DE3926091C2 - Signalformender Impulswiederholer und Übertragungsnetzwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen signalformenden Impulswieder­ holer, der ein gedämpftes Digitalsignal in einem Doppel­ ringnetzwerk, insbesondere einem Tokenring LAN (Local Area Network) einer Impulsformung unterwirft und wiederholt. Ein solcher signalformender Impulswiederholer soll insbesondere den Systembetrieb auch dann zulassen, wenn seine Stromver­ sorgung ausgeschaltet oder defekt ist. Des weiteren be­ trifft die Erfindung ein Übertragungsnetzwerk, in dem ein solcher Impulswiederholer verwendet wird.

Ein Tokenring LAN ist aus Norm 802.5 des IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.) bekannt. Ein solches Tokenring LAN kann maximal 250 Stationen mittels Leitungskoppeleinheiten (TCUs) ringförmig verbinden.

In Fig. 5 ist ein Grundaufbau des IEEE 802.5 Tokenring LAN gezeigt, mit den jeweiligen TCUs 21. Die TCUs 21 sind durch einen Hauptring 23 verbunden. Durch die jeweiligen TCUs 21 sind Stationen 22 über Stichleitungen 24 mit dem Hauptring 23 koppelbar.

Die Fig. 6(a) und 6(b) zeigen den Signalfluß in einer TCU 21 und einer damit verbundenen Station 22. Die Fig. 6(a) stellt einen Zustand dar, bei dem die Station 22 mit dem Hauptring 23 verbunden ist (dieser Zustand ist nachstehend mit "Einfügungszustand" benannt). In diesem Einfügungszu­ stand geht der Signalfluß in Richtung der Pfeile vom Hauptring 23 zur TCU 21 über die Stichleitung 24 zur Stati­ on 22, zurück über die Stichleitung 24, die TCU 21 zum Hauptring 23. Weil das Signal durch die Station 22 hin­ durchgeht, kann die Station 22 nötigenfalls von dem Signal Daten empfangen oder mit dem Signal Daten senden. Weil die Station 22 seriell mit dem Ring verbunden ist, dient die Station 22 auch als signalformender Impulswiederholer, der das ankommende Signal regeneriert und ein abgehendes Signal erzeugt, das das ankommende wiederholt.

Das Bezugszeichen 25 bezeichnet einen diese Funktion aus­ führenden signalformenden Impulswiederholer.

Fig. 6(b) zeigt einen Zustand, bei dem die Station 22 nicht mit dem Hauptring 23 gekoppelt ist (dieser Zustand ist nachstehend mit "Bypaßzustand" bezeichnet). In letzterem Zustand fließt das Signal vom Hauptring 23 über die TCU 21 wieder zum Hauptring 23, und geht nicht durch die Station 22 hindurch.

Die Station 22 steuert die TCU 21 durch einen Gleichstrom, der ein in der TCU 21 befindliches Relais im Einfügungszu­ stand hält, wenn die Stromversorgung der Station 22 einge­ schaltet ist und es im Bypaßzustand hält, wenn die Strom­ versorgung der Station 22 ausgeschaltet ist. Die Station 22 kann zwar im Bypaßzustand ihren Impulswiederholer 25 aus dem Ring 23 auskoppeln, doch wird der Impulswiederholer da­ bei lediglich überbrückt.

Die maximale Entfernung, über die Daten zwischen zwei Sta­ tionen mit ausreichender Zuverlässigkeit übertragen werden können, ist begrenzt. Deshalb kann in ausgedehnten Netzen das Problem auftreten, daß, wenn nur wenige Stationen im Einfügungszustand sind, zwischen ihnen die maximale Entfer­ nung überschritten wird und die Datenübertragung deshalb unmöglich wird.

Die maximale Übertragungsdistanz ist in der IEEE-Norm 802.5 nicht definiert. Die maximale Übertragungsdistanz wird von den Eigenschaften der im Übertragungsweg liegenden Glieder, wie das Dämpfungsmaß des Kabels, die Kapazität der Sender und Empfänger und dergleichen, beeinflußt. Infolgedessen variiert die maximale Übertragungsdistanz systemabhängig, so daß sie sich nicht einheitlich festlegen läßt. Jedoch läßt sich die maximale Übertragungsdistanz in einem typi­ schen System zu etwa 800 m angeben. Dieser Wert wird nach­ stehend der Einfachheit halber angenommen.

Um Netze mit einer größeren Länge als der maximalen Über­ tragungsdistanz sicher betreiben zu können, ist es bekannt, signalformende Impulswiederholer in die Übertragungsleitung einzufügen.

