JP2007502038A - データネットワークの１つの参加者をパイロットマスタとして定める方法 - Google Patents

Abstract

本発明は，データネットワークの複数の参加者から１つの参加者，特に送受信機をパイロットトーンを送出するパイロットマスタとして決定し，データネットワークの他の参加者が当該パイロットトーンに自らを同期させることができるようにする方法に関する。従来技術においては，パイロットトーンは典型的に所定の参加者（パイロットマスタ）または別途に設けられたパイロットトーン生成機によって送出される。しかし，パイロットマスタまたは別途に設けられたパイロットトーン生成機が故障した場合，通信機能を維持できなくなるという問題を有する。本発明に基づく方法は，本問題を解決するために，所定の１つの参加者または別途に設けられたパイロットトーン生成機ではなく，データネットワークの少なくとも２つ，望ましくは全参加者がパイロットマスタになり得るように形成されており，これにより故障したパイロットマスタを代替することができる，という利点を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は，データネットワークの複数の参加者（Teilnehmer）から１つの参加者，特に送受信機をパイロットトーンを送出するパイロットマスタとして決定し，データネットワークの他の参加者が当該パイロットトーンに自らを同期させることができるようにする方法に関する。

本発明は，当該方法の他に，当該方法を実施するコンピュータプログラム，当該コンピュータプログラムを有するデータ媒体，および当該方法を実施させうるデータネットワークに関する。

従来技術として，バスシステムの所定の参加者または別途に設けられたパイロットトーン生成機にパイロットトーンを送出させることにより，当該パイロットトーンにバスシステムの他の参加者が自らを同期させることができるバスシステムが周知である。しかし，当該周知の方法またはバスシステムは，パイロットトーンを送出する参加者（パイロットマスタ）または別途に設けられたパイロットトーン生成機が故障した場合，バスシステム全体の機能を維持できなくなるという欠点を有する。

上述した従来技術に基づく本発明の課題は，最新のパイロットマスタまたは別途に設けられたパイロットトーン生成機が故障した場合でも，データネットワークの機能を維持するために，１つの参加者をパイロットマスタとして定める方法，ならびに当該方法を実施するコンピュータプログラム，当該コンピュータプログラムを有するデータ媒体，および当該方法を実施させうるデータネットワークを提供することにある。

本発明の課題は，少なくとも２つの参加者がパイロットマスタになり得るように形成され，少なくともパイロットマスタになり得る参加者は，各々に個別に割当てられたランダム長の検査タイムインターバルの間，データネットワークで他の参加者により生成された外部のパイロットトーンが送信されるかを検査し，検査タイムインターバルの間にデータネットワークで外部のパイロットトーンが検出されず，かつパイロットマスタになり得る他の参加者に割当てられた検査タイムインターバルと比べて，自らに割当てられた検査タイムインターバルが最早で経過したパイロットマスタになり得る参加者が事実上の（一時的な）パイロットマスタとなり，ランダム長の検査タイムインターバルの経過後にパイロットトーンを送出することによって解決することができる。

本発明に係る外部のパイロットトーンとは，データネットワークの他の参加者から送出されるパイロットトーンである。

発明の利点

本発明に基づく方法は，所定の１つの参加者または別途に設けられたパイロットトーン生成機ではなく，データネットワークの少なくとも２つ，望ましくは全参加者がパイロットマスタになり得るように形成されており，これにより故障したパイロットマスタを代替することができる，という利点を有する。参加者は，望ましくは本発明に基づく方法により，新たなパイロットマスタ状態を互いに定めることができ，さらに，それによって外部の制御または設定に依存することがない。本発明に基づく方法の実施に際しては，従来技術で必要とされたような，別途に設けられたパイロットトーン生成機も，１つの参加者をパイロットマスタとして最初から定めることも必要とされないことが望ましい。データネットワークでパイロットマスタになり得る全参加者は，原則的にパイロットマスタ状態を取得しうるのみならず，パイロットマスタ状態の取得に関して同等の権利を付与されている。パイロットマスタ状態の最終的な事実上の取得は，ランダム理論，より詳しくは各々の参加者に個別に割当てられたランダム長の検査タイムインターバル（time slice）に基づいて決定される。本発明に基づく方法によれば，複数の参加者が潜在的にパイロットマスタとなり得るため，システム信頼性は著しく向上する。よって，本発明に基づく方法によれば，データネットワークにおけるパイロットトーンの故障およびそれに伴う通信障害を可能な限り排除することができる。

