ES2864324T3 - Red de ordenadores con una conexión de bus anular - Google Patents

Abstract

Red de ordenadores (4) con una conexión de bus anular (3), en donde la conexión de bus (3) presenta una topología de ramal, caracterizada porque en el funcionamiento regular un segmento de bus de la conexión de bus (3) permanece abierto y los dos extremos de la conexión de bus (3) están terminados con resistencias de terminación (12, 13), porque cada una de las lógicas de conexión de bus (1) está estructurada en combinación con cada una de las lógicas de control (2) correspondientes de la red de ordenadores (4) de tal manera, que a la hora de registrar el fallo de comunicación mediante una lógica de control (2) la conexión de bus (3) se interconecta para formar una topología anular formada por conexiones punto a punto, y porque una vez comunicado el segmento de bus defectuoso (16) se restablece la conexión de bus (3) regular, en donde la conexión de bus (3) permanece abierta en la zona del segmento de bus defectuoso (16), en donde las lógicas de conexión de bus (1) contienen cada una de ellas un conmutador (5) con dos resistencias de terminación (12, 13).

Description

DESCRIPCIÓN

Red de ordenadores con una conexión de bus anular

La invención se refiere a una red de ordenadores, para cuyo funcionamiento conforme a lo establecido (regular) los abonados de red individuales están conectados a una conexión de bus anular en cada caso a través de una lógica de conexión de bus, en donde un segmento de bus de la conexión de bus permanece abierto y los dos extremos abiertos están terminados con resistencias de terminación, de tal manera que la conexión de bus presenta una topología de ramal (también llamada topología de bus o topología física de anillo). Cada una de las lógicas de conexión de bus está estructurada en combinación con cada una de las lógicas de control correspondiente de la red de ordenadores de tal manera, que a la hora de registrar el fallo de comunicación mediante una lógica de control la conexión de bus se interconecta para formar una topología anular formada por conexiones punto a punto. Una vez comunicado el segmento de bus defectuoso se restablece la conexión de bus regular, en donde la conexión de bus permanece abierta en la zona del segmento de bus defectuoso. La invención se refiere además a una lógica de conexión de bus para conectar un abonado de red a la conexión de bus de la red de ordenadores, así como a un procedimiento para hacer funcionar la red de ordenadores.

Un red de ordenadores de tipo citado anteriormente se conoce por ejemplo del documento DE 19733760 C2. A este respecto puede tratarse en el caso de la conexión de bus de un sistema de bus en serie, por ejemplo un bus CAN (Controller Area Network), y en el caso de los abonados de red de unidades de entrada/salida así como de sensores y/o actuadores, los cuales estén dispuesto por ejemplo dentro de un vehículo. La lógica de conexión de bus posee aquí una interfaz de bus sencilla.

El documento US 2010/0246408 A1 describe un sistema de comunicación así como un procedimiento para gestionar el sistema de comunicación, en donde la comunicación se realiza entre nodos, que están conectados entre sí mediante una línea de transmisión. Cada nodo transmite datos y recibe información a través de la línea de transmisión. Estos sistemas de comunicación con nodos conectados entre sí pueden organizarse en diferentes topologías, como línea de bus, anular, de estrella o de árbol. El sistema de comunicación aquí descrito está concebido como línea de bus anular. La topología de ramal posee la ventaja de que, en el caso de un fallo de un abonado de red, no se ve perturbada la conexión entre los restantes abonados de red. Sin embargo, las topologías de ramal puras no tienen ninguna posibilidad de reaccionar ante una línea de conexión defectuosa y, como es natural, de modificar la configuración de las conexiones. Sin embargo, se conocen arquitecturas de red que poseen la posibilidad de modificar autónomamente la configuración de las conexiones o del conexionado de bus, para de este modo aislar conexiones defectuosas y continuar con el funcionamiento con una topología de ramal modificada.

El documento US 6,088,141 A1 describe una red con autocuración, en especial una red de comunicación con al menos tres nodos, que organiza el tráfico de red hacia y desde los nodos mediante unas vías de transmisión. Los tramos de transmisión se dividen aquí en un anillo de trabajo y un anillo de protección. El tráfico de transmisión en el anillo de trabajo y en el anillo de protección puede transmitirse en sentido opuesto. Un nodo es capaz de detectar fallos en los tramos de transmisión o nodos circundantes. Cuando se detecta un fallo, el nodo defectuoso se pasa de un estado operativo activo a un estado de protección, se sana y automáticamente se lleva de vuelta al estado operativo.

