JP2015136104A - シリアルリンク障害検出システムおよび方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】信頼性を高めた送信システムを提供する。
【解決手段】データ通信システム10は、第1シリアルリンクに対して通信可能に結合され、第1シリアルリンクから第1送信信号を受信する第1シリアルポート(I/Oポート34)と、第2シリアルリンクに対して通信可能に結合され、第2シリアルリンクから第2送信信号を受信する第2シリアルポート(I/Oポート36)とを含む。第1シリアルリンクと第2シリアルリンクは、互いに平行に配置されるとともに、第1単一導管38を介して通信し、第1通信信号と第2通信信号は同一情報を表す。第1通信信号と第2通信信号とを比較することによってシリアルリンクにおける障害を検出するとともに、障害が検出される場合に、障害にもかかわらず送信システムが動作を続けることができるかどうかを決定する回路を更に含む。
【選択図】図2

Description

本明細書中に開示される主題は、送信システムに関し、より具体的には、データ送信システムのためのハードウェアシリアルリンク障害検出システムに関する。
一般に、データ送信システムは、1つの入力/出力(I/O)デバイスから他の入力/出力(I/O)デバイスへデータを転送するために利用される場合がある。例えば、送信システムは、タービン、発電機、コンプレッサ、燃焼器などの様々な装置と接続してこれらの装置を制御する様々な工業用コントローラ間の通信を容易にするために工業用制御システムで利用される場合がある。より具体的には、送信システムは、コントローラが制御コマンドなどのデータを互いに通信できるようにしてもよい。例えば、第1のコントローラは、タービンの動作を始めるために制御コマンドを送信システムを介して第2のコントローラへ送信してもよい。したがって、送信システムの信頼性を高めることが有益である。
米国特許第7642748号明細書
以下、特許請求の範囲に当初から記載される発明と範囲が相応する特定の実施形態について要約する。これらの実施形態は、特許請求の範囲に記載される発明の範囲を限定しようとするものではなく、むしろ、これらの実施形態は、発明の想定し得る形態の概要を与えようとしているにすぎない。実際に、本発明は、以下に記載される実施形態と同様または異なってもよい様々な形態を包含し得る。
第1の実施形態は、プログラマブル論理デバイスを含むフォールトトレラント送信システムについて記載する。プログラマブル論理デバイスは、第1のシリアルリンクに対して通信可能に結合される第1のシリアルポートであって、該第1のシリアルポートが第1のシリアルリンクから第1の送信信号を受信する、第1のシリアルポートと、第2のシリアルリンクに対して通信可能に結合される第2のシリアルポートであって、該第2のシリアルポートが第2のシリアルリンクから第2の送信信号を受信する、第2のシリアルポートとを含む。第1のシリアルリンクおよび第2のシリアルリンクは、互いに平行に配置されるとともに、第1の単一の導管を介して通信し、また、第1の通信信号および第2の通信信号は同一の情報を表す。また、プログラマブル論理デバイスは、第1の通信信号と第2の通信信号とを比較することによって第1のシリアルリンク、第2のシリアルリンク、または、これらの両方のシリアルリンクにおける障害を検出するとともに、障害が検出される場合に、障害にもかかわらず送信システムが動作を続けることができるかどうかを決定する回路を更に含む。
第2の実施形態は、送信システムにおいてハードウェア障害検出システムを使用するための方法について記載し、この方法は、第2のプログラマブル論理デバイスから第1のシリアルリンクを介して第1の通信信号を第1のプログラマブル論理デバイスで受信するステップと、第2のプログラマブル論理デバイスから第2のシリアルリンクを介して第2の通信信号を第1のプログラマブル論理デバイスで受信するステップであって、第1のシリアルリンクおよび第2のシリアルリンクが単一の導管に配置される並列のシリアルリンクであり、第1の通信信号および第2の通信信号が同一の情報を表す、ステップとを含む。また、方法は、第1のシリアルリンク、第2のシリアルリンク、または、これらの両方のシリアルリンクにおける障害を検出するために、第1の通信信号と第2の通信信号とを第1のプログラマブル論理デバイスで比較するステップと、障害が検出されるときに、送信システムが障害にもかかわらず動作を続けることができるかどうかを決定するステップと を更に含む。
第3の実施形態は、フォールトトレラント送信システムを動作させるための方法について記載し、この方法は、第1のプログラマブル論理デバイスでハードウェア検出のみを用いて第1のシリアルリンクで送信される第1の通信信号または第2のシリアルリンクで送信される第2の通信信号におけるエラーを検出することによって、第1のシリアルリンク、第2のシリアルリンク、または、これらの両方のシリアルリンクにおける障害を検出するステップであって、第1および第2の通信信号は、第2のプログラマブル論理デバイスから第1のプログラマブル論理デバイスへと並列に送信されるとともに、同一の情報を表す、ステップを含む。また、方法は、障害が検出されるときに、検出されたエラーに少なくとも部分的に基づいて、第1のシリアルリンク、第2のシリアルリンク、または、これらの両方のシリアルリンクの状態を決定するステップと、第1のシリアルリンク、第2のシリアルリンク、または、これらの両方のシリアルリンクの状態に少なくとも部分的に基づいて、送信システムの動作を続けるかどうかを決定するステップとを更に含む。
本発明のこれらのおよび他の特徴、態様、および、利点は、添付図面を参照して以下の詳細な説明が読まれるときに、より良く理解されるようになり、添付図面中、同様の文字は、図面の全体にわたって同様の部分を表す。
一実施形態に係るデータ送信システムの概略図である。 一実施形態に係る図1に描かれるデータ送信システムにおけるコントローラのブロック図である。 一実施形態に係る三重モジュール式冗長コントローラのブロック図である。 一実施形態に係る通信信号のブロック図である。 一実施形態にしたがってデータ送信システムへ通信信号を送信するためのプロセスを描くフローチャートである。 一実施形態にしたがってデータ送信システムから通信信号を受信するためのプロセスを描くフローチャートである。 一実施形態にしたがってシリアルリンクにおける障害を検出するためのプロセスを描くフローチャートである。 一実施形態にしたがって受信された通信信号におけるエラーを検出して補正するためのプロセスを描くフローチャートである。
以下、本発明の1つ以上の特定の実施形態について説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を与えるために、実際の実施の全ての特徴が明細書中に記載されない場合がある。任意のそのような実際の実施の開発では、任意のエンジニアリングまたは設計プロジェクトの場合のように、実施ごとに異なる場合があるシステム関連およびビジネス関連の制約の順守などの開発者の特有の目的を達成するために多数の実施特有の決定がなされなければならないことが理解されるべきである。また、言うまでもなく、そのような開発努力は、複雑であって多大な時間を要する場合があるが、それにもかかわらず、この開示の利点を有する当業者にとっては、設計、製作、および、製造の決まりきった取り組みである。
本発明の様々な実施形態の要素を導入する際、冠詞「1つの(a)」、「1つの(an)」、「その(the)」、および、「前記(said)」は、その要素のうちの1つ以上が存在することを意味するように意図される。用語「備える」、「含む」、および、「有する」は、内包的であるように、また、挙げられた要素以外の更なる要素が存在してもよいことを意味するように意図される。
データ送信システムは、しばしば、システム内の様々な入力/出力(I/O)デバイス間の通信を容易にするために、工業用制御システムおよびオートメーションシステムなどのシステムにおいて利用される。例えば、データ送信システムは、様々なコントローラがデータを互いに通信できるようにしてもよい。一般に、コントローラは、タービン、発電機、コンプレッサ、燃焼器、センサ、ポンプ、バルブ、他分野装置などの様々な装置と接続してこれらの装置を制御する。したがって、コントローラにより通信されるデータは、制御された装置により収集されたデータ、制御コマンド、装置状態などを含んでもよい。データ送信システムを利用してもよいシステムの性質に起因して、そのようなデータ送信システムの信頼性を高めることが有益である。
