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Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit einer
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digitalen Übertragungsstrecke Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zur Überwachung der Funktionsfähigkeit einer Übertragungsstrecke für digitale Signale,
die aus einem zwischen zwei Sende- und Empfangseinrichtungen aufweisenden Endgeräten
angeordneten Kabel mit einer Vielzahl von Übertragungswegen besteht und in deren
Verlauf mindestens ein Regeneratorpunkt mit mindestens einem einen Empfänger und
einen Sender aufweisenden Repeater eingeschaltet ist.
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Die Übertragung von Nachrichten mittels digitaler Verfahren nimmt
ständig mehr Raum in der Übertragungstechnik ein, und zwar sowohl bei Kabeln mit
herkömmlichen metallischen Leitern als auch bei Kabeln mit Lichtwellenleitern. Ein
solches digitales Verfahren ist beispielsweise das Puls-Code-Modulations (PCM)-Verfahren,
auf das im folgenden - stellvertretend für alle möglichen digitalen Verfahren -
Bezug genommen wird. Im
Gegensatz zur herkömmlichen analogen Technik
brauchen digitale Signale nicht linear verstärkt zu werden. Sie werden in die Verstärker
der Analogtechnik ersetzenden Regeneratoren vollständig regeneriert. Dieser Vorgang
kann nahezu beliebig oft wiederholt werden. Die digitalen Signalkanäle können außerdem
in einen zeitlichen Rahmen eingefügt werden, was zum Zeitmultplexprinzip führt,
für dessen Realisierung die Anwendung der Elektronik besonders gut geeignet ist.
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In den Regeneratorpunkten, von denen je nach Streckenlänge eine mehr
oder weniger große Anzahl in der Übertragungsstrecke vorhanden ist, sind Repeater
enthalten, die die ankommenden Signale empfangen und in den nächsten Streckenabschnitt
senden.
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Die Anzahl der Repeater eines Regeneratorpunkts richtet sich nach
der Anzahl der Übertragungswege des eingesetzten Kabels.
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Die Funktionsfähigkeit dieser Repeater ist also für die Einsatzbereitschaft
der ganzen Übertragungsstrecke von großer Bedeutung. Diese Einsatzbereitschaft hängt
aber nicht nur von den Repeatern, sondern auch von den Ubertragungswegen selbst
ab, die beispielsweise durch mechanische Beschädigungen unterbrochen werden können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben,
mit dem die Funktionsfähigkeit einer digitalen Übertragungsstrecke auf einfache
Weise ständig überwacht werden kann.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs geschilderten
Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, - daß an jedem Regeneratorpunkt eine mit
einem Mikroprozessor ausgerüstete Überwachungsvorrichtung in die Übertragungsstrecke
eingeschaltet wird, an die alle Repeater des jeweiligen Regeneratorpunktes angeschlossen
werden, - daß jede Überwachungsvorrichtung über zwei voneinander unabhängige Übertragungswege
des Kabels mit beiden Endgeräten verbunden ist, - daß von einem Endgerät in zyklischer
Reigenfolge ein Datentelegramm auf dem einen Übertragungsweg über alle Überwachungsvorrichtungen
zum
zweiten Endgerät und von dem zweiten Endgerät auf dem anderen Übertragungsweg, wieder
über alle Überwachungsvorrichtungen' zurück zum ersten Endgerät gesendet wird, -
und daß von jeder Überwachungsvorrichtung nach Auswertung des Datentelegramms ein
Antwortsignal auf dem zweiten Übertragungsweg an das erste Endgerät zurückgesandt
und gleichzeitig das Datentelegramm in Übertragungsrichtung weitergesandt wird.
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Mit diesem Verfahren ist auf einfache und besonders schnelle Weise
eine kontinuierliche Überwachung einer PCM-Übertragungsstrecke möglich. Das die
Überwachung bewirkende Datentelegramm wird zyklisch immer wieder von einem Endgerät
ausgesandt und nach kürzest möglicher Zeit von allen Überwachungsvorrichtungen quittiert.
Es werden hierzu unter Schleifenbildung getrennte Übertragungswege verwendet, so
daß schon hierdurch eine relativ große Sicherheit bezüglich der Überwachung besteht.
