ES2289513T3 - Deteccion y supresion de errores en un nodo de red basado en tdma. - Google Patents

Abstract

Un nodo (1) de red con una unidad de comunicación (2), que se ha proporcionado para la implementación de un protocolo de comunicación con el propósito de la comunicación con otros nodos de red a través de un medio de comunicación (5), y con un dispositivo (3) supervisor de bus, que están concebidos para, de forma mutuamente independiente: - implementar una organización o programa temporal de acceso contenido en un registro de datos de configuración; y - poner a disposición, por cada uno de ellos, de acuerdo con el programa temporal de acceso, una señal de liberación para un dispositivo (4) de accionamiento de bus, que se ha proporcionado en el nodo (1) de red, el cual está destinado a evaluar estas dos señales y, en el caso de que las dos señales de liberación no coincidan, bloquear el acceso del nodo (1) de red al medio de comunicación (5), de tal modo que la unidad de comunicación (2) está concebida para suministrar, además, una señal de petición de transmisión al dispositivo (4) de accionamiento de bus, de manera que, en función de ella, el dispositivo (4) de accionamiento de bus está concebido para activar su etapa de transmisión (10) si no está presente ningún bloqueo del acceso al medio de comunicación (5).

Description

Detección y supresión de errores en un nodo de red basado en TDMA.

La invención se refiere a un nodo de red con una unidad de comunicación, que se proporciona para la implementación de un protocolo de comunicación para el propósito de la comunicación del nodo de red con otros nodos de red a través de un medio de comunicación, y con un dispositivo supervisor de bus.

Los sistemas de comunicación con múltiples nodos de red se diseñan con frecuencia de modo que sean activados o disparados en el tiempo. En los sistemas de este tipo, se proporciona individualmente, en cada caso, una ranura temporal asignada de forma exclusiva, para el intercambio de mensajes entre diversos nodos de red. Como resultado de ello, se garantiza el intercambio de mensajes sin colisiones o conflictos, en un funcionamiento carente de errores. Este método se conoce generalmente como el método de TDMA (Acceso Múltiple por División en el Tiempo -"Time Division Multiple Access"). Se proporciona frecuentemente una configuración de este tipo para el intercambio de mensajes en aplicaciones en las que la seguridad es crucial, por ejemplo, en vehículos de motor.

Por medio de una configuración correspondiente del dispositivo supervisor de bus, éste último puede, de acuerdo con la organización o programa temporal del acceso, determinar ranuras de tiempo para las que se permite una transmisión que involucra al nodo de red particular. Para los restantes periodos de tiempo, el nodo de red es bloqueado en el lado de transmisión. Puede evitarse con ello que un nodo de red con funcionamiento defectuoso transmita en tiempos en los no se le ha asignado ninguna ranura temporal de transmisión, es decir, en los que no debe transmitir.

Gracias a ello, es posible evitar que un nodo de red con transmisión defectuosa de este tipo bloquee una red.

En algunas aplicaciones, sin embargo, existe el requisito no sólo de impedir que un nodo de red que funciona defectuosamente acceda a la red fuera de las ranuras temporales asignadas para ello, sino también de detectar que el nodo está funcionando de forma defectuosa. Con el este fin, los dispositivos supervisores de bus de los nodos de red se han diseñado, en los sistemas conocidos, de tal manera que se realiza también dentro de ellos una función de detección de errores. En virtud de ella, el dispositivo supervisor de bus compara la ocurrencia de una petición de transmisión por parte de la unidad de comunicación, con la posición en ese momento en el propio programa de acceso. Dicho nodo se conoce por el documento US 2003/067873. Si se establece por el dispositivo supervisor de bus que está presente una petición de transmisión en un instante para el que el programa temporal de acceso del nodo de red asignado no especifica ninguna transmisión, el dispositivo supervisor de bus comunica este estado de error a una unidad de control de orden superior. Además, el sistema puede estar diseñado de tal manera que el acceso del nodo de red a la red sea bloqueado en el lado de transmisión como resultado de una discrepancia entre los programas de tiempo de acceso de la unidad de comunicación y del dispositivo supervisor de bus que han sido establecidos por el dispositivo supervisor de bus.

