JP4917649B2 - ネットワークおよび該ネットワークにおけるノードの時間基準を設定する方法 - Google Patents

ネットワークおよび該ネットワークにおけるノードの時間基準を設定する方法 Download PDF

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Description

本発明は、ネットワーク、ネットワークにおけるノード、時間基準コントローラ、部品のキット、車両、時間基準を設定する方法、およびコンピュータ・プログラム製品に関する。
コンピュータ・ネットワークまたは他のデータ通信ネットワークのような通信ネットワークでは、正確なタイミングは、多くの場合、例えば、イベント同期およびデータ相関を容易にするために必要である。典型的には、ネットワークにおけるノードは、ローカルの時間基準を提供する内部クロックを備えている。理論上、2つの内部クロックが共通の時間基準に最初に設定され、それらの周波数ソースが正確に同一の速度で動作していれば、それらは、同期されたままであろう。しかしながら、実際上、クロックは、初期の製造公差によって異なる速度で実行される、限定的な正確しか持たない周波数ソースによって設定され、温度または圧力および経年によって変化する。これらの本来的な不安定さのために、ネットワークにおけるノードのローカル時間基準間の一致を維持すべく反復的に同期が行われることがある。
ネットワークにおけるノードを共通時間基準に設定すること、所謂「マスタ−スレーブ同期」が知られている。マスタ−スレーブ同期システムでは、ノードは、共通のソースに接続される。この共通のソースは、ノードに共通時間基準を提供し、従ってマスタとして動作する一方で、ノードは、それらの内部時間基準を受信した共通時間基準に設定し、従ってスレーブとして動作する。しかしながら、そのような同期の欠点は、共通のソースが機能しなくなった場合に、ノードが同期されないことである。
マスタ−スレーブ同期の代わりとして、例えば特許文献1から所謂「分散同期」が知られている。分散同期を持ったネットワークでは、ノードは、タイミング情報を交換する。各ノードは、他のノードから受信したタイミング情報から時間基準を決定し、決定した時間基準にその内部クロックを調整する。しかしながら、分散同期は、時間基準を決定するための複雑なアルゴリズムを必要とする。さらに、各ノードは、時間基準を決定することができる同期ユニットを必要とする。従って、分散同期の欠点は、それが複雑であり、多量の資源を必要とするということである。
本発明は、添付の特許請求の範囲に記述されるような、ネットワーク、ネットワークにおけるノード、時間基準コントローラ、部品のキット、時間基準を制御する方法、およびコンピュータ・プログラム製品を提供する。
本発明の特定の実施形態は、従属請求項に記述されている。
本発明のこれらのおよび他の態様は、以下に記述される実施形態の一例への参照から明白であり、また、当該実施形態の一例を参照して説明される。
米国特許第5,694,542号
ネットワークの実施形態の一例のブロック図。 第2ノードの実施形態の一例のブロック図。 第1ノードの実施形態の一例のブロック図。 第2ノードを同期させる方法の一例を模式的に示すフローチャート。 第1および第2ノードのネットワークの一例を示す図。 第1および第2ノードのネットワークの一例を示す図。 第1および第2ノードのネットワークの一例を示す図。 第1および第2ノードのネットワークの一例を示す図。 ネットワークの一例と共に提供される車両の一例の模式的上面図。
図1を参照して、データ通信ネットワーク1は、第1サブネットワーク2および第2サブネットワーク3を備えているように示されている。この例に示されるように、第1サブネットワーク2は、例えば、1つ、2つ、または3つ以上の第1ノード11を備えることが可能である。第2ネットワーク3は、一または複数の第2ノード20を備えることが可能である。ネットワーク1は、任意の適切な接続形態を有することが可能であり、第1ノード11,12および第2ノード20は、任意の適切な方法で互いに接続されることが可能である。例えば、図1に示されるように、第1ノード11は、それぞれの通信ポート110,120でバス14に接続されることが可能であり、第2ノード20は、例えば、通信ポート200でバス14に接続されることが可能である。しかしながら、ノード11,12,20は、他の種類の接続によって互いに接続されることも可能である。
図1の例では、第1サブネットワーク2および第2サブネットワーク3のノードは、互いから空間的に分離されて示されている。しかしながら、第1サブネットワーク2および第2サブネットワーク3は、空間的重複を有することも可能である。例えば、第1ノード11,12および第2ノード20は、互いに入り込んだ配置で配置されることも可能である、および/または、第1ノード11,12は、第2ノード20と同一の位置に存在することも可能である。なお、この用途で使用される用語「ノード」は、少なくとも、ネットワークに関連する機能を提供し、ネットワークにおけるエンティティとして処理されるデータ通信ネットワークにおける一または複数の要素を含んだ任意の構成を参照している。ノードは、例えば、汎用コンピュータ、ルータ、スイッチ、ブリッジ、または、他の種類のノードを含むことが可能である。第1ノード11,12は、第2ノード20とは異なる種類であることがある、および/または、第1サブネットワーク2は、第2サブネットワーク3が準拠する一または複数の標準とは異なる一または複数の標準に準拠することが可能である。例えば、第1ノード11,12の一または複数は、FlexRay(登録商標)標準に定義されるようなノードであることが可能である、および/または、第2ノード20の一または複数は、例えば、FlexRay(登録商標)標準の一部だけをサポートするノードであることが可能である。しかしながら、本発明は、それらに限定されるものではなく、第1サブネットワーク2におけるノード11,12の一または複数、および/または、第2サブネットワーク3におけるノード20の一または複数は、他の種類の物理的なノードまたは論理的なノードであることも可能である。
図1に示されるように、第1サブネットワーク2は、複数のマスタ・クロック112,122と、該マスタ・クロック112,122に接続された同期システム13を備えることが可能である。図1の例に示されるように、マスタ・クロック112,122は、異なる第1ノード11,12に提供されることが可能であり、同期システム13は、異なる第1ノード11,12に同期ユニット113を備えることが可能である。しかしながら、一または複数のノード11,12の各々が、複数のマスタ・クロック112,122を備えることも可能である。同期システム13は、上記マスタ・クロック112,122用の時間基準を決定し、決定した時間基準に従ってマスタ・クロック112,122を制御することができる。それによって、クロック112,122は、決定した時間基準に、従って互いに同期することができる。
