DE3836224A1 - System mit verbindungen zwischen lichtwellenleiter-bussen und koaxialkabel-bussen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System mit Verbindungen zwischen Lichtwellenleiter- Bussen und Koaxialkabel-Bussen, die nach dem Token-Passing- Prinzip (Token-Bus) arbeiten. Systeme der vorstehend beschriebenen Art sind bereits bekannt ("Industrial LAN using a Token Passing Access Method with Optical Links", M. Faugeras, C. Pontoise, F.J. Leconte, EFOC/LAN 88). Bei dem bekannten System sind Carrierband-Koaxialkabel-Busse jeweils über elektro-optische Transceiver mit einem z. B. aktiven optischen Sternkoppler verbunden. Pro Transceiver sind zwei Lichtwellenleiter vorhanden, die je zum Senden und Empfangen bestimmt sind. Die Sende-Lichtwellenleiter aller Transceiver sind im Sternkoppler je über optische Transmitter mit einem Verzweiger verbunden. Der Koppler und der Verzweiger sind durch die Reihenschaltung eines Carrierband-Demodulators und eines Carrierband-Modulators miteinander verbunden.

Bei der bekannten Anordnung werden die Carrierband-Signale transparent auf die Lichtwellenleiter gegeben. Deshalb ist die Reichweite der Übertragung gering. Es findet keine Taktregenerierung statt, so daß die Anordnung für große flächendeckende Netze nicht geeignet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System mit Verbindungen zwischen Lichtwellenleiter-Bussen und Koaxialkabel-Bussen zu entwickeln, das herstellerneutral für Carrierband-Busse und Lichtwellenleiter-Busse geeignet ist. Es soll ein Buskonzept realisiert werden, das den wahlfreien Einsatz von Lichtwellenleiter (LWL)- und Koaxialkabel-Bus-Segmenten in ein und demselben Netzwerk ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 beschriebenen Maßnahmen gelöst. Die im Anspruch 1 erläuterte Anordnung regeneriert die empfangenen Signale des Carrierband-Systems und setzt sie in eine geeignete Form für die optische Übertragung um bzw. transformiert und regeneriert die optisch empfangenen Signale in die carrierbandspezifische Form. Um die Signalkreisströme zu verhindern, sind Rückflußsperren eingebaut.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Schnittstellen über von der Ablaufsteuerung gesteuerte Regeneratoren miteinander verbunden. Die Regeneratoren können für die beiden Übertragungsrichtungen FIFO-Speicher enthalten.

Bedarfsweise ist es möglich, an die Schnittstellen PAD-IDLE-Einfügungsschaltungen anzuschließen. In den Präambeln der Datenströme befinden sich eine Anzahl Bits, die bei Bedarf ergänzt werden. Wenn die Präambel zu kurz ist, werden Stopfbits eingefügt, damit sich die PLL-Schaltkreise auf den Datenstrom einschwingen können.

Mit Hilfe der vorstehend angegebenen Maßnahmen ergeben sich folgende Vorteile:

• - Koexistenz von Lichtwellenleiter (LW)- und Koaxialkabel-Bussegmenten in demselben Netz
• - Kompatiblität mit MAP-Carrierband-Systemen
• - Keine Entwertung der koaxialen Carrierband-Systeme, vielmehr Integration der Carrierband-Systeme und LWL-Systeme und LWL-Systeme als Subsysteme in einem Gesamtsystem
• - Optische Erweiterbarkeit bestehender koaxialer Bussysteme
• - Modularer Aufbau mit autarken Subsystemen
• - Vielseitige, anpassungsfähige Netztechnik, unterschiedliche Netztopologien
• - Aufbau von Netzen mit großen Reichweiten und Teilnehmerzahlen
• - Lösung der EMC-, Erdungs- und Blitzgefährdungsprobleme
• - Verwendung von Komponenten und Techniken, die dual zueinander sind: LWL- und Koaxtechnik, Linien- und Sterntopologie, aktive und passive Sternkoppler
• - Möglichkeit zum kontinuierlichen Übergang vom Medium Koaxialkabel zum Medium Lichtwellenleiter
• - Koax-Bus-Segmente in Übereinstimmung mit entsprechendem Standard ISO D/s 8802.4 für Token-Bus-Systeme auf Koaxial-Kabelbasis, Lichtwellenleiter-Bussegmente erfüllen die für optische Token-Bus-Systeme geltenden Standards gemäß IEEE802.4 bzw. 4H

Anwendungsfälle sind beispielsweise:

• - die Überbrückung eines durch EMC-Probleme, Explosionen oder Blitzeinschläge gefährdeten Bereiches, z. B. bei der Verbindung zweier Automatisierungsinseln in unterschiedlichen Gebäuden eines Firmengeländes,
• - die Verbindung von Carrierbandsystemen in verschiedenen Schächten im Bergbau,
• - die Verbindung weit entfernter Automatisierungskomplexe (z. B. im Bereich der Kläranlagenautomatisierung oder der chemischen Industrie). Die Entfernung kann bis zu 20 km betragen.

