DE20220280U1 - Vorrichtung zur Übertragung von Information in einem Netzwerk sowie entsprechendes Netzwerk - Google Patents

Description

ROBERT BOSCH GMBH, 70442 Stuttgart

Vorrichtung zur Übertragung von Information in einem Netzwerk sowie entsprechendes Netzwerk

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Übertragung von Information in einem Netzwerk sowie einem entsprechenden Netzwerk mit wenigstens drei Teilnehmern, wobei die Information in wenigstens einem ersten Rahmen vorgegebener Länge und Struktur übertragen wird gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.

0 In verteilten, insbesondere 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, 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. Dies ist in dem Artikel „X-by-Wire - Die sichere Alternative", aus der Auto- und Elektronik 2/2000 auf Seite 73 bis 75 beschrieben.

Üblicherweise werden die Informationen, insbesondere die Daten zwischen den Teilnehmern, durch direkte Verbindungen zu allen Teilnehmern ausgetauscht. Dabei werden die Netzwerke, insbesondere die zugrundeliegenden Bussysteme, im Allgemeinen

mehrfach redundant ausgeführt, was zu großem Aufwand und begrenzter Felxibilität führt.

Es zeigt sich somit, dass der Stand der Technik nicht in jeder Hinsicht optimale Ergebnisse zu liefern vermag. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und

eine Vorrichtung zur Übertragung von Information in einem Netzwerk anzugeben, die einerseits optimale sicherheitsrelevante Entscheidungen und Wertungen zulässt und zum Anderen einen reduzierten Aufwand, insbesondere eine reduzierte Anzahl an Übertragungswegen, bei hoher Flexibilität aufweist.
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Vorteile der Erfindung

Dazu wird von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Übertragung von Information in einem Netzwerk mit wenigstens drei Teilnehmern ausgegangen, wobei die Information in wenigstens einem ersten Rahmen vorgegebener Länge und Struktur übertragen wird und der erste Rahmen auf einem ersten Übertragungsweg ringförmig an den jeweils nächsten, zweiten Teilnehmer bei vorgegebener Übertragungsrichtung übertragen wird, wobei vorteilhafter Weise die Information zusätzlich in einem zweiten Rahmen gleicher Länge und Struktur wie der erste Rahmen übertragen wird, wobei der zweite Rahmen auf

0 einem zweiten Übertragungsweg an einen übernächsten dritten Teilnehmer übertragen

wird, wobei der zweite Übertragungsweg und damit der zweite Rahmen den zweiten Teilnehmer überspringt und abhängig von wenigstens einem Kriterium, also Information, Länge oder Struktur eine Bewertung vorgenommen wird. Der zweite Rahmen kann identisch mit dem ersten sein, aber der Übertragungsweg ist ein anderer.)

Es wird also eine ringförmige Struktur vorgeschlagen, wobei für jeden Teilnehmer oder Netzwerkknoten mindestens zwei Eingänge, also vom Vorgänger und dessen Vorgänger, vorgesehen sind. Der Teilnehmer, der über diese zwei Eingänge in zwei Rahmen die Information übertragen bekommt, erkennt dann automatisch (z.B. durch den Vergleich der Information, insbesondere der Dateninhalte, das Prüfen der Struktur und/oder der Länge der Rahmen), ob die übertragene Information, insbesondere die Daten von wenigstens einem Vorgänger gültig sind bzw. ob auf Fehler entschieden werden muss. Abhängig von dieser Bewertung, insbesondere bei Erkennung eines Fehlers, können dann spezielle Maßnahmen wie beispielsweise die Umschaltung auf einen anderen Eingang oder die Blockierung des fehlerhaften Eingangs eingeleitet werden. Dabei kann die

Anzahl der zu betrachtenden Eingänge vorgebbar, insbesondere programmierbar sein. Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung, basierend auf einer ringförmigen Datenübertragung, reduziert sich die Anzahl der Verbindungen bzw. der Übertragungswege beträchtlich. 5

Zweckmäßiger Weise enthalten die Rahmen jeweils erste Informationsbereiche entsprechend der Anzahl der Teilnehmer im Netzwerk, wobei jedem Teilnehmer ein erster Informationsbereich eindeutig zugeordnet ist. D. h. jedem Teilnehmer wird innerhalb eines Rahmens, also eines Informationsframes, ein Bereich bzw. eine bestimmte Position zugeordnet, die in einer nachfolgenden Ausgestaltung einen Vergleich von Informationen zweier Rahmen erleichtert.

Zweckmäßiger Weise wird die Information wenigstens in Dateninformation und Gültigkeitsinformation unterschieden, wobei bei vorhandener Gültigkeitsinformation und fehlender oder nicht plausibler Dateninformation bei der Bewertung auf Fehler entschieden wird.

Weiterhin zweckmäßig ist, dass die Struktur und/oder die Länge eines Rahmens mit einer vorgegebenen Struktur und/oder Länge verglichen wird, wobei bei Abweichung auf 0 Fehler entschieden wird.

