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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine einer Station zugeordnete Anschlussvorrichtung.
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In
bekannter Weise gibt es zwei sehr weit verbreitete Architekturen,
um Stationen mit einem lokalen Netz vom Typ Ethernet zu verbinden,
das die Norm IEEE 802.3 einhält.
Die erste Architektur schlägt
eine passive Bus-Topologie vor, allgemein als 10base2 bezeichnet,
bei der als physikalischer Träger
ein dünnes
Koaxialkabel mit einer charakteristischen Impedanz von 50 Ohm verwendet
wird, das die Hauptachse des lokalen Netzes bildet und mit dem jede
Station zum Beispiel mit Hilfe eines T-förmigen Abzweiggehäuses verbunden
ist. Die zweite Architektur schlägt
eine sternförmige
Topologie vor, allgemein 10baseT genannt, bei der ein Kabel mit
verdrillten Adernpaaren verwendet wird, um jede Station Punkt-zu-Punkt
mit einem Konzentrator (oder Hub) zu verbinden.
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Die
erste Architektur hat den Vorteil, die für den Anschluss der Gesamtheit
der Stationen notwendige Kabellänge
zu minimieren, aber das Verlegen dieses Koaxialkabels ist heikel
oder in bestimmten Fällen
teuer. Außerdem
zeigt sich ein solches Kabel empfindlicher für die elektromagnetischen Störungen bei
manchen industriellen Anwendungen. Die zweite Architektur hat den
Vorteil, kostengünstige und
leicht zu verlegende Kabel zu verwenden, erfordert aber den Kauf,
den Anschluss und die Speisung eines oder mehrerer Konzentratoren
sowie das Verlegen eines Kabels zwischen den Konzentratoren und
jeder angeschlossenen Station.
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In
der Druckschrift US5414708 wird ein System beschrieben, bei dem
es möglich
ist, eine Einrichtung mit einem Netz IEEE 802.3 gemäß einer Bus-Topologie
mit Hilfe von zwei verdrillten Adernpaaren vom Typ 10baseT zu verbinden.
Das vorgestellte System stützt
sich aber auf einen aktiven Bus, der eine Stromversorgung und eine
digitale Logik enthaltende Repeater (MAU – Medium Attachment Unit) aufweist,
um die Signale des Netzes an jeder Abzweigung zu regenerieren. Wenn
ein Repeater nicht mehr gespeist wird, muss das System folglich einen
Bypass verwenden, um diesen Repeater abzutrennen, damit das Netz
nicht gestört
wird.
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Ziel
der Erfindung ist es also, die Vorteile einer einfachen Architektur
mit passivem Bus vom Typ 10base2, d.h., die keine Regenerierung
der Signale an jeder Abzweigung erfordert, zu kumulieren, und gleichzeitig
Kabel mit symmetrischen Adernpaaren zu verwenden, die weit verbreitet
und leicht zu verlegen sind.
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Hierzu
beschreibt die Erfindung eine Anschlussvorrichtung gemäß Anspruch
1. Das lokale Datenübertragungsnetz
entspricht den Empfehlungen des Ethernet-Protokolls, insbesondere
einer Übertragungsgeschwindigkeit
von 10 MBit/s im Basisband und einer Zugriffsmethode vom Typ CSMA/CD.
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Die
Ansprüche
2–6 entsprechen
Ausführungsformen.
Außerdem
kann der physikalische Träger
des lokalen Netzes von zwei symmetrischen Adernpaaren gebildet werden,
die zu einem mehrpaarigen Verbindungskabel gehören, das abgeschirmt sein kann,
wobei jedes Paar eine Einheitsimpedanz im Wesentlichen gleich 100
Ohm hat. Jede Station ist an das lokale Netz über eine Schnittstelle angeschlossen,
die die Parallelschaltung der zwei symmetrischen Paare durchführt, wobei
diese beiden Paare dann gleich einer Übertragungsleitung mit einer
Impedanz von im Wesentlichen 50 Ohm sind, was dem üblichen
Impedanzwert der Koaxialkabel in einer Topologie vom Typ 10base2
entspricht.
