ES2337367T3 - Procedimiento para el funcionamiento de una red con tocologia en anillo. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para el funcionamiento de una red con topología en anillo, en donde la red presenta una estructura de anillo doble en sentido opuesto (150-153, 160-163) y cada participante (110, 120, 130, 140) de la red presenta una interfaz de entrada (112, 114, 122, 124, 132, 134, 142, 144) y una interfaz de salida (111, 113, 121, 123, 131, 133, 141, 143) para cada anillo (150-153, 160-163), en donde la conexión física (150-153, 160-163) entre dos participantes (110, 120, 130, 140) corresponde a un estándar de Ethernet con línea eléctrica de datos, caracterizado porque una conexión errónea (150 a 153, 160 a 163) entre dos participantes (110, 120, 130, 140) de la red es reconocida mediante la monitorización de una señal portadora, en donde para la monitorización de la señal portadora se utiliza la señal de indicación de falso portador, con lo que en el caso de fallo de un tramo de conexión, el mantenimiento del funcionamiento de la red es puesto a disposición a través de una desviación de datos realizada en correspondencia.
Description
Procedimiento para el funcionamiento de una red
con topología en anillo.
La presente invención hace referencia a un
procedimiento para el funcionamiento de una red con topología en
anillo, a un dispositivo para ejecutar este procedimiento, así como
a una red correspondiente.
La importancia de las redes, o de los servicios
de red, ha aumentado de forma constante en los últimos tiempos.
Además del uso generalmente conocido, como plataforma de
comunicación, por ejemplo Internet, también ha crecido en
importancia el uso en el ámbito industrial, por ejemplo en sistemas
de control y automatización configurados en red.
Especialmente en el campo de aplicación
industrial es importante una conexión de red sin fallos y siempre
disponible de cada uno de los participantes entre sí, para evitar
problemas o incluso pérdidas de producción.
La conexión ininterrumpida de los participantes
en el tiempo nunca puede ser garantizada, ya que siempre se pueden
generar problemas dentro de la conexión, por ejemplo roturas de
cable o similares.
Por ello, dentro de la técnica de redes existen
diferentes procedimientos para reconocer problemas de conexión y
finalmente solucionarlos.
El FDDI es un estándar de red que a menudo es
utilizado para las, así llamadas, redes troncales (backbones). En
general, para la transmisión se utilizan conductores de fibra
óptica, es decir fibras de vidrio, que ofrecen la mejor protección
posible contra fallas electromagnéticas. Para tramos de transmisión
cortos, también se utilizan conductores de cobre más económicos que
ofrecen la misma tasa de transmisión.
El FDDI es un estándar de red del Instituto
Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI, por sus siglas en
inglés: American National Standards Institute) cuya topología de red
se encuentra conformada en forma de anillo. La mayoría de los
parámetros son determinados en el ANSI X3T9.5, las partes han sido
asumidas por la Organización Internacional para la Estandarización
(ISO, International Organization for Standardization). La versión
actual del estándar se encuentra establecida en el ANSI X3T12.
El estándar FDDI permite múltiples formas de
ejecución de la topología de red, con lo que a continuación se
describe, a modo de ejemplo, la estructura de anillo doble.
Una red FDDI con estructura de anillo doble
presenta una anillo primario (p) y un anillo secundario (s). Cada
participante posee una interfaz de entrada (E) o una entrada pE, sE
y una interfaz de salida (A) o una salida pA, sA para cada anillo.
Los anillos primario y secundario presentan direcciones de
transmisión opuestas.
En el caso de la transmisión de datos normal,
cada participante envía los datos que ha recibido en una entrada a
la salida correspondiente. Esto sucede independientemente de si los
datos están determinados para ese participante y por ello realiza
adicionalmente un procesamiento de datos. Si el emisor original
recibe los datos nuevamente, la transmisión de datos ha finalizado
correctamente y el emisor original toma los datos del anillo.
