DE102004040229B4 - Method for carrying out a secure data communication - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Durchführung einer sicheren Datenkommunikation der Teilnehmer eines nicht zeitlich synchronisierten Datenbusses, welche im Wesentlichen zyklisch innerhalb von durch den jeweiligen Teilnehmer angeforderten Buszugriffsintervallen auf den Datenbus zugreifen, wobei der zeitliche Abstand eines von einem Teilnehmer anzufordernden Buszugriffsintervalls (3) zum vorigen Buszugriffsintervall desselben Teilnehmers gegenüber einer festen Teilnehmerzykluszeit angepasst wird in Abhängigkeit von der Lage des vorigen Buszugriffsintervalls des Teilnehmers in einem Bezugszeitintervall (4), welches begrenzt ist durch das dem vorigen Buszugriffsintervall des Teilnehmers unmittelbar vorausgehende Buszugriffsintervall (1) eines anderen Teilnehmers und das dem vorigen Buszugriffsintervall des Teilnehmers unmittelbar nachfolgende Buszugriffsintervall (2) desselben anderen Teilnehmers oder eines weiteren anderen Teilnehmers.Method for carrying out secure data communication between the participants of a non-time-synchronized data bus, which access the data bus essentially cyclically within bus access intervals requested by the respective participant, the time difference between a bus access interval (3) to be requested by a participant and the previous bus access interval of the same participant a fixed subscriber cycle time is adapted depending on the position of the previous bus access interval of the subscriber in a reference time interval (4) which is limited by the bus access interval (1) of another subscriber immediately preceding the previous bus access interval of the subscriber and the one immediately following the previous bus access interval of the subscriber Bus access interval (2) of the same other participant or of another other participant.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung einer sicheren Datenkommunikation der Teilnehmer eines nicht zeitlich synchronisierten Datenbusses, welche im Wesentlichen zyklisch innerhalb von durch den jeweiligen Teilnehmer angeforderten Buszugriffsintervallen auf den Datenbus zugreifen.The invention relates to a method for carrying out a secure data communication of the subscribers of a data bus which is not synchronized in time and which accesses the data bus essentially cyclically within bus access intervals requested by the respective subscriber.

Bei herkömmlichen ereignisgesteuerten Datenbussen (z. B. CAN) werden die von den Teilnehmern des Datenbusses zum Versenden von Nachrichten angeforderten Buszugriffsintervalle zwar hinsichtlich der Vermeidung von Kollisionen, nicht aber hinsichtlich der Vermeidung einer zeitlichen Verdichtung von Buszugriffen unterschiedlicher Teilnehmer kontrolliert.In conventional event-driven data buses (eg CAN), the bus access intervals requested by the users of the data bus for sending messages are indeed checked with regard to the avoidance of collisions, but not with regard to the avoidance of a time compression of bus accesses of different subscribers.

In dem Fall, dass solche Verdichtungen nicht vermieden werden können, kann es bei anderen Teilnehmern, welche z. B. im Abfragebetrieb arbeiten, sporadisch zu Datenverlusten kommen, indem Nachrichten, welche zeitlich sehr eng aufeinander folgen von anderen Teilnehmern „überhört” werden. Grund hierfür ist der zu geringe zeitliche Abstand zwischen benachbarten Buszugriffsintervallen unterschiedlicher Teilnehmer. Das Verhalten des Datenbusses kann unter solchen Umständen undeterministisch sein.In the case that such densifications can not be avoided, it may be in other participants, which z. B. in query mode, sporadically data loss come by messages that are very close to each other in time, "listened" by other participants. The reason for this is the insufficient time interval between adjacent bus access intervals of different subscribers. The behavior of the data bus may be undeterministic in such circumstances.

Unter der Voraussetzung, dass die über den Datenbus kommunizierenden Teilnehmer einen im Wesentlichen zyklischen Kommunikationsbedarf besitzen, sind solche Verdichtungen jedoch prinzipiell vermeidbar und die Sicherheit der Kommunikation somit verbesserbar. Hierzu existieren Verfahren, in welchen die Teilnehmer zum Zweck der gegenseitigen Synchronisation über den Datenbus Nachrichten mit einer zentralen Kontrolleinheit oder mit anderen Teilnehmern austauschen. Solche Verfahren besitzen jedoch den Nachteil, dass die zeitliche Synchronisation der Teilnehmer ein zusätzliches Datenaufkommen auf dem Datenbus verursacht und eine Spezifikation der diesbezüglich auszutauschenden Information erfordert. Durch die Notwendigkeit einer solchen Spezifikation wird der Anschluss von Teilnehmern an den Datenbus erschwert, welche nicht in die bisherige Spezifikation einbezogen sind.However, assuming that the subscribers communicating via the data bus have a substantially cyclical communication requirement, such consolidations can be avoided in principle and the security of the communication can thus be improved. For this purpose, there are methods in which the participants exchange messages with a central control unit or with other participants via the data bus for the purpose of mutual synchronization. However, such methods have the disadvantage that the time synchronization of the subscribers causes an additional data volume on the data bus and requires a specification of the information to be exchanged in this regard. The need for such a specification complicates the connection of subscribers to the data bus, which are not included in the previous specification.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches Verfahren zur sicheren Datenkommunikation der Teilnehmer eines nicht zeitlich synchronisierten Datenbusses zu schaffen, durch welches die zeitliche Verdichtung von Buszugriffen unterschiedlicher Teilnehmer auf dem Datenbus vermieden wird, ohne zusätzliches Datenaufkommen zu verursachen.The object of the invention is to provide a simple method for secure data communication of the participants of a non-synchronized data bus, by which the temporal compression of bus accesses of different participants is avoided on the data bus, without causing additional data traffic.

