192483. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és kapcsolási elrendezés közösen használt nagykiterjedésű jelátviteli csatornából és az arra csatlakozó több adó-vevő állomásból álló hálózaton létrejövő ütközések gyors kijelzésére
1 192 483 2 Különböző digitális berendezések összekapcsolásának a műszaki gyakorlatban ismeretes korszerű megoldásainál a berendezések adó-vevő jelátviteli állomáson (transceiver) keresztül közös használatú jelátviteli csatornára kapcsolódnak. Az így kialakított 5 un. helyi (lokális) hálózat jelátviteli csatornája lehet például egy koaxiális kábel, amit mindkét végén hullámimpedanciával zárnak le. A kábel mentén elhelyezkedő digitális berendezéseket egy-egy adóvevő állomás (a továbbiakban: állomás) illeszti a 10 kábelra. Nagy ipari létesítmények, intézmények digitális berendezések alkotta automatizált technológiai irányítási, termelésirányítási, információs rendszereinek létrehozásánál gyakran 1 ... 2 km hosszúságú adatátviteli csatornára is szükség van. 15 A decentralizált vezérlésű rendszerekben az adatforgalmat központi vezérlés nem irányítja, azaz a rendszerbe kapcsolt állomások egyenrangúak és azonos módon használják a kommunikációt biztosító jelátviteli csatornát. A decentralizált rendszerekben 20 legelterjedtebben alkalmazott, a jelátviteli csatorna használatát biztosító ún. elérési algoritmus a CSMA/ CD eljárás, melynek legfontosabb eleme az átvitel érzékelése és az ütközés detektálása. Az üzenetek ütközése, azaz a különböző állomásoktól származó üze- 25 neteket reprezentáló adatjelek keveredése meghamisítja az azok által hordozott információt. Az állomások vevőrésze állandóan működik, és ha üzenetet észlel, akkor azt továbbítja a berendezés felé. Az üzenetek keveredésének megakadályozására, egymás zavara sá- 30 nak elkerülésére, égy állomás csak akkor kezdhet adni, ha másik állomás jelét nem érzékeli a csatornán. A véges jelterjedési idő azonban korlátozza ennek felismerését. Tegyük fel, hogy két állomás közel egyszerre, At időkülönbséggel kezd el adni. A kezdés 35 pillanatában egyik sem érzékeli a másik adását, ha közöttük a terjedési idő nagyobb At-nél. így létrejön az ütközés. Az ütközés nem előzhető meg, valószínűsége a csatorna igénybevételével együtt növekszik. A csatorna hatékony kihasználása érdekében gondos- 4C kodni kell az ütközés mielőbbi felismeréséről, és ilyenkor az adást minden adó állomásnak be kell szüntetni. Felismerésére az alábbi lehetőségek vannak: 1. A csatornán lévő jel információtartalmának vizsgálata nélkül, a jelet hordozó feszültség vagy áram át- 45 lagértékének (vagy csúcsértékének) megnövekedéséből lehet következtetni két adás egyidejűségére. Ezt a módszert használja az „Ethernet” hálózat. (Ismertetése megjelent a Microprocessors and Microsystems c. folyóiratban Vol 6 No 8 October 1982 pp.: 405 ... 50 412.) A módszer hátránya, hogy jól meghatározott jelamplitudót feltételez, ami nagytávolságú átvitelnél a csatorna torzítása és csillapítása miatt a távoli adó jelére nem teljesül. További hátrány jelentkezik, ha az ütközést az egyenáramú középérték figyelésével 55 detektálják, mert ilyenkor a csatornára olyan jelet kell adni, amelynek határozott egyenáramú komponense van. Ezt a jelformát azonban nem lehet elválasztó transzformátoron keresztül a csatornára (kábelra) adni, ami zavarvédelmi és biztonságtechni- 60 kai szempontból gyakran pl. ipari, egészségügyi rendszerekben hátrányos. 2. A csatornán lévő jel hullámformájának figyelésével is megállapítható ha két adás szuperponálódik. Ehhez azonban lényegesen bonyolultabb vevő-áramkör 65 szükséges mint amilyen egyetlen adó jelének dekódolásához kellene, ugyanis a szuperponálódó jelek tetszőleges fázishelyzetben különböző amplitúdóval és különböző mértékben torzulva érkeznek a két különböző távolságban lévő adóból. 3. Az ütközés közvetlen (hardware) felismerésére nem képes vevők is használhatók a hálózatban, ha a vevőkben hatékony szoftver hibafelismerés van. Az ütközés következtében ugyanis hibás az információ dekódolása és ezt a szoftver ellenőrzés felismeri. Az ütközés így azonban csak az üzenet végén derül ki, ami a csatorna kihasználását rontja. Az előzőekben felsorolt módszerek alkalmazásával az ütközést a csatornán lévő minden állomás érzékelheti. A gyors és nagytávolságú átvitelnél is üzembiztos ütközésfelismerést azonban nem teszik lehetővé. Ennek illusztrálására szolgál az 1. ábra. Az la. ábrán egy közeli adó jelének egy (bipolárisan kódolt) bitje , látható, míg az. lb. ábra egy távoli adóból érkező, hasonló információtartalmú, de erősen csillapított és torzított jelet mutat. Amennyiben a közeli és távoli adó egyszerre működik, a vevő az le. ábrán látható hullámformát érzékeli. A vevőnek fel kellene ismerni, az egyedül érzékelő la. vagy lb. jelről, hogy mindkettő ugyanazt a hasznos információt hordozza, míg az le. jelről fel kell ismerni, hogy ütközés következménye. Erre a szokásos egyszerű dekódoló áramkörök nem képesek. A javasolt új megoldás ismertetése előtt tekintsük át az adó-vevő állomások szokásos felépítését. A 2. ábrán egy állomás szempontunkból igen érdekes része, a jelátviteli csatornával kapcsolatba kerülő adó és vevő áramköri egységei láthatók. Az állomás adó oldala az adni kívánt, digitálisan érkező információt (8 bemenet) az adó 6 kódoló egységében átalakítja a jelátviteli csatorná.i használt formára (pl. bipoláris impulzus, Manchester-kód stb.) A kódoló kimeneti jeléből a 4 adóerősítő előírt amplitúdójú és hullámformájú jelet hoz létre amit a 2 adócsatoló egység (pl. transzformátor vagy optikai csatoló) visz át az 1 jelátviteli csatornára. Az állomás vevő oldala folyamatosan működik, tehát a 3 vevő oldali csatoló egységen keresztül az. 5 vevőerősítő megkapja más adók és a saját adó, csatornára küldött jelét is. A felerősített kimeneti jelet a 7 dekódoló áramkör felismeri, és egy további feldolgozásra alkalmasabb digitális jelformává (pl. TTL jellé) alakítja. Ez a vevő oldal 9 kimeneti jele-A javasolt új megoldás szerint az ütközést mindig az éppen adást végző állomások ismerik fel. Ezt azzal tesszük lehetővé, hogy az állomás vevő oldali 7 dekódoló áramkörébe nem engedjük be a saját adásból vett jelet. Ehhez az állomásnak a jelátviteli csatorna felöli részét a 3. ábra szerint kell kiegészíteni. A 6 kódoló egység kimenetijeiével a 10 jélformáló egységet is vezéreljük. Ebben az egységben egyszerű kapcsoló áramkörökkel és RC szűrőkkel olyan hullámformát állítunk elő, mint amilyen hullámformájú a4adöerősítőn, a 2 adócsatolón, az 1 csatornán és a 3 vevőcsatolón keresztül átjutott és ezen egységek nem ideális átvitele következtében kissé torzult jel. így a 'küíönbségképzésnél a két jel kioltja egymást, tehát áz 5 vevőerősítő kimenetén nincs jel. Ennek megfelelően a vevő 7 dekódoló áramköre a saját adó működése esetén nem ad 9 kimeneti jelet. 2
