DE8508153U1

DE8508153U1 - Fiberoptic - Transmission - System - Interface mit optischem Schleifenkoppler für Datenübertragungssysteme mit Lichtwellenleitern

Info

Publication number: DE8508153U1
Application number: DE19858508153
Authority: DE
Original assignee: SCHOENEBECK BODO 7200 TUTTLINGEN DE
Current assignee: SCHOENEBECK BODO 7200 TUTTLINGEN DE
Priority date: 1985-03-19
Filing date: 1985-03-19
Publication date: 1985-04-25

Description

Bodo Schönebeck

Gartenstrasse 3

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72oo Tuttlingen

FTS - ( Fiberoptic - Transmission - System ) Interface mit optischem Schleifenkoppler für Datenübertragungssysteme mit Lichtwellenleitera

Das nachfolgend beschriebene Interface zur Datenübertragung in Systemen mit Lichtwellenleitern ermöglicht die interaktive Korn munikation auf Semiduplexbasis zwischen den einzelnen System komponenten . Der Unterschied zu bestehenden Systemen dieser Art liegt in der kostengünstigen Realisierung der Übertragung durch nur einen Lichtwellenleiter als Hauptdatenkanal „ Zum Vergleich mit einem elektrischen System werden bei diesem Kon zept die einzelnen Systemkomponenten " parallelgeschaltet " wodurch erreicht wird , daß beim Ausfall einer oder mehrerer Systemkom ponenten die Kommunikation der intakten Komponenten nicht beein trächtigt wird . Jedes FTS - Interface ist so ausgebildet , daß im Normalfall die Information vorangehender oder nachgesehalteter Einheiten verstärkt wird und wieder in den Hauptdatenkanal ein gespeist wird . Beim Ausfall der Verstärkerelektronik , sorgt eine optische " Reserveleitung " dafür , daß die eingehenden Informationen wieder in den Hauptdatenkanal geleitet werden , allerdings un verstärkt ·

Durch Auswahl geeigneter Lichtwellenleiter , sowie Sende - und Empfangselemente ist es möglich den Ausfall mehrerer Verstärker stufen zu neutralisieren , wobei die maximale Reichweite einer Einheit als Grenzwert anzusetzen ist .

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FTS - Interface mit optischem Schleifenkoppler für Datenüber tragungssysteme mit Lichtwellenleitern .

Bisherige Datenübertragungssysteme mit Lichtwellenleitem können in zwei Kategorien eingeteilt werden :

1. Systeme , die mit Hilfe spezieller optomechanischer Gegeben heiten eine Auskopplung der Informatim aus einem Lichtwellen leiter ermöglichen um eine Datenübertragung zu einem anderen Ge rät vorzunehmen . Dies bedingt entweder die Herstellung spezieller Lichtwellenleiter , die eine Auskopplung direkt aua einem Licht wellenleiter in einen anderen ermöglichen ( Taperprinzip ) , oder die Einfügung spezieller Interferenzfilter , die für eine Auskopplung aus einem Lichtwellenleiter sorgen ( Strahlteilerprinzip ) , Eine weitere Möglichkeit bietet das Versatzprinzip , bei dem aus zwei Lichtwellenleitern zweier anderer Lichtwellenleiter mit verschiedenem Durchmesser eine Verteilung unterschiedlichen Verhältnisses vor genommen wird .

Die Nachteile dieser Arten liegen in der Beschränkung auf spezielle Lichtwellenleiter , die durch ihren Herstellungsprozeß sowie der entsprechenden zusätzlichen Bearbeitungen sehr teuer sind . Ferner werden auch auf den Hauptstrecken zwischen zwei Geräten zwei Licht wellenleiter benötigt .