En estas circunstancias, simplemente por el hecho de que la unidad de comunicación hace pasar la señal de control que indica una petición de transmisión, tanto hacia el dispositivo de accionamiento de bus como hacia el dispositivo supervisor de bus, muchos puntos vulnerables se abren a un posible perjuicio del comportamiento del sistema como resultado de la influencia de los errores.

Para propósitos de supervisión, el dispositivo supervisor de bus utiliza la señal de control de la unidad de comunicación que también se hace pasar al dispositivo de accionamiento de bus. Si el dispositivo supervisor de bus está funcionando de forma defectuosa, esta señal de control puede ser, a su vez, errónea, y puede encaminarse una petición de transmisión defectuosa por parte del dispositivo supervisor de bus hacia el dispositivo de accionamiento de bus, lo que conduce a la activación del dispositivo de accionamiento de bus, es decir, al acceso al medio.

Debe garantizarse adicionalmente, en el caso de un dispositivo supervisor de bus que se ocupe, él mismo, de parte de la detección de errores, que el dispositivo supervisor de bus lleve a cabo su función en todo instante, o que, al menos, se detecte un fallo de funcionamiento.

Es un propósito de la invención explicitar un nodo de red del tipo anteriormente mencionado, en el que, además de la supresión de errores, se produzca también la detección de los errores tan fiablemente como sea posible.

Este propósito se consigue, de acuerdo con la invención, por medio de las características que se reivindican en la reivindicación 1:

Un nodo de red con una unidad de comunicación, que se ha proporcionado para la implementación de un protocolo de comunicación con el propósito de la comunicación con otros nodos de red a través de un medio de comunicación, y con un dispositivo supervisor de bus, que están concebidos para, de forma mutuamente independiente:

- implementar una organización o programa temporal de acceso contenido en un registro de datos de configuración; y

- poner a disposición, por cada uno de ellos, de acuerdo con el programa temporal de acceso, una señal de liberación para un dispositivo de accionamiento de bus, que se ha proporcionado en el nodo de red, el cual está destinado a evaluar estas dos señales y, en el caso de que las dos señales no coincidan, bloquear el acceso del nodo de red al medio de comunicación,

de tal modo que la unidad de comunicación está concebida para suministrar, además, una señal de petición de transmisión al dispositivo de accionamiento de bus, de manera que, en función de ella, el dispositivo de accionamiento de bus está concebido para activar su etapa de transmisión si no está presente ningún bloqueo del acceso al medio de comunicación.

En el nodo de red de acuerdo con la invención, se han proporcionado una unidad de comunicación, un dispositivo de accionamiento de bus y un dispositivo supervisor de bus. La unidad de comunicación sirve para implementar un protocolo de comunicación, de acuerdo con el cual es posible la comunicación con otros nodos de red que están conectados entre sí a través de un medio de comunicación. El dispositivo supervisor de bus representa una entidad independiente que pone a disposición un segundo elemento de información concerniente al programa temporal de acceso. Además de su función como conexión física de red, el dispositivo de accionamiento de bus constituye una tercera entidad para la comprobación de la consistencia entre el comportamiento de acceso de la unidad de comunicación y del dispositivo supervisor de bus.

En el nodo de red de acuerdo con la invención, la unidad de comunicación y el dispositivo supervisor de bus, que son, ambos, externamente configurables, se cargan con un registro de datos de configuración. A partir del registro de datos de configuración, puede obtenerse, entre otros, una organización o programa temporal de acceso, el cual especifica, para el nodo de red en el que se han proporcionado la unidad de comunicación y el dispositivo supervisor de bus, ranuras temporales en las que este nodo de red puede acceder al medio de comunicación. Durante el resto del tiempo, el nodo de red no puede acceder al medio de comunicación, es decir, no puede transmitir.

