WO2009071377A1 - Fehlererfassung in einem vernetzten eingebetteten system - Google Patents

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WO2009071377A1
WO2009071377A1 PCT/EP2008/063836 EP2008063836W WO2009071377A1 WO 2009071377 A1 WO2009071377 A1 WO 2009071377A1 EP 2008063836 W EP2008063836 W EP 2008063836W WO 2009071377 A1 WO2009071377 A1 WO 2009071377A1
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component
components
error
embedded system
diagnostic data
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Christoph Gerdes
Christian Kleegrewe
Sebnem ÖZTUNALI
Alan Southall
Götz NEUMANN
Christoph Tscheschner
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F11/00—Error detection; Error correction; Monitoring
    • G06F11/07—Responding to the occurrence of a fault, e.g. fault tolerance
    • G06F11/0703—Error or fault processing not based on redundancy, i.e. by taking additional measures to deal with the error or fault not making use of redundancy in operation, in hardware, or in data representation
    • G06F11/0766—Error or fault reporting or storing
    • G06F11/0787—Storage of error reports, e.g. persistent data storage, storage using memory protection
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    • G06F11/0706—Error or fault processing not based on redundancy, i.e. by taking additional measures to deal with the error or fault not making use of redundancy in operation, in hardware, or in data representation the processing taking place on a specific hardware platform or in a specific software environment
    • G06F11/0709—Error or fault processing not based on redundancy, i.e. by taking additional measures to deal with the error or fault not making use of redundancy in operation, in hardware, or in data representation the processing taking place on a specific hardware platform or in a specific software environment in a distributed system consisting of a plurality of standalone computer nodes, e.g. clusters, client-server systems

Definitions

  • the present invention relates to a method for error detection in a networked embedded system and components whose configuration enables the method to be carried out. Furthermore, the present invention relates to the use of the above-mentioned method for finding fault and / or diagnostic data of a component which has failed in the system. The present invention also relates to a computer program configured to perform the above-mentioned method and to a data carrier having the computer program.
  • the detection or retrieval of error and / or diagnostic data relevant to a component can be very expensive. This applies in particular if all components have their own data store in which they store their relevant information or data, for example status data, error data or general operating information.
  • the well-known networked embedded systems typically provide the following two approaches for storing error and / or diagnostic data relevant to networked embedded system components that can be used in the event of a failure or failure in the networked embedded system for analysis and analysis Position of a diagnosis can be used.
  • One possibility is to use centralized solutions to store error and / or diagnostic data about the components of a networked embedded system.
  • the individual components send their current data or information to a central storage device.
  • This storage device must be implemented as always available and fail-safe especially in safety-critical systems such as systems for controlling chemical processes. But this is technically very complicated and expensive. But even in non-safety-critical production systems, a great deal of effort is required with regard to the failure safety of the fault memory, since long diagnostic times result in production failures, which in turn is very expensive. If the connection between the components of the networked embedded system and the central storage device fails, it is no longer possible to access the data or information relevant for locating an occurred failure or error and / or making a diagnosis could be.
  • the error and / or diagnostic data are stored in the component itself, as already indicated above. This is the case, for example, in systems designed for engine control of a car; the error data are stored in the respective component itself.
  • the fault memory is no longer accessible. A fault diagnosis is thus impossible. As a consequence, the entire component has to be replaced. This only leads to success if the cause of the error or the fault was directly in the replaced component. But was the cause of the failure of the replaced component in a malfunction of another, directly or indirectly connected to the replaced component component, it will repeatedly come to failures of the replaced component, since the cause of the error could not be clearly identified. So no complete diagnosis could be made. Thus, no complete troubleshooting is guaranteed.
  • the object of the present invention is to provide an improved method of error detection in a networked embedded system.
  • the object is achieved by a method with features of claim 1, by using the method with features of claim 7, by a component of a networked embedded system having features according to claim 9, by a
  • the object is achieved by a method for error detection in a networked embedded system having a plurality to components, the method comprising: storing component-relevant error and / or diagnostic data in a set of other components of the networked embedded system; and determining the error and / or diagnostic data relevant to the component in the set of other components of the networked embedded system.
  • Components of a networked embedded system are, for example, field devices of a substation, computers with software, networked control devices by means of a CAN (Controller Area Network) bus and are known from the prior art.
  • CAN Controller Area Network
  • error and / or diagnostic data relevant to a component of the networked embedded system may also include status data of the component and / or other information or data important for operating the component.
  • the error and / or diagnostic data relevant for the component are stored redundantly in the set of further components. This means that the other components have the same error and / or diagnostic data for the one component. have a job. When querying these error and / or diagnostic data, it is therefore possible to select that additional component which is the fastest and / or most secure to achieve in the given situation.
  • the size of the amount of other components can be specified.
  • a desired degree of redundancy of the redundant storage is ensured, which means a flexibility of handling the error and / or diagnostic data.
  • a secure, but also a flexible handling of the system is possible.
  • an index structure may be implemented in the components of the networked embedded system to allow for a quick and flexible location of the set of other components in which the error and / or diagnostic data to the one component is to be stored.
  • a hash value is determined by means of a key of one component, the quantity of the further components is determined using the hash value, and the hash value is stored as an index for the component and the determined quantity of the further components in the index structure.
  • the index structure can be implemented, for example, as a hash table, in particular a distributed hash table.
  • the error detection method also includes determining the component-relevant error and / or diagnostic data in the set of other components of the networked embedded system.
