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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Übertragen von Daten über Netzwerk-Knoten eines bestimmten Netzwerkes.
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Obwohl auf beliebige Bereiche anwendbar, wird die vorliegende Erfindung in Bezug mit einem Flugzeug oder mit einem Passagierflugzeug näher erläutert.
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Das technische Gebiet der Erfindung betrifft die Übertragung von Daten über Netzwerk-Knoten eines bestimmten Netzwerkes in einem Flugzeug, insbesondere in einer Flugzeugkabine eines Flugzeuges.
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Für die Übertragung von Daten, insbesondere von sicherheitsrelevanten Daten, wie die sicherheitsrelevanten Steuer- und Audio-Daten, zwischen einem zentralen Steuergerät und einer Mehrzahl in der Flugzeugkabine installierter Endgeräte wird in derzeitigen bestehenden Kabinen-Management-Systemen der Anmelderin, dem so genannten Cabin Intercommunication Data System (CIDS), ein spezieller, der Anmelderin intern bekannter Datenbus, der so genannte CIDS-Datenbus, eingesetzt.
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Der derzeitige CIDS-Datenbus basiert auf der Übertragung von Ethernet-Rahmen oder Ethernet-Frames und hat eine Master- oder Bus-Steuervorrichtung, die im zentralen Steuergerät des Flugzeuges angeordnet ist, und eine Mehrzahl von Netzwerk-Knoten, so genannte Decoder-Encoder-Units (DEU), die als Client arbeiten können.
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Dazu zeigt 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines herkömmlichen Netzwerkes 1 zur Übertragung von Daten über Netzwerk-Knoten 2-4. Die Netzwerk-Knoten 2-4 sind mittels eines Busses 11 mit einer Bus-Steuervorrichtung 14 gekoppelt. Dabei weist der Bus 11 eine Sendeleitung 12 und eine Empfangsleitung 13 auf. Die Sendeleitung 12 und auch die Empfangsleitung 13 sind durch die Netzwerk-Knoten 2-4 durchgeschleift. An jeden Netzwerk-Knoten 2-4 sind ein oder mehrere Endgeräte 5-10 gekoppelt. Dabei sind in dem Ausführungsbeispiel nach 1 nicht-sicherheitsrelevante die Endgeräte 5, 6 an dem Netzwerk-Knoten 2 gekoppelt. Dabei basiert der Bus 11 oder Datenbus auf dem physikalischen 10 MBit/s Ethernet-Layer. Der Kanalzugriff auf die Sendeleitung 12 und die Empfangsleitung 13 erfolgt durch ein statisch a-priori definiertes und deterministisches Zeitschlitzverfahren, das von der Bus-Steuervorrichtung 14 gesteuert wird. In den durch das Zeitschlitzverfahren definierten Zeitschlitzen werden die Daten für die an die Netzwerk-Knoten 2-4 gekoppelten Endgeräte 5-10 mittels Rahmen oder Daten-Rahmen (Frames) übertragen.
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Neben den sicherheitsrelevanten Daten, wie beispielsweise sicherheitsrelevanten Steuerdaten, kann ein jeweiliger Rahmen auch nicht-sicherheitsrelevante Audio-Daten aufweisen, die als Broadcast an alle mit dem Bus 11 gekoppelten Netzwerk-Knoten 2-4 übertragen werden. Dabei ist der zeitliche Abstand zweier Zeitschlitze so festgelegt, dass er exakt einer Inversen der Abtastrate der Audio-Daten entspricht. Durch den Aufbau des CIDS-Datenbusses und des verwendeten statisch apriori definierten und deterministischen Zeitschlitzverfahrens werden die sicherheitsrelevanten Daten mit hoher Synchronität und zeitlich deterministisch mit minimaler Latenzzeit an alle gekoppelten Endgeräte 5-10 übertragen. Dies ist erforderlich, um Hall-Effekte und Echo-Effekte bei der Wiedergabe der Audio-Daten über die zahlreichen Lautsprecher in der Flugzeugkabine zu vermeiden. Der Datenbus oder Bus 11 ist weiter hoch zuverlässig, da der Ausfall einzelner Netzwerk-knoten 2-4 keine Auswirkung auf die Datenübertragung an die verbleibenden Netzwerk-Knoten hat, da die Datenleitungen, die Sendeleitung 12 und die Empfangsleitung 13 durch die Netzwerk-Knoten 2-4 durchgeschleift werden und nicht durch aktive Treiberbausteine durchgeführt werden. Allerdings ist es mit dem derzeitigen Datenbus nachteiligerweise nicht möglich, auch IP-Datenpakete über diesen CIDS-Datenbus zu übertragen.
