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Beschreibung Digitales Kommunikationssystem Die Erfindung betrifft
ein digitales Kommunikationssystem entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Ein derartiges System ist z.B. bekannt aus der Zeitschrift NTZ, Bd.34
(1981) H.10, S.658 bis 663. Dieses Kommunikationssystem ermöglicht sowohl ein sternförmiges
als auch ein busförmiges Übertragungsnetz. Alle von den Teilnehmerstationen in die
Sendeleitung eingespeisten Informationen werden an einer Stelle des Netzes in die
Empfangsleitung umgeleitet, aus der die Teilnehmerstationen die an sie gerichtete
Nachricht entnehmen. Dieses System erfordert eine zentrale Busstation mit Taktgeber
und Synchronisationsrahmengenerator, die auch die Netzüberwachung über-
nimmt,
Fehler ortet und gegebenenfalls Leitungsabschnitte ab- und umschaltet. Nachteilig
dabei ist, daß die Überleitung des Datenstroms von der Sendeleitung auf die Empfangs
leitung in einer Station in bezug auf die Senderichtung vor der Fehlerstelle die
Stationen hinter der Fehlerstelle vom funktionierenden Netzteil abschneidet. Die
Überbrückung der Fehlerstelle durch sogn. "Stand-By-Leitungen" erfordert zusätzlichen
Aufwand an Leitungen, Sende- und Empfangseinrichtungen, Schaltungen innerhalb der
Stationen u.s.f.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Stand der Technik zu
verbessern. Insbesondere soll ein digitales Kommunikationssystem der eingangs genannten
Art angegeben werden, das bei Leitungsunterbrechungen oder Ausfall einer Teilnehmerstation
für die übrigen Teilnehmerstationen funktionsfähig bleibt.
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Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannte Erfindung gelöst.
Es ist nunmehr möglich, bei einem Kommunikationssystem der eingangs genannten Art
ohne eine zentrale Busstation auszukommen und eine ständige Netzüberwachung durch
die Zentrale durchzuführen. Jede Teilnehmerstation kann als Kopfstation die erforderlichen
Synchronisationsbits senden und als Umkehrstation die Nachrichten von der Sendeleitung
in die Empfangsleitung umleiten.
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Durch die Ausbildung der Übertragungsstrecke als Ring bleibt das Netz
auch bei einer Leitungsunterbrechung oder bei Ausfall einer Teilnehmerstation voll
funktionsfähig.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen angegeben. Bei Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch
2 wird ein Fehler rasch erkannt, den anderen Teinehmerstatonen signalisiert, geortet
und eine neue Netzkonfiguration unter Abschalten der Rehlerstelie aufgebaut. Anspruch
3 gibt hierfür eine besonders günstige Ausführungsform.
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Die Erfindung wird nun anhand von Zeichnungen und eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es zeigen im einzelnen: FIG. 1 Die erfindungsgemäße Netzkonfiguration;
FIG. 2 Netzkonfiguration nach FIG. 1 mit zwei Netzunterbrechungen; FIG. 3 Blockschaltbild
einer Teilnehmerstation.
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In FIG. 1 ist die Netzkonfiguration gemäß der Erfindung im ungestörten
Zustand dargestellt. Das Kommunikationssystem stellt von der physikalischen Topologie
her gesehen einen Doppelring dar mit entgegengesetzt gerichteten Übertragungsrichtungen
auf den Ringen. Einer der beiden Ringe wird als Sendeleitung SL, der andere als
Empfangsleitung EL bezeichnet. In FIG. 1 ist die äußere, im Uhrzeiger .umlaufende
Ringleitung die Sendeeitung, die andere die Empfangsleitung.
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Alle Teilnehmerstationen 1 bis N (N = ganze Zahl > 1), im folgenden
"Stationen" genannt, sind gleichartig aufgebaut und an jeweils eine kommende (=
kommend betriebene) und
gehende (= gehen betriebene) Sendeleitung
und eine kommende und gehende Empfangsleitung angeschlossen. Beispielsweise ist
die Station 1 an eine von der Station N kommende Sendeleitung SLN, eine zur Station
N gehende Empfangsleitung ELN, eine zur Station 2 gehende Sendeleitung SL1 und eine
von der Station 2 kommende Empfangs leitung EL1 angeschlossen. Die Bezeichnungen
der Sende- und Empfangsleitungen der übrigen Stationen sind entsprechend gewählt.
Die n-te im Übertragungsring liegende Station ist mit n bezeichnet.
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Als Sende- und Empfangs leitungen werden vorwiegend Lichtwellenleiter
verwendet, so daß die Stationen über elektro-optische Wandler mit den Liohtwellenleitern
verbunden sind und jeweils die Nachrichtenbits regenerieren.
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Logisch gesehen wird das in FIG. 1 gezeigte Netz als ein Schleifen-System
betrieben. Zu diesem Zweck übernimmt eine beliebige Station, z.B. die Station 1,
die Funktion der Kopfstation KS, indem sie in die gehende Sendeleitung SL1 einen
synchronen Bitstrom aussendet, so daß alle Stationen 2 bis N daraus den Bittakt
gewinnen können.
