具主从结构的通信系统的制作方法

专利名称：具主从结构的通信系统的制作方法
具主从结构的通信系统
本发明涉及一种具有主从结构的通信系统，以及用于该通信系统的主机 单元。
在制造与自动技术中，越来越常使用串行总线系统，其中机器外围的远
程配置装置(例如I/O模块、变换器、驱动器、阀件与操作者终端)是通过
高效实时通信系统而与自动、加工与显示器系统进行通信。在此配置中，所 有的使用者都通过串行总线(最好是场总线)而连接成网络，通过总线的数 据交换一般是基于主从原理而执行。
总线系统上的主动总线使用者(即控制装置)处理总线存取认证并决定 总线上的数据传送。就规则上而言，主动总线使用者即称为串行总线系统中
的主机单元；相反的，被动总线使用者是指机器外围装置，其并不接收总线 存取认证，亦即其仅于主机单元发出请求时，被允许认可对主机单元的接收 信息信号或传送信息信号。被动总线使用者被称为串行总线系统中的从属单 元。
为了避免复杂的接线，具有主从结构的场总线系统一般系配置为环形拓 朴，所有的总线使用者都连接至一环形传输路径。主机单元所产生的一信息 信号由主机单元馈送至所述环形传输路径，并连续通过与所述环形传输路径 串行连接的从属单元，接着由主机单元再次接收及进行评估。
一般而言，信息信号是由所述主机单元统一整理为数据封包(所述数据 封包是由控制数据与有用数据组成)，较佳为利用以太标准(Ethernet standard),其提供具有长度达1500位(bytes)、同时传输速度可高达100 Mbit/sec的数据封包。连接至所述环形传输路径的每一个从属单元为其处理 用于以太讯息的有用数据，所述以太讯息由主机单元馈送至所述环形传输路 径中。
一般而言，具有环形结构的主从式通信系统是配置为使主机单元具有一 发射机单元作为数据注入点，并具有一接收单元作为数据撷取点。个别的从属单元接着一起连接于传输路径上以形成一环，其中每一个使用者都连接至 两个邻近单元，且在链上的第一使用者与最后使用者则连接至所述主机单元。 数据封包藉以从主机单元开始、通过其发射机单元而单向传输至第一连接从 属单元，并从该处再到下一个，直到已经抵达所述环中的最后一个从属单元， 接着返回所述主机单元的接收单元。
每一个从属单元都具有一第一终端以自先前使用者接收循环数据封包、 以及一第二终端以前送至下一个使用者，也具有配置在两个终端之间的一处 理单元，以处理通过所述从属单元的数据封包。
主从式通信系统的中央需求(特别是当其用于生产与制程自动化时)为 高错误容限，亦即通信系统在发生错误时维持所需功能(例如生产工作件) 的能力。在本文中，除了数据封包中的错误之外，必须在不损伤制程下加以 克服的通信系统错误也是整体使用者的故障，特别是在传输路径中的主机单 元、或是传输路径分别因例如传输媒介的实体性分离而导致的中断。
US 2004/0008720 Al中说明了一种具有两个主机节点以补偿一主机节点 的故障、以及具有一双重传导结构以于中断时切换传导的主从式通信系统。 US 2005/0129037 Al中描述了一种类似的系统。US 2003/0005368 Al中描述 了一种具有双环结构的环形通信系统，其节点具有切换功能以于中断时维持 环形网络中的通信。
本发明的目的在于提供一种包括主从结构的通信系统、以及用于这种通 信系统的主机单元，其具有最小化的硬件以及当传输路径中断(且特别是当 主机失效时)可实时重组主从结构的切换力。
此目的可由如权利要求1所述的通信系统以及如权利要求7所述的主机 单元而达成。较佳实施方式则说明于从属权利要求中。
根据本发明， 一第一与一第二主机单元以及至少一从属单元是通过一双 重传导结构而彼此连接于通信系统中。所述第一与第二主机单元各包括通过 第一终端连接至所述双重传导结构以传送数据信号的一发射机单元、通过第 二终端连接至所述双重传导结构以接收数据信号的一接收单元、以及一控制 单元，其连接至所述发射机单元与所述接收单元以传送数据信号。所述第二 主机单元还包括一主机耦合单元，其连接于所述控制单元、所述接收单元与所述发射机单元之间，以使所述控制单元于一第一操作模式中在接收到来自 所述双重传导结构上的所述第一主机单元的数据信号时与所述接收单元及所 述发射机单元分离，并使所述控制单元于一第二操作模式中在接收来自所述 双重传导结构上的所述第一主机单元的数据信号中断时与所述接收单元及所 述发射机单元连接，以进行所述双重传导结构的数据传输。
根据本发明，始于第一正常主机单元而至从属单元的数据传输链会被切 换至第二备用主机单元，以于发生连结错误时(特别是当第一正常主机单元 失效时)继续进行数据传输。
在本发明中，用于作为备用主机单元的主机单元包括 一发射机单元以 传送数据信号，其通过一第一终端而连接至一第一通信路径； 一接收单元以 接收数据信号，其通过一第二终端而连接至另一通信路径； 一控制单元以传 送数据信号；以及一主机耦合单元。在此配置中，主机耦合单元连接于所述 控制单元、所述发射机单元与所述接收单元之间，以于一第一操作模式(亦 即正常模式)中使所述控制单元与所述接收单元及所述发射机单元分离，并 于一第二操作模式(亦即连结错误模式)中使所述控制单元与所述接收单元 及所述发射机单元连接，以于所述第一与第二通信路径上进行数据传输。
