СЕТЬ И СПОСОБ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ETHERNET-СОЕДИНЕНИЯ
NETWORK AND METHOD FOR SERIES ETHERNET CONNECTION

Описание
Настоящее изобретение направлено на масштабированную Ethernet-архитектуру с последовательным гирляндным соединением, которая позволяет модулям мониторов с соединениями "от точки к точке" между собой быть удаляемыми из цепочки и заменяемыми (по одному за раз) без влияния на работу цепочки. Цепочка может масштабироваться от небольшого до большого числа модулей в зависимости от потребности.
Уровень техники
Система мониторинга/управления должна быть наращиваемой согласно числу требуемых точек, так чтобы требовать небольшое или большое число модулей. Сбой в одном модуле не должны влиять на работу других модулей, и модули должны иметь возможность быть заменяемыми без влияния на другие модули. Обязателен высокоскоростной обмен данными между модулями. В этом отношении последовательная система связи предоставляет небольшое число выводов и высокую пропускную способность, но высокоскоростные последовательные линии связи (такие как Ethernet) типично имеют схему "от точки к точке" и требуют мостовой или коммутационной схемы. Эта коммутационная схема становится источником сбоев вследствие отказа одного элемента, которые может нарушить работу всей системы.
В существующих структурах систем мониторинга/управления проблема сбоя вследствие отказа одного элемента разрешена с помощью резервных сетей. В случае стандартной PICMG 2.16 две отдельные платы коммутаторов устанавливаются в стойку, содержащую платы мониторов, предоставляя отдельные Ethernet-линии связи для каждой платы монитора. Тем не менее, у этого подхода есть недостатки. Во-первых, плата коммутатора должна иметь достаточное число портов, чтобы обслуживать полную стойку. Для небольшого числа каналов пользователь все равно должен приобретать две платы коммутаторов, тем самым значительно увеличивая закупочную стоимость стойки. Во-вторых, размер стойки ограничен числом каналов, поддерживаемых на платах коммутаторов.
Раскрытие изобретения
В примерном варианте осуществления изобретения, локальная вычислительная сеть содержит множество модулей, при этом каждый модуль имеет, по меньшей мере, два из множества модулей, предшествующих упомянутому модулю в сети, и/или, по меньшей мере, два из множества модулей, следующих после упомянутого модуля в сети, множество линий связи, идущих между множеством модулей, причем каждая линия связи "от точки к точке" идет между двумя модулями так, чтобы соединять множество модулей последовательным гирляндным способом, при этом каждый из множества модулей соединен посредством линии связи "от точки к точке" с каждым из двух модулей, предшествующих упомянутому модулю, и/или с каждым из двух модулей, следующих после упомянутого модуля, посредством чего последовательное гирляндное соединение модулей может быть наращено и/или каждый из множества модулей может быть удален по одному за раз из сети и заменен без влияния на работу сети.
В другом примерном варианте осуществления изобретения, сеть типа Ethernet содержит множество мониторов, соединенных последовательным гирляндным способом, при этом каждый монитор имеет, по меньшей мере, два монитора, предшествующих упомянутому монитору в Ethernet, и/или, по меньшей мере, два монитора, следующих после упомянутого монитора в Ethernet, множество линий связи "от точки к точке", идущих между множеством мониторов, так чтобы соединять упомянутое множество мониторов упомянутым последовательным гирляндным способом, причем каждая линия связи "от точки к точке" идет между двумя из множества мониторов, при этом каждый из множества мониторов соединен посредством линии связи "от точки к точке" с каждым из двух мониторов, предшествующих упомянутому монитору в Ethernet, и/или с каждым из двух мониторов, следующих после упомянутого монитора в Ethernet, посредством чего последовательное гирляндное соединение мониторов может быть наращено и/или каждый из множества мониторов может быть удален по одному за раз из Ethernet и заменен без влияния на работу Ethernet.
В еще одном другом примерном варианте осуществления изобретения, способ соединения модулей мониторов, чтобы формировать локальную вычислительную сеть, которая содержит множество модулей мониторов и множество линий связи "от точки к точке", идущих между множеством модулей мониторов, так чтобы соединять модули мониторов последовательным гирляндным способом, содержит этапы соединения каждого из множества модулей мониторов посредством линий связи "от точки к точке" с каждым из двух модулей мониторов, предшествующих упомянутому модулю монитора в сети с последовательным гирляндным соединением, и/или соединения каждого из множества модулей мониторов посредством линий связи "от точки к точке" с каждым из двух модулей мониторов, следующих после упомянутого модуля в сети с последовательным гирляндным соединением.
