專利名稱:交替通信信道的切換系統(tǒng)的制作方法
本發(fā)明涉及一種公用通信冗余系統(tǒng)，其中，多個(gè)節(jié)點(diǎn)或站與多個(gè)冗余通信信道(諸如通信總線)相耦合，以便在各站之間發(fā)送數(shù)據(jù)包。
分布式數(shù)據(jù)處理和過程控制系統(tǒng)，為在各站間傳輸數(shù)據(jù)包，通常采用一個(gè)公用通信系統(tǒng)，例如一通信總線。分布式過程控制系統(tǒng)就是這類系統(tǒng)中的一例，該系統(tǒng)中的站，包括過程控制器、控制臺和其它數(shù)據(jù)處理設(shè)備，共享一根公用通信總線。
由于必須高度可靠，分布式過程控制系統(tǒng)一般采用一個(gè)多路冗余公共通信系統(tǒng)，在各站間傳送數(shù)據(jù)包。通常，這種冗余系統(tǒng)采取一根基本通信總線和一根冗余通信總線，兩者又都與該系統(tǒng)中的各站相耦合的方式。每個(gè)站應(yīng)設(shè)計(jì)成單一部件的故障，不致使兩根總線均失效。一旦基本總線出故障，則在切斷它的同時(shí)接通冗余總線-去發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包。如果該冗余總線是可工作的，則過程控制系統(tǒng)也正常地工作。
過去，具有一根冗余總線的分布式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，對于基本總線和冗余總線之間的某些切換方式還部分地或完全有賴于人的干予。例如，有那么一種類型的系統(tǒng)，從基本總線到冗余總線的切換是自動進(jìn)行的，但是在基本總線修復(fù)之后，各站必須通過手動才能復(fù)位到基本總線。
這類先有技術(shù)系統(tǒng)的一個(gè)問題是它們用一根基本總線和一根暫仃不用的冗余總線，而這根備用總線的可用性要到該基本總線出毛病時(shí)才能被發(fā)覺。一旦備用總線也有毛病，則整個(gè)系統(tǒng)就垮了。
這類先有技術(shù)系統(tǒng)的另一個(gè)缺點(diǎn)是大量的數(shù)據(jù)可能在基本總線(或冗余總線)的故障被查出之前，已經(jīng)丟失。由于過程控制系統(tǒng)通?？刂苹瘜W(xué)、機(jī)器制造或其他工業(yè)的工藝過程，故各站間的數(shù)據(jù)通信的可靠性是極端重要的。
本發(fā)明是一個(gè)冗余公用通信系統(tǒng)，用以在多個(gè)站間傳輸數(shù)據(jù)包，而這些站又與多條冗余通信信道相耦合。在本發(fā)明中，各站間的傳輸是根據(jù)每個(gè)通道及其以前使用頻率的質(zhì)量評定，在各通信信道間交替變換。用于傳輸一個(gè)或是多個(gè)數(shù)據(jù)包的通道的選擇，包含在由一個(gè)站發(fā)送的數(shù)據(jù)包內(nèi)的通道選擇信息組里。
該系統(tǒng)的各站最好包括為發(fā)送數(shù)據(jù)包的發(fā)送器裝置，為接收數(shù)據(jù)包的接收器裝置，質(zhì)量鑒定裝置，裕度計(jì)算裝置，為聯(lián)接站和已選通道的耦合裝置，為決定識別被選通道的裝置。在這個(gè)實(shí)施例中，為持續(xù)地傳輸數(shù)據(jù)包，各站分享被選通道的選擇。
由發(fā)送器裝置發(fā)送的每個(gè)數(shù)據(jù)包最好包括一個(gè)通道選擇信息組-持續(xù)地傳輸數(shù)據(jù)包識別被選通道。接收裝置從已接收數(shù)據(jù)包的通道選擇信息組，得到下一個(gè)要發(fā)送的包的被選通道。接收裝置還檢測通信錯(cuò)誤-例如被接收的數(shù)據(jù)包出錯(cuò)(由和數(shù)校驗(yàn)、奇偶位校驗(yàn)及數(shù)據(jù)包的其他錯(cuò)誤編碼所表示)，發(fā)送的數(shù)據(jù)包有錯(cuò)，未按時(shí)接收到數(shù)據(jù)包以及未接到從其他站發(fā)來的回答。
質(zhì)量鑒定裝置，根據(jù)使用中通道的通信錯(cuò)誤出現(xiàn)率為各信道保持品質(zhì)因數(shù)。在較佳實(shí)施例中，就地和組品質(zhì)因數(shù)均得到保持。就地品質(zhì)因數(shù)是基于該站在各通道使用中的經(jīng)驗(yàn)。組品質(zhì)因數(shù)是基于該系統(tǒng)中其他各站的就地品質(zhì)因數(shù)，就地品質(zhì)因數(shù)是為對故障的快速響應(yīng)而提供的，而組品質(zhì)因數(shù)去除了在計(jì)入其他站故障狀態(tài)時(shí)的偶爾影響。
容限計(jì)算裝置根據(jù)不同的就地和組品質(zhì)因數(shù)，確定一個(gè)容限。這個(gè)容限代表每站按規(guī)定路線，通過各通道的數(shù)據(jù)包的總通過量大小。
