TWI250745B - Self-routing star-coupler-based communication network - Google Patents

Description

1250745 ⑴ 玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明) 發明範疇 本發明係關於通訊網路，特別係關於即時系統中之通 訊。 發明背景 於本發明之範圍中，所知者容差為一種普遍之要求， 以便能應付在此種系統中之通訊誤差。 所知者在當主通訊通道失效時需提供備援之通訊通 道。然而由於技術/經濟之限制條件（使用備援之電纜及 額外之節點界面所增加之花費），通道之數目係限制於例 | _ 如已經確立之”時間觸發協定"（TTP)及最近提出之 nFlexRay"容錯即時汽車用通訊系統之已知系統中之二條 通道。 亦屬已知者為使用智慧型網路路由器，此種路由器 在網路鏈接故障時，以智慧方式重新選擇資料傳輸路 徑。然而，使用網路星型耦合器（例如於廣域/局部網路 WAN/LAN系統中）配備微處理器將會大幅增力口系統之總 成本。再者，此種路由器會引入時間之延遲及會造成 對於安全要求嚴格之分佈式應用系面統方面之問題。 因此，簡言之，先前技藝之解決方法具有高成本及（或） 通訊路徑中之額外時間延遲之缺點。 因此逐需要有以星型耦合器為基礎之具有高效能之 自我路由網路結構>，上述之缺點於此結構可得以改善。 發明之陳述 1250745 發明說明績頁 (2) 根據本發明之第一特點係提供如申請專利範圍第1項 之一自我路由網路。 根據本發明之第二特點係提供如申請專利範圍第9項 之一星型耦合器。 圖式之簡要說明 現僅舉一實例及參考附圖說明根據包含本發明之星 型耦合器之一自我路由及為高效能之網路結構，於其 中： 圖1顯示網路之一方塊示意圖，以其例示星型耦合器 與網路之節點間之鏈接； 圖2為一方塊示意圖，以其例示若干星型耦合器與網 路之節點間之鏈接； 圖3顯示可用於圖1及圖2之網路中之一星型耦合器之 *方塊不意圖，及 圖4顯示例示於圖2中框訊傳送之定時圖。 較佳具體之說明 現參看圖1，一自我路由，且為高效能之即時網路通 訊系統100包括一組空間分佈之節點（N 1 -N 1 5 )，此等節 點由基於星型之網路通道而相互連接，（此網路包括星 型耦合器S1-S4)，耦合器之相互連接由單虛線表示）， 網路通道提供任何二節點間之一單一路徑。節點之間 藉叉換訊框而通訊，每一訊框包括一訊框-起始-序列 (FSS)。如上述，系統例如可為一”FlexRay”通訊系統，因 此無需再作進一步詳細說明。 1250745 厂——一 (3) 参 發明說明續頁 與已知之"FlexRay”通訊系統有所區別者為，系統100分 別於星型耦合器S3與S4，星型耦合器S1與S4，及星型 耦合器S 1與S 3之間加添額外之鏈路L 1，L 2及L 3 (以雙虛 線表示）。於星型耦合器之間之此等添加之連接，因提 供代替性路徑而可防止在當連接失效時網路之分割。 於圖1所示之組態中，系統100可承受二條此種連接之失 效而不會損失節點間之通訊。為例示起見，於圖1中在 星型耦合器S2及S3之間標示一中斷部分110。 有如於後文中可進一步詳細討論者，星型耦合器藉精 確選擇一輸入（最先選擇出之輸入訊框）及重新為其選擇通 往其餘輸出之路徑而解決訊框碰撞問題。每一星型耦合 器均藉連續掃描其輸入線以搜尋一訊框-起始-序列以實現 此功能，其掃描方式與已知之”FlexRay1’系統中相同。