DE3619324A1 - Lokales netzwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein lokales Netzwerk zur Übertragung digitaler Daten, bei welchem Stationen, die eine Empfangseinrichtung und eine Sendeeinrichtung aufweisen, zwischen denen die digitalen Daten direkt übertragbar sind, aktiv in eine ringförmige, aus mindestens einem Lichtwellenleiter bestehende Leitung eingeschaltet sind. Ein derartiges Netzwerk geht beispielsweise aus der VDI-Zeitung, Band 128 (1986) Nr. 3, Seiten 57 bis 60 hervor.

Lokale Netzwerke - im folgenden kurz "LAN" (Lokal Area Network) genannt - sind Datenübertragungsnetze mit einer räumlich begrenzten Ausdehnung. Sie gewinnen in letzter Zeit zunehmend an Bedeutung, da sie beispielsweise für die Übertragung aller Daten im Bürobereich - zwischen Büros und Rechenanlagen, zwischen verschiedenen Rechenanlagen, zwischen Rechenanlagen und ihren peripheren Einheiten oder zwischen den Büros selbst - einschließlich Sprache und Bild geeignet sind. Ein LAN besteht aus mindestens einer Leitung, an die eine Vielzahl von Stationen angeschlossen ist. Es wird eine schnelle Datenübertragung bei vergleichsweise niedrigen Kosten ermöglicht. Bekannte Netzaufbauten sind beispielsweise das Sternnetz, das Liniennetz und das Ringnetz. Die Stationen sind bei fast allen bekannten LAN aktiv über Mikroprozessoren in die Leitung eingeschaltet. Es sind aber auch LAN mit passiver Anschaltung der Stationen bekannt.

Als besonders vorteilhaft erscheint der Einsatz von Lichtwellenleitern - im folgenden kurz "LWL" genannt - für digital betriebene LAN. Sie haben eine sehr hohe Bandbreite, eine sehr niedrige Dämpfung und sind besonders unempfindlich gegen Störungen. Es ist möglich, ein derartiges LAN mit LWL zunächst bei niedrigen Datenraten zu betreiben. Bei steigendem Bandbreitenbedarf kann ein LAN mit LWL ohne Netzänderung und nur durch Nachrüsten entsprechend leistungsfähiger Geräte mit sehr hohen Datenraten betrieben werden.

Eine aus verschiedenen Gründen beliebte Ausführungsform eines derartigen LAN ist das ringförmige Netz, bei dem alle teilnehmenden Stationen derart aufeinanderfolgend miteinander durch LWL verbunden sind, daß ein geschlossener Ring entsteht. Beim Datenverkehr in einem solchen LAN werden alle Daten auf diesem Ring von der aussendenden Station direkt zur empfangenden Station weitergereicht. Die dazwischenliegenden Stationen regenerieren die Daten lediglich und senden die empfangenen Daten unverändert weiter.

Ein entscheidender Nachteil des geschilderten LAN und aller LAN mit aktiv eingeschalteten Stationen liegt darin, daß bei Ausfall von nur einer einzigen Station der gesamte Datenverkehr auf dem Ring zum Erliegen kommt. Die bekannten LAN mit aktiver Einschaltung der Stationen sind also relativ störanfällig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein LAN mit aktiv eingeschalteten Stationen anzugeben, dessen Funktionsfähigkeit auch bei Ausfall einer Station oder mehrerer Stationen erhalten bleibt.

Diese Aufgabe wird bei einem LAN der eingangs geschilderten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst,

• - daß jede Station über einen Lichtwellenleiter-Koppler in die Leitung eingeschaltet ist, der zwei voneinander unabhängige, jeweils einen Eingang und einen Ausgang aufweisende Durchgangswege und zwei vom Eingang des einen Durchgangswegs zum Ausgang des anderen Durchgangswegs verlaufende Nebenwege hat,
• - daß die Dämpfung der Durchgangswege klein ist im Verhältnis zur Dämpfung der Nebenwege,
• - daß der Koppler mit dem Eingang des einen Durchgangswegs und dem Ausgang des anderen Durchgangswegs in die Leitung eingeschaltet ist und
• - daß die Empfangseinrichtung der Station an den freien Ausgang des einen Durchgangswegs angeschlossen ist, während die Sendeeinrichtung mit dem freien Eingang des anderen Durchgangswegs verbunden ist.

