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Verfahren zum Erkennen fehlerhafter Informationspakete.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen fehlerhafter Informationspakete,
die in-einem Sender zuammenge stellt und mit Redundanz versehen werden und die anschliessend
an ein vorausgehendes Startzeichen über eine gestörte Uebertragungsleitung zu einem
Empfänger gesendet werden, welcher Empfänger auf die Startzeichen anspricht und
die Bits der Pakete regeneriert.
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I)igitale, paketweise Informationsübertragung gehört heute zum allgemeinen
Stand der Technik. Weiter sind Verfahren bekannt, wie bei gestörten Uebertragungsstrecken
die fehlerfreie Uebermittlung der Information erfolgen kann und/oder wie ermittelt
werden kann, ob eine Uebertragung fehlerfrei erfolgte. Hierzu ist vor allem die
Paritätsprüfung zu nennen.
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Aus der schweizerischen Patentschrift 584 487 ist eine Einrichtung
bekannt, mit deren Hilfe Information über eine Zweidrahtleitung innerhalb eines
Eisenbahnzuges ausgetauscht werden kann. Es handelt sich hierbei um ein Zeitmultiplexsystem,
bei dem jeder Wagen des Eisenbahnzuges eine Teilnehmerstation aufweist. Die adresscodierten
Telegramme laufen zeitmultiplexiert auf einer Zweidrahtleitung von Teilnehmerstation
zu Teilnehmerstation. Der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung sind verschiedene Frequenzbänder
für die Uebertragung zugeordnet.
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Die beschriebene Anordnung ermöglicht einen umfassenden Informationsaustausch
zwischen beliebigen Teilnehmerstellen. Entsprechend dieser Möglichkeit ist der technische
und preisliche Aufwand erheblich. Bei der vorliegenden Erfindung geht es im Gegensatz
hierzu um die Lösung eines beschränkten Uebertragungsproblems. Die Aufgabe besteht
darin, von einem Zentralgerät einer längeren Zugskomposition, die im Pendelverkehr
verwendet wird, laufend Information zu den beiden Führerständen der Komposition
zu übertragen. Die Information besteht dabei vor allem in Werten der Soll- und der
Ist-Geschwindigkeit zur Anzeige in den Führerständen. Da sich die Werte aufgrund
der wechselnden Fahrgeschwindigkeit laufend ändern, müssen die Werte ständig erneuert
werden. Dies bedeutet laufende Wiederholung der Uebertragungsprozesse.
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Für Infornationsübertragungen der geschilderten Art stehen bei Eisenbahlzügen
im allgemeinen nur zwei Drähte eines mehradrigen Kabels zur Verfügung. Dieses Kabel
besteht aus Kabelabschnitten in jedem Wagen, die mittels Steckern in: den Kupplungen
automatisch von Wagen zu Wagen durchverbunden sind, Die Drähte des Kabels besitzten
einen relativ geringen Leitungsquerschnitt und sind gegenüber hochfrequenten Störungen,
wie sie beispielsweise durch das Schalten der Antriebsmotoren entstehen, nicht geschützt.
Aus diesem Grunde muss bei digitaler Informationsübertragung über diese Leitungen
stets mit schwerwiegenden Störungen gerechnet werden. Voraussetzung für eine fehlerfreie
Anzeige der übertragenen Information ist
daher, dass vorgängig der
Anzeige stets geprüft wird, ob die Information fehlerfrei übertragen wurde. Das
Verfahren, das diese Aufgabe erfüllt, ist dadurch gekennzeichnet, dass jedem Informationspaket
als Redundanz ein Bit einer vorgewählten Wertigkeit zugefügt wird, welches Bit als
erstes, auf das Startzeichen folgendes Bit ausgesendet wird, dass jedes Bit eines
beim Empfänger ankommenden Informationspaketes einen zuvor in seine-Ausgangsstellung
gestellten Zähler um 1 weiterschaltet, dass gleichzeitig jedes dieser Bits in einen
Empfangsspeicher eingespeichert wird, der soviel Speicherplätze besitzt wie ein
Informationspaket Bits und dessen Speicherplätze vorgängig auf die der Wertigkeit
des ersten Bits entgegengesetzte Wertigkeit gestellt wurden, dass alle im Empfangsspeicher
enthaltenen Bits durch jedes nachfolgende Bit jeweils um einen Speicherplatz weitergeschoben
werden, dass sobald sich die Wertigkeit des letzten Speicherplatzes ändert, der
Zählerstand des- Zählers mit einer vorbestimmten Zahl verglichen wird, die gleich
ist der Anzahl Bit eines Informationspaketes, und dass bei Uebereinstimmung von
Zählerstand und vorbestimmter Zahl ein erstes Signal abgegeben wird und dass bei
Nichtübereinstimmung ein zweites Signal abgegeben wird.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand von vier Figuren beispielsweise
näher beschrieben: Es zeigen: Fig. 1 Eisenbahnzug mit zentralem Steuergerät und
Anzeigeeinheiten in den Führerständen
Fig. 2 Aufbau eines Informationspaketes
Fig. 3 Uebertragungseinrichtung im zentralen Steuergerät Fig. 4 Empfangseinrichtung
Fig. 1 zeigt in symbolischer Darstellung eine Zugskomposition.
