DE10296916B4

DE10296916B4 - Kommunikationsvorrichtung und Verfahren zum Unterstützen von Vielfachzugriff mit Leitungsüberwachung/Kollisionserfassung

Info

Publication number: DE10296916B4
Application number: DE10296916T
Authority: DE
Inventors: Sam Chul Changwon Ha; Seung Myun Changwon Baek; Koon Seok Changwon Lee; Jeong Hyun Kimhae Lim; Hwan Jong Changwon Choi; Ja In Jinju Koo; Dae Woong Changwon Kim; Sung Hwan Changwon Kang
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2001-06-09
Filing date: 2002-04-09
Publication date: 2011-04-07
Anticipated expiration: 2022-04-10
Also published as: DE10296916T5; US7539206B2; US20040160976A1; WO2002101992A1; MXPA03011468A; KR100386595B1; JP2004531146A; KR20020093515A

Abstract

Kommunikationsvorrichtung zum Unterstützen. von Vielfachzugriff mit Leitungsüberwachung/Kollisionserfassung (CSMA-CD) zur Verwendung mit einem Heim-Netzwerk zum Steuern von Haushaltsgeräten, wobei eine Mehrzahl von Peripheriegeräten (10-i) mit einem Heim-Bus (5) verbunden ist, wobei die Kommunikationsvorrichtung umfaßt:
eine Schnittstellenschaltung (11) zum Übertragen und Empfangen von Datenpaketen, indem sie mit dem Heim-Bus (5) verbunden ist;
eine Datenübertragungsschaltung (13) zum Umwandeln von Übertragungsdaten, welche von inneren Peripheriegeräten erzeugt werden, in physikalische Übertragungsdaten und weiter zum Ausgeben der Daten an den Heim-Bus (5) durch die Schnittstellenschaltung (11);
eine Datenempfangsschaltung (12) zum Bestimmen, ob Daten, welche von anderen Peripheriegeräten durch die Schnittstellenschaltung (11) übertragen werden, in deren eigenem Peripheriegerät empfangen werden, und zum Überprüfen eines gegenwärtigen Zustands des Heim-Bus (5)
eine Kollisionserfassungsschaltung (14) zum kontinuierlichen Erfassen eines gegenwärtigen Zustands des Heim-Bus (5) durch die Datenempfangsschaltung (12); und...

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heim-Netzwerksystem, und insbesondere eine Kommunikationsvorrichtung und ein Verfahren zum Unterstützen von Vielfachzugriff mit Leitungsüberwachung/Kollisionserfassung (im folgenden wird dies als CSMA/CD bezeichnet) von Peripheriegeräten, welche mit einem Heim-Bus in dem Heim-Netzwerk verbunden sind.
Technischer Hintergrund
Ein Heim-Netzwerksystem ist ein System zum Steuern von Haushaltsanwendungen, wie etwa einem PC, einem schnurlosen Telefon, einem Kühlschrank oder einer Waschmaschine, durch ein (einziges) Netzwerk.
So sind die mehreren Anwendungen über einen Heim-Bus verbunden, und um dies zu erreichen, ist ein Protokoll, welches in der Lage ist, viele Signale für jede Anwendung zu integrieren und die Signale zu steuern, unabdingbar. Ein typisches Beispiel für das Protokoll ist CSMA/CD.
Das wesentlichste Merkmal des CSMA/CD-Systems ist es, eine effektivere Kommunikation trotz einiger möglicher Kollisionen zu erstellen, welche erzeugt werden, wenn mehrere Anwendungen einen einzigen Heim-Bus verwenden.
1 ist ein Diagramm eines herkömmlichen Kollisionserfassungsverfahrens in einem CSMA/CD-System.
