DE3012438A1

DE3012438A1 - Daten-uebertragungs-system

Info

Publication number: DE3012438A1
Application number: DE19803012438
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Nishinaga; Fumihiko Takezoe
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1979-04-06
Filing date: 1980-03-31
Publication date: 1980-10-16

Description

Daten-8bertragungs-System
Die Erfindung betrifft Ubertragungasysteme, insbesondere solche Systeme, die für die Daten-Übertragung eingesetzt werden.
Datennetze oder Vielfachleitungen sind von steigender Wichtigkeit in Handel und Industrie.
Der zunehmende Einsatz elektronischer Systeme im Bankenverkehr ist ein zusätzlicher Gesichtspunkt bei der Beurteilung der Notwendigkeit für Genauigkeit und Zuverlässigkeit in Datennetzen. Wenn im üblichen System in der Nähe einer Station ein Fehler auftritt, ist diese Station unterbrochen und bis zur Wiederherstellung der Leitung unbrauchbar. Dieses Problem wurde dadurch zu lösen versucht, daß das System mit Redundanz ausgestattet wurde, z. B. durch die Bereitstellung mehrerer Leitungen. Die Kosten solcher Systeme, insbesondere solcher mit fest zugeordneten Fernleitungen oder Mittelwellensystemen, werden untragbar. Ein einfaches Schleifensystem löst das Problem nicht, da, wenn ein Fehler auftritt, die Unstetigkeitsstelle Fehlersignale erzeugt, die ihre Ursache in den Signalreflexionen haben, die dort, wo der Fehler auftritt an der nicht abgeschlossenen oder unkorrekt abgeschlossenen Leitung entstehen.
Es ist deshalb das grundsätzliche Ziel dieser Erfindung, die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zu überwinden.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Übertragungsnetz anzugeben, welches im Falle eines Fehlers in den Leitungen des Netzes selbständig Diagnose und Mängelbeseitigung durchführt.
Die Erfindung ist durch die Merkmale der Ansprüche gekennzeichnet.
Die Stationen eines Netzes werden über ein Leiterbündel oder dessen entsprechende Mikrowellenstrecken in einer ringförmigen Konfiguration verbunden. Wenn an irgend einer Stelle des Ringes ein Fehler auftritt, wird er durch eine Schaltung entdeckt, die einen empfangenen Impuls oder eine Impulsfolge mit einer Vergleichs-Gatterschaltung, einem Vergleichs-Impuls oder einer Vergleichs-Impulsfolge vergleicht. Weicht der empfangene Impuls oder die Impulsfolge von der Vergleichs-Gatterschaltung, dem Vergleichs-Impuls oder der Vergleichs-Impulsfolge ab, erzeugt die genannte Schaltung ein Fehler-Neldesignal zum Auslösen einer Fehlersuch-Betriebsart in jeder der Stationen.
In dieser Fehlersuch-Betriebsart schließt jede der Stationen nacheinander die Leitung in eine Richtung mit ihrer charakteristischen Impedanz ab und sendet in die andere Richtung ein Prüfsignal. Wenn der Stromkreis in der nicht abgeschlossenen Richtung in Ordnung ist, treten keine Reflexionen auf und in dieser Richtung wird kein Fehler festgestellt. Der Leitung treiber wird dann zur Speisung der Leitung in der anderen Richtung umgeschaltet, der Abschlußwiderstand in Richtung der Einspeisung oder Übertragung wird entfernt und ein entsprechender Abschlußwiderstand in der vorher nicht abgeschlossenen Richtung der Leitung eingeschaltet. Wiederum wird, wenn kein Fehler vorliegt, kein unerwünschtes Signal reflektiert und kein Fehler in dieser Richtung festgestellt. In diesem kein Fehler"-Zustand in beiden Richtungen werden die Übertragungsleitungen oder die entsprechenden anderen Einrichtungen in einen Durchschalte-Zustand umgeschaltet ohne jeden künstlichen Abschluß.
Wenn andererseits in einer Richtung ein Fehler vorliegt, werden anormale Signale reflektiert und verursachen aufgrund des Vergleichs mit dem gespeicherten Bezugswert beispielsweise die Erzeugung eines Fehlersignals, welches als "1" in einem Register gespeichert werden kann und welches bewirkt, daß die Leitung bis zur Fehlerbehebung automatisch mit einem Widerstand abgeschlossen wird, dessen Wert gleich der charakteristischen Impedanz der Leitung ist. Aufgrund des künstlichen Abschlusses mit der charakteristischen Impedanz und der Ring-Konfiguration des Netzes wird eine genaue und zuverlässige Übertragung zwischen allen Stationen in diesem neu gebildeten Netz ermöglicht.
Zum besseren Verständnis der Erfindung dient die unten stehende Beschreibung in Verbindung mit folgenden Zeichnungen: Fig. 1 zeigt ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Netzes mit ringförmiger Konfiguration in einer ersten Betriebsart; Fig. 2 zeigt ein Schaltbild eines Netzes mit ringförmiger Konfiguration, gemäß Fig. 1 in einer zweiten Betriebsart; Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild einer für die Verwendung in den Netzen nach Fig. 1 und 2 geeigneten Station; Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer Station mit der Fähigkeit zur automatischen Diagnose; Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild einer Station mit manuellen und automatischen Umschaltmöglichkeiten; Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild, welches die Netzkonfiguration für eine erste Diagnoseart darstellt; Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild, welches die Netz-Konfiguration für eine zweite Diagnoseart darstellt; Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild einer alternativen Empfänger-Sender-Konfiguration für dieVerwendung in dem Netz nach Fig. 1; Fig. 9 zeigt ein Blockschaltbild einer weiteren alternativen Empfänger-Sender-Konfiguration für die Verwendung in dem Netz nach Fig. 1; Fig. 10 zeigt ein Blockschaltbild einer Netz-Konfiguration, bei der die Empfänger-Senderanordnung nach Fig. 9 in einer ersten Diagnoseart verwendet wird; und Fig. 11 zeigt ein Blockschaltbild einer Netz-Konfiguration, bei der die Empfänger-Senderanordnung nach Fig. 9 in einer zweiten Diagnoseart verwendet wird.
In Fig. 1 besteht das Übertragungnetz 10 aus einer Übertragungsleitung 12, sowie einer Rückleitung 14 über welche mehrere miteinander kommunizierende Stationen 16, 18 und 20 angeschlossen sind. Diese Stationen können für die vorliegende Betrachtung als Datenübertragungsstationen angenommen werden und die Leitungen 12 und 14 als Daten-Sammelschiene.
Jede der Stationen enthält einen Sender-Empfänger 22, ein Paar zweipoliger Leitungs-Umschalter 24 und 26 und ein Paar von Abschlußwiderständen, von denen jeder einen Wert gleich der charakteristischen Impedanz der Übertragungsleitungen 12 und 14 hat. Die Abschlußwiderstände 28 und 30 werden unabhängig voneinander mit Hilfe der Schalter 24 und 26 an die Übertragungsleitung 12 angeschaltet.
Mit den in Fig. 1 gezeigten Stellungen der Schalter 24 und 26 sind die Leitungen 12 an beiden Enden mit ihrer charakteristischen Impedanz abgeschlossen und die Rückleitung 14 ist vom Netz abgetrennt. In dieser Konfiguration ähnelt das Netz 10 sehr einem gebräuchlichen Datennetz bzw. einer Datensammelschiene und die Ausbildung eines Fehlers in der tybertragungsleitung 12 (ohne die erfindungsgemäßen automatischen Neu-Konfigurationseigenschaften) führt zum Verlust der Verbindung zwischen mindestens einer der Stationen des Netzwerks und den übrigen Stationen.
Wenn nach Fig. 2 beispielsweise zwischen den Stationen 16 und 18 ein Fehler (X) entsteht und die Schalter 24 und 26, die in den Stationen 16, 18 und 20 gezeigten Schaltstellungen einnehmen, werden die Stationen 16 und 18 End-Stationen, die durch die Widerstände 30 und 28 korrekt abgeschlossen sind und über die Rückleitungen 14 in der Lage sInd, sowohl miteinander, als auch mit allen anderen Stationen des Netzes in Verbindung zu treten. Außerdem gibt es keine unerwünschten Signale, welche normalerweise entstehen, wenn ein Fehler auftritt und die Signale Unstetigkeiten in der Impedanz "sehen.
Bekanntlich erzeugen solche Unstetigkeiten Reflexionen oder Echos, die bei der Datenübertragung unerwünschte Informationen darstellen und sogar Sprechübertragungen erschweren.
Die automatische Neu-Konfiguration des Netzes 10 im Fehlerfalle kann mit der Schaltung nach Fig. 3 erzielt werden, die die in jeder der Stationen vorhandenen Funktionen darstellt.
Zuerst kann das Auftreten eines Fehlers entlang der Übertragungsleitung durch übliche Maßnahmen festgestellt werden, z. B. wie folgt: Jede Übertragung von Daten zwischen den Stationen umfaßt auch die Übertragung eines den zu übertragenden Daten vorangestellten Prüfsignals. Das Prüfsignal kann ein digital codiertes Signal sein, das aus einer Reihe von Impulsen aus dem Prüfsignalgenerator 50, mit dem jede Station ausgerüstet ist, besteht. Ein solches Prüfsignal wird vom Sender oder Treiber 52 der Station in Abhängigkeit von einem Signal aus dem Zeitsignalgenerator 54 ausgesendet und vom Empfänger 60 der anderen Stationen empfangen. Wenn irgendwo entlang der Übertragungsleitung 12 in einer der Richtungen 56 oder 58 eine Fehlstelle existiert, wird das Prüfsignal von dieser Stelle reflektiert und durch Änderungen der Impulsbreite, der Impulszahl und/oder der zeitlichen Lage der Impulse verstümmelt. Diese verstümmelten Signale werden durch die Empfänger 60 in jeder Station des Netzes empfangen und zu einem Fehlerdetektor 62 weitergeleitet, der für eine vorgegebene Zeit nach dem Aussenden eines Prüfsignals aktiviert wird. Der Fehlerdetektor 62 enthält beispielsweise ein Paar Register und einen Komparator. In einem Register ist das richtige Prüfsignal in binärer Form gespeichert. Wenn das vom Fehlerdetektor 62 empfangene Prüfsignal von dem gespeicherten Bezugaprüfsignal abweicht, wird am Anschluß 64 ein Ausgangssignal erzeugt, welches das Auftreten eines Fehlers irgendwo entlang der Übertragungsleitung anzeigt und den Zeitsignalgenerator 54, sowie die Schalteinrichtung 66 veranlaßt, in einen Diagnose- oder Such-Betriebszustand überzugehen.
Auf diese Weise wird beim Auftreten eines Fehlers jede Station des Netzes in eine solche Betriebsart gebracht.
Der Zweck dieser Diagnose- oder Such-Betriebsweise ist es, die Fehlerstelle in Bezug auf die beiden benachbarten Stationen zu lokalisieren. Die Neu-Konfiguration oder Korrektur des Netzes ergibt sich direkt aus den Ergebnissen des Diagnosebetriebes, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist. Diese Betriebsweise findet in allen Stationen gleichzeitig statt. In Fig. 4 kann der Leitungsschalter 70 als ein vierpoliger Umschalter mit den Schaltstükken 72, 74, 76 und 78 (oder gleichwertige Halbleiter) ausgebildet sein. Schalter 80 ist ein zweiter vierpoliger Umschalter für Übertragungsleitungen mit den Schaltstücken 82, 84, 86 und 88 oder gleichwertigen Halbleitern. Die in Fig. 4 gezeigte Schaltstellung ist die für den normalen fehlerfreien Zustand der Übertragungsleitung 12. Signale zu dem oder aus dem Empfänger-Treiber (oder Empfänger-Sender) 22 fließen ungehindert in beiden Richtungen 56 und 58 die Leitung 12 entlang.
Wenn durch den Fehlerdetektor 62 ein Fehler-Neldesignal erzeugt wird, wird Schalter 70 betätigt und bringt die Schaltstücke 72, 74, 76 und 78 in die durch gestrichelte Linien angegebenen Lagen in Fig. 4. Schalter 80 bleibt in seiner normalen Stellung. Als Ergebnis hiervon wird die Übertragungsleitung 12 in der Richtung 58 abgeschlossen und der Empfänger-Sender 22 erzeugt ein Prüfsignal, welches iw Richtung 56 ausgesendet werden soll. Dieses Prüfsignal kann ein analoges oder codiertes Signal aus dem Prüfsignalgenerator 50 sein. Wenn in der genannten Richtung kein Fehler besteht, wird der Fehlerdetektor 62 kein Ausgangssignal abgeben und das Register 90 wird im Null-Zustand bleiben. Wenn jedoch ein Fehler festgestellt wird, setzt das Ausgangssignal 1 des Fehlerdetektors 62 das Register 90 in einen Zustand, was bewirkt, daß der Schalter 70 in seine ursprüngliche Lage zurückkehrt. Die Schaltstücke 82, 84, 86 und 88 des Schalters 80 werden in die in Fig. 4 gezeigten durch gestrichelte Linien markierten Stellungen gebracht, in denen sie solange bleiben, bis das Aussenden eines Prüfsignals zeigt, daß der Fehler behoben wurde. Die Übertragungsleitung 12 wird in der Richtung 56 durch den Widerstand 94 abgeschlossen.
Wenn eine Übertragung in die Richtung 56 keinen Fehler feststellt, wird die Schalteinrichtung 66 durch den Zeitsignalgenerator 54 veranlaßt, den Schalter 80 in die durch gestrichelte Linien angedeutete Lage zu bringen, während Schalter 70 in seiner Normallage bleibt. Das'Prüfsignal wird dann in die Richtung 58 ausgesendet und Register 92 wird, wenn kein Fehler vorhanden ist, nicht gesetzt und bleibt im "Null"-Zustand.
Wenn ein Fehler vorhanden ist, wird Register 92 umgeschaltet in den "Eins"-Zustand, welcher die Schalteinrichtung 66 veranlaßt, die Schaltstücke 72, 74, 76 und 78 des Schalters 70 in die gestrichelt angedeutete Lage umzuschalten, während Schalter 80 in seiner Normallage verbleibt. Als Folge hiervon wird die Übertragungsleitung 12 in der Richtung 58 durch den Widerstand 96 abgeschlossen und ist gegenüber dem Netz offen in Richtung 56. Diese Station wird eine End-Station für das Netz.
Mit der voll-automatischen Schalt-Konfiguration nach Fig. 4 können beim Anfahren des Netzes einige Pendelerscheinungen auftreten. Um dieses Problem zu vermeiden, kann die Schaltungsanordnung nach Fig. 5 verwendet werden. In Fig. 5 sind zwei Schaltarme 74 und 76 des Schalters 70 durch einen zweipoligen Schalter 110 ersetzt, der die Schaltstellungen Manuell (M) und Automatik hat. Die zwei Schaltarme 86 und 88 des Schalters 80 sind durch den zweipoligen Schalter 112 ersetzt, der ebenfalls Schaltstellungen manuell (M) und Automatik hat. In der Schaltstellung M sind die Schalter 110 und 112 geöffnet.
Jetzt kann das Hochfahren des Netzes ohne Pendel erscheinungen erfolgen. Nachdem das Netz eingeschaltet worden ist und eine gewisse Zeit für die Stabilisierung verstrichen ist, werden die Schalter 110 und 112 aus der Schaltstellung M in die Schaltstellung für automatischen Betrieb umgeschaltet und von da an ist ihre Wirkungsweise wie oben beschrieben.
Die während der Diagnose oder Fehlersuche für die beiden Richtungen 58 bzw. 56 bestehenden Netz-Konfigurationen sind in den Fig. 6 bzw. 7 dargestellt.
Die einzelne Empfänger-SenderBaugruppe 22 in den Fig. 1 bis 7 kann, wie in Fig. 8 gezeigt, durch ein Paar von Sender Empfängerschaltungen ersetzt werden. In diesem Fall dient Sender-Empfänger 120 der Bildung des Fehlersignals in Richtung 58 und Sender-Empfänger 122 der Bildung dieses Signals in Richtung 56.
Fig. 9 zeigt die Schaltungakonfiguration für die automatische Diagnose und Neukonfigurierung für den Fall, daß der Sender (oder Treiber) getrennt vom Empfänger ausgeführt ist. Der Sender oder Treiber 130 ist wieder, wie vorher, über vierpolige Umschalter 70 und 80 an die Übertragungsleitung 12 angeschlossen. Der Empfänger 132 ist über einen zweipoligen Umschalter 134 mit der Übertragungsleitung 12 verbunden.
Die Schalter sind in Fig. 9 so gezeichnet, wie sie im Normalbetrieb vor der Suche irgend eines Fehlers im Netz liegen.
Wird ein Fehler festgestellt, wird Schalter 70 betätigt und die Suche oder Diagnose in Richtung 58 findet statt. Daraufhin kehrt Schalter 70 in seine Normallage zurück und die Schalter 80 und 134 werden in die in Fig. 9 durch gestrichelte Linien angedeuteten Lagen umgeschaltet. In diesem Schaltzustand findet die Untersuchung der Übertragungsleitung 12 in der Richtung 58 statt. Werden keine Fehler gefunden, kehren alle Schalter in ihre Normallage zurück. Wird in Richtung 56 ein Fehler festgestellt, wird die Leitung durch den Widerstand (oder die Impedanz) 96 abgeschlossen. Die Signalübertragung erfolg-t dann weiterhin in Richtung 58 in das Netz.
Umgekehrt schließt, wenn in Richtung 58 ein Fehler festgestellt wird, die Impedanz 94 die Leitung in dieser Richtung ab und die Signalübertragung erfolgt in Richtung 58 nach allen Stationen des Netzes.
Die diesen beiden Betriebszuständen entsprechenden Netzkonfigurationen bei einem Aufbau der Stationen gemäß Fig. 9 sind in den Fig. 10 und 11 dargestellt.
Die Erfindung schlägt demnach ein Übertragungsnetz vor, welches selbständig die Fehlersuche durchführt und selbständig Korrekturmaßnahmen bzw. eine Neu-Konfigurierung vornimmt.
Die in der vorliegenden Anwendung erwähnten Schalt-, Speicher-und Vergleichs-Schaltungen sind üblicherweise sowohl mit diskreten Bauteilen, als auch in Form von I-C erhältlich und deshalb ist es nicht notwendig, hier näher darauf einzugehen.
Die erwähnten Übertragungsleitungen umfassen auch den Draht-Strecken gleichwertige Mikrowellennetze.
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Claims

Patentansprüche 0 Daten-Übertragungs-System, bestehend aus mehreren Stationen und mindestens einer gemeinsamen Übertragungsleitung, vorgesehen für Übertragungen zwischen jedem Paar der Stationen, g e k e n n z e i c h n e t d a d u r c h , daß jede der Stationen mit Einrichtungen zum Abschließen der Leitung versehen ist und mit Einrichtungen zum Schalten von Verbindungen; jede Station beim Auftreten eines Leitungsfehlers automatisch in den an ihr ankommenden Leitungsabschnitten nach der Fehlerstelle sucht, so daß diese schnell gefunden wird; die der Fehlerstelle benachbarten Stationen dann mit Hilfe ihrer Schalteinrichtungen ihre internen elektrischen Verbindungen so umschalten, daß sie zu End-Stationen werden und die normale Übertragung über die Übertragungsleitungen aufrecht erhalten bleibt.
2. Daten-8bertragungs-System nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß jede der Stationen Sendeeinrichtungen zum Senden von Informations-Signalen enthält, Empfangs einrichtungen zum Empfangen der Informations-Signale, Einrichtungen zum Feststellen von Fehlern, Abschlußeinrichtungen, sowie Schalteinrichtungen, die an die Ubertragungsleitung, die genannten Sendeeinrichtungen, die genannten Empfangseinrichtungen, die genannten Fehler-Feststelleinrichtungen, sowie die Abschlußeinrichtungen angeschlossen sind; die Einrichtung zum Feststellen von Fehlern in jeder Station dazu dient, automatisch das Auftreten von Fehlern entlang der Ubertramungsleitung nach einem an sich bekannten Verfahren, festzustellen und dann ein Fehlersignal zu erzeugen; die Schalteinrichtung in jeder Station auf das Fehlersignal so anspricht, daß sie die Ubertragungsleitungen nacheinander während einer ersten Zeitspanne in einer ersten Richtung und während einer zweiten Zeitspanne in einer zweiten Richtung abschließt; die Sendeeinrichtung jeder Station mit einem Prüfsignal-Generator ausgerüstet ist und auf das Fehlersignal mit dem Aussenden eines Prüfsignals während der erwähnten ersten und zweiten Zeitspannen reagiert, so daß das in der Station oder in der benachbarten Station erzeugte Prüfsignal zur Station zurückkehrt, bzw. diese erreicht, und von ihrer Empfangseinrichtung empfangen wird; die Einrichtung zum Feststellen eines Fehlers in jeder Station weiterhin in einer Diagnose-Betriebsart dazu dient, festzustellen, ob der genannte Fehler innerhalb von Abschnitten der Übertragungsleitung, die an die Station anschließen, aufgetreten ist und zwar dadurch, daß das empfangene Prüfsignal mit dem ausgesendeten verglichen wird, so daß in dem Fall, wo diese Signale nicht übereinstimmen, die Fehlersucheinrichtung ein Schaltsignal erzeugt; und dann die Schalteinrichtung so auf das Schaltsignal reagiert, daß sie die Ubertragungsleitung in derjenigen Richtung abschließt, aus der dasjenige Prüfsignalhereinkam, welches vom ausgèsendeten Prüfsignal verschieden war.
3. Daten-2bertragung-System nach Ansprüchen 1 und 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Empfangseinrichtung Speicher zum Abspeichern von Informationen über die Fehlerrichtung, die während des Diagnose-Betriebszustandes gewonnen wurden, enthält, so daß entsprechend dem Ergebnis der Diagnose Maßnahmen der Schalt einrichtung zum Neu-Konfigurieren des Netzes des Übertragungs-Systems stattfinden können.
4. Daten-2bertragungs-System nach Ansprüchen 1, 2 oder 3, g e k e n n z e i c h n e t d a d u r c h , daß die genannte Übertragungsleitung dann, wenn kein Fehler vorliegt, eine geschlossene Schleife bildet.