DE3401731A1 - Verfahren zur feststellung einer nachrichtenkollision - Google Patents
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Description
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Seite L[
INTEL CGRPDRATIOIM
3065 BDUjers Avenue, Santa Clara,
Kalifornien 95051, U.St.A.
Verfahren zur Feststellung einer IMachrichtenkollision
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Feststellung
einer IMachrichtenkollision in einem Datenübermittlungssystem,
bei dem Daten über eine gemeinsame Leitung zwischen verschiedenen
Stationen übermittelt werden.
Mehrpunkt-Datenübermittelungsnetze ermöglichen die Datenübertragung
zwischen mehreren Stationen ,wie beispielsweise Computern, Terminals, Druckern, Analaggeräten usuj. , über einen
oder mehrere gemeinsam benutzte Übertragungskanäle.
In vielen breitbandigen Ortsnetzen steht jede Station mit anderen Stationen des Netzes mit Hilfe von Frequenzmultiplexmethoden
in Verbindung. Sendungen aller Stationen werden auf eine gemeinsame Übertragungsleitung gekoppelt, die häufig als
"Aufwärtskanal" bezeichnet wird und zu einem elektrischen Rücksendegerät, bekannt als " Kopf stelle", geleitet-·. Die
Kopfstelle sendet die Signale auf eine gemeinsame Empfangsleitung zurück, welche generell als "Abwärtskanal" bezeichnet
wird. Jede Station ist mit den entsprechenden gemeinsamen Sende- und Empfangsleitungen über einen Modem verbunden. Der
Sender (Modulator) in jedem Modem ist daher mit dem Aufwärts-
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kanal und der Empfänger (Demodulator) mit dem Abwärtskanal
gekoppelt.
In einigen breitbandigen Netzsystemen verwenden der Aufwärts-
und der Abwärtskanal gemeinsam ein einziges Koaxialkabel. Die beiden Kanäle arbeiten auf zuei unterschiedlichen Trägerfrequenzen,
um den Modems jeder Station die Möglichkeit zur Unterscheidung zwischen Sende- und Empfangssignalen zu geben.
In solchen Systemen setzt die KopfStelleneinrichtung die
Sendesignale in die geeignete Frequenz für den Empfang um.
In anderen breitbandigen Systemen werden zwei getrennte Übermittiungsleitungen
verwendet, wobei die Kopfstelleneinrichtung
in die Aufwärtskanäle eingekoppelte Signale auf den Abwäftskanal direkt und ohne die Notwendigkeit einer Frequenzumsetzung
legt.
Bei großen Kabellängen kann die von einem Sendesignal zum Rundlauf über den Aufwärtskanal zur Kopfstelle bis zum Empfang
durch die sendende Station auf den Abwärts- bzw. Empfangskanal benötigte Verzögerungszeit beträchtlich werden.
Beispielsweise bezugnehmend auf Figur 1 sei angenommen, daß die Station Z eine Sendung zum Zeitpunkt tn beginnt. Bevor
das Z-Signal die Kopfstelle durchlaufen und am Empfangskanal
vom Sendempfänger Y festgestellt werden kann, beginnt Y seine
eigene Nachricht zum Zeitpunkt t., wenn angenommen wird,
daß Y keine Kabelbelegung feststellt. Die Folge ist eine Kollision von Signalen. Daher besteht ein Bedarf an einem
Kollisionsfeststellungsverfahren bei l/ermittlungssystemen, um
ein Chaos zu vermeiden.
Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Festeilung einer Kollision zur Verfügung, bei dem von Code-Schemata Gebrauch
gemacht wird, die gewöhnlich zum Verifizieren der Fehlerfrei-
\o
heit einer empfangenen Nachricht benutzt werden. Daher läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch leicht implementieren
und ist mit Kabelprioritätszugriffsmethoden, uie trägerabgetastetem
Mehrfachzugriff (CSMA) (vgl. US-PS k 23k 952)
kompatibel.
