DE3303862C2 - Datenübertragungseinrichtung - Google Patents

Abstract

Ein lineares Bussystem besteht aus einem Lichtwellenleiter (LWL), an den örtlich verteilt mehrere Prozessoren (P1 bis P5) angeschlossen sind und einem über einen Signalumsetzer (U) an das eine Ende des Lichtwellenleiters angeschlossenen mehradrigen Signalkabel (SK). Die offenen Enden des Lichtwellenleiters (LWL) und des Signalkabels (SK) führen auf einen zentralen Prozessor (ZP). Üblicherweise kommunizieren die Prozessoren über den Lichtwellenleiter; bei einer Unterbrechung des Lichtwellenleiters erfolgt der Datenverkehr zwischen den jeweils an den gleichen Lichtwellenleiterabschnitt angeschlossenen Prozessoren direkt und zwischen den an unterschiedliche Lichtwellenleiterabschnitte angeschlossenen Prozessoren über den Signalumsetzer, die Signalleitungen und den zentralen Prozessor bzw. in umgekehrter Richtung.

Description

ohne daß es aber erforderlich ist, ein gesondertes, dem ersten Bussystem entsprechendes R.edundanzbussystsem vorzuhalten.

Die Erfindung löst diese Aufgab? durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1. Die erfindungsgemäße Datenübertragungseinrichtung ist insbesondere für den Betrieb bereits installierter Anlagen mit Voreil anzuwenden, in denen bisher eine herkömmliche, ggf. überalterte Technik zur Anwendung kommt, die durch neuere Technik ersetzt werden soll; selbstverständlich ist die Erfindung aber auch mit Vorteil bei völlig neu konzipierten Anlagen anwendbar.

Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Datenübertragungseinrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben. Dort sind im wesentlichen diejenigen Merkmale offenbart, die in Anwendung der erfindungsgemäßen Merkmale d«s Anspruchs 1 eine Betriebsfortführung für den Störungsfall, & h. bei aufgetrenntem Bus zulassen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert Dieses Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Anwendung der Erfindung bei einer Einrichtung zur Steuerung des Eisenbahnbetriebes.

Die Zeichnung zeigt schematisch eine Eisenbahnstrecke S mit mehreren entlang der Strecke angeordneten Prozessoren P1 bis PS. Diese Prozessoren sind einzelnen oder auch mehreren Gleiselementen wie z.B. Weichen, Signalen, Bahnübergängen, Blockstellen oder auch nur Gleisfreimeldeeinrichtungen zugeordnet; die Prozessoren können auch anstelle von fernsteuerbaren Betriebsstellen oder Unterstellwerken stehen. Die einzelnen Prozessoren sind über zugehörige Koppelstellen K an einen Lichtleiter LWL angeschlossen. Über diesen Lichtleiter sind sie untereinander sowie mit einem zentralen Prozessor ZP verbunden. Abhängig von der ihnen jeweils zugewiesenen Funktion haben die Prozessoren die Aufgabe, ganz bestimmte Daten vom Lichtwellenleiter abzugreifen und hieraus Steuersignale für die zugeordneten Prozeßelemente abzuleiten, oder aber von diesen Prozeßelementen Meldesignale aufzunehmen und diese in eine für die Übertragung über den Lichtleiter geeignete Form zu bringen. Hierzu kann, muß jedoch nicht in den einzelnen Prozessoren eine Datenverarbeitung stattfinden. Im vorliegenden Ausführungsbeispie! ist davon ausgegangen, daC die für die Prozeßsteuerung erforderliche Datenverarbeitung wenigstens überwiegend in dem zentralen Prozessor ZP stattfindet, und daß die übrigen dezentral angeordneten Prozessoren P 1 bis P5 von diesem zentralen Prozessor über den Lichtleiter LWL mit Daten und Kommandos versorgt werden und selbst Meldungen und Daten an den zentralen Prozessor und ggf. einen oder mehrere der dezentralen Prozessoren abgeben.

