DE102009046062B3

DE102009046062B3 - Vorrichtung und Verfahren zur Übertragung von Daten über Netzwerk-Knoten eines Netzwerkes

Info

Publication number: DE102009046062B3
Application number: DE102009046062A
Authority: DE
Inventors: Sven-Olaf Berkhahn; Martin Wagner; Christoph Heller; Stefan Schneele
Original assignee: Airbus Operations GmbH; EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH; Airbus Operations GmbH
Priority date: 2009-10-27
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2011-04-14
Anticipated expiration: 2029-10-28
Also published as: US20120278656A1; US9071455B2; WO2011051274A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Übertragen von Daten über Netzwerk-Knoten eines bestimmten Netzwerkes. Die Vorrichtung hat zumindest zwei Netzwerk-Knoten, einen Bus mit einer Sendeleitung und einer Empfangsleitung zum Koppeln der Netzwerk-Knoten. Der jeweilige Netzwerk-Knoten hat eine Fehlerschutzschaltung zur Überbrückung des Netzwerk-Knotens im Fehlerfall, welche dazu geeignet ist, die Sendeleitung und die Empfangsleitung zu verpolen, ein Detektionsmittel zur Detektion einer Verpolung der Sendeleitung und der Empfangsleitung durch den jeweiligen vorgeordneten Netzwerk-Knoten, und ein Fehlerlokalisationsmittel zur Lokalisation eines Fehlers des vorgeordneten Netzwerk-Knotens bei detektierter Verpolung der Sendeleitung und der Empfangsleitung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Übertragung von Daten über Netzwerk-Knoten eines bestimmten Netzwerkes.
Obwohl auf beliebige Bereiche anwendbar, wird die vorliegende Erfindung in Bezug zu einem Flugzeug oder zu einem Passagierflugzeug näher erläutert.
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.
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.
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.
Dazu zeigt 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Beispiels einer Vorrichtung 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 durchgeschleust. 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.
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 a-priori 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.
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.
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.
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.
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.
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 herkömmliche Verkettungs-Anordnung erfüllt jedoch nicht die Anforderungen an die Zuverlässigkeit, welche für eine sicherheitsrelevante Anwendung im Flugzeug gefordert ist. Der Grund hierfür liegt insbesondere darin, dass der Ausfall eines Netzwerk-Knotens zu einem Ausfall aller hinter diesem Netzwerk-Knoten angeordneten Netzwerk-Knoten führt.
Eine Fehlerlokalisation ist nur dadurch möglich, dass ein Techniker alle Netzwerk-Knoten nacheinander überprüft. Beispielsweise muss der Techniker an jedem Netzwerk-Knoten überprüfen, ob die Spannungsversorgung aktiviert ist.
Die Druckschrift DE 10 2009 001 081 B3 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Übertragen von Daten und Energie über Netzwerkknoten eines bestimmten Netzwerks. Die Vorrichtung hat zumindest zwei Einrichtungen, einen Bus mit einer Sendeleitung und einer Empfangsleitung, welche die Einrichtungen koppelt, und eine mit dem Bus gekoppelte Bus-Steuervorrichtung, welche ein erstes Mittel, welches dazu eingerichtet ist, eine Übertragung von gemäß den bestimmten Netzwerk definierten Daten als Daten-Spannungssignale über die Sendeleitung und über die Empfangsleitung zu steuern, ein zweites Mittel, welches dazu eingerichtet ist, die Daten-Spannungssignale auf der Sendeleitung mit zur Spannungsversorgung der Einrichtungen eines ersten Flugzeugsystems geeigneten ersten Versorgungs-Spannungssignalen zu beaufschlagen, und ein drittes Mittel aufweist, welches dazu eingerichtet ist, die Daten-Spannungssignale auf der Spannungsleitung mit zur Spannungsversorgung der Einrichtungen eines zweiten Flugzeugsystems geeigneten zweiten Versorgungs-Spannungssignalen zu beaufschlagen.
Die WO 2009 003 518 A1 beschreibt ein Kommunikationssystem und ein Verfahren zum Steuern eines Kommunikationssystems für ein Kommunizieren von Audiodaten zwischen einer Vielzahl von Geräten.