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Sie besitzt ein Triebfahrzeug 12 und einen Steuerwagen 13, zwischen
denen mehrere Wagen 14 eingekuppelt sind. Die Zugskomposition wird als Pendelzug
in zwei Fahrtrichtungen betrieben. Sowohl im Triebfahrzeug 12 als auch im Steuerwagen
13 befindet sich ein Führerstand mit jeweils einem Geschwindigkeitsanzeigegerät
17 bzw. 18. Die durch diese Anzeigegeräte anzuzeigenden, ständig wechselnden Geschwindigkeiten
werden von einem zentralen Steuergerät 21 erfasst und in Form codierter Information
abgegeben. Das zentrale Steuergerät kann an einer beliebigen Stelle der Zugskomposition,
beispeilsweise in einem der Wagen 14, angeordnet sein. Bevorzugt ist jedoch die
Anordnung im Triebfahrzeug 12. Das Anzeigegerät 17 im Triebfahrzeug 12 erhält die
Information über eine Vielzahl von Leitungen 20. Zur Uebermittlung der Information
zum Anzeigegerät 18 im Steuerfahrzeug 13 dient die Leitung 19.
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Die Bettung 19 ist eine Zweidrahtleitung, die über elektrische Stecker
in den Kupplungen von Wagen zu Wagen durch die ganze Zugskomposition durchgeschleift
ist. Es handelt sich um parallele Drähte eines mehradrigen Kabels mit relativ
geringem
Leitungsquerschnitt, die gegenüber Störungen durch elektromagnetische Felder, wie
sie beispielsweise beim Schalten von Fahrmotoren auftreten, nicht geschützt sind.
Bei Informationsübertragung über eine derarti.ge Leitwlg muss daher stets mit schwerwiegenden
Störungen gerechnet werden.
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Die Anzeigegeräte 17 und 18 dienen in bekannter Weise zur Anzeige
von Ist- und Soll-Geschwindigkeit und zusätzlich zur Anzeige von Signalisier- und
Alarmsignalen. Das Anzeigegerät 17 n Triebfahrzeug 12 erhält, wie bereits erwähnt,
die Information parallel über eine Vielzahl von Leitungen 20, die in einem mehradrigen
Kabel zusammengefasst sind. Die gleiche Information wird über die Leitung 19 seriell
zum Anzeigegerät 18 übertragen.
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Fig. 2 zeigt ein Informationspaket, mit dessen Hilfe ein vollständiger
Satz von Anzeigewerten von zentralen Steuergerät 21 Zum Anzeigegerät 18 übertragbar
ist. Ein derartiges Paket besteht aus n Bits (n = ganze Zahl) 25, denen ein spezielles,
längeres Startzeichen 26-vorgescilaltet ist. In der gezeigten Ausführung besitzt
das Startzeichen die zehnfache Länge eines Informations-Bits. Das erste Bit hat
stets den Wert logisch 1. Das zweite Bit ist ein Paritäts-Bit P. Die übrigen (n-2)
Bits bilden die zu übertragende eigentliche Information.
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Fig. 3 zei.gt eine schematische Darstellung mit den für.die Uebertragung
notwendigen Einrichtungen des zentralen Steuergerätes 21. 29 ist ein Datenspeicher,
in den die zu übertragende Information von den Leitungen 28 parallel einlesbar ist.
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Gesteuert wird der Einlesevorgang durch eine Steuereinheit 30, die
darüber hinaus die gesamte sonstige Einrichtung entsprechend Fig. 3 steuert. 33
ist ein zweiter Speicher, beispielsweise ein Schieberegister, in welchen über die
Leitungen 32 die Information aus dem Datenspeicher 29 parallel übertragbar ist.
Während dieser Uebertragung wird durch einen Paritätsgenerator 34 die Parität der
Information ermittelt und ein entsprechendes Paritätsbit P in den zweiten Speicherplatz
des Schieberegisters 33 eingelesen. Weiter wird in den ersten Speicherplatz des
Schieberegisters logisch 1 eingelesen. Hiermit ist ein Informationspaket entsprechend
Fig. 2 im Schieberegister 33 zusammengestellt.
