CH679351A5

CH679351A5 -

Info

Publication number: CH679351A5
Application number: CH362489A
Authority: CH
Inventors: Klaus Koehler
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1988-10-24
Filing date: 1989-10-04
Publication date: 1992-01-31
Also published as: ATA243189A; AT399792B; DE3836206A1; DE3836206C2

Description

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, sowie auf eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei der Übertragung von Informationen von einem Sender zu einem Empfänger kann es auf dem Übertragungsweg zu Störungen kommen, die zu einer Verfälschung der übermittelten Informationen führen. Aus diesem Grunde sind Verfahren zur Sicherung der Informationsübertragung entwickelt worden (BBC-Nachrichten Oktober 1968, Seite 592 bis 597). Hierzu zählt zum Beispiel die Darstellung der zu übertragenden Informationen in einem gleichgewichtigen Code und die Zuordnung von Prüfinformationen zu den zu übertragenden Nutzinformationen. Empfangsseitig wird geprüft, ob die übermittelten Informationen dem vereinbarten gleichgewichtigen Code entsprechen bzw. ob empfangsseitig aus den übermittelten Ntitzinformationen ableitbare Prüfinformationen den • übermittelten Prüfinformationen entsprechen oder nicht. Eine weitere Möglichkeit der Sicherung gegen Übertragungsfehler besteht in der Doppelübertragung der Informationen, wobei die beiden Informationen häufig original und invertiert übertragen werden; die Informationen können dabei entweder gleichzeitig oder nacheinander übermittelt werden.

Aus der DE-OS 3 600 164 ist eine Einrichtung zum blockweisen Übertragen binärer Informationen bekannt, bei der jeder Information innerhalb eines aus mehreren Informationen bestehenden Informationsblockes eine ganz bestimmte Bitfolge zugeordnet ist, die verschieden ist von der Bitfolge anderer Informationen. Diese Bitfolge wird abhängig von der Wertigkeit der zu übertragenden Information mit jeweils einer von zwei verschiedenen Frequenzen entweder in einen ersten oder in einen zweiten Übertragungskanal eingespeist. Empfangsseitig wird geprüft, ob die jeweils übermittelte Bitfolge der der betreffenden Information innerhalb des Informationsblockes zugeordneten Bitfolge entspricht oder nicht. Entspricht die empfangene Bitfolge der jeweils erwarteten Bitfolge, so wird sie in Abhängigkeit davon, auf welchem Kanal sie übertragen wurde, als Information der einen bzw. anderen Wertigkeit anerkannt; andernfalls wird sie verworfen. Da die Wertigkeit einer Information ausschliesslich davon abhängig ist, ob die zugehörige Bitfolge auf dem einen oder dem anderen Kanal übertragen wird und da der Hammingabstand der einer Information zugeordneten Bitfolge von den Bitfolgen anderer Informationen des Informationsblockes relativ gering ist, sind zusätzliche Massnahmen zur Sicherung gegen Informationsverfälschungen auf dem Übertragungsweg vorgesehen. Diese bestehen darin, dass gleichzeitig mit der die jeweils zu übertragende Information darstellenden Bitfolge auf dem durch diese Bitfolge nicht belegten anderen Kanal eine komplementäre Bitfolge übermittelt wird. Empfangsseitig werden die auf beiden Kanälen mit verschiedenen Frequenzen übermittelten Bitfolgen auf Antivalenz geprüft; die übermittelte Information wird nur beim Vorliegen der Antivalenzbedingung bewertet.