藉由本发明中主从式通信系统及/或备用主机单元的实施方式，可利用简 单的方式、通过备用主机单元而继续进行数据传输，特别是在正常主机单元 失效时。根据本发明，数据传输路径会自动重组为使备用主机单元独立于正 常主机单元而在部分主从式通信系统中进行数据传输。
根据本发明的实施方式，通信系统中具有第一与第二主机单元，在第一 与第二主机单元之间配置有至少一从属单元。所述从属单元包括一从属耦合 单元以及一第一、第二、第三与第四终端，所述从属单元的第一终端连接至 所述第一主机单元的发射机单元；所述从属单元的第二终端通过所述双重传 导结构的一第一通信路径而连接至所述第二主机单元的接收单元；所述从属 单元的第三终端连接至第二主机单元的发射机单元；所述从属单元的第四终 端通过所述双重传导结构的一第二通信路径而连接至所述第一主机单元的接 收单元。在一第一操作模式中(亦即在正常模式中)，所述第二主机单元的主 机耦合单元使连接至所述发射机单元的第一终端与连接至所述第二主机单元 的接收单元的第二终端短路，且数据传输专门通过第一主机单元而进行。在第二操作模式中(亦即当连结错误发生时)，所述从属单元的从属耦合单元使 所述从属单元的第一终端与所述从属单元的第四终端短路；同时，所述第二 主机单元的主机耦合单元开启所述第二主机单元的第一及第二终端的短路， 以供数据传输于所述第一与第二通信路径上，并使所述控制单元连接至所述 发射机单元与所述接收单元以进行数据传输模式。
根据本发明中主机单元的实施方式，主机耦合单元在第一操作模式中使 连接至发射机单元的第一终端与连接至接收单元的第二终端短路，并在第二 操作模式中开启第一与第二终端的短路。
根据本发明中通信系统的另一实施方式，所述从属单元包括至少一第一、 第二与第三终端，其中从属单元的第一终端连接至第一主机单元的发射机单 元，且从属单元的第二终端通过双重传导结构的第一通信路径而连接至第二 主机单元的接收单元。从属单元的第三终端通过双重传导结构的第二通信路 径而连接至第二主机单元的发射机单元，且第二主机单元的第三终端经由双 重传导结构的第三通信路径而连接至第一主机单元的接收单元。在第一操作 模式中(亦即在正常模式中)，第二主机单元的主机耦合单元使连接至接收单 元的第二终端与第二主机单元的第三终端短路，且数据传输是从第一主机单 元开始、通过第一与第三通信路径而进行。在第二操作模式中(亦即，在发 生连结错误时)，从属单元的从属耦合单元使从属单元的第一终端与从属单元 的第四终端短路，而第二主机单元的第二主机耦合单元开启第二主机单元的 第二与第三终端的短路，以于第一及第二通信路径上进行数据传输，并使控 制单元连接至发射机单元以及连接至接收单元，以进行数据传输模式。
根据本发明中主机单元的另一实施方式，包括一第三终端，其连接至一 第三通信路径。在此例中，所述主机耦合单元在第一操作模式中使连接至所 述接收单元的第二终端与第三终端短路，并于所述第二操作模式中开启所述 第二与第三终端的短路。
根据本发明另一实施方式，所述从属单元包括一第一与一第二终端。所 述从属单元的第一终端通过所述双重传导结构的一第一通信路径而连接至所 述第二主机单元的接收单元；所述从属单元的第二终端通过所述双重传导结 构的一第二通信路径而连接至所述第二主机单元的发射机单元。所述第二主 机单元的一第三终端通过所述双重传导结构的一第三通信路径而连接至所述第一主机单元的接收单元；且所述第二主机单元的一第四终端通过所述双重 传导结构的一第四通信路径而连接至所述第一主机单元的发射机单元。在第 一操作模式中(亦即在正常模式中)，所述第二主机单元的主机耦合单元分别 使连接至所述接收机单元的第一终端与所述第二主机单元的第四终端、以及 连接至所述接收单元的第二终端与所述第二主机单元的第三终端短路，而数 据传输是专门通过第一主机单元而进行。在第二操作模式中(亦即，当发生 连接错误时)，用于在第一与第二通信路径上进行数据传输的第二主机单元的 主机耦合单元开启所述第二主机单元的第一及第四终端的短路以及所述第二 主机单元的第二与第三终端的短路，并使所述控制单元连接至所述发射机单 元与所述接收单元。
根本发明中主机单元的另一实施方式，包括连接至一第三通信路径的一 第三终端与连接至一第四通信路径的一第四终端。在第一操作模式中，所述 主机耦合单元短路所述第二与第三终端以及所述第一与第四终端，并于第二 操作模式中开启所述第二与第三终端以及所述第一与第四终端的短路。