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Weiter wird in der Flugzeugkabine vermehrt der AFDX (Avionics Full DupleX) -Switched-Ethernet-Datenbus für die Übertragung der sicherheitsrelevanten Daten eingesetzt. Dieser Datenbus ist in der ARINC Norm 664 spezifiziert und nutzt das IP-Protokoll für die Datenübertragung.
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Die AFDX-Netzwerktopologie besteht aus einem oder mehreren Switchen, an denen die Endgeräte angeschlossen sind. Die Datenübertragung zwischen zwei Endgeräten erfolgt dabei stets über zumindest einen dieser AFDX-Switche.
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Durch diese spezifische, auf den AFDX-Switchen basierte Netzwerktopologie kommt es bei einer Ende-zu-Ende-Übertragung zwischen zwei Endgeräten nachteiligerweise zu unterschiedlichen Latenzzeiten und zu Jitter-Effekten, da die Daten in jedem Switch zumindest kurzzeitig zwischengespeichert werden müssen. Die Dauer der Zwischenspeicherung in den jeweiligen Netzwerk-Knoten hängt maßgeblich von der Auslastung des Netzwerkes ab und ist damit a priori nicht bekannt. Die Dauer der Zwischenspeicherung ist durch eine statische, a priori definierte Konfiguration der Datenströme begrenzt, so dass keine Daten verworfen werden und ein Quasi-Determinismus gewährleistet wird.
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Wie oben bereits ausgeführt, erlaubt der derzeitige CIDS-Datenbus nachteiligerweise keine Übertragung von IP-Datenpaketen. Weiter ist der AFDX-Datenbus aufgrund der unterschiedlichen Latenzzeiten und der Jitter-Effekte bei der Datenübertragung zu den Endgeräten nicht für eine synchrone Übertragung der Audio-Daten zu allen Lautsprechern in der Kabine geeignet.
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Die Druckschrift
US 2005/0065669 A1 beschreibt ein Flugzeug-Steuersystem zum Steuern der Übertragung von Daten über einen CAN-Bus und einen AFDX-Bus. Die Druckschriften
DE 10 2007 016 917 A1 und
DE 10 2005 053 103 A1 beschreiben Systeme und Verfahren zur Übertragung von zyklischen bzw. azyklischen Daten.
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Demnach ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Übertragung von sicherheitsrelevanten Daten, wie CIDS-Datenrahmen, und nicht-sicherheitsrelevanten Daten, wie IP-Paketen, über einen gemeinsamen Datenbus in einem Flugzeug zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Übertragen von Daten über Netzwerk-Knoten eines bestimmten Netzwerkes mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Vorrichtung zum Übertragen von Daten über Netzwerk-Knoten eines bestimmten Netzwerkes mit den Merkmalen des Patentanspruchs 17 gelöst.
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Demgemäß wird ein Verfahren zum Übertragen von Daten über Netzwerk-Knoten eines bestimmten Netzwerkes vorgeschlagen, welches folgende Schritte aufweist:
- - Koppeln der Netzwerk-Knoten mit einer jeweiligen Anzahl gekoppelter Endgeräte mittels eines Busses mit einer Sendeleitung und einer Empfangsleitung in einer Verkettungs-Anordnung;
- - Bereitstellen einer ersten Anzahl von gemäß dem bestimmten Netzwerk definierten ersten Rahmen, welche jeweils sicherheitsrelevante Daten und Audio-Daten aufweisen;
- - Bereitstellen einer zweiten Anzahl von gemäß dem bestimmten Netzwerk definierten zweiten Rahmen, welche jeweils nicht-sicherheitsrelevante Daten aufweisen; und
- - Übertragen der bereitgestellten ersten Rahmen und der bereitgestellten zweiten Rahmen über den Bus in einer vorbestimmten Abfolge, wobei ein jeweiliger zeitlicher Abstand von zwei jeweiligen über die Sendeleitung und von zwei jeweiligen über die Empfangsleitung übertragenen ersten Rahmen in Abhängigkeit einer bestimmten Abtastrate der Audio-Daten durch die gekoppelten Endgeräte eingestellt ist und innerhalb des jeweiligen zeitlichen Abstandes zumindest ein jeweiliger zweiter Rahmen über die Sendeleitung und über die Empfangsleitung übertragen wird.