每個(gè)數(shù)據(jù)包，包括一個(gè)信息組以確定隨后的信息應(yīng)采用的通信信道。該信息組連同每個(gè)數(shù)據(jù)包一起被接收，從而確定在整個(gè)通信系統(tǒng)中，為全部站傳輸和接收數(shù)據(jù)包所用的信道。
當(dāng)某個(gè)具體站得到發(fā)送機(jī)會時(shí)，一個(gè)信道選擇信息組包括在由該信道發(fā)送的數(shù)據(jù)包里，以識別接連傳輸中所用的被選信道。為確定由信道選擇信息組識別的被選信道的裝置，是基于由那個(gè)站的裕度計(jì)算裝置計(jì)算的裕度判定和每個(gè)信道在先使用的頻率。結(jié)果，數(shù)據(jù)包的通信量被分布在各信道中，并與每個(gè)信道已查明的質(zhì)量有關(guān)。若一個(gè)信道壞了，該容限將完全改變，以致實(shí)際上全部通信量將經(jīng)過一個(gè)或多個(gè)仍處于良好工作狀態(tài)的信道傳送。
在較佳實(shí)施例中，每個(gè)站還包括為那個(gè)站或?yàn)橄到y(tǒng)所有站進(jìn)行手動選擇容限的裝置。這種手動超馳容限選擇可便于維修允許維修人員迫使系統(tǒng)在一故障信道上增加通信量。
該系統(tǒng)最好還包括信道交替信號檢測裝置，用以檢測未選信道上存在的通信量。這為維修功能提供了有用的數(shù)據(jù)，同時(shí)指出了潛在的差錯(cuò)狀態(tài)。例如，若一個(gè)站正期望著某信道的某數(shù)據(jù)包，該信號卻在未選信道上接收到了，這就表明在這個(gè)站，在該系統(tǒng)中的其他站或在信道之一中，存在潛在的差錯(cuò)狀態(tài)。
由于如本發(fā)明所提供的多信道之間的交替和可選擇切換而產(chǎn)生了明顯的好處。本發(fā)明的信道不是憑一根冗余總線(即信道)可不可以工作，而是憑連續(xù)監(jiān)視它們的工作狀態(tài)，而連續(xù)作選擇性地切換的。這就避免了(如在先有技術(shù)系統(tǒng)中，因采用不靈活的冗余通道而可能發(fā)生的)未檢測到的故障。對本發(fā)明而言，在一個(gè)信道開始損壞時(shí)，由于它的質(zhì)量相對于另一信道降低，而使用頻率也降低。甚至一個(gè)信道的次要問題也將引起在那個(gè)信道上傳送的數(shù)據(jù)包在數(shù)量上合乎需要的轉(zhuǎn)移，這時(shí)處于最佳工作狀態(tài)的那個(gè)信道即傳送較多的數(shù)據(jù)包。
圖1是一個(gè)具有4個(gè)站連到兩根公用總線的通信系統(tǒng)的方框圖。
圖2是圖1中連到兩根公用總線的一個(gè)站的詳細(xì)方框圖。
在圖1所示的實(shí)例中，本發(fā)明的一個(gè)冗余公共通信系統(tǒng)10，包括多個(gè)站12A-12D，這些站被連到通信媒體14，而通信媒體14具有多個(gè)冗余通信信道(本例中的總線A和總線B)。站12A-12D最好包括處于分散的多個(gè)過程控制站或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中的站，例如一個(gè)以微處理機(jī)為基礎(chǔ)的過程控制器，一個(gè)CRT監(jiān)視器/控制臺，一個(gè)數(shù)據(jù)記錄器，或一個(gè)主計(jì)算機(jī)?？偩€A和B，最好各包括多個(gè)雙心電纜，光導(dǎo)或無線電頻率波道-用于傳輸由站12A-12D產(chǎn)生的諸如序列、錯(cuò)誤編碼的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)包等信號。
在圖1所示的實(shí)施例中，12A-12D的每一站通過總線A和B均有既能發(fā)送數(shù)據(jù)包，又能接收數(shù)據(jù)包的能力。在其他實(shí)施例中，更多的站被連到通信媒體14，以便接收數(shù)據(jù)包，但他們本身并不發(fā)送數(shù)據(jù)包。
在本發(fā)明中，站12A-12D，在為發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包的總線A和總線B之間，其交替基本上是一致的。每個(gè)數(shù)據(jù)包最好包括一個(gè)信道即總線選擇信息組，用來指明在隨后的數(shù)據(jù)包中至少一個(gè)數(shù)據(jù)包的傳輸將采用A和B中的哪一根總線。12A-12D的每個(gè)站始終監(jiān)視著被使用中的總線A和B，并保存各總線工作狀態(tài)的統(tǒng)計(jì)量，該量是在相應(yīng)總線上接收到的數(shù)據(jù)包的頻率、質(zhì)量和總量的函數(shù)。當(dāng)總線轉(zhuǎn)向發(fā)送時(shí)，12A、12B、12C或12D站選擇在隨后的連續(xù)傳輸期間要用的總線并包含有發(fā)送的數(shù)據(jù)包的信道選擇信息組。這一選擇是基于各站對每根總線A和B的質(zhì)量鑒定，和每根總線上先前通信量的頻率。
