(57)【要約】  本発明は通信システム（１）の加入者装置（３）のバスコントローラ（６）にローカルに割り当てられた監視ユニット（９）と、複数の加入者装置（３）によるデータバス（２）へのアクセスを監視および制御する通信システム（１）の中央監視ユニット（１１）とに関する。上記監視概念の重要な特徴は、前記監視ユニット（９）が加入者装置（３）の通信コントローラ（６）のローカルタイムベースから独立した個別のタイムベースを有しており、これら個別のタイムベースが通信システムのグローバルタイムベースと同期していることである。前記した個別のタイムベースは通信コントローラ（６）および／またはバスドライバ（８）のデータバス（２）へのアクセス権限を監視および／または制御するために監視ユニット（９）内で使用される。こうして、加入者装置（３）間の送信の衝突、特に１つまたは複数の加入者装置（３）における恒常的な雑音に起因する送信の衝突が高い信頼性をもって検出および防止される。
2009521152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信システム（１）の加入者装置（３）のバスコントローラ（６）にローカルに割り当てられた監視ユニット（９）であって、当該監視ユニット（９）はデータバス（２）へのアクセスを所定のプロトコルに従って監視および／または制御するものであり、前記バスコントローラ（６）はバスドライバ（８）を介して前記データバス（２）にアクセスし、当該監視ユニット（９）は前記バスドライバ（８）のアクセス権限をプロトコル仕様に従って監視および制御するものである形式の監視ユニット（９）において、当該監視ユニット（９）は、前記バスドライバ（８）を介して前記データバス（２）に接続されており、前記データバス（２）と前記バスドライバ（８）を介して受信したメッセージを復号するためのデコーダユニット（１９）と、発振器端子（２０）と、当該監視ユニット（９）のローカルクロックを同期させるためのクロック同期ユニット（２３）と、受信されるメッセージと通信ラウンドとの間の時間的関係をプロトコル仕様に従って組み立てるバスアクセス制御ユニットと、通信スケジュールに従って与えられる前記ローカルバスコントローラ（６）の送信情報と、予定された送信情報と実際のバスアクセスとのズレを当該監視ユニット（９）の同期したローカルクロックに基づいて求める比較ユニット（２５）を有している、ことを特徴とする監視ユニット（９）。
【請求項２】
前記発振器端子（２０）はビット復号を可能にする、請求項１記載の監視ユニット（９）。
【請求項３】
前記クロック同期ユニット（２３）は前記監視ユニット（９）のローカルクロックを前記通信システム（１）の同期化されたグローバルタイムベースに同期させる、請求項１または２記載の監視ユニット（９）。
【請求項４】
前記クロック同期ユニット（２３）は前記監視ユニット（９）のローカルクロックを前記データバス（２）と前記バスドライバ（８）を介して受信した同期化メッセージ（Ｓ）に依存して同期させる、請求項３記載の監視ユニット（９）。
【請求項５】
前記クロック同期ユニット（２３）は前記監視ユニット（９）のローカルクロックを同期させるためにオフセット補正および／またはレート補正を行う、請求項１から４のいずれか１項記載の監視ユニット（９）。
【請求項６】
前記監視ユニット（９）は通信スケジュールに従って与えられる前記ローカルバスコントローラ（６）の送信情報を前記バスコントローラ（８）からの相応の信号（１４）という形で受信する、請求項１から５のいずれか１項記載の監視ユニット（９）。
【請求項７】
通信スケジュールに従って与えられる前記ローカルバスコントローラ（６）の送信情報は前記監視ユニット（９）内に格納されている、請求項１から５のいずれか１項記載の監視ユニット（９）。
【請求項８】
前記監視ユニット（９）はＦｌｅｘＲａｙ通信システム（１）のバスガーディアンとして形成されている、請求項１から７のいずれか１項記載の監視ユニット（９）。
【請求項９】
データバス（２）を含む通信システム（１）の加入者装置（３）であって、当該加入者装置（３）はバスコントローラ（６）とバスドライバ（８）を有しており、前記バスコントローラ（６）は前記バスドライバ（８）を介して前記データバス（２）に接続されており、当該加入者装置（３）は前記バスコントローラ（６）に割り当てられた監視ユニット（９）を有しており、該監視ユニット（９）は前記バスドライバ（８）の前記データバス（２）へのアクセス権限を所定のプロトコル仕様に従って監視および／または制御するものである形式の加入者装置（３）において、前記監視ユニット（９）は、前記バスドライバ（８）を介して前記データバス（２）に接続されており、前記データバス（２）と前記バスドライバ（８）を介して受信したメッセージを復号するためのデコーダユニット（１９）と、発振器端子（２０）と、前記監視ユニット（９）のローカルクロックを同期させるためのクロック同期ユニット（２３）と、受信されるメッセージと通信ラウンドとの間の時間的関係をプロトコル仕様に従って組み立てるバスアクセス制御ユニットと、通信スケジュールに従って与えられる前記ローカルバスコントローラ（６）の送信情報と、予定された送信情報と実際のバスアクセスとのズレを前記監視ユニット（９）の同期したローカルクロックに基づいて求める比較ユニット（２５）を有している、ことを特徴とする加入者装置（３）。
