DE3314875A1

DE3314875A1 - Verfahren zum zeitlichen einfuegen der informationen aus stationen, teilen eines sternfoermigen ortsnetzes und sternfoermiges ortsnetz zur durchfuehrung des verfahrens zum zeitlichen einfuegen von informationen

Info

Publication number: DE3314875A1
Application number: DE19833314875
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre 77680 Roissy Arragon
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1982-04-30
Filing date: 1983-04-25
Publication date: 1983-11-03
Also published as: FR2526250B1; JPS58221543A; US4761799A; GB2120503A; FR2526250A1; GB8311432D0; GB2120503B

Description

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Verfahren, zum zeitlichen Einfügen der Informationen aus Stationen, Teilen eines sternförmigen Ortsnetzes und sternförmiges Ortsnetz zur Durchführung des Verfahrens zum zeitlichen Einfügen von Informationen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum zeitlichen Einfügen von Informationen in einem Kommunikationsnetz mit sternförmiger Struktur, das eine Vielzahl von Stationen enthält, wobei der Informationsaustausch zwischen den Stationen in einem Rahmen organisiert ist, der aus zumindest soviel Zeitfeldern zusammengesetzt ist, wie es sich an dem Informationsaustausch beteiligende · Stationen gibt, welches Verfahren zum zeitlichen Einfügen von Informationen aus den Stationen weiter eine Initierungsphase zum Phasenregeln der Taktimpulse der Stationen und eine Zeiteinfügungsphase enthält, die die Ausgabe eihes Synchronisationsworts von einer der Stationen des Netzes sowie die Festsetzung der zeitlichen Lage einer jeden Station in dem ihr zugeordneten Zeitfeld umfaßt.

Ein derartiges Verfahren wird in einem in US-PS 3 *tl8 579 beschriebenen Kommunikationsnetz durchgeführt. Dieses Netz enthält η Stationen, die miteinander über einen Satelliten kommunizieren, die den Mittelpunkt für den Informationsaustausch zwischen den Stationen bilden. Dieser Informations-austausch ist in einem Rahmen mit einer Zeitdauer T organisiert, welcher Rahmen aus Zeitfeldern besteht. Jede Station besitzt ihr eigenes Zeitfeld. Nach der Initierungsphase gibt eine mit Meisterstation bezeichnete Station ein Synchronisationswort aus, das von allen anderen Stationen identifiziert wird. Also führt jede Station eine zeitliche Bestimmung der Einfügung in bezug auf das Synchronisationswort aus und setzt ihre zeitliche Lage im zugeordneten Zeitfeld fest.

Um nicht auf ein Zeitfeld einer anderen Station überzugrei-

fen, ist in jedem Zeitfeld ein Intervall mit der Bezeichnung SchutzintervalJ. vorgesehen.

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I¹, i μ NiU-hl-c'il (Ι<>Μ iu <1<·ι· Ι(('Γ.Ηΐ,«,<··/·,ί)ΐζΐ!ηοΜ uiner ϊ kau Ischen Patcritachrirt beschriebenen Verfahrens besteht darin, daß dieses in. jedem Zeitfeld vorgesehene Zeitintervall jeweils eine Zeit darstellt, irt der das Netz nicht benutzt wird und detnzufolge eine Reduzierung der Verkehrsdauer im Netz bedeutet.

Der Erfindung lie-gjfc die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum zeitlichen Einfügen von Informationen anzugeben, bei dem sich die Verwendung von Schutzintervallen erübrigt.

Diese Aufbtxbe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Verfahren in einem Ortsnetz durchgeführt wird, in dem jede Station über einen Verbinder mit dem Netz verbunden ist, daß das Verfahren pin.« Meßphase umfaßt, die von jeder einzelnen Station vor der ICirifügungsphase durchgeführt wird und die Messung der Hin- und Rücklaufzeit zwischen der betreffenden Station und dem Verbinder umfaßt. Da für jede Station die Hin- und Rücklaufzeit zwischen der Station und dem Verbinder gemessen wird, kann die Laufzeit bei der Ausstrahlung einer Information von der Station berücksichtigt und dieser Laufzeit vorangehend ausgestrahlt werden. Auf diese Weise kommt die ausgestrahlte Information auf dem Niveau des Verbinders in dem Augenblick an, in dem das zugeordnete Zeitfeld in der Station vorhanden ist, so daß eine genaue Pestsetzung für jede Station in dem ihr zugeordneten Zeitfeld möglich ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zum zeitlichen Einfügen von Informationen nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Laufzeit in mehreren Stufen erfolgt