  • the determination of the error and / or diagnostic data relevant for the component presupposes that these error and / or diagnostic data are sketched as described above and explained in more detail below in the following. stored embedded system or that such storage is even possible. The determination itself, however, does not necessarily depend on the step of storage and can be carried out independently at any time and as required.
  • the determination of the component-relevant error and / or diagnostic data in the set of further components of the networked embedded system can have the following steps: determining the hash value by means of the
  • the above-mentioned object is achieved by using the method outlined above and explained in more detail below for finding fault and / or diagnostic data of a failed component of a networked embedded system.
  • the failed component can be, for example, a damaged component that has failed completely in the system or that can no longer be reached by a fault or a fault.
  • each of the components of the networked embedded system can be configured to display its own current state by means of a cyclical transmission of messages to at least one predetermined component of the networked embedded system, wherein a component which does not indicate its own current state within a time segment the failed component is identified.
  • a component which does not indicate its own current state within a time segment the failed component is identified.
  • the determination of the fault and / or diagnostic data relevant to the failed or unreachable component and stored according to the invention is carried out as outlined above.
  • the object is achieved by means of a component of a networked embedded system, wherein the component is designed to carry out the method outlined above and explained in more detail below.
  • the component can be designed to be used for finding fault and / or diagnostic data of a failed or unreachable component.
  • the component can have at least one memory device for storing error and / or diagnostic data relevant to at least one second component.
  • the component can be configured such that relevant error and / or diagnostic data for this component are stored in at least one further component of the networked embedded system.
  • the object is achieved by a computer program having an encoding configured to perform steps of the method outlined above and described in more detail below for managing error and / or diagnostic data on components.
  • the computer program can optionally be stored on a data medium.
  • the object is achieved by a data carrier having the computer program outlined above. This makes it possible to distribute the error and / or diagnostic data to individual components in the system. By means of such decentralized storage of error and / or diagnostic data, it is possible to reliably and quickly find fault and diagnostic data and other relevant information of defective components.
  • failure detection of individual components outlined above allows a fast finding of the failed system component (s) and a prompt correction of faults or faults in the system.
  • Figures 1a to 1c show flowcharts with the steps of the error detection method in a networked embedded system
  • Fig. 2 shows devices of the field level of a substation according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 3 devices of the field level of a substation with their assigned indexes for information management according to the embodiment of the present invention.
  • the exemplary embodiments described below explain the method for error detection in a networked embedded system.
  • the method represents a distribution of information relevant to the components, that is to say of error and status data, of all components in an information space.
  • the information space is formed by all the components present in the system.
  • everybody involved in this information Onsraum involved components provide memory for securing state data of other components.
  • the status data of a specific component are stored only in exceptional cases on the component itself.
  • all information can be stored multiple times redundantly.
  • Information in the information space is found using mechanisms that depend on the type of information distribution. For the stabilization of the information space, it is necessary that the failure of a component is detected as quickly and reliably as possible, so that no information of such a component is lost.
  • a heartbeat protocol is used in which individual components cyclically send short messages to certain other components and thus communicate these other components their current status (online status). If a component fails in the system two mechanisms are used, which are described in more detail below. On the one hand, all information describing the failed component itself is redundant in the system and can be found with little effort in the distributed information space and used, for example, for diagnosis. Furthermore, the use of the heartbeat protocol allows a clear and fast detection and identification of a failure of a particular component. All the information stored on this component can be re-distributed in the system due to the redundancy of the information storage and thus reconstructed. The availability of the information is thus secured and the failed component is identified.
  • Fig. Ia shows a flow chart in which the detection 1 of errors occurring in at least one component of the networked embedded system is illustrated.
  • the detection 1 of the errors of the components includes both the storage Sil and the detection S12 of errors and / or errors relevant to a component of the networked embedded system Diagnostic data II.
  • the relevant for a component errors and / or diagnostic data Il are stored in a lot of other components of the networked embedded system Sil.
  • the detection of the error and / or diagnosis data Il to the component can be performed independently of the step of storing Sil. However, it is assumed that the errors and / or diagnostic data Il are stored in the components of the system in accordance with the step S11.
  • FIG. 1b shows a flowchart with the steps specifying the execution of the storing of component-specific errors and / or diagnosis data Il.
  • the errors and / or diagnostic data Il are redundantly stored in a number of other components, wherein the size of the set of other components can be specified. If, for example, it has been determined that the errors and / or diagnostic data are to be stored three times redundantly, the size of the quantity has the value 3, the quantity thus has three components storing the errors and / or diagnostic data II.
  • An index structure is implemented in each component, for example in the form of a (distributed) hash table.
  • the information space is implemented as a hash table distributed over all components in the system. Information is stored in this hash table as key / value pairs. The key is used to form the hash value. This hash value identifies the components in the information space where the relevant errors and / or diagnostic data are stored.
  • the key (or, for special search methods, a part of the key) is required to use a hash function to obtain the hash value of the key Find key, which in turn identifies the components on which the relevant errors and / or diagnostic data regarding the failed component are stored. In this way, the sought errors and / or diagnostic data can be retrieved on the components identified by the hash value.
  • Saving the errors and / or diagnostic data thus comprises determining SlIl of a hash value by means of a key of the component, determining S112 of the set of the further ones
  • Components using the hash value and storing S113 the hash value as an index for the component and the determined amount of the other components in the index structure are Components using the hash value and storing S113 the hash value as an index for the component and the determined amount of the other components in the index structure.
  • 1c shows a flow chart with the steps describing the determination S12 of the errors and / or diagnosis data Il in the set of further components of the networked embedded system.