Es wird auf 1 Bezug genommen. Wenn ein Peripheriegerät (dies wird mit Peripheriegerät austauschbar verwendet) Daten zu übertragen hat, erzeugt das Peripheriegerät ein Datenpaket und wartet dann, bis ein Heim-Bus in einem Frei-Zustand (”idle state”) ist. Sobald der Heim-Bus in dem Frei-Zustand ist, führt das Peripheriegerät einen Belegt-Test (”busy check”) durch, was heißt, das Gerät überprüft, ob der Heim-Bus für eine gewisse Zeitdauer kuntinuierlich frei war. Hierbei ist die Belegt-Test-Zeitdauer für jedes Gerät gleich eingestellt.
Nach dem Ergebnis des Belegt-Tests werden, wenn der Heim-Bus gegenwärtig in dem Frei-Zustand ist, die Daten an eine entsprechende Anwendung durch den Heim-Bus übertragen, während, wenn sich herausstellt, daß der Heim-Bus gegenwärtig in dem Belegt-Zustand ist, die Übertragung um eine gewisse Zeitdauer verzögert wird und hiernach der Belegt-Test nochmals durchgeführt wird.
Auf diese Weise können eine Mehrzahl von Peripheriegeräten-Daten gleichzeitig an einen einzigen Heim-Bus übertragen werden.
Das Verfahren hat jedoch folgenden Nachteil.
Beispielsweise ist 2 ein Diagramm, welches einige Probleme mit dem Kollisionserfassungsverfahren erläutert, welches auf einem herkömmlichen CSMA/CD-System basiert.
Es sei, wie in 2 gezeigt, angenommen, daß ein erstes Übertragungsgerät und ein zweites Übertragungsgerät gleichzeitig bereit sind, Daten zu übertragen, und den Belegt-Test auf dem Heim-Bus in dem Frei-Zustand durchführen. Da in diesem Fall die Datenübertragung von jedem Gerät gleichzeitig in einer gewissen Zeitdauer nach dem Beenden des Belegt-Test durchgeführt wird, gibt es viele Kollisionen in dem Heim-Bus, und als Ergebnis davon tritt ein Übertragungsfehler auf.
Aus dem Stand der Technik nach EP 0 833 479 A1 und US 5,841,778 sind entsprechende Verfahren und Netzwerke bekannt, welche nach dem IEEE 802 Standard arbeiten.
Bei dem aus der EP 0 833 479 A1 bekannten Kommunikationsnetzwerk werden den über das Netzwerk verbundenen Geräten unterschiedliche Prioritäten zugewiesen. Will ein hochpriorisiertes Gerät auf das Netzwerk zugreifen, so überwacht es das Netzwerk zunächst für eine gewisse Zeit dahingehend, ob andere hochpriorisierte Geräte auf das Netzwerk zugreifen. Anschließend weist sich das Gerät, welches den Netzwerkzugang wünscht, selber eine Priorität zu, die höher ist, als die höchste während der Überwachung des Netzwerks festgestellte Priorität. Auf diese Weise wird erreicht, dass das Gerät, welches den Netzwerkzugang wünscht, als nächstes Gerät mit dem Senden an der Reihe ist. Wenn das Gerät nach dem Senden keinen Netzwerkzugang mehr benötigt, überwacht es das Netzwerk wiederum für eine gewisse Zeit dahingehend, ob andere hochpriorisierte Geräte auf das Netzwerk zugreifen. Ist das nicht der Fall, erniedrigt das Gerät seine Priorität um eine Stufe bis maximal zum Wert 1. Niedrigpriorisierte Geräte dürfen nur dann über das Netzwerk senden, wenn kein anderes Gerät über das Netzwerk sendet.
Das aus der US 5,841,778 bekannte System ist insbesondere für den Datenverkehr zwischen Computern und Workstations und dergleichen vorgesehen. Auch in diesem System wird zwischen niedrigpriorisierten und hochpriorisierten Mitteilungen unterschieden. Soll eine hochpriorisierte Mitteilung gesendet werden, obwohl gerade eine niedrigpriorisierte Mitteilung gesendet wird, so wird zunächst festgestellt, ob die niedrigpriorisierte Mitteilung bereits für eine gewisse Mindestzeit übertragen wurde. Ist dies nicht der Fall, wird die hochpriorisierende Mitteilung über das Netzwerk übertragen, um eine Kollision zwischen der niedrigpriorisierten Mitteilung und der hochpriorisierten Mitteilung zu erzwingen. Da hochpriorisierten Mitteilungen nach einer Kollision eine kürzere Wartezeit zugewiesen ist, als niedrigpriorisierten Mitteilungen, werden hochpriorisierte Mitteilungen nach einer Kollision als erste übertragen.