図1に示されるように、第2サブネットワーク3は、第1サブネットワーク2に接続されることが可能であり、一または複数のスレーブ・クロック22を備えることが可能である。図1の例では、例えば、2つのスレーブ・クロック22が示されており、それぞれが、異なる第2ノード20に存在している。しかしながら、第2ノード20の一または複数は、それぞれ、複数のスレーブ・クロック22を備えることも可能である。図2でより詳細に示されるように、スレーブ・クロック22は、スレーブ・クロック時間基準コントローラ21に接続されることが可能であり、それは、さらに、スレーブ同期データ・ソース(例えば、マスタノード11,12)に接続されている。
第1サブネットワーク2は、一または複数のスレーブ同期ソースを備えることが可能であり、それは、マスタ・クロック112,122の一または複数の時間情報から導かれるスレーブ・クロック同期データを生成することができる。スレーブ・クロック同期ソースは、特定の実施に適した任意の方法で実装されることが可能である。例えば、図1の例では、下でより詳細に説明されるように、第1サブネットワーク2の第1ノード11,12の各々は、それぞれの第1ノード11,12によって使用されるマスタ・クロック112,122の一または複数の、その位相および周波数のような時間基準に関する情報を表したデータを送信することが可能である。そのデータは、それぞれの第1ノード11のローカル・クロック112によって示される現在の時刻を含むことが可能である。しかしながら、第1ノード11,12は、任意の適切な方法で情報を送信することが可能である。従って、第1ノード11,12は、スレーブ同期データ・ソースとして動作する。
しかしながら、スレーブ・クロック同期ソースは、異なる方法で実施されることも可能である。例えば、第1サブネットワーク2は、例えば、複数のマスタ・クロック112,122に接続されるスレーブ・クロック同期ソースを備えることが可能である。図8に示される例では、スレーブ・クロック同期ソースは、それぞれのマスタ・クロック112,122が提供されるノード11,12から分離されるが接続された同期システム13に実装されることが可能である。別個のノードは、例えば、ノード13を指す矢符で図8に示されるように、マスタ・クロック112,122の時間基準に関する情報(同期システムによって決定される共通時間基準のような)を受信し、受信情報からスレーブ・クロック22に適した時間基準を決定することが可能である。スレーブ・クロック同期ソースは、ノード20を指す矢符で図8に示されるように、スレーブ・クロック22の一または複数に接続され、決定した時間基準を含んだデータをスレーブ・クロック22に送信することが可能である。
下でより詳細に説明されるように、第2ノード20は、例えば、スレーブ・クロック時間基準コントローラ21を備えることが可能である。スレーブ・クロック時間基準コントローラ21は、スレーブ・クロック同期データを受信し、該スレーブ・クロック同期データに従って一または複数のスレーブ・クロック22の一または複数を制御することができる。それによって、時間基準コントローラ21は、第2クロック22を同期させるのに適した時間基準を決定するために同期システムを有する必要はなく、従って、時間基準コントローラ21は、比較的単純な設計であることが可能である。さらに、第2クロック22の時間基準は、信頼性がある方法で制御されることが可能である。
スレーブ・クロック時間基準コントローラ21は、任意の適切な方法で実施されることが可能である。例えば、第1ノード11,12は、例えば、ネットワーク1におけるノード11,12,20にブロードキャスト・メッセージを送信することが可能である。ブロードキャスト・メッセージは、例えば、それぞれのマスタ・クロック112によって示される現在の時刻または時間基準を制御するのに適した他のパラメータを含んでいる。スレーブ・クロック・コントローラ21は、スレーブ・クロック・コントローラ21がブロードキャスト・メッセージを受信し、第1ノード11,12の一または複数から発せられるメッセージを処理することができるように、第1ノード11,12に接続されることが可能である。スレーブ・クロック・コントローラ21は、処理されたメッセージによって示される時間基準に従ってスレーブ・クロック22の時間基準を設定することが可能である。第1ノード11,12は、これに代えて、別の方法でメッセージを送信することも可能であり、例えば、ネットワーク1における選択された数のノード11,12,および20にだけメッセージを送信することも可能である(例えば、ネットワーク1における指定されたアドレスにメッセージの送信することによって)。
同期システム13は、特定の実施に適した任意の方法で実施されることが可能である。図6〜図8に示される例では、同期システム13は、第1ノード11,12から分離して実装されることが可能であるが、第1ノード11,12に直接的または間接的に接続されることも可能である。例えば、同期システム13は、マスタ・クロック112,122の現在の時間基準に関する情報を使用せずにマスタ・クロック112,122用の時間基準を決定し、図7において矢符で示されるように、決定した時間基準を表したデータをそれぞれのクロックが存在するノード11に送信することが可能である。
図1、図5、図6、および図8に示されるように、同期システム13は、マスタ・クロック112,122用の時間基準を決定するために、マスタ・クロック112,122の現在の時間基準に関する情報を使用することも可能である。例えば、図6および図8に2本の矢符で示されるように、同期システム13は、それぞれのノード11から現在の時間基準に関するデータを受信し、決定した時間基準を表したデータをそれぞれのマスタ・クロック112,122が存在するノード11に送信することが可能である。同期システム13は、例えば、マスタ・クロック112に関する情報から共通時間基準を決定することが可能である。同期システム13は、マスタ・クロック112に接続され、マスタ・クロック112に関する情報を表したクロック・データを受信することが可能である。図1に示されるように、ネットワーク1は、例えば、同期システム13に接続された複数の第1ノード11,12を備えることが可能であり、それらは、同期システム13にクロック・データを送信することが可能である。同期システム13は、それぞれの第1ノード11,12から受信したクロック・データから共通時間基準を決定することが可能である。同期システム13は、さらに、決定した共通時間基準に基づいてマスタ・クロック112,122を制御することが可能である。例えば、マスタ・クロック112,122は、決定した共通時間基準に従って同期システム13によって同期されることが可能である。それによって、マスタ・クロック112の現在の時間基準は、マスタ・クロック112が同期されることから、共通時間基準であるとみなされる。