Настоящее изобретение направлено на локальную вычислительную сеть с последовательным гирляндным соединением, такую как Ethernet, и на способ соединения модулей с помощью архитектуры локальной вычислительной сети с последовательным гирляндным соединением, такой как Ethernet. Архитектура включает в себя соединения "от точки к точке" между каждым модулем и двумя модулями в цепочке, предшествующими и следующими после этого модуля. Эта архитектура позволяет цепочке быть наращиваемой, а модулям быть удаляемыми из цепочки без прерывания обслуживания других модулей. Микропроцессор и дополнительный порт предоставляют дополнительный шлюз для соединения с внешним устройством.
Частные варианты осуществления заявленных изобретений характеризуются тем что
- каждый модуль включает в себя многопортовый коммутатор для приема данных от двух модулей, предшествующих упомянутому модулю, и/или передачи данных в два модуля, следующих после упомянутого модуля;
- каждый модуль представляет собой устройство, выбранное из группы, состоящей из мониторингового устройства для вращающихся машин, управляющего устройства для вращающихся машин и устройства сбора данных для вращающихся машин;
- каждый модуль представляет собой устройство, выбранное из группы, состоящей из вычислительной машины, монитора и терминала;
- каждый модуль включает в себя контроллер и линию связи для соединения с внешними устройствами за пределами сети;
контроллер представляет собой устройство, выбираемое из группы, состоящей из микропроцессора, сетевого процессора, программируемой пользователем матричной БИС (FPGA), процессора цифровых сигналов, Ethernet-маршрутизатора и дополнительных микросхем коммутаторов.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - это блок-схема, иллюстрирующая архитектуру последовательного соединения по настоящему изобретению для мониторов, которые являются частью Ethernet.
Фиг. 2 - это блок-схема, иллюстрирующая внутренние электрические компоненты каждого монитора, используемого в архитектуре последовательного соединения по настоящему изобретению, проиллюстрированной на фиг. 1.
Осуществление изобретения
Локальная вычислительная сеть, или LAN, - это сеть передачи данных, которая территориально ограничена. Типично, LAN предоставляет простое взаимное соединение вычислительных машин, мониторов, терминалов и т.п. в рамках примыкающих зданий. Ethernet является одним примером LAN, в которой данные разбиваются на пакеты, при этом каждый пакет передается с помощью алгоритма CSMA/CD до тех пор, пока он не достигает назначения без конфликта с каким-либо другим пакетом. Таким образом, при функционировании каждый узел в LAN либо передает, либо принимает пакеты данных в любой момент работы.
Настоящее изобретение использует Ethernet-архитектуру 10 с последовательным гирляндным соединением, проиллюстрированную на фиг. 1, в которой множество модулей 12 мониторов соединены последовательным гирляндным способом друг с другом с помощью множества линий 14 связи "от точки к точке", идущих между модулями 12. В Ethernet-архитектуре 10 с последовательным гирляндным соединением, проиллюстрированной на фиг. 1, каждый модуль 12 монитора связывается с каждым из двух модулей, предшествующих ему в Ethernet, и с каждым из двух модулей, следующих после него в Ethernet.
Ссылаясь на фиг. 1, показан Ethernet, в котором пять мониторов 12, пронумерованных с 1 до 5, связаны с помощью Ethernet-архитектуры 10 с последовательным гирляндным соединением по настоящему изобретению. В Ethernet-архитектуре с последовательным гирляндным соединением по настоящему изобретению монитор 3, например, соединен последовательным гирляндным способом с мониторами 1 и 5 и мониторами 2 и 4 посредством множества линий 14 связи "от точки к точке", которыми типично являются Ethernet-кабели. Мониторы 1 и 2 предшествуют монитору 3 в последовательном гирляндном Ethernet-соединении, тогда как мониторы 4 и 5 следуют после монитора 3 в последовательном гирляндном Ethernet-соединении. В этой конфигурации монитор 3 соединен с предшествующим монитором 1 посредством первой линии 14a связи, а с предшествующим монитором 2 посредством второй линии 14b связи. Аналогично, монитор 3 соединен со следующим после монитором 5 посредством третьей линии 14c связи, а со следующим после монитором 4 посредством четвертой линии 14d связи.
