DE19928483A1 - Übertragungsnetzwerk mit reduntanten Übertragungsstrecken - Google Patents

Abstract

Ein Übertragungsnetzwerk umfaßt eine Mehrzahl von Sender-/Empfangsmodulen, die über zwei Netze mit identischer Struktur bildende Übertragungsstrecken und Knoten miteinander verbunden sind. Ein Sender-/Empfängermodul für ein solches Übertragungsnetzwerk hat zwei Schnittstellen zum Anschließen an jeweils eines der zwei Netze, wobei die Schnittstellen von einer Zentraleinheit des Moduls gelieferte Nutzdaten in gleicher Weise senden, aber nur eine der Schnittstellen empfangene Nutzdaten an die Zentraleinheit liefert.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Übertragungsnetzwerk mit einer Mehrzahl von Sender-/Empfängermodulen, von Übertragungsstrecken zum Übertragen von Daten zwi­ schen den Sender-/Empfängermodulen und von die Übertragungsstrecken miteinander verbindenden Kno­ ten zum selektiven Weiterleiten der Daten von einer Übertragungsstrecke auf eine andere. Die Übertra­ gungsstrecken sind teilweise redundant, so daß eine Übertragung von Daten zwischen den Sender-/Empfän­ germodulen auf unterschiedlichen Wegen durch das Übertragungsnetzwerk möglich ist.

Solche redundanten Übertragungsstrecken dienen da­ zu, die Fortsetzung des Datenverkehrs zwischen al­ len Sender-/Empfängermodulen des Netzwerks ermögli­ chen zu können, auch wenn einzelne Übertragungs­ strecken gestört sind.

Eine Redundanz aller Übertragungsstrecken des Netz­ werks beziehungsweise ihre Ersetzbarkeit durch eine andere ist nicht zu erreichen, solange die einzel­ nen Sender-/Empfängermodule nur über jeweils eine einzelne Übertragungsstrecke an die Knoten des Netzwerks angebunden sind. Wenn man aber eine An­ bindung der Module an die Knoten über jeweils we­ nigstens zwei Übertragungsstrecken vorsieht, so er­ gibt sich das Problem, sicherzustellen, daß ein von einem Sendermodul über eine oder beide seiner Über­ tragungsstrecken gesendetes Datenpaket vom Empfän­ germodul mit Sicherheit einmal, keinesfalls aber zweimal empfangen wird.

Vorteile der Erfindung

Eine einfache Lösung dieses Problems bietet ein Übertragungsnetzwerk der eingangs genannten Art, dessen Übertragungsstrecken und Knoten zwei Netze mit identischer Struktur bilden, wobei die Sender-/Empfängermodule mit jedem der zwei Netze über je­ weils eine Schnittstelle verbunden sind. Indem je­ des Sendermodul ein an ein Empfängermodul zu über­ tragendes Nutzdatenpaket in gleicher Weise an beide Netze ausgibt, ist sichergestellt, daß - bei ord­ nungsgemäßem Funktionieren der Netze - das Nutzda­ tenpaket das Empfängermodul an seinen beiden Schnittstellen in gleicher Weise erreicht, worauf­ hin die Schnittstellen von zwei einander entspre­ chenden Paketen jeweils eines verwerfen. Im Stö­ rungsfalle erreicht aber immer noch eines der Pake­ te das Empfängermodul und kann dort ausgewertet werden.

Da eine solche Verwerfung überzähliger Datenpakete in einfacher Weise am Empfängermodul ausgeführt werden kann, können die zwei Netze empfangene Daten in einfacher Weise unabhängig voneinander übertra­ gen. Eine Koordination der Netze untereinander ist nicht erforderlich.

Die einander entsprechenden Knoten der zwei Netze sind vorzugsweise durch sogenannte vertikale Über­ tragungsstrecken verbunden. Diese ermöglichen im Falle einer Störung die Übertragung von Datenpake­ ten von Sendermodulen oder für Empfängermodule, die von einer Störung der Übertragungsstrecke betroffen sind, über die vertikale Verbindungsstrecke.

