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Stand der Technik
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Die Übertragung von Informationen über einen Kommunikationspfad, also einen Daten-Übertragungskanal beispielsweise innerhalb eines LAN (Local Area Network) oder eines im Automobil-Bereich verbreiteten CAN-Bus, ist typischerweise mit nicht exakt vorhersagbaren Verzögerungen verbunden. Dies ist auf den Datenverkehr auf einem solchen Übertragungskanal bzw. Bus zurückzuführen. Gleiches gilt auch für drahtlose Kommunikationskanäle bspw. in einem WLAN- oder Bluetooth-Netzwerk.
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In bestehenden Kommunikationsnetzwerken besteht mitunter die Notwendigkeit, die Netzwerkteilnehmer untereinander zu synchronisieren.
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Derzeit werden beispielsweise Uhrzeit-Informationen innerhalb von Fahrzeugnetzwerken über verschiedene Bussysteme, wie CAN, Flexray oder Ethernet durch Nachrichten verschickt, wobei der exakte Zeitpunkt der Gültigkeit nicht immer festgestellt werden kann. So können Nachrichten beispielsweise infolge des Datenaufkommens auf dem Bus Übertragungslatenzen bzw. Laufzeitlatenzen, kurz Latenzen, aufweisen, müssen gegebenenfalls über Gateways hinweg repliziert werden oder verzögern sich aufgrund von externen Störungen.
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Aktuelle Austauschmethoden für CAN sind z.B. SAE J1939 PGN 0xFEE6 „Time/Date“, siehe https://www.sae.org/, oder Network Time Protocol / Precision Time Protocol, siehe http://www.ietf.org/rfc/rfc5905.txt und https://www.nist.gov/el/intelligent-systems-division-73500/ieee-1588, im Ethernet.
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Diese aktuellen Lösungen berücksichtigen teilweise keine Laufzeitlatenzen bei der Nachrichtenübertragung über verschiedene Übertragungsmedien und Gateways, so dass die empfangene Botschaft der Uhrzeit keinen Rückschluss über den genauen Gültigkeitszeitpunkt gibt, wie bei SAE J1939 PGN 0xFEE6.
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Oder die Synchronisation bedingt kontinuierlichen Nachrichtenaustausch mit Latenzmessungen zu allen Teilnehmern im Netzwerk, was die für die eigentliche Nutzdatenübertragung zur Verfügung stehende Übertragungsbandbreite reduziert.
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Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche schlägt eine alternative Lösung zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren vor. Ziel ist es dabei, den genauen Gültigkeitszeitpunkt einer übermittelten Uhrzeitnachricht allen Teilnehmern im Kommunikationsnetzwerk bekannt machen, ohne dabei Latenzen im vorgenannten Sinne messen zu müssen oder die Topologie des Kommunikationsnetzwerks zu berücksichtigen.
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Der Erfindung liegt der Grundgedanke zu Grunde, den genauen Gültigkeitszeitpunkt einer Zeitinformation durch einen generierten Impuls an die Netzwerkteilnehmer über ein für diese Netzwerkteilnehmer gemeinsames Energieversorgungsnetz zu verteilen, während die eigentliche Zeitinformation davon getrennt im Rahmen einer Zeitnachricht über einen oder mehrere Datenkanäle an die Netzwerkteilnehmer verteilt wird. Die Netzwerkteilnehmer können sodann die über die Zeitnachricht erhaltene Zeitinformation dem über das Energieversorgungsnetz erhaltenen Impuls zuordnen und sich auf diese Weise auf die mit der Zeitinformation übermittelte Uhrzeit oder Netzwerkuhrzeit, deren Gültigkeitszeitpunkt dem zeitlichen Eingang des Impulses entspricht, synchronisieren.