Druckschrift DE 10 2006 004 191 A1 beschreibt ein Kommunikationssystem mit Systemteilnehmern und einem diese verbindenden Bus zum Austausch von Daten zwischen den Systemteilnehmern, wobei eine Zentraleinheit zur Konfiguration der Kommunikation zwischen den Teilnehmern vorgesehen ist und wobei die System-Teilnehmer mit einem Kontrollbus und mit einem Datenbus mit der Zentraleinheit in Verbindung stehen, wobei die Zentraleinheit in der Kontrollbus-Verbindung der einzige Transmitter und in der Daten-Verbindung der einzige Empfänger ist und wobei der Bus-Zugriff durch die Teilnehmer mittels der Zentral-Einheit gesteuert wird, sodass die Übertragung von Daten von einem Teilnehmer aus über den Datenbus zur Zentral-Einheit und von dort zu dem empfangenden System Teilnehmer erfolgt.
Demnach ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fehlerlokalisation bei der Übertragung von Daten über Netzwerk-Knoten eines bestimmten Netzwerkes eines Flugzeuges bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Übertragung von Daten über Netzwerk-Knoten eines bestimmten Netzwerkes mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren zur Übertragung von Daten über Netzwerk-Knoten eines bestimmten Netzwerkes mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 gelöst.
Demgemäß wird eine Vorrichtung zur Übertragung von Daten über Netzwerk-Knoten eines bestimmten Netzwerkes eines Flugzeuges vorgeschlagen, welche zumindest zwei Netzwerk-Knoten und einen Bus mit einer Sendeleitung und einer Empfangsleitung zum Koppeln der Netzwerk-Knoten. Der jeweilige Netzwerk-Knoten hat eine Fehlerschutzschaltung zur Überbrückung des Netzwerk-Knotens im Fehlerfall, welche dazu geeignet ist, die Sendeleitung und die Empfangsleitung zu verpolen, ein Detektionsmittel zur Detektion einer Verpolung der Sendeleitung und der Empfangsleitung durch den jeweiligen vorgeordneten Netzwerk-Knoten, und ein Fehlerlokalisationsmittel zur Lokalisation eines Fehlers des vorgeordneten Netzwerk-Knotens bei detektierter Verpolung der Sendeleitung und der Empfangsleitung.
Das jeweilige Mittel, das Detektionsmittel, das Fehlerlokalisationsmittel und alle im Weiteren vorgestellten Mittel, kann hardwaretechnisch oder auch hardware- und softwaretechnisch implementiert sein. Bei einer hardwaretechnischen Implementierung kann das jeweilige Mittel als Vorrichtung, zum Bespiel als Computer oder Microprozessor, Einrichtung oder auch als Teil eines Systems, zum Beispiel als Computer-System, ausgebildet sein. Bei einer softwaretechnischen Implementierung kann das jeweilige Mittel als Computerprogrammprodukt, als eine Funktion, als eine Routine, als Teil eines Programmcodes oder als ausführbares Objekt ausgebildet sein.
Des Weiteren wird ein Flugzeug mit einer wie oben beschriebenen Vorrichtung zum Übertragen von Daten über Netzwerk-Knoten eines bestimmten Netzwerkes vorgeschlagen.
Ferner wird ein Verfahren zur Übertragung von Daten über Netzwerk-Knoten eines bestimmten Netzwerkes eines Flugzeuges vorgeschlagen, welches folgende Schritte hat:
Koppeln von zumindest zwei Netzwerk-Knoten mittels eines Busses mit einer Sendeleitung und einer Empfangsleitung,
Detektieren eines Fehlerfalles eines jeweiligen Netzwerk-Knotens,
Überbrücken des Netzwerk-Knotens im Fehlerfall derart, dass die Sendeleitung und die Empfangsleitung verpolt werden,
Detektieren einer Verpolung der Sendeleitung und der Empfangsleitung durch den dem überbrückten Netzwerk-Knoten nachgeordneten Netzwerk-Knoten, und
Lokalisieren eines Fehlers bei dem überbrückten Netzwerk-Knoten bei detektierter Verpolung der Sendeleitung und der Empfangsleitung.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass eine einfach implementierbare und kostengünstige Möglichkeit für eine Fehlerlokalisation in einem Netzwerk eines Flugzeugs bereitgestellt ist.