【請求項１０】
前記監視ユニット（９）は請求項２から８のいずれか１項に従って形成されたものである、請求項９記載の加入者装置（３）。
【請求項１１】
通信システム（１）の複数の加入者装置（３）による前記通信システム（１）のデータバス（２）へのアクセスを監視および制御するための前記通信システム（１）の中央監視ユニット（１１）であって、前記加入者装置（３）は各々バスコントローラ（６）とバスドライバ（８）を有しており、前記バスコントローラ（６）は前記バスドライバ（８）を介して前記データバス（２）に接続されており、前記監視ユニット（９）は前記通信システム（１）の複数の加入者装置（３）のバスドライバ（８）の前記データバス（２）へのアクセス権限を所定のプロトコル仕様に従って監視および／または制御するものである形式の中央監視ユニット（１１）において、当該中央監視ユニット（１１）は、前記バスドライバ（８）を介して前記データバス（２）に接続されており、前記データバス（２）と前記バスドライバ（８）を介して受信したメッセージを復号するためのデコーダユニット（１９）と、発振器端子（２０）と、前記監視ユニット（９）のローカルクロックを同期させるためのクロック同期ユニット（２３）と、受信されるメッセージと通信ラウンドとの間の時間的関係をプロトコル仕様に従って組み立てるバスアクセス制御ユニットと、通信スケジュールに従って与えられる前記ローカルバスコントローラ（６）の送信情報と、予定された送信情報と実際のバスアクセスとのズレを前記監視ユニット（９）の同期したローカルクロックに基づいて求める比較ユニット（２５）を有している、ことを特徴とする中央監視ユニット（１１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信システムの加入者装置のバスコントローラにローカルに割り当てられた監視ユニットであって、データバスへのアクセスを所定のプロトコルに従って監視および制御する形式のものに関する。バスコントローラはバスドライバを介してデータバスにアクセスし、監視ユニットはバスドライバのアクセス権限をプロトコル仕様に従って監視および制御する。
【０００２】
本発明はまたデータバスを包摂する通信システムの加入者装置にも関する。加入者装置はバスコントローラとバスドライバを有し、バスコントローラはバスドライバを介してデータバスに接続されている。加入者装置はさらにバスコントローラに割り当てられた監視ユニットを有しており、この監視ユニットがバスドライバのデータバスへのアクセス権限を所定のプロトコル仕様に従って監視および制御する。
【０００３】
最後に、本発明は通信システムの複数の加入者装置によるデータバスへのアクセスを監視および制御する通信システムの中央監視ユニットにも関する。各加入者装置はバスコントローラとバスドライバを有し、バスコントローラはバスドライバを介してデータバスに接続されている。監視ユニットは通信システムの複数の加入者装置のバスドライバのデータバスへのアクセス権限を所定のプロコル仕様に従って監視および制御する。
【０００４】
従来技術
制御装置、センサ系およびアクチュエータ系を通信システムまたはデータ伝送システムと通信コネクションとによって例えばバスシステムやデータバスの形態でネットワーク化することは、近年、現代の自動車においてだけでなく、例えば機械製造、特に工作機械分野における機械製造とオートメーションにおいても劇的に増えている。さらに通信システムの複数の加入者装置、例えば制御装置の機能を分散させれば、相乗効果を得ることもできる。これがいわゆる分散システムである。
【０００５】
このような通信システムでは、種々の加入者装置の間の通信はますますバスシステムを介して行われるようになってきている。バスシステム上の通信トラフィック、アクセス機構および受信機構ならびにエラー処理はプロトコルを介して制御される。例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）、ＴＴＣＡＮ（Time Triggered CAN）、ＴＴＰ／Ｃ（Time Triggered Protocol Class C）およびＦｌｅｘＲａｙプロトコルが周知のプロトコルである。なお、ＦｌｅｘＲａｙプロトコルは現在、ＦｌｅｘＲａｙプロトコル仕様ｖ２．１に準拠している。ＦｌｅｘＲａｙは高速かつ決定論的なフォルトトレラントバスシステムであり、特に自動車で使用される。ＦｌｅｘＲａｙは時分割多元接続（ＴＤＭＡ）の原理に従って動作する。加入者装置または伝送すべきメッセージには固定タイムスロットが割り当てられ、この固定タイムスロットにおいて通信コネクションへの排他的なアクセスが行われる。タイムスロットは一定のサイクルで繰り返すので、メッセージがバスを介して伝送される時点は正確に予測することができ、バスアクセスは決定論的に行われる。
【０００６】
バスシステム上でのメッセージ伝送のための帯域幅を最適に利用するため、ＦｌｅｘＲａｙは通信システムを静的部分と動的部分とに、すなわち、スタティックセグメントとダイナミックセグメントとに分割する。固定タイムスロットはバスサイクルの始めのスタティックセグメントにある。ダイナミックセグメントでは、動的にタイムスロットが設定される。動的に設定されたタイムスロットでは、それぞれ短時間だけ、すなわち、いわゆるミニスロットの少なくとも１つ分の期間だけ、排他的なバスアクセスが可能となる。ミニスロット内でバスアクセスが行われる場合にのみ、タイムスロットはアクセスに要する時間だけ延長される。これにより、帯域幅は実際に必要なときにだけ消費される。ＦｌｅｘＲａｙは１つの線路または物理的に分離された２つの線路を介してそれぞれ最大１０Ｍビット／秒で通信する。上記の２つのチャネルは物理層に、特にいわゆるＯＳＩ（Open System Architecture）レイヤモデルの物理層に相当する。これらのチャネルは主に冗長性のある、したがってまたフォルトトレラントなメッセージ伝送に使用されるが、異なるメッセージを伝送することもでき、それによってデータ速度を２倍にすることもできる。また、接続線路を介して伝送される信号を上記２つの線路を介して伝送される信号の差信号として生成することも考えられる。物理層は、線路を介した信号の電気的および光学的伝送、または、例えば無線などの他の経路による伝送を可能にするよう形成されている。
【０００７】
機能の同期化を実現するため、ならびに、２つのメッセージの間の間隔を狭くすることで帯域幅を最適化するために、加入者装置は通信ネットワーク内に共通の時間基準、いわゆるグローバルタイムを必要とする。加入者装置のローカルクロックを同期させるために、同期化メッセージがサイクルのスタティックセグメントで伝送される。その際、ＦｌｅｘＲａｙ仕様に準拠した特別なアルゴリズムによって、すべてのローカルクロック（ローカルタイムベース）がグローバルクロック（グローバルタイムベース）に同期して進行するように、加入者装置のローカルクロックが補正される。
【０００８】
公知の種々の通信システムには、アクセスの衝突を避けるまたは解消する機構が存在している。ＣＡＮでは、例えば、いわゆるビット単位アービトレーションが使用される。これは非常にロバストである。しかし、遅延現象によって最大伝送速度は原理的に制限されている。時間制御された通信システムでは、アクセス問題は定式化とコンフィギュレーションとによって解決され、衝突はオフラインですでに回避される。ただし、ネットワーク全域で有効性を有する時間（ＦｌｅｘＲａｙの場合であれば、グローバルタイムベース）の共通理解が前提である。しかし、通常、これらのシステムでは、アクセスを防止することができないため、エラー時にアクセス衝突を処理する機構は存在していない。それゆえ、例えばＴＴＰ／ＣやＦｌｅｘＲａｙなどの様々な通信システムでは、補助的な監視ユニットとして、データバスへの物理的アクセスを予め設定した期間にだけ許可する、いわゆるバスガーディアン（ＢＧ：バス監視）を導入することが知られている。このため、アクセス衝突はエラー時でも解決ないし回避可能である。
【０００９】
時間制御されたバスアクセスとＣＡＮの組合せであるＴＴＣＡＮでは、衝突はビット単位アービトレーションにより解消される。しかし、ＴＴＣＡＮでは、（時間的に）正しくないメッセージ内容が供給される可能性がある。したがって、スタティックウィンドウ（いわゆるStatic Window）においてメッセージにバスガーディアンを使用することは、例えばＸ−ｂｙ−Ｗｉｒｅシステムのような安全性に関連するシステムのＴＴＣＡＮの場合には有効でありうる。
【００１０】
最新の構想では、ローカルバスガーディアンはバスコントローラのクロックパルスを受け、バスコントローラのラウンド情報を監視機能に利用する。現行のＦｌｅｘＲａｙプロトコル仕様ｖ２．１では、通信プロトコルまたは通信コントローラの時間的監視に関して制限的な構想が描かれている。この提案された構想では、ローカルＦｌｅｘＲａｙ通信コントローラのマクロティック（ＭＴ）がこのコントローラのローカルバスガーディアンをクロック制御する。送信アクションを伴うタイムスロットは通信コントローラから補助的にＡＲＭ信号により通知される。監視すべきＦｌｅｘＲａｙ通信コントローラのタイミング（時間的動作）はＲＣ発振器だけを用いて大まかに監視されるか（始めのうちはおよそ３０％からのズレが認識される）、または、同様に高い分解能を持つ水晶発振器も補助的に用いて監視される。
【００１１】
しかし、基本的に、マクロティック供給とＡＲＭ信号とによりローカル通信コントローラの小さなクロックドリフトがバスガーディアンに伝達されてしまうという問題は依然として残る。このことは、つまり、プロトコル仕様ｖ２．１に準拠したＦｌｅｘＲａｙ通信コントローラのクロック補正（ローカルタイムベースをグローバルタイムベースに同期させるため）の動作にエラーがあるか、または、クロック補正のための制御レジスタの調整にエラーがあって、しかもエラーが未発見である場合には、ローカル通信コントローラは残りの通信ネットワークに比べてドリフトするということを意味している。メッセージを送信するためのタイムスロットは時間とともにネットワーク内の他の加入者装置のタイムスロットにずれ込むが、ローカルバスガーディアンがこの状況を把握し、相応の措置をとることはできない。この問題のケースは特にＦｌｅｘＲａｙとＴＴＣＡＮにおいて生じる。
【００１２】
問題のある別のケースは、加入者装置のローカルタイムを通信システムのグローバルタイムと同期して進ませるためのローカルタイムのオフセット補正に関する。オフセット補正は例えばＴＴＣＡＮ、ＴＴＰ／ＣおよびＦｌｅｘＲａｙで行われる。ＦｌｅｘＲａｙの場合、オフセット補正は通信サイクルの終わりにあるローカル通信コントローラのいわゆるネットワークアイドルタイム（ＮＩＴ）の間に行われる。通信ラウンドの終わりにオフセットを補正すれば、予め指定された限界内でローカルラウンドが短縮され、２重ラウンドの終わりにオフセットを補正すれば、予め詳細に設定された限界内でローカルラウンドが延長される。補正のため、次の通信ラウンドはいわゆる数マイクロティック（μT）分だけ早くまたは遅く開始する。ローカルバスガーディアンはこのオフセット補正を許可しなければならない。タイマー監視はこれを受容しなければならない。ただし、バスガーディアンの場合には、次の通信ラウンドに対してオフセット補正が及ぼす影響に関する情報が存在しない。また、この場合、種々の加入者装置の送信タイムスロットが重複することもあり得る。重複の確率はラウンド数が増大するにつれて大きくなる。
【００１３】
ＦｌｅｘＲａｙプロトコル仕様ｖ２．１に準拠したバスガーディアンの構想は、上述のエラーケースは恒常的な雑音のため低い確率でしか発生しないこと、または、これらの妨害もしくはエラーは加入者ホストでの補助的な措置ないしは補完的な機能によって識別することができるという仮定に基づいている。
【００１４】
上記した２つの問題ケースでは、通信コントローラの恒常的な雑音が存在する。これに対して、内発的なエラーはこのような状況をもたらさない。というのも、通信プロトコル自体が適切な補正措置を含んでいる、または、内発的なエラーを検出、補正および除去するエラー処理措置を備えているからである。
【００１５】
上に説明した従来技術を踏まえて、本発明の課題は、通信の際の恒常的な雑音も検出し、場合によっては補正または除去することができるように公知の監視概念を拡張することである。
【００１６】
冒頭に述べた形式のローカル監視ユニットを前提として、
−  バスドライバを介してデータバスに接続されている、
−  データバスとバスドライバを介して受信されたメッセージを復号するデコーダユニットを有している、
−  発振器端子を有している、
−  監視ユニットのローカルクロックを同期させるクロック同期ユニットを有している、
−  受信されるメッセージと通信ラウンドの間の時間的関係をプロトコル仕様に従って組み立てるバスアクセス制御ユニットを有している、
−  通信スケジュールに従って与えられるローカルバスコントローラの送信情報を有している、
−  予定された送信情報とバスコントローラまたはバスドライバの実際のバスアクセスとのズレを監視ユニットの同期したローカルクロックに基づいて求める比較ユニットを有している、監視ユニットを提案する。
【００１７】
ローカル監視ユニットがバスドライバを介してデータバスに接続されていることによって、データバスを介して伝送されるメッセージはバスコントローラ（ＦｌｅｘＲａｙの場合には通信コントローラ）からだけでなく、監視ユニットからも受信することができる。監視ユニットから受信したメッセージは通信システムで使用されているプロトコル仕様に従ってデコーダユニットにより復号することができる。メッセージの受信と復号というこれら２つの措置により、本発明によるローカル監視ユニットは、データバスを介して送信される同期化メッセージ（いわゆるシンクフレーム）を受信および理解することが可能である。監視ユニットはローカルバスコントローラから完全に独立した固有のクロックパルスを発振器端子を介して受け取る。クロック同期ユニットは論理回路であり、ローカル監視ユニットは、このクロック同期ユニットのおかげで、通信システムで使用されるプロトコル仕様に従ってグローバルに同期したタイムベースを構築することができる。ローカル監視ユニットでは、受信、復号および評価された同期化メッセージが認識され、ローカル監視ユニットの内部補正ないしレート補正およびオフセット補正に引き渡される。バスアクセス制御ユニットは、同期化メッセージの受信と通信ラウンドとの間の時間的関係を使用されるプロトコル仕様に従って組み立てることのできる論理回路である。バスアクセス制御ユニットはメディアアクセスコントロール（ＭＡＣ）とも呼ばれる。ローカル監視ユニットの比較ユニット（いわゆるコンパレータ）は、ローカル監視ユニットのクロック信号ないしはこの信号から導出されるバスコントローラの予定された送信情報とバスコントローラの実際のバスアクセスとの間の差を求める。このような差が確認されると、有利には、ローカル監視ユニットのいわゆるフェイルサイレント動作がトリガされ、ローカルバスコントローラの送信が回避される。
【００１８】
本発明によるローカル監視ユニットはバス監視器またはバスガーディアン（ＢＧ）とも呼ばれる。本発明による監視ユニットの基本的機能は、ローカルバスコントローラないしはバスコントローラのローカルタイムベースから完全に独立して、グローバルタイムと同期する固有のローカルタイムベースを形成することである。監視ユニットのローカルタイムベースと割り当てられたバスコントローラのローカルタイムベースの間の整合性を検査することで、アクセスエラー、特に恒常的な雑音に起因するアクセスエラーは、ラウンド数が増大しても、確実かつ高い信頼性をもって識別することができる。本発明によれば、冒頭で述べたエラーケース、特に恒常的な雑音に起因するエラーケースから保護され、加入者装置全体のフェイルサイレント動作を達成することができる。
【００１９】
本発明は従来知られた通信システムで使用されている公知のバスガーディアン構想の概念的な弱点をなくすものである。本発明によれば、バスガーディアン構想のコスト最適な実装が可能である。というのも、本発明によるローカル監視ユニットには、同期化メッセージの受信、復号および評価に必要なロジック部品と機能しか設けられていないからである。使用される部品はすべて通信システムの他の箇所で使用されているそれ自体公知の素子であり、特に有利には、本発明による監視ユニットに組み込まれる。ローカル監視ユニットに付加的に組み込まれるこれらの部品は、そのまま通信システムの他の領域でも、例えばバスコントローラでも使用することができるので、これらの部品の個数は多くなり、結果として製造時の信頼性が高くなり、単価が下がる。さらに、本発明のコンセプトは通信システムのいわゆる監視コンピュータに問題なく組み入れることができる。このような中央監視ユニットは通信システムの個々の加入者装置には割り当てられておらず、むしろ通信システムの複数の加入者装置によるデータバスへのアクセスを監視し、制御する。監視コンピュータというコンセプトの利点は、各加入者装置が個別のバスガーディアンを必要とするのではなく、バスガーディアンの機能を１つまたは複数の少数の監視コンピュータに組み込むことができることにある。
【００２０】
本発明の有利な実施例は従属請求項から従う。請求項６によるローカル監視ユニットの使用は、特に、通信コントローラがＡＲＭ信号を介して通信サイクルの開始をローカルバスガーディアンに通知するＦｌｅｘＲａｙ通信システムに適している。請求項７による実施例は、例えばＴＴＣＡＮ通信システムなど、ローカルバスコントローラの送信情報を前もってバスガーディアンに格納しておくことができる、ＦｌｅｘＲａｙ通信システム以外の通信システムに適している。格納された送信情報は例えばＡＲＭ信号の生成のために参照することができる。ラウンドの同期は参照メッセージを介して達成ないしは妥当化される。
【００２１】
図面
以下では、本発明の有利な実施例および本発明の他の利点を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
図１ａは、第１の有利な実施形態による本発明の通信システムの簡略化されたトポロジーを示す。
【００２３】
図１ｂは、別の有利な実施形態による本発明の通信システムの簡略化されたトポロジーを示す。
【００２４】
図２は、公知のバスガーディアン設計による通信システムの従来技術から公知の加入者装置を示す。
【００２５】
図３は、図２の公知の加入者装置においてバスガーディアンがバスコントローラのアクセス権限を制御するために使用するイネーブル信号の推移を示す。
【００２６】
図４は、有利な実施形態に従った新規なバスガーディアン構想による本発明の加入者装置を示す。
【００２７】
図５は、図１ａおよび１ｂによる通信システムのデータバスを介した通信の一部分の推移を示す。
【００２８】
実施例の説明
以下では、ＦｌｅｘＲａｙ通信システムを例にとり、本発明を例示的に説明する。しかし、当然のことながら、本発明はすでに他のバスガーディアン構想を採用している他の通信システムにも、または、本発明によるバスガーディアン構想が有効および／または利点となる他の通信システムにも適用可能である。
【００２９】
図１では、それ自体公知のＦｌｅｘＲａｙ通信システムの簡略化されたトポロジーの全体が参照番号１で示されている。通信システム１は物理層を含んでいる。この物理層は、いまのケースでは、導電性の２つの線路をもつデータバス２として形成されている。もちろん、物理層はライトガイドによって実現することも、無線で実現することもできる。同様に、２つの別個の伝送チャネルを設けるのではなく、ただ１つのチャネルを設けることも考えられる。データバス２には複数のＦｌｅｘＲａｙ加入者装置３が接続されている。なお、このＦｌｅｘＲａｙ加入者装置３は制御装置またはホストとも呼ばれる。しかし、厳密には、ホストはさらに図１ａにおいて参照番号４で表されているマイクロコントローラを含む。したがって、加入者装置３とマイクロコントローラ４が共同で本来のホスト５を形成する。
【００３０】
ＦｌｅｘＲａｙ通信システムの加入者装置はそれぞれ１つのＦｌｅｘＲａｙ通信コントローラ６（いわゆるCommunication Controller）を含んでおり、このＦｌｅｘＲａｙ通信コントローラ６が、データバス２を介して伝送すべき情報７をマイクロコントローラ４から受信し、通信システム１で使用されるプロトコル仕様に従って、図示の例ではＦｌｅｘＲａｙプロトコル仕様ｖ２．１に従って、データバス２を介した伝送に相応しいデータフォーマットに変える。正しいデータ形式の情報７は加入者装置３のＦｌｅｘＲａｙバスドライバ８（いわゆるBus Driver）に伝送され、バスドライバ８はこの情報７を、必要に応じ、使用されるプロトコル仕様に従ってデータバス２を介した伝送に必要な形式に変える。
【００３１】
例えば、通信システム１の安全性関連のアプリケーションにおいて、常時送信する故障した加入者装置３（いわゆるbabbling idiot）によるデータバス２の閉塞を防ぐために、加入者装置３には、通信コントローラ６のアクセス権限を監視および制御するバス監視器９（いわゆるバスガーディアン）が設けられている。バスドライバ８は、割り当てられたバスガーディアン９が相応のイネーブル信号（いわゆるEnable-Signal）１０を受け取ったときにのみ、情報またはデータパケットをデータバス２に印加する。
【００３２】
図１のＦｌｅｘＲａｙ通信システム１のトポロジーは特に単純である。もちろん、データバス２のトポロジーはリング形または星形に形成してもよい。同様に、より長い経路を介してデータパケットを伝送するために、例えばアクティブスターの構成要素などの増幅素子をデータバス構造２に配置することも考えられる。
【００３３】
図１ｂには、同様に公知のＦｌｅｘＲａｙ通信システム１の別のトポロジーが示されている。このトポロジーは、通信システム１の加入者装置３がそれぞれ個別にバスガーディアンを備えているのではないという点で、図１ａから知られているトポロジーとは異なっている。むしろ、図１ｂに示されている実施形態では、バスガーディアン機能が個々の加入者装置３からただ１つの監視コンピュータ１１にまとめられている。また、監視コンピュータ１１は通信コントローラ６とバスドライバ８を使用することができるため、データバス２を介して情報を送受信することができる。監視コンピュータ１１の拡張されたバスガーディアン機能（Extended Bus Guardian，ＢＧＸ）は参照番号１２で表されている。監視コンピュータ１１は有利にはデータバス２の他にさらに別の通信コネクション（図示せず）を介して加入者装置３と接続さされているため、加入者装置３のうちの１つが常時送信することでデータバス２を塞いでしまい、データバス２が残りの加入者装置３と監視コンピュータ１１がそれぞれデータ伝送をすることができなくなってしまった場合でも、監視コンピュータ１１は加入者装置３を制御し、場合によってはその送信アクションを中断させることができる。監視コンピュータ１１は各加入者装置３の送信アクションに関する情報を有しており、加入者装置３の送信アクションを監視し、加入者装置３を制御する。
【００３４】
図２には、公知のバスガーディアン構想に従った従来技術から公知のＦｌｅｘＲａｙ加入者装置３が示されている。ＦｌｅｘＲａｙプロトコル仕様ｖ２．１に記載されている構想は通信プロトコルまたは通信コントローラ６の時間的監視に関するものに限定されている。公知の監視概念に従った加入者装置３では、バスガーディアン９が通信コントローラ６から受け取った補正されたマクロティック（ＭＴ）信号１３から自らのタイムベースを導出する。さらに、送信アクションを伴うタイムスロット（図３のタイムスロット＃２）が通信コントローラ６のＡＲＭ信号１４によって通知される。ＡＲＭ信号１４は通信サイクルの開始の同期または通信サイクルの送信スロットの同期に使用される。監視すべきＦｌｅｘＲａｙ通信コントローラ６の時間的推移（いわゆるタイミング）はＲＣ発振器１５だけを用いて大まかに監視されるか、同様に高い分解能をもつ水晶発振器も補助的に使用して監視される。ＲＣ発振器１５はマクロティック信号１３の大まかな監視のみを可能にするものであるため、信号が２０〜３０％を超える偏差を示さないと、偏差は認識されない。
【００３５】
したがって、バスガーディアン９のタイムベースは通信コントローラ６のタイムベースから独立しているのではなく、マクロティック信号１３に依存している。このＲＣ発振器１５による信号１３の監視によっては、通信コントローラ６のタイムベースの完全な独立性を達成することはできない。通信コントローラ６がデータバス２を介してバスドライバ８に伝送するデータは図２では参照番号１６で示されている。データ１６はバスドライバ８を介してデータバス２に印加される。しかし、バスドライバ８の行動は、バスガーディアン９がイネーブル信号１７をバスドライバ８に印加することによってバスドライバ８のアクセス権限を確認した場合にのみ、バスドライバ８がデータバス２にデータ１６を印加することができるという形でバスガーディアン９によって監視および／または制御される。
【００３６】
公知の監視概念は、特に恒常的な雑音が存在し、この雑音が通信コントローラ６における誤差または不正確さに起因して加入者装置３の送信タイムスロットを通信サイクルの残りの加入者装置３の別の送信スロットに忍び込ませてしまうような場合に弱点を有する。タイミングにおけるこのような忍び込みエラーは通信システム１の通信スケジュールに反するが、公知の概念では識別することができない。それゆえ、例えば、マクロティック供給１３とＡＲＭ信号１４とによりローカル通信コントローラ６の最小クロックドリフトがバスガーディアン９に伝送されてしまう可能性があるという問題が存在する。つまり、プロトコル仕様ｖ２．１によるＦｌｅｘＲａｙ通信コントローラ６のクロック補正の動作にエラーがあるか、または、クロック補正のために参照される通信コントローラ６の制御レジスタの調整にエラーがあって、しかもエラーが未発見である場合には、ローカル通信コントローラ６およびローカルバスガーディアン９は残りの通信ネットワーク１に比べてドリフトしてしまう。通信コントローラ６とバスガーディアン９は共にドリフトするので、バスガーディアン９も通信コントローラ６の送信アクションの通信スケジュールからのズレを識別することができない。加入者装置３の通信コントローラ６はローカルタイムベースに誤差または不正確さを有しているため、加入者装置３の通信サイクルの送信スロットは時間とともに通信ネットワーク１の別の加入者装置３の送信タイムスロットにずれ込み、しかもローカルバスガーディアン９がこの状況を把握して、相応の措置をとることができない。
【００３７】
別の問題ケースは、通信サイクルの終わりにあるローカル通信コントローラ６のいわゆるネットワークアイドルタイム（ＮＩＴ）の間のいわゆるオフセット補正期間である。オフセット補正期間はとりわけ加入者装置３のローカルタイムベースを通信システム１のグローバルタイムベースに同期させるために使用される。このような補正を行う際、指定された限界内で行うようにしてよい。その場合、後続の通信ラウンドは数マイクロティック（μＴ）分だけ早くまたは遅く開始される。ローカルバスガーディアン９はこのオフセット補正を許可しなければならない。タイマー監視はこれを受容しなければならない。ただし、次の通信ラウンドに対してオフセット補正が及ぼす影響に関してバスガーディアン情報は存在しない。また、この場合、送信タイムスロットが重複することもあり得る。このような重複の確率はラウンド数が増大するにつれて大きくなる。
【００３８】
図３には、図２に示されている公知の監視概念による公知の加入者装置３のイネーブル信号１７の推移が示されている。図示の加入者装置３は送信スロット＃２においてのみ送信するので、図示の加入者装置３に対するイネーブル信号１７は、送信スロット＃２の間中、バスドライバ８によるデータの送信を許可しなければならない。安全のため、イネーブル信号１７は送信スロット＃２の開始直前に「ディスエーブル」を「イネーブル」に切り換え、送信スロット＃２が終了していくらか時間が経過して初めて「イネーブル」を「ディスエーブル」に切り換える。
【００３９】
図４には、新規な監視概念を実現した本発明による通信システム１の加入者装置３が示されている。特に、本発明による加入者装置３のバスガーディアン９は本発明の実施のために特別に形成されている。その結果、公知の加入者装置３とは根本的に異なり、バスガーディアン９は通信コントローラ６のタイムベースから完全に独立した固有のローカルタイムベースを有している。このバスガーディアン９のローカルタイムベースはすべての加入者装置３のタイムベースと同じく通信システム１のグローバルタイムベースに同期される。バスドライバ８のアクセス動作の評価と制御は、本発明のローカルバスガーディアン９の独立したローカルタイムベースに基づいて行われる。
【００４０】
バスガーディアン９は新規な監視概念を実現するために基本的に以下の構成要素を含む。
−  バスドライバ８を介してバスガーディアン９をデータバス２に接続するために使用される端子１８。
−  データバス２とバスドライバ８を介して受信したメッセージを復号するデコーダユニット１９。
−  水晶発振器２１を接続することができ、バスガーディアン９にクロック信号２２を伝達することができる発振器端子２０。
−  データバス２を介して伝送される同期化メッセージをバスガーディアン９に通知して、バスガーディアン９のローカルクロックを通信システム１のグローバルタイムベースに同期させるクロック同期ユニット２３。
−  受信したメッセージと通信サイクルの間の時間的関係をＦｌｅｘＲａｙプロトコル仕様に従って組み立てるバスアクセス制御ユニット２４。
−  通信スケジュールに従って与えられるローカル通信コントローラ６の送信時点に関する情報。図４の実施例ではＡＲＭ信号１４を介して受信される。
−  ＡＲＭ信号１４による予定された送信情報と実際のバスアクセスとのズレをバスガーディアン９の同期されたローカルタイムベースに基づいて求める比較ユニット２５。
【００４１】
端子１８とデコーダユニット１９は、データバス２を介して伝送されるＦｌｅｘＲａｙデータフレーム、特に同期化メッセージ（いわゆるシンクフレーム）をバスドライバ８を介して受信できるようにするために必要とされる。これにより、クロック同期ユニット２３では、発振器２１のクロック信号２２を用いて、ＦｌｅｘＲａｙプロトコル仕様ｖ２．１の規則に準拠した固有のタイムベースが形成される。この固有のローカルタイムベースに基づいて、バスアクセス制御ユニット２４はローカル通信コントローラ６の整合性を検査する。なお、バスアクセス制御ユニット２４はメディアアクセスコントロール（ＭＡＣ）とも呼ばれる。コンパレータ２５はバスガーディアン９の拡張機能であり、ローカル通信コントローラ６の時間情報をバスガーディアン９の独立したローカルタイムベースに基づいて監視するためのものである。これにより、冒頭で述べたエラーケース、特に恒常的な雑音に起因するエラーケースから保護され、ホスト５全体のフェイルサイレント動作が達成される。
【００４２】
図５には、データバス２上の複数の通信サイクルが例として示されている。図示の例では、各通信サイクルは４つの送信スロット＃１〜＃４を含んでいる。図４の加入者装置３は送信スロット＃２においてデータバス２を介して送信することができる。このことは、つまり、イネーブル信号は少なくとも送信スロット＃２の持続時間全体にわたって「イネーブル」状態に置かれていなければならないことを意味する。先行するタイムスロット＃１と後続のタイムスロット＃３では、同期化メッセージＳがデータバス２を介して伝達される。加入者装置３はこの同期化メッセージＳを受信し、加入者装置３の通信コントローラ６でローカルタイムベースの同期化を行う際にこの同期化メッセージＳを参照する。本発明の監視概念では、同期化メッセージＳはさらにバスガーディアン９の同期のためにも使用される。このために、同期化メッセージＳは加入者装置３のバスドライバ８により受信され、接続線路（Ｓｙｎｃ）２６を介してバスガーディアン９の端子１８に印加される。バスガーディアン９では、同期化メッセージＳは上で説明したように復号され、通信コントローラ６のタイムベースから独立したバスガーディアン９固有のローカルタイムベースの同期化のために参照される。
【００４３】
本発明はＦｌｅｘＲａｙプロトコル仕様ｖ２．１および他のプロトコル仕様における公知のバスガーディアン構想の概念的な弱点を取り除く。本発明は必要とされるロジックと機能とについてのみバスガーディアン９を拡張するものであるから、コスト最適な実施が可能である。本発明のバスガーディアン９では、既存の通信コントローラ６または通信システムの他の構成要素から多数の部品（ハードウェア記述）を引き継ぐことができる。
【００４４】
図４および５に基づいて上で説明した新規な監視概念は、通信システム１の加入者装置３のローカルバスガーディアン９においてだけでなく、監視コンピュータ１１においても拡張バスガーディアン機能１２（ＢＧＸ）に組み入れることができる（図１ｂ参照）。したがって、本発明のバスガーディアンコンセプトは、通信システム１の個々の加入者装置３で実現されるのではなく、通信システム１の複数の加入者装置のバスドライバ８のアクセス権限をそれぞれ監視および／または制御する１つまたは複数の監視コンピュータ１１のみで実現され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１ａ】第１の有利な実施形態による本発明の通信システムの簡略化されたトポロジーを示す。
【図１ｂ】別の有利な実施形態による本発明の通信システムの簡略化されたトポロジーを示す。
【図２】公知のバスガーディアン設計による通信システムの従来技術から公知の加入者装置を示す。
【図３】図２の公知の加入者装置においてバスガーディアンがバスコントローラのアクセス権限を制御するために使用するイネーブル信号の推移を示す。
【図４】有利な実施形態に従った新規なバスガーディアン構想による本発明の加入者装置を示す。
【図５】図１ａおよび１ｂによる通信システムのデータバスを介した通信の一部分の推移を示す。
【図１ａ】
2009521152.tif 000003
【図１ｂ】
2009521152.tif 000004
【図２】
2009521152.tif 000005
【図３】
2009521152.tif 000006
【図４】
2009521152.tif 000007
【図５】
2009521152.tif 000008
【国際調査報告】
2009521152.tif 000009
2009521152.tif 000010
2009521152.tif 000011
2009521152.tif 000012
2009521152.tif 000013
2009521152.tif 000014