  • the hash value is determined by means of the key of the component for which the errors and / or diagnostic data Il are sought or queried, S121.
  • the amount of components storing the errors and / or diagnosis data Il is determined S122.
  • the distributed hash table is used.
  • the errors and / or diagnosis data Il are then read out from a component of the determined quantity of the further components S123.
  • FIG. 2 shows an exemplary system in which the described method can be used by way of example for a distributed storage of fault records as components-relevant faults and / or diagnostic data, wherein the system is a substation with field devices 21, 22, 23, 24 in substations represents.
  • the automation of a substation can be roughly arranged in two levels: the control level and the field level.
  • the control level mainly computer units for Control and monitoring are assigned, located in the field level sensors, switches and protection devices 21, 22, 23, 24, which ensure the process connection. All involved in switching and protection operations devices 21, 22, 23, 24 have so-called event memory, which are used for archiving completed switching operations or errors occurred. Events are transmitted directly or in compressed form to the control center, where they are further processed and archived.
  • the field devices 21, 22, 23, 24 generate so-called fault records, which record error data at a frequency of 1 kilohertz for 8 seconds. The typical size of a fault record is between IMByte and 10 MByte. Fault records are first stored locally in the field devices 21, 22, 23, 24 and then read out at a later time by the network control system.
  • the fault memory can be damaged before the data can be retrieved by the network control system, so that it is no longer possible to unambiguously understand which events took place or which errors occurred.
  • FIG. 3 shows devices 21, 22, 23, 24 of the field level of a transformer substation with their assigned indices Id-I, Id-5, Id-16, Id-225 in an information space for information management according to the exemplary embodiment of the present invention.
  • the field devices 21, 22, 23, 24 of a substation form a peer-to-peer (P2P) network.
  • Error and status data that is, switching logs and fault records, are stored distributed over the P2P network. This data is stored redundantly, so that in case of failure of a device 21, 22, 23, 24 whose data is not lost, but can be obtained from other devices 21, 22, 23, 24.
  • the further components 22 and 24 are selected as components storing the errors and / or diagnostic data relevant to the component 23. In this case, a double redundancy of the storage of the relevant errors and / or diagnostic data is ensured.
  • the switching logs and fault records of the component 23 are thus stored in the components 22 and 24.
  • the size of the amount of other components that is, the degree of redundancy, can be specified in the present method.
  • the errors and / or diagnostic data stored redundantly in the further components 22 and 24 are determined by means of the described method on the basis of the stored hash table and used for fault diagnosis and correction.
  • Control plane units may also be included in the P2P system for further stabilization. Their presence is not absolutely necessary.
  • the present invention relates to a method of error detection in a networked embedded system having a plurality of components.
  • relevant errors and / or diagnostic data are stored in a number of other components of the networked embedded system and determined as needed (for example, when a fault, an error or a failure occurs).
  • This method is used in particular for finding fault and / or diagnostic data of a failed component of a networked embedded system.

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Abstract

Somit betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Fehlererfassung in einem vernetzten eingebetteten System mit einer Vielzahl an Komponenten. Dabei werden für eine Komponente relevante Fehler und/oder Diagnosedaten in einer Menge weiterer Komponenten des vernetzten eingebetteten Systems gespeichert und bei Bedarf (z.B. bei Eintritt einer Störung, eines Fehlers oder eines Ausfalls) ermittelt. Dieses Verfahren wird insbesondere zum Auffinden von Fehler- und/oder Diagnosedaten einer ausgefallenen Komponente eines vernetzten eingebetteten Systems verwendet.

Description

Beschreibung
Fehlererfassung in einem vernetzten eingebetteten System
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehlererfassung in einem vernetzten eingebetteten System und Komponenten, deren Ausgestaltung das Ausführen des Verfahrens ermöglicht. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung das Verwenden des oben genannten Verfahrens zum Auffinden von Fehler- und/oder Diagnosedaten einer in dem System ausgefallenen Komponente. Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein Computerprogramm, das ausgestaltet ist, das oben genannte Verfahren durchzuführen, und einen Datenträger, der das Computerprogramm aufweist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In einem vernetzten eingebetteten System kann das Erfassen oder Auffinden von für eine Komponente relevanten Fehler- und/oder Diagnosedaten sehr aufwändig sein. Dies gilt insbesondere dann, wenn alle Komponenten ihren eigenen Datenspeicher haben, in dem sie ihre relevanten Informationen oder Daten, beispielsweise Zustandsdaten, Fehlerdaten oder allgemeine Betriebsinformationen, speichern.
Im Falle von Fehlfunktionen oder Störungen oder einem kompletten Ausfall von Komponenten im Netz bzw. dem vernetzten eingebetteten System ist es in der Regel schwierig oder sogar unmöglich, an für einige oder alle betroffenen Komponenten relevante Fehler- und/oder Diagnosedaten zu gelangen. Dieses gestaltet die Diagnose des Fehlers als sehr aufwändig und langwierig. Es ist vor allem dann der Fall, wenn Speicher mit den für Komponenten relevanten Fehler- und/oder Diagnosedaten (wie z.B. Zustandsdaten, Fehler- oder Störungsinformationen) oder deren Schnittstellen defekt sind.
