JP4284686B2

JP4284686B2 - 時間トリガーおよびイベント・トリガー・イーサーネット・メッセージの伝送のための通信方法およびシステム

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Publication number: JP4284686B2
Application number: JP2004514287A
Authority: JP
Inventors: ヘルマンコペッツ
Original assignee: エフテーエスコンピューターテクニクゲゼルシャフトエム．ベー．ハー．
Priority date: 2002-06-13
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2023-06-04
Also published as: US7839868B2; ATA8952002A; AT411948B; DE50301323D1; EP1512254A1; KR101013362B1; CN1663201A; WO2003107609A1; US20050117596A1; KR20050010049A; JP2005536084A; AU2003237558A1; EP1512254B1

Description

本発明は、複数のネットワーク・ノード・コンピューター、例えば各々少なくとも一つの通信コントローラーを備える、四つのネットワーク・ノード・コンピューターが、一つまたはそれより多くの通信チャンネルを有する通信システムを経由してリンクされ、一つまたはそれより多くのインテリジェント・スター・カプラーが、各通信チャンネルに配置されている分散型リアルタイム・システムにおけるイーサーネット・メッセージを伝送するための通信方法に関する。

さらにまた、本発明は、複数のネットワーク・ノード・コンピューター、例えば四つのネットワーク・ノード・コンピューター、を含み、それらの各々が少なくとも一つの通信コントローラーを備える分散型リアルタイム・システムにおけるイーサーネット・メッセージの伝送のための通信システムのためのスター・コントローラーに関し、該通信システムは、それを通してネットワーク・ノード・コンピューターが互いに接続され、そして一つまたはそれより多くのインテリジェント・スター・カプラーが、各通信チャンネルに配置されている一つまたはそれより多くの通信チャンネルを備えている。

次に続く本文においては、以下に示された文献が引用されている：
［１］１９８９年１２月１２日発行の米国特許ＵＳ５６９４５４２号：
「ＡＬｏｏｓｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＣｏｍｐｕｔｅｒＳｙｓｔｅｍｗｉｔｈＮｏｄｅＳｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｆｏｒＰｒｅｃｉｓｉｏｎｉｎＲｅａｌＴｉｍｅ（リアル・タイムにおける精度のためのノード同期疎結合分散型コンピューター・システム）」
［２］１９９６年１２月１８日のヨーロッパ特許ＥＰ０６５８２５７号：
「ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＵｎｉｔａｎｄＭｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｅＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｏｆＭｅｓｓａｇｅｓ（メッセージの伝送のための通信ユニットおよび方法）」
［３］１９９９年３月２３日発行の米国特許５８８７１４３号：
「Ｔｉｍｅ−ＴｒｉｇｇｅｒｅｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ（時間トリガー通信制御ユニットおよび通信）」
［４］２０００年６月１５日のオーストリア特許ＡＴ４０７５８２号：
「ＭｅｓｓａｇｅＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＵｎｉｔｈａｖｉｎｇＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＧｕａｒｄｉａｎｆｏｒｔｈｅＰｒｅｖｅｎｔｉｏｎｏｆＢａｂｂｌｉｎｇＩｄｉｏｔＥｒｒｏｒｓ（バブリング・イディオット障害の防止のための集積化された保護を有するメッセージ配布ユニット）」
［５］２００１年３月１５日のオーストリア特許ＡＴ４０８３８３号：
「ＭｅｔｈｏｄａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌｕｎｉｔｆｏｒｔｈｅＭｕｌｔｉ− ｍａｓｔｅｒＣｌｏｃｋＳｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｉｎａＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＲｅａｌ−ｔｉｍｅＣｏｍｐｕｔｅｒＳｙｓｔｅｍ（分散型リアルタイム・コンピューター・システムにおける多重マスター・クロック同期のための方法および通信制御ユニット）」
［６］２０００年１０月１０日のオーストリア特許出願１７２３／２００１号：
「ＭｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｅＴｏｌｅｒａｔｉｏｎｏｆＳｌｉｇｈｔｌｙ−ｏｆｆ−ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎＥｒｒｏｒｓｉｎａＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ，Ｆａｕｌｔ−ｔｏｌｅｒａｎｔ，Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅＳｙｓｔｅｍ（分散型フォールトトレラント・リアルタイム・システムにおける若干仕様外れの障害のトレレーションのための方法）」
［７］２００１年３月１９日のオーストリア特許出願４２９／２００１号：
「ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｅＥｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｏｆＥｖｅｎｔＣｈａｎｎｅｌｓｉｎａＴｉｍｅ−ｔｒｉｇｇｅｒｅｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ（時間トリガー通信システムにおけるイベント・チャンネルの確立のための通信方法）」
［８］ＵＲＬ：ＨＴＴＰ：／／ｓｔａｎｄａｒｄｓ．ｉｅｅｅ．ｏｒｇにおけるＩＥＥＥイーサーネット標準規格８０２．３
［９］Ｈ．Ｋｏｐｅｔｚ（１９９７年）の「Ｒｅａｌ−ＴｉｍｅＳｙｓｔｅｍｓ，ＤｅｓｉｇｎＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓｆｏｒＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＥｍｂｅｄｄｅｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ（分散型埋め込みアプリケーションのためのリアルタイム・システム、設計原理）」ＩＳＢＮ：０−７９２３−９８９４−７．Ｂｏｓｔｏｎ．ＫｌｕｗｅｒＡｃａｄｅｍｉｃＰｕｂｌｉｓｈｅｒｓ
［１０］ＩＮＦＣＯＭ１９９８．ＳｅｖｅｎｔｈＡｎｎｕａｌＭｅｅｔｉｎｇＪｏｉｎｔＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｆｔｈｅＩＥＥＥＣｏｍｐｕｔｅｒａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＳｏｃｉｅｔｉｅｓ．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ．ＩＥＥＥ，Ｖｏｌｕｍｅ：３，１９９８年，１２６５−１２７２ページ、ｖｏｌ．３におけるＯ．Ｓｈａｒｏｎ，Ｍ．Ｓｐｒａｔｔの「ＡＣＳＭＡ／ＣＤｃｏｍｐａｔｉｂｌｅＭＡＣｆｏｒｒｅａｌ−ｔｉｍｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｖａｒｙｉｎｇｃｏｌｌｉｓｉｏｎｉｎｔｅｒｖａｌｓ（変動する衝突間隔に基づくリアルタイム伝送のためのＣＳＭＡ／ＣＤ両立ＭＡＣ）」
過去の２０年において、ＩＥＥＥイーサーネット標準規格８０２．３［８］は、広い受容性を得ており、パーソナル・コンピュータの領域におけるイーサーネット・コントローラーについての大規模な市場のために、イーサーネット・ベースの通信システムのためのコストは、非常に急峻に低下している。これらのコストの理由のために、現存するイーサーネット・プロトコルは、たとえ最小限のジッターのような、良好でないリアルタイム特性を有しているとはいえ、リアルタイム・データ処理においてますます使用されてもいる。