(a) die Ausgabe eines Wortes von einer Station zum Verbinder und den gleichzeitigen Start eines Zeitzählers;

(b) den Empfang dieses Wortes im Verbinder und die Neuausstrahlung des Wortes vom Verbinder zur erwähnten Station;

(c) den Empfang des Wortes in der erwähnten Station und das Anhalten des Zeitzählers;

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(d) die Entnahme deä vom Zeitzähler angegebenen Wertes und die Speicherung dieses Wertes.

Die Messung der Hin- und Rücklaufzeit zwischen der Station und dem Verbinder erfolgt auf diese Weise relativ einfach.

Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Kommunikationsnetz zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein derartiges Kommunikationsnetz ist dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Station ein Zähler für die Messung der Hin- und

Rücklaufzeit zwischen der betreffenden Station und dem Ver- ^»\ binder vorgesehen ist.

Im Gegensatz zu den großen Netzwerken vom Typ Euronet oder Transpac hat ein Ortsnetz einen geographisch bedingten Bereich (höchstens einige Kilometer), wodurch einerseits die Möglichkeit einer sehr hohen Austauschgeschwindigkeit der Informationen zwischen den Stationen und zum anderen einfacher Verbindungsstrukturen vom Bus-Typ gegeben sind und eine Optimierung der Kommunikationen und die Verteilung der Hilfseinrichtungen (periphere Geräte, Datenbanken, ·..) auf verschiedene, geographisch in der Organisation angeordnete Dialoganwendungen ermöglicht wird.

'*"**' 25 Die sternförmige Struktur, deren Einfügung auf diese Weise erfolgt, hat einige Vorteile, wenn die Anzahl der Stationen des Netzes verhältnismäßig hoch ist: (l) die Informationen brauchen zum Erreichen der Zielstation nicht alle Stationen zu durchqueren; (2) die zur Anzahl der Stationen in einem schleifenförmigen Bus proportionalen Verluste sind nur der Logarithmus dieser Anzahl in einem sternförmigen Bus. Zum Schluß kann bei Versagen einer Station mit Sternstruktur eine andere Station den Betrieb sofort übernehmen, und es

gibt also keine Unterbrechung in der Übertragung. 35

Ein Ausführungsbeispiel dor Erfindung wird nachstehend

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anhand dor Zeichnung naher boschrieben.. Εκ zeigen:

Fig. 1 schematisch den allgemeinen Aufbau eines Informationssystems für Zeitverschachtelungsübertragung und für υ Datenverarbeitung in konzentrischen Funktionsschichten, in welchem System das Verfahren zum zeitlichen Einfügen der Informationen der Stationen nach der Erfindung durchgeführt wird,

Fig. 2 die Konfiguration eines sternförmigen Busses,

Fig. 3 einige Diagramme zur Erläuterung des zeitlichen Zusammenhangs zwischen den Stationen und dem Verbinder über den Bus,

Fig- 4b eine Einfügungsschaltung zum zeitlichen Einfügen einer Station.

In Fig. 1 ist ein Orts-Kommunikationsnetz mit Sternstruktür dargestellt. Dieses Sternnetz enthält mehrere Ortssysteme SL , SL , ..., SL., usw. sowie für die Kommunikation zwischen diesen Ortssystemen eine Kombination von drei Funktionsschichten in konzentrischer Anordnung mit den Bezeichnungen Koordinationsschicht 10, Kommunikationsschicht 12, Übertragungsschicht lk und in der Mitte dieser drei Schichten befindet sich das bereits genannte Kommunikationsnetz l6 oder auch der Datenumlaufbus.

