JP5726382B2 - 通信ネットワークの動作方法及びネットワークシステム - Google Patents

Description

本発明は、通信ネットワークの動作方法と、当該方法によって動作するネットワークシステムに関する。動作方法を特にイーサネット環境において使用することができる。

通信ネットワークは、複雑な技術システムの測定、制御及び調整のために益々広範に使用されている。例えば、車両制御システムを構成するために自動車においてネットワークが益々使用されている。安全性が重要な相応に複雑な技術システムにおいては、ネットワーク装置として設けられている制御エレメントのアベイラビリティに対して高い要求が課される。例えばセンサ又は制御装置のような個々のコンポーネントが故障した際に、それによってシステム全体が故障することは許されない。ドライブ・バイ・ワイヤシステムでは安全性が極めて重要である。このドライブ・バイ・ワイヤシステムではネットワークを介して、センサ装置、制御装置及びアクチュエータ装置を接続することによって、ハンドル位置が電気モータにより車輪位置に変換される。

以前は、非常にクリティカルなコンポーネントが冗長的に設計されており、それによって、エラー発生時には各バックアップ又は冗長的なコンポーネントが各タスクを担っていた。冗長的なコンポーネントが複数設けられている場合には、二つ以上の制御装置の内の一つだけが制御の主権を有していることが保証されなければならない。更には、同一の制御機能に対して矛盾する制御命令が発生してはならない。従って、全ての制御コンポーネントがネットワーク内で同一の情報又はデータを有していることが望ましい。

その限りにおいて、例えば使用されるネットワークを介するデータ伝送時に壊れた可能性がある一貫性のないデータの形態のエラーが識別されなければならない。広く普及している標準ネットワーク環境はイーサネットプロトコルを基礎としている。イーサネットインフラストラクチャの使用は、標準化されたネットワーク装置及び方法を使用することができるので有利である。しかしながら以前は、内部的な冗長性を備えている、つまり二重に設計されている機能を備えている制御コンポーネントを相互に結合させるためにプロプラエタリデータバスも使用されていた。

例えば、DE 102 43 713 A1には冗長的な制御機器システムが開示されている。この制御機器システムではデータバスを介してネットワーク化された複数の制御機器が設けられており、それらの制御機器は冗長的な制御機能を備えている。冗長的な制御機器は遮断スイッチを介してデータバスに接続されており、それにより所定の評価状態に応じて各制御装置が接続又は分離される。DE 102 43 713 A1においては冗長的なデータバスシステムが設けられており、また各ネットワーク装置における冗長的な制御コンポーネントがオリジナルデータ及びバックアップデータを例えばビット反転によって形成し、それらのデータが別個のバスシステムを介して送信される。類似のアプローチはWO2006/002695 A1に開示されている。その限りにおいて、従来技術によれば、ある加入者から供給された情報が全ての加入者によって受信される、二重に実施されている通信システムが使用されている。その場合の欠点は、二重に実施されているデータバス、例えばFlex-Ray 又はCANが使用されることである。公知の通信ネットワークプロトコル又は標準通信ネットワークプロトコルが使用され、データ通信時のエラーを迅速且つ確実に識別できることが望ましい。

従って本発明の課題は、改善された方法及び／又はネットワークシステムを提供することである。

従って、ネットワーク装置に接続されている通信ネットワークの動作方法が提案される。各ネットワーク装置は切替装置と、この切替装置に接続されている第１及び第２の制御装置とを含む。切替装置は、第１及び第２の制御装置に対して、通信ネットワークを介してデータを受信及び送信するための受信ポート及び送信ポートをそれぞれ一つずつ有している。

本方法は以下のステップを備えている：
第１の制御装置によって第１のデータを形成し、且つ、前記第２の制御装置によって第２のデータを形成するステップ。但し、第１のデータ及び第２のデータは所定のコーディングによって相互に関連付けられている；
第１の制御装置から切替装置を介して第２の制御装置に第１のデータを送信し、且つ、第２の制御装置から切替装置を介して第１の制御装置に第２のデータを送信するステップ；
第１のデータ及び第２のデータを、第１の通信パスを介して、第１の制御装置のための切替装置の送信ポートから、第２の制御装置のための切替装置の受信ポートへと送信するステップ；
第１のデータ及び第２のデータを、第２の通信パスを介して、第２の制御装置のための切替装置の送信ポートから、第１の制御装置のための切替装置の受信ポートへと送信するステップ。

第１の通信パスのデータと、第２の通信パスのデータとは同一のネットワーク装置を反対方向に通過する。

通信ネットワーク自体はイーサネットインフラストラクチャを含むことができる。切替装置をブリッジ装置又はルータ装置と称することもできる。ネットワーク装置は、ネットワークノード、ネットワークコンポーネント又はネットワークエレメントとも称する。

ネットワーク装置に設けられている制御装置として、例えばＣＰＵ、マイクロプロセッサ又は他のプログラミング可能な回路が該当する。更に、制御装置とはセンサ装置又はアクチュエータ装置であると解することができる。

通信ネットワーク又はネットワークプロトコルは有利には、一方の加入者又はネットワーク装置から他方の加入者又はネットワーク装置へのポイント・ツー・ポイントコネクションを予定している。この場合、双方向通信又は二重通信を実現することができる。

所定のコーディングを介して相互に関連付けられている第１のデータ及び第２のデータを例えばビット反転によって形成することができる。所定のコーディングは、二つのデータ相互の一貫性検査を実現する。例えば、ネットワークを介するデータ伝送によってデータ（データパケット）の内の一方が壊れた場合、このことを、各コーディングを考慮して、他方のデータ（データパケット）との比較によって識別することができる。