在本发明的第一实施方式中，传输路径是配置为具有双重传导结构的实 体线路。从属单元分别包括两个具有两个终端的接口，其各连接至所述双重 传导结构。传输链是由一侧的正常主机单元以及另一侧的备用主机单元而完 成。在正常操作中，正常主机单元通过所述双重传导结构而传送及接收；备 用主机单元作为一传导端，其使双重传导短路，以将于第一传导上到达的数 据封包从正常主机单元、通过第二传导而馈送回到正常主机单元。在发生连 结错误时，特别是当正常主机单元失效时，从属单元会使其耦接至正常主机 单元的接口短路，同时，备用主机单元的主机耦合单元开启内部短路，并使 控制单元的第一控制传导连接至发射机单元，并使控制单元的第二控制传导 连接至接收单元，以开始传送数据。
在本发明的第二实施方式中，主从式通信系统是配置为环形结构，备用 主机单元是配置在正常模式中数据传输方向上、正常主机单元的接收单元上 游，以将传送的数据封包反馈至正常主机单元。在故障模式中， 一旦发生连 结错误时，特别是当正常主机单元失效时，主机耦合单元开启此短路，并使 传输单元与接收单元连接至控制单元，以开始传输数据。
在本发明的第三实施方式中，主从式通信系统是配置为环形结构，备用主机单元是配置在从属单元与正常主机单元之间、正常模式中数据传输方向 上，以将数据封包前送至正常主机单元。在故障模式中，当发生连结错误时， 特别是在正常主机单元失效时，主机耦合单元开启这些短路并将控制单元连 接至发射机单元与接收单元，以开始传输数据。
藉由本发明中具有备用主机单元的主从式通信系统的上述三种配置，可 在连结错误时，特别是在正常主机失效时，藉由备用主机单元、以简单方式 继续进行数据传输。根据本发明，数据传输路径会自动重组，使得备用主机 单元以独立于正常主机单元的部分主从式通信单元进行数据传输。
藉由本发明中具有备用主机单元的主从式通信系统的上述三种配置，可 在连结错误时，特别是在正常主机失效时，藉由备用主机单元、以简单方式 继续进行数据传输。根据本发明，数据传输路径会自动重组，使得备用主机 单元以独立于正常主机单元的部分主从式通信单元进行数据传输。
以下参考所附的附图进一步详细说明本发明，其中


图1是本发明的第一实施方式中具有主从式结构的通信系统的示意图，
其具有双重传导结构；图1A说明正常模式，而图1B说明重组模式；
图2是本发明的第二实施方式中具有主从式结构的通信系统的示意图，
其具有备用环形结构；图2A说明正常模式，而图2B说明重组模式；以及 图3是本发明的第三实施方式中具有主从式结构的通信系统的示意图;
图3A说明正常模式，而图3B说明重组模式。
在自动技术中，己普遍使用场总线系统，其中以分散方式配置的机器外 围装置是经由场总线而与自动、加工与虚拟系统通信。 一般而言，场总线系 统包括一串行总线，其可为例如电力线路、光学波导或射频缆线。所有的总 线使用者都接着连接至此一场总线，由此可于主动及被动总线使用者之间产 生差异。
场总线系统中的主动总线使用者为决定总线上数据流量的主机单元，这 种主机单元为例如用于生产制程中作为处理控制主机计算机的工业PC。此主机单元具有一总线存取权，且可在没有外部请求下输出数据至场总线上。总
线系统上的被动总线使用者为外围机器装置，例如I/O装置、阀件、驱动器
与变换器，其用于作为从属单元且不具总线存取权，亦即其仅可接受所接收 的数据信号、或是在主机单元发出请求时传送数据信号至主机单元。
至于主从式通信系统中用于数据传输的通信标准，则最好是使用以太网 络概念。在以太网络通信系统中，欲传输的数据是压縮为具有预定格式的数
据封包(下文中也称为讯息)；以太网络讯息由此具有长达1000位的数据长 度，其除使用者数据外，还包括具有起始码、目标与来源地址、数据封包类 型与故障机制的控制数据。
具有主从式结构的以太网络通信系统较佳是设计为使得个别的主机单元 都经由传输媒介而连接在一起以形成一条链，每一个从属单元都连接至两个 邻近者，且在链中的第一个与最后一个从属单元会连接至主机单元，因而形 成一环形结构。在此一配置中，数据传输的方向会从主机单元开始、到第一 邻近从属单元，再到下一个、直到最后一个从属单元，接着回到主机单元。
根据本发明，在传输路径上发生连结错误时，特别是当主机单元失效时， 为使数据通信仍能维持，除了正常主机单元外，所述主从式通信系统中还具 有一备用主机单元。
图1为具有这种故障容限的主从式通信系统的第一实施方式，图1A说 明了正常模式(数据交换是通过正常主机单元而发生)，而图1B说明了重组 模式(当正常主机单元失效且数据传输是通过备用主机单元而进行时)。主从 式通信系统包括一第一主机单元1 (在下文中其亦称为主要主机单元)以及 一第二主机单元2 (在下文中亦称为备用主机单元)，而N个从属单元3则切 换于其间。在此配置中，主要主机单元1与备用主机单元2是通过一双重传 导结构4而连接至所述N个从属单元3。双重传导结构包括两条分离的传输 路径，其各形成独立的通信路径41、 42。在本文中，电力线路、光学波导或 射频缆线都可以作为传输路径。
主要主机单元1包括一发射机单元TX 11与一接收单元RX 12。发射机 单元TX 11通过一第一终端111而连接至第一通信路径41的一端;接收单元 RX 12通过一第二终端112而连接至第二通信路径42的一端。主机单元1还 包括一控制单元13，其通过控制线路14而连接至发射机单元TX 11与接收单元RX 12。