En el funcionamiento normal, sin fallos, el
anillo secundario no se utiliza. Sin embargo, la ausencia de
anomalías en ese anillo es verificada continuamente mediante el
envío de datos vacíos.
Una interrupción del anillo doble, por ejemplo
debido al defecto de un cable, provoca que un participante no
vuelva a recibir los datos que envió a través del anillo
primario.
En el caso de que aparezca una anomalía, de que
se reconozca una interrupción de anillo o de que se sobrepase un
límite temporal se inicia, en principio, un, así llamado, proceso de
reclamo (claim). Si éste no es exitoso se inicia un, así llamado,
proceso de baliza (beacon).
Las estaciones que en el transcurso del proceso
de baliza no reciben tramas de datos (frames) correspondientes,
identifican a la estación previa o al cable de fibra de vidrio como
defectuoso e introducen una reconfiguración del anillo.
Para ello, la estación que se encuentra delante
de la rotura del cable en la dirección del anillo ya no continúa
transmitiendo los datos recibidos a través del puerto pE a través
del puerto pA, sino que a través del puerto sA los desvía al anillo
secundario. Ya que este anillo posee la dirección circunferencial
opuesta, el punto de rotura es evadido.
En la memoria WO 02/065219 A2 se revela un
procedimiento para la detección de una interrupción de la conducción
de la línea, en el que un sistema maestro (master) evalúa los
mensajes enviados por él mismo y que llegan nuevamente al maestro a
través del anillo doble. La falta de los mensajes propios es
valorada como interrupción de la conducción.
En redes SERCOS-III es usual la
conformación de una estructura de anillo doble utilizando conexiones
de Ethernet. Sin embargo, las conexiones de Ethernet convencionales
no se encuentran diseñadas para el funcionamiento en tiempo real, y
no son capaces de reconocer fallos y de solucionar los mismos en
tiempo real.
Para el reconocimiento y la subsiguiente
solución de una anomalía, los procedimientos descritos necesitan
mucho tiempo, lo que impide una utilización en sistemas que
requieren de una conexión casi ininterrumpida, como por ejemplo
sistemas de fabricación industriales.
La memoria US 6,285,475 B1 describe un
procedimiento y un sistema para el reconocimiento de anomalías en
líneas ópticas de datos, con lo que una parte o una proporción de
la señal de datos es analizada en el receptor, con lo que a partir
de la validez de la señal se deduce la integridad de la línea de
transmisión de datos. La transmisión de datos se realiza a través
de fibras ópticas, con lo que se utilizan señales de datos
sincrónicos conforme a un estándar STS-48.
También es conocido el reconocimiento rápido de
una rotura de línea en conductores de fibra óptica de estructura de
anillo doble a través de flancos de señales de entrada faltantes y
una reconfiguración subsiguiente de ambos anillos
("Fehlertolerantes Kommunikationssystem für hochdynamische
Antriebsregelungen", S. Schulze, Disertación, Darmstadt, 1995).
Las fibras de vidrio son muy sensibles a la manipulación y
requieren de una técnica de conexión costosa. Además, la utilización
de la técnica de conductores de fibra óptica requiere de mayores
costes de puesta a disposición y de mantenimiento para el medio de
transmisión mismo, pero también para enchufes, tarjetas de
red,
etc.
etc.
Con estos antecedentes, esta invención presenta
un procedimiento para el funcionamiento de una red con topología en
anillo, además de un dispositivo que utiliza este procedimiento, así
como finalmente una red correspondiente de acuerdo a las
reivindicaciones independientes. Diseños ventajosos resultan de las
reivindicaciones secundarias correspondientes y de la siguiente
descripción.
En el procedimiento conforme a la invención para
el funcionamiento de una red con topología en anillo, una conexión
defectuosa entre dos participantes de la red es reconocida a través
de la monitorización de la señal portadora, también llamada
portador (carrier). En el marco de la técnica de comunicación
alámbrica, se denomina como señal portadora, portador o carrier
especialmente a una frecuencia portadora que existe en la línea de
conexión como tensión alterna. De acuerdo al estándar de transmisión
el carrier cumple otros requisitos. Especialmente recibe datos
modulados, por ejemplo datos útiles o datos IDLE que son
transmitidos al portador en pausas de transmisión.