Die Aufgabe wird gelöst, indem der zeitliche Abstand eines von einem Teilnehmer anzufordernden Buszugriffsintervalls zum vorigen Buszugriffsintervall desselben Teilnehmers gegenüber einer festen Teilnehmerzykluszeit, welche sich aus dem zyklischen Kommunikationsbedarf der Teilnehmer ergibt, verändert wird. Die Veränderung erfolgt im Sinne einer Anpassung in Abhängigkeit von der Lage des vorigen Buszugriffsintervalls des Teilnehmers in einem Bezugszeitintervall, welches begrenzt ist durch das dem vorigen Buszugriffsintervall des Teilnehmers unmittelbar vorausgehende Buszugriffsintervall eines anderen Teilnehmers und das dem vorigen Buszugriffsintervall des Teilnehmers unmittelbar nachfolgende Buszugriffsintervall eines anderen Teilnehmers.The object is achieved by changing the time interval between a bus access interval to be requested by a subscriber and the previous bus access interval of the same subscriber compared with a fixed subscriber cycle time, which results from the cyclical communication requirement of the subscribers. The change is in the sense of adaptation in dependence on the location of the previous bus access interval of the subscriber in a reference time interval, which is limited by the bus access interval of another subscriber immediately preceding the previous bus access interval of the subscriber and the bus access interval of another subscriber immediately following the previous bus access interval of the subscriber ,

Bevorzugt wird der zeitliche Abstand des anzufordernden Buszugriffsintervalls zum vorigen Buszugriffsintervall desselben Teilnehmers gegenüber der festen Teilnehmerzykluszeit verringert, wenn das vorige Buszugriffsintervall des Teilnehmers in der zweiten Hälfte des Bezugszeitintervalls gelegen hat. Dagegen wird der zeitliche Abstand des anzufordernden Buszugriffsintervalls zum vorigen Buszugriffsintervall desselben Teilnehmers gegenüber der festen Teilnehmerzykluszeit vergrößert, wenn das vorige Buszugriffsintervall des Teilnehmers in der ersten Hälfte des Bezugszeitintervalls gelegen hat.Preferably, the time interval of the bus access interval to be requested to the previous bus access interval of the same subscriber from the fixed subscriber cycle time is reduced if the previous bus access interval of the subscriber has been in the second half of the reference time interval. In contrast, the time interval of the bus access interval to be requested from the previous bus access interval of the same subscriber compared to the fixed subscriber cycle time is increased when the previous bus access interval of the subscriber has been in the first half of the reference time interval.

Durch ein solches Verfahren kann erreicht werden, dass das Buszugriffsintervall des Teilnehmers bei unverändertem Kommunikationsverhalten der anderen Teilnehmer nach mehreren erfindungsgemäßen Anpassungen etwa in der Mitte des Bezugszeitintervalls liegt oder sich dieser annähert.By such a method can be achieved that the bus access interval of the subscriber with unchanged communication behavior of the other participants after several adjustments according to the invention is approximately in the middle of the reference time interval or approaches this.

Gemäß einer besonders vorteilhaften und in einfacher Weise computerimplementiert umsetzbaren Ausführungsform der Erfindung wird der zeitliche Abstand des anzufordernden Buszugriffsintervalls zum vorigen Buszugriffsintervall desselben Teilnehmers gewählt als die Summe aus der festen Teilnehmerzykluszeit und der mit einem Schrittweitenfaktor gewichteten Differenz zwischen dem zeitlichen Abstand des vorigen Buszugriffsintervall des Teilnehmers von dem diesem unmittelbar nachfolgenden Buszugriffsintervall eines anderen Teilnehmers und dem zeitlichen Abstand des vorigen Buszugriffsintervall des Teilnehmers von dem diesem unmittelbar vorausgehenden Buszugriffsintervall eines anderen Teilnehmers.According to a particularly advantageous and easily implemented computer-implemented embodiment of the invention, the time interval of the requested bus access interval to the previous bus access interval of the same subscriber is selected as the sum of the fixed subscriber cycle time and the step size factor-weighted difference between the time interval of the previous bus access interval of the subscriber the immediately following bus access interval of another subscriber and the time interval of the previous bus access interval of the subscriber from the immediately preceding bus access interval of another subscriber.

Mit mathematischen Mitteln kann gezeigt werden, dass ein Verfahren gemäß der beschriebenen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung konvergiert, wenn der Schrittweitenfaktor, bei Bildung der Differenz in der angegebenen Art, größer als Null und kleiner als 0,5 gewählt wird.By mathematical means it can be shown that a method according to the described advantageous embodiment of the invention converges when the step size factor, when the difference is formed in the specified manner, is greater than zero and less than 0.5.

