WO1998045983A2 - Datenkommunikationsverbindung in hierarchischem kommunikationsnetz mit bus, mit einem abfrage/antwort-protokoll, dem sogenannten polling-protokoll, betrieben wird - Google Patents

Datenkommunikationsverbindung in hierarchischem kommunikationsnetz mit bus, mit einem abfrage/antwort-protokoll, dem sogenannten polling-protokoll, betrieben wird Download PDF

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WO1998045983A2
WO1998045983A2 PCT/DE1998/000710 DE9800710W WO9845983A2 WO 1998045983 A2 WO1998045983 A2 WO 1998045983A2 DE 9800710 W DE9800710 W DE 9800710W WO 9845983 A2 WO9845983 A2 WO 9845983A2
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Dieter Hallmann
Manfred Hanusa
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Robert Bosch Gmbh
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    • H04L69/40—Network arrangements, protocols or services independent of the application payload and not provided for in the other groups of this subclass for recovering from a failure of a protocol instance or entity, e.g. service redundancy protocols, protocol state redundancy or protocol service redirection

Definitions

  • the invention is based on a data communication connection in a hierarchical communication network with bus, which is operated according to a query / response protocol, the so-called polling protocol, of the type defined in the preamble of claim 1.
  • a data communication connection which is operated according to a polling / answering protocol, the so-called polling protocol, is equipped with a central unit and several subscriber units.
  • the bus may contain sections which consist of point-to-point connections which are not bus-capable per se, and the stations can be connected to or disconnected from the bus via bus interface units assigned to them.
  • this known data communication connection which emulates a bus in a communication network with control and satellite stations, it is possible to set up a communication network of bus size of any size.
  • HDLC High Level Data Link Control
  • bus systems are their sensitivity to line interruptions. With a simple interruption, all participants at the far end of the bus can no longer be reached.
  • This provides a simple and reliable solution that also makes an existing bus-shaped communication network fail-safe.
  • the communication elements are basically equipped with a connection port for connection to the higher and the lower hierarchical level
  • the communication elements used in the third highest hierarchy level C are equipped with an interface to the higher hierarchy level B that can be switched in the active direction and an interface to the lower hierarchy level D
  • the bus is formed by communication elements of the second and third highest hierarchical levels B and C, the bus being terminated at both ends by a communication element of the second highest hierarchical level B, the bus at the connection points of the bus participants is divided into sections, the connection points of the bus participants are provided with an east connection point and a west connection point, the communication elements of the higher hierarchy level B are each connected to a section of the bus, the communication elements of the lower hierarchy level C are each connected to two sections of the bus, and a
  • Part of the bus runs between the west and east junctions of two communication elements.
  • the coding of the signal to be transmitted is used on the bus in such a way that detection of the availability of the transmission path is possible at the connection points of the bus participants, ' at least one connection point is provided via signaling loops to be informed of all error situations on the bus, to prevent the propagation of error situations via the bus via control logic or to ensure stable separation of the transmission path at the storage locations, the connection points of the bus subscribers can be switched over via an interface switch so that data communication is maintained, and global addressing of all bus subscribers is provided for synchronization purposes.
  • the communication elements control the control logic and the interface switch appropriately depending on the detected availability of the transmission path by means of a suitable control method, and that the communication elements of the second highest hierarchical level B are able to connect to them using the suitable control method to be controlled in such a way that it is possible to switch between active requests / responses, polling, and monitoring, monitoring, of the bus.
  • the communication elements of the second and third hierarchy levels B and C are connected by the secured bus, to which a communication element of the first hierarchy level A is connected and to the
  • Communication elements of the second hierarchy level B is connected, and via which a suitable switching method enables communication between the communication elements of the second hierarchy level B, an exchange of
  • Information about the accessibility of communication elements in the third hierarchy level C is given via the communication elements of the second hierarchy level B, and the communication elements of the second hierarchy level B by means of a suitable switching method telegrams to the third
  • Hierarchy level C are able to be redirected so that they deviate from the specified addressing path via a possible replacement path.
  • the communication elements of the second and third hierarchical levels B and C are connected by the secure bus to which one Communication element of the first hierarchy level A is connected, by means of which information of the communication elements of the second hierarchy level B about the accessibility of communication elements in the third hierarchy level C is evaluated in order to use a routing method to modify logical addressing paths of telegrams to the third hierarchy level C so that the physical Accessibility is ensured.
  • the routing method also converts telegrams from the third hierarchy level C from a physical path to a logical path.
  • the logical addressing path for communication elements of the third hierarchy level C is routed via a communication element terminating the bus between the second and third hierarchy levels B and C.
  • a control method ensures that, if a communication element in the second hierarchical level B, via which the addressing path is routed, fails, possible physical substitute paths are used while maintaining the logical addressing path.
  • FIG. 1 schematically in a block diagram the communication network with fail-safe bus according to the invention, example of an arrangement with four hierarchy levels.
  • Fig. 1 the structure of a hierarchical communication network with four levels A, B, C and D is shown schematically.
  • the communication element KE AI in the hierarchy level A is connected to communication elements KE B1 and KE B2 in the hierarchy level B via a bus 1.
  • This bus can be implemented in practice, for example, by a RS485 bus known in practice.
  • the three communication elements KE Cl, KE C2 and KE C3 shown are participants on the secured bus, which is terminated by the communication elements KE Bl and KE B2.
  • the data flowing on the bus can be encoded, for example, in accordance with CCITT G.703 using an HDLC-NRM protocol. All communication elements of hierarchy level C have a logical address path via the communication element KE Bl.