同期システム13は、スレーブ・クロック22の一または複数の時間基準を使用せずに共通時間基準を決定するように構成されることが可能である。例えば、図1の例では、第2クロック22は、ネットワーク1を介して情報を受信し、同期システムに情報を送信することを禁止されるためだけに、時間基準コントローラ21を介してバス14に接続されることが可能である。従って、同期システム13は、少なくとも部分的に、スレーブ・クロック22の一または複数の時間基準を使用せずに、共通時間基準を決定するように構成されている。それによって、スレーブ・クロック22は、共通時間基準に影響し、従って第1ノード11,12の同期に影響するのを防止されることができる。しかしながら、同期システム13は、任意の適切な方法で上記共通時間基準を決定するために、第2ノード20のうちの1つまたは2つ以上またはすべてのスレーブ・クロック22の時間基準の使用を禁止されることが可能である。例えば、同期システム13は、選択された1組のノードだけからの時間基準データを使用するように構成されることが可能であり、その組は、ネットワーク1に存在する第2ノード20を除外する。禁止されたスレーブ・クロック22は、それほど信頼できない種類の第2ノード20に存在するか、または、ネットワーク1には、それほど重大でない。例えば、スレーブ・クロック22がマスタ・クロック112,122ほど正確ではない場合、それぞれのスレーブ・クロック22が禁止されることが可能である。それによって、共通時間基準の正確さが増すことがある。さらに、第2ノード20が比較的高い故障の虞を有している場合には、これらの第2ノードにおけるスレーブ・クロック22が禁止されることが可能である。それによって、ノードの故障が同期に影響する機会は、低減されることが可能である。
図1および図5の例に示されるように、同期システム13は、例えば、それぞれのマスタ・クロック112,122に接続された別個の同期ユニット113,123を備えることが可能である。同期ユニット113,123は、例えばそれぞれのマスタ・クロック112,122と同一の第1ノード11,12に存在する。第1ノード11,12の各々は、他の第1ノード11,12の一または複数にクロック・データを送信することが可能である。それぞれの受信する第1ノード11,12における同期ユニット113,123は、それぞれ、他の第1ノード11,12の一または複数から受信したクロック・データから共通時間基準を決定することが可能である。ネットワーク1における第1ノード11,12のマスタ・クロック112,122は、決定した共通時間基準に従ってそれぞれの同期ユニット113によって同期されることが可能である。
第1ノード11,12は、例えば、それぞれのノードによって使用されるマスタ・クロック112,122の現在の状態を表すクロック・データを他の第1ノード11,12に送信する。第1ノード11,12は、さらに、そのクロック・データを第2ノード20に送ることが可能である。第1ノード11,12は、例えば、ネットワーク1におけるノード11,12,20にブロードキャスト・メッセージを送信することが可能である。ブロードキャスト・メッセージは、それぞれの第1ノード11のローカル・クロック112によって示される現在の時刻を含むことが可能である。それぞれの受信する第1ノード11,12における同期ユニット113,123は、受信したクロック・データから共通時間基準を決定することが可能である。それぞれの受信する第1ノード11,12における同期ユニット113,123は、例えば、受信した現在の時刻の平均を決定し、その平均を共通時間基準として使用する。しかしながら、同期ユニット113,123は、特定の実施に適した任意の方法で共通時間基準を決定することが可能である。例えば、第1ノード11,12がFlexRay(登録商標)標準に準拠しているかまたは互換性を持つ場合、同期ユニット113,123は、例えば、FlexRay(登録商標)標準に準拠しているかもしくは互換性を持つ方法または他の適した方法で、共通時間基準を決定することが可能である。
ネットワーク1におけるマスタ・クロック112,122は、決定した共通時間基準に従ってそれぞれの同期ユニット113によって同期されることが可能である。このように、マスタ・クロック112は、誤差の範囲内で、共通時間基準と同様であり、従って、同期されたマスタ・クロック112によって示される現在の時刻は、共通時間基準であるとみなされる。マスタ・クロック112,122は、それぞれの同期ユニット113,123によって特定の実施に適した任意の方法で共通時間基準に同期されることが可能である。例えば、周波数および/または位相のようなマスタ・クロック112,122の一または複数の他のパラメータは、単純に、それぞれの同期ユニット113,123によって共通時間基準に対応した値に設定されることが可能である。例えば、マスタ・クロック112,122の時間は、それぞれのノード11,12で受信したメッセージに含まれるタイムスタンプに設定されることが可能である。さらに、例えば、それぞれの第1ノード11,12のマスタ・クロック112,122の同期は、決定した共通時間基準とマスタ・クロック112,122の状態を比較し、所定の調整基準が満たされるときに、マスタ・クロック112,122の一または複数のパラメータを調整することを含むことが可能である。例えば、マスタ・クロック112,122の時間は、それぞれのマスタ・クロック112,122の状態と決定した共通時間基準との間の差が所定の調整基準を超えるときに、調整されることが可能である。
スレーブ・クロック同期データは、例えば、第1ノード11の選択されたマスタ・クロック112の時間基準を表すことが可能である。選択された第1ノード11のマスタ・クロック112は、上述したように、決定した共通時間基準を使用して同期されることが可能である。従って、スレーブ・クロック同期データは、決定した共通時間基準に第2ノード20を同期させるために使用されることが可能である。例えば、同期ユニット113は、マスタ・クロック112,122のローカルの時間基準を表したデータを周期的に送信するように構成されることが可能である。スレーブ・クロック同期データおよび/またはマスタ・クロック同期データは、例えば、決定した共通時間基準およびスレーブ・クロック22にそれぞれ対応したタイムスタンプを含むメッセージとして送信されることが可能である。マスタ・クロック112,122は、メッセージに含まれる時間に設定されることが可能である。第2ノード20は、受信データに基づいてスレーブ・クロック22を制御することが可能である。データは、例えば、同期システム13によって同期されるノードによってネットワーク1にブロードキャストされることが可能であり、第2ノード20は、選択された第1ノード11だけから受信したデータを使用してそのクロック22を同期させるように構成されることが可能である。しかしながら、時間基準は、別の方法で同期されることも可能である。