特に、イーサネットを基礎とする通信ネットワークにおいては、双方向通信（いわゆる多重通信）が実現される。その限りにおいて、第１の通信パスは第１の制御機器の切替装置の送信ポートから、第２の制御機器の切替装置の受信ポートへと延びており、また、第２の通信パスは第２の制御機器の切替装置の送信ポートから、第１の制御機器の切替装置の受信ポートへと延びている。第１の通信パスは例えば、別の切替装置又は別のネットワーク装置を介して通信ネットワークにわたりリング状に延びている。第２の通信パスは、反対方向においてネットワーク装置を通過する。その限りにおいて、冗長的な送信及び関与する全てのネットワーク装置の機能の検査が実現される。有利には、第１のデータ及び第２のデータが第１の制御装置から第２の制御装置へと、又はその逆に第２の制御装置から第１の制御装置へと、専らネットワーク装置内の切替装置を介して案内される。

特にイーサネットを基礎とする通信ネットワークの動作方ではリング構造が得られ、それにより得られるイーサネットリングの通信装置が使用される。制御ユニットと接続されている、ネットワーク装置の切替装置の内の一つにエラーが生じた場合には、そのエラーは両方向の内の一方向にのみ関与していると考えられ、それによって、従前通り、一貫性のある一つ又は複数のデータが伝送される。種々の通信パスにおいて送信される、特にコーディングを介して相互に関連付けられているデータを比較することによって、フレキシブルで信頼性の高いエラー分析を実施することができる。エラーを生じさせた制御コンポーネント又は装置を簡単に発見することができる。そのような制御コンポーネント又は装置は有利にはパッシブ状態にされるか、又は遮断される。

本方法の実施の形態において、本方法は更に以下のステップを備えている：
第１のデータ及び第２のデータを、第１の制御装置のための切替装置の送信ポートを介して、第２の制御装置のための切替装置の受信ポートへと、第１の制御装置及び第２の制御装置を備えている別のネットワーク装置の少なくとも一つの別の切替装置を介して送信するステップ；
第１のデータ及び第２のデータを、第２の制御装置のための切替装置の送信ポートを介して、第１の制御装置のための切替装置の受信ポートへと、第１の制御装置及び第２の制御装置を備えている別のネットワーク装置の少なくとも一つの別の切替装置を介して送信するステップ。

この際、各別の切替装置内では、別の切替装置の第２の制御装置のための受信ポートにおいて受信されたデータが、別の切替装置の第１の制御装置のための送信ポートに転送される。別の切替装置の第１の制御装置のための受信ポートにおいて受信されたデータは、別の切替装置の第２の制御装置のための送信ポートに転送される。

従って、コーディングされていないデータ又はコーディングされたデータが、第１の制御装置に由来する第１のチャネルから、第２の制御装置に対応付けられているチャネルへと送信される。このことは逆方向においても行われ、これによって、送信側の制御コンポーネントは、第２の（冗長的な）制御装置に対応付けられている他方の各チャネルが同一のデータ結果を有しているか否かを確認することができる。その限りにおいて、対応付けられているイーサネットスイッチ又は切替装置は確実に機能しているか否かを確認することができる。制御装置に対応付けられている切替装置にエラーがあることが識別されると、有利には送信側の制御装置がパッシブ状態にされる。

本方法は更に以下のステップを備えている：
第１の制御装置及び／又は第２の制御装置において、第１のデータと第２のデータとを比較し、比較結果を形成するステップ；
比較結果に依存してネットワーク装置をパッシブ状態にするステップ。

第１のデータ及び第２のデータに相互に一貫性がないことが識別されると、即ち、所定のコーディングによって相互に関連付けられていないことが識別されると、エラーをデータ伝送時又はデータ形成時に識別することができる。

本方法は更に以下のステップを備えている：
第１の通信パス及び第２の通信パスを介して、第１のデータ及び第２のデータを再び送信するステップ。

例えば、データが一つの通信サイクルにおいて送信側の制御装置によって再び識別されない、又は受信されない場合には、適切に受信したデータを何度も送信し、そのデータを検査することによって、通信パス内に存在するエラーを有するネットワークコンポーネントを推定することができる。

更に本方法においては、別のネットワーク装置において第１のデータ及び第２のデータを、異なる制御装置のための受信ポートにおいて受信することができ、また受信したデータを相互に比較することができる。

有利には、ネットワークシステムの動作方法は、更に、比較した第１のデータ及び第２のデータが所定のコーディングによって相互に関連付けられていない場合には、エラー通知を表示するステップを備えている。

最後に、複数のネットワーク装置を備えているネットワークシステムが提案される。ネットワーク装置は通信ネットワーク、特にイーサネットインフラストラクチャに接続されており、各ネットワーク装置は切替装置、第１の制御装置及び第２の制御装置を含む。切替装置は制御装置に接続されており、また切替装置は、通信ネットワークを介してデータを送受信するために、第１の制御装置及び第２の制御装置のための受信ポート及び送信ポートをそれぞれ一つずつ含む。ネットワーク装置は、上述のような方法を実施するために構成されている。

ネットワークシステムは特に車両の一部である。

ネットワーク装置としてセンサ装置又はアクチュエータ装置が考えられる。センサ装置として回転数センサ、ブレーキセンサ又は切換制御装置が考えられる。例えばドライブ・バイ・ワイヤを実現する制御装置も使用することができる。例えばハンドル衝撃又は加速衝撃が電子的にネットワークを介して相応のアクチュエータに伝送され、それにより車両の所望の応答が使用される。

総じて、通信チャネルに障害が発生した場合であっても確実に機能する、非常に信頼性の高いネットワークシステムが得られる。冗長的なリング状の通信パス装置は、一貫性のある制御機器通信及びコスト的に有利なエラー分析及びエラー修正を実現する。

ネットワークシステムの実施の形態においては、少なくとも一つのネットワーク装置に第１の切替装置及び第２の切替装置が設けられている。第１の切替装置は第１の制御装置に対応付けられており、第２の切替装置は第２の制御装置に対応付けられている。切替装置はそれぞれ少なくとも二つのポートを含み、また切替装置は通信を行うように相互に接続されている。この接続をネットワーク装置内部で行なうことができるが、しかしながら切替装置の送信ポート及び受信ポートを用いて行うこともできる。

