包括多個網絡節點和至少一個星狀節點的網絡的製作方法
2023-07-20 10:09:26 1
專利名稱：包括多個網絡節點和至少一個星狀節點的網絡的製作方法
技術領域：
本發明涉及包括多個網絡節點的網絡。這種網絡可以被安裝在諸如私人轎車，工業自動化設備(例如傳感系統)和家用自動化設備(如照明，警報系統，加熱系統和空調系統等等)之中。
在用於私人轎車的這種網絡之中，例如，可以使用出自雜誌《Elektronik》(1999年第十四期36到43頁，Stefan Blenda和Georg Kroiss博士「TTP「Driveby Wire」in greifbarer Nahe」)的TTP協議(時間觸發協議)，該協議使得可靠的數據傳輸成為可能，因此也可以被用在網絡的安全設備中(例如測試器)。該文主要涉及一種網絡結構的公交車系統。
本發明的一個目的就是提供一種不同的包含更多網絡節點的網絡。
這個目的由開頭段落中定義的那種網絡達到，其中至少部分網絡節點通過至少一個星狀節點直接互相耦合；在這種網絡中星狀節點包含多個分配給至少一個網絡節點的星型接口；而且，在這種網絡中，按照導向信號，一個星型接口總是把消息從分配的網絡節點傳到其它的星型接口，或者從另外一個星型接口傳給至少一個分配的網絡節點。
本發明的基本思路就是通過網絡節點產生的導向信號控制星型節點。導向信號在消息傳輸之前或之後改變，在這過程中，包含在星型節點之中並分配給網絡節點的星型接口就檢測什麼時候分配的網絡節點改變導向信號。然後，星型節點中的其它星型接口被轉換，使得它們僅僅接收來自星型接口的消息，而這些星型接口接收來自被分配的網絡節點的消息。
星型接口在某一星型接口的輸入端提供一個合適的線路終端，並通過導向信號控制交通消息。
如權利要求2所示，為了傳輸消息，網絡中的每個網絡節點都被分配有特定的周期性往復的時間段。當傳送導向信號時，網絡中的導向信號產生器便發信號控制該時間段。我們可以通過許多方法把導向信號從實際消息中區分出來。比如說，導向信號使用一種不同於要傳送消息的信號的頻段。
權利要求3指出每個星型接口包含第一和第二轉換元件及一個導向信號探測器。這些轉換元件，如權利要求3中所說的那樣，也許是個開關放大器，控制被導向信號所引導的消息在星型接口中傳送。
在被導向信號所控制的消息的傳送過程中，星型接口產生一個釋放信號，如權利要求5中描述的那樣，這個信號通過一個「或」邏輯組合被傳送到其它的星型接口上。權利要求6中指出「或」邏輯組合可以是或門或者線連或組合。
用導向信號來控制消息交流使得選擇性的增加冗餘的線路連接成為可能。每增加一條線路連接，就得增一個星型的接口。而且每增加一條線路連接，電路中的網絡節點相應的也要擴展用來傳送和接收導與向信號組合的消息的電路組件。用於檢測故障和選擇電路連接的控制裝置也得增加。
例如，在對稱的信號傳輸中，線路連接就可以是一個線對的連接。
本發明涉及的網絡節點，其特徵在於這種網絡節點可以通過至少一個星型節點去連接其它的網絡節點；並且，為了連接其它的網絡節點，這種網絡節點有導向信號指示消息傳送到星型節點的星型接口中去。
而且，本發明涉及到一種網絡的星型節點，這種節點把多個網絡節點同多個星型接口連接起來，而這些星型接口則至少分配給一個網絡節點，並總是依靠導向信號而配置成把一個消息從被分配的網絡節點傳送到其它的星型接口，或者是從另外一個星型接口傳送給至少一個被分配的網絡節點。
在下文，我們將參照
具體的實施例。
在圖中圖1顯示了一個星型結構的網絡，它包括多個通過活動的星型節點連接的網絡節點。
圖2顯示了星型節點中的星型接口的第一個實施例。
圖3顯示了第一個星型節點的第一個實施例。
圖4顯示了包含導向信號發生器的部分網絡節點。
圖5顯示了網絡中兩個信號的定時圖的一部分。
圖6和7顯示了該網絡的另外兩個實施例。
圖8顯示了星型節點中的星型接口的第二個實施例。