Es sind vielfältige Kombinationssysteme flächendeckender Netze mit hybridem Aufbau möglich. Unter hybridem Aufbau sind Netze sowohl mit Koaxial-Bus- Segmenten auf Carrierband-Basis als auch mit Lichtwellenleiter-Bus-Segmenten zu verstehen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher beschrieben, aus dem sich weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines optisch-elektrischen Konverters,

Fig. 2 ein Schaltbild mit zwei Koaxialkabel-Carrierband-System-Bus- Segmenten, die über Lichtwellenleiter miteinander gekoppelt sind,

Fig. 3 ein Schaltbild eines Netzes mit mehreren Koaxialkabel-Carrierband- Systemen, die durch passive Sternkoppler verbunden sind,

Fig. 4 ein Schaltbild eines Netzes mit zahlreichen Carrierband-Systemen, die über mindestens einen aktiven Sternkoppler miteinander verbunden sind,

Fig. 5 ein Schaltbild eines Netzes mit Baumstruktur,

Fig. 6 ein Schaltbild eines flächendeckenden MAP-kompatiblen Bussystems mit Lichtwellenleiter- und Koaxialkabelsegmenten.

Ein opto-elektrischer Konverter (OEK 1) enthält ein Carrierband-Modem 2, das mit dem Terminal-Acces-Point (TAP) eines Carrierband-Koaxialkabel-Busses verbunden ist.

Der OEK 1 dient bei optischen Verbindungen von zwei oder mehreren Carrierband­ systemen der Umsetzung der elektrischen Carrierbandsignale in geeignete optische Signale bzw. zu deren Rückumwandlung in umgekehrter Richtung, Außerdem werden in ihm die Signale regeneriert.

Zur Erläuterung sei z. B. angenommen, daß Datensignale aus dem Carrierband­ system links im Bild zu einem weiteren Carrierbandsystem rechts (im Bild nicht dargestellt) übertragen werden sollen.

Die Daten werden mit Hilfe des Carrierband-Taps 3 in ein ersten Token-Bus- Carrierband-Modem 2, das als Carrierband-Buskoppler dient, eingekoppelt. An dessen 802.4G-Schnittstelle liegen die Signale als sogenannte "MAC"-Symbole vor, die bei einem normalen Carriebandsystem der Medium-Access-Controlschicht des Kommunikationsprozessors übergeben würden. Hier jedoch werden sie einem Regenerator 4 übergeben: Den MAC-Symbolen können unter Umständen einige Präambelsymbole, der "Padedle"-Symbole, fehlen, die stets ein Telegramm anführen und dem Empfänger im TBM-IC als Trainingsfolge dienen. Der Empfänger hat die Aufgabe, sich mit Hilfe eines PLL auf die entsprechenden Datenimpulse einzuphasen; hierbei können unter Umständen einige der ersten Datenimpulse eines Telegramms verlorengehen.

Für die weitere Datenübertragung ist es wichtig, daß die Telegramme mit einer Mindestzahl von Präambelbits ausgerüstet sind. Dem Verlust von Präambelbits kann in der Regeneratorschaltung durch die Bit-Stuffing- Schaltung 5 (PAD) begegnet werden, mit der dem Kopf des Telegramms eine zusätzliche Menge von Präambelbits vorangestellt wird.

Das an der 802.4G-Schnittstelle eintreffende Telegramm wird in einen FIFO- Speicher 6 eingelesen und mit dem Takt eines zweiten Lichtwellenleiter-Token- Bus-Submodems, eines LWL-s-TBM 6 in diesen LWL-S-TBM 6 eingegeben und aus diesem in elektrischer für den optischen Token-Bus-Lichtwellenleiter-Standard vorbereiteter Form in den weiterführenden LWL-S-TBM eingekoppelt, der zu dem anderen Carrierbandsystem führt. Für die Übertragung im LWL ist also der Takt des zweiten LWL-S-TBM 6 zuständig, der im Unterschied zu dem Takt, der im ersten Carrierband-Modem 2 durch einen PLL wiedergewonnen wird, wirklich exakt ist und eine exakte Regeneration ermöglicht. Bei dem Standard für die optischen Token-Bus-Übertragung handelt es sich um die Entwürfe gemäß IEEE 802.4H. Die Koaxialkabel-Bus-Systeme gehorchen dem Standard ISO DIS 8802/4.

Zur Bedienung weiterer verschiedener Steuerfunktionen im Carrierband-Modem 2 und im LWL-S-TBM 6 dient eine Ablaufsteuerung 8.

Damit die einmal ausgesendeten Daten - vom OEK 1 des anderen Carrierband­ systems wieder zurückkommend - sich kreisförmig nicht noch ein zweites Mal über die optische Verbindung bewegen oder in das sendende Carrierbandsystem begeben können, besitzt der OEK eine Rückflußsperre 9, die vor je einem optischen Sender 10 und einem optischen Empfänger 11 angeordnet sind, die je an einen Sende- und Empfangslichtwellenleiter 12, 13 angeschlossen sind. Für die umgekehrte Datenübertragungsrichtung vom Lichtwellenleiter zum Carrier- Koaxialkabel erfolgt die standardgerechte Datenaufbereitung in entsprechender Form mit einem FIFO-Speicher 6 a und einer Bit-Stuffingschaltung 5 a. Die Fig. 2 zeigt den Einsatz der OEK 1 in einer Basisanwendung. Es sind zwei koaxiale Carrierband-Busse 14, 15 über eine, z. B. 20 km, weit reichende optischen Lichtwellenleiterstrecke durch OEK′s 1 miteinander verbunden. Die koaxialen Carrierband-Busse 14, 15 sind linienförmig ausgelegt. Die Abzweige (Tap′s) sind mit gleich aufgebauten Carrierband-Modems 2 an die Prozeßstationen angekoppelt.