ＣＳＭＳ／ＣＤシステムは、［１０］から知られており、そこではメッセージは、そのような低および高の優先度にさらに分けられて、高い優先度を有するメッセージは、二つのメッセージ間に衝突があるときに、優先権が与えられる。

しかしながら、イーサーネット・プロトコルのリアルタイム特性は、それ自体によっては、ここで提案される手続によって実質的に改善されることはできない。
米国特許ＵＳ５６９４５４２号ヨーロッパ特許ＥＰ０６５８２５７号米国特許５８８７１４３号オーストリア特許ＡＴ４０７５８２号オーストリア特許ＡＴ４０８３８３号オーストリア特許出願１７２３／２００１号オーストリア特許出願４２９／２００１号ＵＲＬ：ＨＴＴＰ：／／ｓｔａｎｄａｒｄｓ．ｉｅｅｅ．ｏｒｇにおけるＩＥＥＥイーサーネット標準規格８０２．３Ｈ．Ｋｏｐｅｔｚ（１９９７年）の「Ｒｅａｌ−ＴｉｍｅＳｙｓｔｅｍｓ，ＤｅｓｉｇｎＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓｆｏｒＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＥｍｂｅｄｄｅｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ（分散型埋め込みアプリケーションのためのリアルタイム・システム、設計原理）」ＩＳＢＮ：０−７９２３−９８９４−７．Ｂｏｓｔｏｎ．ＫｌｕｗｅｒＡｃａｄｅｍｉｃＰｕｂｌｉｓｈｅｒｓＩＮＦＣＯＭ１９９８．ＳｅｖｅｎｔｈＡｎｎｕａｌＭｅｅｔｉｎｇＪｏｉｎｔＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｆｔｈｅＩＥＥＥＣｏｍｐｕｔｅｒａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＳｏｃｉｅｔｉｅｓ．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ．ＩＥＥＥ，Ｖｏｌｕｍｅ：３，１９９８年，１２６５−１２７２ページ、ｖｏｌ．３におけるＯ．Ｓｈａｒｏｎ，Ｍ．Ｓｐｒａｔｔの「ＡＣＳＭＡ／ＣＤｃｏｍｐａｔｉｂｌｅＭＡＣｆｏｒｒｅａｌ−ｔｉｍｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｖａｒｙｉｎｇｃｏｌｌｉｓｉｏｎｉｎｔｅｒｖａｌｓ（変動する衝突間隔に基づくリアルタイム伝送のためのＣＳＭＡ／ＣＤ両立ＭＡＣ）」

本発明の一つの目的は、良好なリアルタイム特性を有するイーサーネット・メッセージの伝送を可能とすることである。

この目的は、在来のイーサーネット・メッセージ（ＥＴメッセージ）と時間トリガー・イーサーネット・メッセージ（ＴＴメッセージ）の間の区別が、本発明に従ってなされる最初に述べられたタイプの方法を用いて達成され、ＴＴメッセージは、送信機と受信機の間の演繹的な既知の一定の遅延時間を有して移送され、そしてＥＴメッセージとＴＴメッセージの間に時間衝突があるときに、ＴＴメッセージを前記一定の遅延時間を有して移送することができるようにするために衝突しているＥＴメッセージの移送が遅延されまたは中止される。