圖2表示圖1所示系統(tǒng)10的12A-12D中具有代表性的12A站的詳細(xì)方框圖。在圖2所示的實(shí)施例中，站12A包括總線耦合邏輯電路16，發(fā)送器18，接收器20，數(shù)據(jù)處理機(jī)22，輸入/輸出(I/O)設(shè)備24，交替總線信號檢測器26，就地質(zhì)量鑒定器28，組質(zhì)量鑒定器30，總線容限計(jì)算邏輯32，及積分控制器34。
總線耦合邏輯電路16包括開關(guān)36A、36B、38A、38B、40A和40B，將12A站連到傳輸和接收數(shù)據(jù)包的總線A和總線B上。開關(guān)36A和36B控制對總線A或總線B的選擇，分別地根據(jù)由接收器20發(fā)出的總線選擇信號，傳輸由發(fā)送器18來的數(shù)據(jù)包。開關(guān)38A和38B分別地控制總線A或B的選擇，以便根據(jù)來自接收器20的總線選擇信號，傳輸來自發(fā)送器18的數(shù)據(jù)包。開關(guān)40A和40B通過交替總線信號檢測器26，從不被發(fā)送器18和接收器20所使用的總線來的信號，控制數(shù)據(jù)的接收。
發(fā)送器18根據(jù)從數(shù)據(jù)處理機(jī)22接收到的數(shù)據(jù)，編碼和發(fā)送數(shù)據(jù)包。在下一數(shù)據(jù)包傳輸期間，用以識別為系統(tǒng)10所有站所用的總線的一個(gè)信道(或說總線)選擇信息組，包括在數(shù)據(jù)包內(nèi)。信道選擇信息組的內(nèi)容，來自積分控制器34，并通過發(fā)送器18接收-作為一個(gè)下一總線的選擇信號。
接收器20接收和翻譯由總線耦合邏輯電路16所選取的總線A或B的數(shù)據(jù)包代碼。接收器20翻譯所有接收到的數(shù)據(jù)包，執(zhí)行差錯(cuò)校驗(yàn)，探測接收到的超時(shí)差錯(cuò)(表明一個(gè)數(shù)據(jù)包在予期的時(shí)間間隔內(nèi)，尚未接收到)，并能使信息按總線存取協(xié)議進(jìn)行傳輸。接收器20的輸出包括供給數(shù)據(jù)處理機(jī)22的譯碼數(shù)據(jù)，供給就地質(zhì)量鑒定器28的差錯(cuò)信息，供給組質(zhì)量鑒定器30的遠(yuǎn)程質(zhì)量數(shù)據(jù)，供給總線耦合邏輯電路16和積分控制器34的總線選擇信號和一個(gè)供給發(fā)送器18的“發(fā)送起動”信號。
數(shù)據(jù)處理機(jī)22，在一個(gè)較佳實(shí)施例中，是一臺MC68000微處理機(jī)，與其通信的I/O設(shè)備24可能是一臺CRT監(jiān)視器和鍵盤或可能是一臺包括用于過程控制回路里的參數(shù)傳感器和控制設(shè)備的過程控制器。數(shù)據(jù)處理機(jī)22接收來自接收器20的譯碼數(shù)據(jù)，并給發(fā)送器18提供要發(fā)送的數(shù)據(jù)。在一個(gè)較佳實(shí)例中，數(shù)據(jù)處理機(jī)22還給積分控制器34，選擇性地提供一個(gè)超馳容限。這個(gè)超馳容限，使在從發(fā)送器18發(fā)送的數(shù)據(jù)包的通道選擇信息組里選擇總線方面，可手動選擇由積分控制器34所用的總線容限。該超馳容限是可通過I/O設(shè)備24選擇的，而且當(dāng)系統(tǒng)10需要維護(hù)或在尋找故障過程中是有用的。
交替總線信號檢測器26，為監(jiān)視未被總線選擇信號所選總線上的數(shù)據(jù)傳輸。換句話說，若發(fā)送器18和接收器20兩者都通過開關(guān)36A和38A連到總線A，則交替總線信號檢測器26就通過開關(guān)40B被連到總線B。相反，若發(fā)送器18和接收器20分別通過開關(guān)36B和38B連到總線B，則交替總線信號檢測器26就通過開關(guān)40A連到總線A。交替總線信號檢測器26的異常總線輸出信號，向就地質(zhì)量鑒定器28指出正在通過通信媒體18發(fā)送的數(shù)據(jù)，是在未被總線耦合邏輯電路16所選的總線上。這指出一種潛在的差錯(cuò)狀態(tài)。
就地質(zhì)量鑒定器28，對由站12A從總線A和B獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以便得出對每根總線的總線質(zhì)量的綜合衡量。就地質(zhì)量鑒定器28考慮了如下一些因素(1)所接收到的包含差錯(cuò)的數(shù)據(jù)包的比例;
(2)發(fā)送的數(shù)據(jù)包中，有差錯(cuò)的數(shù)據(jù)包所占比例;
(3)每單位時(shí)間接收超時(shí)差錯(cuò)的數(shù)目;
(4)所予期的廣播數(shù)據(jù)包，但未被站12A接收的比例;及(5)由站12A發(fā)出的數(shù)據(jù)包中，在請求回答時(shí)，未回答的比例。