In der Fig. 3 ist eine mögliche Erweiterung des in Fig. 2 gezeigten Prinzips dargestellt. Die optische Verbindung mehrerer Koaxialkabel-Carrierbandsysteme über je einen OEK 1 und einen gemeinsamen optischen passiven Sternkoppler 17 ist vorgesehen.

Zu Fig. 4 ist eine zusätzliche Erweiterung des Systems für wesentlich größere Abstände der Carrierband-Systeme voneinander dargestellt. In diesem Fall sind die koaxialen Carrierband-Systeme 16 über je einen OEK 1 und einen aktiven optischen Sternkoppler 18 miteinander verbunden. Realistisch sind Abstände der Carrierband-Systeme im Bereich von 20 km.

Eine Netzopologie mit Baumstruktur zeigt Fig. 5. Hier sind verschiedene koaxiale Carrierband-Systeme 16 je über TAP′s 3 und OEK′s 1 miteinander verbunden. Die OEK′s erlauben die optimale Anpassung der Netztopologie an die räumliche Verteilung der Teilnehmerstationen. Die Fig. 6 bezieht sich auf ein allgemeines Beispiel für ein flächendeckendes Netz.

Fig. 6 zeigt als Beispiel die Topologie eines flächendeckenden Netzes, in dem sowohl Koaxialkabel-Carrierbandbus-Segmente als auch Lichtwellenleiterbus- Segmente zusammenwirken.

Während bei den Koaxialkabel-Carrierbandbus-Segmenten die Linienstruktur benutzt wird, weisen die LWL-Netzteile jeweils Sternstruktur auf. Zum Aufbau der LWL-Netzstrukturen dienen sowohl aktive als auch passive Sternkoppler. Die Netzarchitektur des erweiterten Buskonzeptes ist modular, d. h. mit einer geringen Zahl von Subsystemen läßt sich eine Vielfalt von Kombinationssystemen aufbauen, die für das System in Fig. 6 nur eine von zahlreichen Möglichkeiten ist.

Mit dem oben beschriebenen System wird eine Übertragungstechnik bereitgestellt, die für das oben beschriebene erweiterte Bus-Konzept mit der MAP- Kommunikationsarchitektur (Manufacturing Automation Protocol) kompatibel ist. Zu MAP gibt es die Implementation Release MAP 3.0 vom Juli 1987. Wie oben angegeben, wird auf der physikalischen Ebene die Token-Passing-Bus- Zugriffsmethode gemäß ISO DIS 8802/4 benutzt.

Claims (4)

1. System mit Verbindungen zwischen Lichtwellenleiter-Bussen und Koaxialkabel- Bussen, die nach dem Token-Passing-Prinzip (Token Bus) arbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen einem Terminal-Access-Punkt (elektrischer Koaxialkabel- Abzweig) und einem Sende- und Empfangslichtwellenleiter ein optisch- elektrischer Konverter (1) angeordnet ist, der ein an den Terminal-Access- Punkt angeschlossenes Carrierband-Modem (2) enthält, das eine standardisierte Schnittstelle für Bus-Controller aufweist, daß die Schnittstelle mit einer Schnittstelle eines Lichtwellenleiter-Submodems verbunden ist, das einerseits Signale erzeugt, die dem Lichtwellenleiterstandard entsprechen und andererseits aus den dem Lichtwellenleiterstandard entsprechenden elektrischen Signalen Standardsignale für Bus-Controller erzeugt, daß das Carrierband-Modem (2) und das Lichtwellenleiter- Submodem (7) an eine gemeinsame Ablaufsteuerung angeschlossen sind und daß das Lichtwellenleiter-Submodem (7) über eine Rückflußsperre (9) je mit einem optischen Sender (10) und Empfänger (11) von Lichtwellenleitern (12, 13) verbunden ist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittstellen des Carrierband-Modems (2) und des Lichtwellenleiter- Submodems (7) über von der Ablaufsteuerung (8) gesteuerte Regeneratoren (4) miteinander verbunden sind.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeneratoren FIFO-Speicher (6) enthalten, die je zwischen den Schnittstellen des Carrierband-Modems (2) und des Lichtwellenleiter- Submodems (7) angeordnet sind.

4. System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Regeneratoren (4) PAD-IDLE-Einfügeschaltungen für die Übertragungsrichtungen vom Lichtwellenleiter-Submodem (7) zum Carrierband-Modem (2) und von diesem zum Lichtwellenleiter-Submodem (7) vorgesehen sind.