Zum Feststellen der Ursachen einer Störung, zum Auffinden von Fehlern und/oder zum Stellen einer entsprechenden Diagnose ist es wichtig, Informationen zu den betroffenen oder relevanten Komponenten des vernetzten eingebetteten Systems erfassen und analysieren zu können. Aufgrund eines Ausfalls von Verbindungen zwischen den Komponenten oder bei Ausfall der Komponenten selbst wird es in den bestehenden vernetzten eingebetteten Systemen unmöglich, eventuell vorhandene Informationen, die für das Auffinden von Fehlern oder zum Stellen einer Diagnose notwendig sind, aus dem System auszulesen.
Die allgemein bekannten vernetzten eingebetteten Systeme bieten in der Regel die folgenden zwei Ansätze zum Speichern von für Komponenten des vernetzten eingebetteten Systems relevanten Fehler- und/oder Diagnosedaten, die im Falle einer Störung oder eines Fehlers in dem vernetzten eingebetteten Sys- tem zur Analyse und zur Stellung einer Diagnose herangezogen werden können.
Eine Möglichkeit ist das Verwenden zentraler Lösungen zur Speicherung von Fehler- und/oder Diagnosedaten zu den Kompo- nenten eines vernetzten eingebetteten Systems. Die einzelnen Komponenten senden ihre aktuellen Daten bzw. Informationen an eine zentrale Speichereinrichtung. Diese Speichereinrichtung muss vor allem in sicherheitskritischen Systemen wie zum Beispiel Anlagen zur Steuerung chemischer Prozesse als jederzeit verfügbar und ausfallsicher implementiert sein. Dieses ist aber technisch sehr aufwändig und teuer. Aber auch in nicht- sicherheitskritischen Fertigungsanlagen ist ein großer Aufwand in Hinblick auf die Ausfallsicherheit des Fehlerspeichers notwendig, da lange Diagnosezeiten Fertigungsausfälle zur Folge haben, was wiederum sehr teuer ist. Wenn die Verbindung zwischen den Komponenten des vernetzten eingebetteten Systems und der zentralen Speichereinrichtung ausfällt, so ist es nicht mehr möglich, an die Daten bzw. Informationen zu gelangen, die zum Auffinden einer aufgetretenen Störung oder eines aufgetretenen Fehlers und/oder zum Stellen einer Diagnose relevant sein können. In einem weiteren Ansatz werden die Fehler- und/oder Diagnosedaten in der Komponente selbst gespeichert, wie vorstehend bereits angedeutet. Dieses ist beispielsweise in zur Motorsteuerung eines Autos ausgestalteten Systemen der Fall, die Fehlerdaten werden in der jeweiligen Komponente selbst gespeichert. Im Falle eines Totalausfalls einer Komponente ist der Fehlerspeicher nicht mehr zugreifbar. Eine Fehlerdiagnose ist damit unmöglich. Als Konsequenz muss die komplette Komponente ausgetauscht werden. Dieses führt nur dann zum Er- folg, wenn die Ursache des Fehlers oder auch der Störung direkt in der ausgetauschten Komponente lag. Lag aber die Ursache für den Ausfall der ausgetauschten Komponente in einer Fehlfunktion einer weiteren, mittelbar oder unmittelbar an die ausgetauschte Komponente angeschlossenen Komponente, so wird es wiederholt zu Ausfällen der ausgetauschten Komponente kommen, da die Fehlerursache nicht eindeutig identifiziert werden konnte. Es konnte also keine vollständige Diagnose erstellt werden. Somit ist keine vollständige Fehlerbehebung gewährleistet .
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein verbessertes Verfahren zur Fehlererfassung in einem vernetzten eingebetteten System bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Verwenden des Verfahrens mit Merkmalen des Anspruchs 7, durch eine Komponente eines vernetzten ein- gebetteten Systems mit Merkmalen nach Anspruch 9, durch ein
Computerprogramm mit Merkmalen nach Anspruch 13 und durch einen Datenträger mit Merkmalen nach Anspruch 15.
Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen beispielhaft erörtert.
Die Aufgabe wird mittels eines Verfahrens zur Fehlererfassung in einem vernetzten eingebetteten System mit einer Vielzahl an Komponenten gelöst, wobei das Verfahren aufweist: Speichern von für eine Komponente relevanten Fehler- und/oder Diagnosedaten in einer Menge weiterer Komponenten des vernetzten eingebetteten Systems; und Ermitteln der für die Kompo- nente relevanten Fehler- und/oder Diagnosedaten in der Menge weiterer Komponenten des vernetzten eingebetteten Systems.
Durch das Speichern von für eine Komponente relevanten Fehler- und/oder Diagnosedaten in einer Menge weiterer Komponen- ten wird sichergestellt, dass die Fehler- und/oder Diagnosedaten zu der Komponente auch dann abrufbar sind, wenn diese Komponente ausfällt oder aus anderweitigen Gründen (z.B. wegen einer Störung) nicht erreichbar ist. Das Speichern der Informationen in einer Menge von Komponenten bietet den Vor- teil, dass es mehrere Möglichkeiten gibt, auf die Fehler- und/oder Diagnosedaten zu der ausgefallenen und/oder nicht erreichbaren Komponente zuzugreifen. Es wird dadurch die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass im Falle einer größeren oder schwerwiegenderen Störung die Fehler- und/oder Diagnosedaten zu den durch die Störung beeinträchtigten oder sogar ausgefallenen Komponenten im System zur Verfügung stehen und abrufbar sind.
Komponenten eines vernetzten eingebetteten Systems sind bei- spielsweise Feldgeräte eines Umspannwerkes, Rechner mit Software, mittels eines CAN- (Controller Area Network) Busses vernetzte Steuergeräte und sind aus dem Stand der Technik bekannt .