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Ferner wird eine Vorrichtung zum Übertragen von Daten über Netzwerk-Knoten eines bestimmten Netzwerkes vorgeschlagen, welche aufweist:
- - zumindest zwei Netzwerk-Knoten mit einer jeweiligen Anzahl gekoppelter Endgeräte;
- - einen Bus mit einer Sendeleitung und einer Empfangsleitung, welcher die Netzwerk-Knoten in einer Verkettungs-Anordnung koppelt;
- - eine mit dem Bus gekoppelten Bus-Steuervorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, gemäß dem bestimmten Netzwerk definierte erste Rahmen mit sicherheitsrelevanten Daten und Audio-Daten und zweiten Rahmen mit nicht-sicherheitsrelevanten Daten in einer vorbestimmten Abfolge über den Bus zu übertragen, wobei ein jeweiliger zeitlicher Abstand von zwei jeweiligen über die Sendeleitung und von zwei jeweiligen über die Empfangsleitung übertragenen ersten Rahmen in Abhängigkeit einer bestimmten Abtastrate der Audio-Daten durch die gekoppelten Endgeräte eingestellt ist und innerhalb des jeweiligen zeitlichen Abstandes zumindest ein jeweiliger zweiter Rahmen über die Sendeleitung und über die Empfangsleitung übertragen wird.
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Des Weiteren wird ein Flugzeug mit einer wie oben beschriebenen Vorrichtung zum Übertragen von Daten über Netzwerk-Knoten eines bestimmten Netzwerkes vorgeschlagen.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass eine gemeinsame Übertragung von sicherheitsrelevanten Daten mit fest definiertem Zeitabstand bei minimaler Latenz und bei minimalem Jitter und von nicht-sicherheitsrelevanten Daten, wie beispielsweise IP-Datenpaketen, bereitgestellt werden kann. Dabei werden die zweiten Rahmen mit den nicht-sicherheitsrelevanten IP-Datenpakete insbesondere im Best-Effort-Verfahren oder -Modus übertragen. Weiter ist die Echtzeit-Fähigkeit der Übertragung der ersten Rahmen mit den sicherheitsrelevanten Daten ist durch den Einsatz eines Zeitschlitzverfahrens sichergestellt.
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Durch die Übertragung der ersten Rahmen mit den sicherheitsrelevanten Daten und der zweiten Rahmen mit den nicht-sicherheitsrelevanten Daten über einen gemeinsamen, hybriden Datenbus entfällt die Notwendigkeit, einen zu dem herkömmlichen CIDS-Datenbus parallelen Datenbus für die Übertragung der IP-Pakete zu implementieren. Dadurch können Gewicht, Kosten und der Gesamtaufwand für das Netzwerk des Flugzeugs eingespart werden. Weiter können die Kosten für kundenspezifische Anpassungen reduziert werden, da nur ein einziges Netzwerk, und nicht wie bisher zwei Netzwerke, konfiguriert werden muss.
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Das Netzwerk ist vorzugsweise als ein Ethernet-Netzwerk, insbesondere als 100 MBit/s Ethernet-Netzwerk ausgebildet.
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In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird der jeweilige zeitliche Abstand als ein Zeitschlitz ausgebildet, welcher einer Inversen der Abtastrate des Busses durch die gekoppelten Endgeräte entspricht.
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Der erste Rahmen kann neben den sicherheitsrelevanten Daten auch Audio-Daten umfassen, die als Broadcast an alle Netzwerk-Knoten übertragen werden. In einem solchen Fall kann der jeweilige Zeitschlitz des Zeitschlitzverfahrens derart eingestellt werden, dass er einer Inversen der Abtastrate der Audio-Daten durch die Endgeräte entspricht.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst der jeweilige Zeitschlitz einen ersten Teil-Zeitschlitz zur Übertragung genau eines ersten Rahmens und einen zweiten Teil-Zeitschlitz zur Übertragung zumindest eines zweiten Rahmens.