這些因數(shù)的每一個(gè)要乘以一個(gè)調(diào)整常數(shù)，然后將這些數(shù)值相加即成兩根總線中每一根總線的就地總線品質(zhì)因數(shù)。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，每個(gè)就地品質(zhì)因數(shù)的調(diào)整常數(shù)是由實(shí)驗(yàn)確定的，以便對那些確實(shí)關(guān)系到總線質(zhì)量的差錯(cuò)，提供合適的權(quán)。因此，調(diào)整常數(shù)可因系統(tǒng)各異而不同，甚至可因一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的各站不同而不同。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，每個(gè)站12A-12D通過通信媒介周期地廣播一個(gè)數(shù)據(jù)包，-向所有其他站通報(bào)來自該站的(就地)總線品質(zhì)因數(shù)。當(dāng)這種總線質(zhì)量信息為接收器20所接收和譯碼后，被供給組質(zhì)量鑒定器30。
遠(yuǎn)程質(zhì)量數(shù)據(jù)通過組質(zhì)量鑒定器30相加，從而產(chǎn)生一個(gè)來自系統(tǒng)10中其他站的全部就地總線品質(zhì)因數(shù)的加權(quán)平均值。在較佳實(shí)施例中，組品質(zhì)因數(shù)是時(shí)間加權(quán)平均值，因而并不特別受傳輸率或丟失一些數(shù)據(jù)包的影響。這些時(shí)間加權(quán)平均值對最新的誤差給予較大的權(quán)。
總線容限計(jì)算邏輯電路32，利用來自就地質(zhì)量鑒定器28的就地品質(zhì)因數(shù)和來自成組質(zhì)量鑒定器30的組品質(zhì)因數(shù)，以確定這樣一個(gè)總線容限反映出在總線A上，與總線B上所發(fā)送的總的數(shù)據(jù)包之比，達(dá)到人們所期望的比例。換言之，若總線容限為30%，即意味著站12A將設(shè)法維持全部總線通信量的30%在總線A上，70%在總線B上。
當(dāng)由就地和組的總線品質(zhì)因數(shù)確定總線容限時(shí)，可利用許多不同的數(shù)字關(guān)系式，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)可取得良好效果的一個(gè)關(guān)系式如下總線容限＝(LQA+GQA)/(LQA+GQA+LQB+GQB)其中
QA＝就地品質(zhì)因數(shù)，總線A;
GQA＝組品質(zhì)因數(shù)，總線A;
LQB＝就地品質(zhì)因數(shù)，總線B;
GQB＝組品質(zhì)因數(shù)，總線B。
使總線容限的能通過系統(tǒng)10進(jìn)行手動調(diào)整是有用的-以便由總線容限計(jì)算邏輯電路32執(zhí)行的計(jì)算，為手動選擇的容限所替代。由數(shù)據(jù)處理器22提供的超馳容限，使得操作員或維修人員在出現(xiàn)多個(gè)故障時(shí)，能超馳由總線容限計(jì)算邏輯電路32所計(jì)算得的總線容限。而且為便于修理，還可在故障總線上手動地增加通信量。
要在由發(fā)送器18發(fā)送的數(shù)據(jù)包的信道選擇信息組有效地確定要選的總線，是通過積分控制器34來完成的。這一選擇是利用總線通信量的最初記載作為被測變量和(不是總線容限就是超馳容限)作為積分控制器34的設(shè)定點(diǎn)而作出的。在圖2所示的實(shí)施例中，總線通信量的最新記載是由來自接收器20的總線選擇信號指出的。積分控制器34是一臺僅僅綜合總線通信量最新記載的數(shù)字積分控制器。由積分控制器34產(chǎn)生的積分項(xiàng)被限定在零周圍的小范圍內(nèi)，在此范圍內(nèi)，每個(gè)總線的使用引起積分項(xiàng)移一個(gè)反比于容限的值。當(dāng)積分項(xiàng)的符號為正，積分控制器34向發(fā)送器18提供一個(gè)下一個(gè)總線選擇信號以請求總線A。若積分項(xiàng)的符號不是正，則由積分控制器34來的下一總線選擇信號，請求總線B。
在圖1和圖2所示的本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，每個(gè)被發(fā)送的數(shù)據(jù)包，為數(shù)據(jù)包的下一個(gè)傳輸確定被整個(gè)系統(tǒng)10所使用的總線(不管從哪個(gè)站開始傳輸)。這個(gè)實(shí)施例將會受到該領(lǐng)域的專業(yè)人員的贊賞。但是，在本發(fā)明的其余實(shí)施例中，每個(gè)被發(fā)明的數(shù)據(jù)包可包括一個(gè)為選擇總線的信道選擇信息組，該總線用來傳輸比緊隨的數(shù)據(jù)包要多的數(shù)據(jù)包。仍就其他實(shí)施例而言，僅是已選數(shù)據(jù)包包括有信道選擇信息組，而且在那種情況下，每個(gè)信道選擇信息組選擇總線切換的形式，直到下一個(gè)包括一信道選擇信息組的數(shù)據(jù)包被發(fā)送以后為止。
