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Diese Anmeldung ist von der europäischen Patentanmeldung
97 932 943.0, der "Stammanmeldung", abgeleitet.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
die Kaskadenverbindung einer Vielzahl von Vorrichtungen, damit sie
zusammen kommunizieren und arbeiten können.
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Beispielsweise in Computernetzwerken,
die aus einer Vielzahl von Anwendern bestehen, sind Kommunikationshubs
vorgesehen, welche den Anwendern erlauben, miteinander zu kommunizieren. Der
Kommunikationshub enthält
typischerweise eine Vielzahl von Anschlüssen, an denen die Anwender angeschlossen
sind, und enthält
ebenso Mittel, um es den Anschlüssen
zu ermöglichen,
miteinander zu kommunizieren, wodurch es den verschiedenen Anwendern
ermöglicht
wird, zu kommunizieren. Bekanntermaßen können die Verbindungen zwischen den
Anschlüssen
auf verschiedene Weise angeordnet sein, zum Beispiel kann die Vorrichtung
ein Repeater sein, bei dem Kommunikationen, die auf einem Anschluss
erhalten werden, einfach auf allen anderen Anschlüssen ausgegeben
werden, oder die Vorrichtung kann eine Brücke sein, bei welcher Daten,
die an irgendeinem Anschluss ankommen, lediglich an dem Anschluss
ausgegeben werden, für
welchen sie bestimmt sind, oder es kann sich um irgendeine andere
Form von Kommunikationsvorrichtung handeln. In einer derartigen
Anordnung ist die Kapazität
des Netzwerks, bezogen auf die Anzahl der Anwender, die verbunden
werden können,
durch die Anzahl von Anschlüssen
begrenzt, die an der Kommunikationsvorrichtung bereitgestellt sind.
Wenn es gewünscht
ist, die Kapazität
des Netzwerks zu erhöhen,
wäre es
natürlich
möglich,
die Kommunikationsvorrichtung durch eine andere Vorrichtung zu ersetzen,
die eine größere Anzahl
von Anschlüssen
aufweist. Jedoch wird dies allgemein als keine gute Lösung angesehen,
sowohl in Bezug auf die Verschwendung (die ursprüngliche Vorrichtung wird überflüssig) als
auch in Bezug auf die Produktversorgung (ein Hersteller muss in
seinem Produktangebot eine potentiell große Anzahl an unterschiedlich
dimensionierten Produkten vorhalten).
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Ein besserer Lösungsansatz für dieses
Problem besteht darin, Kommunikationsvorrichtungen bereitzustellen,
die miteinander zu etwas, was als "Stapel" betrachtet werden kann, verbunden werden können, so
dass falls die Kapazität
der bestehenden Ausrüstung
erschöpft
ist, weitere Kapazität
einfach durch das Anschließen
einer weiteren Vorrichtung an den Stapel hinzugefügt werden
kann. Bei einem derartigen Stapel ist es nötig, Verbindungen zwischen den "gestapelten" Vorrichtungen durch
etwas, was als Kaskadenverbindung bekannt ist, bereitzustellen, um
Anwendern, die mit einer Vorrichtung verbunden sind, zu ermöglichen,
mit Anwendern, die mit anderen Vorrichtungen verbunden sind, zu
kommunizieren.
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Die vorliegende Erfindung stellt
eine Netzwerkkommunikationsvorrichtung bereit umfassend eine Vielzahl
von Anschlüssen,
wodurch eine Verbindung mit Netzwerkausrüstung hergestellt werden kann,
sowie Verbindungsmittel, die angeordnet sind, um die Verbindung
zu zwei anderen ähnlichen
Vorrichtungen zu ermöglichen,
wodurch eine Vielzahl derartiger Vorrichtungen kaskadenverbunden
werden kann, wobei die Vorrichtung Erfassungsmittel umfasst, die
angeordnet sind, um zu erfassen, ob sich die Vorrichtung am Ende
einer Reihe kaskadenverbundener Vorrichtungen befindet, wobei die
Erfassungsmittel umfassen: erste und zweite komplementäre Schaltungen,
die erste bzw. zweite Ausgänge
bereitstellen und erste bzw. zweite Verbindungen aufweisen, wobei
die erste und zweite Schaltung angeordnet sind, so dass der erste
Ausgang einen ersten Wert annimmt für den Fall, dass die erste
Verbindung mit einer zweiten Verbindung in einer anderen Vorrichtung
verbunden ist, und einen zweiten Wert annimmt, wenn diese nicht
derart verbunden ist, und so dass der zweite Ausgang einen ersten
Wert annimmt für
den Fall, dass die zweite Verbindung mit einer ersten Verbindung
in einer anderen Vorrichtung verbunden ist, und einen zweiten Wert
annimmt, wenn diese nicht derart verbunden ist; sowie Mittel, die
angeordnet sind, um anzuzeigen, dass die Vorrichtung sich am Ende
einer Reihe kaskadenverbundener Vorrichtungen befindet, wenn einer
der ersten und zweiten Ausgänge
seinen zweiten Wert annimmt.
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Die vorliegende Erfindung erleichtert
das Stapeln von Vorrichtungen durch einen Anwender und reduziert
die Menge an manuellen Einstellungen des Stapels von Vorrichtungen,
welche vom Anwender vorgenommen werden müssen.
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Die automatische Bestimmung des Endes des
Stapels bedeutet, dass der Stapel durch das Hinzufügen oder
das Wegnehmen von Vorrichtungen rekonfiguriert werden kann und diesen Änderungen wird
durch den Stapel als ganzes automatisch Rechnung getragen.
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Wie vorstehend erwähnt, ist
in dieser Erfindung jede Einheit in der Lage, zu erkennen, ob diese sich
an der Spitze oder am Ende des Stapels befindet, und in der bevorzugten
Ausführung
dieses Aspekts ist es lediglich nötig, zwei weitere Verbindungen
in der Kaskadenverbindung zwischen den Vorrichtungen bereitzustellen,
um diese Funktion zu ermöglichen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind die Vorrichtungen auch mit einer geeigneten Schaltung
ausgestattet, um den Kommunikationsbus abzuschließen, welcher
effektiv durch die Kaskadenverbindung der Vorrichtungen bereitgestellt
ist, und diese Abschlussschaltung wird an die Kaskadenverbindung
angeschaltet, wenn sich die Vorrichtung am Ende des Stapels befindet.
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In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
sind die Vorrichtungen durch die Bereitstellung zweier Verbinder
an jeder Vorrichtung in Kaskade verbunden, und die Vorrichtungen
sind durch eine Vielzahl von Kabeln zwischen dem ersten Verbinder an
einer Box und dem zweiten Verbinder an der nächsten Box in Reihe geschaltet.
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Bei einer derartigen Anordnung verursacht das
Entfernen einer Vorrichtung aus der Mitte des Stapels, dass der
Stapel zweigeteilt wird. Um mögliche
Nachteile daraus zu vermeiden, wird in einer bevorzugten Ausführungsform
eine weitere Vorrichtung bereitgestellt, welche zwischen den Kabeln
und jeder Vorrichtung angeschlossen ist, die das Entfernen einer
Kommunikationsvorrichtung ermöglicht,
ohne die Kaskadenverbindung der verbleibenden Vorrichtungen zu durchbrechen.
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Wie vorstehend erwähnt, ist
die vorliegende Erfindung insbesondere bei Datenkommunikationsvorrichtungen
in Computernetzwerken anwendbar und in einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung, bedingt durch die geringe Anzahl an zusätzlichen
Verbindungen, welche benötigt
werden, um die vorstehend erwähnten
automatischen Funktionen der Kaskade zu erfüllen, ist es möglich fünf unabhängige Kommunikationsverbindungen
unter Verwendung von Verbindern mit nur 25 Kontakten für die Kaskade
in dem Stapel bereitzustellen.
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Diese Erfindung kann besser durch
die folgende beispielhafte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
und in Verbindung mit den begleitenden Figuren verstanden werden,
wobei:
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1 die
Kaskadenverbindung von vier Vorrichtungen zeigt;
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2 detaillierter
den Aufbau von 1 gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
zeigt;
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3 die
Zuweisung der Identifikation innerhalb eines Stapels darstellt;
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4 die
Vorrichtungen darstellt, die das Ende des Stapels erfassen; und
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5 die
Arbeitsweise einer verbindenden Vorrichtung entsprechend einer besonders
bevorzugten Ausführungsform
zeigt.
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1 stellt
in schematischer und beschreibender Form eine Vielzahl von vier
Vorrichtungen 100 dar, die in einer Kaskade verbunden sind.
Jede Vorrichtung umfasst eine "vorstromige" Verbindung 101 und
eine "nachstromige" Verbindung 102.
Die Vorrichtungen in dem Stapel sind durch Kabel 50 verbunden,
welche die nachstromige Verbindung einer Box mit der vorstromigen
Verbindung der nächsten Box
verbinden (die Bezeichnungen "vorstromig" und "nachstromig" sollen derart verstanden
werden, dass sie lediglich genutzt werden, um die zwei Richtungen in
dem Stapel anzuzeigen. Die Kommunikation zwischen den Vorrichtungen
innerhalb des Stapels findet in beiden Richtungen statt.)
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Jedes Kabel 50 umfasst eine
Vielzahl von Drähten,
welche mit einer Vielzahl von Pins innerhalb der Verbinder an jeder
Vorrichtung des Stapels verbunden sind.
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2 ist
ein schematisches Diagramm, das detaillierter die Verbindungen darstellt,
welche innerhalb der Vorrichtungen innerhalb des Stapels ausgebildet
sind und von den verbindenden Kabeln 50 ausgebildet sind.
Wie dargestellt, ist eine Untermenge 52 der Vielzahl von
Signalen, die durch die Kabel 50 transportiert werden,
bereitgestellt, um den Vorrichtungen im Stapel zu ermöglichen,
wie gewünscht
miteinander zu kommunizieren, um deren normale Funktionen bereitzustellen.
Wie gezeigt, werden diese Signale 52 einfach von dem vorstromigen
Verbinder einer Vorrichtung zum nachstromigen Verbinder der nachfolgenden
Vorrichtung parallel übertragen und
diese sind ebenso zwischen den vorstromigen und den nachstromigen
Verbindern innerhalb jeder Vorrichtung parallel verbunden. Dies
stellt effektiv einen Kommunikationsbus entlang des Stapels bereit und
zum Zweck der Beschreibung werden die zentralen Vorrichtungen 110 innerhalb
jeder Vorrichtung 100 dargestellt, welche untereinander über den
Kommunikationsbus kommunizieren. Diese Kommunikation kann durch
ein beliebiges Verfahren erfolgen und ist nicht entscheidend für die Grundlagen
dieser Erfindung, obwohl ein spezifisches Schema nachstehend beschrieben
wird.
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Zusätzlich sind drei Pins an jedem
Verbinder an jeder Box bereitgestellt, welche, wie gezeigt, durch
zwei Drähte 54 im
Kabel 50 verbunden sind. Diese Verbindungen ermöglichen
die automatische Bestimmung der Positionen innerhalb des Stapels durch
die verschiedenen Vorrichtungen. Innerhalb jeder Vorrichtung sind
Mittel 120 vorgesehen, um die aktuelle Identifikation jeder
Vorrichtung im Stapel zu bestimmen, und des weiteren sind Vorrichtungen 130 vorhanden,
welche angeordnet sind, um festzustellen, ob sich die Vorrichtung
an der Spitze oder am Ende des Stapels befindet.
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Wie gezeigt, ist der Signalausgang
jeder Vorrichtung 120 mit dem Eingang der nachfolgenden Vorrichtung 120 verbunden.
Dies ermöglicht
jeder Vorrichtung 100 deren eigene Identifikation zu erzeugen
basierend auf der Identifikation der benachbarten Vorrichtung im
Stapel, was dazu führt,
dass jede Vorrichtung im Stapel sich selbst einen eindeutigen Identifikationscode
zuordnet. Dieses Merkmal der beschriebenen Anordnung wird in der
Stammanmeldung beansprucht.
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Eine Ausführungsform davon ist in 3 gezeigt, welche die Verbindungen
der Vorrichtung 120 darstellt. Jede dieser Vorrichtungen
ist derart konfiguriert, dass wenn nichts an deren Eingang angeschlossen
ist, diese an deren Ausgang eine Impulsfolge produziert, in welcher
die Breite jedes Impulses w1 und die Zeit zwischen den Impulsen
T beträgt. Dies
ist in 3B dargestellt.