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Die Summe aus dem ersten Teil-Zeitschlitz und dem zweiten Teil-Zeitschlitz ist kleiner als der Zeitschlitz und damit kleiner als der zeitliche Abstand von zwei jeweiligen über die Sendeleitung und von zwei jeweiligen über die Empfangsleitung übertragenen ersten Rahmen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden eine Bus-Steuervorrichtung und die Netzwerk-Knoten mittels des Busses in der Verkettungs-Anordnung gekoppelt, wobei die Netzwerk-Knoten mittels der Sendeleitung des Busses und mittels der Empfangsleitung des Busses mit der Bus-Steuervorrichtung gekoppelt sind, wobei die Sendeleitung und die Empfangsleitung insbesondere durch den jeweiligen Netzwerk-Knoten durchgeschleift werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden die jeweiligen ersten Rahmen in den jeweiligen ersten Teil-Zeitschlitz mittels eines statischen und deterministischen Zeitschlitzverfahrens über die Sendeleitung und die Empfangsleitung des Busses übertragen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden die mittels der Netzwerk-Knoten gekoppelten Endgeräte mittels des statischen und deterministischen Zeitschlitzverfahrens derart gesteuert, dass innerhalb des jeweiligen vorbestimmten Zeitschlitzes eines Zyklus mit einer bestimmten Anzahl von Zeitschlitzen genau ein bestimmtes Endgerät einen ersten Rahmen über die Sendeleitung empfangen kann und genau einen ersten Rahmen über die Empfangsleitung senden kann.
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Vorzugsweise entspricht die Anzahl der Zeitschlitze eines Zyklus der Anzahl der mit dem Bus gekoppelter Endgeräte, so dass in jedem Zyklus an jedes Endgerät genau ein erster Rahmen über die Sendeleitung übertragen werden kann und ferner das jeweilige Endgerät genau einen ersten Rahmen über die Empfangsleitung senden kann.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden die zweiten Rahmen mittels eines Best-Effort-Verfahrens übertragen werden.
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Vorteilhafterweise wird durch den Einsatz des Best-Effort-Verfahrens für die Übertragung der zweiten Rahmen die Gesamt-Datenübertragungsrate des Busses maximiert.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden die mittels des Busses gekoppelten Netzwerk-Knoten mittels des Zeitschlitzverfahrens derart gesteuert, dass innerhalb eines jeweiligen vorbestimmten Zeitschlitzes genau ein bestimmter Netzwerk-Knoten genau einen ersten Rahmen für ein gekoppeltes Endgerät und zumindest einen zweiten Rahmen über die Sendeleitung empfangen kann und genau einen ersten Rahmen eines gekoppelten Endgerätes und zumindest einen zweiten Rahmen über die Empfangsleitung senden kann.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden die ersten Rahmen und die zweiten Rahmen als Ethernet-Rahmen ausgebildet, wobei das bestimmte Netzwerk vorzugsweise als Ethernet-Netzwerk ausgebildet wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird ein jeweiliger erster Rahmen ausgebildet aus:
- - einem erstes Feld mit einer Ethernet-Präambel;
- - einem zweites Feld mit Audio-Daten, insbesondere mit Audio-Broadcast-Daten;
- - einem drittes Feld mit einer Adresse, welche zumindest das jeweilige Endgerät des jeweiligen Netzwerk-Knotens angibt;
- - einem viertes Feld mit den sicherheitsrelevanten Daten; und
- - einem fünftes Feld mit einer Ethernet-Prüfsumme.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die Adresse des dritten Feldes des ersten Rahmens als ein Adress-Tupel ausgebildet, wobei ein erstes Glied des Adress-Tupels den jeweiligen Netzwerk-Knoten adressiert und ein zweites Glied des Adress-Tupels das jeweilige Endgerät des jeweiligen Netzwerk-Knotens adressiert.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird ein jeweiliger zweiter Rahmen ausgebildet aus:
- - einem erstes Feld mit einer Ethernet-Präambel;
- - einem zweites Feld mit einer Adresse, welche zumindest einen jeweiligen Netzwerk-Knoten angibt;