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37 ist ein Taktgenerator, der periodisch Schritt-Signale abgibt. 38
ist eine Sendestufe, über welche die zu übertragende Information seriell auf die
Leitung 19 ausgegeben wird.
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Die Anordnung entsprechend Fig. 3 arbeitet wie folgt. Die zu übertragende
Information wird über die Leitungen 28 dem Datenspeicher 29 eingegeben und von hier
über die Leitungen 32 in das Schieberegister 33 übertragen. Während dieses Vorgangs
wird der Paritätswert gebildet und als Bit P in die zweite
Stelle
des Schieberegisters 33 eingelesen. In die erste Stelle wird als Redundanz generell
logisch 1 eingelesen.
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Die Steuerung 30 löst in der Sendestufe 38 ein Startzeichen aus, welches
für die Dauer von insgesamt zehn Schritten des Taktgenerators 37 andauert. Das Starzeichen
ist so aufgebaut, dass es vom Empfänger erkannt und von den Bits des Informationspaketes
unterschieden werden kann.
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Unmittelbar anschliessend an das Startzeichen werden im Takt des Taktgenerators
37 Schiebeimpulse an das Schieberegister 33 abgegeben. Hierdurch wird der Inhalt
des Schieberegisters nahtlos an das Startzeichen anschliessend seriell über die
Sendestufe 38 auf die Uebertragungsleitung 19 ausgesendet.
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Gleichzeitig wird während der Uebertragungszeit im Datenspeicher 29
die nächste zu übertragende Information bereitgestellt.
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Sobald das Schieberegister 33 leer ist, kann diese nächste :nformation
über die Leitungen 32 in das Schieberegister 33 eingelesen werden, während bereits
das nächste Startzeichen ausgegeben wird. Mit diesem Startzeichen beginnt ein neuer
Uebertragungszyklus, so dass ständig und nahtlos aufeinanderfolgend eine wechselnde
Folge von Startzeichen und Informationspaketen über die Uebertragungsleitung 19
läuft, wobei das erste Bit jedes Informationspaketes den Wert log 1 aufweist.
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Fig. 4 zeigt die Empfangs seite der Uebertragungseinrichtung.
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19 ist wieder die Uebertragungsleitung, über die die Informationspakete
und die Startzeichen seriell eine Empfangseinheit 41 erreichen. Diese Empfangseinheit
erkennt die Startzeichen und regeneriert die Bits der ankommenden Informationspakete.
Die regenerierten Bits laufen seriell in einen dritten Speicher 42 ein. Dieser Speicher
ist ein Schieberegister, das soviel Speicherplatze besitzt wie ein Informationspaket
Bits, also n Speicherplätze. Jedes Starteichen löst in der Empfangseinheit 41 ein
Signal aus, durch das der Inhalt des Schieberegisters 42 gelöscht wird.
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48 ist ein Zähler, der gleichzeitig mit dem Einlesevorgang die Zahl
der einlaufenden Bits zählt. Er wird wie der Inhalt des Schieberegisters 42 durch
das durch das Startzeichen ausgelöste Signal der Empfangseinheit 41 gelöscht.
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Sind alle Bits eines Informationspaketes im Schieberegister 42 enthalten,
so können diese Bits über Leitungen 43 parallel in einen vierten Speicher 44 übertragen
werden, von wo die Information über parallele Leitungen 45 zur Anzeige auf dem Anzeigegerät
17 abgreifbar ist. 49 ist eine Steuerung, die diese Vorgänge steuert.
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Da, wie bereits ausgeführt, auf der Uebertragungsleitung 19 Störsignale
auftreten können, muss bei jedem Informationspaket geprüft werden, ob es fehlerfrei
übertragen wurde.
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Hierzu dienen der bereits erwähnte Zähler 48, eine Paritätskontroll-Einrichtung
50 und eine Zeitkontroll-Einrichtung 51.
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Im folgenden werden die verschiedenen Prüfvorgänge beschrieben: Die
Bits eines Informationspaketes laufen stets in das vorgängig gelöschte Schieberegister
42 ein. Somit entspricht der Inhalt jedes Speicherplatzes zu Beginn dem Wert logisch
0.
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Sobald ein Paket fehlerfrei und vollständig übertragen ist, erscheint
im letzten Speicherplatz des Schieberegisters das erste übertragene Bit, welches
wie beschrieben den Wertlogischl besitzt. Hierdurch ergibt sich ein Wertigkeitswechsel,
der auf Leitung 46 ein Signal auslöst. Dieses Signal stoppt den Zähler 48 und löst
eine Prüfung des Zählerstandes aus. Bei fehlerfreier Uebertragung entspricht der
Zählerstand der Zahl n und damit der Anzahl Bits eines Informationspaketes.
