DE10037151C2 - Netzknoten in einem Ringbus und Verfahren zu dessen Betrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Netzknoten in einem Ringbus und ein Verfahren zum Betrieb des Netzknotens nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 8.

Bussysteme für datenverarbeitende Systeme sind weithin bekannt. Hierbei hat sich insbesondere die Vernetzung in Form eines Ringes für vorteilhaft erwiesen. In der Automobilindustrie hat sich der sogenannte MOST-Bus durchgesetzt. Beim MOST-Bus handelt es sich um einen optischen Bus mit Ringstruktur.

Aus WO 98/39861 A1 ist ein System zur bidirektionalen optischen Übertragung von Informationen mit diffusem Licht bekannt. Die Übertragung der Daten erfolgt zwischen mehreren elektronischen Komponenten mit verschiedenen Übertragungsstrecken. Für die Übertragungsstrecken ist eine Ummantelung vorgesehen, damit keine Beeinflussung der Datenübertragung untereinander erfolgt.

Aus EP-A-0 320 688 ist eine Reflexionsende- und Empfangseinrichtung für ein bidirektionales Lichtwellenleiterkommunikationssystem bekannt. Dieses weist vorzugsweise einen Laser auf, welcher als Lichtquelle nur an einem Ende des Lichtwellenleiters angeordnet ist. Hinter einem dem Lichtwellenleiter abgewandten teildurchlässigen Spiegel eines elektrisch steuerbaren, integrierten optischen Fabry-Perot-Resonator ist ein optoelektronischer Wandler vorgesehen.

Aus DE-A-198 04 841 ist eine Anordnung zur Erzeugung eines physikalischen Steuersignals zur Sendersteuerung und/oder Empfängersteuerung in einem bidirektionalen Datenstrom einer Busleitung bekannt. Hierbei ist ein passiver Arbeitswiderstand vorhanden. Parallel zum passiven Arbeitswiderstand ist ein elektronischer Schalter angeordnet, welchem ein elektronisches Zeitglied beaufschlagt ist.

Aus DE 198 32 039 A1 ist ein Knoten eines Punkt-zu-Mehrpunkt-Netzwerkes, das eine Zentrale beinhaltet, bekannt. Signale werden von der Zentrale an zwei Anfangs­ knoten übertragen, wobei die zwei Anfangsknoten über eine Serienschaltung aus mehreren Knoten miteinander verbunden sind.

Ein Knoten weist einen Detektor auf, der den Signalpfad aus einer bevorzugten Richtung detektiert. Dies hat zur Folge, daß lediglich nur die bevorzugte Richtung überwacht wird. Kommt aus der bevorzugten Richtung kein Signal, so wird der red­ undante Signalkanal auf den Hauptkanal geschaltet.

Aus WO 95/24087 A1 ist ein Kommunikationsnetz mit mehreren Stationen offenbart. Hierbei ist es notwendig, daß von einer Hauptzentrale aus eine Steuerung zur Inbe­ triebnahme bzw. zum Abschalten der Stationen vorgenommen wird. Die Knoten ar­ beiten insoweit nicht autark.

Aus DE 42 42 438 A1 ist ein Verfahren zur Ausnutzung der Redundanz bei Datenrin­ gen in Doppelringtopoligie bekannt. Auch bei diesem Verfahren wird über eine Hauptstation ein zentralisiertes Zugriffsverfahren verwendet. Die Knoten arbeiten nicht autark, sondern werden von einer Head-Unit gesteuert. Außerdem ist ein Quit­ tungstelegrammverfahren implementiert, um die einzelnen Unterzentralen zu steu­ ern.

Aus EP 0 170 336 A2 ist eine Anordnung zur Informationsübertragung mit Rekonfigu­ ration bekannt. Es werden Quittungsprotokolle versendet, um die einzelnen Unter­ stationen miteinander zu verbinden.