Vorteilhafter Weise wird wenigstens eine der Angaben, also Information, Länge oder Struktur im ersten und im zweiten Rahmen wenigstens teilweise zur Bewertung miteinander verglichen und es wird auf Fehler entschieden, wenn diese in den 5 verglichenen Teilen nicht übereinstimmen. Dabei ist es zweckmäßig, solche Teile zu

vergleichen, die über alle betrachteten Übertragungswege auch übertragen wurden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Information in einer Bifrequenzcodierung übertragen, so dass unabhängig vom Inhalt der Information andauernd Signale auf dem Netzwerk übertragen werden und bei Fehlen der Signale oder bei Nichtübereinstimmung der Signale mit dem Code auf wenigstens einem Übertragungsweg auf Fehler entschieden wird. Anstelle der Bifrequenzcodierung kann auch jeder andere Code benutzt werden, der unanhängig vom Dateninhalt zu ständig wechselnden Signalen führt. So sind beispielsweise auch Blockcodes einsetzbar, die eine gewisse Anzahl von Datenbits i durch eine höhere Anzahl von Codebits j in einer solchen Weise ersetzt, dass in jedem

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Codewort beide Signalpegel vorhanden sind. Mit i=5 und j=6 erhählt man den bekannten 5B/6B Code. Ebenso ist ein 8B/10B Code anwendbar. Gegenüber dem Bifrequenzcode haben diese Codes den Vorteil, dass eine geringere Coderedundanz vorliegt und durch geeignete Wahl der Codewörter eine geringere Netzwerkaktivitaet erreicht werden kann. Durch die Wahl einer solchen Codierung (Bi-Frequenz-Code oder geeigneter Block Code) wird erreicht, dass jeder Netzwerkteilnehmer den Takt aus den Daten zurückgewinnen kann und die Verarbeitung synchron mit diesem Takt erfolgen kann. Eine Abtastung der Daten mit höherer Taktfrequenz ist damit nicht erforderlich.

Zweckmäßiger Weise wird nun bei Entscheidung auf Fehler wenigstens eine geeignete Maßnahme eingeleitet. Diese kann beispielsweise sein, einen Informationseingang eines Teilnehmers von einem Übertragungsweg, der als fehlerhaft erkannt wurde, abzuschalten oder zu blockieren, so dass die Information und der Rahmen nur über den weiteren Übertragungsweg übertragen werden. Gleichermaßen kann die über den als fehlerhaft erkannten Übertragungsweg eingehende Information bzw. der entsprechende Rahmen auch im Teilnehmer selbst als fehlerhaft verworfen werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird zur Erkennung eines Fehlers, also zur Bewertung, ein Funktionstest durch wenigstens einen Teilnehmer durchgeführt, wobei wenigstens ein Teilnehmer als fehlerhaft vorgegeben wird, indem wenigstens eine der Angaben, also Information, Struktur oder Länge wenigstens teilweise verändert und durch den als fehlerhaft vorgegebenen Teilnehmer übertragen wird. Auf den erwarteten Fehler kann dann überprüft werden, ob die adäquate Maßnahme eingeleitet wird.

5 In einer speziellen Ausgestaltung ist ein Teilnehmer vorgesehen, der eine Masterfunktion

ausübt, also die Übertragung der Information im Netzwerk steuert, indem dieser wenigstens einen Rahmen erzeugt, in der Regel durch Vorgabe von Informationsbereichen bzw. Zeitschlitzen, basierend auf dem eigenen Takt. Wird nun ein Fehler im Master entschieden bzw. erkannt, so kann vorteilhafter Weise der nächste auf den Master folgende Teilnehmer die Masterfunktion übernehmen, sofern dieser entweder einen eigenen Basistakt besitzt (z.B. durch einen angeschlossenen Quarz-Oszillator) oder einen solchen von einer an der Ausgangsschnittstelle angeschlossenen Applikation übernehmen kann. Bei Ausfall des Masters liegt entweder keine oder nur eine verringerte Netzwerkaktivität vor, solange kein neuer Master existiert.

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Zweckmäßiger Weise enthält jeder Rahmen eine Kennungsinformation, die den Rahmen eindeutig kennzeichnet, wobei redundante Rahmen, die über unterschiedliche Übertragungswege übertragen werden, die gleiche Kennung besitzen.

Ebenso enthält die Information wenigstens Steuerinformation und Daten information, wobei die Steuerinformation zur Steuerung der Übertragung der Rahmen dient. Dadurch, dass Steuerinformationen mitübertragen werden können, kann vorteilhafter Weise eine zusätzliche Resetleitung oder zusätzliche Steuerleitungen verzichtet werden ebenso wie auf die Synchronisation der internen Zähler, die als Zeitbasen der Teilnehmer dienen.

Daneben ist es zweckmäßig, dass die Information wenigstens Statusinformation enthält, welche den Netzwerkstatus beschreibt, wobei die Statusinformation entweder dem aktuellen Netzwerkstatus entspricht oder bezogen auf den entsprechenden Rahmen ist. Diese Statusinformation kann dann zweckmäßiger Weise wenigstens einer Verbindungsinformation entsprechen oder diese enthalten, welche den Status eines konkreten vorgebbaren Übertragungsweges, insbesondere des Übertragungsweges, über den der entsprechende Rahmen übertragen wurde, darstellt oder enthält.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird bei wenigstens vier Teilnehmern ein dritter Rahmen mit gleicher Länge und Struktur wie die beiden ersten Rahmen

0 übertragen, wobei der vierte Teilnehmer den ersten Rahmen vom dritten Teilnehmer, den

zweiten Rahmen vom zweiten Teilnehmer und den dritten Teilnehmer vom ersten Teilnehmer übertragen bekommt und beim zweiten Rahmen der dritte Teilnehmer und beim dritten Rahmen der zweite und dritte Teilnehmer übersprungen werden. Diese spezielle Ausgestaltung kann nun dahingehend verallgemeinert werden, dass bei N Teilnehmern K Übertragungswege und damit K Eingänge eines Teilnehmers vorgesehen werden und somit auch noch mit einer bestimmten Anzahl von Fehlern sicher bewertet und entschieden sowie verlässlich reagiert werden kann.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Merkmalen der Ansprüche.

Zeichnung

Die Erfindung wird im Weiteren anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert.

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Dabei zeigt

Figur 1 ein erfindungsgemäßes Netzwerk mit vier Teilnehmern.

In Figur 2 ist beispielhaft ein Teilnehmer mit drei Übertraglingswegen detailliert dargestellt.