Die Erfindung ist auf ein Usrfahren zum Feststellen von KdI-lisDnen
zwischen digitalen Nachrichten gerichtet, die über ein gemeinsames Kabelnetzsystem gesendet werden. Eine Sendestation
sendet am Anfang auf den Sendekanal des gemeinsamen Kabels ein Kennzeichensignal, welches anzeigt, daß die Sendung
einer digitalen Nachricht unmittelbar bevorsteht. Mit Beginn des ersten Bits der digitalen Nachricht beginnt die
Sendestation einen zyklischen Redundanzprüf-(CRC) Code für
die digitale Nachricht zu berechnen, während letztere gesendet wird. Nach Senden von N Nachrichten-Bits speichert die
sendende Station den Istwert des CRC-Code. Sobald die vollständig Nachricht gesendet worden ist, sendet die Station
danach ein zweites Kennzeichensignal, welches die Beendigung der digitalen Nachricht anzeigt. Die sendende Station überwacht
sodann den Empfangskanal und beginnt unmittelbar bei
Feststellung eines Kennzeichensignals einen CRC-lüert für N
Bits der Nachricht zu berechnen, während letztere empfangen wird. Wenn der für das empfangene Signal berechnete CRC-Wert
mit dem gespeichertem CRC-Wert für die zuvor gesendete Nachricht nicht übereinstimmt, wird eine Kollision unterstellt.
Ferner wird eine Kollision unterstellt,·wenn die sendende
Station nicht innerhalb der zweifachen maximalen Signalrücklaufzeit
(T) für eine Nachricht in dem speziellen Datenübermittlungssytem,
d. h. innerhalb eines sogenannten "Kollisionsfensters11
ein Kennzeichen feststellt. Im Falle einer Kollision kann die sendende Station ihre Nachricht entsprechend
einem vorgegebenen Schema, wie das in Trägerabtast-MehrfachzugriffBsystemen
neu senden.
Im folgenden uird die Erfindung anhand der Zeichnung näher
erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines typischen breitbandigen Datenübertragungssystems, bei dem
mehrere Stationen mit gemeinsamen Sende- und Empfangskabeln gekoppelt sind;
Fig. 2 eine Darstellung des Formats einer typischen digitalen Nachricht, uiie sie bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren Verwendung findet; und
Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Darstellung der erfindungsgemäßen
Verfahrensschritte.
Erfindungsgemäß uird ein Verfahren zur Herstellung der Kollision
zwischen auf einem gemeinsamen Kabelnetz übertragenen digitalen Nachrichten angegeben. In der folgenden Beschreibung
werden zum Zwecke der Erläuterung besondere Zahlen, Systeme, Konfiguration usw. zur Erleichterung des Verständnisses
der vorliegenden Erfindung angegeben. Es ist jedoch für den Fachmann klar, daß die Erfindung auch ohne derartige
spezielle Details praktizierbar ist. In anderen Fällen sind
bekannte Schaltungen und Logikoperationen in Blockform oder Flußdiagrammform dargestellt, um die Erfindung nicht mit
unnötigen Einzelheiten zu belasten.
In Figur 1 ist ein typisches breitbandiges Datenübermittlungssystem
dargestellt. Mehrere Stationen (A, B ... Y, Z) sind mit einem Sendekanal 10 und einem Empfangskanal 15 gekoppelt.
Der Sendekanal 10 ist elektrisch über eine Kopfstel-
leneinrichtung 18 mit dem Empfangskanal 15 gekoppelt. Daher
benutzen die Stationen A ... Z alle gemeinsam eine Sendeleitung und eine Empfangsleitung. Von einer Station auf den
Sendekanal 10 gesendete Nachrichten werden von der Kopfstelle
18 zurückgeleitet und in den Empfangskanal 15 eingekuppelt,
um deren Empfang durch eine spezielle Station zu ermöglichen. Durch geeignete Adressierung kann in bekannter Weise eine
Station eine Nachricht innerhalb des Netzes zu einer anderen
speziellen Station senden. Es ist klar, daß trotz der Beschreibung
eines breitbandigen Netzes mit dualen Leitungen
anhand der Darstellung in Figur 1 auch Systeme bei der Erfindung
Verwendung finden können, bei denen ein einziges Koaxialkabel eingesetzt ist. In solchen Einzelleitungssystemen
führt die KopfStelleneinrichtung die notwendige Frequenzumsetzung
sowie die Rücksendung in der oben beschrieben Weise durch. <· ■
Wie in Figur 1 gezeigt ist, ist die Station Z von der Kopfstelle
1B im Abstand d7angeordnet. In ähnlicher Weise befindet
sich das Sende-Ernpfangsgerät Y im Abstand dv von der
Kopfstelle 18. Es ergibt sich daher eine der besonderen Station zugeordnete Zeitverzögerung bis zur Feststellung der
eigenen Datensendung, da das Signal zunächst zur Kopfstelle 18 und von dieser zurück über den Empfangskanal 15 zur Sendestation
laufen muß. Außerdem gibt es begrenzte Verzögerungen, die der Elektronik sowohl der Station (einschließlich des
Modems) als auch der Kopfstelle 18 zugeordnet sind. In Figur
1 ist die Ausbreitungsverzögerung (Rücklaufzeit) bis zur
Feststellung des rückgelaufenen eigenen Sendesignals auf dem
Empfangskanal 15 für die Stationen A und B vergleichsweise
kurz und relativ lang für die Stationen Y und Z.
