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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Topologie eines leitungsgebundenen Netzwerks von mehreren Teilnehmern sowie ein Verfahren zur Zuweisung von Geräteadressen in einem solchen leitungsgebundenen Netzwerk.
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Bei leitungsgebundenen Netzwerken mit vielen Teilnehmern erfordert die Einrichtung solcher Netzwerke nicht allein ihre mechanische und elektrische Installation, sondern zudem häufig die Zuweisung von Geräteadressen zu den einzelnen Teilnehmern solcher Netzwerke. Regelmäßig ist dazu die physikalische Position der Teilnehmer innerhalb des Netzwerkes zu bestimmen. Kompliziert wird die Zuweisung von Geräteadressen häufig dadurch, dass die Netzwerkarchitekturen Busarchitekturen aufweisen können, die zudem noch Abzweigungen haben können oder im Extremfall sogar vermascht sind.
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Zur Zuweisung von Geräteadressen ist es bekannt, die Montageposition durch einen Techniker festzustellen und manuell eine Geräteadresse an den einzelnen Teilnehmer zu vergeben oder festzuhalten. Diese Geräteadressen werden beispielsweise in eine Tabelle manuell eingetragen, welche die Montageposition und die Geräteadresse miteinander in Beziehung setzt.
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Eine derartige Zuweisung von Montagepositionen zu Geräteadressen von Teilnehmern ist ein nicht zu unterschätzender Aufwand beim Aufbau und bei der Inbetriebnahme von leitungsgebundenen Netzwerken.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Bestimmung der Topologie eines leitungsgebundenen Netzwerkes von mehreren Teilnehmern bereitzustellen, welches mit deutlich verringertem manuellem Aufwand durchgeführt werden kann. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Zuweisung von Geräteadressen in einem leitungsgebundenen Netzwerk bereitzustellen, welches einfacher und rascher, insbesondere mit verringertem manuellen Aufwand, durchgeführt werden kann.
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Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie mit einem Verfahren mit den in Anspruch 13 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung der Topologie eines leitungsgebundenen Netzwerkes von mehreren Teilnehmern werden mittels zweier oder mehrerer der Teilnehmer zwischen diesen zwei oder mehreren der Teilnehmer über das Netzwerk Signale ausgetauscht, deren Laufzeiten erfasst und zur Bestimmung der Topologie herangezogen. Die Erfassung der Laufzeiten kann heute in Form von mikroelektronischen Systemen realisiert werden. Aus der gemessenen Laufzeit kann jeweils die Leitungslänge zurückgerechnet werden. Folglich kann aus den Leitungslängen oder damit korrespondierend aus den Laufzeiten die Topologie des Netzwerks bestimmt werden. Vorteilhaferweise lässt sich das Verfahren leicht automatisiert durchführen, so dass der Aufwand zur Bestimmung der Topologie erfindungsgemäß deutlich verringert ist.
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Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
- a) als Signal zumindest ein Abfragesignal ausgesandt,
- b) welches mittels zweien oder mehrerer der Teilnehmer empfangen wird,
- c) wonach mittels dieser zwei oder mehreren der Teilnehmer jeweils als Signal zumindest ein Antwortsignal ausgesandt wird.
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In dieser Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassen die erfindungsgemäß ausgesandten Signale zumindest das Abfragesignal und die Antwortsignale.
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Idealerweise bilden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wie vorstehend beschrieben jeweils die Antwortsignale ihrerseits jeweils ein Abfragesignal, für welches die vorgenannten Schritte b) und c) durchgeführt werden. In dieser Weiterbildung der Erfindung wird das Verfahren gewissermaßen mehrstufig durchgeführt, wobei das Abfragesignal nicht stets von einer zentralen Stelle des Netzwerks ausgesendet wird, sondern Teilnehmer des Netzwerks selbst sowohl als Empfänger als auch Sender eines Signals fungieren. Auf diese Weise lassen sich Mehrdeutigkeiten bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren zuverlässig verhindern, indem entsprechend viele auf unterschiedlichen Leitungswegen des Netzwerks erfasste Laufzeiten zur Bestimmung der Topologie zur Verfügung stehen.
