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Telekommunikationssystem mit einer Mehrzahl von auf ein
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Ubertragungsmedium mit Ringstruktur zugreifenden Teilnehmerstationen.
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Für eine schnelle Übertragung von Digitalsignalen zwischen häufig
wechselnden Gegenstellen (Teilnehmerstationen), beispielsweise zwischen Telekommunikations-Terminals
und/oder datenverarbeitenden Einrichtungen, in einem räumlich relativ eng begrenzten
Bereich finden vielfach auch als Lokale Netze (LAN) bezeichnete Telekommunikationssysteme
Anwendung, in denen die zugehörigen Teilnehmerstationen nach Maßgabe einer Zugangsregelung
Zugriff zu einem gemeinsamen Übertragungsmedium haben. Solche Lokale Netze werden
üblicherweise nach der Art des Übertragungsmediums, nach ihrer Topologie und nach
der Art des Zugriffsverfahrens voneinander unterschieden (Clark et al.: "An Introduction
to Local Area Networks", Proc. IEEE 66(1978)11, 1497...1517): Gebräuchliche Übertragungsmedien
von Lokalen Netzen sind zwei verdrallte Adern aufweisende geschirmte (Twisted Pair-)Kabel,
Koaxialkabel oder Lichtwellenleiter; in topologischer Hinsicht unterscheidet man
im Prinzip zwischen sternförmigen Systemen, typischerweise mit zentraler Vermittlung,
und (ungerichteten) Bus- sowie (gerichteten) Ringsystemen, beide typischerweise
mit verteilter Vermittlung.
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Aus der Vielzahl der Zugriffsverfahren sollen hier lediglich zwei
Methoden erwähnt werden (Leinweber: Lokale Netzwerke (LAN)", Signal + Draht 76(1984)7/8,
119.. .124):
Als ein bustypisches Zugriffsverfahren ist das sog.
CSMA/CD-(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)-Verfahren zu nennen:
Bevor eine Station zu senden beginnt, horcht sie in den Bus hinein, ob dort bereits
ein Übertragungsvorgang stattfindet. Zutreffendenfalls wartet sie zunächst dessen
Ende ab; dann beginnt die betreffende Station zu senden, wobei sie zunächst weiter
1,mithört", bis sie nach einer gewissen Zeitspanne (round trip delay time) sicher
ist, daß alle anderen Stationen ihr Senden bemerken konnten. Hat in gleicher Weise
eine andere Station etwa gleichzeitig zu senden begonnen, so werden beide Stationen
eine Kollision ihrer Digitalsignale mit denen der jeweils anderen Station feststellen,
woraufhin sie ihren Sendevorgang jeweils abbrechen, um nach einer Zufallszeitspanne
damit erneut zu beginnen.
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Als ein ringtypisches Zugriffsverfahren sei das im folgenden skizzierte
Token-Passing-Verfahren genannt: Ein bestimmtes Signalwort ("Token"), das die Aussage
"frei" oder "belegt" in sich tragen kann, zirkuliert ständig im Ring. Bevor eine
Station zu senden beginnt, muß sie das ("Frei"-)Token erkannt und in das "Belegt"-Token
(im folgenden auch "Connector" genannt) umgewandelt haben, an das sie dann die zu
sendende Nachricht an fügt. Die Nachricht, die die übrigen Stationen durchläuft
und dort jeweils ganz oder teilweise kopiert werden kann, aber nur von der durch
die zugehörige Adresse bestimmten Station endgültig empfangen wird, wird nach vollständigem
Durchlaufen des Ringes von der sendenden Station wieder gelöscht, und zugleich wird
das "Belegt"-Token wieder in das "Frei"-Token umgewandelt.
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Die Zugriffsverfahren sind indessen nicht an eine bestimmte LAN-Topologie
gebunden; so kann man ein Ringnetz auch als sog. Contention Ring betreiben, in dem
die im Ring übertragenen
Nachrichtenpakete jeweils erst nach Durchlaufen
der ganzen Ringleitung bei Wiedererreichen der jeweiligen Sende-Station von der
Ringleitung wieder entfernt werden und in dem eine sendewillige Station zunächst
in die Ringleitung hineinhorcht, ob dort bereits ein Übertragungsvorgang stattfindet,
und zutreffendenfalls mit dem Zugriff auf die Ringleitung wartet, bis sie mit Erkennung
eines Tokens die Zugriffsberechtigung erhält, zu deren Wahrnehmung sie zunächst
das Token in einen Connector umwandelt und danach unter Öffnen der Ringleitung ein
Nachrichtenpaket oder (auch eine Serie von jeweils durch einen Connector voneinander
getrennten Nachrichtenpaketen).