Eine Unterbrechung eines Übertragungsweges wirkt sich dadurch bezüglich der Überwachung
insgesamt nicht aus, da automatisch weiter funktionsfähige Teilschleifen gebildet
werden.
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Die Eigensicherheit des durch dieses Verfahren angegebenen Systems
ist somit einerseits wegen der beiden unterschiedlichen Übertragungswege, die eine
über beide Endgeräte geführte Übertragungsschleife bzw. im Fehlerfall jeweils ein
Endgerät einschließende Teilschleifen bilden, und andererseits wegen der unmittelbaren
Rückmeldung von allen Überwachungsvorrichtungen sehr groß.
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Durch die Schleifenbildung mit den beiden unterschiedlichen Übertragungswegen
ergibt sich der weitere Vorteil, daß sich irgendwelche Unterbrechungen einzelner
oder aller Übertragungswege bezüglich der Überwachung nicht störend auswirken können.
Alle vor einer Fehlerstelle liegenden Überwachungsvorrichtungen werden nämlich unter
Bildung einer Teilschleife von dem ersten Endgerät weiterbedient, während alle hinter
der Fehlerstelle liegenden Überwachungsvorrichtungen dann auto-
matisch
unter Bildung einer zweiten Teilschleife von dem zweiten Endgerät mit der Überwachung
dienenden Datentelegrammen bedient werden. Hierdurch ist auch eine sehr schnelle
Ortung einer Fehlerstelle möglich.
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Jeder andere in den Regeneratorpunkten auftretende Fehler, wie beispielsweise
eine zu hohe Bitfehlerrate oder Fehler bei der Lasertemperatur oder beim Laserstrom
(optische Übertragung), werden von den Überwachungsvorrichtungen in ihrem Quittungstelegramm
dem Endgerät bzw. den Endgeräten mitgeteilt. Von dort kann über eine eigene Tastatur
oder auch über einen gesonderten Servicerechner festgestellt werden, um welchen
Fehler bei welchem Repeater es sich handelt. Der Fehler kann dann schnellstens behoben
werden.
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Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß für die
Übertragung des Datentelegramms und aller Antwortmeldungen die ohnehin vorhandenen
Übertragungswege des eingesetzten Kabels verwendet werden können. Die entsprechenden
Signale werden durch zusätzliche Amplitudenmodulation oder Phasenmodulation übertragen.
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Das Verfahren mit der vorteilhaften Schleifenbildung durch zwei getrennte
Übertragungswege ist auch dann besonders geeignet, wenn neben der reinen Überwachung
als Fernmessung auch eine gezielte Abfrage von bestimmten Meßwerten durchgeführt
werden soll. Eine solche Abfrage kann von den Endgeräten her mit entsprechenden
gezielten Datentelegrammen vorgenommen werden. Die Antworten - beispielsweise die
Angabe der Temperatur in einem Repeater - werden auf den gleichen Übertragungswegen,
wie oben geschildert, zu den Endgeräten zurückgesandt.
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Das Verfahren nach der Erfindung wird im folgenden anhand des in der
Zeichnung dargestellten Blockschaltbildes als Ausführungsbeispiel erläutert.
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Mit 1 ist ein Endgerät bezeichnet, das am einen Ende einer
Übertragungsstrecke
für PCM-Signale installiert ist. Am anderen Ende dieser Strecke befindet sich ein
Endgerät 2, das im Aufbau mit dem Endgerät 1 übereinstimmen kann.
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Zwischen den beiden Endgeräten 1 und 2 ist ein Kabel verlegt, das
entweder mit herkömmlichen metallischen Leitern oder auch mit Lichtwellenleitern
ausgerüstet ist. Die Anzahl der im Kabel vorhandenen Leiter bestimmt die Anzahl
der in demselben vorhandenen Übertragungswege. Die Übertragungswege können aus jeweils
zwei für Hin- und Rückrichtung bestimmten Leitern bestehen. Es ist jedoch auch möglich,
jeweils vier Leiter zu einem Vierer zusammenzufassen.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind in die Übertragungsstrecke
drei Regeneratorpunkte 3, 4 und 5 eingebaut, in welchen die PCM-Signale regeneriert
werden, die von einem Endgerät oder auch von beiden Endgeräten ausgesandt werden.