Detektiert ein Netzwerk-Knoten einen Fehlerfall, beispielsweise den Ausfall der Spannungsversorgung, so wird dieser Netzwerk-Knoten automatisch mittels der Fehlerschutzschaltung zur direkten Weiterleitung der empfangenen Daten an den nachgeordneten Netzwerk-Knoten überbrückt. Weiter werden die Sendeleitung und die Empfangsleitung des Busses mittels dieser Fehlerschutzschaltung verpolt, d. h. über Kreuz verbunden. Diese Verpolung kann der dem überbrückten Netzwerk-Knoten nachgeordnete Netzwerk-Knoten mittels des Detektionsmittels detektieren. Beispielsweise hat dazu das Detektionsmittel einen Auto MDI-X Algorithmus.
Bei einer solchen Detektion einer Verpolung stellt das Fehlerlokalisationsmittel des nachgeordneten Netzwerk-Knotens fest, dass der vorgeordnete Netzwerk-Knoten einen Fehler oder Fehlerfall hat. Damit ist ein Fehler bei diesem vorgeordneten Netzwerk-Knoten lokalisiert.
Des Weiteren ist das Detektionsmittel dazu eingerichtet, die Verpolung oder Verschaltung der Sendeleitung und der Empfangsleitung intern wieder zu korrigieren.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist eine Bus-Steuervorrichtung vorgesehen ist. Die Bus-Steuervorrichtung hat zumindest ein erstes Mittel, welches dazu eingerichtet ist, eine Übertragung von gemäß dem bestimmten Netzwerk definierten Daten als Daten-Spannungssignale über die Sendeleitung und über die Empfangsleitung zu steuern.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die Bus-Steuervorrichtung und die Netzwerk-Knoten mittels des Busses in einer Verkettungs-Anordnung (Daisy Chain) 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 durch den jeweiligen Netzwerk-Knoten durchgeschleift sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung hat der jeweilige Netzwerk-Knoten eine Switch-Einrichtung zur Weiterleitung von empfangenen Daten an den nachgeordneten Netzwerk-Knoten, wobei die Fehlerschutzschaltung dazu eingerichtet ist, die Switch-Einrichtung im Fehlerfall zu überbrücken und die Sendeleitung und die Empfangsleitung zu verpolen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung hat der jeweilige Netzwerk-Knoten ein Fehlerdetektionsmittel, welches dazu eingerichtet ist, den Fehlerfall im Betrieb des Netzwerk-Knotens zu detektieren.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung steuert das Fehlerdetektionsmittel die Fehlerschutzschaltung mittels eines ersten Steuersignals an, wobei das Fehlerdetektionsmittel das erste Steuersignal im fehlerlosen Fall aktiv schaltet und das erste Steuersignal bei Detektion des Fehlerfalls oder bei Ausfall der Spannungsversorgung inaktiv schaltet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung überbrückt die Fehlerschutzschaltung die Switch-Einrichtung bei einem inaktiven ersten Steuersignal zur direkten Weiterleitung der empfangenen Daten an den nachgeordneten Netzwerk-Knoten. In einem solchen Fall verpolt die Fehlerschutzschaltung die Sendeleitung und die Empfangsleitung.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst die Switch-Einrichtung das Detektionsmittel. Vorzugsweise hat das Detektionsmittel einen Auto MDI-X Algorithmus zur Detektion einer Verpolung der Sendeleitung und der Empfangsleitung. ”MDI” steht für ”Media Dependent Interface”. Die Auto MDI-X Technologie ist beispielsweise in der Druckschrift US 6,175,865 beschrieben.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist zumindest ein Erkennungsmittel zur Erkennung der Topologie des Netzwerkes in der Bus-Steuervorrichtung oder zumindest einem der Netzwerk-Knoten vorgesehen.
Durch eine aktive Unterbrechung der Datenübertragung im Netzwerk, d. h. in jedem einzelnen Netzwerk-Knoten, kann eine Topologieerkennung und automatische Adressierung der Netzwerk-Knoten wie folgt erfolgen.