ネットワークシステムの別の実施の形態においては、更に、制御装置及び切替装置をそれぞれ一つずつ有している簡易ネットワーク装置をネットワークシステム内に設けることができる。簡易ネットワーク装置は冗長的な制御装置は有しておらず、また安全性が余り重要ではない機能のために設けることができる。

各ネットワーク装置は有利には別個のＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、ＩＣチップ又は固定配線の超小型回路として実施されている。

更に、一つ又は複数のプログラム制御式の装置において、上述のネットワークシステムの動作方法を実行させるコンピュータプログラム製品が提案される。

コンピュータプログラム媒体のようなコンピュータプログラム製品を、例えば、メモリカード、ＵＳＢスティック、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような記憶媒体として提供又は供給することができるか、又はサーバからネットワークにダウンロード可能なファイルの形態で提供又は供給することができる。このことは、例えば無線通信ネットワークにおいて、コンピュータプログラム製品又はコンピュータプログラム媒体を有する相応のファイルの伝送によって行なうことができる。プログラム制御式の装置として、特に上記のようなネットワーク装置が該当する。

本発明の考えられる別の実施の形態は、種々の実施例に関して上記において説明した、又は下記において説明する方法ステップ、特徴の明示的には挙げていない組み合わせ、若しくは、方法、ネットワークシステム、ネットワーク装置又はネットワークノードの組み合わせも含む。その場合、当業者は個々の態様も、本発明の各基本形態についての改善形態又は補完形態として追加又は変更することができる。

本発明の上述の特性、特徴及び利点、並びにどのようにしてそれらが達成されるかは、図面と関連させて詳細に説明する実施例についての下記の説明との関係においてより明瞭且つ明確に理解される。

ネットワークシステムの第１の実施の形態の概略図を示す。 ネットワークシステムの第２の実施の形態の概略図を示す。 ネットワークシステムの第３の実施の形態の概略図を示す。 エラー分析に関する方法の態様を説明するための、ネットワークシステムの第２の実施の形態及び通信プロセスの概略図を示す。 エラー分析に関する方法の態様を説明するための、ネットワークシステムの第２の実施の形態及び通信プロセスの概略図を示す。 エラー分析に関する方法の態様を説明するための、ネットワークシステムの第２の実施の形態及び通信プロセスの概略図を示す。

図中、別個の記載が無い限りは、同一の構成要素又は機能的に等しい構成要素には同一の参照番号を付している。

図１には、ネットワークシステムの第１の実施の形態の概略図が示されている。図面は更に、ネットワークシステムの動作方法を説明するために使用される。

図１には、例えばイーサネットネットワークとして車両において使用することができるネットワークシステム１０１が示されている。ここでは例示的に三つのネットワーク装置１，２０１，３０１が示されている。ネットワーク装置として例えば制御コンポーネントが考えられる。以下ではネットワークノード又は制御コンポーネントとも称するネットワーク装置１，２０１，３０１はそれぞれ冗長的な制御装置２，３，２０２，２０３，３０２，３０３を有している。ネットワーク装置１，２０１，３０１をネットワークの加入者と称することもできる。

制御装置２，３，２０２，２０３，３０２，３０３は所定のタスク又は機能を実行するように適合されている。制御装置は例えばセンサ検出部又はアクチュエータであると考えられる。それらをＣＰＵ又はマイクロプロセッサとして実施することもできる。例えば、制御コンポーネント１は車両内のペダル状態又はハンドル移動を検出するために構成されていると考えられる。ネットワーク装置１，２０１，３０１はそれぞれ内部切替装置４，２０４，３０４を有している。各制御装置２，３，２０２，２０３，３０２，３０３は、イーサネットスイッチ４，２０４，３０４として構成されている各切替装置の送信ポート８，１２，２０８，２１２，３０８，３１２に接続されている。

その限りにおいて、ＣＰＵ又はプロセッサとも称される各冗長的な制御装置２，３，２０２，２０３，３０２，３０３は、データをネットワーク６から各切替装置４，２０４，３０４を介して受信及び評価することができる。ネットワークインフラストラクチャ又は本来の通信ネットワーク６に接続するために、切替装置４，２０４，３０４には送信ポート９，１３，２０９，２１３，３０９，３１３及び受信ポート１０，１４，２１０，２１４，３１０，３１４が設けられている。

制御コンポーネント又はネットワーク装置１は切替装置４を含み、この切替装置４は、それぞれがＣＰＵ２，３の内の一方に対応付けられている別の受信ポート７，１１を備えている。例えば、制御コンポーネント又はネットワーク装置１が制御信号又は制御データをネットワーク内の別の制御コンポーネントに送信することが考えられる。その場合、特に自動車における安全性が重要な用途、例えばドライブ・バイ・ワイヤでは、全てのネットワークノードにおける制御データが一貫性のあるものとして存在していることを保証しなければならない。

既に種々のネットワークコンポーネント内部において、冗長的に形成された制御データＤ１及びＤ２の照合が行われる。ＣＰＵ２はデータＤ１を供給し、ＣＰＵ３はデータＤ２を供給する。その場合、それらのデータはコーディングによって相互に関連付けられている。つまり、データＤ１はデータＤ２から得られ、また反対に算術的な演算を介して得られる。例えば、簡単なビット反転が考えられ、その場合、データＤ１はデータＤ２が反転されたものであり、またデータＤ２はデータＤ１が反転されたものである。

切替装置４を介してデータＤ１はＣＰＵ２からＣＰＵ３に伝送される。これは、データＤ１が切替装置４の受信ポート７に伝送され、切替装置４が送信ポート１２を介してデータをＣＰＵ３に転送することによって行われる。同様に、データＤ２はＣＰＵ３から所属の受信ポート１１に伝送され、切替装置４は送信ポート８を介してデータをＣＰＵ２に転送する。各ＣＰＵ２及びＣＰＵ３においてデータＤ１及びデータＤ２を相互に比較することによって、一貫性検査を実施することができる。データが相互に一貫性のあるものである限り、即ち、所定のコーディングのモジュロが一致する限り、例えばビット反転が一致する限り、ポート７及び１１を介するデータ受信、ポート８及び１２を介するデータ送信、それらのポート間のデータ交換のための切替装置４並びにＣＰＵ２，３も適切に機能しているとみなされる。これに対して、比較結果がデータＤ１とデータＤ２は相互に一貫性がないことを示す場合、このことはＣＰＵ２，３又は切替装置におけるエラーを示唆し、それに対するデータの一貫性を保証するための考えられる応答として、制御コンポーネント１をパッシブ状態にすること、即ち制御コンポーネント１のデアクティブ化が挙げられる。

