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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Netzwerk mit einer Vielzahl von Netzknoten.
Solche Netzwerke können
beispielsweise in Kraftfahrzeugen, in der Industrieautomatisierung
(Sensorsysteme) und Hausautomatisierung (beispielsweise Lichttechnik,
Alarmanlagen, Heizungsanlage, Klimatechnik usw.) installiert werden.
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In
einem solchen Netzwerk für
Kraftfahrzeuge kann beispielsweise das aus der Zeitschrift „Elektronik", Nr. 14, 1999, S.
36 bis 43 (Dr. Stefan Polenda, Georg Kroiss: „TTP: „Drive by Wire" in greifbarer Nähe") bekannte TTP-Protokoll
(TTP = Time-Triggered Protocol)
verwendet werden. Dieses Protokoll ermöglicht eine sichere Datenübertragung
und kann daher auch in Netzwerken für sicherheitsrelevante Vorrichtungen
(z.B. Bremsen) verwendet werden. Der genannte Artikel erwähnt ein
Bussystem als Netzwerkstruktur.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein anderes Netzwerk mit einer Vielzahl
von Netzknoten zu schaffen.
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Die
Aufgabe wird durch ein Netzwerk der eingangs definierten Art dadurch
gelöst,
dass die Netzknoten, gesteuert von einem jeweiligen Bus-Wächter, während eines
zugeordneten Zeitabschnitts Nachrichten senden und außerhalb
dieses Zeitabschnitts Nachrichten empfangen, dass jeder Netzknoten
einen Testsignalgenerator enthält,
der außerhalb
des zugeordneten Zeitabschnitts ein Testsignal liefert, und dass
jeder Netzknoten einen Testsignaldetektor enthält, der, nach Empfangen eines
Testsignals von mindestens einem anderen Netzknoten außerhalb des
Zeitabschnitts, detektiert, dass es einen defekten Schaltungsabschnitt
in dem zugeordneten Netzknoten und/oder in wenigstens einem anderen
Netzknoten gibt.
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Die
Erfindung bezieht sich auf die Verwendung des Netzwerks in sicherheitsrelevanten
Anwendungen. Zum Schutz des Netzwerks gegen den Ausfall eines Knotens
wird ein Kontrollmechanismus für die Übertragung
von Nachrichten zwischen den Netzknoten eingefügt. Dieser Kontrollmechanismus wird
als Medienzugangsprüfung
be zeichnet und prüft beispielsweise,
ob ein Netzknoten zum falschen Zeitpunkt oder gar ständig sendet.
Den Medienzugriff steuert ein Bus-Wächter in einem Netzknoten.
Dieser Bus-Wächter ermöglicht im
funktionsfähigen
Zustand, dass der Netzknoten nur während eines vorgegebenen oder
zugeordneten Zeitabschnitts eine Nachricht senden kann.
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Die
einzelnen Netzknoten können über verdrillte
(twisted-pair) Metallkabel miteinander gekoppelt werden. Dann kann
beispielsweise eine Bus- oder Sternstruktur verwendet werden.
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Während der
für die
eigentliche Übertragung von
Nachrichten nicht genutzten Zeit wird kurzfristig ein Testsignal
von einem Testsignalgenerator zu anderen Netzknoten übertragen,
wobei das Testsignal, wenn kein Fehler auftritt, aufgrund des Bus-Wächters die
anderen Netzknoten gar nicht erreicht. Ein Testsignaldetektor prüft dann,
ob das übertragene
Testsignal wieder zum Netzknoten zurückkommt. Wenn es das tut, kann
der Bus-Wächter defekt
sein. Auf diese Weise wird der Medienzugriff auf eine einfache Weise
nur mit einem Testsignal ohne zusätzlichen Leitungsaufwand (Kabel
oder Lichtleiter) zwischen den Netzknoten geprüft.
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Wie
in Anspruch 2 definiert, kann mithilfe einer die Detektionsergebnisse
auswertenden Steuerungseinheit nicht nur die Funktionsfähigkeit
des Bus-Wächters
in dem zugeordneten Netzknoten, sondern auch die Funktionsfähigkeit
von anderen Netzknoten ausgewertet werden.