Der über die Leitung des LAN übertragene Datenstrom passiert die LWL-Koppler mit geringer Dämpfung über ihre Durchgangswege. Der Pegel des Datenstroms ist dabei stets so hoch, daß die Daten von der adressierten Station einwandfrei empfangen bzw. von den Zwischenstationen ohne Problem regeneriert und weitergegeben werden. Die Daten werden mit vermindertem Pegel aber auch über die Nebenwege der LWL-Koppler geführt, was im vorliegenden Fall gewünscht ist. Der über die Nebenwege geführte verminderte Datenstrom stellt nämlich sicher, daß die Daten auch bei Ausfall einer Station noch von der nächsten Station empfangen und regeneriert werden können. Der Ausfall der Station führt daher nicht zum Erliegen des Datenverkehrs in dem vorliegenden LAN.

Da bei voll funktionsfähigem LAN, in dem alle Stationen einwandfrei arbeiten, sowohl der wenig gedämpfte als auch der stark gedämpfte Datenstrom zeitlich geringfügig verschoben vorhanden sind, werden in den Stationen Empfangseinrichtungen benötigt, die in Abhängigkeit vom Pegel des ankommenden Datenstroms erkennen können, ob es sich um den "richtigen" Datenstrom oder nur um den als "Störung" zu unterdrückenden, stärker gedämpften Datenstrom handelt. Derartige Empfangseinrichtungen stehen beispielsweise als digitale Empfänger zur Verfügung.

Die Eigenschaften solcher digitaler Empfänger bewirken, daß sie einerseits in der Lage sind, das stärkere von zwei ankommenden Signalen zu verarbeiten und das schwächere dabei zu unterdrücken, wenn ein Mindestpegelunterschied gewahrt bleibt. Andererseits sind sie in der Lage, innerhalb eines großen Pegelbereiches ankommende Signale zu erkennen und zu verarbeiten. Bei Wahl eines geeigneten Verhältnisses der Dämpfungen von Durchgangs- und Nebenwegen der Koppler zueinander ist zu erreichen, daß am Eingang der Empfangseinrichtung einer Station das weniger gedämpfte Signal der Vorstation ausreichend stärker ist als das stärker gedämpfte, vom Koppler der Vorstation durchgelassene Signal. Andererseits muß aber auch das bei einer Station ankommende, weniger gedämpfte Signal ausreichend stärker als das weniger gedämpfte Signal des eigenen Senders sein. Damit ist erreicht, daß jeweils nur das stärkere Signal eines Datenstroms verarbeitet wird. Gleichzeitig muß aber auch sichergestellt sein, daß das stärker gedämpfte Signal ausreichend stark ist, um bei Ausfall einer Station mindestens von der Empfangseinrichtung der nachfolgenden Station ausgewertet werden zu können. Es müssen in diesem Fall Maßnahmen getroffen werden, mit denen das stationseigene Signal der Sendeeinrichtung unterdrückt wird. Das kann beispielsweise durch gegenphasiges elektrisches Zuführen des Sendesignals in der Empfangseinrichtung geschehen. Bei besonders günstigen Bedingungen in allen Teilen des LAN ist es sogar denkbar, daß der Ausfall von mehr als einer Station in räumlicher Folge überbrückt werden kann.

Besonders günstig bei diesem LAN ist, daß die Datenrate in demselben unerheblich ist, da Laufzeitunterschiede der verschiedenen Signalwege durch die Aufspaltung in Signale großen und kleinen Pegels nicht zu Störungen führen. Lediglich bei einem Übergang von großem zu kleinem Pegel, wie er bei Ausfall einer Station auftritt, wird die davon betroffene, empfangende Station eine kurzzeitige Übergangsstörung haben. Das gilt auch für den umgekehrten Fall.

Ein weiterer Vorteil dieses LAN besteht darin, daß dasselbe schon aufgebaut und in Betrieb genommen werden kann, wenn noch nicht alle vorgesehenen Stationen benötigt werden. Dazu können für später anzuschließende Stationen Anschlußmöglichkeiten mittels Kopplern vorbereitet werden, bei denen der freie Ausgang und der freie Eingang durch eine LWL-Verbindungsleitung verbunden sind. Bei Bedarf kann - für das LAN praktisch unterbrechungsfrei - die Verbindungsleitung entfernt und stattdessen eine Station angeschlossen werden.