Die Koordinationsschicht 10 wird mit Zwischenkommunikations-Prozessoren 11 mit spezialisierter Hardware und Software betrieben, die unter mehr für die entsprechende Durchführung der verschiedenen Koordinations-, Kommunikations-, Steuer-, Initierurigs- Funktionen in den jeweils zugeordneten Ortssystemeri SL., SL₀, ·.., SL. ..„ sorgen. Die Kommunikationsschicht 12 xvird mit den Ortssystemen jeweils zugeordneten Kommuriikatiorismoduln 13 betrieben und enthält

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gleichfalls spezialisierte Hardware und Software, die die Kommunikationsprotokolle zwischen diese Ortssystemen überwachen, d.h. zum Beispiel die Mittel zum Herstellen der logischen Verbindungen, die Datenausgabe steuern, im allgemeinen Ereignisse auf dem Niveau eines jeden Ortssystems SL. darstellen, Fehler orten. Die Übertragungsschicht lk enthält Übertragungsmuduln 15, einen Sternbus l6 und einen Verbinder 17, wobei diese Moduln 15 selbst spezialisierte Hardware und Software zum Aufrechterhalten der Synchronisation zwi-

^, sehen den Kommunikationsmöduln 13 und dem Bus l6, zum Durchführen der elektrooptischen und optoelektronischen Umsetzungen, wenn der Bus l6 ein optischer Bus ist, zum Steuern der möglichen Paritätsfehler, zum Codieren und Decodieren jedes Übertragungsrahmens am Bus l6, zur Gewährleistung einer

^ guten Ausgabe und einer guten Eingabe von Daten in den jedem Ortssystem SL. zugeordneten Zeitfeldern, und zum Betreiben des Initierungsverfahrens für die Synchronisation der Übertragung am Bus enthalten.,Die verschiedenen Moduln dieses Netzes sind mit weiteren Einzelheiten in der französischen

²^ Patentanmeldung 80 03 kSk beschrieben.

Die Erfindung findet Verwendung in der Übertragungsschicht 1^t und bezieht sich auf ein Verfahren zum zeitlichen Einfügen von Informationen aus den Stationen. Im beschriebenen Beispiel ist der Bus l6 ein optischer Bus, aber dies ist durchaus keine Einschränkung, da sich die Erfindung ebenfalls zur Verwendung mit Bussen mit Koaxialkabeln und mit anderen Bussen eignet. Die Übertragungsschicht 1^t des Systems besteht einerseits aus dem Verbinder 17 (der bei der Übertragung wie im hier beschriebenen Beispiel oder bei der Reflektion dienen kann) und zum anderen aus Übertragungsmoduln 15, die die Schnittstelle zwischen dem optischen Sternbus l6 und den Kommunikationsmoduln 13 der Kommunikationsschicht 12 bilden, welche Kommunikationsmoduln mit dem Bus verbunden sind. Ein Wort aus einem Übertragungsmodul wird auf passive Weise in den Bus eingegeben, was bedeutet,

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daß di<: den Ausgaberahmen bildenden Wörter aufeinanderfolgend eines nach dem anderen in die Zeitfelder eingegeben werden. Jedes Modul 15i verfügt über ein Zeitfeld für die Datenübertragung.

In der hier beschriebenen Sternkonfiguration besteht von vornherein keine besondere Rangordnung zwischen den Stationen, dies im Gegensatz zu einer Schleifenkonfiguration. Alle Stationen sind gleichwertig, nur das Austauschprotokoll für die Informationsübertragung hat nachträglich eine derartige Rangordnung. Mithin hat jede Station die Möglichkeit, die Rolle der Meisterstation zu spielen, wodurch es also möglich ist, beim Versagen der Meisterstation diese durch eine andere zu ersetzen, und dies bedeutet also eine größere Betriebssicherheit des Systems. Die fehlende Rangordnung führt also zu einer simultanen Organisation der Austauschvorgänge, d.h. in einem einzigen Rahmen, in dem die Stationen simultan schreiben und lesen können, mit einem Einfügungsbetrieb dieser Stationen, der wie folgt verwirklicht wird.

