DD289188A7 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR DETECTING COLLISIONS IN LOCAL COMPUTER NETWORKS - Google Patents
CIRCUIT ARRANGEMENT FOR DETECTING COLLISIONS IN LOCAL COMPUTER NETWORKS Download PDFInfo
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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}The circuitry for detecting collisions in local computer networks allows, in applications such as office communication CAD / CAM u. a. drastically reduce the cost of the LAN main cable or increase the permissible transmission rate or data transmission speed. In doing so, use is made of the property of different codes and transmission methods of having phases of one's own transmission activity within one bit period. In these phases signals from other stations can be almost unaffected, i. H. be received with high security. According to the drawing, an evaluation circuit with permission input for checking the coded and possibly corrupted reception information as well as a circuit for blanking short interference pulses are necessary for exact evaluation. Fig. 1 {collision detection; Computer network, local; LAN; CSMA / CD; Buerokommunikation; CAD / CAM; LAN main cable; UEbertragungslaenge; Datenuebertragungsgeschwindigkeit; code; bit period; Datenuebertragungssicherheit; glitches; Immunity}
Description
Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
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.The invention can be used in all areas of computing, automation and control technology when it comes to connecting computers in a limited area with each other. Typical individual cases are office communication and such areas as computer aided design (CAD), computer aided manufacturing (CAM), computer aided design (CAP), integrated manufacturing (CIM) and teaching.
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.As a channel access method, the known CSMA / CD, but also other channel access methods such as the well-known token bus (collisions occur here in the Iniiialisierungsphase) can be selected.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
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:In local computer networks, situations may occur in which several computers simultaneously send information to a common transmission medium. In the case of the simultaneous sending of multiple computers, information corruption occurs on the transmission medium. This phenomenon is called a collision. In order to be able to recognize and eliminate such unwanted states as quickly as possible, various paths have been taken in the past, which can be classified in principle in four cases:
A) Mittelwertbildung der von den einzelnen Sendern aufgeprägten Ströme und Unterbrechung des Sendeflusses, wenn der Mittelwert die Stromergiebigkeit eines Senders signifikant überschreitet.A) Averaging the currents impressed by the individual transmitters and interrupting the transmission flow if the average significantly exceeds the current yield of a transmitter.
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.This solution is the world's most common, used, such. Nonetheless, it has principal shortcomings, for example, in the quasi-standard model ETHERNET according to US Pat. No. 4,063,220. These include: The relatively large detection period due to the averaging and, for larger systems, the relatively limited collision detection reliability. The reason for this lies in the different signal levels of near and distant transmitters due to the cable attenuation.
B) Vergleich der auszusendenden, unverfälschten und der empfangenen, gegebenenfalls verfälschten Informationen am Sender.B) Comparison of the transmitted, unadulterated and received, possibly corrupted information on the transmitter.
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.In this solution, it is assumed that overlap the information from different transmitters on the cable and thus in the event of collisions of its own transmitter no longer receives the information originally intended to be broadcast.
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.Accordingly, DE-OS3327489 (analogous to JP57134196) describes a data transmission system with collision monitoring. The system consists of a control circuit with a downstream logic circuit (AND and OR gate) and a transmission amplifier (driver), an EXOR gate (Exclusive OR), which the sent with the received Signa! connected. Via a circuit for forming the collision signal, the output signal of the EXOR gate is applied to the OR gate of the o.g. logical circuit. However, this patent does not relate to coded signals and primarily considers the opening of data transmission.
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.The solution to Case B) can be very fast at small distances to the coaxial trunk (less than or equal to one bit period). However, larger supply line distances require complex buffering and a time-delayed comparison of the transmitted and received data streams.
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.C) filtering outsourcing of low-frequency beat components of the heterodyne signals. In this case, it is assumed that the distorted signals produce low-frequency beat amplitudes during collisions. Advantageously, it has the effect that significant attenuations can be allowed, since beats due to their significantly different frequency position are relatively low detectable from signals with significantly different amplitudes. The drawback is that the filter effort is not insignificant and the detection time is significantly greater than in solutions according to point B.
