DE3836206C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruches 1.

Bei der Übertragung von Informationen von einem Sender zu einem Empfänger kann es auf dem Übertragungsweg zu Störungen kommen, die zu einer Verfälschung der übermittelten Informationen führen. Aus diesem Grunde sind Verfahren zur Sicherung der In­ formationsübertragung entwickelt worden (BBC-Nachrichten Oktober 1968, Seite 592 bis 597). Hierzu zählt zum Beispiel die Darstellung der zu übertragenden Informationen in einem gleich­ gewichtigen Code und die Zuordnung von Prüfinformationen zu den zu übertragenden Nutzinformationen. Empfangsseitig wird geprüft, ob die übermittelten Informationen dem vereinbarten gleichgewichtigen Code entsprechen bzw. ob empfangsseitig aus den übermittelten Nutzinformationen ableitbare Prüfinforma­ tionen den übermittelten Prüfinformationen entsprechen oder nicht. Eine weitere Möglichkeit der Sicherung gegen Über­ tragungsfehler besteht in der Doppelübertragung der Informa­ tionen, wobei die beiden Informationen häufig original und invertiert übertragen werden (DE-AS 12 99 684); die Informationen können dabei entweder gleichzeitig oder nacheinander übermittelt werden. Mehrere solcher antivalenter Informationspaare können dabei einen Datenblock bilden (DE 32 32 167 C1).

Aus der DE-OS 36 00 164 ist eine Einrichtung zum blockweisen Übertragen binärer Informationen bekannt, bei der jeder In­ formation innerhalb eines aus mehreren Informationen bestehen­ den Informationsblockes eine ganz bestimmte Bitfolge zugeordnet ist, die verschieden ist von der Bitfolge anderer Informatio­ nen. Diese Bitfolge wird abhängig von der Wertigkeit der zu übertragenden Information mit jeweils einer von zwei verschie­ denen Frequenzen entweder in einen ersten oder in einen zweiten Übertragungskanal eingespeist. Empfangsseitig wird geprüft, ob die jeweils übermittelte Bitfolge der der betreffenden Infor­ mation innerhalb des Informationsblockes zugeordneten Bitfolge entspricht oder nicht. Entspricht die empfangene Bitfolge der jeweils erwarteten Bitfolge, so wird sie in Abhängigkeit davon, auf welchem Kanal sie übertragen wurde, als Information der einen bzw. anderen Wertigkeit anerkannt; andernfalls wird sie verworfen. Da die Wertigkeit einer Information ausschließlich davon abhängig ist, ob die zugehörige Bitfolge auf dem einen oder dem anderen Kanal übertragen wird und da der Hammingab­ stand der einen Information zugeordneten Bitfolge von den Bit­ folgen anderer Informationen des Informationsblockes relativ gering ist, sind zusätzliche Maßnahmen zur Sicherung gegen In­ formationsverfälschungen auf dem Übertragungsweg vorgesehen. Diese bestehen darin, daß gleichzeitig mit der die jeweils zu übertragende Information darstellenden Bitfolge auf dem durch diese Bitfolge nicht belegten anderen Kanal eine komplementäre Bitfolge übermittelt wird. Empfangsseitig werden die auf beiden Kanälen mit verschiedenen Frequenzen übermittelten Bitfolgen auf Antivalenz geprüft; die übermittelte Information wird nur beim Vorliegen der Antivalenzbedingung bewertet.