本發(fā)明具有某些重要特征，為系統(tǒng)10的運(yùn)行提供了高度的可靠性，在執(zhí)行中沒有折衷余地。首先，在正常運(yùn)行情況下，可達(dá)到連續(xù)的總線同步，以使所有的站12A-12D在某一時(shí)刻僅在一根總線上發(fā)送和接收。按常規(guī)，要完成-下一次被系統(tǒng)10的站12A-12D中任一個(gè)所采用的總線，通過在前個(gè)數(shù)據(jù)包中的信道選擇信息組加以確定，一旦總線達(dá)到同步，而且只要不存在通信問題，在所有的站12A-12D中維持完全同步的情況下，每個(gè)數(shù)據(jù)包在總線A和總線B之間可完成一次切換。
當(dāng)出現(xiàn)通信問題時(shí)，可能失去同步，又必須給予恢復(fù)。這種通信問題通常歸納為以下兩類已檢測到的和未檢測到的差錯(cuò)。本發(fā)明對此兩類差錯(cuò)(已檢測和未檢測的)造成的事件可提供快速的同步恢復(fù)。
當(dāng)接收器20檢測到一個(gè)錯(cuò)誤傳輸(或在超時(shí)期間無傳輸)，接收站(例如站12A)沒有信道選擇信息組可提供給，因而它必須在內(nèi)部確定采用哪根總線。由于12A-12D各站獨(dú)立地作出它的決定，使在錯(cuò)誤傳輸或根本沒有傳輸?shù)氖录?，不同的站將選擇不同的總線，故系統(tǒng)10會暫時(shí)地失步。
當(dāng)一個(gè)未檢測到的差錯(cuò)，造成兩個(gè)站在關(guān)于什么樣的數(shù)據(jù)包內(nèi)容可視為是正確的看法不一致時(shí)，也能出現(xiàn)失步。一般由于數(shù)據(jù)包里包含有糾錯(cuò)碼和冗余信息，上述情況不大可能出現(xiàn)，但對所有通信系統(tǒng)來講，仍然有一定的可能性。
當(dāng)出現(xiàn)不同步時(shí)，系統(tǒng)10立即被分成兩組某些站在總線A上進(jìn)行通信，而另一些站在總線B上進(jìn)行通信。那么除了沒同另一組通信之外，組間同步被恢復(fù)(假設(shè)沒有其他通信問題)。由于總線切換出現(xiàn)得既快又頻繁，又由于每組內(nèi)因不同站影響總線選擇的因素方面，存在著足夠的隨機(jī)性，故兩組很快就會碰得彼此交叉，并重又同步起來。
本發(fā)明的第二個(gè)重要特性和優(yōu)點(diǎn)是在對總線選擇和切換方面采用分類判定。本發(fā)明使任何的或說所有的站12A-12D，分享總線的選擇。由于所有的站都易遭故障，故這樣做較之在通信發(fā)生問題的事件中，單單靠一個(gè)站響應(yīng)選擇總線或從一根總線切換到另一總線的做法更可靠，而且也是可能做到的。
本發(fā)明的第三個(gè)重要特性和優(yōu)點(diǎn)是采用由12A-12D各站的單獨(dú)總線質(zhì)量統(tǒng)計(jì)，以便產(chǎn)生每根總線的就地品質(zhì)因數(shù)。不管裝置出故障還是別的通信問題，為維持快速響應(yīng)時(shí)間，每站必須能做出快而可靠的總線切換決定。這些決定通過連續(xù)更新是非常容易實(shí)現(xiàn)的，而且對每根總線的質(zhì)量作出了高度精確的統(tǒng)計(jì)。
本發(fā)明的第四個(gè)重要特性和優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)用了總線間或通信信道間的頻繁切換。有規(guī)律地使用所有總線，使每根總線能最精確地反映通信數(shù)據(jù)。頻繁地切換使得每根總線被使用率接近常數(shù)，而且使每根總線的質(zhì)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)既精確又最新。
本發(fā)明的第五個(gè)重要特性和優(yōu)點(diǎn)是在總線質(zhì)量上應(yīng)用了組統(tǒng)計(jì)。單個(gè)站可能經(jīng)常碰到未被系統(tǒng)10的其他站所檢測到的一些問題。在本發(fā)明中，這些問題均通過系統(tǒng)10綜合地傳達(dá)，以使其他站能注意避免使用損壞了的裝置。
本發(fā)明的第六個(gè)重要特性和優(yōu)點(diǎn)是包括了一個(gè)手動操作的超馳容限。在系統(tǒng)10內(nèi)，出現(xiàn)多重故障的事件中，或某處一個(gè)異常通信問題的假象引起12A-12D各站的自動總線切換機(jī)構(gòu)誤動作時(shí)，手動控制可能是必須的。為便于系統(tǒng)的維護(hù)和修理，使用手動超馳容限還可迫使系統(tǒng)10去增加在損壞總線上的通信量。