於 一設定之網路中，星型耦合器間最短（亦即最快）之連接 可自動被發現。 現再參看圖2，圖中顯示圖1之系統之一部分，此系 統係由節點N 1，N 2及N 7，星型耦合器S 1，S 2及S 3，及 彼等之間之鏈路（包括中斷部分1 1 0)組成。圖2例示三種 情況： 情況1 一單獨輸入訊框到達（來自節點N 1處）星型耦合 器S 2之一輸入處（例如輸入2 )，致使此輸入被選擇及致 使耦合器於其所有其他輸出處輸出此訊框。 情況2三輸入訊框到達星型耦合器S 1 (例如到達輸入 2，3及4處）。在此；情況下，此等輸入中來自星型耦合器 1250745 _ 發明說明續頁 S 2之輸入（例如輸入4)被選擇，因為其為最先抵達者。 情況3 -於星型耦合器S 3處，自星型耦合器S 1經由附 加鏈路L 3而到達之輸入被選擇，因其為星型耦合器最 先被檢測到之輸入。

診斷（即故障檢測）為提供即時可用性之重要課題。於 圖1及圖2之系統中，故障檢測係以如下方式完成。星 型耦合器（S 1，S 2，S 3或S 4)藉自其訊框-起始-序列中去 掉或消耗掉位元以將訊框縮短以供輸出（此係與一經選 擇之輸入訊框相比較）。藉分析所接收之一訊框，接收 器節點即可檢測由所接收之訊框所採取之路徑。將訊 框-起始-序列縮短可藉（a)内部時基/時鐘（用以將訊框-起始-序列之預定之數量之發生定時），或（b )位元檢測 (用以檢測訊框-起始-序列之預定數量）而實現。

圖3顯示一星型耦合器（例如為星型耦合器S 1，S 2，S 3 或S4)300，此耦合器具有輸入（圖中顯示其中4個），輸 出（圖中顯示其中4個），一輸入檢測器3 10， 一 FSS縮短 器3 20，及一輸出啟用器330。輸入檢測器310(其詳細結構 對於熟諳本行技藝人士為顯然已知，故無需作進一步說明） 檢測輸入中何者為正在接收或何者將為首先接收一訊框-起始-序列之輸入，及選擇此輸入。經選擇之輸入加至FSS 縮短器320(如上述，此為一内部時基/時鐘或一位元檢 測器，其詳細結構對於熟諳本行技藝人士為顯然易見， 故無需作進一步說明），此縮短器自訊框-起始-序列去 掉2位元（將於後文中說明）。縮短之FSS及隨後之訊框資 -10 - 1250745 料加至輸出啟用器3 3 0，此啟用器將經縮短之FSS訊框加 至所有輸出，惟業經由輸入檢測器3 10所選擇者則除外。 上述之故障檢測程序之一實例經示於圖2中（亦示於圖 4中，此實例將於後文中將會作更詳細說明），其中每 一星型耦合器自通過此星型耦合器之一訊框之訊框-起 始-序列中去掉2位元。 於例示之實例中，節點N 1發送具有一 8位元訊框-起 始-序列210之一訊框。自8位元FSS訊框210，星型耦合器 S2輸出一 6位元FSS訊框220，自6位元FSS訊框220，星型 耦合器輸出一 4位元FSS訊框230。由於星型耦合器S2與S3 間之路徑被中斷，節點N7接收剩餘之一 2位元訊框-起始-序列之一訊框240(此源自節點1之訊框240業已通過星型 耦合器S 2，S 1及S 3 )，由於此訊框在過去必須通過三星 型搞合器。相較之下，在無故障情況下，如果星型鶴 合器S 2及S 3之間無中斷，則於節點7處所接收之訊框 240(此源自節點N 1之訊框2 4 0在過去應業已通過星型耦 合器S 2及S 3 )將會有一 4位元之訊框-起始-序列。