Durch den Einsatz der LWL-Koppler mit den zwei Durchgangswegen und den zwei Nebenwegen kann das LAN auch problemlos in beiden Richtungen betrieben werden. Es müssen dann nur geeignete Empfangs- und Sendeeinrichtungen in den angeschlossenen Stationen vorhanden sein.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 ein ringförmiges LAN nach der Erfindung.

Fig. 2 einen in dem LAN verwendeten Koppler in vergrößerter Darstellung.

Fig. 3 eine Station des LAN mit Koppler, ebenfalls in vergrößerter Darstellung.

Mit 1 ist eine aus mindestens einem LWL bestehende Leitung bezeichnet, an die mehrere Stationen 2 über LWL-Koppler 3 angeschlossen sind. Die Leitung 1 ist als geschlossener Ring nahezu beliebiger Größe ausgeführt. Der Ring ist in Fig. 1 unterbrochen dargestellt. Aufbau und Wirkungsweise der Stationen 2 und der LWL-Koppler 3 werden anhand der Fig. 2 und 3 näher erläutert.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten LWL-Koppler 3 handelt es sich um ein passives optisches Element mit vier Toren. Ein solches Bauteil zeichnet sich dadurch aus, daß es eine richtungsabhängige Leitungsteilung bewirkt. Es verhält sich richtungs- und quersymmetrisch.

Die vier Tore des Kopplers 3 sind mit a, b, c und d bezeichnet. Die beiden Durchgangswege 4 und 5, auf denen die zu übertragenden Daten nur wenig gedämpft werden, liegen zwischen den Toren a und b einerseits sowie c und d andererseits. Sie sind als gestrichelte Linien eingezeichnet. Die strichpunktierten Linien stellen die beiden höher gedämpften Nebenwege 6 und 7 dar. Sie verlaufen zwischen den Toren a und d einerseits sowie c und b andererseits. Die Dämpfung zwischen den Toren a und c auf der einen Seite sowie b und d auf der anderen Seite ist so hoch, daß diese "Wege" bezüglich der Datenübertragung unberücksichtigt bleiben können.

Die Stationen 2 sind mittels der Koppler 3 in die Leitung 1 eingeschaltet. Dazu wird der Koppler 3 selbst beispielsweise mit dem als Eingang bezeichneten Tor a des Durchgangsweges 4 und dem als Ausgang bezeichneten Tor d des Durchgangsweges 5 an die Leitung 1 angeschlossen. Jede Station 2 umfaßt eine Empfangseinrichtung 8 und eine Sendeeinrichtung 9, die prinzipiell bekannt sind und daher nicht erläutert zu werden brauchen. Die in Fig. 3 dargestellte Station ist mit ihrer Empfangseinrichtung 8 an das als Ausgang bezeichnete Tor b des Durchgangsweges 4 des Kopplers 3 und mit ihrer Sendeeinrichtung 9 an das als Eingang bezeichnete Tor c des Durchgangsweges 5 desselben angeschlossen. Der durch den Koppler 3 nur schwach gedämpfte, gewünschte Datenstrom nimmt also - in Fig. 3 von links kommend - folgenden Weg:
Eingang a - Ausgang b - Empfangseinrichtung 8 - Sendeeinrichtung 9 - Eingang c - Ausgang d.

Der gleichzeitig über den Nebenweg 6 fließende, stärker gedämpfte Datenstrom wird von der nächstfolgenden Station unterdrückt. Das gilt auch für den eigenen stärker gedämpften Datenstrom der Station über den Nebenweg 7, der von der Station 2 selbst unterdrückt wird.

Für den Fall, daß die Station 2 ausfällt, wird nur der stärker gedämpfte Datenstrom über den Nebenweg 6 weitergeleitet. Da ein weniger gedämpfter Datenstrom in diesem Fall nicht bei der folgenden Station ankommt, wird von derselben der stärker gedämpfte Datenstrom nicht unterdrückt, sondern regeneriert und mittels der eigenen Sendeeinrichtung in den folgenden Abschnitt der Leitung 1 gegeben. Hierbei ist es zur einwandfreien Weitergabe der empfangenen "schwachen" Daten erforderlich, daß das Signal der eigenen Sendeeinrichtung 8 aktiv unterdrückt wird. Das kann beispielsweise durch gegenphasiges elektrisches Zuführen des Sendesignals in der Empfangseinrichtung erfolgen.

