DE69017880T2

DE69017880T2 - System und Protokoll für ein optisches Sternnetz mit minimaler Verzögerung zwischen aufeinanderfolgenden Datenpaketen.

Info

Publication number: DE69017880T2
Application number: DE69017880T
Authority: DE
Inventors: Nicholas William Mckeown
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1990-01-30
Filing date: 1990-01-30
Publication date: 1995-07-06
Anticipated expiration: 2010-01-31
Also published as: EP0439646A1; JPH04213251A; US5206638A; EP0439646B1; DE69017880D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kommunikationssystem und insbesondere auf ein digitales Kommunikationssystem zwischen einer Mehrzahl von Stationen, wie zum Beispiel digitalen Computern. Die vorliegende Erfindung ist besonders, aber nicht ausschließlich, anwendbar auf solche Kommunikationssysteme, die in der Form eines Sternes sind, bei denen periphere Stationen direkt oder indirekt mit einem Zentralknoten verbunden sind.
Jedes Kommunikationssystem muß zur Bestimmung der Folge und Art der zulässigen Kommunikation über das System durch irgendeine Station in diesem ein Protokoll verwenden. In der Vergangenheit waren Protokolle für Sternnetzwerke im allgemeinen solche, die für andere Netzwerke, wie zum Beispiel Ringe oder Busse, entwickelt wurden. Folglich ist es bekannt, Sternnetzwerke auf der Basis von Token-Weiterreichungsprotokollen zu betreiben, die ursprünglich für Ringnetzwerke entwickelt wurden. Bei solchen Protokollen wird ein logischer "Token" von Station zu Station weitergereicht und jede Station, die den Token "besitzt" darf Daten übertragen. Ein Nachteil der Token-Weiterreichungsprotokolle besteht darin, daß der Zwischenraum (in Bits gemessen) zwischen dem Ende einer Übertragung durch eine Station und dem Beginn der Übertragung durch die nächste Station, um den Token zu empfangen, mit der Datenrate steigen wird. Dieser Mehraufwand, der durch die Weiterreichung des Tokens bewirkt wird, erzeugt sowohl eine untere Grenze bezüglich der Zugriffsverzögerung als auch eine obere Grenze bezüglich des Wirkungsgrades der Verwendung des Systems und beschränkt zusätzlich den Wirkungsgrad bei einer geringen Belastung. Folglich sind Token-Weiterreichungsprotokolle auf einem Sternnetzwerk nicht effizient. Weiterhin wird in dem Fall eines verloren gegangenen oder verdoppelten Tokens ein erhebliches Problem bezüglich eines verteilten Managements erzeugt.
Sternnetzwerke wurden ebenfalls unter Verwendung von Protokollen mit wahlfreiem Zugriff, wie zum Beispiel CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect = Vielfachzugriff mit Leitungsüberwachung/mit Kollisionserfassung), betrieben. Bei solchen Protokollen muß die minimale Länge der Übertragung durch eine Station jedoch mit der Datenrate anwachsen, und dies verschlechtert den Wirkungsgrad. Eine Zunahme der Datenrate wird durch eine Reduzierung der Zugriffsverzögerung nicht kompensiert, nachdem die Anzahl von "Kollisionen" zwischen Daten von unterschiedlichen Stationen etwa konstant bleiben wird.
Eine weitere Art von Protokoll für Sendekommunikationssysteme ist das sogenannte Bit-Map-Protokoll; solche Protokolle wurden früher zum Beispiel bei Paketfunksystemen verwendet. Bei einem Bit-Map-Protokoll reservieren die Stationen typischerweise die Verwendung von aufeinanderfolgenden Schlitzen in einem Betriebszyklus durch Einstellen eines geeigneten Bits in einem Reservierungsfeld (oder Bit-Map); die Stationen benutzen danach ihre reservierten Schlitze, um Daten zu übertragen. Nachdem die Stationen ein Teil eines Übertragungssystems sind, ist die Bit-Map allen Stationen zugänglich, um es diesen zu ermöglichen, zu beurteilen, wann sie ihre Daten in den Hauptteil des Betriebszyklusses übertragen sollten.
Die Anwendung eines Bit-Map-Protokolls auf ein Sternnetzwerk erscheint an sich keine bedeutenden Nachteile zu haben. Die Erfinder haben jedoch herausgefunden, daß veränderte Bit- Map-Protokolle vorteilhaft bei Sternnetzwerken verwendet werden können. Tatsächlich wurde herausgefunden, daß durch die Verwendung von Protokollen, die Bit-Map-Protokollen ähnlich sind, aber keine explizite Bit-Map haben, immer noch Vorteile erreicht werden können; weiterhin können die Protokolle, über die nachgedacht wird, zusätzlich zu Sterntopologien bei anderen Netzwerktopologien vorteilhaft verwendet werden.
Es sind ebenfalls Protokolle bekannt, bei denen zwei Datenübertragungen auf dem Netzwerk zur selben Zeit existieren können, was eine Erhöhung des Wirkungsgrades gegenüber Protokollen ermöglicht, bei denen lediglich eine Übertragung zu einem Zeitpunkt gültig existieren kann. Folglich schaffen bestimmte existierende Protokolle für Ring- oder Dual-Bus- Netzwerke eine Koexistenz von zwei oder mehr Übertragungen auf dem Netzwerk zur selben Zeit; solche Protokolle hängen jedoch von den eigenen Charakteristika dieser Topologien ab und können nicht ohne weiteres zur Verwendung mit anderen Topologien, wie zum Beispiel Sternnetzwerken, übertragen werden. Ein weiteres Beispiel für das Vorhandensein von zwei Übertragungen auf demselben Netzwerk zur selben Zeit ist in Verbindung mit einem Telefonnetzwerk mit einer Baumkonfiguration bekannt; bei der bekannten Anordnung bestimmt die lokale Telefonvermittlungsstelle die Entfernung von der Vermittlungsstelle jedes Anwenders und fordert dann jeden Anwender auf, seine Daten zu einem solchen Zeitpunkt zu übertragen, so daß Kollisionen mit anderen Anwendern vermieden werden, aber möglicherweise zu einem Zeitpunkt, so daß mehr als eine Übertragung gleichzeitig auf dem Netzwerk erreicht wird.
Ein weiteres Beispiel des gleichzeitigen Vorhandenseins von zwei Übertragungen auf demselben Netzwerk ist in der Europäischen Patentschrift EP-A-0,255,442 (Alcatel) offenbart. Diese Beschreibung beschreibt ein zyklisch arbeitendes optisches Sternnetzwerk, bei dem jeder Zyklus auf einem zweiteiligen Rahmen basiert, dessen erster Teil (eine Reservierungsphase) einschließt, daß jede Station während eines vorbestimmten Zeitschlitzes "Warteschlangenzustands"-Informationen überträgt. Diese Warteschlangenzustandsinformationen werden durch jede Station verwendet, um die Reihenfolge von Datenpaketübertragungen durch Stationen im zweiten Teil des folgenden Rahmens zu bestimmen. Die Warteschlangenzustandsinformationen schließen ebenfalls eine Anzeige des Datenpakettyps ein, wodurch es jeder Station ermöglicht wird, zu bestimmen, wie lange sie vom Start eines Rahmens (der durch eine "Treibermeldung" angezeigt ist) warten muß, bevor sie die Übertragung ihrer Datenpakete beginnen kann. Zusätzlich mißt jede Station ihre Entfernung (in Einheiten von Umlaufzeiten) von dem Zentralknoten des Sternnetzwerks. Als ein Ergebnis kann jede Station ihre Übertragung von Datenpaketen zeitlich ordnen, um diese zu starten, bevor die unmittelbar vorhergehende Station ihre Übertragung beendet hat, derart, daß die Übertragungen der Station den Zentralknoten erreichen, unmittelbar nachdem diejenigen der unmittelbar vorhergehenden Station den Knoten erreicht haben.
