JP2005522776A - バスシステムの監視機能の検査方法，その装置及びバスシステム - Google Patents

Abstract

バスシステムの監視機能を監視する方法と装置及び少なくとも１つの加入者を有するバスシステムであって，その場合に第１の時間領域が設けられており，その中でメッセージが伝送され，かつ幾つかの数の第１の時間領域から通信サイクルが，第１の時間領域内でメッセージが送信され，その場合に通信サイクル内の第１の時間領域の数と，加入者のメッセージのための第１の時間領域の各々の位置が予め定められているように形成され，その場合に通信サイクル後に第２の時間領域が設けられており，その中ではメッセージは伝送されてはならず，かつ監視機能がこの第２の時間領域内で検査される。

Description

本発明は，独立請求項の上位概念に記載のバスシステムの監視機能を検査する方法と装置及びバスシステムに関する。

近年においては，通信システム，バスシステムを用いて制御装置，センサ技術及びアクチュエータ技術をネットワーク化することは，最近の車両の製作において，あるいは機械製作（特に工作機械領域内）において，さらに，自動化においても，著しく増加している。その場合に，複数の制御装置へ機能を分割することによりシナジー効果を得ることができる。その場合には，分配されたシステムが問題となる。各種ステーション間の通信は，益々，バスあるいはバスシステムを介して実行されるようになってきている。バスシステム上の通信交通，アクセスと受信の機構及びエラー処理は，プロトコルを介して制御される。車両領域におけるプロトコルとして，ＣＡＮ（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ）が設立されている。これは，事象制御されるプロトコルであって，即ちメッセージの送信のようなプロトコルアクティビティが，その起源を通信システム自体の外部に有している事象によって開始される。通信システムあるいはバスシステムに対する一義的なアクセスは，優先順位ベースのビットアービトレーションを介して解決される。その前提は，各メッセージに一義的な優先順位が割り当てられていることである。ＣＡＮプロトコルは，極めてフレキシブルである。従って，他のノード及びメッセージの付加は，まだ自由な優先順位がある限りにおいて，問題なく可能である。

かかる事象制御される自発的な通信に代わる考え方は，時間制御される考え方である。バス上の全ての通信アクティビティは，厳密に周期的である。メッセージの送信のようなプロトコルアクティビティは，バスシステム全体に有効な時間の進行によってのみ作動される。媒体へのアクセスは，時間領域あるいは時間領域の割当てに基づいており，その中で送信者は，排他的な送信権を有している。その場合に，新しいノードを付加することは，予め該当する時間領域が自由にされている場合に可能である。この状況は，メッセージ順序を使用開始前に既に決定しておくことを強制し，その場合に実施プランが形成され，その実施プランは繰返しレート，冗長性，デッドラインなどに関するメッセージの要請を満足させなければならない。

事象制御される考え方と純粋に時間制御される考え方の他に，時間制御されるＣＡＮ方法，いわゆるＴＴＣＡＮ（ｔｉｍｅ ｔｒｉｇｇｅｒｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ）が知られている。これは，上記時間制御される通信に対する要請とある程度のフレキシビリティに対する要請を，満足させる。ＴＴＣＡＮは，これを，所定の通信加入者の周期的なメッセージのための，いわゆる排他的な時間ウィンドウあるいは時間領域内と，複数の通信加入者の自発的なメッセージのための，いわゆるアービトレート時間ウィンドウまたは時間領域内に通信サイクル（ベーシックサイクル）を構築することによって，満たす。

上述したバスシステムの他に，分配されたシステム内の加入者を接続する複数のバスシステムあるいは通信システムが知られている。

通信システムまたはバスシステムのために，アクセス競合を回避し，または解決するために，一連の可能性がある。ＣＡＮ内では，例えばビット単位のアービトレーションが使用される。これは，極めて丈夫であるが，ディレイ現象により最大の伝送速度が原理に従って制限されている。時間制御される通信システムにおいては，アクセス問題は，解法とコンフィグレーションを介して解決される。競合は，予めプランニングすることにより，オフラインで既に回避される。当然ながら，前提は，ネットワークワイドで有効性を有する時間の共通の認識である。しかしながら，これらのシステムにおいては，通常，エラーの場合においてアクセス競合を処理する可能性がない。というのは，アクセス自体を阻止できないからである。従って，通常，付加的なユニットとして，システム構成された時間領域内のみでアクセスを許す，いわゆるバスガーディアンまたはバスウォッチャーＢＧが導入される。従って，エラーの場合においても，アクセス競合を解決し，あるいは回避することができる。