备用主机单元2包括一接收单元RX 21与一传送单元TX 22。接收单元 RX 21通过一第一终端221而连接至第一通信路径41的第二端，传送单元 TX 22通过一第二终端222而连接至第二通信路径42的第二端。备用主机单 元2还包括一主机耦合单元23，其于一控制单元24与其控制线路25以及接 收单元RX 21与传输单元TX 22之间切换。
各从属单元3包括一第一终端与一第二终端，第一终端具有一第一接收 单元RX 31以通过第一通信路径41而接收来自先前使用者的数据封包，第 二终端具有一第一传输单元TX 32以通过第一通信路径41而将数据封包前 送至下一个使用者。此外，各从属单元3包括一第三终端与一第四终端，第 三终端包括一第二接收单元RX 33以通过第二通信路径42而接收来自先前 使用者的数据封包，第四终端具有一第二传输单元TX34以通过第二通信路 径42而将数据封包前送至后续的使用者。在此配置中，连接至第一通信路径 41的从属单元3的第一接收单元RX 31与连接至第二通信路径42的第二传 输单元TX连接以形成一共同接口 0;连接至第二通信路径42的第二接收单 元RX 33与连接至第一通信单元41的传输单元TX 32连接以形成一共同接 口 1。处理单元35切换至第一接收单元RX31与第一传输单元TX32之间的 第一通信路径41 ，第二通信路径42则藉由从属单元3而围在自接收单元RX 33到传输单元TX 34之中。与主要主机单元1相邻的从属单元还包括接口 0 中连接至主要主机单元1的一耦合单元36，所述耦合单元36切换于第一接 收单元RX31与第二传输单元TX34之间。
图1A说明了主从式通信系统的无故障正常模式。在主机及/或从属单元 中数据传输于传导14、 25以及传输路径41、 42上的方向是由箭头加以表示， 传导与传输路径分别用于加强的数据传输。在一无故障正常模式中，主要主 机单元1的中央控制单元13所产生的数据封包通过发射机单元TX 11与第 一终端111而输出至第一通信路径41上。接着第一连接从属单元3通过接口 0中第一接收单元RX31而接收讯息，并通过从属单元3所含的处理单元35 而将讯息前送至接口 1中的第一发射机单元TX 32,在循环期间，数据封包 由从属单元3的处理单元35进行处理。从属单元3'的接口 1中的第一发射机 单元TX 32接着将数据封包传送到第一通信路径42上传输方向中的下一个从属单元3。
在此方式中，数据封包连续地循环通过连接在第一通信路径41上的所有 从属单元3，并从最后一个从属单元3、通过第一终端221而传送至第一通信 路径41上备用主机单元2的接收单元RX21。在正常模式中，备用主机单元 2的主机耦合单元23通过控制线路25而使接收单元RX 21与发射机单元TX 22短路，且备用主机单元2的发射机单元TX 22通过终端22而将数据封包 送回第二通信路径42上。在其反向路径上，数据封包连续运行通过连接至数 据传输方向中第二通信路径42的从属单元3;而在其路径上，自从属单元N 开始到从属单元1，数据封包是以未处理状态而被围在从属单元3中。
在第二通信路径42上数据传输方向中的最后一个从属单元接着传送数 据封包通过接口 0中的第二发射机单元TX 34，并通过主要主机单元1的第 二终端112而至其接收单元RX 12，接着数据封包会从该处传送至中央处理 单元13。
图1B说明了在主要主机单元1失效期间所述主从式通信系统的数据传 输情形。在主要主机单元1失效期间，数据传输的重组是由失效主要主机单 元1邻近的第一从属单元的接口 0以及备用主机单元2的主机耦合单元23 所起始。主要主机单元邻近的从属单元3的接口 0可藉由辨识方法来决定与 主要主机单元1之间的通信是否通过两个通信路径41、 42而发生。若辨识出 从属单元3的接口 0的通信中断，从属耦合单元36便起始从属单元3的连结 错误操作；从属耦合单元36接着将第一接收单元RX 31的终端连接至第一 通信路径41，并将第二发射机单元TX 34的终端连接至第二通信路径42。 同时，从属耦合单元36将第一通信路径41连接至第二通信路径42。
在主要主机单元1邻近的从属单元3进行连结错误模式的同时，备用主 机单元2开始传送数据；备用主机单元2的连结错误模式是由主机耦合单元 23所起始，其决定第一通信路径41上的数据传输因为主要主机单元1的失 效而暂停。主机耦合单元23接着开启发射机单元TX22与接收单元RX 21 之间的短路，并通过控制线路25而开启中央控制单元24以及发射机单元TX 22与接收单元RX 21之间的传导连接。