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Erfindungsgemäß wird dazu ein Verfahren zur zeitlichen Synchronisierung von Teilnehmern in einem Kommunikationsnetzwerk vorgeschlagen,
bei dem ein als Zeitgeber fungierender erster Teilnehmer und mindestens ein weiterer Teilnehmer mit einem eine gemeinsame Versorgungsspannung zur Verfügung stellenden Energieversorgungsnetz verbunden sind,
bei dem der erste Teilnehmer und der mindestens eine weitere Teilnehmer über mindestens einen, von dem Energieversorgungsnetz getrennten Kommunikationspfad verbunden sind,
bei dem von dem ersten Teilnehmer ein Impuls auf das Energieversorgungsnetz abgegeben wird,
bei dem von dem ersten Teilnehmer eine Zeitnachricht, welche eine [sich auf den Impuls beziehende] Zeitinformation umfasst, auf den mindestens einen Kommunikationspfad abgegeben wird,
bei dem von dem mindestens einen weiteren Teilnehmer der Impuls über das Energieversorgungsnetz und die Zeitnachricht über den mindestens einen Kommunikationspfad empfangen wird und
bei dem der mindestens eine weitere Teilnehmer durch Zuordnen der Zeitinformation zu dem Impuls mit dem ersten Teilnehmer oder auf den mit dem Impuls markierten Zeitpunkt synchronisiert wird.
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Der besondere Vorteil der vorliegenden Erfindung ergibt sich dabei aus der Entkopplung der Übertragung der Zeitinformation von der Übertragung des Gültigkeitszeitzeitpunkt der Zeitinformation innerhalb des Kommunikationsnetzwerks. Die Erfindung ermöglicht es somit, den genauen Gültigkeitszeitpunkt einer übermittelten Zeitinformation allen Teilnehmern im Kommunikationsnetzwerk bekannt zu machen, ohne dabei Latenzen im vorgenannten Sinne messen zu müssen oder die Topologie des Kommunikationsnetzwerks zu berücksichtigen.
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Der Gültigkeitszeitpunkt wird über die Spannungsversorgung als Impuls übertragen. Sofern die Energieversorgung nicht anderweit für eine Datenübertragung genutzt wird, wovon hier ausgegangen wird, wird der Impuls mit medienabhängiger Leitgeschwindigkeit, im Falle von Kupferleitungen für die Spannungsversorgung also mit Leitgeschwindigkeit in Kupfer übertragen. Die Zeitinformation wird hingegen im Rahmen einer Zeitnachricht über einen Datenpfad, also insbesondere über einen Datenkanal im Kommunikationsnetzwerk übertragen. Die mit der Übertragung über den Datenkanal verbundenen Latenzen infolge Datenverkehr oder auch Störungen der Datenübertragung stehen dabei einer präzisen Synchronisierung der Netzwerkteilnehmer nicht entgegen, da die Übertragung des Gültigkeitszeitpunkts der Zeitnachricht infolge Übertragung über das Energieversorgungsnetz davon nicht beeinträchtigt ist. Somit sind die Gültigkeitszeitpunkte der Zeitnachrichten in den zu synchronisierenden Netzwerkteilnehmern, abgesehen von den zu vernachlässigenden Latenzen durch die Impuls-Laufzeiten durch die Energieversorgungsleitungen, exakt bekannt.
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Infolge der Entkopplung der Übertragung der Gültigkeitszeitpunkte vom Datenbus kann auch eine Synchronisation auch über verschiedene Bussysteme hinweg erfolgen. Wesentlich ist hier lediglich, dass die Netzwerkkomponenten an demselben Energieversorgungsnetz angeschlossen sind und dass die Zeitnachrichten über irgendeine Kommunikationsverbindung empfangen werden können.
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Die Erzeugung eines Impulses statt einer Sinuswelle hat den voreilhaften Effekt, dass ein
Rückschwingen der Spannung der Energieversorgung, also der Versorgungsspannung bzw. im Falle eines Kraftfahrzeugs der sogenannten Bordspannung unter einen Sollwert vermieden werden wird. Dies stellt sicher, dass die im Falle von Fahrzeugnetzwerken in der Regel über eine Unterspannungserkennung verfügenden Netzwerkkomponenten trotz der Impulse zuverlässig funktionieren.
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In vorteilhafter Ausprägung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Impuls vom ersten Teilnehmer wiederholt in gleichbleibenden Zeitabständen, also eine Impulsfolge, abgegeben wird. Der Zeittakt für die Impulsfolge kann vorteilhaft beispielsweise aus den mittels eines GNSS-Empfängers empfangenen Satelliten-Ortungssignalen abgeleitet werden. Weiterhin kann vorteilhaft auch die Zeitinformation vorteilhaft aus den mittels eines GNSS-Empfängers empfangenen Satelliten-Ortungssignalen abgeleitet werden. Somit steht eine präzise, global gültige und damit ortsunabhängige Zeitangabe zur Verfügung.