Für nachfolgende
Vorrichtungen 120 gilt, dass jede Vorrichtung die Impulsfolge,
die durch die vorhergehende Vorrichtung ausgegeben wurde, empfängt und
die Breite der Impulse in der Impulsfolge um w1 Einheiten verlängert, ohne die
Periode T zu ändern.
Jede Vorrichtung bestimmt deren eigene Identifikation durch das
Messen der Breite der Impulse, die am Eingang empfangen werden.
Darum nimmt bei der Konfiguration, die in 3A dargestellt ist, die erste Box 120 die
Identifikation 0, die nächste
die Identifikation 1, die darauffolgende die Identifikation 2 und
die letzte Box die Identifikation 3 an.
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Die Erzeugung der Impulsfolgen, die
gerade erwähnt
wurde, findet kontinuierlich statt und darum werden irgendwelche Änderungen
der Größe oder der
Konfiguration des Stapels automatisch berücksichtigt. Falls beispielsweise
eine weitere Vorrichtung an die Spitze des Stapels angefügt wird,
nimmt diese automatisch die nächste
Identifikation an, die verfügbar
ist. Wenn eine zusätzliche
Vorrichtung am Ende des Stapels hinzugefügt wird, nimmt diese automatisch
die Identifikationsnummer 0 an, wobei die anderen Vorrichtungen
sich automatisch umnummerieren. Diese Konfiguration stellt daher
sicher, dass zu jeder gegebenen Zeit jede Vorrichtung im Stapel
eine eindeutige Identifikation aufweist, welche deren relative Position
innerhalb des Stapels anzeigt.
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Eine andere Verbindung, die durch
Kabel 50 bereitgestellt ist, läuft zwischen den Einheiten 130 in den
Vorrichtungen im Stapel. Dies ist vorgesehen, um es den Vorrichtungen
zu ermöglichen,
festzustellen, ob diese sich am Ende des Stapels befinden. Innerhalb
jeder Einheit 130 sind zwei komplementäre Vorrichtungen bereitgestellt,
von denen jede in der Lage ist, zu erkennen, ob diese mit einer
komplementären
Vorrichtung in einer nachfolgenden Vorrichtung im Stapel verbunden
ist. Falls es festgestellt wird, dass beide der komplementären Vorrichtungen
derart verbunden sind, dann ist es erwiesen, dass die fragliche
Vorrichtung sich nicht am Ende des Stapels befindet. Falls nur eine
der komplementären
Vorrichtungen derart verbunden ist, dann ist es erwiesen, dass die
fragliche Vorrichtung sich am Ende des Stapels befindet. Eine passende
Schaltung, die Vorrichtungen 130 enthält, ist in 4 dargestellt.
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In 4 werden
schematisch zwei Einheiten 130 gezeigt, wobei jede davon
zwei komplementäre Vorrichtungen 132, 136 umfasst.
Die Vorrichtung 132 weist den Anschlusspunkt 133 auf,
der mit einem Anschlusspunkt in einem der nach- oder vorstromigen Verbinder
der Vorrichtung 100 verbunden ist. Die Vorrichtung 136 weist
den Anschlusspunkt 137 auf, der mit einem Anschlusspunkt
in dem anderen der nachstromigen oder vorstromigen Verbinder verbunden ist.
Daher besteht mittels einer der Verbindungen 54 für jede Verbindung
zwischen Vorrichtungen 100 in einem Stapel eine Verbindung
zwischen einem Anschlusspunkt 133 und einem Anschlusspunkt 137.
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Zunächst Vorrichtung 132 betrachtend,
wenn es keine Verbindung zum Anschlusspunkt 133 gibt, wie
auf der linken Seite der 4 dargestellt,
dann fließt
durch die Widerstände
der Vorrichtung 132 kein Strom, wodurch ein Low-Signal
in den invertierenden Puffer eingespeist wird, welcher wiederum
ein High-Signal am Ausgang des Anschlusspunkts 134 erzeugt.