控制单元24决定控制线路25的开启，接着通过发射机单元TX 22与第 二终端222而输出其已产生的数据封包，以自动开始传送至第二通信路径42上。在第二通信路径上42,数据封包接着连续运行通过连接于其上的所有从 属单元3，数据封包已经到达处于连接错误模式且与失效主要主机单元1相 邻的从属单元3时，其将藉由从属耦合单元36于从属单元3中产生的短路而 从第二通信路径42而被重新引导至第一通信路径41，从而，数据封包运行 通过在反向上处于连结错误模式的从属单元3所包含的处理单元35。数据封 包接着从处于连结错误模式的从属单元3前送至第一通信路径41上数据传输 方向中的相邻从属单元3，并从该处前送至下一个从属单元3，直到所述数据 封包通过终端221反馈回到备用主机单元2的接收单元RX21为止，其通过 控制线路25而将接收到的数据封包前送至控制单元24进行评估。经重组的 数据传输路径标示于第一 B途中，且数据传输的方向是由箭头加以标示。
包括从属耦合单元的单一从属单元的替代例也可以是所有的从属单元都 包括这种从属耦合单元。在发生连结错误时(亦即当从属单元之间的传输路 径中断及/或当从属单元失效时)，相邻的从属单元会关闭连结错误邻近的个 别接口，并将第一通信路径41连接至第二通信路径42。数据传输接着以两 个部分进行，由主要主机单元1提供一侧的从属单元3直到连结错误邻近的 从属单元数据封包，而另一方面，在连结错误的另一数据传输侧，是由备用 主机单元2进行传送与接收。因此，不只是在主要主机单元失效时可维持数 据传输，也可以在发生连结错误时使用两个主机单元来重组数据传输路径。
图2说明了本发明第二实施方式中具有主从式结构的通信系统的示意 图，其于主要主机失效时进行重组操作。在图2的简化图式中，相同的组件 符号用来表示与图1的实施方式相同的组件，主要主机单元1以及从属单元 3的设计与图1中所呈现的单元相应；除了图1所示的组件之外，备用主机 单元200包括一第三终端223，其具有第二发射机单元TX 26、切换于控制 单元24的控制线路250、接收单元RX21、第一发射机单元TX 22与第二发 射机单元TX 26之间的主机耦合单元230。第二发射机单元TX 26通过分离 的一第三主机通信路径43而连接至主要主机单元1的接收单元RX 12。
图2A说明了在主要主机单元1数据传输期间的正常模式，而图2B说明 了当主要主机单元1失效时的重组模式以及由备用主机单元200实行的传输。 在无故障正常模式中，如图2A所示，数据传输是从主要主机单元的发射机 单元TX ll开始、通过第一从属通信路径41而进行，数据运行通过串行连接的所有从属单元3及其处理单元35，数据封包接着从最后一个从属单元、 通过第一终端221而前送至备用主机单元200的接收单元RX 21 。在正常模 式中，备用主机单元的主机耦合单元230己经将接收单元RX21连接至第二 发射机单元TX26，因此数据封包是由第二发射机单元TX 26、通过第三终 端223以及第三主机通信传导43而反馈至主要主机单元1的第二终端112 与接收单元RX12。
第二从属通信路径42并不用于正常模式，且仅作为连结错误时(特别是 当主要主机单元1失效时)的备用通信路径，如图2B所示。
在图2B所示的数据传输路径重组期间(其开始于主要主机单元1失效 时)，在主要主机单元1邻近的从属单元3以如图1所示的简单方式将接口 0 连接至主要主机单元l。此外，从属单元3的从属耦合单元36将第一通信路 径41连接至第二通信路径42;同时，备用主机单元200的主机耦合单元230 会建立中央控制单元24与第一发射机单元TX22及第一接收单元RX 21的连 接，中断正常模式中存在于第一接收单元RX 21与第二发射机单元TX26之 间的连接，并将第三终端223与第三主机通信路径43连接。
备用主机单元200的传送操作是以与图1B中所述的传送操作类似的方 式进行，其中数据封包从备用主机单元200、通过第二通信路径42而开始前 送，直到与主要主机单元1邻近的从属单元3，然后通过第一通信路径41而 反馈至备用主机单元200的接收单元RX21。
此外，如图l中的实施方式所示，为了能够在发生连结错误时进行附加 重组模式，如果需要的话，不只是与主要主机单元相邻的第一从属单元3、 而是连其它的从属单元3都包括从属耦合单元36。接着可进行双边处理的数 据传输，在一侧上的从属单元3直到连结错误邻近的从属单元3都由主要主 机单元l提供数据封包，而在连结错误的另一数据传输侧上，是由备用主机 单元200进行传送与接收。因此，不只是在主要主机单元失效时可维持数据 传输，也可以在发生连结错误时使用两个主机单元来重组数据传输路径。
图3是根据本发明第三实施方式中具故障容限的主从式通信系统的简化 图；图3A说明正常操作，而图3B说明当主要主机单元失效时的重组模式。 在图3A与图3B中，相同的组件符号同样用来表示与图1及图2的实施方式 相同的组件。通信系统包括一主要主机单元IIO，其接收单元RX12通过第二终端112而连接至一第一主机通信路径43，且其接收机单元TX 11通过终 端111而连接至第二主机通信路径44;此外，还具有第二发射机单元TX 16 与第二接收单元RX 15，第二发射机单元TX16通过一第三终端114而连接 至第一通信路径，而第二接收单元RX 15通过一第四终端113而与第二通信 路径42连接。