Fig. 8 zeigt die Grundkonfiguration einer signalformenden Impulswiederholereinheit, die die sogenannten 3R-Funktionen (reshaping, retiming and regenerating) aufweist. Eine sol­ che signalformende Impulswiederholereinheit ist beispiels­ weise aus der japanischen ungeprüften JP-A 56-89156 be­ kannt.

In Fig. 8 führt ein sogenannter "Reshaping-Teil" oder Amplituden-Entzerrerteil eine Amplitudenentzerrung eines während der Übertragung durch das Kabel in seiner Übertra­ gung verzerrten Signals 44 aus. Zur Korrektur der Signal­ verzerrungen dient ein Entzerrer, dessen Kennwerte den Dämpfungswerten des Kabels entgegengesetzt sind. Nach IEEE 802.5 Norm wird üblicherweise ein System mit festgelegten Entzerrerkennwerten verwendet, beispielsweise mit Entzer­ rerkennwerten, die die Dämpfungskennwerte eines Kabels von 0 bis 800 m ausgleichen können. Das dem Amplituden-Entzer­ rerteil 41 eingegebene Signal 44 wird darin sowohl entzerrt als auch in seiner Amplitude wiederhergestellt. Das Aus­ gangssignal 46 des Amplituden-Entzerrerteils 41 wird einem "Retiming"- oder Synchronisierteil 42 eingegeben, das ein Zeitsteuersignal 47 synchron mit dem Ausgangssignal 46 er­ zeugt. Das Ausgangssignal 46 des Amplituden-Entzerrerteils 41 wird auch einem "Regenerating"- oder Impulswiederholer­ teil 43 eingegeben, in dem das Ausgangssignal 46 auf der Basis des Zeitsteuersignals 47 abgetastet wird und das ent­ sprechende signalgeformte wiederholte Impulse 45 ausgibt. Das Ausgangssignal 45 wird der abgehenden Seite zugeführt und ist das Ausgangssignal des signalformenden Impulswie­ derholers.

Durch den Einsatz des zuvor beschriebenen signalformenden Impulswiederholers lassen sich Signalverzerrungen, die durch ein bis zu 800 m langes Kabel stromaufwärts vor dem signalformenden Impulswiederholer verursacht werden, behe­ ben und dadurch die Übertragungsdistanz verlängern.

Zu diesem Zweck muß aber der Impulswiederholer dauerhaft in die Übertragungsleitung eingegliedert sein, er darf nicht über eine TCU auskoppelbar sein. Infolgedessen ist bei ei­ ner Störung des Impulswiederholers die Datenübertragung un­ terbrochen.

Ein Impulswiederholer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Übertragungsnetzwerk mit Haupt- und Reservering sind aus DE 30 20 077 A1 bekannt.

Der bekannte Impulswiederholer umfaßt zwei Übertragungs­ steuereinheiten, die auf jeweils einem Hauptring und einem Reservering eines Doppelring-Netzwerks Daten senden und empfangen können und diese mit einer an sie anschließbaren Datenstation austauschen können.

Tritt in dem bekannten Netzwerk eine Unterbrechung der Da­ tenübertragung auf, so beginnen die Übertragungssteuerein­ heiten, untereinander Prüfbefehle auszutauschen, um die Un­ terbrechung zu lokalisieren. Wenn sie gefunden ist, stellen die Übertragungssteuereinheiten der an die Unterbrechung angrenzenden Impulswiederholer Rückschleifwege zwischen Haupt- und Reservering her und schließen auf diese Weise den Ring, so daß die Datenübertragung fortgesetzt werden kann.

Diese Lösung ist zwar sehr vielseitig, da sie es ermög­ licht, Unterbrechungen unabhängig von ihrer Ursache zu überbrücken, doch ist sie gleichzeitig auch sehr aufwendig. Die zur Fehlerlokalisie­ rung benötigten Prüfbefehle sind nicht zwangsläufig mit jeder beliebigen, zur Datenübertragung in einem Netz­ werk verwendeten Norm kompatibel. Außerdem ist zur Erzeu­ gung und Verarbeitung der Prüfbefehle ein erheblicher Schaltungsaufwand an jedem einzelnen Impulswiederholer er­ forderlich.

Aufgabe der Erfindung ist, einen Impulswiederholer für ein Übertragungsnetzwerk mit Haupt- und Reservering anzugeben, der bei durch bestimmte Fehler verursachten Unterbrechungen der Datenübertragung mit einfachen, von der verwendeten Übertragungsnorm unabhängigen Mitteln Rückschleifwege zwi­ schen Haupt- und Reservering ausbildet, auf denen die Da­ tenübertragung fortgesetzt werden kann.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Impulswiederholer nach Anspruch 1. Ansprüche 2 und 3 sind auf eine vorteilhafte Ausgestaltung bzw. ein Übertragungsnetzwerk mit eingefügten erfin­ dungsgemäßen Impulswiederholern gerichtet.