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mit einem das (letzte) Nachrichtenpaket abschließenden Token aussendet,
während bei freier Ringleitung die sendewillige Station in kollisionsbehafteter
Konkurrenz zu anderen Stationen Zugriff auf die Ringleitung zumindest dann nimmt,
wenn sie ein etwa früher ausgesendetes und mit einem Token abgeschlossenes Nachrichtenpaket
wieder von der Ringleitung entfernt hat (Tanenbaum: "Computer Networks", Prentice
Hall, 1981, S.3ll).
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Nimmt in einem solchen Ringsystem eine sendewillige Station, die beim
Hineinhorchen in die Ringleitung keine Belegung durch einen etwa bereits stattfindenden
Übertragungsvorgang wahrgenommen hat, in kollisionsbehafteter Konkurrenz zu anderen
Stationen Zugriff auf die Ringleitung, so muß in einem dabei eintretretenden Kollisionsfall
sichergestellt werden, daß alle an der Kollision beteiligten Stationen dies auch
erkennen.
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Eine Kollision ist dabei dann gegeben, wenn eine Station, die ein
Paket abgesendet hat oder auch noch absendet, danach ein davon verschiedenes Paket
eines anderen Absenders empfängt, ohne zuvor ihr eigenes Paket wiederempfangen zu
haben.
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Wenn genau zwei Stationen an einer Kollision beteiligt sind, dann
können notwendigerweise beide Stationen eine solche Kollision erkennen; dies ist
dagegen nicht unbedingt der Fall, wenn mehr als zwei Stationen an einer Kollision
beteiligt sind.
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Es stellt sich dann die Aufgabe, auch bei einer solchen Mehrzahl von
an einer Kollision beteiligten Stationen sicherzustellen, daß alle diese Stationen
die Kollision erkennen und beheben können, und die Erfindung zeigt hierzu einen
Weg.
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Die Erfindung betrifft ein Telekommunikationssystem mit einer Mehrzahl
von auf ein Übertragungsmedium mit Ringstruktur zugreifenden Teilnehmerstationen,
in dem die im Ring übertragenen Nachrichtenpakete jeweils erst nach Durchlaufen
der ganzen Ringleitung bei Wiedererreichen der jeweiligen Sende-Station von der
Ringleitung wieder entfernt werden und in dem eine sendewillige Station zunächst
in die Ringleitung hineinhorcht, ob dort bereits ein Übertragungsvorgang stattfindet,
und zutreffendenfalls mit dem Zugriff auf die Ringleitung wartet, bis sie mit Erkennung
eines Tokens die Zugriffsberechtigung erhält, zu deren Wahrnehmung sie zunächst
das Token in einen Connector umwandelt und danach unter Öffnen der Ringleitung ein
Nachrichtenpaket oder auch eine Serie von jeweils durch einen Connector voneinander
getrennten Nachrichtenpaketen mit einem das (letzte) Nachrichtenpaket abschließenden
Token aussendet, während bei freier Ringleitung die sendewillige Station in kollisionsbehafteter
Konkurrenz zu anderen Stationen Zugriff auf die Ringleitung zumindest dann nimmt,
wenn sie ein etwa früher ausgesendetes und mit einem Token abgeschlossenes Nachrichtenpaket
wieder von der Ring-
leitung entfernt hat; dieses Telekommunikationssystem
ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß jede sendende Station, die anhand
eines zumindest teilweisen Vergleichs der bei ihr über die Ringleitung ankommenden
und dabei von der Ringleitung entfernten Nachrichtenpakete mit entsprechenden Kopien
der zuvor ausgesendeten Nachrichtenpakete eine etwaige Kollision feststellt oder
die über die Ringleitung ein eine Kollision anzeigendes Kollisionspaket empfängt,
unter Abbruch der Nachrichtenpaketaussendung ein solches Kollisionspaket aussendet
sowie bei Empfang eines solchen Kollisionspakets die Entfernung ankommender Pakete
beendet, und daß jede solche sendende Station, die inzwischen kein Token erkannt
und aufgegriffen hat, erst nach einer Wartezeitspanne ihre beim Abbruch der Nachrichtenpaketaussendung
bereits ganz oder teilweise auf der Ringleitung befindlichen Nachrichtenpakete erneut
aussendet.
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Ohne daß dazu Pakete einer bestimmten Mindestlänge benötigt werden,
ermöglicht dies eine sichere Erkennung einer Kollision bei allen darin involvierten
Teilnehmerstationen und zugleich eine schnelle Kollisionsbehebung; zugleich ist
dem Telekommunikationssystem auch die Fähigkeit immanent, in Form von Mehrfachtoken
oder Tokenverlust auftretende Tokenfehler zu beheben.
