LOCAL AREA NETWORK FOR HIGH TRANSMISSION RATES

Abstract: 1. Local area network for transmitting digital data, consisting of a line (1) of arbitrary length in the form of a line or of a split ring which contains metallic conductors or a glass fibre, which displays a main station (2) and to which stations (4) are connected between which the digital data are directly transmitted and each of which displays a receiving facility (E) and a transmitting facility (S), in which the data are transmitted in the main transmitting direction by means of series of messages, originating from the main station (2), consisting of messages directly adjoining each other in time which have, at the start of message and at the end of message, bit sequences which can be detected by all stations, characterized in that - the stations (4) are passively coupled to the line (1), the line (1) not being interrupted by the coupling of the stations (4), - at each station (4) the receiving facility (E) and the transmitting facility (S) are separately coupled to the line (1), and - the section of the line (1) located between the receiving facility (E) and the transmitting facility (S) of each station (4) is of such a length that the messages or message series are displaced by at least one bit between the two facilities.

Description: Lokales Netzwerk für hohe Ubertragungsraten. Lokale Netzwerke gewinnen zunehmend an Bedeutung, da sie für die Ubertragung aller Daten im Bürobereich - zwischen Büros und Rechenanlagen, zwischen verschiedenen Rechenanlagen,zwischen Rechenanlagen und ihren peripheren Einheiten, zwischen den Büros selbst - einschliesslich Sprache und Bild vorgesehen werden. Es sind Lösungen bekannt geworden mit unterschiedlichstem Netzaufbau, z.B. Stern-, Linien- und Ringnetz. Die Stationen sind passiv an oder aktiv über Mikroprozessoren in einen Leitungszug eingeschaltet. Bei dem sogenannten Ethernet (Basisbandsystem), das digital arbeitet und aus mehreren mit Stationen besetzten Linien besteht, die an beliebigen Stellen untereinander über Regeneratoren verbunden werden können, sind Meldungen der Stationen jederzeit absetzbar, wenn keine andere Station sendet. Bei stärkerem Verkehr kann es zu Sollisionen kommen, was Meldungswiederholungen auslöst. Die Ethernets sind in ihrer räumlichen Ausdehnung sowie in der Datenübertragungs rate begrenzt, und bei sehr starker Belastung kann es zu Verkehrszusammenbruchen kommen. Anlaloge Systeme, die im Frequenzvielfach arbeiten (Breitbandsysteme), sind einerseits leistungsfähiger, andererseits muss eine übergeordnete Steuerung erfolgen. Ferner dürften analoge Systeme nur noch eine zeitlich begrenzte Bedeutung besitzen. Ringsysteme wiederum, die nach dem Zeitschlitzverfahren arbeiten,lassen nur eine begrenzte Zahl von Stationen zu, wodurch die Ubertragungsmöglichkeit des Netzes wiederum nicht voll ausgenutzt werden kann. Bei Ringsystemen, die an den Stationen aufgetrennt sind und die Kopplung über aufprüfende Mikroprozessoren erfolgt, ist die Anzahl der Stationen zwar nicht begrenzt, sie arbeiten jedoch langsamer infolge der Kopplung durch aktive Einheiten und sind sehr empfindlich gegen den Ausfall einzelner Stationen. Die geschilderten Nachteile der bekanntgewordenen Systeme wie die begrenzte Zahl der Stationen, die begrenzte Grösse bzw. Ausdehnung, die begrenzte Datenubertragungsrate, die Empfind lichkeit gegen den Ausfall von nur einer Station des gesamten Netzes werden durch die Erfindung dadurch vermieden, dass die Stationen mit ihren Sende- und Empfangseinrichtungen passiv an eine nahezu beliebig lange Leitung in Form