Beschreibung der Erfindung
Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Kommunikationsvorrichtung und ein Verfahren zum Unterstützen von Vielfach-Zugriff mit Leitungsüberwachung/Kollisionserfassung (CSMA/CD) bereitzustellen, welche in der Lage sind, eine stabilere Übertragung bereitzustellen, und zwar durch Zuordnen einer verschiedenen Belegt-Test-Zeitdauer zu jedem Peripheriegerät in Übereinstimmung mit einer Priorität.
Diese Aufgabe wird durch die Kombination der Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 3 gelöst.
Vorzugsweise umfassen die Daten, welche in der Datenübertragungschaltung vor deren Ausgabe umgewandelt werden, einen Vorspann (”preamble”), einen Empfänger-Code, einen Sender-Code, eine Priorität, einen Steuer-Code und einen Fehler-Code.
Vorzugsweise ist die Belegt-Test-Zeitdauer für ein Peripheriegerät mit höherer Priorität kürzer definiert als die Belegt-Test-Zeitdauer für ein Peripheriegerät mit niedrigerer Priorität.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die obigen Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Einbeziehung der beiliegenden Zeichnungen deutlicher, in welchen:
1 ein Diagramm eines herkömmlichen Kollisionserfassungsverfahrens ist, welches auf dem Vielfachzugriff mit Leitungsüberwachung/ Kollisionserfassung (CSMA/CD) System basiert;
2 ein Diagramm ist, welches ein Problem bei dem Kollisionserfassungsverfahren erläutert, das auf dem Vielfachzugriff mit Leitungsüberwachung/Kollisionserfassung(CSMA/CD)-System basiert;
3 eine Konfiguration eines Heim-Netzwerks zur Implementierung des CSMA/CD auf einem Heim-Bus gemäß der vorliegenden Erfindung als Diagramm zeigt;
4 ein Flußdiagramm ist, welches einen Betrieb des Heim-Netzwerks zum Implementieren des CSMA/CD auf einem Heim-Bus gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ein Diagramm ist, welches einen Betrieb zeigt, auf den das Kommunikationsverfahren zum Unterstützen des Vielfachzugriffs mit Leitungs-überwachung/Kollisionserfassung (CSMA/CD) gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird, und
6 eine Konfiguration eines Datenpakets gemäß der vorliegenden Erfindung als Diagramm darstellt.
Beste Weise zur Ausführung der Erfindung
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
3 zeigt als Diagramm eine Konfiguration eines Heim-Netzwerks zum Implementieren des CSMA/CD auf einem Heim-Bus gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie in der Zeichnung gezeigt ist, ist eine Mehrzahl von Peripheriegeräten 10-1, 10-2 und 10-3 mit einem Heim-Bus 5 verbunden. Diese Peripherie-Geräte 10-1, 10-2 und 10-3 konkurrieren miteinander um die Benutzung des Heim-Bus 5. Normlerweise gewinnt ein Peripheriegerät mit hoher Priorität die Konkurrenz und überträgt Daten an den Heim-Bus 6. Die Peripherie-Geräte sind im allgemeinen Haushaltsanwendungen, wie etwa ein Kühlschrank, eine Waschmaschine, ein PC, eine Klimaanlage oder eine Mikrowelle.
Das Peripheriegerät umfaßt eine Schnittstellenschaltung 11, eine Datenempfangsschaltung 12, eine Datenübertragungsschaltung 13, eine Kollisionserfassungsschaltung 14 und einen Kommunikationssteuerteil 15.