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Die
Erfindung beschreibt ebenfalls ein Anschlussgehäuse, das die erfindungsgemäße Anschlussvorrichtung
enthält,
wie es durch den Anspruch 6 definiert ist.
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Die
nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf eine nicht einschränkend zu
verstehende Ausführungsform
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen.
Es zeigen:
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1 ein
Beispiel einer Architektur eines lokalen Netzes gemäß der Erfindung,
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2 das
Prinzipschaltbild einer Ausführungsform
einer Schnittstelle,
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3 im
Detail ein Ausführungsbeispiel
eines Anschlussgehäuses,
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4 eine
Variante des physikalischen Trägers
des lokalen Netzes.
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1 zeigt
die Architektur eines lokalen Netzes mit passivem Bus, bei dem jede
Station mit der nächsten
mittels eines Verbindungskabels 60 verbunden ist, das an
einem Ende mit einer Verbindungseinrichtung 61 und am anderen
Ende mit einer Verbindungseinrichtung 62 versehen ist.
Abgesehen von den an den beiden Enden des lokalen Netzes befindlichen
Stationen ist jede Station also an ein erstes Verbindungskabel 60 angeschlossen,
das mit einer von einer vorhergehenden Station kommenden Verbindungseinrichtung 61 versehen
ist, und an ein zweites Verbindungskabel 60 angeschlossen,
das mit einer Verbindungseinrichtung 62 versehen ist, die für eine folgende
Station bestimmt ist.
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Ein
erster Typ von Station 20 ist mit zwei Netzverbindungseinrichtungen 21, 22 versehen,
die direkt mit Verbindungseinrichtungen 61, 62 gekoppelt werden
können.
Ein zweiter Typ von Station 10 ist mit einem einzigen Verbinder 11 versehen,
was das den Einsatz eines Zwischenanschlussgehäuses 30 erfordert,
um die Station 10 an das lokale Netz anzuschließen. Dieses
Anschlussgehäuse 30 enthält einen
Stationsverbinder 33, der dazu bestimmt ist, mit dem Verbinder 11 der
Station 10 gekoppelt zu werden, sowie zwei Netzverbindungseinrichtungen 31, 32,
die mit Verbindungseinrichtungen 61 bzw. 62 gekoppelt
werden können.
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Jedes
Verbindungskabel 60 besteht aus mindestens einem symmetrischen
Adernpaar. Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform,
die schematisch in 2 dargestellt ist, wird der
physikalische Träger
des lokalen Netzes von zwei symmetrischen Paaren 63, 64 gebildet,
die zu einem mehradrigen Verbindungskabel 60 mit verdrillten
Paaren gehören, wobei
jedes Paar 63, 64 eine Einheitsimpedanz im Wesentlichen
gleich 100 Ohm hat, wie man es zum Beispiel bei den sehr weit verbreiteten
Kabeln vom Typ Kategorie 5 UTP vorfindet. In Umgebungen, die elektromagnetisch
gestört
sein können,
ist es außerdem
vorteilhaft, ein abgeschirmtes Verbindungskabel 60 mit
verdrillten Adernpaaren vom Typ UTP/S oder FTP zu nehmen.
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Es
ist möglich,
als Verbindungseinrichtungen 61, 62 Verbinder
vom Typ RJ45 (siehe 3) und als Netzverbindungseinrichtungen 21, 22, 31 und 32 komplementäre Netzverbinder
vom Typ RJ45 zu nehmen, die besonders in der Informatik sehr häufig verwendeten
Verbindern entsprechen. Es ist ebenfalls möglich, eine feste, nicht herausziehbare
Verbindung zwischen den Verbindungseinrichtungen 31 und 61 (oder
zwischen den Verbindungseinrichtungen 32 und 62 oder
auch zwischen diesen vier Verbindungseinrichtungen) vorzusehen.
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Das
mehradrige Kabel 60, das in der Ausführungsform der 2 gezeigt
ist, ist abgeschirmt und nur mit den zwei Adernpaaren 63, 64 dargestellt,
die zur Bildung des physikalischen Trägers des lokalen Netzes verwendet werden.
Diese beiden Adernpaare sind in diesem Beispiel verdrillt und mit
den Stiften 1, 2, 3 und 6 eines 8-poligen Steckverbinders vom Typ RJ45
verbunden. Man könnte
in gleicher Weise in der Gesamtheit des lokalen Netzes andere Paare
des mehradrigen Kabels 60 verwenden, die zum Beispiel mit
den anderen Stiften 4, 5, 7 und 8 eines RJ45-Verbinders verbunden
sind.
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Um
die Verbindung mit dem Verbindungskabel 60 zu gewährleisten,
ist eine Schnittstelle 40 in jeder Station 20 sowie
in jedem Anschlussgehäuse 30 vorhanden
(siehe 2). Diese Schnittstelle besitzt eine Schaltung 41,
deren Aufgabe es ist:
- – Die Kontinuität der Signale
des lokalen Netzes zu gewährleisten,
indem intern die elektrische Verbindung zwischen den zwei Netzverbindungseinrichtungen 21, 22 einer
Station 20 oder den zwei Verbindungseinrichtungen 31, 32 eines
Anschlussgehäuses 30 hergestellt
wird. Selbst wenn eine Station 20 oder eine Station 10 nicht
mehr gespeist wird, stört
dies das lokale Netz nicht.
- – Die
Abzweigung vom Netz zur Station mit Hilfe der Leiter 45, 46 zu
gewährleisten,
die die Signale des lokalen Netzes übertragen.
- – Die
zwei symmetrischen Adernpaare 63, 64 jedes Verbindungskabels 60 parallelzuschalten.
Im Beispiel der 3 werden so die Stifte 1, 3
einerseits und 2, 6 andererseits eines RJ45-Verbinders miteinander verbunden.
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Diese
Parallelschaltung hat zur Folge, dass diese zwei Adernpaare 63, 64 einer
einzigen Übertragungsleitung
gleichgesetzt werden können,
wobei jedes Signal dieser Leitung tatsächlich auf zwei verschiedenen
parallelen Drähten übertragen
wird, von denen einer zum Paar 63 und der andere zum Paar 64 gehört. Wenn
jedes der Paare 63, 64 eine eigene Impedanz von
100 Ohm hat, ergibt ihre Parallelschaltung einen physikalischen
Träger
des lokalen Netzes, der gleich einer einzigen Impedanzübertragungsleitung
im Wesentlichen gleich 50 Ohm ist. So hat man wieder den üblichen
Impedanzwert der Koaxialkabel in einer Topologie vom Typ 10base2.
Dies ermöglicht also
die Verwendung der bereits für
die Technologie des koaxialen 50 Ohm-Busses entwickelten Elektronik,
die weit verbreitet und somit sehr wirtschaftlich ist. Außerdem kann
eine Station 10, die gemäß dieser Technologie des koaxialen
Busses entwickelt wurde, allein durch das Hinzufügen eines Anschlussgehäuses perfekt
ohne Veränderung
mit einem lokalen Netz verbunden werden, das als physikalischen Träger zwei
symmetrische Adernpaare eines mehradrigen Verbindungskabels 60 aufweist,
was eine Kompatibilität
mit einem sehr großen
existierenden Gerätepark
gewährleistet.
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Im
Gegensatz zur üblichen
Verwendung von zwei verdrillten Adernpaaren in einem lokalen Netz mit
einer Topologie 10baseT werden die zwei Paare 63, 64 also
nicht das eine beim Senden und das andere beim Empfang genutzt,
da sie parallel angeschlossen sind.
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Die
Schnittstelle 40 kann ebenfalls einen Stecker 44 aufweisen,
um das Bus-Leitungsende herzustellen. Dieser Endstecker 44 ist
zwischen den Leiter 45, 46 angeschlossen, die
die Signale des lokalen Netzes zur Station übertragen, und besteht aus einem
Widerstand 42 einer Größe nahe
50 Ohm und aus einem Unterbrecher 43, die in Reihe geschaltet sind.
Wenn die Schnittstelle 40 zu einer Station oder zu einem
Anschlussgehäuse
gehört,
die sich an einem der Enden des lokalen Netzes befinden, muss der
Unterbrecher 43 geschlossen sein, damit der Widerstand 42 die Übertragungsleitung
anpasst und die Reflexionen am Ende des Segments begrenzt; im gegenteiligen
Fall muss der Unterbrecher 43 in der offenen Stellung bleiben.
Gemäß einer
anderen, nicht in 2 gezeigten Ausführungsform
kann das Leitungsende nicht im Inneren einer Schnittstelle 40 enthalten
sein, sondern durch einen externen Endstecker gebildet werden, der
an eine Netzverbindungseinrichtung 21, 22 oder 31, 32 anschließbar ist.
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Wenn
schließlich
das Verbindungskabel 60 abgeschirmt ist, gewährleistet
die Schnittstelle 40 die Verbindung des Abschirmblechs 65 der
Netzkabel 60 mit der mechanischen Masse der Station 20 oder
des Anschlussgehäuses 30.
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Die
Erfindung beschreibt ebenfalls ein Anschlussgehäuse 30, das dazu dient,
eine Station 10 an das lokale Netz anzuschließen, die
mit einem einzigen Verbinder 11 ausgestattet ist. Gemäß der in 3 gezeigten
Ausführungsform
weist dieses Gehäuse
auf:
- – zwei
Netzverbindungseinrichtungen 31, 32, die direkt
an Verbindungseinrichtungen 61, 62 von Netzkabeln 60 gekoppelt
werden können,
- – eine
wie oben beschriebene Schnittstelle 40, die eine Schaltung 41 und
ggf. einen Endstecker 44 aufweist,
- – einen
Erdungsverbinder 34, der es ermöglicht, das Abschirmblech des
Verbindungskabels 60 und die mechanische Masse des Anschlussgehäuses 30 an
die mechanische Masse der Station 10 in dem Fall anzuschließen, in
dem das Verbindungskabel 60 abgeschirmt ist,
- – einen
Stationsverbinder 33, der mit dem Verbinder 11 der
Station 10 gekoppelt werden kann. Die Verbinder 33 und 11 können zum
Beispiel vom Typ BNC für
Koaxialkabel, vom Typ SUB D oder vom Typ M12 oder M23 sein; die
Verbinder vom Typ BNC sind bei existierenden Ethernet-Stationen
sehr weit verbreitet.
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Mit
Hilfe dieses Anschlussgehäuses 30 ist
es möglich,
an ein lokales Netz, das ein mehradriges Verbindungskabel 60,
wie es in der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, verwendet,
jede existierende Station anzuschließen, die mit einer Elektronik und
einer Anschlusstechnik ausgestattet ist, die mit einem Ethernet-Netz
mit einer Bus-Topologie 10base2 kompatibel ist.
