DE4405512C2 - Kommunikationsnetz mit Leit- und Trabantenstationen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kommunikationsnetz mit einer Leitstation und Trabantenstationen, die über einen Bus verbunden sind und nach einem Polling- oder deterministischen Protokoll miteinander verkehren, wobei der Bus Teilstrecken enthält, die an sich nicht busfähige Punkt-zu-Punkt-Verbindungen sind, und Stationen über eine ihnen zugeordnete Bus-Anschalte-Einheit derart an diese Teilstrecken anschaltbar sind daß die Informationen liefernde Sendeanschlußleitung einer von der Leitstation zum Senden aufgeforderten Trabanten-Station bei Beginn ihrer Sendung an die Punkt-zu-Punkt-Verbindung angeschaltet und nach der Sendung wieder abgetrennt wird.

Ein derartiges Kommunikationsnetz ist z. B. aus der DE 34 44 362 A1 bekannt. Dabei muß jeder Busteilnehmer selbst mit Hilfe einer ihm eigenen Steuersignalquelle das An- und Abschalten seines Senders in der Bus-Anschalte-Einheit veranlassen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kommunikationsnetz mit einer Leitstation und Trabantenstationen gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.

Solche Netze sind bekannt, vorwiegend im lokalen Bereich von bis zu einigen 100 Metern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Kommunikationsnetz über dem lokalen Bereich hinaus zu verlängern, wobei die Funktionen der Stationen bzw. der Informationsaustausch zwischen Leitstation und den Trabantenstationen nach dem Polling- oder einem deterministischen Protokoll weiterhin ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das gemäß der Erfindung ausgeführte Kommunikationsnetz erlaubt es, einen Bus der lokalen Fläche mittels an sich nicht busfähiger Punkt-zu-Punkt-Verbindungen nachzubilden. Damit ist es möglich, ein Kommunikationsnetz mit Buscharakter in beliebiger Größe aufzubauen.

Es folgt nun die Beschreibung anhand der Figuren.

Die Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau eines Datenbusses für pollingorientierte oder deterministische Übertragungsprotokolle wie HDLC oder 3270 von IBM.

Fig. 2 und Fig. 3 zeigen das Prinzip des erfindungsgemäßen Kommunikationsnetzes mit Teilstrecken als Punkt-zu-Punkt- Verbindungen und Bus-Anschalte-Einheiten für die Teilnehmer einmal mit getrennten Hin- und Rückleitungen und zum anderen mit gemeinsamer Hin- und Rückleitung als Anschluß der Teilnehmer an den Teilstrecken.

In Fig. 4 ist ein Blockschaltbild für eine Bus-Anschalte- Einheit mit getrennter Hin- und Rückleitung zum Anschluß der Teilnehmer und in

Fig. 5 ein solches für gemeinsame Hin- und Rückleitung zum Anschluß der Teilnehmer gezeichnet.

Die Fig. 6 und 7 zeigen Blockschaltbilder für eine Master-Bus-Anschalte-Einheit BAE/M einmal mit gemeinsamer und zum anderen mit getrennten Hin- und Rückleitungen als Busanschlußleitung. Die Funktionsweise ist derjenigen der Slave-Bus-Anschalte-Einheit ähnlich.