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Weitere Besonderheiten der Erfindung werden aus der nachfolgenden
näheren Erläuterung eines Ausführungsbeispiels eines Telekommunikationssystems gemäß
der Erfindung anhand der Zeichnungen ersichtlich. Dabei zeigt FIG 1 ein Ausführungsbeispiel
eines Telekommunikationssystems gemäß der Erfindung; FIG 2 ff. verdeutlichen bestimmte
Betriebssituationen in einem solchen Telekommunikationssystem.
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Die Zeichnung FIG 1 zeigt schematisch in einem zum Verständnis der
Erfindung erforderlichen Umfang ein Telekommunikationssystem mit einem durch eine
Ringleitung R gegebenen Übertragungsmedium, zu dem eine Mehrzahl von Teilnehmerstationen
T Zugriff hat. Die Teilnehmerstationen T sind dazu jeweils mittels einer Anschlußeinrichtung
(Ringinterface) J an die Ringleitung R angeschlossen, wobei die Anschlußeinrichtung
J zum einen den zu ihr hinführenden Ringleitungsabschnitt ständig mit dem Eingang
E der betreffenden Station T verbindet und zum anderen je nach dem jeweiligen Schaltzustand
eines Schalters S entweder die Ringleitung R an dieser Stelle über ein l-Bit-Verzögerungsglied
V schließt oder aber die Ringleitung R unterbricht und stattdessen den Ausgang A
der betreffenden Station T mit dem weiterführenden Ringleitungsabschnitt verbindet.
Eine solche Anschlußeinrichtung J, die im wesentlichen denselben Anforderungen genügt
wie eine Anschlußeinrichtung für sog. Token-Ringe, hält normalerweise den Ring R
über ihren Schalter S geschlossen, so daß von anderen Stationen T stammende Nachrichtenpakete
im Ring R weiterübertragen werden; zugleich ermöglicht die Anschlußschaltung J der
ihr zugehörigen Station T ein Abhören der Ringleitung R.
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Werden von der zugehörigen Station T selbst Nachrichtenpakete abgesendet,
so wird der Ringschalter S der betreffenden Anschlußschaltung J umgeschaltet, so
daß der Ring R an dieser Stelle unterbrochen wird; der Ring bleibt so lange unterbrochen,
bis das (die) ausgesendete(n) Paket(e) vollständig den Ring R durchlaufen hat (haben)
und somit auf dem Ring nicht mehr erscheint (erscheinen).
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Im Fehlerfall ist, wie in vergleichbaren Fällen üblich, sicherzustellen,
daß der Ring geschlossen bleibt bzw.
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geschlossen wird, was hier jedoch nicht weiter verfolgt werden soll,
da dies zum Verständnis der Erfindung nicht erforderlich ist.
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Von einer Station T abgesendete Nachrichtenpakete mögen, wie dies
auch in FIG 1 angedeutet ist, dem Stationsausgang A bitseriell von einem Speicher
WS her zugeführt werden, in dem zur Sendung anstehende Nachrichtenpakete eine Warteschlange
bilden können; Kopien der jeweils abgesendeten Pakete bleiben zunächst noch im Warteschlangenspeicher
oder, wie dies auch in FIG 1 angedeutet ist, in einem damit verbundenen gesonderten
Speicher MS gespeichert, bis sicher ist, daß sie fehlerfrei übertragen worden sind.
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Wie aus FIG 1 weiter ersichtlich ist, möge jede Station T ein mit
dem Stationseingang E verbundenes Empfangs-Pufferregister PR aufweisen, das zur
Zwischenspeicherung von Nachrichtenpaketen dient, die über die Ringleitung R empfangen
werden, wobei indessen von allen empfangenen Paketen nur die Pakete, deren Empfängeradresse
mit der Ringadresse der gerade betrachteten Station übereinstimmt, nicht verworfen
werden. In FIG 1 ist dazu angedeutet, daß an den die Empfängeradresse eines Nachrichtenpakets
aufnehmenden Teil des Pufferregisters PR ein Adressendetektor AD angeschlossen ist,
der die verdrahtet oder in anderer Form gespeicherte Adresse der betreffenden Station
T mit der im jeweils empfangenen Nachrichtenpaket enthaltenen Empfängeradresse vergleicht
und nur bei Übereinstimmung den Ausgang des Pufferregisters PR entriegelt.