さらにまた、最初に述べられた目的は、在来のイーサーネット・メッセージ（ＥＴメッセージ）と時間トリガーによるイーサーネット・メッセージ（ＴＴメッセージ）の間を区別すべく、送信機と受信機の間の演繹的な既知の一定の遅延時間を有するＴＴメッセージを移送すべく、本発明に従って、セットアップされ、それによって、ＥＴメッセージとＴＴメッセージの間に時間衝突があるときに、ＴＴメッセージを前記一定の遅延時間を有して移送することができるようにするために衝突しているＥＴメッセージの移送が遅延されまたは中止される、最初に述べられたスター・コントローラーを用いて達成される。

［１０］に開示された「非プリエンプティブ」な解決策と対照的に、本発明においては、低優先度を有するメッセージの伝送の終了を待つ必要がなく；むしろ、高優先度メッセージを伝送することができるようにするために、低優先度メッセージが中止される（「プリエンプティブ」）。結果として、低優先度を有するメッセージの最大ランタイムを待つ必要もなく、且つ一定待ち時間も、そのように短いまま維持される。

一定の遅延時間を保証することによって、高い制御処理精度を達成することが可能となる。それゆえ、一定の遅延時間は、クロック同期の理論から知られているように、遅延時間の変動性（これは、最大と最小の遅延時間の間の差分である）は、クロック同期の精度を悪くするという理由のために特別な重要性を有している。演繹的な既知の遅延時間が、クロック同期アルゴリズムにおいて考慮されることができ、且つそれゆえクロック同期の精度には何の影響も有していない。不正確なクロック同期は、グローバル時間の粒状性は、クロック同期の精度よりも大きくなければならないので、貧弱なタイム・ベースをもたらす。クロックの粗い粒状性は、イベントの不正確な時間分解能をもたらす。さらにまた、遅延時間の変動性は、分散型コンピューター・システムにおける分散型動作における同期の精度をも決定する。

本発明は、通信システムのリアルタイム特性を実質的に改善することを可能とさせる。この新たな通信システムは、単一の通信システムにおいてイベントトリガーおよび時間トリガーされるイーサーネット・メッセージの並列動作をサポートする。以下において、古典的なイーサーネット・メッセージは、ＥＴ（イベントトリガー）メッセージとして特徴付けられ、そして時間トリガー・イーサーネット・メッセージをＴＴ（時間トリガー）メッセージとする。ＴＴメッセージは、一定の遅延時間および最小のジッターを有する。

以下の重要な経済的利点が、本発明によって産み出される。ＴＴメッセージの最小のジッターが、高い制御処理クオリティーの閉ループ制御回路の開発を可能とする。ＴＴメッセージは、良好な精度を有するグローバル時間の開発を可能とする。グローバル時間は、データ収集における正確なローカル・タイム・スタンプの生成をサポートし且つインターフェースの時間的な明確化を改善することを可能とする。さらにまた、在来のイーサーネット・コントローラーが、変更なしに使用され得る。

もしも前記一定の遅延時間が、スター・カプラーの出力チャンネルが、受信されるＴＴメッセージの移送のためにクリアされるような方法で選択されたら、本発明の方法は、特に簡単に生成され得る。

一つの実施の形態において、メッセージがＴＴメッセージであるかＥＴメッセージであるかの指示がメッセージの指定されたフィールドにある。

さらにまた、メッセージの伝送の瞬間を示すオプション的な時間フィールドが、ＴＴメッセージ内に含まれていても良い。

これに関連して、もしも、少なくとも前記一定の遅延時間の時間間隔が二つのＴＴメッセージの移送の間に観測されることが、演繹的な計画によって既に確立されていたならば、それは都合が良い。

さらにまた、上述された目的は、最初に述べられた、在来のイーサーネット・メッセージ（ＥＴメッセージ）と時間トリガーによるイーサーネット・メッセージ（ＴＴメッセージ）の間を区別すべく、且つ送信機と受信機の間の演繹的な既知の一定の遅延時間を有するＴＴメッセージを移送すべく、本発明に従って、セットアップされ、それによって、ＥＴメッセージとＴＴメッセージの間に時間衝突があるときに、ＴＴメッセージを前記一定の遅延時間を有して移送することができるようにするために衝突しているＥＴメッセージの移送が遅延されまたは中止される、システムを用いて達成される。

既に述べられたように、もしも、スター・カプラーの出力チャンネルが、到来ＴＴメッセージの移送のためにこの遅延時間内にクリアされ得るように、前記一定の遅延時間が、選択されるならば、それは都合が良い。

