JP2006519532A - 同期マルチクラスタネットワークアーキテクチャ - Google Patents

Abstract

【課題】 データフレームでデータを伝送するための複数のサブネットワークを含む、データ伝送のためのネットワークが記載される。
【解決手段】 サブネットワークは、異なる伝送速度を有し、少なくとも１つのゲートウェイを通じて互いに接続されている。データフレームの伝送は、サブネットワーク間で定義されたタイミング関係により行われる。

Description

本発明は、種々のサブネットワーク内でのランダムアドレッシングによる同期データ伝送を可能にするネットワークに加え、データ伝送のためのこの種のネットワークを創成する方法に関するものである。

多くの異なるネットワーク形式が種々の用途の場合について存在する。信頼性、伝送の確実性およびリアルタイム能力という要求条件は、相応に変化する。従って、例えば、電子メールまたはファイルといったパッケージデータを伝送する場合、バンド幅および伝送の確実性に関してネットワークになされる要求は、比較的少ない。これに反して、自動車におけるような制御および安全関連のデータの伝送の場合、この場合も比較的低いバンド幅が許され得るが、リアルタイム能力および信頼性には高い要求がなされる。決定論的な、すなわち予測できる伝送特性が要求されるそうしたデータは、制御データと呼ばれる。マルチメディア用途では、同期データの伝送の場合、リアルタイム能力に加え、中程度から高いバンド幅が要求される。同時に可能な限り低いコストでこれらの要求条件を満たすために、その目的に最適化されているネットワークが各々の場合に使用される。

従って、例えば自動車において、シャーシおよび原動機の機能を制御するとともに、センサおよび作動装置を制御装置に接続する、少なくとも１つの制御データネットワークが通常存在する。加えて、照明、空調、ウィンドウリフターおよび他のこの種の機能といった車体機能のためのさらなる制御データネットワークがしばしば存在する。同期かつ同時の制御データ伝送のための別のネットワークが、マルチメディア伝送について娯楽報道分野に見られる。それは、電話、ナビゲーション装置およびオーディオシステムに加え、１つ以上のビデオシステムといった機能を相互に接続する。安全の分野についても、エアバッグおよび事故センサを制御するための専用ネットワークが存在する。多くの場合、ネットワークは、それらによって制御される機能の必要性に応じて互いに独立して開発されたものであり、それらは異なる伝送バンド幅を有する。それらの各々は、ネットワーク管理、データ保護、ハンドシェークおよびデータパッケージの分割のためのそれぞれ異なる機構を実行するために使用される。これらの異なるネットワーク世界およびネットワーク原理間を結合するものは、データおよび原理を相互変換しなければならないいわゆるゲートウェイによって形成される。

複数のそうしたネットワークを備えるものを含め、機能間の論理的結合が強くなればなるほど、ネットワークはますます異なり、それらのコンバータ、すなわちゲートウェイはより複雑になる。しかしまた、ネットワークの原理の相違は、それ自体問題につながる。従って例えば、異なる起動機構が各々インプリメントされているいくつかのネットワークのシステムの起動は、かろうじて確実に制御され得る極めて複雑な操作である。そのようなシステムのリアルタイム能力でさえ、決して所与のものではない。ＣＡＮといった個別のネットワーク上のタイミング決定性の保証がすでに極めて複雑な操作である時、これは複数のネットワークおよびゲートウェイ全体ではほとんど不可能になる。異なるネットワーク上の２人の加入者間でのメッセージの遅延は、個々のネットワークにおける遅延だけでなく、中間の単数または複数のゲートウェイ上の瞬時的に支配的な負荷、および変換されるのをその時点で待っているメッセージの全体状況にも依存する。制御および調整手段は、ほとんど適用され得ない。既知のプライオリティ制御手段が全体的遅延を低減するが、それらはいかなる決定性も付与しない。

従来技術に従った別のネットワークが、ＭＯＳＴ（メディア・オリエンテッド・システムズ・トランスポート）である。ＭＯＳＴは、ＭＯＳＴ仕様改訂２．２、ＭＯＳＴコーポレーション１１／２００２およびＭＯＳＴ仕様フレームワーク改訂１．１、ＭＯＳＴコーポレーション１９９９によって規定されており、これらは本明細書の一部として考慮される。

このＭＯＳＴネットワークはそれ自体で、通常のパッケージデータに加えて制御データおよび同期データの決定論的伝送を可能にする。しかし、他のネットワークとの組合せにおいて、ゲートウェイのために未定義の遅延時間が生じるので、決定論的伝送はもはやほとんど可能ではない。