Für eine Komponente des vernetzten eingebetteten Systems relevante Fehler- und/oder Diagnosedaten können je nach Situation auch Zustandsdaten der Komponente und/oder anderweitige zum Betreiben der Komponente wichtige Informationen oder Daten umfassen. Die für die Komponente relevanten Fehler- und/oder Diagnosedaten werden in der Menge weiterer Komponenten redundant gespeichert. Das heißt, dass die weiteren Komponenten über die gleichen Fehler- und/oder Diagnosedaten zu der einen Kompo- nente verfügen. Es kann somit beim Abfragen dieser Fehler- und/oder Diagnosedaten diejenige weitere Komponente ausgewählt werden, welche in der gegebenen Situation am schnellsten und/oder am sichersten zu erreichen ist.
Die Größe der Menge weiterer Komponenten kann vorgegeben werden. Auf diese Weise wird ein gewünschter Redundanzgrad des redundanten Speicherns sichergestellt, was eine Flexibilität des Handhabens der Fehler- und/oder Diagnosedaten bedeutet. So zum Beispiel ist es möglich, je nach Wichtigkeit und/oder Art der Fehler- und/oder Diagnosedaten verschiedene Redundanzgrade vorzugeben. Wichtigere Fehler- und/oder Diagnosedaten sind somit mit einem höheren Redundanzgrad speicherbar, d.h. in einer größeren Menge von weiteren Komponenten, als weniger wichtigen. Somit wird nicht nur eine sichere, sondern auch eine flexible Handhabung des Systems ermöglicht.
Ferner kann in den Komponenten des vernetzten eingebetteten Systems eine Indexstruktur implementiert werden, um ein schnelles und flexibles Auffinden der Menge der weiteren Komponenten zu erlauben, in denen die Fehler- und/oder Diagnosedaten zu der einen Komponente abgespeichert werden sollen. Dabei wird ein Hashwert mittels eines Schlüssels der einen Komponente ermittelt, die Menge der weiteren Komponenten un- ter Verwendung des Hashwertes ermittelt und der Hashwertes als Index für die Komponente und die ermittelte Menge der weiteren Komponenten in der Indexstruktur gespeichert. Die Indexstruktur kann dabei beispielsweise als eine Hashtabelle, insbesondere eine verteilte Hashtabelle, implementiert wer- den.
Wie oben angegeben, weist das Verfahren zur Fehlererfassung auch das Ermitteln der für die Komponente relevanten Fehler- und/oder Diagnosedaten in der Menge weiterer Komponenten des vernetzten eingebetteten Systems auf. Das Ermitteln der für die Komponente relevanten Fehler- und/oder Diagnosedaten setzt voraus, dass diese Fehler- und/oder Diagnosedaten wie oben skizziert und nachfolgend genauer ausgeführt in dem ver- netzten eingebetteten System gespeichert sind bzw. dass eine solche Speicherung überhaupt möglich ist. Das Ermitteln selbst hängt aber nicht zwingend von dem Schritt des Spei- cherns ab und kann jederzeit selbständig und nach Bedarf aus- geführt werden.
Das Ermitteln der für die Komponente relevanten Fehler- und/oder Diagnosedaten in der Menge weiterer Komponenten des vernetzten eingebetteten Systems kann dabei die folgenden Schritte aufweisen: Ermitteln des Hashwertes mittels des
Schlüssels der Komponente; Erfassen der Menge der weiteren Komponenten unter Verwendung des Hashwertes; und Auslesen der für die Komponente relevanten Fehler- und/oder Diagnosedaten aus einer weiteren Komponente der ermittelten Menge der wei- teren Komponenten.
Des Weiteren wird die oben genannte Aufgabe mittels Verwen- dens des vorstehend skizzierten und nachfolgend genauer erläuterten Verfahrens zum Auffinden von Fehler- und/oder Diag- nosedaten einer ausgefallenen Komponente eines vernetzten eingebetteten Systems gelöst. Die ausgefallene Komponente kann beispielsweise eine beschädigte, gänzlich im System ausgefallene oder durch eine Störung oder einen Fehler nicht mehr erreichbare Komponente sein.
Dabei kann jede der Komponenten des vernetzten eingebetteten Systems ausgestaltet sein, mittels eines zyklischen Sendens von Nachrichten an zumindest eine vorbestimmte Komponente des vernetzten eingebetteten Systems einen eigenen aktuellen Zu- stand anzuzeigen, wobei eine Komponente, die innerhalb eines Zeitabschnitts keinen eigenen aktuellen Zustand anzeigt, als die ausgefallene Komponente identifiziert wird. Auf diese Art und Weise wird ein schnelles und flexibles Erfassen von einer Störung betroffener oder ausgefallener Komponenten gewähr- leistet werden. Das Ermitteln der für die ausgefallene oder nicht erreichbare Komponente relevanten und erfindungsgemäß gespeicherten Fehler- und/oder Diagnosedaten wird wie vorstehend skizziert durchgeführt. Zusätzlich wird die Aufgabe mittels einer Komponente eines vernetzten eingebetteten Systems gelöst, wobei die Komponente ausgestaltet ist, das oben skizzierte und nachfolgend genauer erläuterte Verfahren durchzuführen.
Dabei kann die Komponente ausgestaltet sein, zum Auffinden von Fehler- und/oder Diagnosedaten einer ausgefallenen oder nicht erreichbaren Komponente verwendet zu werden.
Dabei kann die Komponente zumindest eine Speichereinrichtung zum Speichern von für zumindest eine zweite Komponente relevanten Fehler- und/oder Diagnosedaten aufweisen.