Este mecanismo se proporciona con el fin de garantizar que en todo momento está únicamente activo uno de los nodos de red en una red, en un instante concreto, esto es, ocupando el medio de comunicación con un procedimiento de transmisión.

El programa de acceso contenido en el registro de datos de configuración se implementa tanto en la unidad de comunicación como en el dispositivo supervisor de bus, de forma independiente uno de otro. En contraste con la solución conocida de la técnica anterior, tanto la unidad de comunicación como el dispositivo supervisor de bus suministran, independientemente uno del otro, una señal de liberación que indica los instantes en que el nodo de red en el cual se han dispuesto las dos unidades puede estar activo, es decir, puede transmitir, de acuerdo con el programa temporal de acceso. Estas dos señales de liberación son siempre redundantes, como resultado de lo cual se consigue una seguridad adicional ante los errores.

La evaluación de las dos señales de liberación se toma a cargo en el dispositivo de accionamiento de bus para el que estas dos señales se han puesto a disposición. El dispositivo de accionamiento de bus evalúa ambas señales. Suponiendo que el nodo de red está funcionando correctamente, las señales de liberación han de estar siempre activas las dos, o inactivas las dos. En tal caso, no existe estado alguno de error. Si, sin embargo, las dos señales de liberación no coinciden, existe un estado de error. En este caso, el dispositivo de accionamiento de bus bloquea el acceso del nodo de red al medio de comunicación.

Por medio de este concepto del nodo de comunicación de acuerdo con la invención, el componente situado dentro del nodo de red, a saber, el dispositivo de accionamiento de bus, que también toma a su cargo la intermediación física del nodo de red con el medio de comunicación, está también incluido en la detección de errores. El nodo de red de acuerdo con la invención detecta, por tanto, un acceso defectuoso en el dispositivo de accionamiento de bus, que es el lugar dentro del nodo de red en el que se han de iniciar también las medidas apropiadas en el caso de un error. Se garantiza con ello que, en el caso de un error, incluso si la unidad de comunicación o el dispositivo supervisor de bus está funcionando de forma defectuosa, se salvaguarda la función original de la detección y el tratamiento de errores, es decir, el bloqueo de todo acceso por parte del nodo de red al medio de comunicación.

La unidad de comunicación puede aportar, además de la señal de liberación anteriormente descrita, una señal de petición de transmisión al dispositivo de accionamiento de bus, la cual activa su etapa de transmisión únicamente si no está presente ningún bloqueo como resultado de la evaluación de las dos señales de liberación. El acceso al medio de comunicación es, por ello, de hecho, iniciado únicamente si está también presente una petición de transmisión por parte de la unidad de comunicación. Una petición de transmisión de este tipo puede, sin embargo, conducir a la activación de las etapas de transmisión tan sólo si la evaluación de las dos señales de liberación ha revelado ausencia de errores.

Las dos señales de liberación pueden, ventajosamente, según se proporciona de acuerdo con una realización adicional de la invención tal y como se revindica en la reivindicación 2, ser codificadas a la inversa una con respecto a otra. Puede, con ello, suprimirse la influencia de un error de modo común para la detección de errores. Las señales de liberación se comprueban adicionalmente en el dispositivo de accionamiento de bus por lo que respecta a la consistencia de la información de liberación contenida dentro de ellas, de tal manera que debe observarse ahora la codificación especial.

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Como resultado de la implementación de la organización o programa temporal de acceso en dos unidades diferentes, pueden producirse pequeños desplazamientos o fluctuaciones temporales. Al objeto de excluir las influencias de este tipo durante la detección de errores, de acuerdo con una realización adicional de la invención según se reivindica en la reivindicación 3, se utiliza un filtro de paso bajo durante la evaluación de las dos señales de liberación, con el fin de suprimir las diferencias de corto plazo entre las dos señales de liberación, de tal manera que las diferencias de este tipo no conduzcan a la detección de errores. De acuerdo con una realización adicional de la invención según se reivindica en las reivindicaciones 4 y 5, la detección del estado generado en el dispositivo de accionamiento de bus puede señalizarse al exterior, por ejemplo, a una unidad de control de orden superior del nodo de red en cuestión. Una detección del estado de error de este tipo, señalizada al exterior, puede ser también, de forma ventajosa, susceptible de reiniciarse desde el exterior con el fin de volver a poner en funcionamiento el nodo de
red.