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Wenn keine Verbindung zum Anschlusspunkt 137 hergestellt
ist, wie auf der rechten Seite der 4 dargestellt,
wird in Vorrichtung 136 der Transistor ausgeschaltet, was
bewirkt, dass kein Strom durch den geerdeten Widerstand fließt, was wiederum
den Anschlusspunkt 138 auf ein hohes Potential setzt.
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Wenn eine Vorrichtung 132 mit
einer Vorrichtung 136, wie in dem mittleren Abschnitt der 4 dargestellt, verbunden
ist, dann bedeutet die Interaktion zwischen den zwei Vorrichtungen 132 und 136, dass
die Signale an den Anschlusspunkten 134 und 138 nun
Low sind.
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Man erkennt daher, dass ein Low-Signal
an einem Anschlusspunkt 134 oder 138 anzeigt,
dass eine Verbindung mit einer nachfolgenden Vorrichtung hergestellt
worden ist, während
ein High-Signal am Anschlusspunkt 134 oder 138 anzeigt,
dass keine Verbindung hergestellt wurde. Die Vorrichtungen 130 können daher
eine einfache logische Operation an den Ausgängen der Anschlusspunkte 134,138 durchführen, um
zu bestimmen, ob der Abschluss des Kommunikationsbusses erwünscht ist.
Falls insbesondere beide Signale Low sind, ist kein Abschluss erforderlich,
während,
falls eines der Signale High ist, ein Abschluss erforderlich ist.
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Die Eingangs- und Ausgangsseite der
Vorrichtungen 130 können
dieselbe Pinnummer in jeder der vorstromigen und nachstromigen Verbinder
an jeder Vorrichtung im Stapel verwenden. Wie in 2 dargestellt, ist es jedoch bevorzugt,
dass die Eingangs- und Ausgangssignale unterschiedliche Pins in
den vorstromigen und nachstromigen Verbindungen verwenden und dies
ermöglicht,
die vorstromigen und nachstromigen Verbinder physikalisch unterschiedlich
auszulegen, wodurch in Verbindung mit entsprechend hergestellten
Kabeln 50 sichergestellt wird, dass nur korrekte Verbindungen
zwischen den Vorrichtungen in dem Stapel hergestellt werden können.
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Wie vorstehend erwähnt, kann
die Bestimmung, ob sich eine Vorrichtung am Ende des Stapels befindet,
dazu genutzt werden, passende Abschlussschaltungen an den Kommunikationsbus 52 anzuschließen, um
bekanntermaßen
Reflexionen am Ende des Busses zu vermeiden.
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Ein zusätzliches Problem bei einem,
wie in den 1 und 2 dargestellt, verbunden
Stapel besteht darin, dass falls eine dazwischenliegende Vorrichtung
aus dem Stapel entfernt wird, indem einfach die Kabel 50,
mit denen diese verbunden sind, ausgesteckt werden, dass das dazu
führt,
dass die verbleibenden Vorrichtungen nicht in der Lage sind, miteinander
zu kommunizieren, da der Stapel in zwei Hälften geteilt wurde.
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Daher ist entsprechend eines weiterhin
bevorzugten Merkmals der Erfindung zusätzlich ein Verbinder zur Anbringung
zwischen den Vorrichtungen in dem Stapel und den Kabeln 50 vorgesehen. Dies
ist in 5 dargestellt
und als Teil 60 bezeichnet. Wie dargestellt, besteht jede
Verbindungsvorrichtung 60 aus Verbindern 1a und 2a,
welche sowohl mit den vorstromigen als auch den nachstromigen Verbindern
an einer Vorrichtung in dem Stapel verbunden sind. Die Verbindungsvorrichtung 60 besteht außerdem aus
Verbindern 1b und 2b, an denen Kabel 50 angeschlossen
werden können.
Um auf einfache Weise eine parallele Verbindung für Signale 52 zwischen
den Verbindern 1a und 1b und zwischen den Ver bindern 2a und 2b innerhalb
der Verbindungsvorrichtung 60 bereitzustellen, stellt die
Verbindungsvorrichtung außerdem
eine parallele Verbindung für
zumindest die Signale 52 vom Verbinder 1b zum Verbinder 2b bereit.
Die Ausnahmen dieses letzten Merkmals sind die Signale 54,
die zwischen den Vorrichtungen 120 und 130 laufen,
wie es im Detail nachstehend beschrieben wird, aber man erkennt, dass
die parallele Verbindung der Signale 52 zwischen den Verbindern 1b und 2b bedeutet,
dass sogar falls eine Vorrichtung von den Verbindern 1a und 2a abgeklemmt
wird, die Kommunikation zwischen den verbleibenden Vorrichtungen
in dem Stapel über die
Verbinder 1b und 2b, an denen die Kabel 50 angebracht
sind, fortgesetzt werden kann.
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Die Verbindungsvorrichtung 60 enthält Mittel, um
ein Signal 62 zu empfangen, das anzeigt, ob die Verbinder 1a und 2a an
einer Vorrichtung im Stapel angeschlossen sind und, falls diese
nicht derart angeschlossen sind, werden die Signale, die zwischen den
Vorrichtungen 120 und 130 laufen, einfach via Bus
zwischen den Verbindern 1b und 2b verbunden auf
die gleiche Weise wie die Kommunikationssignale. Daher ist es in
diesem Fall so, als ob die Verbinderschaltung 60 nicht
vorhanden wäre
und die verbleibenden Vorrichtungen im Stapel ihre Identifikationen
in der normalen vorstehend beschriebenen Art und Weise bestimmen.
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Falls es jedoch bestimmt wird, dass
die Vorrichtung 60 mit einer Vorrichtung im Stapel durch
die Verbinder 1a und 2a verbunden ist, dann sind
die Signale 54, die zwischen den Vorrichtungen 120 und 130 laufen,
nicht via Bus zwischen den Verbindern 1b und 2b durch
die Anschlussschaltung 60 verbunden, wodurch es der Vorrichtung,
an der der Verbinder 60 angeschlossen ist, ermöglicht wird,
wie vorstehend beschrieben, bei dem Identifikationsschema berücksichtigt
zu werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform
dieser Erfindung wird die vorstehend beschriebene Kaskadenanordnung
verwendet, um eine Vielzahl von Repeatervorrichtungen in einem LAN (local
area network) zu verbinden. Jede Vorrichtung kann vier Repeater
umfassen, die eine Vielzahl von Anschlüssen verbinden, an denen sich
Anwender anschließen
können.
Eine jede derartige Vorrichtung weist fünf Anschlüsse auf, was wünschenswert
ist, um an die Kaskadenverbindung angeschlossen zu werden. Es sind
daher fünf
Ethernet-Standard-Kommunikationsbusse
innerhalb des Busses bereitgestellt, der durch das Kabel 50 bereitgestellt
ist, wobei jeder davon durch drei Drähte bereitgestellt ist. Jede dieser
drei Drahtverbindungen besteht aus einem Zweiader-Drillkabel (twisted-pair),
welches Daten transportiert, und einem zusätzlichen Draht zur Kollisionsdetektion,
wie in einer gewöhnlichen
Ethernet-Verbindung. Dieser effiziente Gebrauch von Signalen in
der Kaskadenverbindung bedeutet, dass die fünf Kommunikationskanäle sowie
die Vorrichtungsidentifikati onssignale entsprechend dieser Erfindung, wie
vorstehend beschrieben, alle in einem einzelnen Verbinder des d-Typs
mit 25 Pins untergebracht werden können. Dies ist vorteilhaft,
da derartige Verbinder in diesem Bereich einen Standard darstellen
und darum billig verfügbar
sind, was es erlaubt, diese Vorrichtungen entsprechend dieser Ausführungsform der
Erfindung mit relativ niedrigen Kosten herzustellen.
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Bei einer bevorzugten Konfiguration
gibt es 11 Zweiader-Drillkabel in der Kaskadenverbindung. Wie in 2 dargestellt, gibt es einen
nicht passenden Pin am Verbinder am Eingang der Kaskade und einen
nicht passenden Pin am Verbinder am Kaskadenausgang, so dass nur
eine non-twisted-pair Verbindung übrig bleibt (d. h. ein einzelner
Draht).
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In einer derartigen Anordnung können einer oder
beide der nicht passenden Pins des Verbinders am Kaskadenausgang
und des Verbinders am Kaskadeneingang gepolt werden, um das Einheitsanwesenheitssignal
für die
Verbindungsvorrichtung 60 bereitzustellen.