Die Anzahl der Regeneratorpunkte richtet sich nach der Länge der Übertragungsstrecke.
Sie kann auch wesentlich höher als "3" sein. In den Regeneratorpunkten ist eine
Anzahl von der Einfachheit halber nicht genauer dargestellten Repeatern enthalten,
die der Anzahl der im Kabel vorhandenen Übertragungswege entspricht.
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Jeder Repeater weist einen mit "E" bezeichneten Empfänger und einen
mit "S" bezeichneten Sender auf. Die Übertragung vom Endgerät 1 zum Endgerät 2 erfolgt
beispielsweise so, daß ein PCM-Signal von dem Sender des Endgeräts 1 ausgesandt
wird und vom Empfänger eines Repeaters in dem Regeneratorpunkt 3 empfangen wird.
Dieses Signal wird vollständig regeneriert und vom Sender dieses Repeaters auf den
nächsten Übertragungsabschnitt geschickt, bis es zum Schluß im Empfänger des Endgeräts
2 ankommt.
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Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung ist in jedem der Regeneratorpunkte
3, 4 und 5 eine Überwachungsvorrichtung 6 angebracht, die mit einem Mikroprozessor
ausgerüstet ist. An jede dieser Überwachungsvorrichtungen sind alle in dem Regeneratorpunkt
vorhandenen Repeater anyeschlossen, und zwar vorzugsweise über eine sogenannte Busleitung.
Die Überwachungsvor-
richtungen 6 sind mit mit gleichen oder ähnlichen,
ebenfalls Mikroprozessoren aufweisenden Überwachungsvorrichtungen 7 der beiden Endgeräte
1 und 2 über zwei voneinander unabhängige, unterschiedliche Übertragungswege der
gesamten Übertragungsstrecke verbunden. Ein solcher Übertragungsweg kann also beispielsweise
aus einem Paar oder einem Vierer für die eine Richtung und einem anderen Paar oder
einem anderen Vierer für die Gegenrichtung bestehen. Von diesen Übertragungswegen
wird für die Funktionsfähigkeit des Überwachungssystems jeweils nur eine Leitung
benötigt, so wie es in der Zeichnung anhand der eingezeichneten Pfeile angedeutet
ist.
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Der Übertragungsweg für die Überwachung der gesamten Strecke, welche
mittels sogenannter Datentelegramme erfolgt, läuft von einem Endgerät über die entsprechenden
Übertragungswege jeweils über die Überwachungsvorrichtungen 6 zu dem zweiten Endgerät
und von dem zweiten Endgerät auf anderen Übertragungswegen wieder über die Überwachungsvorrichtungen
6 zurück zum ersten Endgerät.
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Wenn die gesamte Übertragungsstrecke voll funktionsfähig ist, dann
wird die Überwachung beispielsweise wie folgt vorgenommen: Von der Überwachungsvorrichtung
7 im Endgerät 1 wird ein Datentelegramm abgeschickt, das zunächst bis zur Überwachungsvorrichtung
6 im Regeneratorpunkt 3 gelangt. Aufgrund der durch den Mikroprozessor gegebenen
Intelligenz dieser Überwachungsvorrichtung quittiert dieselbe den Empfang des Datentelegramms
sofort zurück an das Endgerät 1, und zwar über den anderen Übertragungsweg. Gleichzeitig
oder auch mit einer geringen Verzögerung wird das Datentelegramm zum Regeneratorpunkt
4 weitergegeben, wo es von der dortigen Überwachungsvorrich tung 6 empfangen und
genauso behandelt wird, wie schon von der Überwachungsvorrichtung 6 des Regeneratorpunkts
3. Das Datentelegramm läuft dann weiter zum Regeneratorpunkt 5 und von dort zur
Uberwachungsvorrichtung 7 des Endgeräts 2. Von dort wird es über den zweiten Übertragungsweg
auch wieder über alle Überwachungsvorrichtungen 6 zurück bis zur Überwachungsvor
richtung
7 des Endgeräts 1 geführt. Das Endgerät 1 sammelt dementsprechend je nach Anzahl
von Regeneratorpunkten eine bestimmte Anzahl von Nachrichten und beendet diese Sammlung
in dem Moment, wo die Rückantwort vom zweiten Endgerät 2 angekommen ist. Danach
ist der Zyklus beendet und es wird ein neues Datentelegramm auf die Strecke geschickt.