Die bisher gefertigten Ausführungen sind aufgrund der übertragungs gegebenheiten nur auf Glasfasern angewendet worden . Die für den Bereich der mittleren Datentechnik kostengünstigeren Möglichkeiten des Einsatze3 von Polyraerfasern wurden bisher noch nicht in Form der Herstellung o.a. spezieller Ausführungen realisiert . Dies liegt insbesondere in den noch höheren Dämpfungswerten der Polymer faser und den modenabhängigen Reflexionen begründet . Ein weiterer Nachteil ist , daß die Verbindung der einzelnen Korn ponenten eines Übertragungssystems bei einer Anzahl größer als zwei optisch in einer Punkt - zu - Punkt - Verbindung , d.h. in serieller

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FTS - Interface mit optischem Schleifenkoppler für Datenübertragungs - ;| systeme mit Lichtwellenleitern . |

Form vorgenommen werden muö . Es ist somit also kein dox-ohge he rider { Hauptdatenkanal gegeben . i

2. Systemen , die in verschiedenen Ausführungen ( Glasfaser oder
Polymerfaser ) eine Verbindung zwischen den Systemkomponenten
herstellen unter Zuhilfenahme von Interface - Refreshern <, d.h. } Verstärkerkomponenten elektronischer Art , die das eingekoppelte
optische Signal in ein elektrisches umwandeln , verstärken und
über eine optische interfaceeigene Sendeeinheit zur nachfolgenden
Systemkomponente über einen Lichtwellenleiter weiterübertragen .
Auch diese Systeme arbeiten rein optisch gesehen in einer seriellen
Punkt - zu - Punkt - Verbindung . Unter dem Aspekt eines Refresher ausfalle wird bei diesen Geräten der Dialog zu nachfolgenden bzw„
vorangehenden Geräten unterbrochen . Erfolgt dies bei unter 1 ge - ί nannten Systemen nur bei Unterbrechung des Hauptlichtwellenleiters
treten bei dieser Art von System auch evtl. Störkomponenten im
elektronischen Bereich hervor . Somit ist der evtl. Ausfall einer % Datenübe rtragungs strecke auf zwei Bereiche ausgedehnt worden . *\ Zwar ist durch die Möglichkeit der Verwendung kostengünstigerer | Polymerfaser der Grundkostenpreis pro Stationsverbindung geringer , $ jedoch stellt die mögliche Unterbrechung der Übertragungsstrecke i durch Ausfall der Refresherkomponente gerade im Bereich der Über - ■;! tragung von Steuer - und Regeldaten ein gewisses Risiko hinsieht lieh daraus resultierender Fehler in Aktoren dar . _;

Ziel der Entwicklung war es ein Interface zu konstruieren , das
folgende Bedingungen erfüllt :

1.) Standardisierung bezüglich elektrischer und optischer Komponenten bei unterschiedlichen Systemstrukturen . ;j

2.) Verwendung von Polymerfasern - Lichtwellenleitern als Haupt - % datenkanal . S

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ι, 3») Nur ein Hauptdatenkanal - Lichtwellenleiter für das ge samte Übertragungssystem ( Mono - BUS )

4.) Refresher - Funktion im Interface integriert · "S 5.) Optischer Reservekanal zur Weiterleitung der Daten bei

i| Ausfall der Re fre she rf unkt ion .

'· 6.) Einfache Erweiterungsmöglichkeit bezüglich zusätzlicher

J Systemkomponenten hinsichtlich Einfügung in den Hauptdaten -

' kanal .

is 7.) Optionale Möglichkeiten der Überwachung der gesendeten '!j Daten im jeweiligen Interface zur Kontrolle der Funktion

·'/' des Sendeeleraents .

8.) Mögliche Erweiterung des Interface um einen Dialogkontroller zur Überwachung einer fehlerfreien asynchronen Datei/über tragung im Sinne eines interaktiven Dialogs zwischen zwei Systemkoraponenten .

Um die geforderten Bedingungen zu erfüllen wurde für das FTS Interface ein sogenannter " optischer Schleifenkoppler " , im folgenden OSK abgekürzt , entwickelt . Diese optomechanische Einheit stellt das passive Kernstück des FTS - Interface dar . Der OSK setzt sich aus mehreren Teilen zusammen , die nachfolgend beschrieben sind .