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Wenn
ein Schaltungsabschnitt (beispielsweise Bus-Wächter) in einem Netzknoten
ausgefallen ist, wird dies durch die zugeordnete Steuerungseinheit
detektiert und der Ausgang des Netzknotens wird blockiert (Anspruch
3). Dieses Blockieren kann beispielsweise durch Deaktivierung eines
schaltbaren Verstärkers
am Ausgang des Netzknotens realisiert werden.
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Anspruch
4 zeigt ein Verfahren zur Feststellung, ob ein Testsignalgenerator
defekt ist. Anspruch 5 beschreibt ein Netzwerk mit einer Vielzahl
von Netzknoten und einem Sternknoten in einer Sternstruktur, wobei
in dem Netzwerk Nachrichten mithilfe eines Pilotsignals übertragen
werden. Das Pilotsignal wird von einem Pilotsignalgenerator erzeugt,
wie in Anspruch 6 definiert ist. Der Pilotsignalgenerator kann dann
auch die Funktion des Testsignalgenerators ausführen (Anspruch 7). Der Testsignaldetektor kann
auch für
die Detektion des während
des zugeordneten Zeitabschnitts erzeugten Pilotsignals bereitgestellt
werden (Anspruch 8).
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Die
Erfindung bezieht sich gemäß Anspruch 9
auch auf einen Netzknoten für
ein Netzwerk mit einer Vielzahl von weiteren untereinander gekoppelten Netzknoten.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In
dieser zeigen:
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1 ein
Netzwerk in einer Sternstruktur mit einer Vielzahl von Netzknoten,
die über
einen aktiven Sternknoten gekoppelt sind;
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2 eine
erste Ausführungsform
einer Sternschnittstelle in einem Sternknoten;
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3 eine
erste Ausführungsform
eines ersten Sternknotens;
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4 einen
Teil eines Netzknotens mit einem Pilotsignalgenerator;
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5 einen
Teil einer Wellenform zweier Signale im Netzwerk;
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6 eine
zweite Ausführungsform
einer Sternschnittstelle in einem Sternknoten;
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7 eine
zweite Ausführungsform
eines ersten Sternknotens, und
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8 ein
Zustandsübergangsdiagramm
für eine
Steuerungseinheit, die in 4 enthalten
ist.
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Ein
Ausführungsbeispiel
einer Ausführungsform
eines Netzwerks in Sternstruktur ist in 1 gezeigt.
Dieses Netzwerk enthält
beispielsweise vier Netzknoten 1 bis 4, die über einen
aktiven Sternknoten 9 durch verdrillte (twisted-pair),
für eine
symmetrische Signalübertragung
bereitgestellte Leitungspaare 5 bis 8 miteinander
gekoppelt sind. Der aktive Sternknoten 9 führt eine
Leitungsanpassung durch, sodass die Leitungspaare 5 bis 8 im
aktiven Sternknoten 9 mit einem Wellenwiderstand abgeschlossen sind,
und detektiert ein von einem Netzknoten 1 bis 4 ausgesendetes
Pilotsignal. Wenn die Leitungspaare 5 bis 8 ohne
den aktiven Sternknoten 9 miteinander verbunden wären, gäbe es für jedes
Leitungspaar im Sternpunkt eine Fehlanpassung durch den Impedanzsprung
von Z0 auf 1/3 Z0,
der durch die Tatsache, dass die jeweiligen anderen Leitungspaare
parallel geschaltet sind, verursacht wird. Zur Erzeugung eines Pilotsignals
enthält
jeder Netzknoten 1 bis 4 außerdem einen Pilotsignalgenerator.
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Es
ist auch möglich,
den aktiven Sternknoten 9 und die Netzknoten 1 bis 4 über optische
Lichtleiter zu koppeln. In dem Fall müssen der Sternknoten 9 und
die Netz knoten 1 bis 4 optisch-elektrische beziehungsweise
elektrisch-optische Umsetzer an den Enden der optischen Lichtleiter
enthalten.
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Der
aktive Sternknoten 9 enthält für jedes Leitungspaar 5 bis 8 eine
Sternschnittstelle, die eine Übertragung
der Nachrichten von einem sendenden Netzknoten zu allen anderen
am aktiven Stern angeschlossenen Netzknoten ermöglicht. Ein Ausführungsbeispiel
einer solchen Sternschnittstelle ist in 2 gezeigt.
