DE4228361C1 - Digitales Koppelnetzwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein digitales Koppelnetzwerk mit einem aus einer Vielzahl von Koppelpunkten bestehenden Koppelfeld.

Aus "ISDN im Büro-HICOM", Sonderausgabe Telcom-Report und Siemens-Magazin COM, 1985 von Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, Seite 58 ff, ist ein modular struktu­ riertes digitales Kommunikationssystem bekannt, das ein einheitliches System für die Übermittlung von Sprache, Text und Daten darstellt. Der modulare Aufbau drückt sich dabei in der Gliederung in selbständige Funktionsbereiche des Kommunikationssystems aus, wobei interne Schnittstel­ len zwischen den einzelnen Funktionsbereichen vorgesehen sind. Wesentliche Funktionsbereiche sind die Peripherie, das Koppelnetz und die zentrale Steuerung.

Im allgemeinen sind in der Peripherie Anschlußgruppen (LTG-Line Trunk Groups) angeordnet, die miteinander über einen seriell ausgebildeten Systembus kommunizieren und dabei Daten, Befehle und Nachrichten (messages) gemäß dem HDLC-Signalisierungsverfahren (High Level Data Link Con­ trol) austauschen können. Der Systembus weist eine Anzahl von Bussträngen mit jeweils voneinander getrennter Sende- und Empfangsleitung auf, an die jeweils mehrere periphere Anschlußgruppen angeschlossen sind.

Für eine gleichzeitige Verbindung von mehreren Systembus­ strängen ist ein Koppelnetzwerk mit einer Vielzahl von zu einem Koppelfeld zusammengefaßten Koppelpunkten vorgese­ hen, die von einer zugehörigen Steuerung einstellbar sind. Auf diese Weise lassen sich die Sendeleitungen und Emp­ fangsleitungen verschiedener Busstränge blockierungs- und wahlfrei vermitteln, d. h. jeder Koppelpunkt des Koppelfel­ des ist unabhängig von den übrigen Koppelpunkten ein- bzw. ausschaltbar.

Für den Fall, daß Kollisionen auftreten, insbesondere außerhalb des Koppelfeldes, d. h. nachdem die seriellen Sen­ designale einer Nachricht von einem Eingang des Koppelfel­ des zu mehreren Ausgängen des Koppelfeldes weitergegeben worden sind, müssen diese zurückgemeldet werden, um die Nachricht am Eingang stoppen zu können. Der Grund für eine derartige Kollision ("äußere Kollision") kann beispiels­ weise darin bestehen, daß die Nachricht von einer der die Sendesignale jeweils empfangenden Anschlußgruppen abgewie­ sen wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein digitales Koppelnetzwerk zu schaffen, durch das in funktioneller Nachahmung eines analogen Koppelnetzwerkes beim Durchschalten eines oder mehrerer Koppelpunkte in einer Hin-Richtung des Koppelfel­ des die Sendesignale sowie in einer Rück-Richtung eine oder mehrere Kollisionen quasi bidirektional vermittelt werden können.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Demnach ist das Koppelfeld in zwei Teilkoppelfelder unter­ teilt, von denen das erste Teilkoppelfeld für die Hin- Richtung und das zweite Teilkoppelfeld für die Rück-Rich­ tung vorgesehen sind. Während in der Hin-Richtung die auf Sendeleitungen an den Eingängen des Koppelfeldes bereitge­ stellten Sendesignale an die mit den Empfangsleitungen verbundenen Ausgänge des Koppelfeldes von dem ersten Teil­ koppelfeld parallel durchschaltbar sind, werden vom zwei­ ten Teilkoppelfeld in der Rück-Richtung auf den Empfangs­ leitungen an den Ausgängen des Koppelfeldes bereitgestell­ te Rücksignale mit den auf den entsprechenden Sendeleitun­ gen bereitgestellten Sendesignalen zu individuellen Kolli­ sionssignalen verknüpft, die getrennt voneinander an die Eingänge des Koppelfeldes durchschaltbar sind.