Wenn die Netzwerk-Knoten in einem speziellen Wartungs-Modus zur Topologieerkennung gestartet werden, dann ist im jeweiligen Netzwerk-Knoten, insbesondere im Ethernet-Switch, die Kommunikation zu den nachfolgenden Netzwerk-Knoten zunächst unterbrochen. Die Bus-Steuervorrichtung vergibt dann eine Adresse an den zuerst erreichbaren Netzwerk-Knoten. Nachdem der zuerst erreichte Netzwerk-Knoten den Empfang der Adresse der Bus-Steuervorrichtung bestätigt hat, wird im Ethernet-Switch des Netzwerk-Knotens die Kommunikation zu dem nächsten benachbarten Netzwerk-Knoten freigeschaltet. Dann bezieht der nächste Netzwerk-Knoten automatisch eine Adresse durch die Bus-Steuervorrichtung und schaltet daraufhin den Datenverkehr im Ethernet-Switch frei. Dies erfolgt analog für alle weiteren Netzwerk-Knoten des Netzwerkes.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das Erkennungsmittel dazu eingerichtet, bei einem Wartungs-Modus zur Adressierung der Netzwerk-Knoten durch die Bus-Steuervorrichtung die Anzahl der tatsächlich adressierten Netzwerk-Knoten zu zählen und mit einem Sollwert zu vergleichen. Entspricht die gezählte Anzahl der tatsächlich adressierten Netzwerk-Knoten nicht dem Sollwert, so sind zu wenige Netzwerk-Knoten adressiert und damit aktiv. Folglich ist ein Fehler detektiert, der erfindungsgemäß lokalisiert werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung hat die Bus-Steuervorrichtung ein zweites Mittel, welches dazu eingerichtet ist, die Daten-Spannungssignale zumindest auf der Sendeleitung oder auf der Empfangsleitung mit zur Spannungsversorgung zumindest eines Netzwerk-Knotens geeigneten Versorgungs-Spannungssignalen zu beaufschlagen.
Vorzugsweise prägt das zweite Mittel die Versorgungs-Spannungssignale auf die Sendeleitung und auf die Empfangsleitung auf.
Dabei wird das zweite Mittel der Bus-Steuervorrichtung vorzugsweise aus der Not-Spannungsversorgung des Flugzeuges gespeist, so dass auch bei Ausfall der normalen Spannungsversorgung oder Bord-Spannungsversorgung im Flugzeug die Not-Spannung der Not-Spannungsversorgung dem zweiten Mittel zur Verfügung steht und damit auch die Versorgungs-Spannungssignale bei Ausfall der Bord-Spannungsversorgung bereitgestellt werden können. Über die Not-Spannungsversorgung werden alle sicherheitsrelevanten Systeme und Geräte im Flugzeug versorgt. Die Versorgungs-Spannungssignale werden dabei auf die Daten-Spannungssignale beaufschlagt und über den Bus übertragen.
In dem jeweiligen Netzwerk-Knoten können die Versorgungs-Spannungssignale und die Daten-Spannungssignale durch geeignete Einrichtungen oder Auskoppeleinrichtungen getrennt werden. Dann kann das über den Bus bereitgestellte Versorgungs-Spannungssignal an die wesentlichen Komponenten im Netzwerk-Knoten, beispielsweise einer Verstärkungseinrichtung oder einer Auswahl der gekoppelten Endgeräte, weitergeleitet werden, die insbesondere für die Datenübertragung und Funktionalität des Datenbusses erforderlich sind. Fällt demnach das normale Flugzeug-Spannungsnetzwerk oder Bord-Netzwerk aus oder versagt das jeweilige Spannungsnetzteil des Netzwerk-Knotens, dann werden die wesentlichen Komponenten des Netzwerk-Knotens weiterhin durch die redundante Spannungsversorgung der Versorgungs-Spannungssignale versorgt und können somit weiterhin Daten, insbesondere sicherheitskritische Daten, übertragen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung überlagert das zweite Mittel die von dem ersten Mittel bereitgestellten Daten-Spannungssignale den Versorgungs-Spannungssignalen zur Ausbildung modulierter Spannungssignale und koppelt die modulierten Spannungssignale zumindest in die Sendeleitung ein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung hat der jeweilige Netzwerk-Knoten eine Auskoppeleinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, die Versorgungs-Spannungssignale aus den über den Bus übertragenen modulierten Spannungssignalen auszukoppeln.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung hat der jeweilige Netzwerk-Knoten eine Einkoppeleinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, die von der Auskoppeleinrichtung ausgekoppelten Versorgungs-Spannungssignale zur Übertragung an den jeweiligen nachgeschalteten Netzwerk-Knoten in den Bus einzukoppeln.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das zweite Mittel der Bus-Steuervorrichtung zur Energieversorgung mit einer Not-Energieversorgung des Flugzeuges gekoppelt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das erste Mittel dazu eingerichtet, eine Übertragung von gemäß dem bestimmten Netzwerk definierten ersten Rahmen mit sicherheitsrelevanten Daten und zweiten Rahmen mit nicht-sicherheitsrelevanten Audio-Daten in einer vorbestimmten Abfolge als die Daten-Spannungssignale über den Bus zu steuern, dabei einen jeweiligen zeitlichen 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 einzustellen und eine Übertragung zumindest eines jeweiligen zweiten Rahmens über die Sendeleitung und über die Empfangsleitung innerhalb des jeweiligen zeitlichen Abstandes zu steuern.