Figur 3 zeigt beispielhaft einen Rahmen zur Übertragung von Information sowie darin enthaltene Informationsbereiche.
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Beschreibung der Ausfiihrungsbeispiele

Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Netzwerk mit Teilnehmern 101 bis 104. Darin sind Eingangsschnittstellen 105 bis 108 mit jeweils drei Eingängen X, Y und Z gezeigt.

Ebenso sind Ausgangsschnittstellen 109 bis 112 in jedem Teilnehmer dargestellt. Dabei entspricht jedem Eingang X, Y, Z der Eingangsschnittstellen 105 bis 108 ein Übertragungsweg, welcher deshalb nicht separat bezeichnet wurde, sondern die gleiche Bezeichnung wie die jeweilige Eingangsschnittstelle, also beispielsweise 105X oder 107Z trägt.

Die Übertragung der Information erfolgt über die Ausgangsschnittstellen 109 bis 112, wobei dabei verschiedene Konfigurationsmöglichkeiten gegeben sind. Die Schnittstelle

109 ist so konzipiert, dass sie drei Ausgangsschnittstellen eben im Rahmen der Übertragungsstrecken 106X, 107Y und 108Z bietet, d. h. dass eine Teilung bzw. eine

5 Definition dreier Übertragungsrahmen bereits im Teilnehmer, insbesondere in

Schnittstelle 109 geschieht. Dabei kann auch, beispielsweise bei längeren Übertragungsstrecken, eine Signal- oder Pegelanpassung bezüglich der Rahmen, die über diese längeren Übertraglingswege übertragen werden, durchgeführt werden. Schnittstelle

110 in Verbindung mit Abzweigelement 113 zeigt eine weitere Möglichkeit der

Konfiguration. Dabei wird die Information im Rahmen von 110 zu 113 übertragen und eine Aufteilung bzw. Doppelung oder Verdreifachung des Rahmens erfolgt im Element 113 bezüglich der Übertragungswege 107X, 108Y und 105 Z. D. h. es kann ein einfacher Teilnehmer mit einer einfachen Ausgangsschnittstelle 110 eingesetzt werden und eine Signalanpassung oder Verstärkung, soweit erforderlich, kann über das Abzweigelement 113 erfolgen. In einem einfachen bevorzugten Fall ist dieses Abzweigelement aber

lediglich als einfache Leitungsankopplung 114 ausgebildet. D. h. die Information wird in den Rahmen aus Schnittstelle 1 1 übertragen und es erfolgt lediglich eine Abzweigung des Signals über Element 114 auf Übertragungsweg 105 Y und nochmals über Element 117 auf Übertragungsweg 106Z. D. h. im einfachsten Fall werden die Signale einfach auf die drei Übertragungswege aufgeteilt. Es wird somit ein erster Rahmen über die Eingänge X, ein zweiter Rahmen über die Eingänge Y und ein dritter Rahmen über die Eingänge Z übertragen.

Zur vereinfachten Darstellung sind generell auch mit 115 und 116 einfache Abzweigelemente dargestellt, wobei die dargestellten Möglichkeiten der Ausgangsschnittstellen jeweils durchgängig oder beliebig kombiniert eingesetzt werden können.

Figur 2 zeigt nun einen einzelnen Teilnehmer 200 eines solchen Netzwerkes mit drei Übertragungswegen 20IX, 201Y und 200Z, wobei mit 201 wiederum die Eingangsschnittstelle dargestellt ist. Mit 209 und 210 sind wieder Abzweigelemente, wie vorher beschrieben, dargestellt. Als Ausgangsschnittstelle ist ein Element 202 dargestellt. Die Übertragungswege münden in drei Eingängen X, Y, Z, denen jeweils ein Empfänger 205, 206 und 207 zugeordnet ist. Die empfangene Information bzw. die empfangenen

0 Rahmen werden dann einer Auswahleinrichtung 203 zugeführt, welche zum Einen

selektiv die Rahmen bzw. die entsprechende Information an den Datenspeicher mit Datenauswertung bzw. Bewertung 204 weiterleitet. Zur einfacheren Darstellung ist als Speicher und Auswertevorrichtung nur ein Block 204 dargestellt. Dies ist aber ebenso getrennt möglich. Die Allswertevorrichtung 204 leitet zum Einen die entsprechende

5 Information bzw. einen Rahmen an die Ausgangsschnittstelle 202 weiter, und zum

Anderen ein Ergebnis der Bewertung zu einem Element 208, welches gleichermaßen ein separates Bauteil oder eine Software oder ein Programmteil, eben eine Anwendung, darstellt. Mit 212 ist eine Prozessoreinheit oder Mikrocomputereinheit zur Verarbeitung dargestellt, mit 211 ein Speicherelement. Optional enthalten ist ein Element 213, eine interne Zeitbasis, aus welcher ein Takt generiert werden kann. Hat ein Teilnehmer eine Masterfunktion zugewiesen, also steuert dieser Teilnehmer die Übertragung im Netzwerk, so können ausgehend von diesem internen Takt ein Netzwerktakt vorgegeben werden, so dass ein Rahmen zur Übertragung mit verschiedenen Informationsbereichen aus diesem Zeittakt abgeleitet werden kann und alle anderen Netzwerkteilnehmer ihren Takt aus dem Datensignal zurückgewinnen können.

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Ein solcher Rahmen ist in Figur 3 dargestellt und mit R bezeichnet. Dabei sind verschiedene Informationsbereiche 300 bis 313 dargestellt. Diese Informationsbereiche enthalten beispielsweise binäre Information in Bit- oder Byteform. Dabei sind Informationsbereiche dargestellt, die einem Teilnehmer eineindeutig zuordenbar sind.

Dies sind für die Teilnehmer 101 bis 104 die Bereiche I 101 bis I 104, wobei die Reihenfolge willkürlich und beispielhaft zu sehen ist. In dem dargestellten Beispielrahmen R sind nun Informationsbereiche 302 bis 305 enthalten, in welchen Gültigkeitsinformation, insbesondere Teilnehmerstatusinformation, abgelegt werden kann. Diese Gültigkeitsinformationsbereiche zeigen beispielsweise die Art und Gültigkeit der Information an, insbesondere der Daten in den nachfolgenden Bereichen 306 bis 309, wobei jeweils ein Gültigkeitsbereich und ein Datenbereich einem Teilnehmer fest zugeordnet ist. Weiterhin enthalten im Rahmen ist ein Kennungsbereich 300, in welchem Kennungsinformation bezüglich des Rahmens abgelegt ist, d. h. ein Rahmen ist durch die Kennung bzw. Kennungsinformation 300 gekennzeichnet, wobei in einem speziellen Ausführungsbeispiel gleiche Rahmen, die über unterschiedliche Übertragungswege übertragen werden, gleiche Kennungen enthalten; unter Umständen unterschieden, dass diese zwar einander zugeordnet werden können, aber gleichzeitig dem Übertragungsweg zuordenbar sind. Bereich 201 enthält beispielsweise Statusinformationen bezüglich des Netzwerkes. Block 310 enthält beispielsweise einen reservierten Bereich für Zusatzinformationen. Im Informationsbereich 311 ist beispielsweise Information abgelegt bezüglich eines Konsistenzchecks des Rahmens, also beispieslweise Kontrollbytes bezüglich eines Cyclic-Redundancy-Checks oder auch zur Takt- und Längenprüfung des Frames sowie der Rahmenpositionsüberwachung. Im Block 312 sind beispielsweise

5 Controllinformationen abgelegt, also Steuerinformationen, die es ermöglichen,

insbesondere dem Master die Übertragung der Information zu steuern. Des Weiteren ist im Block 313 beispielsweise die vorher auch bei Block 3 11 erwähnte Information abgelegt zur Längen- und Strukturprüfung des Rahmens R, wobei mit Block 314 als Beispiel ein Paritätsbit als weitere Überprüfungs- und Bewertungsmaßnahme hinzugefügt ist.

Die soeben dargestellte Rahmenstruktur ist nur beispielhaft zu sehen. Erfindungsgemäß ist auch eine andere Rahmenstruktur je nach erfindungsgemäßer Anwendung möglich und einsetzbar. Gleiches gilt für die im Rahmen übertragene Information.

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Im Weiteren wird eine erfindungsgemäße Funktionsweise bezüglich einer solchen Bewertungs- oder Votingstruktur für verteilte und hier mehrfach redundante Systeme dargestellt. Dazu werden die Informationen, also die Information, insbesondere die Daten oder Dateninformationen seriell im Netzwerk in einem Rahmen oder Frame mit vorgegebener, insbesondere fester Anzahl von binärer Information, insbesondere Bytes übertragen. Jeder Teilnehmer des Netzwerk erhält insbesondere entsprechend seiner Position eineindeutig einen Informationsbereich, insbesondere zusammengesetzt aus Gültigkeitsbereich und Datenbereich zugeordnet. Ein Teilnehmer, insbesondere der Teilnehmer 101, fungiert als Master, übt also die Masterfunktion aus, steuert also den gesamten Informationstransfer. Dazu wird vom internen Taktgeber des Masters der Systemtakt abgeleitet und dieser Master erzeugt eben ausgehend von seinem internen Takt den Systemtakt und damit den Rahmen zur Informationsübertragung.

Die Übertragung der Information ist parallel möglich, weil jedem Teilnehmer in dieser Ausgestaltung eine feste Position im Rahmen für die Übermittlung seiner Daten information bzw. Status- oder Gültigkeitsinformation 302 bis 305 zugeordnet ist.

In Figur 1 sind jeweils drei Eingänge dargestellt. Diese Zahl kann abhängig von der Gesamtzahl der Teilnehmer variieren, wobei aus Redundanzgründen mindestens zwei Eingänge und damit zwei getrennte Übertragungswege vorzusehen sind. So überträgt beispielsweise Teilnehmer 101 einen ersten Rahmen aus Schnittstelle 109 über Übertragungsweg 106X zum entsprechenden Eingang von Teilnehmer 102. Ein zweiter Rahmen mit entsprechender Information wird nun über Übertragungsweg 107Y zum Teilnehmer 103 übertragen, d. h. der Rahmen und die darin enthaltene Information überspringt den Teilnehmer 102. Der erste Rahmen über Übertragungsweg 106X wird vom Teilnehmer 102 empfangen und wird unter Umständen unter Hinzufügung von Daten an Teilnehmer 103 übertragen. Somit enthält Teilnehmer 103 einen ersten Rahmen mit entsprechender Information über Eingang 107X sowie einen zweiten Rahmen mit weitestgehend gleicher Information über Eingang 107Y. Der einzige Unterschied beider Rahmen liegt darin, dass Teilnehmer 102 unter Umständen ihn betreffende Daten in dem ihn betreffenden Informationsbereich verändert oder hinzugefügt hat.

Die Bewertung selbst, also das Voting kann nun in Teilnehmer 103 durch den Controller, (vergleichbar 212) im Datenauswertemodul (vergleichbar 204) vorgenommen werden. Dabei können nun unterschiedliche Fehler erkannt werden. Die eine Gruppe von Fehlern

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kann durch Prüfung eines Rahmens aufgedeckt werden, indem Konsistenzprüfungen innerhalb des Rahmens und darin zusammenhängenden oder voneinander abhängenden Daten bzw. Informationen durchgeführt werden. Eine zweite Gruppe von Fehlern kann beispielsweise dadurch erkannt werden, dass der erste und der zweite Rahmen, also wie im Beispiel über 107X und 107Y eingegangen bzw. die darin enthaltenen Informationen wenigstens teilweise miteinander verglichen werden und auf Übereinstimmung geprüft werden.

Die dabei zu prüfenden Einzelheiten betreffen zum Einen die transportierte Information und/oder die Länge des Rahmens bzw. der enthaltenen Information und/oder die Struktur des Rahmens.

Bezüglich der Information kann durch Vergleich sicher jeder Fehler erkannt werden mit Ausnahme im Informationsbereich 1102, da der erste Rahmen in diesem Bereich veränderte Daten aufweisen kann, da der Teilnehmer 102 in diesen Bereich einschreiten darf. Alle übrigen Informationsbereiche, also alle die, in welchen Teilnehmer 102 keine Veränderungen vornehmen darf, müssen bezüglich des ersten Rahmens über 107X und des zweiten Rahmens über 107Y gleich sein. Eine Abweichung hierbei zeigt einen Fehler an. Ebenso müssen die Rahmen R selbst als erster und zweiter Rahmen bezüglich ihrer

0 Länge sowie ihrer Struktur, also der Informationsbereiche 300 bis 313 gleich aufgebaut

sein,und Abweichungen hierbei bei einem Vergleich beider Rahmen führen ebenfalls dazu, dass auf Fehler entschieden wird. Darin sind auch Taktfehler enthalten, da diese sich direkt entweder auf die Struktur und/oder auf die Länge des Rahmens auswirken. Somit ist ein Vergleich zwischen den redundanten Rahmen, insbesondere der Information, die darin enthalten ist, speziell der Daten möglich, die über unterschiedliche Übertragungswege unter Umständen zeitversetzt empfangen werden. Dadurch, dass die Daten weitestgehend redundant sofort zur Verfügung stehen, erhöht sich die Sicherheit, da ein weiterer Zeitverlust durch Umschalten im Fehlerfall nicht erfolgt.

Durch diesen möglichen Zeitversatz zweier redundanter Rahmen wird in einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung, im Rahmen eine Kennungsinformation hinterlegt, eine zuordenbar gleiche Kennungsinformation besitzen. Das bedeutet beispielsweise in der Preambel 300, also im Kennungsbereich, der beispielsweise 1 Byte umfasst, dienen die ersten 6 Bit dazu, die redundanten Rahmen einander zuzuordnen, dass also der erste und zweite Rahmen einander zugeordnet werden können, diese ersten 6 Bit also gleich

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sind, um die beiden redundanten Rahmen von anderen Rahmen zu unterscheiden. Die weiteren 2 Bit dienen beispielsweise dazu, den ersten Rahmen über Übertragungsweg 106X bzw. 107X von dem zweiten Rahmen über Übertragungsweg 107Y zu unterscheiden. So können die Rahmen zwar einander eindeutig zugeordnet werden, wobei dennoch die Übertragungswege feststellbar sind, wodurch ein Blockieren im Fehlerfall des korrekten Übertragungsweges bzw. des entsprechenden Eingangs möglich ist. Durch diese Kennung kann somit die Synchronisation auf ein zu bewertendes Ereignis ermöglicht werden, wobei außerdem durch die Position des Teilnehmers im Netzwerk bei eineindeutiger Zuordnung ein eindeutiger Zeitbezug insbesondere zum Master hergestellt werden kann. Ebenso kann auf Fehler entschieden werden, indem im Rahmen selbst auf Konsistenz geprüft wird. Dies kann einmal dadurch geschehen, dass übertragene Information und/oder Struktur des Rahmens und/oder Länge des Rahmens bzw. Zeittakt im Rahmen im bewertenden Teilnehmer bereits vorgegeben, also bekannt sind und die genannten Aspekte, also Information und/oder Struktur und/oder Länge des Rahmens mit den bereits vorgegebenen Werten diesbezüglich verglichen werden und bei Abgleichung auf Fehler entschieden wird.

Des Weiteren sind Bewertungen aufgrund von einander abhängender Information und/oder Struktur und/oder Länge im Rahmen selbst möglich, da beispielsweise Struktur- und/oder Längen information, wie vorher erwähnt in Block 3 10 oder 313, im Rahmen

0 enthalten ist. D. h. entspricht die tatsächliche Struktur oder Teile daraus nicht oder

wenigstens teilweise nicht der Strukturinformation, wie sie im Rahmen enthalten ist, kann auf Fehler entschieden werden. Gleiches gilt für Information selbst, wie beispielsweise Prüfinformation, beispielsweise die Controlbytes eines Cyclic-Redundancy-Checks bezüglich Informationsteilen des Rahmens. Gleiches gilt für eine Paritätsprüfung, beispielsweise mittels eines Paritätsbits, wie im Block 3 14 dargestellt. Auch eine Taktabweichung im Rahmen oder eine Rahmenpositionsabweichung kann durch entsprechende Überwachung erkannt werden. Auch knoteninterne Fehler, beispielsweise dass die Dateninformation im Block 307 nicht mit der Art- und Gültigkeitsinformation in Block 303 korrespondiert, führt zu einem Entscheid auf Fehler. 1st beispielsweise durch eine Gültigkeitsinformation im Block 303 angezeigt, dass im Block 307 Daten enthalten ist, diese Daten aber fehlen, wird auf Fehler entschieden. Gleiches gilt dafür, falls im Block 303 die Art der Daten codiert vorliegt und diese vorliegende Art der Daten nicht mit den tatsächlichen Daten oder der tatsächlichen Daten information im Block 307 übereinstimmt, wird ebenfalls auf Fehler entschieden. Wegen der dann fehlenden Daten und des Gültigkeitseintrags wird der nicht bewertbare bzw. fehlerhafte Knoten dann von