Die rückschleifenden Umschalter im vorgeschlagenen signal­ formenden Impulswiederholer fügen die signalformenden Im­ pulswiederholereinheiten seriell in den Ring ein, wenn die Stromversorgung im eingeschalteten Zustand ist. Anderer­ seits bilden die rückschleifenden Umschalter Rückschleifwe­ ge vom Hauptring zum Reservering, die nicht durch die si­ gnalformenden Impulswiederholereinheiten gehen, wenn die Stromversorgung in einem Zustand ist, in dem die Versorgungs­ spannung noch nicht wiedergekehrt ist.

Demgemäß wird in einer Situation, in der die signalformen­ den Impulswiederholereinheiten wegen Ausfalls oder fehler­ hafter Nichteinschaltung der Stromversorgung, beispielswei­ se im Zustand, in dem die Versorgungsspannung noch nicht wiedergekehrt ist, oder wegen einer Fehloperation der Stromversorgung, im inoperativen Zustand sind, das Ringlei­ tungssystem innerhalb des signalformenden Impulswiederho­ lers, um den Systembetrieb zu sichern, rekonstruiert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung genau­ er beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1(a) bis 1(c) die Grundkonfiguration eines erfin­ dungsgemäß vorgeschlagenen signalformenden Impulswiederho­ lers;

Fig. 2(a) und 2(b) den Betrieb der rückschleifenden Um­ schalter der Schaltungen gemäß Fig. 1(a) bis 1(c);

Fig. 3(a) und 3(b) ein Beispiel einer Systemkonfigura­ tion eines die signalformenden Impulswiederholer gemäß Fig. 1(a) bis 1(c) verwendenden Systems;

Fig. 4(a) und 4(b) eine besondere Konfiguration einer erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausführungsart eines si­ gnalformenden Impulswiederholers;

Fig. 5 die Grundkonfiguration eines Tokenring LAN nach IEEE 802.5 Norm mit TCUs;

Fig. 6(a) und 6(b) den Signalfluß in Fig. 5;

Fig. 7(a) und 7(b) jeweils eine nicht erfindungsgemäße Systemkonfiguration; und

Fig. 8 ein Diagramm, das den Grundaufbau einer herkömmli­ chen signalformenden Impulswiederholereinheit zeigt.

Fig. 1(a) zeigt den Grundaufbau eines erfindungsgemäß vor­ geschlagenen signalformenden Impulswiederholers 1. Dieser weist zwei signalformende Impulswiederholereinheiten 25 je­ weils für einen Hauptring 23 und einen Reservering 32 und zwei rückschleifende Umschalter 2 zur Durchführung eines Umschaltvorgangs vom Hauptring 23 zum Reservering 32 und umgekehrt auf. Jede der signalformenden Impulswiederholer­ einheiten 25 hat die in Fig. 8 dargestellten Funktionen der Amplitudenentzerrung, der Synchronisation und der Im­ pulswiederholung (reshaping, retiming and regenerating).

Fig. 1(b) zeigt einen Fall, bei dem die Stromversorgung des signalformenden Impulswiederholers 1 eingeschaltet ist. In diesem Fall sind die beiden signalformenden Impulswiederho­ lereinheiten 25 jeweils in den Hauptring 23 und den Reser­ vering 32 eingefügt. Die Fig. 1(c) zeigt einen Fall, wo sich die Stromversorgung in einem Zustand befindet, in dem die Versorgungsspannung noch nicht wiedergekehrt ist. In diesem Fall schalten die beiden rückschleifenden Umschalter 2 automatisch in eine Stellung, die ein Rückschleifen der Signale vom Hauptring zum Reservering und umgekehrt, ohne daß die Signale durch die signalformenden Impulswiederho­ lereinheiten 25 gehen, bewirkt.

Einzelheiten der Funktion der rückschleifenden Umschalter 2 gemäß den Fig. 1(a) bis 1(c) zeigen die Fig. 2(a) und 2(b). In den Fig. 2(a) und 2(b) bezeichnet die Bezugsziffer 4 Übertragungsrelaiskontakte. Fig. 2(a) zeigt den Zustand, in dem die Stromversorgung eingeschaltet ist. In diesem Zu­ stand stellen die Relaiskontakte 4 Wege zur Verbindung der signalformenden Impulswiederholereinheiten mit dem Haupt- bzw. Reservering ein, wie dies in Fig. 1(b) gezeigt ist. Die Fig. 2(b) zeigt einen Fall, in dem die Stromversorgung ausgeschaltet ist. In diesem Zustand sind die Relaiskontak­ te 4 im Ruhezustand, so daß die Signale vom Hauptring 23 zum Reservering 32 rückgeschleift werden.

