DE19513318C1 - Verfahren zum Betrieb eines asynchronen und redundanten Serienbusses - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines asynchronen redundanten Serienbusses nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der Veröffentlichung "Automatisierungstechnik" R Oldenbourg Verlag Wien 1992, Band 1, Seite 406 ist bekannt, in einem redundanten Bussystem beim Eintreten eines Umschaltkriteriums den Datenverkehr von dem aktiven Bus auf einen passiven Bus umzuschalten, wobei der jeweils aktive Bus eine vorgebbare Selektion aus gleichartigen und gleichberechtigten Bussen des redundanten Bussystems darstellt. Als Umschaltkriterium sind Ausfälle des aktiven Busses und zyklische Abfragen der Differenz der Transferanforderungen auf dem aktiven und dem passiven Bus vorgesehen.

Weiterhin ist aus der DE 39 33 320 ein Gerät zum Erfassen und Verarbeiten von elektrischen Signalen bekannt, das aus zwei gleichartigen Einrichtungen besteht, die redundant über Datenleitungen an periphere Komponenten angeschlossen sind und die sich gegenseitig vom sendeseitigen Datenverkehr ausschließen. Ausgehend von einer zufälligen Initialisierungszuordnung ist als Umschaltkriterium das fehlerhafte Ergebnis einer Selbsttestroutine vorgesehen.

Beiden Systemen ist gemein, daß das Bussystem stets vollständig redundant auszuführen ist und daß zwingend alle Busteilnehmer über redundante Anschlüsse verfügen müssen, da die Umschaltkriterien zwischen den Bussen bzw. Datenleitungen eine zeitliche Determinierung der Reaktivierung des ursprünglich aktiven Busses nach Fehlerbeseitigung nicht zulassen.

Darüber hinaus geht die Fehlerbehandlung auf dem aktiven Bus stets von vorliegenden statischen Fehlern aus. Insbesondere bei asynchronen Bussen treten jedoch beispielsweise in Abhängigkeit von der Busbelastung transiente Fehler auf, die dazu führen, daß ein physisch intakter Bus logisch als fehlerbehaftet erscheint.

Weiterhin besteht das Anforderungsprofil zur redundanten Ausführung des Datenweges regelmäßig nur für ausgewählte Stationen eines Bussystems, für die ein hohen Verfügbarkeitspotential des Datenweges erforderlich ist.

In DE 37 13 825 A1 ist ein hochverfügbares Bussystem angegeben, bei dem mit minde­ stens zwei Busleitungen die jeweils identische Nachricht seriell übertragen wird. Wie aus Sp. 1, Z. 39-60, Sp. 2, Z. 2-8 und Z. 12-33 und dem dortigen Anspruch 1 hervorgeht, werden beide Übertragungswege ständig überwacht, d. h., es wird ständig überprüft, wel­ cher der Übertragungswege fehlerfrei ist. Mittels einer Detektierlogik werden die Busleitun­ gen daraufhin überprüft, ob ein bestimmtes Prüfzeichen übertragen worden ist Es wird dar­ aus ein geeignetes Umschaltkriterium erzeugt.

In US 4. 630.265 ist ein redundantes Bussystem angegeben, das aus mehreren Bussen be­ stehen kann, vergl. Sp. 1, Z. 14-25. Als Umschaltkriterium für die Auswahl des besten Bus­ ses wird gemäß Sp. 2, Z. 14-32 und Anspruch 1 ein Zeitfenster herangezogen, in dem die übertragenen Daten einen vorgegebenen Algorithmus erfüllen.

Schließlich ist aus DE 42 38 957 A1 Fig. 1 mit Beschreibung ein Übertragungssystem be­ kannt, bei dem Verarbeitungseinheiten 40 einerseits an serielle, parallel verlaufende Busse 50, 60 bzw. 70 und andererseits an einen Systembus 20 und an Lateralbusse 30 ange­ schlossen sind, wobei der Systembus 20 ein nonpersistentes Zugriffsverhalten aufweist, während die Lateralbusse ein Übertragungsprotokoll mit prioritätspersistentem Zugriffsver­ halten haben sollen, vergl. Sp. 3, Z. 8 bis Sp. 5, Z. 17 und Ansprüche 1 und 2.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein asynchrones und redundantes Bussystem so zu betreiben, daß sowohl für redundant angeschlossene als auch für nichtredundant angeschlossene Stationen eine höchstmögliche Verfügbarkeit des Datenweges realisiert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Mitteln des Patentanspruches 1 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 4 beschrieben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die dazu erforderliche Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Darstellung der selektiven Anschaltung von Stationen an ein redundantes Bussystem.

Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf Strukturen, wie sie beispielhaft in der Fig. 1 dargestellt und anhand der Darstellung im folgenden erläutert werden. Vorgegeben sind Stationen 21 bis 26, die über ein Bussystem 1 vernetzt sind. Die Anforderungen an die Verfügbarkeit eines über das Bussystem 1 realisierten Übertragungsweges zwischen einzelnen Stationen 21 bis 26 sind für verschiedene Stationen 21 bis 26 unterschiedlich hoch. Entsprechend den Verfügbarkeitsanforderungen an den Übertragungsweg besteht das Bussystem 1 aus einer Mehrzahl n < 1 paralleler unabhängiger Linien 11 bis 1n, wobei jede Linie 11 bis 1n ein Serienbus ist.

Zum Anschluß der Stationen 23 bis 26 an eine Mehrzahl von Linien 11 bis 1n sind Multiplexer 33 bis 36 vorgesehen, die zur bidirektionalen Übertragung von Dateninformationen zwischen einer Serienbusschnittstelle 43 bis 46 und einer der parallelen Linien 11 bis 1n geeignet sind. Die Multiplexer 33 bis 36 sind aufeinander synchronisierbar, d. h. alle Multiplexer 32 bis 36 verbinden die jeweilige Serienbusschnittstelle 43 bis 46 mit derselben verfügbaren Linie 11 bis 1n des Bussystems 1.

Die Stationen 24 und 25 mit höchsten Anforderungen an die Verfügbarkeit des Übertragungsweges sind über die Multiplexer 34 und 35 an alle Linien 11 bis 1n des Bussystems 1 anschließbar. Mit abnehmenden Verfügbarkeitsanforderungen der Stationen an den Übertragungsweg ist die Zugriffsmöglichkeit auf die Linien 11 bis 1n des Bussystems 1 quantitativ reduziert. So sind die Stationen 23 und 26 nur mit den Linien 11 und 12 verbindbar. Auf diese Weise ist über die Verfügbarkeitsanforderung ein hierarchisch strukturiertes Bussystem darstellbar, bei dem sich die Anzahl der angeschlossenen Stationen 21 bis 26 im reziproken Verhältnis zur Verfügbarkeit des angeschlossenen Datenwegen verhält.

Erfindungsgemäß wird zum Betrieb eines derartigen Bussystems 1 eine Linie 11 als Primärbus bestimmt. Der Primärbus ist die Vorzugslinie des Bussystems 1, an der alle Stationen 21 bis 26 direkt oder über Multiplexer 33 bis 36 angeschlossen sind. Alle anderen n-1 Linien 12 bis 1n werden als Ersatzbusse bestimmt.

Bei ungestörtem Datenverkehr werden Dateninformationen zwischen den Stationen 21 bis 26 über den Primärbus 11 als aktivem Bus ausgetauscht. Darüber hinaus werden Steuerinformationen zwischen den Multiplexern 33 bis 36 über mindestens einen vorgebbaren Bus ausgetauscht. In besonderer Ausgestaltung der Erfindung werden dabei sowohl alle Ersatzbusse 12 bis 1n als auch der Primärbus 11 zyklisch zur Übertragung von Steuerinformationen vorgegeben. Dabei wird ständig die Übertragungsgüte auf dem vorgegebenen Bus überwacht.

Sinkt die Übertragungsgüte auf dem aktiven Bus unter eine vorgebbare Schranke, wird ein vorgegebener Ersatzbus zum aktiven Bus bestimmt, eine Fehlermeldung an eine übergeordnete Instanz abgesetzt und der deaktivierte Bus analysiert. In hierarchisch strukturierten Bussystemen, bei denen sich die parallelen Linien 11 bis 1n durch die Anzahl der angeschlossenen Stationen 21 bis 26 unterscheiden, wird vorzugsweise die nächst höhere Hierarchieebene als Ersatzbus vorgegeben.

Ist der aktive Bus der Primärbus 11, wird bei sinkender Übertragungsgüte auf dem aktiven Bus auf die Linie 12 als Ersatzbus umgeschaltet. Sinkt nunmehr auch auf der Linie 12 als aktivem Bus die Übertragungsgüte unter die vorgegebene Schranke, wird die nächste Linie bis hin zur Linie 1n zum aktiven Bus bestimmt.