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allen anderen erkannt. Eine weitere Möglichkeit der Bewertung bzw. Fehlerentscheidung ist es, die Daten bzw. die Information in einer Bifrequenzcodierung zu übertragen. Dabei bedeutet Bifrequenzcodierung oder Biphasencodierung, dass jedem Datenbit ein Zeitintervall zugeordnet ist, welches mit einem Übergang, insbesondere zwischen zwei Pegeln beginnt und mit einem Übergang zwischen diesen beiden Pegeln endet. Gibt es innerhalb dieses Zeitintervalls einen weiteren Übergang, so ist das entsprechende Datenbit im Rahmen der Codierung als 1, andernfalls als 0 zu interpretieren. Damit kann gleichermaßen Takt information und die Information selbst, also insbesondere Dateninformation, miteinander codiert werden. Wird die Information in einer solchen Form codiert übertragen, so ist unabhängig von der Information selbst, also vom Informationsinhalt, ständig oder andauernd Aktivität auf den Übertragungswegen bzw. auf dem Netzwerk. Wird dann auf wenigstens einem Übertragungsweg das Fehlen dieser Bifrequenzcodierung erkannt, so kann in diesem Fall ebenfalls auf Fehler entschieden werden.

Die genannten Prüfmaßnahmen im Rahmen der Bewertung zur Entscheidung auf Fehler können einzeln oder in beliebiger Kombination eingesetzt werden, wodurch auch zusätzlich Redundanz erzielbar ist. Durch diese Bewertungsmechanismen entsteht weiterhin die Möglichkeit, defekte Übertragungswege und Teilnehmer sehr schnell zu erkennen, insbesondere durch die Bifrequenzcodierung und automatisch entsprechende Maßnahmen zur Beherrschung des Fehlers einzuleiten. Da die Votierung oder Bewertung mittels einer N-aus-K-Bewertung vorgenommen wird, also beispielsweise drei Teilnehemr gleich N und zwei Eingänge oder Übertragungswege je Teilnehmer gleich K kann je nach Wahl von N und K mit einer bestimmten Anzahl von Fehlern verlässlich reagiert werden. Im Beispiel nach Figur 1 entsteht somit eine Voterstruktur für ein K-aus-4-Voting, insbesondere 3-aus-4-Voting bei Zulassung von beispielsweise zwei Netzwerkfehlern.

Die zwei Netzwerkfehler ergeben sich dadurch, da maximal drei Eingänge und damit drei Übertragungswege zur Verfügung stehen und somit bei zwei auftretenden Netzwerkfehlern entweder auf den Ubertragungsvvegen oder in Teilnehmern dennoch ein korrekter Rahmen mit entsprechender Information zur Verfügung steht. Da durch die Übertragungswege Teilnehmer übersprungen werden und unter Umständen die Daten dieser Teilnehmer nicht aktuell bzw. nicht korrekt enthalten sind, ist es erfindungsgemäß denkbar, eine Korrektur vorzunehmen und den entsprechenden Rahmen an die

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entsprechenden Teilnehmer zurückzusenden zur entsprechenden Korrektur der Information. Dies kann durch Statusinformation im Rahmen vereinfacht werden, so dass im Falle einer Korrektur die Statusinformation Korrektur oder Correction erkannt wird. Weitere Stati sind beispielsweise Initial für Initialisierung, Enter für Dateneingabe, Distribute für Datenverteilung, Master lost für schweren Masterfehler und Verlust der Masterfunktion dieses Teilnehmers, ready oder fertig, empty oder leer, fault free, also fehlerlose Übertragung, error oder Fehler, data equal, also gleiche Daten oder data not equal, also ungleiche Daten, wenn dies schon von vornherein bekannt ist sowie test im Falle eines Testbetriebes. So können über Statusinformationen nicht nur der Zustand des Netzwerkes selber von jedem beliebigen Knoten erkannt werden, sondern auch der aktuelle Status jedes Teilnehmers, wenn zwischen Netzwerkstatus und Teilnehmerstatus unterschieden wird. So können Stati für Übertragungswege, für Teilnehmer oder das gesamte Netzwerk eingesetzt werden, was gleichzeitig die Bewertungsfähigkeit bzw. die Bewertungssicherheit und Genauigkeit erhöht, da beispielsweise bei einer Angabe „data not equal" bei einem Gleichheitsvergleich zweier Informationsteile dies berücksichtigt werden muss.

Neben der Statusinformation ist es auch möglich, Steuerinformation zu übertragen, beispielsweise zur Steuerung der Übertragung durch einen Master.

So ist beispielsweise der Fehler „Master lost", eben der Ausfall des Masters, sehr gravierend. Dieser Ausfall des Masters kann beispielsweise über die Statusinformation, insbesondere in Verbindung mit der Dateninformation, erkannt werden. Ebenso sind einzelne oder alle Fehlermechanismen, wie oben beschrieben, anwendbar. Sollte nun der Master ausfallen, so kann als Fehlerreaktion ein anderer Teilnehmer, insbesondere der nächstfolgende Teilnehmer, die Masterfunktion übernehmen. Dies setzt voraus, dass dieser nachfolgende Master entweder über einen unabhängigen Takt verfügt, beispielsweise aus der Anwendung, oder über einen eigenen Taktgeber, um im Falle der notwendigen Übernahme der Masterfunktion die Daten treiben zu können, da, wie beschrieben, der Master den Takt insbesondere in Rahmen vorgibt. Eine weitere Möglichkeit der Taktgewinnung besteht durch die Nutzung der Taktbasis von Applikationsschaltungen, die ggf. an der Ausgangsschnittstelle angeschlossen sind. Durch Frequenzteilung oder Frequenzvervielfachung (z.B. mittels PLL) ist die Frequenz an die erforderliche Netzwerkfrequenz anpassbar. Eine PLL ist ohnehin für jeden nicht-Master-Netzwerkteilnehmer (Slave) erforderlich, sofern der Takt nicht über eine separate

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Leitung zusätzlich übertragen wird, sondern aus den Daten zurückgewonnen werden muss.Für den Fall, dass der Takt nicht zurückgewonnen werden kann, ist auch eine parallele Taktübertragung vom Master zu allen Slaves oder allen weiteren Teilnehmern möglich. Diese Taktübertragung muss ähnlich wie die Datenübertragung, also die Informationsübertragung, über mehrere parallele Leitungen vorgenommen werden mit automatischem Ersatz ausgefallener Taktleitungen.

Durch die vorgenannten Möglichkeiten kann man sich durch unterschiedliche Programmierung einfach jeder Konfiguration und jedem Bewertungsmaßstab anpassen.

So kann auch ein Test der Übertragungswege bzw. der Teilnehmer dadurch erfolgen, dass diese als fehlerhaft bestimmt werden, also Fehler explizit eingebaut werden. Ein solcher Test kann auch periodisch und zyklisch erfolgen, indem alle Teilnehmer nacheinander oder nach bestimmten Vorgabemustern geprüft werden. Bei diesem Test werden also die Informationen eines Rahmens abgespeichert, beispielsweise in einem Speichermittel, vergleichbar 211, dann ausgewertet und gegebenenfalls modifiziert, im Rahmen des Tests eben fehlerhaft modifiziert wieder ausgesendet. Das hat zur Folge, dass auch bei dem Test der nächste Knoten bzw. Teilnehmer die Information beispielsweise um zwei Rahmen verzögert erhält. Auch hier kann die Synchronisation auf ein zu bewertendes

0 Ereignis, eben hier das Testereignis insbesondere durch die Kennung zu Beginn eines

Rahmens erreicht werden, wobei außerdem durch die Teilnehmerposition ein eindeutiger Zeitbezug zum Master im Rahmen des Tests ebenfalls hergestellt werden kann. Die Steuerung dieses Tests kann beispielsweise durch den Master erfolgen, beispielsweise durch Controllinformation oder Controllbytes im Rahmen, insbesondere durch

5 entsprechende Statusinformation Test. Im Rahmen dieses Tests wird dann die adäquate

Reaktion auf den Fehler, also die entsprechende eingeleitete Maßnahme, im Netzwerk überprüft. Diese Maßnahme kann in Abhängigkeit von der Art des Fehlers, erkennbar durch oben genannte unterschiedliche Bewertungskriterien, vorgegeben sein. Zum Einen kann, wie oben erwähnt, eine Korrektur vorgenommen werden, zum Anderen können fehlerhafte Teilnehmer oder Übertragungswege entweder dauerhaft ausgeschlossen werden durch Blockierung, Abschaltung oder Datenverwerfung oder auch versuchsweise wieder eingebunden werden, was ebenfalls durch übertragene Statusinformation darstellbar ist. Die Blockierung oder Abschaltung einzelner Übertragungswege oder Teilnehmer kann beispielsweise durch die Auswahleinrichtung 203 erfolgen, wenn diese beispielsweise aus der Aliswerteeinrichtung 204 die Vorgabe bekommt, bestimmte

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Eingänge nicht mehr anzuwählen. Über die Auswahleinrichtung 203 ist auch die Anzahl der zu betrachtenden Eingänge vorgebbar bzw. programmierbar. So kann im Beispiel jede bis zur Maximalzahl von drei Eingängen gewünschte Eingangszahl benutzt werden, eben hier bei Verwendung eines Redundanzprinzipes zwei oder drei Eingänge. 5

Verallgemeinert ergibt sich somit eine Voterstruktur bzw. ein Bewertungsverfahren mit N Teilnehmern und K Ubertragungswegen mit K<N, welche trotz hoher Konfigurierbarkeit mit vergleichsweise wenigen und kurzen Verbindungen, also Übertraglingwegen auskommt. Dabei werden bei der Übertragung die Rahmen bzw. die Informationen, sofern diese über den Teilnehmer führen, in diesem abgespeichert und weiter übertragen, gegebenenfalls zwischenzeitlich in erlaubten Informationsbereichen verändert oder angepasst oder bei Testbedingungen absichtlich manipuliert. Eine dabei entstehende Verzögerung kann durch den Einsatz einer Kennung, wie beschrieben, durch die dadurch mögliche Zuordnung der Rahmen beherrscht werden. Die zeitlich zuerst kommenden Daten werden zu einem Vergleich zwischengespeichert bis die Vergleichsdaten verfügbar sind.

Damit ist eine Votingstruktur für verteilte mehrfachredundante sicherheitsrelevante Systeme gegeben, die eine einstellbare Redundanz sowie hohe Flexibilität und Konfigurierbarkeit aufweist.

Claims (19)

