WO1997008617A2 - Einrichtung zur einkanaligen übertragung von aus zwei datenquellen stammenden daten - Google Patents

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    • G06F11/1645—Error detection by comparing the output of redundant processing systems where the comparison is not performed by the redundant processing components and the comparison itself uses redundant hardware

Definitions

  • the invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
  • DE-AS 29 12 928 discloses a device for single-channel transmission of binary-coded information for the remote control of a railroad signaling system from a control center, in which two processing devices operated in parallel alternately switch to a common transmission channel via a switch Feed data sink.
  • the processing devices which can be designed, for example, as microcomputers, process the same input data in accordance with the same laws, so that they carry the same output data at their outputs, provided that they function properly. Any data discrepancies are identified by continuous internal comparison of the processed data; to this end, the two data processing devices keep themselves informed about the data on their internal data buses.
  • the two processing devices alternately output the data which they have worked out and have the same content as data telegrams together with a characteristic characteristic of the respective processing device or in a form characteristic of the processing device.
  • the transmitted data are alternately applied by one and the other processing device. If the switch gets stuck due to malfunction, this can be recognized on the receiving side by the absence of one of the two identifiers, and the transmitted data may no longer be used for safety-critical applications.
  • the transmitted data are provided in a known manner with test data derived from the useful data, the transmitted test data being compared on the receiving side with test data simulated there from the transmitted useful data.
  • the known device for single-channel, signal-technically secure transmission of data absolutely requires output channels at both processing devices, via which the computer-specific processed data are to be placed on the transmission channel.
  • These output channels which are mostly implemented using integrated technology, have a certain failure behavior, but this is not known on a regular basis. Any errors which are caused by incorrectly functioning output registers can indeed be recognized at the receiving end; However, the detection of such errors is only possible reliably with the transmission of data originating from both processing devices. For this reason, safety-critical data which differ from the previously transmitted data may only be processed further on the receiving end if they match in at least two successive transmission cycles.
  • the object of the present invention is to provide a device according to the preamble of patent claim 1, in which any errors on the receiving side which can be traced back to an output register which is working incorrectly can be recognized immediately, that is to say even after a single data transmission.
  • the invention solves this problem by means of the characterizing features of patent claim 1.
  • the inventive idea lies in the fact that only one of the processing devices providing the data in parallel outputs the data and switches to the transmission channel, but in terms of the provision this data both data processing devices are involved.
  • the particular advantage of such a device is that only one of the computer / computer channels on the transmission side is to be provided with an output channel.
  • FIG. 1 in a schematic manner the structure of the data transmission device and in
  • FIG. 1 schematically shows a computer system consisting of two computer channels R1, R2, which is used to convert input data fed to it into output data according to the same processing programs and to output it via only a single transmission channel ÜK.
  • both computer channels there are inputs ON for messages and commands, a central processing device CPU, memory SP, and outputs OUT for data and control commands; all of these components are connected to an internal computer bus.
  • the computer R1 also blocks the data output on the transmission channel in addition to the hardware comparisons via the symbolically indicated contact SÜ.
  • the computer channel R1 has an output channel which is occupied by the computer outputs AUS with data.
  • the arrangement is such that the computer channel R1 provides the actual user data and the computer channel R2 the associated test data.
  • the computer channel R1 receives knowledge of the test data provided by the other channel through the ongoing internal data exchange between the two computer channels.
  • the output channel is symbolized in the drawing by an output module AGB.
  • FIG. 2 shows in the top line data formed by the two computer channels R1 and R2, which, if the computers function properly, correspond in terms of content and form of representation.
  • the data consist of user data N1 and N2 and test data P1 and P2, respectively, which are determined from the user data according to certain laws.
  • the test data which were assumed in FIG. 2, are preferably determined by applying cryptographic functions to the associated user data.
  • test data are simulated from the transmitted user data using the same encryption function as on the transmitting side and compared with the transmitted test data. Only if the transmitted and the self-determined test data match, the useful data transmitted together with these are recognized and possibly further processed or output.
  • Suitable measures must be taken to ensure that the computer channel R1 is not able to switch the test data P1 it has developed to the transmission channel. This can be achieved, for example, by the corresponding the computer outputs are not connected. The same applies to the user data of the computer channel R2. Therefore, only the useful data of one and the test data of the other computer channel can be located on the transmission channel or, in the event of a fault, only the useful data or the test data or no data at all. Such a disturbance can be reliably recognized at the receiving end.
  • the computer channel R1 does not switch its own user data and the test data of the other computer channel to the transmission channel, but with a correspondingly different circuit it could also send the user data of the computer channel R2 and its own test data to the output channel.
  • Lay assembly it is also possible that the computer channel R1 does not switch its own user data and the test data of the other computer channel to the transmission channel, but with a correspondingly different circuit it could also send the user data of the computer channel R2 and its own test data to the output channel. Lay assembly.
  • Another possibility of involving the actuation of both computer channels in the output of a common telegram is to interleave the useful and test data of the two computer / computer channels, for example by the computer R1 and the computer R2 the odd bits of the Provides test and user data.
  • suitable wiring must be used to ensure that not only one of the computers switches all the useful data and also all test data to the transmission channel.
  • the invention can also advantageously be used in two of three computer systems, in which two computers are also operating.
  • computer / computer channels is to be understood to mean any type of data processing device, such as microcomputers, microprocessors, PCs and microcontrollers.
  • the data transmission device not only has the advantage of reduced hardware expenditure compared to an arrangement with two output channels, but it also enables secure data transmission with one each single data telegram because it involves both computer channels in the formation of this telegram; Errors that have occurred in a computer channel on the transmission side can thus be reliably identified by redundancy evaluation on the reception side.