Auf diese Weise können Kollisionen über die den Koppel­ punkten des ersten Teilkoppelfeldes entsprechenden Koppel­ punkte eines zweiten Teilkoppelfeldes für jeden der Ein­ gänge getrennt zurückvermittelt werden. Dadurch, daß die von den Empfangsleitungen bereitgestellten Rücksignale vom zweiten Teilkoppelfeld nicht unmittelbar an den oder die Eingänge durchgeschaltet, sondern erst mit den auf den entsprechenden Sendeleitungen bereitgestellten Sendesigna­ len verglichen werden, kann unabhängig von den ausgesand­ ten bzw. empfangenen Signalzuständen (0 oder 1) jede Kol­ lision innerhalb oder außerhalb des Koppelfeldes erkannt werden.

Würde man die von den Empfangsleitungen gelieferten Rück­ signale in der Rück-Richtung analog zu den Sendesignalen in der Hin-Richtung direkt, d. h. ohne einen Vergleich mit den entsprechenden Sendesignalen, zurückvermitteln, so kä­ me es zu Fällen, bei denen einzelne Kollisionen nicht de­ tektiert würden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die Koppel­ punkte des ersten Teilkoppelfeldes aus NAND-Gattern aufge­ baut, deren Ausgänge zur Umschaltung der Eingänge des Kop­ pelfeldes auf jeweils einen Ausgang des Koppelfeldes mit invertierten Eingängen von zugehörigen NOR-Gattern verbun­ den sind. Dabei sind auf den invertierten Eingang des je­ weiligen NAND-Gatters das bereitgestellte Sendesignal so­ wie auf den nicht invertierten Eingang ein Steuersignal zur Ansteuerung des jeweiligen Koppelpunktes geführt, so daß das Ausgangssignal des NAND-Gatters denselben Zustand wie das Sendesignal aufweist.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung sind die Koppelpunkte des zweiten Teilkoppelfeldes aus UND-Gattern mit vorgeschalteten EXOR-Gattern aufgebaut. Die EXOR-Gat­ ter bewirken die Bildung der individuellen Kollisionssig­ nale durch Verknüpfung jeweils eines Rücksignals mit einem Sendesignal. Das dem NAND-Gatter des ersten Teilkoppelfel­ des entsprechende UND-Gatter weist neben dem Steuersignal zur Ansteuerung des jeweiligen Koppelpunktes das jeweilige Ausgangssignal des vorgeschalteten EXOR-Gatters als Ein­ gangssignal auf.

Für die Umschaltung der Ausgänge des Koppelfeldes auf je­ weils einen Eingang des Koppelfeldes sind die Ausgänge der parallel geschalteten UND-Gatter mit Eingängen eines je­ weils zugehörigen ODER-Gatters verbunden. Die individuell ermittelten Kollisionssignale können somit auf einfache Weise getrennt voneinander über die den Koppelpunkten des ersten Teilkoppelfeldes entsprechenden Koppelpunkte des zweiten Teilkoppelfeldes auf die jeweiligen Eingänge des Koppelfeldes zurückgemeldet werden.

Die in den beiden Teilkoppelfeldern einander entsprechen­ den Koppelpunkte sind gemäß einer bevorzugten Ausgestal­ tung der Erfindung jeweils durch ein- und dasselbe Steuer­ signal gleichzeitig ansteuerbar.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Im einzel­ nen zeigen

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung des zwei Teilkoppelfelder aufweisenden digitalen Koppelnetzwerkes zur Kopplung von mehreren Sende- und Empfangsleitungen und

Fig. 2 die Prinzipschaltbilder der beiden Teilkoppelfel­ der für die Hin-Richtung und die Rück-Richtung.

Fig. 1 zeigt eine Vielzahl von Sendeleitungen SL1, SL2 . . . SLm und Empfangsleitungen EL1, EL2 . . . ELm, von denen je­ weils zwei voneinander getrennte Sende- und Empfangslei­ tungen, z. B. SL1 und EL1, einen Busstrang eines seriellen Systembusses bilden. An die einzelnen Busstränge sind meh­ rere Anschlußgruppen LTG0 . . . LTGn angeschlossen, von denen Nachrichten (messages) gemäß dem HDLC-Signalisierungsver­ fahren (High Level Data Link Control) ausgesendet oder empfangen werden. Jede Anschlußgruppe LTG0 . . . LTGn weist eine Sendeeinheit T sowie eine Empfangseinheit R auf, um sowohl als aktive Sende-Anschlußgruppe oder als passive Empfänger-Anschlußgruppe betrieben werden zu können.