El documento US 201010188972 A1 describe una red en topología anular, en donde si se produce un fallo en la red, el anillo se divide y se sigue operando en topología de ramal. Para ello el abonado defectuoso en la red se reconoce y se extrae del anillo mediante división.

Todas las arquitecturas conocidas de este tipo poseen el inconveniente de que entre otras cosas, por ejemplo, un fallo de cableado es difícil de localizar. Por ello normalmente es necesario consignar en cada abonado de red la posición de los otros abonados de red conectados a la conexión de bus. Además de esto, en el caso de un cortocircuito de las líneas de bus, a causa de la falta de comunicación entre los abonados de red, con frecuencia solo es posible de forma condicionada un aislamiento sincrónico en el tiempo de un punto defectuoso. Además de esto, aumenta el tiempo para una reconfiguración de la conexión de bus, en el caso de un fallo, conforme aumenta el número de abonados de red a causa de un mayor tiempo de sincronización.

La invención se ha impuesto la tarea de indicar una red de ordenadores, la cual presente una topología de ramal en funcionamiento regular y en la que se mejore una reconfiguración de la red, en particular después de que aparezca un fallo en la conexión de bus, con relación a red de ordenadores comparables. Además de esto se pretende describir un nodo, que pueda conectarse con ayuda de su lógica de conexión de bus a la red de ordenadores conforme a la invención, y un procedimiento preferido para hacer funcionar una red de ordenadores basada en la lógica de control contenida en el nodo.

Esta tarea es resuelta conforme a la invención en cuanto a la red de ordenadores mediante las características de la reivindicación 1, y en cuanto al procedimiento mediante las características de la reivindicación 6.

De las reivindicaciones dependientes pueden deducirse unos modos de realización ventajosos.

La invención se basa esencialmente en la idea de hacer funcionar la red de ordenadores en funcionamiento regular con una conexión de bus, que presenta una topología de ramal anular, en donde la conexión de red se abre según un procedimiento de selección dinámico en un punto y, mediante unas resistencias de terminación correspondientes, se termina. Si en una red de este tipo se registra un fallo o también un fallo parcial de la comunicación por parte de uno de los abonados de red, se interconectan los segmentos de bus de la conexión de bus provisionalmente para formar un anillo, formado por conexiones punto a punto, y se determina el segmento defectuoso. A continuación se pasan entonces los segmentos de bus de la conexión de bus de nuevo a una topología de ramal, en la que el punto abierto del anillo está colocado sobre el segmento de bus defectuoso.

La topología de ramal designa una estructura de bus lineal, a la que cada abonado puede acceder mediante una toma física propia. A este respecto, cada abonado de bus puede comunicarse con cada otro abonado de bus en el procedimiento de broadcast. La transmisión de datos de un abonado de bus al siguiente, como sería necesario en una topología punto a punto, no es necesaria. La formulación “conexión de bus anular” se refiere exclusivamente a la disposición espacial de los abonados de bus y a las líneas físicas que los conectan. Mediante una convergencia de los dos extremos del bus lineal en una lógica de conexión de bus se obtiene formalmente un anillo (anillo virtual), pero el cual no se cierra eléctricamente de forma permanente, sino solo en caso de necesidad.

Cada lógica de conexión de bus posee dos tomas físicas sobre el bus, que son controladas por una lógica de control. Entre las dos tomas de una lógica de conexión de bus se encuentra una lógica de conmutación que, o bien conecta entre sí galvánicamente ambas tomas a través del bus o las separa una de otra mediante la división del bus entre las dos tomas. En el caso del bus dividido, los extremos abiertos que se producen se terminan eléctricamente en cada toma conforme a la especificación del bus.