Ferner kann die Komponente derart ausgestaltet sein, dass für diese Komponente relevante Fehler- und/oder Diagnosedaten in zumindest einer weiteren Komponente des vernetzten eingebetteten Systems gespeichert werden.
Zusätzlich wird die Aufgabe durch ein Computerprogramm gelöst, das eine Kodierung aufweist, die ausgebildet ist, Schritte des vorstehend skizzierten und nachfolgend detaillierter beschriebenen Verfahrens zum Verwalten von Fehler- und/oder Diagnosedaten zu Komponenten auszuführen. Das Compu- terprogramm kann optional auf einem Datenträger gespeichert sein .
Ferner wird die Aufgabe durch einen Datenträger, der das vorstehend skizzierte Computerprogramm aufweist. Somit wird ermöglicht, die Fehler- und/oder Diagnosedaten zu einzelnen Komponenten im System zu verteilen. Durch eine derartige dezentrale Speicherung von Fehler- und/oder Diagnosedaten wird eine sichere und schnelle Auffindbarkeit von Feh- ler- und Diagnosedaten und sonstiger relevanten Informationen defekter Komponenten ermöglicht.
Des Weiteren erlaubt die oben skizzierte Ausfallerkennung einzelner Komponenten ein schnelles Auffinden der ausgefalle- nen Systemkomponente (n) und ein zeitnahes Beheben von Fehlern oder Störungen im System.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Im Folgenden wird die Erfindung detailliert mit Bezug auf die Ausführungsbeispiele gemäß den anhängenden Figuren beschrieben, in denen:
Fig. Ia bis Ic Flussdiagramme mit den Schritten des Ver- fahrens zur Fehlererkennung in einem vernetzten eingebetteten System zeigen;
Fig. 2 Geräte der Feldebene eines Umspannwerks gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 3 Geräte der Feldebene eines Umspannwerks mit den ihnen zugewiesenen Indizes zur Informationsverwaltung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele erläutern das Verfahren zur Fehlererkennung in einem vernetzten eingebetteten System. Das Verfahren stellt eine Verteilung von für die Komponenten relevanten Informationen, das heißt von Fehler- und Zustandsdaten, aller Komponenten in einem Informationsraum dar. Der Informationsraum wird von allen im System vorhandenen Komponenten gebildet. Alle an diesem Informati- onsraum beteiligten Komponenten stellen Speicher zur Sicherung von Zustandsdaten anderer Komponenten zur Verfügung. Die Zustandsdaten einer bestimmten Komponente werden nur in Ausnahmefällen auf der Komponente selber gespeichert. Zur Erhö- hung der Zuverlässigkeit des Informationsraumes können alle Informationen mehrfach redundant gespeichert werden. Das Auffinden von Informationen in dem Informationsraum erfolgt mit Mechanismen, die von der Art der Informationsverteilung abhängig sind. Für die Stabilisierung des Informationsraums ist es notwendig, dass der Ausfall einer Komponente möglichst schnell und zuverlässig erkannt wird, damit keine Informationen einer solchen Komponente verloren gehen. Zu diesem Zweck wird in den folgenden Ausführungsbeispielen ein Heartbeat- Protokoll verwendet, bei dem einzelne Komponenten zyklisch kurze Nachrichten an bestimmte andere Komponenten schicken und diesen anderen Komponenten so ihren aktuellen Zustand (Online-Zustand) mitteilen. Wenn eine Komponente im System ausfällt greifen zwei Mechanismen, die im Folgenden näher beschrieben werden. Zum einen sind alle Informationen, die die ausgefallene Komponente selber beschreiben, redundant im System vorhanden und können mit geringem Aufwand im verteilten Informationsraum gefunden und beispielsweise zur Diagnose verwendet werden. Des Weiteren ermöglicht die Verwendung des Heartbeat- Protokolls eine eindeutige und schnelle Erkennung und Identifizierung eines Ausfalls einer bestimmten Komponente. Sämtliche Informationen, die auf dieser Komponente gespeichert waren, können aufgrund der Redundanz der Informationsspeiche- rung wieder neu im System verteilt und somit rekonstruiert werden. Die Verfügbarkeit der Informationen ist somit gesichert und die ausgefallene Komponente identifiziert.
Fig. Ia zeigt ein Flussdiagramm, in dem das Erfassen 1 von Fehlern, die in zumindest einer Komponente des vernetzten eingebetteten Systems auftreten, dargestellt wird. Das Erfassen 1 der Fehler der Komponenten weist sowohl das Speichern Sil als auch das Erfassen S12 von für eine Komponente des vernetzten eingebetteten Systems relevanten Fehler und/oder Diagnosedaten II. Dabei werden die für eine Komponente relevanten Fehler und/oder Diagnosedaten Il in einer Menge weiterer Komponenten des vernetzten eingebetteten Systems gespeichert Sil.
Das Erfassen der Fehler und/oder Diagnosedaten Il zu der Komponente kann unabhängig von dem Schritt des Speicherns Sil durchgeführt werden. Es wird aber vorausgesetzt, dass die Fehler und/oder Diagnosedaten Il gemäß dem Schritt Sil in den Komponenten des Systems abgespeichert sind.