Die Erfindung baut auf dem vorstehend erläuterten Verfahren zum blockweisen Übertragen binärer Informationen auf. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren so weiterzubilden, dass auf die Ge- ?

nerierung, Übertragung und Bewertung der der Si- \ cherung gegen Übertragungsfehler dienenden Bitfolge verzichtet werden kann, ohne dass es hierbei zu einer Verringerung des Hammingabstandes gegen nicht erkennbare Informationsverfälschungen kommt. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine geeignete Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. des Patentanspruches 3. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt im oberen Teil schematisch die Sendeeinrichtung und im unteren Teil die Empfangseinrichtung einer Übertragungsanlage. Beide Einrichtungen sind durch einen einzigen Übertragungskanal Ü miteinander verbunden. Über diesen Ubertragungskanal sollen vom Sender zum Empfänger jeweils mehrere zu einem Informationsblock zu-sammengefasste binäre Informationen übertragen werden. Jede binäre Information hat dabei eine von zwei verschiedenen Wertigkeiten. Diese Wertigkeit wird bestimmt durch die binäre Wertigkeit von am Eingang der Sendeeinrichtung anliegenden Eingangssignalen E1 bis En. Jedes Eingangssignal beschreibt dabei einen bestimmten Meldezustand oder ein Kommando in Form einer Ja/Nein-Aussage. Die am Eingang der Sendeeinrichtung anliegenden Eingangssignale sind über zugehörige Optokoppler auf entsprechende Steuereingänge zweier Mikrocomputer MC1 und MC2 geführt. In der Zeichnung sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nur die von einem ersten Eingangssignal E1 beaufschlagten Optokoppler OK1 und OK2 dargestellt. Die beiden Mikrocomputer sind dazu eingerichtet, die ihnen eingangsseitig zugeführten Eingangssignale aus-gangsseitig in entsprechende Bitfolgen umzusetzen. Jeweils einer der Mikrocomputer steuert mit diesen Bitfolgen einen nachgeschalteten Sender S. Der Sender selbst besteht aus einem Generator,

dessen Frequenz in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen des jeweils steuernden Mikrocomputers umschaltbar ist. Jeder zu übertragenden Information sind zwei verschiedene Bitfolgen fest zugeordnet, von denen die eine der einen und die andere der anderen binären Wertigkeit der Informa- v tion entspricht; die eine Bitfolge bildet dabei das N

Komplement der anderen Bitfolge. Die den einzelnen Informationen des Informationsblockes zugeord- \

neten Bitfolgen sind voneinander verschieden. Auf "t-

der Empfangsseite der Übertragungseinrichtung sind die den einzelnen Informationen zugeordneten Bitfolgen bekannt, und es wird geprüft, ob die jeweils übermittelte Bitfolge an einer genau definierten Stelle innerhalb des Blockes steht und ob sie ei-

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ner der der zugehörigen Information zugeordneten Bitfolgen entspricht oder nicht. Diese Prüfung geschieht in empfangsseitigen Mikrocomputern MC11 und MC21, denen die übermittelten Informationen über einen Empfänger E zugeführt werden. An jeden der beiden empfangsseitigen Mikrocomputer MC11 und MC21 ist eine der Anzahl der zu übertragenden Informationen entsprechende Anzahl von Empfangsspeichern EE1 bis EEn1 bzw. EE2 bis EEn2 angeschlossen. Diese Empfangsspeicher werden über zugehörigen Optokoppler und Verstärker betrieben. In der Zeichnung sind nur die zum Anschalten der beiden ersten Empfangsspeicher EE1 und EE2 erforderlichen Optokoppler OK11, OK21 und Verstärker V11, V21 dargestellt.