Con esta disposición son posibles diferentes constelaciones, según el estado de conmutación de las lógicas de conmutación de cada abonado de bus:

- Todas las lógicas de conmutación dividen el bus. Se produce entre abonados de bus adyacentes una conexión punto a punto terminada eléctricamente, la cual está cerrada a través de los abonados de bus individuales para formar un anillo. Para el intercambio de datos entre los abonados de bus de toda la red, desde cada abonado de bus se produce una transmisión activa de datos.

- Todas las lógicas de conmutación menos una terminan el bus. Se produce una conexión de bus lineal con topología de ramal. El intercambio de datos entre los abonados de bus se produce en el procedimiento de broadcast. Los dos extremos de los buses producidos se terminan eléctricamente dentro del abonado de bus, que divide el bus.

- Todas las lógicas de conmutación menos dos terminan el bus. Se produce una conexión de bus lineal con topología de ramal. El intercambio de datos entre los abonados de bus se produce en el procedimiento de broadcast. La terminación eléctrica del bus se produce mediante los dos abonados de bus, que dividen el bus. La conexión física directa entre estos dos abonados de bus no se usa para el intercambio de datos entre todos los abonados de bus. En caso de fallo se suprime con ello la sección de bus defectuosa.

A diferencia del ACV (Anillo CAN Virtual) o de otros procedimientos conocidos, la idea del presente BAV (Bus Anular Virtual) se basa en que aquí puede conmutarse entre el funcionamiento de ramal y el funcionamiento anular del bus de datos. La lógica de conexión de bus de cada abonado de red (nodos) posee a este respecto dos interfaces de bus independientes que, a través de una lógica de conmutación, pueden conmutarse al ramal o terminarse individualmente. Este procedimiento puede automatizarse por completo mediante el uso de unas lógicas de control correspondientes, asociadas a los abonados de red (nodos), de tal manera que dentro de un corto periodo de tiempo esté restablecida la conexión de datos con todos los abonados de bus participantes. Conforme a la invención, la lógica de conexión de bus respectiva comprende, para conectar un abonado de red a la conexión de bus de la red de ordenadores, un conmutador con el que puede interrumpirse la conexión de bus, en donde los extremos abiertos de la conexión de bus puede terminarse mediante resistencias de terminación.

Para ello, el conmutador se compone de dos interruptores que pueden integrarse en la conexión de bus, en donde en una primera posición de conmutación del conmutador los segmentos de bus adyacentes de la lógica de conexión de bus están conectados entre sí y, en una segunda posición de conmutación del conmutador, cada uno de los dos interruptores conecta el segmento de bus adyacente, a través del cual la lógica de conexión de bus está conectada a una lógica de conexión de bus adyacente, a una resistencia de terminación asociada a la misma. En ambos lados del conmutador está dispuesta en cada caso una interfaz de bus aparte, las cuales conectan los segmentos de bus que se conectan al conmutador a la lógica de control del abonado de red asociado, en donde en la primera posición de conmutación solo es necesario que se active unas de las dos interfaces de bus y, en la segunda conexión de conmutación del conmutador, ambas interfaces de bus pueden activarse, así como hacen posible una conexión punto a punto entre los abonados de red adyacentes conectados a la conexión de datos.

La red de ordenadores conforme a la invención presenta, entre otras, las siguientes ventajas:

• La búsqueda de un segmento de bus defectuoso puede realizarse de forma asincrónica y paralela. De aquí se deduce una ventajas de tiempo para la reconfiguración.

• La clase de avería en la conexión de bus, como por ejemplo cortocircuitos de cualquier tipo o interrupciones, no tienen influencia en la estrategia a aplicar durante la reconfiguración.

• En número y la posición de los abonados de red en la conexión de red se determinan dinámicamente y no tienen que ser conocidos de antemano.

• Para el transporte de datos solo se usan segmentos de bus terminados conforme a lo especificado.