全ての監視システムにおけるのと同様に，ここでも監視システムの自己監視可能性の問題が生じる。バスガーディアンまたはバスウォッチャーの重要な機能であるアクセスの物理的阻止は，正常の場合においては，この機能の可用性がテストされない限りにおいて，必要とされない。しかし，システム視点からは，この機能の監視は，潜在的なエラーと付き合う必要がないようにするために，必要である。それについては，ＤＥ１９９５０４３３Ａ１が，従来技術として知られている。その場合に，この機能を監視する方法が記載されている。

上記従来技術における欠点は，当然ながら，バスガーディアン機能の検査あるいは監視は，大略，メッセージ伝達のために使用される時間領域内で行われるが，この時間領域は，監視の範囲内ではそのために使用できないことである。即ち，通常の通信時間の内部でガーディアンテストのために，通常はメッセージの送信のために設けられている時間が消費される。

従って，上述した従来技術は，どの観点においても最適な結果を提供できないことが，明らかにされた。そこから，上述した状況を最適にし，かつ従来技術から生じる欠点を克服するという課題が得られる。

本発明は，バスシステムの監視機能を検査する方法と装置及び少なくとも１つの加入者を有するバスシステムに基づいており，その場合に第１の時間領域が設けられており，その中でメッセージが伝送され，かつ幾つかの数の時間領域から通信サイクルが，第１の時間領域内でメッセージが伝送され，その場合に通信サイクル内の第１の時間領域の数と，加入者のメッセージのための第１の時間領域の各々の位置が予め定められているように形成され，その場合に好ましくは，通信サイクル後に第２の時間領域が設けられており，その中ではメッセージを伝送してはならず，その場合にこの第２の時間領域内で監視機能が検査される。

本発明の大きな利点は，バスガーディアンテストのために，通常はメッセージの送信のために設けられている，通信サイクルの内部の時間を消費する必要がないことにある。従って提案されているテスト時点は，アクティブな通信には利用されない，第２の時間領域，いわゆるネットワークアイドルタイムＮＩＴの内部に位置している。

好ましくは監視機能は，そのメッセージのために予め定められている第１の時間領域の外部で送信される，加入者のメッセージが阻止されるように，形成されている。

さらに好ましくは，第２の時間領域内では，元々サイクリックなハウスキーピングの範囲内で処理しなければならない，加入者の内部のプロトコルタスクが処理される。例えばそれに数えられるのは，加入者のローカルタイムをバスシステム全体のグローバルタイムに適合させるための，時間補正値を求めることである。

好ましくは，監視機能は，加入者が第２の時間領域内でテストメッセージを送信しようと試み，かつこのテストメッセージが阻止されたか，が検査されるように，検査される。その場合に好ましくは，加入者は自分が送信したメッセージをバスシステムから再度読むことができ，従って自身で，テストメッセージが阻止されたか否かの検査を実施し，従って好ましくはループバック機能が設けられている。

好ましい形態においては，テストメッセージはバス内で一義的な信号形式を有しており，それによってこの信号形式が，例えばＥＭＶ問題（電磁適合）の範囲内の，過渡的な入射から区別される。

好ましくは，各加入者は監視機能の検査を自ら実施し，その場合に同時に唯一の加入者のみが監視機能の検査を実施することができる。

他の好ましい形態においては，加入者に具体的な時間領域が検査のために一義的に対応付けられる。これは，第２の時間領域内の第３の時間領域とすることができ，あるいは具体的な通信サイクル後の具体的な時間領域とすることができるので，どの加入者がどの時間領域内で検査を実施することを許されるか，が一義的に定められる。