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Gleichzeitig mit der Aufnahme eines bei der gerade betrachteten Station
T ankommenden Nachrichtenpakets in deren Pufferregister PR wird das betreffende
Nachrichtenpaket auch von der zugehörigen Anschlußeinrichtung J im Ring R weiterübertragen,
sofern die gerade betrachtete Station nicht selbst Absender des Paketes war. War
die gerade
betrachtete Station T dagegen der Absender eines in
dieser Station T gerade emfangenen Paketes, so wird das Paket in der Anschlußeinrichtung
J vom Ring R, den es dann gerade vollständig durchlaufen hat, wieder entfernt; dies
geschieht dadurch, daß die Anschlußeinrichtung J mit Hilfe ihres Umschalters S den
Ring R solange unterbrochen hält, bis alle von der gerade betrachteten Station T
abgesendeten Nachrichtenpakete von der Station T wieder empfangen worden sind. Hierzu
kann, wie dies auch in FIG 1 angedeutet ist, ein Paketvergleicher PV jedes im Pufferregister
PR empfangene Nachrichtenpaket mit dem jeweils frühestausgesendeten und im Speicher
MS noch gespeicherten Nachrichtenpaket vergleichen, um es bei Übereinstimmung zu
löschen; ist der Speicher MS leer, - was ggf. auch durch einen den jeweiligen Speicherinhalt
anzeigenden Vorwärts-Rückwärts-Zähler angezeigt werden kann, - so sind alle von
der betrachteten Station T gerade ausgesendeten Nachrichtenpakete nach vollständigem
Durchlaufen des Ringes R wieder vom Ring R entfernt, und in der Anschlußeinrichtung
J kann der Schalter S wieder den Ring R schließen. In FIG 1 ist dazu angedeutet,
daß ein eingangsseitig an entsprechende Speicherzellen des Speichers MS angeschlossens
ODER-Glied TO feststellt, daß im Speicher MS das letzte Nachrichtenpaket gelöscht
wurde, und daraufhin die Abgabe eines Rückstellimpulses an ein bistabiles Kippglied
SK bewirkt, auf das unten noch zurückgekommen wird.
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Von weiter ins Einzelne gehende Erläuterungen der im vorstehenden
umrissenen prinzipiellen Arbeitsweise des in FIG 1 skizzierten Telekommunikationssystems,
wie sie bei einem Absenden von Nachrichtenpaketen durch gerade eine Station T gegeben
ist, kann hier abgesehen werden, da dies zum Verständnis der Erfindung nicht erforderlich
ist; die Erfindung geht vielmehr insoweit bereits von bekannten Arbeitsprinzipien
von Telekommunikationssystemen
mit einer Mehrzahl von auf ein Ubertragungsmedium
mit Ringstruktur zugreifenden Teilnehmerstationen aus.
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Bevor es allerdings zu einem Absenden von Nachrichtenpaketen durch
eine Station T kommt, horcht die sendewillige Station T zunächst in die Ringleitung
R hinein, ob dort bereits ein Übertragungsvorgang stattfindet. In FIG 1 ist hierzu
angedeutet, daß an den Eingang E der betreffenden Station T und damit an die Ringleitung
R über eine Schalteinrichtung HS ein monostabiles Kippglied HK angeschaltet wird,
das durch jedes "l"-Signalelement (oder "O"-Signalelement) eines über die Ringleitung
R bei der gerade betrachteten Station T etwa ankommenden Nachrichtenpakets von neuem
angelassen werden und danach eine bestimmte, der Ringumlaufzeit entsprechende Zeit
in seinem Arbeitszustand verbleiben möge. Ist dies der Fall, d.h. findet auf der
Ringleitung R bereits ein Übertragungsvorgang statt, so wartet die sendewillige
Station T mit dem Zugriff auf die Ringleitung R, bis sie mit Erkennung eines Tokens
die Zugriffsberechtigung erhält. In FIG 1 ist hierzu angedeutet, daß an den Ausgang
des monostabilen Kippgliedes HK der eine Eingang eines UND-Gliedes lA angeschlossen
ist, dessen anderer Eingang an denjenigen Teil des Pufferregisters PR angeschlossen
ist, der gegebenenfalls ein ein empfangenes Nachrichtenpaket abschließendes Token
aufnimmt. Bei Empfang eines solchen Tokens wird dann die Koinzidenzbedingung des
UND-Gliedes lA erfüllt, womit die gerade betrachtete Station T die Berechtigung
zum Zugriff auf die Ringleitung R erhält.
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Zur Wahrnehmung der Zugriffsberechtigung wird in der Station T zunächst
das ("Frei"-)Token in einen Connector ("Belegt"-Token) umgewandelt, der sich vom
Token üblicherweise lediglich in seinem letzten Bit unterscheidet. In FIG 1 ist
dementsprechend angedeutet, daß vom UND-Glied lA her ein monostabiles Kippglied
BK angelassen wird, dessen Arbeitszeitspanne einer Bitzeitspanne entsprechen möge
und das für diese Zeitspanne über ein ODER-Glied SO
den Ringschalter
S der zur Station T gehörenden Anschlußeinrichtung J umschaltet und zugleich einen
Connector-Bitgenerator CG entriegelt, so daß anstelle des letzten Bits des - im
übrigen bisher über den Ringschalter S im Ring R weiterübertertragenen - Tokens
ein invertiertes Bit übertragen und damit anstelle des Tokens ein Connector weiter
übertragen wird.