Es sei als Beispiel angenommen, daß sich die Stationen Y und Z in relativ enger Nachbarschaft befinden und daher eine etwa
gleiche Signal-Rücklaufzeit T haben, die bei der schematischen
Darstellung gemäß Figur 1 der maximalen Ausbreitungsverzögerung
für das Netz entspricht (die Stationen Y und Z sind am weitesten νσπ der Kopfstelle -1ß entfernt). Wenn die
Station Y zum Zeitpunkt tn eine Nachricht auf den Sendekanal
10 zu senden beginnt, empfangen beide Stationen Y und Z Y's Sendung zu praktisch der gleichen Zeit nach einer Verzögerung
T. Es ist jedoch leicht einzusehen, daß die Station Z mit ihrer eigenen Nachrichtensendung bereits zu irgendeiner
Zeit vor dem Ablauf der Zeit T beginnen kann, da die Station
Z zu diesem Zeitpunkt noch keine Aktivität auf dem Empfangssignal 15 feststellen konnte. Im ungünstigsten Falle kann die
Station Y bis zum Ablauf einer Zeit von 2T nach Beginn der Sendung ihrer eigenen Nachricht noch keine Kollision zwischen
Nachrichten feststellen. Mit anderen Worten, eine sendende Station, die über einen Zeitraum vc-n 2T nach dem Senden ihrer
eigenen Nachricht keine Kollision festgestellt hat, wird keine Kollision erfahren. Zum Zwecke der vorliegenden Beschreibung
wird diese Zeitspanne (2T), welche die zweifache maximale Rücklaufzeitverzägerung für ein spezielles Netz
darstellt, als "Kollisionsfenster11 definiert.
Das Köllisionsfenster ist in erster Linie eine Funktion der
TDpologie des Systems. In dieser Beschreibung wird das Kollisionsfenster
als äquivalente Zahl von "Bitzeiten" ausgedrückt. Wenn die Datenübertragungsfrequenz von einer Station
D Bits pro Sekunde beträgt, so läßt sich das Kollisionsfenster
als 2TD Bit-Zeiten definieren (wobei die maximale Rücklaufverzögerung
T für das Netz ebenfalls in Sekunden ausgedrückt wird). Zur Gewährleistung einer zweifelsfreien Kollisionsfeststellung
muß daher die minimale Länge einer in das Übertragungssystem gesendeten digitalen Nachricht 2TD Bits
sein.
■ ■ k Ao
Im folgenden ujird auf Figur 2 Bezug genommen. Die meisten
Hochgeschwindigkeits-Übertragungsnetze machen von selbsttaktenden
Datenübertragungen Gebrauch. Die Daten werden derart verschlüsselt, daß ein Empfänger sich selbst nach dem
Sendetakt synchronisieren kann. Alle Bendesignale beginnen mit einem wiederholten Bitmuster, das als Präambel (22) bekannt
ist. Die Präambel uiird danach gefolgt von einem anderen
unterschiedlichen Bitmuster, das als Kennzeichen (24) bekannt ist und den Beginn der tatsächlichen Datenaussendung angibt.
Gewöhnlich wird die Nachrichten-Mindestlänge (2TD) ab Beginn der Hennzeichenbits Zk berechnet.
In typischer Verfahrensführung wird nach der Sendung der die
digitale Nachricht enthaltenden Daten 25 von einer Sendestation eine Rahmenprüffolge (FCS) 26 mit einem zyklischen
Redundanzprüfeade (CRC) oder einem anderen Fehlerbestimmungscode
gesendet, bevor ein Endkennzeichen (28) zur Anzeige der
vollständigen Ausgabe der Sendenachricht gesendet wird. Eine
Vielzahl von CRC-Code-Algorithmen wurde konzipiert, um festzustellen,
ob ein empfangenes Signal in der digitalen Nachricht einen Fehler enthält. Der CRC-Code enthält eine spezielle
Anordnung von Bits, welche die Rahmenprüffolge 26 definieren.