In Fig. 1 ist der schematische Aufbau eines Datenbusses gezeichnet und zwar unten mit gemeinsamer und oben mit getrennten Hin- und Rückleitungen. Bei einem solchen Bussystem zur Verbindung mehrerer Teilnehmer mittels eines deterministischen Protokolls ist wesentlich, daß Teilnehmer, die augenblicklich nicht berechtigt sind, Daten abzusenden, sich am Bus elektrisch passiv verhalten, d. h. ihre Ausgänge hochohmig schalten. Bei einem deterministischen Übertragungsprotokoll wird der Zugriff der Teilnehmer auf den Datenbus so geregelt, daß genau ein Teilnehmer, nämlich der Master die Zugriffe der anderen Teilnehmer, der Slaves, koordiniert. Ein Slaveteilnehmer kann demnach nur nach Aufruf durch den Master senden. Gesendet wird nur von einer Station zu einer Zeit.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Kommunikationsnetz gezeichnet, bei welchem der Bus aus ansich nicht busfähigen Übertragungsleitungen wie z. B. Modemstrecken, Signalisierungskanälen, Richtfunkdienstkanälen oder anderen Datenfernübertragungsstrecken besteht. Im System mit getrennten Hin- und Rückleitungen gemäß Fig. 2 sind die Teilnehmer Slave über Bus-Anschalte-Einheiten BAE/S und der Masterteilnehmer über eine Bus-Anschalte-Einheit BAE/M an die Rückleitung (uplink) angeschaltet, während der Masterteilnehmer direkt in die Hinleitung (downlink) einspeist und die Empfangsleitungen der Slaveteilnehmer über Abzweige mit der Hinleitung verbunden sind.

Im System mit gemeinsamer Hin- und Rückleitung als Busanschluß der Teilnehmer gemäß Fig. 3 sind die einzelnen Teilnehmer über Bus-Anschalte-Einheiten sowohl mit der Hinleitung (downlink) als auch mit der Rückleitung (uplink) verbunden.

Im Blockschaltbild der Fig. 4 ist die zentrale Funktionseinheit für eine Busnachbildung auf Datenfernübertragungsstrecken, nämlich die Bus-Anschalte- Einheit BAE, dargestellt. Die Teilnehmer sind über ein Zweileitungsbussystem an die Vollduplexdatenfernübertragungsstrecken angeschlossen, wobei bekannt sein muß, auf welcher Seite der Bus-Anschluß-Einheit sich der Bus-Master befindet. Vorausgesetzt wird, daß für die Datenfernübertragung ein geeigneter Datenkanal zur Verfügung steht. Unter diesen Randbedingungen kann die Hin- Richtung (downlink) d. h. der Datenfluß vom Bus-Master zu den Slaveteilnehmern durch einen Abzweig realisiert werden. An der Datenfernübertragungsschnittstelle K, das ist der Anschluß Richtung Kopfstation, ankommende Daten und gegebenenfalls ankommender Takt werden an die zweite Datenfernübertragungsschnittstelle E, das ist der Anschluß Richtung Busende, und an die lokale Busschnittstelle L, das ist der Anschluß für die lokale Datenquelle bzw. Datensenke, durchgereicht.

In der Rück-Richtung, uplink, d. h. für den Datenfluß von der lokalen Busschnittstelle L und der Datenfernübertragungsschnittstelle E zum Bus-Master, sind aktive Baugruppen erforderlich, nämlich der Datensensor, der lokale Pufferspeicher FIFO und der Datenumschalter.

Der Datensensor überwacht die lokale Busschnittstelle L auf Datenverkehr. Sobald aufkommender Datenverkehr erkannt wird, werden Schreib- und Lesezeiger des lokalen Puffers in Grundstellung gesetzt und der Datenumschalter aktiviert. Nach Abschluß des Datenblocks bzw. der Datenübertragung wird der Umschalter deaktiviert. Die Kriterien für die Aktivierung und Deaktivierung des Datenumschalters sind abhängig vom Übertragungsprotokoll.

Der lokale Puffer ist ein first-in-first-out-Speicher FIFO, der sicherstellt, daß bis zur Erkennung des Datenverkehrs und der Aktivierung des Daten-Umschalters keine von der Schnittstelle L einlaufenden Daten verloren gehen.

Weiter wird durch den lokalen Puffer ein Ausgleich zwischen den Taktraten der lokalen Schnittstelle L und der Schnittstelle E Richtung Busende sichergestellt. Der Speicherpuffer muß so tief ausgelegt werden, daß bei der im Bus-Protokoll festgelegten maximalen Blocklänge und den zulässigen Takttoleranzen kein Bitverlust und kein Bitzusatz eintreten kann. Die Daten von der lokalen Schnittstelle L werden mit dem zugehörigen Takt des Teilnehmers in den lokalen Puffer FIFO eingeschrieben. Ausgelesen wird der FIFO-Puffer mit dem Sendetakt der Schnittstelle K, also Anschlußrichtung Kopfstation.

