СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 2001 года по МПК H04L12/00 H04L12/28 H04L12/42 G06F15/163 

Изобретение относится к области локальных сетей передачи информации между разнесенными станциями, в частности, сетей на основе контроллеров, обслуживающих подключенное к ним оборудование.

Известна система передачи информации (см.заявку Японии N 6 - 164585, М. кл. H 04 L, 12/28, G 06 F 13/00, опубл. 10.06.94 г.), содержащая подчиненные устройства, каждое из которых имеет компьютер, управляющий двумя стандартными интерфейсными портами, главное управляющее устройство, передающее информацию с идентификационным кодом на любое из подчиненных устройств через его интерфейсный порт. Если поступившая информация предназначена и для другого или других подчиненных устройств, то она поступает на него или на них из интерфейсного порта первого устройства. Такой принцип организации передачи информации позволяет создать систему связи типа 1:N.

В этой системе в составе каждого из подчиненных устройств имеется компьютер, анализирующий получаемую информацию. Кроме того в систему входит управляющее устройство, с которого информация передается на подчиненные устройства. Все это значительно усложняет систему передачи и увеличивает время доставки сообщения.

Известно устройство кольцевой передачи информации (см.заявку Японии N 5-41186, М.кл. H 04 L 12/42, опубл. 22.06.93 г.), содержащее кольцевую линию передачи между несколькими станциями, а также устройство обхода, каждое из которых выполнено в виде реле, которое при отсутствии соединения линии передачи с одной из станций выполняет функцию переключения из состояния соединения линии передачи с этой станцией в состояние ее обхода, в течение которого осуществляется замыкание линии передачи без подключения этой станции. При этом в случае прерывания источника возбуждения этого реле, используется другое реле, которое сохранило состояние, существовавшее до прерывания, а в качестве источника возбуждения используется источник, отдельный от источника питания станции.

Рассмотренная система требует управления устройствами переключения для перехода из состояния соединения линии передачи с отдельной станцией в состояние ее обхода, а, кроме того, время перехода из состояния подключения в состояние обхода велико, поскольку функция переключения осуществляется реле. Использование реле также снижает надежность работы устройства. При этом передача информации возможна в устройстве только в одну сторону, что увеличивает вероятность неполучения сообщения другими станциями, т.к. если происходит нарушение линии передачи между станциями, то от передающей в данный момент станции информация дойдет только до станций, находящихся до места нарушения линии передачи.

Данное устройство выбрано за прототип. Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение возможности передачи информации между станциями, соединенными любым способом (например, кольцевым, матричным и т.д.), и таким образом, чтобы сохранить максимальную вероятность передачи информации между станциями при возникающих нарушениях линий передачи (обрыве, коротком замыкании), при одновременном упрощении ее функционирования и повышении надежности работы.

Решение данной задачи обеспечивается в системе передачи информации, содержащей связанные линиями передачи разнесенные станции, имеющие блоки интерфейсов и устройства переключения, отличающаяся тем, что устройство переключения каждой станции содержит коммутатор состояний системы, блок фиксации состояния коммутатора, блок анализа направлений передачи и таймер, при этом коммутатор состояний системы соединен входной, выходной и управляющей шинами с блоком интерфейсов своей станции, входные/выходные шины которого подключены к линиям передачи, вход коммутатора связан с выходом блока фиксации состояния коммутатора, один вход которого соединен со входом таймера и выходом блока анализа направлений передачи, входы которого соединены с выходами блока интерфейсов, а другой вход блока анализа направлений передачи подключен к выходу таймера и блок интерфейсов выходной шиной подключен к входам блока анализа направлений передачи.

Возможность сохранения максимальной вероятности передачи информации на другие, входящие в систему станции, при неисправности, по меньшей мере, одной из линий передачи теоретически можно пояснить следующим образом.

Система передачи информации, связывающая несколько разнесенных станций, представляет собой сеть, которая абстрактно может быть представлена в виде графа, узлами которого являются станции, а ребрами - линии передачи. Возможность передачи информации от одной станции к другой сохраняется до тех пор, пока два соответствующих узла графа связаны между собой цепью или входят в состав одной цепи. Допустимое число нарушений линий передачи, при котором еще сохраняется возможность передачи информации от любой станции к любой, зависит от топологии сети или от вида графа, отображающего эту сеть. При некотором числе нарушений граф перестает быть одной компанентой связности и распадается на две или более компанент. В этом случае, с формальной точки зрения, сеть перестает выполнять свою задачу или, по крайней мере, ее эффективность становится менее 100%. Реализовать сохранение максимальной вероятности доставки сообщения оказывается возможным за счет того, что в предлагаемой системе информация, пришедшая на один из входов/выходов блока интерфейсов одной из станций, независимо от состояния этой станции передается на оставшиеся входы/выходы этого блока интерфейсов для направления на другие станции. Причем это происходит независимо от того на какой из входов/выходов блока интерфейсов поступила информация.