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Weiter bevorzugt werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die in der vorhergehend erläuterten Weiterbildung explizit enthaltenen Verfahrensschritte ein- oder mehrfach wiederholt. Auch in dieser Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich Mehrdeutigkeiten zuverlässig verhindern, da so weitere erfasste Laufzeiten zur Bestimmung der Topologie zur Verfügung stehen. Auf diese Weise können Mehrdeutigkeiten daher besonders zuverlässig ausgeschlossen werden.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die zeitliche Abfolge des Eintreffens mehrerer oder sämtlicher Antwortsignale zumindest an einem Ort des Netzwerks ermittelt und zur Bestimmung der Topologie herangezogen. Auf diese Weise können die Zeitpunkte und die zeitliche Abfolge des Eintreffens der Antwortsignale auf einen gemeinsamen Ort des Netzwerks bezogen werden und so besonders einfach miteinander in Beziehung gesetzt werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Ort des Netzwerkes der Ort eines solchen Teilnehmers des Netzwerks, mittels welchem vorzugsweise das erfindungsgemäße Verfahren durch Aussenden eines ersten Abfragesignals initiiert wird. Zweckmäßigerweise wird als ein solcher Teilnehmer ein Teilnehmer herangezogen, welcher zudem eine Auswerteeinrichtung aufweist, welche zur Bestimmung der Topologie aus der zeitlichen Abfolge des Eintreffens der Antwortsignale ausgebildet ist.
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In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind oder werden das Abfragesignal und/oder die Antwortsignale jeweils durch ein Pulssignal gebildet. Auf diese Weise lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren einfach im Zeitbereich durchführen, in dem das Aussenden und das Eintreffen solcher Pulssignale miteinander in Beziehung gesetzt werden.
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Alternativ und ebenfalls bevorzugt sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Abfragesignal und/oder Antwortsignale als Frequenzrampensignal, insbesondere mit zeitweise zeitlich monotoner, vorzugsweise streng monotoner und insbesondere linear geänderter Frequenz gebildet. Somit lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren einfach im Frequenzbereich durchführen, wobei sich die Frequenzen leicht in Zeiten umrechnen lassen.
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In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Signal mit einem FMCW-Signal (FMCW = Frequency Modulated Continuous Wave) gebildet. Alternativ und ebenfalls bevorzugt ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Signal mit einem FSCW-Signal (FSCW = Frequency-Stepped Continuous Wave) gebildet. In den beiden vorgenannten Weiterbildungen lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren leicht im Frequenzbereich durchführen. Die entsprechenden Frequenzmodulationen sind seit Langem erprobt und etabliert.
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Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Antwortsignal ausgesandt, in dem es rückgestreut wird. In dieser Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Austauschen von Abfrage- und Antwortsignal besonders einfach durch einfache Streuung realisiert. Alternativ und ebenfalls bevorzugt wird das Antwortsignal zeitlich verzögert ausgesandt. Ist die Verzögerungszeit, mit welcher das Antwortsignal zeitlich verzögert wird, bekannt, so kann diese Verzögerungszeit einfach bei der Bestimmung der Topologie des Netzwerks berücksichtigt werden. Insbesondere lassen sich Verzögerungszeiten derart wählen, dass Mehrdeutigkeiten ausgeschlossen werden können.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Zuweisung von Geräteadressen in einem leitungsgebundenen Netzwerk wird die Topologie des Netzwerks nach einem Verfahren wie vorstehend beschrieben bestimmt. Anhand der Topologie werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Geräteadressen einzelnen Teilnehmern zugeordnet.