La red de ordenadores se configura en cuanto a técnica de procedimiento de forma preferida, al principio, en una fase de inicialización, por medio de que las lógicas de control interconectan sus lógicas de conexión de bus asociadas para formar una conexión punto a punto, a través de una activación correspondiente, y las lógicas de control individuales determinan y archivan la estructura de red a través de cada una de las lógicas de control adyacentes. A continuación se eliminan las conexiones punto a punto. Solamente la conexión de bus dentro de un primer nodo se abre y se termina mediante resistencias de terminación, de tal manera que la conexión de bus presente una topología de ramal. También puede prescindirse de una configuración, si se parte de la efectividad de la red de ordenadores. En cualquier caso se libera la comunicación de datos a través de la conexión de bus. En cuanto se registra una avería o una avería parcial mediante una lógica de control, la red de ordenadores se conmuta de nueva a su fase de inicialización, se establece el segmento de bus defectuosos de la conexión de bus y el punto abierto de la conexión de bus anular se coloca sobre el segmento de bus defectuoso. A continuación se elimina la conexión punto a punto y se restablece la topología de ramal de la conexión de bus.

De los ejemplos de realización explicados basándose en las figuras se deducen detalles y ventajas adicionales de la invención. Aquí muestran:

la fig. 1 la vista esquemática de un nodo con una lógica de control y una lógica de conexión de bus, indicadas mediante líneas a trazos, de una red de ordenadores conforme a la invención,

la fig. 2 la vista esquemática de una red de ordenadores conforme a la invención durante la configuración de la red, la fig. 3 una vista correspondiente a la fig. 2 después de llevar a cabo la configuración, durante el funcionamiento regular de la red,

la fig. 4 una vista correspondiente a la fig. 3 tras solucionar una avería en el bus.

En la fig. 1 se ha designado con (x) un nodo de una lógica de control (2) indicada mediante líneas a trazos y de una lógica de conexión de red (1), para conectarse al bus de datos (conexión de bus 3), de una red de ordenadores representada esquemáticamente en las figs. 2-4.

La lógica de conexión de bus 1 comprende un conmutador electrónico 5 que puede activarse mediante una lógica de control 2. Este se compone de dos interruptores 6 y 7 integrados en serie en la conexión de bus 3. En la primera posición de conmutación del conmutador 5, representada en la fig. 1, los dos interruptores 6, 7 conectan entre sí los dos segmentos de bus 8,9 adyacentes de la lógica de conexión de bus 1 a través de unas secciones de línea 10, 11 correspondientes, de tal manera que la conexión de bus está cerrada.

En la segunda posición de conmutación del conmutador 5 la conexión de bus 4 se abre mediante los dos interruptores 6, 7 y cada uno de los dos interruptores 6, 7 conecta, a este respecto, un extremo abierto del segmento de bus 8, 9 adyacente al mismo a una resistencia de terminación 12, 13.

La lógica de conexión de bus 1 comprende además, a ambos lados del conmutador 5, en cada caso una interfaz de bus 14, 15 aparte, la cual conecta los segmentos de bus 8, 9 conectados al conmutador 5 a la lógica de control 2 asociada a esa lógica de conexión de bus 1.

A continuación se describe con más detalle el procedimiento para hacer funcionar una red de ordenadores 4 conforme a la invención con ayuda de las figs. 2-4. A este respecto la red de ordenadores 4 puede comprender cuatro abonados de red (100-103), que están conectados a la conexión de bus 3 a través de unas lógicas de conexión de bus correspondientes. Los nodos 100-103 presentan cada uno de ellos la misma estructura, conforme a la conmutación, que los nodos descritos en la fig. 1.

Después de la conexión de una alimentación de corriente no representada de los abonados de red, en primer lugar se configura la red de ordenadores 4 en una fase de inicialización en tres pasos.

En un primer paso los conmutadores 5 de las lógicas de conexión de bus de los nodos 100-103 se conmutan automáticamente, mediante las lógicas de control correspondientes, a su segunda posición de conmutación. De esta manera se produce una topología anular formada solamente pos conexiones punto a punto entre los distintos abonados de red (fig. 2), en donde los abonados de red están conectados a través de ambas interfaces de bus 14, 15 a los abonados de red correspondientes. De este modo cada abonado de red puede identificar claramente sus nodos adyacentes izquierdo y derecho.

La comunicación a través de toda la red de ordenadores 4 se asegura por medio de que cada abonado de red trabaja como un router bidireccional. De esta manera cada abonado de red dispone de la información de los otros abonados de red. Sobre la base de esa información, cada abonado de red puede establecer automáticamente si, en el caso de la topología de la red, se trata de una estructura de ramal o anular y en qué posición relativa se encuentra cada uno de los otros nodos 100-103.