Возможность изменения направлений передачи в зависимости от направления, с которого информация поступила, реализуется блоком анализа направлений передачи. При этом направления передачи сохраняются неизменными на время передачи одного байта информации, что обеспечивается блоком фиксации состояний коммутатора и таймером. Это позволяет системе работать независимо от протоколов передачи данных в сети. В этом случае коммутатором состояний системы физически реализуется переключение на требуемые направления передачи.

В прототипе информация может передаваться в одном направлении от одной станции к следующей за ней, и в случае неисправности одной станции информация передается к следующей путем обхода неисправной станции, а в случае неисправности линии передачи, соединяющей две соседние станции, вообще не может быть передана.

В предлагаемой системе информация, поступившая на одну из станций, переключается на все оставшиеся направления передачи, что позволяет сохранить высокую вероятность доставки сообщения на другие станции.

При этом в заявляемой системе отпадает необходимость управления переключением из состояния соединения станции с линиями передачи в состояние ее обхода. Следовательно, уменьшаются потери времени на такие переключения, что упрощает функционирование системы и повышает ее надежность, в частности, за счет выполнения устройств переключения в виде коммутаторов состояний системы, а не в виде реле, как в прототипе.

Пример структуры устройства переключения с блоком интерфейсов, через который оно связано со своей станцией и линиями передачи для подключения блоков интерфейсов других станций предлагаемой системы передачи информации, приведен на фиг. 1; пример реализации функциональной схемы устройства переключения, связанного с блоком интерфейсов дан на фиг. 2; пример включения станций со своими устройствами переключения через соответствующие блоки интерфейсов в системе передачи информации произвольной топологии показан на фиг. 3.

На фиг.1 показан блок интерфейсов и устройство переключения, которое содержит коммутатор состояний системы, который соединен входной, выходной и управляющей шинами с блоком интерфейсов своей станции, входные/выходные шины которого подключены к линиям передачи, вход коммутатора связан с выходом блока фиксации состояния коммутатора, один вход которого соединен со входом таймера и выходом блока анализа направлений передачи, входы которого соединены с выходами блока интерфейсов, а другой вход блока анализа направлений передачи подключен к выходу таймера, и блок интерфейсов выходной шиной подключен к входам блока анализа направлений передачи.

Поясним работу этой части системы с помощью фиг. 1 и 2.

В исходном состоянии на всех входах/выходах блока 1 интерфейсов - уровень логической единицы.

При этом возможна ситуация прихода сообщения на один из них, и в момент стартового бита на этом входе/выходе имеем уровень логического нуля. Поскольку в исходном состоянии блок 1 интерфейсов по всем входам/выходам включен на прием, то уровни напряжений, соответствующие их состояниям (входов/выходов), по шине входов постоянно присутствуют на входах схемы 6 совпадений блока 3 анализа направлений передачи. В момент появления уровня напряжения, соответствующего уровню логического нуля, срабатывает триггер 7 на выходе схемы 6 совпадений. При этом происходит запуск таймера 4, который возвратит триггер 7 в исходное состояние через время, равное одному байту. Это позволяет регистру-защелке 8, выполняющему функцию фиксации состояния коммутатора 2 состояний системы, запомнить и сохранить уровни напряжении па шине входов схемы 6 совпадений на время одного байта, т.е. запомнить вход/выход блока 1 интерфейсов, на который пришло сообщение, и, соответственно, оставшиеся входы/выходы блока 1 интерфейсов, на которые должно быть направлено это сообщение. Причем принятое решение о перенаправлении сообщения с одного из входов/выходов блока 1 интерфейсов на оставшиеся входы/выходы осуществляется с помощью дешифратора 9 направлений передачи, выходные сигналы с которого поступают на коммутатор 2 состояний системы, реализующей по шине управления переключение блока 1 интерфейсов в состояние, соответствующее направлениям передачи сообщения.

Возможна ситуация столкновения сообщений на данном "узле" системы передачи информации, имеющем также станцию. Конфигурирование входов/выходов блока 1 интерфейсов также осуществляется дешифратором 9 направлений передачи через коммутатор 2 состояний системы, и с точки зрения работы системы передачи информации принципиальных отличий в работе отдельного ее "узла" во всех ситуациях прихода сообщений с одного или нескольких направлений (любой их комбинации) не имеется.

Предлагаемая система передачи информации может представлять собой локальную сеть с любой топологией (моноканал, звезда, кольцо, произвольная), в которую включены станции с блоками интерфейсов и устройствами переключения в "узлах" локальной сети.

В качестве примера рассмотрим на фиг. 3 локальную сеть с произвольной топологией, в которую входят четыре станции 10, 11, 12, 13. Каждая станция через соответствующие входы/выходы своего блока интерфейсов 1 подключена к соответствующему устройству переключения 14. При этом "узел" системы образуется станцией 10, 11, 12, или 13 с блоком интерфейсов 1 и устройством переключения 14.

"Узлы" соединены между собой линиями передачи 15 через соответствующие входы/выходы блока интерфейсов 1 каждого "узла".

