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本发明公开一种无集线器的网络系统，其中即使多个控制系统中的一个发生故障，控制系统也能工作正常而相互通讯。多个控制系统的每一个具有网络接口卡，每个网络接口卡具有多个通讯端口。通过连续连接多个通讯端口，每个网络接口卡具有环形拓扑的相位结构。多个控制系统以环形拓扑的相位结构执行通讯，如果在通讯中发生错误，那么通过将环形拓扑的相位结构改变为总线拓扑的相位结构执行通讯。

1、  一种网络系统，包括：
多个控制系统；
分别安装在控制系统上的多个网络接口卡；
分别设置在网络接口卡内的多个通讯端口；以及
多个传输介质，其顺次连接该多个通讯端口，以使该多个网络接口卡具有环形拓扑的相位结构。

2、  如权利要求1所述的网络系统，其中各个通讯端口是由同轴电缆连接的同轴电缆通讯端口、由双绞线电缆连接的双绞线电缆通讯端口、由光纤电缆连接的光纤通讯端口的其中之一。

3、  如权利要求1所述的网络系统，其中该多个网络接口卡的每一个包括：与控制系统进行数据连接的控制器接口单元；
多个介质接口单元，其每一个都配备有通讯端口，并且与外部进行数据连接；
多个信号转换器，将经过介质接口单元传输和接收的数据转换成各自的信号；以及
多个地址指定单元，置于多个信号转换器和控制器接口单元之间，将从多个信号转换器输入的数据传输到控制器接口单元，并且通过将接收数据的控制系统的物理地址插入到从控制器接口单元输入的数据中，将该数据传输到多个信号转换器。

4、  如权利要求3所述的网络系统，进一步包括将从地址指定单元接收的数据相互传输的数据中继器，其中确定包含在从多个信号转换器输入的数据中的物理地址后，如果接收的数据是要被转发的数据，那么多个地址指定单元将该数据提供给数据中继器。

5、  如权利要求4所述的网络系统，其中数据中继器存储由地址指定单元传输的数据为队列，并且传输存储在该队列中的数据。

6、  如权利要求5所述的网络系统，其中所述队列基于先进先出的排队方法存储和传输数据。

7、  如权利要求3所述的网络系统，其中多个介质接口单元的每一个是能够将双绞线电缆连接到通讯端口的介质接口单元、能够连接同轴电缆的介质接口单元、以及能够连接光纤电缆的介质接口单元的其中之一。

8、  如权利要求3所述的网络系统，其中通过将数据转换成适合传输介质的信号特征的频率信号，多个信号转换器将从地址指定单元输入的二进制数据传送到介质接口单元，并且通过将频率信号转换成二进制数据，该多个信号转换器将从介质接口单元输入的频率信号输出到地址指定单元。