Wie aus Abb. 1 ersichtlich befinden sich am vorderen und hinteren Ende des OSK die Buchsen zur Aufnahme des zu - bzw. abführenden Hauptdatenkanal - Lichtwellenleiters . Um eine maximale Licht leistung ein - bzw. auszukoppeln befinden sich , je nach Aus führung , entweder ein spezieller LWL - Adapter mit angepaßten Flächen , oder ein freier Raum konischer Form zwischen dem Haupt datenkanal - Lichtwellenleiter und den drei OSK - Lichtwellen leitern .

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FTS - Interface mit optischem Schleifenkoppler für Datenüber tragungssysteme mit Lichtwellenleitern «

Diese drei OSK - Lichtwellenleiter sind in einem Formstück in zwe;i. Datenebenen verlegt . Datenebene I führt OSK - LWL A auf die Empfängerkomponente , OSK - LWL B zur Führung in der Buchse für den Hauptdatenkanal - Lichtwellenleiter der nachfolgenden Einheiten . ( Reserveleitung bei Ausfall der Refresher - Elektro nik ) . OSK - LWL C führt auf die Sendekomponente des OSK . Von der auf der anderen Seite gelegenen Buchse führen zwei OSK LWL ( D und E ) in Datenebene II ebenfalls auf die Sende - und Erapfangskomponente . ( D auf Sender , E auf Empfänger . )

Die Führungsbahnen im Formstück sind sowohl hinsichtlich ihrer Form wie auch der Biegeradienabmessungen den LWL angepaßt . Dies wird durch radiusförmige oder konische Bahnen erreicht , in denen die IAfL liegen .

Der rechteckige Querschnitt des; Formstücks erlaubt die Binar beitung von Biegeradien verschiedener Bemaßung , sodaß aucV Glasfasern im Formstück verlegt werden können , die einen größeren Biegeradius als Polymerfasern haben .

Durch die Verwendung nur eines Formstücks , in das in beide Sei ten die entsprechenden Bahnen eingearbeitet werden , wird die Pro duktion vereinfacht , was eine kostengünstige Herstellung be wirkt . Ebenso lassen sich durch die Sandwichmontage mehrere Formstücke mit Zwischenplatten übereinander montieren , sodaß durch geringe räumliche Vergrößerung die Erweiterbarkeit auf mehrere Strecken schon bei Installation einer Strecke gegeben ist Da Grund - und Deckelplatten , ebenso wie das Formstück , aus Aluminium bestehen gewährleisten sie einen hohen Schutz vor von außen wirkenden Einflüssen mechanischer Art für die OSK - LWL Durch die kraftschlüssige Verschraubung der Einzelteile werden

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FTS - Interface mit optischem Sohleifenkoppler für Datenüber tragungssysteme mit Lichtwellenleitern .

die OSK - IWL arretiert .

Die Sende - und Empfangskomponenten befinden sich in speziellen Halterungen , die auf der Grundplatte des OSK angeschraubt sind . Diese Halterungen sind so konstruiert , daß das betreffende Bau teil darin vor Streulicht geschützt ist und gleichzeitig durch einen Paßsitz arretiert wird . Montiert wird der gesamte OSK mit Hilfe der Verbindungsschrauben auf der Leiterplatte des Interface

FTS - Datenübertragungsstruktur

Beim Sem!duplexbetrieb wird jedes Gerät , das am Dialog teil nehmen soll , mit einem FTS - Interface ausgerüstet . Die Ver bindung der einzelnen Geräte erfolgt über einen Hauptdatenkanal Lichtwellenleiter , im folgenden HDK - LWL bezeichnet . Ange nommen sei eine Strecke mit sechs Teilnehmern gemäß Abb. 2 . Jeder Teilnehmer verfügt über ein FTS - Interface gem. Abb. 3 ·