圖9顯示了第一個星型節點的第二個實施例。
圖10顯示了包含冗餘的附加組件的網絡的實施例。
圖11顯示了網絡節點部分的另一個實施例，它包括兩個引導信號發生器，引導信號檢測器和一個控制器。
圖1顯示了一個根據本發明所設計的一個具體網絡形式的實施例。例如，這個網絡實例包括四個網絡節點1-4，這四個網絡節點通過有效的星型節點9及線對(扭絞二線電纜)5至8連接，這些線對保證了對稱信號傳送。有效星型節點9執行線路適配，所以，在星型節點9中線對5到8的端點會形成一個形波電阻。而且節點9還可以檢測網絡節點1到4傳送的導向信號。如果線對5到8沒有星型節點9而互相連接，那麼阻抗就從Z0跳到1／3Z0，在每個線對中性點就會有不匹配的現象出現，這是因為相應的其它線對是被平行連接的。為了產生導向信號，每個網絡節點1至4都包含一個導向信號發生器。
對於每個線對5至8，有效星型節點9包含了一個星型接口，它使得能從一個傳輸網絡節點轉送消息到所有與有效星型節點相連接的其它網絡節點。圖2顯示了一個這樣的星型接口的實施例的例子。線對5至8被連到開關放大器的10的輸入端，和其它開關放大器11的輸出端，以及導向信號探測器12和終端電阻13。終端電阻13的值對應于波形電阻；因此被用於合適的線路終端。當導向信號保持器12檢測到一個導向信號時，探測器會產生一個釋放信號，這個信號可導入開關放大器10的開關輸入端14，和一個與門15的反向輸入端，以及經放大器17和線路18，到達或門23(圖3)。當開關放大器10被釋放時，它向數據線路19提供數據，線路19引入轉換點。數據線19還從其它星型接口接收數據信號，而且將它們通過開關放大器11輸送到分配的線對，通過線路20與門15的非反向輸入端被提供有經過或門23(圖3)由另外一個星型接口產生的釋放信號。與門15的非反向輸出端連接到開關放大器11的開關輸入端21，再通過反向器16連接到導向信號探測器22的釋放輸入端。
開關放大器10或11可以被用作為放大器和開關(開關元件)的一個串聯組合。在這個開關的閉合狀態，傳送放大器的輸出信號。
通過發送導向信號，導向信號探測器單獨地檢測是否分配的網絡節點將要發送消息或數據。如果在這種情況下放大器11是不工作的(通常它已經達到這種狀態)，放大器10被激活或者釋放。來自於被分配的線對的消息信號被導入線路19又在這被轉入到其它的星型接口。此外，由導向信號探測器12產生的釋放信號發向其它的星型接口，這些信號將會激活或釋放它們各自的放大器11，目的是把消息傳送到各自分配的網絡節點。
正象圖3所示的，所有星型接口線路18被連接在或門23。而且圖3也顯示了從24到27這四個星型接口，這些接口被分別連接到線對5至8。或門23的輸出端連接到星型接口24至27的線路20上(圖2)。星型接口24到27的線路19通過電路節點28被連接起來。
為了避免來自線對5至8的信號被再次傳回至同一線對。通過與門15的反向輸入端使放大器11不工作或是關斷。從另一個方面來說，為了避免被分配到另一個網絡節點的導向信號檢測器激活它自己的放大器10，通過與門15和反向器16，在線路12上傳輸的釋放信號(圖2)被用來抑制信號檢測器12的釋放信號。通過放大器10的開關輸入端14，放大器10也可以被關閉或是停止工作。產生能夠讓被分配的星型接口接收數據的導向信號的導向信號檢測器12保持對數據傳送結束的有效檢測。
為了使有效的星型節點9的功能更加完美，網絡節點1至4傳輸它們的消息，而在時間上不出現重疊就顯得很必要。另外，要確保在某個空載時間內，網絡節點不會分別工作或傳輸消息或數據。在這種狀態下，星型節點完全阻塞(即所有的放大器10和11都失效)。在這種狀態下，在星型節點9中的星型接口24至27等待一個新的導向信號，它指示了一個傳輸消息的請求。基本上它保持導向信號總是在實際消息傳輸開始之前被傳輸。只有在此時才能確保有效的星型節點9能及時被構造並且消息的開端能到達所有其它的網絡節點。