雖然本發(fā)明可為各種各樣不同的總線存取協(xié)議所利用，但本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例-已被用于象在前面提到的均未結(jié)案的專利申請里所描述的一個(gè)系統(tǒng)中，有著特殊好處，該系統(tǒng)運(yùn)用在系統(tǒng)不同站間可輪流存取的被優(yōu)先化的時(shí)間分割協(xié)議。在這種類型的系統(tǒng)中，存在三種不同類型的數(shù)據(jù)包-“廣播包”、“點(diǎn)對點(diǎn)”包、“空閑”包。廣播包發(fā)向所有各站，并不要求顯示包回答。點(diǎn)對點(diǎn)包是直接指向一特定的目的地址要求一個(gè)回答的數(shù)據(jù)包?？臻e包實(shí)際上承擔(dān)全部空閑量，以保持通信媒體14始終處于主動狀態(tài)。
前面提到的專利申請中所描述的系統(tǒng)采用一予定的時(shí)間間隔的傳輸周期(例如四分之一秒)。在每個(gè)傳輸周期期間，12A-12D的每個(gè)站發(fā)送一個(gè)廣播包，該包包括一個(gè)由那個(gè)特定站確定的作為總線A和總線B的就地品質(zhì)因數(shù)。自一個(gè)廣播包用于發(fā)送就地品質(zhì)因數(shù)后，與通信媒體14耦合的12A-12D的每個(gè)站，接收其余各站的就地品質(zhì)因數(shù)，并利用那些因數(shù)來計(jì)算組品質(zhì)因數(shù)。
12A-12D的各站，在每根總線處理后，通過通信媒體14傳輸依次排列的數(shù)據(jù)包。若不存在等待著的常規(guī)包通信量(即沒有等待發(fā)送的廣播包或點(diǎn)對點(diǎn)包)，則12A-12D各站以排一個(gè)空閑包來代替?？臻e包只包含診斷或校錯(cuò)數(shù)據(jù)，與通道選擇信息組一起包括在下一總線選擇中。空閑信息排列在較之其他任一類型數(shù)據(jù)包為低的傳輸優(yōu)先級。因此，空閑包不會縮減執(zhí)行或說干涉系統(tǒng)10中的常規(guī)通信量。
因?yàn)榭傆幸粋€(gè)包排隊(duì)等待由12A-12D的各站發(fā)送，因此在所選總線A或B上要發(fā)送的數(shù)據(jù)包之間，存在一個(gè)最大保證時(shí)間。切換到不工作總線的一個(gè)站，用一超時(shí)計(jì)數(shù)器(其包含在接收器20內(nèi))能檢測到違反這個(gè)最大時(shí)間的事件，那時(shí)還能切換回另一總線。
該空閑包通信量還保證在總線A和總線B上的作用的連續(xù)程度。這個(gè)連續(xù)的作用是為保持總線質(zhì)量統(tǒng)計(jì)，做到精確和最新所必要的。
本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員將會考慮到具有較高通信量級的其他通信協(xié)議，可能不要求使用空閑包。作為這樣一個(gè)交替總線存取協(xié)議的一例，即是一個(gè)標(biāo)記傳送協(xié)議。
在象圖1所示的通信系統(tǒng)10的系統(tǒng)里，一種常見的可予料的故障涉及一個(gè)站對一根總線的松散連接。為說明起見，考慮一個(gè)例子松散連接存在于站12A和總線A之間。在那類事件中，作為站12A的總線容限將大大有利于在總線B上的傳輸(總線B仍連接良好)。其余站12B-12D，在其未能從站12A接收到總線A上的信息以后，也傾向于總線B。此外，來自處理機(jī)22的廣播包將包括由站12A產(chǎn)生的就地品質(zhì)因數(shù)(它將由站12A表明對總線B的特別優(yōu)選)。因而，這將影響系統(tǒng)10的其他各站12B-12D的總線容限。
再舉一個(gè)系統(tǒng)10的靈活性方面的例子，若站12A對總線A有一種松散連接，然后站12B也有一個(gè)對總線B的松散連接時(shí)，考慮其響應(yīng)特性，在先有技術(shù)系統(tǒng)中，總線A可能被斷開，同時(shí)總線B可能處于運(yùn)行狀態(tài)引起站12B完全脫離通信。在系統(tǒng)10中，總線A和總線B均處于工作狀態(tài)，僅僅丟失站12A和12B之間的信息，在更佳的實(shí)施例中，站12C接收總線B上來自站12A的信息和總線A上來自站12B的信息，并將這些信息再發(fā)送至總線A上的站12B和總線B上的站12A。因此，沒有丟失信息。
因此，人們能看到諸如松散連接等故障，將引起一個(gè)使兩總線A和B上的通信量以一定比例改變，以便補(bǔ)償兩總線之一遇到的問題。由于只要請求對站12A-12D的每個(gè)總線容限的顯示，因而維修人員進(jìn)行系統(tǒng)10的故障尋找過程大大簡化了。兩站之一的總線容限(在此情況下，即為站12A)相對于其他站(12B-12D)的總線容限之間的很大差異，將有助于維修人員判斷通信系統(tǒng)中問題的大致部位。