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Abstract

Bei einem sicheren Mehrrechnersystem ist nur einer der Rechner (R1) mit einem Ausgabekanal (ABG) versehen, über den Daten vom Rechnersystem an eine Senke zu übermitteln sind. Die zu übermittelnden Daten bestehen aus Nutzdaten (N1) und Prüfdaten (P2), die sich auf vorgegebene Art und Weise aus den Nutzdaten bestimmen lassen. Die übermittelten Nutz- und Prüfdaten stammen von unterschiedlichen Rechnern des Rechnersystems, beispielsweise stammen die Nutzdaten von dem Rechner, der die Daten auf den Übertragungskanal schaltet, und die Prüfdaten (P2) von dem anderen Rechner (R2). Da sich die Rechner des Rechnersystems laufend über die auf ihren Bussen liegenden Daten gegenseitig unterrichten, ist der ausgebende Rechner jederzeit über die Nutz- und Prüfdaten des anderen Rechners unterrichtet. Durch geeignete Beschaltung ist sichergestellt, daß an den übermittelten Daten beide Rechner beteiligt sind.

Description

Beschreibung
Einrichtung zur einkanaligen Übertragung von aus zwei Daten¬ quellen stammenden Daten
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Aus der DE-AS 29 12 928 ist eine Einrichtung zur einkanaligen Übermittlung von binär kodierten Informationen für die Fern¬ steuerung einer eisenbahnsignaltechnischen Anlage von einer Zentrale aus bekannt, bei der zwei parallel betriebene Ver¬ arbeitungseinrichtungen über einen Schalter abwechselnd auf einen gemeinsamen Übertragungskanal zu einer Datensenke spei- sen. Die Verarbeitungseinrichtungen, die beispielsweise als Mikrocomputer ausgebildet sein können, verarbeiten die glei¬ chen Eingangsdaten nach den gleichen Gesetzmäßigkeiten, so daß sie an ihren Ausgängen - ordnungsgerechtes Funktionsver¬ halten vorausgesetzt - gleiche Ausgangsdaten führen. Etwaige Datenabweichungen werden durch laufenden internen Vergleich der verarbeiteten Daten erkannt; hierzu unterrichten sich die beiden Datenverarbeitungseinrichtungen laufend über die auf ihren internen Datenbussen liegenden Daten. Die beiden Verar¬ beitungseinrichtungen geben die von ihnen erarbeiteten, in- haltlich übereinstimmenden Daten abwechselnd als Datentele¬ gramme zusammen mit einem für die jeweilige Verarbeitungsein¬ richtung charakteristischen Kennzeichen oder in einer für die Bearbeitungseinrichtung charakteristischen Form aus. Empfangsseitig ist damit erkennbar, ob die übermittelten Da- ten abwechselnd von der einen und von der anderen Verarbei¬ tungseinrichtung aufgeschaltet werden. Bleibt der Schalter störungsbedingt hängen, so iεt dies empfangsseitig durch das Ausbleiben eines der beiden Kennzeichen erkennbar, und die übermittelten Daten dürfen nicht mehr für sicherheitskriti- sehe Anwendungen herangezogen werden. Um Übertragungsstörun¬ gen auf dem Übertragungskanal selbst zu erkennen, können die übermittelten Daten in bekannter Weise mit aus den Nutzdaten abgeleiteten Prüfdaten versehen werden, wobei auf der Emp¬ fangsseite die übermittelten Prüfdaten mit dort aus den übermittelten Nutzdaten nachgebildeten Prüfdaten verglichen werden.