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In vorteilhafter Ausprägung der Erfindung ist ergänzend oder alternativ vorgesehen, dass die Zeitnachricht vom ersten Teilnehmer bzw. Netzwerk-Zeitgeber zeitlich versetzt gegenüber dem Impuls, vorzugsweise gegenüber dem Impuls verzögert, abgegeben wird. Zudem ist es möglich, die Zeitnachricht zu einem variierenden Zeitpunkt zwischen zwei aufeinander folgenden Impulsen der Impulsfolge zu erzeugen oder auf den mindestens einen Kommunikationspfad auszugeben. Die exakte Lage innerhalb eines Impuls-Intervalls spielt infolge der Last- und Störungs-abhängig variierenden Latenzen der Datenübertragung auf dem mindestens einen Kommunikationspfad für die Funktion der Erfindung keine Rolle.
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Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein entsprechendes Kommunikationsnetzwerk, welches zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist, umfassend einen als Zeitgeber fungierenden ersten Teilnehmer und mindestens einen weiteren Teilnehmer, die mit einem eine gemeinsame Versorgungsspannung zur Verfügung stellenden Energieversorgungsnetz verbunden sind, wobei der erste Teilnehmer und der mindestens eine weitere Teilnehmer über mindestens einen, von dem Energieversorgungsnetz getrennten Kommunikationspfad verbunden sind,
wobei der erste Teilnehmer ausgebildet ist, einen Impuls auf das Energieversorgungsnetz abzugeben,
wobei der erste Teilnehmer weiter ausgebildet ist, eine Zeitnachricht, welche eine sich auf den Impuls beziehende Zeitinformation umfasst, auf den mindestens einen Kommunikationspfad abzugeben,
wobei der mindestens eine weitere Teilnehmer dazu ausgebildet ist, den Spannungsimpuls über das Energieversorgungsnetz und die Zeitnachricht über den mindestens einen Kommunikationspfad zu empfangen und sich durch Zuordnen der Zeitinformation zu dem Impuls mit dem ersten Teilnehmer oder auf den mit dem Impuls markierten Zeitpunkt zu synchronisieren.
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Weiterhin richtet sich die Erfindung auf einen Netzwerkzeitgeber, welcher zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens eingerichtet ist, bzw. welcher als erster Netzwerkteilnehmer in dem beschriebenen Kommunikationsnetzwerk eingerichtet ist, mit
einer Uhr und/oder einem Empfänger für eine extern zuführbare Uhrzeitinformation,
einem Versorgungsspannungsanschluss, eingerichtet zur Verbindung des Netzwerkzeitgebers mit einer Energieversorgungsnetz,
eine oder mehrere Kommunikationsschnittstellen, eingerichtet zur Verbindung des Netzwerkzeitgebers mit einem oder mehreren Kommunikationspfaden, wobei der Netzwerkzeitgeber eingerichtet ist,
einen Spannungsimpuls zu erzeugen,
eine Zeitnachricht umfassend eine aus der empfangenen und/oder durch die Uhr zur Verfügung gestellten Uhrzeitinformation abgeleiteten Zeitinformation zu erzeugen und
den Spannungsimpuls über den Versorgungsspannungsanschluss auf das Energieversorgungsnetz abzugeben und damit der Versorgungsspannung zu überlagern sowie die Synchronisationsnachricht auf den einen oder die mehreren Kommunikationspfade abzugeben.
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Weiterhin richtet sich die Erfindung auf eine Netzwerkkomponente, eingerichtet zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens bzw. welche als Netzwerkteilnehmer in dem beschriebenen Kommunikationsnetzwerk eingerichtet ist, mit einem zweiten Versorgungsspannungsanschluss, eingerichtet zur Verbindung mit einem Energieversorgungsnetz und
einer zweiten Kommunikationsschnittstelle, eingerichtet zur Verbindung mit einem Kommunikationspfad,
wobei die Netzwerkkomponente eingerichtet ist,
- - einen über den zweiten Versorgungsspannungsanschluss erhaltenen Impuls innerhalb der Versorgungsspannung zu detektieren,
- - aus einer über die zweite Kommunikationsschnittstelle von dem Kommunikationspfad erhaltenen Zeitnachricht eine Zeitinformation zu extrahieren und
- - dem detektierten Impuls die Zeitinformation zuzuordnen und sich damit auf eine mit der Zeitinformation bezeichnete Netzwerk-Uhrzeit zu synchronisieren.