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Auch dieses Verfahren lässt sich leicht automatisieren und folglich einfach und effizient und insbesondere ohne manuellen Aufwand durchführen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein verzweigtes leitungsgebundenes Netzwerk mit mehreren Teilnehmern schematisch in einer Prinzipskizze und
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2 ein weiteres Beispiel eines – in seiner Komplexität reduzierten – verzweigten leitungsgebundenen Netzwerks mit mehreren Teilnehmern mit kenntlich gemachtem Signalfluss schematisch in einer Prinzipskizze.
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Das in 1 dargestellte Netzwerk N ist leitungsgebunden und umfasst Leitungen a, b, c, d, e, f, g, h, i sowie eine Vielzahl von Teilnehmern M, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, welche an die Leitungen a, b, c, d, e, f, g, h, i des Netzwerks N angebunden sind. Ein Teilnehmer des Netzwerks fungiert als Master M, welcher einen FMCW-Reader R (zum Aufbau s. 2) aufweist. Der Master M ist ausgebildet, ein entsprechend moduliertes Signal auszusenden, welches vorbestimmte Teilnehmer, beispielsweise die Teilnehmer 1, 2, 3, 5, adressiert und in einen Rückstreumodus umschaltet. Anschließend sendet der FMCW-Reader R des Masters M eine frequenzmodulierte Rampe aus. Die in den Rückstreumodus geschalteten Teilnehmer 1, 2, 3, 5 des Netzwerks N streuen das vom FMCW-Reader R des Masters M ausgesendete Signal und modulieren es dabei. Ein Teil des modulierten Signals läuft über die Leitungen a, b, c, d, e, h des Netzwerks N direkt zurück zum FMCW-Reader R des Masters M, der aus dem zurückgeworfenen Signal jeweils die Distanz zum jeweiligen Teilnehmer der in den Rückstreumodus versetzten Teilnehmer 1, 2, 3, 5 bestimmt. Ein weiterer Teil des modulierten Signals hingegen läuf nicht direkt zurück zum FMCW-Reader R des Masters M, sondern stattdessen zunächst zu den jeweils anderen, in den Rückstreumodus versetzten, Teilnehmern 1, 2, 3, 5. An diesen weiteren Teilnehmern 1, 2, 3, 5 wird das Signal erneut gestreut und dabei moduliert, sodass das Signal erst nach dieser erneuten Streuung zurück zum FMCW-Reader R läuft. Der FMCW-Reader R ermittelt aus diesem Signal ebenfalls die Strecke vom FMCW-Reader R zu den jeweiligen Teilnehmern 1, 2, 3, 5. Ferner lässt sich aus den Differenzen der jeweiligen Distanzen die Distanz zwischen je zwei Teilnehmern 1, 2, 3, 5 ermitteln.
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Dieses Verfahren wird so oft mit unterschiedlichen Teilnehmern aus der Gruppe sämtlicher Teilnehmer 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 des Netzwerks N wiederholt, bis die Topologie des Netzwerks N ausreichend bestimmt ist. Ist die Topologie des Netzwerks N hinreichend bestimmt, so werden anschließend Geräteadressen anhand dieser Topologie an die Teilnehmer 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 vergeben. Zweckmäßigerweise spiegelt dabei die Vergabe der Geräteadressen die Topologie des Netzwerks N wider. Sämtliche Streckenabschnitte entlang der Leitungen a, b, c, d, e, f, g, h, i des in 1 dargestellten Netzwerks N lassen sich derart bestimmen.