Als Beispiel möge Gerät 2 eine Datenübertragung zu Gerät 5 vor nehmen . Die Daten werden über die Sendekomponente und den OSK des Gerätes 2 in den HDK - LWL eingespeist . Sie gelangen über OSK - LWL c und D des Gerätes 2 in beide Richtungen der Strecke » Zuerst gelangen die Daten über HDK - LWL a und b an die Geräte 1 und 3 . Sie werden dort über die interfaceeigenen OSK - LWL E ( Gerät 1 ) bzw. LWL A ( Gerät 3 ) an die Empfangerkomponenten weitergeleitet · Diese steuern die Treiberstufen der entsprechenden geräteeigenen Sendekomponenten . Durch die jeweiligen Sende komponenten werden die empfangenen Daten über deren OSK - LWL D und C verstärkt in beide Richtungen eingespeist in den HDK - LWL und gelangen auf die nachfolgenden Geräte , die die Daten eben so weiterverarbeiten wie im vorigen beschrieben . Der Effekt der durch dieses Prinzip erreicht wird besteht darin _t daß auf jeder HDK - LWL - Teilstrecke die volle optische Leis tung zur Verfügung-..ateht·,. ,; ·. :

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Man kann somit von einer modifizierten " optischen Rückkopplung " sprechen , die einen Einsatz von sonst üblichen Refreshern .;

überflüssig macht . Ferner wird hierdurch die Möglichkeit des $ interaktiven Dialogs zwischen den einzelnen Geräten ermöglicht · Jedes Gerät ist somit hardwaremäßig gleichberechtigt , was eine beliebige räumliche Anordnung evtl. Zentral - und Peri pheriegeräte gestattet .

Um bei einem evtl. Ausfall eines Interface die Strecke trotzdem betriebsfähig zu halten , wurde im OSK jedes FTS - Interface der IWL B eingebaut . Um beim vorerwähnten Übertragungsbeispiel zu bleiben , sei angenommen , daß das Gerät \ im Interface einen Ausfall habe . Da dieses nun nicht mehr in der Lage ist die an kommenden Daten weiterzuverstärken und abzustrahlen wäre die Übertragungsstrecke normalerweise an dieser Stelle unterbrochen Hier tritt nun LWL B als Übertragungsstrecke in Kraft . Die an kommenden Daten werden über ihn unverstärkt über den HDK - LWL d in das FTS - Interface des Gerätes 5 übertragen . LWL B in je dem OSK stellt somit eine " optische Reservestrecke " passiver Art dar , die beim Ausfall der elektronischen Komponente die Datenübertragung in beide Richtungen sicherstellt . Auch im Normalbetrieb wird diese Strecke zur Übertragung benutzt , Die von ihr eingespeiste Leistung in den HDK - LWL liegt jedoch unter der durch die von der Elektronik verstärkt eingespeisten · Die Gesaratleistung setzt sich jedoch additiv aus beiden Korn ponenten zusammen . Bei entsprechender Wahl der LWL ist eine Weiterführung über mehrere FTS - Interfaces alleine durch den jeweiligen OSK - LWL B möglich , was zur Folge hat , daß auch der Ausfall mehrerer FTS - Interfaces hinsichtlich einer exakten Übertragung der intakten Einheiten keine Störung der Strecke be wirken würde .

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FTS - Interface mit optischem Schleifenkoppler für Datenübe; tragungssysteme mit Lichtwellenleitern .

FTS - Hardwarestruktur

FTS - Interfaces sind so konzipiert , daß sie im Ruhezustand , •| d.h. bei nicht aktivierter Datenübertragung , die Sendekomponente austasten . Dies hat zur Folge , daß die Leistungsaufnahme nur von der Steuerelektronik bestimmt wird .

