CN1178433C - 包括多个网络节点和至少一个星型节点的网络 - Google Patents

Abstract

本发明是关于包含多个网络节点的网络。至少部分网络节点通过至少一个星型节点直接互相连接。星型节点包含许多被分配给至少一个网络节点的星型接口，星型接口总是按照导向信号用于至少一个分配的网络节点到其它星型接口或者从另一个星型接口到至少一个分配的网络节点传输消息。

Description

包括多个网络节点和至少一个星型节点的网络

技术领域

本发明涉及包括多个网络节点的网络。这种网络可以被安装在诸如私人轿车，工业自动化设备(例如传感系统)和家用自动化设备(如照明，警报系统，加热系统和空调系统等等)之中。

背景技术

在用于私人轿车的这种网络之中，例如，可以使用出自杂志《Elektronik》(1999年第十四期36到43页，Stefan Blenda和Georg Kroiss博士：“TTP：“Driveby Wire”in greifbarer Nahe”)的TTP协议(时间触发协议)，该协议使得可靠的数据传输成为可能，因此也可以被用在网络的安全设备中(例如测试器)。该文主要涉及一种网络结构的公交车系统。

发明内容

本发明的一个目的就是提供一种不同的包含更多网络节点的网络。

这个目的由开头段落中定义的那种网络达到。根据本发明的一个方面，一种包含多个网络节点的网络，其特征在于：通过至少一个星型节点直接把至少一部分网络节点互相连接起来，星型节点包含多个被分配给至少一个网络节点的星型接口，每个星型接口包含第一开关元件和第二开关元件和一个导向信号检测器，第一个开关元件处于激活状态使得消息能够从分配的网络节点到达其它星型接口，而第二个开关元件处于激活状态使消息从其它星形接口返回分配的网络节点，设置导向信号检测器是为了依靠来自分配的网络节点的导向信号来激励第一个开关元件和关闭第二个开关元件或者关闭第一个开关元件和激励第二个开关元件。

本发明的基本思路就是通过网络节点产生的导向信号控制星型节点。导向信号在消息传输之前或之后改变，在这过程中，包含在星型节点之中并分配给网络节点的星型接口就检测什么时候分配的网络节点改变导向信号。然后，星型节点中的其它星型接口被转换，使得它们仅仅接收来自星型接口的消息，而这些星型接口接收来自被分配的网络节点的消息。

星型接口在某一星型接口的输入端提供一个合适的线路终端，并通过导向信号控制交通消息。

根据本发明的另一个方面，为了传输消息，网络中的每个网络节点都被分配有特定的周期性往复的时间段。当传送导向信号时，网络中的导向信号产生器便发信号控制该时间段。我们可以通过许多方法把导向信号从实际消息中区分出来。比如说，导向信号使用一种不同于要传送消息的信号的频段。

根据本发明的又一个方面，指出每个星型接口包含第一和第二转换元件及一个导向信号探测器。这些转换元件，也许是个开关放大器，控制被导向信号所引导的消息在星型接口中传送。

在被导向信号所控制的消息的传送过程中，星型接口产生一个释放信号，根据本发明的再一个方面，这个信号通过一个“或”逻辑组合被传送到其它的星型接口上。根据本发明的还有一个方面，“或”逻辑组合可以是或门或者线连或组合。

用导向信号来控制消息交流使得选择性的增加冗余的线路连接成为可能。每增加一条线路连接，就得增一个星型的接口。而且每增加一条线路连接，电路中的网络节点相应的也要扩展用来传送和接收导与向信号组合的消息的电路组件。用于检测故障和选择电路连接的控制装置也得增加。

例如，在对称的信号传输中，线路连接就可以是一个线对的连接。

本发明涉及的网络节点，其特征在于：这种网络节点可以通过至少一个星型节点去连接其它的网络节点；并且，为了连接其它的网络节点，这种网络节点有导向信号指示消息传送到星型节点的星型接口中去。