Der Schrittweitenfaktor kann für alle Teilnehmer eines Datenbusses gleich oder für unterschiedliche Teilnehmer unterschiedlich gewählt werden. Ein Schrittweitenfaktor gleich Null entspricht einer Vorgehensweise gemäß dem Stand der Technik, d. h. es wird keine Anpassung vorgenommen.The step size factor can be selected to be the same for all users of a data bus or different for different users. One Step size factor equal to zero corresponds to a procedure according to the prior art, ie no adaptation is made.

Der wesentliche Vorteil eines erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass das Verfahren selbstorganisierend ablaufen kann.The essential advantage of a method according to the invention is that the method can proceed in a self-organizing manner.

Auch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf nur einen Teil der Teilnehmer eines Datenbusses trägt bereits in erheblichem Maße zur Vermeidung einer zeitlichen Verdichtung von Buszugriffen und somit zu einer Erhöhung der Sicherheit der Kommunikation durch eine Absenkung der Gefahr von Datenverlusten bei.Also, the application of the method according to the invention to only a part of the participants of a data bus already contributes significantly to avoid a temporal compression of bus access and thus to an increase in security of communication by lowering the risk of data loss.

Die Einfachheit eines erfindungsgemäßen Verfahrens erlaubt die Realisierung des Verfahrens alleine durch die Hardware der Teilnehmer eines Datenbusses.The simplicity of a method according to the invention allows the realization of the method solely by the hardware of the participants of a data bus.

Ein weiterer Vorteil eines erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass auch die Hinzunahme neuer Teilnehmer zu einem Datenbus-System, dessen bisherige Teilnehmer gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren kommunizieren, erleichtert wird. Es wird vorausgesetzt, dass der neu hinzugenommene Teilnehmer zunächst nicht selbst auf den Datenbus zugreift, sondern nur „zuhört”. In dem Fall, dass die bisher über den Datenbus kommunizierenden Teilnehmer gemäß einem Verfahren nach dem Stand der Technik betrieben werden, ist es insbesondere bei hoher Teilnehmerzahl für einen neuen Teilnehmer sehr schwierig, Gesetzmäßigkeiten der Busbelegung zu erkennen und die Gefahr einer zeitlichen Verdichtung durch eigene Buszugriffe zu vermeiden. Durch die Selbstorganisation im Datenbus-System bei Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens stellen sich hingegen auf Dauer in etwa gleiche Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Buszugriffsintervallen ein. Dementsprechend einfach kann ein neuer Teilnehmer bereits nach kurzer Zeit des „Zuhörens” diese Gesetzmäßigkeit erkennen und sein erstes Buszugriffsintervall zeitlich konfliktfrei festlegen. Ist dem neuen Teilnehmer die Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens durch die bisherigen Teilnehmer bekannt, entfällt auch die Notwendigkeit zur Erkennung der Gesetzmäßigkeit. In diesem Fall genügt meist das Abwarten von nur zwei Buszugriffen anderer Teilnehmer, um ein erstes eigenes Buszugriffsintervall konfliktfrei zu planen.A further advantage of a method according to the invention is that the addition of new subscribers to a data bus system whose previous subscribers communicate according to a method according to the invention is facilitated. It is assumed that the newly added subscriber initially does not access the data bus himself, but only "listens". In the case that the previously communicating via the data bus participants are operated according to a method according to the prior art, it is very difficult especially for high number of participants for a new subscriber to recognize laws of bus usage and the risk of a time compression by own bus accesses to avoid. By self-organization in the data bus system when using a method according to the invention, however, set in the long run approximately equal distances between successive bus access intervals. Accordingly, a new participant can recognize this lawfulness even after a short time of "listening" and determine its first bus access interval without conflicting time. If the new participant is aware of the application of a method according to the invention by the previous participants, the need to recognize the law is also eliminated. In this case, it is usually sufficient to wait for only two bus accesses of other users in order to plan a first own bus access interval without conflict.

Nach der Aufnahme des Buszugriffs auch durch den neu hinzugefügten Teilnehmer tritt bei Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens auf alle Teilnehmer des Datenbusses ein neuer Prozess der schrittweisen Selbstorganisation ein.After receiving the bus access also by the newly added participants occurs when applying a method according to the invention to all participants of the data bus, a new process of gradual self-organization.

Alternativ zur Hinzunahme eines Teilnehmers im laufenden Kommunikationsbetrieb kann zur Hinzunahme eines oder mehrerer neuer Teilnehmer eine vollständige Neuinitialisierung erfolgen. Da ein erfindungsgemäßes Verfahren unabhängig ist von der Zahl der Teilnehmer des Datenbusses wird sich das Datenbus-System in jeder beliebigen Konstellation schrittweise selbst organisieren.As an alternative to adding a subscriber in the current communication mode, a complete reinitialization can take place for the addition of one or more new subscribers. Since a method according to the invention is independent of the number of users of the data bus, the data bus system will organize itself step by step in any constellation.