データ送信システムの信頼性を高めるための1つの技術は、プロセス制御のためのオブジェクトリンキングおよび埋め込み(OPC)、Modbus、Foundationフィールドバス、プロセスフィールドバス、および/または、BACnetなどの様々な通信プロトコルを利用することを含んでもよい。一般に、通信プロトコルは、何らかのソフトウェア管理および処理を使用してもよい。例えば、Foundationフィールドバスを利用するときには、データを送受信するための機能ブロックを実行するために特定レベルの処理が利用されてもよい。しかしながら、幾つかのI/Oデバイスはそのようなプロトコルにとって望ましい処理能力を含まない場合があるため、本開示は、処理能力にかかわらずI/Oデバイス用の送信システムの信頼性を高めるための実施形態を含む。したがって、本明細書中に記載される技術は、安全システム用途を含む様々な用途における通信のための低レベルシリアルリンクを提供する。低レベルシリアルリンクは、より少ない処理およびリソース(例えば、ソフトウェアリソースおよびハードウェアリソース)を使用してもよいが、SIL1、2、3および/または4を含む望ましい安全インテグリティレベル(SIL)認証を満たすのに適した動作を与えてもよい。特定の実施形態において、低レベルシリアルリンクは、ハードウェア障害検出方式を適用して、処理および他のリソースの使用を減らすのに適した所望の安全認証を与えてもよい。
したがって、第1の実施形態は、プログラマブル論理デバイスを含むフォールトトレラントな送信システムについて説明する。プログラマブル論理デバイスは、第1のシリアルリンクに対して通信可能に結合される第1のシリアルポートを含み、この場合、第1のシリアルポートは、第1のシリアルリンクから第1の送信信号を受信し、また、プログラマブル論理デバイスは、第2のシリアルリンクに対して通信可能に結合される第2のシリアルポートを含み、この場合、第2のシリアルポートは、第2のシリアルリンクから第2の送信信号を受信する。第1のシリアルリンクおよび第2のシリアルリンクは、互いに平行に配置されるとともに、第1の単一の導管を介して通信し、また、第1の通信信号および第2の通信信号は同一の情報を表す。プログラマブル論理デバイスは、第1の通信信号と第2の通信信号とを比較することによって第1のシリアルリンク、第2のシリアルリンク、または、これらの両方のシリアルリンクにおける障害を検出する回路を更に含み、障害が検出される場合には、障害にもかかわらず送信システムが動作を続けることができるかどうかを決定する。言い換えると、同じ情報を表すパラレル通信信号の受信は、様々な装置間の通信リンク(例えば、シリアルリンク)における障害の検出を可能にする。また、送信システムは、検出された障害に対して知的に反応することによって更にフォールトトレラントであってもよい。
また、第2の実施形態は、プログラマブル論理デバイスを含むデータ送信システムについて説明する。プログラマブル論理デバイスは、第1のシリアルリンクに対して通信可能に結合される第1のシリアルポートを含み、この場合、第1のシリアルポートは、第1のシリアルリンクから第1の送信信号を受信し、また、プログラマブル論理デバイスは、第2のシリアルリンクに対して通信可能に結合される第2のシリアルポートを含み、この場合、第2のシリアルポートは、第2のシリアルリンクから第2の送信信号を受信する。第1のシリアルリンクおよび第2のシリアルリンクは、互いに平行に配置されるとともに、単一の導管を介して通信し、また、第1の通信信号および第2の通信信号は同一の情報を表す。プログラマブル論理デバイスは、第1の通信信号と第2の通信信号とを比較して、第1の通信信号、第2の通信信号、または、これらの両方の通信信号に含まれるデータ中のエラーを検出するための回路を更に含み、エラーが検出されると、少なくとも部分的に第1の通信信号と第2の通信信号との比較に基づいてエラーをリアルタイムで補正する。言い換えると、同じ情報を表すパラレル通信信号の受信は、通信信号中のエラーの検出およびリアルタイムな補正を可能にする。本明細書中で使用される「リアルタイム」は、先行するステップの直後を意味するように意図される。例えば、エラー補正は、エラーが検出されると直ぐに始まってもよい。
以下で更に詳しく説明されるように、幾つかの実施形態において、データ送信システムは、送信システムの信頼性を高めるために、ソフトウェア管理を殆ど伴わないあるいは全く伴わないハードウェアを利用してもよい。したがって、データ送信システムの高められた信頼性は、プロセッサを有するI/Oデバイスおよびプロセッサを伴わないI/Oデバイスへ与えられてもよい。また、本明細書中に記載される技術は、I/Oデバイスが国際電気技術委員会(IEC)61508に準拠できるようにし、また、幾つかの実施形態ではSIL1、2、3および/または4認証を満たす。
前置きとして、図1は、工業用制御システム12内に配置されるデータ送信システム10の一実施形態を描く。工業用制御システム12は複数のコントローラ14を含み、それぞれのコントローラ14は、工業用制御システム12内の様々な装置と接続してこれらの装置を制御する。図示のように、第1のコントローラは、タービン16(例えば、ガスタービン、蒸気タービン、ハイドロタービン)に結合されて該タービン16を制御するとともに、センサ18に対して通信可能に結合され、また、第2のコントローラは、バルブ20およびポンプ22に結合されてこれらを制御する。他の実施形態において、コントローラ14は、燃焼器、発電機、および、他のターボ機械などの工業用制御システム12内の他の装置に結合されてこれらの装置を制御してもよい。
また、図示のように、コントローラ14は、データ送信システム10を介して互いに通信してもよい。工業用制御システム12の幾つかの実施形態では、データ送信システム10が高速イーサネット(登録商標)(HSE)ネットワークまたはH1ネットワークを含んでもよい。しかしながら、以下で更に詳しく説明されるように、本明細書中に記載される技術は、任意のシリアルポイント・ツー・ポイントアーキテクチャを利用してもよい。データ送信システム10を利用することにより、コントローラ14は、接続された装置の状態、収集された測定値、および、制御コマンドなどの様々なタイプのデータを通信してもよい。例えば、第1のコントローラは、データ送信システム10を介して、センサ18により収集された測定値を第2のコントローラへ送信してもよい。それに応じて、第2のコントローラは、タービン16の動作を変えるように第1のコントローラに指示する制御コマンドを送信してもよい。したがって、コントローラ14は、通信、接続された装置の制御、および、コントローラの他の様々な機能を容易にするために、1つ以上のプロセッサ24と、1つ以上のプロセッサ24により実行可能な持続性機械可読命令を記憶してもよいメモリ26とを含む。
データ送信システム10の一実施形態の詳細図が図2に描かれる。図示のように、各コントローラ14はデータ送信サブシステム15を含む。幾つかの実施形態において、データ送信サブシステム15は、フィールドプログラマブルゲートアレイ、プログラマブルアレイ論理、プログラマブル論理アレイ、一般アレイ論理、または、これらの任意の組み合わせなどのプログラマブル論理デバイスであってもよい。他の実施形態では、サブシステム15が特定用途向け集積回路であってもよい。また、データ送信サブシステム15は、各コントローラ14のハードウェアサブシステムとして(例えば、ホットスワップ可能なカードとして)含まれてもよい。サブシステム15を含んでもよいコントローラ14の1つの例は、ニューヨーク州のスケネクタディのジェネラル・エレクトリック・カンパニーによって提供されるMark VIe Control Systemである。
図示の実施形態において、データ送信サブシステム15によって果たされる機能は、コントローラプロセッサ24および/またはメモリ26によって実行されてもよい機能ブロックとして表される。図示のように、サブシステム15は、クロックシステム(機能ブロック27)、フリーランニングカウンタ(FRC)(機能ブロック28)、データI/O(機能ブロック30)、データ比較/複製(機能ブロック32)、および、コントローラ14をデータ送信システム10に結合させるパラレルI/Oポート(機能ブロック34、36)を含む。以下で更に詳しく説明されるように、FRC28は、通信信号の時間同期を可能にするためにタイミングデータを生成してもよく、データI/O30は通信信号を生成してもよく、また、データ比較/複製32は、通信信号を複製して、通信リンク(例えば、シリアルリンク)における障害を検出するとともに、受信された通信信号中のエラーを検出する/補正する。