スレーブ・クロック時間基準コントローラ21は、特定の実施に適した任意の方法でスレーブ・クロック同期データを受信することが可能である。例えば、第2ノード20は、破線領域10で図1の例に示されるように、マスタ・クロック112,122の一部だけからスレーブ・クロック同期データを受信することが可能である。例えば、図1に示されるように、第1サブネットワーク2は、例えば3つ以上のマスタ・クロック112,122を備えることが可能であり、選択は、第1サブネットワーク2において存在するものよりも実質的に少ないマスタ・クロック112,122を備えることが可能である。例えば、選択は、1つまたは2つのマスタ・クロック112を含むことが可能である。
第2ノード20は、例えば、第1ノード11,12の選択された部分(例えば、1つまたは2つの選択された第1ノード11)または、他のスレーブ・クロック同期データ・ソースからのスレーブ・クロック同期データを処理することが可能であり、受信したスレーブ・クロック同期データを使用してそれぞれのスレーブ・クロック22の一または複数のパラメータを同期させる。
第2サブネットワーク2は、複数の第2ノード20を備えることが可能である。そのような場合、第2ノード20は、マスタ・クロック112と同一の選択を有することがある。しかしながら、第2ノード20は、それぞれ、マスタ・クロック112の異なる選択を有していることもある。それによって、第2サブネットワーク3の信頼性は、改善されることが可能である。
第2ノード20は、例えば、一または複数の適した選択基準に基づいてマスタ・クロック112,122または他のスレーブ・クロック同期データ・ソースを選択する選択ユニットを備えることが可能である。それによって、第2ノード20がネットワーク1の特定の構成またはネットワーク1における構成に応じて適切に選択されたマスタ・クロック112を選択することができるので、信頼性が改善されることがある。選択ユニットは、例えば、初期化中に、選択されたマスタ・クロック112に対応したノード11を選択し、全体の動作中に、選択されたマスタ・クロック112の選択を維持することが可能である。例えば、ユニットは、多数の第1ノード11を選択することが可能であり、それらから、第2同期データが同期に先立って受信される。選択ユニットは、第2ノード20の動作中に動的にノード11を選択することも可能である。
代わりに、選択されたマスタ・クロック112,122の選択は、例えば、それぞれの第2ノード20の動作に先立って予め構成されることが可能である。それによって、第2ノード20の構築は、比較的単純な設計になることが可能である。第2ノード20は、例えば、書き込み可能か、または、非書き込み可能なメモリ(図1では示されない)を備えることが可能であり、そこには、選択されたマスタ・クロック112を備えた第1ノード11の識別情報が格納される。識別情報は、例えば、製造中にまたはそれぞれの第2ノードの製造後にノードを構成する適応モードで格納されることが可能である。さらに、メモリは、例えば、第2ノード20がネットワーク1に接続される前に書き込むことができる書き込み可能なメモリであることが可能である。それによって、メモリが特定の種類のネットワーク1と一致するように構成されることができるので、第2ノード20は柔軟であることが可能である一方で、第2ノード20の設計は、比較的単純なままであることがある。
図2は、図1に示されるネットワーク1の例で使用されるのに適した第2ノード20の一例を模式的に示している。図2に示されるように、第2ノード20は、時間基準コントローラ21およびスレーブ・クロック22を備えることが可能である。図2の例では、時間基準コントローラ21は、第2ノード入力201,202に接続される。第2ノード入力201,202の各々は、選択された第1ノード11のそれぞれ1つに接続される。(以下、用語「第1ノード」は、明瞭さおよび簡潔さの目的で使用される。しかしながら、これが、スレーブ・クロック同期ソースおよび/または(選択された)マスタ・クロックへの接続を意味することは明白であろう。)時間基準コントローラ21は、入力201,202を介してスレーブ・クロック同期を受信することができる。時間基準コントローラ21は、1つまたは2つの選択されたマスタ・クロック112から導かれるスレーブ・クロック同期信号を互いに比較することが可能である。
時間基準コントローラ21は、受信したスレーブ・クロック同期データに基づいてスレーブ・クロック22を制御することが可能である。例えば、図2の例では、時間基準コントローラ21は、スレーブ・クロック22の制御入力220へのコントローラ出力210に接続される。時間基準コントローラ21は、例えば、図2に示されるように、第2ノード入力201へのコントローラ入力230に接続されることが可能であるクロック・コントローラ23(それは、次いで、選択された第1ノード11に接続されることが可能である)を備えることが可能である。別のコントローラ入力231は、別の第2ノード入力202に接続されることが可能である。クロック・コントローラ出力232は、スレーブ・クロック22の制御入力220に接続される。クロック・コントローラ23は、コントローラ入力230を介して、選択された第1ノード11からのスレーブ・クロック同期データを受信することが可能である。クロック・コントローラ23は、受信したスレーブ・クロック同期データとスレーブ・クロック22の時間状態を比較することが可能である。比較に基づいて、クロック・コントローラ23は、コントローラ出力232を介して、スレーブ・クロック22の一または複数のパラメータを調整することが可能である。例えば、クロック・コントローラ23は、スレーブ・クロック22の時間および/またはクロック速度をそれぞれの第2ノード入力201,202で受信したメッセージに含まれるタイムスタンプに設定することが可能である。タイムスタンプは、例えば、選択されたマスタ・クロック112の周波数(または速度)および/または位相(またはオフセット)を含むことが可能であり、スレーブ・クロック22の周波数(または速度)および/または位相(またはオフセット)は、タイムスタンプにおける値に設定されることが可能である。クロック・コントローラ23は、タイムスタンプへの修正を行なうことも可能である。修正は、例えば、クロック・コントローラ23による値の生成と受信との間の遅れを考慮に入れることが可能である。