Un bei einem fehlerhaften Dauerdurchschalten der Treiber eine t ständigo Aktivierung der Sendekomponente , und somit ein fehler haftes High - Signal auf dem HDK - LWL , zu verhindern , kann optional eine Impi:"*.s - Synchron - Überwachung zugeschaltet werden« Diese vergleicht die Impulse der geräteeigenen Sendeleitung mit den Stromdurchflüssen durch das Sendeelement . Tritt hierbei eine Ungleichheit auf , unterbricht die I - S - Ü die Strewn zufuhr zum Sendeelement . Gleichzeitig wird ein Desaktivierungssignal erzeugt . Dieses Signal wird zur Steuerung einer optischen und/oder akustischen Meldung verwendet . Ein Rücksetzen des Desaktiv ierungssignals kann entweder softwaremäßig durch einen speziellen Steuerbefehl und/oder hardwaremäßig durch einen Resettaster o.a. vorgenommen werden . Der Vorteil dieser Art der Überwachung liegt in der Unabhängigkeit von der Übertragungsrate «

Beim Betrieb mehrerer voneinander unabhängiger Geräte auf der Übertragungsstrecke muß jedes FTS - Interface um einen Dialog - Kontroller erweitert werden , der das gleichzeitige Benutzen des Hauptdatenkanals im Sendebetrieb von zwei oder mehr Geräten verhindert ,

Softwaremäßig würde sich hierzu die Voranstellung zweier Er kennungsbytes für ^w Senden " und ^M Geräteadresse ^w vor dem ei gentlichen Datenblock eignen . Das Ende des Datenblocks müßte durch ein Erkennungsbyte für ⁿ Senden beendet " gekennzeichnet sein.

Die Auswerung der beiden vorangestellten Erkennungsbytes würde bei korrekter Übertragung d^e^^s.^euerelektroniken aller anderen

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FTS - Interface mit optischem Schleifenkoppler für Datenüber tragungssysteme mit Liehtwellenleitern ·

Geräte als des sendenden bis zum Empfang des Erkennungsbytes ⁿ Senden beendet ⁿ sendeseitig verriegeln . Die Vezstärkungs funktion der FTS - Interfaces würde von dieser Verriegelung nicht betroffen sein . Nach dem Empfang des Erkennungsbytes " Senden beendet " wird die Verriegelung der anderen Geräte aufgehoben , die Übertragungsstrecke ist für die anderen Geräte wieder offen · Diese Steuerung und Auswertung würde von vorerwähntem Dialog - Kontroller vorgenommen werden . Im Detail würde dies folgenden Ablauf bedeuten :

Durch Aktivierung einer Sendekontroll - Leitung würde der Dia log - Kontroller aktiviert werden . Die Empfangskomponente des betreffenden Gerätes würde nun vom Kontroller abgefragt werden , ob die nachfolgend abgestrahlte Impulsfolge der Erkennungsbytes korrekt empfangen wurde . Der Vergleich erfolgt zwischen den Daten der Sendeleitung und denen der Empfangskomponente _f im Prinzip wie bei der I - S - Ü . Besteht Gleichheit , beginnt das Gerät die eigentlichen Daten zu übertragen ₉ die mit dem Erkennungsbyte für " Senden beendet ⁿ abgeschlossen sind . Sollten nvn zwei Geräte zum gleichen Zeitpunkt anfangen zu senden werden bei der Auswertung durch die betreffenden Dialog - Kon troller dieselben evtl. noch beim Erkennungsbyte für " Senden " eine korrekte Übertragung feststellen, spätestens jedoch beim Vergleich des nachfolgenden Bytes ^w Geräteadresse " keine über einstimmung mit der eigenen Geräteadresse erkennen . Diese Fehlermeldung führt zu einem Austasten der jeweiligen Sende komponente , ebenso wie zu einem Fehlerstatus ( Flagfunktion ) auf der Kontroll - Leitung von Dialog - Kontroller zu Gerät . Die Augwertung dieser Meldung durch den Steuerrechner des Gerätes führt zu einem Sprung in ein Unterprogramm , das nach einem ge wissen Zeitmaß ( softwaremäßig festgelegt / Zählschleife / , oder von einem Zufälligen Wert einer bestimmten Speicherzelle aus -

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PTS - Interface mit optiachem Schleifenkoppler für Datenüber tragungaaysteme mit Lichtwellenleitern .