Der Anordnung, die in der EP-A-0,255,442 beschrieben ist, fehlt, obwohl sie ein komplexes Reservierungssystem bereitstellt, eine Flexibilität dahingehend, daß es keine Möglichkeit gibt, betriebsbedingte Änderungen, die während eines Zyklusses auftreten, Rechnung zu tragen, nachdem Reservierungen in dem vorhergehenden Zyklus durchgeführt werden müssen, und den Zeitverlauf vom Start eines Rahmens bewirkt wird. Weiterhin ist das beschriebene Protokoll lediglich im Zusammenhang mit Sterntopologien offenbart und es ist nicht offensichtlich, daß es eine breitere Anwendung hat.
Eine Anordnung der selben allgemeinen Art ist ebenfalls im IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 32, Nummer 5B, Oktober 1889 unter dem Titel "Adaptive Slotted Bus Metropolitan Area Network Protocol" offenbart. Dieses System verwendet keine Reservierungsphase, sondern jede Station ordnet ihre Übertragung vom Beginn des Betriebszyklusses selbst. Den Stationen ist die Reihenfolge der Datenübertragung der Stationen in einem Zyklus bekannt, und sie hören auf die Übertragung von anderen Stationen, wn bestimmte Steuerungs- und Management-Funktionen zu bewirken.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kommunikationssytem geschaffen, das eine Mehrzahl von Stationen aufweist, die durch Übertragungswege zur Sendeübertragung von Daten zwischen ihnen verbunden sind, wobei das System angeordnet ist, um zyklisch mit jeder Station zu arbeiten, der es ermöglicht ist, Daten in jedem Zyklus in einer vorbestimmten Reihenfolge von zulässigen Übertragungen zu übertragen, wobei jede Datenübertragung Identitätsinformationen, die die Identität der Übertragungsstation angeben, einschließt, und wobei zumindest eine der Stationen die folgenden Merkmale aufweist:
- eine Übertragungseinrichtung zum Übertragen von Daten über die Übertragungswege;
- eine Empfangseinrichtung zum Empfangen von Daten über die Übertragungswege;
- eine Übertragungssteuerungseinrichtung, die wirksam ist, wenn die eine Station die erste Station mit zu übertragenden Daten in einem derzeitigen Zyklus ist, um zu bewirken, daß die Übertragungseinrichtung diese Daten überträgt, und um zu bewirken, daß, wenn die eine Station Daten in einen Zyklus zu übertragen hat, aber nicht die erste Station ist, die Übertragungseinrichtung beginnt, Daten in dem derzeitigen Zyklus zu einem Zeitpunkt zu übertragen, der vor demjenigen liegt, an dem die Empfangseinrichtung den Empfang von irgendwelchen Daten beendet hat, die von der Station übertragen wurden, die der derzeitigen Station in der vorbestimmten Reihenfolge unmittelbar vorhergeht, wobei jedoch in Bezug hierauf durch die Übertragungssteuerungseinrichtung eine Beurteilung durchgeführt wird, daß es vermieden wird, daß die Übertragungen der einen Station die an irgendeiner anderen Station mit irgendwelchen Übertragungen der unmittelbar vorhergehenden Station kollidieren;
dadurch gekennzeichnet, daß
die Übertragungssteuerungseinrichtung folgende Merkmale aufweist: eine erste Teileinrichtung, um in dem Fall, in dem die eine Station nicht die erste Station ist, zu bestimmen, wann die eine Station die nächste Station ist, um in einem Zyklus zu übertragen, durch Überwachen der Datenübertragungen, die in dem derzeitigen Zyklus durch die Empfangseinrichtung empfangen werden, um die Ursprungsstation der Übertragungen zu identifizieren, und eine zweite Teileinrichtung, die wirksam ist, wenn die erste Einrichtung bestimmt hat, daß die Station die nächste ist, um in dem derzeitigen Zyklus zu übertragen, zu bewirken, daß die Übertragungseinrichtung Daten zu einem Zeitpunkt überträgt, der von dem tatsächlichen Empfang der Übertragungen von der unmittelbar vorhergehenden Station in der Reihenfolge von Stationen mit in dem derzeitigen Zyklus zu übertragenden Daten durch die Empfangseinrichtung abhängt, wobei dieser Zeitpunkt vor demjenigen liegt, an dem eine Station den Empfang von Daten von der unmittelbar vorhergehenden Station in der Reihenfolge beendet hat, zumindest in dem Fall, in dem die unmittelbar vorhergehende Station in der Reihenfolge die Station ist, die der einen Station in der Reihenfolge der zulässigen Übertragung unmittelbar vorhergeht.
Durch Überwachung der tatsächlichen Übertragungen und durch eine entsprechende zeitliche Steuerung der Stationsübertragungen bietet ein Kommunikationssystem dieser Art eine erhebliche Flexibilität gegenuber dem der EP-A-0,255,442 und gegenüber dem des oben erwähnten IBM Technical Disclosure Bulletin. Die Menge an zu übertragenden Daten muß zum Beispiel nicht vorbestimmt sein, vorausgesetzt daß eine geeignete Anzeige in der Übertragung selbst enthalten ist. Ferner stellt die Zeitgenauigkeit in dem vorliegenden System kein so wichtiges Merkmal dar.
Bevorzugterweise umfaßt die zweite Teileinrichtung:
(a) eine Feststellungseinrichtung, zum Feststellen, wie weit das Ende des Datenempfangs von der unmittelbar vorhergehenden Station in der Folge entfernt ist; und
(b) eine Einrichtung zum Beginnen der Übertragung von Daten durch die Übertragungseinrichtung zu einem Zeitpunkt, der dem Ende des Datenempfangs um eine Größe voranschreitet, die nicht größer als die Zeit t&sub1;+t&sub0;+t&sub2; ist
wobei:
- t&sub1; die Zeit ist, die für eine Datenübertragung von der einen Station benötigt wird, um entlang eines nach außen gerichteten Übertragungsweges von der Station zu laufen, um irgendeinen Übertragungsweg, im Folgenden als gemeinsamer Weg bezeichnet, zu erreichen, der durch die unmittelbar vorhergehende Station in der Folge zur Übertragung ihrer Daten an alle anderen Stationen außer der einen Station verwendet wurde,
- t&sub2; die Zeit ist, die eine Datenübertragung der unmittelbar vorhergehenden Station benötigt, um von dem gemeinsamen Weg zu der einen Station entlang eines nach innen gerichteten Übertragungsweges zu dieser zu laufen, und
- t&sub0; die Zeit ist, die eine Datenübertragung von der unmittelbar vorhergehenden Station benötigt, um entlang des gemeinsamen Weges von dem nach außen gerichteten Weg zu dem nach innen gerichteten Weg zu laufen, wobei die Zeit t&sub0; negativ ist, wenn die Datenübertragung von der unmittelbar vorhergehenden Station den nach innen gerichteten Weg vor dem nach dem nach außen gerichteten Weg durchläuft.
Durch Verwendung von Datenpaketen mit fester Größe, um Daten zu übertragen, oder durch Verwendung von Datenpaketen mit variabler Größe, mit einem Kopf, der die Größeninformationen enthält, ist es für eine Station eine relativ einfache Aufgabe sicherzustellen, wann der Empfang einer derzeitigen Übertragung beendet sein wird.
Im Fall eines Sternnetzwerks mit einem Zentralknoten kann die Kollision der Übertragungen einer Station mit denjenigen der in der Übertragungsreihenfolge unmittelbar vorhergehenden Station vermieden werden, wenn die eine Station den Beginn der Übertragung um eine Zeit verzögert, die das Ende des Datenempfangs von der unmittelbar vorhergehenden Station um eine Größe überschreitet, die nicht größer ist als die Umlaufzeit für eine Übertragung von der Station, um über den Zentralknoten zurückzukehren.