Аналогичные конфигурации соединения используются для того, чтобы соединять мониторы 1, 2, 4 и 5 с другими мониторами, включенными в последовательное гирляндное Ethernet-соединение 10, проиллюстрированное конкретно на фиг. 1. Таким образом, например, когда только один монитор, т.е. монитор 1 предшествует монитору 2 в Ethernet, тогда как два монитора, т.е. мониторы 3 и 4 следуют после монитора 2 в Ethernet, монитор 2 соединен с монитором 1 посредством пятой линии 14e связи, с монитором 3 посредством второй линии 14b связи, а с монитором 4 посредством шестой линии 14f связи. Также, когда ни один монитор не предшествует или следует после монитора, к примеру, мониторов 1 и 5 в Ethernet, этот монитор соединяется только с двумя мониторами, которые предшествуют или следуют после него в Ethernet. Таким образом, например, монитор 1 соединен только с монитором 2 посредством первой линии 14a связи и с монитором 3 посредством второй линии 14b связи.
В Ethernet-конфигурации с последовательным гирляндным соединением по настоящему изобретению любой из модулей 12 может быть удален без разрыва канала связи между другими модулями. Таким образом, например, если монитор 3 удален из Ethernet, монитор 5 по-прежнему может обмениваться данными с монитором 1 посредством мониторов 4 и 2 и линии 14g связи, соединяющей монитор 5 и монитор 4, линии 14f связи, соединяющей мониторы 4 и 2, и линии 14e связи, соединяющей мониторы 2 и 1.
Из вышеприведенного описания очевидно, что Ethernet 10 с последовательным гирляндным соединением, проиллюстрированный на фиг. 1, может быть масштабирован от небольшого числа модулей 12, таких как мониторы 1-5, проиллюстрированные на фиг. 1, до большого числа модулей 12, в зависимости от потребности. Если Ethernet 10 с последовательным гирляндным соединением наращивается, архитектура Ethernet 10 с последовательным гирляндным соединением, тем не менее, включает в себя соединения "от точки к точке" между каждым дополнительным модулем и двумя модулями в цепочке, предшествующими данному модулю, и двумя модулями в цепочке, следующими после данного модуля.
Ссылаясь теперь на фиг. 2, каждый монитор 12 также включает в себя микропроцессор 16 и интегральную схему 18 Ethernet, соединенную посредством шины 20 с микропроцессором 16, для соединения с внешними устройствами вне цепочки, такими как управляющая система или HMI (интерфейс управления коммутатором), посредством Ethernet-линии 22 связи, соединенной с Ethernet ИС 18. Микропроцессор 16 предоставляет шлюз, отфильтровывающий внутренние сообщения в стойке или выполняющий переключение между внутренними и внешними протоколами. Также микропроцессор 16 соединен посредством другой шины 24 с интегральной микросхемой 26 многопортового коммутатора, которая управляет приемом и передачей пакетов данных от одного модуля к другому. Таким образом, в примере монитора 3 многопортовый коммутатор 26 должен быть соединен с линиями 14a-14d связи "от точки к точке", чтобы передавать пакеты данных через монитор 3 от мониторов 1 и/или 2 к мониторам 4 и/или 5, и наоборот. Чтобы не допустить образования замкнутых контуров передачи данных через резервные Ethernet-сети, коммутационный узел использует протокол охватывающего дерева IEEE 802.1d или его эквивалент.
Хотя изобретение описано в связи с тем, что в настоящее время, как считается, является наиболее практичным и предпочтительным вариантом осуществления, следует понимать, что изобретение не должно быть ограниченным раскрытым вариантом осуществления, а наоборот, предназначено для того, чтобы охватывать различные модификации и эквивалентные конфигурации, не выходящие за рамки духа и области применения прилагаемой формулы изобретения.
Список элементов
1 - модуль
2 - модуль
3 - модуль
4 - модуль
5 - модуль
10 - Ethernet-архитектура с последовательным гирляндным соединением
12 - модуль
14 - линии связи "от точки к точке"
14a - первая линия связи
14b - вторая линия связи
14c - третья линия связи
14d - четвертая линия связи
14e - пятая линия связи
14f - шестая линия связи
14g - седьмая линия связи
16 - контроллер/микропроцессор
18 - Ethernet ИС
20 - шина
22 - Ethernet-линия связи
24 - шина
26 - интегральная микросхема многопортового коммутатора