広範に異なるネットワークを介してデータを伝送する方法が特許文献１に開示されている。この中で、ネットワークによって決定されるパッケージサイズへの特定のデータの適応が、適格なアルゴリズムによって実行される。しかし、この方法でも、決定論的伝送は可能でない。

純粋に決定論的な伝送はＩＳＤＮにより可能である。非特許文献１を参照されたい。グローバルＩＳＤＮネットワークは、多数の相互接続されたサブネットワークから構成される。これらにおいて、データは所定のクロック周波数の同期タイミングで伝送される。低データレートを有する低い階層レベルの複数のネットワークが結合されて、より高いデータレートを有するより高い階層レベルのネットワークを形成する。ここにおいて、より高い階層レベルのデータフレームにおける固定位置が、低い階層レベルのネットワークのデータに割り当てられる。ＩＳＤＮネットワークは、もっぱらポイントツーポイント接続としてインプリメントされる。従って、通信の始めに、多数の可能な加入者のうちから２人の所望の加入者間のポイントツーポイント接続が確立される。この時この接続は、通信のためにある特定の時間存在し続ける。この時間の間に、伝送されるべきデータは、接続の確立の間に定義された物理的および論理的経路に沿って同期タイミングで伝送される。接続中、接続の論理的および物理的な経路ならびに、それによるデータフレームにおけるデータの位置の割り当ては通常、存在し続ける。ＩＳＤＮは本来、電気通信技術のために、特に２人の加入者間の音声およびパッケージデータの伝送のために構想されたので、それはもっぱらポイントツーポイント接続のためにのみ最適化されている。現代のデータバスシステムにおいて必要なように、複数の異なる加入者間の接続（マルチキャスト）は、ＩＳＤＮでは可能でない。基本的に、ＩＳＤＮは、数百ミリ秒のオーダの通過時間を伴う限られたリアルタイム伝送を可能にする。しかしこれは、接続がすでに確立されている場合にあてはまるにすぎない。接続が最初に新しく確立されなければならない場合、数秒の範囲の遅延時間が起こり得る。現在、あらゆる加入者間でのランダム通信が可能である、決定論的な遅延時間を伴うリアルタイム能力のあるネットワークをＩＳＤＮによって構成するためには、互いに通信したいと欲する加入者の全部の組合せについて通信の始めに接続が確立されなければならないであろうし、以降のデータ伝送のために必要とされる最大必要バンド幅を利用できるようにする必要があるであろう。従って例えば、１０メガビット／秒の最大伝送速度で１０人の加入者を互いに接続するバスシステムでは、１０メガビット／秒の伝送速度を備える４５のポイントツーポイント接続が、たとえこの最大データレートが例えば１秒につき一度しか使用されないとしても、利用可能に保たれていなければならない。
米国特許第６，５２２，６５１号明細書 ピーター・ブロッカー（Ｐｅｔｅｒ Ｂｏｃｋｅｒ）、『ＩＳＤＮ−サービス総合ディジタル情報網、概念、方法、システム』、シュプリンガー・フェアラーク刊、ベルリン、１９８７年。（Ｐｅｔｅｒ Ｂｏｃｋｅｒ， "ＩＳＤＮ − Ｄａｓ ｄｉｅｎｓｔｉｎｔｅｇｒｉｅｒｅｎｄｅ ｄｉｇｉｔａｌｅ Ｎａｃｈｒｉｃｈｔｅｎｎｅｔｚ， Ｋｏｎｚｅｐｔｅ， Ｖｅｒｆａｈｒｅｎ， Ｓｙｓｔｅｍｅ" Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｖｅｒｌａｇ， Ｂｅｒｌｉｎ １９８７．）

本発明は、複数のサブネットワークが互いに接続されており、所定のまたはいずれかのデータフレーム、またはデータフレームの部分について個々の加入者のランダムアドレッシングが可能であり、制御データまたは同期データの決定論的伝送が加入者間でのパッケージデータの伝送に加えて可能である、ネットワークアーキテクチャを創成するという目的に基づいている。さらに、有利な様態において、ゲートウェイの経費は低減されるはずであり、決定論的伝送は複数のネットワーククラスタおよびゲートウェイ全体を通じてさえ保証されるはずである。