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Die Kernüberlegungen der vorliegenden Erfindung können somit, ausgehend von einer Anwendung im Kraftfahrzeugbereich, wie folgt zusammengefasst werden.
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Alle Steuergeräte eines Fahrzeuges hängen zusammen am selben Energieversorgungsnetz, so dass der Impuls direkt und identisch von allen Netzwerkteilnehmern detektiert und ausgewertet werden kann. Hier ist eine Synchronisation potentiell bis in den Nanosekundenbereich möglich.
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Die anschließende Uhrzeitverteilung über das Kommunikationsnetzwerk ist nicht mehr zeitkritisch, da alle Teilnehmer den Zeitpunkt der Gültigkeit schon vorab kennen.
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Der Impuls ist kurz und mit einem Abstand von beispielsweise 1 Sekunde vorgesehen, so dass er keine gravierende Störausstrahlung im und über das Netzwerk hinaus verursacht. Eine direkte Uhrzeitverteilung als digitale Impulsfolge oder ähnliche Verfahren über die Energieversorgung, wie sie etwa aus Lösungen der Gebäude-Kommunikationstechnik bekannt ist könnte gravierende EMV Störungen hervorrufen. Zudem ist die vorgeschlagene Lösung auch weniger aufwändig.
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Ein einfacher Hochpassfilter seitens der Netzwerkteilnehmer bzw. der Netzwerkkomponenten kann diesen Impuls aus dem Energieversorgungsnetz filtern und digital aufbereiten.
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Die Synchronisation der Uhrzeit ist unabhängig von Netzwerktopologien und Latenzen. Das Kommunikationsnetzwerk und die Netzwerkteilnehmer werden nicht mit Latenzmessungen belastet, wie es andere bekannte Synchronisationsverfahren, wie NetworkTimeProtokoll (NTP) oder PrecisionTimeProtokoll (PTP) bedingen.
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Durch die wiederholten Impulse können sich die Netzwerkteilnehmer kontinuierlich nachsynchronisieren, vor allem auch dann, wenn die dort verfügbaren internen Uhren nicht präzise sind.
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Es können Zusatzdaten zur Zeitinformation über das Kommunikationsnetzwerk übertragen werden, die exakt zum Impulszeitpunkt gültig waren, zum Beispiel Informationen über eine aktuelle Fahrzeug-Position oder -Geschwindigkeit zum Impulszeitpunkt.
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Da die vorgeschlagene Lösung keine aufwendige Schaltung oder spezielle Prozessoren benötigt, können sich auch Steuergeräte mit geringer Rechenleistung hierüber synchronisieren.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente.
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Es zeigen
- 1 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kommunikationsnetzwerks
- 2 einen beispielhaften Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Synchronisation von Teilnehmern in einem Kommunikationsnetzwerk
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Kommunikationsnetzwerk 1 dargestellt. Bei dem Kommunikationsnetzwerk kann es sich beispielsweise um ein Kommunikationsnetzwerk in einem Fahrzeug, hier insbesondere einem Kraftfahrzeug handeln. Grundsätzlich kann die Erfindung aber auch in anderweitigen Kommunikationsnetzwerken genutzt werden. Kraftfahrzeug bezeichnet dabei ein Fahrzeug, das mittels einer Antriebsmaschine betrieben wird oder zumindest zeitweise betreibbar ist. In diesem Sinne ist ein Kraftfahrzeug ein Fahrzeug mit einem Verbrennungs- oder Elektromotor, schließt aber auch Fahrzeuge mit motorischem Hilfsantrieb, wie etwa ein E-Bike oder Pedelec mit ein.