1. Vorrichtung zur Übertragung von Information in einem Netzwerk mit wenigstens drei Teilnehmern, wobei erste Mittel enthalten sind, welche die Information in wenigstens einem ersten Rahmen vorgegebener Länge und Struktur übertragen und den ersten Rahmen auf einem ersten Übertragungsweg ringförmig an den jeweils nächsten, zweiten Teilnehmer bei vorgegebener Übertragungsrichtung übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass zweite Mittel enthalten sind, welche die Information zusätzlich in einem zweiten Rahmen gleicher Länge und Struktur wie der erste Rahmen übertragen sowie den zweiten Rahmen auf einem zweiten Übertragungsweg an einen übernächsten, dritten Teilnehmer übertragen, wobei der zweite Übertragungsweg und damit der zweite Rahmen den zweiten Teilnehmer überspringt und dritte Mittel enthalten sind, welche abhängig von wenigstens einem von Information, Länge oder Struktur eine Bewertung vornehmen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und/oder zweiten und/oder dritten Mittel derart ausgebildet sind, dass durch diese die Rahmen jeweils erste Informationsbereiche entsprechend der Anzahl der Teilnehmer enthalten, wobei jedem Teilnehmer ein erster Informationsbereich eindeutig zugeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten Mittel derart ausgebildet sind, dass diese die Information wenigstens in Dateninformation und Gültigkeitsinformation unterscheiden und bei vorhandener Gültigkeitsinformation und fehlender Dateninformation bei der Bewertung auf Fehler entscheiden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und/oder zweiten und/oder dritten Mittel derart ausgebildet sind, dass durch diese jeder Rahmen eine Kennungsinformation enthält, die den Rahmen eindeutig kennzeichnet, wobei der erste und der zweite Rahmen die gleiche Kennungsinformation besitzen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten Mittel derart ausgebildet sind, dass diese die Struktur und/oder die Länge eines Rahmens mit einer vorgegebenen Struktur und/oder Länge vergleichen und bei Abweichung auf Fehler entscheiden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten Mittel derart ausgebildet sind, dass diese wenigstens eines von Information, Länge oder Struktur in dem ersten und in dem zweiten Rahmen wenigstens teilweise zur Bewertung miteinander vergleichen und auf Fehler entscheiden, wenn diese nicht übereinstimmen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und/oder zweiten und/oder dritten Mittel derart ausgestaltet sind, dass diese die Information in einer Bi-Frequenz-Kodierung oder einer anderen geeigneten Codierung (beispielsweise eine Blockcode-Codierung, bei der Elemente mit gleichbleibenden Pegeln - alles 0 oder alles 1 - keine Codewörter sind) übertragen, so dass unabhängig vom Inhalt der Information andauernd Signale auf dem Netzwerk übertragen werden und bei Fehlen der Signale auf wenigstens einem Übertragungsweg auf Fehler entschieden wird.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3, 5, 6, 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und/oder zweiten und/oder dritten Mittel derart ausgebildet sind, dass durch diese bei Entscheidung auf Fehler auf einem Übertragungsweg ein Informationseingang eines Teilnehmers abgeschaltet oder blockiert wird, so dass die Information und der Rahmen nur über den weiteren Übertragungsweg übertragen werden.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3, 5, 6, 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und/oder zweiten und/oder dritten Mittel derart ausgebildet sind, dass durch diese als Funktionstest wenigstens ein Teilnehmer als fehlerhaft vorgegeben wird, indem wenigstens eines von Information, Struktur oder Länge wenigstens teilweise verändert und durch den als fehlerhaft vorgegebenen Teilnehmer übertragen wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilnehmer vorgesehen ist, der eine Masterfunktion ausübt, also die Übertragung der Information im Netzwerk steuert, indem dieser wenigstens einen Rahmen erzeugt und die Taktfrequenz der Information, insbesondere der Daten, vorgibt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3, 5, 6, 7 und 10 dadurch gekennzeichnet, dass diese derart ausgebildet ist, dass bei Entscheidung auf Fehler im Master der nächste auf den Master folgende Teilnehmer die Masterfunktion übernimmt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und/oder zweiten und/oder dritten Mittel derart ausgebildet sind, dass durch diese die Information wenigstens Steuerinformation und Dateninformation enthält, wobei die Steuerinformation zur Steuerung der Übertragung der Rahmen dient.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und/oder zweiten und/oder dritten Mittel derart ausgebildet sind, dass durch diese die Information wenigstens Statusinformation enthält, welche den Netzwerkstatus beschreibt wobei die Statusinformation entweder dem aktuellen Netzwerkstatus entspricht oder bezogen auf den entsprechenden Rahmen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und/oder zweiten und/oder dritten Mittel derart ausgebildet sind, dass durch diese die Statusinformation wenigstens einer Verbindungsinformation entspricht, welche den Status eines vorgebbaren Übertragungsweges darstellt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese derart ausgebildet ist, dass bei wenigstens vier Teilnehmern ein dritter Rahmen mit gleicher Länge und Struktur wie die beiden ersten Rahmen übertragen wird, wobei der vierte Teilnehmer den ersten Rahmen vom dritten Teilnehmer, den zweiten Rahmen vom zweiten Teilnehmer und den dritten Rahmen vom ersten Teilnehmer übertragen bekommt und beim zweiten Rahmen der dritte Teilnehmer und beim dritten Rahmen der zweite und dritte Teilnehmer übersprungen wird.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Teilnehmer eine bestimmte erste Anzahl von Eingängen aufweist die der Anzahl an Übertragungswegen zu dem jeweiligen Teilnehmer entspricht, wobei aus der bestimmten ersten Anzahl von Eingängen eine beliebige zweite Anzahl von Eingängen abschaltbar oder blockierbar ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei wenigstens vier Teilnehmern vierte Mittel enthalten sind, welche einen dritten Rahmen mit gleicher Länge und Struktur wie die beiden ersten Rahmen übertragen, wobei durch die ersten Mittel der vierte Teilnehmer den ersten Rahmen vom dritten Teilnehmer und durch die zweiten Mittel den zweiten Rahmen vom zweiten Teilnehmer und durch die vierten Mittel den dritten Rahmen vom ersten Teilnehmer übertragen bekommt und beim zweiten Rahmen der dritte Teilnehmer und beim dritten Rahmen der zweite und dritte Teilnehmer übersprungen wird.

18. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Teilnehmer eine bestimmte erste Anzahl von Eingängen aufweist die der Anzahl an Übertragungswegen zu dem jeweiligen Teilnehmer entspricht, wobei fünfte Mittel enthalten sind durch welche aus der bestimmten ersten Anzahl von Eingängen eine beliebige zweite Anzahl von Eingängen abschaltbar oder blockierbar ist.

19. Netzwerk zur Übertragung von Information mit wenigstens drei Teilnehmern dadurch gekennzeichnet, dass Mittel nach wenigstens einem der Ansprüche 1, bis 18 enthalten sind.