Der Daten-Umschalter schaltet entweder die an der Schnittstelle E aus Richtung Busende empfangenen Daten oder die mit dem Empfangstakt der Schnittstelle E aus dem lokalen Puffer FIFO ausgelesenen Daten der lokalen Schnittstelle L auf die Schnittstelle K in Richtung Kopfstation durch. Die Übertragung erfolgt mit dem Takt an der Schnittstelle E, im Störungsfall mit einem freilaufenden Takt, beispielsweise mit dem Takt der sendenden Teilnehmerstation.

Die Funktionsweise der einzelnen Komponenten wird beispielhaft für einen Datenbus erläutert, der mit HDLC-NRM- Protokoll (das steht für High Level Data Link Control- Normal-Response-Mode) betrieben wird. Angenommen wird ein Bussystem mit 64 kb/s ± 50 ppm mit getrennter Hin- und Rückleitung. Unter diesen Voraussetzungen können die Funktionseinheiten wie folgt realisiert werden. Der Daten- Sensor erkennt einen Signalwechsel, d. h. 0 --< 1 bzw. umgekehrt, an der lokalen Schnittstelle L und aktiviert damit den Umschalter, welcher die Verbindung von der lokalen Schnittstelle L zur Kopfschnittstelle K herstellt. Erkennt der Datensensor über einen Zeitraum von mehr als 7 Bitdauern ein Dauersignal, wobei der Binärwert keine Rolle spielt, so wird der Umschalter deaktiviert, d. h. die Verbindung der Schnittstelle E zur Schnittstelle K wird wiederhergestellt.

Der lokale Puffer FIFO benötigt eine Mindestgröße von 8 Bit. dieser Wert ergibt sich aus der maximalen Takttoleranz, eventuellen Jittervorgaben und aus der maximal zulässigen Blocklänge des Protokolls. Der Speicher muß bei jeder vom Daten-Sensor erkannten Startbedingung auf Mittelstellung initialisiert werden. Diese Initialisierung muß durch Manipulation des Lesezeigers und nicht des Schreibzeigers des Speichers erfolgen, um dadurch sicherzustellen, daß der einlaufende Blockanfang nicht zerstört wird. Nach erfolgter Initialisierung stehen jeweils mindestens 3 Bit zum Ausgleich der unterschiedlichen Taktraten zur Verfügung.

Der Daten-Umschalter kann als einpoliger Umschalter ausgeführt werden, welcher entweder den an der Schnittstelle Busende E empfangenen Datenstrom im deaktivierten Zustand oder den mit dem Empfangstakt der Schnittstelle E aus dem lokalen Puffer FIFO ausgelesenen Datenstrom der lokalen Schnittstelle L im aktivierten Zustand an die Schnittstelle Richtung Kopfstation K weitergibt. Dabei kann der Umschalter synchron oder asynchron zum Empfangstakt der Schnittstelle E betrieben werden.

Für den Fall, daß der Bus-Master nicht an einem Ende der nachgebildeten Busverbindung plaziert wird, kann der Masterteilnehmer auch direkt an die Schnittstelle K der Bus- Anschalte-Einheit BAE angeschlossen werden. An deren Schnittstellen E und L kann dann jeweils eine Datenfernübertragungsstrecke angeschlossen und betrieben werden. Bei gleicher Verwendung der Bus-Anschalte-Einheit wie oben wird der Bus-Master mit dem Takt der abgehenden Schnittstelle E als Sendetakt versorgt.