Ein Leitungspaar 5 bis 8 ist mit den Eingängen eines
schaltbaren Verstärkers 10,
mit den Ausgängen
eines weiteren schaltbaren Verstärkers 11,
mit einem Pilotsignaldetektor 12 und mit einem Abschlusswiderstand 13 verbunden.
Der Wert des Abschlusswiderstands 13 entspricht dem Wellenwiderstand
und wird damit für
den korrekten Leitungsabschluss verwendet. Wenn der Pilotsignaldetektor 12 ein
Pilotsignal detektiert, erzeugt er ein Freigabesignal, welches zu
einem Schalteingang 14 des schaltbaren Verstärkers 10,
zu einem invertierenden Eingang eines UND-Gatters 15 und über einen
Verstärker 17 und
eine Leitung 18 zu einem ODER-Gatter 23 geführt wird
(3). Wenn der schaltbare Verstärker 10 freigegeben
ist, liefert er Daten zu einer Datenleitung 19, die zu
einem Verknüpfungsknoten führt. Diese
Datenleitung 19 empfängt
auch Daten von den anderen Sternschnittstellen und überträgt sie über den
schaltbaren Verstärker 11 zu
dem zugeordneten Leitungspaar. Über
eine Leitung 20 wird weiter der nicht-invertierende Eingang
des UND-Gatters 15 über
das ODER-Gatter 23 mit einem Freigabesignal beliefert,
wobei das Freigabesignal von einer anderen Sternschnittstelle produziert
wird (3). Der nicht-invertierende Ausgang des UND-Gatters 15 ist
mit einem Schalteingang 21 des schaltbaren Verstärkers 11 und über einen
Inverter 16 mit einem Freigabeeingang 22 des Pilotsignaldetektors
verbunden.
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Ein
schaltbarer Verstärker 10 oder 11 kann auch
als Reihenschaltung aus Verstärker
und Schalter (Schaltelement) ausgebildet werden. Wenn dieser Schalter
geschlossen ist, wird das Ausgangssignal des Verstärkers übertragen.
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Der
Pilotsignaldetektor detektiert, ob der zugeordnete Netzknoten durch
Aussenden des Pilotsignals zeigt, dass er Nachrichten beziehungsweise Daten übertragen
will. Ist dies der Fall, wird der Verstärker 11 deaktiviert
(im Allgemeinen wird er bereits in diesem Zustand sein) und der
Verstärker 10 wird aktiviert
beziehungsweise freigegeben. Das von dem zugeordneten Leitungspaar
kommende Nachrichtensignal wird zur Leitung 19 geführt und
dort an die anderen Sternschnittstellen übertragen. Zusätzlich signalisiert
das vom Pilotsignaldetektor 12 erzeugte Freigabesignal
den anderen Sternschnittstellen, dass sie ihren jeweiligen Verstärker 11 aktivieren oder
freigeben sollten, um die Nachrichten an die jeweiligen zugeordneten
Netzknoten zu übertragen.
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Wie
in 3 gezeigt, werden die Leitungen 18 aller
anderen Sternschnittstellen in dem ODER-Gatter 23 verknüpft. Weiter
zeigt 3 vier Sternschnittstellen 24 bis 27,
die jeweils mit den Leitungspaaren 5 bis 8 gekoppelt
sind. Der Ausgang des ODER-Gatters 23 ist
mit den Leitungen 20 (2) der Sternschnittstellen 24 bis 27 verbunden.
Die Leitungen 19 (2) jeder
Sternschnittstelle 24 bis 27 sind miteinander über einen
Schaltungsknoten 28 verknüpft.
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Um
zu verhindern, dass ein von einem Leitungspaar 5 bis 8 kommendes
Signal in dasselbe Paar zurückgespeist
wird, wird der Verstärker 11 über den
invertierenden Eingang des UND-Gatters 15 deaktiviert oder
abgeschaltet. Um andererseits zu verhindern, dass der einem anderen
Netzknoten zugeordnete Pilotsignaldetektor seinen eigenen Verstärker 10 aktiviert,
wird das über
die Leitung 20 (2) transportierte Freigabesignal über UND-Gatter 15 und
Inverter 16 verwendet, um das Freigabesignal für den Pilotsignaldetektor 12 zu
unterdrücken. Damit
wird auch der Verstärker 10 über seinen Schalteingang 14 abgeschaltet
oder deaktiviert. Der Pilotsignaldetektor 12, dessen Pilotsignal
bewirkt, dass die zugeordnete Sternschnittstelle Daten empfängt, bleibt
aber aktiv, um das Ende der Datenübertragung zu erkennen.
