專利名稱：具有主/從結(jié)構(gòu)的通信系統(tǒng)的制作方法
具有主/從結(jié)構(gòu)的通信系統(tǒng)
本發(fā)明涉及一種包括主從結(jié)構(gòu)的通信系統(tǒng)，用于這種通信系統(tǒng)的主機(jī)單 元，以及包括主從結(jié)構(gòu)的通信系統(tǒng)的操作方法。
在制造與自動(dòng)技術(shù)中，越來(lái)越常使用串行總線系統(tǒng)，其中機(jī)器外圍的外
圍配置裝置(例如i/o模塊、轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動(dòng)器、閥件與使用者終端)是通過(guò)
具有自動(dòng)、加工與虛擬系統(tǒng)的高效實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)進(jìn)行通信的。在此過(guò)程中， 所有的客戶端都通過(guò)串行總線(最好是場(chǎng)總線)而連接成網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)總線的 數(shù)據(jù)交換最好是基于主從原理而執(zhí)行。
在總線系統(tǒng)中控制裝置的主動(dòng)客戶端擁有總線存取權(quán)并決定總線上的
數(shù)據(jù)傳送；在下文中，主動(dòng)總線客戶端會(huì)被指定為串行總線系統(tǒng)中的主機(jī)單 元。相對(duì)的，被動(dòng)總線客戶端一般則為外圍機(jī)器裝置，其不具有總線存取權(quán)， 僅可接受所接收的信息信號(hào)、或在主機(jī)單元發(fā)出請(qǐng)求時(shí)傳送信息至主機(jī)單元; 在下文中，被動(dòng)總線客戶端即稱為串行總線系統(tǒng)中的從屬單元。
包括主從結(jié)構(gòu)的場(chǎng)總線一般配置為環(huán)形拓樸以避免復(fù)雜的接線，由此， 所有的總線客戶端都連接到一環(huán)形傳送路徑。主機(jī)單元所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信號(hào)由 所述主機(jī)單元饋送到所述環(huán)形傳送路徑中，并連續(xù)循環(huán)通過(guò)串行連接到所述 環(huán)形傳送路徑的從屬單元，從而被主機(jī)單元再次接收與評(píng)估。
主機(jī)單元通常將數(shù)據(jù)信號(hào)組織為數(shù)據(jù)封包，數(shù)據(jù)封包由控制數(shù)據(jù)與使用 者數(shù)據(jù)組成，由此，最好是使用以太網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)(Ethernet standard),其在高 傳送速率(100 Mbit/sec)下同時(shí)允許數(shù)據(jù)封包具有的長(zhǎng)度達(dá)1500位。連接 到所述環(huán)形傳送路徑的每一個(gè)從屬單元接著處理以太網(wǎng)絡(luò)電報(bào)的使用者數(shù) 據(jù)，使用者數(shù)據(jù)由主機(jī)單元饋送到所述環(huán)形傳送路徑中。包括環(huán)形結(jié)構(gòu)的主從通信系統(tǒng)一般是按以下方式配置，該配置使得包括 一傳送單元的主機(jī)單元作為數(shù)據(jù)發(fā)出點(diǎn)， 一接收單元作為數(shù)據(jù)提舉點(diǎn)，獨(dú)立 的從屬單元接著連接到傳送路徑，以形成一環(huán)，由此，每一客戶端連接到兩 個(gè)鄰近者，而環(huán)中的第一個(gè)與最后一個(gè)客戶端則連接到所述主機(jī)單元。數(shù)據(jù) 封包的傳送則由此而發(fā)生，其方向是從主機(jī)單元開(kāi)始、通過(guò)其傳送單元而到 第一連接從屬單元，并從那里到下一個(gè)、直到數(shù)據(jù)方向上環(huán)中的最后一個(gè)從 屬單元，然后回到主機(jī)單元的接收單元。
為了從前一個(gè)客戶端接收循環(huán)的數(shù)據(jù)封包，每一個(gè)從屬單元包括一第一 終端與一第二終端，以前送至后續(xù)的客戶端；每一個(gè)從屬單元也包括一處理
單元，其配置在兩個(gè)終端之間，用以處理循環(huán)通過(guò)所述從屬單元的數(shù)據(jù)封包。 關(guān)于主從式通信系統(tǒng)(特別是用于制造與處理自動(dòng)化中)的關(guān)鍵需求設(shè)定在 于高故障容限，也即在發(fā)生故障時(shí)通信系統(tǒng)執(zhí)行所需功能(例如制造一工