ネットワーク装置１０１は更にリング状の通信パスのために設計されている。特にイーサネットインフラストラクチャにおいては、加入者又はネットワーク装置相互のポイント・ツー・ポイントコネクションが実現されることによって、相互に分離された二つの通信リングを形成することができ、それらの通信リングは各切替装置だけを共有し、受信側及び送信側においては共通のポートを使用しない。図１の実施例においては、セグメントＣＢ１，ＣＢ２，ＣＢ３から構成されている第１の通信パスが形成されている。それらのセグメントＣＢ１，ＣＢ２及びＣＢ３を介してデータＤ１及びＤ２が供給され、このことは矢印Ｄ１Ｂ及びＤ２Ｂによって示唆されている。ここではサフィックスＢが通信経路Ｂを表している。

更に、反対の通信方向においては、セグメントＣＲ１，ＣＲ２及びＣＲ３から構成されている通信パスが延びている。このパスを介して、同様にデータＤ１及びＤ２が送信され、このことは矢印Ｄ２Ｒ及びＤ１Ｒによって示唆されている。ここではサフィックスＲが通信パスＲを表している。

従って、データＤ１及びＤ２は分離された通信パスを介して、ネットワーク内に存在する全ての制御コンポーネント２０１，３０１に伝送される。各ＣＰＵ２０２，２０３，３０２，３０３はコーディングされたデータ並びにコーディングされていないデータＤ１，Ｄ２を異なる通信パスを介して、即ち、反対の通信方向を有している二つのリングを介して受信する。各ＣＰＵ２０２，２０３，３０２，３０３は、通信経路又は通信パスを介して受信したデータＤ１，Ｄ２に関する値を比較する。

例えば、ＣＰＵ３０３は通信パスＣＢ１を介してデータＤ１Ｂ及びＤ２Ｂを受信する。それらのデータは切替装置３０４の受信ポート３１４において受信される。切替装置３０４の送信ポート３１２においては、受信ポート３１４において受信されたデータＤ１Ｂ及びＤ２ＢがＣＰＵ３０３に転送される。ＣＰＵ３０３ではデータＤ１ＢとＤ２Ｂの比較が行われる。それらのデータが相互に一貫性のあるものである場合、これはエラーのない通信パスＣＢ１を意味する。

ＣＰＵ３０３は更に、セグメントＣＲ１及びＣＲ２から構成されている第２の通信パスを介して、データＤ１Ｒ及びＤ２Ｒを受信する。データＤ１Ｒ及びＤ２Ｒは切替装置３０４の受信ポート３１０において受信され、ＣＰＵ３０３に対応付けられている送信ポート３１２へと出力される。一貫性検査を再び実施することができる。更には、ＣＰＵ３０３はリングパスＣＢ１を介して受信したデータ並びにリングパスＣＲ１及びＣＲ２を介して受信したデータの比較又は投票（Voting）を実施することができる。障害がない場合には、データＤ１ＲとＤ２Ｒは相互に一貫性があり、またデータＤ１ＢとＤ２Ｂも相互に一貫性があり、更には、ＣＢ１及びＣＲ１−ＣＲ２を介して受信したデータと、既に一貫性がある確認された個々のデータも相互に一貫性がある。これにより、ＣＰＵ２又は３によって形成された、基礎となるデータＤ１及びＤ２にエラーはないことが分かる。制御コンポーネント３又はＣＰＵ３０２，３０３における、ＣＢ１及びＣＲ１−ＣＲ２を介して受信したデータと、既に一貫性があると確認された個々のデータの比較又は投票の際に一貫性がないことが判明した場合には、通信エラーを推定することができる。

同様の一貫性検査は制御コンポーネント２０１又はＣＰＵ若しくは制御装置２０２，２０３においても行われる。関与する切替装置４，２０４，３０４の内の一つの動作にエラーがあると推定された場合、又は関与する切替装置４，２０４，３０４の内の一つが故障した場合、データＤ１，Ｄ２を再び送信した際に相応のネットワークエラーを識別することができる。通常の場合、複数の通信サイクルにおいて種々の制御装置の種々のデータがネットワーク６において送信される。図１には図示していない他のデータに基づき、各制御コンポーネント２０１，３０１は、自身のスイッチ２０４，３０４に欠陥があるか否かを確認することができる。その限りにおいて、種々のエラーシナリオを識別し、また処理することができる。

データパスＣＢ１，ＣＢ２，ＣＢ３とデータパスＣＲ１，ＣＲ２，ＣＲ３が分離されていることによって、伝送時のエラーは相互に独立的にしか生じない。ネットワークノード又はコンポーネント１，２０１，３０１をイーサネットリングとして構成することによって、特に冗長的な制御装置２，３を有している制御機器間の十分に一貫性のある通信が保証されている。

図２には、提案される方法の実施にも適しているネットワークシステム１１０の第２の実施の形態が概略的に示されている。

図２には、図１に関連させて説明したものと実質的に同じ構成要素が示されている。もっとも、制御コンポーネント若しくはネットワークノード又はネットワーク装置１００，２００，３００には冗長的なイーサネット切替装置４，５，２０４，２０５，３０４，３０５が設けられている。これによって、データ通信における付加的な信頼性を達成することができる。

例えば、ネットワーク装置１００はＣＰＵ２及び所属のイーサネット切替装置４を含む。イーサネット切替装置４は受信ポート７及び送信ポート８を有しており、それらのポートはＣＰＵ２と通信を行うように接続されている。別の送信ポート９及び受信ポート１０はデータの送受信のためにネットワーク６に接続されている。同様に、ＣＰＵ３はイーサネット切替装置５を有しており、このイーサネット切替装置５はＣＰＵ３に接続するための受信ポート１１及び送信ポート１２を有している。イーサネット切替装置５は更に、ネットワーク６に接続するための送信ポート１３及び受信ポート１４を有している。更には、イーサネット切替装置４，５においては、それら二つのイーサネット切替装置４，５を相互に接続するための送信ポート及び受信ポート１５，１６，１７，１８が設けられている。二つの切替装置４，５は別個の切替装置であり、例えばＦＰＧＡ又はＡＳＩＣ又はマイクロチップとして製造されている。

制御装置１００における内部一貫性検査は、データＤ１の形成、データＤ１のイーサネットスイッチ４におけるポート７への転送、並びに、ポートペア１６，１７を介する、ＣＰＵ３にデータＤ１を供給するイーサネットスイッチ５への転送によって行われる。同様に、データＤ２はポート１１，１８，１５及び８を介してＣＰＵ２に伝送される。その限りにおいて、内部一貫性検査はデータＤ１及びＤ２相互の一貫性のあるコーディングによって行うことができる。

同様に、制御コンポーネント２００及び３００は相互に分離された切替装置２０４，２０５，３０４，３０５を有している。二つのスイッチ２０４，２０５又は３０４，３０５間で伝送されるデータには図２において参照符号を付していない。上から下に、それぞれポート２１８からポート２０７へとデータＤ２Ｂ及びＤ１Ｂが伝送され、またポート２１６からポート２１１へはデータＤ１Ｒ及びＤ２Ｒが伝送される。同様に、データＤ２Ｂ及びＤ１Ｂに対応する、ポート３１８からのデータがポート３０７によって受信され、またデータＤ１Ｒ及びＤ２Ｒに対応する、ポート３１６からのデータがポート３１１によって受信される。

図１に示した実施の形態に関連させて既に説明したように、制御コンポーネント２００，３００又は内部ＣＰＵ２０２，２０３，３０２，３０３においては、受信したデータＤ１ＲとＤ２Ｒの比較、又はデータＤ１ＢとＤ２Ｂの比較が行われる。それに続く投票と称される検査によって、既に図１と関連させて説明したように、詳細且つ信頼性の高いエラー分析が実現され、また必要に応じて動作にエラーがあるネットワークコンポーネントをパッシブ状態にすることができる。

例えば、制御コンポーネント１００において切替装置４が完全に故障している場合には、通信パスＣＢ１を介してデータをもはや伝送することはできない。その場合には、オリジナルデータＤ１はもはや切替装置４からチャネルｂ又は切替装置３０５には到達しないので、反対方向の通信パスＣＲを介して、コーディングされたデータ情報Ｄ２のみが依然として受信される。このエラーパターンに基づき、受信ＣＰＵは、送信器にエラーがあること、この場合には制御コンポーネント１にエラーがあることを推定することができる。

これに対して、受信スイッチ、例えば制御コンポーネント２００内の切替装置２０４が故障した場合には、ＣＰＵ２０２はチャネルａにおいてもはやデータを受信できないが、しかしながら全てのデータをチャネルｂにおいて通信パスＣＢ１及びＣＢ２を介して受信することができる。このエラーパターンから、制御コンポーネント２００は、制御コンポーネント２００自体に欠陥があり、遮断されることを推定することができる。

図３には、ネットワークシステム１５０の第３の実施の形態の概略図が示されている。ここでは、ネットワークにおいてセンサ及びアクチュエータを接続するための拡張形態が示唆されている。この図３からは、イーサネットインフラストラクチャがやはりリング状に実施されていることが見て取れる。図２に示されているように、同様に構成されている複数のネットワーク装置１００，２００，５００，６０５，６００が設けられている。

更には、冗長的なスイッチ又はＣＰＵを有していない簡易ネットワークコンポーネント４００も設けられている。それらの簡略化ネットワークコンポーネントはシンプレックスとして参照番号４００が付されている。

更にネットワークシステム１５０にはイーサネット切替装置４０４が設けられている。

車両における用途では、例えばブレーキアクチュエータ（ＢｂＢ）又はステッチ・バイ・ワイヤアクチュエータ（ＳｂＷ）が冗長的に設けられている。図３には、対応するアクチュエータ５００，６００，６０５，５０５にそれぞれ「青」又は「赤」が記載されている。例えば、制御コンポーネント１００はＳｂＷコンポーネント５０５に制御データを供給するためにアクティブである。

個々の二つのリングが異なる二つの個所においてイーサネット切替装置によって相互に接続されている二重リングシステムによって、分離された二つのデータバスが得られ、それらのデータバスはネットワークリング通信において異なる方向で動作する。このことは、通信パスセグメントにおける矢印によって示唆されている。制御コンポーネント１からイーサネットスイッチ４０４、ＢｂＷ青５００、イーサネットスイッチ４０４、ＢｂＷ青５００、更にはシンプレックス４００を介してＳｂＷ青５０５へと到達するデータパケットＤＧが見て取れる。冗長的なデータパケットＤＢは制御コンポーネント１００から制御コンポーネント２００、イーサネットスイッチ４０４、シンプレックス４００、ＳｂＷ赤６０５、ＢｂＷ赤６００、シンプレックス４００、ＢｂＷ赤６００を介して最終的にＳｂＷ青５０５へと到達する。ＤＧＡ又はＤＢＡでもって逆向きのデータパケットが表されている。

図３に示したネットワーク装置１５０の構成では、アクチュエータ５０５，６０５が、冗長的に実施されているイーサネットスイッチ４０４を介して、一種の外側リングにおいて制御コンポーネント１００，２００及びイーサネットスイッチ４０４から成るリング構造に接続されている。各制御命令又はデータは、通信パスＤＧの方向又はＤＧＡの方向（左回り）においてコーディングされて送信されるか、又はコーディングされずに送信され、また第２の通信パスＤＢ又はＤＢＡ（右回り）を介して送信される。ステア・バイ・ワイヤ制御コンポーネント５０５内では、図１及び図２と関連させて説明したように、比較とそれに続く投票が行われる。従って、制御コンポーネント１からの制御命令又はデータにエラーがあるか否かを確実に識別することができる。

制御コンポーネントＳｂＷ青５０５は同様に二つの通信パス又は通信方向を介してデータＤＧＡ及びＤＢＡでもって応答する。二つの通信パスを介して各制御コンポーネントからネットワーク内に存在する全てのアクチュエータに到達することも可能である。パケットＤＧ／ＤＧＡ及びＤＢ／ＤＢＡは共通のネットワークコンポーネントを利用していないので、部分ネットワークＤＧ／ＤＧＡ又はＤＢ／ＤＢＡ内のコンポーネントの内の一つが故障した場合でも、全てのコンポーネントが故障することはない。

簡易ネットワーク装置４００は例えば、各機能がクリティカルではないことから内部冗長性を有していないアクチュエータである。簡易ネットワーク装置４００を、分岐線を介してイーサネットスイッチ４０４によってリング構造に接続することも可能である。このことは図３において、例えば左側では、シンプレックス１及びシンプレックス２で表されている簡易ネットワーク装置４００に関して示されている。その限りにおいて、自動車内のイーサネット分岐線とリング構造の組み合わせも考えられる。

総じて、イーサネットリング構造を符号化通信と組み合わせることによって、即ち、所定のコーディングを介して相互に関連付けられているデータの形成によって、専用の二重インフラストラクチャを使用せずとも、例えばケーブル又は線路を使用せずとも、二重に実施されている通信トポロジが得られる。送信又は受信を行う制御コンポーネントにおけるエラーを十分高速に、且つ確実に識別することができる。総じて、提案される方法及びネットワークシステムによって、システム全体におけるデータの良好な一貫性を達成することができる。

図４，５及び６において、図２に示したようなネットワークシステムに関するエラーシナリオを詳細に説明する。種々の構成要素間のデータ伝送を表す矢印の内の幾つかには丸付き数字１〜４（以下（１）〜（４）と表す）が付されている。

図４においては、殊に制御コンポーネント１００をそのＣＰＵ２及び３並びにスイッチ装置４及び５と共に考察し、また切替装置５におけるエラーを前提とする。矢印（１）、（２）、（３）、（４）に関するデータ伝送にエラーが発生した場合には、それにも係わらずデータに一貫性があることが見て取れる。（１）から（４）が付されている矢印の内の一つ又は相応に伝送されるデータの内の一つにエラーがある場合、ＣＰＵ２又は３における一貫性検査は失敗する。このことは、制御コンポーネント１００がデアクティブ化されるか、パッシブ状態にされることを意味する。これによって、制御コンポーネント１００はデータをもはや送信しなくなり、このことはネットワーク又はネットワークシステム１１０における他の制御コンポーネント２００，３００によっても相応に登録される。

（１）から（４）が付された全ての矢印又は通信パスにエラーがない場合には、切替装置５が内部的にエラーを有していることが推定されなければならない。システム１１０のその他コンポーネントは、エラーのないものとみなすことができる（独立した二重エラーに関する確率は非常に低いとみなされるので、従って独立した二重エラーはこの関係において考察する必要はない）。つまり、ＣＰＵ２，３及びスイッチ４はエラーなく動作していると推定される。このことは、通信パス又は通信セグメントＣＢ１を介して伝送されるデータＤ１Ｂ及びＤ２Ｂは適切に制御コンポーネント２００及び３００へと伝送されることを意味している。その限りにおいて、制御コンポーネント１００はイーサネットスイッチ５に障害があるにもかかわらず依然として機能しており、またその他の制御コンポーネント２００，３００によって相応に登録することができる。スイッチコンポーネント５においてエラーが示唆されるにもかかわらず、全てのデータはネットワーク内で一貫性のあるものとして呼び出すことができ、またネットワーク装置１００，２００，３００において一貫性のあるものとして存在している。

図５には、切替装置２０４における別のエラー状況が示されており、ここでもまた考察する通信パスには丸付きの数字（１）〜（６）が付されている。データＤ１Ｂ及びＤ２Ｂが位置（１）において適切である場合には、位置（２）及び（３）における対応するデータＤ１Ｂ，Ｄ２Ｂも適切である。同じことが位置（４）及び（５）における矢印についても当てはまる。つまり、ポート３０８及び３１２におけるデータＤ１Ｂ及びＤ２Ｂは一貫性がある。このことは、制御コンポーネント２００並びに制御コンポーネント３００における二つのチャネル（チャネルａ及びチャネルｂ）が制御コンポーネント１００からの一貫性のある状態情報を識別することを意味している。つまり、制御コンポーネント１００は正常であって完全に機能するものとみなされ、ＣＰＵ２０２，２０３，３０２，３０３には制御コンポーネント１００からの一貫性のあるデータが存在している。

位置（１）におけるデータＤ１Ｂ又はＤ２Ｂの内の一つにエラーがある場合には、以下のシナリオが生じる：
位置（６）においてデータＤ１Ｒ，Ｄ２Ｒに一貫性がない場合、ＣＰＵ２０２は制御コンポーネント１００から一貫性のある状態情報又はデータが得られないことを識別する。その限りにおいて、制御コンポーネント２００におけるエラーが推定される。何故ならば、ＣＰＵ２０３は一貫性のあるデータＤ１Ｂ及びＤ２Ｂを有しているからである。これによって、制御コンポーネント２００がパッシブ状態にされる。これに対して、制御コンポーネント３００が依然として完全に機能し、制御コンポーネント１００から送信された一貫性のある状態情報を受け取る。