Die bekannte Einrichtung zur einkanaligen signaltechnisch si¬ cheren Übermittlung von Daten benötigt neben einem Umschalter für das wechselweise Aufschalten der beiden Verarbeitungsein- richtungen zwingend an beiden Verarbeitungseinrichtungen Aus¬ gabekanäle, über die die rechnerspezifisch erarbeiteten Daten auf den Übertragungskanal zu legen sind. Diese Ausgabekanäle, die meist in integrierter Technik ausgeführt sind, haben ein gewisses Ausfallverhalten, das aber regelmäßig nicht bekannt ist. Etwaige Fehler, die durch fehlerhaft arbeitende Ausgabe¬ register bedingt sind, sind empfangsseitig zwar erkennbar; das Erkennen solcher Fehler ist aber zuverlässig erst mit der Übermittlung von von beiden Verarbeitungseinrichtungen stammenden Daten möglich. Aus diesem Grunde dürfen sicher- heitskritische Daten, die sich unterscheiden von den zuvor übermittelten Daten, empfangsseitig erst dann weiterverar¬ beitet werden, wenn sie in mindestens zwei aufeinanderfolgen¬ den Übertragungszyklen übereinstimmen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 anzugeben, bei der empfangsseitig etwaige Fehler, die auf ein fehlerhaft ar¬ beitendes Ausgaberegister zurückzuführen sind, sofort, das heißt bereits nach einmaliger Datenübertragung, erkennbar sind.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1. Die erfinderische Idee liegt darin, daß von den die Daten parallel bereitstellenden Verar- beitungseinrichtungen nur eine die Daten ausgibt und auf den Übertragungskanal schaltet, daß aber an der Bereitstellung dieser Daten beide Datenverarbeitungseinrichtungen beteiligt sind. Der besondere Vorteil einer solchen Einrichtung besteht darin, daß lediglich einer der sendeseitigen Rech¬ ner/Rechnerkanäle mit einem Ausgabekanal zu versehen ist.
Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
Figur 1 in schematischer Weise den Aufbau der Datenübertra- gungseinrichtung und in
Figur 2 das Zusammenwirken der zweikanaligen Datenquelle bei der Bereitstellung einkanalig zu übertragender Da¬ ten.
Figur 1 zeigt schematisch ein aus zwei Rechnerkanälen Rl, R2 bestehendes Rechnersystem, das dazu dient, ihm zugeführte Eingangsdaten nach gleichen Verarbeitungsprogrammen in Aus¬ gangsdaten umzusetzen und über nur einen einzigen Übertra¬ gungskanal ÜK auszugeben. In beiden Rechnerkanälen gibt es Eingänge EIN für Meldungen und Befehle, eine zentrale Verar¬ beitungseinrichtung CPU, Speicher SP, sowie Ausgänge AUS für Daten und Stellkommandos; alle diese Komponenten sind an ei¬ nen internen Rechnerbus angeschlossen. Ferner gibt es kanal¬ spezifische Datenübertragungen DU, über die sich die beiden Rechnerkanäle laufend über die auf ihren Bussen liegenden Da¬ ten unterrichten, sowie Hardware-Vergleicher VGL, die über schematisch angedeutete Schalter HÜ1, HÜ2 die Ausgabe von Daten auf den Übertragungskanal verhindern, wenn sie unglei¬ che Daten in den beiden Rechnerkanälen erkennen. In beiden Rechnern findet darüber hinaus ein Softwarevergleich der ei¬ genen Daten mit dem von jeweils anderen Kanal übermittelten Daten statt. Beim Erkennen divergierender Daten sperrt der Rechner Rl zusätzlich zu den Hardware-Vergleichen über den symbolisch angedeuteten Kontakt SÜ die Datenausgabe auf den Übertragungskanal. Nach der Erfindung besitzt nur der Rechnerkanal Rl einen Aus¬ gabekanal, der von den Rechnerausgängen AUS mit Daten belegt wird. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß der Rechner¬ kanal Rl die eigentlichen Nutzdaten und der Rechnerkanal R2 die zugehörigen Prüfdaten bereitstellt. Der Rechnerkanal Rl erhält Kenntnis von den vom anderen Kanal bereitgestellten Prüfdaten durch den laufenden internen Datenaustausch zwi¬ schen den beiden Rechnerkanälen. Der Ausgabekanal wird in der Zeichnung durch eine Ausgabebaugruppe AGB symbolisiert.
Das bei der erfindungsgemäßen Einrichtung zur einkanaligen Übertragung von aus zwei Datenquellen stammenden Daten zur Anwendung kommende Verschachtelungsverfahren für die auf den Übertragungskanal zu legenden Daten ist in Figur 2 beispiel- haft näher ausgeführt. Figur 2 zeigt in der oberen Zeile von den beiden Rechnerkanälen Rl und R2 gebildete Daten, die bei ordnungsgerechtem Funktionsverhalten der Rechner inhaltlich und in ihrer Darstellungsform übereinstimmen. Die Daten be¬ stehen jeweils aus Nutzdaten Nl bzw. N2 und aus Prüfdaten Pl bzw. P2, die nach bestimmten Gesetzmäßigkeiten aus den Nutz¬ daten ermittelt werden. Die Prüfdaten, die in Figur 2 belie¬ big angenommen wurden, bestimmen sich vorzugsweise durch An¬ wendung kryptographischer Funktionen auf die zugehörigen Nutzdaten. Auf der jeweiligen Empfangsseite der Datenüber- tragungseinrichtung werden aus den übermittelten Nutzdaten nach der gleichen Verschlüsselungsfunktion wie auf der Sende¬ seite Prüfdaten nachgebildet und mit den übermittelten Prüf¬ daten verglichen. Nur bei Übereinstimmung der übermittelten und der selbst ermittelten Prüfdaten werden die zusammen mit diesen übertragenen Nutzdaten anerkannt und ggf. weiterverar¬ beitet oder ausgegeben.
Durch geeignete Maßnahme ist sicherzustellen, daß der Rech¬ nerkanal Rl nicht in der Lage ist, die von ihm erarbeiteten Prüfdaten Pl auf den Übertragungskanal zu schalten. Dies kann zum Beispiel dadurch realisiert werden, daß die entsprechen- den Rechnerausgänge nicht beschaltet sind. Entsprechendes gilt für die Nutzdaten des Rechnerkanals R2. Auf dem Übertra¬ gungskanal können daher entweder nur die Nutzdaten des einen und die Prüfdaten des anderen Rechnerkanals liegen oder aber im Störungsfall nur die Nutz- oder die Prύfdaten oder über¬ haupt keine Daten. Eine solche Störung ist empfangsseitig zu¬ verlässig erkennbar.
Selbstverständlich ist es auch möglich, daß der Rechnerkanal Rl nicht seine eigenen Nutzdaten und die Prüfdaten des ande¬ ren Rechnerkanals auf den Übertragungskanal schaltet, sondern bei entsprechend anderer Beschaltung könnte er auch die Nutz¬ daten des Rechnerkanals R2 und seine eigenen Prüfdaten auf die Ausgabe-Baugruppe legen.
Eine andere Möglichkeit, die Betätigung beider Rechnerkanäle an der Ausgabe eines gemeinsamen Telegrammes zu beteiligen, besteht darin, die Nutz- und Prüfdaten beider Rech¬ ner/Rechnerkanäle ineinander zu verschachteln, beispielsweise indem der Rechner Rl die geraden und der Rechner R2 die ungeraden Bits der Prüf- und der Nutzdaten liefert. Auch hier ist durch geeignete Beschaltung sicherzustellen, daß nicht nur einer der Rechner sowohl sämtliche Nutz- als auch sämtli¬ che Prüfdaten auf den Übertragungskanal schaltet.
Die Erfindung ist mit Vorteil auch anwendbar bei zwei von drei-RechnerSystemen, bei denen ebenfalls jeweils zwei Rech¬ ner betriebsführend sind. Unter dem Begriff Rechner/Rech¬ nerkanäle sind jede Art von Datenverarbeitungseinrichtungen zu verstehen wie Mikrocomputer, Mikroprozessoren, PCs und Mikrocontroller.
Die erfindungsgemäße Datenübertragungseinrichtung hat nicht nur den Vorteil eines verminderten Hardwareaufwandes gegen- über einer Anordnung mit zwei Ausgabekanälen, sondern sie gestattet eine sichere Datenübertragung mit jeweils einem einzigen Datentelegramm, weil sie an der Bildung dieses Tele- grammes beide Rechnerkanäle beteiligt; in einem Rechnerkanal der Sendeseite aufgetretene Fehler sind so durch Redun¬ danzbewertung auf der Empfangsseite zuverlässig erkennbar.