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Das Verfahren nach der Erfindung wird mit allen Konsequenzen im folgenden
auch anhand von Störfällen geschildert: 1. Normaler, ungestörter Betrieb Das führende
Endgerät 1 sendet in Richtung des geführten Endgeräts 2 ein Datentelegramm. Dieses
wird in jeder Überwachungsvorrichtung 6 erkannt und im Inhalt unverändert in dieselbe
Richtung weitergegeben. Gleichzeitig wird ein Antworttelegramm in Richtung Endgerät
1 zurückgesandt. Damit erhält das Endgerät 1 während der Durchlaufzeit des Datentelegramms
in Richtung Endgerät 2 bereits Meldungen über den Betriebszustand der einzelnen
Regeneratorpunkte 3 bis 5, und zwar in ihrer Reihenfolge. Das Ende des Durchlaufs
wird erkennbar durch die korrekte Anzahl der eingehenden Antworttelegramme. Wenn
das Endgerät 1 die richtige Anzahl von Antworttelegrammen erkannt hat, wird zyklisch
ein neues Datentelegramm in Richtung des Endgeräts 2 gesendet. Damit liegen in beiden
Endgeräten die Meldungen über den korrekten Betriebszustand der Strecke vor.
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2. Unterbrechung der Übertragungsstrecke bei A Es soll beispielsweise
eine elektronische Unterbrechung bei A vorliegen. Eine solche Unterbrechung bewirkt
beim Endgerät 1 das Einlaufen eines unvollständigen Antwortzyklus. Ein Vergleich
der eingelaufenen Anzahl von Antworttelegrammen mit der normalerweise erwarteten
ergibt eine eindeutige Aussage über den Ort der Unterbrechung. Das Endgerät 1 meldet
Alarm, sendet weiter Datentelegramme und erhält die Überwachung in der Teilschleife
bis zum Regeneratorpunkt 4 aufrecht. Das Endgerät 2 erhält wegen der Unterbrechung
keine Datentelegramme mehr und beginnt nach einer Wartezeit Alarm zu geben und selber
Datentelegramme in Richtung des Endgeräts 1 zu senden. Dabei reagiert
der
Regeneratorpunkt 5 Lfl üblicher Weise auf dieses Telegramm.
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Das Endgerät 2 kann aufgrund der Anzahl der Antworttelegramme ebenfalls
den Ort der Unterbrechung feststellen. Das Endgerät 1 erkennt durch den Empfang
des Datentelegramms, daß das Endgerät 2 wegen der Unterbrechung die selbständige
Überwachung der Teilschleife bis zum Regeneratorpunkt 5 übernommen hat.
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Damit ist trotz der Unterbrechung der Übertragungsstrecke weiterhin
die Überwachung gesichert.
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3. Unterbrechung der Übertragungsstrecke bei B Bei B soll beispielsweise
eine Leitung vollständig gebrochen sein. In diesem Fall ist das digitale Übertragungssystem
selbst gestört, was zu sofortigem Alarm im Endgerät 2 führt. Gleichzeitig läuft
der unter Fehlerfall 2 beschriebene Vorgang im Überwachungssystem ab. Der Ort des
Fehlers kann auch hier sofort angezeigt werden.
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4. Unterbrechung der Übertragungsstrecke bei C Es soll bei C beispielsweise
ein elektronischer Fehler vorliegen. Das Endgerät 1 erkennt aus dem unvollständigen
Antwortzyklus, daß der Übertragungsweg beim Regeneratorpunkt 3 unterbrochen ist.
