DD289188A7 - Schaltungsanordnung zur erkennung von kollisionen in lokalen rechnernetzen - Google Patents

Abstract

Die Schaltungsanordnung zur Erkennung von Kollisionen in lokalen Rechnernetzen gestattet, in Anwendungen wie Buerokommunikation CAD/CAM u. a. die Kosten des LAN-Hauptkabels drastisch zu senken bzw. die zulaessige UEbertragungslaenge oder Datenuebertragungsgeschwindigkeit zu erhoehen. Dabei wird von der Eigkenschaft verschiedener Codes und Sendeverfahren Gebrauch gemacht, innerhalb einer Bitperiode Phasen der eigenen Sendeinaktivitaet zu haben. In diesen Phasen koennen Signale anderer Stationen nahezu unbeeinfluszt, d. h. mit hoher Sicherheit empfangen werden. Entsprechend der Zeichnung sind zur exakten Auswertung eine Bewertungsschaltung mit Erlaubniseingang zur Pruefung der codierten und ggf. verfaelschten Empfangs-Information sowie eine Schaltung zur Ausblendung kurzer Stoerimpulse notwendig. Fig. 1{Kollisionserkennung; Rechnernetz, lokal; LAN; CSMA/CD; Buerokommunikation; CAD/CAM; LAN-Hauptkabel; UEbertragungslaenge; Datenuebertragungsgeschwindigkeit; Codes; Bitperiode; Datenuebertragungssicherheit; Stoerimpulse; Stoerfestigkeit}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung kann in allen Bereichen der Rechentechnik, Automatisierungs- und Steuerungstechnik zur Anwendung kommen, wenn es gilt, Rechner in einem räumlich begrenzten Gebiet miteinander zu verbinden. Typische Einzelfälle sind die Bürokommunikation und solche Bereiche, wie rechnergestütztes Entwerfen (CAD), rechnergestützte Fertigung (CAM), rechnergestütztes Planen (CAP), integrierte Fertigung (CIM) sowie der Einsatz in der Lehre.

Als Kanalzugriffsverfahren können das bekannte CSMA/CD, aber auch andere Kanalzugriffsverfahren wie das ebenfalls bekannte Token-Bus (Kollisionen treten hier in der Iniiialisierungsphase auf) gewählt werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In lokalen Rechnernetzen können Situationen auftreten, in denen gleichzeitig mehrere Rechner Informationen auf ein gemeinsames Übertragungsmedium senden. Im Falle des gleichzeitigen Sendens mehrerer Rechner kommt es auf dem Übertragungsmedium zu Informationsverfälschungen. Diese Erscheinung bezeichnet man als Kollision. Um derartige unerwünschte Zustände möglichst schnell erkennen und beseitigen zu können, wurden in der Vergangenheit verschiedene Wege eingeschlagen, die sich prinzipiell in vier Fälle einordnen lassen:

A) Mittelwertbildung der von den einzelnen Sendern aufgeprägten Ströme und Unterbrechung des Sendeflusses, wenn der Mittelwert die Stromergiebigkeit eines Senders signifikant überschreitet.

Diese Lösung wird weltweit am häufigster, genutzt, so z. B. in der als Quasistandard bezeichneten Musterlösung ETHERNET nach US-Patent Nr.4063 220. Nichtsdestotrotz weist sie prinzipielle Mängel auf. Dazu zählen: Der durch die Mittelwertbildung bedingte, relativ große Erkennungszeitraum und bei größeren Systemen die relativ stark eingeschränkte Kollisionserkennungssicherheit. Die Ursache hierfür liegt in den durch die Kabeldämpfung bedingten unterschiedlichen Signalpegeln naher und entfernter Sender.

B) Vergleich der auszusendenden, unverfälschten und der empfangenen, gegebenenfalls verfälschten Informationen am Sender.

Bei dieser Lösung wird davon ausgegangen, daß sich die Informationen unterschiedlicher Sender auf dem Kabel überlagern und damit im Falle von Kollisionen der eigene Sender nicht mehr die ursprünglich zur Aussendung vorgesehenen Informationen empfängt.