Zunächst werden folgende Elemente definiert:

T = Zeitdauer des Rahmens (der beispielsweise so viele Zeitfelder wie Stationen enthält), η = die Anzahl der Stationen,

t_ = die Laufzeit eines Üb ertragungsmoduls 15 zum Verbinder (diese Zeit entspricht einer Schreib- oder Ausgabephase ) ,
t_ = die Laufzeit des Verbinders zu einem Übertragungsmodul

(diese Zeit entspricht einer Lese- oder Empfangsphase).

In Fig. 2 mit der Konfiguration des Sternbusses l6 sind diese Laufzeiten t^, t_R, ..., t^, t^, ..., t^, t^ für die Stationen SLl, SLi und SLn angegeben.

Da T die Zeitdauer des Rahmens und i der Rang der η Statio-

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nen ist, trennt eine Zeitdauer selbstverständlich gleich (Τ/η) χ i (die Zeitfelder können nicht überlagert werden) den Anfang des Zeitfelds der Station i und den Verbinder 17 voneinander, und unter Berücksichtigung der Laufzeit zwischen einer Station und dem Verbinder gleich t„ für die

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Station i muß die Datenausgabe durch die Station i um die Dauer t* verfrüht werden.

Unter Berücksichtigung dieser Definitionen zur· Gewährleistung der guten Eingabe der von der Station i ausgegebenen Daten auf dem Niveau des Verbinders 17 ist es notwendig und ausreichend, in dieser Beziehung die Ausstrahlung von der i. Station um eine Zeit gleich (iT/n) - t„ zu verfrühen (das Zeichen "minus" bewirkt zumindest einen Verzögerungsrahmen für die Eingabe). Infolgedessen muß die i. Station um J T + (iT/n) - t_n - t J Sekunden nach einem Synchronisationswort ausstrahlen, das einen Rahmen K initiert, damit die Eingabe im folgenden Rahmen K + 1 zeitgerecht erfolgt (es sei hier angenommen, daß die Zeiten t„, t_R und t = t,, + t_ kürzer als die Dauer eines Rahmens sind; wenn

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das nicht so ist, bleibt die Berechnung wie sie war, aber die Eingabe erfolgt einfach mit verschiedenen Verzögerungsrahmen) .

Die Einfügung der Informationen der Stationen kann also in folgenden Phasen erfolgen:

(a) eine erste, äußerst genaue Meßphase für jede Station 1, 2, ..., i, ···, n, mit einer Laufzeit t¹ = t^ + t^ gleich der Hin- und Rücklaufzeit zwischen den betreffenden Stationen und dem Verbinder, indem die Dauer des Rahmens genau der Anzahl der Stationen entspricht (die hier angestrebte Genauigkeit beträgt einige Zehntel Bit). Diese Messungen werden anschließend in einen Speicher der Station geschrieben, wobei jede Station nur den zutroffenden Wert speichert.

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Die Verwirk Lichung dieser ersten Phase dui eu eine Station i wird nachstehend anhand der Fig. 4 näher erläutert, in der eine automatische Zeiteinfügungsschaltung 'ünes Ubertragungsmoduls 15 dargestellt ist. Diese Schaltung enthält einen optoelektronischen Umsetzungsmodul 25 für die Ausgabe und einen optoelektronischen Umsetzungsmodul 26 für die Eingabe des auf den Verbinder 17 zu übertragenden Wortes. Das zu übertragende Wort wird in ein mit Hilfe einer Befehlsschaltung 21 gesteuertes Register 20 geladen.

Für die Messung t = t„ + t erscheint ein Wort unter der Steuerung eines von der Station erzeugten Signals über die Leitung 29 an einem Befehlseingang des Registers 20. Zum gleichen Zeitpunkt des Erscheinens dieses Wortes startet die Station den Zähler 23 mit einem auf der Leitung 28 an den Zähler ausgehenden Befehl. Dieser Zähler 23 zählt die Taktimpulse des Taktgebers 30, der Impulse mit der Signalisierungsfrequenz erzeugt. Die Signalisxerungsfrequenz f

ist gleich der Bitzahl, die ein Rahmen enthält, multipliziert mit der Wortfrequenz.