時間基準コントローラ21は、例えば、第2ノード20の時間基準の信頼性レベルを決定するように構成されることが可能である。図2の例では、例えば、時間基準コントローラ21は、信頼性レベルの決定によって第2ノード20の状態を制御する状態コントローラ24を備えている。状態コントローラ24は、図2に示されるように、第2ノード入力202への状態コントローラ入力240に接続され、別の第1ノード入力201への別の状態コントローラ入力241に接続されることが可能である。状態コントローラ24は、それぞれの状態コントローラ入力240,241で受信した信号を所定の基準と比較することが可能であり、その比較に基づいて、時間基準の信頼性レベルを決定する。状態コントローラ24は、図2の例に示されるように、メモリ25のI/O250への状態コントローラ入力/出力ポート(I/O)242に接続されることが可能である。状態コントローラ24は、例えば、決定した信頼性レベルを表したデータを状態コントローラI/O242を介してメモリ25に格納することが可能である。状態コントローラ24は、例えば、1組の基準が格納されるメモリ(図2では示されない)を備えることが可能であり、現在の信頼性レベルに応じて選択された基準と受信したスレーブ・クロック同期信号を比較する。
図4は、行なわれることが可能な方法の一例を模式的に示している。図4に示されるように、初期化ステップ400の後で、時間基準コントローラ21は、第2ノード20を、無時間基準状態(no_TB)401に設定することが可能であり、それは、スレーブ・クロック22の状態(state)が、共通時間基準に基づいておらず、従って信頼性が低いかも知れないことを示している。その後、状態コントローラ24は、無時間基準状態を示すデータをメモリ25に格納することが可能である。無時間基準状態401では、例えば、状態コントローラ24は、同期信号が状態コントローラ入力240,241のうちの1つに提示されているか否かを周期的にチェックすることが可能である。状態コントローラ24は、例えば、擬似コードによって記述されることが可能な動作を行なうことが可能である。
Figure 0004917649
この擬似コードでは、SYNC(X)およびSYNC(Y)は、それぞれ、状態コントローラ入力240,241で選択された第1ノードXまたは別の選択された第1ノードYから受信した信号SYNCを表している。
状態コントローラ24は、例えば、チェック(chk)ステップ402または403で、信号がそれぞれの入力で受信されたと決定し、そして、その受信信号がスレーブ・クロック同期信号であるか否かを決定するために、受信信号を他の基準と比較することが可能である。状態コントローラ24は、例えば、受信信号を一または複数のシンタックス・チェック基準と比較することが可能である(その信号がスレーブ・クロック同期信号のためのシンタックス規則に従っているか否かをチェックするのに適切である)。例えば、特定の種類のネットワーク1に応じて、スレーブ・クロック同期信号は、或る長さを有することを必要とする場合あり、それによって、信号の所定の位置での種類データまたは他のシンタックス要求を含むことがある(例えば、信号がデータ位置N〜N+Q間で発せられる第1ノードの識別子を有すること、データ位置P〜P+Mでのタイムスタンプを含むこと、など)。
さらに、状態コントローラ24は、信号の内容を一または複数の基準と比較することが可能であり、それによって、受信信号が適切なスレーブ・クロック同期信号であるか否かを決定する。状態コントローラ24は、例えば、選択された第1ノードを識別するデータと受信信号におけるソース識別子を比較することが可能である。ソース識別子が、選択された第1ノード11の識別子に類似しないときには、状態コントローラ24は、例えば、SYNC(X)およびSYNC(Y)に「偽(false)」の値でラベル付けをすることは可能である。ソース識別子が、選択された第1ノード11の識別子に類似するときには、状態コントローラ24は、例えば、「真(true)」の値で、それぞれのスレーブ・クロック同期信号(例えば、SYNC(X)またはSYNC(Y))にラベル付けをすることが可能である。
スレーブ同期信号が、状態コントローラ24によって行なわれるチェックに従う第1ノード11から受信されるときには、状態コントローラ24は、第2ノード20が時間基準を有していると決定し、メモリ25における信頼性レベルの状態を無時間基準から、確立された時間基準(ET)に変更することが可能である。その後、状態コントローラ24は、確立された時間基準状態を示すデータをメモリ25に格納することが可能である。確立された時間基準は、スレーブ・クロック22が共通時間基準に設定されたことを示し、信頼性はあるが、単一の第1ノード11によって単純にサポートされるだけであり、従って単一の第1ノード11の正確さに依存している。その後、状態コントローラ24は、例えば、擬似コードによって記述されることが可能な動作を行なうことが可能である。
Figure 0004917649
スレーブ同期信号が、状態コントローラ24によって行なわれるチェックに従う第1ノード11から受信されるときには、第2ノード20のスレーブ・クロック122は、受信したスレーブ・クロック同期信号に従って調整されることが可能である(例えば、図4の例では、SYNC(X)またはSYNC(Y)に従う)。例えば、第1ノード11,12のマスタ・クロック112,122は、決定した共通時間基準に設定されることが可能である。上で説明したように、第1ノード11,12は、それぞれの第1ノード11,12のマスタ・クロック112,122の時間を表す信号(それは、共通時間基準に基づいて制御され、従って共通時間基準を表す)を送信することが可能である。その後、クロック・コントローラ23は、第1ノード11のマスタ・クロック112の現在の時刻によって表される共通時間基準にスレーブ・クロック22の状態を設定することが可能である。状態コントローラ24は、例えば、擬似コードによって記述されることが可能な動作を行なうことが可能である。
Figure 0004917649
ここでは、擬似コードのTB(A)は、選択された第1ノードAから受信したスレーブ・クロック同期信号SYNC(A)によって提供される時間基準(time−base)を表している。
確立された時間状態ETでは、状態コントローラ24は、別の選択された第1ノード11からスレーブ・クロック同期信号が受信されたか否かをチェックすることが可能である。別の選択された第1ノード11から信号が第2ノード20によって受信されたときには、状態コントローラ24は、受信したスレーブ・クロック同期信号が十分な程度に相当するか否かを決定することが可能である。例えば、その第1のスレーブ・クロック同期信号SYNC(X)が受信されたものと仮定すれば、状態コントローラ24は、確認ステップ404,405でそれぞれ、他の信号SYNC(X)に十分に相当するスレーブ・クロック同期信号SYNC(Y)が受信されたか否かをチェックすることが可能である。時間基準コントローラ21は、例えば、スレーブ・クロック同期信号SYNC(X)を他のスレーブ・クロック同期信号SYNC(Y)と比較するように構成されることが可能である。それによって、時間基準コントローラ21は、SYNC(X)とSYNC(Y)との間の差を決定し、その差を、適した基準に対してチェックすることができる。