Bei einer an sich bekannten Ringstruktur, wie sie in Fig. 1 exemplarisch dargestellt ist, sind verschiedene Netzknoten K1, K0, K2 vorhanden. Diese Netzknoten K1, K0, K2 sind als Ringstruktur miteinander verbunden. Dies hat zur Folge, daß der Knoten K0 über die Leitungen des Busses B mit dem Knoten K1 verbunden ist. Der Knoten K1 ist wiederum über den Bus B mit dem Knoten K0 verbunden, welcher wiederum mit dem Knoten K2 verbunden ist. Bei einer Ringstruktur ist es Voraussetzungen, daß die Daten in einem Ring, d. h. fortlaufend in eine Richtung geleitet werden. Daher weist ein Ringknoten jeweils zwei Eingänge und zwei Ausgänge auf, so hat der Knoten K0 hat die Eingänge K0E1 und K0E2 und die Ausgänge K0A1 und K0A2, der Knoten K1 hat die Eingänge K1E1 und K1E2 und die Ausgänge K1A1 und K1A2 und der Knoten K2 die Eingänge K2E1 und K2E2 und die Ausgänge K2A1 und K2A2. Der Eingang K0E1 des Knotens K0 ist mit dem Ausgang K2A1 Knotens K2 verbunden. Der Ausgang K0A1 des Knotens K0 ist mit dem Eingang K1E1 des Knotens K1 verbunden, usw.

Der Knoten K2 und der Knoten K1 sind sogenannte Endknoten. d. h. Ihre Ausgänge K1A1 bzw. K2A2 sind jeweils mit den eigenen Eingängen K1E2 bzw. K2E2 verbunden. Ansonsten wäre der Bus B nicht ein geschlossener Ring.

Wie bereits oben aufgezeigt ist es stets notwendig, daß der Bus B als Ring stets geschlossen ist, andernfalls können über den Bus B keine Daten zwischen den angeschlossenen Knoten transportiert werden.

Problematisch ist nunmehr, wenn der Bus B mit seiner Ringstruktur in einer der Verbindungsleitungen zwischen den Ausgängen K0A1, K0A2, K1A1, K1A2, K2A1, K2A2 und den Eingängen K0E1, K0E2, K1E1, K1E2, K2E1, K2E2 eine Beschädigung aufweist. Tritt z. B. ein Bruch der Verbindungsleitung zwischen den Knoten K0 und K1 auf, so werden über den Bus keine Daten im Ring mehr übertragen. Es ist dann notwendig, das gesamte Bussystem zu analysieren, um den Fehler herauszufinden und beheben zu können.

Eine weitere Schwierigkeit ist es, daß der Bus B nicht einfach erweiterbar ist. Es muß immer ein Abschluß des Busses B in Ringstruktur erfolgen, in der Weise, daß ein Ausgang und ein Eingang zusammengeschaltet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, welche oben genannte Probleme vermeidet und auf überraschend einfache Art eine Lösung des Problems herbeiführt.

Diese Aufgabe wird anhand den Merkmalen der Ansprüche 1 und 4 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Fortbildungen der Erfindung ergeben sich anhand der weiteren Beschreibung sowie der abhängigen Ansprüche und der zugehörigen Figur.

Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet wie folgt:
Die Eingänge der Netzknoten, werden über eine Detektoreinheit überwacht. Im weiteren ist eine Schalteinheit vorgesehen. Detektiert die Detektoreinheit keine eingehenden Signale, insbesondere keine Daten am jeweiligen Eingang, so steuert die Detektoreinheit die Schalteinheit in der Weise an, daß diese den Ausgang auf den Eingang des Knotens schaltet.

Im weiteren wird die Erfindung anhand von Fig. 2, welche ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Knotens darstellt, näher erläutert.