El nodo de red anteriormente descrito puede proporcionarse, de forma ventajosa, en una red en la que múltiples nodos de red se comunican unos con otros a través del medio de comunicación. Se proporciona entonces un programa temporal de acceso individual para cada nodo de red, de tal modo que tan sólo un nodo de red tiene acceso, en un momento dado, al medio de comunicación, es decir, es capaz de transmitir.

Una red de este tipo puede haberse diseñado, ventajosamente, de tal manera que esté equipada con canales de red redundantes. En este caso, se asignan un dispositivo supervisor de bus y un dispositivo de accionamiento de bus a cada canal de red en cada nodo de red, de forma que la detección de errores puede tener lugar individualmente para canal de transmisión.

La invención se describirá adicionalmente con referencia a ejemplos de realizaciones que se muestran en los dibujos, a los que la invención no está, sin embargo, limitada.

La Figura 1 muestra un diagrama de circuitos en bloques, de un nodo de red de acuerdo con la invención.

La Figura 2 muestra un diagrama de circuitos de un dispositivo de accionamiento de bus según se muestra en la Figura 1.

La Figura 1 muestra un diagrama de circuitos en bloques, de un nodo 1 de red de acuerdo con la invención, con una unidad de comunicación 2. Además de la unidad de comunicación 2, se proporciona un dispositivo 2 supervisor de bus.

Tanto la unidad de comunicación 2 como el dispositivo 3 supervisor de bus son configurables desde el exterior con registros de datos de configuración.

Se proporciona también un dispositivo 4 de accionamiento de bus, por medio del cual es posible el acceso a un medio de comunicación 5. A través del medio de comunicación 5, el nodo 1 de red puede ser conectado con otros nodos de red no mostrados en la Figura.

La unidad de comunicación 2 se proporciona fundamentalmente con el fin de implementar un protocolo de comunicación. Un protocolo de comunicación de este tipo controla la naturaleza de la comunicación del nodo 1 de red con otros nodos de red a través del medio de transmisión 5.

En un protocolo de comunicación de este tipo, puede ocurrir, por ejemplo, que sólo se proporcionen ranuras temporales específicas para cada nodo de red en las que éste puede acceder al medio de comunicación 5. Fuera de estas ranuras temporales, al nodo de red no se le permite acceder activamente al medio de comunicación 5; es decir, fuera de los tiempos a él asignados de acuerdo con el programa temporal de acceso, el nodo de red no es capaz de ocupar el medio de comunicación 5 con una actividad de transmisión.

Este programa temporal de acceso está contenido, dentro del nodo 1 de red de acuerdo con la invención, en un registro de datos de configuración que ha sido enviado externamente tanto a la unidad de comunicación 2 como a al dispositivo 3 supervisor de bus. La unidad de comunicación 2 y el dispositivo 3 supervisor de bus ponen en práctica este programa temporal de acceso independientemente una del otro, es decir, para cada momento presente o en curso, establecen si el nodo 1 de red puede acceder activamente o no al medio de transmisión 5. Tanto la unidad de comunicación 2 como el dispositivo 3 supervisor de bus suministran señales de liberación correspondientes al dispositivo 4 de accionamiento de bus. Únicamente si estas señales de liberación coinciden, se garantiza que el nodo 1 de red es capaz de acceder al medio de comunicación 5 de acuerdo con el programa temporal de acceso. Si, por el contrario, las dos señales de liberación no son idénticas, el dispositivo 4 de accionamiento de bus bloquea el acceso del nodo de red al medio de comunicación 5, puesto que, en ese caso, está presente un error. Un error de este tipo puede tener varias causas; lo que es crucial para el dispositivo de accionamiento de bus es que no se garantice ya que la unidad de comunicación 2 y el dispositivo 4 supervisor de bus independiente estén suministrando información de liberación consistente.