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Zur
einwandfreien Funktion des aktiven Sternknotens 9 ist es
erforderlich, dass die Netzknoten 1 bis 4 ihre
Nachrichten zeitlich nicht-überlappend
senden. Zusätzlich
muss sichergestellt werden, dass für die Dauer einer gewissen
Totzeit kein Netzknoten aktiv ist oder Nachrichten bzw. Daten sendet. In
diesem Zustand wird der Sternknoten völlig blockiert (d.h. alle Verstärker 10 und 11 sind
deaktiviert). In diesem Zustand wartet eine Sternschnittstelle 24 bis 27 in
dem Sternknoten 9 auf ein neues Pilotsignal, mit dem eine
Anfrage zum Übertragen
von Nachrichten angezeigt wird.
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Grundsätzlich gilt,
dass das Pilotsignal immer vor dem Beginn der Übertragung der tatsächlichen
Nachricht gesendet werden muss. Nur dann ist sichergestellt, dass
der aktive Sternknoten 9 rechtzeitig konfiguriert wird
und auch der Beginn der Nachricht alle anderen Netzwerkknoten erreicht.
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4 zeigt,
auf welche Weise das Pilotsignal in einem Netzknoten 1 bis 4 erzeugt
und über
ein Leitungspaar 5 bis 8 übertragen wird. Wenn ein Netzknoten
eine Nachricht oder Daten zu anderen Netzknoten senden möchte, erhält ein Pilotsignalgenerator 29 beispielsweise
ein Startsignal über
eine Leitung 30. Der Pilotsignalgenerator 29 liefert dann
ein Pilotsignal zu einem Multiplexer 31, zu dem noch zu sendende
Daten über
eine Leitung 32 übertragen werden.
Das von dem Multiplexer 31 produzierte Signal wird über einen
Verstärker 33 auf
das zugeordnete Leitungspaar gegeben. Ein von einem anderen Netzknoten
stammendes Signal wird von dem Leitungspaar über einen Verstärker 34 auf
eine Leitung 35 zur weiteren Verarbeitung geführt.
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Der
in 4 gezeigte Multiplexer kann dabei sowohl als Zeitmultiplexer
(Übertragen
des Pilotsignals als Start- und Stoppsignal jeweils vor und nach der
eigentlichen Nachricht) oder als Frequenzmultiplexer ausgebildet
sein. Das bedeutet, dass das Pilotsignal entweder als ein andauerndes
Signal die gesamte zu übertragene
Nachricht begleiten kann oder dass es in Form eines Start- und Stoppsignals übertragen
werden kann. Dabei kann beispielsweise als Ergebnis unterschiedlicher
Zeitspannen sichergestellt werden, dass das Start- und Stoppsignal
ausreichend unterscheiden werden und der Wechsel zwischen Übertragungszeitraum
und Übertragungspause
nicht verwechselt wird.
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Das
Pilotsignal kann auf verschiedene Weisen erzeugt werden. Eine Möglichkeit
ist, dass es ein periodisches Signal sein kann, dessen Frequenzbereich
außerhalb
des für
die Übertragung
der Nachrichten genutzten Frequenzbereiches liegt. Dieser Frequenzbereich
kann ober- oder unterhalb des Nutzfrequenzbandes liegen, aber auch,
wenn das Nutzband entsprechend spezifiziert ist, aufgrund der schmalbandigen
Natur des Pilotsignals in „Lücken" des Nutzfrequenzbandes
liegen. Eine weitere Möglichkeit
ist, die eigentliche Nachricht als symmetrisches Gegentaktsignal
und das Pilotsignal als Gleichtaktsignal zu übertragen. Das Gleichtaktsignal kann
sowohl in Form einer konstanten Spannung als auch in Form eines
periodischen Signals sein. Eine dritte Möglichkeit für das Pilotsignal ist, dass
dieses in Form spezieller Symbole realisiert wird, die vor oder
hinter die übertragene
Nachricht gestellt werden.