Ein Vorteil dieser Weiterbildung 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 durch den Einsatz eines Zeitschlitzverfahrens sichergestellt.
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.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung haben die Netzwerk-Knoten jeweilige Verstärkungseinrichtungen zur Verstärkung der Signale auf der Sendeleitung und der Empfangsleitung, wobei das zweite Mittel Versorgungsspannungssignale derart ausbildet, dass diese zur Spannungsversorgung der Verstärkungseinrichtungen der Netzwerk-Knoten geeignet sind.
Das Netzwerk ist vorzugsweise als ein Ethernet-Netzwerk, insbesondere als 100 MBit/s Ethernet-Netzwerk ausgebildet. Die Netzwerk-Knoten sind an die herkömmliche Bord-Spannungsversorgung des Flugzeuges mittels Stecker und Kabel gekoppelt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert.
Von den Figuren zeigen:
1 ein schematisches Blockschaltbild eines ersten Beispiels einer Vorrichtung zum Übertragen von Daten über Netzwerk-Knoten eines bestimmten Netzwerkes;
2 ein schematisches Blockschaltbild eines zweiten Beispiels einer Vorrichtung zum Übertragen von Daten über Netzwerk-Knoten eines bestimmten Netzwerkes;
3 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Übertragen von Daten über Netzwerk-Knoten eines bestimmten Netzwerkes gemäß der Erfindung; und
4 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Übertragen von Daten über Netzwerk-Knoten eines bestimmten Netzwerkes gemäß der Erfindung.
In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
In 2 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Beispiels einer Vorrichtung 1 zum Übertragen von Daten über Netzwerk-Knoten 2–4 zur Illustrierung der erfindungsgemäßen Umgebung dargestellt.
Die Netzwerk-Knoten 2–4 sind mit einer jeweiligen Anzahl von Endgeräten 5–10 gekoppelt. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit sind 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 Netzwerk-Knoten 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. Die Bus-Steuervorrichtung 14 ist insbesondere in der zentralen Steuervorrichtung des Flugzeuges integriert. Weiter ist die Bus-Steuervorrichtung 14 insbesondere in der zentralen Steuervorrichtung des Flugzeuges integriert.
3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 1 zum Übertragen von Daten über Netzwerk-Knoten 2, 3 eines bestimmten Netzwerkes.
Die Vorrichtung 1 ist beispielsweise als Netzwerk ausgebildet und hat eine Anzahl von Netzwerk-Knoten 2, 3 sowie eine Bus-Steuervorrichtung 14. Die in 3 gezeigte Anzahl der Netzwerk-Knoten 2, 3 ist rein beispielhaft.
Die Netzwerk-Knoten 2, 3 und die Bus-Steuervorrichtung 14 sind mittels eines Busses 11 gekoppelt. Der Bus 11 weist eine Sendeleitung 12 zum Senden von Daten und eine Empfangsleitung 13 zum Empfangen von Daten auf.
Der jeweilige Netzwerk-Knoten 2, 3 hat zumindest eine Fehlerschutzschaltung 21, 31, ein Detektionsmittel 22, 32 und ein Fehlerlokalisationsmittel 23, 33.
Im Weiteren wird die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung an dem Beispiel erläutert, dass der Netzwerk-Knoten 2 einen Fehler oder Fehlerfall hat und der Netzwerk-Knoten 3 diesen detektiert und lokalisiert.
Zur Detektion eines solchen Fehlers hat der jeweilige Netzwerk-Knoten ein Fehlerdetektionsmittel 24, 34. In oben beschriebenem Beispiel wird dann das Fehlerdetektionsmittel 24 des Knotens 2 den Fehler oder Fehlerfall im Betrieb des Netzwerk-Knotens 2 detektieren. Bei Detektion eines solchen Fehlerfalls schaltet das Fehlerdetektionsmittel 24 ein erstes Steuersignal S1 zur Ansteuerung der Fehlerschutzschaltung 21 inaktiv.