Für eine gleichzeitige Verbindung von mehreren Sende- und Empfangsleitungen, die Bestandteil unterschiedlicher Bus­ stränge sind, ist ein digitales Koppelnetzwerk mit einer Vielzahl von zu einem Koppelfeld KF zusammengefaßten Kop­ pelpunkten vorgesehen, die von einer zugehörigen Steuer­ einheit CTR jeweils einstellbar sind. Das digitale Koppel­ netzwerk ist gemäß der Erfindung in zwei Teilkoppelfelder TKF1 und TKF2 unterteilt, von denen das erste Teilkoppel­ feld TKF1 in einer Hin-Richtung auf den Sendeleitungen SL1 . . . bereitgestellte Sendesignale an ausgewählte Emp­ fangsleitungen EL1 . . . durchschaltet. Im zweiten Teilkop­ pelfeld TKF2 werden von den ausgewählten Empfangsleitun­ gen EL1 . . . bereitgestellte Rücksignale mit den Sendesigna­ len auf den Sendeleitungen SL1 . . . verglichen, sowie an­ schließend die Vergleichsergebnisse als individuelle Kol­ lisionssignale für jeden Busstrang getrennt voneinander in der umgekehrten Richtung zurückvermittelt.

Die einzelnen Nachrichten (messages) mit den zugehörigen seriellen Sendesignalen durchlaufen jeweils eine für die entsprechenden Sendeleitungen SL1 . . . vorgesehene Logik LOG, die einen FIFO-Speicher (First-In First-Out) sowie einen Komparator aufweist. Die in der Nachricht mitgeteil­ ten Informationen über Art und Ziel des zu vermitteln den Datenblocks werden an die Steuereinheit CTR, die bei­ spielsweise eine Prozessorschnittstelle mit mehreren Steu­ erregistern umfaßt, weitergeleitet, damit daraufhin die entsprechenden Koppelpunkte im Koppelfeld KF angesteuert werden können. Die jeweilige Einstellung erfolgt während der Laufzeit der Nachricht durch den FIFO-Speicher.

Somit kann eine nach dem für die Hin-Richtung vorgesehenen Teilkoppelfeld TKF1 auftretende Kollision durch den jewei­ ligen Vergleich der Zustände von Sende- und Rücksignal in einem weiteren Teilkoppelfeld TKF2 erkannt und zurückge­ meldet werden, was zum sofortigen Abbruch der jeweils aus­ gesandten Nachricht führt. Nach einem Abbruch bleiben die Koppelpunkte des Koppelfeldes KF solange durchgeschaltet, bis eine neue, an die Steuerung übergebene Zieladresse eine Auflösung der bestehenden Verbindung bewirkt.

Fig. 2 zeigt die beiden Teilkoppelfelder TKF1 und TKF2 für die Hin-Richtung sowie die Rück-Richtung. Jedes Teil­ koppelfeld TKF1 bzw. TKF2 besteht aus einer Matrix von m × m Koppelpunkten KP, die zeilenweise organisiert sind, d. h. von der Steuereinheit kann jeweils eine der Sendelei­ tungen SL1 . . . SLm gleichzeitig auf die Empfangsleitungen EL1 . . . ELm durchgeschaltet werden (broadcast). Zur Ansteue­ rung jeweils einer Matrixzeile mit m Koppelpunkten KP sind in der Steuereinheit Steuerregister RB1 . . . RBm vorgesehen, aus denen Steuersignale STI1 . . . STlm, STm1 . . . STmm zur Aus­ wahl jedes einzelnen Koppelpunktes KP der jeweiligen Ma­ trixzeile ausgelesen werden. Die Steuersignale für eine Matrixzeile verlaufen auf den Steuerleitungen ST1 . . . STm, die von den Ausgängen der einzelnen Register RB1 . . . RBm zu den Eingängen von jeweils in den Teilkoppelfeldern TKF1 und TKF2 angeordneten Gattern führen.

Im ersten Teilkoppelfeld TKF1 besteht der Koppelpunkt KP aus einem NAND-Gatter ND, an dessen nicht invertierten Eingang das jeweilige Steuersignal STl1 . . . sowie an dessen invertierten Eingang jeweils das von der Sendeleitung SL1 . . . über einen entsprechenden Leitungstreiber geliefer­ te Sendesignal TI1 . . . anliegt. Auf diese Weise ergibt sich am Ausgang jedes durch das jeweils zugeordnete Steuersig­ nal aktivierte NAND-Gatter ND der Signalzustand (0 oder 1), den das jeweilige Sendesignal TI1 . . . aufweist.