einer Linie oder eines geteilten Ringes (s. Abb. 1.) aus metallischen Leitern oder einer Glasfaser lose angekoppelt sind, wobei die Leitung an den Stationen nicht unterbrochen wird und dass die Ubertragung in gleichWangen oder unterschiedlich langen, in der Hauptsenderichtung unmittelbar zeitlich aneinandergefügten Meldungen, die aus einem oder mehreren Datenpaketen bestehen, erfolgt, wobei die einzelnen, in einem Meldezyklus zusammengestellten Meldungsserien mit einer speziellen Startbitfolge von der Hauptstation am Anfang der Linie oder des geteilten Ringes eingeleitet werden. Der geteilte Ring entsprichtfunkionsmässig weitgehend der Linie, wobei der zusätzliche Vorteil besteht, dass an der Hauptstation gleichzeitig das Leitungsende kontrolliert werden kann. Ein wesentliches Merkmal besteht darin, dass die Leitung an den Stationen nicht unterbrochen wird und somit das Netzwerk eine hohe Betriebssicherheit besitzt. Zwischen die Ankopplung für die Empfangseinrichtung und der für die Sendeeinrichtung ist eine Verzögerungsleitung geschaltet (s. Abb. .2.). Der Ablauf eines Meldezyklus ist wie folgt : Von der Hautpstelle, die sich am Anfang der Linie befindet, wird in kurzer zeitlicher Folge jeweils eine Meldungsserie mit einer speziellen Startbitfolge eingeleitet, aus der der Bit- und Worttakt entnommen werden kann. An den Schluss der Startbitfolge wird das Meldungsendezeichen gesetzt und unmittelbar danach das weitere Aussenden von Impulsen abgebrochen. Diese Bitfolge durchläuft nun nacheinander die Stationen der Linie. Diejenigen Stationen, die eine Meldung zum Senden vorbereitet haben, erkennen die Zeichenfolge 1.-2. als Freizeichen: 1. Wort:Meldungsende ) 2. Sendepause ) Freizeichen Diese Zeichenfolge ist gleichzeitig die Aufforderung zum Senden. Nach Erkennen dieses Freizeichens muss sofort in 2. eine Folge von Impulsen gesetzt werden, da andernfalls eine der nächsten Stationen das Freizeichen erkennt und ihrerseits mit dem Absè,tzen einer Meldung beginnt. Das Erkennen des Freizei chens durch mindestens ein Null-Bit im Anschluss an das Meldungsende zeichen und das Aussenden von L-Bits unmittelbar im AnschuB an das Meldungsendezeichen wird durch die Verzögerungsleitung ermöglicht, die wegen der Reaktionszeit der Aufprüflogik fänger als ein Bit sein muss. - Mittels der Verzögerungsleitung in enger Zusammenarbeit von Empfangseinrichtung, Aufprüflogik und Sende einrichtung ist es möglich, dass die passiv an die Leitung angeschaltete Station das empfangene Freizeichen noch vor Verlassen des Stationsbereiches in ein Besetztzeichen wandeln kann und die vorbereitete Meldung unmittelbar danach ausgesand w i r d , um diese dann ihrerseits mit dem Freizeichen abzuschliessen, Dle Vorteile dieser Lösung liegen vor allem in den nahezu bis an die physikalische Grenze ausnutzbaren Ubertragungsraten des lokalen Netzes, der nicht begrenzten Stationszahl -- nicht meldende Stationen belasten das Netz nicht - der praktisch nicht begrenzten Länge das lokalen Netzes und der hohen Sicherheit gegen Netzzusammenbruch bei Ausfall nur einer Station durch das passive Ankoppeln derselben an die Leitung. Die in der Hauptsenderichtung zeitlich aneinandergefügten Meldungen breiten sich jeweils in Richtung beider Leitungsenden aus. Sie laufen einmal im zeitlichen Verband der Meldungsserie vorwärts fn der Bauptsenderichtung und zum anderen seitlich, durch die räumliche Ausdehnung bedingt, voneinander getrennt rückwärts in Richtung Hauptstation. Dadurch ist sichergestellt, dass alle Meldungen alle Stationen erreichen. Bei ausgedehnten Netzen und grösserer Dämpfung kann es