УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ СОЕДИНЕНИЕМ ИСТОЧНИКА И ПРИЕМНИКА ДАННЫХ ПРИ СЕТЕВОМ ОБМЕНЕ ДАННЫХ
APPARATUS FOR CONTROLLING DATA SOURCE AND RECEIVER CONNECTION DURING NETWORK DATA COMMUNICATION

Изобретение относится к области вычислительной техники, в частности к устройствам управления соединением источников и приемников данных, и может быть использовано при создании вычислительных систем с активными периферийными устройствами для обеспечения беспроводной связи между источниками и приемниками данных с устранением конфликтов, возникающих при одновременной работе нескольких источников данных, и исключает необходимость генерировать в источнике данных оптических сигналов за счет собственного источника энергии.
Известны устройства, применяющие различного вида оптические ретрорефлекторы, назначение которых состоит в возвращении поступающего на них луча света к источнику света. В предлагаемом в заявке устройстве требуется применять ретрорефлектор, работающий совместно с модулятором света. Наиболее подходит для этого устройство с ретрорефлектором, предложенное в (US 6154299A, 28.11.2000). Его иллюстрирует фиг.1. Здесь показан уголковый отражатель (ретрорефлектор) 1. Это может быть зеркальный ретрорефлектор или триппель-призма. Перед ретрорефлектором расположен модулятор 2, генератор сигналов 3 изменяет уровень пропускания света модулятором 2. На фиг.1 показаны две грани ретрорефлектора, которые видны в разрезе в плоскости чертежа. В трех измерениях ретрорефлектор представляет собой пирамиду с тремя отражающими свет гранями.
Приемник данных посылает немодулированный луч света на ретрорефлектор и получает возвращенный луч, промодулированный модулятором, управляемым генератором сигналов 3, который получает сигналы от внешнего источника данных по линии 4.
Кроме того, как показано на фиг.2, модулятор 6 может располагаться перед дополнительным зеркалом 7, установленным перед ретрорефлектором 5.
Наряду с уголковым ретрорефлектором предлагается использовать ретрорефлектор типа "кошачий глаз" (cats eye reflector - CER). В нем лучи проходят через линзу, собираются в ее фокальной плоскости, отражаются от зеркала, находящегося в этой плоскости и, проходя через модулятор, возвращаются к источнику света.
В цитируемом патенте устройство с ретрорефлектором служит источником данных, не создавая сигналы этих данных за счет собственного источника питания. Оно облучается непрерывным оптическим излучением от внешнего устройства - приемника данных и возвращает ему принятое излучение, модулированное своими данными. Существуют и другие подобные решения, использующие ретрорефлекторы.
Подобным способом ретрорефлектор используется и в предлагаемой заявке как часть устройства управления соединением источника и приемника данных.
Известно Устройство управления соединением источника и приемника данных с децентрализованным приоритетным управлением, соответствующее целям заявки, приведено в авторском свидетельстве (SU 291199, 16.03.1971) и принятое за прототип. Назначение устройства состоит в устранении конфликта, возникающего при попытке многих устройств одновременно обратиться к общему каналу, объединяющему источник и приемник информации. Доступ к каналу предоставляется устройству на основе его кода приоритета. Экземпляр устройства управления находится в каждом устройстве из группы цифровых устройств, имеющих различные коды приоритета. Каждый экземпляр устройства наблюдает за состоянием канала связи, к которому требуется предоставить доступ только одному из цифровых устройств, имеющему наибольшее (или наименьшее) значение кода приоритета. Когда устройство обнаруживает паузу в передаче сигналов в канале (момент времени, когда можно начать передачу в канал кода приоритета), то оно поразрядно последовательно передает код приоритета в канал, выполняя следующий способ управления доступом. Устройству не предоставляется право доступа в канал, если при передаче любого разряда устройством последнее передало двоичный ноль, а хотя бы одно из других аналогичных устройств при этом передало двоичную единицу. Этот способ обеспечивает выделение наибольшего приоритета. При замене в указанном способе "единицы" на "ноль" выделяется наименьший приоритет. Устройство может передавать электрические и оптические сигналы. При использовании оптических сигналов, которые используются в настоящей заявке, сигнал, передаваемый любым из устройств, должен быть принят всеми другими аналогичными устройствами.