- - einem drittes Feld mit einem IP-Datenpaket; und
- - einem viertes Feld mit einer Ethernet-Prüfsumme.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung überträgt die Bus-Steuervorrichtung innerhalb eines Zyklus mit der Anzahl N2 von Zeitschlitzen jeweils zumindest einen ersten Rahmen an das jeweilige, mittels des zweiten Gliedes des Adress-Tupels des vierten Feldes des ersten Rahmens adressierte Endgerät über die Sendeleitung in einem jeweiligen Zeitschlitz des Zyklus.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird derjenige Netzwerk-Knoten in dem jeweiligen Zeitschlitz des Zyklus berechtigt, nach dem Senden des jeweiligen ersten Rahmens des durch das zweite Glied des Adress-Tupels des in dem jeweiligen Zeitschlitz empfangenen ersten Rahmens adressierten Endgerätes einen oder mehrere zweite Rahmen mittels des Best-Effort-Verfahrens über die Empfangsleitung zu senden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung überträgt die Bus-Steuervorrichtung die jeweiligen zweiten Rahmen in einem Broadcast-Modus über den Bus, wobei die gekoppelten Netzwerk-Knoten jeweils die zweiten Rahmen empfangen, das IP-Paket des zweiten Rahmens extrahieren und das IP-Paket an das jeweilige, durch eine IP-Adresse des IP-Paketes adressierte Endgerät weiterleiten, falls das adressierte Endgerät mit dem jeweiligen Netzwerk-Knoten gekoppelt ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die Berechtigung des jeweiligen Netzwerk-Knotens zum Senden der zweiten Rahmen über die Empfangsleitung innerhalb des jeweiligen Zyklus mittels einer Einstellung einer Anzahl an diesen jeweiligen Netzwerk-Knoten zu übertragen den ersten Rahmen eingestellt.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert.
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Von den Figuren zeigen:
- 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer herkömmlichen Vorrichtung zum Übertragen von Daten über Netzwerk-Knoten eines bestimmten Netzwerkes;
- 2 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Übertragen von Daten über Netzwerk-Knoten eines bestimmten Netzwerkes gemäß der Erfindung;
- 3 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Übertragen von Daten über Netzwerk-Knoten eines bestimmten Netzwerkes gemäß der Erfindung;
- 4 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines ersten Rahmens gemäß der Erfindung;
- 5 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines zweiten Rahmens gemäß der Erfindung;
- 6 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Adress-Tupels des ersten Rahmens gemäß 4; und
- 7 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines zeitlichen Ablaufs der Übertragung der ersten und zweiten Rahmen über den erfindungsgemäßen Bus.
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In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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In 2 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Übertragen von Daten R1, R2 über Netzwerk-Knoten 2-4 eines bestimmten Netzwerkes 1 dargestellt.
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Die Netzwerk-Knoten 2-4 sind mit einer jeweiligen Anzahl von Endgeräten 5-10 gekoppelt. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit sind im Ausführungsbeispiel nach 2 die jeweiligen Netzwerk-Knoten 2-4 mit jeweils zwei Endgeräten 5-10 gekoppelt. Beispielsweise ist der Netzwerk-Knoten 2 mit den Endgeräten 5 und 6 gekoppelt. Der Bus 11 zur Koppelung der Netzwerk-Knoten 2-4 mit einer Bus-Steuervorrichtung 14 hat eine Sendeleitung 12 und eine Empfangsleitung 13. Der Bus 11 koppelt die Netzwerkknoten 2-4 in einer Verkettungs-Anordnung (Daisy-Chain). Die Sendeleitung 12 und die Empfangsleitung 13 sind vorzugsweise durch die Netzwerk-Knoten 2-4 durchgeschleift. Zur Verstärkung der Signale auf der Sendeleitung 12 und der Empfangsleitung 13 hat der jeweilige Netzwerk-Knoten 2-4 vorzugsweise jeweils eine Verstärkungseinrichtung 15-20.