作部件)的能力。通信系統(tǒng)中的故障必須要在不影響制造過(guò)程的情況下被處
理；除了數(shù)據(jù)封包中的故障外，這些故障還包括特別是傳送路徑中客戶端的 故障及/或傳送路徑的中斷，例如由通過(guò)傳送媒介的實(shí)體切割所致。
為了獲得具有故障容限性的主從式通信系統(tǒng)，特別是在連結(jié)故障的情況 下，也就是在整個(gè)傳送區(qū)段失效時(shí)，常使用雙環(huán)式結(jié)構(gòu)。美國(guó)專利US
4，663，748因而公開(kāi)了一種包括主從結(jié)構(gòu)的通信系統(tǒng)，其中主機(jī)單元是通過(guò)兩 條以相反方向操作的通信路徑而串行連接到多個(gè)從屬單元。由此，主機(jī)單元 包括兩個(gè)傳送與接收單元，其包含獨(dú)立的傳送器及/或接收器與相關(guān)控制單 元，以使數(shù)據(jù)封包同時(shí)通過(guò)兩條通信路徑循環(huán)。從屬單元包括一耦接單元， 從而在發(fā)生連接故障時(shí)(例如在通信線路破壞時(shí))通過(guò)監(jiān)控兩條通信路徑上 的數(shù)據(jù)封包以及通過(guò)分別切換而重組通信系統(tǒng)。按照上述方式產(chǎn)生的重組可 避免因連結(jié)故障而產(chǎn)生通信系統(tǒng)中較大區(qū)段的故障、或甚至是完全故障。
在具有雙環(huán)式結(jié)構(gòu)、故障容限性的主從式通信系統(tǒng)中，其主機(jī)單元包括 兩個(gè)傳送與接收單元(其包含獨(dú)立的傳送器及/或接收器)與相關(guān)控制單元， 從而可以在兩個(gè)通信路徑上都發(fā)出數(shù)據(jù)封包，因此這種系統(tǒng)具有較高的主機(jī) 單元硬件與切換復(fù)雜度，也因此產(chǎn)生了可觀的成本增加。本發(fā)明的目的在于提供一種具有主從結(jié)構(gòu)的通信系統(tǒng)、用于這種通信系 統(tǒng)的主機(jī)單元、以及具有主從結(jié)構(gòu)的通信系統(tǒng)的操作方法，使得在發(fā)生連結(jié) 故障時(shí)，可以用最小的硬件與切換復(fù)雜度來(lái)進(jìn)行主從結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)重組。
此目的可由如權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)、如權(quán)利要求5所述的主機(jī)單
元、以及如權(quán)利要求7所述的方法達(dá)成；本發(fā)明的較佳實(shí)施例則在從屬權(quán)利 要求中指明。
根據(jù)本發(fā)明， 一通信系統(tǒng)包括了一主機(jī)單元與多個(gè)從屬單元的第一與第 二終端，其各自通過(guò)第一與第二通信路徑而連接到第一與第二環(huán)形結(jié)構(gòu)。在 正常操作下，通過(guò)所述第一通信路徑而執(zhí)行一環(huán)形數(shù)據(jù)傳送，其從所述主機(jī) 單元的所述第一終端開(kāi)始、到數(shù)據(jù)傳送方向中通過(guò)所述第一通信路徑連接的 第一從屬單元、再到數(shù)據(jù)傳送方向中通過(guò)所述第一通信路徑連接的下一個(gè)從 屬單元、直到數(shù)據(jù)傳送方向中通過(guò)所述第一通信路徑連接的最后一個(gè)從屬單 元，并接著到所述主機(jī)單元的另一個(gè)第一終端。在故障模式下，通過(guò)所述第 一通信路徑與所述第二通信路徑來(lái)執(zhí)行一循環(huán)形數(shù)據(jù)傳送，其從所述主機(jī)單 元的所述第一終端開(kāi)始、到數(shù)據(jù)傳送方向中通過(guò)所述第一通信路徑連接的第 一從屬單元、再到數(shù)據(jù)傳送方向中通過(guò)所述第一通信路徑連接的下一個(gè)從屬 單元、直到通過(guò)所述第一通信路徑到達(dá)數(shù)據(jù)傳送方向中故障模式中的一從屬 單元為止，然后通過(guò)所述第二通信路徑而從故障模式中的所述從屬單元回到 所述主機(jī)單元的所述第二終端、從所述主機(jī)單元的所述第二終端到所述主機(jī) 單元的所述另一個(gè)第二終端、從所述主機(jī)單元的所述另一個(gè)第二終端到數(shù)據(jù) 傳送方向中通過(guò)所述第二通信路徑連接的第一從屬單元、再到數(shù)據(jù)傳送方向 中通過(guò)所述第二通信路徑連接的下一個(gè)從屬單元、直到到達(dá)數(shù)據(jù)傳送方向中 通過(guò)所述第二通信路徑連接且在故障模式中的一從屬單元為止，然后從故障 模式中的從屬單元通過(guò)所述第一通信路徑回到所述主機(jī)單元的所述另一個(gè)第 一終端為止。