位置（６）においてデータＤ１Ｒ及びＤ２Ｒにエラーがない場合には、ＣＰＵ２０２は一貫性のあるデータＤ１Ｒ，Ｄ２Ｒを切替装置２０４のポート２０８から受信し、ＣＰＵ２０３は一貫性のあるデータＤ１Ｂ，Ｄ２Ｂを切替装置２０５のポート２１２から受信する。制御コンポーネント３００においては、少なくとも、ポート３１２におけるデータＤ１Ｒ，Ｄ２Ｒは一貫性があり、またポート３０８においても同様である。何故ならば、独立した二重エラーの発生は実質的に排除されているからである。その限りにおいて、一貫性のある状態データはネットワークにおける制御コンポーネント１００から供給されている。

最後に、図６には、ネットワーク装置１１０におけるスイッチコンポーネント３０５の更に別の考えられるエラー状況が示されている。ここでもまた、考察する通信パスには丸付きの数字（１）〜（６）が付されている。位置（１）に示されている矢印ＤＲ１，ＤＲ２が適切なデータを供給する場合、二つの矢印に沿ったそれらのデータＤ１Ｒ，Ｄ２Ｒもそれぞれの位置（２）及び（３）において適切である。従って、制御コンポーネント２００においては、ＣＰＵ２０２及び２０３が制御コンポーネント１００からの一貫性のある状態情報を識別する。二重エラーは排除されているので、データＤ１Ｂ，Ｄ２Ｂ及び二つのＣＰＵ３０２及び３０３は正常である。従って、制御コンポーネント３００においては、ＣＰＵ３０２及び３０３が制御コンポーネント１００の一貫性のある状態情報を識別する。その限りにおいて、ネットワーク装置１００又は制御コンポーネント１００の全ての構成要素は機能している。

位置（１）においてポート２１２を介してＣＰＵ２０３に供給されるデータＤ１Ｒ及びＤ２Ｒに一貫性がない場合、以下のエラーシナリオが生じる：
位置（６）においてデータＤ１Ｂ，Ｄ２Ｂに一貫性がない場合、ＣＰＵ２０３は制御コンポーネント１００から一貫性のある状態情報が得られないことを識別する。制御コンポーネント２００は自身にエラーがあることを識別し、またパッシブ状態になる。何故ならば、ＣＰＵ２０３はＤ１Ｂ、Ｄ２Ｂからも、Ｄ１Ｒ，Ｄ２Ｒからも一貫性のあるデータを取得していないが、二重エラーＤ１Ｒ、Ｄ２Ｒは排除されているので、一貫性のあるデータがＣＰＵ２０２に供給されるからである。これに対して、制御コンポーネント３００は依然として完全に機能し、制御コンポーネント１００から、ポート３１２においてデータＤ１Ｂ及びＤ２Ｂの形態で、一貫性のある状態情報を受け取る。

位置（１）ではポート２１２においてデータＤ１Ｒ及びＤ２Ｒに一貫性がなく、また位置（６）ではポート２１２において二つのデータＤ１Ｂ及びＤ２Ｂが適切である場合、ＣＰＵ２０３は一貫性のあるデータＤ１Ｂ及びＤ２Ｂを受信し、またＣＰＵ２０２は一貫性のあるデータＤ１Ｒ及びＤ２Ｒをポート２０８において受信する。制御コンポーネント３００では、少なくともデータＤ１Ｂ，Ｄ２Ｂが、ＣＰＵ３０２においてもＣＰＵ３０３においても一貫性がある。その限りにおいて、エラーがあるにもかかわらず、ネットワークシステム１００，２００，３００の全ての制御コンポーネントには一貫性のあるデータが供給される。

他の全てのエラーケースは対称性に基づき、既に上記において説明したケースでもってカバーされている。

従って、提案される方法並びに、リング構造を備えている、提案されるネットワークシステムは最大限に一貫性のある制御機器通信を安全性が重要な用途において提供する。考えられる全ての個々のエラーによっても、一つ又は複数のネットワーク装置において一貫性のないデータが形成されることはなく、またそのような考えられる全ての個々のエラーを通信サイクル内で位置特定することができる。

本発明を有利な実施例に基づき詳細に図示及び説明したが、本発明は開示されている例に限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の権利範囲から逸脱することなく他のヴァリエーションにも想到しうる。

Claims (17)