Conforme a la invención, en el procedimiento
conforme a la invención la conexión física entre dos participantes
corresponde a un estándar de Ethernet con línea eléctrica de datos.
El estándar de Ethernet principalmente permite, además de la línea
de datos eléctrica, también la línea de datos óptica a través de
conductores de fibra óptica. La utilización de un estándar Ethernet
con línea de datos eléctrica, por ejemplo de acuerdo al estándar
IEEE 802.3, en una red con topología en anillo, especialmente en un
ambiente crítico en relación al tiempo, posibilita la utilización
de componentes probados que pueden ser puestos a disposición de
forma económica y que son de fácil mantenimiento.
Se encuentra previsto utilizar la señal de
indicación de falso portador para la monitorización de la señal
portadora en el procedimiento conforme a la invención. Esta señal es
puesta a disposición a través de conexiones de interfaces Ethernet,
lo que permite la utilización de forma sencilla. La utilización
conforme a la invención de esta señal permite el reconocimiento de
una conexión defectuosa dentro de pocos cientos de nanosegundos.
El procedimiento conforme a la invención es
utilizado en una red con una estructura de anillo doble opuesto, en
la que cada participante presenta una interfaz de entrada y una
interfaz de salida para cada anillo. En el caso de la utilización
de una estructura de anillo doble, un mantenimiento del
funcionamiento de la red también es puesto a disposición a través
de una desviación de datos realizada en correspondencia, incluso si
falla un tramo de conexión. Una red cuyos participantes presentan la
capacidad de una desviación correspondiente es denominada red
autorregenerativa.
En un diseño preferente del procedimiento, al
menos un participante monitoriza la señal portadora en una interfaz
de entrada.
El procedimiento conforme a la invención también
se prefiere si, después de reconocer una conexión defectuosa, el
participante conduce los datos desde la interfaz de salida propia,
que se encuentra conectada con la interfaz de entrada de un segundo
participante, a la interfaz de entrada propia, que se encuentra
conectada de forma defectuosa con la interfaz de salida del segundo
participante. Esta conducción ventajosa de datos después del
reconocimiento de una conexión defectuosa posibilita, de forma
sencilla, mantener el funcionamiento de la red en una red de anillo
doble, por ejemplo.
En una forma de ejecución especialmente
preferida el procedimiento conforme a la invención es utilizado en
una red conforme a un estándar SERCOS. Por ejemplo, se puede
utilizar una red conforme al estándar SERCOS III que permita la
utilización de componentes Ethernet en una conexión SERCOS.
El dispositivo conforme a la invención para el
funcionamiento de una red con topología en anillo presenta medios
para el reconocimiento de una conexión defectuosa entre dos
participantes de la red a través de la monitorización de la señal
portadora.
De manera ventajosa, el dispositivo conforme a
la invención presenta medios para ejecutar uno o todos los diseños
ventajosos del procedimiento conforme a la invención. Especialmente,
se prefiere la utilización de un dispositivo conforme a la
invención en una red Ethernet, con lo que se utiliza la señal de
indicación de falso portador para la monitorización de la señal
portadora.
El dispositivo conforme a la invención presenta
dos interfaces de entrada, dos interfaces de salida y dos
conexiones multiplexadoras que unen a las interfaces de entrada con
las interfaces de salida, de manera tal que en el funcionamiento
sin fallos cada interfaz de entrada se encuentra conectada con una
interfaz de salida correspondiente, y que después de reconocer una
conexión defectuosa en una interfaz de entrada la interfaz de
salida correspondiente es conectada con la otra interfaz de entrada.
Esta forma de ejecución es sencilla y se puede fabricar
económicamente.