雖然本發(fā)明已參照較佳實(shí)施例作了描述，但在該技術(shù)領(lǐng)域：
的專業(yè)人員將會考慮到在不違背發(fā)明精神和不越出發(fā)明范圍的情況下，形式和細(xì)節(jié)方面可能會做些改動。例如，雖然本發(fā)明已參照兩根通信總線和四個(gè)站作了描述，但總線和站的數(shù)目可能并將根據(jù)系統(tǒng)要求而變。此外，盡管已具體描述了通信總線，但人們會想到其他形式的通信信道，諸如光學(xué)波導(dǎo)和無線電或微波通信信道，也能用作基于本發(fā)明的通道。
權(quán)利要求
1.一個(gè)具有多個(gè)站的公共通信系統(tǒng)，為在各站之間交換包，每個(gè)站在至少與兩根通信信道相連接，這些站包括為發(fā)送包而有選擇地連到每個(gè)信道的發(fā)送器裝置；為接收包而有選擇地連到每個(gè)信道的接收器裝置；為鑒定信道質(zhì)量，并為每個(gè)信道提供一個(gè)品質(zhì)因數(shù)而連到接收器裝置的信道質(zhì)量鑒定裝置；連到信道質(zhì)量鑒定裝置、發(fā)送器裝置和接收裝置為選擇信道用的信道選擇裝置，在該信道上，至少一個(gè)連接包被發(fā)送并作為品質(zhì)因數(shù)和這些信道以前使用的頻率的函數(shù)而被接收。
2.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1所述的系統(tǒng)，其信道質(zhì)量鑒定裝置提供代表第一信道工作狀態(tài)的第一就地品質(zhì)因數(shù)，和代表第二信道工作狀態(tài)的第二就地品質(zhì)因數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)項(xiàng)2所述的系統(tǒng)，其中的第一就地質(zhì)量因數(shù)，是一個(gè)以前在第一信道上接收到的至少一個(gè)包的函數(shù)，其中的第二就地質(zhì)量因數(shù)，是一個(gè)以前在第二信道上接收到的至少一個(gè)包的函數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)項(xiàng)3所述的系統(tǒng)，其中的包具有串行數(shù)字查錯(cuò)-編碼數(shù)據(jù)，同時(shí)第一和第二就地品質(zhì)因數(shù)是在第一和第二信道分別出錯(cuò)時(shí)接收到的包的比例的函數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)項(xiàng)3所述的系統(tǒng)，其中的包具有串行數(shù)字查錯(cuò)-編碼的數(shù)據(jù)，同時(shí)第一和第二就地品質(zhì)因數(shù)是由第一和第二信道分別出錯(cuò)時(shí)發(fā)送的包的比例的函數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1所述的系統(tǒng)，其中的接收器裝置，在一個(gè)予定的時(shí)間間隔期間，來自一信道的包沒有被接收之后，給信道質(zhì)量鑒定裝置提供一個(gè)超時(shí)誤差信號，其中的就地品質(zhì)因數(shù)是超時(shí)誤差信號的函數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1的所述的系統(tǒng)，其中每個(gè)站的發(fā)送器裝置周期地向其他站發(fā)送它的就地質(zhì)量鑒定因數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1所述的系統(tǒng)，其中的信道質(zhì)量鑒定裝置還為第一信道提供一個(gè)第一組品質(zhì)因數(shù)-該因數(shù)作為每個(gè)站接收到的第一就地品質(zhì)因數(shù)的一個(gè)函數(shù)，并為第二信道提供一個(gè)第二組品質(zhì)因數(shù)-該因數(shù)作為每個(gè)站接收到的第二就地品質(zhì)因數(shù)的一個(gè)函數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1所述的系統(tǒng)，其中的信道選擇裝置提供一個(gè)信道余量，這個(gè)余量是第一和第二就地品質(zhì)因數(shù)及第一和第二組品質(zhì)因數(shù)的函數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)項(xiàng)9所述的系統(tǒng)，其中的信道選擇裝置選擇一個(gè)信道-其上至少一個(gè)作為該信道余量函數(shù)的連續(xù)包要被發(fā)送和接收。
11.根據(jù)權(quán)項(xiàng)10所述的系統(tǒng)，其中的信道選擇裝置具有一個(gè)對設(shè)定值和一個(gè)被測變量作出響應(yīng)的積分控制器，而且所述的信道余量是該設(shè)定值而一個(gè)現(xiàn)時(shí)被選信道就是被測變量。