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Die Bus-Steuervorrichtung 14 ist insbesondere in der zentralen Steuervorrichtung des Flugzeuges integriert. Weiter ist die Bus-Steuervorrichtung dazu eingerichtet, gemäß dem bestimmten Netzwerk 1, beispielsweise dem Ethernet-Netzwerk, definierte erste Rahmen R1, beispielsweise CIDS-Rahemn, mit sicherheitsrelevanten Daten D1 und zweite Rahmen R2 mit nicht-sicherheitsrelevanten Daten D2, beispielsweise IP-Datenpakete oder TCP/IP-Datenpakete, in einer vorbestimmten Abfolge über den Bus 11 zu übertragen. Die vorbestimmte Abfolge der ersten Rahmen R1 und der zweiten Rahmen R2 kann beispielsweise eine alternierende Abfolge sein.
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Der jeweilige zeitliche Abstand ZS1-ZS3 von zwei jeweiligen über die Sendeleitung 12 und von zwei jeweiligen über die Empfangsleitung 13 übertragenen ersten Rahmen R1 ist in Abhängigkeit einer bestimmten Abtastrate des Busses 11 durch die gekoppelten Endgeräte 5-10 eingestellt. Innerhalb des jeweiligen zeitlichen Abstandes ZS1-ZS3 wird zusätzlich zu einem jeweiligen ersten Rahmen R1 zumindest ein jeweiliger zweiter Rahmen R2 über die Sendeleitung 12 und über die Empfangsleitung 13 übertragen.
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Vorzugsweise sind auch die Netzwerk-Knoten 2-4 zu einer solchen Übertragung eingerichtet.
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In 3 ist ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Übertragen von Daten R1-R2 über Netzwerkknoten 2-4 eines bestimmten Netzwerkes 1, beispielsweise das Ethernet-Netzwerk, dargestellt.
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Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand des Blockschaltbildes in 3 mit Bezug auf die 2 und 4 bis 7 erläutert.
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Dabei zeigen die 4 und 5 schematische Blockschaltbilder von Ausführungsbeispielen eines ersten Rahmens R1 bzw. eines zweiten Rahmens R2 gemäß der Erfindung. Weiter zeigt 6 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Adress-Tupels AT des ersten Rahmens R1 gemäß 4.
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Des Weiteren zeigt 7 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines zeitlichen Ablaufs der Übertragung der ersten Rahmen R1 und der zweiten Rahmen R2 über den erfindungsgemäßen Bus 11.
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Das Ausführungsbeispiel nach 7 basiert dabei auf dem Ausführungsbeispiel nach 2 mit den drei Netzwerk-Knoten 2-4. Die beispielhaften Adressen der Adressfelder F3 der ersten Rahmen R1 und der Adressfelder E2 der zweiten Rahmen R2 basieren auf den Bezugszeichen 2-4 der einzelnen Netzwerk-Knoten nach 2 und der Bezugszeichen 5-10 der einzelnen gekoppelten Endgeräte 5-10 nach 2. Beispielsweise ist der erste Rahmen R1 des ersten Zeitschlitzes ZS1 für das mit dem Netzwerk-Knoten 2 gekoppelte Endgerät 5 bestimmt.
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Details hierzu werden in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren nach 3 beschrieben, welches die folgenden Verfahrensschritte S1-S4 aufweist:
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Verfahrensschritt S1:
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Mit Bezug auf 2 werden die Netzwerk-Knoten 2-4 mit einer jeweiligen Anzahl gekoppelter Endgeräte 5-10 mittels eines Busses 11 (Datenbus) in einer Verkettungs-Anordnung gekoppelt. Der Bus 11 hat eine Sendeleitung 12 und eine Empfangsleitung 13.
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Verfahrensschritt S2:
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Eine erste Anzahl von gemäß dem bestimmten Netzwerk 1 definierten ersten Rahmen R1, welche jeweils sicherheitsrelevante Daten D1, wie sicherheitsrelevante Steuerdaten, aufweisen, wird bereitgestellt. Die ersten Rahmen R1 sind beispielsweise als CIDS-Rahmen ausgebildet.
