DE69710619T2

DE69710619T2 - Preiswertes redundantes kommunikationssystem

Info

Publication number: DE69710619T2
Application number: DE69710619T
Authority: DE
Inventors: F. Birkedahl; A. Eddy; P. Hoyme
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1996-10-01
Filing date: 1997-09-29
Publication date: 2002-09-12
Anticipated expiration: 2017-09-30
Also published as: EP1010296B1; WO1998015088A1; DE69710619D1; US6133846A; EP1010296A1

Description

1. Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft Datenbusnetze. Genauer gesagt ist die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Implementierung eines redundanten Datenbusnetzes unter Verwendung standardmäßiger Komponenten. Die vorliegende Erfindung eignet sich besonders gut für die Verwendung in einem Datennetz, das flugtechnische Komponenten an Bord eines Flugzeuges verbindet.

2. Allgemeiner Stand der Technik

Netzarchitekturen, die Computer verbinden, sind im Stand der Technik wohlbekannt. Auf Mikroprozessoren basierende Systeme werden durch Datennetze weithin miteinander verbunden, so daß ein schnelles gemeinsames Benutzen von Daten, schnelle parallele Verarbeitung und Kommunikation möglich werden, siehe zum Beispiel "ARINC 629 AND SAFEBUS: DATA BUSES FOR COMMERCIAL AIR" Scientific Honeyweller, Band 11, Nr. 1, 1/l/1991 S. 57- 70 oder US-A-4692918.
Es gibt eine Anzahl von Verfahren und Einrichtungen, die es Computern ermöglichen, zu kommunizieren. Zum Beispiel wird Ethernet in dem IEEE-Standard 802,3 und in dem U. S. Patent Nr. 4,063,220, erteilt an Metcalfe et al. am 13.12.1977, beschrieben. Da Ethernet das auf der Welt am weitesten verbreitete lokale Vernetzungsverfahren ist, sind mehrere kostengünstige Komponenten zur Implementierung von Ethernet in der gesamten Welt weithin verfügbar.
Der Ethernet-Standard umfaßt mehrere Varianten der Verkabelung. 1 0base2-Ethernet verwendet zum Beispiel ein Koaxialkabel mit einer Länge von nicht mehr als 185 Meter, das zehn Megabit Informationen pro Sekunde übertragen kann. 10baseT-Ethernet ist auch in der Lage, zehn Megabit Informationen pro Sekunde zu übertragen, verwendet aber abgeschirmte verdrillte Doppelleitungskabel. Alle Formen von Ethernet verwenden passive Kabel; Einrichtungen, die über das Ethernet miteinander kommunizieren, müssen aktive Komponenten enthalten. Datenverarbeitungssysteme kommunizieren in der Regel über das Ethernet durch eine standardmäßige Netzwerkschnittstellensteuerung (NIC), die in der Technik wohlbekannt ist. NIC's sind aktive Einrichtungen, die normalerweise die Stromversorgung von ihrem zugeordneten Datenverarbeitungs-Host erhalten.
Fig. 1 zeigt eine NIC 106 im Stand der Technik mit einem Sender/Empfänger 101 und einer Rückwandschnittstelle 104. Der Sender/Empfänger 101 kann über ein Ethernet 107 Analogsignale senden und empfangen und diese Analogsignale in digitale Äquivalente umsetzen. Die Rückwandschnittstelle 104 kann Daten zwischen der NIC und dem Rückwandbus 105, bei dem es sich um eine Komponente einer Verarbeitungseinrichtung, wie zum Beispiel eines PC, handelt, übermitteln. Der Sender/Empfänger 101 und die Rückwandschnittstelle 104 werden durch ein Leiterpaar 119L und 119R gekoppelt, wobei eines für auf dem Ethernet zu sendende Daten und eines für aus dem Ethernet empfangene Daten dient. In der Regel wird die Kommunikation zwischen der Rückwand und dem Ethernet durch eine wohlbekannte System- Netzwerkschnittstellensteuerung (SNIC) 103 gesteuert, die Daten zwischen der Schnittstelle 104 und dem Sender/Empfänger 101 transferiert. In der Regel wird zwischen dem Sender/Empfänger 101 und der SNIC 103 eine Isolationsschaltung 102 vorgesehen, um die Signalqualität durch Beseitigen von Masseschleifen und -fehlern sicherzustellen. Das Isolationsmittel 102 dient außerdem dazu, die Kommunikation durch die NIC 106 zu sperren, wenn eine Fehlfunktion erkannt wird.
Ethernet ist ein asynchrones Protokoll, das ein Zugangsschema des Vielfachzugriffs mit Trägerkennung und Kollisionserkennung (CSMA/CD) verwendet. Kein zentraler Host steuert den Zugang zum Netz, und es wird kein Taktschema verwendet, um den Zugang zu dem Leiter zu steuern. Stattdessen prüfen NIC"s mit zu sendenden Daten zuerst das Ethernet, um zu bestimmen, ob es mit dem übermitteln von Daten von einem anderen Host beschäftigt ist. Wenn das Ethernet frei ist, sendet die NIC die Daten sofort. Wenn das Ethernet jedoch belegt ist, wartet die NIC eine zufällige Zeitspanne, bevor sie erneut auf Ethernet-Verkehr prüft. Der Ethernet- Standard begrenzt die Dauer und Häufigkeit von Datenübertragungen. Wenn zwei NIC's auf demselben Ethernet gleichzeitig zu senden beginnen, dann erfassen beide, daß Daten "kollidiert" sind und senden nach einer zufälligen Zeitspanne erneut.