本発明に従ったこの目的の達成は、独立の請求項において記載されている。本発明の別の発展は、従属請求項の内容を形成する。

データ伝送のためのネットワークはさらに、データフレーム（以下、フレームとも称する）の形態でデータが伝送される複数のサブネットワーク（ここではクラスタとも称する）を含む。サブネットワークは少なくとも２人の、しかし好ましくは多数の加入者を含む。個々のネットワーク上のデータフレームは、別様に構成され得る。従って、特に、データフレームのサイズは異なり得る。それ故、データフレームが、わずか数ビットだけからなることもあれば、多数のキロビットの長いシーケンスを含むこともあり得る。

随意で、パッケージデータ、制御データまたは同期データでさえ、データフレームを用いて伝送されなければならず、個々の種類のデータもまた、１つの単一データフレーム内で組合せて存在し得る。本発明によれば、第１のサブネットワークは、複数の加入者に対するデータの同時アドレッシングのために構成されており（ブロードキャストまたはマルチキャスト）、かつ／または異なる加入者に対する単一データパッケージまたはデータフレーム、またはデータフレームの部分のランダムアドレッシングために構成されている。さらに、この第１のサブネットワークは、パッケージデータ、制御データまたは加えて同期データといった複数の種類のデータの交互伝送のために構成されている。ここにおいて、異なる種類のデータが、ネットワークの構成に従って、１つの単一データフレームにおいて、かつ／または連続するデータフレームにおいてトランスポートされ得る。

本発明に従ったネットワークは、第１のサブネットワークのものと同じであるか、または異なる伝送速度について構成されている少なくとも１つの別のサブネットワークを備える。ここで用語「伝送速度」は、ネットワークまたはサブネットワークを通じて情報が伝送され得る速度をいう。この用語は、伝送クロックのクロック周波数と混同してはならない。従って例えば、複数の線を有する並列バスシステムでは、１つの線しか持たない直列バスシステムとは異なり、異なる情報が同時に伝送され得るので、より高い伝送速度が同じクロックレートで達成され得る。

さらに、本発明に従ったネットワークでは、少なくとも１つのサブネットワークは、サブネットワーク間でのデータの伝送のためにゲートウェイを通じて少なくとも１つの第１のサブネットワークに接続される。

本発明によれば、異なる伝送速度を有するサブネットワークは、それらにおいて個々のデータフレームの伝送がサブネットワーク間で定義されたタイミング関係で行われるように構成される。これは、バスシステム全体の定義されたタイミング動作をもたらす。タイミング同期のために、データレートの、またはそれに同期した信号の信号送信がもたらされる。例えば、この場合、フレームクロックがビットクロックに加えて適格である。

本発明は、例えばＭＯＳＴ光円環バスの既知のフレーム構造を一般化することによって例証され得る。このバスでは、ネットワークの加入者が一定の周波数の永久データストリームを生成し（例えば２２．５Ｍｂｐｓ）、そしてそれは少なくとも論理的円環構造に沿って加入者から加入者へと中継される。フレームは、固定フレームレート（例えば４４．１ｋＨｚ）のデータストリームに周期的に変調される。データのトランスポートは、このフレームにおいて行われる。各フレームは、一定数のバイトを含む（例えば６４）。フレームの各バイトは、確実なデータトランスポートアプリケーションに（単独に、かつ動的に）割り当てられ得る。従って例えば、各フレームでは、第５および第６のバイトは、音声モノチャネルをディジタル化形式でトランスポートするために予約され得る。代替として、バイト９がＣＡＮと同様の制御パッケージをトランスポートするために予約され得る。各々の加入者では、ネットワークログエンジンがネットワークインタフェース内に配置されており、それはその後、例えばバイト９のバイトチャネル上で、ＣＲＣ検査、ＡＣＫ／ＮＡＫ機構または、エラーの場合のメッセージの自動反復を実行する。一般的に述べれば、種々のバスまたはデータトランスポートログは、シリアルデータストリームに多重化される。

本発明によれば、異なる速度の種々のネットワーククラスタのためのフレームが、一定のタイミング関係が保持されつつ形成される。それによって、これらのクラスタ間のタイミング関係は固定される。これらのクラスタの全部は、専用クロックおよびフレームマスタに関して同期されたクロックおよびフレームスレーブとして動作する。クロックおよびフレームマスタとして機能する加入者は重要でなく、システムアーキテクチャの態様に従って固定的に定義され得るか、または代替として、アービトレーション機構が定義される。自動車では、この役割を中央ゲートウェイに割り当てることが好適である。冗長性さえも可能である。

本発明に従ったネットワークは、自動車において特別な利益を伴い使用され得る。なぜなら、この場合、安全性およびリアルタイム能力に対し極めて高い要求がなされながら、特に多様な異なるネットワークが互いに結合されなければならないからである。同様に、本発明に従ったネットワークはまた、航空宇宙技術において、または自動化技術およびプラント技術といった定常応用分野において、例えば工作機械またはビルネットワークにおいて、さらには家庭用娯楽においても使用され得る。