Описанное устройство применено как часть предлагаемого устройства управления соединением источника и приемника данных при сетевом обмене данными.
В предлагаемом в заявке устройстве применен также управляемый источник оптического излучения - ретранслятор, свет от которого поступает на источник и приемник данных, и источник модулирует его, тем самым создавая данные, посылаемые приемнику.
В целом, используя оптическую модуляцию отражаемого ретрорефлектором света, децентрализованное приоритетное управление, генерацию непрерывного и импульсного оптического излучения, предлагаемое устройство позволяет достигнуть положительного технического результата.
Задачей изобретения является создание устройства, которое одновременно:
- обеспечивает беспроводную оптическую связь источника и приемника данных;
- устраняет конфликты, запрещая одновременную работу нескольких источников данных;
- исключает необходимость генерировать в источнике данных оптические сигналы, используя собственный источник энергии.
Техническим результатом изобретения является устранение конфликтов доступа источников данных и уменьшение мощности, потребляемой источником данных, так как источник данных не создает оптические сигналы, а лишь модулирует оптические сигналы, посылаемые ему блоком управляемого оптического излучения - ретранслятором, и с помощью ретрорефлектора возвращает их в ретранслятор, который формирует на их основе сигналы, посылаемые приемнику.
Технический результат достигается тем, что устройство управления соединением источника и приемника данных при сетевом обмене данными содержит в каждом из соединяемых устройств блок оптической модуляции с ретрорефлектором, блок доступа и управления, общий для соединяемых устройств блок ретранслятора сигналов, при этом первый блок снабжен модулятором света, светоделителем, фотоприемником, принимающим сигналы от третьего блока, второй блок переключает состояние модулятора света в первом блоке, а третий блок излучает непрерывно оптический сигнал на одной частоте, принимает этот сигнал, модулированный модулятором первого блока, и ретранслирует его в виде оптического сигнала другой частоты, принимаемого фотоприемником первого блока.
В устройство могут быть включены дополнительные блоки: оптической модуляции с ретрорефлектором, доступа и управления, ретранслятора сигналов, использующие дополнительные частоты сигналов, позволяющие одновременно выполнять обмен данными и выделение источника данных.
Устройство дополнительно содержит блоки ретранслятора сигналов, соединенные оптической линией связи для обмена между этими блоками импульсными сигналами такими же, какие блок ретранслятора сигналов получает от блока оптической модуляции с ретрорефлектором, и ретрансляции этих сигналов в фотоприемник блока оптической модуляции с ретрорефлектором.
Блоки оптической модуляции с ретрорефлектором и ретранслятора сигналов располагаются так, что для обмена сигналами между ними вводится отражающая световые сигналы среда, направляющая свет от источника сигнала к приемнику.
Предлагаемое устройство управления соединением источника и приемника данных при сетевом обмене данными (далее УУС) содержит блок оптической модуляции с ретрорефлектором (далее БОМР), включающий модулятор света, фотоприемник, светоделитель; блок доступа и управления (далее БДУ); блок управляемого оптического излучения - ретранслятора сигналов (далее БРС). Блоки БОМР и БДУ обмениваются электрическими сигналами с источником и приемником данных (далее "объектом"). Блок БРС размещен удаленно от БОМР и БДУ и обменивается с БОМР оптическими сигналами.
Блок БРС выполняет две функции: БРС излучает непрерывный световой поток на фиксированной частоте (далее f0), который поступает на объект; БРС получает сигналы объекта (импульсные сигналы на частоте f0) и формирует на их основе импульсные сигналы на фиксированной частоте (далее f1), посылаемые объекту. Блок БОМР принимает оптические сигналы от БРС и возвращает ему оптические сигналы. Блок БДУ переключает состояние модулятора в БОМР и обменивается сигналами с объектом.
Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства поясняются чертежами.
Фиг.1 показывает устройство с ретрорефлектором из (US 6154299A, 28.11.2000).
Фиг.2 показывает дополнительное зеркало в устройстве с ретрорефлектором из (US 6154299 A. 28.11.2000).
Фиг.3 показывает блок оптической модуляции с ретрорефлектором.
Фиг.4 показывает блок доступа и управления.
Фиг.5 показывает блок ретранслятора сигналов.
Предложенное устройство УУС состоит из трех блоков - БОМР, БДУ, БРС, которые имеют следующие узлы.
Блок БОМР показан на фиг.3. Перед модулятором света 8 и ретрорефлектором 9 в блоке помещается светоделитель (плоскопараллельная прозрачная пластина, дихроическое зеркало) 10, который пропускает сигнал на ретрорефлектор и частично отражает сигнал на фотоприемник 11. Узел 11 принимает импульсные оптические сигналы и посылает их по линии 12 в блок БДУ. На узел 8 поступают управляющие сигналы от блока БДУ по линии 13.
Возможен второй вариант построения БОМР. Он отличается от первого варианта в том, что в качестве ретрорефлектора применен ретрорефлектор типа "кошачий глаз". Модулятор при этом может располагаться как в вариантах 1 или 2.
Дальнейшее изложение основано на первом варианте БОМР.
Блок БДУ показан на фиг.4 и содержит следующие узлы: регистр 14, датчик паузы 15, генератор сигналов сдвига 16, узел управления 17. Блок БДУ содержит также шину 18, соединяющую его с блоком БОМР (соединение с линиями 12 и 13 в БОМР), и шину 19, соединяющую БДУ с объектом, по которым передаются группы сигналов. Взаимодействие узлов БДУ осуществляется в следующих двух режимах.
Режим 1 - борьба за право быть источником данных. Объект, которому требуется доступ к другому объекту, загружает по шине 19 свой код доступа в узел 14 блока БДУ - регистр хранения и сдвига кода доступа и запускает узел 15 - датчик паузы. Узел 15 начинает отсчитывать заданный интервал времени - паузу. Узел 15 по шине 18 следит за выходом БОМР (линия 12 в БОМР). Сигнал от БОМР на линии 12 прекращает в узле 15 текущий отсчет паузы и запускает новый отсчет. Сигнал с линии 12 останавливает также работу генератора сигналов сдвига 16, если узел 16 до этого работал.
Работу узлов 15 и 16 может остановить также объект, послав в узлы по шине 19 сигнал останова.
Если узел 15 полностью отсчитал интервал паузы, то он переходит в исходное состояние, посылает сигнал, запускающий генератор сигналов сдвига 16. Узел 16 начинает посылать сигналы сдвига в регистр 14, который посылает сигналы в БОМР, модулирующие в нем поступивший от БРС оптический сигнал частоты f0 (и этим разрешающие возврат сигнала в БРС), если сигнал на выходе регистра 14 имеет значение "1".
Если сигнал на выходе регистра 14 имеет значение "0" и из блока БОМР по линии 12 поступил сигнал, означающий, что в борьбе участвуют объекты, пославшие в БРС сигнал "1", то БДУ прекращает борьбу, переводит узел 15 в состояние слежения за паузой и его узел 17 посылает об этом сигнал объекту.
Если узлу 16 удалось передать все содержимое регистра 14, то узел 16 посылает сигнал в узел управления 17, а последний по шине 19 посылает сигнал объекту, разрешая ему передачу данных путем управления модулятором в БОМР.
Таким образом, блок БДУ будет пытаться передать содержимое регистра 14 до тех пор, пока либо передача будет выполнена, либо объект выключит блок БДУ.