erforderlich sein, dass Regeneratoren in den Leitungszug eingeschaltet werden. Um auch die Meldungen, die im Meldungszyklus von nach folgenden Stationen für weiter vorn liegende Stationenbestim sind empfangen zu können, müssen die Regeneratoren ihre Wirkungsrichtung unmittelbar nach Passieren der Meldungsserie umkehren. Das Zurückschalten auf die Hauptsenderichtung erfolgt unmittelbät nach Eintreffen der nächsten Startbitofolge oder durch ein entsprechend vereinbartes Zeichen der letzten Meldestelle der Linie. Die Datenlinie oder der geteilte Ring können auch durch ein zweites, identisch aufgebautes, parallel verlegtes Kabel ergänzt werden, wobei das erste Kabel als Sende- und das zweite Kabel als Empfangskabel eingesetzt sind. Das bietet den Vorteil, dass alle für die Station bestimmten Meldungen der kompletten Meldungsserie entnommen werden können, die die Empfangsleitung durchläuft, wodurch eine bessere Wortsynchroni- sation und damit höhere Sicherheit der Datenübertragung gegeben ist. Die Empfangseinrichtung in der Sendeleitung hat lediglich die Aufgabe, im Bedarfsfall, d.h. bei einer vorbereiteten Meldung, das Freizeichen zu erkennen und den Befehl für das Senden des Besetztzeichens und das Senden der Meldung zu geben. Bei Störung eines Kabels kann der Betrieb über das ungestörte Kabel-abgewickelt werden. Da nur relativ wenige aktive Einheiten den Leitungszug unterbrechen, können diese als Doppeleinheiten ausgeführt werden, um gegen den Ausfall des gesamten Netzes weitgehend gesichert zu sein, der durch den Ausfall aktiver Einheiten bewirkt werden würde. Durch einen Zeitvergleich der über das Empfangskabel und das Sendekabel zur Hauptstation laufenden Signale - die Regeneratoren des Sendekabels müssen in diesem Fall auf den Einkabelbetrieb, wie er beschrieben wurde, geschaltet werden - können fehlerhafte Meldestellen auch dann identifiziert werden, wenn die absendende Station nicht fehlerfrei im Datenpaket enthalten ist. Bei Ton- und Bewegtbildübertragung ist die synchrone Verarbeitung im gesamten lokalen Netz erforderlich.Diese kann erreicht werden, indem entweder ein geteilter Ring oder eine Doppelkabellinie gebildet wird und von der Hauptstation in den Pausen Bit- und Worttakt ausgesendet werden. Wird der Netzaufbau mit Glasfasern vorgenommen, ergeben sich eine Reihe zusätzlicher Möglichkeiten; Für das Auskoppeln und das Einkoppeln sowie für die Verzögerungsleitung können vor Aeilhaft Bauteile der integrierten Optik eingesetzt werden, Hinund Rückleitung der Linie können in einer Glasfaser über verschiedene Wellenlängen geführt werden. Die Erfindung sieht vor, dass ein voll synchronisiertes lokales Netz mit Glasfasern aus Bauteilen der integrierten Optik aufgebaut wird, wobei nur ein Sender existiert, nämlich die Hauptstation, die laufend Bitserien aussendet. In den Stationen wird aus dem Bitstrom ein Datenstrom, indem L-Bits passieren dürfen und die Nullbits durch Löschen erzeugt werden, was z.B. in Bauteilen der integrierten Optik durch Drehen der Polarisationsebene erreicht werden kann Bei grösseren lokalen Netzen müssen zusätzlich Regeneratoren in den Leitungszug eingefügt werden, die ebenfalls mit Impuls sendern ausgestattet sind. Der Worttakt wird erfindungsgeniäss dadurch übertragen, dass nach dem Aussenden von z.B 16 Bits, die wie beschrieben verändert-werden können, von der Hauptstation ein nicht veränderbares Nullbit sur Kennzeich- nung z.B. eines Doppelwortes hinzugefügt wird.Durch diese Massnahme wird der Datendurchsatz nur unwesentlich reduziert, die gesamte Verarbeitung synchronisiert, stabilisiert-und bes chleunigt.