Um die Bestimmung durch die eine Station zu vereinfachen, ob sie die erste Station in der Reihenfolge ist, oder wenn sie die Station ist, die als nächste überträgt, ist das System bevorzugterweise angeordnet, um als ein Bit-abgebildetes (Bit-mapped) Protokoll zu arbeiten. Genauer gesagt ist das System bevorzugterweise derart, daß jeder Zyklus eine anfängliche Reservierungsphase aufweist, während der jede Station angeordnet ist, um in einem entsprechenden Reservierungszeitschlitz anzuzeigen, ob sie Daten in diesem Zyklus übertragen will, wobei die eine Station wirksam ist, um diese Reservierungsanzeigen zu überwachen, um zu bestimmen, ob sie die erste Station in der Reihenfolge ist, und wenn nicht, um die Identität der unmittelbar vorhergehenden Station in der Reihenfolge zu bestimmen, wobei die eine Station ferner wirksam ist, wenn sie nicht die erste Station ist, um durch Identifizieren des Empfangs von Daten von der unmittelbar vorhergehenden Station zu bestimmen, wann sie die Station ist, die als nächste überträgt.
Ein ähnliches Schema kann ebenfalls auf die Bestätigung von erfolgreichen Datenübertragungen angewendet werden. Der Zweck der Übertragung von Daten über das Netzwerk besteht selbstverständlich darin, diese an eine bestimmte Station in dem Netzwerk zu senden. Wenn die Daten durch die andere Station empfangen werden, sollte die Empfangsstation ein Verfahren aufweisen, um den erfolgreichen Empfang zu bestätigen. Deshalb kann jeder Zyklus ferner eine Bestätigungsphase aufweisen, die in dem Zyklus nach den Datenübertragungen auftritt. Wenn jede Station erfolgreich Daten von einer anderen Station empfangen hat, kann sie dies durch Einstellen eines Reservierungszeitschlitzes in der Reservierungsphase bestätigen, wobei dieser Zeitschlitz demjenigen einer anderen Station zugeordnet ist, um dem Netzwerk dadurch anzuzeigen, daß die Daten erfolgreich übertragen wurden.
Die Verwendung von Reservierungsschlitzen kann weiter ausgedehnt werden. Bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung auf einige Netzwerke kann es sein, daß einige Stationen eine Zugriffsverzögerung benötigen, die so niedrig wie möglich ist, und dies kann durch die Tatsache erreicht werden, daß eine Station, die noch keine Reservierung durchgeführt hat, bis zum nächsten Zyklus keine Daten übertragen kann. Es kann daher eine Vorsehung geschaffen werden, daß zumindest einige der Stationen automatisch Reservierungen durchführen, unabhängig davon, ob sie Daten zu senden haben oder nicht. Wenn eine Station, die automatisch eine Reservierung durchgeführt hat, dann keine Daten zu übertragen hat, muß dies durch die nächste nachfolgende Station, die Daten zu übertragen hat, erkannt werden. Dies kann dann zu Verzögerungen innerhalb des Zyklusses führen, aber nachdem die automatische Reservierung ein primärer Vorteil für diejenigen Stationen ist, die viele Daten zu übertragen haben, ist es wahrscheinlich, daß die Verzögerungen in der Praxis kein Problem darstellen werden.
Die Bestimmung durch jede Station, wann sie Daten innerhalb der Reihenfolge von Stationen mit zu übertragenden Daten übertragen wird, erfordert nicht notwendigerweise die Verwendung eines Bit-abbildenden Protokolls mit einem Reservierungsschema. Als eine Alternative ist es für jede Station möglich, auf der Grundlage der Erfassung des Vorhandenseins oder Nicht-Vorhandenseins ihrer Datenübertragungen zu erfassen, ob die unmittelbar vorhergehende Station, und auch vorhergehende Stationen vor dieser, übertragen werden. Wenn die Station erfaßt, daß die unmittelbar vorhergehende Station, und vorhergehende aufeinanderfolgende Stationen, keine Datenübertragung aufweisen, kann sie unmittelbar nach Erfassen dieser Erkennung ihre eigenen Daten übertragen. Die Verzögerungen zwischen den Datenübertragungen können dann selbstverständlich länger sein, was den Wirkungsgrad der Anwendung verschlechtert. Es können jedoch Zugriffsverzögerungen reduziert werden, und die Ausführung wird einfacher. Deshalb kann in einigen Situationen diese Alternative bevorzugt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand eines Beispiels anhand der beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben, in denen;
Fig. 1 zeigt ein Sternnetzwerk;
Fig. 2 zeigt einen Zyklus des Betriebs für ein Netzwerk, das gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet;
Fig. 3 zeigt einen zweiten alternativen Zyklus für ein Netzwerk, das gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet;
Fig. 4 zeigt einen dritten alternativen Zyklus für ein Netzwerk gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 5 zeigt ein Sternnetzwerk mit Kopplern, die Gruppen von Stationen mit dem zentralen Sternknoten verbinden;
Fig. 6A zeigt die Datenwege des zentralen Knotens 101 des Netzwerks der Fig. 1 und 5;
Fig. 6B zeigt die Datenwege der Koppler des Netzwerks aus Fig. 5; und
Fig. 7A und 7B sind Diagramme der Signalwege nahe einer Station in einem allgemeinen Netzwerk.
Ein in Fig. 1 dargestelltes Sternnetzwerk umfaßt eine Mehrzahl von Stationen 100, die mit einem Zentralknoten 101 verbunden sind. Jede dieser Stationen 100 kann zum Beispiel ein digitaler Computer sein.
Das Netzwerk, das in Fig. 1 gezeigt ist, kann zum Beispiel ein passives optisches Sternnetzwerk mit einem passiven Sternknoten 101 in der allgemeinen Form, die in Fig. 6A gezeigt ist, sein. Der Knoten 101 in Fig. 6A hat eine Mehrzahl von Eingangsleitungen 200, die von den Stationen 100 kommen, und eine Mehrzahl von Ausgangsleitungen 201, die zu den Stationen 100 führen. Ein Signal auf irgendeiner der Eingangsleitungen 200 wird an alle Ausgangsleitungen 201 verteilt.
Solche passiven optischen Sternnetzwerke haben wichtige Vorteile gegenüber einem aktiven Stern, Ring oder Bus. Obwohl der passive Stern zum Beispiel einen einzelnen potentiellen Fehlerpunkt (am Zentralknoten 101 des passiven Sternkopplers) hat, erfordert er keine Leistung, ist immun gegenüber elektromagnetischen Wechselwirkungen und hat keine mechanischen oder elektrischen Komponenten. Er ist deshalb extrem zuverlässig und benötigt keine optischen Sender-Einpfänger, Schalter oder Kabel. Ferner können passive optische Sternnetzwerke durch Reduzierung der Anzahl von optischen Komponenten billiger als andere optische Netzwerke aufgebaut werden. Zusätzlich passen viele lokale Anwendungen besser zu einer Sterntopologie als zu einem Bus oder einem Ring. Es ist zum Beispiel häufig der Fall, daß jeder Anwender eines Netzwerkes, oder eine Arbeitsgruppe, mit einem zentralen Verdrahtungspunkt, zum Beispiel zur Leistungsversorgung, verbunden ist. Die vorliegende Erfindung ist deshalb besonders auf passive, optische Sternnetzwerke anwendbar, obwohl sie ebenfalls auf passive, elektrische Sternnetzwerke, aktive Sternnetzwerke und andere Topologien anwendbar ist.