Работа системы передачи информации происходит следующим образом.

При передаче сообщения, например от станции 11 к станции 13 сообщение от станции 11 через соответствующие входы/выходы своего блока интерфейсов 1 поступает на устройство переключения 14, которое через оставшиеся входы/выходы блока интерфейсов 1 направляет сообщение в линии передачи 15 в направлении к "узлам", непосредственно подключенным к этим линиям передачи 15. Сообщение через входы/выходы блока интерфейсов 1 станций 11, 13 поступает на их устройства переключения 14, а затем через оставшиеся входы/выходы блоков интерфейсов 1 поступает на входы станций 11 и 13, а также через другие входы/выходы блока интерфейсов 1 - в другие линии передачи 15. В результате сообщение передается от "узла" к "узлу" локальной сети и таким образом достигает всех станций 10, 11, 12, 13 данной локальной сети.

Каждая станция 10, 11, 12, 13 анализирует адресную часть сообщения и обрабатывает ее тем или иным образом (записывает или не записывает ее в свой блок памяти в зависимости от того предназначено это сообщение данной станции или нет. Сообщение от любой станции, например 10, достигнет любой другой станции 11, 12, 13, если в сети существует последовательность линий передачи 15, приводящая от одной станции к другой. При этом поскольку в рассмотренном примере локальная сеть имеет произвольную топологию, путей передачи информации от одной станции к другой оказывается более одного. Именно это обстоятельство приводит к увеличению надежности сети в целом. В сетях с топологией типа моноканал, звезда, кольцо таких резервных путей нет, поэтому выход из строя любой линии передачи приводит к нарушению нормального функционирования сети, т.е. передача сообщения между некоторыми станциями становится невозможной.

Пример выполнения элементов отдельного "узла" предлагаемой системы передачи информации можно пояснить следующим образом. Схема 6 совпадений, триггер 7, регистр-защелка 8, дешифратор 9 направлений передачи и коммутатор 2 состояний системы могут быть реализованы на известных логических элементах (см. Справочник "Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы" под ред. С. В.Якубовского и др., М.: Радио и связь, 1989 г.).

Блок 1 интерфейсов может быть выполнен на микросхемах Мах 220 или Мах 232 и им подобных, выпускаемых фирмой MAXIM (см. Справочник "Proprietary Products", 1995 г. ) или на микросхемах ADM 485 или ADM 232 фирмы " Analog Devices" (см. Справочник Analog Devices Designer's CD Reference Manual, v. 1.1, 1996).

В качестве таймера может быть использован таймер, выполненный на микросхеме КР 580 ВИ 53 (см. Справочник "Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы" под ред. С.В.Якубовского и др., М.: Радио и связь, 1990 г.).

В то же время выполнение узлов предлагаемой системы за исключением блока 1 интерфейсов возможно на элементах программируемой логики, например, семейств МАХ 9000 (см. журнал фирмы ALTERA, October, 1994 г., ver/1) или МАХ 7000 (см. Справочник фирмы ALTERA "In System Programmability Handbook", June, 1997). В этом случае устройство выполняется на двух интегральных микросхемах.

Изобретение относится к области локальных сетей передачи информации между разнесенными станциями. Технический результат заключается в обеспечении возможности передачи информации между разнесенными станциями, соединенными линиями передачи любым способом, таким образом, чтобы сохранить максимальную вероятность передачи информации между станциями при возникающих нарушениях передачи, при одновременном упрощении ее функционирования и повышении надежности работы. Система передачи информации содержит соединенные с блоками интерфейсов линиями передачи разнесенные станции, каждая из которых соединена со своим устройством переключения, выполненным в виде коммутатора состояний системы, входные/выходные шины блоков интерфейсов подключены к линиям передачи, соответствующий вход коммутатора состояний системы шиной связан с выходом блока фиксации состояния коммутатора, один вход которого соединен с выходом таймера, а другой через шину с одним из выходов блока анализа направлений передачи, входы которого шиной соединены с соответствующими выходами блока интерфейсов, а другой выход блока анализа направлений передачи подключен к одному входу таймера, на другой вход которого подан тактовый сигнал. 3 ил.

Система передачи информации, содержащая связанные линиями передачи разнесенные станции, имеющие блоки интерфейсов и устройства переключения, отличающаяся тем, что устройство переключения каждой станции содержит коммутатор состояний системы, блок фиксации состояния коммутатора, блок анализа направлений передачи и таймер, при этом коммутатор состояний системы соединен входной, выходной и управляющей шинами с блоком интерфейсов своей станции, входные/выходные шины которого подключены к линиям передачи, вход коммутатора связан с выходом блока фиксации состояния коммутатора, один вход которого соединен со входом таймера и выходом блока анализа направлений передачи, входы которого соединены с выходами блока интерфейсов, а другой вход блока анализа направлений передачи подключен к выходу таймера, и блок интерфейсов выходной шиной подключен к входам блока анализа направлений передачи.