パイロットマスタになり得る複数の参加者が同時にパイロットマスタ状態の取得を要求することがないように，本発明の第１の実施形態によれば，まず潜在的にパイロットマスタになり得る１つの参加者が一時的なパイロットマスタ状態を許可され，その間にデータネットワークで外部のパイロットトーンの存在がさらに正確に検査される。一時的なパイロットマスタは，一時的なパイロットマスタ状態を所定の回数占めることによって初めて，永続的なパイロットマスタとして機能することを許可される。

一時的なパイロットマスタ状態で，一時的なパイロットマスタは，パイロットトーンの送出を反復的に中断し，送信の中断中にネットワークで外部のパイロットトーンの存在を検査する。この検査は，パイロットトーン送出の終了後，遅延時間が経過した後に初めて実施されることが望ましく，これにより一時的なパイロットマスタが自ら送出したパイロットトーンを外部のパイロットトーンとして検出することを回避しうる。

一時的なパイロットマスタ状態から永続的なパイロットマスタ状態への参加者の移行は，データネットワークの他の参加者に対して認識信号を，できればピン信号の形式で送出することによって通知されることが望ましい。特にこのピン信号の認識後，他の全参加者は，まず一時的なスレーブ状態に移行し，永続的なパイロットマスタから送出されるパイロットトーンに自らを同期させる。

一時的なパイロットマスタは，一時的なパイロットマスタ状態において，上述した送信の中断中にデータネットワークで外部のパイロットトーンを検出した場合，一時的なスレーブ状態に移行する。そして，スレーブ状態にある他の参加者と同様に，データネットワークで外部のパイロットトーンが送信されるか，特に他の参加者からピン信号が送出されるかを検査する。そして，この状況では，原則的に一時的なパイロットマスタも永続的なパイロットマスタも決定されず，マスタ競合（masterfight）と称されるこの方法が始めから開始される。

本方法の他の望ましい実施形態は，従属請求項の対象とされている。

上述した本発明の課題は，さらに，本発明に基づく当該方法を実施するコンピュータプログラム，当該コンピュータプログラムを有するデータ媒体，および当該方法を実施させうるデータネットワークによって解決されうる。これらの解決策の利点は，上述した本発明の方法に係る利点と同様である。さらに，本方法は，バスシステム，例えばＣＡＮ（Controller Area Network）バスシステムとして形成されるデータネットワークのみならず，データ伝送可能な電力供給線（Power Communication），すなわち電力通信線（Energieversorgungsleitung）にも適用されうる。

実施例の説明

本発明は，記述的な２つの図面を参照しつつ以下のとおり詳細に説明される。

図１は，データネットワークの複数の参加者から１つの参加者，特に送受信機をパイロットトーンを送出するパイロットマスタとして決定し，データネットワークの他の参加者が当該パイロットトーンに自らを同期させることができるようにする方法を説明するものである。図１に示す方法は，データネットワークの各々の参加者に適用されうるものであり，データネットワークの全参加者が同様に遂行しうるものである。

方法の出発点は，該当する参加者のリセット状態である。当該参加者は，処理ステップＳ１のリセット状態を経た後，初期化ステップＳ２に移行し，次の処理ステップＳ３のスタンバイ状態に移行する。

スタンバイ状態は，当該参加者の初期状態として図２にも示されている。図２は，本発明に基づく方法を実施する間，すなわちマスタ競合を実施する間に各々の参加者がとりうる状態を極めて概略的に示すものである。スタンバイ状態の他にスレーブ状態またはパイロットマスタ状態があり，パイロットマスタ状態では，当該参加者がパイロットトーンをネットワークに送出し，ネットワークの他の参加者が当該パイロットトーンに自らを同期させることができる。上述した当該参加者がとりうる状態間における状態遷移は，図２に丸数字からなる参照記号で示されている。同様の参照符号が図１にも示されており，図２に示す状態遷移は，図１に示す処理ステップに対応づけられている。