Una red conforme a la invención presenta, al
menos, un dispositivo conforme a la invención.
A continuación se explican con más detalle la
invención y sus ventajas con ayuda de un ejemplo de ejecución
representado en los dibujos.
Estos muestran
Figura 1 una red con estructura de anillo doble,
con lo que una conexión entre dos participantes se encuentra
interrumpida, y
Figura 2 una forma de ejecución preferente del
dispositivo conforme a la invención.
En la figura 1, se encuentra identificada en
general con el número 100 una red con topología en anillo. La red
100 se compone de cuatro participantes 110, 120, 130, 140, un anillo
primario 150, 151, 152, 153 y un anillo secundario 160, 161, 162,
163. Cada participante 110, 120, 130, 140 presenta una interfaz de
salida 111, 121, 131, 141 y una interfaz de entrada 112, 122, 132,
142 para el anillo primario 150, 151, 152, 153. Del mismo modo,
cada participante 110, 120, 130, 140 presenta una interfaz de salida
113, 123, 133, 143 y una interfaz de entrada 114, 124, 134, 144
para el anillo primario 160, 161, 162, 163.
De esta manera, cada participante se encuentra
conectado con un participante adyacente a través de dos piezas de
conexión de anillos, mediante una interfaz de entrada y una interfaz
de salida, respectivamente. Por ejemplo, el participante 110 se
encuentra conectado con el participante 120 a través de la pieza
anular primaria 150 de la interfaz de salida 111 del participante
110 hacia la interfaz de entrada 122 del participante 120.
Además, ambos participantes 110, 120 se
encuentran conectados mediante la pieza anular 160' del anillo
secundario, a través de las interfaces 123 y 114.
Cada uno de los participantes 110, 120, 130, 140
monitoriza ahora, en el presente ejemplo, en cada una de sus
interfaces de entrada 112, 114, 122, 124, 132, 134, 142, 144 a la
señal portadora o carrier en la respectiva pieza de conexión. Las
piezas de conexión 150, 160, 151, 161, 152, 162, 153, 163 se
encuentran conformadas físicamente como conexiones Ethernet con
transmisión eléctrica de datos, por ejemplo como
Fast-Ethernet de acuerdo al estándar IEEE
802.3u.
Si se presenta una interrupción de la pieza de
conexión 151 y 161, los participantes 120 reconocen en su interfaz
de entrada 124, y el participante 130 en su interfaz de entrada 132,
una modificación de la señal portadora.
En el caso del funcionamiento sin fallos, los
datos son codificados múltiples veces antes de la transmisión (por
ejemplo código PCS, scrambler). A través de esta codificación se
produce una señal portadora de alta frecuencia, incluso cuando sólo
se transmiten ceros o unos o ningún dato lógico. En el caso de una
interrupción de línea, la señal portadora permanece estática a un
nivel constante. De esta manera los participantes 120 y 130
reconocen que la conexión de sus interfaces de entrada 124 y 132
hacia las respectivas interfaces de salida del participante
adyacente es defectuosa.
En una forma de ejecución preferente del
procedimiento conforme a la invención, para la detección de la
interrupción se puede utilizar la señal de indicación de falso
portante. En el caso de una interrupción de línea, a través de la
decodificación de la señal portadora se genera una muestra de datos
aleatoria de ceros y unos. Se trata, generalmente, de muestras de
datos inválidos que el módulo reconoce como defectuosas y en
consecuencia del cual reacciona, es decir, indica una señal de
indicación de falsa portadora.
Para obtener una muestra válida de datos, al
enviar mensajes los grupos de códigos se deben transmitir en un
orden predeterminado, comenzando con una secuencia de comienzo de
flujo (start-of-stream). En pausas
de transmisión, es decir, cuando lógicamente no se transmiten
datos, el emisor envía códigos IDLE. No se permite ninguna otra
muestra de datos. La falta de los códigos IDLE genera grupos de
códigos inválidos y también conduce a la reacción de la
monitorización de la portadora o carrier.