Wenn das ausgegebene Wort beim Verbinder 17 ankommt (also nach einer Zeit t„), gibt dieser dieses Wort erneut aus, das anschließend (nach einer 2ieit t_) in der Station empfan-

gen wird. Der Detektor 22 ist mit einem Eingang an den optoelektronischen Umsetzungsmodul 26 angeschlossen, detektiert den Empfang dieses Worts und stellt darauf den Betrieb des Zählers 23 ein. Der Zähler 23 gibt dann den Wert t = tp + t_R an, der in den Speicher 27 geschrieben wird,

von dem ein Eingang mit einem Ausgang des Zählers 23 verbunden ist.

(b) in der zweiten Initierungsphase ist eine erste Ausgabestation vorgesehen, die als Meisterstation betrachtet wird

(diese spätere Rangordnung ist vorläufig und, wie oben bereits erwähnt wurde, kann jede Station unter bestimmten

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Bedingungen die Rolle der Meisterstation übernehmen) und erzeugt ununterbrochen ein Signal mit der Signalisierungs- ■ frequenz f , das ein Muster für die Synchronisation aller

Stationen darstellt (d.h. die Phasenangleichung der Taktimpulse der Stationen für den synchronen Betriebsablauf). Diese Initierungsphase ist mit näheren Einzelheiten in der Veröffentlichung "Systeme informatique reparti autour d'un bus optique" von G. Aaron, Y.P. Arragon und G. Segarra beschrieben und in Acta Electronica 24, Nr. 1, I98I/I982, S. 53 ··· 65 aufgenommen.

(c) in der dritten Phase der Zeiteinfügung der Informationen aus den Stationen in Zeitverschachtelung erzeugt die Meisterstation ein Synchronisationswort SW , das die Pestsetzung der zeitlichen Lage einer jeden Station im Zeitfeld ermöglicht, das ihr bei der Einfügung in der Zeitversch£ich~ telung zugeordnet wurde. Diese dritte Phase wird jetzt anhand der Fig. 4 näher erläutert* Beim Eintreffen des Synchronisationswortes SW auf dem Niveau des Verbinders 17 überträgt er dieses Wort auf die Stationen. Der Detektor 22 der Station i detektiert den Empfang des Synchronisationswortes SW. und überträgt diese Information auf die Steuerschaltung 24. Der Speicher 27 enthält die Werte T (Zeitdauer des Rahmens), η (Anzahl der Stationen), i (Nummer der Station) und t = t„ + t_. Diese Werte sind entweder einmal im

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Speicher 27 gespeichert und dann dauerhaft vorhanden oder von der Meisterstation in dieser dritten Phase in den Speicher 27 eingeschrieben.

Der Empfang des Synchronisationswortes SW startet die Steuerschaltung 24, die dann die Werte T, i und η aus dem Speicher 27 abgreift und den Wert xT/m berechnet. Darauf entnimmt die Steuerschaltung dem Speicher 27 den Wert t¹ - t^ + ti!: und berechnet den Wert i iT/n - t* - t* 1 .

^ Dieser Wert [ iT/n - >t_ - t„ I wird in den Speicher 27 oder in die Steuerschaltung selbst eingegebeti.

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Am Ende dor drei Phasen wird die Inform. LLonseinfügung der Stationen beendet. Die Ausgabe eines Informationswortes von der Station i erfolgt jetzt gemäß nachstehender Beschreibung. Die Meisterstation führt dem Verbinder 17 ein anderes Synchronisationswort SW zu, das einen neuen Rahmen startet. Der Detektor 22 detektiert nach einer Zeit t den Durchgang des Synchroniwationswortes SW auf dem Niveau des Verbinders 17· Der Empfang dieses Synchronisationswortes SW löst die Nullstellung des Zählers 23 und den neuen Start dieses Zählers aus. Die Steuerschaltung 24 bestimmt den Wert jT + Γ iT/n - tp - t^ "J , worin Kj^m, iffJ in Abhängigkeit von der Anzahl der Verzögerungsrahmen, die die Station ausgibt, und führt diesen Wert einem ersten Eingang der Steuerschaltung 21 zu. Ein zweiter Eingang dieser Steuerschaltung ist mit dem Ausgang des Zählers 23 verbunden. Wenn der Zähler 23 den Wert jT + Γ iT/n - t^ - t^*]] erreicht, überträgt die Steuerschaltung 21 ein Steuersignal auf das Register 20 und löst damit die Ausgabe eines Informationswortes aus.