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Danach wird unter Beibehaltung der vom Ringschalter S bewirkten Unterbrechung
der Ringleitung R ein Nachrichtenpaket - oder auch eine Serie von jeweils durch
einen Connector voneinander getrennten Nachrichtenpaketen - mit einem das Nachrichtenpaket
(bzw. das letzte Nachrichtenpaket einer solchen Serie von Nachrichtenpaketen) abschließenden
Token abgesendet. In FIG l ist hierzu angedeutet, daß vom Ausgang des monostabilen
Kippgliedes BK her über ein ODER-Glied ZO ein bistabiles Kippglied SK aktiviert
wird, das von seinem Ausgang her den Ausgang des Warteschlangenspeichers WS dementsprechend
entriegelt und zugleich über das NAND-Glied SO den Ringschalter S in seinem Umschaltzustand
hält, in welchem er den Stationsausgang A mit dem abgehenden Ringleitungsabschnitt
verbindet.
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Wie sich aus den vorstehenden Erläuterungen ergibt, wird in dem hier
beschriebenen Telekommunikationssystem im Unterschied zu einem für Token-Passing-Protokolle
passenden Paketformat, demzufolge sich das Token (bzw. der Connector) im Paketkopf
befindet, jedes Nachrichtenpaket durch ein Token (bzw. einen Connector) abgeschlossen,
womit sich das folgende Paketformat ergibt:
| fEmpfängerlAbsender Nummer Text cTooknenector |
"Empfänger" und "Absender" sind dabei Bitsequenzen von
z. B. 8
bit Länge, die den Empfänger und den Absender des Paketes im Ring eindeutig kennzeichnen.
Die laufende Nummer von z.B. 4 bit Länge dient dazu, die Pakete, die von einem bestimmten
Absender zu einem bestimmten Empfänger übertragen werden, fortlaufend zu numerieren,
wobei die Nummern zyklisch neu vergeben werden können.
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Der Text enthält die zu übertragende Information, wobei die Textlänge
von etwa 100 bis 10 000 bit von Seiten des Zugriffsprotokolls keinerlei Einschränkungen
unterliegt.
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Token und Connector schließlich sind zwei Bitsequenzen von beispielsweise
8 bis 16 Bit, die sonst in Nachrichtenpaketen nicht vorkommen dürfen, was beispielsweise
durch sog. Bitstuffing erreicht werden kann; Token und Connector unterscheiden sich
üblicherweise genau im letzten Bit.
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Jedes Paket wird, wie gesagt, durch ein Token bzw. einen Connector
abgeschlossen, wobei ein Connector anzeigt, daß auf das gerade übertragene Paket
ein weiteres Paket folgt, während ein Token anzeigt, daß nicht unmittelbar ein weiteres
Paket folgt. Mit dem beschriebenen Hineinhorchen in die Ringleitung und - bei durch
einen Übertragungsvorgang belegter Ringleitung - Abwarten eines ein Nachrichtenpaket
abschließenden, die Sendeberechtigung mit sich bringenden Tokens wird jeweils im
Anschluß an den bisherigen Übertragungsvorgang der das Token aufgreifenden Station
ein kollisionsfreier Zugriff auf die Ringleitung R ermöglicht.
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Wenn dagegen die zunächst in die Ringleitung R hineinhoLchende sendewillige
Station die Ringleitung R als frei vorfindet, nimmt die sendewillige Station T in
kollisionsbehafteter Konkurrenz zu anderen, etwa ebenfalls sendewilligen Stationen
Zugriff auf die Ringleitung R, vorzugsweise jedoch nur dann, wenn sie ein von ihr
etwa früher ausgesendetes und mit einem Token abgeschlossenes Nachrichtenpaket wieder
von
der Ringleitung R entfernt hat. Hierdurch wird erreicht, daß einunddieselbe Station
nicht mehrfach zu einer Kollisionsmöglichkeit beiträgt. In FIG 1 ist hierzu angedeutet,
daß das beim Hineinhorchen in die Ringleitung R bei freier Ringleitung in seinem
Ruhezustand verbleibende monostabile Kippglied HK in diesem Falle statt des UND-Gliedes
1A nunmehr ein NOR-Glied 1B für den Koinzidenzfall vorbereitet; dieser tritt ein,
wenn zugleich ein eingangsseitig an entsprechende Speicherzellen des Speichers MS
angeschlossenes ODER-Glied TO feststellt, daß im Speicher MS kein mit einem Token
abgeschlossenes Nachrichtenpaket mehr enthalten ist. Mit Erfüllung seiner Koinzidenzbedingung
gibt das NOR-Glied 1B ein Ausgangssignal ab, durch welches über das nachfolgende
ODER-Glied ZO das bistabile Kippglied SK aktiviert wird, so daß es in einer den
oben bereits beschriebenen Vorgängen entsprechenden Weise wiederum zu einem Umschalten
des Ringschalters S und zu einer ausgangsseitigen Entriegelung des Warteschlangenspeichers
WS kommt.
