DE19513315C2 - Segmentierbares Ethernet-Bussystem - Google Patents

Segmentierbares Ethernet-Bussystem

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Description

Die Erfindung betrifft ein segmentierbares Ethernet-Bussystem zur redundanten Vernetzung von Single-Port-Stationen.
Es ist allgemein bekannt, redundant vernetzbare Stationen mit einer entsprechenden Anzahl Netzschnittstellen in Form von Netzwerkadaptern auszustatten. Dabei besteht grundsätzlich das Problem, daß sogenannte Single- Port-Stationen Geräte und Einrichtungen umfassen, die aufgrund ihrer physischen und/oder logischen Architektur zur Aufnahme und/oder Einbindung von zwei oder mehr für sich bekannten Netzwerkadaptern ohne Eingriffe in standardisierte Schnittstellen ungeeignet sind.
Aus dem Prospekt "MultiNet Modular Multi-Media Networking" der Firma LANNET DATA COMMUNICATIONS LTD. ist bekannt, Single-Port-Stationen über redundante Transceiver, die über Sternkoppler miteinander verbunden sind, zu vernetzen. Diese Vernetzungsart ist jedoch mit einer Reihe von Nachteilen behaftet, die im wesentlichen darin bestehen, daß als Netzwerktopologie zwingend Sternstruktur vorgegeben ist, die Übertragungsmedien auf Twisted-Pair und Glasfaser beschränkt sind und neben der redundanten Verkabelung weitere Einrichtungen wie Sternkoppler und deren Zubehör redundant auszuführen sind.
Insbesondere in umfangreichen, räumlich verteilten dezentralen Netzwerken wird der mediale Aufwand für die Vielzahl von Punkt-zu-Punkt-Verbindungen störend. Darüber hinaus stellt das verwendete synchrone Übertragungsverfahren eine einschränkende Abweichung von dem für sich standardisierten Ethernet dar, so daß eine bedarfsgerechte Skalierung des Netzwerkes zwingend hersteller- und produktgebunden ist. Dabei wird ein in datenfreien Übertragungsperioden gesendetes Ruhesignal als Kennzeichen für einen funktionsfähigen aktuellen Übertragungskanal angenommen.
Aus der Patentschrift US 5.056.090 ist eine Datenübertragungseinrichtung zum Anschluß an gemultiplexte Datenübertragungsleitungen bekannt, bei der eine zentrale Verarbei­ tungseinrichtung zur Steuerung von Aktoren und zur Meßwertaufnahme von Sensoren mit separaten Mitteln zum empfangsseitigen und senderseitigen Anschluß an redundante Übertragungsleitungen ausgestattet ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ethernet-Bussystem zur redundanten Vernetzung von Singl-Port-Stationen anzugeben, das medien- und topologieunabhängig sowie vollständig standardkonform ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Weitergehende Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 6 beschrieben.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die dazu erforderlichen Figuren zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines redundanten Bussystems mit angeschlossenen Single-Port-Stationen,
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Multiplexers,
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Überwachungseinheit.
Gemäß Fig. 1 sind für ein Segment 1 eines Ethernet-Bussystems zur redundanten Vernetzung von Singl-Port-Stationen 20 zwei Leitungen 11 und 12 vorgesehen, die zumindest teilsegmentweise parallel angeordnet sind. Jede der Leitungen 11 und 12 ist physisch ein Segment 1 eines für sich bekannten Ethernet-Busses gemäß den Spezifikationen des IEEE 802.3-Standards und als solche segmentübergreifend und topologieunabhängig erweiterbar und verbindbar.
Zum Anschluß der Singl-Port-Stationen 20 an die beiden Leitungen 11 und 12 sind Multiplexer 31 und 32 vorgesehen, die geeignet sind, die Netzschnittstelle 21 der Single-Port- Station 20 vorgebbar mit jeweils einer der Leitungen 11 und 12 des Segmentes 1 des Ethernet-Bussystems zu verbinden. Die Multiplexer 31 und 32 sind adressierbar und als solche aktive Netzteilnehmer, die durch mindestens eine adressierbare Überwachungseinheit 33 in demselben Segment, die gleichwohl aktiver Netzteilnehmer ist, steuerbar sind.
Die Multiplexer 31 und 32 bestehen gemäß Fig. 2 logisch aus einer Umschalteinrichtung 301 und einer Umschaltsteuereinrichtung, die eine zentrale Verarbeitungseinheit 303, im folgenden ZVE genannt, umfaßt, die mit jeder Leitung 11 und 12 jeweils über ein Dual-Ported-RAM 302 und einen Ethernet-Chip 304 verbunden ist. Die Umschalteinrichtung 301 und die Umschaltsteuereinrichtung 302, 303 und 304 sind logisch und physisch der Übertragungsstrecke zugeordnet. Das bedeutet, daß die Multiplexer 31 und 32 und die redundanten Leitungen 11 und 12 sowohl für auf den Single-Port- Stationen 20 ablaufenden Applikationen als auch für das logische Netzwerk- Management völlig transparent sind. Weiterhin ist die ZVE 303 mit einem Steuereingang der Umschalteinrichtung 301 verbunden. Die ZVE 303 umfaßt Mittel zum Empfangen, Senden, Speichern und Verarbeiten von Informationen. Optional kann die ZVE 303 mit Mitteln zur Fernkonfiguration und/oder Fernabfrage ausgestattet sein.
Die Überwachungseinheit 33 weist gemäß Fig. 3 eine ZVE 303 auf, die mit jeder Leitung 11 und 12 jeweils über einen Dual-Ported-RAM 302 und einen Ethernet-Chip 304 verbunden ist.
In besonderer Ausgestaltung der Erfindung bilden die Überwachungseinheit 33 und die Umschaltsteuereinrichtung eines Multiplexers 31, 32 eine physische Einheit. Der physische Aufbau einer derartig kombinierten Einrichtung ist identisch mit dem in Fig. 2 gezeigten. Im Gegensatz zum Multiplexer 31, 32 verfügt die ZVE 303 der kombinierten Einrichtung über Mittel zur Abarbeitung der Arbeitsschritte der Überwachungseinheit 33 und des Multiplexers 31, 32.
Während der Initialisierung wird durch die Überwachungseinheit 33 die Übertragungsgüte auf den Leitungen 11 und 12 bewertet und einer der Leitungen 11 und 12, deren Übertragungsgüte eine vorgegebene Schranke übersteigt, als aktive Leitung zur Datenübertragung zwischen den Single-Port-Stationen 20 vorgegeben. Die andere Leitung wird als Ersatzleitung bestimmt.
Diese Vorgabe wird unter Adressierung aller Multiplexer 31 und 32 des Segmentes 1 auf eine der Leitungen 11 oder 12 über das Bussystem versandt.
Die Multiplexer 31 und 32 empfangen die Datenströme beider Leitungen 11 und 12 und somit auch die Vorgabe der Oberwachungseinheit 32 über die aktive Leitung. Basierend auf dieser Vorgabe verbinden alle Multiplexer 31 und 32 des Segmentes 1 die jeweilige Netzschnittstelle 21 der angeschlossenen Single-Port-Station 20 mit der vorgegebenen aktiven Leitung.
Während des laufenden Betriebes wird die Übertragungsgüte auf den Leitungen 11 und 12 ständig überwacht. Sinkt die Übertragungsgüte auf der aktiven Leitung unter eine vorgegebene Schranke, wird die Ersatzleitung zur aktiven Leitung bestimmt. Die Überwachungseinheit 33 versendet unter Adressierung aller Multiplexer 31 und 32 des Segmentes 1 die Vorgabe der aktuellen aktiven Leitung, infolgedessen alle Multiplexer 31 und 32 des Segmentes 1 die jeweilige Netzschnittstelle 21 der angeschlossenen Single-Port-Station 20 mit der aktuell aktiven Leitung verbinden.
Die angeschlossenen Single-Port-Stationen 20 umfassen sowohl Datenendgeräte als auch Mittel zur Verbindung weiterer Segmente beliebiger Topologie desselben Bussystems, wie Bridges, Routers, Hubs oder Fan-Out-Units. Darüber hinaus sind redundante Segmente 1 des Ethernet-Bussystems leitungsweise über Bridges verbindbar.
Zur Ermittlung der Übertragungsgüte wird in den Multiplexern 31 und 32 mindestens die Anzahl der übertragenden Informationseinheiten je Zeiteinheit, die Anzahl der Kollisionen pro Zeiteinheit, die Anzahl der Wiederholungen bei der Übertragung einer Informationseinheit oder Fortbestand der Verbindung zwischen der Überwachungseinheit 33 und einer Umschalt­ einrichtung 301 erfaßt und über die Ersatzleitung an die adressierbare Überwachungseinheit 33 gemeldet.
Bezugszeichenliste
1 Bussystem
11, 12 Leitungen
20 Single-Port-Stationen
21 Netzschnittstelle
31, 32 Multiplexer
33 Überwachungseinheit
301 Umschalteinrichtung
302 Dual-Ported-RAM
303 zentrale Verarbeitungseinrichtung
304 Ethernet-Chip

