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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System für die gesicherte Übertragung
von Informationen zwischen Stationen, die durch ein Informationsübertragungsnetz
an Bord eines Kraftfahrzeugs miteinander verbunden sind.
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Bei
dieser Art von Systemen sind die Stationen zum Austauschen von Informationen über das Netz
in Form von Kommunikations-Rahmen eingerichtet, und mindestens eine
der Stationen ist eine Master-Station, die zum Aussenden von Befehlsinformations-Rahmen
an mindestens eine Slave-Station eingerichtet ist.
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Dies
ist zum Beispiel bei verteilten elektronischen Anwendungen in Kraftfahrzeugen
der Fall, die auf nicht deterministischen Netzen des Typs CAN (Controller
Area Network) oder VAN (Vehicle Area Network), usw. basieren, bei
denen die Steuerung eines Funktionsorgans des Fahrzeugs, wie zum
Beispiel die Positionssteuerung eines Schrittmotors, die Drehmomentsteuerung
eines Elektromotors, das Einschalten von Kontrollleuchten, und so
weiter, von einer Station berechnet wird, die als Master-Station oder
Sendestation bezeichnet wird, jedoch von einer anderen oder mehreren
anderen Stationen angewendet wird, die auch als Slave-Stationen
oder Empfängerstationen
bezeichnet werden.
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Trotz
der Tatsache, dass die verschiedenen Übertragungsprotokolle, die
in diesen Netzen zur Übertragung
von Informationen angewendet werden, zahlreiche Sicherungen aufweisen
(Zyklische Redundanzprüfung
(CRC), Bitstopfen und so weiter), können bestimmte Störungsphänomene auftreten, obwohl
von der Seite der Netzübertragung
alles normal erscheint.
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So
kann es zum Beispiel zu Problemen in Bezug auf die Speicherkomponenten
der Station kommen, die der Netzschicht zugeordnet sind und die
jede Aktualisierung der in das Netz ausgesendeten Befehle blockieren.
Dieses Phänomen
kann sowohl bei der Sendestation als auch bei den Empfängerstationen
auftreten.
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Der
Anwendungsprozess kann ebenfalls Störungen unterliegen, obwohl
der Vorgang des Sendens und des Empfangens der Kommunikations-Rahmen
weiterhin korrekt funktioniert, wobei sich dies durch die Tatsache
auswirkt, dass die gesendeten Informationen nicht aktualisiert werden.
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Im Übrigen erlauben
diese Protokolle auch nicht, dass die Sendestationen einer Befehlsinformation
erfahren, dass diese von den Empfängerstationen korrekt empfangen
und berücksichtigt
wurde, was im Fall einer Fernbedienung/Fernsteuerung einen Nachteil
darstellt.
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Ziel
der Erfindung ist es folglich, diese Probleme zu lösen.
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Zu
diesem Zweck ist das Ziel der Erfindung ein System für die gesicherte Übertragung
von Informationen zwischen Stationen, die durch ein Informationsübertragungsnetz
an Bord eines Kraftfahrzeugs miteinander verbunden sind, wobei die
Stationen eingerichtet sind zum Austauschen von Informationen über das
Netz in Form von Kommunikations-Rahmen, und wobei mindestens eine
der Stationen eine Master-Station ist, die eingerichtet ist zum
Aussenden von Befehlsinformations-Rahmen an mindestens eine Slave-Station,
dadurch gekennzeichnet, dass die Master-Station aufweist: Mittel
zum Erzeugen von Ausführungs-Informationen,
die mit den Befehlsinformationen verknüpft sind, und Mittel zum Einspeisen dieser
Ausführungs-Informationen in
einem Befehlsinformations-Rahmen an die Slave-Station, und dadurch,
dass die Slave-Station aufweist: Mittel zum Extrahieren der Ausführungs-Informationen
in dem empfangenen Befehlsinformations-Rahmen, sowie Mittel zum
Einspeisen dieser in einem Ausführungs-Rahmen
an die Master- Station,
um dieser die Berücksichtigung
der Befehlsinformationen anzuzeigen, sowie dadurch, dass die Mittel
zur Erzeugung der Ausführungs-Informationen
durch einen Zufalls-Code-Generator gebildet sind.