Der Ausfall der einen Station macht sich für den Datenverkehr insgesamt also nicht bemerkbar. Bei entsprechender Bemessung der Dämpfung der Nebenwege 6 und 7 in den Kopplern 3 und bei Einsatz geeigneter Empfangseinrichtungen in den Stationen ist es durchaus möglich, auf diese Weise auch den Ausfall von zwei oder mehr direkt aufeinander folgenden Stationen ohne Beeinträchtigung des Datenverkehrs zu überbrücken.

Die Stationen 2 können an die Koppler 3 mit Steckverbindern 10 und 11 angeschlossen werden, so wie es in Fig. 3 angedeutet ist. Das bietet den Vorteil, daß der Datenring - die Leitung 1 - auch dann weiterbetrieben werden kann, wenn einmal eine Station 2 abgekoppelt wird. Die dadurch freien Tore b und c des Kopplers 3 können dann mit einem den Übertragungsweg schließenden Lichtwellenleiter 12 verbunden werden, der in Fig. 3 gestrichelt eingezeichnet ist.

Diese Ausführungsform bietet die weitere Möglichkeit, das LAN von vornherein für eine größere Anzahl von Stationen 2 auszulegen als sie zunächst angeschlossen werden sollen. Die Plätze, an denen zunächst keine Stationen angeschlossen sind, werden mit Kopplern 3 ausgerüstet, deren Tore b und c mit einem Lichtwellenleiter 12 verbunden sind. Zum Anschluß einer Station braucht dann nur der Lichtwellenleiter 12 entfernt zu werden. An die dann freien Tore b und c wird die Station mit ihrer Empfangseinrichtung einerseits und ihrer Sendeeinrichtung andererseits angeschlossen.

Das geschilderte LAN kann ohne Änderung des Ringaufbaus sehr einfach in beiden Übertragungsrichtungen betrieben werden, wenn die Koppler 3 - wie beschrieben - richtungs- und quersymmetrisch ausgeführt sind. Es brauchen dann nur Stationen mit entsprechend ausgebildeten Empfangs- und Sendeeinrichtungen an die Koppler 3 angeschlossen zu werden.

Claims (4)

1. Lokales Netzwerk zur Übertragung digitaler Daten, bei welchem Stationen, die eine Empfangseinrichtung und eine Sendeeinrichtung aufweisen und zwischen denen die digitalen Daten direkt übertragbar sind, aktiv in eine ringförmige, aus mindestens einem Lichtwellenleiter bestehende Leitung eingeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet,

• - daß jede Station (2) über einen Lichtwellenleiter-Koppler (3) in die Leitung (1) eingeschaltet ist, der zwei voneinander unabhängige, jeweils einen Eingang (a, c) und einen Ausgang (b, d) aufweisende Durchgangswege (4, 5) und zwei vom Eingang des einen Durchgangswegs zum Ausgang des anderen Durchgangswegs verlaufende Nebenwege (6, 7) hat,
• - daß die Dämpfung der Durchgangswege (4, 5) klein ist im Verhältnis zur Dämpfung der Nebenwege (6, 7),
• - daß der Koppler (3) mit dem Eingang (a) des einen Durchgangswegs (4) und dem Ausgang (d) des anderen Durchgangswegs (5) in die Leitung (1) eingeschaltet ist und
• - daß die Empfangseinrichtung (8) der Station (2) an den freien Ausgang (b) des einen Durchgangswegs (4) angeschlossen ist, während die Sendeeinrichtung (9) mit dem freien Eingang (c) des anderen Durchgangswegs (5) verbunden ist.

2. Lokales Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtwellenleiter-Koppler (3) richtungssymmetrisch und quersymmetrisch ausgebildet sind.

3. Lokales Netzwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Leitung (1) zusätzliche Lichtwellenleiter-Koppler (3) eingeschaltet sind, bei denen der freie Ausgang (b) und der freie Eingang (c) der beiden Durchgangswege (4, 5) durch einen Lichtwellenleiter (12) miteinander verbunden sind.

4. Lokales Netzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausfall einer Station (2) in der Empfangseinrichtung (8) der nachfolgenden Stationen (2) das Signal ihrer Sendeeinrichtung (9) aktiv unterdrückt wird.