通過(guò)本發(fā)明中主從式通信系統(tǒng)的配置，可以用最小的硬件與切換復(fù)雜度 來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)正規(guī)通信路徑中斷(例如在從屬單元故障或斷線時(shí))的高故障容限 性，并因此減少成本。根據(jù)本發(fā)明，在通信系統(tǒng)中雖使用一種雙重環(huán)形拓樸， 然而主機(jī)單元卻僅包括一個(gè)傳送與接收單元，如同單環(huán)式結(jié)構(gòu)。
7在正常操作下，專門(mén)通過(guò)第一正規(guī)通信路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，由此，所有 的數(shù)據(jù)封包(從主機(jī)單元的傳送單元開(kāi)始)會(huì)連續(xù)循環(huán)通過(guò)串行連接到正規(guī) 通信路徑的所有從屬單元，并接著反饋到主機(jī)單元的接收單元。如果正規(guī)通 信路徑中斷，通信系統(tǒng)中便觸發(fā)一故障模式，在故障模式中循環(huán)形數(shù)據(jù)傳送 是通過(guò)正規(guī)通信路徑與第二替代通信路徑在交叉點(diǎn)處與主機(jī)單元執(zhí)行；由此， 數(shù)據(jù)封包會(huì)連續(xù)循環(huán)通過(guò)從屬單元，其從主機(jī)單元的傳送單元開(kāi)始、通過(guò)正 規(guī)通信路徑、到配置在正規(guī)通信路徑中交叉點(diǎn)前的從屬單元。此從屬單元使 正規(guī)通信路徑與第二替代通信路徑短接，故數(shù)據(jù)封包會(huì)通過(guò)所述替代通信路 徑而反饋到主機(jī)單元的第二終端。主機(jī)單元將所述第二終端短接至所述替代 通信路徑，并將另一個(gè)第二終端連接到所述替代通信路徑，接著通過(guò)與替代 通信路徑連接的從屬單元、由替代通信路徑的另一個(gè)第二終端傳送數(shù)據(jù)，直 到配置在正規(guī)通信路徑斷點(diǎn)前的從屬單元；此從屬單元將替代通信路徑連接
到正規(guī)通信路徑，使得數(shù)據(jù)封包可以反饋到正規(guī)通信路徑上主機(jī)單元的接收單元。
故障容限功能是由正規(guī)通信路徑中斷點(diǎn)附近的兩個(gè)從屬單元中的從屬 耦接單元、及/或由主機(jī)單元中的主機(jī)耦接單元實(shí)行，其中主機(jī)耦接單元在正 規(guī)通信路徑發(fā)生連結(jié)故障時(shí)會(huì)自動(dòng)重組通信系統(tǒng)中的傳送路徑。
根據(jù)本發(fā)明，主機(jī)單元包括兩個(gè)第一終端與兩個(gè)第二終端，所述第一終 端連接到第一通信路徑，所述第二終端連接到第二通信路徑。傳送單元與接 收單元連接到兩個(gè)第一終端，用于傳送數(shù)據(jù)信號(hào)和接收數(shù)據(jù)信號(hào)。主機(jī)單元 的主機(jī)耦接單元在故障模式下(也即發(fā)生連接失敗時(shí))短接第一正規(guī)通信路 徑中的兩個(gè)第一終端，使得可通過(guò)第一與第二通信路徑進(jìn)行循環(huán)形數(shù)據(jù)傳送。
利用本發(fā)明中主機(jī)單元的配置，可在雙重環(huán)形結(jié)構(gòu)中使用僅包含一個(gè)傳
輸與接收單元的主機(jī)單元，該主機(jī)單元也可使用在單環(huán)結(jié)構(gòu)中；此外，第二 環(huán)形結(jié)構(gòu)的終端與一主機(jī)耦接單元在第一環(huán)形結(jié)構(gòu)連結(jié)失敗時(shí)被連接到第二 環(huán)形結(jié)構(gòu)的第二終端，以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送路徑的重組。
在下文中，將結(jié)合附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，其中-