Das Endgerät 1 wartet jetzt auf ein Datentelegramm vom Endgerät 2, wie in den Fällen
2 und 3 beschrieben. Wenn dieses nach einer bestimmten Zeit nicht empfangen wird,
sendet das Endgerät 1 ein Befehlstelegramm mit der Adresse des Endgeräts 2 und der
Mitteilung, daß keine Verbindung mehr besteht. Das Endgerät 2 startet daraufhin
selbständig eine Fehlersuche wie unter 2. bzw.
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3. beschrieben. Das Endgerät 1 sendet danach wieder Datentelegramme,
so daß das Überwachungssystem in Funktion bleibt.
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5. Unterbrechung bei D Bei D soll beispielsweise ein Steckerfehler
vorliegen. Es tritt dann sofort Alarm im Endgerät 1 auf. Der Ort der Unterbrechung
wird, wie unter 4. beschrieben, selbsttätig von beiden Endgeräten ermittelt.
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6. Unterbrechung des Kabels bei E Wenn das Kabel insgesamt durchtrennt
wird, laufen die unter 3.
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und 5. beschriebenen Überwachungsroutinen ab. Die Überwachungs funktion
bleibt in Betrieb, obwohl das gesamte digitale System unterbrochen ist.
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7. Ausfall einer Überwachungsvorrichtung bei E Es läuft dieselbe Überwachungsroutine
ab, die unter 6. beschrieben ist. Dabei tritt kein Alarm für eine Unterbrechung
der digitalen Übertragungsstrecke auf. Das Überwachungssystem bleibt in Funktion.
Nur der jeweils betroffene Regeneratorpunkt ist nicht mehr erreichbar.
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8. Überwachungssystem in normaler Funktion Die unter 1. beschriebene
Aussendung der Datentelegramme bewirkt bei Auftreten eines Fehlers, daß die jeweilige
Überwachungsvorrichtung 6 ihr Antworttelegramm statt mit der Meldung "betriebsfähig"
mit einer Fehlermeldung versieht. Das Datentelegramm wird außerdem in Übertragungsrichtung
weitergegeben. Aufgrund der pauschalen Fehlermeldung einer Überwachungsvorrichtung
6 bzw.
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eines der Endgeräte 1 oder 2 meldet das Endgerät 1 "Fehler".
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Gleichzeitig erhält das Endgerät 2 ebenfalls diese Fehlermeldung.
Über eine Bedientastatur oder einen externen Servicerechner kann nunmehr gezielt
über eine Adressierung des fehlerhaften Regeneratorpunkts ermittelt werden, welcher
spezielle Repeater defekt ist, und welcher Fehler vorliegt. Dies ist dadurch möglich,
daß die Überwachungsvorrichtungen 6 außer der pauschalen Meldung "Fehler" über eine
Busleitung Zugriff zu allen Repeatern und Meßstellen in ihrem Regeneratorpunkt haben.
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Die jeweilige Adresse des Repeaters ist beispielsweise durch den Steckplatz
vorgegeben. Um dies gesamte Überwachungssystem während einer Servicemessung in Funktion
zu halten, behandeln alle nicht über Servicetelegramme adressierte Überwachungsvorrichtungen
6 diese Telegramme wie Datentelegramme, melden also als Rücktelegramm ihren Betriebszustand
und geben das Servicetelegramm unverändert weiter. Nur die angesprochene Überwachungsvorrichtung
6 bzw. 7 erkennt die Adresse und führt die angegebenen Befehle aus. Sie übermittelt
beispielsweise den Laserstrom eines Repeaters rückwärts an das Endgerät 1. Gleichzeitig
sendet
es ein normales Datentelegramm in Richtung des Endgeräts 2 weiter, so daß alle nachfolgenden
Überwachungsvorrichtungen 6 weiter ihren Betriebszustand mitteilen. Auf diese Weise
wird erreicht, daß während einer gezielten Servicemessung die Überwachungsfunktion
für alle Regeneratorpunkte erhalten bleibt.
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9. Ausfall eines Endgeräts bei G Die Schleife bleibt entsprechend
ihrer "verteilten Intelligenz" weiter betriebsfähig, weil das jeweils andere Endgerät
die Überwachungsfunktion wie für die jeweils beschriebenen Fehlerarten automatisch
übernehmen kann.