而且，本发明涉及到一种网络的星型节点，这种节点把多个网络节点同多个星型接口连接起来，而这些星型接口则至少分配给一个网络节点，并总是依靠导向信号而配置成把一个消息从被分配的网络节点传送到其它的星型接口，或者是从另外一个星型接口传送给至少一个被分配的网络节点。

附图说明

在下文，我们将参照附图说明具体的实施例。

在图中：

图1显示了一个星型结构的网络，它包括多个通过活动的星型节点连接的网络节点。

图2显示了星型节点中的星型接口的第一个实施例。

图3显示了第一个星型节点的第一个实施例。

图4显示了包含导向信号发生器的部分网络节点。

图5显示了网络中两个信号的定时图的一部分。

图6和7显示了该网络的另外两个实施例。

图8显示了星型节点中的星型接口的第二个实施例。

图9显示了第一个星型节点的第二个实施例。

图10显示了包含冗余的附加组件的网络的实施例。

图11显示了网络节点部分的另一个实施例，它包括两个引导信号发生器，引导信号检测器和一个控制器。

具体实施方式

图1显示了一个根据本发明所设计的一个具体网络形式的实施例。例如，这个网络实例包括四个网络节点1-4，这四个网络节点通过有效的星型节点9及线对(扭绞二线电缆)5至8连接，这些线对保证了对称信号传送。有效星型节点9执行线路适配，所以，在星型节点9中线对5到8的端点会形成一个形波电阻。而且节点9还可以检测网络节点1到4传送的导向信号。如果线对5到8没有星型节点9而互相连接，那么阻抗就从Z₀跳到1/3Z₀，在每个线对中性点就会有不匹配的现象出现，这是因为相应的其它线对是被平行连接的。为了产生导向信号，每个网络节点1至4都包含一个导向信号发生器。

对于每个线对5至8，有效星型节点9包含了一个星型接口，它使得能从一个传输网络节点转送消息到所有与有效星型节点相连接的其它网络节点。图2显示了一个这样的星型接口的实施例的例子。线对5至8被连到开关放大器的10的输入端，和其它开关放大器11的输出端，以及导向信号探测器12和终端电阻13。终端电阻13的值对应于波形电阻；因此被用于合适的线路终端。当导向信号保持器12检测到一个导向信号时，探测器会产生一个释放信号，这个信号可导入开关放大器10的开关输入端14，和一个与门15的反向输入端，以及经放大器17和线路18，到达或门23(图3)。当开关放大器10被释放时，它向数据线路19提供数据，线路19引入转换点。数据线19还从其它星型接口接收数据信号，而且将它们通过开关放大器11输送到分配的线对，通过线路20与门15的非反向输入端被提供有经过或门23(图3)由另外一个星型接口产生的释放信号。与门15的非反向输出端连接到开关放大器11的开关输入端21，再通过反向器16连接到导向信号探测器22的释放输入端。

开关放大器10或11可以被用作为放大器和开关(开关元件)的一个串联组合。在这个开关的闭合状态，传送放大器的输出信号。

通过发送导向信号，导向信号探测器单独地检测是否分配的网络节点将要发送消息或数据。如果在这种情况下放大器11是不工作的(通常它已经达到这种状态)，放大器10被激活或者释放。来自于被分配的线对的消息信号被导入线路19又在这被转入到其它的星型接口。此外，由导向信号探测器12产生的释放信号发向其它的星型接口，这些信号将会激活或释放它们各自的放大器11，目的是把消息传送到各自分配的网络节点。

正象图3所示的，所有星型接口线路18被连接在或门23。而且图3也显示了从24到27这四个星型接口，这些接口被分别连接到线对5至8。或门23的输出端连接到星型接口24至27的线路20上(图2)。星型接口24到27的线路19通过电路节点28被连接起来。

为了避免来自线对5至8的信号被再次传回至同一线对。通过与门15的反向输入端使放大器11不工作或是关断。从另一个方面来说，为了避免被分配到另一个网络节点的导向信号检测器激活它自己的放大器10，通过与门15和反向器16，在线路12上传输的释放信号(图2)被用来抑制信号检测器12的释放信号。通过放大器10的开关输入端14，放大器10也可以被关闭或是停止工作。产生能够让被分配的星型接口接收数据的导向信号的导向信号检测器12保持对数据传送结束的有效检测。

为了使有效的星型节点9的功能更加完美，网络节点1至4传输它们的消息，而在时间上不出现重叠就显得很必要。另外，要确保在某个空载时间内，网络节点不会分别工作或传输消息或数据。在这种状态下，星型节点完全阻塞(即所有的放大器10和11都失效)。在这种状态下，在星型节点9中的星型接口24至27等待一个新的导向信号，它指示了一个传输消息的请求。基本上它保持导向信号总是在实际消息传输开始之前被传输。只有在此时才能确保有效的星型节点9能及时被构造并且消息的开端能到达所有其它的网络节点。

图4显示了在什么方式下在网络节点1到4产生导向信号并且在线对5到8上信号被传输。当网络节点要传播消息或数据到其它网络节点时，导向信号发生器29会例如在线路30上收到一个星型信号，导向信号发生器29接着传送信号到一个多路复用器31，要被传输的数据通过线路32供应给多路复用器31。被多路复用器31产生的信号经放大器33被施加到分配的线对。从另一个网络节点产生的信号经由放大器34被引入到线路35上，用于进一步的处理。在图4中显示的多路复用器于是可以被当作一个时间多路复用器(在每次实际消息之前和之后，传输导向信号作为一个开始和结束信号)或者作为一个频率多路复用器。这意味着导向信号可以作为一个持续信号伴随要传输的消息，或者作为一个开始和停止信号形式被传输。例如，作为不同持续时间的结果，开始和停止信号能明显区分而且传输时间和传输中止之间的改变不会混淆于是得到了保证。

许多方式都可以产生导向信号。一个可能是信号是一个周期性的信号，它的频段在传输消息所用的频率范围之外。这种频段或高或低于有用的频带，但却还是在有效的频带“间隙”之内。其它的可能是为了传输作为对称的推拉信号的实际消息和作为同相信号的导向信号。同相信号可以是以稳定电压的形式，而且是一个周期性信号的形式。第三种可能是导向信号体现为在传输消息前或后放置的特殊符号形式。

根据用于实时通信的TTP协议，本发明设计尤其适用于网络上的操作，例如在私人小汽车方面(比如《Elektronik Heft》1999年第十四期36到43页的”TTP：“Drive by Wire”in greifbarer Nahe”)。有了该协议，一方面借助于无冲突(conflict-free)TDMA访问方法，确定了哪个发射机被允许传输消息的时间，(TDMA＝时分多路存取)；另一方面，也定义了传输器不能传输消息的死区时间(帧间间隙)。这个机构立即保证了有效的星型节点9总能返回到休息状态。因此，TDMA方法保证了只允许一个网络节点在预定时间传输消息，为此借助一个由该网络节点发出的导向信号，激励或引起激励星型节点中分配给该节点的用于传送消息的网络接口。

另外一个优点是为了管理所谓的公共汽车保管员，控制信号将会出现在网络节点，该信号存在于消息传输开始之前不久。这个控制信号可以被直接用于操纵导向信号发生器29，因此，在线路30上，控制信号被施加到导向信号发生器29。

在图5中，这个控制信号标为BG，实际消息标为数据。例如在消息传输过程中控制信号BG处于一个低的状态。消息就是在这个控制信号的低状态下传输出去的。在控制信号变化到低状态之后的第一个时间间距T1和在控制信号变化到高状态之前的第二个时间间距T2于是被选择，以便有效的星型节点9被且持续正确设置，用于无缺点的消息传输。还可看到，TTP协议书支持在网络中的各种网络节点之间的不同(恒定的)消息延迟时间。这样做的话，由有效的星型节点9所引起的延迟时间不会违反TTP协议书。

根据本发明所建立的网络能够对来自网络节点1至4的消息用任何信号传输形式来传输导向信号。例如对于消息传输，一个对称推拉传输，单线传输或者载频调制传输都可以被选择。例如，与消息传输一起，用线对5至8的同相连接可传输电源电压。

图6显示了网络的另一个实施例。这个网络除了从36到39这四个附加网络节点之外差不多同图1显示的网络相同(网络节点1至4，线对5至8)。网络节点36通过另一个线对40直接同有效星型节点9相连接。网络节点37经线对41同线对5相连接。网络节点38通过线对42同线对8相连接。通过线对43网络节点39同线对42相连接。

图7中所示的实施例的例子也显示了前面从图1中了解的具有网络节点1至4，线对5至8和有效星型节点9的网络拓朴图形。星型节点9通过线对44另一个有效星型节点45相连，其它的星型节点可以连接到星型节点45，例如图中的网络节点46。

代替在图3中的必不可少的或门23，这个或门组合也可以被直接由线连“或”组合实现。图8显示了一个适合于线连或组合的星型接口。图8所显示的这个星型接口除了放大器17输出端的被切换的组合以外同图2的星型接口完全一样。在图8的放大器17输出端并没有同线路18相连，但连接到线路20(线连或门)。这便规定了放大器17的输出端同与门15的反向输入端相连接。放大器17在图2中是一个推挽放大器，而在图8中是一个集电极开路或漏极开路的放大器。

由于这个线连“或”组合，接线的成本降低了，或门23在有效星型节点中被省略。由于或门的省略网络很容易被其它网络节点所扩展，要不然在某些附加条件下才能保持。星型接口24-27，在这种情况下同相应线路19-20相连接，这样就形成了图9所显示的两个网络节点47和48。附加提供唯一一个电阻49，它一方面连接到电路节点47，另一方面连接到一个电源电压。这个电阻同每一个星型接口的放大器17一起构成线连“或”组合。

为了提高网络中网络节点的可利用性，(同图4相比较而言)就象图10所显示的，把多个线对和产生导向信号的被分配的电路组件加倍。图10所显示的网络包括4个网络节点50至53和一个星型节点54。通过相应的线对56和57网络节点50至51被连入星型节点54。通过两个相应线对58至61，网络节点52和53同星型节点54相连。这意味着网络节点52既可以通过线对58和59同星型节点54相连接。还可以通过线对60和61同网络节点53相连。

图11显示了一个导向信号在网络节点52和53中是怎样产生的，又是如何通过线对64和65传输。为了产生导向信号，使用了导向信号发生器66和67。从控制单元82经过线路68和69发送导向信号决定了是哪个导向信号发生器(66或67)产生导向信号。导向信号发生器67或67分别传送一个导向信号到相关连的多路复用器70或71。在线路72或73上多路复用器70或71分别接收消息或数据。多路复用器70或71的输出信号分别通过开关放大器74或75施加到相应的线对64或65。

从星型节点54产生的数据分别通过线对64或65被发送到放大器76或77。放大器76或77分别在线路78或79上传送数据到网络节点的其它电路组件。每一个放大器76或77的输出端同相应的导向信号检测器80或81相连接。当导向信号检测器80或81检测到一个导向信号时就通知控制单元82(状态机)。控制单元82控制两个开关发生器74和75。而且控制单元82还经线路68和69控制导向信号发生器66和67。上面提到过的来自于网络节点的开始信号在线路83上被导入控制单元82，它在控制单元中形成导向信号发生器66和67的控制信号。比如说控制单元82能通过线路84向网络节点报告状态。

电路元件66，68，70，72，74，76，78和80形成第一个电路组件85；电路元件67，69，71，73，75，77，79和81形成第二个电路组件86。电路组件85和86具有相同的结构。

控制单元82控制同网络节点相连接的线对64和65，使得线对64和65和电路组件85和86的可操作性能够持续被检测。

在消息被接收过程当中，控制单元82检查是否导向信号真的由两个线对64和65传输过来。当导向信号到达这两个冗余的线对之一时，发出消息接收开始的信号。在某个时间片段中，控制单元82检测是否第一个导向信号经线对64或65其中之一到达之后，导向信号还经另一条线对到达。如果不是这种情况我们就可以推断另一条线对有故障。

基本上信号传输只发生在其中一条线对之中，为此，即使电路组件85或86有一条出现故障，但通信仍然可以进行。在每一次传输操作过程中检查伴随消息、的导向信号是否真正传输过来。该网络节点的结构确保通过不用于消息传输的这个线对将导向信号被传回到发送网络节点。而且，控制单元82也检测在消息传输开始之后在另一个特定时间段中导向信号是否经由另一线对到达。

这两个检测的结合能够检测出在那个时间段内用于消息传输的电路组件85和86及线对64和65的故障。这种结合的方法还能够通过控制单元82的分配的无故障线对无故障电路组件进行切换。

如果没有故障出现的话，控制单元82会认可两个线对64和65以及两个电路组件85和86的工作情况。比如说电路组件85和86交替向流分配的星型接口传输信号。在出现故障的情况下，只有被认为无故障电路元件的电路组件85或86才会传输信号。

Claims (8)

1.一种包含多个网络节点的网络，其特征在于：通过至少一个星型节点直接把至少一部分网络节点互相连接起来，星型节点包含多个被分配给至少一个网络节点的星型接口，每个星型接口包含第一开关元件和第二开关元件和一个导向信号检测器，第一个开关元件处于激活状态使得消息能够从分配的网络节点到达其它星型接口，而第二个开关元件处于激活状态使消息从其它星形接口返回分配的网络节点，设置导向信号检测器是为了依靠来自分配的网络节点的导向信号来激励第一个开关元件和关闭第二个开关元件或者关闭第一个开关元件和激励第二个开关元件。

2.根据权利要求1所述的网络，其特征在于：每个网络节点只在某一周期性重复时间段的期间传输消息，网络节点包括一个能产生导向信号的导向信号发生器，所述导向信号指明是整个分配时间段还是时间段的开始和结束。

3.根据权利要求1所述的网络，其特点在于：第一和第二两个开关元件都分别是可切换放大器。

4.根据权利要求1所述的网络，其特点在于：设置星型接口是为了当分配的网络节点表示导向信号的消息传输时产生一个释放信号，每个星型接口的传送释放信号的线路通过一个或组合而耦合在一起，该或组合传送释放信号给星型节点的所有星型接口。

5.根据权利要求4中所说的网络，其特征在于：或门组合是一个或门或是一个线连或组合。

6.根据权利要求2中所述的网络，其特点在于：至少一个网络节点被分配多个星型接口，为了根据分配的网络节点的状态来传输消息只设置了其中一个星型接口。

7.根据权利要求6中所述的网络，其特点在于：至少一个网络节点包含至少两个导向信号发生器和两个多路复用器，为的是组合由分配的导向信号发生器所产生的导向信号与消息，控制单元决定了在哪个线路连接和哪个被分配的星型接口上传输同导向信号相组合的消息。

8.根据权利要求7中所述的网络，其特点在于：设置控制单元是为了检测星型接口，线路连接，在网络节点中的电路组件的可操作性，哪个开关组件与导向信号形成消息并且接收这种消息；在消息的接收过程中，控制单元在各种线路接收中通过评估导向信号检测器的情况来检测导向信号的存在，在消息传输过程当中，控制单元检测除了已经传输消息的线路外所有线路连接上控制消息的存在。

Images