Die Ausgänge der jeweils zu einer Matrixspalte zusammenge­ faßten NAND-Gatter ND, von denen die auf den entsprechen­ den Sendeleitungen SL1 . . . SLm bereitgestellten Sendesignale TI1 . . . TIm durchschaltbar sind, sind mit den Eingängen eines nachgeschalteten NOR-Gatters NR verbunden. Eine der Anzahl der in einer Matrixzeile vorkommenden m Koppelpunk­ te entsprechende Anzahl von NOR-Gattern NR, die jeweils an ihren invertierten Eingängen spaltenweise die auf unter­ schiedlichen Sendeleitungen ausgesandten Sendesignale je­ weils miteinander verknüpfen, liefern Ausgangssignale TO1 . . . TOm, die über Leitungstreiber direkt an die adressier­ ten Empfangsleitungen EL1 . . . ELm übergeben werden.

Als Reaktion auf die von dem ersten Teilkoppelfeld TKF1 durchgeschalteten Sendesignale einer oder mehrerer Nach­ richten kann jeweils auf den adressierten Empfangsleitun­ gen ein Rücksignal bereitgestellt werden, dessen Signalzu­ stand entweder mit dem Signalzustand des ausgesandten Sen­ designals übereinstimmt oder davon differiert. Eine äußere Kollision liegt dann vor, wenn Sende- und Rücksignal nicht identisch sind.

Würde man das zweite Teilkoppelfeld TKF2 zur Zurückver­ mittlung möglicher Kollisionen identisch zum ersten Teil­ koppelfeld TKF1 aufbauen, so käme es ebenso zu einer di­ rekten Durchschaltung der auf den Empfangsleitungen be­ reitgestellten Rücksignale. Für den Fall, daß bei einem an die Empfangsleitungen EL1 und ELm durchgeschalteten Sendesignal TI1 = 0 auf der Sendeleitung SL1 die Rücksig­ nale CI1 = 0 und CIm = 1 vorliegen, könnte die von der Empfangsleitung ELm gemeldete Kollision nicht erkannt wer­ den.

Daher sind die im zweiten Teilkoppelfeld TKF2 angeordne­ ten, den Koppelpunkten KP des ersten Teilkoppelfeldes TKF1 entsprechenden Koppelpunkte KP aus jeweils einem UND-Gat­ ter U mit vorgeschaltetem EXOR-Gatter EX aufgebaut. In der ersten Matrixzeile der Koppelmatrix werden dem jeweiligen EXOR-Gatter EX das von der Sendeleitung SL1 bereitgestell­ te Sendesignal TI1 und eines der von den Empfangsleitungen EL1 . . . ELm gelieferten Rücksignale CI1 . . . CIm als Eingangs­ signale zugeführt. Durch die jeweilige EXOR-Verknüpfung für den Vergleich des Sendesignals mit dem Rücksignal er­ gibt sich bei Ungleichheit der beiden Eingangssignale je­ weils ein individuelles Kollisionssignal Kl1 . . . Klm. In gleicher Weise entstehen in der letzten Matrixzeile indi­ viduelle Kollisionssignale Km1 . . . Kmm in Abhängigkeit der jeweiligen Rücksignale CI1 . . . CIm sowie des auf der Sende­ leitung SLm bereitgestellten Sendesignals TIm.

Die Durchschaltung der auf gleiche Art und Weise ermittel­ ten individuellen Kollisionssignale Kl1 . . . Kmm erfolgt durch die in den einzelnen Matrixzeilen parallel geschal­ teten UND-Gatter U, die als zweiten Eingang jeweils die aus den Steuerregistern RB1 . . . RBm ausgelesenen Steuersig­ nale STI1 . . . aufweisen. Die Ausgänge der in einer Matrix­ heile angeordneten UND-Gatter U führen auf die Eingänge eines nachgeschalteten ODER-Gatters OR. Die jeweilige ODER-Verknüpfung bewirkt eine für jede Sendeleitung ge­ trennt durchgeführte Rückkopplung eines Stopsignals K1 . . . Km an die jeweilige, mit der entsprechenden Sendeleitung verbundenen Logik, um die begonnene Nachricht sofort ab­ brechen zu können.