因此， 藉決定經接收之源自節點N 1之訊框中之FSS位元之數 目，節點N 7可決定此訊框是否經由路徑N 1 - S 2 - S 3 -N 7通 過（4位元FSS)或此訊框是否經由路徑N1-S2-S1-S3-N7通過 (2 位元 FSS)。 現再參看圖4，星型耦合器S 2，S 1及S 3之行為分別就上 述三種情況1，2及3而予以例示。 因此，可看到情況1 (於星型耦合器S 2處）"訊框1 ”到達（源 1250745 (6) 發明說明續頁 自節點N 1 )星型_合器之輸入2。於一最大信號檢測時 間T_in之後，輸入”訊框1 ”被選擇，此時無另外輸入信 號被接收。在後繼最大時間T_out以將輸出加電之後， M訊框1 ”（現已有2位元自其FSS中去掉）於星型耦合器之 一其他輸出處（輸出1，3及4處）輸出。 於情況2中（於星型耦合器S 1處，”訊框2 ”源自星型節點 N 1經由星型耦合器S 2 )到達星型耦合器之輸入4，"訊框 3 π到達星型耦合器之輸入3，"訊框4 ”到達星型耦合器之 輸入2。於一最大信號檢測時間T_ i η之後，輸入π訊框2” 被選擇，因為其係首先到達，及然後不會再接受另外 之輸入信號。當有一後繼之最大時間T_out以將輸出1力口 電之後，π訊框2 ”（現已有另外2位元自其FSS中去掉）於 星型鶴合器之每一其他輸出處（輸出1，2及3處）輸出。 於情況3中（於星型耦合器S 3處）"訊框5 "(源自星型耦 合器節點Ν 1經由星型耦合器S 2及星型耦合器S 1 )到達星 型耦合器輸入1，及π訊框6 π到達星型耦合器輸入4。於 最大信號檢測時間T_in之後，輸入”訊框5”被選擇，因 其係為最先被檢測者，及然後不會再接受另外之輸入 信號。當有一後繼之最大時間T_out以將輸出加電之後5 π訊框5 "(例已有另外2位元自其FSS中去掉）於星型耦合 器之每一其他輸出處（輸出2，3及4處）輸出。 將可瞭解者根據上述星型耦合器之自我路由之高效 能網路結構可提供下述優點： •藉提供額外之代替性通訊路徑（L 1，L 2，L 3 )而改 1250745 _ (Ί\ 發明說明續頁 善網路之可用性， •藉檢測是否標題（header)長度（FSS)較之最短通訊路 徑為短時，而啟動誤差檢測， •根據傳播延遲之物理原理自動啟動選擇性路徑（由 於，如果無需例如L 1，L 2，L 3之選擇性路徑，則經由 此等備用路徑傳送之訊框將不會進一步進行，因為較 長之傳播延遲將會阻碍另外之星型耦合器選擇訊框）， •除去選擇第一訊息及切斷訊框之FSS位元之界定數 目以外，無需星型耦合器中其他之智慧功能。 亦將會瞭解者，為對於熟諳本技藝人士而言，顯然 可就上述網路從事改變而不會偏離本發1明。 例如，雖然於上文中係就將訊框-起始-序列縮短2位 元而說明星型耦合器，但是網路可使用以任何所需方 式改變訊框-起始-序列之星型耦合器而實施，以便藉分 析訊框-起始-序列而診斷相互連接之故障。舉例而言， 訊框-起始-序列可為一特別頻率（例如，5 0兆赫之正弦 波）或符號以啟動輸入及星型耦合器可將此頻率於其輸 出處改變成40兆赫或可發送一不同符號。次一星型耦 合器可將此FSS自40改變至30兆赫及其他頻率，或者再 度改變符號。 同樣，例如，雖然此網路係就一種"FlexRay”通訊系統 之環境予以說明，但是此網路可以任何使用例如 TDMA(分時多工接達）之一種確定性媒體接達模式之任 1250745 (8) 發明說明續頁 圖式代表符號說明 100網路通訊系統 1 i 0中斷部分 210 8位元FSS訊框 220 6位元FSS訊框 2 3 0 4位元F S S訊框 240 2位元FSSiil才匡 300星型耦合器 3 1 0輸入檢測器 320 FSS縮短器 330輸出啟動器