Der CRC-Code wird für eine digitale Nachricht berechnet, während diese von einer Station ausgesendet wird. Generell
ist es zum Verständnis zyklischer Codes zweckmäßig, an die die Datennachricht enthaltenden Sendebits als.Koeffizienten
einer polynomen Gleichung zu denken. Verwiesen wird beispielsweise auf R.J. Cypser in "Communications Architecture
for Distributed Systems", Abschnitt 1.1.6 (Addison, Wesley Publishing Co.). Da die besondere Struktur und die Algorithmen
für die Berechnung von CRC-Codes im Stande der Technik allgemein bekannt sind, wird hier auf deren detaillierte
Angabe verzichtet.
Die Erfindung stEllt ein Verfahren zur Feststellung der Kollision
von über ein gemeinsames Kabelnetz (wie dasjenige gemäß Figur 1) übertragenen digitalen Nachrichten zur Verfügung.
Es sei beispielsweise angenommen, daß die Station Z zum Zeitpunkt t„ eine Nachricht auf den Sendekanal 10 zu senden
beginnt. Wie in dem Flußdiagramm in Figur 3 sotdie in Figur 2
gezeigt ist, sendet die Station Z eine Präambel 22 und das Nacnrichtenbeginn-(BDM- kennzeichen Zk vor der eigentlichen
Datfcnsendung 25. Beginnend mit dem ersten Bit der Datennachricht
25 und über N Bits danach berechnet die Station Z während der Nachrichtensendung auf den Sendekanal 10 den CRC-Wert
mitjtels vorgegebener und bekannter CRC-Algorithmen. Der Wert des CRC für N Bits nach dem letzten Kennzeichenbit wird
von der Sendestation Z unter Verwendung bekannter digitaler Elektronik gespeichert. Die Station Z sendet danach die Rahmenprüffolge
(die bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel den vollständigen CRC-Code für die gesamte digitale Nachricht
enthält) sowie eine Nachrichtenende- (EDM) Kennzeichenbitfolge
26. In der Praxis entspricht die Anzahl von Bits N dem Kollisionsfenster (2TD) (mit N = 2TD) und bestimmt sich nach
der besonderen Topologie des Netzes. Daher müssen bei dem bevorzugten Beispiel alle Datennachrichten 25 eine Mindestlänge von N Bits haben, um eine eindeutige Kollisionsfeststellung
zu gewährleisten. Die sendende Station überwacht gleichzeitig den Empfangskanal 15 nach einer BOM-Kennzeichenbitfolge.
Wenn die Sendestation (z. B. die Station Z) nach dem Senden ihres BOM-Kennzeichens 24 während der dem Kollisionsfenster
entsprechenden Zeitspanne kein Kennzeichen über den Empfangskanal 15 feststellen kann, nimmt die Station eine Datenkollision
an.
Wenn die sendende Station auf dem Empfsngskanal 15 ein Kenn-
zeichen feststellt, beginnt der Sendeempfänger den CRC-Wert
für N Bits der empfangenen Nachricht zu berechnen. Wenn der
CRC-Ulert für IM Bits der gesendeten Nachricht mit dem CRC-Y
Idert für IM Bits der empfangenen Nachricht nicht übereinstimmt,
wird ebenfalls der KDllisionsfall unterstellt.
Wenn eine Kollision angenommen werden muß, kann die Station
ihre Nachricht über den Sendekanai 10 entsprechend einer
vorgegebenen Hierarchie, z. B. derjenigen eines Trägerabtast-Mehrfachzugriffs
mit Kollisionsf eststellungssystEtn neu aussenden. Zu beachten ist, daß im Falle eines Übertragungsfehlers
(bedingt beispielsweise durch einen "weichen" oder anderen beliebigen Fehler) ein solcher Fehler bei der Erfindung als
angenommener Kollisionsfall festgestellt wird, da die gespeicherten
und berechneten CRC-üJerte nicht übereinstimmen.
Die Erfindung stellt also ein Verfahren zur Feststellung von
Kollisionen zwischen Nachrichten in einem Datenübertragungssystem mit gemeinsamem Kabelnetz zur Verfügung, wobei das
Verfahren unter Verwendung existierender Fehlerbestimmungs-CRC-Schemata
einfach implementiert werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ist außerordentlich flexibel, da es
nicht von der Datengeschwindigkeit oder der besonderen Lage
einer Station im Datenübertragungssystem abhängig ist. Wenn
auch die Erfindung vorstehend anhand der Figuren 1 bis 3 mit Betonung auf breitbandige Datenübertragungsnetze beschrieben
worden ist, sind verschiedene Abwandlungen im Rahmen des
Erfindungsgedankens möglich, so beispielsweise in Bezug auf die Nachrichtenstruktur und Verfahrensfolge.
- Leerseite
Claims (1)
- I 2 if 9Patentansprüche1. Verfahren zur Feststellung einer Nachrichtenkallision in einem Datenübertragungssystem mit an einer gemeinsame Leitung angeschlossenen ersten und zweiten Stationen, wobei von der ersten Station festgestellt wird, ob eine von ihr gesendete Nachricht mit einer von der zweiten Station gesendeten Nachricht kollidiert hat,dedurch gekennzeichnet , daß der Wert eines vorgegebenen Codes für N Bits der gesendeten Nachricht berechnet, der liiert dieses Codes nach N Bits gespeichert, die Nachricht auf der Leitung empfangen, der vorgegebene Code für N Bits der empfangenen Nachricht berechnet, der Wert des gespeicherten Codes mit dem Wert des berechneten Codes für die empfangem Nachricht verglichen und eine Kollision dann festgestellt wird, wenn die gespeicherten und berechneten Codes nicht übereinstimmen.2. l/erfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kollision unter der Bedingung angenommen wird, daß die erste Station die gesendete Nachricht nach einer Zeitspanne 2T nicht empfängt, wobei T die maximale Ausbreitungszeitverzögerung für eine auf die Leitung gegebene, zu empfangende Nachricht ist.3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Code ein zyklischer Redundanzprüf (CRC) Code ist.k. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachricht ein erstes Kennzeichensignal auf der Leitung enthält, das die Sendebereitschaft der Nachrichtung bezeichnet, und daß mit der Berechnung des CRC mit dem ersten auf die Sendung des Kennzeichnungssignals folgenden Bit begonnen wird.OHU I /Ol5. Verfahren nach Anspruch if, dadurch gekennzeichnet, daß der CRC für die empfangene Nachricht für N Bits nach Empfang des ersten Kennzeichensignals berechnet tuird.60 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als gemeinsame Leitung ein Sendekanal und ein Empfangskanal verwendet werden, mit denen jeder der Stationen gekoppelt ist, und daß die gesendeten Nachrichten der Stationen jeweils auf den Sendekanal gegeben und über den Empfangskanal empfangen werden.7 = Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl (IM) der zur Berechnung der CRC-Werte verwendeten Bits der wMhrend der Zeit 2T gesendeten Anzahl van Bits entspricht.ß. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachricht ein zweites Kennzeichensignal enthält, das die vollständige Nachrichtensendung anzeigt . ■'■'.·9. Verfahren zur Festeilung einer Nachrichtenkollision in einem Datenübertragungssystem mit an Sende- und Empfangskanäle angeschlossenen ersten und zweiten Stationen und einer die Kanäle koppelnden KopfStelleneinrichtung, wobei das Verfahren der ersten Station zur Festeilung dient, ob eine'von ihr gesendete Nachricht mit einer von der zweiten Station gesendeten Nachricht kollidiert hat,
dadurch gekennzeichnet , daß der Wert eines zyklischen Redundanzprüf(CRC)-Code für N Bits der Nachricht berechnet wird, wobei N 2DT entspricht und wobei D die Übertragungsfrequenz der ersten Station und T die maximale Übertragungszeit des Systems für eine auf die Sende-leitung gegebene und nach Durchlaufen der Kopfstelleneinrichtung auf dem Empfangskanal empfangene Nachricht ist, daß der lüert des CRC-Code nach N Bits gespeichert, die Nachricht auf dem Empfangskanal empfangen, ein CRC-Wert für N Bits der
empfangenen Nachricht berechnet und der liiert des gespeicherten CRC mit dem Wert des für die empfangene Nachricht berechnet CJRC verglichen wird, wobei eine Kollision dann festgestellt wird, wenn die gespeicherten und berechneten CRC-lilerte nicht übereinstimmen.1D. V/erfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
eine !Kollision angenommen wird, wenn die erste Station nach
Ablauf einer Zeit 2T die gesendete Nachricht nicht empfängt.11. Verfahren nach Anspruch 1D, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Station den Empfangskanal über eine Zeitspanne von 2T abtastet.12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachricht vor deren Sendung ein erstes Kennzeichensignal enthält und daß der CRC mit Beginn des auf die Sendung des
Kennzeichensignals folgenden ersten Bits berechnet wird.13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der CRC für die empfangene Nachricht für N Bits nach Empfang des ersten Kennzeichensignals berechnet wird.14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachricht von der ersten Station entsprechend einem vorgegebenen Schema neu gesendet uird, uienn eine Kollision festgestellt wird.15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachricht ein zweites Kennzeichensignal enthält, das die vollständige Sendung der Nachricht anzeigt.
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