Die Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild der Bus-Anschalte- Einheit für eine gemeinsame Hin- und Rückleitung des lokalen Busses für einen Teilnehmer. Hier ist die Bus-Anschalte- Einheit gemäß Fig. 4 nicht nur in der Rückleitung, uplink, sondern auch in der Hinleitung, downlink, eingefügt. Der Datenumschalter wird jedoch nicht benötigt, da ein einfacher Abzweig von der Empfangsleitung genügt. Ein Datenumschalter wird jedoch hier an anderer Stelle benötigt, nämlich zwischen dem gemeinsamen Busanschluß L und der lokalen Schnittstelle LDAN in Richtung Kopfstation bzw. zwischen der lokalen Schnittstelle LDAB aus Richtung Kopfstation zur gemeinsamen Busleitung L der Station. Ein Datensensor downlink erkennt die aus Richtung Kopfstation ankommende Information und schaltet den vorgenannten Datenumschalter über die steuerbare Busschnittstelle in Empfangsrichtung zum Teilnehmer. Aus den oben genannten Gründen der Taktangleichung und der Forderung nach Datenstromerhaltung muß auch hier ein Pufferspeicher FIFO downlink eingefügt werden.

Das erfindungsgemäße Kommunikationsnetz eignet sich insbesondere zur Überwachung und Fernsteuerung eines Richtfunknetzes. Insbesondere ermöglicht vorliegendes Kommunikationsnetz den Einsatz von SISA ohne den immensen Aufwand von zahlreichen Dienstkanälen. Das vorliegende Kommunikationsnetz erlaubt insbesondere eine Busnachbildung für große Entfernungen mittels kodirektionalen G.703 Standardstrecken mit einer Datenübertragungsrate von 64 kBit/s. Diese Strecken können Funkrelaisdienstkanäle sein, sind aber nicht auf diese beschränkt. Die Busnachbildung ist transparent für alle angeschlossenen Schaltungen bzw. Stationen. Deshalb werden keine zusätzlichen Schnittstellen- Schaltungen für SISA-Standardeinheiten benötigt. Alle SISA- Schaltungen mit den RS 485 QD2 Businterface können unmodifiziert an den SISA-Baum angeschaltet werden und zwar an jede Richtfunkrelaisstation, die mit nachgebildeten RS485/HDLC Busports ausgerüstet ist.

Claims (7)

1. Kommunikationsnetz mit einer Leitstation und Trabantenstationen, die über einen Bus verbunden sind und nach einem Polling- oder deterministischen Protokoll miteinander verkehren, wobei der Bus Teilstrecken enthält, die an sich nicht busfähige Punkt-zu-Punkt-Verbindungen sind, und Stationen über eine ihnen zugeordnete Bus-Anschalte-Einheit derart an diese Teilstrecken anschaltbar sind, daß die Informationen liefernde Sendeanschlußleitung einer von der Leitstation zum Senden aufgeforderten Trabanten-Station bei Beginn ihrer Sendung an die Punkt-zu-Punkt-Verbindung angeschaltet und nach der Sendung wieder abgetrennt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bus-Anschalte-Einheit (BAE/S, BAE/M) einen Datensensor enthält, welcher erkennt, wenn Informationen auf der Sendeanschlußleitung einer Trabanten-Station gesendet werden und welcher die Anschaltung bzw. Abtrennung veranlaßt.

2. Kommunikationsnetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bus-Anschalte-Einheit (BAE/S, BAE/M) einen First-In-First-Out (FIFO)-Speicher enthält, in welchem die Informationen einer sendenden Trabanten-Station zwischengespeichert werden.

3. Kommunikationsnetz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der FIFO-Speicher mit dem Takt der sendenden Station beschrieben wird.

4. Kommunikationsnetz nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der FIFO-Speicher mit einem Takt ausgelesen wird, welcher über die Punkt-zu-Punkt-Verbindung geliefert wird.

5. Kommunikationsnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht busfähige Punkt-zu-Punkt-Verbindung eine Datenfernübertragungsstrecke ist.

6. Kommunikationsnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht busfähige Punkt-zu-Punkt-Verbindung als Modemstrecke ausgeführt ist.

7. Kommunikationsnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht busfähige Punkt-zu-Punkt-Verbindung als Richtfunk-Dienstkanal ausgeführt ist.