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gehend , die Übertragung von neuem einleitet .

Die Vorteile dea FTS - Interface laaaen aich wie folgt zuaammen fassen :

1. Für jedes Gerät der Übertragungsetrecke ist nur ein stan dardisiertes Interface nötig um einen interaktiven Dialog mit den anderen der Strecke durchzuführen ·

2„ Erweiterungen der Übertragungsatrecke sind durch Einsetzen weiterer FTS - Interfaces im HDK - IWL problemlos möglich ·

3. Durch die integrierte optische Reservekomponente wird der Betrieb auch beim Ausfall mehrerer Geräte nicht beeinträchtigt

4·. Daa Prinzip der " optiachen Rückkopplung ⁿ gewährleistet auf jedem Teilabschnitt des HDK - LWL die volle optische Leistung .

5. Optionale Kontrolieinheiten verhindern die Blockade der Übertragungsstrecke durch fehlerhafte Dauereinspeisung von Signalen ·

6. Bei Verwendung von optionalen Dialog - Kontrollern ist auch eine asynchrone Datenübertragung möglich . ( Jedes Gerät gleichberechtigt , keine unterteilung in Zentral - und Peripheriegeräte mit vorgesehenem Übertragung3timing ) ·

7e Schon beim Aufbau einer Übertragungsatrecke ist durch die Konatruktion eine Erweiterung in mehreren Ebenen in Form einer Sandwichmontage der einzelnen Interfaces möglich , was bedeutet , daß die Erweiterung von einer Strecke zu einem Netz mit einfachen Mitteln durchgeführt werden kann

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8, Durch Verwendung von Aluminium als Grundmaterial des OSK ergibt sich eine hohe mechanische Stabilität , und ein direkter Schutz vor mechanischen Einflüssen auf die OSK - Lichtwellenleiter .

9. Die rein passive Umleitung durch die einzelnen OSK - LWL , zur Bildung von Datenkanälen im Interface , in einem Form stück stellt eine erhebliche Vereinfachung in der Produktion dar , wobei gleichzeitig die Punktion als Verteiler der Daten des HDK - LWL durch die Konstruktion immer gewähr leistet ist .

Claims

Bodo Schönebeck Gartenstrasse 3 Posefach 4-653 72oo Tuttlingen FTS - Interface mit optischem Schleifenkoppler für Datenüber tragungssysteme mit Lichtwellenleitern . Schutzansprüche

1. FTS - Interface , dadurch gekennzeichnet , daß 2 Licht wellenleiter auf einen optischen Schleifenkoppler , be stehend aus einer Deckel - und einer Bodenplatte mit da zwischenliigendera Formstück rechteckigan Querschnitts aus Aluminium , in dem fünf Einzellichtwellenleiter verlegt sind, wobei an dessen Querseite in Halterungen je ein opto elektronisches Sende - und Empfangselement durch Ver schraubimg der Halterungen auf der Grundplatte befestigt sind , geführt werden .

2. Optischer Schleifenkoppler nach Anspruch 1 , dadurch ge kennzeichnet , daß der Schleifenkoppler aus einer Deckel und einer Bodenplatte mit dazwischenliegendem Formstück be steht t wobei alle Teile rechteckigen Querschnitt haben und aus Aluminium bestehen und durch Schrauben kraftschlüssig miteinander verbunden sind .

3. Formstück nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet , daß auf beiden Seiten Bahnen konischer oder radiusförmiger Form zur Aufnahme von Lichtwellenleitern eingearbeitet sind , wo bei von jeder Längsseite aus zwei viertelkreisförraige Bahnen auf die Querseite führen und eine gerade Bahn parallel zur Querseite eingearbeitet ist .

4. Grundplatte nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet , daß zwei Halterungen quadratischen Querschnitts zur Aufnahme optischer Halbleiterbauelemente aufgeschraubt sind , die mit ihrer Frontseite nach der Montage mit der Querseite des Form Stücks bündig sind .