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 erhaltenIn this case, the collision detection security is increased (amplified) by artificially increasing the time of collisions so that as many stations as possible get a chance to detect the collisions
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".For example, United States patent no. CL 2 .H04Q9 / 00, RM Metcalfe's Multipoint Data Communication System with Collision Detection Nos. 4,063,220 (31.03.1975), OR Boggs, CP Thacker and BW Lampson, now use the jam sequence Worldwide access method "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.This approach is at the expense of additional time required to improve all listed under A) to C) ways, but he fails as soon as collisions mix the known methods are no longer detectable.
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.The aim of the invention is to be able to transmit much further with relatively thin and inexpensive cable, as was usual. The economic savings result not only from the saving of cable costs, but also from the possibility to open up larger transmission distances or to be able to work in the range of higher attenuation with a larger transmission speed.
In Verbindung mit der höheren Erkennungssicherheit und der schnelleren Erkennungswahrscheinlichkeit ergeben sich qualitative Verbesserungen.In conjunction with the higher recognition reliability and the faster detection probability, there are qualitative improvements.
Mit der Erfindung wird die Aufgabe gelöst, schnell und unter ungünstigeren Randbedingungen (z.B. Störeinflüsse) Kollisionen sicherer zu erkennen.With the invention, the problem is solved, safer to recognize collisions quickly and under unfavorable boundary conditions (for example, interference).
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 könnenHigh detection speed and security is achieved by making a digital decision on the presence of signal components of other stations within each bit period. The essence of the invention is that the characteristics of particular transmit levels, to be active in only one level and the property of certain coding rules to produce a fixed duty cycle per bit period, are used to convert the signal of others in the phases of its own transmit inactivity occurring per bit period Stations to receive virtually unadulterated
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. For this purpose, a circuit arrangement is used in which the data to be transmitted are fed into the computer via a coder and transmission amplifier and the received data of the station are available via an input amplifier and a decoder. The coded data are at the same time at the transmit amplifier and at the prohibit input of an inhibit function. The inhibit function can be followed by a circuit for blanking glitches and a retriggerable monostable multivibrator.
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.In this way even signals from distant stations can be evaluated almost unaffected. The maximum transmission length is limited in the proposed solution primarily by the sum of the residual currents of all connected stations. As further limitations of the maximum transmission length act when using the circuit arrangement according to the invention only secondary-order effects such. B. Backscatter by inhomogeneities of the cable and delayed release of charge through the dielectric of the cable.
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.The information to be sent (TxD) passes through a Manchester encoder 1 and then a transmission amplifier 2 before it reaches the LAN main cable of the local computer network 3. In parallel, the signal of the main cable is tapped via a high-impedance input amplifier 4 and fed to an inhibit function 6. The evaluation of element 6 is permitted by supplying the encoded transmit signal at the prohibit input only during the inactive time phases formed by the Manchester encoder. The connected computers receive the reception information (RxD) after Manchester decoding 5. Short cycle times of elements 2 and 4, as well as short glitches are hidden by a conventionally designed circuit for suppressing short pulses 7 (RC element). The signal on the subject of collisions forms in a retriggerable monostable multivibrator 8 and makes available to the connected computers as an interrupt signal "collision." The zooming also shows the terminating resistances of the main LAN cable 9, 10 as well as other stations 11, 12, 13 ,
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Priority Applications (1)
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DD31883888A DD289188A7 (en) | 1988-08-11 | 1988-08-11 | CIRCUIT ARRANGEMENT FOR DETECTING COLLISIONS IN LOCAL COMPUTER NETWORKS |
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DD (1) | DD289188A7 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19521404A1 (en) * | 1995-01-31 | 1996-08-01 | Mitsubishi Elec Semiconductor | Microcomputer with serial input-output circuit and collision detector |
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1988
- 1988-08-11 DD DD31883888A patent/DD289188A7/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE19521404A1 (en) * | 1995-01-31 | 1996-08-01 | Mitsubishi Elec Semiconductor | Microcomputer with serial input-output circuit and collision detector |
US5636343A (en) * | 1995-01-31 | 1997-06-03 | Mitsubishi Electric Semiconductor Software Co., Ltd. | Microcomputer with built-in serial input-output circuit and collision detection circuit responsive to common input-output line being occupied |
US5765019A (en) * | 1995-01-31 | 1998-06-09 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Microcomputer with built-in serial input-output circuit and collision detection circuit responsive to common input-output line being occupied |
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