ES2244748T3 - Sistema de comunicaciones amdt. - Google Patents
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Abstract
Sistema de comunicaciones con al menos dos nodos (0-3) de comunicaciones para la transmisión de información a través de un medio (5) común de transmisión en un proceso múltiplex por división en el tiempo, en el que se prevé al menos un nodo para monitorizar, durante el arranque del sistema, si una primera señal (8), que utiliza al menos un intervalo de manera regular, ya está presente en el medio de transmisión, caracterizado porque dicho nodo está diseñado, si dicha primera señal está presente, para comprobar esta primera señal en cuanto a su integridad, y en el que dicho nodo está diseñado para enviar una segunda señal (9) en el caso de una integridad incorrecta de la primera señal, y se asigna una posición programable en la trama temporal dada por la segunda señal al intervalo de tiempo utilizado por la primera señal.
Description
Sistema de comunicaciones AMDT.
La invención se refiere a un sistema de
comunicaciones con al menos dos nodos de comunicaciones para la
transmisión de información a través de un medio común de transmisión
en un proceso múltiplex por división en el tiempo.
Un sistema de comunicaciones de este tipo se
conoce por, por ejemplo, el informe del VDI nº 1547, 2000, págs. 23
y sig. (Sistema de comunicaciones FlexRay).
En este sistema de comunicaciones se proporciona
un proceso múltiplex por división en el tiempo para controlar el
acceso de varios nodos de comunicaciones a un medio común de
transmisión.
Todos los nodos de comunicaciones envían mensajes
en una estructura en una pauta repetitiva correspondiente al tiempo
de ciclo. Dependiendo del protocolo usado, esos mensajes pueden
tener varias estructuras, por ejemplo, como muestras de señal o como
símbolos especiales, las cuales, en sí mismas, ya representan la
información a transmitir, o alternativamente pueden formarse como
mensajes con elementos de formato definidos que pueden comprender
información relevante al protocolo, pero también datos de
aplicación.
Ciertas regiones de la estructura de trama se
reservan adicionalmente para otros procedimientos de acceso tales
como, por ejemplo, para el acceso aleatorio propenso a las
colisiones.
Cuando se arranca el sistema, los nodos se
activan en una secuencia aleatoria, por ejemplo, generada por el
orden impredecible en el que se suministra la potencia a cada uno de
ellos. Cada nodo activado en el sistema conocido observa el medio de
comunicaciones durante un cierto periodo mediante una técnica
convencional y comprueba si ya se estableció una estructura de trama
sobre cuya base puede sincronizarse. Si encuentra al menos un
intervalo de tiempo utilizado con regularidad o una pauta específica
de intervalos de tiempo utilizados, comprobará la integridad del
mensaje contenido en los mismos, por ejemplo, por medio de un total
de comprobación. El nodo activado interpreta este mensaje para
identificar la posición de su propio intervalo de transmisión en el
mismo a partir de su posición temporal y del contenido, siendo éste,
por ejemplo, un identificador inequívoco que indica la posición
temporal del intervalo de tiempo utilizado con regularidad dentro de
la estructura de trama.
Si el nodo respectivo no encuentra un intervalo
de tiempo utilizado con regularidad en el medio de transmisión,
comenzará a enviar regularmente un mensaje al ritmo de repetición
dado por el tiempo del ciclo, por tanto como si estuviese marcando
su propio intervalo de tiempo. Entonces, con este mensaje otros
nodos pueden sincronizarse.
El caso especial en el que dos o más nodos envían
su primer mensaje simultáneamente dará lugar a una colisión, que
puede resolverse por uno de varios métodos conocidos.
Ahora bien, si un nodo incorrecto empieza a
enviar un mensaje inválido, otros nodos serán incapaces de
sincronizarse con este mensaje. Por otra parte, sin embargo, el
medio se utiliza a intervalos regulares para que otros nodos
permanezcan en su posición de espera. En ese caso, el nodo
incorrecto bloquea el sistema.
Para evitar que un nodo incorrecto obstruya
permanentemente el arranque de todo el sistema a través de la
transmisión repetida de mensajes inválidos que bloqueen el medio, es
conocida la definición de un periodo de tiempo o un número máximo de
intentos en el algoritmo de arranque del sistema dentro de los
cuales debe establecerse una comunicación sincronizada. Si esto no
se logra, el nodo que transmite debe inactivarse, por ejemplo,
durante un periodo de tiempo definido, para que otro nodo pueda
llevar a cabo el arranque del sistema a través de la provisión de
la trama de comunicación. Una solución así, basada en un intervalo
de tiempo de expiración que sirve para dejar un estado una vez
establecido sobre la base de una condición que no se satisface, se
describe, por ejemplo, para el método de acceso de canal ALOHA en
"Wireless Information Networks", de K. Pahlavan y A. Levesque,
1995 (ISPN:
0-471-10607-0),
págs. 464 y sig.. En esta solución, en la que, en consecuencia, un
nodo que funcione incorrectamente debería apagarse o quitarse del
medio, es una precondición que dicho nodo sea capaz todavía de
realizar una operación de seguridad aunque exhiba un comportamiento
incorrecto en la red.