Puesto que el dispositivo 4 de accionamiento de bus es la unidad del nodo 1 de red que accede directamente al medio de comunicación 5, se garantiza, en virtud de esta realización del nodo de red, que la unidad que tiene acceso directo al medio de comunicación 5 se hace cargo tanto de la detección de los errores como también del bloqueo del acceso en el caso de un error. Se excluyen con ello otras fuentes adicionales de errores durante la detección de errores por la comunicación o la interacción entre múltiples unidades.

La Figura 2 muestra, como ejemplo de realización, un diagrama de circuitos detallado del dispositivo 4 de accionamiento de bus del nodo 1 de red según se muestra en la Figura 1.

Dispuesta en el dispositivo 4 supervisor de bus, según se muestra en la Figura 2, existe una etapa de comparación 6, a la que se envía, por una parte, la señal de liberación BGEN suministrada por el dispositivo 3 supervisor de bus, que no se muestra en la Figura 2. Se envía adicionalmente a la etapa de comparación 6 la señal de liberación CCEN de la unidad de comunicación 2, tal y como se muestra en la Figura 1.

Debido a que la unidad de comunicación 2 y el dispositivo 3 supervisor de bus del nodo de red 1 según se muestran en la Figura 1, pueden funcionar, posiblemente, con desplazamientos temporales pequeños, o debido a que puede ocurrir, posiblemente, una fluctuación en sus señales de liberación BGEN o CCEN, es posible que se señalice un error, a corto plazo, en la señal de salida de la etapa de comparación 6 a pesar del hecho de que no exista, en efecto, error alguno. Al objeto de excluir influencias de desplazamiento temporal o de fluctuaciones de este tipo, existe un filtro de paso bajo 7 conectado aguas debajo de la etapa de comparación 6, el cual suprime estos mensajes de error equivocados de corto plazo. El filtro de paso bajo 7 puede ser, ventajosamente, de diseño variable por lo que respecta a su función de filtrado, con el fin de ser capaz de asumir la adaptación a diferentes desplazamientos temporales o fluctuaciones posibles.

Una vez filtrada por el filtro de paso bajo, la señal de salida del filtro de paso bajo 7 llega a una máquina 8 de estado de error, que esencialmente comprende un circuito biestable que comprende dos puertas inversoras Y ("AND") 12 y 13 (conocido como circuito biestable RS asíncrono). La señal de salida, filtrada en paso bajo, del filtro de paso bajo 7 se suministra a la entrada de `ajuste' (S_INV) del circuito biestable.

Si se producen estados que señalan un error en la señal de salida del filtro de paso bajo 7, se ajusta la máquina 8 de estado de error o, concretamente, el circuito biestable dispuesto en su interior.

Por lo que se refiere a los efectos en la máquina 8 de estado de error, la señal de salida suministrada por la etapa de comparación 6 del dispositivo 4 de accionamiento de bus según se muestra en la Figura 2, está siempre inactiva (nivel lógico `1') cuando estas dos señales de liberación son idénticas. En este caso no existe error. Si se establece una discrepancia entre las dos señales de liberación BGEN y CCEN, la señal de salida de la etapa de comparación 6, con referencia a los efectos en la máquina 8 de estado de error, es activada (nivel lógico `0'), es decir, señaliza un error.

Para este ejemplo de realización, se supone que el estado de comienzo (estado inicial) de la máquina 8 de estado de error es tal, que está presente un nivel lógico `1' en la salida Q_INV, es decir, no se ha detectado ningún error. En una realización de circuito real, esto ha de garantizarse para un circuito biestable asíncrono mediante la activación apropiada de la entrada de restablecimiento (R_INV), lo que no se muestra en la Figura 2.

En el ejemplo de realización que se muestra en la Figura 2, la salida invertida Q_INV de la máquina 8 de estado de error se evalúa y envía a una entrada de una puerta Y ("AND") 9. Se envía a la otra entrada de la puerta Y 9 una señal de petición de transmisión TXEN, suministrada por la unidad de comunicación 2 del nodo de red, como se muestra en la Figura 1. Puesto que la señal de salida de la máquina 8 de estado de error está invertida, esta señal tiene un nivel (lógico `1') alto en el estado carente de errores, es decir, la señal de petición de transmisión TXEN alcanza la salida de la puerta Y 9. Si, por el contrario, existe un caso de error, la señal de salida de la máquina 8 de estado de error tiene un nivel (lógico `0') bajo, de tal manera que se suprimen cualesquiera señales de petición de transmisión que se produzcan.

Como resultado de ello, se produce un nivel de activación (lógico `1') en la salida de la puerta Y 9 únicamente si, por un lado, no está presente ningún error, pero, por otro lado, la señal de petición de transmisión TXEN señaliza que ha de tener lugar la transmisión. Esta señal llega a una entrada de control 11 de un amplificador de transmisión 10.

Se envía una señal de datos TDX al amplificador de transmisión 10 del lado de entrada, la cual ha de ser transmitida. Con este fin, el amplificador de transmisión está equipado, para la transmisión de línea diferencial, con una salida no inversora y una salida inversora, conectadas con dos líneas o conducciones del medio de comunicación 5. Por lo tanto, basándose en las interrelaciones anteriormente descritas, puede tener lugar una transmisión de datos por parte del amplificador de transmisión 10 únicamente si no está presente ningún error, y, por otra parte, se ha proporcionado una petición de transmisión por parte de la unidad de comunicación 2.

Debido al diseño del nodo de red, por un lado, y a la evaluación de errores en el dispositivo 4 de accionamiento de bus del nodo 1 de red, por otro lado, se consigue que, en la unidad concreta del nodo 1 de red por medio de la cual tiene lugar el acceso activo al medio de comunicación, a saber, en el dispositivo 4 de accionamiento de bus, tenga lugar también la evaluación de los errores. Es, gracias a ello, directamente en esta unidad donde tienen lugar la detección de los errores y la medición para la supresión de la propagación adicional de los errores. Además, debido a la implementación independiente del programa temporal de acceso en la unidad de comunicación 2 y en el dispositivo 3 supervisor de bus, se consigue una redundancia en la evaluación.

Claims (5)

1. Un nodo (1) de red con una unidad de comunicación (2), que se ha proporcionado para la implementación de un protocolo de comunicación con el propósito de la comunicación con otros nodos de red a través de un medio de comunicación (5), y con un dispositivo (3) supervisor de bus, que están concebidos para, de forma mutuamente independiente:

- implementar una organización o programa temporal de acceso contenido en un registro de datos de configuración; y

- poner a disposición, por cada uno de ellos, de acuerdo con el programa temporal de acceso, una señal de liberación para un dispositivo (4) de accionamiento de bus, que se ha proporcionado en el nodo (1) de red, el cual está destinado a evaluar estas dos señales y, en el caso de que las dos señales de liberación no coincidan, bloquear el acceso del nodo (1) de red al medio de comunicación (5),

de tal modo que la unidad de comunicación (2) está concebida para suministrar, además, una señal de petición de transmisión al dispositivo (4) de accionamiento de bus, de manera que, en función de ella, el dispositivo (4) de accionamiento de bus está concebido para activar su etapa de transmisión (10) si no está presente ningún bloqueo del acceso al medio de comunicación (5).

2. Un nodo de red de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque las señales de liberación de la unidad de comunicación (2) y del dispositivo (3) supervisor de bus están codificadas inversamente una con respecto a otra.

3. Un nodo de red de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la evaluación de las dos señales de liberación se toma a cargo en el dispositivo (4) de accionamiento de bus bajo la influencia de un filtro de paso bajo (7).

4. Un nodo de red de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la detección del estado de error generada en el dispositivo (4) de accionamiento de bus es susceptible de restablecerse desde el exterior.

5. Un nodo de red de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la detección del estado de error generada en el dispositivo (4) de accionamiento de bus se señaliza al exterior.