Die Schnittstellenschaltung 12 überträgt/empfängt Daten direkt, indem sie an den Heim-Bus 5 angeschlossen ist. Insbesondere gibt die Schnittstellenschaltung 12 eine Ausgabe von der Datenübertragungsschaltung 13 an den Heim-Bus 5 aus und empfängt Übertragungsdaten, welche in dem Heim-Bus 5 existieren und gibt die Daten in die Datenempfangsschaltung 12 ein.
Die Datenübertragungsschaltung 13 wandelt die Übertragungsdaten, welche von dem Kommunikationssteuerteil 15 erzeugt werden, in physikalische Übertragungsdaten um, welche üblicherweise von einem Peripheriegerät übertragen werden, und gibt die physikalischen Übertragungsdaten dann an den Heim-Bus 5 durch die Schnittstellenschaltung 11 aus. Andererseits wandelt die Datenempfangsschaltung 11 eingegebene Empfangssignale von der Schnittstellenschaltung 11 in Empfangsdaten um und findet einen gegenwärtigen Zustand des Heim-Bus heraus, bevor sie die konvertierten Daten an die Kollisionserfassungsschaltung 14 und den Kommunikationssteuerteil 15 ausgibt.
Hierbei ist der Heim-Bus 5 in Standardgröße in einen Informationskanal und einen Steuerkanal unterteilt, und jeder Kanal ist wiederum unterteilt in ein Kabel mit einem Paar verdrillter Adern (”twisted pair cable”).
Die Kollisionserfassungsschaltung 14 vergleicht kontinuierlich gegenwärtige Übertragungsdaten mit gegenwärtigen Empfangsdaten während des Übertragungsprozesses, und wenn ein bit, welches von den eigenen übertragenen Datenbits verschieden ist, empfangen wird, folgert die Kollisionsschaltung 14, daß der Heim-Bus gegenwärtig durch ein weiteres Peripheriegerät belegt ist, und erzeugt ein Kollisionserfassungssignal für den Kommunikationssteuerteil 15.
Der Kommunikationssteuerteil 15 steuert die Eingabe und Ausgabe von Übertragsungsdaten, und wenn sie ein Kollisionserfassungssignal während der Übertragung erfaßt, nimmt sie einen zufälligen Wartezustand ein und überprüft kontinuierlich den Zustand des Heim-Bus.
Der Betrieb des Kommunikationsverfahrens zum Unterstützen von Vielfachzugriff mit Leitungsüberwachung/Kollisionserfassung (CSMA/CD), der die Prinzipien der vorliegegenden Erfindung beinhaltet, wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail erläutert.
4 ist ein Flußdiagramm, welches einen Betrieb des Heim-Netzwerks zum Implementieren des CSMA/CD in einem Heim-Bus in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung darstellt.
Es wird auf 4 Bezug genommen. Der Kommunikationssteuerteil 15 bestimmt zuerst eine Priorität jedes Peripheriegeräts und definiert eine Belegt-Überprüfungszeitdauer für jedes Gerät in Übereinstimmung mit der Priorität (S10).
Dann wird bestimmt, ob ein Peripheriegerät Daten zu übertragen hat (S20), und wenn keine Daten zu übertragen sind Daten gibt, behält das Gerät den Wartezustand für eine bestimmte Zeitdauer bei (S30) und überprüft erneut, ob es zu übertragende Daten gibt. Wenn sich herausstellt, daß es zu übertragende Daten gibt, bereitet das Gerät die Datenübertragung vor (S40).
Insbesondere bereitet der Kommunikationssteuerteil 15 die Datenübertragung durch Erzeugen eines Datenpakets vor, welches eine Mehrzahl von Datenbytes enthält. Wie in 6 gezeigt, umfaßt das Datenpaket einen Vorspann, einen Empfänger-Code, einen Sender-Code, eine Priorität, einen Steuer-Code und einen Fehler-Code. Die Datenübertragungsschaltungen wandelt das derart konfigurierte Datenpaket in Signale um, welche dem Heim-Bus 5 entsprechen.