Claims: Patentansprüche 1. Lokales Netzwerk für die sehr schnelle Ubertragung digitaler Daten beliebiger Quellen zwischen den Stationen des Netzwerkes dadurch gekennzeichnet, dass die Stationen mit ihren Sende- und Empfangseinrichtungen passiv an eine nahezu beliebig lange Leitung in Form einer Linie oder eines geteilten Ringes aus metallischen Leitern oder einer Glasfaser lose angekoppelt sind, wobei die Leitung an den Stationen nicht unterbrochen wird und dass die Ubertragung in gleich langen oder unterschiedlich langen in der Hauptsenderichtung unmittelbar zeitlich aneinan dergefügten Meldungen, die aus einem oder mehreren Datenpaketen besteht, erfolgt, wobei die einzelnen Meldungsserien mit einer speziellen Starbitfolge von der Hauptstation am Anfang der Linie oder des geteilten Ringes beginnen. 2. Lokales Netzwerk nach Anspruch 1. dadurch geXennezeichnet, dass das passive Anschalten der Stationen mit ihren Aufgaben, Meldun gen zu empfangen, das Ende einer in der Hauptsenderichtung vor beilaufenden Meldungsserie zu erkennen, um ggf. eine vorberei tete Meldung nach Erkennen des Endes der Meldungsserie unmittel bar abzuhängen durch eine Verzögerungsleitung von der zeitlichen Länge von mehr als einem Bit oder einem Wellenzug, die zwischen die Ankoppelstelle für die Empfangseinrichtung und der für die Sendeeinrichtung geschaltet ist und beispielsweise durch eine Leitungsschleife gebildet wird, ermöglicht wird. 3. Lokales Netzwerk nach Anspruch 1.und2. dadurch gekennzeichnet, dass bei grosser Ausdehnung des Netzes und der dadurch bedingten Dämpfung Verstärker oder Regeneratoren in den Leitungszug eingefügt werden, die jeweils nach Durchlaufen der Meldungs serie in der Hauptsenderichtung ihre Wirkungsrichtung umkehren und bei Beginn der nächsten von der Hauptstation ausgesandten Startbitfolge oder einem Meldungszyklusschlusszeichen der letzten Meldestelle wieder zurückschalten. 4. Lokales Netzwerk nach Ansprüchen 1. bis 3. dadurch gekenn zeichent, dass die Datenlinie oder der geteilte Datenring aus zwei identisch aufgebauten, parallelen Leitungen, der Sende und der Empfangslei.tung gebildet wird, die an ihrem Ende mit einander verbunden sind, wobei an die Empfangsleitung an den Stationen jeweils eine zweite Empfangseinrichtung angeschaltet ist, über die alle für die Station bestimmten Datenpakete emp fangen werden; und bei Störung nur einer Leitung kann der Be trieb des lokalen Netzwerkes über die nicht gestörte Leitung, wie in Ansprüchen 1. bis 3. beschrieben, erfolgen. 5. Lokales Netzwerk nach Ansprüchen 1. bis 4. dadurchgekenn- zeichnet, dass die Synchronisation des gesamten Netzes durch das Aussenden von Bittakt, Worttakt und dem Satztakt, der aus mehreren Worten besteht, von der Hautpstation dann immer vorgenommen wird, wenn die letzte Meldungsserie das Netz oder zumindest das Sendekabel verlassen hat 6. Lokales Netzwerk nach Ansprüchen 1. bis 5. dadurch gekenn zeichnet6 dass bei Einsatz von Glasfasern die Stationen mit Bauteilen der Integrierten Optik angekoppelt werden und dass das Aussenden von Daten indirekt dadurch geschieht, dass von der Hauptstation ein fortlaufender Strom von Impulsen ausgesendet wird, wobei dieser von der. aktuell meldenden Station durch Passierenlassen und Löschen in die gewünschte Datenbitfolge geändert wird, ?. Lokales Netzwerk nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, dass die Dauerimpulsserien der Hauptstation ausser dem Bittakt den Worttakt oder Mehrfachworttakt übermitteln, indem z.B. nach Aussenden von 16 ggf. zu verändernden Datenbits ein Null-Bit gesendet wird. 8. Lokales Netzwerk nach Ansprüchen 1. bis 6. dadurch gekenn zeichnet, dass bei Auftauchen von Fehlern durch defekte Leitung teile oder Stationen diese bei der aus zwei Leitungen beste henden Linie oder dem geteilten Datenring durch Zeitvergleich der hin- und der rücklaufenden Signale an der Hauptstation geortet werden. 9. Lokales Netzwerk nach Ansprüchen 1. bis 8. dadurch gekenn zeichnet, dass die Betriebssicherheit des Netzes erhöht wird, indem Hauptstation, Verstärker und Regeneratoren als Doppel einheiten ausgeführt werden und die Regeneratoren durch zusätz liche Leitungen mit Bypass-Charakter verbunden werden.

Inventors: MARTIN, HELMUT, DR.-ING.
Applicants: MARTIN, HELMUT, DR.-ING.
Application year: 1983
Main classification: H04L11
IPC codes: H04L12