RU2177674C2

RU2177674C2 - Data transmission system

Info

Publication number: RU2177674C2
Application number: RU99115128A
Authority: RU
Inventors: С.С. Афанасьев; Е.А. Шульгин
Original assignee: Афанасьев Станислав Станиславович; Шульгин Евгений Александрович
Priority date: 1999-07-01
Filing date: 1999-07-01
Publication date: 2001-12-27

Abstract

FIELD: local networks for data transmission among spatially distributed stations. SUBSTANCE: system designed for data transmission among spatially distributed stations interconnected by transmission lines in any way so that maximal probability of data transmission among stations is ensured in case of transmission failure of any kind has spatially distributed stations connected via transmission lines to interface units each being connected to respective change-over device in the form of system status switch; input/output buses of interface units are connected to transmission lines; respective input of system status switch is coupled through bus with output of system status switch locking unit one of whose inputs is connected to timer output and other, to one of outputs of transmission direction analyzing unit also through bus; inputs of the latter are connected through bus to respective outputs of interface unit; other output of transmission direction analyzing unit is connected to one of timer inputs; clock signal is applied to other input of timer. EFFECT: simplified functional circuit arrangement; enhanced operating reliability. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области локальных сетей передачи информации между разнесенными станциями, в частности, сетей на основе контроллеров, обслуживающих подключенное к ним оборудование. The invention relates to the field of local area networks for transmitting information between diversity stations, in particular, networks based on controllers serving the equipment connected to them.

Известна система передачи информации (см.заявку Японии N 6 - 164585, М. кл. H 04 L, 12/28, G 06 F 13/00, опубл. 10.06.94 г.), содержащая подчиненные устройства, каждое из которых имеет компьютер, управляющий двумя стандартными интерфейсными портами, главное управляющее устройство, передающее информацию с идентификационным кодом на любое из подчиненных устройств через его интерфейсный порт. Если поступившая информация предназначена и для другого или других подчиненных устройств, то она поступает на него или на них из интерфейсного порта первого устройства. Такой принцип организации передачи информации позволяет создать систему связи типа 1:N. A known information transmission system (see Japanese application N 6 - 164585, M. class. H 04 L, 12/28, G 06 F 13/00, publ. 10.06.94), containing slaves, each of which has a computer that controls two standard interface ports, the main control device that transmits information with an identification code to any of the slave devices through its interface port. If the received information is intended for another or other slave devices, then it is received on it or on them from the interface port of the first device. This principle of organizing the transmission of information allows you to create a communication system of type 1: N.

В этой системе в составе каждого из подчиненных устройств имеется компьютер, анализирующий получаемую информацию. Кроме того в систему входит управляющее устройство, с которого информация передается на подчиненные устройства. Все это значительно усложняет систему передачи и увеличивает время доставки сообщения. In this system, as part of each of the slave devices, there is a computer that analyzes the information received. In addition, a control device is included in the system, from which information is transmitted to slaves. All this greatly complicates the transmission system and increases the delivery time of the message.

Известно устройство кольцевой передачи информации (см.заявку Японии N 5-41186, М.кл. H 04 L 12/42, опубл. 22.06.93 г.), содержащее кольцевую линию передачи между несколькими станциями, а также устройство обхода, каждое из которых выполнено в виде реле, которое при отсутствии соединения линии передачи с одной из станций выполняет функцию переключения из состояния соединения линии передачи с этой станцией в состояние ее обхода, в течение которого осуществляется замыкание линии передачи без подключения этой станции. При этом в случае прерывания источника возбуждения этого реле, используется другое реле, которое сохранило состояние, существовавшее до прерывания, а в качестве источника возбуждения используется источник, отдельный от источника питания станции. A device for ring transmission of information (see the application of Japan N 5-41186, Mcl H 04 L 12/42, publ. 06/22/93), containing an annular transmission line between several stations, as well as a bypass device, each of which is made in the form of a relay, which, in the absence of a transmission line connection with one of the stations, performs the function of switching from the connection state of the transmission line to this station to its bypass state, during which the transmission line is closed without connecting this station. In this case, in case of interruption of the excitation source of this relay, another relay is used that retains the state that existed before the interruption, and a source separate from the power supply of the station is used as the excitation source.