Bei der vorliegenden Erfindung, wie sie auf das in Fig. 1 dargestellte Sternnetzwerk angewandt ist, arbeitet das Netzwerk in einer Folge von Zyklen, bei denen es jeder Station 100 ermoglicht ist, ein Datenpaket über das Netzwerk zu übertragen, wobei die Reihenfolge der zulässigen Übertragung zwischen den Stationen in jedem Zyklus vorbestimmt ist. Die Stationen 100 ordnen ihre Übertragung zeitlich derart, daß Paketkollisionen an den Empfangsstationen vermieden werden. Nachdem der primäre, potentielle Kollisionspunkt von solchen Datenpaketen der zentrale Knoten 101 ist, ist die Ankunftszeit der Datenpakete an dem zentralen Knoten 101 diejenige, die am besten untersucht wird, wenn überlegt wird, wie man Übertragungen über das Netzwerk kollisionsfrei hält.
Ein mögliches Schema für die nächste zu übertragende Station in der Reihenfolge von Stationen mit in einem Zyklus zu übertragenden Daten ist selbstverständlich ihre Übertragung nur zu beginnen, nachdem sie gehört hat, daß die unmittelbar vorhergehende Station in der Reihenfolge ihre Übertragung beendet hat. Nachdem es jedoch unvermeidlich eine Verzögerung zwischen der Übertragung eines Datenpakets durch eine Station 100 und seinem Empfang an dem Zentralknoten 101 gibt, ist das Warten bis zum Ende der Übertragung durch die unmittelbar vorhergehende Station ineffizient (es wird darauf hingewiesen, daß die Entfernungen zwischen den Stationen 100 und dem Zentralknoten 101 mehr als 1 km sein können, und daß diese Verzögerungszeiten erheblich werden können). Dementsprechend ist jede der Stationen des vorliegenden Netzwerks so angeordnet, daß, wenn sie ein Datenpaket zu übertragen hat, sie die Übertragung um eine Größe, die eingestellt ist, um eine Kollision am Zentralknoten 100 gerade zu vermeiden, vor dem Ende des Empfangs des Paktes starten wird, das durch die unmittelbar vorhergehende Station in der Reihenfolge gesendet wurde. In dem einfachen Netzwerk aus Fig. 4 beträgt diese Größe nur etwas weniger als die Umlaufzeit zwischen der Station 100 und dein Zentralknoten 101.
Um dieses Schema auszuführen, ist jede Station angeordnet, um zu messen, wie weit sie (in Einheiten der Übertragungszeit) von dem Zentralknoten 101 entfernt ist.
Eine Umlaufverzögerungszeit ist abhängig von den elektronischen Komponenten des Systems, den Glasfaserübertragern, der Faser selbst und irgendwelchen dazwischen liegenden optischen Kopplern (nicht dargestellt). Während es möglich sein kann, die Länge der Glasfaser genau zu steuern, kann die Verzögerungstoleranz durch die anderen Komponenten für eine Messung mit einer Genauigkeit von 1 Bit nicht ausreichend genau bekannt sein. Es ist jedoch für eine Station annehmbar, innerhalb einer bestimmten Toleranz zu messen, wie viele Bit-male sie vom Zentrum entfernt ist.
Das Format eines Zyklusses, der die vorliegende Erfindung verwendet, ist in Fig. 2 gezeigt. Der in Fig. 2 dargestellte Zyklus besteht aus zwei Phasen, nämlich einer Reservierungsphase 110 und einer Datenphase 111. Die Reservierungsphase 110 ist fiktiv in eine Mehrzahl von Reservierungszeitschlitzen 112 unterteilt, wobei die Anzahl von Reservierungsschlitzen der Anzahl von Stationen entspricht. Wie es bereits beschrieben wurde, arbeiten die Stationen in einer vorbestimmten Reihenfolge, das heißt es existiert folglich eine "erste" Station des Zyklusses, eine "zweite" Station des Zyklusses, etc., bis zu einer n-ten Station. Es existiert folglich eine entsprechende Anzahl von Reservierungsschlitzen 112, und jede Station kann eine Anzeige in ihrem entsprechendem Reservierungsschlitz erzeugen, um anzuzeigen, daß sie in diesem Zyklus ein Paket übertragen wird. Diese Anzeige eines zu übertragenden Pakets wird durch eine logische "Eins" in Fig. 2 dargestellt, im Gegensatz zu einer entgegengesetzten Anzeige, die durch eine logische "Null" dargestellt ist. Eine "Eins" Anzeige in einem Reservierungsschlitz reserviert wirksam einen Schlitz für die entsprechende Station, um während der folgenden Datenphase des Zyklusses zu übertragen.
In der Theorie könnten solche Reservierungsschlitze lediglich ein Bit breit sein, wenn die Station genau bestimmen könnte, wann ein gesendetes Signal am Zentralknoten 101 des Netzwerkes empfangen wurden. In der Praxis ist dies nicht möglich, und die fiktive Breite jedes Reservierungsschlitzes beträgt deshalb eine vorbestimmte Fensterlänge, wobei die Fensterlänge durch die Unsicherheiten bei der Übertragung bestimmt ist. In der Praxis kann eine solche Meßgenauigkeit bis auf etwa 5 bis 6 Bits genau sein, und folglich kann die Fensterlänge etwa 10 Bits betragen, wobei die Bitlänge durch einen Träger aus zum Beispiel Rechteckwellen bestehen kann, die um das System übertragen werden. Um eine "Eins" Anzeige (zu übertragendes Paket) in einem Reservierungsschlitz zu erzeugen, kann die entsprechende Station einen Impuls an die Rechteckwelle länger als ein Bit, zum Beispiel zwei bis drei Bits, anlegen. Dies verändert das Rechteckwellensignal und dies kann durch Standardverfahren durch die anderen Stationen erfaßt werden. Nach der Reservierungsphase 110 geht der in Fig. 2 gezeigte Zyklus in seine Datenphase 111. In dieser Phase 111 überträgt jede Station, die in der Reservierungsphase 110 einen Schlitz reserviert hat, ein Paket, wobei die Übertragung der Pakete durch die Reihenfolge der Stationen bestimmt ist. Dadurch, daß die vorbestimmte Reihenfolge der Stationsübertragung innerhalb eines Zyklusses durch Überwachung des Setzens der Reservierungsschlitze bekannt ist, kann jede Station bestimmen, welche Station, wenn überhaupt eine, in der Reihenfolge der Stationen, die ein Paket während des derzeitigen Zyklusses übertragen wollen, unmittelbar vor dieser Station ist. Wenn eine Station feststellt, daß sie die erste Station in der Reihenfolge von Station mit zu übertragenden Daten ist, kann sie ihre Übertragung beginnen. Jede andere Station in der Reihenfolge muß auf die über das Netzwerk übertragenen Datenpakete hören, und beim Empfang des Pakets von der unmittelbar vorhergehenden Station in der Reihenfolge kann die Station ihr Datenpaket derart übertragen, daß es sofort nach dem Ende des Pakets von der vorhergehenden Station an dem Zentralknoten empfangen wird. Dies setzt selbstverständlich voraus, daß jedes Datenpaket eine Anzeige seiner ursprünglichen Station trägt; dies ist jedoch in Netzwerken auf Paketbasis ein Standardverfahren. Zusätzlich muß die Station einige Vorkenntnisse über die Länge eines Pakets haben, so daß sie beurteilen kann, wann das Paket der unmittelbar vorhergehenden Station in der Reihenfolge zu Ende ist, und um dann ihren Ubertragungsbeginn entsprechend zeitlich zu ordnen (der dem Ende des vorhergehenden Pakets vorausgeht). Dort wo die Pakete eine feste Länge haben, ist es für jede Station leicht, aus dem Beginn des Pakets zu berechnen, wann dieses zu Ende ist, und seine eigene Übertragung eines Pakets zeitlich dementsprechend anzuordnen. Wenn jedoch Pakete mit variabler Länge verwendet werden, müssen spätere Stationen in dem Zyklus aus Informationen in dem Paket selbst bestimmen, wann dieses zu Ende ist, das heißt, das Paket selbst enthält Informationen über seine Länge.