さらに、メッセージがＴＴメッセージであるかＥＴメッセージであるかのメッセージの指定されたフィールドにおける指示の存在が提供され得る。

さらにまた、メッセージの伝送時間を指示するオプション的な時間フィールドが、ＴＴメッセージ内に含まれていてもよい。

通信システムの具体的な実施の形態において、到来メッセージがＴＴメッセージである瞬間が設定メッセージを介してスター・カプラーに指示されることが提供される。

これに関連して、スター・カプラーは、ＴＴメッセージとＥＴメッセージの間を区別し、演繹的な既知の一定の遅延時間を有するＴＴメッセージを移送し、そして、ＥＴメッセージとＴＴメッセージの間に時間衝突があるときに、ＴＴメッセージを前記一定の遅延時間を有して移送することができるようにするために衝突しているＥＴメッセージの移送が中止される。

それから、ＴＴメッセージの定刻の伝送の後に、衝突状態にありそして移送が中止されたＥＴメッセージを、スター・カプラーが、再送信することが行われる。

さらにまた、ＴＴメッセージ内に含まれる時間フィールドを用いてそのローカル・クロックを、スター・カプラーが、同期させることが、行われても良い。

これに関連して、もしもスター・カプラーが、複数のＴＴメッセージ内に含まれる時間フィールドを用いて、そのローカル・クロックをフォールトトレラントなやり方で同期させれば、それは特に有益である。

加えて、スター・カプラーが移送する全てのＴＴメッセージがそこに出力される専用の単方向性のチャンネルを介してネットワーク・ノード・コンピューターのクラスター内において、複製されたスター・カプラーにスター・カプラーが接続されることが、準備されても良い。

さらに、スター・カプラーが、伝送の瞬間近傍の演繹的な既知の時間ウィンドウ内にＴＴメッセージが到着するかどうかをそのローカル時間に基づいてチェックし、且つＴＴメッセージが早くまたは遅れて受信するときに、全ての正しい受信機がメッセージを欠陥があると検出するような方式で、スター・カプラーが、メッセージをふるいわけることも依然として可能である。

スター・カプラーは、各ＴＴメッセージをデコードし且つそのローカル・タイミング・モジュールに基づいてそれを再コード化する。

スター・カプラーは、ＴＴメッセージの一つまたはそれより多くの選択されたフィールドを読み、且つ前記一定の遅延時間の間にこれらのフィールドの内容が、設定メッセージを介してスター・カプラーに、演繹的に通信された既知の特徴に対応するかどうかをチェックする。もしも、それが対応しなければ、全ての正しい受信機がメッセージを欠陥があると検出するような方式で、スター・カプラーが、メッセージをふるいわける。

さらに、本発明に従って、ＴＴメッセージ内に含まれる時間フィールドを用いて通信コントローラーがそのローカル・クロックを同期させることがなされる。

通信コントローラーは、複数のＴＴメッセージ内に含まれる時間フィールドを用いて、フォールトトレラントなやり方で、そのローカル・クロックを同期させる。

さらに、メッセージにおける時間フィールドに指示された瞬時の伝送が到達するとすぐに、通信コントローラーは、ネットワーク・ノード・コンピューター上で実行されるアプリケーションによって受け入れられるＴＴメッセージを自律的に伝送する。

さらに、通信コントローラーは、ＥＴメッセージとＴＴメッセージとを区別し、且つ該通信コントローラーは、イベントの意味論に対応するローカル・アプリケーション・ソフトウェアにＥＴメッセージを供給し、新たなメッセージが、アプリケーション・ソフトウェアによってそれから消費的な方法で読み取られる待ち行列に配置され、該通信コントローラーは、状態の意味論に対応するローカル・アプリケーション・ソフトウェアにＴＴメッセージを供給して、新たなメッセージを古いものと置換し、そしてローカル・アプリケーション・ソフトウェアによる読み取りは、非消費的な方法で生じることが提供される。

最後に、通信コントローラーは、ＴＴメッセージの同一のコピーが供給される二つまたはそれより多くの通信チャンネルを有し、且つこれらの重複するチャンネルの少なくとも一つに適正な時間通りに有効なＴＴメッセージが受信されたら、一つの通信動作が成功したとみなされる。

本発明は、以下において、図面を参照して説明される。

次の部分においては、二つの複製されたスター・カプラーを経由して接続される、四つのネットワーク・ノード・コンピューターを有する例による新たな方法の実施の形態が示されている。

図１は、スター・カプラーを有する分散型コンピューター・システムを示している。それは、四つのネットワーク・ノード・コンピューター１１１、１１２、１１３、および１１４を備え、それらの各々は、各一つの双方向通信チャンネルを各々備える通信コントローラー１２１、１２２、１２３、および１２４を有し、且つ通信チャンネル１０９を備える通信システムを経由して接続されている。この通信チャンネル内に、通信の中央制御のためのインテリジェント・スター・カプラー１０１が配置されている。スター・カプラー１０１は、オプションの分離された通信チャンネル１４１を介して、イニシャライズされ且つ観測され得る。