Zur konfliktfreien Initialisierung kann ein erfindungsgemäßes Verfahren problemlos mit verschiedenen an sich bekannten Verfahren zur Initialisierung eines oder mehrerer Teilnehmer eines Datenbusses kombiniert werden.For conflict-free initialization, a method according to the invention can be easily combined with various methods known per se for initializing one or more subscribers of a data bus.

Ist in einem Datenbus, dessen Teilnehmer nach einem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden, ein stabiler zeitlich organisierter, d. h. synchronisierter, Zustand erreicht, wird dieser durch die Hinzunahme neuer Teilnehmer zunächst verlassen. Nach einer endlichen Anzahl von Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt sich jedoch ein neuer synchronisierter Zustand ein. Ein Datenbus, dessen Teilnehmer nach einem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden, ist somit als anpassbares zeitsynchrones Kommunikationssystem anzusehen.Is in a data bus whose participants are operated by a method according to the invention, a stable time-organized, d. H. synchronized, state is reached, this is initially left by the addition of new participants. After a finite number of steps of the method according to the invention, however, a new synchronized state arises. A data bus whose subscribers are operated according to a method according to the invention is thus to be regarded as an adaptable time-synchronized communication system.

Bei einem im Wesentlichen zyklischen Kommunikationsverhalten mehrerer Teilnehmer eines Datenbusses kann in der Regel davon ausgegangen werden, dass innerhalb eines Zeitintervalls der Länge der Teilnehmerzykluszeit seit dem vorigen Buszugriffsintervall eines Teilnehmers ein Buszugriff eines anderen Teilnehmers erfolgt. Sollte ein solcher Buszugriff dennoch nicht erfolgen oder nicht von dem Teilnehmer festgestellt werden, kann in unterschiedlicher Weise verfahren werden. Zum einen kann zur regulären Fortsetzung der Kommunikationsfunktion des Teilnehmers der zeitliche Abstand des anzufordernden Buszugriffsintervalls zum vorigen Buszugriffsintervall desselben Teilnehmers gleich der Teilnehmerzykluszeit gewählt werden. Zum anderen kann der zeitliche Abstand des anzufordernden Buszugriffsintervalls zum vorigen Buszugriffsintervall des Teilnehmers gezielt verlängert werden, um lediglich eine Restfunktion aufrechtzuerhalten. Schließlich kann der Buszugriff des Teilnehmers vollständig unterbleiben, wenn innerhalb eines Zeitintervalls der Länge der Teilnehmerzykluszeit seit dem vorigen Buszugriffsintervall des Teilnehmers kein Buszugriff eines anderen Teilnehmers erfolgt.In the case of an essentially cyclical communication behavior of several subscribers of a data bus, it can generally be assumed that a bus access of another subscriber takes place within a time interval of the length of the subscriber cycle time since the previous bus access interval of a subscriber. If such a bus access still does not occur or can not be determined by the subscriber, it is possible to proceed in different ways. On the one hand, for the regular continuation of the communication function of the subscriber, the time interval between the bus access interval to be requested and the previous bus access interval of the same subscriber can be selected to be equal to the subscriber cycle time. On the other hand, the time interval of the bus access interval to be requested can be specifically extended to the previous bus access interval of the subscriber in order to maintain only one residual function. Finally, the bus access of the subscriber can be completely omitted if, within a time interval of the length of the subscriber cycle time since the previous bus access interval of the subscriber, no bus access of another subscriber takes place.

Bei jeder der beschriebenen Vorgehensweisen kann es sinnvoll sein, das Ausbleiben der Buszugriffe anderer Teilnehmer an einen anderen Teilnehmer des Datenbusses oder an eine zentrale Kontrolleinheit mitzuteilen und/oder mittels einer dazu geeigneten Anzeigeeinheit anzuzeigen.In each of the described procedures, it may be useful to communicate the failure of the bus accesses of other participants to another subscriber of the data bus or to a central control unit and / or display by means of a suitable display unit.

Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung weiter erläutert. Dabei zeigen jeweils schematisch Reference to the accompanying drawings, the invention will be further explained. In each case show schematically

1 die Buszugriffsintervalle mehrerer Teilnehmer eines zeitlich nicht synchronisierten Datenbusses und die in einem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Zeitintervalle, 1 the bus access intervals of several subscribers of a time-non-synchronized data bus and the time intervals used in a method according to the invention,

2 beispielhaft einen Ausschnitt aus einem Busdiagramm für einen Datenbus mit drei Teilnehmern, welches sich unter Anwendung eines Verfahrens gemäß dem Stand der Technik ergibt und 2 by way of example a section of a bus diagram for a data bus with three participants, which results using a method according to the prior art and

3 beispielhaft einen Ausschnitt aus einem Busdiagramm für einen Datenbus mit drei Teilnehmern, welches sich unter Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt. 3 for example, a section of a bus diagram for a data bus with three participants, which results using a method according to the invention.