主机耦合单元130在第一发射机单元TX11、第一接收单元RX12、第二 发射机单元TX 16与第二接收单元RX 15以及主要主机单元110的控制单元 13之间切换，其根据个别操作模式(亦即正常模式与重组模式)而切换于中 央控制单元13与发射机及/或接收单元之间的控制线路上。
备用主机单元210是以相对于主要主机单元对称方式加以设计，类似于 图3中所示的实施方式，包括两个发射机单元TX22、 TX26，其通过第一终 端222与第三终端223而连接至第二通信路径42及/或第一主机通信路径43 上。与通过第二终端221而连接至第一通信路径41的接收单元RX 21不同 者，其具有通过第四终端224而连接至第二主机通信路径44的另一第二接收 单元RX27。在备用主机单元210中，主机耦合单元231切换于控制单元24 与发射机及/或接收单元RX21、 TX22、 TX26、 RX27之间，主机耦合单元 231根据操作模式(亦即正常模式与重组模式)而开启中央控制单元24与发 射机及/或接收单元之间的控制线路251 。
在本文中，从属单元是以与图l及图2所示的从属单元类似的方式加以 设计，其包括接口 O与接口 1，分别包括发射机单元与接收单元的组合。然 而，在与主要主机单元110相邻的从属单元3中，可于此连接中省略于接口 0中连接第一接收单元RX31与第二发射机单元TX 34的耦合单元。
图3A说明了主从式通信系统中的无故障正常模式，其数据传输的方向 是由箭头加以表示，分别标明了用于数据传输的传导与传输路径。在主从式 通信系统的无故障正常模式中，数据封包是通过主机耦合单元130而从主要 主机单元110的中央控制单元13前送至第一发射机单元TX 11，其输出数据 封包至第二主机通信路径44上。接着由连接至所述第二主机通信路径44、 且藉由主机耦合单元321使控制线路251短路而耦合至第一发射机单元TX 22的备用主机单元210的第二接收单元RX 27接收电报，发射机单元TX 22 通过第二通信路径42而将数据封包输出至与其连接的从属单元N。接着数据封包被围串行连接至第二通信路径42的所有从属单元中，并从 主要主机单元110邻近的从属单元3传递至主要主机单元110的第二接收单 元RX15。在正常模式中，主要主机单元110中的主机耦合单元130连接第 二接收单元RX 15与第二发射机单元TX 16，其接着将接收到的数据封包输 出至第一通信路径41上。数据封包接着再次循环通过串行连接至第一通信路 径41的所有从属单元，循环中的数据封包是由配置在数据路径中的个别处理 单元35进行处理。从最后一个从属单元N开始，数据封包接着反馈至备用 主机单元210的第一接收单元RX 21，其通过主机耦合单元231而与第二发 射机单元TX 26短路。第二发射机单元TX 26接着通过第一主机通信路径43 而将数据封包传送回主要主机单元110的第一接收单元RX 12，其将数据封 包前送至控制单元13以进行评估。
当主要主机单元失效时，主从式通信单元便切换至图3B所示的连结错 误模式。备用主机单元210中的主机耦合单元231决定第二主机通信路径44 上从主要主机单元110的数据传输暂停，定开启第一接收单元RX21与第二 发射机单元TX 26及/或第二接收单元RX 27与第一发射机单元TX 22之间 的短路。备用主机单元210的控制单元决定短路的开启，并自动开始将中央 控制单元24产生的数据封包通过第一发射机单元TX 22与第二终端222而 输出至第二通信路径42上以进行传输。数据封包接着以类似于正常模式的方 式循环通过连接至第二通信路径42与主要主机单元的从属单元，主要主机单 元通过耦合单元130而使第一与第二通信路径短路。接着，备用主机单元210 的第一接收单元RX 21接收由从属单元于其反向上通过第一通信路径41所 连续处理的数据封包，并将其前送至控制单元24以进行评估。
藉由图3所示的实施方式，可将主要主机单元与备用主机单元设计为一 致。然而，作为一替代例，也可以在主要主机单元中省略耦合单元与包括第 二发射机单元TX16及第二接收单元RX15的第二接口；在此例中，必须通 过一附加耦合单元36而将数据封包从第二通信路径42反馈至主机单元前的 最后一个从属单元3中的第一通信路径41。
若非主要主机单元失效、而是从属单元之间的数据通信线路中断及/或从 属单元已经失效且从属单元包括第一与第二通信路径之间的个别耦合单元 时，也可以两个部分来进行数据传输，在连结错误一侧的从属单元是由主要主机单元iio提供数据封包，而在连结错误另一数据传输侧上则由备用主机 单元210传送数据封包。主要主机单元110藉以通过第二发射机单元TX 16 进行传送，并通过第二接收单元RX15进行接收，其由耦合单元130切换至 控制单元13。在备用主机单元210中，第一发射机单元TX22通过由耦合单 元231连接至中央控制单元24的第一接收单元RX 21 、发射机单元TX22与 接收单元RX21而进行传送及接收；因此图3所示的实施方式可于主从式通 信系统中允许最大的故障容限。