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Mit Bezug auf 4 kann der jeweilige erste Rahmen R1 mittels folgender Felder F1-F5 ausgestaltet sein:
- - ein erstes Feld F1 mit einer Ethernet-Präambel EP;
- - ein zweites Feld F2 mit Audio-Daten AD, insbesondere mit Audio-Broadcasting-Daten;
- - ein drittes Feld F3 mit einer Adresse A1, welche zumindest das jeweilige Endgerät 5-10 des jeweiligen Netzwerk-Knotens 2-4 angibt;
- - ein viertes Feld F4 mit den sicherheitsrelevanten Daten D1; und
- - ein fünftes Feld F5 mit einer Ethernet-Prüfsumme EC, wie beispielsweise einer Ethernet-CRC.
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Mit Bezug auf 6 ist die Adresse A1 des dritten Feldes F3 des ersten Rahmens R1 als ein Adress-Tupel AT ausgebildet, wobei ein erstes Glied G1 des Adress-Tupels AT den jeweiligen Netzwerk-Knoten 2-4 adressiert und ein zweites Glied G2 des Adress-Tupels AT das jeweilige Endgerät 5-10 des jeweiligen Netzwerk-Knotens 2 adressiert. Diese Art der beispielhaften Adressierung ist auch in 7 - wie oben bereits erläutert - verwendet, so dass das Feld F3 des ersten Rahmens R1 in dem Zeitschlitz ZS1 das Endgerät 5 adressiert, welches mit dem Netzwerk-Knoten 2 gekoppelt ist.
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Verfahrensschritt S3:
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Eine zweite Anzahl von gemäß dem bestimmten Netzwerk 1 definierten zweiten Rahmen R2, welche jeweils nicht-sicherheitsrelevante Daten D2, wie beispielsweise IP-Pakete IP aufweisen, wird bereitgestellt.
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Der jeweilige zweite Rahmen R2 ist vorzugsweise mit Bezug zu 5 mittels folgender Felder E1-E4 ausgebildet:
- - ein erstes Feld E1 mit einer Ethernet-Präambel EP;
- - ein zweites Feld E2 mit einer Adresse A2, welche zumindest einen jeweiligen Netzwerk-Knoten 2-4 angibt;
- - ein drittes Feld E3 mit einem IP-Datenpaket IP; und
- - ein viertes Feld E4 mit einer Ethernet-Prüfsumme EC, beispielsweise einer Ethernet-CRC.
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Verfahrensschritt S4:
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Die bereitgestellten ersten Rahmen R1 und die bereitgestellten zweiten Rahmen R2 werden über den Bus 11 in einer vorbestimmten Abfolge übertragen, wobei ein jeweiliger zeitlicher Abstand ZS1-ZS3 von zwei jeweiligen über die Sendeleitung 12 und von zwei jeweiligen über die Empfangsleitung 13 übertragenen ersten Rahmen R1 in Abhängigkeit einer bestimmten Abtastrate des Busses 11 durch die gekoppelten Endgeräte 5-10 eingestellt ist und innerhalb des jeweiligen zeitlichen Abstandes ZS1-ZS3 zumindest ein jeweiliger zweiter Rahmen R2 über die Sendeleitung 12 und über die Empfangsleitung 13 übertragen wird.
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Vorzugsweise ist der jeweilige zeitliche Abstand ZS1-ZS3 als ein Zeitschlitz ZS1-ZS3 ausgebildet, welcher einer Inversen der Abtastrate des Busses 11 durch die gekoppelten Endgerät 5-10 entspricht.
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Weiter hat der jeweilige Zeitschlitz ZS1-ZS3 einen ersten Teil-Zeitschlitz T1 (siehe 7) zur Übertragung genau eines ersten Rahmens R1 und einen zweiten Teil-Zeitschlitz T2 (siehe 7) zur Übertragung zumindest eines zweiten Rahmens R2.
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Die jeweiligen ersten Rahmen R1 werden vorzugsweise in dem jeweiligen ersten Teil-Zeitschlitz T1 mittels eines statischen und deterministischen Zeitschlitzverfahrens über die Sendeleitung 12 und die Empfangsleitung 13 des Busses 11 übertragen. Demgegenüber werden die jeweiligen zweiten Rahmen R2 in dem jeweiligen zweiten Teil-Zeitschlitz T2 vorzugsweise mittels eines Best-Effort-Verfahrens übertragen.