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Nachfolgend wird der Signalfluss (gestrichelte Pfeile) im Einzelnen anhand eines reduzierten Netwerks N‘ gem. 2 erläutert: Das vom jeweiligen Master M‘ ausgesendete Signal läuft nicht nur vom Master M‘ zu den beiden aktiven Teilnehmern 1‘ und 2‘, und von diesen entlang der Leitungen a‘, b‘ zurück zum Master M‘, sondern auch vom Master M‘ zum aktiven Teilnehmer 1‘, von diesem 1‘ anschließend zum aktiven Teilnehmer 2‘ und erst hieran anschließend zurück zum Master M‘. Folglich lassen sich die Strecken entlang der Leitungen a‘ + b‘, a‘ + c‘, a‘ + c‘ + c‘ + b‘ + b‘ + a‘ direkt ermitteln. Durch Subtraktion dieser Strecken lassen sich die jeweiligen Teilstrecken entlang der Leitungen a‘, b‘, c‘ leicht ermitteln.
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Der FMCW-Reader R ist dabei in an sich bekannter Weise wie folgt aufgebaut (Erläuterung anhand von 2; diese Erläuterung gilt für den FMCW-Reader R des Masters M gem. 1 entsprechend): Eine mit der Zeit t linear steigende Steuerspannung U steuert eine Oszillationsfrequenz eines Hochfrequenzoszillators O an. Das Signal, dessen Frequenz jener des Hochfrequenzoszillators O entspricht und folglich in der Art einer zeitlichen Frequenzrampe linear mit der Zeit steigt, wird über einen Koppler K des Masters M‘ ausgekoppelt und in die Leitungen des Netzwerks N‘ eingespeist. Die Teilnehmer 1‘, 2‘ (2) des Netzwerks N‘ streuen dieses Signal und modulieren das Signal mit einer Modulationsfrequenz fMod, im einfachsten Falle jeweils mittels Schaltern S1, S2, welche als Halbleitertransistoren realisiert sind.
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Das modulierte und rückgestreute Signal wird in den FMCW-Reader R des Masters M‘ eingekoppelt und mittels eines Mischers MI geeignet als Signal SIF(t) von dem vom Master M ausgesandten Signal getrennt.
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In weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen, welche im Übrigen den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen entsprechen, wird anstelle eines Signals in der Art einer frequenzmodulierten Rampe ein Signal in Form eines zeitlich lokalisierten Pulses ausgesendet.
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In weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen, welche im Übrigen den zuvor dargestellten Ausführungsbeispielen entsprechen, wird das erfindungsgemäße Verfahren kaskadiert. Ein Master adressiert jeweils zwei oder mehrere Teilnehmer und schaltet diese in einen Pulsempfangs- und Sendemodus um, d.h., er schaltet die Teilnehmer „aktiv“. Der Master sendet einen Puls aus, der durch alle aktiven Teilnehmer empfangen wird. Der erste aktive Teilnehmer wartet eine genau definierte Zeit ab und sendet einen Puls aus, der durch alle aktiven übrigen Teilnehmer empfangen wird. Der zweite aktive Teilnehmer wartet seinerseits eine genau definierte bekannte Zeit ab und sendet seinerseits einen Puls aus, der durch alle aktiven Teilnehmer empfangen wird. Diese Prozedur wird solange wiederholt, bis alle aktiven Teilnehmer jeweils einmal einen Puls ausgesendet haben. Im Master können aus allen Zeitpunkten der empfangenen Pulse die jeweiligen Streckenabschnitte der Leitungen berechnet werden. Dieser Vorgang wird so oft mit unterschiedlichen Teilnehmern wiederholt, bis die Topologie des Netzwerkes ausreichend beschrieben ist. Anschließend können die Geräteadressen anhand der derart bestimmten Topologie vergeben werden.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel, welches im Übrigen den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen entspricht, werden mehrere FMCW-Stationen verwendet. Ein Master adressiert ebenfalls zwei oder mehrere Teilnehmer und schaltet diese jeweils in einen FMCW-Modus um. Zuerst synchronisiert der Master alle aktiven Teilnehmer. Anschließend wird zu einem bestimmten hinreichend genau festgelegten Zeitpunkt von allen aktiven Teilnehmern ihrerseits eine Frequenzrampe ausgesendet und das Verfahren wie oben ausgeführt durchgeführt.