  • the communication element KE AI in hierarchy level A is communicatively connected to an operating point 2 on the side facing away from bus 1. This connection is possible via the second highest hierarchical level B, the third highest C up to the fourth hierarchical level D.
  • this hierarchy level three communication elements KE D1, KE D2 and KE D3 are arranged, of which communication element KE Dl with communication element KE Cl, communication element KE D2 with communication element KE C2 and communication element KE D3 with communication element KE C3 is communicatively connected.
  • this structure shown includes that the communication elements are always included are each equipped with a connection port for connection to the higher and lower hierarchical levels. Those used in the second highest hierarchy level B.
  • Communication elements KE Bl and KE B2 are equipped with an interface that can be switched in the active direction to the lower C and an interface to the higher hierarchical level A.
  • the communication elements KE Cl, KE C2 and KE C3 used in the third highest hierarchy level C have an interface that can be switched in the active direction to the higher hierarchy level B and an interface to the lower one
  • Hierarchy level D When operating in the second highest hierarchical level B, the communication elements in the direction of the lower hierarchical level C are operated with a permanently set activated interface, for example KE Bl.
  • the communication elements KE Bl, KE B2, KE Cl, KE C2 and KE C3 in the second and third highest Hierarchy levels B and C are all with a connection point W and O, ie West junction and East junction.
  • Communication element KE AI is referred to as a router, since it builds a routing table based on information it receives from the communication elements KE B1 and KE B2. This routing table is used to modify or convert logical address paths to physical paths.
  • the communication element KE Bl is called Master West and the communication element KE B2 is called Master East.
  • the communication elements KE Cl, KE C2 and KE C3 are called slaves.
  • the secured bus has the following structure: Master West Bl is connected via its east junction to the west junction of slave Cl connected. Slave Cl is connected via its east junction to the west junction of slave C2. Correspondingly, slave C2 is connected with its east junction to west junction of slave C3. Slave C3 is connected with its east junction to the west junction of master east B2.
  • Master West Bl polls all slaves, i.e. all requests made according to the polling protocol are started by Master West and the answers are also sent to him.
  • Master Ost B2 only has monitoring, i.e.
  • Master West cyclically stores global telegrams in the polling, which are used by the slaves and by Master East to synchronize or reset a clock. All slaves are recognized by Master West and it makes the information it receives available to the router AI.
  • Interruptions in bus 1 lead to error signaling, be it AIS, i.e. Alarm identification sequence, be it KDS, i.e. No data signal at the connection points of the
  • a control logic causes the transmission path to be interrupted in a defined manner.
  • the slaves east of the fault can no longer be reached via Master West.
  • Master West reports this information to the router AI.
  • the interface switch of the slave located east of the fault switches to the other interface.
  • the slaves further east and the master east do not receive any global telegrams. This has the consequence that the above clock expires because it is not reset. This running of the clock leads to a timeout. This timeout causes the slaves concerned to switch to the other interface.
  • the Master East ends its monitor operation and now starts polling in the same way as Master West has previously done.
  • the master east now gives the information about which slaves can be reached via it to the router AI. The router thus knows the physical path through which the respective slaves can be reached.
  • Master East can be put back into monitor mode. This creates a timeout event for the communication elements east of the interruption. This causes the activated interface to be switched. Likewise, the defined one
  • the masters need a further path via the secure bus in addition to the path via communication element AI, the router, to communicate with one another. This is particularly the case if there are interruptions between communication element AI and communication element B1, if this leads as a master, available.
  • a control method is therefore used to ensure that, if a communication element in the second hierarchy level B, via which the addressing path is routed, fails, possible physical replacement paths are used while maintaining the logical addressing path.
  • each master operates a second station with a certain fixed address, for example 254, on the secure bus in monitor mode. It is therefore possible that the two masters can also reach each other via this address. If the master west falls out of the polling of the router, then the router checks whether the master east is available. If this is the case, the Master East will take over from Master West. The router reports Master East instead of Master West as not available, which means that there are no slaves from below
  • Hierarchy levels are affected, since the addressing path always runs via the Master West.
  • the fixed address such as e.g. 254, included.
  • Master East can thus end polling from Master West in order to achieve physical accessibility of the slaves via Master East. If Master West is then available again for the router, the original initial state is restored by putting Master East in monitor mode.
  • the fail-safe bus 1 is the second and third highest by means of communication elements
  • Hierarchy levels B and C are formed, the bus being terminated at both ends by a communication element of the second highest hierarchy level B, namely KE Bl and KE B2.
  • the bus 1 is separated into sections at the connection points of the bus participants, and the connection points of the bus participants are provided with an east connection point and a west connection point.
  • the communication elements KE Bl and KE B2 of the higher hierarchical level B are each one
  • the communication elements KE Cl-3 of the lower hierarchy level C each connected to two sections of the bus and a section of the bus runs between the connection points west and east of two communication elements.
  • Such coding of the signal to be transmitted is used on the bus that detection of the availability of the transmission path is possible at the connection points of the bus participants. Signaling loops make it possible to inform at least one connection point of all error situations on the bus. A control logic prevents the propagation of error situations via the bus or causes a stable separation of the transmission path at the fault points.
  • the connection points of the bus users can be switched over via an interface switch so that data communication is maintained. Global addressing of all bus users is provided for synchronization purposes.
  • the communication elements control the control logic and the interface switch using a suitable control method depending on the detected availability of the transmission path.