Режим 2 - прием и передача данных. При приеме данных поступающие с линии 12 блока БОМР сигналы проходят через шину 18 в узел 17, который по шине 19 направляет их в объект. При передаче данных узел 17 помимо этого соединения устанавливает связь объекта с линией 13 БОМР, позволяя объекту модулировать оптические сигналы f0, поступающие от БРС.
Блок БРС показан на фиг.5 и содержит следующие узлы: источник непрерывного оптического излучения 20, источник оптических импульсов 21, приемник оптических импульсов 22 и источник питания 23. При этом узел 20 излучает свет фиксированной частоты f0, узел 21 посылает световые импульсы фиксированной частоты fl, узел 22 принимает импульсы частоты f0.
Перечисленные выше блоки БОМР, БДУ и БРС располагаются следующим образом. Блоки БОМР и БДУ располагаются совместно с объектом и обмениваются с ним электрическими сигналами, блок БРС выполняется в виде отдельного устройства, взаимодействующего с блоком БОМР при помощи оптической беспроводной связи. БОМР объекта и блок БРС должны располагаться так, чтобы посылаемые блоком БРС оптические сигналы поступали на ретрорефлектор блока БОМР, а возвращаемые ретрорефлектором сигналы поступали в узел 22 блока БРС.
Предлагаемое устройство УУС действует следующим образом.
БРС излучает свет двух частот f0 и f1. На частоте f0 сигнал излучается непрерывно. На частоте f1 блок БРС излучает импульсные световые сигналы при приеме импульсного сигнала f0, т.е. ретранслирует импульсный сигнал f0.
Режим 1 функционирования УУС - обмен данными
Имеется объект-источник, передающий данные. При этом его БОМР принимает непрерывный сигнал f0 от БРС и возвращает его в БРС, модулируя поступающими от БДУ двоичными данными, так, что в БРС возвращается только сигнал, соответствующий двоичной единице в коде передаваемых данных. БРС каждый сигнал, принятый на частоте f0, ретранслирует в виде импульсного сигнала на частоте f1. Этот сигнал покрывает площадь, на которой может располагаться объект. Интервал между передачей сигналов приемнику данных известен и приемник может определить, передан источником «1» или пропущен сигнал, что означает передачу «0».
В результате приемник получает данные от источника, а источник проверяет корректность работы БРС.
Для передачи источнику данных от приемника последний действует аналогично изложенным выше действиям источника, но только при получении команды от источника. Во время передачи данных от приемника источник данные не передает.
Режим 2 функционирования УУС - выделение единственного источника данных
Вариант 1: совмещение каналов обмена данными и выделения источника данных
Если в текущий момент времени нет действующего источника данных, и у объектов возникает потребность одновременно передать данные, то возникает конфликт, который исключают следующие действия БДУ каждого объекта (SU 291199, 16.03.1971). Если в течение фиксированного интервала времени объекты не получают сигналы f1, то это означает отсутствие источников данных и объекты, желающие стать источниками, могут начать борьбу за право быть источником. Борьбу объекты проводят с использованием непрерывного сигнала БРС на частоте f0 и начинают борьбу с возврата в БРС признака начала борьбы с помощью импульсного сигнала на частоте f0. Ретранслятор БРС в ответ посылает объектам сигнал f1. После передачи этого и следующих сигналов борьбы объекты выдерживают паузу, достаточную для того, чтобы все объекты получили сигнал f1 от БРС. С указанным интервалом объекты с помощью БДУ и БОМР поразрядно, начиная со старшего разряда, передают свои двоичные коды приоритета, различные для каждого объекта. Если значение разряда равно «1», то объект возвращает импульсный сигнал f0 в БРС и последний посылает объектам сигнал f1. Если значение разряда равно «0», то сигнал в БРС не возвращается.