Es wird darauf hingewiesen, daß eine minimale Paketlänge, die ebenfalls als minimale Schlitzlänge Fmin bezeichnet wird, existiert. Diese minimale Schlitzlänge ist gleich der maximalen Laufzeitverzögerung zwischen den Stationen und dem Zentralknoten. Wenn eine Station ein Paket überträgt, das kürzer als die minimale Schlitzlänge ist, kann die Zeitdifferenz verschwendet werden, weil die nächste zu übertragende Station nicht fähig sein kann, das Ende des Paketes ausreichend schnell zu erfassen.
Die minimale Schlitzlänge Fmin wird durch die maximale Länge der Verbindung von irgendeiner der Stationen zu dem Zentralknoten Lmax, die Bitrate B und die Ausbreitungsgeschwindigkeit C entlang des Übertragungsweges (zum Beispiel einer optischen Glasfaser) des Sternnetzwerkes bestimmt. Folglich gilt:
Fmin = (2B Lmax)/C
Wenn die Pakete eine variable Länge haben, ist zusätzlich zu der minimalen Schlitzlänge ein Kopf der Länge H erforderlich, genau wie die Zeit LLesen, die die Stationen benötigen, um die Paketlänge zu übersetzen. Die effektive minimale Schlitzlänge beträgt nun:
Fmin = (2BLmax/C) + H + LLesen
In der Praxis muß ebenfalls eine Verzögerung zwischen dem Ende der Reservierungsphase und dem Beginn des ersten Pakets innerhalb der Datenphase existieren, und diese muß zumindest zweimal Lmax sein.
Der Zyklus, der in Fig. 2 dargestellt ist, kann weiter entwickelt werden, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. In diesem Fall enthält der Zyklus immer noch eine Reservierungsphase 110 und eine Datenphase 111, aber er enthält ferner eine Bestätigungsphase 113. Der Bestätigungsabschnitt 113 enthält fiktive Bestätigungsschlitze 114, wobei so viele Bestätigungsschlitze 114 existieren, wie es Stationen gibt. Es kann ebenfalls gesehen werden, daß die Bestätigungsphase 113 von der Datenphase 111 durch eine Verzögerung S&sub1; getrennt ist. Die Verzögerung S&sub1; muß ausreichend sein, um dem Empfänger des letzten Pakets ausreichend Zeit zu geben, auf den nächsten Bestätigungsschlitz 114 zu antworten; ferner muß, wenn lediglich die erste Station in einem Zyklus überträgt, S&sub1; größer sein als Fmin. In der Praxis muß S&sub1; größer sein als die unteren Grenzen, die im letzten Satz genannt wurden, nachdem der Empfänger Zeit haben muß, um die Gültigkeit des Pakets zu überprüfen.
Auf ähnliche Weise existiert nach dem Ende der Bestätigungsphase 113 eine Verzögerung S&sub2;, bevor der nächste Zyklus beginnen kann. Diese Verzögerung gibt der Station ausreichend Zeit, um einen Schlitz in dem nächsten Zyklus zu reservieren, wenn das Paket, das an den gerade endenden Zyklus angelegt wurde, bestätigt wurde. Wenn die Reihenfolge der Bestätigungsschlitze 114 dieselbe ist wie die Reihenfolge der Reservierungsschlitze 112, dann gilt S&sub2; > Fmin - NWL, wobei WL die Fensterlänge zwischen den Datenpaketen ist, und N die Anzahl der Pakete ist. Um den Empfang eines Datenpakets zu bestätigen, bestimmt die Station, die das Datenpaket einpfängt, aus dem Datenpaket, welche Station das Paket an den Zyklus angelegt hat, und setzt eine Anzeige in dem Bestätigungsschlitz 114, der mit der ursprünglichen Station übereinstimmt. Die ursprüngliche Station kann folglich durch Überprüfen der Anzeige in ihrem eigenen Bestätigungsschlitz erfassen, daß das Paket erfolgreich übertragen wurde.
Wie es oben erwähnt wurde, können die Reservierungen durch ein Recheckwellensignal, das an dem Netzwerk anliegt, erfaßt werden. In der in Fig. 3 dargestellten Anordnung kann dies ohne weiteres dadurch erreicht werden, daß die letzte zu übertragende Station nach dem Ende der Übertragung jedes Datenpakets eine Recheckwelle an den Zyklus anlegt. Diese Rechteckwellenübertragung wird während der Bestätigungsphase 113 und der Reservierungsphase 110 des nächsten Zyklusses beibehalten und beim Beginn der Übertragung eines Datenpakets im nächsten Zyklus beendet. Wie es oben beschrieben wurde, wird die Einstellung der Schlitze dann durch die Veränderung des Rechteckwellensignals erreicht. In der Praxis kann es das einfachste sein, daß die Rechteckwelle durch die letzte Station in der vorbestimmten Reihenfolge erzeugt wird, und nicht durch die letzte Station, die in einem Zyklus tatsächlich überträgt.
Dort wo eine Station keine "Eins"-Anzeige in ihrem Reservierungsschlitz gesetzt hat, kann sie kein Datenpaket in diesem Zyklus übertragen. Nachdem die Zykluslänge primär durch die Datenphase 111 bestimmt ist (die relative Länge der Reservierungsphase 110 der Bestätigungsphase 113 ist wesentlich kürzer), kann gesehen werden, daß, wenn eine der früheren Station in der vorbestimmten Reihenfolge kurz nachdem die Reservierungsphase 110 abgelaufen ist, realisiert, daß sie zu übertragen wünscht, muß sie einen gesamten Zyklus warten. Wenn jedoch eine Station in der Nähe des Endes der vorbestimmten Reihenfolge feststellt, daß sie zu einem ähnlichen Punkt in dem Zyklus Daten zu übertragen hat, muß sie nahezu zwei Zyklen warten, bevor sie ihr Paket übertragen kann, das bedeutet ein vollständiger Zyklus plus denjenigen Teil eines Zyklusses, der durch die Datenpakete der vorhergehenden Stationen in dem nächsten Zyklus besetzt ist. Es existiert folglich eine Veränderung der Zugriffsverzögerung von einer Station zur nächsten. Dies kann von besonderer Wichtigkeit sein, wenn einige Stationen niedrige Zugriffsverzögerungen erfordern. In diesem Fall kann die in Fig. 3 gezeigte Anordnung weiter verändert werden, um den Stationen, die niedrige Zugriffszustände erfordern, zu ermöglichen, automatisch Schlitze in jedem Zyklus zu reservieren, unabhängig davon, ob diese Stationen die Schlitze verwenden werden. Bei dieser Anordnung wird, wenn eine Station bereits einen Schlitz reserviert hat, sie fähig sein, ein Datenpaket zu irgendeinem Zeitpunkt in ihren Datenpaketschlitz zu übertragen, und deshalb wird die Zugriffsverzögerung erniedrigt. Die Station wäre immer fähig, in dem derzeitigen Zyklus zu übertragen, und muß nicht auf den nächsten warten.
Der Nachteil hierbei besteht darin, daß jede Station dann fähig sein muß zu erfassen, ob eine Station, die automatisch einen Schlitz reserviert hat, tatsächlich ein Datenpaket an den Zyklus anlegen wird, und wenn dies nicht der Fall ist, ihre eigene Übertragung eines Datenpakets dementsprechend durchzuführen. Deshalb können während der Datenphase 111 längere Verzögerungen zwischen einem Datenpaket und dem nächsten existieren.
Tatsächlich kann dieser Prozeß weitergetrieben werden, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Bei dieser Anordnung gibt es keine Reservierungsschlitze, und es wird jeder Station ermöglicht, ein Datenpaket an einem vorbestimmten Punkt im Zyklus zu übertragen. Wenn eine Station erkennt, daß die vorherige Station, und tatsächlich jede Station, die dieser vorhergeht, kein Datenpaket in dem Zyklus übertragen wird, kann sie den Zeitverlauf ihrer Übertragung eines Datenpakets dementsprechend vorschieben; in diesem Fall, in dem die mittlere von drei Stationen nichts zu übertragen hat, wird der Zwischenraum am Zentralknoten 101 zwischen den Paketen von den anderen Stationen zumindest Fmin sein. Es wird darauf hingewiesen, daß, nachdem jede Station nicht vorher weiß, welche Station Daten zu übertragen hat, der einzige Umstand, bei dem sie eine Übertragung starten kann, bevor sie den Empfang eines Pakets beendet hat, derjenige ist, wenn die Station erkennt, daß das Paket, das sie empfängt, von der Station ist, die unmittelbar vor ihr in der vorbestimmten Reihenfolge liegt.