In Fig. 2 ist der Netzknoten K0 in seinem erweiterten Aufbau dargestellt. Der Netzknoten K0 besteht aus einem Netzmikrocomputer µC sowie einer ersten Detektoreinheit D1 und einer ersten Schalteinheit S1 sowie einer zweiten Detektoreinheit D2 und einer zweiten Schalteinheit S2. Der Netzknoten K0 weist die Eingänge K0E1 und K0E2, sowie die Ausgänge K0A1 und K0A2 auf. Bei normaler Arbeitsweise werden die Daten über den ersten Eingang K0E1 des Netzknotens K0 empfangen und an den Netzmikrocomputer µC geleitet. Dieser Netzmikrocomputer µC entnimmt aus dem Datenstrom die an den Netzknoten K0 adressierten Daten und wertet diese aus. Werden vom Netzknoten K0 Daten auf den Bus B gelegt, so übernimmt diese Aufgabe ebenfalls der Netzmikrocomputer µC und schiebt die Daten in den Datenstrom an freien Timeslots ein.

Alle Daten werden durch den Netzknoten K0 geleitet, empfangen über dessen ersten Eingang K0E1 und versendet über dessen ersten Ausgang K0A1. Diese Daten werden an den ersten Eingang des nächsten Netzknotens geleitet und dort, wie oben beschrieben be- und verarbeitet.

Im weiteren ist ein zweiter Eingang K0E2 und ein zweiter Ausgang K0A2 vorhanden. Diese Ein- und Ausgänge dienen in diesem Beispiel lediglich zur Rückleitung der Daten und dem Schließen des Ringes des Busses B. Die Aufgaben und die Beschaltung der ersten und zweiten Ein- und Ausgänge K0A1, K0A2, K0E1, K0E2 können auch vertauscht sein.

Ist nunmehr der Netzknoten K0 das letzte Glied im Bus B, so muß der Bus B in der Weise geschlossen werden, daß derjenige Ausgang und derjenige Eingang des Netzknotens K0, welche an keinen weiteren Netzknoten angeschlossen sind, aufeinandergeschaltet werden. Im konkreten Beispiel ist nunmehr der erste Ausgang K0A1 und der zweite Eingang K0E2 des Netzknotens K0 anschlußlos. Daher muß nunmehr zwischen dem ersten Ausgang K0A1 und dem zweiten Eingang K0E2 des Netzknotens K0 eine Leitung gelegt werden und beide miteinander verbunden werden. Würde dies nicht erfolgen, so wäre der Ring des Busses B nicht geschlossen und es könnten keine Daten im Ring des Busses B geleitet werden.

In der erfindungsgemäßen Ausführung ist nunmehr ein erster Detektor D1 und ein zweiter Detektor D2 angeordnet. Der zweite Detektor D2 überwacht die Signale, welche über den zweiten Eingang K0E2 an den Netzknoten K0 geführt werden. Liegen keine Datensignale vor, d. h. kommen keine Daten am zweiten Eingang K0E2 des Netzknoten K0 an, so detektiert dies der zweite Detektor D2. In diesem Fall steuert er eine zweite Schalteinheit S2 an, welche eine Verbindung zwischen dem ersten Ausgang K0A1 des Netzknotens K0 und dem zweiten Eingang K0E2 des Netzknotens K0 schaltet. Dies hat zur Folge, daß die Daten, welche der Netzmikrocomputer µC auf den Bus B gibt und die Daten, welche am ersten Eingang K0E1 ankommen über den zweiten Ausgang K0A2 des Netzknotens K0 in Bus B geleitet werden und der Bus B funktionsfähig ist, wenn der Bus B nicht korrekt abgeschlossen ist. Auf diese Weise schließt der zweite Detektor D2 über die Schalteinheit S2 stets eine offene Leitung ab. Wird nunmehr an den Netzknoten K0 an dessen bisheriger nicht abgeschlossener Seite K0A1 und K0E2 ein weiterer Netzknoten angeschlossen, so detektiert der zweite Detektor nunmehr Daten am zweiten Eingang K0E2 des Netzknotens K0 und trennt über die zweite Schalteinheit S2 die Verbindung zwischen dem ersten Ausgang K0A1 und dem zweiten Eingang K0E2 des Netzknotens K0 wieder auf. Der Bus B wird nunmehr über den neu angeschlossenen Netzknoten, in oben beschriebener Weise geschlossen.

Auf diese einfache Art und Weise ist es möglich einen Ringbus erweiterbar zu gestalten.