Wenn die zu übertragenden Daten in Signale in einem Paket umgewandelt werden, welches dem Heim-Bus 5 entspricht, wird der Heim-Bus 5 dahingehend überprüft, ob er in dem Frei-Zustand ist (S50). Wenn der Heim-Bus in dem Belegt-Zustand ist, wartet der Kommunikationssteuerteil während einer bestimmten Zeitdauer (S80), und überprüft dann den Zustand des Heim-Bus 5 erneut (S50).
Wenn sich herausstellt, daß der Heim-Bus 5 in dem Frei-Zustand ist, wird der Heim-Bus 5 während der Belegt-Überprüfungszeitdauer kontinuierlich überprüft, welche durch den Kommunikationssteuerteil 15 bestimmt wird (S70).
In dem Fall, in dem der Heim-Bus 5 innerhalb dieses Vorgangs wieder zurück in den Belegt-Zustand geht, wartet der Kommunikationssteuerteil 15 für eine bestimmte Zeitdauer (S80) und überprüft dann den Zustand des Heim-Bus 5 erneut. Wenn der Heim-Bus 5 während der bestimmten Beleg-Überpräfungszeitdauer kontinuierlich in dem Frei-Zustand ist, überträgt der Kommunikationssteuerteil 15 ein Übertragungssteuersignal an die Datenübertragungsschaltung 13 und überträgt das Datenpaket durch die Schnittstellenschaltung 11 (S90).
Das oben beschriebene Verfahren ist insbesondere nützlich, um, wie dies in 5 dargestellt ist, ein herkömmliches Problem bei dem Datenübertragungsprozeß zu lösen.
5 ist ein Diagramm, welches einen Betrieb zeigt, auf welchen das Kommunikationsverfahren zum Unterstützen des Vielfachzugriff mit Leitungsüberwachung/Kollisionserfassung (CSMA/CD) gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
Es wird auf 5 Bezug genommen. Ein erstes übertragendes Peripheriegerät und ein zweites übertragendes Peripheriegerät haben die Vorbereitung zur Datenübertragung abgeschlossen und haben die Belegt-Überprüfung gleichzeitig durchgeführt.
Es sei angenommen, daß das erste übertragende Peripheriegerät eine höhere Priorität hat als das zweite übertragende Peripheriegerät. Dies bedeutet, daß die Belegt-Überprüfungszeitdauer für das erste übertragende Peripheriegerät kürzer ist als die des zweiten übertragenden Peripheriegeräts.
Deshalb wird die Datenübertragung erfolgreich durchgeführt, obwohl das erste übertragende Peripheriegerät und das zweite übertragende Peripheriegerät die Belegt-Überprüfung gleichzeitig durchführen könnten, da die Belegt-Überprüfungszeitdauer, welche dem ersten übertragenden Peripheriegerät zugeordnet ist, eher endet als die des zweiten übertragenden Peripheriegeräts. Während das erste übertragende Peripheriegerät den Heim-Bus 5 benutzt, geht das zweite übertragende Peripheriegerät in den Verzögerungszustand über, wodurch eine Kollision zwischen den beiden Peripheriegeräten vermieden wird.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurde, wird der Fachmann verstehen, daß verschiedene Änderungen an Gestalt und Details hierbei gemacht werden können, ohne von dem Geist und Rahmen der Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, abzuweichen.
Industrielle Anwendbarkeit
Zusammengefaßt, haben das Kommunikationsgerät und das Verfahren zum Unterstützen von Vielfachzugriff mit Leitungsüberwachung/Kollisionserfassung (nachfolgend als CSMA/CD bezeichnet) gemäß der vorliegenden Erfindung folgende Vorteile:
Zunächst kann, wenn eine Mehrzahl von Peripheriegeräten gleichzeitig eine Kommunikation durchzuführen versucht, die Kollision zwischen Daten verhindert werden, und deshalb tritt kein Kommunikationsfehler auf der Kommunikationsleitung auf.
Sodann ist, wenn Daten mit größerer Dringlichkeit übertragen werden sollen, deren Datenübertragungsrate sogar größer.