Die Erfindung baut auf dem vorstehend erläuteten Verfahren zum blockweisen Übertragen binärer Informationen auf. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren so weiterzubilden, daß auf die Generierung, Übertragung und Bewertung von der der Sicherung gegen Übertragungsfehler dienenden Bitfolge verzichtet werden kann, ohne daß es hierbei zu einer Verringerung des Hammingabstandes gegen nicht erkennbare Informationsverfälschungen kommt. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine geeignete Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. des Patentanspruches 3. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen angegeben.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt im oberen Teil schematisch die Sendeein­ richtung und im unteren Teil die Empfangseinrichtung einer Übertragungsanlage. Beide Einrichtungen sind durch einen einzi­ gen Übertragungskanal Ü miteinander verbunden. Über diesen Übertragungskanal sollen vom Sender zum Empfänger jeweils mehrere zu einem Informationsblock zusammengefaßte binäre In­ formationen übertragen werden. Jede binäre Information hat dabei eine von zwei verschiedenen Wertigkeiten. Diese Wertig­ keit wird bestimmt durch die binäre Wertigkeit von am Eingang der Sendeeinrichtung anliegenden Eingangssignalen E 1 bis En. Jedes Eingangssignal beschreibt dabei einen bestimmten Melde­ zustand oder ein Kommando in Form einer Ja/Nein-Aussage. Die am Eingang der Sendeeinrichtung anliegenden Eingangssignal sind über zugehörige Optokoppler auf entsprechende Steuereingänge zweier Mikrocomputer MC 1 und MC 2 geführt. In der Zeichnung sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nur die von einem ersten Eingangssignal E 1 beaufschlagten Optokoppler OK 1 und OK 2 dar­ gestellt. Die beiden Mikrocomputer sind dazu eingerichtet, die ihnen eingangsseitig zugeführten Eingangssignale ausgangsseitig in entsprechende Bitfolgen umzusetzen. Jeweils einer der Mikro­ computer steuert mit diesen Bitfolgen einen nachgeschalteten Sender S. Der Sender selbst besteht aus einem Generator, dessen Frequenz in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen des jeweils steuernden Mikrocomputers umschaltbar ist. Jeder zu übertragen­ den Information sind zwei verschiedene Bitfolgen fest zuge­ ordnet, von denen die eine der einen und die andere der anderen binären Wertigkeit der Information entspricht; die eine Bit­ folge bildet dabei das Komplement der anderen Bitfolge. Die den einzelnen Informationen des Informationsblockes zugeord­ neten Bitfolgen sind voneinander verschieden. Auf der Empfangs­ seite der Übertragungseinrichtung sind die den einzelnen In­ formationen zugeordneten Bitfolgen bekannt, und es wird ge­ prüft, ob die jeweils übermittelte Bitfolge an einer genau definierten Stelle innerhalb des Blockes steht und ob sie einer der der zugehörigen Information zugeordneten Bitfolgen entspricht oder nicht. Diese Prüfung geschieht in empfangsei­ tigen Mikrocomputern MC 11 und MC 21, denen die übermittelten Informationen über einen Empfänger E zugeführt werden. An jeden der beiden empfangsseitigen Mikrocomputer MC 11 und MC 21 ist eine der Anzahl der zu übertragenden Informationen entsprechende Anzahl von Empfangsspeichern EE 1 bis EEn 1 bzw. EE 2 bis EEn 2 angeschlossen. Diese Empfangsspeicher werden über zugehörigen Optokoppler und Verstärker betrieben. In der Zeich­ nung sind nur die zum Anschalten der beiden ersten Empfangs­ speicher EE 1 und EE 2 erforderlichen Optokoppler OK 11, OK 21 und Verstärker V 11, V 21 dargestellt.

Bei einem Eingangssignal E 1 der einen Wertigkeit veranlaßt ent­ weder der Mikrocomputer MC 1 oder der Mikrocomputer MC 2 das Ausgeben einer die betreffende Information und ihre Wertigkeit bezeichnenden Bitfolge über den Sender S. Diese Bitfolge soll beispielsweise einer (3 von 7)-Bedingung genügen. Auf der Empfangsseite wird diese Bitfolge über den Empfänger E beiden Mikrocomputern MC 11 und MC 21 zugeführt. Beide Mikrocomputer prüfen unabhängig voneinander, ob die übermittelte Bitfolge einer der beiden der betreffenden Information zugeordneten Bitfolgen entspricht oder nicht. Ist dies der Fall, so veran­ laßt z. B. der Mikrocomputer MC 11 das Einstellen des zugehörigen Empfangsspeichers EE 1. Ist dies nicht der Fall, so unterbleibt die Auswertung der übermittelten Information. Bei einem Ein­ gangssignal E 1 der anderen Wertigkeit veranlaßt der jeweils aktive Mikrocomputer der Sendeseite die Ausgabe der dieser Wertigkeit der Information zugeordneten Bitfolge an den Empfänger. Diese Bitfolge stellt das Komplement der anderen Bitfolge da, d. h. im vorliegenden Fall genügt diese Bitfolge einer (4 aus 7)-Bedingung. Die übermittelte Bitfolge wird emp­ fangsseitig in beiden Mikrocomputern MC 11 und MC 21 daraufhin überprüft, ob sie einer der der betreffenden Information zuge­ ordneten Bitfolgen entspricht und ob die betreffende Bitfolge in einer genau definierten Reihenfolge zu den andere Informa­ tionen darstellenden Bitfolgen steht. Ist dies der Fall, so stellt der Mikrocomputer MC 21 über den Optokoppler OK 21 und den Verstärker V 21 den Empfangsspeicher EE 2 ein.

In entsprechender Weise geschieht die Übertragung der übrigen Informationen des Informationsblockes. Jeder Information sind dabei zwei von den Bitfolgen anderer Information verschiedene Bitfolgen zugeordnet, wobei in vorteilhafter Weise die den In­ formationen der einen Wertigkeit zugeordneten Bitfolgen durch einen ersten gleichgewichtigen Code und die der anderen Wertig­ keit der Informationen zugeordnete Bitfolgen durch einen zweiten davon verschiedenen gleichgewichtigen Code dargestellt sind.

Die geforderte Sicherheit gegen nicht erkennbare Informations­ verfälschungen wird erreicht durch die Zuordnung ganz be­ stimmter Bitfolgen zu den einzelnen Informationen eines In­ formationsblockes und die empfangsseitige Prüfung dieser Zuord­ nung. Die komplementäre Bitdarstellung für Informationen unter­ schiedlicher Wertigkeit gewährleistet einen maximalen Hamming­ abstand gegen nicht erkennbare Verfälschungen, im angenommenen Beispiel einen Hammingabstand von 7.

Die empfangsseitige Bewertung der übermittelten Informationen verlangt einen synchronen Lauf zwischen Sende- und Empfangs­ seite. Dieser wird dadurch erreicht, daß jeder eine Information darstellenden Bitfolge ein Synchronisationszeichen und jedem Informationsblock ein Gruppensynchronisationszeichen vorange­ stellt sind. Zur eindeutigen Kennzeichnung des jeweiligen Informationsempfängers ist jedem Informationsblock eine den jeweiligen Empfänger kennzeichnende Empfangsadresse voranzu­ stellen. Diese Empfangsadresse, die in vorteilhafter Weise eine von der Codedarstellung der zu übertragenden Informationen ab­ weichende Codedarstellung beinhaltet, kann gleichzeitig auch das Gruppensynchronisationszeichen bilden. Ferner kann jedem Informationsblock eine Angabe über die Anzahl der innerhalb des Blockes zu übertragenden Informationen beigegeben sein; dies macht es empfangsseitig möglich, den Ausfall einzelner Infor­ mationen bei der Übertragung zu erkennen. Wenn dabei jeder Information eine die betreffende Stelle der Information inner­ halb des Informationsblockes bezeichnenden Kennung beigegeben ist, läßt sich empfangsseitig auch feststellen, welche Infor­ mation ausgeblieben ist. Dies kann von Bedeutung sein, wenn das ein- oder mehrmalige Ausfallen bestimmter Informationen bei der zyklischen Informationsübertragung zugelassen wird. Die empfangsseitigen Speicher sind dann so zu dimensionieren, daß sie die von ihnen jeweils gespeicherte Information über eine bestimmte Anzahl von Zyklusfolgezeiten speichern; nach Ablauf dieser Zeitspanne werden die Speicher gelöscht bzw. sie ge­ langen selbsttätig in ihre Grundstellung. Diese Grundstellung der Speicher ist dabei dem jeweils weniger gefährlichen Be­ deutungsinhalt der übermittelten Informationen zugeordnet. Als Speicher können beispielsweise monostabile Flip-Flops verwendet werden. Zum Erreichen einer noch höheren Sicherheit kann es von Vorteil sein, eine Information in zwei Schritten mittels zweier Einzelinformationen zu übertragen und diese Einzelinformationen auf der Empfangsseite nach einer UND-Be­ dingung miteinander zu verknüpfen. Hierdurch ergibt sich eine Verdoppelung der Hammingdistanz gegen Informationsverfäl­ schungen.