Es un objeto de la invención proporcionar un
sistema de comunicaciones alternativo que salvaguarde un arranque
fiable del sistema incluso en el caso de un nodo que transmita
incorrectamente.
Según la invención, este objeto se consigue por
medio de un sistema de comunicaciones en el que se prevé al menos un
nodo para monitorizar, durante el arranque del sistema, si una
primera señal, que utiliza al menos un intervalo de manera regular,
ya está presente en el medio de transmisión, en el que dicho nodo
está diseñado, si dicha primera señal está presente, para comprobar
esta primera señal en cuanto a su integridad, y en el que dicho nodo
está diseñado para enviar una segunda señal en el caso de una
integridad incorrecta de la primera señal, y se asigna una posición
programable en la trama temporal dada por la segunda señal al
intervalo de tiempo utilizado por la primera señal.
Al menos un nodo de comunicaciones comprueba
durante el arranque del sistema si en el medio de transmisión está
presente un intervalo de tiempo utilizado con regularidad. Si este
es el caso, el nodo comprueba la integridad de esta señal, es decir,
intenta interpretar esta actividad como un mensaje. Si esto no
resulta posible, debido a, por ejemplo, un total de comprobación
erróneo, un error de codificación o alguna otra circunstancia, el
nodo identificará este intervalo de tiempo como incorrecto.
Sobre el mismo, el nodo construye la estructura
de trama temporal para sí de una manera tal que el intervalo de
tiempo utilizado incorrectamente ocupará una posición definida. Por
último, el nodo empieza a enviar un mensaje en el intervalo de
tiempo previsto para él en la nueva estructura de trama. Ahora,
otros nodos en la red pueden sincronizarse con el mensaje enviado
correctamente por este nodo.
La ventaja principal de esta red de
comunicaciones es que se evita que un nodo incorrecto bloquee todo
el sistema de comunicaciones.
La ventaja particular sobre un tratamiento de
errores por el propio nodo incorrecto se deduce del hecho de que una
unidad independiente realiza el reconocimiento y tratamiento de
errores. Esta unidad está formada por al menos un nodo
participante.
Ventajosamente, cada nodo del sistema de
comunicaciones puede preverse para el tratamiento de errores. En ese
caso, cada nodo comprueba y juzga individualmente la situación en el
medio de transmisión. De ese modo, se mejora la fiabilidad de que la
situación errónea se reconozca y resuelva de una manera
definida.
Si varios nodos en esta realización ventajosa
reconocen simultáneamente la presencia de un intervalo de tiempo
incorrecto, todos definirán de nuevo en paralelo la estructura de
trama temporal e intentarán proporcionarla como la trama temporal
general a través de la transmisión de sus propios intervalos de
tiempo. Las colisiones en esta fase pueden resolverse de una manera
conocida exactamente tal como en la operación de arranque sin
errores. Para esto puede emplearse el método conocido por, por
ejemplo, el informe del VDI nº 1547, 2000, págs. 23 y sig. para el
tratamiento de colisiones en los sistemas de comunicaciones
FlexRay.
Además, se evita que el intervalo de tiempo
incorrecto interfiera con una posición dada, por ejemplo,
particularmente crítica, en la estructura de trama temporal. En
cambio, se mueve a una posición fija, previamente definida, en la
estructura de trama temporal. Finalmente, la pérdida funcional del
sistema implicada en el intervalo de tiempo incorrecto se minimiza,
por ejemplo, porque el intervalo de tiempo incorrecto se mueve a la
posición de mensaje de prioridad más baja en el sistema.
El caso en el que el propio primer nodo que
transmite incorrectamente restablece el proceso de transmisión en la
posición original tras el reconocimiento de errores y el tratamiento
de errores por un segundo nodo, es decir, la provisión de una nueva
estructura general de trama temporal por un segundo nodo, es
sencillamente un caso especial favorable. Puesto que la hipótesis
del error surge de un primer nodo que tiene una operación incorrecta
global, el método propuesto se refiere en particular al caso en el
que el primer nodo que transmite incorrectamente ocupa al menos un
intervalo de tiempo posterior al momento original en el tiempo.