Dementsprechend beschreibt DE-OS3327489 (analog JP57134196) ein Datenübertragungssystem mit Kollisionsüberwachung. Das System besteht aus einer Steuerschaltung mit nachgeschalteter logischer Schaltung (UND-sowie ODER-Gatter) und einem Sendeverstärker (Treiber), einem EXOR-Gatter (Exklusives ODER), welches das gesendete mit dem empfangenen Signa! verknüpft. Über eine Schaltung zur Bildung des Kollisionssignals wird das Ausgangssignal des EXOR-Gatters auf das ODER-Gatter der o.g. logischen Schaltung geführt. Dieses Patent bezieht sich jedoch nicht auf codierte Signale und betrachtet primär die Eröffnung der Datenübertragung.

Die Lösung nach Fall B) kann bei geringen Entfernungen zum Koaxialhauptkabel sehr schnell sein (kleiner gleich eine Bit-Periode). Größere Zuleitungsentfernungen erfordern jedoch eine aufwendige Zwischenspeicherung und einen zeitlich verzögerten Vergleich der gesendeten und empfangenen Datenströme.

C) Filtertechnische Heraussiebung von niederfrequenten Schwebungsanteilen der Überlagerungssignale. In diesem Fall wird davon ausgegangen, daß bei Kollisionen die verfälschten Signale niederfrequente Schwebungsamplituden erzeugen. Vorteilhaft wirkt sich dabei aus, daß erhebliche Dämpfungen zugelassen werden können, da auch aus Signalen mit erheblich voneinander abweichenden Amplituden Schwebungen auf Grund ihrer wesentlich anderen Frequenzlage relativ leimt erfaßbar sind. Nachteilig macht sich bemerkbar, daß der Filteraufwand nicht unbedeutend ist und die Erkennungszeit wesentlich größer ist, als bei Lösungen nach Punkt B.

O) Aussendung einer sogenannten Jam-Folge bei Kollisionserkennung.

In diesem Fall wird die Kollisionserkennungssicherheit erhöht (verstärkt), indem der Zeitraum von Kollisionen künstlich vergrößert wird, so daß möglichst alle beteiligten Stationen eine Chance zum Erkennen der Kollisionen erhalten

Beispielsweise nutzt das US-Patent lnt.CL².H04Q9/00 ,Multipoint Data Communication System with Collision Detection" Nr. 4,063,220 (31.03.1975) von R. M. Metcalfe, O. R. Boggs, C. P. Thacker und B. W. Lampson die Jam-Folge für das inzwischen weltweit genutzte Zugriffsverfahren „CSMA/CD".

Dieser Lösungsansatz ist auf Kosten eines zusätzlichen Zeitbedarfes zur Verbesserung aller unter A) bis C) aufgeführten Wege geeignet, er versagt aber, sobald Kollisionen mix den bekannten Methoden nicht mehr erfaßbar sind.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, mit relativ dünnem und preiswertem Kabel wesentlich weiter übertragen zu können, als bisher üblich war. Die ökonomischen Einsparungen ergeben sich nicht allein aus der Einsparung von Kabelkosten, sondern auch aus der Möglichkeit, größere Übertragungsstrecken zu erschließen oder im Bereich höherer Dämpfungen mit größerer Übertragungsgeschwindigkeit arbeiten zu können.

In Verbindung mit der höheren Erkennungssicherheit und der schnelleren Erkennungswahrscheinlichkeit ergeben sich qualitative Verbesserungen.

Wesen der Erfindung

Mit der Erfindung wird die Aufgabe gelöst, schnell und unter ungünstigeren Randbedingungen (z.B. Störeinflüsse) Kollisionen sicherer zu erkennen.