例えば、状態コントローラ24は、差を決定するために、スレーブ・クロック同期信号SYNC(X)およびSYNC(Y)における情報を比較することが可能である。状態コントローラ24は、例えば、受信したスレーブ・クロック同期信号に含まれる時間基準情報を互いに比較することが可能であり、それによって、受信したスレーブ・クロック同期信号が十分な程度に相当するか否かを決定する。タイミング・エラー閾値を超える時間の時間基準の差が見つかった場合、状態コントローラ24は、受信信号が一貫していないと決定することが可能であり、現在の状態(例えば、確立された時間基準状態ET)を維持する。さらに、受信した連続する信号SYNC(X)間の期間および受信した連続する信号SYNC(Y)間の期間が比較されることも可能である。或る閾値を超える期間の差が見つかった場合、状態コントローラ24は、受信信号が一貫していないと決定することが可能であり、現在の状態(例えば、確立された時間基準状態ET)を維持する。
スレーブ・クロック同期信号SYNC(X)およびSYNC(Y)が十分に一致(consistent)すると状態コントローラ24が決定した場合、状態コントローラは、確認された時間基準(CT)にメモリ25に状態値を設定することが可能である。その後、状態コントローラ24は、CT状態を示すデータをメモリ25に格納することが可能である。状態コントローラ24は、例えば、確認ステップ404,405で、擬似コードによって記述されることが可能な動作を行なうことが可能である。
Figure 0004917649
第1ノード11の一または複数は、スレーブ・クロック同期データを繰り返し送信するように構成されることが可能である。図4に矢符407で示されるように、時間基準コントローラ21は、現在の信頼性レベルに対する条件が満たされたか否かを周期的にチェックし、その条件が特定の信頼性レベルに対して設定された必要条件に従うときに、現在の信頼性レベルを維持することが可能である。例えば、信頼性レベル「確立済み」に対する条件が所定の回数(例えば、2回以上)を満たされたときに、状態コントローラ24は、信頼性レベルを一貫性ありと設定することが可能であり、それによって、スレーブ・クロックの時間基準が共通時間基準に繰り返し設定されており、従って比較的信頼性があるが、単一の第1ノード11から発せられていることを示す。時間基準コントローラ21がそれぞれの第1ノードからスレーブ・クロック同期データを最後に受信した後で所定の時間が経過したときに、時間基準コントローラ21は、信頼性レベルを現在のレベルからより低いレベルに変更するように構成されることが可能である。例えば、図4において矢符409で示されるように、確立された時間基準状態ETで、スレーブ・クロック22が、選択された第1ノードNから受信したスレーブ・クロック同期信号SYNC(N)における情報に対応して設定されている場合には、状態コントローラ24は、例えば、擬似コードによって記述されることが可能な動作を行なうことが可能である。
Figure 0004917649
図4において矢符410で示されるように、状態コントローラ24は、例えば、確認された時間基準状態CTで、擬似コードによって記述されることが可能な動作を行なうことが可能である。
Figure 0004917649
さらに、時間基準コントローラ21は、信頼性レベルが所定の期間中に変わらないでおり、現在の状態(current state)に対する条件が満たされるときに、信頼性レベルを現在のレベルからより低いレベルに変更するように構成されることが可能である。例えば、現在の信頼性レベルが最も高い信頼性レベルでないときには、現在の信頼性レベルは、現在の信頼性レベルが設定された後で所定の時間が過ぎたときに下げられることが可能である。例えば、ET状態で、それぞれの信号が、例えばSYNC(X)が受信されている状態を維持しているが、別の信号(例えば、SYNC(Y))を受信していないときには、所定の時間(または図4における矢符407に続くチェック・ステップ402,403の反復)の後で、状態は、図4におけるタイムアウト1(TO1)矢符409に続いてno_TBに変更されることが可能である。
時間基準コントローラ21は、決定した信頼性レベルに応じて一または複数の第2ノードの動作モードを制御するように構成されることが可能である。例えば、確立された時間基準状態ETでは、スレーブ・クロック22は、第1ノード11のうちの1つに同期されることが可能である。しかしながら、1つの第1ノードだけがスレーブ・クロック22を同期させるために使用されているので、同期の信頼性はやや低い場合がある。従って、第2ノード22の所望の精度に応じて、非同期信号の送信および/または受信(例えば、第2ノード20におけるセンサによって得られたセンサ・データの送信)は、禁止されることがある。
図2に示されるように、時間基準コントローラ21は、例えば、モード・コントローラ26を備えることが可能であり、それは、一または複数のプロセッサ27などの、第2ノード20における他の構成要素の動作モードを制御することができる。図2の例では、プロセッサ27は、スレーブ・クロック22へのクロック入力270に接続されている。プロセッサ27のモード制御入力271は、モード・コントローラ26の制御出力262に接続されている。モード・コントローラ26の入力260は、メモリ25のポート251に接続されている。
テーブル1は、メモリ25に格納された信頼性レベルの関数としての第2ノードのモードの一例を示している。テーブル1では、シンボル「+」は、第2ノード20がデータを送信することが可能であることを示しているが、シンボル「−」は、データの送信が許可されないことを示している。
Figure 0004917649
テーブル1に示されるように、モード・コントローラ26は、例えば、第2ノード20の要求された可用性(例えば、高い、標準、安全)に応じて構成されることが可能である。「高い」に設定されたときに、第2ノード20は、信頼性レベルが既に「確立済み」に設定されたときのデータを送信することが可能である。「標準」に設定されたときには、第2ノード20は、信頼性レベルが「一貫性あり」または「高い」に設定されるときにだけ、データを送信することが可能である。「安全」に設定されたときには、第2ノード20は、時間基準の信頼性レベルが「確認済み」に設定されるときにだけ、データを送信することが可能である。
図3は、図1に示されるネットワーク1の例で使用されるのに適した第1ノード11の一例を模式的に示している。図3に示されるように、第1ノード11は、クロック信号を生成することができるマスタ・クロック112を備えることが可能である。第1ノード11は、マスタ・クロック112の出力1120へのクロック入力1150に接続されることが可能なプロセッサ115をさらに備えることが可能である。マスタ・クロック112の出力1120では、クロック信号が出力されることが可能である。出力されるクロック信号は、例えば、データの処理の予定を立てるかまたは処理の時間を計るためにプロセッサ115によって使用されることができる。プロセッサ115は、通信ポート110に接続されるプロセッサ入力/出力ポート(I/O)1151を有することが可能である。プロセッサI/O1151では、プロセッサ115は、例えば、通信ポート110およびバス14を介して、例えば、他のノードにデータを出力するか、または、他のノードからデータを受信することが可能である。
図3に示されるように、第1ノード11は、一または複数の他の第1ノード11,12に接続可能な、且つ、マスタ・クロック112に接続された同期ユニット113を備えることが可能である。同期ユニット113は、他の第1ノード11,12のうちの一または複数のタイミングに関するタイミング情報を受信し、受信したタイミング情報を使用して共通時間基準を決定することが可能である。マスタ・クロック112は、続いて、共通時間基準に調整されることが可能である。例えば、同期ユニット113は、マスタ・クロック112のタイミングと共通時間基準との間の差が閾値を超えるときにマスタ・クロック112を調整するか、または、決定した共通時間基準にマスタ・クロック112の状態を設定することが可能である。図3の例では、同期ユニット113は、同期ポート111へのコントローラ入力1130に接続されている。同期ポート111は、他の第1ノード11,12に(例えば、バス14を介して)接続されることが可能である。この例では、別個の同期ポート111が例示の目的で示されている。しかしながら、同期ポート111および通信ポート110が同一のものであることが可能であることは明白であろう。同期ユニット113は、コントローラ入力1131への他の第1ノード11,12からタイミング情報を受信することができる。同期ユニット113は、マスタ・クロック112の制御入力1122へのコントローラ出力1132に接続される。同期ユニット113は、制御入力1122にクロック制御信号を送信することによって、決定した共通時間基準に基づいてマスタ・クロック112を制御することができる。
第1ノード11は、図3に示されるように、スレーブ同期ユニット114を備えることが可能である。スレーブ同期ユニット114は、共通時間基準に基づいてスレーブ・クロック同期信号を生成することができる。図3の例では、例えば、スレーブ同期ユニット114は、マスタ・クロック112のクロック出力1121への入力1141に接続されている。スレーブ同期ユニット114は、第1ノード11の通信ポート110への出力1142に接続されている。マスタ・クロック112が共通時間基準に同期されるので、マスタ・クロックからのタイミング情報は、共通時間基準に関する情報を含んでいる。スレーブ同期ユニット114は、マスタ・クロック112からタイミング情報、従って共通時間基準に関する情報を受信することができ、それによって、スレーブ同期信号を生成する。例えば、スレーブ同期ユニット114は、少なくとも第2ノード20に、マスタ・クロック112の時間を含んだスレーブ・クロック同期信号を送信することが可能である。
この例では、スレーブ同期ユニット114は、例示の目的で示されている。しかしながら、ノード11が、マスタ・クロック112を同時に同期させ、例えば、決定した共通時間基準ベースをマスタ・クロック112およびスレーブ・クロック22に同時に送信することによって第2ノード20に同期信号を出力するユニットを備えることが可能であることは明白であろう。
ネットワーク1は、特定の実施に適した任意の種類のネットワークであることが可能である。例えば、ネットワークは、一または複数の装置の動作の態様を制御および/または監視するために使用されることが可能である。例えば、ネットワーク1におけるノードのうちの一または複数は、車両、ロボット、または他の種類の装置のような装置の動作の態様を制御または監視する制御ノードであることが可能である。例えば、第1ノード11は、高い信頼性を必要とする態様を制御または監視することが可能であり、第2ノード20は、より低い信頼性を必要とする態様を制御または監視することが可能である。第1ノード11は、例えば、装置の動作に必要である場合があり、第2ノードは、制御されないときに装置全体の故障をもたらさない態様を制御することが可能である。例えば、ネットワーク1は、ブレーキ系の一部であることが可能であり、第1ノードは、例えば、ブレーキ・ペダルを制御することが可能である一方で、第2ノードは、それぞれ、車輪へのブレーキを制御することが可能である。従って、これらの第2ノードのうちの1つが故障した場合、系全体は、依然として動いているが、第1ノードが動いていない場合には、ブレーキ系全体は、全く機能しない。第1ノード11は、例えば、エアバッグ・システム、ブレーキ系、シート・ベルトを制御するか、または、航空管制システム、フライ・バイ・ワイヤ・システム、生命維持装置の一部であるか、または、制御システムにおける中央制御ノードを形成することが可能である。第2ノードは、例えば、安全上重大でないことがあり、例えば、ロックの開錠を制御するか、または、タイヤの圧力を監視することが可能である。
例えば、図9は、安全上重大なノードを備えた車両300の一例を示している。図9に示される例は、エンジン302を備えている。エンジン302を制御および監視することができるエンジン制御ノード313が存在している。車両は、ブレーキ301を制御および監視することができるブレーキ制御ノード314をさらに有している。車両300は、該車両300のドア303の施錠および開錠を行なうことができるドアロック制御ノード312をさらに有している。ノード312〜314は、接続部315を介して制御ノード311に接続されている。人間が制御するノード311では、データは、車両の運転者によって、第2ノード20の動作を制御するために、例えば、ペダル上を足で踏むことによって入力されることができる。人間が制御するノード311(例えば、ブレーキペダル)が故障したときには、これが、人の死もしくは大怪我および/または車両の損失もしくは著しい損害をもたらすことがあるが、ドアロック制御ノード312またはエンジン制御ノード313が機能しない場合には、その結果は、それほど重大ではないことは明白であろう。従って、人間が制御するノード311は、第1ノードとして、そして、ドアロック制御ノード312は、第2ノードとして実施されることが可能である。
本発明は、部品のキットとして実施されることも可能である。キットは、1組の別個の構成要素として提供されることが可能であり、それは、例えば、時間基準コントローラを組み立てるために、または、第1ノードまたは第2ノードを組み立てるために互いに接続されることができる。本発明は、コンピュータ・システム上で実行するコンピュータ・プログラムにおいて実施されることも可能であり、少なくとも、コンピュータ・システムのようなプログラム可能な装置上で実行される、または、プログラム可能な装置が本発明にかかる装置またはシステムの機能を行なうことを可能にするときに、本発明にかかる方法のステップを行なうコード部分を含むことが可能である。そのようなコンピュータ・プログラムは、CD−ROMまたはディスクのようなデータ担体上に提供され、コンピュータ・プログラムを表す、コンピュータ・システムのメモリにロード可能なデータと共に格納されることが可能である。データ担体は、さらに、ケーブルまたは無線接続のようなデータ接続であることが可能である。