Claims (6)

1. Segmentierbares Ethernet-Bussystem zur redundanten Vernetzung von Single-Port- Stationen dadurch gekennzeichnet, daß zwei Leitungen (11, 12) zumindest teilsegmentweise parallel angeordnet sind und daß zum Anschluß der Single-Port-Stationen (20) an die beiden Leitungen (11,12) als aktive Netzteilnehmer adressierbare bidirektionale Multiplexer (31, 32) vorgesehen sind, die durch mindestens eine als aktiver Netzteilnehmer adressierbare Überwachungseinheit (33) steuerbar sind.
2. Ethernet-Bussystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplexer (31, 32) logisch aus einer Umschalteinrichtung (301) und einer Umschaltsteuereinrichtung (302, 303, 304) besteht.
3. Ethernet-Bussystem nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung (301) und die Umschaltsteuereinrichtung (302, 303, 304) logisch und physisch der Übertragungsstrecke zugeordnet sind.
4. Ethernet-Bussystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltsteuereinrichtung (302, 303, 304) an die beiden Leitungen (11, 12) adaptiert ist.
5. Ethernet-Bussystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung (33) an beiden Leitungen (11, 12) eines Segmentes (1) adaptiert ist.
6. Ethernet-Bussystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung (33) und die Umschaltsteuereinrichtung (302, 303, 304) eine physische Einheit bilden.
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