DE4320131B4

DE4320131B4 - Globaler Belastungsausgleich in einem Echtzeitdatenabbildungsnetzwerksystem

Info

Publication number: DE4320131B4
Application number: DE4320131A
Authority: DE
Inventors: Warren Albert Edblad; Linda Lee Santoline; Carl Joseph Staab; Charles William Einolf Jun.; Albert William Crew
Original assignee: Emerson Process Management Power and Water Solutions Inc
Current assignee: Emerson Process Management Power and Water Solutions Inc
Priority date: 1992-06-19
Filing date: 1993-06-17
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2013-06-18
Also published as: ES2076089R; US5305314A; JPH0662028A; GB9312412D0; GB2268034A; GB2268034B; ES2076089A2; ES2076089B1; DE4320131A1; PL171714B1; PL299390A1; CZ118193A3; CN1081035A; CN1039177C

Abstract

Echtzeitdaten-Abbildungsnetzwerksystem (1) mit:
einer Mehrzahl von Stationen (3), die jeweils eine Mehrzahl von periodischen Echtzeit-Datennachrichten mit einer Mehrzahl von Datenperioden, die von einer längsten Datenperiode (Rp) bis zu einer kürzesten Datenperiode (1p) reichen, wobei die längste Datenperiode ein ganzzahliges Vielfaches jeder der anderen Datenperiode ist, erzeugen;
einem Datenkommunikationsnetzwerk (5), das alle Stationen verbindet;
Vorrichtungen (7) zum sequentiellen Freigeben innerhalb sich wiederholender Zeitschlitze der Übertragung von periodischen Echtzeit-Datennachrichten (B) durch jede Station (3) auf dem Datenkommunikationsnetzwerk, wobei die Übertragungszeitschlitze in ihrer Dauer gleich der kürzesten Datenperiode sind; und
Vorrichtungen (300) innerhalb jeder Station, die wiederholt, wenn sie während jedes Übertragungszeitschlitzes freigegeben sind, periodische Echtzeit-Datennachrichten mit der kürzesten Datenperiode (1p) übertragen und wiederholt andere Echtzeit-Datennachrichten mit längeren Datenperioden (2p-Rp) übertragen, wenn sie während Übertragungszeitschlitzen freigegeben werden, die für jede weitere Echtzeit-Datennachricht durch ein Verhältnis der Datenperiode für die weitere Echtzeit-Datennachricht zur kürzesten Datenperiode getrennt sind, wobei die...

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf die Übertragung von periodischen Daten in einem Echtzeitdaten-Abbildungsnetzwerksystem und insbesondere in einem solchen System, in dem verschiedene Datennachrichten wiederholt mit verschiedenen periodischen Raten übertragen werden.
In Echtzeit- oder deterministischen Datenabbildungsnetzwerksystemen werden Datennachrichten, die augenblickliche Abbildungen spezifischer Daten enthalten, periodisch von Stationen in dem Netzwerk zu anderen Stationen übertragen: Die Datenlatenz, das heißt die maximale Zeitperiode, innerhalb derer die Daten in den Empfangsstationen aufgefrischt werden müssen, bestimmt die periodische Rate, mit der die Nachrichten übertragen werden müssen. Die periodische Rate ihrerseits bestimmt die Menge des Nachrichtenverkehrs, der von dem System gehandhabt werden muß.

Ein Netzwerk, das dem FDDI- (Faser-Verteilungsdatenaustausch-) Standard entspricht, ist ein Beispiel eines Netzwerks, das als Echtzeitdatennetzwerk verwendet werden kann.

Das FDDI-Protokoll legt eine Ringtopographie fest und verwendet ein Token-Weiterreichungsschema, bei dem ein Token von Station zu Station gereicht wird, um in dem Netzwerk eine Übertragungszeit zuzuweisen. In einem FDDI-Netzwerk wird der Verkehr durch Zuweisung der Nachrichten in eine von zwei Klassen, die synchrone und die asynchrone, gesteuert. Die synchrone Nachrichtenklasse wird für periodische Daten verwendet, da sie eine maximale Datenlatenz gleich der doppelten Ziel-Token-Umlaufzeit (TTRT, Target Token Rotating Time) garantiert, wobei die TTRT so ausgewählt wird, daß die erforderliche Leistung im Zeitbereich erreicht wird. Wenn zum Beispiel eine Datenlatenz von 100 Millisekunden erforderlich ist, wird eine TTRT von 50 Millisekunden ausgewählt. Die TTRT bestimmt dann die maximale Menge von Verkehr, die auf dem Netzwerk gesendet werden kann, da im schlimmsten Fall alle Stationen in dem Netzwerk in der Lage sein müssen, ihre synchronen Nachrichten zu senden und das Token innerhalb der TTRT weiterzureichen.

In einigen Echtzeitsystemen, zum Beispiel in einem Echtzeitsteuerungssystem gibt es oft Daten, die mit einer hohen Rate für eine geeignete Steuerung aufgefrischt werden müssen. Normalerweise besitzen die meisten Daten in dem System eine viel längere Datenlatenzanforderung und können in der Tat variable Latenzanforderungen besitzen. In einem solchen inhomogenen System wird die Kapazität des Netzwerks durch die periodischen Daten mit der kürzesten Sendeperiode eingeschränkt. Dies rührt daher, daß die Spitzenbelastung auftritt, wenn alle Knoten in dem Netzwerk gleichzeitig das To ken anfordern, am alle ihre periodischen Daten in einem einzigen Token-Umlauf zu übertragen.