処理ステップＳ３の後の処理ステップＳ４で，当該参加者は，他の参加者により生成された外部のパイロットトーンがデータネットワークに送信されるかを検査する。この検査は，各々の参加者に対して個別に割当てられたランダム長の検査タイムインターバルの間に実施される。検査タイムインターバルの間に外部のパイロットトーンが検出された場合，当該参加者は，処理ステップＳ５の一時的なスレーブ状態に移行する。検査タイムインターバルの経過は，処理ステップＳ６で検査される。ランダム長の検査タイムインターバルの間にデータネットワークで外部のパイロットトーンが検出されなかった場合，当該参加者は，処理ステップまたは状態Ｓ７〜Ｓ１１で示される一時的なマスタ状態に移行する。状態Ｓ７は，マスタ起動と称され，後述するカウンタがインクリメントされ，処理ステップＳ８でデータネットワークにパイロットトーンが送出される。パイロットトーンの送出は，ランダム長の送信タイムインターバルの間に実施され，Ｓ９で示されるマスタ監視状態で監視される。処理ステップＳ１０で，ランダム長の送信タイムインターバルを示すタイマが終了したことが確認された場合，一時的な送信タイムインターバルは終了する。上述した当該参加者の一時的なマスタ状態への第１の移行は，図２にも示されている。すなわち，ランダム長の第１の検査タイムインターバルが経過した場合，当該参加者は，丸２で示されるスタンバイ状態から丸４で示される一時的なマスタ状態に移行する。

当該参加者は，図１にＳ１２で示される永続的なパイロットマスタ状態を取得するために，上述した一時的なマスタ状態を所定の回数（Ｘ回）占める必要がある。よって，処理ステップＳ１１では，状態Ｓ７でインクリメントされたカウンタの現在値に基づいて，参加者が一時的なマスタ状態をすでにＸ回占めたかどうかが検査される。検査で否定的な結果（一時的なマスタ状態をＸ回占めていない）が得られた場合，当該参加者は，待機状態Ｓ１３−１に移行する。その後直ぐに，当該参加者は，一時的に送出されたパイロットトーンを処理ステップＳ１３−２で確実に停止し（すでに停止されている場合もある），固定された所定の遅延時間の経過がＳ１３−３で判断されるまで待機する。

すなわち，当該参加者は，一時的なマスタ状態で自ら送出したパイロットトーンを処理ステップＳ４で検出することを回避するために，一時的に送出されたパイロットトーンを停止した後，処理ステップＳ４に示す検査タイムインターバルに新たにエントリするまでに待機期間Ｓ１３を必要とする。

遅延時間の経過後，当該参加者は，再び処理ステップＳ３に示すスタンバイ状態に一時的に移行し，処理ステップＳ４でランダム長の検査タイムインターバルの間にデータネットワークで外部のパイロットトーンが送信されるかを検査する。

そして，ステップＳ４〜Ｓ１１，Ｓ１３は，最終的に所定の回数（Ｘ回）に達するまで，幾度となく新たに繰返される。処理ステップＳ１１で最終的にＸ回に達したことが検出された場合，一時的なマスタ状態と，上述した後続の検査ステップを伴う待機状態のサイクルが中断されて，当該参加者は，ステップＳ１２に示す永続的なパイロットマスタ状態に移行する。永続的なパイロットマスタ状態で，当該参加者は，パイロットトーンを永続的に送出し，永続的なパイロットマスタ状態の取得を通知するためにいわゆるピン信号を送出する。永続的なパイロットマスタ状態は，ネットワークのシャットダウン，または永続的なパイロットマスタのリセットもしくは故障により初めて終了される。

しかし，当該参加者は，反復的に実施されるステップＳ４の検査タイムインターバルの間にデータネットワークで外部のパイロットトーンが検出されなかった場合のみ，永続的なパイロットマスタ状態を取得する。外部のパイロットトーンが検出された場合，一時的なパイロットマスタは，Ｓ５で示す一時的なスレーブ状態に移行する。１つの参加者が永続的なパイロットマスタＳ１２として検出された場合，他の参加者は，全く同様に一時的なスレーブ状態に移行する。状態Ｓ５で一時的なスレーブは，ピン信号がデータネットワークに送信されるかを所定長の検査タイムインターバルの間に検査する。処理ステップＳ１４でピン信号が検出される，あるいは処理ステップＳ１５で所定長の検査タイムインターバルの経過が確認された場合，当該参加者は，永続的なスレーブ状態Ｓ１６に移行する。状態Ｓ１６で当該参加者は，外部のパイロットトーンがデータネットワークに送信されるかを継続的に検査する。外部のパイロットトーンが送信される間，当該参加者は，永続的なスレーブ状態に留まる。しかし，処理ステップＳ１７で外部のパイロットトーンがもはや送信されないことが確認された場合，当該参加者は，上述した検査ステップを別の検査タイムインターバルの間さらに続行する。別の検査タイムインターバルの長さは，通常ランダムであるが，固定することもできる。ただし，処理ステップＳ６とＳ１０で用いられるランダム長の検査タイムインターバルより著しく長く設定することが不可欠である。処理ステップＳ１８の検査タイムインターバルは，例えば処理ステップＳ６とＳ１０の検査タイムインターバルの１０倍程度の長さであることが望ましい。別の検査タイムインターバルの間にデータネットワークで新たに外部のパイロットトーンが検出された場合，当該参加者は，再び上述した永続的なスレーブ状態に移行する。しかし，別の検査タイムインターバルの経過後もデータネットワークで外部のパイロットトーンが検出されなかった場合，当該参加者は，初期化ステップＳ２およびスタンバイ状態Ｓ３を介して，再び外部のパイロットトーンの存在を検査する処理ステップＳ４に移行する。そして，上述の処理ステップが繰り返される。