La invención puede aplicarse ventajosamente a
todos los sistemas de comunicaciones de arrancan autónomamente.
El sistema de comunicaciones propuesto es
particularmente adecuado para aplicaciones que son críticas en
cuanto a la fiabilidad y en las que un arranque fiable del sistema
de comunicaciones debe salvaguardarse también en presencia de al
menos un nodo incorrecto, tal como, por ejemplo, en un automóvil, un
avión, en el control de instalaciones industriales, etc.
Además, la invención resulta útil siempre que un
sistema también deba ser capaz de arrancar sin intervención humana
en presencia de un error; aquí son relevantes las aplicaciones en
ubicaciones con mal acceso o las redes de comunicaciones
distribuidas por zonas extensas.
En la realización ventajosa de la invención según
la reivindicación 2 se proporciona un intervalo de tiempo de
repuesto especial que sólo sirve para alojar en la trama temporal un
intervalo de tiempo incorrecto, si se diese, de manera que los
restantes nodos puedan comunicarse sin perturbaciones.
En la realización ventajosa de la invención según
la reivindicación 3 no se emplea ningún intervalo de tiempo de
repuesto dedicado, sino que el intervalo de tiempo incorrecto se
coloca en el intervalo de tiempo reservado para mensajes que tienen
la prioridad más baja.
En la realización ventajosa de la invención según
la reivindicación 4, el intervalo de tiempo incorrecto se coloca en
una región de la trama temporal que posibilita un acceso dinámico a
los nodos del sistema de comunicaciones por medio de tiempos de
espera y prioridades de mensaje. Por ejemplo, un intervalo de tiempo
dinámico así se proporciona en el sistema de comunicaciones FlexRay
descrito con más detalle en el informe del VDI nº 1547, 2000. En un
sistema de este tipo con posibilidades de acceso dinámico, el
intervalo de tiempo incorrecto puede colocarse preferiblemente al
principio del intervalo de tiempo dinámico para que el resto de este
intervalo de tiempo esté disponible además para la gestión dinámica
de mensajes. Alternativamente, el intervalo de tiempo incorrecto
puede colocarse al final de este intervalo de tiempo dinámico,
interfiriendo entonces simplemente con el mensaje que tiene la
prioridad más baja.
La realización ventajosa de la invención según la
reivindicación 5 se refiere a un sistema de comunicaciones con un
acceso aleatorio propenso a las colisiones durante un intervalo de
tiempo dedicado. En un sistema así resulta ventajoso colocar el
intervalo de tiempo incorrecto en aquella región de la trama
temporal que se proporciona para el acceso aleatorio propenso a las
colisiones porque, de todos modos, aquí han de tomarse en
consideración las colisiones, y por consiguiente, el sistema de
comunicaciones ya proporciona procesos para ocuparse de las
colisiones.
En la realización ventajosa de la invención según
la reivindicación 6, el nodo que se ha vuelto el nodo determinante
en la determinación de la trama temporal global lleva a cabo una
caracterización correspondiente de su mensaje. Se comunica a todo el
sistema de comunicaciones, y en particular a los otros nodos, que se
reconoció en el sistema un nodo que transmitía incorrectamente y que
el intervalo de tiempo identificado como erróneo se ha vuelto a
colocar. Por consiguiente, un nodo perjudicado por la nueva
colocación del intervalo de tiempo erróneo puede tomar contramedidas
oportunas, por ejemplo, bloqueando el intervalo de tiempo a él
asignado. Por ejemplo, una contramedida posible es realizar una
transición controlada de todo el sistema a un estado protegido en el
que se salvaguarde que al menos puede mantenerse una operación
limitada en la aplicación relevante y/o que se evitan condiciones
defectuosas en la aplicación relevante.
Sin embargo, también son posibles reacciones más
complicadas controladas por las correspondientes aplicaciones de
control. El nodo interferido con la nueva colocación del intervalo
de tiempo erróneo podría desviarse dinámicamente con su ventana de
transmisión a una región reservada dentro de una nueva trama
temporal. Sin embargo, con esta finalidad, debería indicársele al
nodo relevante que se reconoció un nodo erróneo y que el intervalo
de tiempo para este nodo erróneo se volvió a colocar en una trama
temporal definida por otro nodo. Por ejemplo, podría obtenerse una
caracterización mediante elementos definidos dentro del formato de
mensaje o, alternativamente, en los propios datos de mensaje.
La reivindicación 7 se refiere a un método según
la invención, y la reivindicación 8, a un vehículo a motor con un
sistema de comunicaciones según la invención.
Ahora se explicarán con más detalle más abajo
unas pocas realizaciones de la invención, representadas
esquemáticamente, con referencia a los dibujos, que comprenden las
figuras 1 a 4, en los que:
la figura 1 muestra un sistema de comunicaciones
con cuatro nodos y un medio común de transmisión,
la figura 2 muestra la secuencia temporal de una
señal AMDT transmitida por un primer nodo del sistema de
comunicaciones con una trama temporal que tiene una parte estática y
una parte dinámica,
la figura 3 muestra la secuencia temporal de las
señales que tienen lugar en el medio de transmisión del sistema de
comunicaciones en el caso de un arranque del sistema, y
la figura 4 muestra una segunda señal transmitida
por un segundo nodo del sistema de comunicaciones con una trama
temporal desplazada con respecto a la primera señal.
La figura 1 muestra un sistema de comunicaciones
con cuatro nodos 0, 1, 2 y 3 de comunicaciones. Los cuatro nodos 0 a
3 de comunicaciones están acoplados cada uno a un medio 5 común de
transmisión. El medio 5 común de transmisión puede ser, por ejemplo,
un sistema de buses de un vehículo a motor, en particular, también
una red de comunicaciones que opera de acuerdo con el protocolo
FlexRay. Los cuatro nodos de comunicaciones utilizan el medio 5
común de transmisión en un proceso múltiplex por división en el
tiempo.
La figura 2 muestra la secuencia temporal de una
señal AMDT transmitida por el nodo 2 del sistema de comunicaciones.
La trama temporal de la señal AMDT comprende un parte 6 estática y
una parte 7 dinámica. La parte 6 estática tiene cuatro intervalos
10, 11, 12 y 13 de tiempo. La parte 7 dinámica sigue a la anterior.
La parte 6 estática y la parte 7 dinámica se repiten periódicamente
de acuerdo con el tiempo T_cic de ciclo de trama. El intervalo 10 de
tiempo de la parte 6 estática está previsto para el nodo 0 del
sistema de comunicaciones con el fin de transmitir a través del
medio 5 de transmisión. De manera similar, los intervalos 11, 12 y
13 de tiempo están reservados para los nodos 1, 2 y 3 del sistema de
comunicaciones.
La parte 7 dinámica se encuentra disponible para
proporcionar un acceso dinámico, flexible, a los nodos 0 a 3
individuales. Un intervalo de tiempo dinámico así se proporciona,
por ejemplo, en el sistema de comunicaciones FlexRay tal como se
describe más detalladamente en el informe del VDI nº 1547, 2000.
La figura 3 muestra a título de ejemplo la
secuencia temporal de las señales que tienen lugar en el medio 5 de
transmisión del sistema de comunicaciones en el caso de un arranque
del sistema con un nodo 2 transmitiendo señales incorrectas y un
nodo 3 que reacciona a dichas señales incorrectas transmitidas
periódicamente.
En primer lugar, el nodo 2 envía una señal 8 a
través del medio 5 de transmisión a intervalos regulares en el
intervalo 12 de tiempo previsto para este nodo. Un error afecta a
esta señal 8, es decir, no puede ser interpretada como un mensaje
por los otros nodos 0, 1 y 3. Este puede ser el caso debido a, por
ejemplo, un total de comprobación incorrecto, un error de
codificación o alguna otra causa. El error de la señal 8 se indica
con el símbolo del rayo de la figura 3.
La figura 4 muestra el comportamiento del nodo 3
al arrancar el sistema. En el arranque del sistema, el nodo 3
comprueba si en el medio 5 de transmisión ya está presente una señal
que utiliza correctamente un intervalo de tiempo. El nodo 3 detecta
la señal 8 transmitida por el nodo 2 y comprueba su integridad. Al
comprobar la señal 8, el nodo 3 detecta que esta señal 8 es
incorrecta, por ejemplo, debido a un total de comprobación
incorrecto. Esto se indica en la figura 4 con la flecha 15.
No obstante, para posibilitar un arranque del
sistema de comunicaciones, el propio nodo 3 comienza a transmitir
una señal 9 a intervalos regulares por el medio 5 de transmisión.
Esto se muestra esquemáticamente en la figura 3.
La trama temporal proporcionada por la señal 9
del nodo 3 se muestra de nuevo en la figura 4. El nodo 3 utiliza el
intervalo 13 de tiempo estático de la trama temporal reservado para
él. La trama temporal proporcionada por el nodo 3 se elige de manera
que el intervalo de tiempo empleado por la señal 8 incorrecta se
produzca al final del intervalo 7 dinámico de la trama temporal.
Este desplazamiento de la trama temporal logra que el nodo 2 que
transmite incorrectamente sólo provoque perturbaciones en los
mensajes de prioridad más baja, mensajes que se proporcionan para
una transmisión al final de la parte 7 dinámica de la trama
temporal. El nodo 3 trasmite ahora un mensaje correcto sin errores
en el intervalo 13 de tiempo estático previsto para ello de acuerdo
con la trama temporal mostrada en la figura 4. Los otros nodos 0 y 1
del sistema de comunicaciones pueden sincronizarse con la señal sin
errores transmitida por el nodo 3 y pueden utilizar los intervalos
10 y 11 de tiempo. Por tanto, se salvaguarda un arranque del sistema
a pesar del nodo 2 que trasmite incorrectamente.
Alternativamente, la señal 8 incorrecta del nodo
2 puede colocarse al comienzo de la parte 7 dinámica de la trama
temporal, de manera que el resto de esta parte 7 dinámica se
encuentra disponible además para la gestión dinámica de
mensajes.
Claims (8)
1. Sistema de comunicaciones con al menos dos
nodos (0-3) de comunicaciones para la transmisión de
información a través de un medio (5) común de transmisión en un
proceso múltiplex por división en el tiempo,
en el que se prevé al menos un nodo para
monitorizar, durante el arranque del sistema, si una primera señal
(8), que utiliza al menos un intervalo de manera regular, ya está
presente en el medio de transmisión,
caracterizado porque dicho nodo está
diseñado, si dicha primera señal está presente, para comprobar esta
primera señal en cuanto a su integridad, y
en el que dicho nodo está diseñado para enviar
una segunda señal (9) en el caso de una integridad incorrecta de la
primera señal, y se asigna una posición programable en la trama
temporal dada por la segunda señal al intervalo de tiempo utilizado
por la primera señal.
2. Sistema de comunicaciones según la
reivindicación 1, caracterizado porque se proporciona un
intervalo de tiempo de repuesto dentro de la trama temporal del
sistema de comunicaciones, y porque, en el caso de dicha integridad
incorrecta de la primera señal, el intervalo de tiempo utilizado por
la primera señal se relega al intervalo de tiempo de repuesto de la
trama temporal de la segunda señal.
3. Sistema de comunicaciones según la
reivindicación 1, caracterizado porque, en el caso de dicha
integridad incorrecta de la primera señal, el intervalo de tiempo
utilizado por la primera señal se relega a una región de la trama
temporal de la segunda señal que tiene una prioridad baja.
4. Sistema de comunicaciones según la
reivindicación 1, caracterizado porque, en el caso de dicha
integridad incorrecta de la primera señal, el intervalo de tiempo
utilizado por la primera señal se relega a una región de la trama
temporal de la segunda señal que está reservada para un acceso
dinámico de los nodos individuales del sistema de
comunicaciones.
5. Sistema de comunicaciones según la
reivindicación 1, caracterizado porque, en el caso de dicha
integridad incorrecta de la primera señal, el intervalo de tiempo
utilizado por la primera señal se relega a una región de la trama
temporal de la segunda señal que está reservada para un acceso
aleatorio propenso a las colisiones de los nodos individuales del
sistema de comunicaciones.
6. Sistema de comunicaciones según la
reivindicación 1, caracterizado porque dicha integridad
incorrecta de la primera señal hace que la segunda señal esté dotada
de una información caracterizadora que indique a los nodos del
sistema de comunicaciones que dicha primera señal de integridad
incorrecta se detectó en el medio de transmisión.
7. Método de arranque de un sistema de
comunicaciones con al menos dos nodos (0-3) de
comunicaciones para la transmisión de información a través de un
medio (5) común de transmisión en un proceso múltiplex por división
en el tiempo, en el que se prevé al menos un nodo para monitorizar,
durante el arranque del sistema, si una primera señal (8), que
utiliza al menos un intervalo de manera regular, ya está presente en
el medio de transmisión, caracterizado porque
dicho nodo está diseñado, si dicha primera señal
está presente, para comprobar esta primera señal en cuanto a su
integridad, y
en el que dicho nodo está diseñado para enviar
una segunda señal (9) en el caso de una integridad incorrecta de la
primera señal, y se asigna una posición programable en la trama
temporal dada por la segunda señal al intervalo de tiempo utilizado
por la primera señal.
8. Vehículo a motor que tiene un sistema de
comunicaciones según la reivindicación 1.
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