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Im störungsfreien Betrieb übernimmt bezüglich der kommenden Sendeleitung
vor der Kopfstation KS (in FIG.1 die Station 1) angeschlossene Station N die Funktion
der Datenüberleitung von der kommenden Sendeleitung SLN,1 in die gehende Empfangsleitung
ELN 1. Diese "Umkehrstation" ist in FIG. 1 mit US bezeichnet. Die von ihr auf der
Sendeleitung SLN,1 empfangenen Bits werden also auf der
Sendeleitung
SLN nicht weitergeleitet sondern auf der Empfangsleitung ELN in Gegenrichtung wieder
ausgesandt.
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Die Kopfstation KS (in FIG. 1 die Station 1) verwendet die auf der
Empfangsleitung EL1 eingehenden Daten (Signalfolgen) lediglich zur Netzüberwachung
und evtl. zur Entnahme der für sie bestimmten Daten und leitet die eingehenden Daten
nicht weiter, so daß die Leitungen SLN und ELN zwischen der Umkehrstation US und
der Kopfstation KS nicht benutzt werden.
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Um die Ausfallsicherheit des System zu erhöhen, d.h. die Auswirkungen
eines Ausfalls einer Stationskomponente oder eines Leitungsabschnittes auf die Funktionalität
des Netzes möglichst gering zu halten, sind Prinzipien der Redundanz und der Dezentralisierung
erforderlich. Daher sind notwendige Funktionen mehrfach und in verschiedenen Stationen
vorhanden.
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Zur Erkennung einer Leitungsunterbrechung oder eines Ausfalls einer
Station ist das Kommunikationssystem nun in vorteilhafter Weise so ausgebildet,
daß eine Station fehlerhaft empfangene oder ausbleibende Signalfolgen auf den kommenden
Leitungen als Störung interpretiert. Durch Unterbrechung des Nachrichtenflusses
(der Signalfolge) auf den gehenden Leitungen informiert sie ihre Nachbarstationen
von dem Fehler. Daraufhin senden alle Stationen eine konstante Bitfolge aus und
ermitteln dabei auf den jeweils kommenden Leitungen ihre weitere Funktion im Netz.
Um diese Funktionen ausführen zu können, enthält jede Station eine Überwachungseinrichtung
für den Datenstrom (Signalfolge) auf den kommenden Leitungen1 eine Steuereinheit,
eine Synchronisiereinrichtung, einen Datensender und einen Datenempfänger.
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In FIG. 2 ist gezeigt, wie sich eine neue Netzkonfiguration aufbaut,
wenn zwischen den Stationen N und 1 sowie den Stationen 1 und 2 jeweils eine Unterbrechung
A bzw. B auftritt. Stellt in FIG. 2 die Überwachungseinrichtung der Station 2 eine
Unterbrechung des Datenstromes auf der kommenden Sendeleitung SL1 oder auf der kommenden
Empfangsleitung EL2 für eine vorgegebene Dauer dt1 fest, so unterbricht die Steuereinheit
der Station 2 den Datenstrom auf den gehenden Leitungen EL1 und SL2 für eine zweite
vorgegebene Dauer ast2, die größer als die Dauer jt1 ist.
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Diese Unterbrechung des Datenstroms bewirkt, daß sämtliche Stationen
des Rings ihre Datenübertragung unterbrechen.
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Nach Ablauf der Zeit at2 schalten die Steuereinheiten der einzelnen
Stationen den jeweiligen Bitfolgegenerator an die gehenden Leitungen an, so auch
die Station 2, die ihren Bitfolgegenerator an die gehende Leitung SL2 und EL1 anschaltet.
Diese konstante Bitfolge wird nun für die Dauer von jet3, die größer als die Signallaufzeit
durch das Netz ist, auf den gehenden Leitungen ausgesendet.
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Die Station 2 wird nun lediglich auf der kommenden Empfangsleitung
EL2 die konstante Bitfolge empfangen. Daraufhin schaltet sie die Übertragung zur
gehenden Empfangsleitung EL1 ab und trennt den Bitfolgegenerator ab. Damit übernimmt
sie nun die Funktion einer Kopfstation KS, wie es ursprünglich die Station 1 in
FIG. 1 war.
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Während des Aussenden der konstanten Bitfolge hat die Station N in
FIG. 2 lediglich auf der kommenden Sendeleitung SLN,1 die konstante Bitfolge empfangen.
Sie schaltet daraufhin den Bitfolgegenerator ab und verbindet die kommende Sendeleitung
SLN 1 mit der gehenden Empfangslei-
tung ELN Damit übernimmt die
Station N wieder die Funktion der Umkehrstation US.
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Empfängt jedoch die Überwachungseinrichtung auf beiden kommenden Leitungen
EL und SL 1 die konstante Bitfolge, wie es n n-1 beispielsweise bei der Station
n der Fall ist, so trennt sie den Bitfolgegenerator ab, schaltet die Synchronisiereinrichtung
ein, um sich auf den Bittakt zu synchronisieren, und überträgt die Nachrichten der
kommenden Sendeleitung SL i auf die gehende Sendeleitung SL und die Nachn-1 n richten
der kommenden Empfangsleitung EL auf die gehende n Empfangsleitung EL 1 Nun können
wieder die Datensender n-1 der Stationen auf der jeweils gehenden Sendeleitung ihre
Nachrichten einfügen und der Datenempfänger der jeweiligen Stationen aus der kommenden
Empfangsleitung für die jeweilige Station bestimmte Nachrichten auslesen.
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Hat jedoch die Überwachungseinheit einer Station z.B. 1 in FIG. 2
auf beiden kommenden Leitungen SLN und EL1 die Bitfolge nicht empfangen, so ist
die Station ausgefallen bzw. isoliert und schaltet sich ab. Zweckmäßigerweise wird
dieser Zustand von einer Kontrolleinrichtung der Station dem Teilnehmer angezeigt.
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In FIG. 3 ist das Blockschaltbild einer Station n dargestellt mit
einem Prozessor P, elektro-optischen Wandlern W1 für die kommende Sendeleitung SLn
1' W2 für die gehende Sendeleitung SL , W3 für die gehende Empfansleitung EL n und
w4 für die kommende Empfangsleitung EL sowie mit n Schaltern S1, S2, S3 und S4 für
die oben erläuterte Umleitung oder Unterbrechung des Datenstromes in den Übertragungsleitungen
innerhalb einer Station n.
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Die mit Prozessor P bezeichnete Einheit enthält unter anderem die
Überwachungseinrichtung, die Steuereinrichtung, die Synchronisiereinrichtung, den
Bitfolgegenerator sowie den Datensender und den Datenempfänger.
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Die in der FIG. 3 gezeigten Schalter S1 bis S4 sind in der Stellung
dargestellt, die dem ungestörten Betrieb einer Station, die nicht gerade Kopfstation
oder Umkehrstation ist, entspricht. Der Schalter S1 ist ein monostabiler Schalter
und kann z.B. durch ein Relais mit Arbeitskontakt realisiert werden. Bei Ausfall
der Steuereinheit des Prozessors P geht er in seine Ruhestellung und verbindet dann
die Sendeleitung SL 1 mit der Sendeleitung SL . Die n-1 n gezeigte Stellung des
Schalters S1 bewirkt, daß die Daten der Sendeleitung SL nach der elektro-optischen
Wandlung durch die Einheit W1 von der Überwachungseinrichtung des Prozessors P überprüft
werden. Vom Datensender des Prozessors können in dieser Stellung zusätzlich Nachrichten
eingefügt werden. Vom Datensender des Prozessors P gelangen dann die Daten über
den Schalter S1 und über den elektro-optischen Wandler W2, dessen Funktion mittels
des Schalters S2 abschaltbar ist, zur gehenden Sendeleitung SL n Auf der Empfangsleitung
ELn kommende Daten gelangen über den elektro-optischen Wandler W4 und den bistabilen
Umschalter S4, der bei Ausfall der Steuereinheit des Prozessors P seine jeweilige
Lage beibehält, in der gezeigten Stellung des Schalters S4 zum Prozessor P und zum
elektro-optischen Wandler W3, der mittels des Schalters S3 abschaltbar ist, auf
die gehende Empfangsleitung ELn 1 Mit den Schaltern S2 und S3 lassen sich die elektro-opti-
schen
Wandler W2 bzw. W3 abschalten. Fällt die die Schalter S2 und S3 steuernde Steuereinheit
des Prozessors P aus, so verbleiben die Schalter in ihrer in FIG. 3 dargestellten
Stellung. Diese Schalter können also durch Relais mit je einem Ruhekontakt realisiert
werden.
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Arbeitet die Station als Kopfstation, so wird von der Steuereinheit
des Prozessors P lediglich der Schalter S3 geöffnet. Arbeitet sie als Umkehrstation,
so öffnet die Steuereinheit eines Prozessors P den Schalter S2 und schaltet den
Schalter S4 um.
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Fällt der Prozessor aus irgendeinem Grunde aus, so ist es zweckmäßig,
wenn die elektro-optischen Wandler W1 bis W4 z.B. über Notstrombatterien noch betriebsfähig
sind In diesem Fall springt der monostabile Schalter S1 in seine Ruhestellung und
verbindet die kommende mit der gehenden Sendeleitung. Eine derartige Station vermag
zwar keine Daten mehr in den Übertragungskreis einzuspeisen jedoch noch auszulesen
und leitet die auf den kommenden Leitungen empfangenen Signale regeneriert weiter.
Beim Aufbau einer neuen Netzkonfiguration bei einer Störung nimmt eine derartige
Station jedoch nicht aktiv teil, d.h. sie kann weder die Funktion einer Kopf- noch
die einer Umkehrstation übernehmen.
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Das erfindungsgemäße Kommunikationssystem hat weiterhin den Vorteil,
daß im Falle mehrerer unterbrochener Abschnitte entsprechend viele isolierte Teil-Kommunikationssysteme
entstehen, die jedes für sich arbeitsfähig sind.