さらに，好ましくは，各加入者に専用のテストメッセージが対応付けられており，その場合に個々の加入者のテストメッセージは互いに異なる。

その場合に，好ましくは，ある加入者に対応付けられたテストメッセージは，それが対応付けられている加入者によってのみ受信することができる。

各加入者にテストメッセージまたは時間領域が一義的に対応付けられる場合には，少なくとも１つの第２の加入者が第１の加入者の監視機能の検査を実施することができ，好ましくはこの検査の結果を第１の加入者へ伝えることができる。

特別な形態においては，バスシステムがスタートポロジーで構築されており，その場合に各加入者はバスシステムのカップリング素子への接続を有しており，かつカップリング素子は，加入者のテストメッセージがカップリング素子を通して他の加入者へさらに伝えられないように形成されているので，各加入者は一義的にセルフテストを実施することができる。

他の利点及び好ましい形態が，明細書と請求項の特徴から明らかにされる。

本発明の大きな利点は，バスガーディアンテストのために，通常はメッセージの送信のために設けられている，通信サイクルの内部の時間を消費する必要がないことにある。従って提案されているテスト時点は，アクティブな通信には利用されない，第２の時間領域，いわゆるネットワークアイドルタイムＮＩＴの内部に位置している。

図１は，バス１００を備えた通信ネットワークまたは通信システムあるいはバスシステム１０９を示している。このバスには，各々カップリング素子，特にバスコントローラ１０４あるいは１０３を有する，加入者１０１と１０２が結合されている。バスカップリング素子１０３あるいは１０４内には，処理ユニット１０５あるいは１０６と，付属のバスウォッチャーまたはバスガーディアンあるいは対応する機能が，ブロック１０７あるいはブロック１０８で象徴的に示されている。その場合に，処理ユニット，バスコントローラあるいはバスインターフェイス及び監視機能の配置は，一例と見なされる。同様に処理も，監視機能の場合と同様に，加入者内で直接実施することができる。その場合に，処理機能と監視機能をバスコントローラあるいは加入者自体へ任意に対応付けることが可能である。また，上述した構成部分と機能を，加入者に関して外部に配置することも考えられる。

図２は，第１の通信サイクルＣ１，第２の通信サイクルＣ２及び第３の通信サイクルＣ３を有する，バス上の通信が示されている。その場合に，通信サイクルは，複数の時間領域に分割されており，ここでは例として時間領域またはタイムスロットＳ１，Ｓ２，Ｓ３あるいはＳｎで示されている。各通信サイクル（Ｃ１，Ｃ２，．．）には，いわゆるネットワークアイドルタイムＮＩＴ，ここではＣ１についてのＮＩＴ１とＣ２についてのＮＩＴ２が続いている。これらのネットワークアイドルタイムは，実際の通信サイクルに算入することのできる時間領域であるが，当然ながら，その中ではメッセージを送信してはならない。ネットワークアイドルタイム内で，本発明によれば，個々の加入者のローカルタイムをバスシステム全体のグローバルタイムに適当させるための時計補正値の計算のような，重要な内部のプロトコルタスクが行われる。エラーのない場合においては，ネットワークアイドルタイムＮＩＴ内で，唯一のコントローラあるいはバスコントローラＢＣは送信をせず，バスガーディアンＢＧは全てのコントローラにおいてこの領域を保護しなければならない。そのために，バスガーディアンと該当する任意のバスコントローラＢＣＸのために，別々のタイムレーンが示されている。説得力のあるエンドツーエンドテストのための前提は，送信の試みが行われ，その阻止がバスガーディアンによって検査されることである。

本方法のための前提は，通信システムの送信シーケンスが上述したようにサイクリックに構築されて，いわゆる通信サイクルにおいて構造化されていることである。テストが負の結果を有する場合（即ちループバックを介して実際の信号を残す場合）に，各ノードあるいは加入者またはバスコントローラが，検出する可能性を有すると効果的である。部分ＢＧＣ１あるいはＢＧＣ２において，バスガーディアンはバスコントローラＢＣＸによる伝送可能性を阻止する。このバスコントローラは，彼のために定められたタイムスロット（ここではＳ３とＳｎ）において，ノーマルなメッセージ（従ってここではＢＧＮ１あるいはＢＧＮ２）をバス上で伝送する可能性を有している。これらのタイムスロット内では，バスコントローラＢＣＸによるメッセージ伝送は，ＢＧＯ１とＢＧＯ２によって示されるように，バスガーディアンＢＧによって許可されている。

本発明によれば，バスガーディアンテストは，通信のために提供される時間内で実施されるのではなく，バス上で通信が許されないあるいは設けられていない時間内（いわゆるネットワークアイドルタイム内）で，実施される。そのために，コントローラ（ここではＢＣＸ）は，ネットワークアイドルタイムの間に信号（例えば，ここでＴＳ１あるいはＴＳ２で示されるテスト信号）を送信することができ，その場合に，この送信された信号，あるいはこの送信されたメッセージがバス上で見えるか否かが検査される。メッセージがバス上で見える場合には，阻止はエラーを有する。従って，部分ＢＧＴＳ１あるいはＢＧＴＳ２内で該当するテスト信号がバス上で検出できる場合には，バスガーディアンによる阻止が実施されておらず，かつ監視機能はエラーを有する。

テスト信号あるいはテストメッセージとしての信号ＴＳ１とＴＳ２が，バスコントローラＢＣＸによって伝達され，それがＢＧＴ１あるいはＢＧＴ２によって示されている。従って，該当するバスコントローラあるいは該当する処理ユニットがネットワークアイドルタイム内で信号を送信し，かつ彼がバス上で何も見ない場合には，その信号はバスガーディアン阻止を通過しておらず，バスガーディアンＢＧの機能能力は阻止に関して成功裏に証明されている。従って，その他，否定においては，送信スロットＢＧＯ１あるいはＢＧＯ２の開放に関する機能能力も検査することができる。バスガーディアンの監視機能のテストが信号を残した場合には，ノードがエラーを有するか否かを定める種々の可能性がある。まず，一般的に，所定の信号形式の設定とテストの繰返しを介して，エラーと過渡的な入射との間を区別することができる。これは，テストメッセージあるいはテスト信号に信号形式が一義的に対応付けられるので，これを再び認識して，他の信号から区別できることを意味している。その場合には，確認のために，同様にテスト信号を繰り返すことができ，それによって一度の入射または一度のエラー信号を系統的なエラーから区別することができる。

さらに，２つのノードあるいは２つの加入者またはバスコントローラあるいは処理ユニットがバスガーディアン機能の検査を同じ時に行うようにすることができる。これは，まず，各加入者あるいはバスコントローラにネットワークアイドルタイム内の具体的なタイムスロット（例えばＢＧＴＳ１あるいはＢＧＴＳ２）が割り当てられることによって行うことができる。他方で，完全なネットワークアイドルタイム，ＮＩＴ１またはＮＩＴ２を，所定のバスコントローラに割り当てることもできるので，例えばＮＩＴ１内ではバスコントローラ１０３が，そしてＮＩＴ２内ではバスコントローラ１０２が，該当する通信サイクルに従って，バスガーディアン機能のテストを実施することができる。

即ち，所定の時間領域あるいは該当する加入者のテストメッセージの一義的な信号形式を各々の加入者に対応付けるこの種の対応付けが実施されない場合及び，全てのノードが同じ時間にテストを行うことができ，その場合に，１つのノードから他の全てのノードへ信号が伝播することができる場合に，ノードは０とは異なる適切な信号を容易にエラーと解釈することはできず，あるいはエラー評価は一義的にはならない。

これを阻止するために，例えば，付属のネットワークアイドルタイムＮＩＴを有する通信サイクルのテスト事象を具体的にこのネットワークアイドルタイムに対応付け，あるいはＮＩＴ内の時間領域を具体的にテストランのために予約することが可能であるので，場合によっては１つのＮＩＴ内の複数のテストランも可能になる。

従って，その場合に，常にコンフィグレーションを介して，あるいは先行する措置によって，２つのテスト事象あるいは種々のノードの監視機能の検査が重ならないことが保証されている場合には，テスト信号をまさにテストしているノードについてのエラー表示として評価することができる。

他方で，複数のテストが時間的に重なる場合に，常にまだ，特に各テストあるいはノードに対応付けられる様々なテスト信号などによって，一義的なエラー識別を可能にする可能性が設けられている。即ち，テスト信号あるいはテストメッセージの信号形式は，加入者から加入者へ，バスガーディアンからバスガーディアンへ異なるようにすることができる。その場合には，バスガーディアン監視が各加入者自体によって実施されるのではなく，他の加入者のために他の加入者によって，例えば加入者１０２のために加入者１０１によって実施されるようにすることも可能である。テストに所定のタイムスロットあるいは時間領域が，上述したように対応付けられている場合にも同じことが言えるので，その場合には他のノードがテストの成果に関して判断することができ，あるいは，例えばプロトコル機構の範囲内の適切なアクノリッジまたは明確なメッセージを介して，テスト結果をテストされた加入者へ伝達することができる。

特殊な形態は，図３に示すように，バスシステムをスタートポロジーで示している。その場合に，ここでも，各々バスコントローラ３０８，３０９あるいは３１０を有するバス加入者３０２，３０３及び３０４が示されている。図１におけるのと同様に，ここでも処理ユニット３１１，３１２あるいは３１３とガーディアン機能あるいはガーディアン機能の監視３１４，３１５，３１６が示されている。加入者あるいは該当するバスコントローラについて，図１におけるのと同じ前提あるいは仮定と可能性が当てはまる。これらの加入者は，各々バス３０５，３０６あるいは３０７に結合されている。加入者あるいは該当するバスは，カップリング素子３０１を介して接続されている。図示されているこのスタートポロジーにおいては，スターの物理的特性を使用し，かつテスト信号あるいはテストメッセージを，それらがスターを通り抜けて繁殖しないように，選択することができる。即ち，スターカプラーのｎ箇の加入者のテストを同時に行うことができる。というのは，スターはテスト信号を通過させず，いわば各加入者はそのローカルな接続上で，従って加入者はスターに対して，ここではバス３０５，３０６，３０７をテストし，かつ該当するループバックを実施するからである。従って，この場合において，スターのトポロジーによって，バスガーディアン機能の監視の範囲内におけるメッセージあるいはテスト事象の重畳が排除されている。

従って，従来技術とは異なり，バス負荷のより強い合理化を可能にする，好ましい拡張が得られる。

以下，図面に示す図を用いて，本発明を詳細に説明する。
本発明に基づく方法を説明するために，少なくとも１つの加入者，特に２つの加入者を有するバスシステムを示している。 バスガーディアン機能の本発明に基づく監視を，信号表示の範囲内で示している。 カップリング素子を有するスタートポロジーにおいて，バスシステムの特殊な形態を示している。

Claims (18)