Claims

Kommunikationsvorrichtung zum Unterstützen. von Vielfachzugriff mit Leitungsüberwachung/Kollisionserfassung (CSMA-CD) zur Verwendung mit einem Heim-Netzwerk zum Steuern von Haushaltsgeräten, wobei eine Mehrzahl von Peripheriegeräten (10-i) mit einem Heim-Bus (5) verbunden ist, wobei die Kommunikationsvorrichtung umfaßt: eine Schnittstellenschaltung (11) zum Übertragen und Empfangen von Datenpaketen, indem sie mit dem Heim-Bus (5) verbunden ist; eine Datenübertragungsschaltung (13) zum Umwandeln von Übertragungsdaten, welche von inneren Peripheriegeräten erzeugt werden, in physikalische Übertragungsdaten und weiter zum Ausgeben der Daten an den Heim-Bus (5) durch die Schnittstellenschaltung (11); eine Datenempfangsschaltung (12) zum Bestimmen, ob Daten, welche von anderen Peripheriegeräten durch die Schnittstellenschaltung (11) übertragen werden, in deren eigenem Peripheriegerät empfangen werden, und zum Überprüfen eines gegenwärtigen Zustands des Heim-Bus (5) eine Kollisionserfassungsschaltung (14) zum kontinuierlichen Erfassen eines gegenwärtigen Zustands des Heim-Bus (5) durch die Datenempfangsschaltung (12); und einen Kommunikationssteuerteil (15) zum Steuern von Daten, welche von der Datenübertragungsschaltung (13) ausgegeben werden, und zwar durch Erfassen eines Zustands des Heim-Bus (5), welcher von der Kollisionserfassungsschaltung (14) erfasst wird, und zum Definieren (S10) der Länge einer Belegt-Überprüfungszeitdauer in Übereinstimmung mit einer Priorität für jedes Peripheriegerät, wobei der Heim-Bus (5) in einen Informationskanal und einen Steuerkanal aufgeteilt ist, und wobei jeder Kanal durch ein Paar verdrillter Adern realisiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ausgabedaten, welche in der Datenübertragungsschaltung umgewandelt wurden, einen Vorspann, einen Empfänger-Code, einen Sender-Code, eine Priorität, einen Steuer-Code und einen Fehler-Code umfassen.
Verfahren zum Unterstützen von Vielfachzugriff mit Leitungsüberwachung/Kollisionserfassung (CSMA-CD) in einem Heim-Netzwerksystem zum Steuern von Haushaltsgeräten, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt: Zuordnen einer Priorität zu jedem Peripheriegerät und Definieren einer verschiedenen Belegt-Test-Zeitdauer für die Geräte in Übereinstimmung mit. der Priorität (S10) wenn ein Gerät Daten zu übertragen hat, Vorbereiten der Daten zur Übertragung durch Umwandeln der Daten in ein Signal, um in Übereinstimmung mit einem Heim-Bus zu sein (S40), wobei der Heim-Bus (5) in einen Informationskanal und einen Steuerkanal aufgeteilt ist, und wobei jeder Kanal durch ein Paar verdrillter Adern realisiert ist; wenn der Heim-Bus gegenwärtig in einem Belegt-Zustand ist, Warten während einer bestimmten Zeitdauer und erneutes Überprüfen des Zustands des Heim-Bus und, wenn der Heim-Bus einem Frei-Zustand ist, kontinuierliches Überprüfen, ob der Heim-Bus während der definierten Belegt-Test-Zeitdauer in dem Frei-Zustand ist (S60); und wenn der Zustand des Heim-Bus in den Belegt-Zustand wechselt, Warten während einer bestimmten Zeitdauer und nachfolgendes erneutes Überprüfen des Zustands des Heim-Bus und, wenn der Heim-Bus während der definierten Belegt-Test-Zeitdauer kontinuierlich in dem Frei Zustand ist, Übertragen eines Datenpakets (S90).
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Belegt-Test-Zeitdauer für ein Peripheriegerät mit höherer Priorität kürzer definiert ist als die Belegt-Test-Zeitdauer für ein Peripheriegerät mit niedrigerer Priorität.