Procedimiento para el funcionamiento de una red con topología en anillo,

en donde la red presenta una estructura de anillo doble en sentido opuesto (150-153, 160-163) y cada participante (110, 120, 130, 140) de la red presenta una interfaz de entrada (112, 114, 122, 124, 132, 134, 142, 144) y una interfaz de salida (111, 113, 121, 123, 131, 133, 141, 143) para cada anillo (150-153, 160-163), en donde la conexión física (150-153, 160-163) entre dos participantes (110, 120, 130, 140) corresponde a un estándar de Ethernet con línea eléctrica de datos, caracterizado porque una conexión errónea (150 a 153, 160 a 163) entre dos participantes (110, 120, 130, 140) de la red es reconocida mediante la monitorización de una señal portadora, en donde para la monitorización de la señal portadora se utiliza la señal de indicación de falso portador, con lo que en el caso de fallo de un tramo de conexión, el mantenimiento del funcionamiento de la red es puesto a disposición a través de una desviación de datos realizada en correspondencia

Procedimiento para el funcionamiento de una red con topología en anillo.

La presente invención hace referencia a un procedimiento para el funcionamiento de una red con topología en anillo, a un dispositivo para ejecutar este procedimiento, así como a una red correspondiente.

Estado actual del arte

La importancia de las redes, o de los servicios de red, ha aumentado de forma constante en los últimos tiempos. Además del uso generalmente conocido, como plataforma de comunicación, por ejemplo Internet, también ha crecido en importancia el uso en el ámbito industrial, por ejemplo en sistemas de control y automatización configurados en red.

Especialmente en el campo de aplicación industrial es importante una conexión de red sin fallos y siempre disponible de cada uno de los participantes entre sí, para evitar problemas o incluso pérdidas de producción.

La conexión ininterrumpida de los participantes en el tiempo nunca puede ser garantizada, ya que siempre se pueden generar problemas dentro de la conexión, por ejemplo roturas de cable o similares.

Por ello, dentro de la técnica de redes existen diferentes procedimientos para reconocer problemas de conexión y finalmente solucionarlos.

El FDDI es un estándar de red que a menudo es utilizado para las, así llamadas, redes troncales (backbones). En general, para la transmisión se utilizan conductores de fibra óptica, es decir fibras de vidrio, que ofrecen la mejor protección posible contra fallas electromagnéticas. Para tramos de transmisión cortos, también se utilizan conductores de cobre más económicos que ofrecen la misma tasa de transmisión.

El FDDI es un estándar de red del Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI, por sus siglas en inglés: American National Standards Institute) cuya topología de red se encuentra conformada en forma de anillo. La mayoría de los parámetros son determinados en el ANSI X3T9.5, las partes han sido asumidas por la Organización Internacional para la Estandarización (ISO, International Organization for Standardization). La versión actual del estándar se encuentra establecida en el ANSI X3T12.

El estándar FDDI permite múltiples formas de ejecución de la topología de red, con lo que a continuación se describe, a modo de ejemplo, la estructura de anillo doble.

Una red FDDI con estructura de anillo doble presenta una anillo primario (p) y un anillo secundario (s). Cada participante posee una interfaz de entrada (E) o una entrada pE, sE y una interfaz de salida (A) o una salida pA, sA para cada anillo. Los anillos primario y secundario presentan direcciones de transmisión opuestas.

En el caso de la transmisión de datos normal, cada participante envía los datos que ha recibido en una entrada a la salida correspondiente. Esto sucede independientemente de si los datos están determinados para ese participante y por ello realiza adicionalmente un procesamiento de datos. Si el emisor original recibe los datos nuevamente, la transmisión de datos ha finalizado correctamente y el emisor original toma los datos del anillo.

En el funcionamiento normal, sin fallos, el anillo secundario no se utiliza. Sin embargo, la ausencia de anomalías en ese anillo es verificada continuamente mediante el envío de datos vacíos.

Una interrupción del anillo doble, por ejemplo debido al defecto de un cable, provoca que un participante no vuelva a recibir los datos que envió a través del anillo primario.

En el caso de que aparezca una anomalía, de que se reconozca una interrupción de anillo o de que se sobrepase un límite temporal se inicia, en principio, un, así llamado, proceso de reclamo (claim). Si éste no es exitoso se inicia un, así llamado, proceso de baliza (beacon).

Las estaciones que en el transcurso del proceso de baliza no reciben tramas de datos (frames) correspondientes, identifican a la estación previa o al cable de fibra de vidrio como defectuoso e introducen una reconfiguración del anillo.

Para ello, la estación que se encuentra delante de la rotura del cable en la dirección del anillo ya no continúa transmitiendo los datos recibidos a través del puerto pE a través del puerto pA, sino que a través del puerto sA los desvía al anillo secundario. Ya que este anillo posee la dirección circunferencial opuesta, el punto de rotura es evadido.

En la memoria WO 02/065219 A2 se revela un procedimiento para la detección de una interrupción de la conducción de la línea, en el que un sistema maestro (master) evalúa los mensajes enviados por él mismo y que llegan nuevamente al maestro a través del anillo doble. La falta de los mensajes propios es valorada como interrupción de la conducción.

En redes SERCOS-III es usual la conformación de una estructura de anillo doble utilizando conexiones de Ethernet. Sin embargo, las conexiones de Ethernet convencionales no se encuentran diseñadas para el funcionamiento en tiempo real, y no son capaces de reconocer fallos y de solucionar los mismos en tiempo real.

Para el reconocimiento y la subsiguiente solución de una anomalía, los procedimientos descritos necesitan mucho tiempo, lo que impide una utilización en sistemas que requieren de una conexión casi ininterrumpida, como por ejemplo sistemas de fabricación industriales.

La memoria US 6,285,475 B1 describe un procedimiento y un sistema para el reconocimiento de anomalías en líneas ópticas de datos, con lo que una parte o una proporción de la señal de datos es analizada en el receptor, con lo que a partir de la validez de la señal se deduce la integridad de la línea de transmisión de datos. La transmisión de datos se realiza a través de fibras ópticas, con lo que se utilizan señales de datos sincrónicos conforme a un estándar STS-48.

También es conocido el reconocimiento rápido de una rotura de línea en conductores de fibra óptica de estructura de anillo doble a través de flancos de señales de entrada faltantes y una reconfiguración subsiguiente de ambos anillos ("Fehlertolerantes Kommunikationssystem für hochdynamische Antriebsregelungen", S. Schulze, Disertación, Darmstadt, 1995). Las fibras de vidrio son muy sensibles a la manipulación y requieren de una técnica de conexión costosa. Además, la utilización de la técnica de conductores de fibra óptica requiere de mayores costes de puesta a disposición y de mantenimiento para el medio de transmisión mismo, pero también para enchufes, tarjetas de red, etc.

Con estos antecedentes, esta invención presenta un procedimiento para el funcionamiento de una red con topología en anillo, además de un dispositivo que utiliza este procedimiento, así como finalmente una red correspondiente de acuerdo a las reivindicaciones independientes. Diseños ventajosos resultan de las reivindicaciones secundarias correspondientes y de la siguiente descripción.

Ventajas de la invención

En el procedimiento conforme a la invención para el funcionamiento de una red con topología en anillo, una conexión defectuosa entre dos participantes de la red es reconocida a través de la monitorización de la señal portadora, también llamada portador (carrier). En el marco de la técnica de comunicación alámbrica, se denomina como señal portadora, portador o carrier especialmente a una frecuencia portadora que existe en la línea de conexión como tensión alterna. De acuerdo al estándar de transmisión el carrier cumple otros requisitos. Especialmente recibe datos modulados, por ejemplo datos útiles o datos IDLE que son transmitidos al portador en pausas de transmisión.

Conforme a la invención, en el procedimiento conforme a la invención la conexión física entre dos participantes corresponde a un estándar de Ethernet con línea eléctrica de datos. El estándar de Ethernet principalmente permite, además de la línea de datos eléctrica, también la línea de datos óptica a través de conductores de fibra óptica. La utilización de un estándar Ethernet con línea de datos eléctrica, por ejemplo de acuerdo al estándar IEEE 802.3, en una red con topología en anillo, especialmente en un ambiente crítico en relación al tiempo, posibilita la utilización de componentes probados que pueden ser puestos a disposición de forma económica y que son de fácil mantenimiento.

Se encuentra previsto utilizar la señal de indicación de falso portador para la monitorización de la señal portadora en el procedimiento conforme a la invención. Esta señal es puesta a disposición a través de conexiones de interfaces...

1. Procedimiento para el funcionamiento de una red con topología en anillo, en donde la red presenta una estructura de anillo doble en sentido opuesto (150-153, 160-163) y cada participante (110, 120, 130, 140) de la red presenta una interfaz de entrada (112, 114, 122, 124, 132, 134, 142, 144) y una interfaz de salida (111, 113, 121, 123, 131, 133, 141, 143) para cada anillo (150-153, 160-163), en donde la conexión física (150-153, 160-163) entre dos participantes (110, 120, 130, 140) corresponde a un estándar de Ethernet con línea eléctrica de datos, caracterizado porque una conexión errónea (150 a 153, 160 a 163) entre dos participantes (110, 120, 130, 140) de la red es reconocida mediante la monitorización de una señal portadora, en donde para la monitorización de la señal portadora se utiliza la señal de indicación de falso portador, con lo que en el caso de fallo de un tramo de conexión, el mantenimiento del funcionamiento de la red es puesto a disposición a través de una desviación de datos realizada en correspondencia.

2. Procedimiento conforme a la reivindicación 1, caracterizado porque, al menos un primer participante (110, 120, 130, 140) monitoriza la señal portadora en una interfaz de entrada (112, 114, 122, 124, 132, 134, 142, 144).

3. Procedimiento conforme a la reivindicación 2, caracterizado porque después de reconocer una conexión defectuosa el primer participante (110, 120, 130, 140) conduce los datos desde una interfaz de salida propia (111, 113, 121, 123, 131, 133, 141, 143), que se encuentra conectada con la interfaz de entrada (112, 114, 122, 124, 132, 134, 142, 144) de un segundo participante (110, 120, 130, 140), a la interfaz de entrada propia (112, 114, 122, 124, 132, 134, 142, 144) que se encuentra conectada de forma defectuosa con la interfaz de salida (111, 113, 121, 123, 131, 133, 141, 143) del segundo participante (110, 120, 130, 140).

4. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque es utilizado en una red conforme a un estándar SERCOS.

5. Dispositivo (200) para el funcionamiento de una red con topología en anillo, en donde la red presenta una estructura de anillo doble en sentido opuesto (150-153, 160-163), y en donde la conexión física entre dos participantes de la red corresponde a un estándar de Ethernet con línea eléctrica de datos, con medios para el reconocimiento de una conexión defectuosa entre dos participantes (110, 120, 130, 140) de la red mediante monitorización de una señal portadora, caracterizado por dos interfaces de entrada (210, 220), dos interfaces de salida (211, 221) y dos conexiones multiplexadoras (230, 240) que unen a las interfaces de entrada (210, 220) con las interfaces de salida (211, 221) de manera tal, que en el funcionamiento sin fallos cada interfaz de entrada (210, 220) se encuentra conectada con una interfaz de salida correspondiente (211, 221), y que después de reconocer una conexión defectuosa en una interfaz de entrada (210, 220), la interfaz de salida correspondiente (211, 221) es conectada con la otra interfaz de entrada (210, 220), con lo que para la monitorización de la señal portadora se utiliza la señal de indicación de falso portador.

6. Dispositivo (200) conforme a la reivindicación 5 con medios para ejecutar un procedimiento de acuerdo a una de las reivindicaciones 2 a 4.

7. Red con un dispositivo (200) conforme a una de las reivindicaciones 5 o 6.