Des weiteren ist bevorzugt, daß die Knoten mitein­ ander und/oder mit den Sender-/Empfängermodulen Prüfdatenpakete austauschen, um Störungen von Ver­ bindungsstrecken zu erfassen. In Kenntnis dieser Störungen sind die Knoten dann in der Lage, eine Datenübertragung zwischen zwei Modulen im Störungs­ fall automatisch auf eine redundante Übertragungs­ strecke umzuleiten. Insbesondere können sie solche Daten über eine vertikale Übertragungsstrecke von einem Netz in das andere übertragen.

Die Erfindung sieht ferner ein Sender-/Empfän­ germodul vor, das insbesondere in einem Übertragungsnetzwerk der oben beschriebenen Art einsetzbar ist, das eine Zentraleinheit als Quelle und/oder Senke von Daten und zwei parallel an die Zentraleinheit angeschlossene Schnittstellen zum Anschließen an Verbindungsstrecken des Übertra­ gungsnetzwerks umfaßt, wobei die Schnittstellen von der Zentraleinheit gelieferte Nutzdaten in gleicher Weise senden, empfangene Nutzdaten aber nur von ei­ ner der Schnittstellen an die Zentraleinheit gelie­ fert und von der anderen verworfen werden. Dabei sollte die Zentraleinheit zweckmäßigerweise über Mittel verfügen, um zu bestimmen, welche der Schnittstellen Nutzdaten an sie liefert, und welche die empfangenen Nutzdaten verwirft. Falls eine der zwei Übertragungsstrecken, über die das Modul ange­ schlossen ist, gestört ist, kann die Zentraleinheit somit diejenige Schnittstelle als Lieferant von Da­ ten auswählen, die von der Störung nicht betroffen ist.

Falls das Übertragungsnetzwerk, in dem ein solches Sender-/Empfängermodul eingesetzt wird, für die Übertragung von Broadcastdaten eingerichtet ist, also von Daten, die an eine Mehrzahl von Empfänger­ modulen gleichzeitig adressiert sind, ist es zweck­ mäßig, daß jede Schnittstelle über Mittel verfügt, um empfangene, spezifisch an das Modul adressierte Daten von Broadcastdaten zu unterscheiden und letz­ tere zu verwerfen. Dies erlaubt einen einfachen Aufbau des Moduls, bei dem die Zentraleinheit und die beiden Schnittstellen gemeinsam an einen Bus angeschlossen sind. Indem Broadcastdaten von der Daten an die Zentraleinheit liefernden Schnittstel­ le nicht auf den Bus durchgelassen werden, wird vermieden, daß die andere Schnittstelle sie von dem Bus aufnimmt, und, da sie die Daten nicht von von der Zentraleinheit gesendeten Daten zu unterschei­ den vermag, erneut aussendet.

Für spezielle Betriebsarten, zum Beispiel für Si­ tuationen, wo ein Modul in kurzer Zeit große Daten­ mengen auf dem Übertragungsnetzwerk senden oder von diesem empfangen muß, ist es zweckmäßig, das Modul mit Mitteln auszustatten, mit denen die Zentralein­ heit selektiv den Empfang beziehungsweise das Sen­ den von Daten durch die Schnittstelle zu sperren vermag, so daß diese für die jeweils andere Tätig­ keit vollständig zur Verfügung steht.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren.

Figuren

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines er­ findungsgemäßen Übertragungsnetz­ werks;

Fig. 2 zeigt die zwei Schnittstellen eines der Module aus Fig. 1; und

Fig. 3 zeigt eine Variante einer Schnitt­ stelle für ein Modul aus Fig. 1.