12.根據(jù)權(quán)項(xiàng)3所述的系統(tǒng)，其中由一個(gè)站發(fā)送的某些包，要求從另一站來一個(gè)回答包，并且其中的第一和第二就地品質(zhì)因數(shù)是未收到的回答信號的函數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1所述的系統(tǒng)，其中由一個(gè)站發(fā)送的每個(gè)包，包括一個(gè)信道選擇信息組，用來識別由通道選擇裝置選擇的信道，并其中接收該包的站將它的發(fā)送器和接收器裝置有選擇地連到那個(gè)由為連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)包的信道選擇信息組所識別的信道。
14.作為一個(gè)分布式過程控制系統(tǒng)的公用通信系統(tǒng)包括為傳送編碼包的多個(gè)通信信道;和多個(gè)站，每個(gè)站為處理這些包而被連到每個(gè)信道，每個(gè)處理機(jī)裝置又包括選擇性地連接發(fā)送和接收包到每個(gè)信道的裝置;為每個(gè)信道提供一個(gè)信道品質(zhì)因數(shù)的裝置，這個(gè)品質(zhì)因數(shù)是至少一個(gè)被接受包的函數(shù);和為選擇一個(gè)信道的裝置，(在這個(gè)信道上發(fā)送和接收至少一個(gè)如前一包所指出的下一包);和為確定哪個(gè)信道發(fā)送下一個(gè)將為一個(gè)站所識別的包的裝置，該裝置為所有站用以發(fā)送和接收至少一個(gè)連續(xù)包，該連續(xù)包作為信道品質(zhì)因數(shù)和先前使用率的一個(gè)函數(shù)。
15.一個(gè)公用通信系統(tǒng)，其具有多個(gè)站與為在各站間發(fā)送數(shù)據(jù)包的多個(gè)通信信道相耦合，每個(gè)站包括為發(fā)送數(shù)據(jù)包的發(fā)送裝置，每個(gè)數(shù)據(jù)包包括一個(gè)信道選擇信息組，該信息組能識別為一數(shù)據(jù)包持續(xù)傳輸已選信道;為接收數(shù)據(jù)包的接收裝置和提供一個(gè)已選通道的指示，該指示包含在接收包的通道選擇信息組內(nèi);質(zhì)量鑒定裝置為維護(hù)每個(gè)信道的品質(zhì)因數(shù)-該品質(zhì)因數(shù)是基于該信道使用中的通信誤差出現(xiàn)率;為確定基于品質(zhì)因數(shù)的信道容限的容限計(jì)算裝置;為使站與已選信道相耦合的裝置，該已選信道包含在該已接收數(shù)據(jù)包的信道選擇信息組內(nèi);和為確定能為通道選擇信息組識別的被選信道的裝置，該信息組是由發(fā)送器裝置根據(jù)信道容限和各信道以前的使用頻率而發(fā)送的數(shù)據(jù)包。
16.一種公用通信系統(tǒng)，在系統(tǒng)中，包在多個(gè)站間發(fā)送和接收，每個(gè)站被連到多個(gè)通信信道，改進(jìn)包括為鑒定通過每個(gè)信道的通信質(zhì)量的質(zhì)量鑒定裝置;為使各站以同步方式交替選擇信道的裝置，這些信道為傳輸和接收至少一個(gè)這樣的包-作為每個(gè)信道被鑒定的質(zhì)量和每個(gè)信道以前使用的頻率的一個(gè)函數(shù)。
17.權(quán)項(xiàng)16的發(fā)明，其中為使各站交替選擇的裝置，周期性地給所有站發(fā)送一個(gè)包括一個(gè)信道選擇信息組的包，該信息組識別為傳輸和接收至少一個(gè)包的信道。
專利摘要
分布式過程控制或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的冗余公用通信系統(tǒng)，具有多個(gè)站——與至少兩根備用信道相連。每站包括數(shù)據(jù)包的發(fā)送器和接收器。每個(gè)“包”包括信道選擇域——標(biāo)志在連續(xù)傳輸“包”期間，為各站要用的已選信道。各站根據(jù)各信道使用中錯(cuò)誤出現(xiàn)率對其作質(zhì)量鑒定，從而計(jì)算余量值。當(dāng)某站得到發(fā)送機(jī)會，發(fā)送“包”通道選擇域根據(jù)余量值和各通道以前的使用頻率，識別一個(gè)被選信道。這樣由于每個(gè)信道的使用百分率依賴于各站對其所作的質(zhì)量鑒定，結(jié)果使其在多個(gè)信道間頻繁地切換。
文檔編號H04J99/00GK85101153SQ85101153
公開日1987年1月10日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者吉納·奧爾森, 丹尼斯·奎伊 申請人:羅斯曼特公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan