通信网络中的争用冲突的检测和避免冲突的装置的制作方法

专利名称:通信网络中的争用冲突的检测和避免冲突的装置的制作方法
本发明是1985年7月9日递交的申请号为753183的美国专利申请的接续部分。
本发明涉及到多个发送-接收站通过一种传输媒介在网中进行相互通信的同步数字通信网络。
人们已经开发了多种技术，来监测这种网路上的通信业务，调节以这种方式进行通信的各站的消息发送，以便避免对传输媒介的争用冲突。
本发明的总的特征是关于网络的许多个站同时开始发送时对消息发送进行调节控制的一种技术，其中，要对整个网络建立时钟周期脉冲;在每一消息中包含有一个数字脉冲序列，並以每个时钟周期一个数字的速率发送到传输媒介中;由多个站同时开始发送的各个消息所包含的各数字脉冲序列是以相同的时钟周期时序发送的;在任何一个时钟周期中，当在消息序列中正发出一个不同数字的站检测到在传输媒介中已存在有一个选通的数字时，则该站根据这种检测结果中止其消息的发送。
最佳实施方案包括以下特点将那个不同的数字编码为一个无能量的时钟周期，而将已选通的数字编码为一个有能量的时钟周期，並且，每个站在每个时钟周期内对传输媒介上的能量进行探测，在探测期间，每个站在发送脉冲序列时不发送能量。这些消息中包含有以每个时钟周期一个数字的速率发送的数字(如二进制)。该脉冲序列是唯一的(即开始发送那个消息的站的源地址)。将二进制值变换为由脉冲来表示的一个二进制电平的格式，在一个时钟周期中，这个二进制电平具有一个从低到高，而后又在该时钟周期的某段时间内从高到低的载频信号的跃变，另一个二进制电平由在整个时钟周期中保持为低电平的载频信号来代表。该脉冲作为一个RF射频能量的脉冲串来发送，而当载频信号保持在低电平的时钟周期中，关闭发送机。除了当时正试图发送的站以外，在每个站中，可以根据从网中所接收到的消息导出时钟周期。
最佳实施方案还包括有以下特点在每一消息中所包含的脉冲序列值表征了该消息的一个预先确定的相对优先级，至少脉冲序列的一部分对于某个站是唯一的，並代表该站所发出的消息的一个预先确定的相对优先级，各个消息都被分成具有不同优先级的多个等级，並且该脉冲序列包含有两个部分其中第一部分对于该站是唯一的;而第二部分对于该站不是唯一的，同时表征了该消息的优先级。上述第二部分包含有用以表明该消息的优先级的一段标志;还包含有在至少一个优先级中表明各消息的次优先级的第二段标志。各次优先级是动态地分配的。
对于从多个站同时开始的发送进行检测，然而，除了一个站外，使所有的其余各站停止发送，而不丢失信息。只要发送以足够高的频度不断进行，便可以保持网络中各站的同步。采用优先级的方法可使网络带宽得到有效的利用。
根据以下对最佳实施方案的描述，本发明的其他优点和特点将是很明显的。
我们首先介绍本发明的附图。
图1是通信网络的一个示意图。
图2是网络中一个收发站的方框图。
图3和图4是每个站运行工作的时间图。
图5是一个消息组的毕特流序列图。
图6和图7是关于消息组间发生冲突的前导部分的实例。
参照图1，网络10由许多个发送-接收站12组成，各发送站-接收站经由天线14，通过射频传输媒介进行互相之间的通信。
参照图2，每个站12具有一个一般的数据终端16，该数据终端16经由控制计算机17，通过系统总线20给一般的通用同步接收机/发送机18(“USRT”，Motorola 6854 ADLC)传送信息和指令。USRT18通过脉冲发生器22(它将信号的码型格式由IBM不归零制“NRZI”的波形24变换为2μs的脉冲26，下面还要进行更详细的描述)和射频单元30将消息(作为消息组的方式)传送到天线14。由天线接收下来的信号，通过射频单元30和波形变换发生器40(用以将码型格式从脉冲42变换为“NRZT”制)传送到USRT18。
脉冲42还置位禁止锁存器50，当置位后，锁存器50使“与”门56的一个输入端保持低电平，通过“与”门56使USRT18的清除发送(“CTS”)输入端保持低电平，禁止从USRT的发送。USRT18的请求发送(“RTS”)输出端和“与”门56的另一输入端相连，因此当使锁存器50复位后(复位是借助于USRT18的数据终端准备就绪“DTR”输出端经由一个反相器58而完成的)，则USRT18的请求发送“RTS”输出端能够使“CTS”升为高电平。
时钟电路70为USTR18产生规定时钟脉冲的位持续期，同时时钟电路还包含有一个锁相环，用以使时钟脉冲与所接收到的脉冲42同步。为了将接收到的脉冲42送到时钟电路70的锁相环的一端，把脉冲42送入“与”门72的一个输入端，而将“与”门72的另一个输入端经由反相器74与“RTS”输出端相连，因此，除了当“RTS”处于高电平以外，“与”门72的输出端会给锁相环提供一个同步的脉冲序列。
通过二极管80和变换发生器40还把发送的出站消息脉冲送到USRT18的接收输入端“RCV”(当USRT发送每一个消息的第一部分时，USRT18的接收输入端始终保持有效状态)。二极管80可以防止所接收到的脉冲42进入脉冲发生器22的输出端，二极管82的功能则是使所要发送的脉冲26不进入射频单元30的输出端。
图3表示NRZI和脉冲码型格式之间的关系。相继的位持续时间100(等效于各时钟周期)表示在水平时间轴上。在NRZT码型格式中，信号电平由高到低的跳变(如在二进制值为0的位持续时间中，在102处)或由低向高的跳变(如在104处)发生，否则就保持与前面一位持续时间相同的电平。在脉冲码型格式中，通过脉冲发生器22将每一NRZT制的电平跳变，即每一0值的二进制值变换为脉宽为2μs的脉冲26。在位持续时间内没有跳变时，即其值为1的二进制值，用在一位持续时间始终保持低电平的信号电平来表示。类似于这一过程，变换发生器40将所接收到的脉冲42(图2)变换为NRZI制的跳变信号。脉冲26和脉冲42分别出现在它们的各自一位持续时间100的起始时刻，它们的每一位持续时间均为10μs，所以有8μs的时间使回波消失。
天线14和射频单元将脉冲变换为具有射频能量的2μs脉冲序列，而在与发送相反的接收过程中，通过天线14和射频单元进行相反的交换，在没有脉冲26、42时，相应于在一位持续期间内没有射频能量。在任一射频单元30不发送射频能量的位持续期间中，允许射频单元的接收部分工作，能够接收网络中的任一输入射频脉冲;而当射频单元30正在发送一个脉冲时，则不允许它的接收机工作。
将站12按下列方式安排即在每一要发送的消息组内包含有一个前导部分，该前导部分又包括一个唯一的八位源地址字节，以便使网络中的每一消息都具有一个该消息始发站的唯一前导地址。这种源地址的两个实例示于图4。源地址字节可以是从00000001到01111111的任一二进制数。
参照图5，在前导106内，在源地址字节108前面，有一个八位的优先级和信道字节110，而在优先级和信道字节的前面又有一个标准的八位标志字节112(01111110)，这一标志字节指示该消息组的起始点。在源地址字节108之后是数据114。
在优先级和信道字节110中，两个最低有效位用作优先级位116，六个最高有效位用作信道位118。但应当指出，两个最低有效位实际上是先发出的。
优先级位116根据其内容确定消息的优先级如下第1位 第0位 说明0 0 短虚拟线路数据组0 1 长虚拟线路数据组1 0 所有的虚拟线路控制组1 1 所有的数据报数据和控制组对于给定的一个站而言，优先级的指定並不是唯一的。对于在要求响应快的所谓虚拟线路上传送消息，要指定较高的优先级，例如，在主机处的编辑软件必须立即返回在用户处一个终端所输入的字符。短虚拟线路数据组要得到最高的优先级。在所谓数据报信道上传送的消息(及有关的控制信息)，则具有最低的优先级。
再参照图5，信道位118确定各数据报信道的地址，並可以取从000001到111111的任一个二进制值。一个数据报信道的地址要在一个站接入网络时进行指定;各信道由软件根据信道的可用性动态地予以指定。应当指出数据报信道地址对一个站来说不一定是唯一的。
当优先级位不是11，即消息不是一个数据报时，各数据报信道位都要置0。
下面描述一下工作过程。
当数据终端16要发送一个消息时，它要通知USRT18，以便建立“RTS”。如果由于上一次对“DTR”的确定而接收到的一个脉冲尚没有使禁止锁存器50置位时，“RTS”的建立使时钟电路70的同步中止工作，也会导致“CTS”的确立(也就是说，前一段过程中没有发生传输冲突)。每当完成一个消息的接收或判定一个所收到的脉冲是杂音以后，“DTR”便会瞬时立即建立，以便使禁止锁存器复位。这时USRT向数据终端16指示已经建立“CTS”，数据终端16便将消息传送给USRT18，USRT18又把消息传送给天线14，传送的消息包含有发送站的唯一的源地址及优先级和信道字节110。当消息从脉冲发生器22输出时，它也通过二极管80和变换发生器40传到USRT18的接收输入端，在USRT中将消息记录下来，用以予测可能的消息争用冲突。天线14发送与输出消息脉冲相对应的具有射频能量的脉冲序列。