Fig. Ib zeigt ein Flussdiagramm mit den Schritten, die das Ausführen des Speicherns Sil von für eine Komponente relevanten Fehler und/oder Diagnosedaten Il genauer spezifizieren. Die Fehler und/oder Diagnosedaten Il werden in einer Menge weiterer Komponenten redundant gespeichert, wobei die Größe der Menge weiterer Komponenten vorgegeben werden kann. Ist zum Beispiel bestimmt worden, dass die Fehler und/oder Diagnosedaten dreifach redundant gespeichert werden sollen, hat die Größe der Menge den Wert 3, die Menge weist somit drei die Fehler und/oder Diagnosedaten Il speichernde Komponenten auf .
Dabei ist in jeder Komponente eine Indexstruktur implemen- tiert, beispielsweise in Form einer (verteilten) Hashtabelle. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Informationsraum als eine über alle Komponenten im System verteilte Hashtabelle implementiert. Informationen werden in dieser Hashtabelle als Schlüssel- / Wertepaare gespeichert. Über den Schlüssel wird der Hashwert gebildet. Dieser Hashwert identifiziert die Komponenten im Informationsraum, auf denen die relevanten Fehler und/oder Diagnosedaten gespeichert werden.
Wenn später, zum Beispiel bei Ausfall einer Komponente, rele- vante Fehler und/oder Diagnosedaten zu der ausgefallenen Komponente gesucht werden, benötigt man den Schlüssel (oder bei speziellen Suchverfahren einen Teil des Schlüssels) , um durch Anwendung einer entsprechenden Hashfunktion den Hashwert des Schlüssels zu finden, der wiederum die Komponenten identifiziert, auf denen die relevanten Fehler und/oder Diagnosedaten bezüglich der ausgefallenen Komponente gespeichert sind. Auf diese Weise können die gesuchten Fehler und/oder Diagnoseda- ten auf den durch den Hashwert identifizierten Komponenten abgerufen werden.
Das Speichern der Fehler und/oder Diagnosedaten umfasst somit das Ermitteln SlIl eines Hashwertes mittels eines Schlüssels der Komponente, das Ermitteln S112 der Menge der weiteren
Komponenten unter Verwendung des Hashwertes und das Speichern S113 des Hashwertes als Index für die Komponente und der ermittelten Menge der weiteren Komponenten in der Indexstruktur .
Fig. Ic zeigt ein Flussdiagramm mit den Schritten, die das Ermitteln S12 der Fehler und/oder Diagnosedaten Il in der Menge weiterer Komponenten des vernetzten eingebetteten Systems beschreiben. Dabei wird der Hashwert mittels des Schlüs- sels der Komponente, zu der die Fehler und/oder Diagnosedaten Il gesucht oder abgefragt werden, bestimmt S121. Unter Verwendung des so ermittelten Hashwertes wird die Menge der die Fehler und/oder Diagnosedaten Il speichernden Komponenten ermittelt S122. Dabei wird die verteilte Hashtabelle verwendet. Aus einer Komponente der ermittelten Menge der weiteren Komponenten werden dann die Fehler und/oder Diagnosedaten Il ausgelesen S123.
Fig. 2 zeigt ein beispielhaftes System, in dem das beschrie- bene Verfahren beispielhaft für eine verteilte Speicherung von Störschrieben als für Komponenten relevanten Fehler und/oder Diagnosedaten anwendbar ist, wobei das System ein Umspannwerk mit Feldgeräten 21, 22, 23, 24 in Unterstationen darstellt .
Die Automatisierung eines Umspannwerks kann grob in zwei Ebenen geordnet werden: Die Kontrollebene und die Feldebene. Während der Kontrollebene hauptsächlich Rechnereinheiten zur Steuerung und Überwachung zugeordnet sind, befinden sich in der Feldebene Sensoren, Schalter und Schutzgeräte 21, 22, 23, 24, welche die Prozessanbindung sicherstellen. Sämtliche an Schalt- und Schutzvorgängen beteiligten Geräte 21, 22, 23, 24 verfügen über so genannte Ereignisspeicher, welche zur Archivierung von vollzogenen Schaltvorgängen bzw. aufgetretenen Fehlern dienen. Ereignisse werden direkt oder in komprimierter Form zur Leitstelle übertragen, wo sie weiterverarbeitet und archiviert werden. In Fällen von Fehlfunktionen generie- ren die Feldgeräte 21, 22, 23, 24 so genannte Störschriebe, die Fehlerdaten mit einer Frequenz von 1 Kilohertz über 8 Sekunden aufzeichnen. Die typische Größe eines Störschriebs liegt zwischen IMByte und 10 MByte. Störschriebe werden zunächst lokal in den Feldgeräten 21, 22, 23, 24 gespeichert und dann zu einem späteren Zeitpunkt vom Netzwerkleitsystem ausgelesen .
In schwerwiegenden Fehlerfällen kann der Fehlerspeicher beschädigt werden, bevor die Daten vom Netzleitsystem abgerufen werden können, so dass nicht mehr eindeutig nachvollzogen werden kann, welche Ereignisse stattgefunden haben bzw. welche Fehler aufgetreten sind.
Fig. 3 zeigt Geräte 21, 22, 23, 24 der Feldebene eines Um- spannwerks mit den ihnen zugewiesenen Indizes Id-I, Id-5, Id- 16, Id-225 in einem Informationsraum zur Informationsverwaltung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bilden die Feldgeräte 21, 22, 23, 24 einer Unterstation ein Peer to Peer- (P2P-) Netzwerk. Fehler- und Zustandsdaten, das heißt Schaltlogs und Störschriebe, werden über das P2P-Netzwerk verteilt gespeichert. Diese Daten werden dabei redundant abgelegt, so dass bei Ausfall eines Geräts 21, 22, 23, 24 dessen Daten nicht verloren gehen, sondern von anderen Geräten 21, 22, 23, 24 bezogen werden können. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die weiteren Komponenten 22 und 24 als die für die Komponente 23 relevante Fehler und/oder Diagnosedaten speichernde Komponenten ausgewählt. In diesem Fall ist eine zweifache Redundanz der Spei- cherung der relevanten Fehler und/oder Diagnosedaten gewährleistet. Die Schaltlogs und Störschriebe der Komponente 23 werden also in den Komponenten 22 und 24 gespeichert. Die Größe der Menge weiterer Komponenten, das heißt der Grad der Redundanz, ist im vorliegenden Verfahren vorgebbar.
Im Fall des Ausfalls einer Komponente 23 wird mittels des beschriebenen Verfahrens anhand der gespeicherten Hashtabelle die in den weiteren Komponenten 22 und 24 redundant gespeicherte Fehler und/oder Diagnosedaten ermittelt und zur Feh- lerdiagnose und -behebung verwendet.
Einheiten aus der Kontrollebene können ebenfalls zur weiteren Stabilisierung in das P2P-System miteinbezogen werden. Deren Vorhandensein ist aber nicht zwingend erforderlich.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Fehlererfassung in einem vernetzten eingebetteten System mit einer Vielzahl an Komponenten. Dabei werden für eine Komponente relevante Fehler und/oder Diagnosedaten in einer Menge weiterer Komponenten des vernetzten eingebetteten Systems gespeichert und bei Bedarf (z.B. bei Eintritt einer Störung, eines Fehlers oder eines Ausfalls) ermittelt. Dieses Verfahren insbesondere zum Auffinden von Fehler- und/oder Diagnosedaten einer ausgefallenen Komponente eines vernetzten einge- betteten Systems verwendet.
Obwohl die Erfindung oben mit Bezug auf die Ausführungsbeispielen gemäß der beiliegenden Zeichnungen erklärt wird, ist es ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern innerhalb des Bereichs der oben und in den anhängigen Ansprüchen offenbarten erfinderischen Idee modifiziert werden kann. Es versteht sich von selbst, dass es noch weitere Ausführungsbeispiele geben kann, die den Grundsatz der Erfindung darstellen und äquivalent sind, und dass somit verschiedene Modifikationen ohne Abweichen vom Umfang der Erfindung implementiert werden können.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Fehlererfassung in einem vernetzten eingebetteten System mit einer Vielzahl an Komponenten, wobei das Verfahren aufweist:
Speichern von für eine Komponente relevanten Fehler- und/oder Diagnosedaten in einer Menge weiterer Komponenten des vernetzten eingebetteten Systems; und
Ermitteln der für die Komponente relevanten Fehler- und/oder Diagnosedaten in der Menge weiterer Komponenten des vernetzten eingebetteten Systems.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die für die Komponente relevanten Fehler- und/oder Diagnosedaten in der Menge weite- rer Komponenten redundant gespeichert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Größe der Menge weiterer Komponenten vorgegeben wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in den Komponenten des vernetzten eingebetteten Systems eine Indexstruktur implementiert ist, und wobei das Verfahren aufweist :
Ermitteln eines Hashwertes mittels eines Schlüssels der Komponente;
Ermitteln der Menge der weiteren Komponenten unter Verwendung des Hashwertes; und
Speichern des Hashwertes als Index für die Komponente und der ermittelten Menge der weiteren Komponenten in der Indexstruktur.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Indexstruktur als eine Hashtabelle implementiert ist.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln der für die Komponente relevanten Fehler- und/oder Diagnosedaten aufweist: Ermitteln des Hashwertes mittels des Schlüssels der Komponente;
Erfassen der Menge der weiteren Komponenten unter Verwendung des Hashwertes; und - Auslesen der für die Komponente relevanten Fehler- und/oder Diagnosedaten aus einer weiteren Komponente der ermittelten Menge der weiteren Komponenten.
7. Verwenden des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Auffinden von Fehler- und/oder Diagnosedaten einer ausgefallenen Komponente eines vernetzten eingebetteten Systems.
8. Verwenden nach Anspruch 7, wobei jede der Komponenten des vernetzten eingebetteten Systems ausgestaltet ist, mittels eines zyklischen Sendens von Nachrichten an zumindest eine vorbestimmte Komponente des vernetzten eingebetteten Systems einen eigenen aktuellen Zustand anzuzeigen, wobei eine Komponente, die innerhalb eines Zeitabschnitts keinen eigenen aktuellen Zustand anzeigt, als die ausgefallene Komponente identifiziert wird.
9. Komponente eines vernetzten eingebetteten Systems, die ausgestaltet ist, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen .
10. Komponente nach Anspruch 9, wobei die Komponente ausgestaltet ist, nach einem der Ansprüche 8 oder 9 verwendet zu werden .
11. Komponente nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Komponente derart ausgestaltet ist, dass für diese Komponente relevante Fehler- und/oder Diagnosedaten in zumindest einer weiteren Komponente des vernetzten eingebetteten Systems gespeichert sind.
12. Komponente nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Komponente zumindest eine Speichereinrichtung zum Speichern von für zumindest eine zweite Komponente relevanten Fehler- und/oder Diagnosedaten aufweist.
13. Computerprogramm, das eine Kodierung aufweist, die ausge- bildet ist, Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche
1 bis 6 auszuführen.
14. Computerprogramm nach Anspruch 13, wobei das Computerprogramm auf einem Datenträger gespeichert ist.
15. Datenträger, der ein Computerprogramm nach Anspruch 13 aufweist .
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