  • the communication elements of the second highest hierarchy level B are able to control their connection points by means of the suitable control method, that the bus can be switched between active requests / responses, polling, and monitoring, monitoring.
  • the arrangement designed according to the invention advantageously protects data communication connections with a bus in a hierarchically structured communication network with bus against interruption of sections. This is of particular interest when sections are systematically connected to failures such as. B. fading-prone radio links. The very short reconfiguration time is particularly valuable.
  • a fail-safe bus is thus made available by implementing line redundancy. In this way, the accessibility of communication elements of the third highest hierarchical level, and the subscribers connected to them, is guaranteed from an operating point of the highest hierarchical level even if existing communication paths have interruptions or malfunctions.

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Abstract

Eine Datenkommunikationsverbindung in hierarchischem Kommunikationsnetz mit Bus wird nach dem Polling-Protokoll betrieben. Im Kommunikationsnetz sind in mehreren hierarchisch gestaffelten Ebenen Kommunikationselemente angeordnet. Der Bus enthält gegebenenfalls Teilstrecken, welche aus an sich nicht busfähigen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen bestehen. Die Kommunikationselemente sind grundsätzlich mit jeweils einem Anschlußport zur Verbindung mit der höreren und der niedrigeren Hierarchieebene ausgestattet. Die in der zweithöchsten Hierarchieebene (B) eingesetzten Kommunikationselemente (KE B1, KE B2) sind mit einer in der aktiven Richtung umschaltbaren Schnittstelle zur niedrigeren (C) und einer Schnittstelle zur höheren Hierarchieebene (A) ausgestattet. Die in der dritthöchsten Hierarchieebene (C) eingesetzten Kommunikationselemente (KE C1-3) sind mit einer in der aktiven Richtung umschaltbaren Schnittstelle zur höheren Hierarchieebene (B) und einer Schnittstelle zur niedrigeren Hierarchieebene (D) ausgestattet. Bei Betrieb in der zweithöchsten Hierarchieebene werden die Kommunikationselemente in Richtung zur niedrigeren Hierarchieebene (C) mit einer permanent gesetzten aktivierten Schnittstelle betrieben.

Description

Datenkommunikationsverbindung in hierarchischem Kommunikationsnetz mit Bus, die nach einem Abfrage/Antwort-Protokoll, dem sogenannten Polling-Protokoll, betrieben wird
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Datenkommunikationsverbindung in hierarchischem Kommunikationsnetz mit Bus, die nach einem Abfrage/Antwort-Protokoll, dem sogenannten Polling-Protokoll, betrieben wird, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.
Eine derartige Anordnung ist aus der DE 44 05 575.3 AI bekannt. Danach ist eine Datenkommunikationsverbindung, die nach einem Abfrage/Antwor -Protokoll, dem sogenannten Polling-Protokoll, betrieben wird, mit einer Zentraleinheit und mehreren Teilnehmereinheiten ausgestattet. Der Bus enthält gegebenenfalls Teilstrecken, welche aus an sich nicht busfähigen Punkt-zu-Punkt - Verbindungen bestehen, und die Stationen sind über ihnen zugeordnete Busanschalteinheiten mit dem Bus verbindbar beziehungsweise von ihm trennbar. Bei dieser bekannten Datenkommunikationsverbindung, die einen Bus in einem Kommunikationsnetz mit Leit- und Trabantenstationen emuliert, wird es ermöglicht, ein Kommunikationsnetz mit Buscharakter in beliebiger Größe aufzubauen.
Ein gängiges Übertragungsprotokoll zu Abfrage und Antwort zwischen einer zentralen Rechnereinheit und abgesetzten Teilnehmern ist beispielsweise das HDLC- Protokoll . HDLC steht für High Level Data Link Control . Mit diesem sogenannten Polling-Protokoll ist ein Busbetrieb von mehreren Subsystemen an einer Zentraleinheit möglich.
Ein Nachteil von Bussystemen ist jedoch ihre Empfindlichkeit gegenüber Leitungsunterbrechungen. Bereits bei einer einfachen Unterbrechung sind alle Teilnehmer am fernen Busende nicht mehr erreichbar.
Dieser Nachteil wird üblicherweise durch die Verwendung einer Ringstruktur mit einem geeigneten Ring- Protokoll überwunden. Dies setzt allerdings die komplette Umrüstung aller Teilnehmer auf das Ring-Protokoll voraus. Dieses ist mit ganz erheblichem Aufwand verbunden und verbietet sich zur Anwendung bei bereits bestehenden Systemen.
Entsprechend einem aus der EP 0 645 911 A2 bekannten anderen
Ansatz, als bei vorliegender Erfindung, ist zur Ausfallsicherung von Datenbussen ein Doppelbus-System vorgesehen, bei welchem zu diesem Zweck doppelte Leitungswege aufgebaut und zusätzliche Baugruppen installiert werden. Es ist auf der Hand liegend, daß dieses erheblichen Aufwand erfordert. Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Datenkommunikationsverbindung in hierarchischem Kommunikationsnetz mit Bus, die nach einem Abfrage/Antwort-Protokoll , dem sogenannten Polling-Protokoll, betrieben wird, mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil der Ausfallsicherung eines auf einem Polling-Protokoll beruhenden Datenbussystem ohne wesentliche Änderungen an den Teilnehmern vornehmen zu müssen, wobei der Bus im Störungsfall als Ring betrieben wird. Damit wird eine einfache und zuverlässige Lösung zur Verfügung gestellt, mit welcher auch ein bestehendes busförmiges Kommunikationsnetz ausfallsicher gemacht wird.