Fig. 1 zeigt zwei Sender-/Empfängermodule 1, 2, die jeweils zwei Schnittstellen 10, 10' beziehungsweise 20, 20' zu Übertragungsstrecken 11, 11' beziehungs­ weise 21, 21' des Übertragungsnetzwerks besitzen. Die Übertragungsstrecken sind an ihren anderen En­ den mit Schnittstellen 41, 42 beziehungsweise 41', 42' von Knoten 4, 4' verbunden. Weitere Schnitt­ stellen 43, 43' können in im wesentlichen beliebiger Zahl zum Anschließen weiterer, nicht dargestellter Sender-/Empfängermodule an die Knoten 4, 4' vorgese­ hen sein.

Eine Übertragungsstrecke 51 verläuft zwischen Schnittstellen 44, 44' der zwei Knoten. Zur Unter­ scheidung von den Übertragungsstrecken 11, 11', 21, 21' werden letztere im folgenden als ho­ rizontal, die Verbindungsstrecke 44 als vertikal bezeichnet.

Die Knoten 4, 4' zusammen mit den daran angeschlos­ senen horizontalen Verbindungsstrecken bilden je­ weils zwei Netze mit identischer Struktur. Dies ist zwar ein sehr einfaches Beispiel einer Netzstruk­ tur, ist aber zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung ausreichend.

Die Module 1, 2 sowie die Knoten 4, 4' verfügen je­ weils über eine Zentraleinheit 3 beziehungsweise 6, die mit den Schnittstellen jeweils über einen Bus 5 kommuniziert. Die Struktur der Module und der Kno­ ten ist insofern weitgehend ähnlich, und es ist durchaus ein Übertragungsnetzwerk denkbar, in dem ein und dieselbe Funktionseinheit gleichzeitig Funktionen eines Moduls und eines Knotens innehat.

Die Module 1, 2 verfügen ferner über eine Anzahl von an den Bus angeschlossenen Ports 7 für den Daten­ austausch mit Endgeräten wie etwa Telefonen, Work­ stations etc. Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus dem Modul 1 mit einem Stück des Busses 5 und den daran angeschlos­ senen Schnittstellen 10, 10'. Ein Adreßdecoder 30 der Schnittstelle 10 ist direkt an den Bus 5 ange­ schlossen und extrahiert aus auf dem Bus auftreten­ den Datenpaketen Adreßinformation, die eine Bestim­ mungsadresse des Datenpakets angibt. Diese Informa­ tion wird anhand von in Registern des Adreßdecoders 30 gespeicherter Information über die Topologie des Übertragungsnetzwerks ausgewertet, um zu entschei­ den, ob das betreffende Datenpaket auf der an die Schnittstelle angeschlossenen Übertragungsstrecke 11 weitergeleitet werden muß. Wenn dies der Fall ist, steuert der Adreßdecoder 30 einen Sendepuffer 31 an, der daraufhin das Paket vom Bus 5 aufnimmt und zu einer geeigneten Zeit auf der Übertragungs­ strecke 11 sendet.

Ein weiterer Decoder wird als Steuerdecoder 32 be­ zeichnet, da seine wesentliche Aufgabe ist, aus über die Übertragungsstrecke 11 eintreffenden Da­ tenpaketen Steuerinformation zu extrahieren und an­ hand dieser Steuerinformation zum Beispiel spezi­ fisch an das Modul adressierte Datenpakete von Broadcastdatenpaketen sowie von Prüfdatenpaketen zu unterscheiden und anhand des Unterscheidungsergeb­ nisses, hier durch Ansteuern eines Gatters 33, zu bestimmen, ob das empfangene Datenpaket in einen Empfangspuffer 34 und schließlich zum Bus 5 durch­ gelassen wird, oder ob es verworfen wird, um zu verhindern, daß die jeweils andere Schnittstelle des Moduls ein solches Paket, wenn es auf dem Bus 5 erscheint, mit einem in dem Modul erzeugten Paket "verwechselt" und aufgrund dessen erneut sendet. Der Steuerdecoder 32 verfügt über eine Mehrzahl von Signaleingängen 351 durch die er mit von der Zen­ traleinheit 3 erzeugten Steuersignalen beschaltbar ist. Eines dieser Steuersignale, das über eine Lei­ tung 36 zugeführt wird, bestimmt, ob sich die Schnittstelle in einem aktiven Zustand befindet, in dem der Steuerdecoder 32 von der Übertragungsstrecke 11 empfangene Nutzdatenpakete zum Empfangspuffer 37 durchläßt, oder ob sie sich in einem passiven Zustand befindet, in dem sie diese Datenpakete nicht durchläßt. Der entsprechende Signaleingang 35 der Schnittstelle 10 ist an die Steuerleitung 36 direkt angeschlossen, wohingegen der Signaleingang des Steuerdecoders der Schnittstelle 10' über eine Negationsschaltung 37 angeschlossen ist. So ist ge­ währleistet, daß sich von den zwei Schnittstellen 10, 10' immer eine im passiven und die andere im ak­ tiven Zustand befindet. Weitere Signaleingänge 35 empfangen Steuersignale, die die Sperrung der Ge­ stelle für Broadcastpakete oder die vollständige Sperrung des Empfangs bewirken. Über einen entspre­ chenden Steuereingang des Adreßdecoders ist die Zentraleinheit 3 in der Lage, auch das Senden von Datenpaketen zu sperren, wenn etwa die betreffende Schnittstelle zeitweilig für den ununterbrochenen Empfang von Daten freigehalten werden soll.

Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der Schnittstellen aus Fig. 2, bei der die Steuerung der Funktion der Decoder 30,32 erleichtert ist. Bei dieser Variante ist keine spezielle Signalleitung wie die Leitung 36 zwischen einem der Decoder 30,32 und der Zen­ traleinheit 3 vorgesehen, stattdessen ist die Zen­ traleinheit 3 eingerichtet, um spezielle Datenpake­ te zu erzeugen, die Steuerinformationen für die Schnittstellen enthalten, und sie an diese zu adressieren. Der Adreßdecoder 30 erkennt die Tatsa­ che, daß ein Paket für ihn bestimmte Steuerinforma­ tion enthält, an einem bestimmten Bit im Header des Pakets, und, gemäß einer weiterentwickelten Varian­ te, zusätzlich daran, daß er zuvor über den Bus ein spezielles Datenpaket empfangen hat, das allein da­ zu dient, ein bevorstehendes Paket mit Steuerinfor­ mation anzukündigen. Der Adreßdecoder 30 wertet die Steuerinformation des Paketes aus und trägt Infor­ mation, die für seine eigene Arbeitsweise relevant ist, in ein Register 38 ein, mit dem er für Schreib- und Lesezugriff verbunden ist. In dieses Register kann zum Beispiel ein Bit eingetragen wer­ den, das den Adreßdecoder 30 veranlaßt, keine Pake­ te mehr in den Sendepuffer 31 einzulassen, so daß die Schnittstelle ausschließlich für den Empfang von Daten zur Verfügung steht.

Steuerinformationen, die die Funktionsweise des Steuerdecoders 32 betreffen, werden in ein Register 39 eingetragen, dessen Ausgänge an die Signalein­ gänge 35 des Steuerdecoders 35 angeschlossen sind und die dessen Arbeitsweise in der gleichen Weise wie oben mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben, bestim­ men.

Es soll nun die Arbeitsweise eines Übertragungs­ netzwerks beschrieben werden, das mit Schnittstel­ len gemäß Fig. 3 ausgestattet ist. Bei Aufnahme des Betriebs sendet die Zentraleinheit 3 eines je­ den Moduls 1, 2 ein Paket mit Steuerinformation an ihre Schnittstelle 10 beziehungsweise 20, welches diese veranlaßt, ihren aktiven Zustand einzunehmen, in dem sie über eine Übertragungsstrecke empfangene Nutzdatenpakete auf den Bus 5 weitergibt. Entspre­ chend erhält die Schnittstelle 10' beziehungsweise 20' ein Datenpaket, das sie veranlaßt, den passiven Zustand einzunehmen. Auf dem Bus 5 des Moduls 1 auftretende Datenpakete werden von den Schnittstel­ len 10, 10' in gleicher Weise aufgenommen und an die Knoten 4 beziehungsweise 4' und von dort an die Schnittstellen 20, 20' eines Empfängermoduls 2 wei­ tergeleitet, die nach dem gleichen Verfahren ini­ tialisiert sind. Ein eintreffendes Nutzdatenpaket wird so in der Schnittstelle 20' abgefangen, von der Schnittstelle 20 aber auf den Bus des Empfän­ germoduls 2 durchgelassen.