システムにおける全部の動作はクロックおよびフレームマスタと厳密に同期して複数のクラスタを通じて行われるので、それらに依存する全部の動作は時間に関して完全に決定論的である。ＭＯＳＴの場合、フレームの処理が各々の加入者において小さいがまさしく決定論的な時間を要することは、今日すでに知られている。従って、今日すでに、ＭＯＳＴによる全部の動作は、厳密に同期かつ決定論的である。しかし、さらなる実質的な工程がここで取られ、同期および決定性が複数の異なる速度のクラスタを通じてシステム全体において確立される。

本発明は、異なるデータレート、トランスポート機構および物理層を有するクラスタの実現をなしに済ませる必要を伴わずとも、均質な分散システムが達成され得るという点で特異である。このようにして、ネットワークインタフェースのコストは、要求条件に従って、それ故可能な限り低く保たれ得る。ゲートウェイにおける通信の変換の経費は、純粋なスイッチングのそれにまで低減される。それによって、システムは、著しくより単純で、調査するのがより容易で、より管理しやすくなる。

さらなる利益は、システム全体が時間に関して厳密に同期して、かつ決定論的に動作するということである。従って、制御および調整タスク、さらにはリアルタイムオーディオ／ビデオトランスポートは、複数のクラスタ全体を通じてさえ実現され得る。

本発明の特に有利な実施例では、少なくとも１つの別のサブネットワークの伝送クロック周波数は、第１のサブネットワークに対してｎ：ｍの比率であり、この時ｎおよびｍは０より大きい自然数である。データクロック周波数間に自然数関係が存在する、そうした場合には、同期は単純な周波数分割器によって可能である。

本発明の別の実施例において、好ましくは第１のサブネットワークである少なくとも１つのサブネットワークは、上述のＭＯＳＴ仕様に従って構成される。

別の実施例において、個々のデータフレームの時間非相関伝送のために構成された少なくとも１つの付加的な別のサブネットワークが設けられる。この種のサブネットワークは、リアルタイム能力の損失を伴ってのみ、または高い追加経費を伴い、本発明に従ったネットワークに接続され得る。しかし、時間に関して重要でない単純な制御情報だけが交換される場合に、この種の接続は好適である。

本発明の別の有利な実施例において、少なくとも１つの別のネットワークが設けられ、それは、それと接続された本発明に従ったネットワークの第１のサブネットワークと同じ伝送速度を有する。この場合、同期は特に容易な方式および様態で実現され得る。

本発明の別の実施例は、光バスに基づく少なくとも１つのサブネットワークを備える。光バスは特に、極めて堅牢かつ電磁妨害に影響されないことによって特徴づけられ、従ってますます、特に自動車において使用されている。本発明に従った装置はバスの物理的構成とは独立に動作するので、それにより、光および電気的バスでさえ個々のサブネットワークの媒体として使用され得る。これらにより、光および電気的または無線クラスタの異質構造さえ形成され得る。

本発明の別の実施例は、少なくとも１つのサブネットワークが円環バスに基づくという点にある。円環バスは、決定論的な、かつ特にリアルタイム能力のある伝送を比較的少ない経費で可能にする。従って、それらは好ましくは、信号のリアルタイム能力のある伝送のために使用されるバスシステムにおいて設けられるべきである。当然ながら、本発明によれば、他のバスシステムもサブネットワークにおいて使用され得る。

本発明の別の実施例では、種々のフレームレートが形成されるが、それらは互いに対して所定の固定した比率にある。従って例えば、サブネットワークにおいて、２つのフレームの伝送は、１つのフレームだけが別のサブネットワークにおいて伝送されている間に行われ得る。

本発明の別の実施例において、１つのシステムにおける全部のフレームは、同じ時間の長さのものである。クラスタの所要の速度に従って、一定の数のバイトがこの時、そのフレームに置かれる。例えばマルチメディアクラスタでは１２８、高速バックボーンでは２５６、そして低速クラスタではせいぜい８である。それは、４４．１ｋＨｚのフレームレート時に、マルチメディアクラスタについては約４５Ｍｂｐｓ、バックボーンについては９０Ｍｂｐｓ、そして低速クラスタについては０．７Ｍｂｐｓをもたらす。クラスタの速度に従って、異なる物理層がデータ伝送に使用され得る。

本発明の別の実施例は、他のネットワークノードまたはサブネットワークとのデータフレームのタイミング関係に関する情報がネットワーク内で伝送されることをもたらす。異なるサブネットワーク内でのデータフレーム間の時間シフトを指示するこの情報を中継することによって、よりいっそう正確な同期が実現され得る。従って、データの伝送中、サブネットワーク間の比較的単純かつ不正確な同期が実現されるが、正確な同期の場合、正確な時間シフトもまた伝送される。同期は、単一ノードまたはサブネットワーク全体を含み得る。タイミング関係に関する情報は、各データフレームにおいて動的に、しかしやはりより長い時間間隔で伝達され得る。

本発明の別の実施例において、全部のサブネットワークは、共通のクロックによって互いに同期される。当然ながら、このクロックはまた、データフレームまたはデータビットの放出の周波数の倍数または分数を指示し得る。しかし好ましくは、クロックは、データフレームの放出がクロック信号の定義された側縁で始まるように設計される。

本発明の別の実施例において、少なくとも１つのゲートウェイは、１つのクラスタの着信フレームの全部または２、３バイトだけが他方のクラスタの発信フレームにコピーされ、その逆も同様であるように、クラスタ間で構成される。このようにして、ゲートウェイは単なるスイッチになる。それらはもはや、着信日付を解析、フィルタおよび変換する必要はない。着信バイトは単に、他方のクラスタの発信データフレーム内に同期して挿入される。コピー（完全に予見可能な一定の経費を伴う単純な操作）の厳格に決定論的に維持された時間のために、タイミング決定性は、ゲートウェイ（この場合、スイッチ）を通じてさえ本発明に従った方法により維持され得る。さらに、各ゲートウェイにおいても、それ自体ネットワークトラフィックに関与し、ネットワークインタフェースをスイッチと共有するアプリケーションが実施され得る。

例えばＭＯＳＴからわかるように、複数のバイトチャネルが、単位を形成するために論理的に接続され得て、データトランスポートログまたはトランスポート機構がセットアップされ得る。例えば、低速クラスタではフレームは４バイトを有する。これに関して、トランスポートログが、ＣＲＣ、ハンドシェーク、エラーの場合のパッケージ反復等を伴うアドレスされたパッケージデータ伝送により実行される。ゲートウェイでは、これらの４バイトは、位置バイト８〜１１でバックボーンクラスタのフレーム上にコピーされ、ピギーバック方式で中継される。第２のゲートウェイでは、それらの４バイトは、マルチメディアクラスタのフレームにおいてバイト位置０〜３にコピーされる。マルチメディアクラスタの加入者はこの時、バイトチャネル０〜３を通じて低速クラスタの自己の通信相手と直接通信できるかまたは、バイト８〜１５でソースとしてステレオオーディオチャネルにサービスしつつ、例えばチャネル１６〜２３で、マルチメディアクラスタのプライベートパッケージチャネルにサービスできる。

本発明の別の実施例は、特に付加的な信号線によってコピー動作の形式を信号で知らせるための手段を提供する。基本的に、データの配信の規則は、いずれかの所要の別個のデータチャネルを通じて通信され得る。そのために、チャネル割当ての目的でＭＯＳＴにおいて現在すでに使用されている既知の方法が使用され得る。信号送信は、例えば、ネットワークによってまさに伝送されたデータが特定の隣接サブネットワークに伝送されるべき時点を論理レベルによって信号で知らせる別個の制御線を通じて行われよう。複数の隣接サブネットワークの選択のために、例えば二進コード化されてもいる、複数の制御線が適格に使用できよう。

本発明の別の有利な実施例において、クラスタはまた、異なる位置で、空間的に分離されて走行する複数の単一クラスタに分割され得る。それらは高速バックボーンによって接続されて、バックボーンのフレームによるそれらの通信（フレームのバイト）をトンネリングすることによって１つの単一クラスタを形成する。このようにして、例えば、ネットワークの階層構造が実現され得る。基本的に、本発明の概念は、あらゆる所望のネットワークトポロジに適用され得る。

本発明の別の実施例は、少なくとも１つのサブネットワークが、少なくとも１つのサブネットワーク内部アドレスまたはサブアドレスに加え、少なくとも１つのグローバルアドレスまたはサブアドレスを含むネットワークアドレッシングを有するように備えている。従って、グローバルアドレッシングが、結合されたグローバルネットワーク内で可能である。

本発明の別の有利な実施例において、個々のデータフレームまたはデータフレームのグループの放出を同期させるための手段を有するネットワークノードが設けられる。この場合、同期は、他のネットワークのデータフレームまたは共通の同期クロックによって行われ得る。