Übersteigt die Übertragungsgüte auf den Primärbus 11 eine vorgebbare Schranke, wird der Primärbus 11 zum aktiven Bus rückbestimmt. Übersteigt die Übertragungsgüte eines deaktivierten Ersatzbusses auf niedrigerer Hierarchieebene gegenüber dem aktiven Bus die vorgebbare Schranke, wird der deaktivierte Ersatzbus reaktiviert und zum aktiven Bus rückbestimmt.

Zur Bestimmung der Übertragungsgüte wird zumindest auf dem aktiven Bus und dem Primärbus durch Übertragung von Steuerinformationen deren Vollständigkeit und Richtigkeit überwacht. Darüber hinaus wird eine Auswahl aus der Anzahl der übertragenen Informationseinheiten je Zeiteinheit, der Anzahl der Kollisionen pro Zeiteinheit und der Anzahl der Wiederholungen bei der Übertragung einer Informationseinheit überwacht.

Durch ständige Überwachung der Übertragungsgüte und deren quantitavive Bewertung sind transiente von statischen Störungen des Datenverkehrs unterscheidbar. Der Fortfall einer transienten Störung kann somit als Umschaltkriterium zur Bestimmung des aktiven Busses herangezogen werden. Durch die Vorgabe einer Vorzugslinie als Primärbus, der immer dann zum aktiven Bus bestimmt wird, wenn die Übertragungsgüte oberhalb der vorgegebenen Schranke dies zuläßt, ist es möglich, nicht redundant anschließbare Stationen 21 und 22 und redundant angeschlossene Stationen 23 bis 26 an demselben redundanten Bussystem 1 zu betreiben und für jede angeschlossene Station 21 bis 26 entsprechend ihrer hierarchischen Anschlußcharakteristik einen höchstverfügbaren Übertragungsweg zur Verfügung zu stellen.

In besonders vorteilhafter Weise ist die Redundanz des Bussystems 1 skalierbar und an den Verfügbarkeitsbedarf der angeschlossenen Stationen 21 bis 26 anpaßbar. Weiterhin erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren nachträgliche Redundanzergänzungen in bestehenden Bussystemen, ohne in den Ablauf der Buszuweisungen eingreifen zu müssen.

Claims (4)

1. Verfahren zum Betrieb eines asynchronen und redundanten Serienbusses, bestehend aus n < 1 parallelen unabhängigen Linien, wobei mindestens zwei aufeinander synchronisierbare Multiplexer vorgesehen sind, die zur bidirektionalen Übertragung von Dateninformationen zwischen einer Serienbusschnittstelle und einer der parallelen Linien geeignet sind, dadurch gekennzeichnet,

• - daß eine Vorzugslinie des redundanten Serienbusses als Primärbus und die n-1 verbleibenden Linien als Ersatzbusse bestimmt werden,
• - daß bei ungestörtem Datenverkehr Dateninformationen zwischen den über die Multiplexer angeschlossenen Stationen über den Primärbus als aktivem Bus ausgetauscht werden und Steuerinformationen zwischen den Multiplexern über mindestens einen vorgebbaren Bus ausgetauscht werden,
• - daß bei Absinken der Übertragungsgüte auf dem aktiven Bus unter eine vorgebbare Schranke ein vorgebbarer Ersatzbus zum aktiven Bus bestimmt wird, eine Fehlermeldung an eine übergeordnete Instanz abgesetzt wird und der deaktivierte Bus analysiert wird und
• - daß bei steigender Übertragungsgüte auf den Primärbus über eine vorgebbare Schranke der Primärbus zum aktiven Bus rückbestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der aktive Bus und der Primärbus ständig durch Übertragung von Steuerinformationen überwacht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Übertragungsgüte zumindest auf dem aktiven Bus und dem Primärbus ständig die Vollständigkeit und die Richtigkeit der übertragenen Steuerinformationen überwacht werden und eine Auswahl aus der Anzahl der übertragenen Informationseinheiten pro Zeiteinheit, der Anzahl der Kollisionen pro Zeiteinheit und der Anzahl der Wiederholungen bei der Übertragung einer Informationseinheit überwacht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß durch quantitative Bewertung der die Übertragungsgüte bestimmenden überwachten und registrierten Parameter transiente von statischen Störungen des Datenverkehrs unterschieden werden.