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Gemäß weiteren
Merkmalen:
- – weist die Master-Station
Mittel zum Vergleichen der von der Slave-Station empfangenen Ausführungs-Informationen mit
den an diese gesendeten Ausführungs-Informationen zur
Validierung oder Nicht-Validierung der Berücksichtigung der Befehlsinformationen
durch die Slave-Station auf,
- – sind
die Vergleichsmittel eingerichtet sind zum Vergleichen der von der
Slave-Station empfangenen Ausführungs-Informationen
in einem vorbestimmten Zeitraum nach ihrem Aussenden durch die Master-Station,
- – ist
die Master-Station eingerichtet zum Einschalten eines herabgesetzten
Betriebsmodus des Systems im Fall einer Nicht-Validierung der Berücksichtigung
der Befehlsinformationen durch die Slave-Station,
- – weist
die Slave-Station Mittel zum Vergleichen der in dem aktuellen Rahmen
empfangenen Ausführungs-Informationen mit
denjenigen des vorhergehenden Rahmens zum Bestimmen einer Aktualisierung
der Befehlsinformationen durch die Master-Station auf.
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Die
Erfindung wird durch das Lesen der folgenden Beschreibung leichter
verstanden werden, wobei diese lediglich als Beispiel dienen soll
und unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen erstellt
wurde.
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Es
zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm eines Anwendungsbeispiels für ein Übertragungssystem gemäß der Erfindung,
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2 ein
Ablaufdiagramm für
den Austausch von Rahmen zwischen einer Master-Station und einer
Slave-Station, und
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3 ein
Blockdiagramm, das die Struktur und die Funktionsweise eines Übertragungssystems gemäß der Erfindung
darstellt.
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Tatsächlich ist
in 1 ein System für
die gesicherte Übertragung
von Informationen zwischen Stationen dargestellt, die durch ein
Informationsübertragungsnetz
an Bord eines Kraftfahrzeugs miteinander verbunden sind.
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So
sind zum Beispiel jeweils sechs Stationen 1, 2, 3, 4, 5 und 6 dargestellt
und durch ein gemultiplextes Informationsübertragungsnetz miteinander verbunden,
das mit dem allgemeinen Bezugszeichen 7 bezeichnet ist.
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Diese
Stationen sind zum Austauschen von Informationen über das
Netz in Form von Kommunikations-Rahmen eingerichtet, und mindestens
eine der Stationen ist eine Master-Station, die zum Aussenden von
Befehlsinformations-Rahmen an mindestens eine Slave-Station eingerichtet
ist.
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Die
Stationen sind im Netz über
entsprechende Verbindungsschnittstellen miteinander verbunden, die
zum Beispiel durch die Bezugszeichen 8, 9, 10, 11, 12 beziehungsweise 13 für die Stationen 1 bis 6 bezeichnet
sind.
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Ferner
wird angemerkt, dass jede Station Versorgungsmittel und Weckmittel
der herkömmlichen
Art aufweist, die nicht dargestellt sind.
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Beispielhalber
ist die Station 1 eine Master-Station, die Befehle für die Geschwindigkeit
von Motoren aussendet, die von den Stationen 3 und 5 gesteuert
werden.
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Diese
Motoren sind zum Beispiel durch die Bezugszeichen 14 beziehungsweise 15 bezeichnet.
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Station 5 ist
eine Master-Station, die einen Befehl für das Einschalten oder Ausschalten
einer Kontrollleuchte aussendet, die mit dem allgemeinen Bezugszeichen 16 bezeichnet
ist und von der Station 3 gesteuert wird.
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Station 4 ist
eine Master-Station, die Positionsbefehle für ein proportionales Elektroventil
aussendet, das durch das allgemeine Bezugszeichen 17 bezeichnet
ist und von der Station 6 gesteuert wird.
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Die
verschiedenen Stationen tauschen also über das Netz Kommunikations-Rahmen
aus.
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Um
die unterschiedlichen Probleme zu lösen, die weiter oben in Bezug
auf die Sicherung der Übertragung
und die Berücksichtigung
der Informationen genannt wurden, weist die oder jede Master-Station
in dem System gemäß der Erfindung
Mittel zum Erzeugen von Ausführungs-Informationen, die
mit den Befehlsinformationen verknüpft sind, und Mittel zum Einspeisen
der Ausführungs-Informationen
in dem Befehlsinformations-Rahmen
an die Slave-Station auf.
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Des
Weiteren weist die oder jede entsprechende Slave-Station auf: Mittel zum Extrahieren
in dem empfangenen Befehlsinformations-Rahmen der Ausführungs-Informationen
und Mittel zum Einspeisen dieser in einem Ausführungs-Rahmen an die Master-Station,
um dieser die Berücksichtigung
der empfangenen Befehlsinformationen anzuzeigen.
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Dies
wird im Folgenden genauer erläutert.