Bei Anliegen eines inaktiven ersten Steuersignals S1 überbrückt die Fehlerschutzschaltung 21 den Netzwerk-Knoten 2. Dazu wird eine Schalteinrichtung 211 eingesetzt. Weiter verpolt die Fehlerschutzschaltung 21 die Sendeleitung 12 und die Empfangsleitung 13.
Diese Verpolung der Sendeleitung 12 und der Empfangsleitung 13 wird von dem Detektionsmittel 32 des nachgeordneten Knotens 3 detektiert. Dabei steuert das Detektionsmittel 32 das Fehlerlokalisationsmittel 33 mittels eines zweiten Steuersignals S2 an. Als Folge dieser Detektion der Verpolung der Sendeleitung 12 und der Empfangsleitung 13 lokalisiert das Fehlerlokalisationsmittel 33 des Netzwerk-Knotens 3 einen Fehler des vorgeordneten n – 1 überbrückten Netzwerk-Knotens 2. Ferner hat die Bus-Steuervorrichtung 14 ein erstes Mittel 141, ein zweites Mittel 142 und ein Erkennungsmittel 143. Vorzugsweise sind diese Mittel 141–143 Teil eines Mikroprozessors 140.
Dabei ist das erste Mittel 141 dazu eingerichtet, eine Übertragung von gemäß dem bestimmten Netzwerk definierten Daten als Datenspannungssignale über die Sendeleitung 12 und über die Empfangsleitung 13 zu steuern.
Der Bus 11 koppelt die Bus-Steuervorrichtung 14 und die Netzwerk-Knoten 2, 3 in einer Verkettungsanordnung (Daisy Chain). Die Netzwerk-Knoten 2, 3 sind mittels der Sendeleitung 12 und mittels der Empfangsleitung 13 mit der Bus-Steuervorrichtung 14 gekoppelt. Dabei sind die Sendeleitung 12 und die Empfangsleitung 13 durch den jeweiligen Netzwerk-Knoten 2, 3 durchgeschleift.
Wie oben bereits ausgeführt hat der jeweilige Netzwerk-Knoten 2, 3 eine Switch-Einrichtung 26, 36 zur Weiterleitung von empfangenen Daten an den nachgeordneten Netzwerk-Knoten. Die Fehlerschutzschaltung 21, 31 ist dann dazu eingerichtet, die jeweilige Switch-Einrichtung 26, 36 im Fehlerfall zu überbrücken.
Des Weiteren weist die Vorrichtung 1 vorzugsweise ein Erkennungsmittel 25, 35, 143 zur Erkennung der Topologie des Netzwerkes auf. Beispielsweise hat die Bus-Steuervorrichtung 14 ein Erkennungsmittel 143, der Netzwerk-Knoten 2 hat eine Erkennungsmittel 25 und der Netzwerk-Knoten 3 hat ein Erkennungsmittel 35.
Das jeweilige Erkennungsmittel 25, 35, 143 ist dazu eingerichtet, bei einem Wartungs-Modus zur Adressierung der Netzwerk-Knoten 2, 3 durch die Bus-Steuervorrichtung 14 die Anzahl der tatsächlich adressierten Netzwerk-Knoten 2, 3 zu zählen und mit einem Sollwert zu vergleichen.
In 4 ist ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Übertragen von Daten über Netzwerk-Knoten 2, 3 eines Netzwerkes dargestellt.
Das Ausführungsbeispiel des Verfahrens der 4 hat die Verfahrensschritte 401–405 und wird mit Bezug zu 3 beschrieben.
Verfahrensschritt 401
Zumindest zwei Netzwerk-Knoten 2, 3 eines Netzwerkes werden mittels eines Busses 11 gekoppelt. Der Bus 11 hat eine Sendeleitung 12 und eine Empfangsleitung 13, welche durch die jeweiligen Netzwerk-Knoten 2, 3 durchgeschleift werden.
Verfahrensschritt 402
Bei Auftreten eines Fehlers in einem der Netzwerk-Knoten 2, 3 wird dieser Fehler oder Fehlerfall detektiert.