Eine hohe Erkennungsgeschwindigkeit und -sicherheit wird erreicht, indem innerhalb jeder Bitperiode eine digitale Entscheidung über das Vorliegen von Signalanteilen anderer Stationen gebildet wird. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß die Eigenschaften bestimmter Sendestufen, in nur einer Pegellage aktiv zu sein und die Eigenschaft bestimmter Codierungsvorschriften, ein festes Tastverhältnis je Bitperiode zu erzeugen, genutzt werden, um in den je Bitperiode auftretenden Phasen der eigenen Sendeinaktivität das Signal anderer -Stationen nahezu unverfälscht empfangen zu können

Dazu wird eine Schaltungsanordnung verwendet, bei der die zu sendenden Daten über einen Codierer und Sendeverstärker in das Rechnerneu eingespeist werden und über einen Eingangsverstärker und einen Decoder die empfangenen Daten der Station zur Verfügung stehen. Die codierten Daten liegen gleichzeitig am Sendeverstärker und am Verbotseingang einer Inhibit-Funktion an. Der Inhibit-Funktion kann eine Schaltung zur Ausblendung von Störimpulsen sowie ein retriggerbarer monostabiler Multivibrator nachgeschaltet sein.

Auf diese Weise sind selbst Signale weit entfernter Stationen nahezu unbeeinflußt auswertbar. Die maximale Übertragungslänge wird bei der vorgeschlagenen Lösung primär durch die Summe der Restströme aller angeschlossenen Stationen begrenzt. Als weitere Begrenzungen der maximalen Übertragungslänge wirken bei Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung lediglich Effekte sekundärer Ordnung, wie z. B. Rückstreuungen durch Inhomogenitäten des Kabels und verzögerte Ladungsfreisetzung durch das Dielektrikum des Kabels.

Ausführungsbeispiel In den Zeichnungen zeigen Fig. 1: die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung und Fig. 2: ein Impulsdiagramm der zu sendenden Informationen im Manchester-Code.

Die zu sendende Information (TxD) durchläuft einen Manchester-Codierer 1 und anschließend einen Sendeverstärker 2, ehe sie das LAN-Hauptkabel des lokalen Rechnernetzes 3 erreicht. Parallel dazu wird über einen hochohmigen Eingangsverstärker 4 das Signal des Hauptkabels abgegriffen und einer Inhibit-Funktion 6 zugeführt. Die Bewertung des Elementes 6 wird durch Zuführung des codierten Sendesignals am Verbotseingang nur während der vom Manchester-Codierer gebildeten inaktiven Zeitphasen gestattet. Den angeschlossenen Rechnern wird die Empfangsinformation (RxD) nach der Manchester-Decodierung 5 angeboten. Geringe Durchlaufzeiten der Elemente 2 und 4, sowie kurze Störimpulse werden durch eine herkömmlich ausgeführte Schaltung zur Unterdrückung kurzer Impulse 7 (RC-Glied) ausgeblendet. Das Signal über den Sachverhalt von Kollisionen bildet sich in einem retriggerbaren monostabilen Multivibrator 8 und cteht den angeschlossenen Rechnern als Intcrruptsignal „Kollision" zur Verfugung. Die Zoichnung weist außerdem die Abschlußwiderstände des LAN-Hauptkabels 9,10 sowie weitere Stationen 11,12,13 aus.

Claims (2)

1. Schaltungsanordnung zur Erkennung von Kollisionen in lokalen Rechnernetzen, bei der die zu sendenden Daten über einen Codierer, der mit einem festen Tastverhältnis je Bitperiode arbeitet, und einem Sendeverstärker, der nur in einer Pegellage aktiv ist, in das Rechnernetz eingespeist werden und über einen Eingangsverstärker sowie einem Decoder die empfangenen Daten der Station zur Verfügung stehen, gekennzeichnet dadurch, daß die im Codierer (1) codierten eigenen Sendedaten (TxD_M) gleichzeitig am Verbotseingang einer Inhibit-Funktion (6) und dem Sendeverstärker (2) anliegen, während die ggf. durch andere Sender (11-13) verfälschten codierten Eingangsinformationen (RxD_M) sowohl dem zweiten Eingang der Inhibit-Funktion (6) als auch dem Decoder (5) zugeführt werden.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Inhibit-Funktion (6) eine Schaltung zur Ausblendung von Störimpulsen (7) sowie ein retriggerbarer Multivibrator nachgeschaltet ist.