1 zeigt auf einer Zeitachse aufgetragen die Buszugriffsintervalle mehrerer Teilnehmer eines zeitlich nicht synchronisierten Datenbusses. Das Buszugriffsintervall 3 eines Teilnehmers liegt dabei zwischen den Buszugriffsintervallen 1 und 2 anderer Teilnehmer. Die Buszugriffsintervalle 1 und 2 können dabei demselben anderen Teilnehmer oder unterschiedlichen anderen Teilnehmern zugeordnet sein. Das Zeitintervall 4 zwischen dem unmittelbar vorausgehenden Buszugriffsintervall eines anderen Teilnehmers 1 und dem unmittelbar nachfolgenden Buszugriffsintervallen eines anderen Teilnehmers 2 wird als Bezugszeitintervall des Buszugriffsintervalls 3 bezeichnet. Die Lage des Buszugriffsintervalls 3 im Bezugszeitintervall 4 wird eindeutig beschrieben durch die Länge des Zeitintervalls 5 zwischen dem unmittelbar vorausgehenden Buszugriffsintervall eines anderen Teilnehmers 1 und dem Buszugriffsintervall 3 sowie die Länge des Zeitintervalls 6 zwischen dem Buszugriffsintervall 3 und dem unmittelbar nachfolgenden Buszugriffsintervall eines anderen Teilnehmers 2. 1 shows plotted on a time axis, the bus access intervals of multiple participants of a non-synchronized data bus. The bus access interval 3 a subscriber lies between the bus access intervals 1 and 2 other participants. The bus access intervals 1 and 2 can be assigned to the same other participant or different other participants. The time interval 4 between the immediately preceding bus access interval of another subscriber 1 and the immediately following bus access intervals of another subscriber 2 is considered the reference time interval of the bus access interval 3 designated. The location of the bus access interval 3 in the reference time interval 4 is clearly described by the length of the time interval 5 between the immediately preceding bus access interval of another subscriber 1 and the bus access interval 3 as well as the length of the time interval 6 between the bus access interval 3 and the immediately following bus access interval of another subscriber 2 ,

Es wird vorausgesetzt, dass alle Teilnehmer des Datenbusses einen im Wesentlichen zyklischen Kommunikationsbedarf besitzen. Ferner wird vorausgesetzt, dass die Zykluszeit, welche für Buszugriffe eines Teilnehmers im Wesentlichen einzuhalten ist, im Folgenden Teilnehmerzykluszeit genannt, für alle Teilnehmer gleich sei.It is assumed that all subscribers of the data bus have a substantially cyclical communication need. Furthermore, it is assumed that the cycle time, which is essentially to be observed for bus accesses of a subscriber, referred to below as subscriber cycle time, is the same for all subscribers.

Gemäß dem Stand der Technik greifen in einem solchen Fall sämtliche Teilnehmer jeweils innerhalb von Buszugriffsintervallen, die mit fester Teilnehmerzykluszeit voneinander beabstandet sind, auf den Datenbus zu. 2 zeigt ein beispielhaftes Busdiagramm für ein Verfahren gemäß dem Stand der Technik mit drei Teilnehmern. Buszugriffe unterschiedlicher Teilnehmer sind dabei durch unterschiedliche Schraffuren gekennzeichnet. Bei der Verwendung einer festen Teilnehmerzykluszeit für alle Teilnehmer können jedoch, wie in 2 zu erkennen, zeitliche Verdichtungen auf dem Datenbus entstehen, wodurch wiederum Datenverluste verursacht werden können.In such a case, according to the prior art, all subscribers access the data bus within bus access intervals which are spaced apart from each other at a fixed subscriber cycle time. 2 shows an exemplary bus diagram for a method according to the prior art with three participants. Bus accesses of different subscribers are characterized by different hatchings. However, when using a fixed subscriber cycle time for all subscribers, as in 2 to detect temporal densities on the data bus, which in turn can cause data loss.

Erfindungsgemäß wird der Abstand des von einem Teilnehmer angeforderten Buszugriffsintervalls zum vorigen Buszugriffsintervall desselben Teilnehmers nun in Abhängigkeit von der Lage des vorigen Buszugriffsintervalls des Teilnehmers in dessen Bezugszeitintervall gegenüber der Teilnehmerzykluszeit angepasst. Der Abstand wird verkleinert, wenn das vorige Buszugriffsintervall in der zweiten Hälfte seines Bezugszeitintervalls gelegen hat. Der Abstand wird vergrößert, wenn das vorige Buszugriffsintervall in der ersten Hälfte seines Bezugszeitintervalls gelegen hat. Bei einem geeignet gewählten Ausmaß dieser Anpassung und wiederholter Anwendung einer solchen Anpassung strebt die Lage der Buszugriffsintervalle des Teilnehmers im jeweiligen Bezugszeitintervall somit der Mitte des Bezugszeitintervalls entgegen. Bei Anwendung des Verfahrens auf sämtliche Teilnehmer eines Datenbusses ergibt sich nach einer Vielzahl von Schritten eine gleichmäßige zeitliche Verteilung der Buszugriffe aller Teilnehmer ohne zeitliche Verdichtungen.According to the invention, the distance of the bus access interval requested by a subscriber to the previous bus access interval of the same subscriber is now adjusted as a function of the position of the previous bus access interval of the subscriber in its reference time interval relative to the subscriber cycle time. The distance is reduced if the previous bus access interval has been in the second half of its reference time interval. The distance is increased if the previous bus access interval has been in the first half of its reference time interval. With a suitably chosen extent of this adaptation and repeated application of such an adaptation, the position of the bus access intervals of the subscriber in the respective reference time interval thus opposes the middle of the reference time interval. When applying the method to all subscribers of a data bus results after a variety of steps, a uniform time distribution of bus accesses of all participants without time compaction.