Gemäß der grundlegenden Anordnung nach der Erfindung wird dies prinzipiell dadurch erreicht, daß die Kommunikationselemente grundsätzlich mit jeweils einem Anschlußport zur Verbindung mit der höheren und der niedrigeren Hierarchieebene ausgestattet sind, die in der zweithöchsten Hierarchieebene B eingesetzten Kommunikationselemente mit einer in der aktiven Richtung umschaltbaren Schnittstelle zur niedrigeren und eine Schnittstelle zur höheren Hierarchieebene ausgestattet sind, die in der dritthöchsten Hierarchieebene C eingesetzten Kommunikationselemente mit einer in der aktiven Richtung umschaltbaren Schnittstelle zur höheren Hierarchieebene B und eine Schnittstelle zur niedrigeren Hierarchieebene D ausgestattet sind, und bei Betrieb in der zweithöchsten Hierarchieebene B die Kommunikationselemente in Richtung zur niedrigeren Hierarchieebene C mit einer permanent gesetzten aktivierten Schnittstelle betrieben werden.
Durch die in den weiteren Ansprüchen niedergelegten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Anordnung möglich.
Nach einer besonders zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Bus durch Kommunikationselemente der zweit- und dritthöchsten Hierarchieebene B und C gebildet wird, wobei der Bus an beiden Enden durch ein Kommunikationselement der zweithöchsten Hierarchieebene B terminiert ist, der Bus an den Anschlußstellen der Busteilnehmer in Teilstrecken aufgetrennt ist, die Anschlußstellen der Busteilnehmer mit einer Anschlußstelle Ost und einer Anschlußstelle West versehen sind, die Kommunikationselemente der höheren Hierarchieebene B jeweils an eine Teilstrecke des Busses angeschlossen sind, die Kommunikationselemente der niedrigeren Hierarchieebene C jeweils an zwei Teilstrecken des Busses angeschlossen sind, und eine
Teilstrecke des Busses jeweils zwischen den Anschlußstellen West und Ost zweier Kommunikationselemente verläuft.
In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung ist vorgesehen, daß auf dem Bus eine derartige Kodierung des zu übertragenden Signals verwendet ist, daß an den Anschlußstellen der Busteilnehmer eine Detektion über die Verfügbarkeit des Übertragungsweges möglich ist,' über Signalisierungsschleifen die Möglichkeit gegeben ist, mindestens eine Anschlußstelle von sämtlichen Fehlersituationen auf dem Bus in Kenntnis zu setzen, über eine Steuerlogik eine Fortpflanzung von Fehlersituationen über den Bus unterbunden bzw. eine stabile Auf rennung des Übertragungsweges an den Storstellen herbeiführbar ist, über einen Schnittstellenumschalter die Anschlußstellen der Busteilnehmer so umschaltbar sind, daß eine Datenkommunikation aufrecht erhalten wird, und eine Globaladressierung aller Busteilnehmer zu Synchronisationszwecken vorgesehen ist. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kommunikationselemente mittels eines geeigneten Steuerverfahrens in Abhängigkeit der detektierten Verfügbarkeit des Übertragungsweges die Steuerlogik und die Schnittstellenumschalter entsprechend ansteuern, und die Kommunikationselemente der zweithöchsten Hierarchieebene B mittels des geeigneten Steuerverfahrens in der Lage sind, ihre Anschlußstellen so zu steuern, daß zwischen aktivem Anfragen/Antworten, dem Polling, und Überwachen, dem Monitoring, des Busses umgeschaltet werden kann.
Gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kommunikationselemente der zweiten und dritten Hierarchieebene B und C durch den gesicherten Bus verbunden sind, an den ein Kommunikationselement der ersten Hierarchieebene A angeschlossen und mit den
Kommunikationselementen der zweiten Hierarchieebene B verbunden ist, und worüber mittels geeignetem Vermittlungsverfahren Kommunikationsmöglichkeit zwischen den Kommunikationselementen der zweiten Hierarchieebene B gegeben ist, ein Austausch von
Informationen über die Erreichbarkeit von Kommunikationselementen in der dritten Hierarchieebene C über die Kommunikationselemente der zweiten Hierarchieebene B gegeben ist, und die Kommunikationselemente der zweiten Hierarchieebene B mittels eines geeigneten Vermittlungsverfahrens Telegramme an die dritte
Hierarchieebene C so umzuleiten im Stande sind, daß sie abweichend vom vorgegebenen Adressierungspfad über einen möglichen Ersatzpfad vermittelt werden.
Nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung ist vorgesehen, daß die Kommunikationselemente der zweiten und dritten Hierarchieebene B und C durch den gesicherten Bus verbunden sind, an den ein Kommunikationselement der ersten Hierarchieebene A angeschlossen ist, durch welches Informationen der Kommunikationselemente der zweiten Hierarchieebene B über die Erreichbarkeit von Kommunikationselementen in der dritten Hierarchieebene C ausgewertet werden, um mittels eines Routingverfahrens logische Adressierungspfade von Telegrammen an die dritte Hierarchieebene C so zu modifizieren, daß die physikalische Erreichbarkeit sichergestellt ist.
In vorteilhafter Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung ist vorgesehen, daß durch das Routingverfahren auch Telegramme aus der dritten Hierarchieebene C von einem physikalischen Pfad auf einen logischen Pfad umgesetzt wird. In weiterer vorteilhaf er Ausgestaltung ist der logische Adressierungspfad für Kommunikationselemente der dritten Hierarchieebene C über ein den Bus zwischen der zweiten und dritten Hierarchieebene B und C terminierendes Kommunikationselement geführt. Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist mittels eines Steuerungsverfahrens dafür gesorgt, daß bei Ausfall eines Kommunikationselementes in der zweiten Hierarchieebene B, über welches der Adressierungspfad geführt ist, mögliche physikalische Ersatzpfade unter Beibehaltung des logischen Adressierungspfades genutzt werden.
Zeichnung
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 εchematisch in einem Blockschema das Kommunikationsnetz mit auεfallgesichertem Bus gemäß der Erfindung, beispielhaft an einer Anordnung mit vier Hierarchieebenen .
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Fig. 1 ist εchematisch der Aufbau eines hierarchischen Kommunikationsnetz mit vier Ebenen A, B, C und D dargestellt. Das Kommunikationselement KE AI in der Hierarchieebene A ist mit Kommunikationselementen KE Bl und KE B2 in der Hierarchieebene B über einen Bus 1 verbunden. Dieser Bus kann beispielsweise durch einen unter RS485-Bus bekannten in der Praxis realisiert werden. In der Hierarchieebene C sind die dargestellten drei Kommunikationselemente KE Cl, KE C2 und KE C3 Teilnehmer am gesicherten Bus, der von den Kommunikationselementen KE Bl und KE B2 terminiert wird. Die Kodierung der auf dem Bus fließenden Daten kann beispielsweise gemäß CCITT G.703 erfolgen bei Verwendung eines HDLC-NRM-Protokolls . Sämtliche Kommunikationselemente der Hierarchieebene C besitzen einen logischen Adresspfad über das Kommunikationselement KE Bl.
Das Kommunikationselement KE AI in der Hierarchieebene A, der höchsten Hierarchieebene, ist auf der dem Bus 1 abgewandten Seite mit einer Betriebsstelle 2 kommunikativ verbunden. Diese Verbindung ist über die zweithöchste Hierarchieebene B, die dritthöchste C bis zur vierten Hierarchieebene D möglich. In dieser Hierarchieebene sind drei Kommunikationselemente KE Dl, KE D2 und KE D3 angeordnet, von denen jeweils Kommunikationselement KE Dl mit Kommunikationselement KE Cl, Kommunikationselement KE D2 mit Kommunikationselement KE C2 und Kommunika ionselement KE D3 mit Kommunikationselement KE C3 kommunikativ verbunden ist.
Dieser dargestellte Aufbau beinhaltet gemäß vorliegender Erfindung, daß die Kommunikationselemente grundsätzlich mit jeweils einem Anschlußport zur Verbindung mit der höheren und der niedrigeren Hierarchieebene ausgestattet sind. Die in der zweithöchsten Hierarchieebene B eingesetzten
Kommunikationselemente KE Bl und KE B2 sind mit einer in der aktiven Richtung umschaltbaren Schnittstelle zur niedrigeren C und eine Schnittstelle zur höheren Hierarchieebene A ausgestattet. Die in der dritthöchsten Hierarchieebene C eingesetzten Kommunikationselemente KE Cl, KE C2 und KE C3 sind mit einer in der aktiven Richtung umschaltbaren Schnittstelle zur höheren Hierarchieebene B und einer Schnittstelle zur niedrigeren
Hierarchieebene D ausgestattet. Bei Betrieb in der zweithöchsten Hierarchieebene B werden die Kommunikationselemente in Richtung zur niedrigeren Hierarchieebene C mit einer permanent gesetzten aktivierten Schnittstelle betrieben, beispielsweise KE Bl. Die Kommunikationselemente KE Bl, KE B2, KE Cl, KE C2 und KE C3 in der zweit- und dritthöchsten Hierarchieebene B und C sind alle mit einer Anschlußstelle W und O, d.h. Anschlußstelle West und Anschlußstelle Ost ausgestattet.
Für die weitere Beschreibung der Erfindung mit der ihr eigenen Funktionsweise sollen folgende Begriffe festgelegt werden: Kommunikationselement KE AI wird als Router bezeichnet, da es anhand von Informationen, welches es von den Kommunikationselementen KE Bl und KE B2 erhält, eine Routingtabelle aufbaut. Diese Routingtabelle wird dazu benutzt, um logische Adresspfade auf physikalische Pfade zu modifizieren bzw. umzusetzen. Das Kommunikationselement KE Bl wird als Master West und das Kommunikationselement KE B2 wird als Master Ost bezeichnet. Die Kommunikationselemente KE Cl, KE C2 und KE C3 werden als Slaves bezeichnet.
Der gesicherte Bus hat folgenden Aufbau: Master West Bl ist über seine Anschlußstelle Ost mit der Anschlußstelle West von Slave Cl verbunden. Slave Cl ist über seine Anschlußstelle Ost mit der Anschlußstelle West von Slave C2 verbunden. Entsprechend ist Slave C2 mit seiner Anschlußstelle Ost mit Anschlußstelle West von Slave C3 verbunden. Slave C3 ist mit seiner Anschlußstelle Ost mit der Anschlußstelle West von Master Ost B2 verbunden.
Im normalen Betriebsfall pollt Master West Bl sämtliche Slaves, d.h. alle nach dem Polling-Protokoll gemachten Anfragen werden von Master West gestartet und ihm auch die Antworten zugeschickt. Master Ost B2 hat lediglich Monitoring-, d.h.
Überwachungsfunktion, und hört den Datenverkehr auf dem Bus 1 mit. Master West lagert in das Polling zyklisch Globaltelegramme ein, welche von den Slaves und von Master Ost zur Synchronisation bzw. zum Zurücksetzen einer Uhr verwendet werden. Sämtliche Slaves werden von Master West erkannt und er stellt die von ihm erhaltenen Informationen dem Router AI zur Verfügung.
Unterbrechungen des Busses 1 führen zur Fehlersignalisierung, sei es AIS, d.h. Alarm-Identifizierungs-Sequenz, sei es KDS, d.h. Kein-Daten-Signal , an den Anschlußstellen der
Kommunikationselemente. Durch entsprechende Alarmschleifen wird sichergestellt, daß in jedem Fall eine Signalisierung an der östlich der Störung liegenden Anschlußstelle anliegt.
Tritt nun eine Störung des Übertragungsweges ein, so wird durch eine Steuerlogik veranlaßt, daß der Übertragungsweg definiert unterbrochen wird. Die östlich der Störung gelegenen Slaves können nun nicht mehr über den Master West erreicht werden. Diese Informationen meldet Master West an den Router AI. Der Schnittstellenumschalter des östlich der Störung liegenden Slaves schaltet auf die andere Schnittstelle um. Durch die Auftrennung des Übertragungsweges erhalten die weiter östlich gelegenen Slaves und der Master Ost keine Globaltelegramme. Dies hat zur Folge, daß die oben erwähnte Uhr abläuft, da sie nicht zurückgesetzt wird. Dieses Ablaufen der Uhr führt zu einem Timeout. Durch diesen Timeout werden die betroffenen Slaves veranlaßt, auf die andere Schnittstelle umzuschalten. Der Master Ost beendet seinen Monitorbetrieb und beginnt mit nun seinerseits mit dem Polling, wie es bisher Master West gemacht hat. Der Master Ost gibt nunmehr die Information darüber, welche Slaves über ihn erreicht werden, an den Router AI. Damit ist dem Router bekannt, über welchen physikalischen Weg die jeweiligen Slaves zu erreichen sind.
Ist die Störung behoben, kann Master Ost wieder in den Monitorbetrieb versetzt werden. Dadurch entsteht für die östlich der Unterbrechung liegenden Kommunikationselemente wieder ein Timeout-Ereignis. Durch dieses wird veranlaßt, daß die aktivierte Schnittstelle umgeschaltet wird. Ebenso wird die definierte
Unterbrechung des Übertragungsweges an der Störstelle aufgehoben. Master West kann wieder sämtliche Slaves pollen. Die zugehörigen neuen physikalischen Pfade werden wieder dem Router AI bereitgestellt .
Durch weitere Unterbrechungen, d.h. wenn beispielsweise zu einer bestehenden eine zweite hinzukommt, ist eine Inselbildung möglich. Dann können Slaves weder über den Westpfad noch den Ostpfad erreicht werden. In solchen Fällen tritt ein vorgesehenes Suchverfahren in Kraft, durch das versucht wird, Verbindung mit einem aktiven Master zu erhalten.
Bei Untersuchungen der möglichen Fehlersituationen ist zu erkennen, daß die Master zur Kommunikation miteinander neben dem Pfad über Kommunikationselement AI, den Router, einen weiteren Pfad über den gesicherten Bus benötigen. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn Unterbrechungen zwischen Kommunikationselement AI und Kommunikationselement Bl, wenn dieses als Master führt, vorliegen. Mittels eines Steuerungsverfahrens ist daher dafür gesorgt, daß bei Ausfall eines Kommunikationselementes in der zweiten Hierarchieebene B, über welches der Adressierungspfad geführt ist, mögliche physikalische Ersatzpfade unter Beibehaltung des logischen Adressierungspfades genutzt werden.
Dazu betreibt jeder Master im Monitorbetrieb eine Zweitstation mit einer bestimmten festen Adresse, beispielsweise 254, am gesicherten Bus mit. Damit ist es möglich, daß sich die beiden Master gegenseitig zusätzlich über diese Adresse erreichen können. Fällt der Master West aus dem Polling des Routers, dann prüft der Router, ob der Master Ost verfügbar ist. Ist dies der Fall, dann wird der Master Ost die Aufgaben von Master West übernehmen. Der Router meldet Master Ost anstelle von Master West als nicht vorhanden, womit auch keine Slaves aus den darunterliegenden
Hierarchieebenen betroffen sind, da der Adressierungspfad ja stets über den Master West läuft. Um eine gegenseitige Erkennung und die Kommunikationsmöglichkeit der Master zu erreichen, wird in das Polling der Master die bestimmte feste Adresse, wie hier z.B. 254, mit aufgenommen. Auf diese Weise ist es einem Ringmaster möglich, seinen jeweils korrespondierenden Ringmaster bei bestehender Verbindung zu steuern. Somit kann Master Ost das Polling von Master West beenden, um damit physikalische Erreichbarkeit der Slaves über Master Ost zu erreichen. Ist dann Master West wieder für den Router verfügbar, wird der ursprüngliche Ausgangszustand wieder hergestellt, indem der Master Ost in den Monitorbetrieb gesetzt wird.
Durch die Erfindung wird der ausfallgesicherte Bus 1 durch Kommunikationselemente der zweit- und dritthöchsten
Hierarchieebene B und C gebildet, wobei der Bus an beiden Enden durch je ein Kommunikationselement der zweithöchsten Hierarchieebene B terminiert ist, nämlich KE Bl und KE B2. Der Bus 1 ist an den Anschlußstellen der Busteilnehmer in Teilstrecken aufgetrennt, und die Anschlußstellen der Busteilnehmer sind mit einer Anschlußstelle Ost und einer Anschlußstelle West versehen. Die Kommunikationselemente KE Bl und KE B2 der höheren Hierarchieebene B sind jeweils an eine
Teilstrecke des Busses angeschlossen, die Kommunikationselemente KE Cl-3 der niedrigeren Hierarchieebene C sind, jeweils an zwei Teilstrecken des Busses angeschlossen und eine Teilstrecke des Busses verläuft jeweils zwischen den Anschlußstellen West und Ost zweier Kommunikationselemente.
Auf dem Bus ist eine derartige Kodierung des zu übertragenden Signals verwendet, daß an den Anschlußstellen der Busteilnehmer eine Detektion über die Verfügbarkeit des Ubertragungsweges möglich ist. Über Signalisierungsschleifen ist die Möglichkeit gegeben, mindestens eine Anschlußstelle von sämtlichen Fehlersituationen auf dem Bus in Kenntnis zu setzen. Über eine Steuerlogik wird eine Fortpflanzung von Fehlersituationen über den Bus unterbunden bzw. eine stabile Auftrennung des Ubertragungsweges an den Störstellen herbeigeführt. Die Anschlußstellen der Busteilnehmer sind über einen Schnittstellenumschalter so umschaltbar, daß eine Datenkommunikation aufrecht erhalten wird. Zu Synchronisationszwecken ist eine Globaladressierung aller Busteilnehmer vorgesehen.
Die Kommunikationselemente steuern mittels eines geeigneten Steuerverfahrens in Abhängigkeit der detektierten Verfügbarkeit des Ubertragungsweges die Steuerlogik und die Schnittstellenumschalter an. Die Kommunikationselemente der zweithöchsten Hierarchieebene B sind mittels des geeigneten Steuerverfahrens in der Lage, ihre Anschlußstellen so zu steuern, daß zwischen aktivem Anfragen/Antworten, dem Polling, und Überwachen, dem Monitoring, des Busses umgeschaltet werden kann.
Mit der erfindungsgemäß gestalteten Anordnung werden in vorteilhafter Weise Datenkommunikationsverbindungen mit einem Bus in einem hierarchisch aufgebautem Kommunikationsnetz mit Bus gegen Unterbrechung von Teilstrecken geschützt. Dies ist insbesondere dann von besonderem Interesse, wenn Teilstrecken über systematisch ausfallgefährdete Verbindungen wie z. B. fadinggefährdete Richtfunkstrecken aufgebaut werden. Dabei ist die sehr kurze Rekonfigurationszeit besonders wertvoll. Es wird somit durch Realisierung einer Leitungsredundanz ein ausfallgesicherter Bus zur Verfügung gestellt. Somit ist von einer Betriebsstelle der höchsten Hierarchieebene aus die Erreichbarkeit von Kommunikationselementen der dritthöchsten Hierarchieebene, und daran angeschlossene Teilnehmer, auch dann gewährleistet, wenn vorhandene Kommunikationswege Unterbrechungen bzw. Störungen aufweisen.

Claims

, HAnsprüche
1. Datenkommunikationsverbindung in hierarchischem Kommunikationsnetz mit Bus (1) , die nach einem Abfrage/Antwort-Protokoll, dem sogenannten Polling-Protokoll, betrieben wird, wobei im Kommunikationsnetz in mehreren hierarchisch gestaffelten Ebenen Kommunikationselemente angeordnet sind, und der Bus gegebenenfalls Teilstrecken enthält, welche aus an sich nicht busfähigen Punkt-zu-Punkt- Verbindungen bestehen, und die Kommunikationselemente über ihnen zugeordnete Busanschalteinheiten mit dem Bus verbindbar beziehungsweise von ihm trennbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommunikationselemente grundsätzlich mit jeweils einem Anschlußport zur Verbindung mit der höheren und der niedrigeren Hierarchieebene ausgestattet sind, die in der zweithöchsten Hierarchieebene (B) eingesetzten Kommunikationselemente (KE Bl, KE B2) mit einer in der aktiven Richtung umschaltbaren Schnittstelle zur niedrigeren (C) und einer Schnittstelle zur höheren Hierarchieebene (A) ausgestattet sind, die in der dritthöchsten Hierarchieebene (C) eingesetzten Kommunikationselemente (KE Cl, KE C2 , KE C3 ) mit einer in der aktiven Richtung umschaltbaren Schnittstelle zur höheren Hierarchieebene (B) und einer Schnittstelle zur niedrigeren Hierarchieebene (D) ausgestattet sind, und bei Betrieb in der zweithöchsten Hierarchieebene (B) die Kommunikationselemente (KE Bl, KE B2) in Richtung zur niedrigeren Hierarchieebene (C) mit einer permanent gesetzten aktivierten Schnittstelle (KE Bl) betrieben werden.
2. Datenkommunikationsverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bus (1) durch Kommunikationselemente (KE Bl, KE B2) der zweit- (B) und dritthöchsten (C) Hierarchieebene gebildet wird, wobei der Bus an beiden Enden durch ein
Kommunikationselement (KE Bl, KE B2) der zweithöchsten
Hierarchieebene B terminiert ist, der Bus an den Anschlußstellen der Busteilnehmer in
Teilstrecken aufgetrennt ist, die Anschlußstellen (W, O) der Busteilnehmer mit einer
Anschlußstelle Ost (O) und einer Anschlußstelle West (W) versehen sind, die Kommunikationseelemente (KE Bl, KE B2) der höheren
Hierarchieebene (B) jeweils an eine Teilstrecke des Busses angeschlossen sind, die Kommunikationselemente (KE Cl, KE C2 , KE C3 ) der niedrigeren Hierarchieebene (C) jeweils an zwei Teilstrecken des Busses angeschlossen sind, und eine Teilstrecke des Busses jeweils zwischen den
Anschlußstellen West und Ost zweier Kommunikationselemente verläuft .
3. Datenkommunikationsverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Bus (1) eine derartige Kodierung des zu übertragenden Signals verwendet ist, daß an den Anschlußstellen der
Busteilnehmer eine Detektion über die Verfügbarkeit des Ubertragungsweges möglich ist, über Signalisierungsschleifen die Möglichkeit gegeben ist, mindestens eine Anschlußstelle von sämtlichen Fehlersituationen auf dem Bus in Kenntnis zu setzen, über eine Steuerlogik eine Fortpflanzung von Fehlersituationen über den Bus unterbunden bzw. eine stabile Auftrennung des Ubertragungsweges an den Störstellen herbeiführbar ist, über einen Schnittstellenumschalter die Anschlußstellen der Busteilnehmer so umschaltbar sind, daß eine Datenkommunikation aufrecht erhalten wird, und eine Globaladressierung aller Busteilnehmer zu Synchronisationszwecken vorgesehen ist.
4. Datenkommunikationsverbindung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommunikationselemente mittels eines geeigneten Steuerverfahrens in Abhängigkeit der detektierten
Verfügbarkeit des Ubertragungsweges die Steuerlogik und den Schnittstellenumschalter entsprechend ansteuern, und die Kommunikationselemente der zweithöchsten Hierarchieebene B mittels des geeigneten Steuerverfahrens in der Lage sind, ihre Anschlußstellen so zu steuern, daß zwischen aktivem Anfragen/Antworten, dem Polling, und Überwachen, dem Monitoring, des Busses umgeschaltet werden kann.
5. Datenkommunikationsverbindung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommunikationselemente (KE Bl, KE B2 ; KE Cl, KE C2 , KE C3) der zweiten und dritten Hierarchieebene (B, C) durch den gesicherten Bus (1) verbunden sind, an den ein Kommunikationselement (KE AI) der ersten Hierarchieebene (A) angeschlossen und mit den Kommunikationselementen (KE Bl, KE B2) der zweiten Hierarchieebene (B) verbunden ist, und worüber mittels geeignetem Vermittlungsverfahren Kommunikationsmöglichkeit zwischen den
Kommunikationselementen der zweiten Hierarchieebene B gegeber ist, ein Austausch von Informationen über die Erreichbarkeit von Kommunikationselementen in der dritten Hierarchieebene (C) über die Kommunikationselemente (KE Bl, KE B2) der zweiten Hierarchieebene (B) gegeben ist, und die Kommunikationselemente (KE Bl, KE B2) der zweiten Hierarchieebene (B) mittels eines geeigneten Vermittlungsverfahrens Telegramme an die dritte
Hierarchieebene (C) so umzuleiten im Stande sind, daß sie abweichend vom vorgegebenen Adressierungspfad über einen möglichen Ersatzpfad vermittelt werden.
6. Datenkommunikationsverbindung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommunikationselemente (KE Bl, KE B2 ; KE Cl, KE C2 , KE
C3 ) der zweiten und dritten Hierarchieebene (B, C) durch den gesicherten Bus (1) verbunden sind, an den ein Kommunikationselement (KE AI) der ersten Hierarchieebene (A) angeschlossen ist, durch welches Informationen der Kommunikationselemente (KE Bl, KE B2) der zweiten Hierarchieebene (B) über die Erreichbarkeit von Kommunikationselementen (KE Cl, KE C2 , KE C3 ) in der dritten Hierarchieebene (C) ausgewertet werden, um mittels eines Routingverfahrens logische Adressierungspfade von Telegrammen an die dritte Hierarchieebene (C) so zu modifizieren, daß die physikalische Erreichbarkeit sichergestellt ist.
7. , Datenkommunikationsverbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Routingverfahren auch Telegramme aus der dritten Hierarchieebene (C) von einem physikalischen Pfad auf einen logischen Pfad umgesetzt wird.
8. Datenkommunikationsverbindung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der logische Adressierungspfad für Kommunikationselemente (KE Cl, KE C2, KE C3) der dritten Hierarchieebene (C) über ein den Bus (1) zwischen der zweiten und dritten Hierarchieebene (B, C) terminierendes Kommunikationselement (KE Bl, KE B2) geführt ist.
9. Datenkommunikationsverbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Steuerungsverfahrens dafür gesorgt ist, daß bei Ausfall eines Kommunikationselementes (KE Bl) in der zweiten Hierarchieebene (B) , über welches der Adressierungspfad geführt ist, mögliche physikalische Ersatzpfade unter Beibehaltung des logischen Adressierungspfades genutzt werden.
PCT/DE1998/000710 1997-04-10 1998-03-11 Datenkommunikationsverbindung in hierarchischem kommunikationsnetz mit bus, mit einem abfrage/antwort-protokoll, dem sogenannten polling-protokoll, betrieben wird WO1998045983A2 (de)

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