Aus der Druckschrift EP 306 963 A2 ist ein Algorithmus bekannt, mit dessen Hilfe Nachrichten unterschiedlicher Prioritätsstufen über ein Netzwerk mit Token-Weiterreichung gemäß IEEE 802.4 übertragen werden können. Jede Station betreibt dazu für Nachrichten jeder Prioritätsstufe eine eigene Warteschlange. Jede Warteschlange bildet eine virtuelle Netzwerkstation, die ihre Nachrichten senden darf, sobald sie das Token erhalten hat. Jede Prioritätsstufe ist durch eine Latenzzeit gekennzeichnet, innerhalb derer die Nachrichten gesendet weren sollten. Echtzeitanforderungen können allerdings nur für die oberste Prioritätsstufe erfüllt werden, da nur diese synchron übertragen werden. Nachrichten der niedrigeren Prioritätsstufen werden nach Maßgabe der verbleibenden Bandbreite asynchron übertragen. Dieser Algorithmus bietet kein Verfahren zur Glättung der Übertragungslastspitzen.

Es gibt ein bekanntes Echzeitnetzwerksystem mit Token-Weiterreichung, in dem periodische Daten mit einer von zwei Raten, einer schnellen Rate (mit einer kurzen Periode) und einer langsamen Rate (mit einer längeren Periode), übertragen werden. Die Daten mit der kurzen Periode werden während jedes Token-Umlaufs übertragen. Jede Station verteilt unabhängig und ohne Rücksicht auf die von den anderen Stationen übertragenen Nachrichten ihre periodischen Datennachrichten mit der längeren Periode über die Anzahl der kurzen Datenperioden, die innerhalb der längeren Datenperiode enthalten sind. Daher versucht jede Station ihre eigenen Nachrichten der längeren Periode herauszumitteln. Die Wirksamkeit dieses Schemas ist mit der Anzahl und Länge der übertragenen Nachrichten verbunden. Wenn zum Beispiel in jeder Station die Anzahl der zu übertragenden Nachrichten mit der längeren Datenperiode gleich dem verhältnis der längeren Datenperiode zur kürzeren Datenperiode ist, würde in jeder der kürzeren Datenperioden eine gleiche Anzahl von längeren Datennachrichten übertragen werden, und daher würde der Nachrichtenverkehr vollständig herausgemittelt werden. Für ein Netzwerk mit sehr kurzen Nachrichten ist ein solches Schema üblicherweise wirkungsvoll für eine Glättung über das gesamte Netzwerk. Wenn jedoch die Nachrichtengrößen zunehmen, wird es immer unwahrscheinlicher, daß eine solche Mittelung innerhalb einer Station eine wirkungsvolle Glättung erzeugt. Im schlimmsten Fall kann jede Station nur eine einzige Daten nachricht der langen Periode haben, und es kann dann keine Mittelung geben. Da alle Stationen ihre Nachrichten der langen Periode unabhängig voneinander verteilen, könnte im schlimmsten Fall jede Station ihre eine Datennachricht der langen Periode in derselben kurzen Periode übertragen.

Es gibt ein weiteres bekanntes Echtzeit-Netzwerkprotokoll mit Token-Weiterreichung, das als FDDI bekannt ist, das ermöglicht, daß periodische oder synchrone Daten mit einer von vielen periodischen Raten übertragen werden. Das FDDI-Protokall besitzt keine Vorkehrungen zum Glätten von synchronen Daten unterschiedlicher Periode entweder innerhalb einer Station oder über dem gesamten Netzwerk. Daher tritt der ungünstigste Fall (Spitzenbelastung) ein, wenn alle synchrone Daten von allen Stationen im Netzwerk ihre synchronen Nachrichten bei einem einzigen Token-Umlauf übertragen. Die Wahrscheinlichkeit eines solchen Ereignisses wird geregelt durch die Tatsache, daß jede Station im allgemeinen nur ein paar Nachrichten überträgt, die eine relativ große Größe besitzen. Dies ist der Fall, da das FDDI-Netzwerk ein Datennetzwerk mit sehr hohem Durchsatz ist (100 Megabit pro Sekunde). In einem solchen Netzwerk diktieren Softwareverarbeitungszeiten im allgemeinen die Leistung; auch wenn das Netzwerk eine sehr hohe Übertragungsrate bereitstellen kann, kann es keine sehr hohe Nachrichtenrate bereitstellen, da jede Nachricht von Software bearbeitet werden muß. Daher ist es sehr wahrscheinlich, daß Nachrichten von jeder Station in dem Netzwerk auf eine bestimmte Minimalgröße beschränkt sind und daß alle individuellen Dateneinheiten in einer einzigen Nachricht zusammen gruppiert sind. Als Ergebnis besitzt ein FDDI-Netzwerk mit mehrfachen synchronen Datenperioden eine sehr ungleichmäßig Auslastung und auch eine reduzierte Kapazität, da die Kapazität durch den synchronen Datenverkehr bei einem einzigen Token-Umlauf im schlechtesten Fall bestimmt wird.

Es gibt daher einen Bedarf für ein System, das wirkungsvoller Daten mit langen Perioden in Systemen mit mehrfachen Datenperioden verteilt.