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An dieser Stelle sei ein Blick auf die Zeichnungen FiG 2 bis FIG 7
geworfen, die in einer im Vergleich zur Darstellung in FIG 1 etwas vereinfachten
Darstellung eines Ringsystems bestimmte Betriebssituationen verdeutlichen, wie sie
sich in einem Telekommunikationssystem gemäß der Erfindung ergeben können.
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Dabei zeigt FIG 2, wie ein von einer Station Ts abgesandtes einzelnes
Nachrichtenpaket Ps von - bezogen auf die Ringumlaufzeit - mittlerer Länge in einem
bestimmten Augenblick den Ring R belegt; das Paket ist von einem Token To abgeschlossen.
In eben dieser Situation, in der das von ihr ausgesandte und mit dem Token To abgeschlossene
Paket sich noch ganz (oder auch nur teilweise) auf der Ringleitung R befindet, darf
die Station Ts kein weiteres
Paket absenden.
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FIG 3 zeigt eine von der Station Ts abgesandte Serie von Paketen...,Ps2,
Ps3, Ps4,..., die jeweils durch einen Connector Co voneinander getrennt sind; das
letzte Paket einer solchen Serie, die, wie in FIG 3 angedeutet, auch - ebenso wie
ein einzelnes Paket - länger als die Ringumlaufzeit sein kann, wird wiederum durch
ein Token abgeschlossen sein, und solange dieses Token nicht wieder bei der Station
Ts angekommen sein wird, wird von der Station Ts kein weiteres Paket abgesendet.
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Die in FIG 2 und FIG 3 skizzierten Betriebssituationen können sich
sowohl dann ergeben, wenn die gerade sendende Station Ts zuvor mit dem Zugriff auf
die zunächst von einem vorhergehenden Übertragungsvorgang belegte Ringleitung R
gewartet hatte, bis sie das das letzte Paket dieses vorhergehenden Übertragungsvorganges
abschließende Token erkannt und aufgegriffen hatte, als auch dann,wenn sie auf die
beim anfänglichen Hineinhorchen als frei erkannte Ringleitung R zugegriffen hatte,
ohne daß etwa gleichzeitig auch andere Stationen auf die Ringleitung P zugegriffen
haben.
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In FIG 4 und FIG 5 sind nun zwei Betriebssituationen skizziert, wie
sie sich ergeben können, wenn zwei sendewillige Stationen Ts und Tt in Konkurrenz
zueinander etwa gleichzeitig auf die beim anfänglichen Hineinhorchen als frei vorgefundene
Ringleitung R zugreifen: Gemäß FIG 4 beginnt die Station Tt ihr Paket Pt abzusenden,
während das von der Station Ts bereits vollständig abgesandte Paket Ps sich im Ring
R befindet; gemäß FIG 5 senden beide Stationen Ts und Tt praktisch gleichzeitig
ihre Pakete Ps, Pt ab. In beiden Fällen wird von den beiden Stationen Ts, Tt nach
Abschluß des jeweiligen Pakets durch ein Token To in der zuvor erläuterten Weise
jedenfalls solange, wie sich das jeweilige Paket noch ganz
oder
teilweise auf der Ringleitung R befindet, kein weiteres Paket abgesendet.
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Beide Sendesituationen führen dennoch zu einer Kollision, unabhängig
davon, ob dabei -, was von der Lage der jeweiligen Empfänger und der jeweiligen
Paketlänge abhängt, - die Pakete von den vorgesehenen Empfängern ganz, teilweise
oder überhaupt nicht empfangen werden.
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Ebenso führen auch die in FIG 6 und FIG 7 skizzierten Betriebssituationen,
wie sie sich bei einem etwa gleichzeitigen Zugriff dreier Stationen Ts, Tt, Tu auf
den Ring R ergeben können, zu Kollisionen.
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Es sei hier bemerkt, daß eine Kollision dann gegeben ist, wenn eine
Station (z.B. die Station Tt in FIG 4 bis FIG 7), die ein Paket (Pt in FIG 4 bis
FIG 7) abgesendet hat oder auch noch absendet, danach ein davon verschiedenes Paket
(Ps in FIG 4 und FIG 5; Pu in FIG 6 und FIG 7) eines anderen Absenders (Ts in FIG
4 und FIG 5; Tu in FIG 6 und FIG 7) empfängt, ohne zuvor ihr eigenes Paket empfangen
zu haben.
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In den in FIG 4 und FIG 5 skizzierten Betriebssituationen kann jede
der beiden gleichzeitig sendenden Stationen Ts und Tt die Kollision anhand eines
zumindest teilweisen, wenigstens die Paketköpfe erfassenden Vergleichs der bei ihr
über die Ringleitung R ankommenden - und dabei von der Ringleitung entfernten -
Nachrichtenpakete mit entsprechenden Kopien der zuvor ausgesendeten Nachrichtenpakete
feststellen. In FIG 1 ist dazu angedeutet, daß mit dem Ausgang des Paketvergleichers
PV der Sperreingang eines Sperrgliedes KU verbunden ist, das mit zwei weiteren Eingängen
jeweils über ein ODER-Glied VOe, VOs mit den beiderseitigen Eingängen des Paketvergleichers
PV verbunden ist. Über die beiden ODER-Glieder VOe, VOs ist das Sperrglied KU für
den Koinzidenzfall vorbereitet,
sobald an beiden Eingängen des
Paketvergleichers PV jeweils ein Paket ansteht; stimmen beide Pakete nicht miteinander
überein, so ist die Koinzidenzbedingung für das Sperrglied KU erfüllt.
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Sobald eine Station erkennt, daß eine Kollision gegeben ist, unterbricht
sie ihre Paketaussendung. In FIG 1 ist hierzu angedeutet, daß bei Erfüllung der
Koinzidenzbedingung für das Sperrglied KU von dessen Ausgang her über ein ODER-Glied
KO das bistabile Kippglied SK rückgesetzt wird, womit der Ausgang des Warteschlangenspeichers
WS gesperrt wird.
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Wenn genau zwei Stationen an einer Kollision beteiligt sind, dann
erkennen notwendigerweise beide Stationen die Kollision der abgesendeten Pakete.
Sind jedoch drei oder mehr Stationen an der Kollision beteiligt, so ist dies nicht
unbedingt der Fall; wie FIG 6 erkennen läßt, könnte das Ringsystem dann in einen
undefinierten Zustand gelangen. Um dies nun zu verhindern, sendet jede Station,
die eine Kollision erkennt, ein Kollisionspaket K (in FIG 7) ab, das sich von jedem
anderen Nachrichtenpaket sowie von Token und Connector unterscheidet, und hält mittels
ihres Ringschalters S (in FIG 1) den Ring R solange unterbrochen, bis sie ein Kollisionspaket
empfangen und vom Ring entfernt hat. In FIG 1 ist dazu angedeutet, daß gleichzeitig
mit der Rücksetzung des bistabilen Kippgliedes SK ein bistabiles Kippglied KK aktiviert
wird, so daß über das NAND-Glied SO der Ringschalter S weiterhin in seinem Umschaltzustand
verbleibt, und daß außerdem ein Kollisionspaketgenerator KG entriegelt wird, so
daß über den Ausgang A der betreffenden Station T und deren Ringschalter S ein Kollisionspaket
in den Ring R eingespeist wird.
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In FIG 7 ist eine solche Betriebssituation für die beiden Stationen
Ts und Tt skizziert, die dementsprechend jeweils gerade ein Kollisionspaket Ks bzw.
Kt aussenden.
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Die Station Tu hat in der in FIG 7 skizzierten Betriebssituation bislang
nicht erkannt, daß eine Kollision stattgefunden hat; man erkennt aber aus der Zeichnung
FIG 7, daß die Station Tu demnächst das von der Station Ts ausgesendete Kollisionspaket
Ks empfangen wird.
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Eine Station, die, wie im Beispiel der FIG 7 die Station Tu, mindestens
ein Paket ganz oder teilweise auf dem Ring hat, aber bisher kein eigenes Kollisionspaket
abgesendet hatte, weil sie eine Kollision nicht erkennen konnte, bricht ebenfalls
einen etwa noch laufenden Sendevorgang ab, sobald sie ein Kollisionspaket empfängt.
Danach gibt sie ihrerseits ein Kollisionspaket zur nächsten Station im Ring R weiter.
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In der Zeichnung FIG 1 ist hierzu angedeutet, daß mit dem Pufferregister
PR ein Kollisionspaketdetektor KD verbunden ist, der beim Empfang eines Kollisionspakets
anspricht und dabei ein Ausgangssignal abgibt, welches über das ODER-Glied KO die
gleichen Vorgänge auslöst, wie sie in der oben erläuterten Weise auch durch ein
Ausgangssignal des Sperrgliedes KU ausgelöst werden. Nach einer solchen Weitergabe
eines empfangenen Kollisionspaketes wird von der betreffenden Station T der Ring
R wieder geschlossen; in FIG 1 ist hierzu angedeutet, daß nach einer für die Kollisionswortweitergabe
erforderlichen Zeitspanne durch ein entsprechend bemessenes, vom Kollisionspaketdetektor
KD angelassenes Zeitglied KL das bistabile Kippglied KK rückgestellt wird.