図２は、二つのスター・カプラーを有する分散型のフォールトトレラント・コンピューター・システムを示している。それは、四つのネットワーク・ノード・コンピューター１１１、１１２、１１３および１１４からなり、それらの各々は、各２つの双方向通信チャンネル接続を有する通信コントローラー１２１、１２２、１２３および１２４を有する。これらの通信チャンネル接続の各々は、通信の中央制御を各々行う、インテリジェント・スター・カプラー１０１および１０２に接続されている。スター・カプラー１０１は、チャンネル１５１を経由してスター・カプラー１０２にそのメッセージを伝送することができ、且つ分離された通信チャンネル１４１を経由してイニシャライズされ且つ観測され得る。スター・カプラー１０２は、チャンネル１５２を経由してスター・カプラー１０２にそのメッセージを伝送することができ、且つ分離された通信チャンネル１４２を経由してイニシャライズされ且つ観測され得る。

図３は、［８］に従った標準化された通常のイーサーネット・メッセージの構成を示している。７バイトの長さのプリアンブル３０１の後に、スタート・デリミッター・フィールド３０２、ターゲット・アドレス３０３、送信機アドレス３０４、メッセージ長さまたはメッセージのタイプ３０７、変数データ・フィールド３１０、それによって短いメッセージが拡張されるオプションのＰＡＤフィールド３１１、そしてフレーム・チェック・シーケンス３１２が配置されている。

図４は、［８］に従った標準化された拡張されたイーサーネット・メッセージの構成を示している。図３において説明されたフィールドに加えて、拡張されたメッセージのための識別子がフィールド３０５に配置され、且つタグタイプ・フィールドがフィールド３０６に配置される。このタグタイプ・フィールドにおいては、ユーザーがメッセージの優先度を決定しても良い。最も高い優先度は、本発明に従ってＴＴメッセージの識別のために使用されても良い。そのような識別子は、イーサーネット標準規格［８］に適合する。イーサーネット標準規格においては、フィールド３０５のためのコードの割り当ては完全に利用されてはおらず、そしてそれゆえこのフィールドがＴＴメッセージの識別のためにも使用され得ることが指摘されるべきであろう。

図５は、ＴＴイーサーネット・メッセージの構成を示している。図４において説明されたフィールドに加えて、フィールド３０８には、ＴＴパラメーター・フィールドが導入され、そしてフィールド３０９には、ＴＴメッセージのオプションの伝送の瞬間が指示される。市場において入手可能な標準化されたイーサネット・コントローラーは、フィールド３０８および３０９におけるユーザー特定データ・フィールドを読み取る。ＴＴパラメーター・フィールド３０８は、ＴＴメッセージの構成およびタイプに関係する情報である。

図６は、ＴＴパラメーター・フィールド３０８のビット・アレイの内容を示している。もしも、フィールド６０１にビット（低位ビット）がセットされると、これは、フィールド３０９における伝送の瞬間がＴＴメッセージに含まれていることを意味している。もしも、フィールド６０２にビットがセットされると、これはメッセージが正確なクロック時間を有する送信機から到来して、クロック同期のために使用され得ることを意味している。

もしもネットワーク・ノード・コンピューター、例えば１１１、が、ＴＴメッセージを伝送することを所望しているならば、メッセージ・フィールド３０６にＴＴメッセージのためのコードをセットし、且つメッセージを伝送する。代わりに、ネットワーク・ノード・コンピューター上で走るアプリケーション・ソフトウェアが、ビット６０１をメッセージにセットし、且つメッセージのフィールド３０９内に所望される伝送ポイントを書き込むことができる。それから、伝送の開始は、イーサーネット通信コントローラーを経由して確立された正確に伝送の瞬間３０９に自律的に起こり得る。もしも、送信機がメッセージのビットをセットすると、そのときは、メッセージは、他のコントローラーのクロック同期のために使用され得る特に正確な時間指示を含んでいる。

スター・カプラーは、到来するメッセージを解析し、フィールド３０６を用いて、ＴＴメッセージまたはＥＴメッセージのどちらが到着するかを決定する。スター・カプラーは、ＴＴメッセージの場合には、例えば図１におけるノード１１４において、フィールド３０３に基づく所望の出力チャンネル、を決定する。もしも、ＥＴメッセージが、このチャンネルに直接的に送られると、そのときは、スター・カプラーは、直ちにこの伝送動作を中止し、ちょうど到着しているＴＴメッセージのさらなる移送のために、既知の一定遅延時間Δ内にノード１１４へのチャンネルをクリアする。遅延時間Δは、各々の場合において出力チャンネルが、ＴＴメッセージの移送のためにこの遅延時間Δ内にクリアされ得るように充分に長く選択されなければならない。ＴＴ通信の演繹的計画の状況の範囲内において、連続的なＴＴメッセージの間の間隔が遅延時間Δよりも大きいことが確実にされなければならない。個々の場合においては、スター・カプラーは、ＴＴメッセージの受信の初めとＴＴメッセージの送信の初めの間のこの一定の遅延時間Δを精密に観測する。もしもスター・カプラーが、衝突状態にあるＥＴメッセージの移送を中止したならば、ＴＴメッセージの適正な定刻での移送の後に中止されたＥＴメッセージを再送信することができる。スター・カプラーは、障害メッセージを検出し且つ絶縁し、そしてそれによって［４］に説明されたような、保護機能を持つこともできる。もしも、フィールド３０９におけるＴＴメッセージが伝送の瞬間を取得すれば、そのときはスター・カプラーは、伝送の瞬間の近傍の既知のトレランス間隔内に［６］に従ってメッセージが到着したかどうかをチェックし且つもしもこれが適正でなければ拒絶し得る。その代わりに、ＴＴメッセージが予期される入力チャンネルに且つその瞬間に演繹的に伝送される設定メッセージを用いてチャンネル１４１を経由してスター・カプラーに通信され得る。フォールトトレラント・システムにおけるこの情報の重複は、障害のあるコンピューター・ノードに不適正な伝送時間での入力を防止する。スター・カプラーは、出力においてそれ自体の発振器およびそれ自体の電源に基づいてメッセージをコード化するので、送信機から受信機へのＳＯＳ障害の転送［４］が停止される。スター・カプラーは、ＴＴメッセージの受信の最初を測定し且つそのクロックをこの受信の瞬間に、メッセージに含まれる［５］、グローバル時間３０９の値を受け入れるであろうように設定する、そのローカル・クロックを最初に同期させ得る。

連続するフォールトトレラント・クロック同期は、次のようにして実現される：フィールド６０２にマークされた各同期メッセージによって、スター・カプラーは、そのローカル・クロックによって測定された同期メッセージの受信の瞬間とメッセージのフィールド３０９内に含まれる送信の瞬間［５］の間の間隔を決定する。この間隔は、送信機のクロックから受信機のクロックへの偏差についての測定である。もしも、多数のそのようなメッセージが存在するならば、そのときは、［９］の６１ページに説明されているように、スター・カプラーのクロックのための補正係数が、既知のフォールトトレラント同期アルゴリズムを用いて計算され得る。そのようなフォールトトレラント同期方法は、スター・カプラー［１］のハードウェアにおいても実現され得る。図２に対応する複製された通信チャンネルがそこに存在するフォールトトレラント・システム［２，３］において、各スター・カプラーは、全てのＴＴメッセージを専用の接続チャンネル（スター・カプラー１０１については１５１そしてスター・カプラー１０２については１５２）を経由して他のスター・カプラーへ送信し得て、そのためもしもそれ自体の入力においてメッセージが到着しなければ、後者（他のスター・カプラー）がそのクロックを同期しても良い。フォールトトレラント・システムにおいて、遅延時間Δ内に、スター・カプラーは、送信機のデータ・フィールドを検出するために設定メッセージを介してそれに報告される基準に対応するメッセージのデータ・フィールド３１０の内容をチェックし得る。欠陥があるとして検出されたメッセージは、スター・カプラーによって転送されない。

もしも受信通信コントローラーが、到着したＴＴメッセージのフィールド３０９に伝送の瞬間を発見したならば、メッセージの受信の開始を測定し且つそのクロックが、この受信の瞬間において、メッセージに含まれるグローバル時間３０９の値プラススター・カプラー［５］によって生じる一定の遅延間隔Δを受け入れるであろうような方法で設定されるそのローカル・クロックを同期し得る。連続するフォールトトレラント・クロック同期は、次のようにして実現され得る：フィールド６０２にマークされた各同期メッセージによって、通信コントローラーは、そのローカル・クロックによって測定される同期メッセージの受信の瞬間とフィールド３０９に含まれる伝送の瞬間との間の間隔を決定する。スター・カプラーの既知の遅延間隔Δによってこの間隔を短縮化する。すなわち、この短縮化された間隔は、送信機のクロックからの受信機のクロックの偏差のために測定される。もしも多数のそのようなメッセージが存在すると、そのときは、スター・カプラーのクロックについての補正係数について、［９］の６１ページに説明されているように、既知のフォールトトレラント同期アルゴリズムを用いて計算され得る。そのようなフォールトトレラント同期方法は、受信通信コントローラー［１］のハードウェアにおいて実現されるかもしれない。もしも、コンピューター・ノード、例えば１１１、のアプリケーション・ソフトウェアが、メッセージ・フィールド３０９におけるメッセージの意図された伝送の瞬間を入力すると、本発明に従って拡張された通信コントローラーが、厳密に正確な伝送の瞬間における伝送の開始［２，３］を自律的にセットアップすることができる。受信された通信コントローラー、例えば１２１、とアプリケーション・ソフトウェアとの間のインターフェースにおいて、拡張された通信コントローラーが、ＥＴメッセージとＴＴメッセージとを異なって提供し得る。ＥＴメッセージは、通常は、イベントについての情報を含んでおり、そしてイベント意味論［７］に従って処理されなければならない。イベント意味論は、到着したメッセージが待ち行列内に一時的に格納され且つユーザー・プロセスに正確に一回転送される。ＴＴメッセージは、通常は、共通メモリにおける状態意味論に従って提供され得る状態データを含んでいる。新たなＴＴメッセージの受信は、古いＴＴメッセージのメモリ値を同一の名前によって上書きする。受信プロセスは、非消費的なやり方で状態データを読み取る。複数の多重独立通信チャンネルを提供するフォールトトレラントシステムにおいて、例えば、図２におけるような二つのチャンネルを経由して、メッセージが複製方式で送られる。そのようなシステムにおいて、もしも少なくとも一つの複製されたメッセージのコピーが受信機に到着すると、通信は成功である。

最後に、イーサーネットにおける時間トリガーおよびイベントトリガーメッセージの統合化の、先に説明された具体的なインプリメンテーションが、本発明の多数の可能性のあるインプリメンテーションのただ一つを与えることに留意されるべきである。例えば、
スター・カプラーに到着したメッセージがフィールド３０６またはフィールド３０５におけるメッセージ内容からでなく、スター・カプラーにおけるメッセージの受信の瞬間からのＴＴメッセージであるかどうかの決定を導くことが可能である。そのような場合において、ＴＴメッセージが予期されるときおよび場合のチャンネルが、演繹的に設定メッセージを介してスター・カプラーに報告されなければならない。同一のことが、通信コントローラーについても真である。

現存する商業的に入手可能なイーサーネット・コントローラーが変更することなしに、時間トリガー・メッセージを送信し且つ受信し得ることが、本発明の主要な特徴である。

スター・カプラーを有する分散型コンピューター・システムの構成である。二つのスター・カプラーを有する分散型コンピューター・システムの構成である。標準化された通常のイーサーネット・メッセージの構造である。標準化された拡張イーサーネット・メッセージの構造である。ＴＴイーサーネット・メッセージの構造である。ＴＴイーサーネット・メッセージのＴＴパラメーター・フィールドのビット配列である。

Claims

複数のネットワーク・ノード・コンピューターが、一つまたはそれより多くの通信チャンネル（１０９）を有する通信システムを経由してリンクされ、一つまたはそれより多くのインテリジェント・スター・カプラー（１０１，１０２）が、各通信チャンネルに配置されており、そして在来のイーサーネット・メッセージ（ＥＴメッセージ）と時間トリガーによるイーサーネット・メッセージ（ＴＴメッセージ）の間の区別がなされ、ＴＴメッセージは、送信機と受信機の間の演繹的な既知の一定の遅延時間（Δ）を有して移送される、分散型リアルタイム・システムにおけるイーサーネット・メッセージの伝送のための通信方法であって、
ＥＴメッセージとＴＴメッセージの間に時間衝突があるときに、ＴＴメッセージを前記一定の遅延時間（Δ）を有して移送することができるようにするために衝突しているＥＴメッセージの移送が中止される方法。
前記一定の遅延時間（Δ）は、この遅延時間（Δ）内に、到来するＴＴメッセージの移送のためのスター・カプラー（１０１，１０２）の出力チャンネルがクリアされ得るようにして、選択される請求項１に記載の方法。
メッセージの未定のフィールドにて、メッセージがＴＴメッセージかＥＴメッセージかの指示がなされる請求項１または請求項２に記載の方法。
メッセージの伝送の瞬間は、ＴＴメッセージに含まれるオプション的な時間フィールド（３０９）を介して指示される請求項１から請求項３のうちの一項に記載の通信方法。
演繹的計画を介して、二つのＴＴメッセージの移送の間の少なくとも前記一定の遅延時間（Δ）が観測される時間間隔が決定される請求項１から請求項４のうちの一項に記載の通信方法。
複数のネットワーク・ノード・コンピューターを備える分散型リアルタイム・システムにおけるイーサーネット・メッセージの伝送のための通信システムのためのスター・カプラーであって、該通信システムは、それを経由してネットワーク・ノード・コンピューター（１１１，１１２，１１３，１１４）が互いにリンクされる一つまたはそれより多くの通信チャンネル（１０９）を有し、且つ一つまたはそれより多くのインテリジェント・スター・カプラー（１０１，１０２）が、各通信チャンネルに配置されており、
そこでは、
在来のイーサーネット・メッセージ（ＥＴメッセージ）と時間トリガーによるイーサーネット・メッセージ（ＴＴメッセージ）の間を区別すべく
そして、
送信機と受信機の間の演繹的な既知の一定の遅延時間（Δ）を有するＴＴメッセージを移送すべく装備され、
それによって、ＥＴメッセージとＴＴメッセージの間に時間衝突があるときに、ＴＴメッセージを前記一定の遅延時間（Δ）を有して移送することができるようにするために衝突しているＥＴメッセージの移送が中止されるスター・カプラー。
前記一定の遅延時間（Δ）は、この遅延時間（Δ）内に、到来するＴＴメッセージの移送のためのスター・カプラー（１０１，１０２）の出力チャンネルがクリアされ得るようにして、選択される請求項６に記載のスター・カプラー。
メッセージの指示されたフィールドにて、メッセージがＴＴメッセージかＥＴメッセージかの指示がなされる請求項６または請求項７に記載のスター・カプラー。
メッセージの伝送の瞬間を指示するオプション的な時間フィールド（３０９）が、ＴＴメッセージに含まれる請求項６から請求項８のうちの一項に記載のスター・カプラー。
演繹的計画を介して、二つのＴＴメッセージの移送の間の少なくとも前記一定の遅延時間（Δ）が観測される時間間隔が決定される請求項６から請求項９のうちの一項に記載のスター・カプラー。
到来メッセージがＴＴメッセージである瞬間が、設定メッセージを介してスター・カプラーに報告される請求項６から請求項１０のうちの一項に記載のスター・カプラー。
ＴＴメッセージとＥＴメッセージの間を区別し、且つ演繹的な既知の一定の遅延時間（Δ）を有するＴＴメッセージおよびＥＴメッセージを移送し、そしてＥＴメッセージとＴＴメッセージの間に時間衝突があるときに、ＴＴメッセージを前記一定の遅延時間（Δ）を有して移送することができるようにするために、衝突しているＥＴメッセージの移送を中止する請求項６から請求項１１のうちの一項に記載のスター・カプラー。
ＴＴメッセージの定時伝送後に衝突状態となり且つ移送が中止されたＥＴメッセージを再伝送する請求項６から請求項１２のうちの一項に記載のスター・カプラー。
スター・カプラーは、ＴＴメッセージ内に含まれる時間フィールド（３０９）を用いてそのローカル・クロックを同期させる請求項６から請求項１３のうちの一項に記載のスター・カプラー。
複数のＴＴメッセージ内に含まれる時間フィールド（３０９）を用いて、そのローカル・クロックをフォールトトレラント方式で、同期させる請求項６から請求項１４のうちの一項に記載のスター・カプラー。
当該スター・カプラーに移送される全てのＴＴメッセージが出力される、専用の単方向チャンネル（１５１）を経由して、ネットワーク・ノード・コンピューターのクラスター内の複製されたスター・カプラーにリンクされた請求項６から請求項１５のうちの一項に記載のスター・カプラー。
各ＴＴメッセージについて、メッセージ内に含まれる伝送（３０９）の瞬間近傍の演繹的な既知の時間ウィンドウ内にＴＴメッセージが到着するかどうかをそのローカル時間に基づいてチェックし、且つＴＴメッセージが早くまたは遅れて到着するときに、全ての正しい受信機がメッセージを欠陥があると検出するような方式でメッセージをふるいわける請求項６から請求項１６のうちの一項に記載のスター・カプラー。
各ＴＴメッセージをデコードし、且つそのローカル・タイミング・モジュールに基づいて再コード化する請求項６から請求項１７のうちの一項に記載のスター・カプラー。
ＴＴメッセージの一つまたはそれより多くの選択されたフィールドを読み取り且つ前記一定の遅延時間（Δ）の間に設定メッセージを介して当該スター・カプラーに演繹的に通信される既知の基準にこれらのフィールドの内容が対応するかどうかをチェックし、そしてもしもそれが対応しなければ、全ての正しい受信機がメッセージを欠陥があると検出するような方式で、メッセージをふるいわける請求項６から請求項１８のうちの一項に記載のスター・カプラー。
複数のネットワーク・ノード・コンピューターを備える分散型リアルタイム・システムにおけるイーサーネット・メッセージの伝送のための通信システムであって、それを経由してネットワーク・ノード・コンピューター（１１１，１１２，１１３，１１４）が互いにリンクされる一つまたはそれより多くの通信チャンネル（１０９）を有し、且つ一つまたはそれより多くのインテリジェント・スター・カプラー（１０１，１０２）が、各通信チャンネルに配置されている通信システムにおいて、請求項６から請求項１９のうちの一項に記載のスター・カプラーを特徴とする通信システム。
通信コントローラーは、ＴＴメッセージ内に含まれる時間フィールドを用いてそのローカル・クロックを同期させる請求項６から請求項２０のうちの一項に記載の通信システム。
通信コントローラーは、複数のＴＴメッセージ内に含まれる時間フィールド（３０９）を用いて、そのローカル・クロックをフォールトトレラント方式で、同期させる請求項６から請求項２１のうちの一項に記載の通信システム。
通信コントローラーは、メッセージ内における時間フィールド（３０９）において指示される伝送の瞬間に達するとすぐにネットワーク・ノード・コンピューター上で走るアプリケーションによって受け入れられるＴＴメッセージを自律的に伝送する請求項６から請求項２２のうちの一項に記載の通信システム。
通信コントローラーは、ＥＴメッセージとＴＴメッセージとを区別し、且つ該通信コントローラーは、イベントの意味論に対応するローカル・アプリケーション・ソフトウェアにＥＴメッセージを供給し、新たなメッセージが、アプリケーション・ソフトウェアによってそれから消費的な方法で読み取られる待ち行列に配置され、該通信コントローラーは、状態の意味論に対応するローカル・アプリケーション・ソフトウェアにＴＴメッセージを供給して、新たなメッセージを古いものと置換し、そしてローカル・アプリケーション・ソフトウェアによる読み取りは、非消費的な方法で生じる請求項６から請求項２３のうちの一項に記載の通信システム。
通信コントローラーは、ＴＴメッセージの同一のコピーが供給される二つまたはそれより多くの通信チャンネルを有し、且つこれらの重複するチャンネルの少なくとも一つに適正な時間通りに有効なＴＴメッセージが受信されたら、一つの通信動作が成功したとみなされる請求項６から請求項２４のうちの一項に記載の通信システム。