En un segundo paso uno de los abonados de red asume dinámicamente una función de maestro. En función de la estructura configurada de la conexión de bus 3 se solicita a las lógicas de control de los distintos abonados de red (100­ 103), en la fig. 3, que su lógica de conexión de bus pase de la segunda a la primera posición de conmutación , de tal manera que los segmentos de bus adyacentes se conecten directamente entre sí. La función de router de estos nodos 101-103 se elimina de esta forma. La conexión de datos entre los abonados de red correspondientes y de la conexión de bus se realiza en este caso solamente a través de una interfaz de bus activa (por ejemplo la interfaz de bus 14). Al final de la fase de inicialización queda exactamente un abonado de red 100 en la fig. 3 en el estado inicial, en el que por lo tanto el conmutador 5 de la lógica de conexión de bus correspondiente se encuentra en su segunda posición de conmutación y solo queda activa una interfaz de bus 14 ó 15. Todos los otros abonados de red se han conmutado mediante el conmutador electrónico al funcionamiento de ramal, en donde la conexión de bus 3 se termina a través de las resistencias de terminación 12 y 13 del nodo 100.

En el tercer paso se libera entonces la comunicación de datos a través de la conexión de bus 3 que se ha producido de este modo.

Durante el funcionamiento, cada abonado de red vigila la comunicación sobre la conexión de bus 3. Si uno de los abonados conocidos ya no toma parte en la comunicación o se presenta un nuevo abonado de red, se inicia una reconfiguración de la red de ordenadores 4 y, de esta manera, se establece la nueva configuración de la red 4, como se ha descrito la misma anteriormente en los pasos uno a tres.

Si se requiere una reconfiguración a causa de una avería en el tramo de comunicación, la configuración anular ya no puede establecerse. En ese caso se conmuta una topología de ramal, que elimina el segmento de bus dañado. De este modo todos los abonados de bus están de nuevo conectados entre sí. La terminación de bus se establece en este caso mediante dos nodos diferentes.

En caso de fallo, por ejemplo en el caso de una interrupción del segmento de bus 16 (fig. 4), la lógica de control de los abonados de red es responsable de que los conmutadores 5 de los nodos 100-103 adopten la segunda posición de conmutación. En la siguiente fase de reconfiguración se establece, según un procedimiento fijado, cuál de los abonados de red debe permanecer en el estado inicial, para aislar el punto defectuoso. Estos son, en el ejemplo de realización representado en la fig. 4, los nodos 100 y 103. Las lógicas de control asociadas a los nodos 101 y 102 pasan de nuevo al funcionamiento de ramal, a través de los conmutadores electrónicos de su nodo. Al final de la fase de reconfiguración, existe de nuevo una conexión de bus 3 con una topología de ramal pura. A este respecto la conexión de bus está terminada a través de la resistencia de terminación 12 del nodo 100 y la resistencia de terminación 13 del nodo 103. Para que la conexión de bus pueda reaccionar en cada situación de forma previsible, se requieren diferentes premisas, que se definen a continuación:

• la posición de reposo del conmutador (primera posición de conmutación) debe elegirse de tal manera, que la conexión de bus permanezca conectada o se conecte, cuando el abonado de red afectado esté libre de tensión.

• cada abonado de red tiene que poseer una identificación clara en al conexión de bus.

• En el funcionamiento de router, cada abonado de red tiene que asegurar que los datos, que se envían a una de las interfaces de bus, cuando se reciban los datos en la otra interfaz de bus no se sigan enrutando.

• En el funcionamiento de ramal siempre está activada solo una interfaz de bus de un nodo.