圖4顯示了在什麼方式下在網絡節點1到4產生導向信號並且在線對5到8上信號被傳輸。當網絡節點要傳播消息或數據到其它網絡節點時，導向信號發生器29會例如在線路30上收到一個星型信號，導向信號發生器29接著傳送信號到一個多路復用器31，要被傳輸的數據通過線路32供應給多路復用器31。被多路復用器31產生的信號經放大器33被施加到分配的線對。從另一個網絡節點產生的信號經由放大器34被引入到線路35上，用於進一步的處理。
在圖4中顯示的多路復用器於是可以被當作一個時間多路復用器(在每次實際消息之前和之後，傳輸導向信號作為一個開始和結束信號)或者作為一個頻率多路復用器。這意味著導向信號可以作為一個持續信號伴隨要傳輸的消息，或者作為一個開始和停止信號形式被傳輸。例如，作為不同持續時間的結果，開始和停止信號能明顯區分而且傳輸時間和傳輸中止之間的改變不會混淆於是得到了保證。
許多方式都可以產生導向信號。一個可能是信號是一個周期性的信號，它的頻段在傳輸消息所用的頻率範圍之外。這種頻段或高或低於有用的頻帶，但卻還是在有效的頻帶「間隙」之內。其它的可能是為了傳輸作為對稱的推拉信號的實際消息和作為同相信號的導向信號。同相信號可以是以穩定電壓的形式，而且是一個周期性信號的形式。第三種可能是導向信號體現為在傳輸消息前或後放置的特殊符號形式。
根據用於實時通信的TTP協議，本發明設計尤其適用於網絡上的操作，例如在私人小汽車方面(比如《Elektronik Heft》1999年第十四期36到43頁的」TTP「Drive by Wire」in greifbarer Nahe」)。有了該協議，一方面藉助於無衝突(conflict-free)TDMA訪問方法，確定了哪個發射機被允許傳輸消息的時間，(TDMA=時分多路存取)；另一方面，也定義了傳輸器不能傳輸消息的死區時間(幀間間隙)。這個機構立即保證了有效的星型節點9總能返回到休息狀態。因此，TDMA方法保證了只允許一個網絡節點在預定時間傳輸消息，為此藉助一個由該網絡節點發出的導向信號，激勵或引起激勵星型節點中分配給該節點的用於傳送消息的網絡接口。
另外一個優點是為了管理所謂的公共汽車保管員，控制信號將會出現在網絡節點，該信號存在於消息傳輸開始之前不久。這個控制信號可以被直接用於操縱導向信號發生器29，因此，在線路30上，控制信號被施加到導向信號發生器29。
在圖5中，這個控制信號標為BG，實際消息標為數據。例如在消息傳輸過程中控制信號BG處於一個低的狀態。消息就是在這個控制信號的低狀態下傳輸出去的。在控制信號變化到低狀態之後的第一個時間間距T1和在控制信號變化到高狀態之前的第二個時間間距T2於是被選擇，以便有效的星型節點9被且持續正確設置，用於無缺點的消息傳輸。還可看到，TTP協議書支持在網絡中的各種網絡節點之間的不同(恆定的)消息延遲時間。這樣做的話，由有效的星型節點9所引起的延遲時間不會違反TTP協議書。
根據本發明所建立的網絡能夠對來自網絡節點1至4的消息用任何信號傳輸形式來傳輸導向信號。例如對於消息傳輸，一個對稱推拉傳輸，單線傳輸或者載頻調製傳輸都可以被選擇。例如，與消息傳輸一起，用線對5至8的同相連接可傳輸電源電壓。
圖6顯示了網絡的另一個實施例。這個網絡除了從36到39這四個附加網絡節點之外差不多同圖1顯示的網絡相同(網絡節點1至4，線對5至8)。網絡節點36通過另一個線對40直接同有效星型節點9相連接。網絡節點37經線對41同線對5相連接。網絡節點38通過線對42同線對8相連接。通過線對43網絡節點39同線對42相連接。
圖7中所示的實施例的例子也顯示了前面從圖1中了解的具有網絡節點1至4，線對5至8和有效星型節點9的網絡拓樸圖形。星型節點9通過線對44另一個有效星型節點45相連，其它的星型節點可以連接到星型節點45，例如圖中的網絡節點46。