Conforme a esta forma de ejecución de la
invención, no es necesario detectar una conexión defectuosa en una
capa de red dispuesta por encima, por ejemplo, en el caso de que
datos enviados a través de una interfaz de salida en un anillo no
retornen al emisor después de una vuelta completa.
Conforme a una forma de ejecución especialmente
preferida del procedimiento conforme a la invención, ahora ambos
participantes 120 y 130 desvían correspondientemente sus datos. El
participante 120 conduce sus datos desde su interfaz de salida 121
a su interfaz de entrada 124, es decir, del anillo primario al
anillo secundario. El participante 130 conduce sus datos desde su
interfaz de salida 133 a su interfaz de entrada 132, es decir, del
anillo secundario al anillo primario. Se entiende que el
participante respectivo realiza la conducción de los datos de forma
idéntica si sólo una de las piezas anulares 151, 161 se encuentra
interrumpida.
Ahora el anillo se encuentra nuevamente cerrado.
Los datos transmitidos en ambos anillos alcanzan ahora a cada
participante y llegan finalmente de nuevo al participante
emisor.
La figura 2 muestra la forma de ejecución
preferente de un dispositivo conforme a la invención. El dispositivo
se encuentra identificado, en general, con el número 200. El
dispositivo 200 presenta una interfaz de entrada 210 y una interfaz
de salida 211 para el anillo primario, que se encuentra identificado
con p, y una interfaz de entrada 220 y una interfaz de salida 221
para el anillo secundario, que se encuentra identificado con s. El
dispositivo puede ser, especialmente, componente de un participante
110, 120, 130, 140 de la figura 1 o el participante mismo.
El dispositivo 200 presenta, además, dos
conexiones multiplexadoras 230, 240 y dos conexiones de
procesamiento de señal 250, 260. La conexión multiplexadora 230
presenta una interfaz de entrada 231 para el anillo primario p, una
interfaz de entrada 232 para el anillo secundario s y una interfaz
de salida 233. La conexión de procesamiento de señal 250 se
encuentra conectada con la interfaz de entrada 210 del dispositivo
200. La salida multiplexadora se encuentra conectada con la
interfaz de salida 211 del dispositivo 200.
La conexión multiplexadora 240 presenta una
interfaz de entrada 241 para el anillo secundario s, una interfaz
de entrada 242 para el anillo primario p y una interfaz de salida
243. Esta se encuentra conectada con la interfaz de salida 221 del
dispositivo 200.
La interfaz de entrada 220 del dispositivo 200
se encuentra conectada con la entrada de la conexión de
procesamiento de señal 260.
El dispositivo 200 monitoriza la señal portadora
en sus dos interfaces de entrada 210, 220 en ambos anillos p y
s.
Si el dispositivo 200 reconoce una conexión
defectuosa en su interfaz de entrada 210 en el anillo primario p,
la conexión multiplexadora 230 separa la conexión de la interfaz de
entrada 231 hacia la interfaz de salida 233, y en su lugar conecta
la interfaz de entrada 232 con la interfaz de salida 233. De esta
manera se establece una conexión de la interfaz de entrada 220 del
dispositivo 200 hacia la interfaz de salida 211 del dispositivo.
Para ello, el anillo secundario s se encuentra conectado con el
anillo primario p.
Si el dispositivo 200 reconoce una conexión
defectuosa en su interfaz de entrada 220 en el anillo secundario s,
la conexión multiplexadora 240 separa la conexión de la interfaz de
entrada 241 hacia la interfaz de salida 243 y en su lugar conecta
la interfaz de entrada 242 con la interfaz de salida 243. De esta
manera se establece una conexión de la interfaz de entrada 210 del
anillo primario p hacia la interfaz de salida 221 del anillo
secundario s.