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Das Kommunikationsnetzwerk 1 umfasst eine Mehrzahl, in einer einfachsten Ausführungsform mindestens zwei, an Netzwerkteilnehmern 11, 12, 13, 14. Einzelne dieser Netzwerkteilnehmer können beispielsweise dazu ausgebildet sein, Daten zu erfassen und an weitere Netzwerkteilnehmer zur Weiterverarbeitung zu übermitteln. Netzwerkteilnehmer in diesem Sinne können insbesondere Sensoren, im Falle eines Kraftfahrzeug-Kommunikationsnetzwerks 1 beispielsweise Sensoren zur Erfassung von Umwelt- oder Fahrzeugdaten oder von Fahrzeuginsassen sein. Einzelne dieser Netzwerkteilnehmer können beispielsweise auch dazu eingerichtet sein, Daten zu empfangen und zu verarbeiten und auf Grundlage der verarbeiteten Daten Aktionen auszuführen oder auf Grundlage der verarbeiteten Daten weitere Daten auszugeben und diese an die weiteren Daten verarbeitende Einheiten auszugeben. Netzwerkteilnehmer in diesem Sinne können insbesondere Steuergeräte sein, die auf Grundlage von erhaltenen Sensordaten Steuersignale als weitere Daten erzeugen, welche beispielsweise Warnleuchten Ansteuern oder zur Weiterverarbeitung durch weitere Netzwerkteilnehmer ausgegeben werden. Einzelne solcher dieser Netzwerkteilnehmer können dazu ausgebildet sein, verarbeitete, weitere Daten zu empfangen und auf deren Grundlage Aktionen durchzuführen. Netzwerkteilnehmer in diesem Sinne sind beispielsweise Aktoren, die die weiteren Daten erhalten und auf deren Grundlage Aktionen durchführen, wie beispielsweise Rückhaltesysteme, Triebstrang- oder Bremsensteuerung oder Steuergeräte ansteuern.
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Netzwerkteilnehmer können aber beispielsweise auch Komponenten von Fahrerinformations- und/oder Fahrerassistenzsystemen sein, wie beispielsweise ein Zentralrechner 11 eines Fahrerinformationssystems, eine Benutzerschnittstelle 12 zur Bedienung des Fahrerinformationssystems und eine Navigationseinheit 13 zur Ermittlung von Fahrrouten in Abhängigkeit eines aktuellen Fahrzeugstandorts und eines vom Benutzer eingegebenen Fahrzielwunsches. Der erste Netzwerkteilnehmer 11, ein erster weiterer Netzwerkteilnehmer 12, hier und im Folgenden auch als zweiter Netzwerkteilnehmer 12 bezeichnet, sowie ein zweiter weiterer Netzwerkteilnehmer 13, hier und im Folgenden auch als dritter Netzwerkteilnehmer 13, greifen auf einen gemeinsamen Datenpfad 16, hier einen Bus 16, wie beispielsweise einen an sich bekannten und im Kraftfahrzeug-Bereich verbreiteten CAN-Bus 16 zu, um Daten untereinander auszutauschen. Beispielsweise erzeugt die Navigationseinheit 13 in Abhängigkeit eines aktuellen Fahrzeugstandorts Zielführungsanweisungen, welche an den Zentralrechner 11 übermittelt werden, welcher die Benutzerschnittstelle 12 ansteuert, um die Zielführungshinweise an den Fahrzeugführer in Form einer Anzeige oder eines gesprochenen Fahrrichtungshinweises auszugeben.
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Weiterhin ist im vorliegenden Beispiel ein dritter weiterer Netzwerkteilnehmer 14, hier und im Folgenden als vierter Netzwerkteilnehmer 14 bezeichnet, dargestellt. Dieser ist im dargestellten Beispiel über einen zweiten Kommunikationspfad 17, der von dem ersten Kommunikationspfad unabhängig und getrennt ist, mit dem ersten Netzwerkteilnehmer 11 verbunden. Bei dem zweiten Kommunikationspfad 17 kann es sich beispielsweise über einen weiteren Datenbus, wie beispielsweise einen Ethernet-Bus, daneben aber auch über eine drahtlose Kommunikationsverbindung, wie etwa eine Bluetooth-Verbindung oder eine Verbindung über WLAN, 3G, 4G oder 5G oder eine Funkverbindung handeln. Der vierte Netzwerkteilnehmer kann beispielsweise ein Mobiltelefon 14 sein, das über Bluetooth mit dem Zentralrechner 11 des Fahrerinformationssystems verbunden ist.