代替在圖3中的必不可少的或門23，這個或門組合也可以被直接由線連「或」組合實現。圖8顯示了一個適合於線連或組合的星型接口。圖8所顯示的這個星型接口除了放大器17輸出端的被切換的組合以外同圖2的星型接口完全一樣。在圖8的放大器17輸出端並沒有同線路18相連，但連接到線路20(線連或門)。這便規定了放大器17的輸出端同與門15的反向輸入端相連接。放大器17在圖2中是一個推挽放大器，而在圖8中是一個集電極開路或漏極開路的放大器。
由於這個線連「或」組合，接線的成本降低了，或門23在有效星型節點中被省略。由於或門的省略網絡很容易被其它網絡節點所擴展，要不然在某些附加條件下才能保持。星型接口24-27，在這種情況下同相應線路19-20相連接，這樣就形成了圖9所顯示的兩個網絡節點47和48。附加提供唯一一個電阻49，它一方面連接到電路節點47，另一方面連接到一個電源電壓。這個電阻同每一個星型接口的放大器17一起構成線連「或」組合。
為了提高網絡中網絡節點的可利用性，(同圖4相比較而言)就象圖10所顯示的，把多個線對和產生導向信號的被分配的電路組件加倍。圖10所顯示的網絡包括4個網絡節點50至53和一個星型節點54。通過相應的線對56和57網絡節點50至51被連入星型節點54。通過兩個相應線對58至61，網絡節點52和53同星型節點54相連。這意味著網絡節點52既可以通過線對58和59同星型節點54相連接。還可以通過線對60和61同網絡節點53相連。
圖11顯示了一個導向信號在網絡節點52和53中是怎樣產生的，又是如何通過線對64和65傳輸。為了產生導向信號，使用了導向信號發生器66和67。從控制單元82經過線路68和69發送導向信號決定了是哪個導向信號發生器(66或67)產生導向信號。導向信號發生器67或67分別傳送一個導向信號到相關連的多路復用器70或71。在線路72或73上多路復用器70或71分別接收消息或數據。多路復用器70或71的輸出信號分別通過開關放大器74或75施加到相應的線對64或65。
從星型節點54產生的數據分別通過線對64或65被發送到放大器76或77。放大器76或77分別在線路78或79上傳送數據到網絡節點的其它電路組件。
每一個放大器76或77的輸出端同相應的導向信號檢測器80或81相連接。當導向信號檢測器80或81檢測到一個導向信號時就通知控制單元82(狀態機)。控制單元82控制兩個開關發生器74和75。而且控制單元82還經線路68和69控制導向信號發生器66和67。上面提到過的來自於網絡節點的開始信號在線路83上被導入控制單元82，它在控制單元中形成導向信號發生器66和67的控制信號。比如說控制單元82能通過線路84向網絡節點報告狀態。
電路元件66，68，70，72，74，76，78和80形成第一個電路組件85；電路元件67，69，71，73，75，77，79和81形成第二個電路組件86。電路組件85和86具有相同的結構。
控制單元82控制同網絡節點相連接的線對64和65，使得線對64和65和電路組件85和86的可操作性能夠持續被檢測。
在消息被接收過程當中，控制單元82檢查是否導向信號真的由兩個線對64和65傳輸過來。當導向信號到達這兩個冗餘的線對之一時，發出消息接收開始的信號。在某個時間片段中，控制單元82檢測是否第一個導向信號經線對64或65其中之一到達之後，導向信號還經另一條線對到達。如果不是這種情況我們就可以推斷另一條線對有故障。
基本上信號傳輸只發生在其中一條線對之中，為此，即使電路組件85或86有一條出現故障，但通信仍然可以進行。在每一次傳輸操作過程中檢查伴隨消息的導向信號是否真正傳輸過來。該網絡節點的結構確保通過不用於消息傳輸的這個線對將導向信號被傳回到發送網絡節點。而且，控制單元82也檢測在消息傳輸開始之後在另一個特定時間段中導向信號是否經由另一線對到達。