Die Fig. 3(a) und 3(b) zeigen jeweils Beispiele einer Sy­ stemkonfiguration eines die signalformenden Impulswiederho­ ler 1 gemäß der Erfindung verwendenden Tokenringsystems. Eine Station 22 ist über eine Stichleitung 24 mit dem Hauptring 23 verbunden.

Zwei signalformende Impulswiederholer 1 sind in den Ring eingefügt. In Fig. 3(a) betragen die Länge der Stichleitung im Abschnitt S 100 m, die Summe der Länge der Ringkabel der Abschnitte M1 und M3 300 m und die Länge des Ringkabels des Abschnitts M2 300 m (im Falle, daß die Station eingefügt ist, ist die Übertragungsdistanz einschließlich der Länge 100 m der Stichleitung in Fig. 3(a) 400 m). Fig. 3(a) zeigt einen Fehlerzustand, bei dem einer der signalformenden Im­ pulswiederholer 1 ausgefallen ist und vom Ring abgekoppelt wurde, so daß der Ring im Rückschleifzustand ist. Die Über­ tragungsdistanzen zwischen den signalformenden Impulswie­ derholern betragen:
(Stichleitung S) + (Abschnitt M1) + (Abschnitt M1) + (Abschnitt M3) < 800 m (von Station 22 zum ausgefallenen Impulswiederholer 1 zum normal funktionierenden Impulswie­ derholer 1); (Abschnitt M2 × 2 = 600 m < 800 m) vom normal funktionierenden Impulswiederholer 1 zum ausgefallenen Im­ pulswiederholer 1 zurück zum normal funktionierenden Im­ pulswiederholer 1); und
(Abschnitt M3) + (Stichleitung S) < 800 m (Weg vom normal funktionierenden Impulswiederholer 1 zur Station 22). Sämt­ liche Übertragungsdistanzen sind somit nicht länger als die maximale Übertragungsdistanz von 800 m. Infolgedessen kann einem Fehler gemäß Fig. 3(a) durch Umschalten des Rings in den Rückschleifzustand begegnet werden, ohne daß, wie im stand der Technik, ein manuelles Heraustrennen des Impuls­ wiederholers und Rückschleifen der Ringe durchgeführt wer­ den muß.

Fig. 3(b) zeigt einen Fall, bei dem zwei signalformende Im­ pulswiederholer 1 gleichzeitig ausgefallen und vom Ring ab­ gekoppelt sind. Da in diesem Fall der Ring in zwei Ringab­ schnitte zerfällt, einer mit den Abschnitten S, M1 und M3 und der andere mit dem Abschnitt M2, ist eine Wiederher­ stellung des Übertragungsbetriebs möglich, obwohl, gesehen Ton der Station 22, der Ring verkürzt ist. Die Signalüber­ tragung unter dem Gesichtspunkt der Übertragungsdistanz je­ doch bereitet keine Schwierigkeiten, da die Übertragungsdi­ stanzen der beiden Ringabschnitte jeweils 800 m und 600 m betragen. Im Regelfall sind jedoch drei oder mehr signal­ formende Impulswiederholer in den Ring eingefügt. In diesem Fall kann die Ringlänge jeweils pro zusätzlichem signalfor­ mendem Impulswiederholer um 300 m verlängert werden.

Man beachte, daß das Vorsehen nur eines Impulswiederholers ohne Wirkung auf die Verlängerbarkeit des Übertragungsrings ist.

Die Fig. 7(a) und 7(b) zeigen einen Fall, bei dem nur ein Impulswiederholer 1 in den Ring eingefügt ist. In Fig. 7(a) beträgt die Länge des Stichleitungsteils S 100 m und die gesamte Länge der Ringabschnitte M1 und M2 beträgt 300 m. Fig. 7(b) zeigt einen Fall, bei dem die Funktion des si­ gnalformenden Impulswiederholers 48 aufgrund eines Ausfalls der Stromversorgung oder aus anderen Gründen ausfällt. Als Gegenmaßnahme ist der signalformende Impulswiederholer vom Ring abgetrennt. In dieser Situation beträgt die Übertra­ gungsdistanz, gesehen von der Station 22 800 m. Die Kabel­ länge ist deshalb, wenn nur ein signalformender Impulswie­ derholer eingefügt ist, genau so groß wie wenn kein Impuls­ wiederholer eingefügt wäre.