假定上面所描述的那个站具有在图4上半部分所示的源地址，那么发送这个源地址时，在前两位的持续时间中，会将具有射频能量的脉冲序列发送出去;那个站中射频单元30的接收机部分则在这两个位持续时间中停止工作，以便防止该站接收它自己的发送信号。在第三位和第四位的持续期间，不发送能量，並启动射频单元30的接收机部分，如此等等。
如果第二站具有图4下半部分所示的源地址，(而且具有与第一站相同的优先级和信道字节110)第二站在第一站发送的情况下，同时开始发送一个消息组，则要进行如下的争用检测。
在(a)条件即那些优先级和信道字节均为0及(b)条件即源地址的位持续期的前两位为0的情况下，第一站不接收第二站发送的脉冲序列，因为它的射频单元30的接收机部分是中止工作的。
在源地址的第三位持续期间，由于两个站都不发送相应的脉冲，所以，尽管第一个站的射频单元的接收机部分是处于启动工作状态，但它也检测不到任何射频消息的能量。
在源地址的第四位持续期间，只有第二站发送脉冲，此时第一站的接收机部分正处于启动工作状态，因而检测到从第二站发出的具有射频能量的射频脉冲序列，从而产生一个脉冲42，脉冲42置位禁止锁存器50，同时由变换发生器40变换为一个NRZI制跳变信号。
置位禁止锁存器50迫使“CTS”变为低电平，从而使第一站中的URT18立即停止发送(而由第二站继续发送)。在USRT18的“RCV”输入端也会收到由变换发生器产生的NRZI制的跳变。因为曾经把从第一站发生的前三个输出脉冲记录下来，又因为这两个源地址中的前三位是相同的，所以，这时第一站的USRT可以保持输入消息中源地址的所有的前四位，因而决不会丢失信息。USRT18继续接收输入的消息，不断地将它组合成每字节八位的若干个字节，並把这些字节传送给数据终端16。在接收期间，USRT18既不建立“RTS”，也不确立“DTR”。当消息已经完全收到之后，数据终端16通知USRT18，立刻确立“DTR”，同时使禁止锁存器50复位，USRT18保持接收机工作的状态。这时，数据终端16可以再次试图进行曾被中止了的消息发送。
因此，对于两个站同时开始发送的情况便可以检测出来，並在不丢失信息的条件下，使两个发送中的一个中止发送。
关于一个站处于空间状态时所接收到的一个入站消息的处理过程，与一个站正在进行出站发送时所接收到的一个入站消息的处理过程是相同的。
每当出现两个争用冲突消息的优先级和信道字节相同的情况，则利用源地址来建立一个服务优先级，用以处理两个冲突争用的消息。争得优先权的那个消息，是其地址按时序最先得到一个0值位的那个消息，而在另一消息的源地址时序中，该位不为零。
当冲突消息的优先级和信道字节不相同时，则以同样的方式确定服务的优先级。
参照图6举例来说，如果A、B、C各站都同时发送消息组，各消息组包含有相同的优先级位(11)，並包含有指示信道的位和源地址字节，则服务的优先级由信道位来确定，並且站B争得优先权(因为它具有在任一其余消息组中所没有的最先出现的0值位120)。
参照图7又举了一例，这里站D和站E发送的是短虚拟线路数据组，而站F发送的是长虚拟线路数据组，位(122)一经到来后，由于F站的消息具有低一级的优先级，因而这个消息会被取消。至于D站和E站消息之间，优先级要由源地址来控制，D站会在位(124)到来后争得优先权。
采用优先级位确定优先权的方法，可以提高频带的利用率。
当消息的接收完成后，接收站的时钟与发送站的时钟是同相的，並且接受站的USRT与发送站的USRT是按字节同步的。网络中的其他各站也都分别是时钟同步和字节同步的，这是因为它们都已收到同样的消息(但如果消息不是对它们寻址的，它们就会把消息丢弃不管)。因为各站的时钟都具有精度良好的晶体，所以各站之间的同步可以持续几个字节的一段退化周期。只要经常不断地有发送，就能保持各站之间的同步。检测同时开始发送的消息冲突所需要的时间是很短的，因此，在冲突中没有争得优先权的各站中，时钟漂移是在允许的范围之内。