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Es
werden zum Beispiel die folgenden Kommunikations-Rahmen verwendet:
- – Cde1:
Kommunikations-Rahmen, der von der Station 1 gesendet wird,
und der den Befehl für die
Geschwindigkeit der Elektromotoren 14 und 15 und
die Ausführungs-Informationen
C1 aufweist;
- – Cde2:
Kommunikations-Rahmen, der von der Station 5 gesendet wird,
und der den Befehl zum Einschalten der Kontrollleuchte 16 und
die Ausführungs-Informationen
C2 aufweist;
- – Cde3:
Kommunikations-Rahmen, der von der Station 4 gesendet wird,
und der den Befehl für die
Position des Elektroventils 17 und die Ausführungs-Informationen
C3 aufweist;
- – R1.A:
Kommunikations-Rahmen, der die Ausführungs-Informationen C1 aufweist, die von der Station 5 nach
dem Empfangen und Berücksichtigen
des Rahmens Cde1 zurückgesendet
werden;
- – R1.B:
Kommunikations-Rahmen, der die Ausführungs-Informationen C1 aufweist, die von der Station 3 nach
dem Empfangen und Berücksichtigen
des Rahmens Cde1 zurückgesendet
werden;
- – R2:
Kommunikations-Rahmen, der die Ausführungs-Informationen C2 aufweist, die von der
Station 3 nach dem Empfangen und Berücksichtigen des Rahmens Cde2
zurückgesendet
werden; und
- – R3:
Kommunikations-Rahmen, der die Ausführungs-Informationen C3 aufweist, die von der
Station 6 nach dem Empfangen und Berücksichtigen des Rahmens Cde3
zurückgesendet
werden.
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Dieser
Austausch ist in 2 dargestellt, in der "occ_Cde, n° x" eine Kommunikations-Rahmen-Instanz
repräsentiert,
die von der Master-Station gesendet wird, und die den Befehl zum
Beispiel für
die Geschwindigkeit, die Position, usw. und die Ausführungs-Informationen
aufweist, und "Occ_R_n° x" eine Kommunikations-Rahmen-Instanz
repräsentiert,
die von der Slave-Station gesendet wird, und die die Ausführungs-Informationen
enthält,
die tatsächlich
durch ein Rücksenden
der empfangenen Ausführungs-Informationen
gebildet werden, die mit dem Befehl "x" verknüpft sind.
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Die
Funktionsweise eines solchen Systems ist in 3 dargestellt.
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Die
Master-Station weist Mittel zur Verarbeitung von Befehlsinformationen
Cde auf, die zum Beispiel von einer Anwendungs-Software gebildet
werden, die in die Master-Station implementiert ist, und die in 3 durch
das allgemeine Bezugszeichen 20 bezeichnet sind.
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Die
Station weist ferner Mittel zur Erzeugung von Ausführungs-Informationen
Acq. auf, die mit der Befehlsinformation verknüpft sind, wobei die Erzeugungsmittel
zum Beispiel auch durch Software-Mittel gebildet werden, die in
dieser Station implementiert sind, und die mit dem allgemeinen Bezugszeichen 21 bezeichnet
sind.
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Tatsächlich können die
Erzeugungsmittel 21 durch einen Zufalls-Code-Generator
oder einen Inkrementierungs-Zähler
gebildet werden, dessen Größe bestimmt
ist, so dass Fehlerrisiken auf die übliche Weise minimiert werden.
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Die
Befehlsinformationen Cde und die Ausführungs-Informationen Acq. werden dann an Mittel 22 zur
Einspeisung dieser in einem Befehlsinformations-Rahmen mit dem allgemeinen
Bezugszeichen 23 ausgegeben, der dazu bestimmt ist, zum
Beispiel über
das Netz 7 an eine Slave-Station gesendet zu werden.
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Die
Slave-Station weist dann auf ihrer Seite Mittel 24 zum
Extrahieren der Befehlsinformationen Cde und der Ausführungs-Informationen Acq
in dem empfangenen Befehlsinformations-Rahmen 23 auf.
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Die
extrahierten Ausführungs-Informationen Acq.
werden dann an Mittel 25 zur Einspeisung dieser in einem
Ausführungs-Rahmen 26 ausgegeben, der
dazu bestimmt ist, über
das Netz 7 an die Master-Station gesendet zu werden, um
dieser die Berücksichtigung
der Befehlsinformationen anzuzeigen.
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Die
Master-Station weist dann Mittel 27 zur Wiederherstellung
in dem Rahmen 26 der Ausführungs-Informationen Acq. auf.