Die Anordnung aus Fig. 4 reduziert die maximale Zugriffsverzögerung und die Ausführung ist einfacher, besonders wenn die Bestätigungsphase 113 ebenfalls weggelassen wird, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Es existiert jedoch aufgrund der potentiell erhöhten Verzögerung zwischen einem Datenpaket und dem nächsten eine Reduzierung des Anwendungswirkungsgrades. Ferner müssen in jedem praktischen System einige Übertragungen in jedem Zyklus sein, sogar wenn keine Stationen Daten senden, um eine Synchronisation aller Stationen mit dem Systemzyklus sicherzustellen. Dies könnte zum Beispiel durch die Anforderung erreicht werden, daß jede Station ohne zu sendende Daten, ein leeres Paket mit der Länge Fmin oder weniger sendet, wodurch das Weitergehen des Zyklusses an alle anderen Stationen angezeigt wird; alternativ muß, immer wenn eine Station erkennt, daß ihr Vorgänger kein Paket übertragen hat, sie selbst es tun, sogar wenn dieses Paket leer ist.
Fig. 5 zeigt eine veränderte Form des Netzwerks aus Fig. 1, bei dem Koppler 102 zwischen die Stationen 100 und den Zentralknoten 101 eingefügt wurden, um die Datenflußwege zu reduzieren. Es kann ohne weiteres gesehen werden, daß zwischen den Stationen 100 und dem Zentralknoten 101 die Koppler 102 vorgesehen sind, um die Datenflußwege zu reduzieren. Folglich werden bei einer Übertragung des Datenpakets von einer Station 100 an eine andere Station 100 die Daten von dieser Station 100 an einen dazwischenliegenden benachbarten Koppler 102, von diesem Koppler 102 an den Zentralknoten 101, von diesem Zentralknoten 101 an den Koppler 102 der Bestimmungsstation und dann an die Bestimmungsstation selbst übertragen. Um die Topographie des Netzwerks (ein zentraler Sternknoten, durch den alle Pakete geleitet werden) beizubehalten, ist jeder Koppler 102 gegenüber dem Zentralknoten 101 (in Fig. 6A gezeigt) unterschiedlich aufgebaut. Genauer gesagt hat jeder Koppler zwei Teile, 202 und 203, wie es in Fig. 6B dargestellt ist. Der Teil 202 empfängt Datenpakete und andere Signale von den Stationen 100 über Leitungen 204 und überträgt diese über die Leitung 205 an den Zentralknoten 101, der in Richtung des Pfeils 206 angeordnet ist. Auf ähnliche Weise empfängt der Teil 203 Datenpakete und andere Signale von der zentralen Station 111 über die Leitung 201 und leitet diese Signale an die Stationen über die Leitungen 28 weiter. Es kann folglich gesehen werden, daß Signale, die von den Stationen kommen, an den Zentralknoten 101 lediglich weitergeleitet werden und nicht mit den Signalen, die von dem Zentralknoten 101 kommen, kollidieren. Es wird darauf hingewiesen, daß die Zeitgabekriterien zur Vermeidung von Kollisionen am Zentralknoten 101, die vorher anhand des Netzwerks aus Fig 1 diskutiert wurden, immer noch wirksam gelten (folglich ist der maximale Betrag, um den eine Station eine Übertragung vorschieben kann, um das Ende des Empfangs von Daten von der unmittelbar vorhergehenden übertragenden Station vorzuschieben, immer noch die Umlaufverzögerungszeit).
Obwohl es für das oben beschriebene Netzwerk möglich ist, derart betrieben zu werden, daß alle Stationen 100 beim Anlauf des Netzwerkes gestartet werden, ist es für eine Station 100 ebenfalls möglich, dem Netzwerk, nachdem dieses läuft, beizutreten. Sobald die Station den Zeitverlauf des Zyklusses hergestellt hat, kann sie. in der Reservierungsphase des Zyklusses einen Schlitz reservieren (zum Beispiel den letzten leeren Schlitz), und kann dann ihren reservierten Schlitz in der Datenphase verwenden, um dem Zentralknoten 101 mitzuteilen, daß sie dem Netzwerk beigetreten ist. Der Zentralknoten 101 kann dann eine Position für diese Station in der vorbestimmten Reihenfolge von Übertragungen bestimmen, und die Station kann normal betrieben werden. Eine solche Anordnung erfordert selbstverständlich, daß der Zentralknoten mit einer Intelligenz versehen ist; alternativ kann eine der Stationen 100 diese Rolle durchführen.
Die oben beschriebene Netzwerkanordnung ermöglicht es Stationen, nach Fehlern auf dem Netzwerk die Synchronisation mit minimalem Datenverlust schnell wiederzufinden. Es gibt verschiedene unterschiedliche Fehler, die möglich sind. Zuerst sollte der Kopf jedes Pakets Informationen enthalten, die die Länge des Pakets, die Station, aus der das Paket stammt, und die Adresse der Station, die das Paket empfängt, bestimmt. Fehler in den Adressen können ohne weiteres durch bekannte Systeme erkannt werden. Fehler von Informationen, die die Länge der Pakete bestimmen, werden mehr Probleme verursachen. Eine Station kann diese Informationen derart interpretieren, daß ein Paket einer früheren Station kürzer ist als es tatsächlich ist. Wenn dies auftritt und die Station die nächste zu übertragende ist, wird sie vorzeitig zu übertragen beginnen, und die Pakete werden kollidieren. Es wird folglich keinen Zwischenraum zwischen den Paketen dieser Stationen geben, und die Station, die als nächste überträgt, wird nicht erkennen, daß ein neues Paket begonnen hat. Die nachfolgende Station wird die kollidierten Pakete als von der ersten der Stationen stammend beurteilen, von der die kollidierten Pakete ausgingen, und wird deshalb darauf warten, daß die andere Station, von der das kollidierte Paket ausging, ankommt. Wenn jedoch die maximale Paketlänge überschritten wird, kann die nachfolgende Station automatisch beginnen zu übertragen. Deshalb werden lediglich zwei Pakete betroffen und der Fehler setzt sich nicht weiter in dem Netzwerk fort. Bestimmt eine Station, daß ein Paket länger ist als es wirklich ist, tritt keine Kollision oder Veränderung auf, und es existiert lediglich eine verlängerte Verzögerung vor der Übertragung.
Fehler können ebenfalls beim Einstellen der Reservierungsschlitze auftreten. Wenn ein Reservierungsschlitz offensichtlich eingestellt ist, wenn keine echte Reservierung durchgeführt wird, wird dies eine Verzögerung bewirken, aber keine veränderten Daten. Wenn eine Station jedoch eine Reservierung durchführt, die durch eine oder mehrere der anderen Stationen nicht erfaßt wird, können Probleme auftreten. Es sei die Situation angenommen, bei der eine Station A eine Reservierung, die durch die Station B durchgeführt wurde, nicht erkennt. Wenn die Station A in dem derzeitigen Zyklus keine Übertragung wünscht, wird sie lediglich einen Zyklus sehen, der länger ist als derjenige den sie erwartete. Es wird kein Datenverlust auftreten. Wenn die Station A in dem derzeitigen Zyklus übertragen will, und angeordnet ist, um ihr Datenpaket in dem Zyklus vor der Station B zu übertragen, wird die Station A wiederum einen Zyklus sehen, der länger ist als der erwartete, aber keine Daten werden verloren gehen. Wenn die Station A in dem derzeitigen Zyklus Daten übertragen will, und angeordnet ist, um ihre Datenpakete unmittelbar nach der Station B zu übertragen, dann wird eine Kollision auftreten. Die Situation wird dann dieselbe sein, wie diejenige, die im Vorhergehenden bezüglich der Fehler der Kopflänge beschrieben wurde, bei der eine Kollision zwischen zwei Datenpaketen auftritt, wobei diese beiden Datenpakete verloren gehen, aber nachfolgende Stationen nach einer Verzögerung unbeeinflußt sind. Die Situation ist ähnlich, wenn die Station A in den derzeitigen Zyklus übertragen will, und angeordnet ist, um ihre Datenpakete in den Zyklus einige Zeit, aber nicht sofort, nach der Station B zu übertragen. In diesem Fall wird ein Paket der Station A mit einem anderen Paket, aber nicht mit dem Paket der Station B, kollidieren, ansonsten ist die Situation dieselbe wie vorher.