Die Fig. 4(a) und 4(b) zeigen jeweils besondere Beispiele des Schaltungsaufbaus eines erfindungsgemäß ausgeführten signalformenden Impulswiederholers. In Fig. 4(a) und 4(b) besteht jeder der rückschleifenden Umschalter 2 aus einem Übertragungsrelais mit vier Kontakten.

Fig. 4(a) zeigt den Zustand, in dem die Versorgungsspannung (+ 5V) eingeschaltet ist. In diesem Zustand fließt ein Strom durch die Spulen 3 der jeweiligen Übertragungsrelais, so daß die vier Kontakte 4-1 bis 4-4 jedes Übertragungsre­ lais die signalformenden Impulswiederholereinheiten 25 je­ weils mit dem Hauptring 23 und dem Reservering 32 verbin­ den. Fig. 4 zeigt einen Zustand, wo die Versorgungsspannung noch nicht wiedergekehrt ist. In diesem Zustand fließt kein Strom durch die Spulen 3, und die Kontakte sind in ihrer Ruhestellung, so daß Rückschleifwege vom Hauptring 23 zum Reservering 32 einerseits und vom Reservering 32 zum Hauptring 23 andererseits unter Umgehung der signalformen­ den Impulswiederholereinheiten 25 geschaltet sind.

Gemäß der obigen Beschreibung werden erfindungsgemäß inner­ halb der signalformenden Impulswiederholer Rückschleifwege automatisch geschaltet, wenn die Stromversorgung für den signalformenden Impulswiederholer nicht anliegt oder ausge­ fallen ist. Dadurch braucht keine manuelle Rekonstruktion des Tokenring LAN oder dergleichen beim Auftreten eines Stromversorgungsfehlers durchgeführt werden. Damit läßt sich die Möglichkeit eines Systemausfalls verringern, der z. B. durch ein fehlerhaftes Verbleiben der Stromversorgung der signalformenden Impulswiederholer in einem Zustand mit noch nicht wiedergekehrter Versorgungsspannung oder einem Ausschalten der Stromversorgung aufgrund eines Fehlbetriebs oder dergleichen verursacht wird, welche bei üblichen Feh­ lerbetrachtungen nicht einbezogen werden. Selbstverständ­ lich kann der erfindungsgemäß vorgeschlagene signalformende Impulswiederholer nicht nur im Tokenring LAN, sondern auch in anderen Netzwerksystemen verwendet werden.

Claims (4)

1. Signalformender Impulswiederholer (1) für ein Übertra­ gungsnetzwerk mit einem Hauptring (23) und einem Reser­ vering (32) zur Signalübertragung in entgegengesetzte Richtungen, welcher umfaßt:

• - eine erste und eine zweite Signalform- und Impulswie­ derholereinheit (25), die im Normalbetriebszustand des signalformenden Impulswiederholers (1) seriell in den Hauptring (23) bzw. den Reservering (32) eingefügt sind;
• - Umschalter (2), die in einem Störungsbetriebszustand Hauptring (23) und Reservering (32) unterbrechen und eine Rückschleifung zwischen diesen ausbilden,

dadurch gekennzeichnet, daß er (1) derart ausgebildet ist, daß im Falle fehlender Versorgungsspannung am signalformenden Impulswiederholer (1) als dem Störungsbetriebszustand die Umschalter (2) automatisch den Hauptring (23) und den Reservering (32) jeweils zweifach unterbrechen und zwei Rückschleifwege ausbilden, und dadurch die beiden Signalform- und Impulswiederholereinheiten (25) aus dem Hauptring (23) und dem Reservering (32) auskoppeln.

2. Signalformender Impulswiederholer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalter (2) von zwei Übertragungsrelais (4) mit jeweils einer Spule (3) und vier Kontakten (4-1, 4-2, 4-3, 4-4) gebildet sind, die den Normalbetriebszustand herstellen, wenn Strom durch die Spulen (3) fließt, und anderenfalls den Störungsbetriebszustand herstellen.

3. Übertragungsnetzwerk mit einem Hauptring (23) und einem Reservering (32), in die zwei oder mehrere signalformende Impulswiederholer nach einem der vorangehenden Ansprüche an bestimmten Orten eingefügt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Orte so gewählt sind, daß eine unter Berücksichtigung der Übertragungsparameter sich ergebende maximale Übertragungslei­ tungslänge auch im Störungsbetriebszustand eines oder mehrerer der signalformenden Impulswiederholer nicht überschritten wird.