1. 少なくとも１つの加入者を有するバスシステムの監視機能の検査方法であって，その場合に，第１の時間領域が設けられており，前記第１の時間領域内でメッセージが伝送され，かつ所定数の第１の時間領域から通信サイクルが前記第１の時間領域内でメッセージが伝送され，その場合に前記通信サイクル内で前記第１の時間領域の数と前記加入者のメッセージのための第１の時間領域の各々の位置が予め定められているように形成される方法において，
   通信サイクル後に第２の時間領域が設けられており，
   前記第２の時間領域においては，
   メッセージは伝送されてはならず，かつ監視機能が前記第２の時間領域内で実施される，
   ことを特徴とするバスシステムの監視機能の検査方法。
2. 前記監視機能は，前記メッセージのために設けられている第１の時間領域の外部で送信される加入者のメッセージが阻止されるように形成されている，
   ことを特徴とする請求項１に記載のバスシステムの監視機能の検査方法。
3. 前記第２の時間領域内では，バスシステムの加入者の内部のプロトコルタスクが処理される，ことを特徴とする請求項１に記載のバスシステムの監視機能の検査方法。
4. 前記内部のプロトコルタスクとして，加入者のローカルな時間をバスシステムのグローバルな時間に適合させるための時間補正値が求められる，ことを特徴とする請求項２に記載のバスシステムの監視機能の検査方法。
5. 前記監視機能は，前記加入者がテストメッセージを前記第２の時間領域内で送信しようと試み，かつ前記テストメッセージが阻止されたかが検査されるように，検査される，ことを特徴とする請求項１または２に記載のバスシステムの監視機能の検査方法。
6. 前記加入者は自分自身が送信したメッセージを前記バスシステムから再び読むことが可能であることにより，自分でテストメッセージが阻止されたか否かの検査を実施する，
   ことを特徴とする請求項５に記載のバスシステムの監視機能の検査方法。
7. 前記テストメッセージは，前記バスシステム内で一義的な信号形式を有することによって，前記信号形式が過渡的な入射から区別される，ことを特徴とする請求項６に記載のバスシステムの監視機能の検査方法。
8. 各加入者は，検査を自身で実施し，かつ前記監視機能の検査は唯一の加入者のみによって同時に実施可能である，ことを特徴とする請求項１に記載のバスシステムの監視機能の検査方法。
9. 各加入者に第３の時間領域が割り当てられ，前記第３の時間領域は前記第２の時間領域の内部に位置し，その中で該当する加入者のみが監視機能を検査可能である，ことを特徴とする請求項１に記載のバスシステムの監視機能の検査方法。
10. 各加入者に，通信サイクル後に第２の時間領域が割り当てられ，前記第２の時間領域内で該当する加入者のみが監視機能を検査可能である，ことを特徴とする請求項１に記載のバスシステムの監視機能の検査方法。
11. 各加入者が検査を自ら実施する，ことを特徴とする請求項９または１０に記載のバスシステムの監視機能の検査方法。
12. テストメッセージが一義的な信号形式を有しており，かつ各加入者に専用のテストメッセージが対応付けられており，その場合に個々の加入者のテストメッセージが互いに異なる，ことを特徴とする請求項５に記載のバスシステムの監視機能の検査方法。
13. １つの加入者に対応付けられたテストメッセージは，その１つの加入者によってのみ受信可能である，ことを特徴とする請求項１１に記載のバスシステムの監視機能の検査方法。
14. 各加入者に，テストメッセージまたは時間領域が一義的に対応付けられ，かつ少なくとも１つの第２の加入者が第１の加入者の監視機能の検査を実施する，ことを特徴とする請求項５に記載のバスシステムの監視機能の検査方法。
15. 少なくとも１つの第２の加入者が，第１の加入者に，第１の加入者の監視機能の検査の結果を伝達する，ことを特徴とする請求項１４に記載のバスシステムの監視機能の検査方法。
16. 少なくとも１つの加入者を有するバスシステムの監視機能を検査する装置であって，その場合に，第１の時間領域が設けられており，前記第１の時間領域内でメッセージが伝送され，かつ幾つかの第１の時間領域から通信サイクルが，第１の時間領域内でメッセージが送信され，その場合に通信サイクル内の第１の時間領域の数と，加入者のメッセージのための時間領域の各々の位置が予め定められているように形成される装置において，
    通信サイクル後に第２の時間領域が設けられており，前記第２の時間領域内ではメッセージは伝達されてはならず，かつ監視機能を検査する手段が設けられている，
    ことを特徴とするバスシステムの監視機能の検査装置。
17. 前記監視機能を検査するための，少なくとも１つの加入者を有するバスシステムであって，その場合に第１の時間領域が設けられており，前記第１の時間領域内ではメッセージが伝送され，かつ幾つかの第１の時間領域から通信サイクルが，前記第１の時間領域内でメッセージが伝送され，その場合に通信サイクル内の第１の時間領域の数と，加入者のメッセージのための第１の時間領域の各々の位置が予め定められているように形成されるバスシステムにおいて，
    通信サイクル後に第２の時間領域が設けられており，前記第２の時間領域内においてはメッセージは伝送されてはならず，かつ監視機能を検査する手段が設けられている，
    ことを特徴とするバスシステム。
18. 前記バスシステムがスタートポロジーを有しており，かつ各加入者がスタートポロジー内でバスシステムのカップリング素子への接続を有しており，その場合に前記カップリング素子は，加入者のテストメッセージがカップリング素子を介してさらに案内されることがないように形成されており，その場合に，前記手段が各加入者内に設けられている，
    ことを特徴とする請求項１７に記載のバスシステム。
    

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