Fehler können ebenfalls in den Bestätigungsschlitzen auftreten. Wenn eine Bestätigung nicht auftritt, wird das Paket erneut gesendet und vorausgesetzt, daß die Wahrscheinlichkeit dieses durch geeignete Protokolle niedrig angeordnet ist, werden die Verzögerungen, die dem System auferlegt werden, nicht so groß sein. Die Situation, in dem ein Paket erfolglos übertragen wird, aber das geeignete Bestätigungsbit gesetzt ist, ist seltener, weil diese von zwei Fehlern abhängt, und für ein normales System ist die Wahrscheinlichkeit dafür ausreichend gering, um ignoriert zu werden.
Folglich schaffen die oben beschriebenen Netzwerkanordnungen ein Protokoll zur Verwendung in einem Kommunikationssystem, und in einem Kommunikationsverfahren, die besonders, aber nicht ausschließlich, auf Sternnetzwerke angepaßt sind, und es diesen Netzwerken ermöglichen, mit einem höheren Wirkungsgrad zu arbeiten als bei der Verwendung bekannter Protokolle. Obwohl es etwas "Ungerechtigkeit" zwischen den Stationen gibt, wobei eine Station, die später in der vorbestimmten Reihenfolge ist, längere Zugriffsverzögerungen hat, existiert dieses Problem lediglich bei relativ niedrigen Paketraten, weil, wenn das Netzwerk eine Überlast erreicht, die Stationen in jedem Zyklus Pakete zum Senden haben, und es deshalb keine Ungerechtigkeit gibt. Mit den vorliegenden Anordnungen setzen sich Fehler nicht in dem Netzwerk fort, so daß das Netzwerk mit geringem Datenverlust weiter arbeiten kann. Die Protokolle der oben beschriebenen Netzwerkanordnungen ermöglichen es effektiv mehr als ein erfolgreiches Paket zu einem Zeitpunkt zu übertragen, was für existierende Protokolle, die auf Sternnetzwerke angewendet werden, nicht wahr ist.
Obwohl es bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung jeder Station lediglich erlaubt ist, ein Paket (mit fester oder einstellbarer Länge) in einem Zyklus zu übertragen, ist es möglich, zuzulassen, daß eine Station mehrere Pakete während ihrer Runde (oder ihres Schlitzes) in der Datenphase eines Zyklusses überträgt, vorausgesetzt, daß ein geeigneter Mechanismus vorgesehen ist, der es der als nächsten zu übertragenden Station in dem Zyklus ermöglicht, eine Vorbeurteilung bezüglich des Endes der Datenübertragung durch die Station durchzuführen. Ein solcher Mechanismus kann entweder durch Herstellen einer vorbestimmten Struktur für Daten von der Station hergestellt werden, so daß die nächste Station mit diesen Informationen vor-programmiert sein kann, oder durch Einschließen der Informationen bezüglich der Menge der zu übertragenden Daten oder der Menge der restlichen zu übertragenden Daten innerhalb der Daten selbst.
Eine weitere mögliche Verbesserung besteht darin, eine Station anzuordnen, um zwei oder mehr zugeordnete Schlitze zur Übertragung in der Datenphase eines Zyklusses zu haben, wodurch es dieser ermöglicht wird, mehr als einmal in dem Zyklus zu übertragen. Eine solche Anordnung ist konzeptmäßig äquivalent zu einer, die zwei (oder mehr) Stationen an derselben Stationsadresse aber mit jeweils eigenem Schlitz in dem Zyklus hat.
Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, die keine Sterntopologien verwenden, ist es erforderlich, den maximalen Betrag, um den eine Station ihre Übertragung relativ zum Ende des Empfangs von Daten von der unmittelbar vorhergehenden übertragenden Station vorschieben kann, in allgemeineren Ausdrücken als der Umlaufverzögerungszeit zwischen einer Station und einem Zentralknoten zu bezeichnen. Fig. 7 stellt die zu bedenkenden Hauptfaktoren beim Ableiten des maximalen Vorschubwertes dar. In Fig. 7A sind die Stationen 100A und 100B zwei aufeinanderfolgend übertragende Stationen in einem Zyklus (Station 100B überträgt nach der Station 100A, der Weg 700 ist ein gemeinsamer Datenweg, der durch Pakete, die durch die Stationen 100A, 100B auf ihrem Weg zu anderen Stationen in dem Netzwerk genommen wird, der Weg 701 ist der nach außen gerichtete Signalweg von der Station 100B, und der Weg 702 ist der nach innen gerichtete Signalweg an die Station 100B. Die Zeit t&sub0; ist diejenige Zeit, die ein Signal braucht, um die Länge des gemeinsamen Weges 700 zwischen seinen Verbindungen mit den Wegen 701 und 702 zu durchlaufen, die Zeit t&sub1; ist die Zeit, die ein Signal benötigt, um die Länge des Weges 701 zu durchlaufen, und die Zeit t&sub3; ist die Zeit, die ein Signal benötigt, um die Länge des Weges 702 entlang zu laufen. Für ein Paket, das durch die Station 100B übertragen wird, beträgt der maximale Vorschub, um nicht mit einem vorhergehenden Paket, das durch die Station 100A übertragen wird, zu kollidieren, den die Station 100B anlegen kann (t&sub1; + t&sub0; + t&sub2;); bei diesem Vorschub wird das vordere Ende des Pakets der Station 100B den gemeinsamen Weg 700 gerade nachdem das Ende des Pakets der Station 100A die Verbindung des Weges 701 mit dem gemeinsamen Weg 700 passiert hat, betreten. Wenn die Station 100A jedoch tatsächlich, wie in Fig. 7B dargestellt, angeordnet ist, dann könnte der maximale Vorschub lediglich (t&sub1; - t&sub0; + t&sub2;) sein, der negativ sein könnte, was bedeutet, daß die Station 100B beim Absenden ihrer Datenpakete hinter die Zeit, die sie am Ende des Pakets der Station 100A erfaßt hat, verzögert wird. Die Position der Station 100A relativ zu den Wegen 701 und 702 wird der Station 100B selbstverständlich häufig nicht bekannt sein, so daß der ungünstigste Fall angenommen werden muß. Für bestimmte Topologien ist es möglich, vereinfachte Ausdrücke für den maximalen Vorschub abzuleiten; ein solcher Fall ist selbstverständlich eine Sterntopologie. Folglich wird für das in Fig. 1 dargestellte Netzwerk der maximale Vorschub (t&sub1; + t&sub3;) betragen, nachdem t&sub0; im wesentlichen Null ist. Für das Netzwerk aus Fig. 5, in dem Fall, in dem die Station 100A und 100B mit dem gleichen Koppler verbunden sind, und sich der gemeinsame Weg 700 von dem Koppler an den zentralen Knoten und zurück erstreckt, wird die Station 100A tatsächlich immer in der Beziehung aus Fig. 7A zur Station 100B sein, so daß der maximale Vorschub (t&sub1; + t&sub0; + t&sub2;) sein wird, der äquivalent der Umlaufverzögerung von Station 100B zum Zentralknoten ist. Andere relative Anordnungen der Stationen 100A und 100B in dem Netzwerk aus Fig. 5 erzeugen dasselbe Ergebnis.