Da ein erfindungsgemäßes Verfahren keinen Austausch von der Synchronisation dienenden Nachrichten unter den Teilnehmern vorsieht, kann ein erfindungsgemäßes Verfahren als selbstorganisierend bezeichnet werden.Since a method according to the invention does not provide for exchange of messages serving for synchronization among the subscribers, a method according to the invention can be termed self-organizing.

Je größer das Ausmaß der Anpassung gewählt wird, umso schneller kann der Zustand der gleichmäßigen zeitlichen Verteilung erreicht werden. Wird das Ausmaß der Anpassung jedoch zu groß gewählt, droht eine Divergenz des Verfahrens bzw. ein instabiles Verhalten.The greater the extent of adaptation, the faster the state of uniform time distribution can be achieved. However, if the scale of the adjustment is too large, there is a risk of divergence or unstable behavior.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann in einfacher Weise computerimplementiert umgesetzt werden, wenn die Anpassung folgendermaßen erfolgt: Der zeitliche Abstand des anzufordernden Buszugriffsintervalls zum vorigen Buszugriffsintervall desselben Teilnehmers wird gewählt als die Summe aus der Teilnehmerzykluszeit und der mit einem Schrittweitenfaktor gewichteten Differenz zwischen dem zeitlichen Abstand des vorigen Buszugriffsintervall des Teilnehmers von dem diesem unmittelbar nachfolgenden Buszugriffsintervall eines anderen Teilnehmers und dem zeitlichen Abstand des vorigen Buszugriffsintervall des Teilnehmers von dem diesem unmittelbar vorausgehenden Buszugriffsintervall eines anderen Teilnehmers.A method according to the invention can be implemented in a simple computer-implemented manner if the adaptation takes place as follows: The time interval of the bus access interval to be requested for the previous bus access interval of the same subscriber is chosen as the sum of the subscriber cycle time and the step size factor-weighted difference between the time interval of the previous bus access interval the subscriber from the immediately following bus access interval of another subscriber and the time interval of the previous bus access interval of the subscriber from the immediately preceding bus access interval of another subscriber.

Unter Einführung der Benennungen

  • • T(i) für den festzulegenden Abstand zwischen dem Buszugriffsintervalls eines Teilnehmers im Zeitschritt i vom Buszugriffsintervall desselben Teilnehmers im Zeitschritt i – 1,
  • • TZ für die Teilnehmerzykluszeit,
  • • dT(i) für die Anpassung des Abstands T(i) gegenüber der Teilnehmerzykluszeit,
  • • T(i) für den zeitlichen Abstand des Buszugriffsintervalls eines Teilnehmers im Zeitschritt i vom unmittelbar vorhergehenden Buszugriffsintervall eines anderen Teilnehmers (vgl. Länge des Zeitintervalls 5 in 1),
  • • T+(i) für den zeitlichen Abstand des Buszugriffsintervalls eines Teilnehmers im Zeitschritt i vom unmittelbar nachfolgenden Buszugriffsintervall eines anderen Teilnehmers (vgl. Länge des Zeitintervalls 6 in 1) und
  • • a für den Schrittweitenfaktor
kann ein solcher Algorithmus formelmäßig folgendermaßen ausgedrückt werden: T(i) = TZ + dT(i) mit dT(i) = a·(T+(i – 1) – T–(i – 1)) Under introduction of the terms
  • T (i) for the distance to be defined between the bus access interval of a subscriber in the time step i from the bus access interval of the same subscriber in the time step i-1,
  • T Z for the subscriber cycle time,
  • DT (i) for adapting the distance T (i) to the subscriber cycle time,
  • T (i) for the time interval of the bus access interval of a subscriber in the time step i from the immediately preceding bus access interval of another subscriber (see length of the time interval 5 in 1 )
  • T + (i) for the time interval of the bus access interval of a subscriber in the time step i from the directly following bus access interval of another subscriber (see length of the time interval 6 in 1 ) and
  • • a for the step size factor
Such an algorithm can be formally expressed as follows: T (i) = T Z + dT (i) With dT (i) = a * (T + (i-1) -T - (i-1))

Als Startwerte für das schrittweise ablaufende Verfahren werden die Größen T+(–1) und T–(–1) im Zeitschritt –1 als gleich vorausgesetzt (T+(–1) = T–(–1)). Der festzulegende Abstand T(0) im Zeitschritt 0 wird somit gleich der Teilnehmerzykluszeit festgelegt (T(0) = TZ).As starting values for the stepwise process, the variables T + (-1) and T - (-1) in the time step -1 are assumed to be the same (T + (-1) = T - (-1)). The distance T (0) to be determined in the time step 0 is thus set equal to the subscriber cycle time (T (0) = T Z ).