這兩個檢測的結合能夠檢測出在那個時間段內用於消息傳輸的電路組件85和86及線對64和65的故障。這種結合的方法還能夠通過控制單元82的分配的無故障線對無故障電路組件進行切換。
如果沒有故障出現的話，控制單元82會認可兩個線對64和65以及兩個電路組件85和86的工作情況。比如說電路組件85和86交替向流分配的星型接口傳輸信號。在出現故障的情況下，只有被認為無故障電路元件的電路組件85或86才會傳輸信號。
權利要求
1．一種包含多個網絡接點的網絡，其特徵在於通過至少一個星型接點直接把至少一部分網絡節點互相連接起來，星型接點包含多個被分配給至少一個網絡節點的星型接口，依靠導向信號一個星型接口總是從分配的網絡節點到其它星型接口或者從另一個星型接口到至少一個分配的網絡節點傳輸消息。
2．根據權利要求1所述的網絡，其特徵在於為了傳輸消息，每一個在網絡中的網絡節點被分配有反覆周期性時間段，網絡節點包括一個能產生導向信號的導向信號發生器，所述導向信號可以指明是整個分配時間段還是時間段的開始和結束。
3．根據權利要求1所述的網絡，其特點在於每個星型接口包含第一和第二開關單元和一個導向信號檢測器，第一個開關單元處於激活狀態使得消息能夠從分配的網絡節點到達其它星型接口，而第二個開關單元處於激活狀態使消息從其它星形接口返回分配的網絡節點，設置導向信號檢測器是為了依靠分配的網絡節點的導向信號來激勵第一個開關單元和關閉第二個開關單元或者關閉第一個開關單元和激勵第二個開關單元。
4．根據權利要求3所述的網絡，其特點在於第一和第二兩個開關單元都分別是可切換放大器。
5．根據權利要求1所述的網絡，其特點在於設置星型接口是為了當分配的網絡節點表示導向信號的消息傳輸時產生一個釋放信號，每個星型接口的傳送釋放信號的線路通過一個或組合而耦合在一起，該或組合傳送釋放信號給星型節點的所有星型接口。
6．根據權利要求5中所說的網絡，其特徵在於或門組合是一個或門或是一個線連或組合。
7．根據權利要求2中所述的網絡，其特點在於至少一個網絡節點被分配多個星型接口，為了根據分配的網絡節點的狀態來傳輸消息只設置了其中一個星型接口。
8．根據權利要求7中所述的網絡，其特點在於至少一個網絡節點包含至少兩個導向信號發生器和兩個多路復用器，為的是組合由分配的導向信號發生器所產生的導向信號與消息，控制單元決定了在哪個線路連接和哪個被分配的星型接口上傳輸同導向信號相組合的消息。
9．根據權利要求8中所述的網絡，其特點在於設置控制單元是為了檢測星型接口，線路連接，在網絡節點中的電路組件的可操作性，哪個開關組件與導向信號形成消息並且接收這種消息；在消息的接收過程中，控制單元在各種線路接收中通過評估導向信號檢測器的情況來檢測導向信號的存在，在消息傳輸過程當中，控制單元檢測除了已經傳輸消息的線路外所有線路連接上控制消息的存在。
10．一種網絡節點，它包含在具有其它網絡節點的網絡中，其特點在於設置網絡接點是為了通過至少一個星型節點同其它網絡節點相連接，設置網絡接點還是為了把消息同導向信號一起傳輸給星型節點的星型接口。
11．一種在網絡中將多個網絡節點和多個星型接口相連接的星型節點，所述星型接口被分配給至少一個網絡節點，依靠導向信號，為了從分配的網絡節點到其它星型接口，或者從另一個接口到至少一個分配的網絡節點之間傳輸消息，各自設置了星型接口。
全文摘要
本發明是關於包含多個網絡節點的網絡。至少部分網絡節點通過至少一個星型節點直接互相連接。星型節點包含許多被分配給至少一個網絡節點的星型接口,星型接口總是按照導向信號用於至少一個分配的網絡節點到其它星型接口或者從另一個星型接口到至少一個分配的網絡節點傳輸消息。
文檔編號H04L12/44GK1292613SQ0013098
公開日2001年4月25日 申請日期2000年9月12日 優先權日1999年9月16日
發明者W·O·布德, M·青克, P·福爾曼 申請人:皇家菲利浦電子有限公司