Claims

1. Ein Kommunikationssytem, das eine Mehrzahl von Stationen (100) aufweist, die durch Übertragungswege zur Sendeübertragung von Daten zwischen ihnen verbunden sind, wobei das System angeordnet ist, um zyklisch mit jeder Station (100) zu arbeiten, der es ermöglicht ist, Daten in jedem Zyklus in einer vorbestimmten Reihenfolge von zulässigen Übertragungen zu übertragen, wobei jede Datenübertragung Identitätsinformationen, die die Identität der Übertragungsstation (100) angeben, einschließt, und wobei zumindest eine der Stationen die folgenden Merkmale aufweist:

- eine Übertragungseinrichtung zum Übertragen von Daten über die Übertragungswege;

- eine Empfangseinrichtung zum Empfangen von Daten über die Übertragungswege;

- eine Übertragungssteuerungseinrichtung, die wirksam ist, wenn die eine Station die erste Station mit zu übertragenden Daten in einem derzeitigen Zyklus ist, um zu bewirken, daß die Übertragungseinrichtung diese Daten überträgt, und um zu bewirken, daß, wenn die eine Station Daten in einen Zyklus zu übertragen hat, aber nicht die erste Station ist, die Übertragungseinrichtung beginnt, Daten in dem derzeitigen Zyklus zu einem Zeitpunkt zu übertragen, der vor demjenigen liegt, an dem die Empfangseinrichtung den Empfang von irgendwelchen Daten beendet hat, die von der Station übertragen wurden, die der derzeitigen Station in der vorbestimmten Reihenfolge unmittelbar vorhergeht, wobei jedoch in Bezug hierauf durch die Übertragungssteuerungseinrichtung eine Beurteilung durchgeführt wird, daß es vermieden wird, daß die Übertragungen der einen Station an irgendeiner anderen Station mit irgendwelchen Übertragungen der unmittelbar vorhergehenden Station kollidieren;

dadurch gekennzeichnet, daß

die Übertragungssteuerungseinrichtung folgende Merkmale aufweist: eine erste Untereinrichtung, um in dem Fall, in dem die eine Station nicht die erste Station ist, zu bestimmen, wann die eine Station die nächste Station ist, um in einem Zyklus zu übertragen, durch Überwachen der Datenübertragungen, die in dem derzeitigen Zyklus durch die Empfangseinrichtung empfangen werden, um die Ursprungsstation der Übertragungen zu identifizieren, und eine zweite Untereinrichtung, die wirksam ist, wenn die erste Einrichtung bestimmt hat, daß die Station die nächste ist, um in dem derzeitigen Zyklus zu übertragen, um zu bewirken, daß die Übertragungseinrichtung Daten zu einem Zeitpunkt überträgt, der von dem tatsächlichen Empfang der Übertragungen von der unmittelbar vorhergehenden Station in der Reihenfolge von Stationen mit in dem derzeitigen Zyklus zu übertragenden Daten durch die Empfangseinrichtung abhängt, wobei dieser Zeitpunkt vor demjenigen liegt, zu dem eine Station den Empfang von Daten von der unmittelbar vorhergehenden Station in der Reihenfolge beendet hat, zumindest in dem Fall, in dem die unmittelbar vorhergehende Station in der Reihenfolge die Station ist, die der einen Station in der Reihenfolge der zulässigen Übertragung unmittelbar vorhergeht.

2. Ein Kommunikationssystem gemäß Anspruch 1, bei dem die zweite Untereinrichtung folgende Merkmale umfaßt:

(a) eine Feststellungseinrichtung zum Feststellen, wie weit das Ende des Datenempfangs von der unmittelbar vorhergehenden Station in der Folge entfernt ist; und

(b) eine Einrichtung zum Beginnen der Übertragung von Daten durch die Übertragungseinrichtung zu einem Zeitpunkt, der dem Ende des Datenempfangs um eine Größe voranschreitet, die nicht größer als die Zeit t&sub1;+t&sub0;+t&sub2; ist wobei:

- t&sub1; die Zeit ist, die für eine Datenübertragung von der einen Station benötigt wird, um entlang eines nach außen gerichteten Übertragungsweges von der Station zu laufen, um irgendeinen Übertragungsweg, im Folgenden als gemeinsamer Weg bezeichnet, zu erreichen, der durch die unmittelbar vorhergehende Station in der Folge zur Übertragung ihrer Daten an alle anderen Stationen außer der einen Station verwendet wurde,

- t&sub2; die Zeit ist, die eine Datenübertragung der unmittelbar vorhergehenden Station benötigt, um von dem gemeinsamen Weg zu der einen Station entlang eines nach innen gerichteten Übertragungsweges zu dieser zu laufen, und

- t&sub0; die Zeit ist, die eine Datenübertragung von der unmittelbar vorhergehenden Station benötigt, um entlang des gemeinsamen Weges von dem nach außen gerichteten Weg zu dem nach innen gerichteten Weg zu laufen, wobei die Zeit t&sub0; negativ ist, wenn die Datenübertragung von der unmittelbar vorhergehenden Station den nach innen gerichteten Weg vor dem nach dem nach außen gerichteten Weg durchläuft.

3. Ein Kommunikationssystem gemäß Anspruch 2, bei dem jede Station eine Einrichtung zum Übertragen einer festen Menge von Daten während jedes Zyklusses, in dem sie Daten überträgt, umfaßt, wobei die Feststellungseinrichtung wirksam ist, um das Ende des Datenempfangs auf der Grundlage einer Bestimmung des Voranschreitens des Empfangs von Daten von der unmittelbar vorhergehenden Station und aufgrund der vorherigen Kenntnis der Größe der festen Menge von Daten festzustellen.

4. Ein Kommunikationssystem gemäß Anspruch 2, bei dem die Datenmenge, die durch die Station in einem Zyklus übertragen wird, veränderlich ist, und bei dem jede Station eine Einrichtung umfaßt, die beim Übertragen ihrer Daten wirksam ist, um eine Anzeige der zu übertragenden Datenmenge einzuschließen, wobei die Feststellungseinrichtung der einen Station wirksam ist, um das Ende des Datenempfangs auf der Grundlage einer Bestimmung des Voranschreitens des Empfangs von Daten von der unmittelbar vorhergehenden Station und durch die Anzeige der zu übertragenden Datenmenge feststellen.

5. Ein Kommunikationssystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Mehrzahl von Stationen in einem Sternnetzwerk über einen Zentralknoten (101) verbunden sind, wobei die zweite Untereinrichtung der einen Station eine Übertragung von Daten durch die Übertragungseinrichtung zu einem Zeitpunkt einleitet, der dem Ende des Datenempfangs von der unmittelbar vorhergehenden Station um einen Betrag vorhergeht, der nicht größer als der Umlauf für die Übertragung von der Station zurück an diese über den Zentralknoten (101) ist.

6. Ein Kommunikationssystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jeder Zyklus eine anfängliche Reservierungsphase aufweist, und bei dem jede Station eine Reservierungseinrichtung umfaßt, um eine Reservierungsanzeige zum Bereitstellen eines entsprechenden Reservierungszeitschlitzes (112) zu schaffen, wenn sie in diesem Zyklus Daten übertragen will, wobei die eine Station eine Reservierungsüberwachungseinrichtung zum Überwachen dieser Reservierungsanzeiger aufweist, um dadurch festzustellen, ob sie die erste Station in der Reihenfolge ist, und wenn nicht, um die Identität der unmittelbar vorhergehenden Station in der Reihenfolge festzustellen, wobei die erste Untereinrichtung wirksam ist, um durch Identifizieren des Empfangs von Daten von der unmittelbar vorhergehenden Station, die durch die Reservierungsüberwachungseinrichtung identifiziert ist zu bestimmen, wann die eine Station die als nächste zu übertragende Station ist.

7. Ein Kommunikationssystem gemäß Anspruch 6, bei dem die zweite Untereinrichtung wirksam ist, wenn die eine Station nicht die erste Station in der Reihenfolge ist, um zu bewirken, daß die Übertragungseinrichtung die Übertragung von Daten zu beginnt, bevor die Empfangseinrichtung den Empfang von Daten von der unmittelbar vorhergehenden Station in der Reihenfolge beendet hat, unabhängig davon, ob die unmittelbar vorhergehende Station ebenfalls die unmittelbar vorhergehende der einen Station in der Reihenfolge der zulässigen Übertragung ist.

8. Ein Kommunikationssystem gemäß Anspruch 6 oder 7, bei dem die Reservierungseinrichtung der einen Station (100) immer angeordnet ist, um in dem entsprechenden Reservierungszeitschlitz (112) anzuzeigen, daß die Station (100) Daten übertragen will, unabhängig davon, ob die Station zum Zeitpunkt der Reservierungsphase weiß, ob sie in diesem Zyklus Daten übertragen wird.

9. Ein Kommunikationssystem gemäß irgendeinem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem jeder Zyklus eine Bestätigungsphase aufweist, und bei dem die eine Station ferner eine Bestätigungseinrichtung umfaßt, um, wenn die eine Station Daten von einer zweiten der Stationen empfängt, anzuzeigen, daß diese Daten empfangen wurden, wobei die Bestätigungseinrichtung diese Anzeige durch Einfügen einer entsprechenden Anzeige in einen Bestätigungszeitschlitz (114), der der zweiten der Stationen (100) zugeordnet ist, bewirkt.

10. Ein Kommunikationssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die erste Untereinrichtung der einen Station zum Bestimmen, wann die eine Station die nächste zu übertragende Station ist, den Vorschub durch den Zyklus in der Reihenfolge der vorbestimmten Übertragung durch Identifizieren der oder jeder früheren übertragenen Station in dem Zyklus durch ihre Übertragung überwacht, und durch Beurteilen, daß eine nächste Station in der Reihenfolge in dem Zyklus keine Übertrageung vornehmen wird, wenn eine Übertragung nicht durch diese Station während einer zeitgesteuerten Periode, die dem Ende des Datenempfangs von einer Station, die der nächsten Station in der Reihenfolge vorhergeht, empfangen wird.