Die Bidirektionalität des digitalen Koppelnetzwerkes er­ möglicht beim Durchschalten eines oder mehrerer Koppel­ punkte der beiden Teilkoppelfelder einen Informationsfluß sowohl in der Hin-Richtung als auch in der Rück-Richtung in Analogie zu einem analogen Koppelnetzwerk. Dabei kann zwischen den eine Vielzahl von seriellen Sendesignalen enthaltenden Nachrichten in der Hin-Richtung und einzelnen Kollisionsmeldungen in der Rück-Richtung unterschieden werden. Das Ein- und Ausschalten der einander entsprechen­ den Koppelpunkte in den beiden Teilkoppelfeldern erfolgt synchron zueinander.

Claims (4)

1. Digitales Koppelnetzwerk mit einem aus einer Vielzahl von individuell ansteuerbaren Koppelpunkten (KP) bestehen­ den Koppelfeld (KF), wobei Sendeleitungen (SL1 . . . SLm) mit Eingängen und Empfangsleitungen (EL1 . . . ELm) mit Ausgängen des Koppelfeldes (KF) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das Koppelfeld (KF) in zwei Teilkoppelfelder (TKF1 und TKF2) unterteilt ist, von denen
• - das erste Teilkoppelfeld (TKF1) für die Hin-Richtung einer Kommunikationsbeziehung vorgesehen ist, in der an den Eingängen des Koppelfeldes (KF) bereitgestellte Sendesignale (TI1 . . . TIm) an die mit Empfangsleitungen (EL1 . . . ELm) verbundenen Ausgänge des Koppelfeldes gleich­ zeitig durchschaltbar sind, sowie
• - das zweite Teilkoppelfeld (TKF2) für die Rück-Richtung derselben Kommunikationsbeziehung vorgesehen ist, in der an den Ausgängen des Koppelfeldes (KF) bereitgestellte Rücksignale (CI1 . . . CIm) mit den auf den entsprechenden Sendeleitungen (SL1 . . . SLm) bereitgestellten Sendesigna­ len (TI1 . . . TIm) zu individuellen Kollisionssignalen (Kl1 . . . Kmm) verknüpft werden, die getrennt voneinan­ der an die Eingänge des Koppelfeldes (KF) durchschaltbar sind.

2. Digitales Koppelnetzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelpunkte (KP) des ersten Teilkoppelfeldes (TKF1) aus NAND-Gattern (ND) aufgebaut sind, auf deren invertierten Eingang jeweils ein bereitgestelltes Sendesignal (TI1 . . .) sowie auf deren nicht invertierten Eingang jeweils ein Steuersignal (STI1 . . . ) zur Ansteuerung des jeweiligen Kop­ pelpunktes geführt sind und daß zur Umschaltung der Eingänge des Koppelfeldes (KF) mit den Sendesignalen (TI1 . . . ) auf jeweils einen Ausgang des Koppelfeldes (KF) die Ausgänge der parallel geschalteten NAND-Gatter (ND) mit invertierten Eingängen eines jeweils zugehörigen NOR-Gatters (NR) verbunden sind.

3. Digitales Koppelnetzwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelpunkte (KP) des zweiten Teilkoppelfeldes (TKF2) aus UND-Gattern (U) mit vorgeschalteten EXOR-Gattern (EX) auf­ gebaut sind, von denen jeweils durch Vergleich der Rücksi­ gnale (CI1 . . . ) mit den Sendesignalen (TI1 . . . ) individuelle Kollisionssignale (Kl1 . . . ) erzeugbar sind, die jeweils zu­ sammen mit einem Steuersignal (STI1 . . . ) zur Ansteuerung des jeweiligen Koppelpunktes auf die Eingänge des zugehö­ rigen UND-Gatters (U) geführt sind, und daß zur Umschaltung der Ausgänge des Koppelfeldes (KF) mit den Rücksignalen (CI1 . . . ) auf jeweils einen Eingang des Koppelfeldes (KF) die Ausgänge der parallel geschalteten UND-Gatter (U) mit Eingängen eines jeweils zugehörigen ODER-Gatters (OR) verbunden sind.

4. Digitales Koppelnetzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in den beiden Teilkoppelfeldern (TKF1 und TKF2) einander entsprechenden Koppelpunkte (KP) jeweils durch dieselben Steuersignale (z. B. STI1) gleichzeitig ansteuerbar sind.