また、図示のように、送信システム10は、単一の導管(例えば、ケーブル)38と、導管38の両端に結合される並列のシリアルトランシーバ40、42とを含む。より具体的には、シリアルトランシーバ40、42は、コントローラ14がサブシステム15を介して他のコントローラ14と通信できるようにするためにI/Oポート34、36と接続する。シリアルトランシーバ40、42は、RS−232トランシーバ、RS−485トランシーバ、差動バストランシーバ、シングルエンドトランシーバ、または、他の低レベルシリアルトランシーバであってもよい。幾つかの実施形態では、2つのサブシステム15を接続するために1つのケーブル(例えば、Cat5、Cat5e、または、Cat6)のみが使用され、それにより、導管および関連する機器が最小限に抑えられる。他の実施形態では、複数のケーブルが使用されてもよい。幾つかの実施形態において、シリアルトランシーバ40、42は、無線周波数によって引き起こされる信号中のノイズの量を最小にするために無線周波数よりも低い周波数で通信信号を送信してもよい。例えば、シリアルトランシーバ40、42は、1〜20MHz間、20〜30MHz間、30〜40MHz間、40〜50MHz間、50〜60MHz間、60〜100MHz間、または、これらの任意の組み合わせ間で通信して、1〜20Mbit/秒間、20〜30Mbit/秒間、30〜40Mbit/秒間、40〜50Mbit/秒間、50〜60Mbit/秒間、60〜100Mbit/秒間、または、これらの任意の組み合わせ間でのデータ送信を可能にしてもよい。
明確に描かれないが、単一の導管38は、シリアルトランシーバ40を結合する第1のシリアルリンクと、シリアルトランシーバ42を結合する第2のシリアルリンクとを並列に含む。より具体的には、第1および第2のシリアルリンクは、コントローラ14間での通信信号のパラレル送信を可能にしてもよい。例えば、第1の通信信号が第1のシリアルリンクを介して送信されてもよく、また、第2の通信信号が第2のシリアルリンクを介して並列にほぼ同時に送信されてもよい。以下で更に詳しく説明されるように、第1の通信信号および第2の通信信号が同じ情報を表してもよく、それにより、シリアルリンクにおける障害の検出、および、通信信号中のエラーの検出/補正が容易となる。幾つかの実施形態では、適した導管38がCategory5(Cat5)ケーブルであってもよい。これは、このケーブルが8本のワイヤを含み、それにより、4本のワイヤを第1のシリアルリンクのために使用できるとともに、4本のワイヤを第2のシリアルリンクのために使用できるからである。他の実施形態では、第1のシリアルリンクおよび第2のシリアルリンクが別個の導管に含まれてもよい。また、図示のように、単一の導管38が1つのコントローラを他のコントローラに結合し、それにより、シリアルポイント・ツー・ポイントアーキテクチャが構築される。本明細書中で使用される「ポイント・ツー・ポイントアーキテクチャ」は、一方の装置が他方の装置に直接に結合されるときを表そうとしている。言い換えると、幾つかの実施形態では、コントローラ14が専ら導管38のみを介して通信してもよく、それにより、両方のコントローラ14は、他方のコントローラ14の識別情報、通信信号の送信時間、通信信号の順序、または、それらの任意の組み合わせを予め決定できる(例えば、見込むあるいは予期する)。そのようなアーキテクチャは、1〜10メートル離れて位置付けられる装置間での通信、10〜20メートル離れて位置付けられる装置間での通信、20〜30メートル離れて位置付けられる装置間での通信、30〜40メートル離れて位置付けられる装置間での通信、40〜100メートル離れて位置付けられる装置間での通信、あるいは、これらの任意の組み合わせでの通信に適してもよい。
幾つかの実施形態において、コントローラ14は、図3に描かれるような三重モジュール式冗長(TMR)コントローラ14であってもよい。一般に、TMRコントローラ14は、3つのコアを利用することによって信頼性を高めてもよい。より具体的には、図示のように、TMRコントローラ14は、Rコア46、Sコア48、および、Tコア50を含み、これらのコアはそれぞれほぼ同じ機能を果たす。したがって、TMRコントローラ14は、不良コア(例えば、46、48または50)の影響を減らすために投票方式によって動作する。
図示のように、TMRコントローラ14内のRコア46は、第1の送信システム52によって結合され、Sコア48は第2の送信システム54によって結合され、また、Tコアは第3の送信システム56によって結合される。より具体的には、幾つかの実施形態において、送信システムのそれぞれ(例えば、52、54および56)は、例えば、データ送信サブシステム15を含むとともに互いにほぼ独立に動作することによって、前述したデータ送信システム10と同様に機能してもよい。より具体的には、各送信システム(例えば、52、54、56)は、コアのそれぞれの対間での通信信号のパラレル送信を可能にするために第1および第2のシリアルリンク(または、サブシステム15の任意の他の構成要素)を含んでもよい。言い換えると、第1の送信システム52は、Rコア46間でパラレル通信信号を送信(例えば、2つ以上の同一のデータ送信)してもよく、第2の送信システム54は、Sコア48間でパラレル通信信号を送信してもよく、および、第3の送信システム56は、Tコア50間でパラレル通信信号を送信してもよい。また、前述したように、第1および第2のシリアルリンクが単一の導管または2つの別個の導管に含まれてもよい。したがって、図3に描かれる実施形態では、3つの別個の導管または6つの別個の導管が利用されてもよい。あるいは、6つのシリアルリンクの全てが単一の導管に含まれてもよい。
データ送信システム10を介してコントローラ14間で送信されてもよい通信信号58の一実施形態が図4に描かれる。図示のように、通信信号58は、通信信号データ60、シーケンス番号62、タイミングデータ64、送信元識別表示66、および、エラーチェックデータ68を含む。通信信号データ60は、コントローラ14間で通信されるようになっているデータを含んでもよい。例えば、通信信号データ60は、制御コマンド、論理データ、認証データ、投票データ、測定データ、装置状態などを含んでもよい。
シーケンス番号62は、通信信号58が送信された順番を表してもよい。幾つかの実施形態では、シーケンス番号62が通信信号58のヘッダに含まれてもよい。したがって、シーケンス番号62により、受信するコントローラ14は、通信信号58が送信された順番を決定できてもよい。
前述したように、タイミングデータ64は、通信信号58の時間同期を可能にするためにFRC28によって生成されてもよい。例えば、幾つかの実施形態において、タイミングデータ64は、FRC28におけるカウントを表す固有の文字であってもよい。したがって、送信コントローラ14および受信コントローラ14のFRC28が同期される場合には、タイミングデータ64により、受信コントローラ14は、通信信号58が送信された時期を決定できる。
送信元識別表示66は送信コントローラ14を識別してもよい。例えば、幾つかの実施形態において、送信元識別表示は、媒体アクセス制御(MAC)アドレス、独自の固有モジュール識別コード、または、他の同様の固有識別子であってもよい。幾つかの実施形態では、独自の固有モジュール識別コードとして、データコードを含む固有のシリアル番号を挙げることができる。したがって、送信元識別表示66は、受信コントローラ14が送信コントローラ14の識別情報を決定できるようにしてもよい。
エラーチェックデータ68は、サイクリック・リダンダンシー・チェック、チェックサム、暗号ハッシュ機能、または、同様のものなどのエラーチェック技術を容易にするデータを含んでもよい。例えば、サイクリック・リダンダンシー・チェックが利用される際、エラーチェックデータ68は、通信信号58の多項式除算の剰余を含んでもよい。動作中、送信コントローラ14は、エラーチェック技術を行って、通信信号58のエラーチェックデータ68(例えば、チェックサム)をエンコードしてもよい。したがって、受信コントローラ14は、エラーチェック技術を繰り返して、その結果をエラーチェックデータ68と照合する(例えば、チェックサムを新たに計算し、その計算を送信されたチェックサムを用いて検証する)ことにより、エラー/障害を検出してもよい。
前述したように、送信システム10は、通信信号58をコントローラ14間で送信できるようにする。図5は、パラレル通信信号を送信するために送信コントローラ14、より具体的にはデータ送信サブシステム15(例えば、プログラマブル論理デバイス)によって利用されてもよいプロセス70の1つの実施形態を描く。プロセス70は、メモリ26に記憶されてプロセッサ24により実行される持続性機械可読命令またはコードによって実施されてもよい。図示の実施形態において、プロセス70は、第1の通信信号を生成する(括弧72)ことによって始まり、この生成は、通信信号データを生成すること(プロセスブロック74)、シーケンス番号をエンコードすること(プロセスブロック76)、タイミングデータをエンコードすること(プロセスブロック78)、送信元識別表示をエンコードすること(プロセスブロック80)、エラーデータをエンコードすること(プロセスブロック82)を含む。プロセス70は、第2の通信信号を生成する(プロセスブロック84)こと、および、第1のシリアルリンクで第1の通信信号(プロセスブロック86)を且つ第2のシリアルリンクで第2の通信信号(プロセスブロック88)を並列に送信することによって続く。
より具体的には、第1の通信信号がデータI/O30によって生成されてもよい。通信信号データ60を生成する(プロセスブロック74)ために、データI/O30は、第1の通信信号で送信されるべきデータを収集してもよい。例えば、装置状態が送信されるようになっているときには、データI/O30は、接続された装置(例えば、16、20または22)にその状態に関して聞き取りを行ってもよくあるいは装置を監視するセンサ(例えば18)から測定値を引き出してもよい。シーケンス番号62をエンコードする(プロセスブロック76)ために、データI/O30は、送信されるそれぞれの通信信号に伴ってインクリメントする順次カウンタを含んでもよい。したがって、カウンタからのカウントは、通信信号58が送信される順番を表すためにシーケンス番号62として含まれてもよい。送信元識別表示66をエンコードする(プロセスブロック80)ために、データI/O30は、送信コントローラを識別する記憶された固有の識別子を送信コントローラのメモリ26から引き出してもよい。
タイミングデータ64をエンコードする(プロセスブロック78)ために、データI/O30がタイミングデータ64をFRC28から受信してもよい。より具体的には、FRC28は、クロックシステム27から受信されるタイミング信号に基づいてタイミングデータ64を生成してもよい。例えば、FRC28は、タイミング信号に基づいてカウントアップして、カウントをそれが特定のカウントに達した時点でリセットしてもよい。通信信号58が送信されるべきときのカウントに基づいて、FRC28は、カウントを表す固有の文字を出力してもよい。したがって、通信信号58が受信されると、受信コントローラは、その固有の文字と、それ自体のFRC28内のカウントとを比較して、通信信号58が送信された時期を決定してもよい。
エラーチェックデータ68をエンコードする(プロセスブロック82)ため、データI/O30は、サイクリック・リダンダンシー・チェック、チェックサム、暗号ハッシュ機能、または、同様のものなどのデータチェック方法を実行してもよい。例えば、サイクリック・リダンダンシー・チェックが利用されると、データI/O30は、通信信号58あるいはより具体的には通信信号データ60に関して多項式除算を行って、除算の剰余をエラーチェックデータ68としてエンコードしてもよい。したがって、受信コントローラ14は、エラーチェック技術を繰り返して、その結果をエラーチェックデータ68と照合することにより、エラーを検出してもよい。他の実施形態では、シーケンス番号62をエンコードすること(プロセスブロック76)、タイミングデータ64をエンコードすること(プロセスブロック76)、送信元識別表示66をエンコードすること(プロセスブロック76)、エラーチェックデータ68をエンコードすること(プロセスブロック76)が任意の順序で行われてもよい。
第1の通信信号は、その後、第2の通信信号を生成する(プロセスブロック84)ために、データI/O30からデータ比較/複製32へ送られてもよい。より具体的には、データ比較/複製32は、第1の通信信号と同じ情報を表すために、例えば第1の通信信号をコピーすることによって第2の通信信号を生成してもよい。これに加えてあるいはこれに代えて、第2の通信信号を生成するために、データ比較/複製32は、第1の通信信号を反転させてもよく(例えば、「1」を「0」へと変える、および、その逆へと変える)、あるいは、第1の通信信号を逆転させてもよい(例えば、第1の通信信号の最上位ビットを第2の通信信号の最下位ビットと見なすなど)。例えば、第1の通信信号が「10011100」である場合には、逆転された第2の通信信号が「00111001」であってもよく、また、反転された第2の通信信号が「01100011」であってもよい。
第1の通信信号を逆転させるおよび/または反転させることは、シリアルリンクにおける障害を検出すること、および/または、送信されたデータ中のエラーを検出する/補正することを容易にし得る。例えば、通信信号が反転されるときには、第1および第2の通信信号中の1ビットが両方「ハイ」または両方「ロー」であれば、通信信号のうちの1つにおけるエラーが検出され得る。また、第2の通信信号が逆転されるときには、第1の通信信号の最上位ビットが第2の通信信号の最下位ビットと一致しなければ、エラーが検出され得る。また、エラーは、第1の通信信号の誤りビットを第2の通信信号からの非誤りビットと置き換えることによって補正されてもよい。
第1の通信信号は、第1のシリアルリンクを介して送信される(プロセスブロック86)ようにデータ比較/複製32から第1のI/Oポート34へと送られてもよく、また、第2の通信信号は、第2のシリアルリンクを介してデータ比較/複製32から第2のI/Oポート36へと送られてもよい(プロセスブロック88)。以下で更に詳しく説明されるように、シリアルリンク障害検出およびデータエラー検出/補正を容易にするために、第1の通信信号および第2の通信信号が並列にほぼ同時に送信されてもよい。
送信システム10の受信側では、送信された通信信号58が受信コントローラ14によって受信される。図6は、パラレル通信信号58を例えば単一の導管(例えば、Cat5ケーブル)で受信するために、受信コントローラ14、より具体的にはデータ送信サブシステム15(例えば、プログラマブル論理デバイス)によって利用されてもよいプロセス90の一実施形態を描く。プロセス90は、メモリ26に記憶されてプロセッサ24により実行される持続性機械可読命令またはコードによって実施されてもよい。図示のように、プロセス90は、第1の通信信号を待つ(プロセスブロック92)とともに第2の通信信号を待つ(プロセスブロック94)ことによって始まる。第1の通信信号が受信される(プロセスブロック96)とともに第2の通信信号が受信される(プロセスブロック98)場合には、第1および第2の通信信号が比較され(括弧100)、この比較は、第1および第2の通信信号をビット単位の一致に関して比較する(プロセスブロック102)こと、エンコードされたシーケンス番号を比較する(プロセスブロック104)こと、エンコードされたタイミングデータを比較する(プロセスブロック106)こと、送信元識別表示を比較する(プロセスブロック108)こと、および、エンコードされたエラーチェックデータを比較する(プロセスブロック110)ことを含んでもよい。
より具体的には、データ比較/複製32は、第1のI/Oポート34を介して第1の通信信号を受信するのを待つ(プロセスブロック92)とともに、第2のI/Oポート36を介して第2の通信信号を受信するのを待ってもよい(プロセスブロック94)。幾つかの実施形態において、これは、定期的にスケジュールされた通信信号58のためのウォッチドッグタイムアウトを使用することを含んでもよい。言い換えると、データ比較/複製32は、スケジュールされた通信信号58に関する予期される到達時間のような所定量の時間を待ってもよく、また、通信信号58がその時間内に受信されなければ、データ比較/複製32がタイムアウト信号を出力してもよい。幾つかの実施形態では、予期される到達時間が受信コントローラ14によって予め決定されてもよい。これは、前述したように、ポイント・ツー・ポイントアーキテクチャを利用することによってコントローラ14が前の通信信号58の実際の到達時間を見ることができる場合があるからである。したがって、図2に描かれるように、データ比較/複製32は、タイミング信号を受信するためにクロックシステム27に結合される。幾つかの実施形態において、通信信号58は、1〜5ミリ秒毎に、5〜8ミリ秒毎に、8〜10ミリ秒毎に、10〜12ミリ秒毎に、12〜15ミリ秒毎に、15〜30ミリ秒毎に、または、それらの任意の組み合わせ毎に予期される。したがって、タイムアウト信号の出力は、通信信号58が削除されたあるいは遅延されたことを示す場合がある。
第1および第2の通信信号の両方が受信された時点で、データ比較/複製32が第1および第2の通信信号を比較(括弧100)し始めてもよく、これは、シリアルリンクにおける障害の検出および送信データ中のエラーの検出/補正を容易にし得る。より具体的には、第1の通信信号および第2の通信信号をビット単位の一致に関して比較する(プロセスブロック102)ために、データ比較/複製32は、前述したように、第2の通信信号を第1の通信信号と比較する前に、第2の通信信号を反転させあるいは逆転させてもよく、第2の通信信号が第1の通信信号の逆転バージョンまたは反転バージョンであってもよい。したがって、ビット単位の比較は、通信信号58中の1ビットが削除された、挿入された、あるいは、破損されたことを示し得る。また、以下で更に詳しく説明されるように、ビット単位の比較は、通信信号58中の1ビットのリアルタイム補正を容易にし得る。
エンコードされたシーケンス番号62を比較する(プロセスブロック104)ために、データ比較/複製32は、通信信号58のヘッダからシーケンス番号62を引き出してもよく、これにより、コントローラ14は、通信信号58が送信された順番を決定できる。より具体的には、データ比較/複製32は、第1および第2の通信信号の一方または両方におけるエンコードされたシーケンス番号62を予期されるシーケンス番号62と比較してもよい。例えば、通信信号58におけるエンコードされたシーケンス番号62が通信信号の前の対と同じである場合には、繰り返しエラーが検出されてもよい。また、通信信号58におけるエンコードされたシーケンス番号62が予期されるシーケンス番号とは異なる場合には、削除エラー、挿入エラー、または、並べ直しエラーが検出されてもよい。幾つかの実施形態において、前述したようにポイント・ツー・ポイントシリアルアーキテクチャを利用することは、受信コントローラ14が予期されるシーケンス番号を維持できるようにし得る。これは、エラーが存在しない場合には、受信される各通信信号58におけるエンコードされたシーケンス番号62が、既に受信された通信信号58におけるエンコードされたシーケンス番号62と所定の関係を有するからである。したがって、シーケンス番号62を比較することは、通信信号58の一方または両方が繰り返される、削除される、挿入される、あるいは、並べ直されることを示し得る。
エンコードされたタイミングデータ64を比較する(プロセスブロック106)ために、データ比較/複製32は、第1の通信信号および第2の通信信号の一方または両方を時間同期させてもよい。幾つかの実施形態において、これは、通信信号58におけるエンコードされたタイミングデータ64と受信コントローラ14のFRC28により生成されてメモリ26に記憶されるタイミングデータ64とを照合することによって通信信号58が送信された時間を決定することを含んでもよい。例えば、送信コントローラおよび受信コントローラの両方のFRC28は、3:00pmを示すために固有の文字「X」を生成してもよい。また、通信信号58におけるエンコードされたタイミングデータ64が既に受信された通信信号58におけるエンコードされたタイミングデータ64と同じである場合には、繰り返しエラーが検出されてもよい。更に、通信信号58におけるエンコードされたタイミングデータが既に受信された通信信号58におけるエンコードされたタイミングデータ64よりも早い場合には、並べ直しエラーまたは遅延エラーが検出されてもよい。したがって、エンコードされたタイミングデータ64を比較することは、通信信号58の一方または両方が繰り返される、並べ直される、または、遅延されることを示し得る。
送信元識別表示66を比較する(プロセスブロック108)ために、データ比較/複製32は、送信コントローラ14の識別情報を決定してもよい。より具体的には、これは、第1の通信信号および第2の通信信号の一方または両方におけるエンコードされた送信元識別表示66とメモリ26に記憶された送信元識別表示66とを照合することを含んでもよい。例えば、コントローラメモリ26は、コントローラが通信信号58をそこから受信することを予期する装置に対応する送信元識別表示66のリストを記憶してもよい。幾つかの実施形態では、前述したようにポイント・ツー・ポイントシリアルアーキテクチャを利用することにより、受信コントローラ14は、該コントローラ14がいずれの装置に結合されるのかを予め決定できるとともに、それらの装置と関連する送信元識別表示を記憶できる。したがって、エンコードされた送信元識別表示66を比較することは、エンコードされた送信元識別表示66がコントローラ14が通信信号58をそこから受信することを予期しない装置に対応しない場合に通信信号58の一方または両方が挿入されることを示し得る。
エンコードされたエラーチェックデータ68を比較する(プロセスブロック110)ために、データ比較/複製32は、受信された通信信号58が破損されるかどうかを決定するために第1の通信信号および第2の通信信号の一方または両方に関してサイクリック・リダンダンシー・チェック(CRC)などのエラーチェック技術を実行してもよい。より具体的には、データ比較/複製32は、送信コントローラ14で行われるエラーチェック技術を複製して、その結果をエンコードされたエラーチェックデータ68と比較してもよい。したがって、エンコードされたエラーチェックデータ68を比較することは、通信信号58の一方または両方が破損されあるいはさもなければ互いに一致しないことを示し得る。
他の実施形態において、通信信号をビット単位で比較する(プロセスブロック102)こと、エンコードされたシーケンス番号62を比較する(プロセスブロック104)こと、エンコードされたタイミングデータ64を比較する(プロセスブロック106)こと、送信元識別表示66を比較する(プロセスブロック108)こと、エラーチェックデータ68を比較する(プロセスブロック110)ことは、任意の順序で行われてもよい。また、特定の実施形態において、挿入、削除、遅延、または、これらの任意の組み合わせの検出は、なりすましを示す場合がある。本明細書中で使用される、なりすましとは、送信システム10への認証されない侵入を表そうとしている。例えば、通信信号58が挿入され、削除され、あるいは、遅延されると、このことは、認可されない装置(例えば、コントローラ14)が送信システム10にアクセスして通信信号58を改ざんしていることを示し得る。
前述したように、ほぼ同一の情報を表す第1の通信信号および第2の通信信号を第1および第2のシリアルリンクのそれぞれを介して並列に送信することは、第1のシリアルリンク、第2のシリアルリンク、または、これらの両方のシリアルリンクにおける障害および/またはなりすましの検出を可能にする。シリアルリンクにおける障害を検出するために利用されてもよいプロセス112の1つの実施形態が図7に描かれる。プロセス112は、メモリ26に記憶されてプロセッサ24により実行される持続性機械可読命令またはコードによって実施されてもよい。図示のように、プロセス112は、第1および第2の通信信号を待つ(決定ブロック114)ことによって始まってもよい。両方の通信信号が受信される場合には、第1および第2の通信信号が比較されてもよい(プロセスブロック100)。タイムアウト信号が出力されるかどうかに基づいておよび/または通信信号の比較に基づいて、シリアルリンクにおける障害が検出されてもよい(決定ブロック116)。シリアルリンクにおける障害が検出されない場合には、送信システム10が動作し続ける(プロセスブロック118)。一方、障害が検出される場合には、検出される障害にもかかわらず送信システム10が動作を続けるべきか(プロセスブロック118)あるいは送信システム10が動作を停止すべきか(プロセスブロック122)どうかが決定されてもよい(決定ブロック120)。
より具体的には、前述したように、データ比較/複製32は、通信信号フレームなどの特定の時間にわたって通信信号58を待ってもよい(決定ブロック114)。通信信号58の一方または両方が受信されなければ、データ比較/複製32は、通信信号58の一方または両方が時間切れしたことを示すタイムアウト信号を出力してもよい。一方、特定の時間内に両方の通信信号58が受信される場合には、データ比較/複製32が通信信号58を比較してもよく(プロセスブロック100)、この比較は、第1および第2の通信信号58をビット単位の一致に関して比較する(プロセスブロック102)こと、エンコードされたシーケンス番号を比較する(プロセスブロック104)こと、エンコードされたタイミングデータを比較する(プロセスブロック106)こと、送信元識別表示を比較する(プロセスブロック108)こと、および、エンコードされたエラーチェックデータを比較する(プロセスブロック110)ことを含んでもよい。前述したように、通信信号を比較することは、通信信号で送信されるデータ中のエラーの検出を容易にし得る。
通信信号58の比較に基づいておよび/またはタイムアウト信号が出力されたかどうかに基づいて、データ比較/複製32は、障害が第1のシリアルリンクに存在するか、第2のシリアルリンクに存在するか、あるいは、これらの両方のシリアルリンクに存在するかどうかを決定してもよい(決定ブロック116)。例えば、第1の通信信号が時間切れしたが、第2の通信信号が時間切れしていない場合、データ比較/複製32は、第1のシリアルリンクが障害を有すると決定してもよい。また、任意のエラー(例えば、繰り返し、削除、挿入、並べ直し、破損、遅延、または、なりすまし)がシリアルリンクのうちの1つ以上で障害を示す場合がある。例えば、第1の通信信号58が破損するが第2の通信信号58が破損しないことは、第1のシリアルリンクにおける絶縁が弱められ、第1のシリアルリンクが浮遊電磁波などの外的混信の影響を受け易いことを示し得る。
また、幾つかの実施形態では、シリアルリンクにおける障害が検出されると、障害に基づいてシリアルリンクの状態が更新されてもよい。例えば、障害が検出される前に、第1のシリアルリンクおよび第2のシリアルリンクの状態が「良」に設定されるが、第1のシリアルリンクで障害が検出されると、第1のシリアルリンクの状態が「不良」へと更新されてもよい。以下で更に説明されるように、他の実施形態において、状態は、送信システム10が動作をより賢明に管理できるようにするための中間状態を含んでもよい。例えば、シリアルリンクは、単一のエラーのみが検出される場合または1つのエラーが周期的に検出されるにすぎない場合(例えば、送信された全ての通信信号においてではない)には、「部分的に不良」または「潜在的に不良」の状態を有してもよい。例えば、第1のエラーが検出されると、状態が「機能的」から「潜在的に不良」へと更新されてもよく、また、その後に第2のエラーが3つの通信信号で検出されると、状態が再び「不良」へと更新されてもよい。
障害が検出される場合、データ比較/複製32は、障害に関連する状況に基づいて送信システムの動作を停止するかあるいは続けるかどうかをより賢明に決定する(決定ブロック120)。言い換えると、送信システム10は、よりフォールトトレラントになって、シリアルリンクにおける障害が検出される度に直ちに動作を停止しなくてもよい。幾つかの実施形態において、動作を続けるかどうかの決定は、シリアルリンクの状態と、通信信号58に含まれる情報とに依存してもよい。例えば、第1のシリアルリンクが「機能的」であるが、第2のシリアルリンクが「不良」であるとともに、通信信号58が温度測定値のみを通信する場合、送信システム10は、第1のシリアルリンクを介して受信される通信信号58のみに基づいて動作を続けてもよい。そのような実施形態において、コントローラ14は、センサ18の測定値を送受信し続けることを決定してもよいが、制御コマンドの送信/受信を停止することを決定してもよい。
また、送信システム10の動作を続けるかどうかの決定に影響を及ぼす他の因子としては、送信システム10を利用するシステムの性質、および、通信信号におけるエラーの履歴を挙げることができる。例えば、キャンディー製造プラントにおける送信システム10は、原子力プラントよりもフォールトトレラントであってもよく、また、1つの「機能的」シリアルリンクおよび1つの「潜在的に不良」リンクで動作することを選択してもよいのに対し、原子力プラントは、2つの「機能的」シリアルリンクのみで動作してもよい。また、エラーの履歴が存在しなかった場合、送信システム10は、エラーが異常に起因すると考え、その後のエラーが検出されるまで動作を続けてもよい。そのような実施形態において、送信システム10は、障害のあるシリアルリンクを補正するための機会をオペレータに与えるために設定期間にわたって動作を続けるが、設定期間後に障害が補正されなかった場合には動作を停止することを決定してもよい。
また、動作を続けるかどうかの決定は、エラーがリアルタイムで補正可能などうかに依存してもよい。例えば、エラーが両方の通信信号58における最上位ビットの削除または破損であって、通信信号が逆転される場合、送信システム10は、補正された通信信号58に基づいて動作を続けることを選択してもよい。通信信号58におけるエラーの補正可能性については以下で更に詳しく説明する。
前述した例に基づき、動作を続けるあるいは停止するかどうかの決定は、送信システム10を利用するシステムの性質、シリアルリンクの状態、通信信号58におけるエラーがリアルタイムで補正可能かどうか、通信信号58で送信される情報の性質、エラーの履歴などの様々な因子のうちの1つ以上に基づいてカスタマイズされてもよいことが理解されるはずである。そのような決定のために利用される機能は、データ比較/複製32またはプロセッサ24および/またはメモリ26の他のシステムによって果たされてもよい。
エラーをリアルタイムで補正するためのプロセス124の1つの実施形態が図8に描かれる。プロセス124は、メモリ26に記憶されてプロセッサ24により実行される持続性機械可読命令またはコードによって実施されてもよい。図示のように、エラーが検出される(プロセスブロック128)と、エラーが補正可能かどうかの決定がなされる(決定ブロック130)。エラーが補正不可能な場合には、送信システム10が動作を停止してもよい(プロセスブロック132)。補正可能である場合には、エラーがリアルタイムで補正され(プロセスブロック134)、送信システム10が動作を続ける(プロセスブロック136)。
より具体的には、データ比較/複製32は、エラーのタイプおよびエラーの大きさなどの様々な因子に基づいてエラーが補正可能かどうかを決定してもよい。例えば、前述した例において、エラーが単に各通信信号58の最上位ビットを破損しているだけであって、通信信号58が逆転される場合、データ比較/複製32は、第1の通信信号における最上位ビットを第2の通信信号における最下位ビットと置き換えることによっておよびその逆によってエラーを補正してもよい。また、検出されたエラーが繰り返しである場合、送信システム10は、単に、先の受信された通信信号を実行するとともにその後に受信される通信信号を無視することによってエラーを補正してもよい。同様に、検出されたエラーが挿入である場合、送信システムは、単に、挿入された通信信号58を無視することによってエラーを補正してもよい。一方、検出されたエラーがなりすましである場合には、エラーが補正可能でなくてもよく、送信システム10は、送信システム10への侵入が検出されたため、動作を停止することを選択してもよい。
前述した例に基づき、データ比較/複製32は、第1の通信信号における誤りビットを第2の通信信号からの非誤りビットと置き換えることによって、第1の通信信号の1つ以上のビットに影響を及ぼすエラーをリアルタイムで補正してもよい。また、データ比較/複製32は、第1の通信信号を無視することによって、第1の通信信号に影響を及ぼすが第2の通信信号に影響を及ぼさないエラーを補正してもよい。更に、データ比較/複製32は、第1および第2の通信信号の両方に影響を及ぼすエラーをこれらの両方の通信信号を無視することによって補正してもよい。検出されるエラーの補正可能性が事実に固有のものであってもよいことは言うまでもない。そのような決定のために利用される機能は、データ比較/複製32またはプロセッサ24および/またはメモリ26の他の部分によって果たされてもよい。
また、本明細書中に記載される技術は、リアルタイムであるいはエラーが検出されると直ぐにエラーを補正できるようにする。例えば、前述した例では、第1および第2の通信信号がビット単位で比較されるときに第1の通信信号の最上位ビットが第2の通信信号の最下位ビットと置き換えられてもよく、先の受信された通信信号58が受信時に実行されて、その後に受信された通信信号が受信時に無視されてもよく、および、挿入された通信信号58が受信時に無視されてもよい。
先の説明は2つの並列のシリアルリンクについて記載するが、他の実施形態は、2つを超える並列のシリアルリンクを含んでもよい(例えば、3つあるいは4つの並列のシリアルリンク)。言うまでもなく、3つ以上の並列のシリアルリンクの使用は、一般に、データ送信システム10の信頼性を高めるために前述した技術を利用してもよい。
前述した実施形態の技術的効果は、データ送信システム10の信頼性を高めることを含む。より具体的には、データ送信システム10の信頼性は、それぞれが同じ情報を表す通信信号58を並列に送信する並列のシリアルリンクを利用することによって高められてもよい。パラレル通信信号58の受信および比較に基づいて、シリアルリンクにおける障害および通信信号中のエラーが検出されてもよい。したがって、送信システム10の信頼性は、送信システム10をよりフォールトトレラントにするとともにエラーをリアルタイムで補正することによって高められてもよい。また、幾つかの実施形態において、障害およびエラーの検出および/または補正は、処理能力にかかわらず全ての装置に高い信頼性を与えることができるようにするハードウェアの使用のみによって行われてもよい。
この書かれた説明は、最良の形態を含む本発明を開示するために実施例を使用し、また、任意のデバイスまたはシステムを形成して使用すること、および、任意の組み入れられた方法を実行することを含めて、任意の当業者が本発明を実施できるようにする。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、また、当業者が想起する他の実施例を含んでもよい。そのような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの言葉とは異ならない構造要素を有する場合、あるいは、それらが特許請求の範囲の文字通りの言葉との実体のない差異を伴う等価な構造要素を含む場合に、特許請求の範囲内に入るように意図される。
10 データ送信システム
12 工業用制御システム
14 コントローラ
15 データ送信サブシステム(プログラマブル論理デバイス)
16 タービン
18 センサ
20 バルブ
22 ポンプ
24 プロセッサ
26 メモリ
27 クロックシステム(機能ブロック)
28 フリーランニングカウンタ(FRC)(機能ブロック)
30 データI/O(機能ブロック)
32 データ比較/複製(機能ブロック)
34 第1のI/Oポート(機能ブロック)
36 第2のI/Oポート(機能ブロック)
38 導管
40、42 シリアルトランシーバ
46 Rコア
48 Sコア
50 Tコア
52 第1の送信システム
54 第2の送信システム
56 第3の送信システム
58 通信信号
60 通信信号データ
62 シーケンス番号
64 タイミングデータ
66 送信元識別表示
68 エラーチェックデータ
70 プロセス
72 括弧
74 プロセスブロック
76 プロセスブロック
78 プロセスブロック
80 プロセスブロック
82 プロセスブロック
84 プロセスブロック
86 プロセスブロック
88 プロセスブロック
90 プロセス
92 プロセスブロック
94 プロセスブロック
96 プロセスブロック
98 プロセスブロック
100 プロセスブロック、括弧
102 プロセスブロック
104 プロセスブロック
106 プロセスブロック
108 プロセスブロック
110 プロセスブロック
112 プロセス
114 決定ブロック
116 決定ブロック
118 プロセスブロック
120 決定ブロック
122 プロセスブロック
124 プロセス
128 プロセスブロック
130 決定ブロック
132 プロセスブロック
134 プロセスブロック
136 プロセスブロック

Claims (20)

  1. プログラマブル論理デバイス(15)を備えるフォールトトレラント送信システムにおいて、前記プログラマブル論理デバイス(15)は、
    第1のシリアルリンクに対して通信可能に結合されるように構成される第1のシリアルポートであって、該第1のシリアルポートが、前記第1のシリアルリンクから第1の送信信号を受信するように構成される第1のシリアルポートと、
    第2のシリアルリンクに対して通信可能に結合されるように構成される第2のシリアルポートであって、該第2のシリアルポートが、前記第2のシリアルリンクから第2の送信信号を受信するように構成され、前記第1のシリアルリンクおよび前記第2のシリアルリンクが、互いに平行に配置されるとともに、第1の単一の導管(38)を介して通信するように構成され、前記第1の通信信号(58)および前記第2の通信信号(58)が同一の情報を表す、第2のシリアルポートと、
    前記第1の通信信号(58)と前記第2の通信信号(58)とを比較することによって前記第1のシリアルリンク、前記第2のシリアルリンク、または、これらの両方のシリアルリンクにおける障害を検出するように構成される回路であって、障害が検出される場合には、障害にもかかわらず前記送信システムが動作を続けることができるかどうかを決定するように構成される回路と、
    を備えるフォールトトレラント送信システム。
  2. 前記プログラマブル論理デバイス(15)が三重モジュール式冗長(TMR)コントローラ(14)であり、前記コントローラ(14)は、
    第3のシリアルリンクに対して通信可能に結合されるように構成される第3のシリアルポートであって、該第3のシリアルポートが、前記第3のシリアルリンクから第3の送信信号を受信するように構成される第3のシリアルポートと、
    第4のシリアルリンクに対して通信可能に結合されるように構成される第4のシリアルポートであって、該第4のシリアルポートが、前記第4のシリアルリンクから第4の送信信号を受信するように構成され、前記第3のシリアルリンクおよび前記第4のシリアルリンクが、互いに平行に配置されるとともに、第2の単一の導管(38)を介して通信するように構成され、前記第3の通信信号(58)および前記第4の通信信号(58)が同一の情報を表す、第4のシリアルポートと、
    第5のシリアルリンクに対して通信可能に結合されるように構成される第5のシリアルポートであって、該第5のシリアルポートが、前記第5のシリアルリンクから第5の送信信号を受信するように構成される第5のシリアルポートと、
    第6のシリアルリンクに対して通信可能に結合されるように構成される第6のシリアルポートであって、該第6のシリアルポートが、前記第6のシリアルリンクから第6の送信信号を受信するように構成され、前記第5のシリアルリンクおよび前記第6のシリアルリンクが、互いに平行に配置されるとともに、第3の単一の導管(38)を介して通信するように構成され、前記第5の通信信号(58)および前記第6の通信信号(58)が同一の情報を表す、第6のシリアルポートと、
    を備え、
    前記回路は、前記第3のシリアルリンク、前記第4のシリアルリンク、前記第5のシリアルリンク、前記第6のシリアルリンク、または、これらの任意の組み合わせにおける障害を検出するように構成される、
    請求項1に記載のフォールトトレラント送信システム。
  3. 前記回路は、前記第1の通信信号(58)、前記第2の通信信号(58)、または、前記これらの両方の通信信号(58)におけるエラーを検出するように構成されるとともに、前記送信システムを利用するシステムの性質、前記シリアルリンクの状態、エラーがリアルタイムで補正可能かどうか、前記通信信号(58)で送信される情報の性質、前回のエラーの履歴、または、これらの任意の組み合わせに少なくとも部分的に基づいて、前記送信システムが動作し続けることができるかどうかを決定するように構成される請求項1に記載のフォールトトレラント送信システム。
  4. 前記回路は、前記第1の通信信号(58)、前記第2の通信信号(58)、または、前記これらの両方の通信信号(58)において、繰り返し、削除、挿入、並べ直し、破損、遅延、なりすまし、または、これらの任意の組み合わせを検出するように構成される請求項1に記載のフォールトトレラント送信システム。
  5. 前記回路は、フィールドプログラマブルゲートアレイ、プログラマブルアレイ論理、プログラマブル論理アレイ、一般アレイ論理、特定用途向け集積回路、または、これらの任意の組み合わせを備える請求項1に記載のフォールトトレラント送信システム。
  6. 前記回路は、
    前記第1の通信信号(58)または前記第2の通信信号(58)のいずれか一方が所定の時間内に受信されない場合にタイムアウト信号を与える、
    前記第1の通信信号(58)と前記第2の通信信号(58)との間のビット単位の一致をチェックする、
    前記第1の通信信号(58)または前記第2の通信信号(58)におけるエンコードされたシーケンス番号(62)と前記プログラマブル論理デバイス(15)に記憶される予期されるシーケンス番号(62)とを比較する、
    前記第1の通信信号(58)または前記第2の通信信号(58)におけるエンコードされたタイミングデータ(64)と前記プログラマブル論理デバイス(15)に記憶されるタイミングデータ(64)とを比較する、
    前記第1の通信信号(58)または前記第2の通信信号(58)におけるエンコードされた送信元識別表示(66)と前記プログラマブル論理デバイス(15)に記憶される予期される送信元識別表示(66)とを比較する、
    前記第1の通信信号(58)または前記第2の通信信号(58)に関してエラーチェック技術を行うとともに、該エラーチェック技術からの結果と前記第1の通信信号(58)または前記第2の通信信号(58)におけるエンコードされたエラーチェックデータ(68)とを比較する、
    これらの任意の組み合わせを行う、
    ように構成される請求項1に記載のフォールトトレラント送信システム。
  7. 送信システムにおいてハードウェア障害検出システムを使用するための方法において、
    第2のプログラマブル論理デバイスから第1のシリアルリンクを介して第1の通信信号(58)を第1のプログラマブル論理デバイスで受信するステップと、
    第2のプログラマブル論理デバイスから第2のシリアルリンクを介して第2の通信信号(58)を第1のプログラマブル論理デバイスで受信するステップであって、前記第1のシリアルリンクおよび前記第2のシリアルリンクが単一の導管(38)に配置される並列のシリアルリンクであり、前記第1の通信信号(58)および前記第2の通信信号(58)が同一の情報を表す、ステップと、
    前記第1のシリアルリンク、前記第2のシリアルリンク、または、これらの両方のシリアルリンクにおける障害を検出するために、前記第1の通信信号(58)と前記第2の通信信号(58)とを前記第1のプログラマブル論理デバイスで比較するステップと、
    障害が検出されるときに、前記送信システムが障害にもかかわらず動作を続けることができるかどうかを決定するステップと、
    を備える方法。
  8. 前記第1の通信信号(58)と前記第2の通信信号(58)とを比較する前記ステップは、前記第1の通信信号(58)、前記第2の通信信号(58)、または、これらの両方の通信信号(58)におけるエラーを検出するステップを備え、前記送信システムが障害にもかかわらず動作を続けることができるかどうかを決定する前記ステップは、前記送信システムを利用するシステムの性質、前記シリアルリンクの状態、エラーがリアルタイムで補正可能かどうか、前記通信信号(58)で送信される情報の性質、前回のエラーの履歴、または、これらの任意の組み合わせに少なくとも部分的に基づく請求項7に記載の方法。
  9. 前記第1の通信信号(58)と前記第2の通信信号(58)とを比較する前記ステップは、前記第1の通信信号(58)、前記第2の通信信号(58)、または、これらの両方の通信信号(58)において、繰り返し、削除、挿入、並べ直し、破損、遅延、なりすまし、または、これらの任意の組み合わせを検出するステップを備える請求項7に記載の方法。
  10. 前記第1の通信信号(58)と前記第2の通信信号(58)とを比較する前記ステップは、前記第1の通信信号(58)と前記第2の通信信号(58)との間のビット単位の一致をチェックするステップを備える請求項7に記載の方法。
  11. 前記第1の通信信号(58)と前記第2の通信信号(58)との間のビット単位の一致をチェックする前記ステップは、前記第2の通信信号(58)を反転させるあるいは逆転させるステップを備える請求項10に記載の方法。
  12. 前記第1の通信信号(58)および前記第2の通信信号(58)を所定時間にわたって待って、前記第1の通信信号(58)または前記第2の通信信号(58)が所定時間内に受信されない場合にはタイムアウト信号を出力するステップを備える請求項7に記載の方法。
  13. 前記第1の通信信号(58)と前記第2の通信信号(58)とを比較する前記ステップは、前記第1の通信信号(58)または前記第2の通信信号(58)におけるエンコードされた第1のタイミングデータと、前記第1のプログラマブル論理デバイスに記憶される第2のタイミングデータとを比較するステップを備える請求項7に記載の方法。
  14. 前記第1の通信信号(58)と前記第2の通信信号(58)とを比較する前記ステップは、前記第1の通信信号(58)または前記第2の通信信号(58)におけるエンコードされたシーケンス番号(62)と、前記第1のプログラマブル論理デバイスに記憶される予期されるシーケンス番号(62)とを比較するステップを備える請求項7に記載の方法。
  15. 前記第1の通信信号(58)と前記第2の通信信号(58)とを比較する前記ステップは、前記第1の通信信号(58)または前記第2の通信信号(58)におけるエンコードされた送信元識別表示(66)と、前記第1のプログラマブル論理デバイスに記憶される予期される送信元識別表示(66)とを比較するステップを備える請求項7に記載の方法。
  16. 前記第1の通信信号(58)と前記第2の通信信号(58)とを比較する前記ステップは、
    前記第1の通信信号(58)または前記第2の通信信号(58)に関してエラーチェック技術を行うステップと、
    前記エラーチェック技術からの結果と前記第1の通信信号(58)または前記第2の通信信号(58)におけるエンコードされたエラーチェックデータ(68)とを比較するステップと、
    を備える請求項7に記載の方法。
  17. 前記エラーチェック技術がサイクリック・リダンダンシー・チェックを備える請求項11に記載の方法。
  18. 前記第1および第2の通信信号(58)を比較する前記ステップは、ソフトウェア管理を伴わないハードウェアのみを使用して行われる請求項7に記載の方法。
  19. 前記単一の導管(38)は、第1のストランドおよび第2のストランドを有するケーブルを備え、前記第1のストランドが前記第1のシリアルリンクを備え、前記第2のストランドが前記第2のシリアルリンクを備える請求項7に記載の方法。
  20. フォールトトレラント送信システムを動作させるための方法において、
    第1のプログラマブル論理デバイスでハードウェア検出のみを用いて第1のシリアルリンクで送信される第1の通信信号(58)または第2のシリアルリンクで送信される第2の通信信号(58)におけるエラーを検出することによって、前記第1のシリアルリンク、前記第2のシリアルリンク、または、これらの両方のシリアルリンクにおける障害を検出するステップであって、前記第1および第2の通信信号(58)は、第2のプログラマブル論理デバイスから前記第1のプログラマブル論理デバイスへと並列に送信されるとともに、同一の情報を表す、ステップと、
    障害が検出されるときに、検出されたエラーに少なくとも部分的に基づいて、前記第1のシリアルリンク、前記第2のシリアルリンク、または、これらの両方のシリアルリンクの状態を決定するステップと、
    前記第1のシリアルリンク、前記第2のシリアルリンク、または、これらの両方のシリアルリンクの状態に少なくとも部分的に基づいて、前記送信システムの動作を続けるかどうかを決定するステップと、
    を備える方法。
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