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Das
Netzwerk eignet sich besonders gut für die Anwendung in Netzwerken,
die nach dem TTP-Protokoll für
eine Echtzeit-Kommunikation beispielsweise im Kraftfahrzeug arbeiten
(vergleiche Elektronik Heft 14/1999: „TTP: „Drive by Wire" in greifbarer Nähe", Seiten 36 bis 43).
Mit diesem Protokoll ist einerseits festgelegt, wann welcher Sender mit
Hilfe des konfliktfreien TDMA-Zugriffsverfahren (TDMA = Time Division
Multiple Access) senden darf, und andererseits ist eine Totzeit
(interframe gap) definiert, in der kein Sender senden darf. Dieser
Mechanismus garantiert unmittelbar, dass der aktive Sternknoten 9 immer
wieder in den Ruhezustand zurückgeht.
Also garantiert das TDMA-Verfahren,
dass immer nur ein Netzknoten zu einer vorbestimmten Zeit eine Nachricht
ver versenden darf und zu diesem Zweck mittels des von ihm ausgesendeten
Pilotsignals im Sternknoten die ihm zugeordnete Sternschnittstelle
aktiviert oder veranlasst, sie zu aktivieren, Nachrichten zu übertragen.
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Ein
zusätzlicher
Vorteil ist, dass zur Ansteuerung des sogenannten Bus-Wächters (bus guardian) ein Steuerungssignal
im Netzwerkknoten vorliegen muss, wobei das Signal zeitlich kurz
vor dem Beginn der Übertragung
der Nachricht liegt. Dieses Steuerungssignal kann unmittelbar zur
Ansteuerung des Pilotsignalgenerators 29 verwendet werden,
indem dieses Steuerungssignal über
die Leitung 30 an den Pilotsignalgenerator 29 angelegt
wird.
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In 5 sind
dieses Steuerungssignal mit BG und die eigentliche Nachricht mit
data gekennzeichnet. Das Steuerungssignal BG ist während der Aussendung
einer Nachricht beispielsweise in einem L-Zustand. Während dieses
L-Zustands des Steuerungssignals soll die Nachricht übertragen
werden. Ein erster Zeitraum T1 nach einem Wechsel des Steuerungssignals
in den L-Zustand und ein zweiter Zeitraum T2 vor einem Wechsel des
Steuersignals in den H-Zustand müssen
dabei so gewählt
werden, dass der aktive Sternknoten 9 für eine fehlerlose Übertragung
der Nachricht korrekt konfiguriert ist und bleibt. Es bleibt noch
zu erwähnen,
dass das TTP-Protokoll unterschiedliche (konstante) Nachrichtenverzögerungszeiten
zwischen verschiedenen Netzknoten im Netzwerk unterstützt. Damit
verstößt die durch
den aktiven Sternknoten 9 hervorgerufene Verzögerungszeit
nicht gegen das TTP-Protokoll.
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Das
Netzwerk gemäß der Erfindung
ermöglicht
die Übertragung
eines Pilotsignals mit jeder Art von Signalübertragung von Nachrichten
von einem Netzknoten 1 bis 4. Beispielsweise kann
für die Übertragung
von Nachrichten eine symmetrische Gegentaktübertragung, Einzelleiterübertragung
oder trägerfrequenzmodulierte Übertragung
gewählt
werden. Bei gleichphasiger Kopplung der Leitungspaare 5 bis 8 könnte beispielsweise
auch eine Versorgungsspannung mit einer Nachricht übertragen
werden.
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Anstelle
des in der 3 benötigten ODER-Gatters 23 kann
diese ODER-Verknüpfung auch
direkt durch eine Wired-OR-Verknüpfung
realisiert werden. Eine für
die Wired-OR-Verknüpfung
geeignete Sternschnittstelle ist in 6 gezeigt.
Diese Sternschnittstelle wie in 6 gezeigt
ist bis auf die geschaltete Verknüpfung des Ausgangs des Verstärkers 17 identisch
mit der Sternschnittstelle der 2. In der 8 führt der
Ausgang des Verstärkers 17 nicht
auf die Leitung 18, sondern auf die Leitung 20 (Wired-OR).