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Weist der Zählerstand den Wert n auf, so wird auf Leitung 52 ein erstes
Signal abgegeben, welches signalisiert, dass kein Fehler gefunden wurde. Weicht
der Zählerstand vom Wert n ab, so liegt mit grosser Sicherheit ein Fehler vor. In
diesem Fall wird ein zweites Signal ausgesandt, das die Weitergabe des Inhalts von
Schieberegister 42 sperrt.
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Der zweite Prüfvorgang besteht darin, dass während der Weitergabe
der Information vom Schieberegister 42 zum vierten Speicher 44 in der Paritätskontroll-Einrichtung
50 der Paritätswert gebildet wird. Dieser Paritätswert muss bei fehlerfreier Uebertragung
in bekannter Weise mit dem Wert des übertragenen Paritätsbits übereinstimrrlen.
Nichtübereinstimmung wird durch ein Signal auf Leitung 5 angezeigt.
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Treten bei-der Uebertragung vereinzelt Fehler auf, so wird dies durch
die zwei beschriebenen Prüfungen jeweils bemerkt.
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Die Anzeige des Anzeigegerätes 17 bleibt in diesen Fällen kurzzeitig
unverändert.
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Treten dagegen während mehrerer aufeinanderfolgender Pakete Fehler
auf, so tritt der dritte Prüfvorgang bzw. die dritte Prüfeinrichtung in Aktion.
Diese besteht im wesentlichen aus der bereits erwähnten Zeitkontroll- Einrichtung
51. Diese spricht an, wenn während eines vorbestimmten Zeitintervalls kein Informationspaket
fehlerfrei übertragen wird oder kein Informationspaket in der Empfangseinheit ankommt.
Es gibt in diesen Fällen über die Leitung 54 ein Alarmsignal ab. Hierdurch wird
das Anzeigegerät 17 auf einen Extremwert gesteuert und gleichzeitig eine optische
und/oder akustische Alarmanzeige ausgelöst.
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Das Verfahren zur Prüfung der Fehlerfreiheit übertragener Informationspakete
arbeitet, wie beschrieben, mit drei teilweise unabhängigen, aufeinanderfolgenden
Prüfvorgängen. Der erste Prüfvorgang entdeckt Fehler, die während der Uebertragung
des Startzeichens und/oder des Informationspaketes auftreten und bewirken, dass
die Zahl der empfangenen Bits abweicht von der Zahl der in einem Informationspaket
enthaltenen Bits. Weiter entdeckt er, wenn das erste übertragene Bit verändert wurde.
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Der zweite Prüfvorgang entdeckt über die Paritätsprüfung Fehler, durch
die der Informationsgehalt des Paketes verändert wurde. Der dritte Prüfvorgang entdeckt
schliesslich systematische Fehler durch anhaltende Störungen. Nur im letzten Fall
wird ein Alarm ausgelöst, während bei vereinzelten Fehler der Tnformationsgehalt
des fehlerhaften Paketes ungeachtet bleibt.
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Während die Speicher 29 und 44 beliebig aufgebaut sein können und
beim Speicher 33 nur gewährleistet sein muss, dass die enthaltene Information seriell
auf die Leitung 19 ausgegeben wird, muss der Speicher 42 die Eigenschaft eines Schieberegisters
besitzen. Diese Eigenschaft besteht vor allem darin, dass die Information seriell
eingegeben und schrittweise durch sämtliche ::peicherpLütze geschoben wird. Weiter
muss die Zahl der Speic'herplätze gleich sein der Anzahl Bits eines Informationspaketes.
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Wie beschrieben enthält jedes Informationspaket als erstes Bit den
Wert logisch 1. Entsprechend muss das Schieberegister 42 zu Beginn auf den Wert
logisch 0 gestellt werden. Es ist dem gegenüber auch möglich, das Schieberegister
zu Beginn auf den Wert logisch 1 zu stellen und dem ersten Bit den Wert logisch
0 zuzuordnen.
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Zusammenfassung Werden Informationspakete übe: eine gecto te Leitung
(19) gesendet, so muss beim Empfänger stets geprüft werden, ob die Information unverändert
bleibt. Diese Prüfung erfolgt dadurch, dass beim Sender jedem Informationspaket
Redundanz in Form eines zusätzlichen Bits beigefügt wird, dessen Wert logisch 1
ist und das am Anfang des Paketes steht. Beim Empfänger läuft jedes Informationspaket
in ein vorgängig auf Null gestelltes Schieberegister (42) ein. Sobald das erste
Bit die letzte Schieberegisterstelle (46) erreicht, wird nachgeprüft, ob der Zählerstand
eines parallel zu:ii Schieberegister betriebenen Zählers (48) eine vorbestimmte
Zahl anzeigt. Ist dies der Fall, so ist das Informationspaket zumindest nicht stark
gestört.