Claims (7)
1. Procedimiento para el funcionamiento de una
red con topología en anillo, en donde la red presenta una estructura
de anillo doble en sentido opuesto (150-153,
160-163) y cada participante (110, 120, 130, 140) de
la red presenta una interfaz de entrada (112, 114, 122, 124, 132,
134, 142, 144) y una interfaz de salida (111, 113, 121, 123, 131,
133, 141, 143) para cada anillo (150-153,
160-163), en donde la conexión física
(150-153, 160-163) entre dos
participantes (110, 120, 130, 140) corresponde a un estándar de
Ethernet con línea eléctrica de datos, caracterizado porque
una conexión errónea (150 a 153, 160 a 163) entre dos participantes
(110, 120, 130, 140) de la red es reconocida mediante la
monitorización de una señal portadora, en donde para la
monitorización de la señal portadora se utiliza la señal de
indicación de falso portador, con lo que en el caso de fallo de un
tramo de conexión, el mantenimiento del funcionamiento de la red es
puesto a disposición a través de una desviación de datos realizada
en correspondencia.
2. Procedimiento conforme a la reivindicación 1,
caracterizado porque, al menos un primer participante (110,
120, 130, 140) monitoriza la señal portadora en una interfaz de
entrada (112, 114, 122, 124, 132, 134, 142, 144).
3. Procedimiento conforme a la reivindicación 2,
caracterizado porque después de reconocer una conexión
defectuosa el primer participante (110, 120, 130, 140) conduce los
datos desde una interfaz de salida propia (111, 113, 121, 123, 131,
133, 141, 143), que se encuentra conectada con la interfaz de
entrada (112, 114, 122, 124, 132, 134, 142, 144) de un segundo
participante (110, 120, 130, 140), a la interfaz de entrada propia
(112, 114, 122, 124, 132, 134, 142, 144) que se encuentra conectada
de forma defectuosa con la interfaz de salida (111, 113, 121, 123,
131, 133, 141, 143) del segundo participante (110, 120, 130,
140).
4. Procedimiento conforme a una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque es
utilizado en una red conforme a un estándar SERCOS.
5. Dispositivo (200) para el funcionamiento de
una red con topología en anillo, en donde la red presenta una
estructura de anillo doble en sentido opuesto
(150-153, 160-163), y en donde la
conexión física entre dos participantes de la red corresponde a un
estándar de Ethernet con línea eléctrica de datos, con medios para
el reconocimiento de una conexión defectuosa entre dos participantes
(110, 120, 130, 140) de la red mediante monitorización de una señal
portadora, caracterizado por dos interfaces de entrada (210,
220), dos interfaces de salida (211, 221) y dos conexiones
multiplexadoras (230, 240) que unen a las interfaces de entrada
(210, 220) con las interfaces de salida (211, 221) de manera tal,
que en el funcionamiento sin fallos cada interfaz de entrada (210,
220) se encuentra conectada con una interfaz de salida
correspondiente (211, 221), y que después de reconocer una conexión
defectuosa en una interfaz de entrada (210, 220), la interfaz de
salida correspondiente (211, 221) es conectada con la otra interfaz
de entrada (210, 220), con lo que para la monitorización de la
señal portadora se utiliza la señal de indicación de falso
portador.
6. Dispositivo (200) conforme a la
reivindicación 5 con medios para ejecutar un procedimiento de
acuerdo a una de las reivindicaciones 2 a 4.
7. Red con un dispositivo (200) conforme a una
de las reivindicaciones 5 o 6.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102004056364 | 2004-11-22 | ||
| DE102004056364A DE102004056364A1 (de) | 2004-11-22 | 2004-11-22 | Verfahren zum Betreiben eines Netzwerks mit Ringtopologie |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2337367T3 true ES2337367T3 (es) | 2010-04-23 |
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ID=35394563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES05022836T Expired - Lifetime ES2337367T3 (es) | 2004-11-22 | 2005-10-20 | Procedimiento para el funcionamiento de una red con tocologia en anillo. |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8576699B2 (es) |
| EP (1) | EP1659467B1 (es) |
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