Verfahrensschritt 403
Der Netzwerk-Knoten 2, 3, bei dem der Fehlerfall detektiert wurde, wird derart überbrückt, dass die Sendeleitung 12 und die Empfangsleitung 13 verpolt werden.
Verfahrensschritt 404
Die Verpolung der Sendeleitung 12 und der Empfangsleitung 13 wird durch den dem überbrückten Netzwerk-Knoten 2 nachgeordneten Netzwerk-Knoten 3 detektiert.
Verfahrensschritt 405
Durch die Detektion der Verpolung der Sendeleitung 12 und der Empfangsleitung 13 wird durch den nachgeordneten Netzwerk-Knoten 3 ein Fehler bei dem überbrückten Netzwerk-Knoten 2 detektiert und lokalisiert.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorliegend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2–4: Netzwerk-Knoten
5–10: Endgerät
11: Bus
12: Sendeleitung
13: Empfangsleitung
14: Bus-Steuervorrichtung
15–20: Verstärkungseinrichtung
21, 31: Fehlerschutzschaltung
22, 32: Detektionsmittel
23, 33: Fehlerlokalisationsmittel
24, 34: Fehlerdetektionsmittel
25, 35: Erkennungsmittel
26, 36: Switch-Einrichtung
27, 37: Spannungsversorungs-Einrichtung
141: erstes Mittel
142: zweites Mittel
211, 311: Schalt-Einrichtung
143: Erkennungsmittel
28, 38, 140: Microcontroller

Claims

Vorrichtung (1) zur Übertragung von Daten über Netzwerk-Knoten (2, 3) eines bestimmten Netzwerkes eines Flugzeuges, mit: zumindest zwei Netzwerk-Knoten (2, 3), einem Bus (11) mit einer Sendeleitung (12) und einer Empfangsleitung (13), welche die Netzwerk-Knoten (2, 3) koppeln, wobei der jeweilige Netzwerk-Knoten (2, 3) aufweist: eine Fehlerschutzschaltung (21, 31) zur Überbrückung des Netzwerk-Knotens (2, 3) im Fehlerfall, welche dazu geeignet ist, die Sendeleitung (12) und die Empfangsleitung (13) zu verpolen, ein Detektionsmittel (22, 32) zur Detektion einer Verpolung der Sendeleitung (12) und der Empfangsleitung (13) durch den jeweiligen vorgeordneten Netzwerk-Knotens (2), und ein Fehlerlokalisationsmittel (23, 33) zur Lokalisation eines Fehlers des vorgeordneten Netzwerk-Knoten (2) bei detektierter Verpolung der Sendeleitung (12) und der Empfangsleitung (13).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bus-Steuervorrichtung (14) vorgesehen ist, welche zumindest ein erstes Mittel (141) aufweist, welches dazu eingerichtet ist, eine Übertragung von gemäß dem bestimmten Netzwerk definierten Daten als Daten-Spannungssignale über die Sendeleitung (12) und über die Empfangsleitung (13) zu steuern.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bus-Steuervorrichtung (14) und die Netzwerk-Knoten (2, 3) mittels des Busses (11) in einer Verkettungs-Anordnung gekoppelt sind, wobei die Netzwerk-Knoten (2, 3) mittels der Sendeleitung (12) des Busses (11) und mittels der Empfangsleitung (13) des Busses (11) mit der Bus-Steuervorrichtung (14) gekoppelt sind, wobei die Sendeleitung (12) und die Empfangsleitung (13) durch den jeweiligen Netzwerk-Knoten (2, 3) durchgeschleift sind.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Netzwerk-Knoten (2, 3) eine Switch-Einrichtung (26, 36) zur Weiterleitung von empfangenen Daten an den nachgeordneten Netzwerk-Knoten (2, 3) aufweist, wobei die Fehlerschutzschaltung (21, 31) dazu eingerichtet ist, die Switch-Einrichtung (26, 36) im Fehlerfall zu überbrücken und die Sendeleitung (12) und die Empfangsleitung (13) zu verpolen.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche. dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Netzwerk-Knoten (2, 3) ein Fehlerdetektionsmittel (24, 34) aufweist, welches dazu eingerichtet ist, den Fehlerfall im Betrieb des Netzwerk-Knotens (2, 3) zu detektieren.