Dieser Bedarf und andere werden durch die Erfindung erfüllt, die auf ein Echtzeit-Abbildungsnetzwerksystem gerichtet ist, das Datennachrichten mit längerer Periode auf systemweiter Basis verteilt, um die in einer beliebigen, kürzesten Datenperiode übertragenen Daten zu minimieren. Insbesondere richtet sich die Erfindung auf ein System, in dem es Datennachrichten mit Datenperioden gibt, die von einer kürzesten Datenperiode bis zu einer längsten Datenperiode reichen, wobei die längste Datenperiode ein ganzzahliges Vielfaches jeder der kürzeren Datenperioden ist. Der Verkehr innerhalb des Systems wird dann über die längste Datenperiode verteilt, die in eine Anzahl von "Übertragungszeitschlitzen" gleich den Verhältnissen zwischen den längsten und den kürzesten Datenperioden unterteilt ist. Das System umfaßt außerdem Vorrichtungen, die sequentiell innerhalb sich wiederholender Übertragungszeitschlitze die Übertragung von periodischen Datennachrichten jeder Station auf dem alle Stationen verbindenden Datenkommunikationsnetzwerk ermöglichen, wobei die Übertragungszeit schlitze in der Dauer gleich der kürzesten Datenperiode sind.

Jede Station überträgt wiederholt, wenn sie freigegeben ist, während jedes Übertragungszeitschlitzes die periodischen Datennachrichten mit der kürzesten Datenperiode. Jede Station überträgt auch wiederholt die anderen Datennachrichten mit längeren Datenperioden, wenn sie während Übertragungszeitschlitze, die für jede andere Datennachricht durch ein Verhältnis der Datenperiode für die andere periodische Datennachricht zur kürzesten Periode getrennt sind, freigegeben werden. Weiterhin wird die Übertragung von Datennachrichten mit ähnlichen, längeren Datenperioden in allen Stationen über Übertragungszeitschlitze innerhalb der längsten Datenperiode übertragen, um die Anzahl der von allen Stationen während jedes Übertragungszeitschlitzes übertragenen Datennachrichten zu minimieren. Vorzugsweise wird die Übertragung von Datennachrichten in jeder Station von einem Token-Umlaufsystem freigegeben, welches in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein FDDI-Netzwerk ist.

Die Verteilung der Übertragung von Datennachrichten mit ähnlichen, längeren Datenperioden wird in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung mittels einer Serverstation in dem Netzwerk durchgeführt. Die Serverstation umfaßt Vorrichtungen, die sequentiell jeder der periodischen Datennachrichten von allen Stationen einen Start-Übertragungszeitschlitz zuweisen. Der Server weist dann auch jeder Datennachricht weitere, von dem Start-übertragungszeitschlitz durch einen Periodenübertragungsabstand gleich dem Verhält nis der Datenperiode der periodischen Nachricht zur kürzesten Datenperiode getrennte Zeitschlitze zu.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und ein Verfahren zum Übertragen von Echzeitdatennachrichten mit unterschiedlichen Datenperioden zur Verfügung zu stellen. Diese und weitere Aufgaben werden durch das in den beigefügten Patentansprüchen definierte System und das Verfahren dazu gelöst.

Insbesondere besteht hinsichtlich dieser Aufgabe die Erfindung in einem Echtzeitdaten-Abbildungsnetzwerksystem mit: einer Mehrzahl von Stationen, die jeweils eine Mehrzahl von periodischen Datennachrichten mit einer Mehrzahl von Datenperioden, die von einer längsten Datenperiode bis zu einer kürzesten Datenperiode reichen, wobei die längste Datenperiode ein ganzzahliges Vielfaches jeder der anderen Datenperiode ist, erzeugen; einem Datenkommunikationsnetzwerk, das alle Stationen verbindet; gekennzeichnet durch: Vorrichtungen zum sequentiellen Freigeben innerhalb sich wiederholender Zeitschlitze der Übertragung von periodischen Datennachrichten durch jede Station auf dem Datenkommunikationsnetzwerk, wobei die Übertragungszeitschlitze in ihrer Dauer gleich der kürzesten Datenperiode sind; und Vorrichtungen innerhalb jeder Station, die wiederholt, wenn sie während jedes Übertragungszeitschlitzes freigegeben sind, periodische Datennachrichten mit der kürzesten Datenperiode übertragen und wiederholt andere Datennachrichten mit längeren Datennachrichten übertragen, wenn sie während Übertragungszeitschlitzen freigegeben werden, die für jede weitere Da tennachricht durch ein Verhältnis der Datenperiode für die weitere Datennachricht zur kürzesten Datenperiode getrennt sind, wobei die Übertragung der periodischen Datennachrichten mit längeren Datenperioden in allen Stationen über Übertragungszeitschlitze verteilt und zugewiesen werden, die während jeder längsten Datenperiode auftreten, um die Anzahl der Datennachrichten, die von allen Stationen während jedes Übertragungszeitschlitzes übertragen werden, zu minimieren.

Ein vollständiges Verständnis der Erfindung kann aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten Zeichnung gewonnen werden.
1 ist ein schematisches Diagramm eines Netzwerksystems mit einer Token-Weiterreichungs-Ringarchitektur, auf das die Erfindung angewendet wird.
2 ist ein Diagramm, das die Zeitunterteilung entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist eine Tabelle, die die Spitzenbelastung in einem einzigen Zeitschlitz für ein Netzwerksystem, wie dem in 1 gezeigten, mit zwei Übertragungsperioden, welches nicht die Erfindung umfaßt, zeigt.
4 ist eine Tabelle, die die Spitzenbelastung in einem einzigen Zeitschlitz für ein Netzwerksystem, wie dem in 1 gezeigten, mit zwei Übertragungsperioden, welches die Erfindung umfaßt, zeigt.
5 ist eine Tabelle, die die Spitzenbelastung entsprechend der Erfindung für den allgemeinen Fall eines Netz werks, wie dem in 1 gezeigten, mit mehrfachen Datenübertragungsperioden zeigt.
6 ist ein schematisches Diagramm eines FDDI-Netzwerksystems, auf das die Erfindung angewandt wird.
Die 7A und 7B zeigen ein Flußdiagramm eines geeigneten Programms zur Verwendung durch einen Server für das Zuweisen von Daten für die Übertragung während spezifischer Übertragungszeitschlitze entsprechend der Erfindung für den allgemeinen Fall von mehrfachen Datenperioden.
Die 8A und 8B zeigen ein Flußdiagramm eines geeigneten Computerprogramms für das Zuweisen von Daten für die Übertragung während spezifischer Übertragungszeitschlitze für den speziellen Fall von nur zwei Datenperioden.
9 ist ein Flußdiagramm eines geeigneten Computerprogramms, das von jeder Station beim Übertragen von Daten in den von dem Server zugewiesenen Zeitschlitzen ausgeführt wird.
1 zeigt ein Echtzeitdaten-Abbildungsnetzwerksystem 1, das eine Mehrzahl von Stationen 3 umfaßt, die durch ein Datenkommunikationsnetzwerk 5 miteinander verbunden sind. Ein Token, das symbolisch bei 7 dargestellt ist und in dem Netzwerk von Station zu Station weitergeleitet wird, weist sequentiell jeder Station das Recht zum Übertragen während wiederholter Token-Umläufe zu, so daß die Station auf dem Netzwerk übertragen kann. Wenigstens ein und möglicherweise mehrere Token-Umläufe können während der Dauer eines einzigen Übertragungszeitschlitzes auftreten. Jede Station über trägt ihre einem Übertragungszeitschlitz zugewiesenen Daten nur einmal während dieses Zeitschlitzes, unabhängig von der augenblicklichen Zahl der Token-Umläufe. In der exemplarischen Form der Erfindung verbindet das Netzwerk die Stationen 3 in einer Ringkonfiguration. Vorzugsweise verwendet das Netzwerk 5 den FDDI- (Faser-Verteilungsdatenaustausch-) Standard. Dieser ist ein Standard mit offener Architektur. Wie zuvor erwähnt, kann das FDDI-Netzwerk synchrone und asynchrone Nachrichten übertragen. Die Echtzeitdaten, die periodisch aufgefrischt werden müssen, werden in dem synchronen Modus des FDDI-Netzwerks übertragen. Da unterschiedliche Daten in einem System 1 unterschiedliche Datenlatenzen, das heißt unterschiedliche maximale Zeiten besitzen, während der die Daten in allen Empfangsstationen in dem Netzwerk aufgefrischt werden müssen, ist eine Mehrzahl von Datenperioden von einer kürzesten Datenperiode bis zu einer längsten Datenperiode eingeführt worden. Diese Datenperioden sind so aufgebaut, daß die längste Datenperiode ein ganzzahliges Vielfaches jeder der kürzeren Datenperiode ist.
2 zeigt dieses Verhältnis der längsten zur kürzesten Datenperiode. Das Periodenverhältnis R ist das Verhältnis der längsten Datenperiode zur kürzesten Datenperiode. Die kürzeste Datenperiode ist gleich der Dauer des Übertragungszeitschlitzes in dem Netzwerk. In der längsten Datenperiode sind R Übertragungszeitschlitze enthalten. Daher überträgt, wenn das Token während jedes Übertragungszeitschlitzes weitergereicht wird, jede Station ihre Daten mit der kürzesten Datenperiode. Jede Station muß außerdem, während sie das Token besitzt, einige ihrer Daten mit längeren Perioden übertragen. Es ist offensichtlich, daß der Übertragungszeitschlitz und daher die kürzeste Datenperiode die Datenmenge bestimmt, die von dem Netzwerk gehandhabt werden kann, da jede Station während des Übertragungszeitschlitzes ihre Daten übertragen und das Token weiterreichen muß. Während die Daten mit der kürzesten Datenperiode während jedes Übertragungszeitschlitzes übertragen werden müssen, können die Daten mit längeren Datenperioden über Übertragungszeitschlitze verteilt werden, die sich über die längste Datenperiode erstrecken.
Entsprechend der Erfindung werden Daten mit anderen Datenperioden als die kürzeste Datenperiode auf einer systemweiten Basis über die längere Datenperiode verteilt, um die Menge von Daten, die während eines einzigen Übertragungsdatenschlitzes übertragen wird, herauszumitteln. Ein Beispiel der Wirkung der Erfindung ist in den 3 und 4 für ein Netzwerk mit fünf Stationen oder Knoten i und zwei Datenperioden, einer kurzen Datenperiode p, die zum Beispiel 100 Millisekunden betragen kann, und einer langen Datenperiode 10p, die in dem Beispiel 1 Sekunde betragen würde, gezeigt.
3 zeigt die Spitzenbelastung oder den schlimmsten Fall für das Netzwerk des Beispiels ohne den Nutzen der Erfindung. In dieser Figur stellt p_i einen Block von 100-Millisekunden-Daten der Station oder des Knotens i dar und 10p_i stellt einen Block von 1-Sekunden-Daten der Station oder des Knotens i dar. Wie aus 3 ersichtlich, überträgt jede Station ihre 100-Millisekunden-Daten während jedes Token-Um laufs oder Übertragungszeitschlitzes 1-10. Bei dem System nach dem Stand der Technik, wo jede Station oder jeder Knoten seine eigenen 1-Sekunden-Daten unabhängig einem der Übertragungszeitschlitze 1-10 zugewiesen hat, muß das System den schlechtesten Fall bearbeiten können, in dem alle Stationen ihre 1-Sekunden-Daten während desselben Token-Umlaufs oder Zeitschlitzes senden. In 3 ist dies der erste Zeitschlitz während jedes Satzes von zehn Zeitschlitzen. Es ist daher klar, daß die Gesamtmenge an Daten eingeschränkt sein muß, damit sie alle innerhalb eines Zeitschlitzes übertragen werden können.
4 zeigt dasselbe Beispiel, auf das jetzt die Erfindung angewandt wurde. In diesem Fall wird die Zuweisung der Datenübertragung mit der längeren Datenperiode in jeder Station auf einer globalen Basis verteilt, so daß jede Station ihre eigenen 1-Sekunden-Daten Während jedes Satzes von zehn Zeitschlitzen in einem anderen Zeitschlitz überträgt. Daher wird die Menge an Daten, die in einem bestimmten Zeitschlitz übertragen werden muß, minimiert. Mit dieser Erfindung können dann während eines gegebenen Übertragungszeitschlitzes mehr Daten übertragen werden, was zu einer Zunahme der gesamten Netzwerkkapazität führt, oder es kann auf der anderen Seite die Dauer des Übertragungszeitschlitzes verkürzt werden, so daß die kürzeste Datenperiode für ein häufigeres Auffrischen von Daten mit der kürzesten Datenperiode verringert werden kann.
5 zeigt den allgemeinen Fall der Anwendung der Erfindung, bei dem es Daten mit mehr als zwei unterschiedli chen Datenperioden gibt. In 5 stellen p_i, 2p_i, 5p_i und Rp_i jeweils einen Datenblock mit jeweils einer gegebenen Sendeperiode von der Station oder dem Knoten i dar. Wiederum ist R das Verhältnis der längsten Periode zur kürzesten Periode und R ist ein ganzzahliges Vielfaches aller Perioden. In diesem Beispiel beträgt die Anzahl der Stationen oder Knoten 7 und R ist größer als 7. Wiederum werden die p_i-Daten während jedes Token-Umlauf übertragen. Die 2p_i-Daten werden während jedes zweiten Zeitschlitzes übertragen, die 5p_i-Daten werden während jeder fünften Datenperiode übertragen, und die Rp_i-Daten werden einmal alle R-Zeitperioden übertragen. Aus diesem Beispiel ist klar, daß der durch die Erfindung erreichte, globale Ausgleich die Kapazität des Netzwerk stark vergrößert, da die Menge an Daten, die ohne globalen Ausgleich übertragen werden könnte, beschränkt sein würde, da das System den schlimmsten Fall einer Übertragung von allen Daten aller Datenperioden größer als die kürzeste Datenperiode von allen Stationen während eines Token-Umlaufs oder Übertragungszeitschlitzes ermöglichen müßte.
6 zeigt eine Anwendung der Erfindung auf ein Echtzeitdaten-Abbildungsnetzwerk 1 mit einer Anzahl von Stationen 3a-3n, die durch ein Netzwerk 5 in einer Ringkonfiguration mit gegenläufigen inneren und äußeren Ringen 9 und 11 unter Verwendung des FDDI-Standards miteinander verbunden sind. Jede der Stationen 3a-3n umfaßt eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 13, einen Speicher 15 und eine Netzwerkschnittstelle 17. Nachrichten, die in jeder Station von der CPU 13 erzeugt werden, werden von der Netzwerkschnitt stelle 17 auf den inneren oder äußeren Ringen 9 oder 11 des Netzwerks 5 übertragen, wie es von dem Stationsmanagementprotokoll des FDDI-Netzwerks bestimmt wird, wenn die Netzwerkschnittstelle das Token erhält. Wenn die Netzwerkschnittstelle der benachbarten Station die Nachricht erhält, speichert sie die benötigten Daten im Speicher 15 und wiederholt die Nachricht für die nächste (in der Reihe nachfolgende) Station. Auf diese Weise werden die Daten um den Ring herum zu allen Stationen gesendet. In diesem System ist jede Datennachricht ein Datenblock, der von der erzeugenden Sendestation erzeugt wird.
Entsprechend der Erfindung ist eine der Stationen, wie etwa die Station 3a, ein Serverknoten. Der Serverknoten ist der zentrale Punkt zum Zuweisen von von jeder der individuellen Stationen erzeugten Datenblöcke auf Übertragungszeitschlitze, um den globalen Ausgleich durchzuführen. Wenn also eine der Stationen einen neuen Datenblock mit einer bestimmten Datenperiode zusammensetzt, sendet sie eine Anforderung an den Serverknoten 3a für eine Zuweisung von Zeitschlitzen für diesen Datenblock. Ein einfaches Schema für den Server 3a Zeitschlitze den Datenblöcken zuzuweisen, besteht darin, daß der Server den ersten längeren Datenblock, für den Zeitschlitze erforderlich sind, dem ersten Zeitschlitz als Startzeitschlitz zuweist. Zusätzliche Zeitschlitze, die von dem Startzeitschlitz durch das Verhältnis der Datenperiode für diesen Datenblock zur kürzesten Datenperiode getrennt sind, werden ebenfalls diesem Datenblock zugewiesen. Der Startzeitschlitz wird dann für den nächsten Datenblock, für den eine Zeitschlitzzuweisung erforderlich ist, um eins inkrementiert. Wenn die geeignete Anzahl von Zeitschlitzen den Datenblöcken zugewiesen ist, wird die Liste der zugewiesenen Zeitschlitze der anfordernden Station zurückgeschickt.
Ein Flußdiagramm 100 für ein geeignetes Computerprogramm für die Serverstation für den allgemeinen Fall einer Mehrzahl von n-Stationen oder Knoten, die Datenböcke mit einer Anzahl von unterschiedlichen Datenperioden senden, ist in den 7A und 7B gezeigt. Beim Aufruf bei 101 initialisiert das Programm für die Zeitschlitzzuweisung erforderliche Konstanten bei 103. Diese Konstanten umfassen R, welches das Verhältnis der längsten Periode zur kürzesten Periode ist. Die Anzahl der Schlitze, in denen Daten während der längsten Periode zu übertragen sind, wird für jede Datenperiode durch Teilen dieser Datenperiode durch die längste Datenperiode berechnet. Ein Übertragungszeitschlitz-Abstand wird ebenfalls für jede Periode durch Teilen dieser Datenperiode durch die kürzeste Datenperiode festgelegt. Die Initialisierung wird bei 105 durch die Initialisierung eines Startzeitschlitzes, der netzwerkweit jeder Datenperiode zugewiesen wird, beendet.
Bei Erhalt einer Aufforderung für eine Zeitschlitzzuteilung von einer Station in dem Netzwerk an den Server initialisiert der Server bei 109 einen Schlitzzähler, der bei der Zuweisung verwendet wird. Dieser Schlitzzähler wird, wie noch zu sehen ist, von Null bis zur Anzahl von Schlitzen eines zu übertragenden Datenblocks H der Periode p minus 1 inkrementiert. Die Routine geht dann bei 111 in eine Schleife, um diesem Datenblock Zeitschlitze zuzuweisen. Wenn der Zählwert kleiner als die Anzahl der Schlitze bleibt, in denen der Datenblock während jeder längsten Periode zu übertragen ist, wie bei 111 bestimmt, wird der augenblickliche Zeitschlitz für diesen Datenblock bei 115 berechnet. Dieser augenblickliche Zeitschlitz wird bei 113 zur Liste von Übertragungszeitschlitzen für den Datenblock B addiert, und der Schlitzzähler wird bei 117 inkrementiert. Diese Zuweisung von Übertragungszeitschlitzen für den Datenblock B wird wiederholt, bis die Anzahl von Zeitschlitzen, die für seine Datenperiode bei 103 bestimmt wurde, zugewiesen ist.
Wenn der Datenblock B seinem vollständigen Kompliment von Übertragungszeitschlitzen, wie sie bei 111 bestimmt wurden, zugewiesen ist, wird die Liste von Übertragungszeitschlitzen für diesen Datenblock bei 119 zur anfordernden Station zurückübertragen. per augenblickliche Startzeitschlitz für Datenblöcke dieser Datenperiode wird dann bei 121 für die nächste Zuweisung von Zeitschlitzen für einen Datenblock dieser Periode inkrementiert. Dann wird bei 123 eine Überprüfung durchgeführt, um festzustellen, ob dieser neue Startzeitschlitz größer als der Zeitschlitzabstand für diese Datenperiode ist, wie bei 103 bestimmt. Wenn das der Fall ist, dann wird der augenblickliche Startzeitschlitz bei 125 auf 1 zurückgesetzt. In beiden Fällen wartet der Server bei 127 auf die nächste Anforderung für die Zuweisung von Zeitschlitzen, und wenn diese Anforderung erhalten wird, wiederholt der Zuweisungsprozeß den Vorgang ab 107.
Die 8A und 8B zeigen ein Flußdiagramm für ein geeignetes Computerprogramm für die Zuweisung von Zeitschlitzen durch einen Server in dem speziellen Fall, in dem es nur zwei Datenperioden in dem Netzwerk gibt, eine kurze Periode und eine lange Periode. Beim Aufruf bei 201 initialisiert die Serverroutine 200 bei 203 die für die Schlitzzuweisung benötigten Konstanten. Diese Konstanten sind auf R, das Verhältnis der langen Periode zur kurzen Periode, die Anzahl der Schlitze, innerhalb derer die Datenblöcke während der langen Datenperiode übertragen werden, welche natürlich 1 ist, und den Übertragungsabstand für Datenblöcke mit der langen Datenperiode, der gleich R ist, reduziert. Die Initialisierung umfaßt auch das Einstellen des Zeitschlitzes für die lange Datenperiode auf 1 bei 205.
Wenn der Server bei 207 eine Anforderung für eine Zeitschlitzzuweisung von einen Datenblock H von einer Station erhält, wird die von der anfordernden Station angegebene Datenperiode bei 209 überprüft. Wenn der Datenblock B die kürzere Datenperiode besitzt, wird er bei 211 für eine Übertragung während aller Zeitschlitze R in der langen Datenperiode zugewiesen.
Wenn auf der anderen Seite bei 209 festgestellt wird, daß der Datenblock B die lange Datenperiode besitzt, wird ihm der lange Datenperioden-Zeitschlitz bei 213 als sein Übertragungszeitschlitz zugewiesen. Der lange Datenperioden-Zeitschlitz wird dann bei 215 inkrementiert. Wenn der neue, lange Datenperioden-Zeitschlitz nach der Inkrementierung die Gesamtzahl R der Übertragungszeitschlitze in der langen Da tenperiode, wie bei 217 bestimmt, übersteigt, wird der lange Datenperioden-Startzeitschlitz bei 219 auf Eins zurückgesetzt. Als nächstes wird die Liste von Zeitschlitzen, denen der Block B zugewiesen ist, bei 221 der anfordernden Station zurückgesendet. Die Routine wartet dann bei 223 auf die nächste Anforderung für Zuweisungen.
9 zeigt ein Flußdiagramm eines geeigneten Programms 300, das in jeder Station während jedes Übertragungszeitschlitzes für das Übertragen von für die Übertragung zugewiesenen Datenblöcken während der augenblicklichen Übertragungszeitschlitzperiode ausgeführt wird. Die Station wartet bei 301 auf den Erhalt des Tokens. Bei Erhalt des Tokens wird bei 303 der augenblickliche Zeitschlitz bestimmt. Dies kann zum Beispiel durch Lesen der Uhr der Station und durch Berechnung, welches kürzeste Periodenbruchteil der längsten Periode die augenblickliche Zeit angibt, erfolgen. Ein Zähler für von der Station übertragene Datenblöcke wird als nächstes bei 305 initialisiert. Dann wird für alle von der Station übertragenen Datenblöcke, wie bei 307 bestimmt, bei 309 eine Überprüfung durchgeführt, ob der Datenblock für eine Übertragung während des augenblicklichen Übertragungszeitschlitzes zugewiesen ist, und wenn ja, wird dieser Datenblock bei 311 übertragen. In jedem Fall wird der augenblickliche Blockzähler bei 313 inkrementiert. Wenn alle Blöcke für die Übertragung während des augenblicklichen Übertragungszeitschlitzes, wie bei 307 bestimmt, überprüft worden sind, wartet die Station auf den Erhalt des Tokens während des nächsten Übertragungszeitschlitzes.
Während spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung im Detail beschrieben worden sind, ist es für den Fachmann klar, daß verschiedene Modifikationen und Änderungen in den Details im Lichte der Gesamtlehre der Offenbarung ausgeführt werden können. Folglich sind die speziellen, offengelegten Anordnungen nur als Illustration gedacht und nicht als Einschränkung für den Schutzumfang der Erfindung, die in den beigefügten Patentansprüchen mit ihren Äquivalenten in ihrer gesamten Tragweite ausgedrückt wird.