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Die
in dem Ausführungs-Rahmen 26 extrahierten
Ausführungs-Informationen werden
dann in Vergleichsmitteln, die das allgemeine Bezugszeichen 28 aufweisen,
mit den Ausführungs-Informationen verglichen,
die von der Master-Station gesendet wurden, um zu bestimmen, ob
diese einander entsprechen, und ob folglich die Befehlsinformationen
von der Slave-Station wirklich berücksichtigt wurden.
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Es
wird angemerkt, dass eine Zeitgrenze für den Empfang des Ausführungs-Rahmens
festgesetzt werden kann, und dass dieser zum Beispiel in einem vorbestimmten
Zeitraum nach dem Aussenden des Befehlsinformations-Rahmens durch
die Master-Station
empfangen werden muss.
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Außerdem können in
der Slave-Station ferner Mittel 29 zum Vergleichen der
aus dem Befehlsinformations-Rahmen 23 extrahierten Ausführungs-Information
Acq. mit Ausführungs-Informationen vorgesehen
sein, die aus einem vorhergehenden Rahmen extrahiert werden und
zum Beispiel in Mitteln zum Speichern von Daten 30 dieser
Station gespeichert werden.
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Somit
vergleicht die Slave-Station die empfangenen Ausführungs-Informationen
mit denen, die in dem vorhergehenden Rahmen enthalten sind, um zu
bestimmen, ob die Informationen sich verändert haben oder nicht.
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Wenn
sich die Informationen verändert
haben, bedeutet das, dass der Verarbeitungsprozess der Befehlsinformationen
von der Master-Station umgesetzt wurde. Die Slave-Station kann dann
berücksichtigen,
dass der gesendete Befehl von der Master-Station aktualisiert wurde und dass
dieser angewendet werden kann. Ansonsten berücksichtigt die Slave-Station,
dass die Befehlsinformationen nicht aktualisiert wurden, und kann
einen herabgesetzten Betriebsmodus einschalten.
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Was
die Master-Station betrifft, kann diese, wenn sie den Ausführungs-Rahmen
empfangen hat, berücksichtigen,
dass die Slave-Station ihren Befehl tatsächlich berücksichtigt hat.
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Wenn
sie dagegen keine Ausführungs-Informationen
empfängt
oder wenn die empfangenen Ausführungs-Informationen
unverändert
sind, nicht der gesendeten Information entsprechen oder nicht in
dem vorbestimmten Zeitraum ankommen, dann berücksichtigt die Master-Station,
dass eine Funktionsstörung
besteht und kann dann möglicherweise einen
herabgesetzten Betriebsmodus des Systems in Gang setzen.
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Der
vorbestimmte Zeitraum entspricht der minimalen Reaktionszeit, während der
die Master-Station die Ausführung
ihres letzten gesendeten Befehls erwarten muss, um die Berücksichtigung oder
Nicht-Berücksichtigung
desselben durch die Slave-Station sicherzustellen.
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Tatsächlich kann
diese Zeit die Summe der folgenden unterschiedlichen Elemente sein:
- – Übertragungszeit
des Befehls-Rahmens von der Master-Station zu der Slave-Station,
- – Verarbeitungszeit
in der Slave-Station,
- – Übertragungszeit
des Rahmens bei der Zustandsrückkehr
von der Slave-Station zu der Master-Station, und
- – Verarbeitungszeit
in der Master-Station.
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Es
kann ferner entschieden oder nicht entschieden werden, dass die
Master-Station eine Ausführung
abwarten soll, bevor sie eine neue Befehlsinformation aussendet.
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Gleichermaßen können die Übertragung
und der Austausch von Kommunikations-Rahmen regelmäßig oder
periodisch festgelegt werden.
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Es
wird ferner angemerkt, dass, je mehr die Anwendung von den Entwicklern
des Systems als sicher betrachtet wird, die Ausführungs-Informationen desto
mehr Gegenstand einer erstellten Berechnung sein müssen, um
Fehlerrisiken und sukzessive Duplizierungen maximal zu vermeiden.
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Theoretisch
können
die Ausführungs-Informationen
mit zwei Bit kodiert werden, davon wird jedoch abgeraten.
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Eine
mit acht Bit kodierte Information scheint eine bevorzugte Lösung für eine Anwendung
bei einem Kraftfahrzeug zu sein, da diese 256 Möglichkeiten repräsentiert.
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Selbstverständlich können auch
andere Ausführungsformen
in Betracht kommen.