In vorteilhafter Weise sind sowohl auf der Sende- als auch auf der Empfangsseite der Übertragungseinrichtung ein aus jeweils zwei Mikrocomputern bestehendes Verarbeitungssystem vorgesehen. Dieses Doppelrechnersystem bildet dabei vorzugsweise ein signal­ technisch sicheres Rechnersystem mit sich ständig vergleichen­ den Einzelrechnern wie es z. B. unter der Bezeichnung SIMIS bekannt ist. Als vorteilhaft erweist es sich dabei, wenn die beiden Rechner der Sendeseite abwechselnd auf den Übertragungs­ kanal wirken und die Informationsblöcke Angaben über den jeweils auf den Sender wirkenden Rechner enthalten. Obgleich tatsächlich nur ein einziger Übertragungskanal zwischen Sender und Empfänger vorhanden ist, kommt man bei einer derartigen wechselweisen Aufschaltung der Informationen aus beiden Rechnern zu einer quasi zweikanaligen Informationsübertragung (zeitversetzte Zweikanaligkeit) mit der Möglichkeit, auf der Empfangsseite der Übertragungseinrichtung das ordnungsgerechte Mitwirken beider Sendemikrocomputer an der Informationsbildung zu überprüfen.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind jeder zu über­ tragenden Information empfangsseitig zwei Empfangsspeicher zugeordnet, von denen der eine bei einer Information der einen Wertigkeit und der andere bei einer Information der anderen Wertigkeit eingestellt wird. Für nicht sicherheitsrelevante Informationen wie z. B. die Ausleuchtung bestimmter Melde­ bausteine kann es ausreichen, anstelle von jeweils zwei Empfangsspeichern nur einen einzigen Empfangsspeicher vorzu­ sehen, der von nur einem Mikrocomputer bei einer vorgegebenen Wertigkeit einer Information einstellbar ist, beim Vorliegen der anderen Wertigkeit oder einer Übertragungsstörung dagegen in die Grundstellung gelangt.

Claims (21)

1. Verfahren zum Codieren und Prüfen von durch jeweils mehrere Bits dargestellten binären Informationen, die zu mehreren zu einem Informationsblock zusammengestellt und blockweise über­ tragen werden, wobei den innerhalb eines Blockes zu übertragen­ den Informationen typische, von der Bitfolge anderer Informa­ tionen des Blockes verschiedene Bitfolgen zugeordnet sind und wobei die übermittelten Bitfolgen empfangsseitig dahingehend geprüft werden, ob sie die für die betreffenden Informationen im Block vorgegebenen Codeelemente belegen und die übermittel­ ten Informationen abhängig vom jeweiligen Bewertungsergebnis entweder anerkannt oder verworfen werden, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Information zwei verschiedene Bitfolgen zugeordnet sind, die den beiden binären Wertigkeiten der Information ent­ sprechen, und von denen die eine das Komplement der anderen darstellt,
daß die Informationen über einen einzigen Übertragungskanal (Ü) übertragen werden
und daß für jede Information geprüft wird, ob die jeweils über­ mittelte Bitfolge einer der beiden dieser Information zuge­ ordneten Bitfolgen entspricht und ob die Bitfolge in einer genau definierten Reihenfolge zu den andere Informationen dar­ stellenden Bitfolgen empfangen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Informationen der einen Wertigkeit in einem ersten gleichgewichtigen Code und die Informationen der anderen Wertigkeit in einem zweiten, davon verschiedenen gleichgewichtigen Code dargestellt sind.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Sendeseite des Übertragungssystemes Mittel (MC 1, MC 2) zur Vorgabe der den einzelnen Informationen und ihrer jeweiligen Wertigkeit entsprechenden Bitfolgen vorgesehen sind,
daß ein Sender (S) zum Übertragen dieser Bitfolgen in der vor­ gegebenen Reihenfolge an einen Empfänger (E) vorgesehen ist
und daß auf der Empfangsseite des Übertragungssystems Mittel (MC 11, MC 21) zum Prüfen des jeweils übermittelten Informations­ blockes auf das Einhalten der für die einzelnen Informationen vorgegebenen Darstellungsbedingungen vorgesehen sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jeder eine Information darstel­ lenden Bitfolge ein Synchronisationszeichen vorangestellt ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jedem Informationsblock ein Gruppensynchronisationszeichen vorangestellt ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Informationsblock eine den jeweiligen Empfänger kennzeichnende Empfangsadresse vorangestellt ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für die Empfangsadresse eine von der Codedarstellung der zu übertragenden Informationen abweichende Codedarstellung gewählt ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 5 und 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsadresse das Gruppensynchronisationszeichen darstellt.

9. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder In­ formationsblock Angaben über die Anzahl der innerhalb des Blockes zu übertragenden Informationen enthält.

10. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder In­ formation eine die betreffende Stelle der Information inner­ halb des Informationsblockes bezeichnende Kennung beigegeben ist.

11. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bitdar­ stellung durch unterschiedliche Potentiale, Bitlängen, Phasen­ lagen oder durch unterschiedliche Frequenzen in serieller oder paralleler Anordnung erfolgt.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei frequenzmultiplexer Übertra­ gung mehrere Übertragungskanäle für mehrere zusammenwirkende Sender und Empfänger auf einen gemeinsamen Leitungsweg geschal­ tet sind.

13. Einrichtung nach mindestesn einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (S) aus einem auf jeweils eine von zwei möglichen Frequenzen umschaltbaren Generator besteht.

14. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (S) die Bitfolgen zyklisch wiederholt und daß auf der Empfangsseite Mittel (EE 1 bis EEn 1, EE 2 bis EEn 2) zum selek­ tiven vorübergehenden Speichern der übermittelten Informationen vorgesehen sind.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die empfangsseitigen Speicher (EE 1 bis EEn 1, EE 2 bis EEn 2) so dimensioniert sind, daß sie den ein- oder mehrmaligen Ausfall einer Information zulassen.

16. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 und 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Be­ wertungseinrichtung beim Nichteinhalten der vorgegebenen Be­ wertungskriterien die empfangsseitigen Speicher löscht.

17. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die empfangsseitigen Speicher (EE 1 bis EEn 1, EE 2 bis EEn 2) durch monostabile Flip-Flops dargestellt sind, die durch die eine Wertigkeit der jeweiligen Information in ihre Arbeitsstellung und durch die andere Wertigkeit in ihre Grundstellung gelangen.

18. Einrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die die empfangsseitigen Speicher (EE 1 bis EEn 1, EE 2 bis EEn 2) in die Arbeitsstellung schaltenden Informationen die Informationen derjenigen Wertig­ keit sind, die den jeweils gefährlicheren Bedeutungsinhalt aufweisen.

19. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Über­ tragung mit noch höherer Sicherheit (höherer Hammingdistanz) in zwei Schritten mittels zweier Informationen erfolgt und daß auf der Empfangsseite Mittel zur Verknüpfung der Informa­ tionen nach einer UND-Bedingung vorgesehen sind.

20. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Über­ tragungskanal (Ü) sowohl auf der Sende- als auch auf der Emp­ fangsseite auf mindestens zwei ein signaltechnisch sicheres Rechnersystem bildende Mikrocomputer (MC 1, MC 11; MC 2, MC 21) für die Informationsverarbeitung der zu übertragenden bzw. der empfangenen Informationen geführt ist.

21. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Senderechner (MC 1, MC 2) abwechselnd auf den Sender wirken, daß die Informationen oder die Informationsblöcke Angaben über den jeweils auf den Sender wirkenden Rechner enthalten, und daß damit die Empfangsrechner (MC 11, MC 21) das Arbeiten der Senderechner prüfen.