Dies schafft, dass der Ausgang des Verstärkers 17 mit dem invertierenden
Eingang des UND-Gatters 15 verbunden ist. Der Verstärker 17 ist in
der 2 als „Push-Pull"-Verstärker und in der 6 als „Open-Collector"-beziehungsweise „Open-Drain"-Verstärker realisiert.
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Als
Ergebnis dieser Wired-OR-Verknüpfung verringern
sich die Verdrahtungskosten und das ODER-Gatter 23 wird
aus dem aktiven Sternknoten 9 entfernt und das Netzwerk
kann als Ergebnis des Entfernens des ansonsten in verschiedenen
Varianten vorzuhaltenden ODER-Gatters leicht mit weiteren Netzknoten
erweitert werden. Die Sternschnittstellen 24 bis 27 sind
in diesem Fall mit ihren Leitungen 19 beziehungsweise 20 verbunden,
sodass sie als Ergebnis zwei Schaltungsknoten 47 und 48 bilden,
wie in 7 gezeigt. Zusätzlich
ist nur ein Widerstand 49 bereitzustellen, der einerseits
an den Schaltungsknoten 47 und andererseits an eine Versorgungsspannung
gekoppelt ist. Dieser Widerstand bildet zusammen mit den Verstärkern 17 jeder
Sternschnittstelle die Wired-OR-Verknüpfung.
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Wenn
das Netzwerk in sicherheitsrelevanten Anwendungen verwendet wird,
muss zum Schutz des Netzwerks gegen den Ausfall eines Knotens ein zusätzlicher
Kontrollmechanismus für
die Übertragung
von Nachrichten zwischen den Netzknoten 1 bis 4 (Medienzugriff)
eingefügt
werden. Insbesondere ein Ausfall derart, dass ein Knoten zum falschen
Zeitpunkt oder sogar ständig
sendet, muss unbedingt vermieden werden. Gemäß der Erfindung wird der Ausfall
der Kontrollmechanismen im Fall des Medienzugriffs dadurch erkannt,
dass während
einer für
die eigentliche Übertragung
von Nachrichten nicht genutzten Zeit eine kurzfristige, gezielte
Verletzung der Medienzugriffsregeln vorgetäuscht wird und damit die Funktion
der zusätzlichen
im folgenden zu beschreibenden Medienzugriffssteuerung (im Falle
von TTP/C der Bus Guardian) überprüft werden
kann. In der für
die eigentliche Nachrichtenübertragung
nicht genutzten Zeit wird kurzfristig ein Signal zur Übertragung über ein
Leitungspaar 5 bis 8 eingespeist, wobei das Signal
aufgrund der zusätzlichen
Medienzugriffssteuerung (mit Hilfe des Bus-Wächters) das Netzwerk sogar
dann nicht erreicht, wenn es keine Fehler gibt.
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Die
Prüfung
erfolgt, indem beispielsweise nachdem der eigentliche Zeitabschnitt
für die Übertragung
von Nachrichten abgelaufen ist, ein Testsignal gesendet wird und
gleichzeitig geprüft
wird, ob dieses Testsignal auf einem Leitungspaar erscheint. Als
Zeitpunkt für
das Übertragen
des Testsignals kann beispielsweise die Totzeit zwischen der Übertragung
von Nachrichten von verschiedenen Netzknoten (zwischen den TDMA-Zeitabschnitten)
genutzt werden.
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Zur
Realisierung dieser Prüfung
enthält
der Schaltungsabschnitt (4), der zur Erzeugung der Pilotsignale
bereitgestellt ist, einen Bus-Wächter 50, einen
Testsignalgenerator 51, einen Testsignaldetektor 52 und
eine Steuerungseinheit 53. Der Testsignalgenerator 51 liefert
ein Testsignal zu dem Multiplexer 31, wenn dieser Multiplexer über eine
Leitung 54 ein Freigabesignal von der Steuerungseinheit 53 erhält. Das
Testsignal wird über
den Multiplexer 31 und den Verstärker 33 auf das Leitungspaar
gegeben. Der Multiplexer 31 legt dieses Testsignal ebenfalls
an den Testsignaldetektor 52. Der Testsignaldetektor 52 hat eine
weitere Verbindung zu der Ausgangsleitung 35 des Verstärkers 34.