Claims (1)

125094¾1 33611號專利申請案 释.充侧 L.——一：~~ 中文申請專利範圍替換本(94年11月） 拾、申請專利範圍 1. 一種自我路由通訊網路（100)，包括： 複數個節點（N1-N15); 複數個星型耦合器（S1-S4，300)，每一該等耦合器具 有複數個輸入及複數個輸出；及 煩誚委員明示，本安产修正後是否變吏1、 耦合於該複數個星型耦合器與該複數個節點之間之 通訊路徑，以供於彼等之間傳送資訊訊框，其中 該通訊路徑包括至少一替代性通訊路徑，及 該等星型耦合器（S1-S4，3 00)各自包括用於檢測其輸 入中何者首先接收一資訊訊框及用於僅使此首先接收之 該資訊訊框通過之裝置（3 1 0);其中該自我路由通訊網 路之特徵在於該等資訊訊框各自具有一訊框-起始-序 列（2 1 0 )，及該星型耦合器另外包括在輸出該訊框之前 減少該訊框-起始·序列（2 1 0)之大小之一預定數量之 裝置（320)。 2 ·如申請專利範圍第1項之自我路由通訊網路，其中該 預定數量包括2位元。 3 .如申請專利範圍第1或第2項之自我路由通訊網路，其 中用於使該訊框-起始-序列（2 1 0)之大小減少之裝置包 括用於對於該訊框-起始·序列（2 1 0)之該預定數量之發 生予以定時之時鐘裝置。 1250745 梦，"4 4 .如申請專利範圍第1或第2項之自我路由通訊網路，其 中用於使該訊框·起始-序列（2 1 0)之大小減少之該裝 置包括用於檢測該訊框-起始-序列（2 1 0)之該預定數 量之發生之位元檢測裝置。 5 .如申請專利範圍第1項或第2項之自我路由通訊網路 ，其中該網路係根據確定性媒體接達模式。 6. 如申請專利範圍第1項或第2項之自我路由通訊網路 ，其中該網路係經配置供即時通訊之用。 7. —種用於自我路由通訊網路（100)中之星型耦合器 (S 1 - S 4，3 0 0 )，該網路具有經由通訊路徑耦合之複數 個節點及複數個用於該等節點之間通訊資訊訊框之 複數個星型耦合器（S 1 - S 4，3 0 0 )， 該星型耦合器具有複數個輸入及複數個輸出， 其中 該星型耦合器包括用於檢測其輸入中何者首先接 收一資訊訊框及用於僅使首先接收之該資訊訊框通 過之裝置（310)，及該等資訊訊框各自有一訊框-起始-序列（2 1 0 )，及該星型耦合器之特徵在於用於在輸出該 資訊訊框之前減少該訊框-起始-序列（2 1 0)之大小之 預定數量之裝置（3 2 0 )。 8.如申請專利範圍第7項之星型耦合器，其中該預定數量 包括2位元。 9.如申請專利範圍第7或第8項之星型耦合器，其中用於減 少該訊框-起始-序列（2 1 0)之大小之裝置包括用於將 :申請專利範圍續I 1250145^Ί f濟r(月4曰修(.:¾正* :丨孔丨 I,,, ..,______________ ««一….w:=座一 訊框-起始-序列之該預定數量之發生予以定時之時 鐘裝置。 . 10. 如申請專利範圍第7或第8項之星型耦合器，其中用於減 少該訊框-起始-序列（2 1 0)之大小之裝置包括用於檢 測該訊框-起始-序列之該預定數量之發生之位元檢 測裝置。 11. 如申請專利範圍第7或第8項之星型耦合器，其中該網路 係根據一確定性媒體接達模式。 12.如申請專利範圍第7或第8項之星型耦合器，其中該網