Объекты, имеющие в текущем разряде кода приоритета «0» и получившие сигнал f1 о наличии объектов, передавших «1», перестают бороться за занятие канала. Так как в настоящей заявке нет ограничения на количество объектов, то остальные объекты и ретранслятор выполняют указанные действия для следующего разряда кода приоритета и т.д. до завершения передачи всего кода приоритета и выделения единственного объекта - источника данных.
Этот режим позволяет не только выделить единственный источник данных при отсутствии действующих источников, но и передать права действующего источника другому объекту. Возможны два варианта таких действий. Первый вариант: источник данных периодически создает паузу в передаче своих данных, во время которой объекты могут провести борьбу. Второй вариант: объект, претендующий на проведение борьбы, посылает сигналы, искажающие сообщение действующего источника, который в ответ создает паузу, как в первом варианте. Во время борьбы сигналы f0 и f1 используются, как описано выше, но в борьбе за право быть источником проводит борьбу и действующий источник. Выигравший борьбу объект может или немедленно стать источником, или предварительно согласовать свои действия с действующим источником и отложить свой переход в состояние источника данных.
Вариант 2: разделение каналов обмена данными и выделения источника данных
Эффективность предлагаемого устройства повышается, если обеспечить одновременное выполнение процессов обмена данными и выделения источника данных. Для реализации такой возможности следует в устройство добавить комплект блока БДУ и модифицированного блока БОМР, а также добавить модифицированный блок БРС. Модифицированный БОМР действует аналогично не модифицированному БОМР, но вместо сигналов с частотами f0 и f1 использует соответственно сигналы с частотами f2 и f3. Модифицированный блок БРС имеет источник непрерывного сигнала с частотой f2, приемник импульсного сигнала с частотой f2, который БРС ретранслирует с помощью импульсного источника в сигнал с частотой f3 аналогично тому, как не модифицированный БРС работал с сигналами f0 и f1.
Приведенные изменения позволяют источникам данных посылать заявку на право передачи данных действующему источнику данных, не нарушая в последнем сеанс передачи данных.
Использование группы ретрансляторов
При использовании многих объектов единственный БРС может не иметь возможности установить связь со всеми объектами. В этом случае используется несколько БРС, каждый из которых связывается только с частью объектов системы. При этом взаимодействие ретрансляторов эквивалентно наличию только одного ретранслятора, связывающего все объекты. Это выполняется следующим способом.
Все БРС объединены оптической линией связи. Каждый БРС при получении импульсного сигнала f0 посылает такой же сигнал по оптической линии всем БРС. Каждый БРС, получив из линии указанный сигнал, посылает всем связанным с ним объектам оптический импульсный сигнал f1.
Наличие линии связи позволяет передавать по ней от внешнего источника мощное непрерывное излучение частот f0 и f1 и тем самым исключить из БРС источник питания.
Размещение ретрансляторов среди объектов
Выше показано расположение БРС, обеспечивающее беспроводную оптическую связь БРС с объектами, но не между блоками БРС. Введение беспроводной связи между БРС дает дополнительные возможности в управлении работой БРС, в частности, для взаимодействия БРС не требуется использовать оптическую линию связи. Для создания беспроводной связи между БРС они располагаются произвольным способом между объектами, а на месте описанного ранее расположения БРС дополнительно помещается отражающая световые сигналы среда. Сигналы ретранслятора отражаются от этой среды и направляются к объектам, сигналы объектов поступают к ретранслятору, также отражаясь от среды.
Описанное выше устройство используется следующим образом для управления соединением источника и приемника данных при сетевом обмене данными.
При необходимости получить возможность передавать данные объект помещает свой код доступа в регистр 16 блока БДУ, запускает БДУ в работу, и БДУ устраняет конфликт доступа. При этом объект - победитель в конфликте получает возможность передавать данные и принимать данные без помех со стороны других объектов.
Область применения устройства - системы с сетевой организацией, в которых допустим режим, запрещающий одновременную передачу данных несколькими объектами. В частности, такой режим подходит для связи одной или нескольких ЭВМ с общими периферийными устройствами.