Рассмотренная система требует управления устройствами переключения для перехода из состояния соединения линии передачи с отдельной станцией в состояние ее обхода, а, кроме того, время перехода из состояния подключения в состояние обхода велико, поскольку функция переключения осуществляется реле. Использование реле также снижает надежность работы устройства. При этом передача информации возможна в устройстве только в одну сторону, что увеличивает вероятность неполучения сообщения другими станциями, т.к. если происходит нарушение линии передачи между станциями, то от передающей в данный момент станции информация дойдет только до станций, находящихся до места нарушения линии передачи. The system under consideration requires switching devices to switch from the state of connection of the transmission line to a separate station to its bypass state, and, in addition, the transition time from the connection state to the bypass state is long, since the switching function is carried out by the relay. Using a relay also reduces the reliability of the device. Moreover, the transmission of information is possible in the device only in one direction, which increases the likelihood of not receiving messages by other stations, because if there is a violation of the transmission line between stations, then information from the station currently transmitting will reach only the stations located at the place of violation of the transmission line.

Данное устройство выбрано за прототип. Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение возможности передачи информации между станциями, соединенными любым способом (например, кольцевым, матричным и т.д.), и таким образом, чтобы сохранить максимальную вероятность передачи информации между станциями при возникающих нарушениях линий передачи (обрыве, коротком замыкании), при одновременном упрощении ее функционирования и повышении надежности работы. This device is selected for the prototype. The objective of the invention is to provide the possibility of transmitting information between stations connected in any way (for example, ring, matrix, etc.), and in such a way as to maintain the maximum probability of information transfer between stations in case of violations of transmission lines (open circuit, short circuit) , while simplifying its functioning and increasing reliability.

Решение данной задачи обеспечивается в системе передачи информации, содержащей связанные линиями передачи разнесенные станции, имеющие блоки интерфейсов и устройства переключения, отличающаяся тем, что устройство переключения каждой станции содержит коммутатор состояний системы, блок фиксации состояния коммутатора, блок анализа направлений передачи и таймер, при этом коммутатор состояний системы соединен входной, выходной и управляющей шинами с блоком интерфейсов своей станции, входные/выходные шины которого подключены к линиям передачи, вход коммутатора связан с выходом блока фиксации состояния коммутатора, один вход которого соединен со входом таймера и выходом блока анализа направлений передачи, входы которого соединены с выходами блока интерфейсов, а другой вход блока анализа направлений передачи подключен к выходу таймера и блок интерфейсов выходной шиной подключен к входам блока анализа направлений передачи. The solution to this problem is provided in an information transmission system containing diversity stations connected by transmission lines having interface units and switching devices, characterized in that the switching device of each station comprises a system state switch, a switch state fixing unit, a transmission direction analysis unit, and a timer, the system state switch is connected by the input, output, and control buses to the interface unit of its station, the input / output buses of which are connected to the lines On the input side, the input of the switch is connected to the output of the unit for fixing the state of the switch, one input of which is connected to the timer input and the output of the transmission direction analysis unit, the inputs of which are connected to the outputs of the interface unit, and the other input of the transmission direction analysis unit is connected to the output of the timer connected to the inputs of the transmission direction analysis unit.

Возможность сохранения максимальной вероятности передачи информации на другие, входящие в систему станции, при неисправности, по меньшей мере, одной из линий передачи теоретически можно пояснить следующим образом. The possibility of maintaining the maximum probability of transmitting information to other stations included in the system in the event of a failure of at least one of the transmission lines can theoretically be explained as follows.