圖1說(shuō)明了本發(fā)明中包括主從結(jié)構(gòu)的通信系統(tǒng)示意圖，其中一主機(jī)單元是通過(guò)一雙重環(huán)形結(jié)構(gòu)而串行連接到從屬單元； 圖1A說(shuō)明了正常模式；
圖IB說(shuō)明了發(fā)生連結(jié)失敗時(shí)的第一通信系統(tǒng)重組模式；
圖1C說(shuō)明了在從屬單元故障期間的第二通信系統(tǒng)重組模式;
圖2說(shuō)明了從屬單元的示意圖。
在自動(dòng)技術(shù)中已越來(lái)越多地使用場(chǎng)總線系統(tǒng)，其中機(jī)器外圍的分布裝置 是通過(guò)場(chǎng)總線與自動(dòng)、加工與虛擬系統(tǒng)通信。 一般而言，場(chǎng)總線系統(tǒng)包括一 串行總線，其可為例如電力線路、光纖或射頻電纜。所有的總線客戶端都連 接到該場(chǎng)總線，由此可在主動(dòng)及被動(dòng)總線客戶端之間產(chǎn)生差異。場(chǎng)總線系統(tǒng) 中的主動(dòng)總線客戶端為控制總線上數(shù)據(jù)傳送的主機(jī)單元，這種主機(jī)單元是為 生產(chǎn)線的處理器主機(jī)計(jì)算機(jī)服務(wù)的工業(yè)PC。主機(jī)單元包括一總線存取權(quán)，且 可在沒(méi)有外部請(qǐng)求的情況下發(fā)布數(shù)據(jù)到場(chǎng)總線上?？偩€系統(tǒng)的被動(dòng)客戶端為 外圍機(jī)器裝置，例如I/O裝置、閥件、驅(qū)動(dòng)器與變換器，其作為從屬單元且 不具備總線存取權(quán)，即其僅可接受所接收的數(shù)據(jù)信號(hào)、或是在主機(jī)單元發(fā)出 請(qǐng)求時(shí)傳送數(shù)據(jù)信號(hào)。
關(guān)于主從式通信系統(tǒng)中用于傳送數(shù)據(jù)的通信標(biāo)準(zhǔn)，最好是使用以太網(wǎng)絡(luò) 概念。在以太網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中，欲傳送的數(shù)據(jù)是通過(guò)預(yù)定格式以數(shù)據(jù)封包的 形式(下文中也稱為電報(bào))進(jìn)行壓縮；以太電報(bào)由此具有長(zhǎng)達(dá)1500位的數(shù)據(jù) 長(zhǎng)度，其中除了使用者數(shù)據(jù)外，還包括具有起始碼、目標(biāo)與來(lái)源地址、數(shù)據(jù) 封包類型與故障機(jī)制的控制數(shù)據(jù)。
包括主從結(jié)構(gòu)的以太通信系統(tǒng)最好按以下方式配置，使得獨(dú)立的從屬單 元都通過(guò)通信媒介而連接形成一條鏈，每一個(gè)從屬單元都連接到兩個(gè)鄰近者， 由此，鏈中的第一個(gè)與最后一個(gè)從屬單元會(huì)連接到主機(jī)單元，因而形成一環(huán) 形結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)傳送發(fā)生的方向會(huì)從主機(jī)單元開(kāi)始、到第一鄰近從屬單元，再 到下一個(gè)、直到最后一個(gè)從屬單元，接著回到主機(jī)單元。
為確保高故障容限，特別是在通信系統(tǒng)中連結(jié)失敗的情況下，也即，當(dāng) 從屬單元中整個(gè)傳送區(qū)段都失效(例如因電纜破壞)時(shí)，主從式通信系統(tǒng)包 括一第二替代通信路徑，其將主機(jī)單元連接到從屬單元，從而形成另一環(huán)形
9結(jié)構(gòu)。
圖1以顯示了這種故障容限主從式通信系統(tǒng)，圖1A顯示了正常模式， 圖IB顯示了在連結(jié)失敗時(shí)的第一重組模式，圖1C則說(shuō)明了在失效從屬單元 下的第二重組模式。通信系統(tǒng)包括一主機(jī)單元1，其通過(guò)一雙重環(huán)形結(jié)構(gòu)串 行連接到N個(gè)從屬單元3。雙重環(huán)形結(jié)構(gòu)包括兩條獨(dú)立的通信路徑，其各自 將主機(jī)單元連接到N個(gè)從屬單元3，因而形成一條獨(dú)立的通信路徑21、 22， 電力線路、光纖或射頻電纜都可以作為傳送路徑。
主機(jī)單元1包括一個(gè)傳送單元TX 11與一個(gè)接收單元RX 12。傳送單元 TX 11通過(guò)第一終端111連接到第一通信路徑21的第一端，而接收單元RX 12 通過(guò)第二終端112而連接到第一通信路徑21的第二端。主機(jī)單元1還包括一 主機(jī)耦接單元13，其分別通過(guò)第三終端113與第四終端114而連接到第二通 信路徑22。傳送單元TX 11、接收單元RX 12與主機(jī)耦接單元13通過(guò)控制 線15連接到主機(jī)單元1的中央控制單元16。
每一個(gè)從屬單元3包括一個(gè)第一終端，其具有一接收單元RX31，用于 通過(guò)第一通信路徑21從前一客戶端接收數(shù)據(jù)封包;每一個(gè)從屬單元3也包括 另一個(gè)第一終端，其具有一第一傳送單元TX 32以通過(guò)第一通信路徑21前 送到下一個(gè)客戶端。此外，各從屬單元3包括一第二終端，其具有一第二接 收單元RX 33以通過(guò)第二通信路徑22從前一個(gè)客戶端接收數(shù)據(jù)封包；從屬 單元3也包括另一第二終端，其具有一第二傳送單元TX 34以通過(guò)第二通信 路徑22前送到后續(xù)的客戶端。在每一個(gè)從屬單元3中，具有一處理單元35 與一從屬耦接單元36，其切換在第一接收單元RX31、第二接收單元RX32、 第一傳送單元TX 33與第二傳送單元TX 34之間。
圖2說(shuō)明了從屬單元3的可行實(shí)施例的簡(jiǎn)圖，在從屬單元3中，連接到 第一通信路徑21的第一接收單元RX31以及連接到第二通信路徑22的第二 傳送單元TX 34被分組為埠0;連接到第二通信路徑22的第二接收單元RX 33 以及連接到第一通信路徑21的第一傳送單元TX 32被分組為埠1 。從屬耦接 單元36包括一第一互換開(kāi)關(guān)38與一第二互換開(kāi)關(guān)39，其分別被配置為2-1
(二對(duì)一)多任務(wù)器。
接收與傳送單元31、 32、 33、 34、多任務(wù)器38、 39、從屬耦接單元36 以及處理單元35是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)線路37而彼此連接的。第一接收單元RX 31連接到第一多任務(wù)器38的第一輸入端，第一多任務(wù)器38的第二輸入端連接到 第二接收單元RX33;第一多任務(wù)器38的輸出端進(jìn)一步連接到處理單元35。 第二多任務(wù)器39接著通過(guò)其第一輸入端連接到第二接收單元RX 33，且通過(guò) 其第二輸入連接到處理單元35;多任務(wù)器39的輸出端連接到第二傳送單元 TX34。此外，處理單元35連接到第一傳送單元TX32。
在圖1A所示主從式通信系統(tǒng)的無(wú)故障正常操作下，主機(jī)單元1的中央 控制單元16所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)封包會(huì)通過(guò)傳送單元TX 11與第一通信路徑21上 第一終端lll而輸出。電報(bào)接著在第一通信路徑21上循環(huán)，由此，連接在下 游的從屬單元3會(huì)連續(xù)循環(huán)。從屬單元3中從屬耦接單元36的多任務(wù)器38、 39會(huì)切換，從而使處理單元35連接到第一接收單元RX 31，還連接到第一 傳送單元TX32。在循環(huán)通過(guò)最后一個(gè)從屬單元N后，數(shù)據(jù)封包會(huì)通過(guò)第一 通信路徑21與另一第一終端112被反饋到主機(jī)單元1的接收單元RX 12,主 機(jī)單元1的接收單元RX 12將所接收的數(shù)據(jù)封包前送到中央控制單元16以 供評(píng)估。
在無(wú)故障正常模式下，連接到第二通信路徑22的主機(jī)耦接單元16的兩 終端113、 114是關(guān)閉的，因此，主機(jī)單元1僅通過(guò)第一通信路徑21發(fā)送電 報(bào)，在循環(huán)期間，這些電報(bào)會(huì)由從屬單元3的處理單元35進(jìn)行處理。在第二 通信路徑22上不發(fā)生任何數(shù)據(jù)傳送。
當(dāng)?shù)谝煌ㄐ怕窂?1中發(fā)生連接失效時(shí)，圖1中所示的主從式通信系統(tǒng) 在干擾下具有自身重組能力，以維持系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳送。如果連結(jié)失敗是 發(fā)生在第一通信路徑21中，則失效位置鄰近的兩個(gè)從屬單元會(huì)自動(dòng)假設(shè)一故 障模式，其中從屬耦接單元36會(huì)使第一與第二通信路徑21、 22短連接，以 將數(shù)據(jù)封包從一通信路徑重新導(dǎo)向至另一通信路徑。在與第一通信路徑21 中連接失敗處相鄰的從屬單元3假設(shè)故障模式的時(shí)候，主機(jī)單元1也同時(shí)由 主機(jī)耦接單元16開(kāi)啟并使連接到第二通信路徑22上的兩終端113、 114短連 接而假設(shè)故障模式。
在故障模式中，接著通過(guò)第一與第二通信路徑21、 22而進(jìn)行循環(huán)形數(shù) 據(jù)傳送，其通過(guò)第一終端111與第一通信路徑21而開(kāi)始于主機(jī)單元1的傳送 單元RXll，而至通過(guò)第一通信路徑21連接于數(shù)據(jù)傳送方向的從屬單元3; 接著，數(shù)據(jù)傳送會(huì)通過(guò)第一通信路徑21而進(jìn)行至下一個(gè)連接的從屬單元3，直到抵達(dá)數(shù)據(jù)傳送方向中、處于故障模式的第一從屬單元為止。在故障模式
下的第一從屬單元3中，數(shù)據(jù)封包會(huì)被重新導(dǎo)向至第二通信路徑22,并接著 通過(guò)第二通信路徑而被導(dǎo)引至主機(jī)耦接單元13的第二終端113以及與其連接 的從屬單元。
在主機(jī)耦接單元13中，數(shù)據(jù)封包接著會(huì)從一第二終端113而切換到另一 第二終端114，并通過(guò)數(shù)據(jù)傳送方向中的第二通信路徑22而前送至第一從屬 單元3;從此處，數(shù)據(jù)封包會(huì)通過(guò)數(shù)據(jù)傳送方向中的第二通信路徑22而再前 送至連接的下一個(gè)從屬單元3，直到抵達(dá)數(shù)據(jù)傳送方向中、處于故障模式的 第二從屬單元3為止。在故障模式下的第二從屬單元接著會(huì)通過(guò)第一通信路 徑21而將數(shù)據(jù)封包送回主機(jī)單元1的接收單元RX 12的另一第一終端112。
圖1B說(shuō)明了主從式通信系統(tǒng)在從屬單元M與從屬單元M+l之間發(fā)生 連接失敗時(shí)的數(shù)據(jù)傳送情形(如箭頭所示)。從屬單元1至M-1以及M+2至 N是處于正常操作模式，而從屬單元M與M+l以及主機(jī)單元1則處于故障 模式。圖1C說(shuō)明了主從式通信系統(tǒng)在從屬單元M完全失敗期間的數(shù)據(jù)傳送 情形(如箭頭所示)，其相當(dāng)于從屬單元M-1與從屬單元M之間、以及從屬 單元M+l與從屬單元M之間發(fā)生兩次連結(jié)失敗。從屬單元1到M-2與從屬 單元M+2到2是以正常模式操作。從屬單元M-l與M+l以及主機(jī)單元1則 處于故障模式。
由此，對(duì)發(fā)生連結(jié)失敗的重組是由連結(jié)失敗處鄰近的從屬單元3的兩端 口 0、 1觸發(fā)，從屬單元3的端口 0、 1是在可通過(guò)兩通信路徑21、 22進(jìn)行與 鄰近從屬單元的通信時(shí)，通過(guò)認(rèn)證方式所決定。當(dāng)從屬單元3的端口確認(rèn)連 結(jié)失敗，從屬耦接單元36觸發(fā)從屬單元3的相應(yīng)故障模式。
當(dāng)從屬單元3的端口通過(guò)通信路徑21而確定通信失敗時(shí)，即如圖1B中 所示在從屬單元M中發(fā)生連結(jié)失敗、及/或如圖1C中所示在從屬單元M-l 中發(fā)生裝置故障，處理單元35會(huì)通過(guò)從屬耦接單元36而連接到第一接收單 元RX31與第二傳送單元TX34。到達(dá)從屬單元3中第一通信路徑21上的電 報(bào)因而通過(guò)處理單元35而被反饋至第二通信路徑22。如圖2所示從屬單元3 的從屬耦接單元36的配置中，所述數(shù)據(jù)傳送的重新導(dǎo)向是在通過(guò)將第二多任 務(wù)器39的第二輸入切換至其輸出而由處理單元35進(jìn)行處理時(shí)發(fā)生。
若通信失敗是由從屬單元3的端口 0通過(guò)通信路徑21而確定，即如圖
12IB中所示在從屬單元M+1中發(fā)生連結(jié)失敗、及/或如圖1C中所示在從屬單 元M+l中發(fā)生裝置故障，處理單元35會(huì)通過(guò)從屬單元3中的從屬耦接單元 36連接到第二接收單元RX 33與第一傳送單元TX 32，使得到達(dá)第二通信路 徑22上的電報(bào)會(huì)在處理單元35進(jìn)行處理時(shí)被反饋至第一通信路徑21。如圖 2所示從屬單元3的從屬耦接單元36的配置中，所述數(shù)據(jù)傳送的重新導(dǎo)向是 在通過(guò)將第一多任務(wù)器39的第二輸入切換至其輸出而由處理單元35進(jìn)行處 理時(shí)發(fā)生。
故障模式下主機(jī)單元1的重組最好是由主機(jī)耦接單元13本身的端口同 時(shí)加以觸發(fā)。 一旦數(shù)據(jù)封包到達(dá)第二通信路徑22，端口會(huì)開(kāi)啟第二終端113、 114，并使其短連接以通過(guò)主機(jī)單元1而于第二通信路徑22上前送數(shù)據(jù)封包。 或者是，主機(jī)耦接單元13的故障模式也會(huì)由主機(jī)單元1的中央控制單元16 加以觸發(fā)。 一旦主機(jī)單元1的控制單元16確定了第一通信路徑21因接收單 元TX 12不再接收任何數(shù)據(jù)封包而中斷，中央控制單元16便以先前所描述 的方式來(lái)存取主機(jī)耦接單元13，也即，第二終端113、 114會(huì)開(kāi)啟并短連接， 以將數(shù)據(jù)封包推過(guò)第二通信路徑22。
本發(fā)明中主從式通信系統(tǒng)的配置與功能提供了以低硬件與切換復(fù)雜度 的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信在連結(jié)失敗時(shí)(特別是在主機(jī)單元中)高敵障容限的可 能。換言的，主機(jī)單元只需要一個(gè)傳送單元與一個(gè)接收單元來(lái)操作雙重環(huán)形 結(jié)構(gòu)。當(dāng)正規(guī)通信路徑中斷時(shí)，另外提供的主機(jī)耦接單元可通過(guò)替代通信路 徑來(lái)重組數(shù)據(jù)傳送。
權(quán)利要求
1.一種通信系統(tǒng)，包括一主機(jī)單元(1)與多個(gè)從屬單元(3)，其中所述主機(jī)單元與所述從屬單元各包括兩個(gè)第一終端與兩個(gè)第二終端，所述第一終端連接到一第一通信路徑(21)，所述第二終端連接到一第二通信路徑(22)，其中所述主機(jī)單元(1)與所述從屬單元(3)的第一終端是通過(guò)所述第一通信路徑(21)而連接，以形成一第一環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其中所述主機(jī)單元(1)與所述從屬單元(3)的第二終端是通過(guò)所述第二通信路徑(22)而連接，以形成一第二環(huán)狀結(jié)構(gòu)，各從屬單元(3)包括一從屬耦接單元(36)，其于一故障模式中使所述從屬單元中第一終端與第二終端之間的所述第一通信路徑(21)與所述第二通信路徑(22)短連接，所述主機(jī)單元包括一傳送單元(11)、一接收單元(12)及一主機(jī)耦接單元(13)，所述傳送單元連接到一第一終端以發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)，所述接收單元連接到另一第一終端以接收數(shù)據(jù)信號(hào)，所述主機(jī)耦接單元于所述故障模式中短連接所述兩個(gè)第二終端(113，114)。
2. 如權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)，所述主機(jī)單元(1)是配置以通過(guò)所述第 一通信路徑(21)上的一從屬單元決定所述故障模式的開(kāi)始，并觸發(fā)所述 主機(jī)單元的故障模式。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的通信系統(tǒng)，所述從屬單元(3)是配置以決定對(duì) 連接在數(shù)據(jù)傳送方向下游的所述從屬單元的一數(shù)據(jù)傳送故障，并觸發(fā)所述 從屬單元的故障模式。
4. 如權(quán)利要求1至3中任一所述的通信系統(tǒng)，所述從屬單元(3)包括一處理單元(35)，用于處理數(shù)據(jù)信號(hào)，所述從屬耦接單元(36)在 一正常模式中連接到所述第一通信路徑(21)的第一終端之間切換所述處 理單元，且在所述故障模式中連接到所述第一通信路徑的所述第一終端及連接到所述第二通信路徑(22)的第二終端之間切換所述處理單元。
5. —種主機(jī)單元(1)，包括兩個(gè)第一終端(111,112)，其連接到一第一通信路徑(21)， 兩個(gè)第二終端(113,114)，其連接到一第二通信路徑(22), 一傳送單元(11)，其連接到一第一終端(111)以傳送數(shù)據(jù)信號(hào)， 一接收單元(12)，其連接到另一第一終端(112)以接收數(shù)據(jù)信號(hào)，以及一主機(jī)耦接單元(13),其于一故障模式中使所述兩個(gè)第二終端(113, 114)短連接。
6. 如權(quán)利要求5所述的主機(jī)單元，所述主機(jī)單元(1)是配置決定所述第一 通信路徑(21)上的一數(shù)據(jù)傳送故障，并觸發(fā)所述主機(jī)單元的故障模式。
7. —種用于操作一通信系統(tǒng)的方法，所述通信系統(tǒng)包括一主機(jī)單元與多個(gè)從 屬單元，所述主機(jī)單元與所述從屬單元各包括兩個(gè)第一終端與兩個(gè)第二終 端，所述第一終端連接到一第一通信路徑，所述第二終端連接到一第二通 信路徑，所述主機(jī)單元與所述從屬單元的第一終端是通過(guò)所述第一通信路徑 而連接，以形成一第一環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述主機(jī)單元與所述從屬單元的第二終端是通過(guò)所述第二通信路徑 而連接，以形成一第二環(huán)狀結(jié)構(gòu)，一環(huán)形數(shù)據(jù)傳送是在一正常操作模式中通過(guò)所述第一通信路徑而執(zhí) 行，其從所述主機(jī)單元的一第一終端開(kāi)始、到數(shù)據(jù)傳送方向中通過(guò)所述第 一通信路徑連接的第一從屬單元、再到數(shù)據(jù)傳送方向中通過(guò)所述第一通信 路徑連接的下一個(gè)從屬單元、直到數(shù)據(jù)傳送方向中通過(guò)所述第一通信路徑 連接的最后一個(gè)從屬單元，并接著到所述主機(jī)單元的另一第一終端，一循環(huán)形數(shù)據(jù)傳送是在一故障模式中通過(guò)所述第一通信路徑與所述 第二通信路徑而執(zhí)行，其從所述主機(jī)單元的一第一終端開(kāi)始、到數(shù)據(jù)傳送 方向中通過(guò)所述第一通信路徑連接的第一從屬單元、再到數(shù)據(jù)傳送方向中通過(guò)所述第一通信路徑連接的下一個(gè)從屬單元、直到通過(guò)所述第一通信路徑到達(dá)數(shù)據(jù)傳送方向中故障模式中的一從屬單元為止，然后通過(guò)所述第二通信路徑而從故障模式中的所述從屬單元回到所述主機(jī)單元的一第二終端、從所述主機(jī)單元的一第二終端到所述主機(jī)單元的所述另一第二終端、從所述主機(jī)單元的另一第二終端到數(shù)據(jù)傳送方向中通過(guò)所述第二通信路徑連接的第一從屬單元、再到數(shù)據(jù)傳送方向中通過(guò)所述第二通信路徑連接的下一個(gè)從屬單元、直到到達(dá)數(shù)據(jù)傳送方向中通過(guò)所述第二通信路徑連接 且在故障模式中的一從屬單元為止，然后從故障模式中的從屬單元通過(guò)所述第一通信路徑回到所述主機(jī)單元的所述另一第一終端。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，所述主機(jī)單元通過(guò)所述第一通信路徑上的一從 屬單元而決定故障模式的開(kāi)始，并觸發(fā)所述主機(jī)單元的故障模式。
9. 如權(quán)利要求7或8所述的方法，所述從屬單元決定對(duì)連接于數(shù)據(jù)傳輸方向 下游的從屬單元的一數(shù)據(jù)傳送故障，并觸發(fā)所述從屬單元的故障模式。
全文摘要
本發(fā)明與一種通信系統(tǒng)有關(guān)，所述通信系統(tǒng)包括一主機(jī)單元(1)與多個(gè)從屬單元(3)。在錯(cuò)誤模式中，例如在發(fā)生路徑錯(cuò)誤或客戶端完全故障時(shí)，數(shù)據(jù)傳送是以循環(huán)方式進(jìn)行，其從主機(jī)單元(1)開(kāi)始，通過(guò)一第一通信路徑(21)與一第二通信路徑(22)。
文檔編號(hào)H04L12/437GK101584155SQ200780041204
公開(kāi)日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2007年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月27日
發(fā)明者卡爾·偉伯, 霍格爾·布特勒 申請(qǐng)人:德商倍福自動(dòng)化有限公司