Wenn das Ethernet für eine lange Zeitspanne stark belegt bleibt, werden Kollisionen und Neusendungen häufiger. Jede Neusendung erzeugt zusätzlichen Verkehr auf dem Ethernet, und die Kollisionshäufigkeit kann exponentiell zunehmen. Mit zunehmender Kollisionshäufigkeit nimmt auch die notwendige Zeit zum Senden von Daten über den Bus zu. Da das CSMA/CD-Zugangsschema asynchron und nichtdeterministisch ist, eignen sich herkömmliche Ethernet nicht für die Verwendung in kritischen Anwendungen, wenn sofortige Datenübertragungen entscheidend sind. Zum Beispiel ist es bei flugtechnischen Anwendungen möglich, daß ein Windscherungsdetektor- oder Kollisionsvermeidungssystem eine sofortige Warnung zu einem Autopilot-System oder zu einem Ausgabegerät senden muß. Da sich solche Signale auf die Sicherheit des Flugzeugs auswirken, ist es entscheidend, daß sie ohne Verzögerung übertragen werden. Sogar ein potentielles Risiko einer Übertragungsverzögerung ist bei solchen Anwendungen unannehmbar. Außerdem erfordern flugtechnische Komponenten eine synchrone Bereitstellung bestimmter Informationen. Zum Beispiel müssen Fluglage- und Höhenmeßwerte unter allen Umständen in regelmäßigen Intervallen flugtechnischen Komponenten zugeführt werden. Kostengünstige Ethernet-Netze liefern hohe Bandbreite und erwiesene Eigenschaften der Bitübertragungsschicht; die asynchrone Beschaffenheit von Ethernet ist jedoch für Umgebungen, in denen Datenintegrität und -zuverlässigkeit kritisch sind, zu instabil.
Moderne Flugzeuge enthalten eine Anzahl digitaler flugtechnischer Komponenten, wie zum Beispiel TCAS- Systeme (traffic alert and collision avoidance systems), Autopiloten, Flugleitanlagen (FMS) und integrierte Funksysteme, die über einen Systembus kommunizieren. Da der Bus für das flugtechnische System entscheidend für die Kommunikation zwischen flugtechnischen Komponenten und deshalb die Sicherheit des Flugzeugs ist, muß der Systembus sehr zuverlässig und fehlertolerant sein.
Flugtechnische Busse verwendeten im Stand der Technik redundante Leiter, um die. Zuverlässigkeit zu verbessern. Netzstandards, wie zum Beispiel ASCB (Avionics System Communications Bus) ermöglichen flugtechnischen Komponenten in einem Flugzeug, sicher und effizient zusammenzuarbeiten. ASCB ist ein synchrones Netzprotokoll, d. h. daß jede Komponente einen zugeteilten Anteil der garantierten Bandbreite besitzt. Mit Bezug auf Fig. 2 enthält ASCB vier Leiter 107, die zwei Mengen von flugtechnischen Komponenten 110, entsprechend einer Pilotenseite und einer Kopilotenseite, verbinden. Jede flugtechnische Komponente 110 sendet Daten auf einem diesseitigen Datenbus und empfängt Daten sowohl über den diesseitigen als auch den jenseitigen Datenbus. In Fig. 2 ist der Leiter 107L der diesseitige Bus, und der Leiter 107R ist der jenseitige Bus für die Komponenten 110A, 110B, 110C und 110D. Für die Komponenten 110E, 110F, 110G und 110H ist der Leiter 107R der diesseitige Bus und der Leiter 107L ist der jenseitige Bus. Somit ist der diesseitige Bus für Komponenten auf einer Seite des Flugzeugs der jenseitige Bus für Komponenten auf der anderen Seite des Flugzeugs.
Zwei Reservebusse 107LB und 107LR liefern zusätzliche Redundanz, indem sie die Komponenten auf derselben Seite des Flugzeugs verbinden. Jede flugtechnische Komponente 110 kommuniziert deshalb mit mindestens drei Leitern: Komponenten senden und empfangen Daten über den diesseitigen und Reservebus und empfangen Daten von Komponenten auf der gegenüberliegenden Seite des Flugzeugs über den jenseitigen Bus.
Obwohl ASCB und andere flugtechnische Busse, wie zum Beispiel MIL-STD-1553B, die notwendige Zuverlässigkeit für flugtechnische Anwendungen liefern, sind diese Busarchitekturen mit einer Anzahl deutlicher Nachteile behaftet. Insbesondere stellen flugtechnische Busse des Stands der Technik wesentlich geringere Bandbreite als vergleichbare nicht-flugtechnische Bustechnologien zur Verfügung. Außerdem ist die Implementierung von Bussen des Stands der Technik relativ kostspielig, da sie nicht ohne weiteres an nicht-flugtechnische Anwendungen angepaßt worden sind. Die spezialisierte Beschaffenheit von flugtechnischen Bussen des Stands der Technik hat zu hohen Entwicklungs-, Herstellungs- und Support- Kosten geführt. Außerdem wird durch die spezialisierte Beschaffenheit von flugtechnischen Bussen des Stands der Technik eine Umkonfiguration schwierig. Systemänderungen, -erweiterungen und -aktualisierungen sind kompliziert, kostspielig und zeitaufwendig.

Kurze Darstellung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer flugtechnischen Busarchitektur, die zuverlässige und redundante Datenkommunikation mit hoher Bandbreite bereitstellt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines flugtechnischen Busses auf der Grundlage kostengünstiger Komponenten der Bitübertragungsschicht, die ohne weiteres durch mehrere Vertreibern verfügbar sind.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines synchronen und deterministischen Zugangs zu einem Ethernet-Netz.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Netzwerkschnittstellensteuerung für ein redundantes flugtechnisches Busnetz mit der Fähigkeit, ein Leistungsüberwachungs- und "Herzschlag"- Signal bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines flugtechnischen Kommunikationssystems, das leicht erweiterbar und umkonfigurierbar ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein redundantes Busnetz mit mindestens vier Koaxialkabeln, die als Datenleiter dienen, bereitgestellt. Jede flugtechnische Komponente, die das Busnetz verwendet, kommuniziert durch eine NIC, die aus mindestens drei Sendern/Empfängern, mindestens zwei SNIC's und einem Mikrosteuerungsmittel, das Daten zwischen dem Rückwandbus der flugtechnischen Komponente und den Koaxialkabeln lenken kann, besteht. Das Mikrosteuerungsmittel sendet und empfängt Daten auf der Grundlage einer in einem nichtflüchtigen Speichermittel gespeicherten Nachschlagetabelle.
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bei Durchsicht der folgenden ausführlichen Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszahlen dieselben oder ähnliche Teile in ähnlichen Ansichten identifizieren, deutlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Ethernet- Netzwerkschnittstellensteuerung im Stand der Technik.
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines flugtechnischen Busses im Stand der Technik.
Fig. 3 ist ein Blockschaltbild des vorliegenden · Kommunikationssystems.
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer Netzwerkschnittstellensteuerung.
Fig. 5 ist ein Impulsdiagramm, das Übertragungsdaten darstellt, die in einem nichtflüchtigen Speichermittel gespeichert sind.
Fig. 6 ist ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Netzwerkschnittstellensteuerung.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Für Zwecke der Darstellung wird die Kommunikationsarchitektur der vorliegenden Erfindung hier spezifisch als zur Implementierung eines Netzes von flugtechnischen Komponenten verwendet beschrieben. Die Busarchitektur kann jedoch auch zur Implementierung vielfältiger anderer Systeme verwendet werden, die einen hohen Grad von Redundanz und Zuverlässigkeit erfordern. Zum Beispiel könnte die Busarchitektur in einem Netz von Gesundheitsüberwachungsgeräten oder in einem Klima- oder Umgebungssteuersystem verwendet werden.
Mit Bezug auf Fig. 3 sind flugtechnische Komponenten 110 zu einer Pilotenseite und einer Kopilotenseite organisiert. Es ist ein Bus 107L für den Piloten und ein Bus 107R für den Kopiloten vorgesehen, wobei beide Busse mit jeder flugtechnischen Komponente 110 kommunizieren.
Zusätzlich zu dem primären Bus 107L des Piloten und dem Bus 107R des Kopiloten verbinden ein Reservebus 107LB des Piloten und ein Reservebus 107RB des Kopiloten flugtechnische Komponenten 110 auf derselben Seite des Flugzeugs. Eine kritische Komponente der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß jeder Bus IEEE 802.3- Ethernet-Standards entspricht. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird jeder Bus als ein Koaxialkabel realisiert. RG-58-Dünncoaxialkabel eignen sich besonders gut für die vorliegende Erfindung, obwohl eine beliebige Art von Koaxialkabel, das der Ethernet- Spezifikation entspricht, verwendet werden kann.
Flugtechnische Komponenten 110 kommunizieren über die dem Ethernet entsprechenden Datenbusse 107. Jede flugtechnische Komponente verwendet eine Netzwerkschnittstellensteuerung (NIC) 111, um Daten zu senden und zu empfangen. Die bei der vorliegenden Erfindung verwendeten NIC's kommunizieren gleichzeitig mit dem Bus 107L der Pilotenseite, dem Bus 107R der Kopilotenseite und mindestens einem Reservebus. Diese NIC's können durch standardmäßige Ethernet-Verbinder an jeden Datenbus angekoppelt werden. Wenn zum Beispiel die Kabel den 10base2-Ethernet-Spezifikationen entsprechen, dann können die NIC's durch weithin verfügbare BNC-Verbinder an die Kabel angeschaltet werden. Alle Ausführungsformen des vorliegenden Kommunikationssystems entsprechen den Spezifikationen der Ethernet-Bitübertragungsschicht; alle elektrischen Verbindungen zwischen den NIC's und den Bussen entsprechen dem Standard IEEE 802.3.
Fig. 4 zeigt eine NIC, die sich für die Verwendung in dem vorliegenden Kommunikationssystem eignet. Die NIC enthält drei herkömmliche Ethernet-Sender/Empfänger 101A, 101B und 101C, entsprechend jedem mit der NIC kommunizierenden Bus. Bei den gezeigten Ausführungsformen entsprechen drei Sender/Empfänger 101 einem diesseitigen Bus 107L, einem jenseitigen Bus 107R und einem Reservebus 107LB. Jeder Sender/Empfänger 101 kann Analogsignale auf dem zugeordneten Ethernet-Bus empfangen und diese Analogsignale in digitale Äquivalente umsetzen, die durch die NIC zu einer flugtechnischen Komponente 110 übertragen werden können. Jeder Sender/Empfänger kann außerdem Digitalsignale von der flugtechnischen Komponente 110 empfangen und diese Signale in analoge Äquivalente zur Übertragung auf dem Ethernet-Bus umsetzen.
Jeder Sender/Empfänger kommuniziert mit einer herkömmlichen System-Netzwerkschnittstellensteuerung (SNIC) 103, die digitale Daten zwischen dem Sender/Empfänger 101 und als Datenpuffer wirkenden Direktzugriffsspeichern austauschen kann. Zwei Empfangspuffer 115 und 116, die von diesseitigen und jenseitigen Bussen empfangenen Daten entsprechen, werden zusammen mit einem einzigen Sendepuffer 117 bereitgestellt.
Jeder Puffer kommuniziert mit einem Rückwandbus 105, der integraler Bestandteil einer flugtechnischen Komponente 110 oder anderweitig mit dieser kommuniziert. Daten, die in den Empfangspuffern 115 und 116 gespeichert wurden, können durch ein Speicheradressierungsverfahren der flugtechnischen Komponente 110 zur Verfügung gestellt werden, wobei die flugtechnische Komponente 110 in Abständen jeden Empfangspuffer abfragt, um zu bestimmen, ob etwaige empfangene Daten warten. Als Alternativen können empfangene Daten durch Simulcasting oder "Ausfächern" akkumulierter Daten über den Rückwandbus 105 in einem regelmäßigen Zeitintervall der flugtechnischen Komponente 110 zur Verfügung gestellt werden.
Ähnlich werden Daten, die von der NIC auf den Ethernet- Bussen übertragen werden sollen, aus dem Rückwandbus 105 zu einem Sendepuffer 117 weitergeleitet. Daten können durch synchrones oder asynchrones Abfragen des Rückwandbusses 105 oder durch Daten-Simulcasting über den Rückwandbus 105 in regelmäßigen oder interruptgesteuerten Intervallen in den Sendepuffer 117 gebracht werden.
Bei bevorzugten Ausführungsformen werden die Sender/Empfänger 101 und die SNIC's 103 durch ein herkömmliches Isolationsmittel 102 getrennt. Obwohl Isolationsschaltungen 102 nicht notwendig sind, um die NIC zu implementieren, sind sie nützlich zur Verbesserung der Signalqualität und -zuverlässigkeit.
Außerdem können die Isolationsmittel 102 Übertragungen auf den Ethernet-Bussen 107 verhindern, falls die NIC ausfallen sollte, so daß eine Verteilung falscher oder ungenauer Daten verhindert wird.
Eine kritische Komponente der Erfindung ist eine Mikrosteuerung 112, die in Kommunikation mit den SNIC's 103 angeordnet ist. Obwohl die elektrischen Kenngrößen von Datenübertragungen auf Ethernet-Bussen 107 dem Standard IEEE 802.3 entsprechen, erfolgt der Zugang zu den Bussen nicht gemäß dem Ethernet-CSMA/CD-Verfahren. Stattdessen steuert die Mikrosteuerung 112 den Ablauf von Datenübertragungen auf jedem Ethernet-Bus gemäß einer Tabelle, die in einem nichtflüchtigen Speicher 113 gespeichert ist. Die Tabelle ist für jede Implementierung des Kommunikationssystems einzigartig, wobei jeder flugtechnischen Komponente 110 in einer vorbestimmten Abfolge eine feste Menge von Bandbreite zugeteilt wird. Jeder Komponente wird gemäß der Nachschlagetabelle ein periodischer Zugang zu dem Netz garantiert. Daher erfolgt der Zugang zu den Ethernet- Bussen 107 nicht gemäß CSMA/CD, sondern stattdessen synchron und deterministisch.
Da sich die Zeitsteuerungssequenz auf alle auf den Ethernet-Bussen 107 kommunizierenden Komponenten auswirkt, müssen alle NIC's, die die Busse 107 verwenden, identische Zeitsteuerungstabellen in nichtflüchtigem Speicher behalten. Ablaufsteuerungsdatenübertragungen gemäß einer Zeitsteuerungstabelle ermöglicht eine verbesserte Zuverlässigkeit, da alle flugtechnischen Komponenten die Übermittlungen anderer Komponenten antizipieren und überwachen können. Außerdem wird jeder Komponente ein periodischer Zugang zu dem Bus garantiert, so daß sichergestellt wird, daß kritische Nachrichten ohne Verzögerung entlang dem Bus · weitergeleitet werden können.
Bei den bevorzugten Ausführungsformen des Kommunikationssystems überwacht eine Schaltung 114 die · Verfügbarkeit der elektrischen Stromversorgung und den "Herzschlag" der Mikrosteuerung 112. Herzschlagsignale, die auch als "Wachhund"-Signale bekannt sind, basieren auf der Häufigkeit der Datenübertragung und sind alle im Stand der Technik wohlbekannt. Falls die Stromversorgung ausfallen oder eine Fehlfunktion der Mikrosteuerung 112 auftreten sollte, identifiziert der Monitor 114 den Zustand und sperrt Übertragungen, bevor verfälschte Daten über die Ethernet-Busse 107 zu anderen Komponenten rundgesendet werden können. Übertragungen auf den Ethernet-Bussen 107 können durch Ausschalten der Sender/Empfänger 101 oder SNIC's 103, durch Löschen des Sendepuffers 117 oder durch Erzeugen einer Unterbrechung in den Isolationsschaltungen 102 gesperrt werden.
Mit Bezug auf Fig. 5 wird ein hypothetisches Zeitsteuerungsschema offengelegt, das in einem nichtflüchtigen Speicher einer Mikrosteuerung dargestellt werden könnte. Die Bandbreite wird gemäß Rahmen zugeteilt, wobei jeder Rahmen eine feste Zeitdauer aufweist. Zum Beispiel könnte jeder Rahmen 10 Mikrosekunden darstellen. Jede Komponente, die über die Ethernet-Busse kommuniziert, behält dieselben Zeitsteuerungsinformationen; jede Komponente sendet Daten der Reihe nach gemäß der Zeitsteuerungstabelle. Eine flugtechnische Komponente wird willkürlich gewählt, um Datenübertragungen auf dem Bus einzuleiten, und die dieser Komponente zugeordnete NIC wird als eine Bussteuerung identifiziert. In Fig. 5 wird zum Beispiel ein EFIS1-System als die Bussteuerung identifiziert. Alle Komponenten überwachen Übertragungen aller anderen Komponenten auf den Ethernet-Bussen. Wenn die Bussteuerung zu senden beginnt, empfangen deshalb alle anderen Komponenten Daten aus der Bussteuerung und erkennen den Anfang der Sendeabfolge. Mit Bezug auf Fig. 5 erhält die EFIS1-Bussteuerung die volle Bandbreite der Ethernet-Busse für eine feste Zeitspanne. Wenn das EFIS2 seine Übertragung abgeschlossen hat, erkennen alle Komponenten eine kurze Zeitsteuerungslücke. Danach sendet das EFIS2, das die nächste Komponente in der Tabelle ist, Daten auf seinen diesseitigen und Reservebussen für die Dauer seiner Zeitzuteilung. Datenübertragungen sind synchron, da alle Übertragungen für eine feste Zeitdauer stattfinden. Datenübertragungen sind ebenfalls deterministisch, da jeder Komponente Übertragungszeit in einer vorbestimmten Reihenfolge zugeteilt wird. Jeder flugtechnischen Komponente wird deshalb der Zugang zu den Bussen in regelmäßigen Intervallen für feste Zeitdauern garantiert.
Da das Buszugangsschema des vorliegenden Kommunikationssystems synchron ist, ist es kritisch, daß Komponenten ein fehlertolerantes Mittel zur Rahmenzeitsteuerung aufweisen. Damit das hier offengelegte Zeitsteuerungsschema ordnungsgemäß funktioniert, ist es kritisch, daß mindestens diese Komponenten auf derselben Seite des Flugzeugs im wesentlichen ihre Buskommunikation synchronisieren. Außerdem ist es sehr wünschenswert, daß Komponenten auf gegenüberliegenden Seiten des Flugzeugs gut synchronisiert sind. Deshalb müssen Komponenten über ein Verfahren zur Identifizierung eines gemeinsamen "Zeit-Nullpunkts" verfügen.
Ein Verfahren zur Synchronisierung von Übertragungen kennzeichnet willkürlich zwei flugtechnische Komponenten auf jeder Seite des Flugzeugs als Bussteuerungen. Die erste Bussteuerung, die eingeschaltet wird und dem Netzwerk online erscheint, wird zu der primären Bussteuerung, und die zweite, die in den Online-Zustand eintritt, wird zu der sekundären Bussteuerung. Beide Bussteuerungen können eine Startsequenz auf den diesseitigen und Reservebussen senden; andere Komponenten auf derselben Seite des Flugzeugs empfangen diese Übertragungen und erkennen den Startpunkt der Kommunikationssequenz. Wenn keine der Bussteuerungen aktiv wird oder eine Bussteuerung ausfällt, können andere Komponenten auf dem Netz durch den jenseitigen Bus aus Bussteuerungen, die auf der gegenüberliegenden Seite des Flugzeugs wirken, ein Taktsignal erhalten.
Außerdem können Bussteuerungen auf gegenüberliegenden Seiten des Flugzeugs einander durch die jenseitigen Busse überwachen. Durch Überwachen des Datenflusses auf den jenseitigen Bussen können Bussteuerungen sicherstellen, daß Taktsignale über das Flugzeug hinweg unter Kontrolle bleiben.
Wieder mit Bezug auf Fig. 4 wird eine NIC mit drei Halb- oder Vollduplex-SNIC's 103A, 103B und 103C implementiert, wobei jede SNIC, die einem Sender/Empfänger (101A, 101B bzw. 101C) entspricht, mit einem Ethernet-Bus (107L, 107LB bzw. 107R) kommuniziert. Gestrichelte Linien stellen Wege von Daten dar, die auf den Ethernet-Bussen übertragen werden sollen; durchgezogene Linien zeigen Wege von empfangenen Daten an. Bei der gezeigten bevorzugten Ausführungsform empfängt die Steuerung Daten über alle drei Busse 107L, 107LB und 107R, sendet Daten aber nur auf dem diesseitigen Bus 107L und dem Reservebus 107LB. Diese Anordnung maximiert die Bandbreitenzuteilung über alle Busse hinweg und stellt gleichzeitig sicher, daß jede Komponente Daten von allen anderen Komponenten, einschließlich der Komponenten auf der gegenüberliegenden Seite des Flugzeugs, empfangen kann. Die Mikrosteuerung 112 überwacht die Datenkommunikation jeder Komponente und vergleicht die Inhalte von Daten, die empfangen wurden, mit der in dem nichtflüchtigen Speicher 113 gespeicherten Zeitsteuerungstabelle.
Wenn Daten aus einer Komponente auf der gegenüberliegenden Seite des Flugzeugs empfangen werden, weist die Mikrosteuerung 112 die SNIC 103C, die an den jenseitigen Sender/Empfänger 101C angekoppelt ist, an, Daten zu einem Empfangspuffer 115 zu übermitteln, die letztendlich über den Rückwandbus 105 hinweg simulcast-übertragen werden. Wenn eine Komponente auf derselben Seite des Flugzeugs Daten sendet, können jedoch entweder über den diesseitigen Bus 107L oder den Reservebus 107LB identische Daten empfangen werden. Ein (nicht gezeigtes) Umschaltmittel, das in Software oder in der Mikrosteuerung oder als ein Hardwareelement implementiert werden kann, bestimmt, ob die diesseitige oder die Reserve-SNIC die empfangenen Informationen zu dem zweiten Empfangspuffer weiterleitet.
Zu übertragende Komponentendaten akkumulieren sich in dem Sendepuffer 117 auf die oben besprochene Weise. Wenn die Mikrosteuerung 112 identifiziert, daß die Sendeperiode, die der Komponente 110 entspricht, gekommen ist, leitet sie die diesseitige SNIC 103A und die Reserve-SNIC 103B an, Daten aus dem Sendepuffer 117 abzurufen und die Daten zu den jeweiligen diesseitigen und Reserve-Sender/Empfängern 101A und 101B zur Übertragung auf den Ethernet-Bussen 107L bzw. 107LB weiterzuleiten. Auf diese Weise können Daten über die mehreren Busse gemäß den durch die Mikrosteuerung geführten Tabellen zu den verschiedenen Komponenten gesendet und aus diesen empfangen werden.
Nunmehr mit Bezug auf Fig. 6 wird eine zweite Ausführungsform der Netzwerkschnittstellensteuerung offengelegt. Wie in Fig. 4 stellen durchgezogene Linien Wege von Daten dar, die empfangen wurden, und gestrichelte Linien stellen Wege von Daten dar, die gesendet werden sollen. Obwohl jede NIC mit einem diesseitigen Bus 107L, einem jenseitigen Bus 107R und einem Reservebus 107LB kommuniziert wie bei der vorherigen Ausführungsform, werden nur zwei SNIC's 103A und 103B verwendet. Da jede SNIC auf einen Bus senden kann, während sie auf einem anderen Bus empfängt, müssen Vollduplex-SNIC's verwendet werden, um eine schnelle und zuverlässige Datenabwicklung sicherzustellen:
Die Mikrosteuerung 112 lenkt wiederum die Datenabwicklung gemäß einer in dem nichtflüchtigen Speicher 113 gehaltenen Nachschlagetabelle. Wenn die Tabelle Daten anzeigt, die aus einer jenseitigen Komponente empfangen werden, leitet die Mikrosteuerung 112 die SNIC 103B an, auf dem jenseitigen Bus 107R empfangene Daten zu einem ersten Empfangspuffer 115 zu übermitteln. Wenn Daten aus einer diesseitigen Komponente empfangen werden, ist jedoch ein Schalter 118 notwendig, um zu bestimmen, ob Reserve- oder diesseitige Daten der SNIC zugeführt werden. Dieser Schalter kann als Hardware oder als Software implementiert werden und wird durch die Mikrosteuerung 122 gesteuert. Gleichgültig, ob diesseitige oder Reserve-Daten der SNIC 103A zugeführt werden, leitet die Mikrosteuerung 122 die SNIC 103A an, empfangene Daten in einen zweiten Empfangspuffer 116 zu bringen.
Daten, die von der Netzwerkschnittstellensteuerung übertragen werden sollen, werden aus dem Rückwandbus 105 der flugtechnischen Komponente 110 auf die oben beschriebene Weise zu dem Sendepuffer 115 weitergeleitet. Wenn die Zeitsteuerungstabelle anzeigt, daß die Sendezeit der Komponente gekommen ist, leitet die Mikrosteuerung 122 die SNIC's 103A und 103B an, Daten aus dem Sendepuffer 117 abzurufen und die Daten auf den Ethernet-Bussen 107L bzw. 107LB zu übertragen. Man beachte, daß die SNIC 103B zwar Daten aus dem jenseitigen Bus 107R empfängt, Daten aber auf dem diesseitigen Reservebus 107LB sendet.
Die entsprechenden Strukturen, Materialien, Handlungen und Äquivalente aller Mittel oder Schritte plus Funktionselemente in den nachfolgenden Ansprüchen sollen jede beliebige Struktur, jedes beliebige Material oder jede beliebige Handlung zur Durchführung der Funktionen in Kombination mit anderen beanspruchten Elementen gemäß der spezifischen Beanspruchung umfassen. Der Schutzumfang der Erfindung sollte durch die angefügten Ansprüche und ihre legalen Äquivalente bestimmt werden, und nicht durch die angegebenen Beispiele.

Claims

1. Netzwerkschnittstellensteuerung (111), die den Transfer von Daten zwischen einer flugtechnischen Komponente (110) und einem redundanten Bussystem erleichtert, wobei das Bussystem einen ersten Bus (107L), einen zweiten Bus (107R) und einen dritten Bus (107LB, 107RB) aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Netzwerkschnittstellensteuerung folgendes umfaßt:

einen ersten Sender/Empfänger (101A), der mit dem ersten Bus kommuniziert;

einen zweiten Sender/Empfänger (101B), der mit dem zweiten Bus kommuniziert;

einen dritten Sender/Empfänger (101C), der mit dem dritten Bus kommuniziert;

mehrere System-Netzwerkschnittstellensteuerungen (SNIC's, 103A, 103B, 103C), wobei jede SNIC mit der flugtechnischen Komponente (110) und mindestens einem des ersten Senders/Empfängers, des zweiten Senders/Empfängers und des dritten Senders/Empfängers kommuniziert; und

eine an jede der mehreren SNIC's angekoppelte Mikrosteuerung (112), wobei die Mikrosteuerung mehrere Steuersignale bereitstellt, und zwar eines für jede der mehreren SNIC's, so daß die Daten gemäß einer vorbestimmten Kommunikationssequenz zwischen der flugtechnischen Komponente und dem redundanten Bussystem gelenkt werden.

2. Netzwerkschnittstellensteuerung nach Anspruch 1, wobei die Mikrosteuerung einen nichtflüchtigen Speicher (112) mit einer gemäß der vorbestimmten Kommunikationssequenz konfigurierten Nachschlagetabelle (113) umfaßt.

3. Netzwerkschnittstellensteuerung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Sender/Empfänger, der zweite Sender/Empfänger und der dritte Sender/Empfänger Ethernet-Sender/Empfänger sind und wobei alle der mehreren SNIC's Ethernet-SNIC's sind.

4. Netzwerkschnittstellensteuerung nach Anspruch 1, weiterhin mit einem Monitor (114), der mit der Mikrosteuerung (112) kommuniziert, wobei der Monitor ein Ausgangssignal bereitstellt, das einen aktuellen Status der Mikrosteuerung anzeigt.

5. Redundantes Kommunikationssystem, das die Datenkommunikation zwischen mehreren flugtechnischen Komponenten (110) erleichtert, wobei das redundante Kommunikationssystem mehrere Kanäle umfaßt, darunter einen ersten Bus (107L), einen zweiten Bus (107R) und einen dritten Bus (107LB, 107RB), wobei das Kommunikationssystem

dadurch gekennzeichnet ist, daß jede der mehreren flugtechnischen Komponenten durch eine Schnittstellensteuerung (111) mit den mehreren Kanälen kommuniziert, wobei jede Schnittstellensteuerung folgendes umfaßt:

mehrere Sender/Empfänger (101A, 101B, 101C), wobei jeder Sender/Empfänger einem der Kanäle entspricht;

mehrere System-Netzwerkschnittstellensteuerungen (SNIC's, 103A, 103B, 103C), wobei jede SNIC mit mindestens einem Sender/Empfänger und mindestens einer der mehreren flugtechnischen Komponenten kommuniziert; und

eine Mikrosteuerung (112), die mit jeder der mehreren SNIC's kommuniziert, wobei die Mikrosteuerung die Sequenz von zwischen den mehreren flugtechnischen Komponenten übertragenen Daten über die mehreren Kanäle steuert.

6. Redundantes Kommunikationssystem nach Anspruch 5, wobei jeder der Kanäle ein Ethernetkabel ist.

7. Redundantes Kommunikationssystem nach Anspruch 5, wobei jeder der Kanäle ein Koaxialkabel ist.

8. Redundantes Kommunikationssystem nach Anspruch 5, wobei jede der Mikrosteuerungen (112) eine Nachschlagetabelle (113) in einem nichtflüchtigen Speicher umfaßt.

9. Redundantes Kommunikationssystem nach Anspruch 8, wobei die Nachschlagetabelle einen elektronischen Befehl zum Übertragen von zwischen den mehreren flugtechnischen Komponenten ausgetauschten Daten speichert.

10. Redundantes Kommunikationssystem nach Anspruch 9, wobei jede der Mikrosteuerungen die Sequenz von zwischen den mehreren flugtechnischen Komponenten übertragenen Daten gemäß der Nachschlagetabelle steuert.

11. Verfahren zum Übertragen einer elektronischen Nachricht zwischen einer ersten flugtechnischen Komponente und einer zweiten flugtechnischen Komponente, mit den folgenden Schritten:

Empfangen einer elektronischen Nachricht von der ersten flugtechnischen Komponente in einer ersten System-Netzwerkschnittstellensteuerung (SNIC) und in einer zweiten SNIC;

Überwachen einer Sequenz von Übermittlungen in einer Steuerung;

Weiterleiten eines Signals von der Steuerung zu der ersten SNIC und der zweiten SNIC als Reaktion auf die Sequenz von Ubermittlungen;

Weiterleiten der elektronischen Nachricht von der ersten SNIC zu einem ersten Sender/Empfänger und von der zweiten SNIC zu einem zweiten Sender/Empfänger als Reaktion auf das Signal von der Steuerung;

Senden der elektronischen Nachricht über den ersten Sender/Empfänger auf einem ersten Datenbus, der mit der zweiten flugtechnischen Komponente kommuniziert;

Senden der elektronischen Nachricht über den zweiten Sender/Empfänger auf einem zweiten Datenbus, der mit der zweiten flugtechnischen Komponente kommuniziert;

Weiterleiten der elektronischen Nachricht von der ersten SNIC zu einem dritten Sender/Empfänger als Reaktion auf das Signal von der Steuerung; und

Senden der elektronischen Nachricht über den dritten Sender/Empfänger auf einem dritten Datenbus, der mit der zweiten flugtechnischen Komponente kommuniziert.

12. Verfahren nach Anspruch 11, weiterhin mit den folgenden Schritten:

Empfangen der elektronischen Nachricht in einer dritten SNIC;

Weiterleiten des Signals von der Steuerung zu der dritten SNIC als Reaktion auf die Sequenz von Übermittlungen;

Weiterleiten der elektronischen Nachricht von der dritten SNIC zu einem dritten Sender/Empfänger als Reaktion auf das Signal von der Steuerung;

Senden der elektronischen Nachricht über den dritten Sender/Empfänger auf dem dritten Datenbus, der mit der zweiten flugtechnischen Komponente kommuniziert.

13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der erste Datenbus, der zweite Datenbus und der dritte Datenbus Koaxialkabel sind.