先の明細書では、本発明は、本発明の実施形態の特定の例に関して記述された。しかしながら、様々な修正および変更が、添付の特許請求の範囲で述べられるような本発明のより広い精神および範囲から逸脱せずになされることが可能であることは明白であろう。例えば、ネットワークは、装置を制御するために使用され、例えば、製造システムの一部を形成する産業制御システムを含むことが可能である。さらに、ネットワークは、FlexRay(登録商標)、タイム・トリガ・プロトコル/クラスC(TTP/C)、CAN(コントローラ・エリア・ネットワーク)プロトコル上のタイム・トリガ通信(TTCAN)からなるグループにおける一または複数の標準に準拠するかまたは互換性を有することが可能である。
さらに、接続は、それぞれのノード、ユニット、または装置からもしくはそれへ信号を転送するのに適した種類の接続であることが可能である。接続は、例えば、直接接続または間接接続であることが可能である。さらに、クロック11,12,20は、例えば、ノードの内部クロックとして、または、ノードに接続された外部クロックとして実施されることが可能である。
さらに、本発明は、非プログラム可能なハードウェアに実装される物理装置またはユニットに限定されないが、適切なプログラム・コードに従って動作することによって所望の装置機能を行なうことができるプログム可能な装置またはユニットに適用されることができる。さらに、本装置は、多数の装置上に物理的に分散されることが可能である一方で、単一の装置として機能的に動作することも可能である。例えば、第2ノード20は、第2ノード20として協同するように互いに接続された別個の構成要素(例えば、集積回路)からなることが可能である。
さらに、別個の装置、ユニット、または構成要素を機能的に形成する装置、ユニット、または構成要素は、単一の物理装置に一体化されることも可能である。例えば、図2では、2つの別個の第2ノード入力201,202が例示の目的で示されている。しかしながら、第2ノード20は、例えば、ネットワーク・モジュールに接続された単一の物理的なノード入力を有することが可能であり、それは、例えば、それぞれの信号が発せられるネットワークアドレスに基づいて、異なる第1ノード11から信号を分離する。さらに、例えば、クロック・コントローラ23および/または状態コントローラ24および/またはメモリ25および/またはモード・コントローラ26は、単一の集積回路として実装されることも可能である。
しかしながら、他の修正、変形、および代替もまた可能である。明細書および図面は、従って、限定的な意味ではなく、むしろ例示としてみなされるべきである。特許請求の範囲では、括弧内に配置された如何なる参照符号も、特許請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。単語「備えている/含んでいる」は、請求項に列挙されたものに対する他の要素またはステップの存在を除外するものではない。さらに、単語「a」および「an」は、「1つのみ」に限定されるように解釈されるべきではないが、代わりに、「少なくとも1つ」を意味するために使用され、複数を除外するものではない。或る手段が互いに異なる請求項で詳述されるという単なる事実は、これらの手段の組合せが有利に使用されることができないことを示すものではない。

Claims (6)

  1. 少なくとも2つのマスタ・クロック(112,122)と、
    該マスタ・クロックに接続され、前記マスタ・クロック用の時間基準を決定し、決定した時間基準に従って前記マスタ・クロックを制御する同期システム(13)とを具備した第1サブネットワーク(2)を備えるデータ通信ネットワーク(1)であって、
    前記同期システム(13)は、前記少なくとも2つのマスタ・クロック(112,122)から時間基準情報を表すクロック・データを受信する入力を有し、前記同期システム(13)は、前記マスタ・クロック(112,122)からの前記時間情報に基づいて共通時間基準を決定し、決定した共通時間基準に基づいて前記マスタ・クロックを制御することと、
    第1サブネットワーク(2)は、前記マスタ・クロックのうちの少なくとも1つについての時間情報から導かれるスレーブ・クロック同期データを生成する少なくとも1つのスレーブ同期データ・ソースを備えることと、
    前記ネットワークは、第1サブネットワークに接続された第2サブネットワーク(3)を備え、第2サブネットワークは、
    少なくとも1つのスレーブ・クロックと、
    前記スレーブ同期データ・ソースに接続され、前記スレーブ・クロック同期データを受信し、該スレーブ・クロック同期データに従って前記少なくとも1つのスレーブ・クロックのうちの少なくとも1つを制御するスレーブ・クロック時間基準コントローラ(21)とを備えることとを特徴とするデータ通信ネットワーク(1)。
  2. 前記同期システム(13)は、前記少なくとも1つのスレーブ・クロック(22)の時間基準を使用して前記共通時間基準を決定することを禁止される請求項1に記載のネットワーク。
  3. 前記時間基準コントローラ(21)は、スレーブ・クロックの時間基準の信頼性レベルを決定するように構成されている請求項1または請求項2に記載のネットワーク。
  4. 請求項1乃至3のいずれか一項に記載のネットワーク(1)で提供される装置(300)。
  5. ネットワーク(1)における少なくとも1つのクロック(22)の時間基準を制御する方法であって、
    前記少なくとも2つのマスタ・クロック(112,122)から時間基準情報を表すクロック・データを受信することと、
    前記マスタ・クロック(112,122)からの前記時間情報に基づいて共通時間基準を決定することと、
    決定した共通時間基準に基づいて前記マスタ・クロックを制御することと、
    少なくとも1つのマスタ・クロックの時間情報から導かれるスレーブ・クロック同期データを生成することと、
    前記スレーブ・クロック同期データを受信し、該スレーブ・クロック同期データに従って少なくとも1つのスレーブ・クロック(22)を制御することとを含む方法。
  6. プログラム可能な装置によって実行されるときに請求項5に記載の方法を実行するためのプログラム・コードを含んだコンピュータ・プログラム。
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