3 zeigt, ausgehend vom gleichen Anfangszustand wie 2, ein Busdiagramm, welches sich bei Anwendung des beschriebenen Algorithmus unter Verwendung einer Schrittweite a = 0,2 ergibt. 3 shows, starting from the same initial state as 2 , A bus diagram, which results using the algorithm described using a step size a = 0.2.

Nach einer Phase des „Einschwingens”, in welcher die Abstände zwischen den Buszugriffsintervallen eines Teilnehmers gegenüber der Teilnehmerzykluszeit teils deutlich angepasst werden, greifen alle Teilnehmer zyklisch mit in etwa der Teilnehmerzykluszeit auf den Datenbus zu. Die Differenz T+(i – 1) – T–(i – 1) und somit der Term dT(i) für die Anpassung des Abstands geht für alle Teilnehmer gegen Null.After a phase of "transient" in which the distances between the bus access intervals of a subscriber compared to the subscriber cycle time are partly adapted significantly, all the participants cyclically access the data bus at about the subscriber cycle time. The difference T + (i-1) - T - (i-1) and thus the term dT (i) for the adjustment of the distance goes to zero for all participants.

Mathematisch kann gezeigt werden, dass der Algorithmus bei Schrittweiten a ≤ 0,5 konvergiert.Mathematically, it can be shown that the algorithm converges at step sizes a ≤ 0.5.

Statt der Verwendung eines festen Schrittweitenfaktors kann es zur Beschleunigung der Konvergenz eines erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder zur Gewährleistung eines deterministischen Verhaltens sinnvoll sein, den Schrittweitenfaktor im Verlauf des Verfahrens anzupassen. Bevorzugt werden die ersten Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise zunächst unter Verwendung eines kleinen Schrittweitenfaktors durchgeführt. Im Verlauf des Verfahrens wird dieser erhöht. Das Verfahren kann dann auch konvergieren, wenn der Schrittweitenfaktor a auf Werte größer als 0,5 erhöht wird.Instead of using a fixed step size factor, to speed up the convergence of a method according to the invention and / or to ensure a deterministic behavior, it may be useful to adapt the step size factor in the course of the method. For example, the first steps of a method according to the invention are preferably initially carried out using a small step size factor. In the course of the process this is increased. The method can also converge if the step size factor a is increased to values greater than 0.5.

Die Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens verursacht eine Form der zeitlichen Selbstorganisation in einem Datenbus-System. Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren werden ausgehend von einem weitgehend konfliktfreien Anfangszustand zeitliche Verdichtungen in der Auslastung eines Datenbusses abgebaut. Zeitliche Konflikte, welche durch die Initialisierung mehrerer Teilnehmer mit zeitlich überlappenden Buszugriffsintervallen verursacht werden, können durch ein erfindungsgemäßes Verfahren nicht vermieden werden. Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann jedoch problemlos mit verschiedenen an sich bekannten Verfahren zur Initialisierung eines oder mehrerer Teilnehmer eines Datenbusses kombiniert werden. Auf die Erleichterung der Hinzunahme eines einzelnen Teilnehmers zu einem Datenbus-System, dessen bisherige Teilnehmer gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren kommunizieren, wurde bereits an früherer Stelle eingegangen.The application of a method according to the invention causes a form of temporal self-organization in a data bus system. By a method according to the invention, starting from a largely conflict-free initial state, temporal densities in the utilization of a data bus are reduced. Time conflicts which are caused by the initialization of several subscribers with time-overlapping bus access intervals can not be avoided by a method according to the invention. However, a method according to the invention can easily be combined with various methods known per se for initializing one or more subscribers of a data bus. To facilitate the addition of a single subscriber to a data bus system, the previous participants communicate according to a method according to the invention, has already been discussed earlier.

Claims (8)