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fehlerdetektionsmittel (24, 34) die Fehlerschutzschaltung (21, 31) mittels eines ersten Steuersignals (S1) ansteuert, wobei das Fehlerdetektionsmittel (24, 34) das erste Steuersignal (S1) im fehlerlosen Fall aktiv schaltet und das erste Steuersignal (S1) bei Detektion des Fehlerfalls oder bei Ausfall der Spannungsversorgung (27, 38) inaktiv schaltet.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlerschutzschaltung (21, 31) die Switch-Einrichtung (26, 36) bei einem inaktiven ersten Steuersignal (S1) zur direkten Weiterleitung der empfangenen Daten an den nachgeordneten Netzwerk-Knoten (3) überbrückt und dabei die Sendeleitung (12) und die Empfangsleitung (13) verpolt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Switch-Einrichtung (26, 36) das Detektionsmittel (22, 32) integriert, wobei das Detektionsmittel (22, 32) einen Auto MDI-X Algorithmus zur Detektion einer Verpolung der Sendeleitung (12) und der Empfangsleitung (13) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Erkennungsmittel (25, 35) zur Erkennung der Topologie des Netzwerkes in der Bus-Steuervorrichtung (14) oder zumindest einem der Netzwerk-Knoten (2, 3) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Erkennungsmittel (25, 35) dazu eingerichtet ist, bei einem Wartungs-Modus zur Adressierung der Netzwerk-Knoten (2, 3) durch die Bus-Steuervorrichtung (14) die Anzahl der tatsächlich adressierten Netzwerk-Knoten (2, 3) zu zählen und mit einem Sollwert zu vergleichen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bus-Steuervorrichtung (14) ein zweites Mittel (142) aufweist, welches dazu eingerichtet ist, die Daten-Spannungssignale zumindest auf der Sendeleitung (12) oder auf der Empfangsleitung (13) mit zur Spannungsversorgung zumindest eines Netzwerk-Knotens (2, 3) geeigneten Versorgungs-Spannungssignalen (VS) zu beaufschlagen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Mittel (141) dazu eingerichtet ist, eine Übertragung von gemäß dem bestimmten Netzwerk (1) definierten ersten Rahmen (R1) mit sicherheitsrelevanten Daten (D1) und zweiten Rahmen (R2) mit nicht-sicherheitsrelevanten Audio-Daten (D2) in einer vorbestimmten Abfolge als die Daten-Spannungssignale über den Bus (11) zu steuern, dabei einen jeweiligen zeitlichen Abstand von zwei jeweiligen über die Sendeleitung (12) und von zwei jeweiligen über die Empfangsleitung (13) übertragenen ersten Rahmen in Abhängigkeit einer bestimmten Abtastrate der Audio-Daten durch die gekoppelten Endgeräte (2, 3) einzustellen und eine Übertragung zumindest eines jeweiligen zweiten Rahmens über die Sendeleitung und über die Empfangsleitung innerhalb des jeweiligen zeitlichen Abstandes zu steuern.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzwerk-Knoten (2, 3) jeweilige Verstärkungseinrichtungen zur Verstärkung der Signale auf der Sendeleitung (12) und der Empfangsleitung (13 aufweisen, wobei das zweite Mittel (142) die Versorgungsspannungssignale derart ausbildet, dass diese zur Spannungsversorgung der Verstärkungseinrichtungen der Netzwerk-Knoten (2, 3) geeignet sind.
Verfahren zur Übertragung von Daten über Netzwerk-Knoten (2, 3) eines bestimmten Netzwerkes eines Flugzeuges, mit den Schritten: Koppeln von zumindest zwei Netzwerk-Knoten (2, 3) mittels eines Busses (11) mit einer Sendeleitung (12) und einer Empfangsleitung (13), Detektieren eines Fehlerfalles eines jeweiligen Netzwerk-Knotens (2, 3), Überbrücken des Netzwerk-Knotens (2) im Fehlerfall derart, dass die Sendeleitung (12) und die Empfangsleitung (13) verpolt werden, Detektieren einer Verpolung der Sendeleitung (12) und der Empfangsleitung (13) durch den dem überbrückten Netzwerk-Knoten (2) nachgeordneten Netzwerk-Knoten (3), und Lokalisieren eines Fehlers bei dem überbrückten Netzwerk-Knoten (2) bei detektierter Verpolung der Sendeleitung (12) und der Empfangsleitung (13).