Ein weiteres Problem, welches bei Ringstrukturen häufig auftritt, wird durch die Erfindung gelöst, wie im weiteren näher beschrieben wird.

Am ersten Eingang K0E1 des Netzknotens K0 ist eine erster Detektor D1 angeordnet. Dieser detektiert ebenfalls, ob Daten am ersten Eingang K0E1 vorhanden sind. Ist dies nicht der Fall, so steuert der erste Detektor D1 eine erste Schalteinheit S1 an und die erste Schalteinheit S1 schließt die eine Verbindung zwischen dem ersten Eingang K0E1 und dem zweiten Ausgang K0A2 des Netzknotens K0. Auf diese Weise wird ebenfalls der Bus B geschlossen.

Bei der Unterbrechung eines der Verbindungskabel zwischen den einzelnen Knoten kann nunmehr eine Funktion zumindest eines Teiles des Busses B aufrecht erhalten werden. Ist beispielsweise zwischen dem Knoten K0 und dem Knoten K2 eine Unterbrechung in der Leitung vorhanden, so können die Daten von K0 nicht mehr an K2 geleitet werden, der Bus B ist unterbrochen. Der Netzknoten K2 schickt Daten an den Knoten K0. Der Knoten K0 empfängt diese jedoch nicht da diese Leitung unterbrochen ist. Die Kommunikation zwischen dem Netzknoten K0 und K1 könnte jedoch weiterhin erfolgen, da diese Verbindung in Takt ist. Da aber die Daten im Bus B im Ring geleitet werden, ist mit der Unterbrechung einer einzigen Leitung der gesamte Bus B und die Kommunikation auf dem Bus B unterbrochen.

Am ersten Eingang K0E1 des Netzknotens K0 kommen keine Daten an. Dies detektiert der erste Detektor D1 und schließt über die erste Schalteinheit S1 den zweiten Ausgang K0A2 und den ersten Eingang K0E1 zusammen, so daß der Bus B wieder geschlossen ist und die Daten auf dem Bus, zumindest zwischen den Netzknoten K0 und K1 laufen können.

Der Knoten K2 empfängt ebenfalls dann keine Daten mehr. Er kann aber eigene Daten an den Knoten K0 senden, diese werden von K0 empfangen, über K1 weitergeleitet, gelangen aber nicht mehr an K2 zurück, da wie beschrieben, die Leitung unterbrochen ist. Da nunmehr der Knoten K2 keine Daten empfängt, wird ein Detektor, wie oben beschrieben den Ausgang und den entsprechenden Eingang über eine Schalteinheit zusammenschalten. Dies hat nunmehr die Folge, daß der Knoten K2, da er der "letzte" Netzknoten im Bus B ist, nur noch mit sich selbst kommuniziert. Dies erkennt nunmehr der Netzmikrocomputer und führt eine entsprechende Signalisierung aus. Hierdurch ist es einem Servicetechniker möglich den Fehler im Bus B einzugrenzen.

Auf diese Weise ist es nunmehr möglich festzustellen, an welcher Stelle, sprich zwischen welchen Knoten, ein Fehler vorhanden sein muß. Die Knoten K0 und K1 können miteinander kommunizieren, Knoten K2 kann keine Daten senden und empfangen. Folglich muß zwischen den Knoten K2 und K0 ein Fehler vorhanden sein.

Bei der Netzstruktur handelt es sich sowohl um elektrische, als auch um optische Verbindungsleitungen. Bei optischen Verbindungen ist es aber notwendig, daß die Daten, welche optisch übertragen werden, von elektrische in optische Signale gewandelt werden. Daher sind sogenannte Optokoppler vorhanden. Knotenintern erfolgt jedoch eine elektrische Signalverarbeitung. Dies hat lediglich zur Folge, daß vor den Detektoren D1 und D2 jeweils eine Umsetzung von optischer Datenübertragung in elektrische Datenübertragung zu erfolgen hat. Im weiteren müssen Sendedioden vorhanden sein, welche die elektrischen Signale in optische Signale wandeln. Die Signalkopplung erfolgt jeweils elektrisch, d. h. vor der optoelektronischen Umsetzung.