Der Testsignaldetektor 52 liefert das Detektionsergebnis
der Steuerungseinheit 53 über Leitungen 55.
Die Steuerungseinheit 53 liefert dem zugeordneten Netzknoten
eine Statusinformation über
eine Leitung 56 und ein weiteres Signal über eine
Leitung 57 zum Verstärker 33,
der als schaltbarer Verstärker
ausgebildet ist. Außerdem
wird ein Signal vom Bus-Wächter 50 zum
Verstärker 33 geleitet. Der
Verstärker 33 ist
nur dann angeschaltet oder aktiviert, wenn sowohl Bus-Wächter 50 als
auch die Steuerungseinheit 53 Signale zur Aktivierung des Verstärkers 33 liefern.
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Die
Steuerungseinheit 53 veranlasst den in 4 gezeigten
Testsignalgenerator 51, das Testsignal für eine zuvor
definierte Zeitspanne nach Ende des Zeitabschnitts für das Senden
von Nachrichten zu senden. Gleichzeitig aktiviert die Steuerungseinheit 53 ihr
Freigabesignal 57 für
den Verstärker 33. Der
im Empfangszweig an den Verstärker 34 angeschlossene
Testsignaldetektor 52 liefert das Detektionsergebnis, welches
das Vorhandensein des Testsignals im Ausgangssignal des Verstärkers 34 anzeigt, über Leitungen 55 an
die Steuerungseinheit 53. Das Ergebnis der Detektion der
Selbstprüfung
wird in Form eines Statussignals über Leitungen 56 dem
zugeordneten Netzknoten signalisiert. Wird das Testsignal im Empfangszweig
während
der Selbstprüfungsphase
erkannt, ist ein Fehler aufgetreten und der Verstärker 33 wird
permanent deaktiviert. Andernfalls liegt kein Fehler vor. Um sicherzustellen, dass
der Testsignalgenerator 51 auch tatsächlich ein Testsignal erzeugt,
wird das Testsignal zur Überprüfung auch
an den Testsignaldetektor 52 angelegt.
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Da
der Bus-Wächter
nur während
des vorgegebenen Zeitabschnitts den Zugriff erlauben soll, kann
das Erkennen eines Testsignals auf dem Leitungspaar außerhalb
des vorgegebenen Zeitabschnitts als Fehlverhalten der Medienzugriffssteuerung
interpretiert werden. Durch die Deaktivierung des Verstärkers 33 wird
vermieden, dass ein ständig sendender
Netzknoten den Sternknoten 9 blockiert, wenn der Bus-Wächter den
Fehler nicht erkannt hat.
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Die
Steuerungseinheit 53 kann beispielsweise als Zustandsmaschine
(State Machine) ausgebildet werden, die von ihrem eigenen Taktgenerator
mit Leistung versorgt wird. Die Information darüber, wann der Zugriff auf das
Medium gestattet ist oder wann der vorgegebene Zeitabschnitt für die Übertragung
der Nachricht auftritt, erhält
die Steuerungseinheit 53 von dem zugeordneten Netzknoten,
was in der 4 nicht im Detail dargestellt
ist. Damit kann die Steuerungseinheit 53 die Medienzugangsprüfung unabhängig vom
Bus-Wächter
vornehmen. Insbesondere der Fall, wo der Taktgenerator des Bus-Wächters versagt
und der Bus-Wächter
deshalb den Medienzugriff ununterbrochen ermöglicht, kann auf diese Weise
sicher erkannt werden. Eine Ausführungsform
eines Zustandsübergangsdiagramms
der Steuerungseinheit 53 ist in 8 gezeigt.
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Das
Zustandsübergangsdiagramm
von 8 zeigt einen Ausgangszustand AZ, der in eine Sendephase
SP übergeht,
wenn der Bus-Wächter 50 und
die Steuerungseinheit 53 den schaltbaren Verstärker 33 aktivieren
und somit der Zeitabschnitt zur Übertragung
einer Nachricht vom zugeordneten Netzknoten beginnt. Die Steuerungseinheit 53 liefert nur
dann ein Deaktivierungssignal zum Verstärker, wenn ein Fehler aufgetreten
ist. Wenn der Zeitabschnitt endet, wird in die Testphase TP gewechselt und
kurzzeitig von dem Testsignalgenerator 51 ein Testsignal
gesendet.