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Alle genannten Netzwerkteilnehmer 11, 12, 13, 14 sind mit einem gemeinsamen Energieversorgungsnetz 15 verbunden, das von einer Energiequelle 10 gespeist wird. Zur Verbindung mit dem Energieversorgungsnetzwerk 15 weist jeder der Netzwerkteilnehmer jeweils einen Energieversorgungsanschluss 110 im Falle des ersten Netzwerkteilnehmers 11, 120 im Falle des zweiten Netzwerkteilnehmers 12, 130 im Falle des dritten Netzwerkteilnehmers und 140 im Falle des vierten Netzwerkteilnehmers 14 auf. Der Energieversorgungsanschluss wird hier und im Folgenden auch als Versorgungsspannungsanschluss bezeichnet. Im Falle eines Kraftfahrzeugs kann die Energiequelle beispielsweise durch eine Fahrzeugbatterie dargestellt sein, das Energieversorgungsnetz 15 ist in diesem Fall ein sogenanntes Fahrzeug-Bordspannungsnetz oder kurz Fahrzeug-Bordnetz. Somit liegt an allen Netzwerkteilnehmern die gleiche Versorgungsspannung an.
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Die angesprochenen Kommunikationspfade 16 und 17, im skizzierten Beispiel der Datenbus 16 und die drahtlose Kommunikationsverbindung 17 sind physikalisch und hinsichtlich der Datenübertragung von dem Energieversorgungsnetz 15 getrennt. Damit unterscheidet sich der der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufbau grundlegend beispielsweise von im Bereich der Haus-Kommunikationstechnik bekannten Lösungen zur Datenübertragung über das 230/380V-Lichtstrom netz.
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Der erste Netzwerkteilnehmer 11 des Kommunikationsnetzwerks hat die Funktion eines Zeitgebers, sodass alle weiteren Netzwerkteilnehmer 12, 13 und 14 auf Grundlage von durch den Netzwerkteilnehmer erzeugten Zeitinformationen synchronisiert werden können. Damit sind hochgenaue Uhren in den weiteren Netzwerkteilnehmern entbehrlich. Der erste Netzwerkteilnehmer 11 kann somit auch als Netzwerkzeitgeber bezeichnet werden.
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Der erste Netzwerkteilnehmer 11 in seiner Eigenschaft als Netzwerk-Zeitgeber oder kurz Zeitgeber ist dazu eingerichtet, in regelmäßigen Zeitabständen ΔT Impulse zu erzeugen. Die Zeitabstände können beispielsweise 1 s, also 1000 ms (Millisekunden) betragen. Ein geeigneter Zeitgeber zum Zur-Verfügung-Stellen eines periodisch wiederkehrenden 1000 ms-Signal kann beispielsweise ein GNSS-Empfänger, also ein Navigationssatelliten-Empfänger, mit seinem 1PPS-(Pulse per Second)-Impuls sein, der auch ein Uhrzeit-Signal zur Verfügung stellt. Der erste Netzwerkteilnehmer 11 kann in vorteilhafter Ausführung einen solchen GNSS-Empfänger umfassen. Alternativ kann der erste Netzwerkteilnehmer auch eine Uhr aufweisen, welche in regelmäßigen Zeitabständen beispielsweise mit den Uhrzeitdaten eines GNSS-Empfängers synchronisiert wird oder die für sich bereits hochpräzise funktioniert.
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Der erste Netzwerkteilnehmer 11 ist dazu ausgebildet, die Impulse als Spannungsimpulse 11, 12, 13, 14 über seinen Energieversorgungsanschluss 110 auf das Energieversorgungsnetz 15 auszugeben, so dass die Versorgungsspannung U des Energieversorgungsnetzes 15 durch die Impulse bzw. die Impuls-Folge überlagert wird. Der Verlauf der von der Impuls-Folge 11, 12, 13, 14 überlagerten Versorgungsspannung U ist beispielhaft für einen Zeitabschnitt von circa 4,5 s in 2 dargestellt. Die Spannungsimpulse 11, 12, 13 und 14 werden über das Energieversorgungsnetz 15 mit hoher Geschwindigkeit, nämlich mit Leitgeschwindigkeit in Kupfer, sofern dieses als Leitungsmaterial für das Energieversorgungsnetz 15 gewählt ist, und damit in Relation zu den Zeitabständen ΔT praktisch verzögerungsfrei an die Energieversorgungsanschlüsse 120, 130 und 140 der weiteren Netzwerkteilnehmer 12, 13 und 14 weitergeleitet.
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Der erste Netzwerkteilnehmer 11 ist weiterhin dazu ausgebildet, Zeitnachrichten zu erzeugen und über eine erste Kommunikationsschnittstelle 111 auf den ersten Kommunikationspfad 16, im Beispiel also beispielsweise den CAN-Bus auszugeben. Dabei ist vorgesehen, dass sich eine jede der erzeugten Zeitnachrichten auf einen jeweiligen Impuls 11, 12, 13, 14 bezieht. Dies bedeutet, dass die Zeitnachricht eine Zeitinformation umfasst, welche den Gültigkeitszeitpunkt des jeweils zugehörigen Impulses bezeichnet. Die Zeitinformation kann dabei eine absolute Uhrzeit oder eine Systemzeit sein, welche von dem üblichen Uhrzeit-Format abweicht. Im vorliegenden Fall wird beispielhaft die absolute UST (Universal Standard Time)-Uhrzeit als Zeitinformation angenommen.
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Die Ausgabe der Zeitnachrichten durch den ersten Netzwerkteilnehmer 11 auf den ersten Kommunikationspfad 16, im Beispiel der 2 der Zeitnachrichten ZN1, ZN2, ZN3 und ZN4, erfolgt dabei in bevorzugter Ausgestaltung frühestens zum Zeitpunkt der Ausgabe der der Spannungsimpulse 11, 12, 13 und 14, auf die sie sich beziehen. In der dargestellten besonderes bevorzugten Ausführungsform Erzeugung werden die Zeitnachrichten gegenüber den Spannungsimpulse zeitlich verzögert, jedoch innerhalb der Impuls-Periode bzw. des Intervalls zwischen zwei Impulse ausgegeben.
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Gemäß 2 wird zu einem ersten Zeitpunkt t1 ein erster Spannungsimpuls I1 auf das Energieversorgungsnetz 15 ausgegeben, zu einem zweiten Zeitpunkt t2 ein zweiter Spannungsimpuls 12, zu einem dritten Zeitpunkt t3 ein dritter Spannungsimpuls 13 und zu einem vierten Zeitpunkt t4 ein vierter Spannungsimpuls 14, wobei die Spannungsimpulse jeweils um eine Intervalldauer ΔT von hier beispielsweise 1 s voneinander beabstandet sind. Es sei hier ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Intervalldauer auch deutlich abweichend bemessen sein kann, die Dauer von 1 s für ΔT ist lediglich ein mögliches von vielen dem Fachmann ohne weiteres ersichtlichen Beispielen und ergibt sich aus der Überlegung, den Signaltakt des GNSS-Signals als Zeitgeber zu nutzen.
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Gemäß der in 2 dargestellten besonders bevorzugten Ausführungsform wird eine erste Zeitnachricht ZN1, die sich auf den ersten Impuls I1 bezieht, zu einem gegenüber dem ersten Zeitpunkt t1 verzögerten, jedoch zeitlich vor dem zweiten Zeitpunkt t2 liegenden Zeitpunkt t1' ausgegeben. Die Zeitnachricht hat beispielsweise das Format TT/MM/JJJJ : hh/mm/ss, also Datumsangabe mit Angabe von Tag, Monat und Jahr sowie Uhrzeitangabe umfassend Stunde, Minute und Sekunde UST (Universal Standard Time). Analog wird eine zweite Zeitnachricht ZN2 zu einem Zeitpunkt t2' zwischen zweitem Impuls-Zeitpunkt t2 und drittem Impuls-Zeitpunkt t3, eine dritte Zeitnachricht ZN3 zu einem Zeitpunkt t3' zwischen dritten Impuls-Zeitpunkt t3 und vierten Impuls-Zeitpunkt t4 und eine vierte Zeitnachricht ZN4 zu einem Zeitpunkt t4' nach viertem Impuls-Zeitpunkt t4 und vor dem nicht mehr dargestellten folgenden Impuls-Zeitpunkt ausgegeben. Wie in der Figur dargestellt, müssen die Zeitnachrichten ZN1, ZN2, ZN3 und ZN4 nicht in exakt gleichbleibenden oder exakt einzuhaltenden Zeitabständen (t1' - t1, t2' - t2, t3' - t3, t4' - t4) zu den zugehörigen Impulsen ausgegeben werden.