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Mehrere
andere Anwendungen können
aus der Erfindung hervorgehen:
- – Eine erste
Anwendung besteht darin, ein abgeschirmtes mehradriges Verbindungskabel 60 anstelle
eines koaxialen Verbindungskabels in einem Abschnitt oder einem
Segment des Netzes zu verwenden, insbesondere, um eine gestörte oder
für elektromagnetische
Störungen
empfindliche Zone zu durchqueren. Die zwei Paare 63, 64 des
mehradrigen Verbindungskabels sind verdrillt und parallelgeschaltet,
wodurch sie die gleichen Übertragungsmerkmale
aufweisen wie ein gewöhnliches
10base2-Koaxialkabel. Es ist möglich, dieses
durch ein solches Verbindungskabel 60 zu ersetzen. Man
kann dann an dieses Verbindungskabel 60 existierende Stationen
anschließen,
die zum Beispiel mit einem Verbinder für Koaxialkabel versehen sind,
mittels der Verwendung von oben beschriebenen Anschlussgehäusen 30,
sowie mehrere koaxiale Netzsegmente aneinander anfügen, wodurch
vermieden wird, das Koaxialkabel durch wesentlich teurere Glasfaserkabel
zu ersetzen. Dafür
können
viele Beispiele auf dem industriellen Gebiet gefunden werden.
- – Eine
zweite Anwendung besteht darin, ein mehradriges Verbindungskabel 60 zu
verwenden, indem zwei Paare als physikalischer Träger eines lokalen
Netzes reserviert und die anderen Leiter für verschiedene andere Zwecke,
zum Beispiel als Träger
für eine
Stromversorgung, oder für
logische oder analoge Signale verwendet werden.
- – Eine
dritte Anwendung besteht darin, ein Verbindungskabel 60 zu
verwenden, das mindestens vier symmetrische Paare besitzt, indem
zwei Paare als physikalischer Träger
eines ersten lokalen Netzes und zwei weitere Paare als physikalischer Träger eines
zweiten lokalen Netzes reserviert werden, wodurch es möglich ist,
bei dem gleichen Kabel entweder eine Redundanz der lokalen Netze
oder eine Erhöhung
des globalen Durchsatzes zu erzeugen.
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Eine
Variante der Erfindung, die schematisch in 4 gezeigt
ist, sieht eine Architektur eines lokalen Netzes als passiver Bus
vor, dessen physikalischer Träger
ein kontinuierliches Kabel 60' ist, das mindestens zwei symmetrische
Paare aufweist, und entlang dessen in verschiedenen Zwischenräumen Bereiche
ausgebildet sind, um den Anschluss der Stationen zu erlauben. Die
Abzweigung zu einer Station erfolgt durch Einfügen eines Abzweigverbinders 61' direkt in das
Kabel 60' (unter
Verwendung zum Beispiel einer Technik der Perforation der Isolierung mit
einem selbstabisolierenden Leiter), wodurch eine Abzweigung ohne
Unterbrechung der Kontinuität
des Kabels 60' durchgeführt wird.
Es ist dann möglich,
mit diesem Kabel eine Station 20' oder ein Anschlussgehäuse 30' zu verbinden,
die einen Verbinder 21' bzw. 31' komplementär zum Verbinder 61' aufweisen.
Eine in jeder Station 20' und
in jedem Anschlussgehäuse 30' vorhandene
Schnittstelle 40' stellt
die Verbindung zwischen dem Kabel 60' und den Netzsignalen her, die
auf den Leitern 45, 46 übertragen werden. Diese Schnittstelle 40' besitzt einen
oben beschriebenen Endstecker 44 und eine Schaltung 41', deren Aufgabe
sich darauf beschränkt,
die zwei Adernpaare des Kabels 60' parallel zu schalten. In gleicher
Weise könnte
man einen physikalischen Träger
mit zwei symmetrischen Adernpaaren vorsehen, die von Bahnen einer
gedruckten Schaltung gebildet werden.
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In
einem gleichen lokalen Netz können
mehrere dieser Varianten des physikalischen Trägers nebeneinander existieren,
nämlich
ein Verbindungskabel 60 zwischen jeder Station, das an
jedem Ende mit Verbindungseinrichtungen 61, 62 versehen
ist, und ein kontinuierliches Kabel 60', das mit oben beschriebenen Abzweigverbindern 61' versehen ist,
sowie Bahnen einer gedruckten Schaltung.