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Falls
der Testsignaldetektor 52 das Testsignal am Ausgang des
Multiplexers 31 erkennt und ein unerlaubtes Testsignal
auf der Leitung 35 detektiert, liegt ein Fehler vor, was
in 8 durch den Zustand F gekennzeichnet ist. Wenn
die Steuerungseinheit 53 kein Testsignal von dem Testsignaldetektor 52 mehr detektiert,
nachdem er das Testsignal abgeschaltet hat (über Leitung 54), liegt
ein interner Fehler vor (Bus-Wächter
defekt), was durch den Zustand IF angezeigt wird. Die Steuerungseinheit
zeigt diesen Fehler als Statusinformation an und deaktiviert über die
Leitung 57 den Verstärker 33.
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Wenn
der Testsignalgenerator 51 defekt ist, detektiert der Testsignaldetektor 52 kein
Testsignal am Ausgang des Multiplexers 31. Detektiert der
Testsignaldetektor 52 zusätzlich ein unerlaubtes Testsignal
auf der Leitung 35, liegt ein externer Fehler vor, was
in 8 durch den Zustand EF gezeigt ist. Es wird dann
ein Testsignal detektiert, obwohl kein Testsignal mehr generiert
wird. Dieses Testsignal kommt von einem anderen fehlerhaften Netzknoten.
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Aus
dem Zustand F wird in den Zustand EF übergegangen, wenn der Testsignaldetektor 52 (Testsignalgenerator 51 ist
abgeschaltet) kein Testsignal mehr am Ausgang von Multiplexer 31 erkennt und
wenn ein unerlaubtes Testsignal auf der Leitung 35 detektiert
wird. Das bedeutet, dass der Testsignalgenerator 51 korrekt
arbeitet und ein anderer Netzknoten defekt ist.
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Wenn
der Testsignalgenerator 51 defekt ist, detektiert der Testsignaldetektor 52 während der Testphase,
dass es kein Testsignal am Ausgang des Multiplexers 31 gibt.
Wenn auch kein Testsignal auf der Leitung 35 auftritt (kein
externer Fehler), wird in den Zustand TF gewechselt. Aus diesem
Zustand TF kann nicht wieder in den Ausgangszustand zurückgegangen
werden. Der Zustand des Bus-Wächters kann
nicht länger
detektiert werden.
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Wenn
während
der Testphase TP ein Testsignal am Ausgang des Multiplexers 31 detektiert
worden ist und kein Testsignal auf der Leitung 35 detektiert
worden ist, liegt ein Fehler vor. Dies kennzeichnet der Zustand
FF. Nach Anzeige der Zustände
IF, EF und FF wird zurück
in den Ausgangszustand AZ gegangen.
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Anstelle
eines Testsignals ist es auch möglich,
den Pilotton als Testsignal zu verwenden. Dann ist es auch möglich, die Übertragung
eines andauernden Pilottons zu erkennen. Anstelle des Testsignalgenerators 51 kann
in dem Fall der Pilotsignalgenerator 29 für die Übertragung
des Pilottons als Testsignal verwendet werden. Der Testsignalgenerator 51 kann
in diesem Fall weggelassen werden.
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Grundsätzlich kann
das Testsignal zu beliebigen Zeitpunkten übertragen werden, das heißt unmittelbar
vor oder nach dem Zeitabschnitt für die Übertragung von Nachrichten
oder zu einem beliebigen anderen Zeitpunkt in der Totzeit zwischen
Zeitabschnitten.
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Eine
weitere Anwendung umfasst, dass auch während des Zeitabschnitts für die Übertragung
von Nachrichten geprüft
werden kann, ob der für
die Freischaltung der Sternschnittstelle notwendige Pilotton korrekt
erzeugt wird. Diese zusätzliche
Prüfung
erleichtert die Fehlerdiagnose, da eine Unterscheidung zwischen
einer fehlerhaften Anschlussleitung und einem fehlerhaften Pilottongenerator
gemacht werden kann.