Bei einem Eingangssignal E1 der einen Wertigkeit veranlasst entweder der Mikrocomputer MC1 oder der Mikrocomputer MC2 das Ausgeben einer die betreffende Information und ihre Wertigkeit bezeichnenden Bitfolge über den Sender 5. Diese Bitfolge soll beispielsweise einer (3 von 7)-Bedingung genügen. Auf der Empfangsseite wird diese Bitfolge über den Empfänger E beiden Mikrocomputern MC11 und MC21 zugeführt. Beide Mikrocomputer prüfen unabhängig voneinander, ob die übermittelte Bitfolge einer der beiden der betreffenden Information zugeordneten Bitfolgen entspricht oder nicht. Ist dies der Fall, so veranlasst z.B. der Mikrocomputer MC11 das Einstellen des zugehörigen Empfangsspeichers EE1. Ist dies nicht der Fall, so unterbleibt die Auswertung der übermittelten Information. Bei einem Eingangssignal E1 der anderen Wertigkeit veranlasst der jeweils aktive Mikrocomputer der Sendeseite die Ausgabe der dieser Wertigkeit der Information zugeordneten Bitfolge an den Empfänger. Diese Bitfolge stellt das Komplement der anderen Bitfolge dar, d.h. im vorliegenden Fall genügt diese Bitfolge einer (4 aus 7)-Bedin-gung. Die übermittelte Bitfolge wird empfangsseitig in beiden Mikrocomputern MC11 und MC21 daraufhin überprüft, ob sie einer der der betreffenden Information zugeordneten Bitfolgen entspricht und ob die betreffende Bitfolge in einer genau definierten Reihenfolge zu den andere Informationen darstellenden Bitfolgen steht. Ist dies der Fall, so stellt der Mikrocomputer MC21 über den Optokoppler OK21 und den Verstärker V21 den Empfangsspeicher EE2 ein.

In entsprechender Weise geschieht die Übertragung der übrigen Informationen des Informationsblockes. Jeder Information sind dabei zwei von den Bitfolgen anderer Information verschiedene Bitfolgen zugeordnet, wobei in vorteilhafter Weise die den Informationen der einen Wertigkeit zugeordneten Bitfolgen durch einen ersten gleichgewichtigen Code und die der anderen Wertigkeit der Informationen zugeordneten Bitfolgen durch einen zweiten davon verschiedenen gleichgewichtigen Code dargestellt sind.

Die geforderte Sicherheit gegen nicht erkennbare Informationsverfälschungen wird erreicht durch die Zuordnung ganz bestimmter Bitfolgen zu den einzelnen Informationen eines Informationsblockes und die empfangsseitige Prüfung dieser Zuordnung. Die komplementäre Bitdarstellung für Informationen unterschiedlicher Wertigkeit gewährleistet einen maximalen Hammingabstand gegen nicht erkennbare Verfälschungen, im angenommenen Beispiel einen Hammingabstand von 7.

Die empfangsseitige Bewertung der übermittelten Informationen verlangt einen synchronen Lauf zwischen Sende und Empfangsseite. Dieser wird dadurch erreicht, dass jeder eine Information darstellenden Bitfoige ein Synchronisationszeichen und jedem Informationsblock ein Gruppensynchronisationszeichen vorangestellt sind. Zur eindeutigen Kennzeichnung des jeweiligen Informationsempfängers ist jedem Informationsblock eine den jeweiligen Empfänger kennzeichnende Empfangsadresse voranzustellen. Diese Empfangsadresse, die in vorteilhafter Weise eine von der Codedarstellung der zu übertragenden Informationen abweichende Codedarstellung beinhaltet, kann gleichzeitig auch das Gruppensynchronisationszeichen bilden. Ferner kann jedem Informationsblock eine Angabe über die Anzahl der innerhalb des Blockes zu übertragenden Informationen beigegeben sein; dies macht es empfangsseitig möglich, den Ausfall einzelner Informationen bei der Übertragung zu erkennen. Wenn dabei jeder Information eine die betreffende Stelle der Information innerhalb des Informationsblockes bezeichnenden Kennung beigegeben ist, lässt sich empfangsseitig auch feststellen, welche Information ausgeblieben ist. Dies kann von Bedeutung sein, wenn das ein- oder mehrmalige Ausfallen bestimmter Informationen bei der zyklischen Informationsübertragung zugelassen wird. Die empfangsseitigen Speicher sind dann so zu dimensionieren, dass sie die von ihnen jeweils gespeicherte Information über eine bestimmte Anzahl von Zyklusfolgezeiten speichern; nach Ablauf dieser Zeitspanne werden die Speicher gelöscht bzw. sie gelangen selbsttätig in ihre Grundstellung. Diese Grundstellung der Speicher ist dabei den jeweils weniger gefährlichen Bedeutungsinhalt der übermittelten Informationen zugeordnet. Als Speicher können beispielsweise monostabile FLip-Flops verwendet werden. Zum Erreichen einer noch höheren Sicherheit kann es von Vorteil sein, eine Information in zwei Schritten mittels zweier Einzelinformtionen zu übertragen und diese Einzelinformationen auf der Empfangsseite nach einer UND-Bedingung miteinander zu verknüpfen. Hierdurch ergibt sich eine Verdoppelung der Hammingdistanz gegen Informationsverfälschungen.

In vorteilhafter Weise sind sowohl auf der Sende- als auch auf der Empfangsseite der Übertragungseinrichtung ein aus jeweils zwei Mikrocomputern bestehendes Verarbeitungssystem vorgesehen. Dieses Doppeirechnersystem bildet dabei vorzugsweise ein signaltechnisch sicheres Rechnersystem mit sich ständig vergleichenden Einzelrechnern wie es z.B. unter der Bezeichnung SIMIS bekannt ist. Als vorteilhaft erweist es sich dabei, wenn die beiden Rechner der Sendeseite abwechselnd auf den Übertragungskanal wirken und die Informationsblöcke Angaben über den jeweils auf den Sender wirkenden Rechner enthalten. Obgleich tatsächlich nur ein einziger Übertragungskanal zwischen Sender und Empfänger vorhanden ist, kommt

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man bei einer derartigen wechselweisen Aufschaltung der Informationen aus beiden Rechnern zu einer quasi zweikanaiigen Informationsübertragung (zeitversetzte Zweikanaligkeit) mit der Möglichkeit, auf der Empfangsseite der Übertragungseinrichtung das ordnungsgerechte Mitwirken beider Sendemikrocomputer an der Informationsbildung zu überprüfen.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind jeder zu übertragenden Information empfangsseitig zwei Empfangsspeicher zugeordnet, von denen der eine bei einer Information der einen Wertigkeit und der andere bei einer Information der anderen Wertigkeit eingestellt wird. Für nicht sicherheitsrelevante Informationen wie z.B. die Ausleuchtung bestimmter Meldebausteine kann es ausreichen, anstelle von jeweils zwei Empfangsspeichern nur einen einzigen Empfangsspeicher vorzusehen, der von nur einem Mikrocomputer bei einer vorgegebenen Wertigkeit einer Information einstellbar ist, beim Vorliegen der anderen Wertigkeit oder einer Übertragungsstörung dagegen in die Grundstellung gelangt.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Codieren und Prüfen von durch jeweils mehrere Bits dargestellten binären Informationen, von denen mehrere zu einem Informati-onsbiock zusammengestellt und blockweise übertragen werden, wobei den innerhalb eines Blockes zu übertragenden Informationen typische, von der Bitfolge anderer Informationen des Blockes verschiedene Bitfoigen zugeordnet sind und wobei die übermittelten Bitfolgen empfangsseitig dahingehend geprüft werden, ob sie die für die betreffenden Informationen im Block vorgegebenen Codeelemente belegen und die übermittelten Informationen abhängig vom jeweiligen Bewertungsergebnis entweder anerkannt oder verworfen werden, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Information zwei verschiedene Bitfolgen zugeordnet sind, die den beiden binären Wertigkeiten der Information entsprechen, und von denen die eine das Komplement der anderen darstellt, dass die Informationen über einen einzigen Übertragungskanal (Ü) übertragen werden und dass für jede Information geprüft wird, ob die jeweils übermittelte Bitfolge einer der beiden dieser Information zugeordneten Bitfolgen entspricht und ob die Bitfolge in einer genau definierten Reihenfolge zu den andere Informationen darstellenden Bitfolgen empfangen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen der einen Wertigkeit in einem ersten gleichgewichtigen Code und die Informationen der anderen Wertigkeit in einem zweiten, davon verschiedenen gleichgewichtigen Code dargestellt sind.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Sendeseite des Ubertra-gungssystemes Mittel (MC1, MC2) zur Vorgabe der den einzelnen Informationen und ihrer jeweiligen Wertigkeit entsprechenden Bitfolgen vorgesehen sind, dass ein Sender (S) zum Übertragen dieser Bitfolgen in der vorgegebenen Reihenfolge an einen Empfänger (E) vorgesehen ist und dass auf der Empfangsseite des Übertragungssystems Mittel (MC11, MC21) zum Prüfen des jeweils übermittelten Informationsblockes auf das Einhalten der für die einzelnen Informationen vorgegebenen Darstellungsbedingungen vorgesehen sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder eine Information darstellenden Bitfolge ein Synchronisationszeichen vorangestellt ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Informationsblock ein Gruppensynchronisationszeichen vorangestellt ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Informationsblock eine den jeweiligen Empfänger kennzeichnende Empfangsadresse vorangestellt ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Empfangsadresse eine von der Codedarstellung der zu übertragenden Informationen abweichende Codedarstellung gewählt ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 und 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsadresse das Gruppensynchronisationszeichen darstellt.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Informationsblock Angaben über die Anzahl der innerhalb des Blockes zu übertragenden Informationen enthält.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis

9, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Information eine die betreffende Stelle der Information innerhalb des Informationsblockes bezeichnende Kennung beigegeben ist.

11". Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis

10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bitdarstellung durch unterschiedliche Potentiale, Bitlängen, Phasenlagen oder durch unterschiedliche Frequenzen in serieller oder paralleler Anordnung erfolgt.

12. Einrichtung nach Anspruch 11 für frequenz-multiplexe Übertragung, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Übertragungskanäle für mehrere zusammenwirkende Sender und Empfänger auf einen gemeinsamen Leitungsweg geschaltet sind.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis

12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (S) aus einem auf jeweils eine von zwei möglichen Frequenzen umschaltbaren Generator besteht.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis

13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (S) die Bitfolgen zyklisch wiederholt und dass auf der Empfangsseite Mittel (EE1 bis EEn1, EE2 bis EEn2) zum selektiven vorübergehenden Speichern der übermittelten Informationen vorgesehen sind.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die empfangsseitigen Speicher (EE1 bis EEn1, EE2 bis EEn2) so dimensioniert sind, dass sie den ein- oder mehrmaligen Ausfall einer Information zulassen.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewertungseinrichtung beim Nichteinhalten der vorgege-

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benen Bewertungskriterien die empfangsseitigen Speicher löscht.

17. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die empfangsseitigen Speicher (EE1 bis EEn1, EE2 bis EEn2) durch monostabile Flip-Flops dargestellt sind, die durch die eine Wertigkeit der jeweiligen Information in ihre Arbeitsstellung und durch die andere Wertigkeit in ihre Grundstellung gelangen.

18. Einrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die die empfangsseitigen Speicher (EE1 bis EEn1, EE2 bis EEn2) in die Arbeitsstellung schaltenden Informationen die Informationen derjenigen Wertigkeit sind, die den jeweils gefährlicheren Bedeutungsinhalt aufweisen.

19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis

18, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung mit noch höherer Sicherheit, d.h. höherer Hamming-distanz, in zwei Schritten mittels zweier Informationen erfolgt und dass auf der Empfangsseite Mittel zur Verknüpfung der Informationen nach einer UND-Bedingung vorgesehen sind.

20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis

19, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertragungskanal (Ü) sowohl auf der Sende- als auch auf der Empfangsseite auf mindestens zwei ein signaltechnisch sicheres Rechnersystem bildende Mikrocomputer (MC1, MC11; MC2, MC21) für die Informationsverarbeitung der zu übertragenden bzw. der empfangenen Informationen geführt ist.

21. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Senderechner (MC1, MC2) abwechselnd auf den Sender wirken, dass die Informationen oder die Informationsblöcke Angaben über den jeweils auf den Sender wirkenden Rechner enthalten, und dass damit die Empfangsrechner (MC11, MC21) das Arbeiten der Senderechner prüfen.

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