权利要求
1.一种通信系统，其特征在于，所述通信系统包括第一与第二主机单元(1，2，200，110，210)与至少一从属单元(3)，所述第一与第二主机单元和所述至少一从属单元通过双重传导结构(4，41，42，43，44)而彼此连接，所述第一与第二主机单元(1，2，200，110，210)各包括通过第一终端(111，222)连接至所述双重传导结构(4，41，42，43，44)以传送数据信号的发射机单元(11，22)、通过第二终端(112，221)连接至所述双重传导器结构(4，41，42，43，44)以接收数据信号的接收单元(12，21)、以及控制单元(13，24)，所述控制单元与所述发射机单元和所述接收单元连接以传送数据信号；所述第二主机单元(2，200，210)还包括主机耦合单元(23，230，231)，其连接于所述控制单元(24)、所述接收单元(21)与所述发射机单元(22)之间，以使所述控制单元(24)在第一操作模式中在从所述双重传导结构(4，41，42，43，44)上的所述第一主机单元(1，110)接收到数据信号时与所述接收单元(21)及所述发射机单元(22)分离，并使所述控制单元(24)在第二操作模式中在从所述双重传导结构(4，41，42，43，44)上的所述第一主机单元(1，110)接收数据信号中断时与所述接收单元(21)及所述发射机单元(22)连接，以进行所述双重传导结构(4，41，42，43，44)的数据传输。
2.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述从属单元包括从属耦合单元(36)以及第一、第二、第三与第四 终端(31、 32、 33、 34);所述从属单元的第一终端(31)连接至所述第一主机单元(1)的发射 机单元(11)，且所述从属单元的第二终端(32)通过所述双重传导结构 (4)的第一通信路径(41)而连接至所述第二主机单元(2)的接收单元 (21)，所述从属单元(3)的第三终端(33)连接至所述第二主机单元(2) 的发射机单元(22)，且所述从属单元(3)的第四终端(34)通过所述双重传导结构(4)的第二通信路径(42)而连接至所述第一主机单元(1) 的接收单元(12);在第一操作模式中，所述第二主机单元(2)的主机耦合单元(23)使 连接至所述发射机单元(22)的所述第一终端(222)以及连接至所述第 二主机单元的接收单元(21)的所述第二终端(221)短路，以及在第二操作模式中，所述从属单元(3)的从属耦合单元(36)使所述 从属单元的第一终端(31)与所述从属单元的第四终端(34)短路，且所 述第二主机单元(2)的主机耦合单元(23)开启所述第二主机单元的第 一及第二终端(221， 222)的短路，以供数据于所述第一与第二通信路径 (41， 42)上传输，并使所述控制单元(24)连接至所述发射机单元(22) 与所述接收单元(21)。
3.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述从属单元(3)包括从属耦合单元(36)以及第一、第二与第三终 端(31、 32、 33);从而，所述从属单元(3)的第一终端(31)连接至所述第一主机单元 (1)的发射机单元(11)，且所述从属单元(3)的第二终端(32)通过 所述双重传导结构(4)的第一通信路径(41)而连接至所述第二主机单 元(200)的接收单元(21)，所述从属单元(3)的第三终端(32)通过 所述双重传导结构(4)的第二通信路径(42)而连接至所述第二主机单 元(200)的发射机单元(22)，且所述第二主机单元(200)的第三终端 (223)通过所述双重传导结构(4)的第三通信路径(43)而连接至所述 第一主机单元(1)的接收单元(12);在第一操作模式中，所述第二主机单元(200)的主机耦合单元(230) 使连接至所述接收单元(21)的所述第二终端(221)以及所述第二主机 单元(200)的第三终端(223)短路，以及在第二操作模式中，所述从属单元(3)的从属耦合单元(36)使所述 从属单元的第一终端(31)与所述从属单元的第四终端(34)短路，且所 述第二主机单元(200)的主机耦合单元(23 )开启所述第二主机单元(200) 的第二及第三终端(221 ， 223)的短路以用于所述第一与第二通信路径(41 ，42)上的数据传输，并使所述控制单元(24)连接至所述发射机单元(22) 与所述接收单元(21)。
4. 根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述从属单元(3)包括第一与第二终端(32， 33);所述从属单元(3)的第一终端(32)通过所述双重传导结构(4)的 第一通信路径(41)而连接至所述第二主机单元(210)的接收单元(21)， 所述从属单元(3)的第二终端(33)通过所述双重传导结构(4)的第二 通信路径(42)而连接至所述第二主机单元(210)的发射机单元(22)， 所述第二主机单元(200)的第三终端(223)通过所述双重传导结构(4) 的第三通信路径(43)而连接至所述第一主机单元(1)的接收单元(12)， 且所述第二主机单元(200)的第四终端(224)通过所述双重传导结构(4) 的第四通信路径(44)而连接至所述第一主机单元(1)的发射机单元(11);在第一操作模式中，所述第二主机单元(210)的主机耦合单元(23) 分别使连接至所述发射机单元(22)的所述第一终端(222)与所述第二 主机单元的第四终端(224)、以及连接至所述接收单元(21)的第二终端 (221)与所述第二主机单元(210)的第三终端(223)短路，以及在第二操作模式中，所述第二主机单元(210)的主机耦合单元(231) 开启所述第二主机单元(210)的第一及第四终端(221， 223)的短路以 及所述第二主机单元的第二与第三终端(222， 224)的短路以用于所述第 一与第二通信路径(41， 42)上的数据传输，并使所述控制单元(24)连 接至所述发射机单元(22)与所述接收单元(21)。
5. 根据权利要求4所述的通信系统，其特征在于，所述从属单元(3)包括第三与第四终端(31， 34);所述从属单元(3)的第三终端(31)通过所述双重传导结构(4)的 第一通信路径(41)而与所述第一主机单元(1)的第三终端(114)连接， 且所述从属单元(3)的第四终端(34)通过所述双重传导结构(4)的第 二通信路径(42)而与所述第一主机单元(1)的第四终端(113)连接， 以及所述第一主机单元(110)还包括主机耦合单元(130)以使所述第一 主机单元(1)的第三与第四终端(113， 114)短路。
6. 根据权利要求1至5中任一所述的通信系统，其特征在于，所述第二主机 单元(2， 200， 210)被配置以决定所述第一主机单元(1)的传送操作故 障，并触发所述第二操作模式。
7. —种主机单元(2， 230， 231)，其特征在于，包括发射机单元(22)，用于传送数据信号，所述发射机通过第一终端(222) 而连接至第一通信路径(42);接收单元(21)，用于接收数据信号，所述接收单元通过第二终端(221) 而连接至另一通信路径(41);控制单元(24)，用于传送数据信号；以及主机耦合单元(23， 230， 231)，其连接于所述控制单元(24)、所述 发射机单元(21)与所述接收单元(22)之间，以于第一操作模式中使所 述控制单元(24)与所述接收单元(21)及所述发射机单元(22)分离， 并于第二操作模式中使所述控制单元(24)与所述接收单元(21)及所述 发射机单元(22)连接，以于所述两个通信路径(41， 42)上进行数据传 输。
8. 根据权利要求7所述的主机单元，其特征在于，所述主机耦合单元(23) 在第一操作模式中使连接至所述发射机单元(22)的第一终端(222)与 连接至所述接收单元(21)的第二终端(221)短路，并在所述第二操作 模式中开启所述第一与第二终端(221， 222)的短路。
9. 根据权利要求7所述的主机单元，其特征在于，包括第三终端(223)，所 述第三终端(223)连接至第三通信路径(43);所述主机耦合单元(230)在第一操作模式中使连接至所述接收单元 (21)的第二终端(221)与所述第三终端(223)短路，并于所述第二操 作模式中开启所述第二与第三终端(221， 223)的短路。
10. 根据权利要求7所述的主机单元，其特征在于，包括连接至第三通信路径(43)的第三终端(223)与连接至第四通信路径(44)的第四终端； 所述主机耦合单元(231)在所述第一操作模式中短路所述的第二与第 三终端(221， 223)以及所述的第一与第四终端(222， 224)，并在所述 第二操作模式中开启所述第二与第三终端(221， 223)以及所述第一与第 四终端(222， 224)的短路。
11. 根据权利要求7至10中任一所述的主机单元，其特征在于，该主机单元 被配置用于决定另一主机单元的传送模式故障，以从所述第一操作模式切 换至所述第二操作模式。
全文摘要
在通信系统中，第一与第二主机单元以及至少一从属单元通过双重传导结构而互相连接，所述第二主机单元具有主机耦合装置，其连接于控制单元、接收机单元与发射机单元之间，从而，当接收到第一主机的数据信号时，于第一操作模式在所述双重传导结构上使所述控制单元与所述接收机单元及所述发射机单元分离，且当第一主机的数据信号接收中断时，于第二操作模式在所述双重传导结构上使所述控制单元连接至所述接收机单元与所述发射机单元，从而进行所述双重传导结构的数据传输。
文档编号H04L12/403GK101542981SQ200780043326
公开日2009年9月23日 申请日期2007年11月26日 优先权日2006年11月27日
发明者卡尔·伟伯, 霍格尔·布特勒 申请人:德商倍福自动化有限公司