Система передачи информации, связывающая несколько разнесенных станций, представляет собой сеть, которая абстрактно может быть представлена в виде графа, узлами которого являются станции, а ребрами - линии передачи. Возможность передачи информации от одной станции к другой сохраняется до тех пор, пока два соответствующих узла графа связаны между собой цепью или входят в состав одной цепи. Допустимое число нарушений линий передачи, при котором еще сохраняется возможность передачи информации от любой станции к любой, зависит от топологии сети или от вида графа, отображающего эту сеть. При некотором числе нарушений граф перестает быть одной компанентой связности и распадается на две или более компанент. В этом случае, с формальной точки зрения, сеть перестает выполнять свою задачу или, по крайней мере, ее эффективность становится менее 100%. Реализовать сохранение максимальной вероятности доставки сообщения оказывается возможным за счет того, что в предлагаемой системе информация, пришедшая на один из входов/выходов блока интерфейсов одной из станций, независимо от состояния этой станции передается на оставшиеся входы/выходы этого блока интерфейсов для направления на другие станции. Причем это происходит независимо от того на какой из входов/выходов блока интерфейсов поступила информация. An information transmission system connecting several diversity stations is a network, which can be abstractly represented as a graph, the nodes of which are stations, and the edges are transmission lines. The ability to transmit information from one station to another is preserved as long as two corresponding nodes of the graph are interconnected by a circuit or are part of the same circuit. The permissible number of transmission line violations, which still retains the ability to transmit information from any station to any, depends on the topology of the network or on the type of graph that displays this network. With a certain number of violations, the graph ceases to be one component of connectivity and breaks up into two or more components. In this case, from a formal point of view, the network ceases to fulfill its task, or at least its efficiency becomes less than 100%. It is possible to realize the preservation of the maximum probability of message delivery due to the fact that in the proposed system, the information received at one of the inputs / outputs of the interface unit of one of the stations, regardless of the state of this station, is transmitted to the remaining inputs / outputs of this interface unit for direction to other stations . Moreover, this happens regardless of which of the inputs / outputs of the interface unit received information.

Возможность изменения направлений передачи в зависимости от направления, с которого информация поступила, реализуется блоком анализа направлений передачи. При этом направления передачи сохраняются неизменными на время передачи одного байта информации, что обеспечивается блоком фиксации состояний коммутатора и таймером. Это позволяет системе работать независимо от протоколов передачи данных в сети. В этом случае коммутатором состояний системы физически реализуется переключение на требуемые направления передачи. The ability to change transmission directions depending on the direction from which the information arrived is implemented by the transmission direction analysis unit. In this case, the directions of transmission remain unchanged for the duration of the transmission of one byte of information, which is provided by the unit for fixing the states of the switch and the timer. This allows the system to operate independently of the data transfer protocols on the network. In this case, the system state switch physically implements switching to the desired transmission directions.

В прототипе информация может передаваться в одном направлении от одной станции к следующей за ней, и в случае неисправности одной станции информация передается к следующей путем обхода неисправной станции, а в случае неисправности линии передачи, соединяющей две соседние станции, вообще не может быть передана. In the prototype, information can be transmitted in one direction from one station to the next one, and in the event of a malfunction of one station, information is transmitted to the next bypassing the malfunctioning station, and in the event of a malfunction in the transmission line connecting two neighboring stations, it cannot be transmitted at all.

В предлагаемой системе информация, поступившая на одну из станций, переключается на все оставшиеся направления передачи, что позволяет сохранить высокую вероятность доставки сообщения на другие станции. In the proposed system, the information received at one of the stations is switched to all the remaining transmission directions, which allows you to maintain a high probability of message delivery to other stations.

При этом в заявляемой системе отпадает необходимость управления переключением из состояния соединения станции с линиями передачи в состояние ее обхода. Следовательно, уменьшаются потери времени на такие переключения, что упрощает функционирование системы и повышает ее надежность, в частности, за счет выполнения устройств переключения в виде коммутаторов состояний системы, а не в виде реле, как в прототипе. Moreover, in the inventive system, there is no need to control the switching from the state of connection of the station with the transmission lines to the state of its bypass. Therefore, the loss of time for such switching is reduced, which simplifies the functioning of the system and increases its reliability, in particular, due to the implementation of switching devices in the form of system state switches, and not in the form of a relay, as in the prototype.

Пример структуры устройства переключения с блоком интерфейсов, через который оно связано со своей станцией и линиями передачи для подключения блоков интерфейсов других станций предлагаемой системы передачи информации, приведен на фиг. 1; пример реализации функциональной схемы устройства переключения, связанного с блоком интерфейсов дан на фиг. 2; пример включения станций со своими устройствами переключения через соответствующие блоки интерфейсов в системе передачи информации произвольной топологии показан на фиг. 3. An example of the structure of a switching device with an interface unit through which it is connected to its station and transmission lines for connecting interface units of other stations of the proposed information transmission system is shown in FIG. 1; an example implementation of a functional diagram of a switching device associated with an interface unit is given in FIG. 2; an example of switching on stations with their switching devices through the corresponding interface units in an arbitrary topology information transmission system is shown in FIG. 3.

На фиг.1 показан блок интерфейсов и устройство переключения, которое содержит коммутатор состояний системы, который соединен входной, выходной и управляющей шинами с блоком интерфейсов своей станции, входные/выходные шины которого подключены к линиям передачи, вход коммутатора связан с выходом блока фиксации состояния коммутатора, один вход которого соединен со входом таймера и выходом блока анализа направлений передачи, входы которого соединены с выходами блока интерфейсов, а другой вход блока анализа направлений передачи подключен к выходу таймера, и блок интерфейсов выходной шиной подключен к входам блока анализа направлений передачи. Figure 1 shows the interface unit and the switching device, which contains a system state switch that is connected by the input, output and control buses to the interface unit of its station, the input / output buses of which are connected to the transmission lines, the input of the switch is connected to the output of the unit for fixing the state of the switch one input of which is connected to the timer input and output of the transmission direction analysis unit, the inputs of which are connected to the outputs of the interface unit, and the other input of the transmission direction analysis unit is connected to the timer output, and the interface unit with the output bus is connected to the inputs of the transmission direction analysis unit.

Поясним работу этой части системы с помощью фиг. 1 и 2. Let us explain the operation of this part of the system using FIG. 1 and 2.

В исходном состоянии на всех входах/выходах блока 1 интерфейсов - уровень логической единицы. In the initial state, at all the inputs / outputs of the interface unit 1, the level of the logical unit.

При этом возможна ситуация прихода сообщения на один из них, и в момент стартового бита на этом входе/выходе имеем уровень логического нуля. Поскольку в исходном состоянии блок 1 интерфейсов по всем входам/выходам включен на прием, то уровни напряжений, соответствующие их состояниям (входов/выходов), по шине входов постоянно присутствуют на входах схемы 6 совпадений блока 3 анализа направлений передачи. В момент появления уровня напряжения, соответствующего уровню логического нуля, срабатывает триггер 7 на выходе схемы 6 совпадений. При этом происходит запуск таймера 4, который возвратит триггер 7 в исходное состояние через время, равное одному байту. Это позволяет регистру-защелке 8, выполняющему функцию фиксации состояния коммутатора 2 состояний системы, запомнить и сохранить уровни напряжении па шине входов схемы 6 совпадений на время одного байта, т.е. запомнить вход/выход блока 1 интерфейсов, на который пришло сообщение, и, соответственно, оставшиеся входы/выходы блока 1 интерфейсов, на которые должно быть направлено это сообщение. Причем принятое решение о перенаправлении сообщения с одного из входов/выходов блока 1 интерфейсов на оставшиеся входы/выходы осуществляется с помощью дешифратора 9 направлений передачи, выходные сигналы с которого поступают на коммутатор 2 состояний системы, реализующей по шине управления переключение блока 1 интерфейсов в состояние, соответствующее направлениям передачи сообщения. In this case, a situation of a message arriving at one of them is possible, and at the time of the start bit at this input / output we have a logic zero level. Since in the initial state the unit of interfaces 1 for all inputs / outputs is turned on for reception, the voltage levels corresponding to their states (inputs / outputs) are constantly present at the inputs of the match circuit 6 of the unit 3 for analyzing transmission directions via the input bus. At the time of the appearance of the voltage level corresponding to the level of logical zero, the trigger 7 is activated at the output of the coincidence circuit 6. In this case, the start of timer 4, which will return trigger 7 to its original state after a time equal to one byte. This allows the latch register 8, which performs the function of fixing the state of the switch 2 of the system states, to remember and save voltage levels to the input bus of the coincidence circuit 6 for a period of one byte, i.e. remember the input / output of block 1 of the interfaces to which the message arrived, and, accordingly, the remaining inputs / outputs of block 1 of the interfaces to which this message should be directed. Moreover, the decision is made to redirect the message from one of the inputs / outputs of the interface unit 1 to the remaining inputs / outputs using the decoder 9 transmission directions, the output signals from which are sent to the switch 2 of the system states, which implements the switch of the interface unit 1 to the state via the control bus, corresponding to the directions of the message.

Возможна ситуация столкновения сообщений на данном "узле" системы передачи информации, имеющем также станцию. Конфигурирование входов/выходов блока 1 интерфейсов также осуществляется дешифратором 9 направлений передачи через коммутатор 2 состояний системы, и с точки зрения работы системы передачи информации принципиальных отличий в работе отдельного ее "узла" во всех ситуациях прихода сообщений с одного или нескольких направлений (любой их комбинации) не имеется. A situation of collision of messages on this "node" of the information transmission system, which also has a station, is possible. The inputs / outputs of the interface unit 1 are also configured by the decoder 9 of the transmission directions through the switch 2 of the system states, and from the point of view of the information transmission system, there are fundamental differences in the operation of its separate “node” in all situations when messages arrive from one or several directions (any combination of them) ) not available.

Предлагаемая система передачи информации может представлять собой локальную сеть с любой топологией (моноканал, звезда, кольцо, произвольная), в которую включены станции с блоками интерфейсов и устройствами переключения в "узлах" локальной сети. The proposed information transmission system can be a local network with any topology (mono channel, star, ring, arbitrary), which includes stations with interface units and switching devices in the "nodes" of the local network.

В качестве примера рассмотрим на фиг. 3 локальную сеть с произвольной топологией, в которую входят четыре станции 10, 11, 12, 13. Каждая станция через соответствующие входы/выходы своего блока интерфейсов 1 подключена к соответствующему устройству переключения 14. При этом "узел" системы образуется станцией 10, 11, 12, или 13 с блоком интерфейсов 1 и устройством переключения 14. As an example, consider FIG. 3, a local network with an arbitrary topology, which includes four stations 10, 11, 12, 13. Each station is connected to the corresponding switching device 14 through the corresponding inputs / outputs of its interface unit 1. In this case, the "node" of the system is formed by station 10, 11, 12, or 13 with an interface unit 1 and a switching device 14.

"Узлы" соединены между собой линиями передачи 15 через соответствующие входы/выходы блока интерфейсов 1 каждого "узла". The "nodes" are interconnected by transmission lines 15 through the corresponding inputs / outputs of the interface unit 1 of each "node".

Работа системы передачи информации происходит следующим образом. The operation of the information transmission system is as follows.

При передаче сообщения, например от станции 11 к станции 13 сообщение от станции 11 через соответствующие входы/выходы своего блока интерфейсов 1 поступает на устройство переключения 14, которое через оставшиеся входы/выходы блока интерфейсов 1 направляет сообщение в линии передачи 15 в направлении к "узлам", непосредственно подключенным к этим линиям передачи 15. Сообщение через входы/выходы блока интерфейсов 1 станций 11, 13 поступает на их устройства переключения 14, а затем через оставшиеся входы/выходы блоков интерфейсов 1 поступает на входы станций 11 и 13, а также через другие входы/выходы блока интерфейсов 1 - в другие линии передачи 15. В результате сообщение передается от "узла" к "узлу" локальной сети и таким образом достигает всех станций 10, 11, 12, 13 данной локальной сети. When transmitting a message, for example, from station 11 to station 13, a message from station 11 through the corresponding inputs / outputs of its interface unit 1 arrives at the switching device 14, which through the remaining inputs / outputs of the interface unit 1 sends a message in the transmission line 15 in the direction of "nodes "directly connected to these transmission lines 15. The message through the inputs / outputs of the interface unit 1 of stations 11, 13 is fed to their switching devices 14, and then through the remaining inputs / outputs of the interface units 1 is fed to the inputs of Antennas 11 and 13, as well as through other inputs / outputs of the interface unit 1, to other transmission lines 15. As a result, the message is transmitted from the “node” to the “node” of the local network and thus reaches all stations 10, 11, 12, 13 of this local area network.

Каждая станция 10, 11, 12, 13 анализирует адресную часть сообщения и обрабатывает ее тем или иным образом (записывает или не записывает ее в свой блок памяти в зависимости от того предназначено это сообщение данной станции или нет. Сообщение от любой станции, например 10, достигнет любой другой станции 11, 12, 13, если в сети существует последовательность линий передачи 15, приводящая от одной станции к другой. При этом поскольку в рассмотренном примере локальная сеть имеет произвольную топологию, путей передачи информации от одной станции к другой оказывается более одного. Именно это обстоятельство приводит к увеличению надежности сети в целом. В сетях с топологией типа моноканал, звезда, кольцо таких резервных путей нет, поэтому выход из строя любой линии передачи приводит к нарушению нормального функционирования сети, т.е. передача сообщения между некоторыми станциями становится невозможной. Each station 10, 11, 12, 13 analyzes the address part of the message and processes it in one way or another (writes or does not record it in its memory block, depending on whether this message is intended for this station or not. Message from any station, for example 10, will reach any other station 11, 12, 13 if there is a sequence of transmission lines 15 in the network leading from one station to another, and since in the example considered the local network has an arbitrary topology, the transmission of information from one station to another is ok More than one is called. It is this circumstance that leads to an increase in the reliability of the network as a whole. In networks with the topology such as mono channel, star, ring there are no such backup paths, so failure of any transmission line leads to a disruption in the normal functioning of the network, i.e. between some stations it becomes impossible.

Пример выполнения элементов отдельного "узла" предлагаемой системы передачи информации можно пояснить следующим образом. Схема 6 совпадений, триггер 7, регистр-защелка 8, дешифратор 9 направлений передачи и коммутатор 2 состояний системы могут быть реализованы на известных логических элементах (см. Справочник "Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы" под ред. С. В.Якубовского и др., М.: Радио и связь, 1989 г.). An example of the implementation of the elements of a separate "node" of the proposed information transfer system can be explained as follows. Coincidence scheme 6, trigger 7, register-latch 8, decoder 9 transmission directions and switch 2 system states can be implemented on well-known logic elements (see the Handbook "Digital and analog integrated circuits" edited by S.V. Yakubovsky and others. , M .: Radio and communications, 1989).

Блок 1 интерфейсов может быть выполнен на микросхемах Мах 220 или Мах 232 и им подобных, выпускаемых фирмой MAXIM (см. Справочник "Proprietary Products", 1995 г. ) или на микросхемах ADM 485 или ADM 232 фирмы " Analog Devices" (см. Справочник Analog Devices Designer's CD Reference Manual, v. 1.1, 1996). Block 1 of the interfaces can be performed on circuits Max 220 or Max 232 and the like, manufactured by MAXIM (see the Proprietary Products Handbook, 1995) or on ADM 485 or ADM 232 microcircuits from Analog Devices (see the Reference Analog Devices Designer's CD Reference Manual, v. 1.1, 1996).

В качестве таймера может быть использован таймер, выполненный на микросхеме КР 580 ВИ 53 (см. Справочник "Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы" под ред. С.В.Якубовского и др., М.: Радио и связь, 1990 г.). As a timer, a timer implemented on the KR 580 VI 53 microcircuit can be used (see the Handbook "Digital and Analog Integrated Circuits" edited by S.V. Yakubovsky et al., M .: Radio and Communications, 1990).

В то же время выполнение узлов предлагаемой системы за исключением блока 1 интерфейсов возможно на элементах программируемой логики, например, семейств МАХ 9000 (см. журнал фирмы ALTERA, October, 1994 г., ver/1) или МАХ 7000 (см. Справочник фирмы ALTERA "In System Programmability Handbook", June, 1997). В этом случае устройство выполняется на двух интегральных микросхемах. At the same time, the execution of the nodes of the proposed system, with the exception of block 1 of the interfaces, is possible on elements of programmable logic, for example, the MAX 9000 families (see ALTERA magazine, October, 1994, ver / 1) or MAX 7000 (see ALTERA directory "In System Programmability Handbook", June 1997). In this case, the device runs on two integrated circuits.

Claims

An information transmission system comprising diversity stations connected by transmission lines having interface units and switching devices, characterized in that the switching device of each station comprises a system state switch, a switch state fixing unit, a transmission direction analysis unit and a timer, while the system state switch is connected to an input , the output and control buses with the interface unit of their station, the input / output buses of which are connected to the transmission lines, the input of the switch is connected to the output m of a block for fixing the state of the switch, one input of which is connected to the timer input and the output of the transmission direction analysis unit, the inputs of which are connected to the outputs of the interface unit, and the other input of the transmission direction analysis unit is connected to the timer output, and the interface unit is connected to the analysis unit inputs by the output bus directions of transmission.