1. 通信ネットワーク（６）に接続されているネットワーク装置（１）のための通信ネットワーク（１０１）の動作方法であって、
   各ネットワーク装置（１）は切替装置（４）と、該切替装置（４）に接続されている第１の制御装置（２）及び第２の制御装置（３）とを含み、
   前記切替装置（４）は、前記第１の制御装置（２）及び前記第２の制御装置（３）に対して、前記通信ネットワーク（６）を介してデータを受信及び送信するための受信ポート（１０，１４）及び送信ポート（９，１３）をそれぞれ一つずつ有している、動作方法において、
   前記第１の制御装置（２）によって第１のデータ（Ｄ１）を形成し、且つ、前記第２の制御装置（３）によって第２のデータ（Ｄ２）を形成するステップであって、但し、前記第１のデータ（Ｄ１）及び前記第２のデータ（Ｄ２）を所定のコーディングによって相互に関連付けるステップと、
   前記第１の制御装置（２）から前記切替装置（４）を介して前記第２の制御装置（３）に前記第１のデータ（Ｄ１）を送信し、且つ、前記第２の制御装置（３）から前記切替装置（４）を介して前記第１の制御装置（２）に前記第２のデータ（Ｄ２）を送信するステップと、
   前記第１のデータ（Ｄ１）及び前記第２のデータ（Ｄ２）を、第１の通信パス（ＣＢ１，ＣＢ２，ＣＢ３）を介して、前記第１の制御装置（２）のための前記切替装置（４）の前記送信ポート（９）から、前記第２の制御装置（３）のための前記切替装置（４）の前記受信ポート（１４）へと送信するステップと、
   前記第１のデータ（Ｄ１）及び前記第２のデータ（Ｄ２）を、第２の通信パス（ＣＲ１，ＣＲ２，ＣＲ３）を介して、前記第２の制御装置（３）のための前記切替装置（４）の前記送信ポート（１３）から、前記第１の制御装置（３）のための前記切替装置（４）の前記受信ポート（１０）へと送信するステップとを備えており、
   前記第１の通信パス（ＣＢ１，ＣＢ２，ＣＢ３）のデータと、前記第２の通信パス（ＣＲ１，ＣＲ２，ＣＲ３）のデータとは同一のネットワーク装置（２００，３００）を反対方向に通過することを特徴とする、動作方法。
2. 更に、
   前記第１のデータ（Ｄ１）及び前記第２のデータ（Ｄ２）を、前記第１の制御装置（２）のための前記切替装置（４）の前記送信ポート（９）を介して、前記第２の制御装置（３）のための前記切替装置（４）の前記受信ポート（１４）へと、第１の制御装置（２０２）及び第２の制御装置（２０３）を備えている別のネットワーク装置（２００）の少なくとも一つの別の切替装置（２０４）を介して送信するステップと、
   前記第１のデータ（Ｄ１）及び前記第２のデータ（Ｄ２）を、前記第２の制御装置（３）のための前記切替装置（４）の前記送信ポート（１３）を介して、前記第１の制御装置（２）のための前記切替装置（４）の前記受信ポート（１０）へと、第１の制御装置（２０２）及び第２の制御装置（２０３）を備えている別のネットワーク装置（２００）の少なくとも一つの別の切替装置（２０４）を介して送信するステップとを備えており、
   別の切替装置（２０４）内では、前記別の切替装置（２０４）の前記第２の制御装置（２０３）のための受信ポート（２１４）において受信したデータを、前記別の切替装置（２０４）の前記第１の制御装置（２０２）のための送信ポート（２０９）に転送し、且つ、前記別の切替装置（２０４）の前記第１の制御装置（２０２）のための受信ポート（２１０）において受信したデータを、前記別の切替装置（２０４）の前記第２の制御装置（２０３）のための送信ポート（２１３）に転送する、請求項１に記載の方法。
3. 更に、
   前記第１の制御装置（２）及び／又は前記第２の制御装置（３）において、前記第１のデータ（Ｄ１）と前記第２のデータ（Ｄ２）とを比較し、比較結果を形成するステップと、
   前記比較結果に依存して前記ネットワーク装置（１）をパッシブ状態にするステップとを備えている、請求項１又は２に記載の方法。
4. 更に、
   前記第１の通信パス（ＣＢ１，ＣＢ２，ＣＢ３）及び前記第２の通信パス（ＣＲ１，ＣＲ２，ＣＲ３）を介して、前記第１のデータ（Ｄ１）及び前記第２のデータ（Ｄ２）を再び送信するステップを備えている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 更に、
   別のネットワーク装置（２００）における、異なる制御装置（２０２，２０３）のための受信ポート（２１０，２１４）において、前記第１のデータ（Ｄ１）及び前記第２のデータ（Ｄ２）を受信するステップと、
   受信したデータを比較するステップとを備えている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
6. 更に、
   比較した第１のデータ（Ｄ１）及び第２のデータ（Ｄ２）が前記所定のコーディングによって相互に関連付けられていない場合には、エラー通知を表示するステップを備えている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法（１）。
7. 前記通信ネットワーク（６）はイーサネットネットワークである、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法（１）。
8. 一つ又は複数のプログラム制御式の装置（１，１００，２００，３００）において、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法を実行させることを特徴とする、コンピュータプログラム。
9. 一つ又は複数のプログラム制御式の装置（１，１００，２００，３００）において、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法を実行させる命令を有しているコンピュータプログラムが記憶されていることを特徴とする、記憶媒体。
10. 通信ネットワーク（６）に接続されている複数のネットワーク装置（１，２０１，３０１）を含むネットワークシステム（１０１）において、各ネットワーク装置（１）は切替装置（４）と、該切替装置（４）に接続されている第１の制御装置（２）及び第２の制御装置（３）とを有し、前記切替装置（４）は、前記第１の制御装置（２）及び前記第２の制御装置（３）に対して、前記通信ネットワーク（６）を介してデータを受信及び送信するための受信ポート（１０，１４）及び送信ポート（９，１３）をそれぞれ一つずつ有し、前記ネットワーク装置（１，１００，２００，３００）は、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法を実施するために構成されていることを特徴とする、ネットワークシステム（１０１）。
11. 前記ネットワークシステム（１０１）は車両の一部である、請求項１０に記載のネットワークシステム（１０１）。
12. ネットワーク装置（１００）は車両を駆動させるためのセンサ装置又はアクチュエータ装置である、請求項１０又は１１に記載のネットワークシステム（１０１）。
13. 少なくとも一つのネットワーク装置（１００）は第１の切替装置（４）及び第２の切替装置（５）を含み、前記第１の切替装置（４）は前記第１の制御装置（２）に対応付けられており、且つ、前記第２の切替装置（５）は前記第２の制御装置（３）に対応付けられており、前記第１の切替装置（４）及び前記第２の切替装置（５）はそれぞれ少なくとも二つのポート（７−１８）を含み、
    前記第１の切替装置（４）及び前記第２の切替装置（５）は通信を行うように相互に接続されている、請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載のネットワークシステム（１０１）。
14. 少なくとも二つのリング状の部分ネットワークシステムが設けられており、
    前記部分ネットワークシステムは、少なくとも二つの異なる個所において、切替装置によって相互に接続されている、請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載のネットワークシステム（１５０）。
15. 制御装置及び切替装置をそれぞれ一つずつ有している簡易ネットワーク装置（４００）が前記ネットワークシステム内に設けられている、請求項１０乃至１４のいずれか一項に記載のネットワークシステム（１５０）。
16. 簡易ネットワーク装置（４００）が分岐線を介して、切替装置（４０４）によって前記リング状の部分ネットワーク装置に接続されている、請求項１４又は１５に記載のネットワークシステム（１５０）。
17. 前記ネットワーク装置はそれぞれ、別個のＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、ＩＣチップ又は固定配線の超小型回路として実施されている、請求項１０乃至１６のいずれか一項に記載のネットワークシステム（１０１）。

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