Claims

Patentansprüche
1. Einrichtung zur einkanaligen, signaltechnisch sicheren Übertragung von mit einem Sicherungsanhang in Form von Prüfdaten versehenen Nutzdaten, die von mindestens zwei unabhängigen, sich laufend auf Übereinstimmung vergleichenden Rechnern oder Rechnerkanälen nach gleichen Gesetzmäßigkeiten aus den gleichen Eingangsdaten gebildet werden und deren Zusammengehörigkeit empfangsseitig geprüft wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß nur einer der Rechner/Rechnerkanäle (Rl) einen Ausgabekanal (ABG) aufweist und diesem die von ihm stammenden Nutz-(Nl) und die vom anderen Rechner/Rechnerkanal (R2) stammenden Prüfdaten (P2) zuführt oder umgekehrt oder die Nutz- und Prüfdaten beider Rechner/Rechnerkanäle ineinander ver¬ schachtelt auf den Ausgabekanal legt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Ausgabekanal nur an diejenigen Ausgänge (AUS) der
Rechner/Rechnerkanäle (R1,R2) angeschlossen ist, welcher die zu übertragenden Nutz- und Prüfdatenbits bereitstellen.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Prüfdaten (P2) durch Anwendung kryptographischer Funktionen auf die zugehörigen Nutzdaten (N2) zu bestimmen sind.
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