Die zum Betrieb der räumlich verteilten Prozessoren verwendete Busstruktur ist linear. Eine solche lineare Busstruktur konnte wegen der bereits geschilderten Zusammenhänge bislang grundsätzlich nicht für den Betrieb von Anlagen verwendet werden, die besonders zuverlässig arbeiten sollten. Statt dessen mußte für den Betrieb derartiger Anlagen bisher eine ringförmige Busstruktur gewählt werden. Die hohen Kosten für die Installation eines Ringbussystems haben aber bisher vielfach verhindert, daß neue Techniken überhaupt zur Anwendung kommen konnten, insbesondere die Anwendung dieser neueren Techniken bei bereits bestehenden, mindestens zum Teil veralteten Anlagen schafft aber erst die Möglichkeit einer wirtschaftlichen Betriebsführung dieser Anlagen.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei allen bereits konzipierten Anlagen für die Steuerung der einzelnen Anlagenkomponenteri mehradrige Kabel zwischen den einzelnen Anlagenkomponentcn verlegt ist, und aufbauend auf dieser Erkenntnis schlägt die Erfindung vor, diese vorhandenen Kabel bedarfsweise in das Bussystem einzubeziehen. Wo diese Kabel nicht vorhanden sind, beispielsweise bei neu zu konzipierenden Anlagen, müssen sie entweder neu installiert werden, oder aber es muß auf zu anderen Zwecken vorhandene Kabel zurückgegriffen werden. Die erfindungsgemäße Einbeziehung dieser Kabel im Störungsfall in das lineare Bussystem erfolgt über den zentralen Prozessor ZP an dem einen und einen Umsetzer £/an dem anderen Ende des linearen Busses. Über diese Elemente werden die über die beiden Buskomponenten Lichtleiter und Kabel zu übertragenden Daten jeweils in die Form gebracht, die für die Übertragung erforderlich ist.
Die Erfindung sieht vor, daß die einzelnen Prozessoren üblicherweise ausschließlich über den Lichtleier betrieben werden, weil die Übertragungsgeschwindigkeit der Daten auf einem Lichtwellenleiter sehr viel höher ist als die Übertragungsgeschwindigkeit über metallene Kabel, auch wenn diese mehradrig ausgebildet sind und die Daten byteweise übertragen werden können. Nur dann, wenn der Lichtleiter unterbrochen ist, soll der aus den Kabeln gebildete Redundanzbus wirksam werden und die Kommunikation zwischen den Prozessoren aufrechterhalten. Für das Wirksamschalten des Redundanzbusses ist der Umsetzer U durch entsprechende Steuersignale der ihm benachbarten Prozessoren oder des zentralen Prozessors ZP zu aktivieren; die Verbindung zwischen dem Redundanzbus und dem üblicherweise in die Datenübertragung eingebundenen Lichtleiter-Bus erfolgt also erst nach dem Auftreten und Erkennen einer Störung. Im Störungsfall kommunizieren die an das jeweils gleiche Lichtleiterteil angeschlossenen Prozessoren direkt miteinander. Nur die Kommunikation zwischen den an unterschiedliche Lichtleiterteile angeschlossenen Prozessoren erfolgt über die Kabel sowie den Umsetzer und den zentralen Prozessor.

In Anlagen, bei denen die Datenverarbeitung nicht zentral, sondern dezentral in den einzelnen Prozessoren stattfindet, ist anstelle des zentralen Prozessors ein weiterer Umsetzer vorzusehen, der im Störungsfall die Kabel an das vordere Teilstück des Lichtleiters ankoppelt. Dieser Umsetzer kann vorteilhaft Bestandteil eines zentralen Steuerbausteines sein, über den Betriebsanweisungen, z. B. Stellaufträge, an das Multiprozessorsystem gegeben werden.

Die vorliegende Erfindung zeigt einen Weg, wie durch sinnvolle Verquickung neuester Technik mit bereits vorhandener Technik die bei Anwendung dieser neuesten Technik üblicherweise auftretenden erheblichen Investitionskosten auf ein erträgliches Maß gesenkt werden können und trägt damit zur Anwendung und Fortentwicklung des technischen Fortschrittes bei.

Die Erfindung ist selbstverständlich mit Vorteil auch bei allen völlig neu zu konzipierenden Anlagen anwendbar. Für den Redundanzbus müssen dabei entweder Kabel neu verlegt werden, oder es wird hierfür auf zu anderen Zwecken vorhandene Leitungen, z. B. Fernmeldeleitungen, zurückgegriffen. Für das Ein- und Auskoppein von Daten in und aus solchen Leitungen sind geeignete Koppelbausteine zu verwenden.

Durch die Bereitstellung eines Redundanzbusses, der im Störungsfall wirksam werden kann, ist ein außeror-

dentlich zuverlässiger Anlagenbetrieb möglich. Für den Redundanzbus kann ein gegenüber dem normalerweise aktivierten Bus mindestens hinsichtlich der Übertragungsgeschwindigkeit niederwertigerer Bus zur Anwendung kommen; dies wirkt sich günstig auf die Erstellungskosten eines Multiprozessorsystems aus, insbesondere bei räumlich weit voneinander entfernten Prozessoren, und insbesondere dann, wenn ein solcher Bus bereits vorhanden ist

Um die Zuverlässigkeit des Systems weiter anzuheben, kann es vorteilhaft sein, mindestens für den zentralen Prozessor und/oder den bzw. die Umsetzer einen Reserveprozessor bzw. Reserveumsetzer vorzusehen.

Hierzu ! Blatt Zeichnungen

20

30 35 40 45 50 55 60 65

Claims (6)

1 2 of the IEEE, voL 66, No 11, Nov. !978, S. 1504). Patentansprüche: Für die verschiedenen Anwendungsfälle gibt es ver schieden organisierte Busstrukturen, so unterscheidet

1. Datenübertragungseinrichtung bestehend aus man z. B. voll-oder teilvermaschte Netze, in denen jeder mehreren vermittels eines linearen Busses miteinan- 5 Prozessor mit allen übrigen oder wenigstens mit einigen der verbundenen Prozessoren und einer weiteren der übrigen Prozessoren direkt verbunden ist, ferner Übertragungsstrecke, die mit dem Bus zu einer ring- baum- oder sternförmige Verbindungen, bei denen die formigen Struktur zusammengeschlossen ist, da- Prozessoren hierarchisch gegliedert sind, d.h. jeder Produrch gekennzeichnet, daß der Bus als zessor hat Zugriff zu einigen oder auch allen der in der Lichtleiter (LWL) ausgeführt ist, über den im Nor- 10 nächstniedrigeren Hierarchieebene angesiedelten Promalfall eine serielle Datenübertragung zwischen den zessoren sowie zu einem Prozessor der nächsthöheren Prozessoren (P 1 bis PS) erfolgt und daß die weitere Hierarchieebene, sowie ringförmige und lineare Bussy-Übertragungsstrecke ein mehradriges Kabel (SK) sterne. Beim linearen und beim Ringbussystem kann jedarstel.lt, das über vorzugsweise in beiden Rieh tun- der Prozessor mit jedem anderen kommunizieren. Vorgen zu beireibende Parallel/Serien-Wandler (U, ZP) 15 teil eines gemeinsamen Busses gegenüber einem ganz an die beiden Enden des Lichtleiters (LWL) ange- oder teilweise vermaschten Netz besteht darin, daß das schlossen ist und über das im StörungsfaU, d. h. bei aus mehreren Prozessoren bestehende System jederzeit Störung der Übertragung über den Lichtleiter, eine ohne Mühe erweitert und vervollkommnet werden parallele Datenüberragung mittels elektrischer Si- kann. Auch von der Konstenseite her spricht vieles für gnale in Verbindung mit noch ungestörten Teilen 20 die Anwendung eines gemeinsamen Busses insbesondedes Lichtleiters (L WL) erfolgt re beim Betrieb eines aus geographisch verteilt ange-

2. Datenübertragungseinrichtung nach Anspruch ordneten Prozessoren aufgebauten Anlagenkomplexes. 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mehradrige Ka- Bei Anlagen, die hinsichtlich Sicherheit und Zuverläsbel (SK) in einer gesonderten Trasse verlegt ist sigkeit des Betriebes gesteigerten Anforderungen genü-

3. Datenübertragungseinrichtung nach Anspruch 25 gen müssen, kommt bislang als einzig mögliches ge-1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Steuern meinsames Bussystem ein ringförmiges System in Frader dezentralen Prozessoren (P 1 bis PS) ein zentra- ge, weil nur dieses für den FaI! einer L=itungsunterbreler Prozessor (ZP) vorgesehen ist, und daß dieser chung die Möglichkeit bietet, durch Umkehr der Überzentrale Prozessor die Funktion eines Umsetzers tragungsrichtung den Datenverkehr fortzuführen. Die beinhaltet und bei Unterbrechung des Lichtleiters 30 Gestehungskosten für ein Ringbussystem sind aber auf (L WL) die für ihn nicht mehr über diesen erreichba- jeden Fall höher als die für ein lineares Bussystem, insren Prozessoren (z. B. P 4, PS) über das Kabel (SK) besondere wenn die Forderung besteht, daß der hin- und den Umsetzer (U) steuert und überwacht sowie und zurücklaufende Teil des Ringbusses voneinander ggf. den Datenaustausch zwischen den an unter- getrennt zu verlegen ist Diese Forderung wird häufig schiedliche Teile des Lichtleiters angeschlossenen 35 gestellt damit im Störungsfall, d. h. bei Unterbrechung Prozessoren (P 1 bis P3 und PA, PS)organisiert des Busses, von dieser Unterbrechung nur ein Teil des

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, Ringbusses, nicht aber beide Teile gleichzeitig betroffen dadurch gekennzeichnet daß die Umsetzer (U, ZP) sind.

Pufferspeicher aufweisen für die Anpassung der un- Es ist bereits bekannt, mehrere voneinander unab-

terschiedlichen Datenübertragungsgeschwindigkei- 40 hängige Dussysteme untereinander zu koppeln oder ne-

ten auf dem Kabel (SK) und dem Lichtleiter (L WL). ben einem ersten ein zweites Bussystem bereitzuhalten,

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, über das die Prozessoren kommunizieren können (Elekdadurch gekennzeichnet daß den Umsetzern (U, ZP) tronik 3/12.1.1982, S. 53 bis 60). Die Kopplung erfolgt Reserveumsetzer beigeordnet sind. entweder über gesonderte Koppelprozessoren oder

45 über die das Prozessorsystem bildenden Prozessoren

selbst. Aufgabe dieser Prozessoren ist es, eine Verbindung zu schalten zwischen jeweils zwei an sich unabhängigen und gleichartigen Bussystemen. Ein Vorteil

,- Die Erfindung bezieht sich auf eine Datenübertra- derartiger Anordnungen ist der, daß über die einzelnen rs gungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentan- 50 Bussysteme gleichzeitig Daten übermittelt werden kön-F spruchs 1. nen was sich günstig auf die Übertragungsgeschwindig-Aus Elektronik 1979, Heft 17, Seiten 28 bis 30 ist ein keit auswirkt Kann jeder Prozessor mit jedem anderen ν Multi-Mikroprozessor- oder Multi-Mikrocomputersy- Prozessor über mehrere Bussysteme kommunizieren, so stern bekannt, bei dem eine Vielzahl von Rechnern, Mi- ist auch bei Unterbrechung eines Bussystems eine weikrocomputern oder anderen Modulen, im folgenden 55 tere Datenübertragung möglich,
einheitlich als Prozessoren bezeichnet über zugehörige Ferner ist es bekannt, eine zentrale Busverwaltung Ein/Ausgabe-Schnittstellen an Bussystemen ange- einzurichten, über die die einzelnen Prozessoren die schlossen sind, über die zwischen ihnen Daten übertra- Busbenutzung zugewiesen bekommen (IEEE Transacgen werden. tions on Communications., Vol. COM-22, No.

6, June Das für die Übertragung von Daten zwischen den 60 1974, S. 742 bis 751 und IBM Technical Disclosure Bulleeinzelnen Prozessoren jeweils vorgesehene Bussystem tin. Vol. 19, No. 10, March 1977, S. 3824 bis 3828).
besteht meist aus mehreren voneinander isolierten Lei- Aufgabe der Erfindung ist es, eine Datenübertratungen, über die die Daten byteweise seriell übertragen gungseinrichtung für ein über ein lineares Bussytem bewerden. Es ist aber auch bekannt, die Daten bitseriell triebenes Multiprozessorsystem anzugeben, das den erüber nur eine einzige Leitung zu übertragen. Hierfür 65 höhten Zuverlässigkeitsanforderungen eines Ringbusbieten sich Lichtleiter an, weil bei ihnen die Übertra- systems gerecht wird, d. h. im Störungsfall bei einer Ungungsrate sehr viel höher liegt als bei metallischen Lei- terbrechung des linearen Busses eine Weiterführung tern und weil sie weniger störanfällig sind (Proceedings des Datenverkehrs zwischen den Prozessoren zuläßt,