Claims (4)

1. Netzknoten (K0), welcher in einem Bus (B) mit Ringstruktur integriert ist, mit einem ersten Eingang (K0E1), einem ersten Ausgang (K0A1), einem zweiten Eingang (K0E2) und einem zweiten Ausgang (K0A2) für den Anschluß an einen Bus (B) mit einem Netzmikrocomputer (µC), wobei am ersten Eingang (K0E1) des Netzknotens (K0) im Signalweg ein erster Detektor (D1) angeordnet ist, eine erste Schalteinheit (S1) zwischen dem ersten Eingang (K0E1) und dem zweiten Ausgang (K0A2) ange­ ordnet ist, welche in Reaktion auf die Steuersignale des ersten Detektors (D1) den zweiten Ausgang (K0A2) des Netzknotens (K0) und den ersten Eingang (K0E1) des Netzknotens (K0) und am zweiten Eingang (K0E2) des Netzknotens (K0) im Signal­ weg ein zweiter Detektor (D2) angeordnet ist, eine zweite Schalteinheit (S2) zwi­ schen dem zweiten Eingang (K0E2) und dem ersten Ausgang (K0A1) angeordnet ist, welche in Reaktion auf die Steuersignale des zweiten Detektors (D2) den ersten Ausgang (K0A2) des Netzknotens (K0) und dem zweiten Eingang (K0E1) des Netz­ knotens (K0) verbindet oder trennt, der erste Detektor (D1) den ersten Eingang (K0E1) des Netzknotens (K0) auf über den Bus (B1) eingehende Signale und der zweite Detektor (D2) den zweiten Eingang (K0E2) des Netzknotens (K0) auf über den Bus (B) eingehende Signale überwacht und der erste Detektor (D1) die erste Schalteinheit (S1) derart ansteuert, daß diese den ersten Eingang (K0E1) und den zweiten Ausgang (K0A2) des Netzknotens (K0) verbindet, wenn der erste Detektor (D1) über eine einstellbare Zeitdauer keine Datensignale am ersten Eingang (K0E1) detektiert und der erste Detektor (D1) die erste Schalteinheit (S1) derart ansteuert, daß diese den ersten Eingang (K0E1) und den zweiten Ausgang (K0A2) des Netz­ knotens (K0) wieder trennt, sobald der erste Detektor (D1) wieder Datensignale im ersten Eingang (K0E1) detektiert und der zweite Detektor (D2) die zweite Schaltein­ heit (S2) derart steuert, daß diese den zweiten Eingang (K0E2) und den ersten Aus­ gang (K0A1) des Netzknotens (K0) verbindet, wenn der zweite Detektor (D2) über eine einstellbare Zeitdauer keine Datensignale am zweiten Eingang (K0E2) detektiert und der zweite Detektor (D2) die zweite Schalteinheit (S2) derart ansteuert, daß die­ se den zweiten Eingang (K0E2) und den ersten Ausgang (K0A1) des Netzknotens (K0) wieder trennt, sobald der zweite Detektor (D2) wieder Datensignale des zweiten Eingangs (K0E2) detektiert.

2. Netzknoten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrocomputer (µC) die zweite Schalteinheit (S2) deaktiviert, wenn die erste Schalteinheit (S1) den ersten Eingang (K0E1) und den zweiten Ausgang (K0A2) des Netzknotens (K0) verbunden hat.

3. Netzknoten nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bus (B) ein optischer oder elektrischer Bus ist.

4. Verfahren zum Betrieb des Netzknotens (K0) nach einem der vor­ angehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Netzknoten (K0) über den ersten und den zweiten Detektor (D1, D2) erkennt, ob über den Bus (B) Daten an der ersten und zweiten Eingang (K0E1, K0E2) anliegen und für den Fall, daß über einen einstellbaren Zeitraum keine Daten an einen der Eingänge (K0E1, K0E2) anliegen, die den Eingängen gegenüberliegenden Ausgänge (K0A2, K0A1) auf die Eingänge (K0E1, K0E2) geschaltet wird.