßdämpfung ist dabei klein. Aktiv ausgeführt muß bei jeder Abzweigung in beiden Ri chtungen regeneriert werden. Dabei wird bei dem hier vorgestell ten erfindungsgemäßen Verfahren die Wellenlänge bzw. das Fre quenzband gewechselt und eine große Bypaßdämpfung gewählt. Die Empfangs- und Sendedämpfungen sind klein, insgesamt findet eine Verstärkung (Regeneration) statt.In contrast to the unidirectional ring network, data transmission in a bus network is bidirectional. Usually only one line is used for both directions. With passive execution of the branches ( ( 3 ), Fig. 1b), a large transmission and reception loss is inevitable. The bypass damping is small. Active execution must be regenerated in each direction in both branches. In this case, the wavelength or the frequency band is changed and a large bypass attenuation is selected in the method according to the invention presented here. The reception and transmission attenuations are small, overall there is an amplification (regeneration).

In Fig. 4 ist das Blockbild eines Bus-Netzes mit Abzweigungen (Taps) wiedergegeben. Empfangs- und Sendesignale müssen bidirek tional von der Netzwerkleitung (0) zur Datenstation (1) geführt werden. Dies wird in der Abzweigung (3) beispielsweise mit X- (4) und Y-Kopplern (5) erreicht. Dadurch treten zusätzliche Däm pfungen auf. Im Falle der Störung einer Datenstation (1) wird von den benachbarten Datenstationen (1) das über den Bypaß (2) ge langende Signal ausgewertet. Eine Systemreserve muß dies gewähr leisten. Ausdehnung und Stationszahl des Netzes können gegenüber einem passiven Bus-Netz sehr viel größer sein.In FIG. 4, the block diagram is shown of a bus network with branches (taps). Receive and transmit signals must be routed bidirectionally from the network line ( 0 ) to the data station ( 1 ). This is achieved in the branch ( 3 ), for example with X- ( 4 ) and Y-couplers ( 5 ). This causes additional damping. In the event of a data station ( 1 ) malfunctioning, the signal via the bypass ( 2 ) is evaluated by the adjacent data stations ( 1 ). A system reserve must guarantee this. The extent and number of stations in the network can be much larger than in a passive bus network.

Claims

1. Active local area network with wavelength diversity in ring or bus topology consisting of an optical fiber cable with taps, via which the connected data stations exchange messages, characterized in that a wavelength change is carried out in the regenerating data stations ( 1 ), whereby the regenerated signal is to be selected from the signal not regenerated via the damping and decelerating bypass ( 2 ) in the next data station ( 1 ), but on the other hand if the data station ( 1 ) fails, the non-regenerated signal conducted via the bypass ( 2 ) in the next data station ( 1 ) can be received so that the function of the entire network is maintained.

2. Active local area network according to claim 1, characterized in that the data station ( 1 ) are equipped with at least two wavelength-selective reception elements and at least two transmission elements of different wavelengths and automatic switching of the transmission wavelength.

3. Active local area network according to claim 1, characterized in that instead of an optical light waveguide ter-Systems an electrical carrier tape system for use comes and frequency diversity is carried out.

4. Active local network according to claim 1 and 3 characterized in that an optical wavelength division multiplex or electrical frequency multiplex system is used and thereby swapping wavelengths or frequencies between Receive and transmit signals are made.