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Im Fall des in 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels ist der vierte Netzwerkteilnehmer 14 nicht mit dem ersten Kommunikationspfad 16, im konkreten Beispiel dem CAN-Bus des Kraftfahrzeugs verbunden. In diesem Fall ist der erste Netzwerkteilnehmer 11 dazu ausgebildet, dieselben Zeitnachrichten ZN1, ZN2, ZN3, ZN4, die er über die erste Kommunikationsschnittstelle 111 auf den ersten Datenpfad 16 ausgibt, auch über eine weitere Kommunikationsschnittstelle 112, beispielsweise eine Funkschnittstelle, wie in 2 dargestellt gleichermaßen auf einen zweiten Datenpfad 17, etwa eine Bluetooth-, WLAN- oder sonstige Funkverbindung auszugeben, über den der vierte Netzwerkteilnehmer 14 mit dem ersten Netzwerkteilnehmer verbunden ist.
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Die weiteren Netzwerkteilnehmer 12 und 13 sind über ihre jeweiligen Kommunikationsschnittstellen 121 und 131 mit dem ersten Datenpfad 16 verbunden. Der vierte Netzwerkteilnehmer ist über seine Kommunikationsschnittstelle 141 mit dem weiteren Datenpfad 17 verbunden.
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Die weiteren Netzwerkteilnehmer 12, 13 und 14 werden im Folgenden exemplarisch am Beispiel des zweiten Netzwerkteilnehmers 12 beschrieben, die Beschreibung gilt analog auch für den dritten und den vierten Netzwerkteilnehmer. Der zweite bzw. die weiteren Netzwerkteilnehmer werden in Abgrenzung ihrer Funktion vom ersten Netzwerkteilnehmer, der als Netzwerkzeitgeber fungiert, auch als Netzwerkkomponente bzw. Netzwerkkomponenten bezeichnet. Die Netzwerkkomponente 12 ist dazu eingerichtet, einen an ihrem Versorgungsspannungsanschluss 120, im Fall des zweiten Netzwerkteilnehmers auch als zweiter Versorgungsspannungsanschluss 120 bezeichnet, erhaltenen Impuls 11, 12, 13, 14 innerhalb der Versorgungsspannung U zu detektieren, des Weiteren aus einer über ihre Kommunikationsschnittstelle 121 von dem Kommunikationspfad 16 erhaltenen Zeitnachricht ZN1, ZN2, ZN3, ZN4 Zeitnachricht die Zeitinformation zu extrahieren und dem detektierten Impuls die Zeitinformation zuzuordnen und sich damit auf eine mit der Zeitinformation bezeichnete Netzwerk-Uhrzeit zu synchronisieren.
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Die Erfindung ist nicht auf zwei Datenpfade 16 und 17 im vorgenannten Sinne beschränkt, es können auch weitere zusätzliche Datenpfade vorhanden sein. Für diesen Fall sind seitens des ersten Netzwerkteilnehmers entsprechende Kommunikationsschnittstellen 111, 112 und gegebenenfalls weitere vorgesehen. Darüber hinaus ist die Erfindung auch nicht auf verschiedenartige Datenpfade beschränkt. Vielmehr können auch erster und weitere Datenpfade gleichartig oder in Teilen gleichartig ausgebildet sein. So können beispielsweise zwei voneinander getrennte drahtgebundene Datenbusse vorgesehen, von denen ein erster zur Übertragung von sicherheitskritischen Daten etwa für Hochautomatisiertes Fahren oder für Rückhalte- und Unfallassistenzsysteme eines Fahrzeugs, der zweite für Daten eines weniger sicherheitskritischen Infotainment-Systems vorgesehen sein kann.