Lista de símbolos de referencia

1 Lógica de conexión de bus

2 Lógica de control

3 Conexión de bus, bus de datos

4 Red de ordenadores, red

5 Conmutador

6, 7 Interruptores

8, 9 Segmentos de bus

10,11 Secciones de línea

12,13 Resistencias de terminación

, 15 Interfaces de bus Segmento de bus

0-103 Nodos/Abonados de red

Claims (8)

REIVINDICACIONES

1. - Red de ordenadores (4) con una conexión de bus anular (3), en donde la conexión de bus (3) presenta una topología de ramal, caracterizada porque en el funcionamiento regular un segmento de bus de la conexión de bus (3) permanece abierto y los dos extremos de la conexión de bus (3) están terminados con resistencias de terminación (12, 13), porque cada una de las lógicas de conexión de bus (1) está estructurada en combinación con cada una de las lógicas de control (2) correspondientes de la red de ordenadores (4) de tal manera, que a la hora de registrar el fallo de comunicación mediante una lógica de control (2) la conexión de bus (3) se interconecta para formar una topología anular formada por conexiones punto a punto, y porque una vez comunicado el segmento de bus defectuoso (16) se restablece la conexión de bus (3) regular, en donde la conexión de bus (3) permanece abierta en la zona del segmento de bus defectuoso (16), en donde las lógicas de conexión de bus (1) contienen cada una de ellas un conmutador (5) con dos resistencias de terminación (12, 13).

2. - Red de ordenadores según la reivindicación 1, caracterizada porque para su funcionamiento regular los distintos abonados de red (100-103) están conectados a la conexión de bus anular (3), cada uno de ellos a través de la lógica de conexión de bus (1).

3. - Lógica de conexión de bus, que está conectada a la conexión de bus (3) de la red de ordenadores (4) según una de las reivindicaciones 1 o 2, con las características:

a) la lógica de conexión de bus (1) respectiva de un abonado de red contiene un conmutador (5), con el que puede interrumpirse la conexión de bus (3),

b) el conmutador (5) presenta dos interruptores (6, 7) que pueden integrarse en serie en la conexión de bus, en donde en una primera posición de conmutación del conmutador (5) los interruptores (6, 7) conectan entre sí los segmentos de bus adyacentes de la lógica de conexión de bus (1) y, en donde en una segunda posición de conmutación del conmutador (5), cada uno de los dos interruptores (6, 7) conecta el segmento de bus adyacente a una resistencia de terminación (12, 13) asociada al mismo,

c) en ambos lados del conmutador (5) la lógica de conexión de bus (1) contiene en cada caso una interfaz de bus (14, 15) aparte.

4. - Lógica de conexión de bus según la reivindicación 3, caracterizada porque la lógica de conexión de bus (1) conecta los segmentos de bus (8, 9), que se conectan al conmutador (5), a la lógica de control (2) asociada a esta lógica de conexión de bus (1).

5. - Lógica de conexión de bus según las reivindicaciones 3 o 4, caracterizada porque en la primera posición de conmutación del conmutador (5) solo puede activarse una interfaz de bus (14, 15) y, en la segunda conexión de conmutación del conmutador (5), ambas interfaces de bus (14, 15) pueden activarse, y puede llevarse a cabo una conexión punto a punto entre los abonados de red (100-103) adyacentes conectados a la conexión de bus (3).

6. - Procedimiento para hacer funcionar la red de ordenadores (4) según una de las reivindicaciones 1 o 2, con las características:

a) se libera la comunicación de datos a través de esta conexión de bus (3),

b) en cuanto se registra una avería o una avería parcial de la comunicación mediante una lógica de control (2), la red de ordenadores (4) se conmuta de nuevo a su fase de inicialización, se determina el segmento de bus defectuoso (16) de la conexión de bus (3) y el punto abierto de la conexión de bus anular (3) se coloca sobre el segmento de bus defectuoso (16),

c) a continuación se elimina la conexión punto a punto y se restablece la topología de ramal de la conexión de bus (3).

7. - Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque se configura la red de ordenadores (4) en una fase de inicialización, interconectando las lógicas de control (2), a través de una activación correspondiente, sus lógicas de conexión de bus (1) asociadas para formar una conexión punto a punto, y determinando y archivando las lógicas de control (2) individuales a través de cada una de las lógicas de control (2) adyacentes y/o a través de la estructura de red.

8. - Procedimiento según las reivindicaciones 6 o 7, caracterizado porque se eliminan las conexiones punto a punto, en donde solamente la conexión de bus (3) dentro de un primer nodo (100) se abre y se termina mediante resistencias de terminación (12, 13), de tal manera que la conexión de bus (3) presenta una topología de ramal.