Claims

Echtzeitdaten-Abbildungsnetzwerksystem (1) mit: einer Mehrzahl von Stationen (3), die jeweils eine Mehrzahl von periodischen Echtzeit-Datennachrichten mit einer Mehrzahl von Datenperioden, die von einer längsten Datenperiode (Rp) bis zu einer kürzesten Datenperiode (1p) reichen, wobei die längste Datenperiode ein ganzzahliges Vielfaches jeder der anderen Datenperiode ist, erzeugen; einem Datenkommunikationsnetzwerk (5), das alle Stationen verbindet; Vorrichtungen (7) zum sequentiellen Freigeben innerhalb sich wiederholender Zeitschlitze der Übertragung von periodischen Echtzeit-Datennachrichten (B) durch jede Station (3) auf dem Datenkommunikationsnetzwerk, wobei die Übertragungszeitschlitze in ihrer Dauer gleich der kürzesten Datenperiode sind; und Vorrichtungen (300) innerhalb jeder Station, die wiederholt, wenn sie während jedes Übertragungszeitschlitzes freigegeben sind, periodische Echtzeit-Datennachrichten mit der kürzesten Datenperiode (1p) übertragen und wiederholt andere Echtzeit-Datennachrichten mit längeren Datenperioden (2p-Rp) übertragen, wenn sie während Übertragungszeitschlitzen freigegeben werden, die für jede weitere Echtzeit-Datennachricht durch ein Verhältnis der Datenperiode für die weitere Echtzeit-Datennachricht zur kürzesten Datenperiode getrennt sind, wobei die Übertragung der periodischen Echtzeit-Datennachrichten mit längeren Datenperioden in allen Stationen über Übertragungszeitschlitze verteilt und zugewiesen werden, die während jeder längsten Datenperiode auftreten, um die Anzahl der Echtzeit-Datennachrichten, die von allen Stationen (3) während jedes Übertragungszeitschlitzes übertragen werden, zu minimieren.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die periodischen Echtzeit-Datennachrichten alles Datenblöcke (B) von im wesentlichen ähnlicher Länge sind.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenperioden eine kurze Datenperiode (1p) und eine lange Datenperiode (10p) umfassen und dass die Vorrichtungen, die innerhalb jeder Station wiederholt übertragen, Nachrichten mit der kurzen Datenperiode (1p) übertragen, wenn sie während jedes vorübergehenden Zeitschlitzes freigegeben werden, und Nachrichten mit der langen Datenperiode (10p) übertragen, wenn sie während Zeitschlitzen freigegeben werden, die durch das Verhältnis (R) der langen Datenperiode zur kurzen Datenperiode getrennt sind, wobei die Übertragung der Echtzeit-Datennachrichten mit der langen Datenperiode durch alle Stationen (3) über Übertragungszeitschlitze verteilt ist, die während jeder langen Datenperiode auftreten.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Freigabe der Übertragung ein Token (7) ist, das von Station zu Station weitergegeben wird.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Datenkommunikationsnetzwerk (5) ein FDDI-Netzwerk ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das es innerhalb einer bestimmten Station (3a) Servervorrichtungen (100) umfasst, die die periodischen Echtzeit-Datennachrichten (B) mit längeren Datenperioden (2p-Rp), die von jeder Station übertragen werden, den Übertragungszeitschlitzen zuweisen, wobei die periodischen Echtzeit-Datennachrichten mit längeren Datenperioden in verschiedenen Stationen (3) über Übertragungszeitschlitze verteilt sind, die während jeder längsten Datenperiode (Rp) auftreten, um die Anzahl der von allen Stationen während jedes Übertragungszeitschlitzes übertragenen Echtzeit-Datennachrichten zu minimieren.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Servervorrichtungen (100) Vorrichtungen (105, 121-125), die sequentiell periodischen Echtzeit-Datennachrichten (B) von allen Stationen (3) mit derselben, längeren Datenperiode einen Startübertragungszeitschlitz zuweisen, und Vorrichtungen (109-117) umfassen, die jede periodische Echtzeit-Datennachricht weiteren Zeitschlitzen zuweist, die durch einen periodischen Übertragungsabstand gleich dem Verhältnis der Datenperiode der periodischen Nachricht zur kürzesten Datenperiode getrennt sind, und zwar beginnend mit dem Startübertragungszeitschlitz.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Servervorrichtungen Vorrichtungen (121-125) umfassen, die die Startzeitschlitze für periodische Echtzeit-Datennachrichten mit den längeren Datenperioden von allen Stationen variieren.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Servervorrichtungen (100) die periodischen Echtzeit-Datennachrchten (B) mit den längeren Datenperioden sequentiell Übertragungszeitschlitzen zuweisen und dass die Vorrichtungen (121-125), die die Startübertragungszeitschlitze ändern, Vorrichtungen (121) umfassen, die die Startübertragungszeitschlitze sequentiell für periodische Echtzeit-Datennachrichten mit denselben, längeren Datenperioden ändem.
System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet dass die Vorrichtungen (121-125), die die Startübertragungszeitschlitze ändern, die Startübertragungszeitschlitze sequentiell für periodische Echtzeit-Datennachrichten mit derselben, längeren Datenperiode von dem ersten Übertragungszeitschlitz bis zu dem periodischen Übertragungsabstand für jede längere Datenperiode ändern.
Verfahren zum Übertragen von periodischen Echtzeit-Datennachrichten zwischen einer Mehrzahl von Stationen (3), die über ein Datenkommunikationsnetzwerk (5) miteinander verbunden sind, mit den Schritten: Erzeugen einer Mehrzahl von periodischen Echtzeit-Datennachrichten mit einer Mehrzahl von Datenperioden, die von einer kürzesten (1p) bis zu einer längsten (Rp) Datenperiode reichen, wobei die längste Datenperiode (Rp) ein ganzzahliges Vielfaches jeder der anderen Datenperioden (1p-Rp) ist; Freigeben einer Datenübertragung auf dem Datenkommunikationsnetzwerk (5) durch jede Station aufeinanderfolgend der periodischen Echtzeit-Datennachrichten während sich wiederholender Übertragungszeitschlitze, wobei diese Übertragungszeitschlitze eine Dauer haben, die gleich der kürzesten Datenperiode (1p) ist, und Betreiben jeder Station zum Übertragen auf dem Datenkommunikationsnetzwerk, wenn sie während jedes Übertragungszeitschlitzes freigegeben werden, von periodischen Echtzeit-Datennachrichten, die der kürzesten Datenperiode zugeordnet sind, und Übertragen anderer periodischer Echtzeit-Datennachrichten mit längeren Datenperioden, wenn sie während Übertragungszeitschlitzen freigegeben sind, die für jede andere Echtzeit-Datennachricht um ein Verhältnis (R) der Datenperiode für die anderen perodischen Echtzeit-Datennachrichten zu der kürzesten Datenperiode beabstandet sind, wobei die längeren Datenperioden (2p-Rp) in allen Stationen über Übertragungszeitschlitze verteilt und zugeweisen werden, die während jeder längsten Datenperiode (Rp) auftreten, um die von allen Stationen während eines jeden Übertragungszeitschlitzes übertragene Anzahl von Echtzeit-Datennachrichten zu minimieren.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Übertragung der Echtzeit-Datennachrichten von jeder Station nacheinander durch Verbinden der Stationen über ein FDDI-Datenkommunikationsnetzwerk in einer Ringkonfiguration und durch Weitergeben eines die Übertragung freigebenden Token von Station zu Station während eines jeden Übertragungszeitschlitzes bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Übertragung der periodischen Echtzeit-Datennachrichten mit längeren Datenperioden durch Bezeichnen einer der Stationen als eine Serverstation verteilt wird, die die periodischen Echtzeit- Datennachrichten mit ähnlichen längeren Datenperioden in allen Stationen den Übertragungszeitschlitzen zuordnet.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Übertragung der periodischen Echtzeit-Datennachrichten mit längeren Datenperioden durch Zuordnen der periodischen Echtzeit-Datennachrichten von allen Stationen, die die gleiche längere Datenperiode haben, zu aufeinanderfolgenden Startübertragungszeitschlitzen und Zuordnen einer jeden periodischen Echtzeit-Datennachricht zu weiteren Zeitschlitzen verteilt wird.