9、  如权利要求1所述的网络系统，其中传输介质是同轴电缆、双绞线电缆和光纤电缆的其中之一。

10、  如权利要求9所述的网络系统，其中根据两个通讯端口之间的间隔距离，网络系统选择同轴电缆、双绞线电缆和光纤电缆的其中之一。

11、  如权利要求1所述的网络系统，其中如果在多个控制系统的通讯中发生错误，那么环形拓扑的相位结构被改变为总线拓扑的相位结构。

网络系统
本申请要求以其在2005年12月2日提交的、专利申请号为10-2005-0117235的韩国专利申请为优先权，该申请全文据此引用作为参考。
技术领域
本发明涉及网络系统，尤其涉及形成网络的网络系统，其通过连接多个控制系统到环形拓扑，使得控制系统能双向传输数据，从而控制系统能互相传输数据。
背景技术
在要求在多个控制系统中有组织操作的控制领域，控制系统之间的通讯要求高可靠性。该可靠性应该通过当控制系统通讯失败时执行正确的操作来保证。当发生外部供电突然不稳定或者由于传播介质持续的故障导致通讯失败的时，所有连接到网络系统的控制系统都不能在预定时间内传输或者接收预定的数据。如果通讯中止，那么要求相互有组织的操作的控制系统不能正常操作。伴随频繁通讯失败的网络系统不能被用在控制领域中。
在新近发展的控制系统中，大量的数据在PLC(可编程逻辑控制器)之间，PLC和输入/输出设备之间，以及PLC和使用以太网方法的PC(个人计算机)之间交换，这与过去的输入和输出功能是主要功能不同。也就是说，使用以太网的控制系统在其间快速交换数据。
从而，控制系统改进以太网的可靠性是势在必行的，并且除非获得以太网的可靠性，否则不能保证控制系统的总可靠性。通过获得和保证控制系统中基于以太网的可靠性，来保证整个基于以太网的控制系统的可靠性的努力被发动。
以太网，作为家庭个人通讯网络，是一种多达1024个数据站能以10Mbps的传输速度在大约2.5km的距离内交换信息的局域网系统。此外，传输数据的传输介质基于传输数据主要可以分为三类，即，50Ω同轴电缆(10BASE2，10BASE5)，包括双绞线电缆(10BASE-T)的双绞线，以及光纤电缆(100BASE-FX)。
同轴电缆的最大带宽是10Mbps，10BASE2的最大传输距离是185米，10BASE5的最大传输距离是500米。10BASE-T的双绞线的最大带宽是10Mbps，最大传输距离是100米。100BASE-FX的光纤电缆的最大带宽是100Mbps，多模光纤的最大传输距离是2千米，单模光纤的最大传输距离是几十千米。
在有以太网的网络系统的配置中，常用的是使用集线器并且具有星形拓扑相位结构的网络系统。具有星形拓扑相位结构的网络系统由具有一个拓扑的放射状相位结构组成，多个控制系统通过双绞线电缆连接到一个集线器。
当作为具有星形拓扑相位结构的网络系统中心的集线器的供电不稳定时，或者由于故障，集线器工作不稳定时，可能产生通讯失败。通讯失败扰乱多个控制系统中的每个的数据传输。因此，具有星形拓扑相位结构的网络系统不适合用于要求高可靠性的控制领域。
使用多个集线器并且具有星形拓扑和环形拓扑结合的相位结构的网络系统是公知的。使用多个集线器并且具有星形拓扑和环形拓扑结合的相位结构的网络系统是这样的：多个集线器由星形拓扑和环形拓扑连接，并且各个集线器通过星形拓扑连接到多个控制系统。
即使在具有星形拓扑和环形拓扑结合的相位结构的网络系统中的一个集线器发生故障，连接到正常操作的集线器的多个控制系统间的相互通讯能被执行。因此，即使其中一个集线器发生故障，连接到正常操作的集线器的控制系统也能在其中执行正常的通讯。
然而，在所描述的具有星形拓扑和环形拓扑结合的相位结构的网络系统有一个缺点，即其需要额外的多个集线器，并且将控制系统连接到集线器的传输介质的长度趋于延长。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种仅由没有使用集线器的控制系统组成的网络系统。
本发明的另一个目的是提供一种即使其中一个控制系统发生故障，仍能完成正常工作的控制系统之间的通讯的网络系统。
通过连接到环形拓扑的相位结构，而不使用单独的集线器，该网络系统能够执行在多个控制系统之间的通讯。
为此，多个控制系统的每一个都设置有网络接口卡，每个网络接口卡设置有多个通讯端口。此外，通过将该多个通讯端口顺序地连接到传输介质，每个网络接口卡以环形拓扑的相位结构而被安装。
按照控制系统之间的间隔距离，多个传输端口的每一个选择连接同轴电缆的同轴电缆通讯端口、连接双绞线电缆的双绞线电缆通讯端口、连接光纤电缆的光纤电缆通讯端口中的任一个。
每个网络接口卡包括：连接控制系统和数据的控制器接口单元；多个介质接口单元，每个单元安装有与外部进行数据连接的通讯端口；多个信号转换器，信号转换通过多个介质接口单元传输和接收的各个数据；以及设置在多个信号转换器和控制器接口单元之间的多个地址指定单元，其将从多个信号转换器输入的数据传输到控制器接口单元，将接收有关数据的物理地址插入到从控制器接口单元输入的数据中，并且传输该地址到多个信号转换器。
该网络系统进一步包括数据中继器，其相互传输由多个地址指定单元提供的数据，该多个地址指定单元确定包含在从多个信号转换器输入的数据中的物理地址，并且如果要转发数据，提供相关数据到数据中继器。
数据中继器将由地址指定单元传输的数据存储为队列，并且传输和转发该队列中存储的数据。该队列基于先进先出(FIFO)的排队方法存储和传输数据。
多个介质接口单元的每一个设置有通讯端口，该介质接口单元是能连接到双绞线的介质接口单元、能连接到同轴电缆的介质接口单元和能连接到光纤电缆的介质接口单元其中之一。
通过将二进制数据转换成适合连接到通讯端口的传输介质信号特征的频率信号，多个信号转换器将从地址指定单元输入的二进制数据传输到介质接口单元。此外，通过将频率信号转换成二进制信号，多个信号转换器将从介质接口单元输入的频率信号输出到地址指定单元。
根据设置在两个网络接口卡上的每个通讯端口之间的间隔距离，传输介质选择同轴电缆、双绞线电缆和光纤电缆其中之一。
多个控制系统在环形拓扑的相位结构内执行相互通讯，并且如果在通讯中产生混乱，那么通过从环形拓扑的相位结构转换为总线拓扑的相位结构来执行通讯。
附图说明
现在将结合附图通过优选的实施例详细描述本发明，所述优选实施例不被解释为限制本发明。在附图中，相同或者相似的部件或部分使用相同的附图标记。
图1是具有星形拓扑的相位结构的网络系统配置的示意图。
图2是具有星形拓扑和环形拓扑结合的相位结构的网络系统配置的示意图。
图3是根据本发明的优选实施例的网络系统配置的示意图。
图4是设置在图3的网络系统的每个控制系统的网络接口卡配置的示意图。
图5是网络接口卡通过双绞线电缆连接的网络系统的网络的示意图。
图6是网络接口卡通过光纤电缆连接的网络系统的网络的示意图。
图7是网络接口卡通过双绞线电缆和光纤电缆连接的网络系统的网络的示意图。
具体实施方式
现在将结合附图在下文充分地描述本发明，附图中示出了本发明的实施例。然而，本发明可用以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为限制在这里阐述的实施例；而是，提供这些实施例以使得本公开的内容详尽和完整，并且将充分传达本发明的范围给本领域的技术人员。
图1是具有星形拓扑的相位结构的网络系统配置的示意图。附图标记100代表一个集线器，附图标记110标识多个控制系统，其控制除了电动机(未图示出)之外的各种负荷的工作。集线器100和多个控制系统110通过双绞线电缆120连接到传输介质。也就是，表示了具有星形拓扑的相位结构的网络系统，其中多个控制系统110被连接到集线器100周围的双绞线电缆。
当预定数据在多个控制系统110中传输时，具有星形拓扑的相位结构的网络系统应该穿过集线器100。结果，如果供应集线器100的电力不稳定或者集线器100的操作不稳定，就会产生通讯错误，因而多个控制系统110可能不能够互相传输数据。
因此，具有星形拓扑的相位结构的网络系统不适合用于需要高通讯可靠性的控制领域中。
图2是具有星形拓扑和环形拓扑结合的相位结构的网络系统配置的示意图。这里，附图标记200代表多个集线器。该多个集线器200具有互相通过预定传输介质210连接的环形拓扑的相位结构。
附图标记220、222和224代表多个控制系统。多个控制系统220、222和224的每一个具有星形拓扑的相位结构，其中多个控制系统220、222和224的每一个通过预定传输介质230、232和234连接到多个集线器200的每一个。
具有星形拓扑和环形拓扑结合的相位结构的网络系统是对具有星形拓扑相位结构的网络系统中可能产生的弱点的改进。也就是说，即使在多个集线器200中，由于一个集线器的故障产生通讯错误，其它正常工作的集线器200能通过传输介质210执行通讯。换句话说，连接到集线器200的正常工作的控制系统能互相通讯。
然而，存在一些缺点，为了具有环形拓扑的相位结构，应当额外使用多个集线器200，并且连接集线器200到多个控制系统220、222和224的传输介质230、232和234的长度趋于延长。
图3是根据本发明的优选实施例的网络系统配置的示意图，其中附图标记300代表多个控制系统。多个控制系统300的每一个具有网络接口卡302。设置在多个控制系统300的网络接口卡302具有通过预定传输介质304连续地连接到环的环形拓扑的相位结构。
每个网络接口卡302执行传输数据的数据传输功能以配置网络在环形拓扑的相位结构、接收数据的数据接收功能，传输从通讯端口接收的数据到另一个通讯端口的数据转发功能。此外，网络接口卡302传输和接收数据以适合传输介质304的类型。
此外，网络接口卡302将从一个通讯端口接收的数据转发到另一个通讯端口，当连接到一个通讯端口的传输介质不同于连接到另一个通讯端口的传输介质时，所述卡根据连接到所述另一个通讯端口的传输介质所需的信号特征转换数据之后，再转发数据。
如果在多个控制系统300和多个传输介质304中没有产生通讯故障，那么环形拓扑的相位结构通过网络系统执行通讯。此外，如果由于在多个控制系统300中的至少一个或者多个控制系统中产生错误，或者在多个传输介质304中的一特定位置产生一个错误，而没有执行通讯，那么网络系统应该通过从环形拓扑的相位结构转换到总线拓扑的相位结构为通讯失败作准备。
也就是说，本发明的网络系统配置有多个控制系统300之间的信道，通过以环形拓扑的相位结构连接多个控制系统300到多个传输介质304为通讯失败作准备，并且该网络系统通过信道互相传输数据。作为信道物理层的传输介质304能使用同轴电缆、双绞线电缆或者光纤电缆。
因此，网络接口卡302可以设置为能连接同轴电缆、双绞线电缆或者光纤电缆的同轴电缆通讯端口，双绞线电缆通讯端口，或者光纤电缆通讯端口。此外，该卡可以配备同轴电缆通讯端口、双绞线电缆通讯端口以及光纤电缆通讯端口中所选的两种端口的结合。
图4是网络接口卡302配置的示意图。参考图4，每个网络接口卡302包括控制接口单元400，其连接固有地排列在控制系统300内的控制器(未图示出)和各个通讯端口，该各个通讯端口设置有第一接口单元402和第二接口单元404，传输介质304被连接其上。
此外，数据转换器406，第一和第二地址指定单元408和410，第一和第二信号转换器412和414被置于控制器接口单元400以及第一和第二介质接口单元402和404之间。
例如，数据中继器406是包缓存，保存和输出要转发的数据包到外部。
第一和第二地址指定单元408和410对比包含在接收的数据包内的物理地址和自己的物理地址，以确定有关数据包是将要转发的数据包，还是要被传输到控制器的数据包。如果接收的数据包是要被转发的数据包，那么地址指定单元在数据中继器406内存储该数据包，并且转发该数据包。此外，如果接收的数据包是要被传输到控制器的数据包，那么地址指定单元通过控制器接口单元400传输该数据包到控制器。
第一和第二地址指定单元408和410在通过控制接口单元400传输的数据包中插入接收有关数据包的控制系统的物理地址。
第一和第二信号转换器412和414将从第一和第二地址指定单元408和410输入的数据包的二进制数据，转换成适合连接到第一和第二介质接口单元402和404的传输介质的信号特征的频率信号，并且传输到第一和第二介质接口单元402和404。
此外，第一和第二信号转换器412和414将从第一和第二介质接口单元402和404接收的频率信号，转换成二进制数据的数据包，并且传输到第一和第二地址指定单元412和414。
当如上配置的网络接口卡的控制器传输预定的数据包到另一个外部控制系统时，该控制器通过控制器接口单元400将数据包传送到第一地址指定单元412。
第一地址指定单元412在传输的数据包中插入接收相关数据包的外部控制系统的物理地址，插入物理地址的数据包被传送到第一信号转换器408。
根据连接到第一介质接口单元402的通讯端口的传输介质的信号特征，第一信号转换器408将从第一地址指定单元412输入的数据包的二进制数据转换成频率信号。
转换的频率信号被从第一介质接口单元402经过传输介质传输到外部。这里，第一介质接口单元402可以被配置为适合如同轴电缆、双绞线电缆、光纤电缆等的传输介质。因此，由于传输介质的改变，不会发生数据包的改变或者通讯协议的改变。
此外，控制器提供的数据包可以经过第二地址指定单元414、第二信号转换器410和第二介质接口单元404被传输到外部。
关于控制器提供的数据包经过第二地址指定单元414、第二信号转换器410和第二介质接口单元404被传输到外部的操作的详细描述将被省略，因为其与经过第一地址指定单元412、第一信号转换器408和第一介质接口单元402的操作相同。
如果预定频率信号被经过预定传输介质从外部输入到第一接口单元402，那么第一介质接口单元402将接收到的频率信号传输到第一信号转换器408。
通过将二进制数据转换到数据包中，第一信号转换器408将从第一介质接口单元402输入的频率信号输出到第一地址指定单元412。
通过判断从第一信号转换器408输入的数据包中的物理地址，第一地址指定单元412确定该数据包是将被转发，还是将被传送到控制器。也就是说，每个控制系统提供有其本身的物理地址，第一地址指定单元412比较数据包中的物理地址和先前给到控制系统的物理地址，如果两个地址彼此相同，那么第一地址指定单元412经过控制器接口单元400将数据包传送到控制器。此外，如果确定物理地址彼此不同，第一地址指定单元412在数据中继器406中存储有关数据包。
数据中继器406在临时存储队列中存储第一地址指定单元412提供的数据包。基于先进先出(FIFO)的排队方法操作的该队列将数据包传输到第二地址指定单元414。
第二地址单元414将从数据中继器406输入的数据包传输到第二信号转换器410。第二信号转换器410将从第二地址指定单元414输入的数据包的二进制数据转换成频率信号以响应连接到第二介质接口单元404的通讯端口的传输介质的信号特征。转换的频率信号经过传输介质，从第二介质接口单元404传输到外部。
此外，经过传输介质从外部接收的频率信号到第二接口单元404过程的详细操作在说明书中省略，因为其与频率信号传输到第一接口单元402的过程相同。
如上配置的网络接口卡设置为具有通过同轴电缆、双绞线电缆或者光纤电缆连接的环形拓扑相位结构的网络系统。
图5是通过双绞线电缆连接网络接口卡的网络系统的网络的示意图。参考图5，设置在多个控制系统300的每一个上的网络接口卡302包括双绞线电缆通讯端口500和502，其能够通过传输介质连接双绞线电缆到第一和第二介质接口单元402和404。
双绞线电缆通讯端口500和502被这样配置，以使得多个控制系统通过双绞线电缆通讯端口之间的双绞线电缆504连接而具有环形拓扑的相位结构，，所述双绞线电缆通讯端口配备在另一个控制系统的网络接口卡上。
因为双绞线电缆504的最大传输距离限制在100m，所以在集成广泛分布的控制系统到单个网络系统中存在限制。因此，如果多个控制系统分布的区域并不是很广阔，并且要求通讯的高可靠性，那么较理想是建造一个本发明的另一个实施例的网络系统，其使用具有长传输距离的光纤电缆。
图6是通过光纤电缆连接接口卡的网络系统的网络的配置示意图。参考图6，各个设置在多个控制系统300的网络接口卡302的第一和第二介质接口单元402和404提供有光纤通讯端口600和602，其能够连接光纤电缆到传输介质304。光纤电缆通讯端口600和602通过光纤电缆604连接，该光纤电缆在光纤电缆通讯端口之间，该光纤电缆通讯端口设置在另一个控制系统的网络接口卡以使得多个控制系统配置有环形拓扑的相位结构。
在使用光纤电缆604配置网络系统的情况下，最大的可能传输距离是几十千米。因此，当多个控制系统被广泛分布的时候，较理想的是构建一个使用光纤电缆的网络系统。
当多个控制系统被混合地分布在宽域和窄域内时，同样较理想地是根据宽域和窄域，通过结合合适的电缆来配置网络系统。
通过结合双绞线电缆和光纤电缆构建的网络系统可以在本发明的另一个实施例中示出。
图7是通过双绞线电缆和光纤电缆连接的网络接口卡的网络系统的网络的示意图。
参考图7，假设具有网络接口卡302-1和302-3的多个控制系统分布在狭窄的区域，而具有网络接口卡302-3和302-5的多个控制系统分布在宽广的区域，两类控制系统相隔较远。在这种情况下，多个网络接口卡302-1安装有能够连接双绞线电缆704的双绞线电缆通讯端口700和702。此外，将连接到多个接口卡302-1和302-5的多个接口卡302-3安装有能够连接双绞线电缆704的双绞线电缆通讯端口708，和能够连接光纤电缆706的光纤电缆通讯端口710。此外，多个网络接口卡302-3配置有能够连接光纤电缆706的光纤电缆通讯端口712和714。
环形拓扑的相位结构以这样的方式配置：多个网络接口卡302-1和302-3的双绞线电缆通讯端口700、702和708被双绞线电缆704连续地连接，多个网络接口卡302-3和302-5的光纤电缆通讯端口710、712和714被光纤电缆连续地连接。
在本发明另一个优选实施例中的多个控制系统可以示出一个有效的网络系统，其中在多个控制系统在宽广和狭窄的区域内混合分布的情况下，控制系统能通讯。
本发明也可以构建具有环形拓扑相位结构的网络系统，除了双绞线电缆和光纤电缆外，通过使用同轴电缆，或者结合同轴电缆、双绞线电缆和光纤电缆。
只使用同轴电缆、或者使用结合的同轴电缆、双绞线电缆和光纤电缆的网络系统配置的详细描述被省略，因为其与图5到图7所解释的相同。
因此，基于连接到通讯端口的传输介质的种类，网络接口卡302可以被分为四类，也就是说，仅通过双绞线电缆连接的卡、仅通过同轴电缆连接的卡、仅通过光纤电缆连接的卡和通过从双绞线电缆、同轴电缆和光纤电缆中选择的两类电缆连接的卡。
根据连接到多个控制系统本身的其它控制系统之间的距离，较理想的是多个控制系统配置为具有合适的网络接口卡302的环形拓扑的相位结构的网络系统。
例如，如果在多个控制系统之间的距离在100米内，那么配置能够连接双绞线电缆或者同轴电缆的网络接口卡302。如果控制系统之间的距离是100米或者更远，那么配置能够连接光纤电缆的网络接口卡302。此外，如果在连接控制系统的其它控制系统之间的距离在100米内和大于100米，那么通过使用能够连接双绞线电缆和光纤电缆，或者连接同轴电缆和光纤电缆的结合的网络接口卡302，构建环形拓扑的相位结构的网络系统。
从前面明显可知，在根据本发明所描述的网络系统存在优点是，具有环形拓扑的相位结构的网络系统能仅通过多个控制系统，而不使用集线器被构建，因此通过防止集线器故障引起的通讯故障，改进通讯的可靠性。
另一个优点是能够构建使用同轴电缆、双绞线电缆和光纤电缆中的一个或者多个合适的电缆作为传输介质的网络接口卡。结果，无论它们的分布区域的宽度，多个控制系统能够相互通讯。
对本领域的技术人员而言，额外的优点和修改将容易发生。因此，本发明的更宽广的方面不会限制在此处描述和显示的明确细节和典型的实施例。因此，在不背离附加的权利要求和等效文件限定的通用的发明概念的精神或范围，可作出各种修改。