Zur Überwachung der Unversehrtheit des Übertra­ gungsnetzwerks werden zwischen den Zentraleinheiten 3 und 6 der Module und der Knoten regelmäßig Prüf­ pakete ausgetauscht. Ein von dem Knoten 4 gesende­ tes Prüfpaket wird von der Schnittstelle 10 in der gleichen Weise wie ein Nutzdatenpaket durchgelas­ sen, woraufhin die Zentraleinheit 3 ein Antwort- Prüfpaket an den Knoten 4 adressiert und auf dem Bus ausgibt. Das Antwort-Prüfpaket wird von der Schnittstelle 10 zurück zum Knoten 4 gesendet; und dessen Zentraleinheit 6 erkennt am Eintreffen des Pakets, daß die Verbindungsstrecke 11 intakt ist. Ein in gleicher Weise vom Knoten 4' gesendetes Prüfpaket erreicht die passive Schnittstelle 10', wird von dessen Steuerdecoder 32 als Prüfpaket er­ kannt und deshalb trotz des passiven Status der Schnittstelle auf den Bus 5 durchgelassen. Die Zen­ traleinheit 3 erzeugt wiederum ein Antwort- Datenpaket, diesmal an den Knoten 4' adressiert, an dem die Zentraleinheit 6' erkennt, daß die Übertra­ gungsstrecke 11' intakt ist.

Wenn ein solches Antwort-Datenpaket zum Beispiel die Zentraleinheit 6 nicht innerhalb einer vorgege­ benen Zeitspanne erreicht, erkennt die Zentralein­ heit 6 daran eine Störung der Übertragungsstrecke 11 und sendet über die vertikale Übertragungsstrecke 51 eine Mitteilung an die Zentraleinheit 6', um diese zu veranlassen, über die zweite Übertragungs­ strecke 11' des Moduls 1 empfangene Datenpakete über die vertikale Verbindungsstrecke 51 zum Knoten 4 zu übertragen, wo sie in gleicher Weise weiter­ verarbeitet werden, wie wenn sie direkt über die Übertragungsstrecke 11 empfangen worden wären. So erreichen vom Modul 1 gesendete Datenpakete trotz der Störung die aktive Schnittstelle 20 des Empfän­ germoduls 2. Dessen Arbeitsweise ändert sich somit durch die Störung in keiner Weise.

Wenn die Zentraleinheit 3 des Moduls 1 während ei­ ner vorgegebenen Zeitspanne keine Prüfpakete vom Knoten 4 erhält, kann vorgesehen werden, daß sie daran ihrerseits eine Störung der Übertragungs­ strecke 11 erkennt und daraufhin die Schnittstelle 10 in den passiven und die Schnittstelle 10' in den aktiven Zustand umschaltet.

Falls die Schnittstelle 10 eine Schnittstelle nach Fig. 3 ist, besteht ferner die Möglichkeit, daß die Zentraleinheit 6' als Prüfdatenpaket gekenn­ zeichnete Pakete mit Steuerinformation an das Modul 1 sendet, die an dessen Schnittstelle 10 oder 10' adressiert sind. Infolge ihrer Kennzeichnung läßt die Schnittstelle 10' diese Pakete durch zum Bus 5, und der direkt an den Bus angeschlossene Adreßde­ coder 30 einer der beiden Schnittstellen erkennt das Paket als an sich adressiert und wertet die darin enthaltende Steuerinformation aus. So ist es zum Beispiel möglich, ohne direkte Beteiligung der Zentraleinheit 3 die Betriebszustände der Schnitt­ stellen 10, 10' zu vertauschen. Die Zentraleinheit braucht daher auf die aufgetretene Störung nicht zu reagieren; die Rekonfigurierung des Übertragungs­ netzwerks kann ohne ihre Beteiligung stattfinden.

Claims (12)

1. Übertragungsnetzwerk mit einer Mehrzahl von Sen­ der-/Empfängermodulen (1, 2), von Übertragungsstrecken (11, 11', 21, 21') zum Übertragen von Daten zwi­ schen den Sender-/Empfängermodulen und von die Übertragungsstrecken miteinander verbindenden Kno­ ten (4, 4') zum selektiven Weiterleiten der Daten von einer Übertragungsstrecke auf eine andere, wo­ bei die Übertragungsstrecken teilweise redundant sind, um die Übertragung der Daten auf unterschied­ lichen Wegen zu ermöglichen, dadurch gekennzeich­ net, daß die Übertragungsstrecken (11, 11'; 21, 21') und die Knoten (4, 4') zwei Netze (11, 21, 4; 11', 21', 4') mit identischer Struktur bil­ den, und daß die Sender-/Empfängermodule (1, 2) mit jedem der zwei Netze über jeweils eine Schnittstel­ le (10, 10'; 20, 20') verbunden sind.

2. Übertragungsnetzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Sendermodul (1) ein an ein Empfängermodul (2) zu übertragendes Nutzdaten­ paket in gleicher Weise an beide Netze ausgibt.

3. Übertragungsnetzwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Netze empfangene Daten unabhängig voneinander übertragen.

4. Übertragungsnetzwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Empfängermodul (2) von zwei in gleicher Weise über beide Netze empfangenen Nutzdatenpaketen nur eines berücksichtigt.

5. Übertragungsnetzwerk nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kno­ ten (4, 4') der zwei Netze durch als vertikal be­ zeichnete Übertragungsstrecken (51) verbunden sind.

6. Übertragungsnetzwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Knoten (4, 4') Datenpakete von Sendermodulen (1) oder für Empfängermodule (1), die von einer Störung einer Übertragungsstrecke be­ troffen sind, über die vertikale Verbindungsstrecke (51) übertragen.

7. Übertragungsnetzwerk nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kno­ ten (4, 4') miteinander und/oder mit den Sender-/Empfängermodulen (1, 2) Prüfdatenpakete austau­ schen, um Störungen von Verbindungsstrecken zu er­ fassen.

8. Sender-/Empfängermodul für ein Übertragungsnetz­ werk, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Zen­ traleinheit (3) als Quelle und/oder Senke von Daten und zwei parallel an die Zentraleinheit (3) ange­ schlossene Schnittstellen (10, 10') zum Anschließen an Verbindungsstrecken (11, 11') des Übertragungs­ netzwerks umfaßt, wobei die Schnittstellen (10, 10') von der Zentraleinheit (3) gelieferte Nutzdaten in gleicher Weise senden, wohingegen nur eine der Schnittstellen (10) empfangene Nutzdaten an die Zentraleinheit liefert und die andere (10') sie verwirft.

9. Sender-/Empfängermodul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es über Mittel (35, 36, 37; 39) verfügt, um zu bestimmen, welche der Schnittstellen (10, 10') Nutzdaten liefert, und welche sie ver­ wirft.

10. Sender-/Empfängermodul nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schnitt­ stelle (10, 10') über Mittel (32) verfügt, um emp­ fangene Nutzdaten von Prüfdaten zu unterscheiden und Prüfdaten auch dann an die Zentraleinheit (3) zu liefern, wenn sie Nutzdaten verwirft.

11. Sender-/Empfängermodul nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schnitt­ stelle (10, 10') über Mittel 32 verfügt, um empfan­ gene, spezifisch an das Modul (1) adressierte Daten von Broadcastdaten zu unterscheiden und letztere zu verwerfen.

12. Sender-/Empfängermodul nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es über Mit­ tel (35; 39) zum selektiven Sperren des Sendens und/oder Empfangs von Nutzdaten über jede Schnitt­ stelle (10, 10') verfügt.