本発明によれば、異なる伝送速度を有するサブネットワークのネットワークにおけるサブネットワークの少なくとも１つのネットワークの結び目は、それがデータフレームの放出を、他の伝送速度を有するサブネットワークの他のネットワークと、または異なる伝送速度を有する複数のサブネットワークを同期させる同期クロックと同期させるための手段を有するように構成されている。

本発明に従ったネットワークのゲートウェイは、異なるサブネットワークに接続された少なくとも２つのネットワークノードを含む。ゲートウェイ内で、ノード間の伝送は、データフレームが互いに定義されたタイミング関係を有するように好適に行われる。同期伝送が特に有利である。この種のゲートウェイは、プリント回路基板上に好適に形成されるが、好ましくは単一チップ内に形成される。スイッチングを行うために、この時スイッチが、個々のデータフレームのデータをコピーするために個々のネットワークノードに任意に割り当てられ得る。しかし同様に、中央スイッチが複数のネットワークノードを接続するために設けられ得る。

有利な様態において、第２のサブネットワークのクロックレートおよび／またはフレームレートは、ゲートウェイによって第１のサブネットワークのクロックレートおよび／またはフレームレートと同期されている。

異なる伝送速度を有する複数のサブネットワークを含むネットワークを操作するための本発明に従った方法は、以下の工程を含む。ネットワークを形成するためにサブネットワークを接続する工程と、個々のサブネットワークのデータフレームを定義されたタイミング関係で伝送する工程と、個々のサブネットワークのデータレートおよび／またはフレームレートを好適に同期させる工程。

以下において、図面を参照して実施例の諸例に関し、一般的な発明の概念の限定を伴うことなく、本発明を例証として説明する。

図１は、複数のサブネットワークを含む典型的なネットワークを概略的な形式で示している。第１のサブネットワーク１は、ネットワークノード１０１、１０２、１０３、１０４を含む。例えば、それは円環バスとして構成されている。各ネットワークノードは、２つの隣接ノードと接続されている。信号の伝送の方向は、矢印で示されている。第２のサブネットワーク２は、ネットワークノード２０１、２０２、２０３を含む。ここでは、全部のネットワークノードが共通バス導体システムによって互いに接続されている。第３のサブネットワーク３は、ネットワークノード３０１、３０２、３０３、３０４、３０５を含む。最後に、第４のサブネットワーク４が設けられており、ネットワークノード４０１、４０２、４０３、４０４を有する。先に言及した２つのサブネットワークと同様、このネットワークもまたリニア状構造を有する。ゲートウェイが、サブネットワークを接続するために設けられている。第１のゲートウェイは、ネットワークノード１０４、２０１を含む。第２のゲートウェイは、ネットワークノード２０２、３０１を含む。最後に、第３のゲートウェイは、ネットワークノード３０２、４０１を含む。これらのサブネットワークは、主にそれらの所定のタスクに適応されており、従って、基本的に異なる物理的および論理的特性を有する。それ故、例えば、サブネットワーク１は、ＭＯＳＴバスといった光円環バスに基づき得る。サブネットワーク２は、プリント回路基板またはチップ上に配設されたローカルパラレルバスシステムであり得る。最後に、例えば、２つのサブネットワーク３および４は、例えばＣＡＮといった低速シリアルバスとして構成され得る。この時、本発明によれば、データフレームは、互いに既定の定義されたタイミング関係で伝送される。

図２は、異なるデータフレームの時間に関する変化を図式的に示している。第１の曲線１０は、例えば第１のサブネットワークにおけるデータフレームの伝送を示している。曲線２０は第２のサブネットワークのデータフレームを示しており、最後に曲線３０は第３および第４のサブネットワークのデータフレームを示している。データフレームは異なる長さのものとしてよく、それらは時間ラスターの間、一時的にのみ継続するにすぎないか、またはそれらは時間ラスターを完全に満たすかもしれず、それは連続データストリームに対応する。しかし、この例では、フレームは各々、個別の時間の点１１、１２、１３で始まる。従って、サブネットワーク２が最も高い伝送速度を有するので、曲線２０が最も短いデータフレームを呈する。同様に、当然ながら、データフレームはまた、正確に定義された時間シフトで伝送され得る。原則として、この種のシフトは、電子構成要素の通過時間が常に有限であるので、技術的履行の間に得られる。このシフトが無視できるほど小さいかまたは、少なくとも定義されており好ましくは一定であるかのどちらか一方であることは、本発明にとって不可欠である。このシフトが激しく変動する場合、それは測定によって動的に決定され得る。現在それは、適切に補償され得るかまたは、適格な値がそれぞれのデータフレームとともに信号で送られ得る。さらに、通常のパッケージデータといった非同期データは、同期データ間の間隙において伝送され得る。

図３は、例えば、サブネットワーク２および３を接続するためのネットワークノード２０２および３０１を含むために設けられたゲートウェイを通じたサブネットワーク間でのデータの変換を例示している。例えばサブネットワーク５からの比較的高いデータレートを有する第１のデータストリーム５０の第１のデータフレームは、例えばサブネットワーク３からの低いデータレートの第２のデータストリーム６０において占有される例として３つのデータワード５１、５２、５３を有する。ゲートウェイはこの時、データを位置６１、６２、６３に挿入する。データフレーム間の固定した既定のタイミング関係および、固定した既定の位置のために、ゲートウェイは、データストリームを解析する必要はなく、単に固定した既定の位置内で変換を実行することができる。従って、低速なネットワークにおいて伝送されるデータは、高速データストリームから単純な方式で選定され得て、その逆も同様である。同期システムにおける決定性のために、第１のデータストリーム５０からのデータフレームのデータは、それが送出されている間に、すでにデータストリーム６０のデータフレームに組み込まれ得る。これは非決定性で非同期のバスシステムでは可能ではなく、なぜなら、いずれのデータがデータストリーム５０から受け取られるかが放出の時点でまだわからないからである。

図４では、サブネットワーク間の非同期転送が例示されている。データストリーム８０の非同期データは、放出されるデータフレームについてその内容がすでに既知でなければならず、従ってそれは放出の前に受け取られなければならないので、データストリーム７０において放出される次のデータフレーム（フレーム）とともに最も早い時点でゲートウェイを通じて放出される。これらの問題は、例えば図３に示されたように、本発明に従って互いに同期されているバスシステムでは生じない。

従って、第１のデータストリーム８０の単一フレーム９０、９１、９２、９３は、より高いデータレートの第２のデータストリーム７０の大きいフレーム９５、９６、９７、９８に変換される。付加情報は同時に追加される。フレーム９０がフレーム９５の伝送の開始前に間に合って、すなわち瞬時７１に受け取られたので、このフレーム９０の内容はフレーム９５によって正しく中継され得る。フレーム９１は、フレーム９６の放出の開始前に瞬時７２でもはや受け取られ得ないので、従ってフレーム９１の情報は以後、フレーム９６とともに伝送され得ない。従ってそれは、より短くなるか、または充填文字で充填される。フレーム９１の情報は、瞬時７３から始まるフレーム９７とともに最も早い時点で中継され得る。これによって、以降のフレーム９２、９３の情報は、後のフレーム９８（瞬時７４）他によってのみ中継され得る。第１のデータストリーム８０の平均フレームレートはデータストリーム７０の平均フレームレートに対応するが、１データブロックが短時間シフトのためにスキップされたので、それはもはや回復されることができず、伝送の非決定性遅延をもたらす。

本発明に従った装置を一般的な形式で図式的に示す図である。 異なるサブネットワークにおける時間に関するデータフレームの変化を図式的に示す図である。 サブネットワーク間での転送時のデータの変換を示す図である。 サブネットワーク間での非同期転送を示す図である。

符号の説明

１、２、３、４、５ サブネットワーク
１０、２０、３０ 曲線
１１、１２、１３ 時間の点
５０、６０、７０、８０ データストリーム
５１、５２、５３ データワード
６１、６２、６３ 位置
７１、７２、７３、７４ 瞬時
９０、９１、９２、９３ 単一フレーム
９５、９６、９７、９８ 大きいフレーム
１０１、１０２、１０３、１０４ ネットワークノード
２０１、２０２、２０３ ネットワークノード
３０１、３０２、３０３、３０４、３０５ ネットワークノード
４０１、４０２、４０３、４０４ ネットワークノード

Claims (20)

1. データフレームでデータを伝送するための複数のサブネットワーク（１、２、３、４）を含み、各サブネットワークは少なくとも２人の加入者（１０１、１０２、１０３、１０４）を有しており、少なくとも２つのサブネットワーク（１、２、３、４）は好ましくは異なる伝送速度について構成され、各サブネットワーク（１、２、３、４）は、サブネットワーク間でのデータの伝送のために少なくとも１つのゲートウェイ（１０４、２０１）を通じて少なくとも１つの他のサブネットワーク（１、２、３、４）と接続され、少なくとも１つの第１のサブネットワークは、複数の加入者へのデータフレームの同時アドレッシング（ブロードキャストまたはマルチキャスト）のために、かつ／または単一データフレームまたはデータフレームの部分のランダムアドレッシングのために構成され、このサブネットワークはさらに、同期データまたは制御データおよび通常のパッケージデータの同期伝送のために適応されている、データ伝送のためのネットワークにおいて、
   時間同期信号の交換およびこれらの信号による少なくとも１つの第１のサブネットワークおよび少なくとも１つの他のサブネットワークの同期によって好ましくは異なる伝送速度を有するサブネットワーク間の決定論的伝送時間に関するリアルタイム能力の伝送のために、それぞれのサブネットワーク間の個別のデータフレームの伝送がサブネットワーク間の定義された時間関係で行われることを特徴とするネットワーク。
2. 少なくとも１つの別のサブネットワークの伝送クロック周波数は第１のサブネットワークのそれらとｎ：ｍの比率（ここでｎおよびｍは自然数である）であることを特徴とする請求項１に記載のネットワーク。
3. 少なくとも１つのサブネットワークは、ＭＯＳＴ仕様に従って構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のネットワーク。
4. 少なくとも１つの別のサブネットワークがさらに設けられており、それにおいて個別のデータフレームの伝送が他のサブネットワークとタイミングの相関関係を伴わずに生じるように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のネットワーク。
5. 第１のサブネットワークと同じ伝送速度を有する少なくとも１つの別のサブネットワークがさらに設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のネットワーク。
6. 少なくとも１つのサブネットワークが光バスに基づくことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のネットワーク。
7. 少なくとも１つのサブネットワークが円環バスに基づくことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のネットワーク。
8. 異なるサブネットワークにおいてある特定の時間間隔内に伝送されるデータフレームの数は、互いに明確な所定の比率にあることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のネットワーク。
9. 異なるサブネットワーク内で伝送されるデータフレームは、同じ継続時間を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のネットワーク。
10. 他のサブネットワークとのタイミング関係に関する情報が少なくとも１つのサブネットワーク内で伝送されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のネットワーク。
11. 複数のサブネットワークが共通のクロックによって互いに同期されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のネットワーク。
12. 複数のサブネットワークを接続するための少なくとも１つのゲートウェイは、サブネットワークのデータフレームの所定の位置の単一ビットまたはデータワードを別のサブネットワークのデータフレームの所定の位置にコピーするように構成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のネットワーク。
13. コピー動作の種類を、特に付加的な信号線により、信号で知らせるための手段が設けられていることを特徴とする請求項１２記載のネットワーク。
14. 少なくとも１つのサブネットワークはそれ自体さらなるサブネットワークに分割され、後者はさらに、好ましくは高速バックボーンを通じて単一のサブネットワークに接続されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載のネットワーク。
15. 少なくとも１つのサブネットワークは、少なくとも１つのサブネットワーク内部アドレスまたはサブアドレスとともに、少なくとも１つのグローバルアドレスまたはサブアドレスを含むネットワークアドレッシングを備えることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載のネットワーク。
16. 単一データフレームまたはデータフレームのグループの放出を、異なる伝送速度を有する他のサブネットワークと、または複数の同期されたサブネットワークを有する同期クロックと同期させるための手段を有する少なくとも１つのネットワークノードが設けられていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載のネットワーク。
17. データの放出を他のネットワークノードまたは同期化クロックと同期させるための手段が設けられていることを特徴とする請求項１の前文のネットワークのためのネットワークノード。
18. ゲートウェイは少なくとも２つのネットワークノードを含み、少なくとも２つのネットワークノードは異なるサブネットワークに接続されており、好ましくは同期伝送が少なくとも２つのネットワークノード間にもたらされることを特徴とする請求項１のネットワークのためのゲートウェイ。
19. ゲートウェイは異なるサブネットワークの少なくとも２つのネットワークノードを含み、さらに、第２のサブネットワークのクロックレートおよび／またはフレームレートは、第１のサブネットワークのクロックレートおよび／またはフレームレートと同期されていることを特徴とする請求項１のネットワークのためのゲートウェイ。
20. 異なる伝送速度を有する複数のサブネットワークを含むネットワークを操作する方法において、ネットワークを形成するためにサブネットワークを接続することと、好ましくは個々のサブネットワークのデータレートおよび／またはフレームレートを同期させることによって、定義されたタイミング関係で個々のサブネットワークにおいてデータフレームを伝送することとを特徴とする方法。
    
    

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