Fig. 3^a ··· 3« zeigen mit Hilfe von Zeitdiagrammen die zeitlichen Zusammenhänge bei den Ausgabevorgängen E oder den Empfangsvorgängen R zwischen der Station mit Meisterfunktion, den anderen Stationen und dem Verbinder. Genauer gesagt, zeigt Fig. 3^a die Ausgabe des Synchronisationswortes SW auf dem Niveau der Station 1 (Meisterstation), die Fig. 3k den Empfang dieses Synchronisationsworts auf dem Niveau des Verbinders 17, Fig. 3c den Empfang dieses Synchronisationswort es in der Station i, Fig. 3^d cLi^e Ausgabe einer Information auf dem Niveau dieser Station i und Fig. 3© den Empfang der von der Station i ausgegebenen Information auf dem Niveau des Verbinders.

Auf diese Weise ist ersichtlich, daß das Wort zum Ausgleichen der Strecke Verbinder-Station t„ + t_. früher ausgegebt wird, d.h. zum Zeitpunkt jT + iT/n und in dem der Station

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zugeordneten Zeitfeld. Ein Wort wird so zum guten Zeitpunkt nach einem Synchronisationswort und frühestens in den folgenden Rahmen eingefügt, ohne Zeit zwischen den verschiedenen Zeitfeldern zu verlieren.

Claims

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Patentansprüche

/i/ Verfahren zum zeitlichen Einfügen von Informationen in einem Kommunikationsnetz mit sternförmiger Struktur, das eine Vielzahl von Stationen enthält, wobei der Informationsaustausch zwischen den Stationen in einem Rahmen organisiert ist, der aus zumindest soviel Zeitfeldern zusammengesetzt ist, wie es sich an dem Informationsaustausch beteiligende Stationen gibt, welches Verfahren zum zeitlichen Einfügen von Informationen aus den Stationen weiter eine Initierungsphase zum Phasenregeln der Taktimpulse der Stationen und eine Zeiteinfügungsphase enthält, die die Ausgabe eines Synchronisationswortes von einer der Stationen des Netzes sowie die Festsetzung der zeitlichen Lage einer jeden Station in dem ihr zugeordneten Zeitfeld umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren in einem Ortsnetz durchgeführt wird, in dem jede Station über einen Verbinder mit dem Netz verbunden ist, daß das Verfahren eine Meßphase umfaßt, die von jeder einzelnen Station vor der Einfügungsphase durchgeführt wird und die Messung der Hin- und Rücklaufzeit zwischen der betreffenden Station und dem Verbinder umfaßt.

2. Verfahren zum zeitlichen Einfügen von Informationen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Laufzeit in mehreren Stufen erfolgt

(a) die Ausgabe eines Worts von einer Station zum Verbinder und den gleichzeitigen Start eines Zeitzählers;

(b) den Empfang dieses Wortes im Verbinder und die Neuausstrahlung des Worts vom Verbinder zur erwähnten Station;

(c) den Empfang des Wortes in der erwähnten Station und das

Anhalten des Zeitzählers;

(d) die Entnahme des vom Zeitzähler angegebenen Wertes und die Speicherung dieses Werts.

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'3. Kommuriikat i on.siietz zur Durchführurl«· eines Verfahrens nach ciricnn dor vor.ui.uohendon Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Station ein Zähler für die Messung der Hin- und Rücklaufzeit zwischen der betreffenden Station und dem Verbinder vorgesehen ist.

k. Roramunikatiuiisnetz nach Anspruch 3? dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler mit einem Eingang an einen Impulsgeber als Teil der Station angeschlossen ist, welcher Impulsgenerator zum Erzeugen von Impulsen auf der Signalisierungsfrequenz vorgesehen ist.