上述した方法は，コンピュータプログラムの形式で実現されることが望ましい。当該コンピュータプログラムは，必要に応じて他のコンピュータプログラムとともに，機械読取可能なデータ媒体に記録されうる。当該データ媒体は，ディスケット，コンパクトディスク，いわゆるフラッシュメモリ等とすることができる。実際には，当該コンピュータプログラムは，電気的に消去可能なＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory）に記録され，ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）またはＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）で実行される。当該データ媒体に記録された当該コンピュータプログラムは，製品として顧客に譲渡（uebertragen）され，販売されうる。

しかし，コンピュータプログラムは，必ずしもデータ媒体に記録された状態で顧客に譲渡される必要はない。むしろ，必要に応じて他のコンピュータプログラムとともに，データ媒体に記録されずに電子的なネットワーク，特にインターネットを介して顧客に譲渡され，販売されうる。

上述した方法は，原則的に，例えばバスシステム，特にＣＡＮバスシステム等の様々なデータネットワークに適用されうる。しかし，特にデータ伝送可能な電力供給線，すなわち電力通信線（Power Line Communication）に適用されることが望ましい。当該方法を適用する上での前提条件は，少なくとも２つ，望ましくは全参加者のハードウェアが，パイロットマスタ状態を取得しうるように形成されていることである。

本発明に基づく方法は，典型的に数ミリ秒で遂行されている。すなわち，遅くとも数ミリ秒で１つの参加者をパイロットマスタとして決定し，その後にデータネットワークの参加者間における同期および通信が可能となる。

本発明に基づく方法を説明するフロー図である。 データネットワークの参加者がとりうる状態を説明する状態遷移図である。

Claims (15)

1. データネットワークの複数の参加者から１つの参加者，特に送受信機をパイロットトーンを送出するパイロットマスタとして決定し，前記データネットワークの他の参加者が前記パイロットトーンに自らを同期させることができる方法であって：
   少なくとも２つの参加者が前記パイロットマスタになり得るように形成され，
   少なくとも前記パイロットマスタになり得る参加者は，各々に個別に割当てられたランダム長の検査タイムインターバルの間，前記データネットワークで他の参加者により生成された外部のパイロットトーンが送信されるかを検査し（Ｓ４，Ｓ６），
   前記検査タイムインターバルの間に前記データネットワークで外部のパイロットトーンが検出されず，かつ前記パイロットマスタになり得る他の参加者に割当てられた前記検査タイムインターバルと比べて，自らに割当てられた前記検査タイムインターバルが最早で経過した前記パイロットマスタになり得る参加者は，事実上の前記パイロットマスタとなり（Ｓ７），ランダム長の前記検査タイムインターバルの経過後に前記パイロットトーンを送出する（Ｓ８）ことを特徴とする，データネットワークの１つの参加者をパイロットマスタとして定める方法。
2. ａ）前記パイロットマスタは，ランダム長の送信タイムインターバルの間，一時的にパイロットマスタ状態となり（Ｓ７），前記送信タイムインターバルの経過後に前記パイロットトーンの送出を再び終了し（Ｓ９，Ｓ１０）；
   ｂ）最新の前記一時的なパイロットマスタは，前記送信タイムインターバルの経過後において，割当てられたランダム長の他の検査タイムインターバルの間，前記データネットワークで他の参加者により生成されたパイロットトーンが送出されるかを再び検査し（Ｓ４）；
   ｃ）最新の前記一時的なパイロットマスタは，前記他の検査タイムインターバルの間，前記データネットワークで外部のパイロットトーンが検出されず（Ｓ７−Ｓ１０），かつ前記パイロットマスタになり得る他の参加者が事前に前記パイロットマスタ状態を要求しない場合，再び新たな前記パイロットマスタとなって前記パイロットトーンを送出し；
   ｄ）所定の（Ｘ−１）回の間，前記ステップａ）〜ｃ）を繰返すことを特徴とする，請求項１に記載のデータネットワークの１つの参加者をパイロットマスタとして定める方法。
3. 前記ステップｂ）は，前記ステップａ）の終了後，かつ遅延時間（Ｔ）の経過後に初めて実施される（Ｓ１３）ことを特徴とする，請求項２に記載のデータネットワークの１つの参加者をパイロットマスタとして定める方法。
4. 最新の前記パイロットマスタは，前記（Ｘ−１）回の繰返しの間，永続的なパイロットマスタ状態に留まり，前記パイロットトーンを永続的に送出する（Ｓ１２）ことを特徴とする，請求項２または３のいずれか１項に記載のデータネットワークの１つの参加者をパイロットマスタとして定める方法。
5. 永続的に実現された前記パイロットマスタは，ピン信号の形式で認識信号を送出することを特徴とする，請求項４に記載のデータネットワークの１つの参加者をパイロットマスタとして定める方法。
6. 前記永続的なパイロットマスタ状態は，前記データネットワークのシャットダウン，または永続的な前記パイロットマスタのリセットもしくは故障により初めて終了されることを特徴とする，請求項４または５に記載のデータネットワークの１つの参加者をパイロットマスタとして定める方法。
7. 前記データネットワークの他の全参加者は，前記永続的なパイロットマスタの実現後および特に前記ピン信号の受信後，一時的なスレーブ状態に移行し（Ｓ５），前記パイロットマスタから送出された前記パイロットトーンに自らを同期させることを特徴とする，請求項４〜６のいずれか１項に記載のデータネットワークの１つの参加者をパイロットマスタとして定める方法。
8. 前記参加者または最新の事実上の前記パイロットマスタは，検査タイムインターバルの間に前記データネットワークに送出されたパイロットトーンが検出された場合（Ｓ４），一時的なスレーブ状態（Ｓ５）に移行することを特徴とする，請求項１〜３のいずれか１項に記載のデータネットワークの１つの参加者をパイロットマスタとして定める方法。
9. 前記一時的なスレーブ状態にある参加者は（Ｓ５），所定の長さの前記検査タイムインターバルの間，前記データネットワークに外部のパイロットトーンが送出されるか，特に前記永続的なパイロットマスタから前記ピン信号が送信されるかを検査する（Ｓ１４，Ｓ１５）ことを特徴とする，請求項７または８に記載のデータネットワークの１つの参加者をパイロットマスタとして定める方法。
10. 前記ピン信号が検出された場合，あるいは所定の長さの前記検査タイムインターバルが経過した場合，前記一時的なスレーブ状態にある参加者は，永続的なスレーブ状態に移行し（Ｓ１６），前記データネットワークを介した通信に参加する用意ができていることを前記データネットワークの制御部に伝達し，
    前記永続的なスレーブ状態にある参加者は，可能であれば前記パイロットマスタから送出された前記パイロットトーンに自らを同期させることを特徴とする，請求項９に記載のデータネットワークの１つの参加者をパイロットマスタとして定める方法。
11. 参加者は，前記データネットワークで外部のパイロットトーンが検出される間，前記永続的なスレーブ状態に留まり，
    前記パイロットトーンが検出されなくなるとすぐに，所定のまたはランダム長の検査タイムインターバルの間，外部のパイロットトーンが送信されるかを再び検査し，
    前記検査タイムインターバルの間に外部のパイロットトーンが検出された場合，前記永続的なスレーブ状態（Ｓ１６）に留まり，かつ前記検査タイムインターバルの間に外部のパイロットトーンが検出されなかった場合，前記検査タイムインターバルの経過後に初期化状態（Ｓ２）およびスタンバイ状態（Ｓ３）を介して，前記方法を再び実施するために前記処理ステップＳ４に移行することを特徴とする，請求項１０に記載のデータネットワークの１つの参加者をパイロットマスタとして定める方法。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の前記方法を実施するように形成されているプログラムコードを有することを特徴とする，コンピュータプログラム。
13. 請求項１２に記載の前記コンピュータプログラムを備えることを特徴とする，データ媒体。
14. 複数の参加者を有するデータネットワークであって，パイロットマスタとして機能する１つの参加者がパイロットトーンを送出し，前記データネットワークの他の参加者が前記パイロットトーンに自らを同期させることができる，データネットワークにおいて：
    各々の前記参加者は，必要に応じて自ら前記パイロットマスタになり得るために，前記パイロットマスタになることができ，かつ請求項１〜１１のいずれか１項に記載の前記方法を実施するように形成されていることを特徴とする，データネットワーク。
15. データネットワークが特に車両内の電力供給線であり，前記電力供給線を介したデータ伝送も可能であることを特徴とする，請求項１４に記載のデータネットワーク。

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