Verfahren zur Durchführung einer sicheren Datenkommunikation der Teilnehmer eines nicht zeitlich synchronisierten Datenbusses, welche im Wesentlichen zyklisch innerhalb von durch den jeweiligen Teilnehmer angeforderten Buszugriffsintervallen auf den Datenbus zugreifen, wobei der zeitliche Abstand eines von einem Teilnehmer anzufordernden Buszugriffsintervalls (3) zum vorigen Buszugriffsintervall desselben Teilnehmers gegenüber einer festen Teilnehmerzykluszeit angepasst wird in Abhängigkeit von der Lage des vorigen Buszugriffsintervalls des Teilnehmers in einem Bezugszeitintervall (4), welches begrenzt ist durch das dem vorigen Buszugriffsintervall des Teilnehmers unmittelbar vorausgehende Buszugriffsintervall (1) eines anderen Teilnehmers und das dem vorigen Buszugriffsintervall des Teilnehmers unmittelbar nachfolgende Buszugriffsintervall (2) desselben anderen Teilnehmers oder eines weiteren anderen Teilnehmers.Method for carrying out a secure data communication of the subscribers of a data bus that is not synchronized in time, which accesses the data bus essentially cyclically within bus access intervals requested by the respective subscriber, wherein the time interval of a bus access interval to be requested by a subscriber ( 3 ) is adapted to the previous bus access interval of the same subscriber to a fixed subscriber cycle time, depending on the location of the previous bus access interval of the subscriber in a reference time interval ( 4 ), which is limited by the bus access interval immediately preceding the previous bus access interval of the subscriber ( 1 ) of another subscriber and the bus access interval immediately following the previous bus access interval of the subscriber ( 2 ) of the same other participant or another other participant. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Abstand des anzufordernden Buszugriffsintervalls zum vorigen Buszugriffsintervall desselben Teilnehmers gegenüber der festen Teilnehmerzykluszeit verringert wird, wenn das vorige Buszugriffsintervall des Teilnehmers in der zweiten Hälfte des Bezugszeitintervalls gelegen hat, und dass der zeitliche Abstand des anzufordernden Buszugriffsintervalls zum vorigen Buszugriffsintervall desselben Teilnehmers gegenüber der festen Teilnehmerzykluszeit vergrößert wird, wenn das vorige Buszugriffsintervall des Teilnehmers in der ersten Hälfte des Bezugszeitintervalls gelegen hat.Method according to Claim 1, characterized in that the time interval between the bus access interval to be requested and the previous bus access interval of the same subscriber is reduced compared to the fixed subscriber cycle time, if the the subscriber's previous bus access interval has been in the second half of the reference time interval and that the time interval of the bus access interval to be requested to the previous bus access interval of the same subscriber is increased from the fixed subscriber cycle time if the subscriber's previous bus access interval was in the first half of the reference time interval. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Abstand des anzufordernden Buszugriffsintervalls zum vorigen Buszugriffsintervall desselben Teilnehmers gewählt wird als die Summe aus der festen Teilnehmerzykluszeit und der mit einem Schrittweitenfaktor gewichteten Differenz zwischen dem zeitlichen Abstand des vorigen Buszugriffsintervall des Teilnehmers von dem diesem unmittelbar nachfolgenden Buszugriffsintervall eines anderen Teilnehmers und dem zeitlichen Abstand des vorigen Buszugriffsintervall des Teilnehmers von dem diesem unmittelbar vorausgehenden Buszugriffsintervall eines anderen Teilnehmers.Method according to one of Claims 1 or 2, characterized in that the time interval between the bus access interval to be requested and the previous bus access interval of the same subscriber is chosen as the sum of the fixed subscriber cycle time and the step size factor-weighted difference between the time interval of the previous bus access interval of the subscriber the immediately following bus access interval of another subscriber and the time interval of the previous bus access interval of the subscriber from the immediately preceding bus access interval of another subscriber. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrittweitenfaktor größer als Null und kleiner als 0,5 gewählt wird.A method according to claim 3, characterized in that the step size factor is greater than zero and less than 0.5 is selected. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Abstand des anzufordernden Buszugriffsintervalls zum vorigen Buszugriffsintervall desselben Teilnehmers gleich der Teilnehmerzykluszeit gewählt wird, wenn innerhalb eines Zeitintervalls der Länge der Teilnehmerzykluszeit seit dem vorigen Buszugriffsintervall des Teilnehmers kein anderer Teilnehmer auf den Bus zugegriffen hat.Method according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the time interval of the bus access interval to be requested for the previous bus access interval of the same subscriber is selected equal to the subscriber cycle time if no other subscriber onto the bus within a time interval of the length of the subscriber cycle time since the previous bus access interval of the subscriber has accessed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Abstand des anzufordernden Buszugriffsintervalls zum vorigen Buszugriffsintervall desselben Teilnehmers größer als die Teilnehmerzykluszeit gewählt wird, wenn innerhalb eines Zeitintervalls der Länge der Teilnehmerzykluszeit seit dem vorigen Buszugriffsintervall des Teilnehmers kein anderer Teilnehmer auf den Bus zugegriffen hat.Method according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the time interval of the bus access interval to be requested for the previous bus access interval of the same subscriber is chosen to be greater than the subscriber cycle time, if within a time interval of the length of the subscriber cycle time since the previous bus access interval of the subscriber, no other subscriber to the Bus has accessed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen Teilnehmer des Datenbusses vorerst keine Nachricht gesendet wird, wenn innerhalb eines Zeitintervalls der Länge der Teilnehmerzykluszeit seit dem vorigen Buszugriffsintervall des Teilnehmers kein anderer Teilnehmer auf den Bus zugegriffen hat.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that for the time being no message is sent by a subscriber of the data bus, if within a time interval of the length of the subscriber cycle time since the previous bus access interval of the subscriber no other subscriber has accessed the bus. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen Teilnehmer des Datenbusses in dem Fall, dass innerhalb eines Zeitintervalls der Länge der Teilnehmerzykluszeit seit dem vorigen Buszugriffsintervall des Teilnehmers kein anderer Teilnehmer auf den Bus zugegriffen hat, das Ausbleiben der Buszugriffe anderer Teilnehmer an einen anderen Teilnehmer oder an eine zentrale Kontrolleinheit mitgeteilt und/oder mittels einer dazu geeigneten Anzeigeeinheit angezeigt wird.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that in the case that within a time interval of the length of the subscriber cycle time since the last bus access interval of the subscriber no other subscriber has accessed the bus by a subscriber of the data bus, the absence of bus accesses other Subscriber to another subscriber or to a central control unit communicated and / or displayed by means of a suitable display unit.
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