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Hatte die betreffende Station T zuvor schon selbst eine Kollision
festgestellt und dementsprechend schon selbst ein Kollisionspaket ausgesendet, so
wird bei Empfang eines Kollisionspaketes dieses lediglich vom Ring R entfernt, woraufhin
der Ring mittels des zugehörigen Ringschalters wieder geschlossen und damit die
Entfernung ankommender Pakete beendet wird. In FIG 1 ist
hierzu
angedeutet, daß in einer solchen Betriebssituation die Koinzidenzbedingung für ein
UND-Glied KKU erfüllt wird, dessen einer Eingang über ein bistabiles Kippglied KS
mit dem Ausgang des Sperrgliedes KU verbunden ist und das ausgangsseitig ebenfalls
zu dem Rückstelleingang des bistabilen Kippgliedes KK führt.
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Der Vollständigkeit halber sei bemerkt, daß in allen Stationen, in
denen der Ring R (in FIG 1) über den jeweils zugehörigen Ringschalter geschlossen
ist, ein Kollisionspaket wie jedes andere Paket unverändert weiterübertragen wird.
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Jede von einer Kollision betroffene Station sendet - sofern sie nicht
schon vorher ein Token erkannt und aufgegriffen hat - ihre beim Abbruch der Nachrichtenpaketaussendung
bereits ganz oder teilweise auf der Ringleitung R befindlichen Nachrichtenpakete
erst nach einer zufallsbestimmten Wartezeitspanne erneut aus. Hierzu kann die jeweilige
Station eine z.B. mit Hilfe eines Zufallszahlengenerators, eines von einem Impulsgenerator
mit einer der Ringumlaufzeit entsprechenden Impulsperiode mit Zählimpulsen beaufschlagten
Impulszählers und eines Zufallszahl und Zählerstand miteinander vergleichenden Vergleichers
oder auch mit Hilfe eines Mikroprozessors realisierte, in ihrer Länge zufallsbestimmte
Wartezeitschleife VS durchlaufen, wonach der Schalter HS (in FIG 1) der betreffenden
Station T (in FIG 1) ein erneutes Betätigungssignal erhält, so daß die betreffende
Station T erneut in einer den oben bereits erläuterten Vorgängen entsprechenden
Weise damit beginnt, dass sie zunächst in die Ringleitung R hineinhorcht.
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Dabei wird die Wartezeitspanne w zweckmäßigerweise in Abhängigkeit
von der Anzahl z der Kollisionen bestimmt, die das erste Paket einer Folge von von
der betreffenden Station abgesendeten Paketen, die sich im Zeitpunkt der Kollisionserkennnung
auf dem Ring befanden, etwa bereits
erfahren hat. Diese Kollisionszahl
z kann, wie dies auch in FIG 1 angedeutet ist, mit Hilfe eines Kollisionszählers
KZ ermittelt werden, der vom ODER-Glied KO mit Zählimpulsen beaufschlagt wird und
der jeweils vom Ausgang des Paketvergleichers PV auf Null zurückgesetzt wird. Die
Wartezeitspannew wird dann zweckmäßigerweise mit ( v für z<lb N w= ( ( 2LRi für
zlb N bemessen, worin LR die Ringumlaufzeit, i die laufende Nummer (Position) der
gerade betrachteten Station im Ring und N die Anzahl der Stationen im Ring sind
und worin v eine Zufallsvariable ist, die gleichverteilt Werte aus dem Werteintervall
I 0, 2Z LR1 annimmt.
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Solange ein von der gerade betrachteten Station (ggf.
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erneut) auszusendendes Paket weniger als lb N Kollisionen erfahren
hat, d.h. der Zähler KZ eine kleinere Kollisionszahi z anzeigt, wird die Wartezeit
gleichverteilt aus dem Intervall |°, 2Z 2z LR1 bestimmt. Bei größerer Kollisionszahl
z ist der betreffenden Station eine ihrer laufenden Nummer (Position) im Ring R
entsprechende feste Wartezeitspanne zugewiesen, die dem Produkt der Stationsnummer
i und dem Doppelten der Ringumlaufzeit LR entspricht. Auf diese Weise wird erreicht,
daß die Wartezeitspanne selbst bei einem Zusammentreffen ungünstiger Umstände nicht
beliebig groß werden kann.
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Nachdem im vorstehenden die Erfindung anhand eines mit in jeder Station
T vorgesehenen speziellen Schaltkreisen realisierten Ausführungsbeispiel erläutert
wurde, sei abschließend bemerkt, daß ebenso auch eine Realisierung mit Hilfe von
in den Stationen vorgesehenen Mikroprozessoren möglich ist.