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Mit Bezug auf 7 kann innerhalb des jeweiligen vorbestimmten Zeitschlitzes ZS1-ZS3 des Zyklus Z mit einer bestimmten Anzahl von Zeitschlitzen ZS1-ZS3 genau ein bestimmtes Endgerät 5-10 eines ersten Rahmens R1 über die Sendeleitung 12 empfangen und genau einen ersten Rahmen R1 über die Empfangsleitung 13 senden.
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Vorzugsweise überträgt die Bus-Steuervorrichtung 14 innerhalb eines Zyklus Z mit der Anzahl N2 von Zeitschlitzen ZS1-ZS3 jeweils zumindest einen ersten Rahmen R1 an das jeweilige, mittels des zweiten Gliedes G2 des Adress-Tupels AT des vierten Feldes F4 des ersten Rahmens R1 adressierte Endgerät 5-10 über die Sendeleitung 12 in einem jeweiligen Zeitschlitz ZS1-ZS3 des Zyklus Z.
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Derjenige Netzwerk-Knoten 2-4 ist insbesondere in dem jeweiligen Zeitschlitz ZS1-ZS3 des Zyklus Z berechtigt, nach dem Senden des jeweiligen ersten Rahmens R1 des durch das zweite Glied G2 des Adress-Tupels AT des in dem jeweiligen Zeitschlitz ZS1-ZS3 empfangenen ersten Rahmens R1 adressierten Endgerätes 5-10 einen oder mehrere zweite Rahmen R2 mittels des Best-Effort-Verfahrens über die Empfangsleitung 12 zu senden.
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Ferner überträgt die Bus-Steuervorrichtung 14 die jeweiligen zweiten Rahmen R2 in einem Broadcast-Modus über den Bus 11, wobei die gekoppelten Netzwerk-Knoten 2-4 jeweils die zweiten Rahmen R2 empfangen, das IP-Paket IP des zweiten Rahmens R2 extrahieren und das IP-Paket IP an das jeweilige, durch eine IP-Adresse des IP-Paketes IP adressierte Endgerät 5-10 weiterleiten, falls das adressierte Endgerät 5-10 mit dem jeweiligen Netzwerk-Knoten 2-4 gekoppelt ist.
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Die Berechtigung des jeweiligen Netzwerk-Knotens 2-4 zum Senden der zweiten Rahmen R2 über die Empfangsleitung 13 innerhalb des jeweiligen Zyklus Z wird vorzugsweise mittels einer Einstellung einer Anzahl an diesen jeweiligen Netzwerk-Knoten 2-4 zu übertragenden ersten Rahmen R1 eingestellt.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorliegend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Netzwerk
- 2-4
- Netzwerk-Knoten
- 5-10
- Endgerät
- 11
- Bus
- 12
- Sendeleitung
- 13
- Empfangsleitung
- 14
- Bus-Steuervorrichtung
- 15-20
- Verstärkungseinrichtung
- A1
- Adresse
- A2
- Adresse
- AD
- Audio-Daten
- AT
- Adress-Tupel
- D1
- sicherheitsrelevante Daten
- D2
- nicht-sicherheitsrelevante Daten
- E1
- erstes Feld des zweiten Rahmens
- E2
- zweites Feld des zweiten Rahmens
- E3
- drittes Feld des zweiten Rahmens
- E4
- viertes Feld des zweiten Rahmens
- EP
- Ethernet-Präambel
- EC
- Ethernet-Prüfsonde
- F1
- erstes Feld des ersten Rahmens
- F2
- zweites Feld des ersten Rahmens
- F3
- drittes Feld des ersten Rahmens
- F4
- viertes Feld des ersten Rahmens
- F5
- fünftes Feld des ersten Rahmens
- G1
- erstes Glied des Adress-Tupels
- G2
- zweites Glied des Adress-Tupels
- IP
- IP-Paket
- S1-S4
- Verfahrensschritt
- T1
- erster Teil-Zeitschlitz
- T2
- zweiter Teil-Zeitschlitz
- Z
- Zyklus
- ZS1-ZS3
- Zeitschlitz
