EP1738532A1 - System und verfahren zur übertragung und bewertung von daten in einem bussystem mit ringtopologie - Google Patents

System und verfahren zur übertragung und bewertung von daten in einem bussystem mit ringtopologie

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Publication number
EP1738532A1
EP1738532A1 EP05742925A EP05742925A EP1738532A1 EP 1738532 A1 EP1738532 A1 EP 1738532A1 EP 05742925 A EP05742925 A EP 05742925A EP 05742925 A EP05742925 A EP 05742925A EP 1738532 A1 EP1738532 A1 EP 1738532A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
data
evaluation
participant
ring
frame
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05742925A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Werner Harter
Eberhard Boehl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1738532A1 publication Critical patent/EP1738532A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/42—Loop networks
    • H04L12/427—Loop networks with decentralised control
    • H04L12/433—Loop networks with decentralised control with asynchronous transmission, e.g. token ring, register insertion

Definitions

  • the invention is based on a system and a method for transmitting and evaluating data and at least two participants involved in the evaluation and a corresponding participant in accordance with the preamble of the independent claims.
  • a system is known from WO 02/49271 A2, which shows a ring network in which the individual subscribers are connected by two rings, each with the opposite direction of transmission.
  • the data in rmg-shaped networks are transmitted multiple times in the same direction by means of redundant additional connections via individual nodes, as is shown, for example, in DE 103 07 749 AI.
  • the data in the ring-shaped network are transmitted multiple times in the same or opposite direction across individual nodes by means of redundant additional connections.
  • the entire data frame in which the data is transmitted that is to say the entire frame, is temporarily stored in the network node and is generally only sent out again two frames later, as is the case, for example, in the MOST implementation is provided (see MOST Network Transceiver, OS 8104, DS 8104 EP 4 from Oasis, Silicon Systems, January 2003).
  • this delay in the data in the network limits the number of network nodes, even if the delay per subscriber, that is to say per node, is limited to a single buffered frame.
  • the duration of such a data frame or frame is approximately 22 ⁇ s at a transmission rate of 22.5 Mbit / s and 64 bytes per frame.
  • eight network nodes i.e. nodes, it then takes at least 182 ⁇ s for a buffered frame or 364 ⁇ s for two data frames until the data has been transmitted to all nodes in the network.
  • the necessary transfer of several data and the exchange of intermediate and final results necessary for voting, i.e. an evaluation of the data therefore leads to an unacceptable duration of the voting or evaluation process for a node or
  • the method and the at least one participant and the system for the transmission and evaluation of data with at least two participants involved in the evaluation assume that the data are transmitted in data frames and that each participant in the evaluation is assigned at least one position in the data frame is, the data are transmitted in several transmission paths, each of which forms a ring.
  • one coupling unit per ring is provided in each participant involved in the evaluation in order to achieve the Coupling data of the respective participant involved in the evaluation into the at least one position in the data frame provided for this purpose, the remaining data being passed on unprocessed in the positions of the data frame into which no coupling occurs in this participant.
  • the coupling unit advantageously contains a counter, by means of which the position provided for the data of the subscriber in the data frame is determined.
  • the coupling unit expediently additionally contains a multiplex module, by means of which, depending on a counter reading of the aforementioned counter, the data is coupled in or forwarded according to the position in the data frame.
  • the coupling unit can be accommodated in a control unit described later.
  • the data are advantageously transmitted in binary form as bits, so that at least one bit memory element is provided per ring, by means of which the data to be coupled in is synchronized in the data frame; in particular, it is used for a 5 flip-flop module.
  • an input and an output are provided per ring in each subscriber and such a bit memory element is assigned to each output.
  • an input and an output can also be provided for each O ring in each subscriber and such a bit memory element can be assigned to each of these inputs and each output.
  • this method is advantageously used in a system which maps the transmission paths in a first ring and a second ring, each with the opposite transmission direction.
  • a main subscriber who carries out the evaluation himself and in turn contains or is connected to at least one clock cycle, this clock unit specifying a clock cycle for the transmission of the data for all rings, that is to say all the transmission paths.
  • FIG. 1 shows a system according to the invention with the corresponding voting structure.
  • Figure 2 shows the system when a line break occurs.
  • Figure 3 shows the system when a participant fails.
  • each subscriber is shown in FIG. 4 and the structure of a subscriber with its own time base, that is to say a clock unit, is shown in FIG. 5.
  • FIG. 6 shows an example of a frame structure according to the invention.
  • FIG. 7 shows a master-slave combination in a system according to the invention.
  • Figure 8 shows the failure of the master in the master-slave combination.
  • FIG. 9 shows master failure or failure of the entire master-slave combination and additional Back ⁇ ip master
  • FIG. 10 shows the failure of the master or the master-slave combination with a second error occurring at the same time, such as, for example, selection of a connection or a subscriber with additional backup masters and formation of subsystems.
  • FIG. 11 shows again in FIGS. 11a and 11b a system according to the invention with the corresponding voting structure according to FIG. 1 in FIG. 1a, the participants involved in the evaluation being identified by the hatching.
  • FIG. 11b shows a further data frame according to the invention, which represents the transmission of the data, in particular of the participants involved in the evaluation, and of the control information.
  • FIG. 12 once again shows the coupling units in a subscriber in a simplified manner in the case of an opposite ring structure.
  • Figure 1 shows a Fig 1 shows a Fig ⁇ otmg structure with a master-slave combination 100 with a master 103 and a slave 104.
  • another six participants are shown as slaves, so in particular without their own clock unit from 105 to 110.
  • the connection of the participants 103 to 110 takes place in two opposite rings R1 and R2, so that two redundant ring-shaped data paths, namely R1 and R2, are used in the opposite direction for data transmission.
  • the master-slave combination 100 can additionally increase the reliability by providing two redundant clock units 101 and 102 in addition to a master and a slave that can take over the master functions.
  • only one clock unit can also be provided here is initially assigned to the master, that is to say not contained in it, and in the event of a failure passes the clock information on to the slave 104 in order to maintain operation. It is then necessary that the master 103 and the slave 104 are arranged as neighbors and in close proximity in order to be able to transmit the clock information without problems.
  • a master 200 with a clock unit 201 is shown instead of the master-slave combination 100.
  • the use of the master-slave combination 100 or a sole master 200 is optional and interchangeable. If an error now occurs in the system, for example an interruption in the line as shown here between subscribers 107 and 108, the data transmission in the system can be maintained by redirecting information in the corresponding subscribers. I.e. Even if all connections between two nodes or participants are interrupted, there is still a secure data exchange between all nodes. But this is only due to the fact that, according to the invention, the data of both rings R1 and
  • R2 are always evaluated and processed in each participant and, contrary to the state of the art, there is no simple transmission of the data in one participant.
  • the same situation is shown in FIG. 3, only on the condition that an entire subscriber, here subscriber 107, fails.
  • data transmission can also be maintained here, precisely here in the event of a node or subscriber failing for the remaining subscribers.
  • FIG. 4 now shows the structure of a subscriber in which cross connections between the rings are realized.
  • the subscriber or node has a first input 400E1 and a first output 400A1 as well as a second input 400E2 and a second output 400A2.
  • the two transmission paths corresponding to the rings R1 and R2 can be implemented via these inputs and outputs.
  • a control unit 401 or 402 corresponding to each transmission path is now provided, in which status information is generated.
  • This status information contains, for example, network information regarding the failure of a node or subscriber or else. FeMerinformation or the defect status of a cut connection between two participants. Accordingly, every participant is everyone Control unit 401 or 402 is able to generate such Staras information itself.
  • This Starasinformation can then be exchanged between the rings via the corresponding connection 400V1 or 400V2. This is done by coupling the Staras information using an egg coupling unit 406, in particular into the data frame, which is described in more detail in FIG. 6.
  • 407 serves to determine the exact position of the status information in the frame, which can be done, for example, via a counting device that counts bits or bytes.
  • An evaluation unit 405 is also provided or for the other direction 408 for evaluating the Staras information coming in via the inputs in the frame.
  • These units 405, 406 and 407 can be provided both in the control unit and outside. This also applies to the other direction, for the elements 408, 409 and 410.
  • the evaluation unit 405, now or in the opposite direction 408, is used to evaluate the Staras information and is designed such that when
  • Control connection 401ST2 to switchover element 404 prevents transmission via 400R1 if the error has occurred in the ring R1. This is done in the same way for the other direction via control unit 402 and evaluation unit 408.
  • connection 400V2 is now at least partially activated via control input 402ST1, that is to say transmission of status information or other data up to the whole
  • a connection can additionally be provided between the control units, shown here in dashed lines, in order to make such measures between the control units dependent on corresponding ones Errors or the importance of the errors, which can be entered in a priority table.
  • FIG. 5 now shows the same function for a subscriber with clock unit 511, with control units 501 and 502, evaluation units 505 and 508, detection units 507 and 510, Einkorjpel units 506 and 509, switching elements 503 and 504, the corresponding control inputs 501ST2 and 501ST1 as well as 502ST2 and 502ST1 are provided to activate the connections 500V1 or 500V2, in order to enable data to be coupled into the various rings or to switch input 500E1 to output 500A2 or input 500E2 to output 500A1.
  • This subscriber differs primarily in that it contains a clock unit 511 and can thus act as a master or backup master in the system. Otherwise, the function of the parts mentioned corresponds to that already described in FIG. 4.
  • a connection of the two control units 501 and 502 can also be provided here for tuning.
  • a frame for data transmission is provided by way of example in FIG. 6, so that all data are transmitted in synchronous frames ... Fra es, a specific data area being assigned to each node involved in the voting.
  • the proposed frame starts here with a preamble P, which marks the beginning of the frame.
  • the Staras information which can comprise from one bit to one byte or more bytes, is represented by S.
  • DT1, D-T2 to DTN corresponds to the data areas of the respective participants T1, T2 to TNT, that is to say in the figures previously 103 to 110 and 200, respectively, who are involved in the voting.
  • With CI further control information is provided and with LI l-xx) p information and -EOF indicates the end of frame. According to FIGS.
  • the clock unit can be implemented redundantly and in the event of a master subscriber error, any node that has access to such a clock-generating element, that is to say to such a clock unit, can take over the function.
  • any node that has access to such a clock-generating element that is to say to such a clock unit, can take over the function.
  • either a complete switchover of the data stream, that is to say a diversion from one ring to the other ring, or a bypass can be implemented in less severe cases. I.e. In addition to passing, a correction can also be made by coupling information from the other control unit of the opposite circle, as already described.
  • the information or the data of the system is transmitted in a predetermined length. For example, 32, 64 or 128 bytes or any other frame length can be used. Each frame starts with one
  • Preamble P and the data are coded in such a way that " clock recovery can take place, for example, using a PLL.
  • Data transmission can take place on an electrical physical layer, such as LVDS, low voltage differential signaling using UTP unshared twisted pairs or STP shealded twisted pairs or any other electrical or optical transmission.
  • frame positions DT1, DT2 to DTN are provided according to the respective participant. The length depends on the predeterminable number of participants or nodes Due to the synchronous work of all nodes or participants, ie using the same clock frequency of the same clock, it is possible to bypass all information or the entire data that was not generated by the participant concerned of such a bypass requires ...
  • voting procedure or the evaluation process should be briefly described again.
  • every participant must be able to perform simple arithmetic, logical and comparison operations.
  • a simple or small processor in each voting unit can be used to carry out these tasks.
  • This small processor can then represent or be contained in the control unit in order to control the data flow, to evaluate the status information and to check the correct operation of the participants, as described in FIGS. 4 and 5.
  • the different participants in the system carry out the evaluation procedure, i.e. the voting, independently of one another.
  • Each participant receives input variables, for example from sensors, and uses them for a calculation or calculation process.
  • the input variables of the participants can differ in a tolerable order of magnitude.
  • all input variables could be exchanged, evaluated and replaced at the beginning of the evaluation procedure of the voting depending on the respective calculation.
  • the calculation is then carried out as a second step and the results are exchanged.
  • the voting can be carried out in each participant and the evaluation results can also be exchanged.
  • the actuators can then be influenced by evaluating these volume results in order to achieve the desired system reaction. Participants who produce unacceptable results at the end of the voting procedure can be excluded from the evaluation. This enables the participants, especially those who remain after the expulsion, to act in an adapted manner without a significant influence on the global system behavior.
  • Staras information Information about the different phases Separating this evaluation process from one another can also be included in the Staras information, namely the type of data that is transmitted as well as the validity of this data. Also the system status and the number of active participants as well as the status of these participants with regard to voting. This means that each participant can evaluate the status of each other participant, and if there are differences, errors can be easily identified. This is possible because each participant can receive all the information of all other participants, even if they have been excluded from the voting process. In this way, a participant who has already been excluded can be re-included in the voting process if there is renewed agreement with a result of the evaluation, for example by a master decision. To this
  • the structure is also suitable for other data exchange processes, e.g. suitable as a connection between different bus systems (gateway).
  • the incoming data information must be checked in each participant, for example for code errors, preambles, number of bytes, the frame, the EOF byte, etc.
  • code errors for example for code errors, preambles, number of bytes, the frame, the EOF byte, etc.
  • this, as described above can be excluded.
  • the] - ⁇ »p information LI is introduced after the control information CI in order to transmit information from one ring, that is to say one transmission direction on the other ring or the other transmission direction, to make the subscriber accessible from both transmission directions or both Rings Rl, R2 to determine.
  • Non-master participants since they receive the same information as the master participant, also monitor them and act independently in the event of unexplained master decisions. This means that a master can be actively excluded from the system, as can a faulty non-master; either with a bypass or by redirection without risking serious security risks in the system, so that the highest possible functionality always occurs with one or more errors. This is described again in more detail below with reference to FIGS. 7 to 10.
  • FIG. 7 again shows a system structure with a master SIave arrangement 700, a master 103 and a non-master subscriber 104.
  • block 701 there are redundant ones Clock units 702 and 703 shown that either the master 103 or the.
  • Non-masters 104 can be assigned and can thus specify the clock for the system, i.e. the rings R1 and R2 with the subscribers 105 to 110 and 103 and 104.
  • this master-slave combination 700 with several clock generators or clock units 702 and 703 and spatial proximity between the
  • Such replacement masters or backup masters can also be provided multiple times in the system, so that safety scaling or error scaling is also possible here.
  • the formation of subsystems can take place which in turn can continue to maintain a certain basic function. If three or more participants are still contained in such a subsystem, the voting, that is to say the evaluation, can also continue to be carried out, specifically for the functions which are controlled by these participants. In the case of a further two remaining participants, at least a partial evaluation can be carried out by comparing the functionalities for equality.
  • scaling can take place within the framework of fail-safe or fail-safe by being able to predefine potential sub-networks.
  • a system for safety-critical applications with high real-time requirements can thus be represented.
  • high settling times, in particular the PLL on the new system frequency, ie the new clock had to be expected. Due to the possibility of avoiding this sliding master and the use of the This can be avoided by using the same clock for both rings or transmission paths.
  • complete security can be achieved, since in the present structure, with the corresponding function, complete data exchange is guaranteed when all connections between two subscribers are interrupted or even a total failure of a subscriber, in particular the master.
  • the invention can thus be advantageously used for all safety-critical applications, in particular in X-by-wire systems and especially wherever an evaluation, ie a voting, is carried out.
  • FIG. 11a For such an evaluation is shown again in FIG. 11a according to FIG. 1, the participants involved in the evaluation, here 103, 110, 106 and 107, by means of. the scliraf ⁇ ur have been identified.
  • a corresponding data frame based on FIG. 6 is shown in FIG. 11b with a preamble P, control information S and the data positions of the participants 103, 106, 107 and 110 shown with DT 103, DT 106, DT 107 and DT 110 and the control forrriation CI , which in particular shows the network status, further control information relating to the data frame itself in a field SF and the end of frame EOF.
  • the SF field can also be omitted and this information could also be located in the EOF field.
  • the Staras information of the field S and the other positions in the data frame CI and SF can be as desired at the beginning or at
  • participant data Furthermore, the participant can enter in the common fields such as status information S or status information regarding the frame SF or also CI and EOF data depending on the specifications or agreement in the system.
  • a subscriber is shown at 1200 with regard to the bypass function mentioned and the coupling unit.
  • An input 1200 El and 1200 E2 are shown corresponding to the respective direction of transmission.
  • the outputs 1200 AI and 1200 A2 are also shown according to the respective ring.
  • Coupling units for each transmission direction are shown with 1201 and 1202. These coupling units 1201 and 1202 each contain a counter 1203 and 1204, respectively
  • another bit memory element can also be a flip-flop module, each represented on the input side as blocks 1209 and 1210 , be provided.
  • all safety-critical components can be one
  • a multiplex module 1205 and 1206 and a synchronization flip-flop 1207 and 1208 are introduced in each network node, the multiplex module in each case either the data from the input 1200 El or 1200 E2, possibly via a further synchronization function.
  • a counter module here 1203 or 1204 and in different nodes or participants with different meter readings the bypass can be activated.
  • nodes that are not involved in the voting all data are immediately forwarded unchanged.
  • An exception here is only the control frame component SF or S, provided control information is to be sent and / or other, for example, global network and status information.
  • the partial bypass according to the invention is also possible for MOST applications, in particular if only certain data bytes in the frame are to be replaced. Control is possible via an implemented routing engine in the MOST system.
  • a certain data area in the frame is assigned to nodes.
  • the clock is recovered from the data, so that an additional clock line can be omitted.
  • An additional reset line can also be dispensed with, since the control information can be transmitted in S and / or SF.
  • the system works fully synchronously and can therefore be triggered in time. In contrast to the slave
  • the main subscriber or master sends a data frame with a constant number of bytes, and the subscriber uses the clock that has been recovered from the data.
  • Each participant who takes part in the voting process is assigned data areas or positions in the data frame. He only enters data in the area assigned to him. The other data is bypassed.
  • each network node ie subscriber, can also enter data in a plurality of data areas, in particular also in the control frame area S and / or SF.
  • the solution according to the invention enables the use of the system mentioned with high real-time requirements in safety-critical applications.
  • the voting data, interim results and voting results can be exchanged very quickly, even with high data volumes and many connected participants.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Small-Scale Networks (AREA)

Abstract

System und Verfahren zur Übertragung und Bewertung von Daten und wenigstens zwei an der Bewertung beteiligten Teilnehmern sowie entsprechender Teilnehmer, wobei die Daten in Datenrahmen übertragen werden und jedem an der Bewertung beteiligten Teilnehmer wenigstens eine Position in dem Datenrahmen zugeordnet ist, wobei die Daten in mehreren Übertragungswegen, die jeweils einen Ring bilden übertragen werden und in jedem an der Bewertung beteiligten Teilnehmer eine Einkoppeleinheit pro Ring vorgesehen ist, um die Daten des jeweiligen an der Bewertung beteiligten Teilnehmers in die dafür jeweils vorgesehene wenigstens eine Position im Datenrahmen einzukoppeln, wobei die übrigen Daten in den Positionen des Datenrahmens in die in diesem Teilnehmer keine Einkopplung erfolgt unbearbeitet weitergeleitet werden.

Description

SYSTEM UND VERFAHREN ZUR ÜBERTRAGUNG UND BEWERTUNG VON DATEN IN EINEM BUSSYSTEM MIT RINGTOPO OGIE
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem System und einem Verfahren zur Übertragung und Bewertung von Daten und wenigstens zwei an der Bewertung beteiligten Teilnehmern sowie einem entsprechenden Teilnehmer gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche. Ein solches System ist aus der WO 02/49271 A2 bekannt, welche ein Ringnetzwerk zeigt, bei dem die einzelnen Teilnehmer durch zwei Ringe mit jeweils entgegengesetzter Übertragungsrichtung verbunden werden. Neben der Verwendung solcher redundanter rmgtörmiger Datenwege in gegenläufiger Richtung werden in anderen Voting- oder Bewertungssystemen die Daten in rmgfδrmigen Netzwerken mittels redundanter Zusatzverbindungen über Einzelknoteii hinweg mehrfach in gleicher Richtung übertragen, wie dies beispielsweise in der DE 103 07 749 AI dargestellt ist. I einem solchen Votingsystem oder auch bei einer gegenläufigen Votmgstruktur wie in der obengenannten WO 02/49271 A2 werden die Daten im ringförmigen Netzwerk mittels redundanter Zusatzverbindungen über Einzelknoten hinweg mehrfach eben in gleicher bzw. gegenläufiger Richtung übertragen. Um die Daten in ein solches Netzwerk einzuspeisen, wird dazu der gesamte Datenrahmen, in dem die Daten übertragen werden, also der gesamte Frame, im Netzwerkknoten zwischengespeichert und in der Regel erst zwei Rahmen später wieder ausgesendet, so wie das beispielsweise bei der MOST- Realisierung vorgesehen ist (s. hierzu MOST Network Transceiver, OS 8104, DS 8104 EP 4 von Oasis, Silicon Systems, Januar 2003). In einem Votingsystem für zeitkritische Echtzeitanwendungen wird durch diese Verzögerung der Daten im Netzwerk die Anzahl der Netzwerkknoten beschränkt, selbst wenn man die Verzögerung pro Teilnehmer, also pro Knoten, auf einen einzigen zwischengespeicherten Frame beschränkt. Die Dauer eines solchen Datenrahmens oder Frames beträgt bei 22, 5 Mbit/s Übertragungsrate und 64 Bytes pro Frame ca. 22 μs. Bei acht Netzwerkknoten, also Teilnehmern, dauert es dann mindestens 182 μs bei einem zwischengespeicherten Frame bzw. 364 μs bei zwei Datenrahmen, bis die Daten an allen Knoten des Netzwerkes übertragen wurden. Die beim Voting, also einer Bewertung der Daten, notwendige Übertragung von mehreren Daten und der Austausch von Zwischen- und Endergebnissen führt deshalb zu einer nicht akzeptierbaren Dauer des Voting- oder Bewertungsprozesses bei einer Knoten- oder
Teimehmeranzahl von mehr als vier Teilnehmern.
Insbesondere in verteilten, sicherheitsrelevanten Systemen oder Netzwerken ist ein Datenaustausch zwischen den beteiligten Teilnehmern nötig, der auch im Falle eines Fehlers noch zu sicheren Entscheidungen oder Bewertungen führt, d. h. der Fehler muss sicher erkannt werden, und es müssen entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden können, die einen Sicherheitsverlust oder Systemausfall vermeiden. Solche verteilten, sicherheitsrelevanten Systeme sind beispielsweise aus dem Fahrzeugbereich als X-by- wire-Systeme bekannt. Die wichtigste Aufgabe dabei ist, die funktionale Sicherheit solcher Systeme zu gewährleisten.
Es stellt sich somit die Aufgabe, im Hinblick auf die aus dem Stand der Technik bekannten Systeme die Fehlersicherheit weiter zu erhöhen im Rahmen der erhöhten sicherheitsrelevanten Anforderungen, indem die obengenannten Verzögerungen weitgehend minimiert werden.
Vorteile der Erfindung
Dazu geht das Verfahren und der wenigstens eine Teilnehmer sowie das System zur Übertragung und Bewertung von Daten mit wenigstens zwei an der Bewertung beteiligten Teilnehmern davon aus, dass die Daten in Datenrahmen übertragen werden und jedem an der Bewertung beteiligten Teilnehmer wenigstens eine Position in dem Datenrahmen zugeordnet ist, wobei die Daten in mehreren Ubertragungswegen, die jeweils einen Ring bilden, übertragen werden. Vorteilhafterweise wird in jedem an der Bewertung beteiligten Teilnehmer eine Einkoppeleirj-heit pro Ring vorgesehen, um die Daten des jeweiligen an der Bewertung beteiligten Teilnehmers in die dafür jeweils vorgesehene wenigstens eine Position im Datenrahmen einzukoppeln, wobei die übrigen Daten in den Positionen des Datenrahmens, in die in diesem Teilnehmer keine Einkopplung erfolgt, unbearbeitet weitergeleitet werden. D. h., erfindungsgemäß trägt in dem betreffenden Bereich des Datenrahmens nur der betroffene Knoten oder Teilnehmer Daten ein und alle anderen Daten bzw. Positionen, in die eine solche Einkopplung nicht erfolgt, werden durch den Teilnehmer nicht verändert und ohne die übliche Verzögerung des Standes der Technik durch einen Bypass unmittelbar weitergeleitet werden. Damit wird vorteilhafterweise die Übertragung der Votingdaten oder -Bewertungsdaten unabhängig von der Anzahl der Knoten im Netzwerk während eines solchen Datenrahmens an alle anderen Teilnehmer oder Knoten im Netzwerk gewährleistet
Dabei enthält die Einkoppeleinheit vorteilhafterweise einen Zähler, durch den die jeweils für die Daten des Teilnehmers im Datenrahmen vorgesehene Position ermittelt wird.
Zweckmäßigerweise enthält die Einkoppeleinheit zusätzlich einen Multiplex-Baustein, durch den abhängig von einem Zählerstand des vorgenannten Zählers eine Einkopplung oder Weiterleitung der Daten entsprechend der Position im Datenrahmen erfolgt. In einer besonderen Ausf hrungsform kann dabei die Einkoppeleinheit in einer später noch O beschriebenen Kontrolleinheit untergebracht sein.
Vorteilhafterweise werden die Daten binär als Bits übertragen, sodass pro Ring wenigstens ein Bit-Speicherelement vorgesehen ist, durch welches eine Synchronisation der einzukoppelnden Daten in den Datenrahmen erfolgt, insbesondere wird taerfür ein 5 Flip-Flop-Baustein verwendet.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist pro Ring in jedem Teilnehmer ein Eingang und ein Ausgang vorgesehen und jedem Ausgang jeweils ein solches Bit-Speicherelement zugeordnet. Zur besseren Synchronisation des Einkoppelvorgangs kann aber auch pro O Ring in jedem Teilnehmer ein Eingang und ein Ausgang vorgesehen sein und jedem dieser Eingänge und jedem Ausgang jeweils ein solches Bit-Speicherelement zugeordnet werden.
Damit ist in verschiedenen Graden die Verbesserung der Synchronisation bezüglich der 5 Datenübertragung bei der Einkopplung möglich. Erfindungsgemäß wird dieses Verfahren vorteilhaft eingesetzt bei einem System, das die Übertragungswege in einem ersten Ring und einem zweiten Ring mit jeweils entgegengesetzter Übertragungsrichtung abbildet.
Zweckmäßigerweise sind auch Teilnehmer vorgesehen, insbesondere wenigstens ein Teilnehmer, der nicht an der Bewertung selbst beteiligt ist, aber dennoch spezielle Daten, beispielsweise als Steuerinformationen, in eine vorgebbare Position im Datenrahmen einkoppelt. Auch hier kann eine solche Einkoppeleinheit vorgesehen werden, wobei eben alle anderen Daten, insbesondere die Daten in den Positionen des Datenrahmens für die am Voting beteiligten Teilnehmer, unverändert und unmittelbar weitergeleitet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Hauptteilnehmer vorgesehen, der die Bewertung selbst durchführt und seinerseits wenigstens eine Takte n eit enthält oder mit dieser verbunden ist, wobei diese Takteinheit einen Takt zur Übertragung der Daten für alle Ringe, also alle Übertragungswege, vorgibt.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen dieses erfindungsgemäß vorgeschlagenen partiellen Bypasses in einer Bewertungs- oder Vot gstruktur ergeben sich aus der Beschreibung sowie aus den Merkmalen der Ansprüche.
Zeichnung
Die Erfindung wird im Weiteren anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
Figur 1 ein erfindungsgemäßes System mit der entsprechenden Votmgstruktur.
Figur 2 zeigt das System bei auftretender Leitungsunterbrechung.
Figur 3 zeigt das System bei Ausfall eines Teilnehmers.
Die innere Struktur jedes Teilnehmers ist in Figur 4 dargestellt und die Struktur eines Teilnehmers mit eigener Zeitbasis, also Takteinheit, ist in Figur 5 dargestellt.
Figur 6 zeigt ein Beispiel für eine Rahmenstniktur gemäß der Erfindung. Figur 7 zeigt eine -Master-Slave-Kombination in einem erfindungsgemäßen System.
Figur 8 zeigt den Ausfall des Masters in der Master-Slave-Kombination.
Figur 9 zeigt Masterausfall oder Ausfall der gesamten Master-Slave-Kombination und zusätzlichem Backπip-Master, und
Figur 10 zeigt den Ausfall des Masters bzw. der Master-Slave-Kombination bei gleichzeitig auftretendem zweiten Fehler, wie beispielsweise Auswahl einer Verbindung oder eines Teimehxners mit zusätzlichen Backup-Mastem und Bildung von Subsystemen.
Figur 11 zeigt in den Figuren 11a und 1 lb noch einmal ein erfindungsgemäßes System mit der entsprechenden Votmgstruktur gemäß Figur 1 in einer Figur 1 la, wobei die an der Bewertung beteiligten Teilnehmer durch die Schraffur gekennzeichnet sind.
Figur 1 lb zeigt dazu einen weiteren erfindungsgemäßen Datenrahmen, der die Übertragung der Daten speziell der an der Bewertung beteiligten Teilnehmer sowie der Steuerinformationen darstellt.
Figur 12 stellt noch einmal vereinfacht die Einkoppeleinheiten in einem Teilnehmer bei gegenläufiger Ringstniktur dar.
Die Erfindung wird nun anhand der Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Beschreibung der -Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt eine Λ^otmgstruktur mit einer Master-Slave-Kombination 100 mit einem Master 103 und einem Slave 104. Daneben sind weitere sechs Teilnehmer als Slaves, also insbesondere ohne eigene Takteinheit dargestellt von 105 bis 110. Die Verbindung der Teilnehmer 103 bis 110 erfolgt in zwei entgegengerichteten Ringen Rl und R2, so dass zur Datenübertragung zwei redundante ringförmige Datenwege, eben Rl und R2, in gegenläufiger Richtung benutzt werden. Die Master-Slave-Kombination 100 kann die Ausfallsicherheit z-usätzlich erhöhen, indem neben einem Master und einem Slave, der die Masterlunktiori übernehmen kann, ebenfalls zwei redundante Takteinheiten 101 und 102 vorgesehen sind. Dabei kann aber auch nur eine Takteinheit vorgesehen sein, die zunächst dem Master zugeordnet ist, also nicht in diesem enthalten und bei Ausfall die Taktinformation an den Slave 104 weitergibt, um den Betrieb aufrechtzuerhalten. Dabei ist dann notwendig, dass der Master 103 und der Slave 104 als Nachbarn und in räumlicher Nähe angeordnet sind, um die Taktinformation problemlos übertragen zu können.
In Figur 2 ist nun statt der Master-Slave-Kombination 100 lediglich ein Master 200 mit einer Takteinheit 201 dargestellt. Erfindungsgemäß ist die Verwendung der Master- Slave-Kombination 100 oder eines alleinigen Masters 200 optional und austauschbar. Tritt nun ein Fehler im System auf, beispielsweise eine Unterbrechung der Leitung wie hier zwischen Teilnehmer 107 und 108 dargestellt, kann durch Informationsumleitung in den entsprechenden Teilnehmern die Datenübertragung im System aufrechterhalten werden. D. h. selbst wenn alle Verbindungen zwischen zwei Knoten oder Teilnehmern unterbrochen werden, ist ein sicherer Datenaustausch zwischen allen Knoten noch gegeben. Dies aber nur dadurch, dass erfindungsgemäß die Daten beider Ringe Rl und
R2 immer in jedem Teilnehmer ausgewertet und verarbeitet werden und entgegen dem Stand der Technik keine einfache Durchleitung der Daten in einem Teilnehmer erfolgt. In Figur 3 ist die gleiche Situation dargestellt, nur unter der Voraussetzung, dass ein gesamter Teilnehmer, hier Teilnehmer 107 ausfällt. Aber wie bereits bei Figur 2 beschrieben, kann auch hier eine Datenübertragung weiterhin aufrechterhalten werden, eben hier bei Ausfall eines Knotens oder Teilnehmers für die restlichen Teilnehmer.
Figur 4 zeigt nun die Struktur eines Teilnehmers, bei der Querverbindungen zwischen den Ringen realisiert werden.
Diese Querverbindungen sind in Figur 4 als Verbindung 1, 400V1 und als Verbindung 2-, 400V2 dargestellt. Der Teilnehmer oder Knoten hat einen ersten Eingang 400E1 und einen ersten Ausgang 400A1 sowie einen zweiten Eingang 400E2 und einen zweiten Ausgang 400A2. Über diese Eingänge und Ausgänge lassen sich prinzipiell die beiden Übertragungswege entsprechend der Ringe Rl und R2 realisieren. Erfindungsgemäß ist allerdings jetzt eine Kontrolleinheit 401 bzw. 402 entsprechend jedes Übertragungsweges vorgesehen, in der eine Statusinformation erzeugt wird. Diese Statusinformation enthält beispielsweise Netzwerkinformationen bezüglich des Ausfalls eines Knotens oder Teilnehmers oder auch. FeMerinformationen oder auch den Defekt-Status einer gekappten Verbindung zwischen zwei Teilnehmern. Jeder Teilnehmer ist entsprechend jeder Kontrolleinheit 401 bzw. 402 in der Lage, eine solche Starasinformation selbst zu erzeugen. Diese Starasinformation ist dann über die entsprechende Verbindung 400V1 oder 400V2 zwischen den Ringen austauschbar. Dies geschieht durch Einkopplung der Starasinformation mittels einer Eirikoppeleinheit 406 insbesondere in den Datenrahmen, der in Figur 6 noch näher beschrieben wird, eingekoppelt werden kann. 407 dient dazu, die genaue Position der Statusinformation im Rahmen zu ermitteln, was beispielsweise über eine Zähleinrichtung, die Bits oder Bytes zählt, erfolgen kann.
Gleiches gilt für die andere Richtung mit Einkoppeleinheit 409 und Erfassungseinheit 410. Ebenfalls vorgesehen ist eine Auswerteeinheit 405 oder für die andere Richtung 408 zur Auswertung der über die Eingänge im Rahmen eingehenden Starasinformation. Diese Einheiten 405, 406 und 407 können dabei sowohl auch in der Kontrolleinheit als auch außerhalb vorgesehen sein. Dies gilt auch für die andere Richtung, für die Elemente 408, 409 und 410. Die Auswerteeinheit 405 nun oder in Gegenrichtung 408 dient zur Auswertung der Starasinformation und ist derart ausgebildet, dass, wenn sich bei
Auswertung der Statusinformation ein Fehler ergibt, eben beispielsweise der Ausfall einer Verbindung oder eines Teilnehmers oder sonstiger Fehler im Netzwerk eine Übertragung der Daten auf jeweils einem Ring, also der regulären Verbindung, hier 400R1 unterbunden werden kann und stattdessen über die Verbindung 400V1 eine Einkopplung erfolgen kann. Die Aktrvierung dieser Verbindung 400V1 kann nun direkt über den Steuereingang 401ST1 des Umschaltelementes 403 erfolgen, so dass zum Einen spezielle Statusinformationen an die entsprechende Stelle im Übertragungsrahmen in der Gegenrichtung eingespeist werden kann ebenso wie jede andere Datenirrformation oder im Falle eines groben Fehlers die komplette Umleitung der Information vom regulären Weg 400R1 über die Verbindung 40OV1 erfolgen kann. Dabei wird dann über die
Steuerverbindung 401ST2 zu Umschaltelement 404 eine Übertragung über 400R1 unterbunden, sollte der Fehler in dem Ring Rl aufgetreten sein. Analog erfolgt dies für die andere Richtung über KontroUeinheit 402 und Auswerteeinheit 408. Hier wird nun über den Steuereingang 402ST1 die Verbindung 400V2 wenigstens teilweise aktiviert, also Übertragung von Statusinformationen oder anderen Daten bis hin zur gesamten
Datenumleitung entsprechend dem Erfassungselement 410 und gleichermaßen kann die reguläre Weiterleitung im Ring R2 über 400R2 durch den Steuereingang 402ST2 des Umschaltelementes 403 unterbunden werden. Ei-findungsgemäß kann zusätzlich eine Verbindung zwischen den Kontrolleinheiten vorgesehen sein, hier gestrichelt dargestellt, um solche Maßnahmen zwischen den Kontrolleinheiten abhängig von entsprechenden Fehlern bzw. der Wichtigkeit der Fehler, die dazu in eine Prioritätstabelle eintragbar sind, abgestimmt werden.
In Figur 5 ist nun die gleiche Funktion für einen Teilnehmer mit Takteinheit 511 dargestellt, wobei auch hier die Kontrolleinheiten 501 und 502, Auswerteeinheiten 505 und 508, Erfassungseinheiten 507 und 510, Einkorjpeleinheiten 506 und 509, Umschaltelemente 503 und 504, die entsprechenden Steuereingänge 501ST2 und 501ST1 sowie 502ST2 und 502ST1 zur Aktivierung der Verbindungen 500V1 bzw. 500V2 vorgesehen sind, um eine Dateneinkopplung in die verschiedenen Ringe oder eine Umschaltung des Eingangs 500E1 auf den Ausgang 500A2 oder des Eingangs 500E2 auf den Ausgang 500A1 zu ermöglichen.. Dieser Teilnehmer unterscheidet sich vornehmlich dadurch, dass er eine Takteinheit 511 enthält und somit als Master oder Backup-Master im System fungieren kann. Ansonsten entspricht die Funktion der genannten Teile der in der Figur 4 bereits beschriebenen. Auch hier kann eine Verbindung der beiden Kontrolleinheiten 501 und 502 zur Abstimmung vorgesehen sein.
In Figur 6 ist beispielhaft ein Rahmen zur Datenübertragung vorgesehen, so dass alle Daten in synchronen Rahmen ... Fra es übertragen werden, wobei jedem am Voting beteiligten Knoten ein bestimmter Datenbereich zugeordnet ist. Der vorgeschlagene Frame beginnt hier mit einer Präambel P, die den Anfang des Rahmens markiert. Danach ist mit S die Starasinformation, die von einem Bit bis zu einem Byte oder mehreren Bytes umfassen kann, dargestellt. DT1, D-T2 bis DTN entspricht den Datenbereichen der jeweiligen Teilnehmer Tl, T2 bis TNT, also in den Figuren vorher 103 bis 110 respektive 200, die am Voting beteiligt sind. Mit CI sind weitere Kontrollinformationen vorgesehen und mit LI l-xx)p-Informationen und -EOF zeigt das End of Frame, also das Rahmenende an. So können nun gemäß Figur 4, 5 und 6 Statusinformationen durch Auswertung eines Rings entsprechend der jeweiligen A-uswerteeinheit 406, 408, 506 oder 508 und Übergäbe der Information an den entgegengerichteten Ring in einem speziellen Statusbereich S mit entsprechender Auswertung dieser Statusinformation im jeweils nächsten Knoten oder Teilnehmer Fehler erkannt und somit Korrekturdaten eingekoppelt werden oder gänzlich auf die jeweilige Verbindung im Falle eines Defekt-Status eines Teilnehmers oder einer Leitung zwischen den Teilnehmern umgeschaltet werden. D. h. beispielsweise bezogen auf Figur 4 oder Figur 5, dass die Information, insbesondere die Starasinformation aus der einen Richtung über den Eingang E2, also 400E2 oder 500E2 in die Kontoolleinheit eingeht und ausgewertet wird und artdererseits in der Gegenrichtung über den Eingang El, also 400E1 oder 500E1 ebenfalls in die Kontrolleinheit 501 bzw.401 eingeht und dort ausgewertet wird, wie in Figur 4 beschrieben. Somit können Fehler, insbesondere Unterbrechungen von Leitungen zwischen zwei Knoten oder Teilnehmern automatisch detektiert werden und zwar genauso wie den vollständigen Abriss beider Ringe an dieser Stelle oder der vollständige Ausfall eines Teilnehmers. Dabei wirkt ein Teilnehmer als
Master und gibt den Takt seiner Takteinheit für das gesamte Netzwerk, also das gesamte System vor. Dabei kann die Takteinheit, wie bereits beschrieben, redundant realisiert werden und im Falle eines Masterteilnehmerfehlers kann jeder Knoten, der Zugang zu einem solchen taktgenerierenden Element, also zu einer solchen Takteinheit hat, die Funktion übernehmen. Abhängig von der Schwere <les Fehlers kann dann, wie bereits in den Figuren 2 und 3 beschrieben, entweder eine vollständige Umschaltung des Datenstroms, also eine Umleitung von einem Ring auf den anderen Ring erfolgen oder aber in weniger schweren Fällen ein Bypass realisiert werden. D. h. neben dem Vorbeileiten kann dabei auch eine Korrektur eben durch Einkoppeln von Information aus der anderen Kontrolleinheit des gegenüberliegenden Kreises, wie bereits beschrieben, erfolgen.
Entsprechend Figur 6 wird die Information bzw. die Daten des Systems in Rahmen vorgegebener Länge übertragen. Dabei können beispielsweise 32, 64 oder 128 Bytes oder auch beliebige andere Rahmenlängen eingesetzt werden. Jeder Rahmen beginnt mit einer
Preambel P und die Daten sind derart codiert, dass "beispielsweise durch eine PLL eine Taktrückgewinnung erfolgen kann. Dabei kann die Datenübertragung auf einem elektrischen physikalischen Layer erfolgen, wie beispielsweise LVDS, Low Voltage Differencial Signaling mittels UTP Unshealded Twistet Pairs oder auch STP Shealded Twisted Pairs oder eine beüebige andere elektrische oder optische Übertragung. Für alle aktiven Knoten oder Teilnehmer, also diejenigen, die am Voting teilnehmen, sind Rahmenpositionen DT1, DT2 bis DTN entsprechend des jeweiligen Teilnehmers vorgesehen. Dabei hängt die Länge von der vorgebbaren Zahl an Teilnehmern oder Knoten ab, die am Voting teilnehmen. Wegen der synchronen Arbeit aller Knoten oder Teilnehmer, also Benutzung der gleichen Taktfreqizenz des gleichen Taktes ist es möglich, alle Informationen bzw. die gesamten Daten zu Bypassen, die nicht durch den betroffenen Teilnehmer generiert worden sind. Eine optimale Realisation eines solchen Bypasses benötigt ... zwei oder drei Flipflops bzw. ^vergleichbare Speicher und Verzögerungselemente, um die neuen Daten, die durch jeden Teilnehmer eingebunden werden können, mit der zu bypassenden Datenmenge an dieser jeweiligen Struktur im Rahmen synchronisieren zu können. Damit, unabhängig von der einzufügenden Datenmenge respektive den einzufügenden Daten des betref-renden Teilnehmers wird die gesamte Datenslrukrar oder werden die gesamten Daten lediglich für zwei oder drei Takte bei jedem Knoten verzögert und erscheinen somit nahezu simultan für alle empfangenden Teilnehmer. Wird eine festgelegte Rahmenposition für die Daten jedes Teilnehmers verwendet, wird kein Adress-Overhead benötigt. Damit kann die gesamte Datenrate bzw. der gesamte Rahmen nahezu vollständig für brauchbare Info>rmationen verwendet werden. Kombiniert mit der simultanen Übertragung aller Knoten entsteht eine sehr kurze Datenaustauschperiode, auch für komplexe Prozeduren.
An dieser Stelle soll nochmal kurz die Votingprozedur oder cler Bewertungsvorgang beschrieben werden. Um ein Voting durchzuführen, muss jeder Teilnehmer die Möglichkeit haben, einfache arithmetische, logische und Vergleichsoperationen auszuführen. Dazu kann beispielsweise ein einfacher oder kleiner Prozessor in jeder Votingeinheit dienen, diese Aufgaben auszuf hren. Dieser kleine Prozessor kann dann die Kontrolleinheit darstellen oder in ihr enthalten sein, um den Datenfluss zu kontrollieren, die Statusinformationen auszuwerten und die korrekte Operation der Teilnehmer zu überprüfen, wie bei Figur 4 und Figur 5 beschrieben. Die unterschiedlichen Teilnehmer des Systems führen die Bewertungsprozedur, also das Voting unabhängig voneinander aus. Jeder Teilnehmer bekommt Eingangsgrößen, beispielsweise von Sensoren, und benutzt diese für einen Kalkulations- oder Berechnungsprozess. Abhängig von den verschiedenartigen Sensoren, die notwendig sind für Sicherheitssysteme, können die Eingangsgrößen der Teilnehmer in einer tolerierbaren Größenordnung differieren. Um aber dennoch von gleichen Eingangsgrößen zu starten, könnten somit am Beginn der Bewertungsprozedur des Votings alle Eingangsgrößen ausgetauscht, bewertet und entsprechend ersetzt werden abhängig von der jeweiligen Berechnung. Als ein zweiter Schritt wird dann die Berechnung durchgeführt und die Ergebnisse werden ausgetauscht. Danach kann dann das Voting in jedem Teilnehmer durchgeführt werden und die Bewertungsergebnisse können ebenfalls ausgetauscht werden. Durch Auswertung dieser Volingergebnisse können dann die Aktuatoren beeinfiusst werden, um die gewünschte Systemreaktion zu erzielen. Teilnehmer, die unakzeptable Ergebnisse am Ende der Votingprozedur hefern, können von der Bewertung ausgeschlossen werden. Damit können die Teilnehmer, insbesondere die, die nach Ausschluss übrigbleiben, in angepasster Art und Weise ohne wesentlichen Einfiuss auf das globale Systemverhalten agieren. Informationen, um die xmterschiedlichen Phasen dieses Bewertungsprozesses voneinander zu trennen, können dabei ebenfalls in der Starasinformation untergebracht sein, eben die Art der Daten, die übertragen wird ebenso wie die Gültigkeit dieser Daten. Ebenso den Systemstatus und die Zahl der aktiven Teilnehmer sowie den Status dieser Teilnehmer im Hinblick auf das Voting. Damit kann jeder Teilnehmer den Status jedes anderen Teilnehmers bewerten und bei Unterschieden können somit leicht Fehler aufgedeckt werden. Dies ist möglich., da jeder Teilnehmer alle Informationen aller anderen Teilnehmer erhalten kann, sogar wenn er aus dem Votingprozess ausgeschlossen wurde. Damit kann auch ein bereits ausgeschlossener Teilnehmer bei erneuter Uberemstimmung mit einem Bewertuαgsergebnis, beispielsweise durch Masterentscheidung, erneut in den Votingprozess aufgenommen werden. Auf diese
Art und Weise können insbesondere transiente Fehler bei Teilnehmern, die nur zu einem vorübergehenden Ausschluss des Teilnehmers fuhren, erkannt und beherrscht werden. Neben der Einsetzbarkeit für Voting ist die Struktur auch für aridere Datenaustauschprozesse, wie z.B. als Verbindung zwischen verschiedenen Bussystemen (Gateway) geeignet.
Die einkommende Dateninformation ist in jedem Teilnehmer zu überprüfen, beispielsweise für Codefehler, Präambeln, Zahl der Bytes, des Rahmens, das EOF-Byte usw. Im Falle fehlender Systemaktivität oder eines Fehlers in der Rahmenstruktur oder anderer aufkommender Fehler, insbesondere des Vorgängerknotens oder Teilnehmers kann dieser, wie oben beschrieben, ausgeschlossen werden. Aus diesem Grund ist die ]-Λ»p-lrrformation LI nach der Kontrollinformation CI eingeführt, um Informationen des einen Rings, also der einen Übertragungsrichtung auf dem anderen Ring oder der anderen Übertragungsrichtung zu übermitteln, um die Zugänglichkeit des Teilnehmers aus beiden Übertragungsrichtungen oder beiden Ringen Rl , R2 zu ermitteln. Damit können alle
Nichtmasterteilnehmer, da sie die selbe Information wie der Masterteilnehmer erhalten, diesen ebenfalls überwachen und selbstständig agieren im Falle unerklärlicher Masterentscheidungen. Damit kann ein Master aktiv ebenso wie ein fehlerhafter Nichtmaster aus dem System ausgeschlossen werden; entweder mit einem Bypass, oder durch Umleitung ohne gravierende Sicherheitsrisiken im System zu riskieren, so dass immer die höchstmögliche Funktionalität bei einzelnen oder mehreren Fehlem auftritt. Dies wird nochmal nachfolgend anhand der Figuren 7 bis 10 näher beschrieben.
Figur 7 zeigt noch einmal eine Systemstruktur mit einer Master-SIave- Anordnung 700, einem Master 103 und einem Nichtmasterteilnehmer 104. Im Block 701 sind redundante Takteinheiten 702 und 703 dargestellt, die entweder dem Master 103 oder dem. Nichtmaster 104 zugeordnet werden können und so den Takt für das System, also die Ringe Rl undR2 mit den Teilnehmern 105 bis 110 sowie 103 und 104 vorgeben können. Durch die Realisierung dieser Master-Slave-Kombination 700 mit mehreren Taktgeneratoren oder Takteinheiten 702 und 703 und räumlicher Nähe zwischen dem
Master und dem Nichtmaster ist ein einfacher Ersatz des Masters bei Ausfall a~uch mit einem Ersatz der bisherigen Datenwege möglich, wie dies in Figur 8 beschrieben ist. Fällt der Master 103 aus, kann zum Einen eine Verbindung von Teilnehmer 104 zu Teilnehmer 110 bezüglich Ring 1 hergestellt werden und zum Anderen durch Umgehung des schadhaften Masters 103 eine Verbindung zwischen Teilnehmer 110 und Teilnehmer 104 bezüglich Ring 2. Bei Komplettausfall der Master-Slave-Kombination oder auch eines, wie in Figur 9 dargestellten einfachen Masters 200 mit Takteinheit kann trotzdLem ein Betrieb der übrigen Teilnehmer 105 bis 110, wie dargestellt, aufrechterhalten ιwverden, sofern ein Backup-Master, hier 107b, der Zugriff auf eine weitere Takteinheit .900 besitzt, aufrechterhalten werden. Solche Ersatz-Master oder Backup-Master können auch mehrfach im System vorgesehen sein, so dass auch hier eine Sicherheitsskalieirung bzw. Fehlerskalierung möglich ist. So kann auch beispielsweise durch Einsatz zweier Backup- Master, wie in Figur 10 beschrieben, 105b und 110b mit Zugriff auf die Takteinheiten 1001 und 1002 bei gleichzeitigem Ausfall des Masters 200 und der Verbindung zwischen den Teilnehmern 107 und 108 die Bildung von Subsystemen erfolgen, die ihrerseits weiterhin eine gewisse Grundfunktion aufrechterhalten können. Sollten drei oder mehr Teilnehmer in einem solchen Subsystem weiterhin enthalten sein, kann ebenfalls das Voting, also die Bewertung, weiterhin durchgeführt werden, und zwar für die Funktionen, die von diesen Teilnehmern kontrolliert werden. Bei weiteren zwei übrigbleibenden Teilnehmern kann zumindest eine partielle Bewertung bei Vergleich der Funktionalitäten eben auf Gleichheit erfolgen. Abhängig von den im System verwendeten Takteinheiten, also der Zahl und der Anordnung, kann somit eine Skalierung im Rahmen der Fehlersicherheit oder Ausfallsicherheit erfolgen, indem potentielle Subnetzwerke vorgegeben werden können.
Mit dieser erfindungsgemäßen Lösung kann somit ein System für sicherheitskrϊtische Anwendungen mit hohen Echtzeitanforderungen dargestellt werden. Speziell im Falle eines gleitenden Masters bei Masterausfall waren bisher hohe Einschwingzeitexn, insbesondere der PLL auf die neue Systemfrequenz, also den neuen Takt zu rechnen. Durch die Möglichkeit des Vermeidens dieses gleitenden Masters sowie den Einsatz des gleichen Taktes für beide Ringe oder Übertragungswege kann dies umgangen -werden. Gleichzeitig kann vollständige Sicherheit erzielt werden, da in der vorliegenden Struktur mit der entsprechenden Funktion der vollständige Datenaustausch bei Unterbrechung aller Verbindungen zwischen zwei Teilnehmern oder auch eines Totalausfalls eines Teilnehmers insbesondere des Masters gewährleistet bleibt. Damit ist die Erfindung für alle sicherheitskritischen Anwendungen, insbesondere bei X-by-Wire-Systemen und speziell überall dort, wo eine Bewertung, also ein Voting durchgeführt wird, vorteilhaft einsetzbar.
Für eine solche Bewertung ist noch einmal in Figur 11a gemäß Figur 1 dargestellt, wobei die an der Bewertung beteiligten Teilnehmer, hier 103, 110, 106 und 107 durcfc. die Sclirafϊur kenntlich gemacht worden sind. Ein entsprechender Datenrahmen in Anlehnung an Figur 6 ist in Figur 11b dargestellt mit einer Präambel P, Steuerinformationen S sowie den Datenpositionen der Teilnehmer 103, 106, 107 und 110 dargestellt mit DT 103, DT 106, DT 107 und DT 110 sowie der Kontroll forrriation CI, die insbesondere den Netzwerkstatus anzeigt, weiteren Steuerinformationen, die auf den Datenrahmen selbst bezogen sind in einem Feld SF sowie dem End of Frame EOF. Dabei kann das Feld SF auch entfallen und diese Informationen könnten auch im Feld EOF untergebracht sein. Ebenso kann erfindungsgemäß die Starasinformation des Feldes S sowie die anderen Positionen im Datenrahmen CI und SF beliebig am Beginn oder am
Ende im Datenrahmen untergebracht werden.
Wie dargestellt, ist in der Bewertungs- oder Votmgstruktur nun jedem am Voting oder der Bewertung beteiligten Teilnehmer ein Datenbereich dieses Datenrahmens zur Übertragung der Daten zugeordnet. In diesem Bereich trägt nur der betreffende
Teilnehmer Daten ein. Weiterhin kann der Teilnehmer in die gemeinsamen Felder wie Statusinformationen S oder Statusinformationen bezüglich des Rahmens SF odLer auch CI sowie EOF Daten je nach Vorgäbe oder Vereinbarung im System eintragen.
Alle anderen Daten, also insbesondere die Daten der entsprechend der Positionen der anderen Teilnehmer im Datenrahmen werden nicht verändert und können deshalb ohne Verzögerung durch einen Bypass unmittelbar weitergeleitet werden. Dazu ist in Figur 12 schematisch nochmals in jeweiliger Übertragungsrichtung eine solche Einkoppeleinheit mit Bypass-Funktion dargestellt. Das Prinzip dieser Einkoppeleinheit findet sich bereits in den Figuren 4 und 5 und ist hier nur noch einmal im Hinblick auf die Bypass- Funktionalität einfacher und angepasst dargestellt, wobei einzelne Funktionen ebenfalls in den Kontrolleinheiten der Figuren 4 und 5 oder auch in anderen Bauteilen dieser Figuren enthalten sein können.
In Figur 12 ist mit 1200 ein Teilnehmer im Hinblick auf die genannte Bypass-Funktion und die Einkoppeleinheit dargestellt. Dabei ist ein Eingang 1200 El sowie 1200 E2 entsprechend der jeweiligen Übertragungsrichtung dargestellt. Ebenso sind die Ausgänge 1200 AI und 1200 A2 gemäß des jeweiligen Rings dargestellt. Mit 1201 und 1202 sind jeweils Einkoppeleinheiten für jede Übertragungsrichtung dargestellt. Diese Einkoppeleinheiten 1201 und 1202 enthalten jeweils einen Zähler 1203 bzw. 1204, einen
Multiplexer oder Multiplex-Baustein 1205 bzw. 1206 sowie ein Bitspeicherelement, insbesondere einen Flip-Flop-Baustein 1207 bzw. 1208. Optional kann zur besseren Synchronisation ein weiteres Bitspeicherelement insbesondere ebenfalls ein Flip-Flop- Baustein, jeweils eingangsseitig dargestellt als Blöcke 1209 und 1210, vorgesehen sein.
Mit einem solchen Einkoppelelement und der gewährleisteten Bypass-Funktion ist es nun auch möglich, weitere, insbesondere viele Knoten oder Teilnehmer, in das Netzwerk aufzunehmen, gerade auch solche, die selbst keine Daten zum Voting bzw. zur Bewertung beitragen, aber beispielsweise wichtige Steuerinformationen als Teilnehmerdaten DT im Steuerinformationsfeld S oder SF übertragen können. Solche nicht an der Bewertung beteihgten Teilnehmer können dann auch alle Informationen über den Bewertungsprozess erhalten sowie über den Netzwerkstalus und wären so prinzipiell in der Lage, in den Ablauf ihrerseits einzugreifen.
Somit können, wie in Figur 11a dargestellt, alle sicherheitskritischen Komponenten eines
Systems vernetzt werden, ohne dass es die Datenübertragung mit dem hohen erforderlichen Datenaufkommen beim Voting, also der Bewertung, beeinträchtigt. Dazu wird erfindungsgemäß in jedem Netzwerkknoten ein Multiplex-Baustein 1205 und 1206 sowie ein Synchronisations-Flip-Flop 1207 und 1208 eingeführt, wobei der Multiplex- Baustein jeweils entweder die Daten vom Eingang 1200 El bzw. 1200 E2 gegebenenfalls über ein weiteres Synchronisations-Füp-Flop direkt zum Ausgang 1200 AI bzw. 1200 A-2 weiterleitet oder Daten aus dem Netzwerkknoten, also dem Teilnehmer selbst als Teilnehmerdaten DT, hier über den zusätzlichen Eingang einspeist, mit der wesentlichen Besonderheit, dass dieser Multiplexer durch einen Zähler insbesondere Byte- oder Bit- Zähler gesteuert wird, also einen Zählbaustein, hier 1203 bzw. 1204 und in unterschiedlichen Knoten bzw. Teilnehmern bei unterschiedlichen Zählerständen der Bypass aktiviert werden kann. In Knoten, die nicht am Voting beteiligt sind, werden alle Daten unverändert sofort weitergeleitet. Eine Ausnahme bildet hier lediglich der Controll-Frame-Bestandteil SF oder auch S, sofern eine Steuerinformation gesendet werden soll und/oder andere z.B. globale Netzwerk- und Statusinformationen. Der erfϊndungsgemäße partielle Bypass ist auch möglich für MOST-Anwendungen, insbesondere, wenn nur bestimmte Daten-Bytes im Rahmen ersetzt werden sollen. Die Steuerung ist über eine implementierte Routing-Engine im MOST-System möglich.
Alle Daten werden in synchronen Frames übertragen, wobei jedem am Voting beteihgten
Knoten ein bestimmter Datenbereich im Frame zugeordnet ist. Für einen Slave wird der Takt aus den Daten zurückgewonnen, sodass eine zusätzliche Taküeitung entfallen kann. Auch auf eine zusätzliche Reset-Leitung kann verzichtet werden, da die Steuerinformation in S und/oder SF übermittelt werden kann. Das System arbeitet voll synchron und kann deshalb zeitlich getriggert werden. Im Unterschied zu den Slave-
Knoten, in denen die direkt weitergeleiteten Daten nur um ein bis zwei Takte synchron verzögert werden, müssen die am Master ankommenden Daten eines Frames zwischengespeichert werden, da ankommender und abgehender Frame nicht miteinander synchronisiert sind, sondern vom jeweiligen Netzwerk-Delay also der Netzwerkgesamtverzögerung abhängen. Deshalb werden auch die Voting-Daten im
Masterknoten oder Hauptteilnehmer um genau einen Frame verzögert wieder ausgesendet.
So sendet der Hauptteilnehmer oder Master einen Datenrahmen mit konstanter Anzahl von Bytes, und der Teilnehmer verwendet den Takt, der aus den Daten rückgewonnen wurde. Jeder Teilnehmer, der am Votingprozess teilnimmt, bekommt Datenbereiche bzw. Positionen im Datenrahmen zugeordnet. Er trägt nur in dem ihm zugeordneten Bereich Daten ein. Die anderen Daten werden gebypasst. Dabei ist erfindungsgemäß auch denkbar, dass jeder Netzwerkknoten also Teilnehmer auch in mehrere Datenbereiche, insbesondere auch in den Controll-Frame-Bereich S und/oder SF, Daten eintragen kann.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird der Einsatz des genannten Systems mit hohen Echtzeitanforderungen in sicherheitskritischen Anwendungen möglich. Die Votingdaten, Zwischenergebnisse und Votingresultate sind auch bei hohem Datenaufkommen und vielen miteinander verbundenen Teilnehmern sehr schnell austauschbar.

Claims

Ansprüche
1. System zur Übertragung und Bewertung von Daten und wenigstens zwei an der Bewertung beteiligten Teilnehmem, wobei die Daten in Datenrahmen übertragen werden und jedem an der Bewertung beteihgten Teilnehmer wenigstens eine Position in dem Datenrahmen zugeordnet ist, wobei die Daten in mehreren Ubertragungswegen, die jeweils einen Ring bilden übertragen werden dadurch gekennzeichnet, dass in jedem an der Bewertung beteiligten Teünehmer eine Einkoppeleinheit pro Ring vorgesehen ist, um die Daten des jeweiligen an der Bewertung beteiligten Teilnehmers in die dafür jeweils vorgesehene wenigstens eine Position im Datenrahmen einzukoppeln, wobei die übrigen Daten in den Positionen des Datenrahmens in die in diesem Teilnehmer keine Einkopplung erfolgt unbearbeitet weitergeleitet werden.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkoppeleinheit einen Zähler enthält, durch den die jeweüs für die Daten des Teilnehmers im Datenrahmen vorgesehene Position ermittelt wird.
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkoppeleinheit einen Multiplexbaustein enthält, durch den abhängig von einem Zählerstand des Zählers eine Einkopplung oder Weiterleitung der Daten entsprechend der Position im Datenrahmen erfolgt.
4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten binär als Bits übertragen werden und dass pro Ring wenigstens ein Bitspeicherelement vorgesehen ist, durch welches eine Synchronisation der einzukoppelnden Daten in den Datenrahmen erfolgt.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass pro Ring in jedem Teilnehmer ein Eingang und ein Ausgang vorgesehen ist und dass jedem Ausgang jeweils ein Bitspeicherelement zugeordnet ist.
6. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass pro Ring in jedem Teilnehmer ein Eingang und ein Ausgang vorgesehen ist und dass jedem Eingang und jedem Ausgang jeweils ein Bitspeicherelement zugeordnet ist.
7. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungswege einen ersten Ring und einen zweiten Ring mit jeweils entgegengesetzter Übertragungsrichtung bilden.
8. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein nicht an der
Bewertung beteüigter Teilnehmer vorgesehen ist, der spezielle Daten als Steuerinformationen in eine vorgebbare Position im Datenrahmen einkoppelt.
9. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein an der Bewertung beteüigter Teilnehmer vorgesehen ist, der spezielle Daten als Steuerinformationen in eine vorgebbare Position im Datenrahmen einkoppelt.
10. System nach Anspruch 1, mit einem Hauptteilnehmer, der die Bewertung durcliführt und wenigstens eine Takteinheit enthält, die einen Takt zur Übertragung der Daten für alle Ringe vorgibt.
11. Teilnehmer an einem System zur Übertragung und Bewertung von Daten, wobei die Daten in Datenrahmen übertragen werden und der Teilnehmer an der Bewertung beteiligt ist, indem dem an der Bewertung beteiligten Teilnehmer wenigstens eine Position in dem Datenrahmen zugeordnet ist, wobei die Daten in mehreren Ubertragungswegen, die jeweils einen Ring bilden übertragen werden dadurch gekennzeichnet, dass in jedem an der Bewertung beteihgten Teilnehmer eine Einkoppeleinheit pro Ring vorgesehen ist, um die Daten des an der Bewertung beteihgten Teilnehmers in die dafür jeweüs vorgesehene wenigstens eine Position im Datenrahmen einzukoppeln, wobei die übrigen Daten in den Positionen des Datenrahmens in die in diesem Teilnehmer keine Einkopplung erfolgt unbearbeitet weitergeleitet werden.
12. Verfahren zur Übertragung und Bewertung von Daten in einem Kommunikationssystem mit wenigstens zwei an der Bewertung beteihgten Teilnehmern, wobei die Daten in Datenrahmen übertragen werden und jedem an der Bewertung beteiligten Teilnehmer wenigstens eine Position in dem Datenrahmen zugeordnet ist, wobei die Daten in mehreren Ubertragungswegen, die jeweils einen Ring bilden übertragen werden dadurch gekennzeichnet, dass in jedem an der Bewertung beteiligten Teilnehmer die Daten des jeweihgen an der Bewertung beteihgten Teilnehmers in die dafür jeweils vorgesehene wenigstens eine Position im Datenrahmen des jeweihgen Rings eingekoppelt werden, wobei die übrigen Daten in den Positionen des Datenrahmens in die in diesem Teihiehmer keine Einkopplung erfolgt unbearbeitet weitergeleitet werden.
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