为了使所收到的只代表噪声的那些脉冲不致阻断站12的发送，当USRT确立“RTS”时，USRT要等待接受由正建立的CTS发出的中断，或者当运行一段预定的时间之后，接受一种暂停操作的中断。如果确立CTS，便进行发送，如果发生暂停操作的中断，则USRT一面立即确立“DTR”，以便复位禁止锁存器，一面继续等待，直至接收到一个消息或发生第二个暂停中断为止，(当收到一个消息时，表明另一个站正在发送)，第二个暂停中断则表明曾使禁止锁存器置位的是收到的噪声脉冲，而不是一个消息脉冲。此时，可以试着重新进行发送。
其它未叙述到的与本发明有关的实施例也属于本发明的范围之中。
权利要求
1.在具有多个通信站，每个站具有连接传输媒介的发送机和接收机的同步数字数据通信网中，用于管理由多个站同时开始的消息发送的装置，包括有时钟装置，用于确定上述网络的时钟周期，编码装置，用于使每一消息中包含多个数字的一个脉冲序列，並以每个时钟周期一个数字的速率将每一序列发送到所说的传输媒介，定时装置，用于使由多个站同时发送的多个消息中的上述脉冲序列，以与时钟周期相同的时序进行发送，监测装置，在一个站正在发送消息序列中的一个不同的数字值的任何一个时钟周期中，用于检测在传输媒介上一个选通的数字值的存在，争用冲突的管理控制装置，用于当检测到冲突时，由所说的通信站中止上述消息的发送。
2.在权利要求
1的网络中，其中所述编码装置将所说的不同数字编码为一个无能量的时钟周期，而将所说的选通的数字编码为一个有能量的时钟周期，上述监测装置使每一个所说的站的接收机在所说的站在上述脉冲序列发送中不送出能量的每个时钟周期中不断探测所说的传输媒介上的能量。
3.在权利要求
1的网络中，其中所说的消息包含有一系列的数字，这里所说的各数字是以每个时钟周期一个数字的速率进行发送的。
4.在权利要求
1的网络中，其中所说的脉冲序列对于开始发送每个所说的消息的站是唯一的。
5.在权利要求
4的网络中，其中所说的脉冲序列包含有所说的始发站的一个源地址。
6.在权利要求
1的网络中，其中所说的数字是二进制值。
7.在权利要求
6的网络中，其中所说的编码装置进一步包括有用以将所说的二进制值变换为一种格式的装置，在这种格式中一个二进制电平在所说的时钟周期中由一个脉冲来表示，所说的脉冲在所说的时钟周期的某段时间中包含有一个其电平由低到高，又由高到低的载频信号电平跳变，而另一个二进制电平由一个在整个时钟周期中都保持低电平的所说的载频信号来表示。
8.在权利要求
7的网络中，其中所说的编码装置进一步又包括有用于以射频能量的一个脉冲序列发送所说的脉冲的装置，以及当所说的载频信号电平保持为低电平时，用于关断所说的收发信机的发信机的装置。
9.在权利要求
1的网络中，其中所说的时钟装置包括在每个所说的站用于根据从网络中所接收到的消息导出所说的时钟周期(当所说的站正在进行发送时例外)的装置。
10.在本发明的权利要求
1中，其中所述消息中所包含的数字脉冲序列可以指示出上述消息的一个预先确定的相对优先级。
11.在本发明的权利要求
10中，其中至少所述脉冲序列的一部分对于所说的站是唯一的，並代表由所说的站发送的消息的预先确定的相对优先级。
12.在本发明的权利要求
10中，其中所说的各个消息被分为具有不同优先级的多个类别，上述脉冲序列包括两个部分，第一部分对所说的站是唯一的，第二部分对所说的站不是唯一的，第二部分指示所述消息的优先级类别。
13.在本发明的权利要求
12中，其中上述第二部分包括指示优先级类别的第一段和在上述各优先级类别的至少一个中表示上述消息的次优先级的第二段。
14.在本发明的权利要求
13中，其中所说的次优先级是动态分配的。
专利摘要
这是对通信网的多站同时开始消息发送的一种管理技术。对整个网建立时钟周期，每一消息包含一个数字脉冲序列，以每个时钟周期一个数字的速率向传输媒介发送。多站同时发送的消息中的脉冲序列是以与时钟周期相同的序列发送的。在一个站正准备发送消息序列中的一个不同数字的任一时钟周期中，检测选通的数字在传输媒介中的存在。根据该检测结果，中止该站的消息发送，但并不破坏其他站的消息传送。
文档编号H04L12/407GK86104678SQ86104678
公开日1987年3月4日 申请日期1986年7月8日
发明者阿莱克桑德·赫曼, 罗伯特·林·史密斯 申请人:科迪克斯公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan