CN113924765A - 具有同步域的航空电子设备网络和用于同步航空电子设备网络中的网络参与者的方法 - Google Patents

具有同步域的航空电子设备网络和用于同步航空电子设备网络中的网络参与者的方法 Download PDF

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Abstract

一种航空电子设备网络，所述航空电子设备网络包括：至少一个数据总线系统；多个网络参与者，所述多个网络参与者通过网络接口与所述数据总线系统中的一个或多个数据总线系统相连接；中央配置服务器，所述中央配置服务器被设计成用于根据预定义的功能相应地单独配置所述多个网络参与者；以及同步节点，所述同步节点被设计成用于根据预先给定的同步协议通过所述至少一个数据总线系统来预先给定所述多个网络参与者的工作周期。

Description

具有同步域的航空电子设备网络和用于同步航空电子设备网 络中的网络参与者的方法
技术领域
本发明涉及一种航空电子设备网络、即一种用于航空电子设备应用的数据网络，以及一种用于同步航空电子设备网络中的网络参与者的方法，该航空电子设备网络具有用于使网络参与者自主化的同步域。
背景技术
在应可靠地并且在短时间内实施多个应用或过程的高度发展的环境中(尤其是在航空航天飞行中)，通常使用由各个网络部件构成的相互交换数据的网络。在航空航天飞行中，在大多数情况下需要快速的处理时间，从而使得所有所连接的系统能够在实时条件下可靠地运行。同时所希望的是，通过这种网络使高的数据吞吐量保持得尽可能低。
文献US 2012/0207183 A1公开了一种同步用于全网工作周期时间的本地估计的方法。文献DE 102012023395 A1公开了一种分布式实时系统，该分布式实时系统具有用于交换对时间要求严格的数据的接口设备。
发明内容
本发明的目的之一在于，找到一种用于实现具有自主工作的网络节点的航空电子设备网络的改进的解决方案。
该目的和其他目的通过具有权利要求1所述特征的航空电子设备网络、具有权利要求7所述特征的具有航空电子设备网络的飞行器以及通过具有权利要求8所述特征的用于同步航空电子设备网络中的网络参与者的方法来实现。
根据本发明的第一方面，一种航空电子设备网络包括：至少一个数据总线系统；多个网络参与者，所述多个网络参与者通过网络接口与所述数据总线系统中的一个或多个数据总线系统相连接；中央配置服务器，所述中央配置服务器被设计成用于根据预定义的功能相应地单独配置多个网络参与者；以及同步节点，所述同步节点被设计成用于根据预先给定的同步协议、通过所述至少一个数据总线系统预先给定所述多个网络参与者的工作周期。
根据本发明的第二方面，一种飞行器包括：根据本发明的第一方面的航空电子设备网络、以及被设计成用于将航空电子设备网络与飞行器上的其他网络联接的网关。
根据本发明的第三方面，一种用于同步航空电子设备网络中的网络参与者的方法包括以下步骤：通过网络接口将多个网络参与者与一个或多个数据总线系统联接；通过中央配置服务器根据预定义的功能相应地单独配置所述多个网络参与者；以及根据预先给定的同步协议，藉由所述至少一个数据总线系统通过同步节点来预先给定所述多个网络参与者的工作周期。
根据本发明的解决方案中的特别的优点是，将本地功能与飞行器的其余部分解除联接并且可以自主或半自主地处理本地功能。由此，可以尽可能有效并且节约负载地使用在飞行器上共同使用的资源。可以有利地减少本地要实施的运行操作的延迟。为了有针对性地控制各个网络参与者，可以由机组人员或其他的用户经由网络来传输激活信号和解除激活信号。不同的网络参与者可以通过共用的同步方式协同运行，例如协调设置灯光场景、有针对性地控制飞行器上的各个机器人或者协调呈现不同的独立的显示单元上的内容。
有利的设计方案和改进方案从其他的从属权利要求以及从参考附图的说明得出。
根据航空电子设备网络的一些实施方式，航空电子设备网络还可以具有多个要操控的飞行器部件，所述飞行器部件分别与所述多个网络参与者中的一个或多个网络参与者通过控制接口来联接，其中所述多个网络参与者被设计成用于相对于其余的网络参与者自主地操控所联接飞行器部件。
根据航空电子设备网络的一些另外的实施方式，所述多个网络参与者可以分别具有处理器，所述处理器的配置能够通过所述中央配置服务器根据所联接的飞行器部件的期望的功能来预先给定。
根据航空电子设备网络的一些另外的实施方式，将所述多个网络参与者的第一组指配给第一同步域，并且将所述多个网络参与者的第二组指配给第二同步域。
根据航空电子设备网络的一些另外的实施方式，所述第一同步域可以根据从预先给定的同步协议中推导出的第一工作周期工作，所述第二同步域可以根据从预先给定的同步协议中推导出的第二工作周期工作，并且所述第一工作周期和所述第二工作周期是彼此不同的。
根据航空电子设备网络的一些另外的实施方式，所述多个网络参与者中的一个或多个网络参与者具有无线通信模块，所述网络参与者能够通过所述无线通信模块与飞行器部件进行无线通信。
根据方法的一些实施方式，将所述多个网络参与者的第一组指配给第一同步域，并且将所述多个网络参与者的第二组指配给第二同步域。
根据方法的一些另外的实施方式，所述第一同步域可以根据从预先给定的同步协议中推导出的第一工作周期工作，所述第二同步域可以根据从预先给定的同步协议中推导出的第二工作周期工作，并且所述第一工作周期和所述第二工作周期是彼此不同的。
上面的设计方案和改进方案在有意义的情况下可以任意地彼此组合。本发明的其他可行的设计方案、改进方案和实现方式还包括本发明的先前或随后参照实施例描述的特征的没有明确提及的组合。在此，本领域技术人员尤其还可将单独的方面作为改进内容或补充内容添加到本发明的相应的基础形式中。
附图说明
下面借助于在示意性附图中给出的实施例来详细阐述本发明。在附图中：
图1示出根据本发明的一个实施方式的航空电子设备网络的示意性框图；
图2示出根据本发明的一个实施方式的具有根据图1的航空电子设备网络的飞行器的图示；
图3示出根据本发明的一个实施方式的根据图1的航空电子设备网络的网络参与者的示意性框图；以及
图4示出根据本发明的另一个实施方式的用于同步航空电子设备网络中的网络参与者的方法的流程图。
附图应当提供对本发明实施方式的进一步理解。它们展示了实施方式并且用于与说明书相关地阐述本发明的原理和概念。其他的实施方式和上述优点中的许多都从查看附图而得出。附图中的元件并不一定是相对彼此按比例显示的。关于方向给出的术语，例如像“上”、“下”、“左”、“右”、“之上”、“之下”、“水平”、“竖直”、“之前”、“之后”及类似内容仅仅用于解释性目的并且不用于将一般性限制于如在图中所示的特定的设计方案。
在附图中，相同的、功能相同的和以相同方式起作用的元件、特征和部件，只要没有另外详细说明，就相应地设置有相同的附图标记。
具体实施方式
在以下说明中参考航空电子设备网络。在本说明的意义上的“航空电子设备网络”包括以下任何类型的网络，即，在这些网络中联网的电子部件、尤其是飞行器上的电气和电子设备(包括电子飞行仪表)可以通过共用的数据交换协议彼此交换与航空电子应用相关的数据。这种联网的电子部件例如可以具有飞行管制和管理系统、飞行控制系统、飞行监控装置、碰撞警告系统、内部通信系统、航空无线电系统、导航系统、自动着陆系统、全球导航卫星系统、惯性导航系统、传感器系统、雷达系统和任何类型的舱室和货物模块(例如厨房部件、储存舱部件、智能灯光和显示装置、座椅控制装置、卫生区域控制装置、机载娱乐系统等)。
图1以框图图示示出航空电子设备网络100的示例性的、示意性的图解。航空电子设备网络100例如可以在飞行器(例如在图2中示例性示出的飞行器A)中使用。在此，航空电子设备网络100可以通过飞行器A上的网关30与飞行器A中的其他网络联接。
航空电子设备网络100具有多个网络参与者10a、10b、10c，结合图3来阐述该多个网络参与者的基本结构。图3示出图1的航空电子设备网络100的网络参与者10的示意性框图。在此，为了清楚起见，结合图3使用附图标记10，其中应当清楚的是：在图1中示例性示出的网络参与者10a、10b、10c中的每个网络参与者都可以具有网络参与者10的图3所阐述的特征中的一个或多个特征。
航空电子设备网络100具有一个或多个数据总线系统，在图1中明确地示例性示出该一个或多个数据总线系统中的两个数据总线系统B1、B2。应当清楚的是，也可以在航空电子设备网络100中使用多于或少于两个的数据总线系统B1、B2。如所展示的，数据总线系统B1、B2可以是有线系统，例如是AFDX、ARINC 429、ARINC 629、ARINC 717、CAN总线、MIL-STD-1553或TTP。替代于此或除此之外，还可以使网络参与者10a、10b、10c中的一个或多个网络参与者以无线的方式(例如通过ZigBee、WLAN、WiFi、WiMax或以其他的无线网络)相互联接。
网络参与者10a、10b、10c分别具有一个或多个网络接口6，这些网络参与者通过该一个或多个网络接口彼此联接和/或与数据总线系统B1、B2中的一个或多个数据总线系统联接。此外，网络参与者10a、10b、10c还具有控制接口7，可以将飞行器(例如飞行器A)上要通过相应的网络参与者10a、10b、10c来控制的部件50与这些控制接口相连接。网络参与者10a、10b、10c可以相对应地被配置成用于执行对相应联接的部件50的自主、部分自主或同步的控制。部件50可以包括任何类型的在飞行器上要操控的电气或电子单元，例如灯模块、照明系统、显示装置、厨房模块、座椅控制元件等。所联接的飞行器部件50可以由一个或多个相应所指配的网络参与者相对于其余的网络参与者来自主地操控。
航空电子设备网络100具有中央配置服务器40，该中央配置服务器被设计成用于根据预定义的功能相应地单独配置多个网络参与者10a、10b、10c。为此，中央配置服务器40可以在航空电子设备网络100中实现冗余的功能。期望的功能在此可以被分配给多个网络参与者。此外，网络参与者可以将资源作为服务提供给彼此。
例如，给不同的网络参与者指派相同的功能可以是有意义的。由此，如果同一功能的另一实体保持可用，那么就例如可以提供功能的可靠性。此外，可以执行相同的功能的安装来确保特定的服务质量品质(例如数据吞吐量或最大延迟)。冗余的功能配置也可以在优化资源使用的范围内用于负载补偿。对功能的复制还可以通过能够实现飞行器区域的完全自主运行来促进飞行运行，例如通过管理诸如乘客区域中的舱室模块的一组部件。
航空电子设备网络100还包括同步节点，该同步节点被设计成用于根据预先给定的同步协议通过该至少一个数据总线系统B1、B2来预先给定该多个网络参与者10a、10b、10c的工作周期。为此，例如可以使用网络时间协议(NTP)、精确时间协议(PTP)或其他的同步协议。
如结合图3所示的那样，网络参与者10可以具有处理器1，该处理器的配置能够通过中央配置服务器40根据所联接的飞行器部件50的期望的功能来预先给定。此外，网络参与者10可以具有无线通信模块5，网络参与者10能够通过这些无线通信模块与飞行器部件50进行无线通信。此外，每个网络参与者10可以可选地具有输入/输出设备4以及显示装置3，以用于由用户来操作。网络接口6和控制接口7的数量仅示例性地示出为一个——根据网络连接装置或要操控的飞行器部件的数量也可以相应地设置多于一个的网络接口6或控制接口7。
处理器1的配置可以被存储在网络参与者10的配置存储器2中，该配置存储器与处理器1操作性地连接。针对处理器的服务是在如下的软件中实现的，即，该软件可以根据具有通用元数据标准(字典)的软件开发工具包(SDK)来调用和实施。
如图1所示，可以将该多个网络参与者的第一组指配给第一同步域D1。可以将该多个网络参与者的第二组指配给第二同步域D2。第一同步域D1和第二同步域D2可以重叠(即共同具有一个或多个网络参与者)或者可以是不相交的(即彼此完全分离)。
第一同步域D1在此根据从预先给定的同步协议中推导出的第一工作周期工作，而第二同步域D2根据从预先给定的同步协议中推导出的第二工作周期工作。在此，第一工作周期和第二工作周期相应地是彼此不同的。例如，与对安全性不重要的飞行器部件50(例如照明元件)相比，可以为对安全性重要的飞行器部件50(例如飞行控制系统)选择更快或更高的工作周期。在工作周期加快的情况下，数据吞吐量和由此所需的带宽的增加有利于加快对变化的运行情况的响应时间。例如，指配给对安全性重要的飞行器部件50的网络参与者可以访问来自飞行器A的、藉由网关30所连接的航空电子设备系统的飞行状态数据，以便能够使相应航空电子环境适应其运行状况。
图4示出了用于虚拟存储器管理(尤其用于单芯片系统)的方法M。方法M例如可以应用于如在图1中示出的处理器系统10。在此，方法M可以借助处理器系统10的结合图1所阐述的部件在单芯片系统8中来实现。此外，方法M可以使用结合图2和图3所阐述的地址转换方案。
作为第一步骤M1，方法M包括通过网络接口6将多个网络参与者10a；10b；10c与一个或多个数据总线系统B1；B2联接。在第二步骤M2中，通过中央分配服务器40根据预定义的功能相应地单独配置该多个网络参与者10a；10b；10c。最后在步骤M3中，根据预先给定的同步协议，藉由该至少一个数据总线系统B1；B2通过同步节点20来预先给定该多个网络参与者10a；10b；10c的工作周期。
在此，可以将该多个网络参与者10a；10b；10c的第一组指配给第一同步域D1。可以将该多个网络参与者10a；10b；10c的第二组指配给第二同步域D2。在此，第一同步域D1根据从预先给定的同步协议中推导出的第一工作周期工作，并且第二同步域D2根据从预先给定的同步协议中推导出的第二工作周期工作。第一同步域D1和第二同步域D2可以重叠(即共同具有一个或多个网络参与者)或者可以是不相交的(即彼此完全分离)。
第一同步域D1在此根据从预先给定的同步协议中推导出的第一工作周期工作，而第二同步域D2根据从预先给定的同步协议中推导出的第二工作周期工作。在此，第一工作周期和第二工作周期相应地是彼此不同的。例如，与对安全性不重要的飞行器部件50(例如照明元件)相比，可以为对安全性重要的飞行器部件50(例如飞行控制系统)选择更快或更高的工作周期。在工作周期加快的情况下，数据吞吐量和由此所需的带宽的增加有利于加快对变化的运行情况的响应时间。例如，指配给对安全性重要的飞行器部件50的网络参与者可以访问来自飞行器A的、藉由网关30所连接的航空电子设备系统的飞行状态数据，以便能够使相应航空电子环境适应其运行状况。
在上面的详细的描述中，在一个或多个示例中总结了用于改进图示的严谨性的各种特征。然而在此应当清楚的是，上面的说明仅是展示性的而绝不是限制性的。该说明用于涵盖不同的特征和实施例的所有替代方案、修改和等效物。在查阅上文说明的情况下，本领域技术人员基于其专业知识将立即且直接地明了许多其他的示例。
选出并且描述这些实施例，以便能够尽可能最好地展现本发明所基于的原理及其在实践中的应用可能性。由此，本领域技术人员可以参照预期的使用目的来最优地修改和使用本发明及其不同的实施例。在权利要求书以及说明书中，术语“包含”和“具有”用作对应术语“包括”的中性语言的概念化(neutralsprachliche Begrifflichkeiten)。此外，术语“一”、“一个”和“一种”的使用原则上应当不排除以此方式描述的多个特征和部件。

Claims (10)

1.一种航空电子设备网络(100)，所述航空电子设备网络包括：
至少一个数据总线系统(B1；B2)；
多个网络参与者(10a；10b；10c)；所述多个网络参与者通过网络接口(6)与所述数据总线系统(B1；B2)中的一个或多个数据总线系统相连接；
中央配置服务器(40)，所述中央配置服务器被设计成用于根据预定义的功能相应地单独配置所述多个网络参与者(10a；10b；10c)；以及
同步节点(20)，所述同步节点被设计成用于根据预先给定的同步协议通过所述至少一个数据总线系统(B1；B2)来预先给定所述多个网络参与者(10a；10b；10c)的工作周期。
2.根据权利要求1所述的航空电子设备网络(100)，所述航空电子设备网络还具有：
多个要操控的飞行器部件(50)，所述飞行器部件分别与所述多个网络参与者(10a；10b；10c)中的一个或多个网络参与者通过控制接口(7)来联接，其中所述多个网络参与者(10a；10b；10c)被设计成用于相对于其余的网络参与者(10a；10b；10c)自主地操控所联接的飞行器部件(50)。
3.根据权利要求2所述的航空电子设备网络(100)，其中所述多个网络参与者(10a；10b；10c)分别具有处理器(1)，所述处理器的配置能够通过所述中央配置服务器(40)根据所联接的飞行器部件(50)的期望的功能来预先给定。
4.根据权利要求1至3之一所述的航空电子设备网络(100)，其中将所述多个网络参与者(10a；10b；10c)的第一组指配给第一同步域(D1)，并且将所述多个网络参与者(10a；10b；10c)的第二组指配给第二同步域(D2)。
5.根据权利要求4所述的航空电子设备网络(100)，其中所述第一同步域(D1)根据从预先给定的同步协议中推导出的第一工作周期工作，所述第二同步域(D2)根据从预先给定的同步协议中推导出的第二工作周期工作，并且所述第一工作周期和所述第二工作周期是彼此不同的。
6.根据权利要求1至5之一所述的航空电子设备网络(100)，其中所述多个网络参与者(10a；10b；10c)中的一个或多个网络参与者具有无线通信模块(5)，所述网络参与者(10a；10b；10c)能够通过所述无线通信模块与飞行器部件(50)进行无线通信。
7.一种飞行器(A)，所述飞行器具有根据权利要求1至6之一所述的航空电子设备网络(100)和网关(30)，所述网关被设计成用于将所述航空电子设备网络(100)与所述飞行器(A)上的其他网络联接。
8.一种用于同步航空电子设备网络(100)中的网络参与者(10a；10b；10c)的方法(M)，所述方法包括：
通过网络接口(6)将多个网络参与者(10a；10b；10c)与一个或多个数据总线系统(B1；B2)联接(M1)；
通过中央配置服务器(40)根据预定义的功能相应地单独配置(M2)所述多个网络参与者(10a；10b；10c)；以及
根据预先给定的同步协议，藉由所述至少一个数据总线系统(B1；B2)通过同步节点(20)来预先给定(M3)所述多个网络参与者(10a；10b；10c)的工作周期。
9.根据权利要求8所述的方法(M)，其中将所述多个网络参与者(10a；10b；10c)的第一组指配给第一同步域(D1)，并且将所述多个网络参与者(10a；10b；10c)的第二组指配给第二同步域(D2)。
10.根据权利要求9所述的航空电子设备网络(100)，其中所述第一同步域(D1)根据从预先给定的同步协议中推导出的第一工作周期工作，所述第二同步域(D2)根据从预先给定的同步协议中推导出的第二工作周期工作，并且所述第一工作周期和所述第二工作周期是彼此不同的。
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