(57)【要約】  ハブベースネットワーク内の送信スケジュール実施の方法およびシステムが提供される。前記方法が、複数のノードのうちの１つまたは複数からガーディアンメッセージを受信するステップと、投票機能を実現するステップと、前記投票能を使用して、前記受信されたガーディアンメッセージに投票するステップと、前記受信されたガーディアンメッセージの明確な勝者が検出されるとき、前記勝者によって示されるポートが伝搬することをイネーブルするステップとを含む。前記ガーディアンメッセージが、ＴＤＭＡ通信の外部で受信される。前記ガーディアンメッセージが、送信する次の１つまたは複数のスロットに関する情報を含む。
2007515878.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノード（１０２−１から１０２−Ｎ）のうちの１つまたは複数からガーディアンメッセージを受信するステップであって、前記ガーディアンメッセージがＴＤＭＡ通信の外部で受信されるステップと、
投票機能を実現するステップと、
前記投票機能を使用して、前記受信されたガーディアンメッセージに投票するステップとを含み、
前記ガーディアンメッセージが、送信する次の１つまたは複数のスロットに関する情報を含み、
前記受信されたガーディアンメッセージの明確な勝者が検出されるとき、前記勝者によって示されるポートが伝搬することをイネーブルするステップと、
を含む、ハブベースネットワーク（１００）内の送信スケジュール実施の方法。
【請求項２】
投票機能を実現するステップは、単一故障許容投票機能を実現するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
送信する次の１つまたは複数のスロットに関する前記情報は、データを送信すると期待される前記次のポートのポート番号、次にデータを送信すると期待されるスロットを示すｎビットメッセージ、およびデータを送信する前記次のノードのノード識別（ＩＤ）のうちの１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ｎビットメッセージは、エラー訂正コードを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
送信する次の１つまたは複数のスロットに関する前記情報は、前記送信スケジュールの次のラウンドのスロット位置を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記情報は、さらに、送信する前記次のスロットのスロット長を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
時間同期化用のビーコン信号を実現するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
中央ガーディアン（１０４−１から１０４−Ｈ）を有する少なくとも１つのハブ（１０４−１から１０４−Ｈ）と、
複数のチャネル（チャネル０からチャネルＨ）を介して前記少なくとも１つのハブに結合された複数のノード（１０２−１から１０２−Ｎ）と、
を含み、
前記複数のノードは、タイムトリガドＴＤＭＡプロトコルを使用して通信し、
各中央ガーディアンが、前記複数のチャネルのうちの１つを介する前記複数のノードのうちの１つまたは複数の間のスケジュール実施を実現し、
前記スケジュール実施は、チャネルごとに前記複数のノードのうちの１つまたは複数から受信されたガーディアンメッセージに投票するステップを含み、
前記ガーディアンメッセージが、故障許容投票機能を用いて投票され、
前記複数のノードのうちの前記１つまたは複数から受信される各ガーディアンメッセージが、次に送信すると期待される１つまたは複数のスロットの投票を示す、
ネットワーク（１００）。
【請求項９】
前記少なくとも１つのハブは、スロットからガーディアンポートへのルックアップテーブルを含む、請求項８に記載のネットワーク。
【請求項１０】
複数のノード（１０２−１から１０２−Ｎ）のうちの１つまたは複数からガーディアンメッセージを受信するステップであって、前記ガーディアンメッセージがデータ通信に埋め込まれるステップと、
前記データ通信から前記ガーディアンメッセージを抽出するステップと、
前記投票機能を使用して、前記受信されたガーディアンメッセージに投票するステップとを含み、
前記ガーディアンメッセージは、送信する次の１つまたは複数のスロットに関する情報を含み、
前記投票されたガーディアンメッセージの明確な勝者が検出されるとき、前記明確な勝者の前記ガーディアンメッセージに含まれる前記情報に基づいて決定される１つまたは複数のポートが伝搬することをイネーブルするステップと、
を含む、ハブベースネットワーク（１００）における送信スケジュール実施の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００３年１１月１９日出願の米国特許仮出願第６０／５２３８９６号、表題「ＶＯＴＩＮＧ  ＭＥＣＨＡＮＩＳＭ  ＦＯＲ  ＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮ  ＳＣＨＥＤＵＬＥ  ＥＮＦＯＲＣＥＭＥＮＴ（送信スケジュール実施用の投票機構）」、および２００３年１１月１９日出願の米国特許仮出願第６０／５２３７８３号、表題「ＰＡＲＡＳＩＴＩＣ  ＴＩＭＥ  ＳＹＮＣＨＲＯＮＩＺＡＴＩＯＮ  ＦＯＲ  Ａ  ＣＥＮＴＲＡＬＩＺＥＤ  ＴＤＭＡ  ＢＡＳＥＤ  ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ  ＧＵＡＲＤＩＡＮ（集中ＴＤＭＡベースの通信ガーディアン用の寄生時間同期）」に関連し、これらの出願日の利益を主張するものであり、これらの米国特許仮出願の両方が、参照によって本明細書に組み込まれている。
【０００２】
本願は、本願と同時に出願された次の特許出願にも関連し、これらのすべてが、参照によって本明細書に組み込まれている。
【０００３】
米国特許出願第＿＿／＿＿＿＿号（弁護士整理番号第Ｈ０００５２８１−１６３３号）、表題「ＰＡＲＡＳＩＴＩＣ  ＴＩＭＥ  ＳＹＮＣＨＲＯＮＩＺＡＴＩＯＮ  ＦＯＲ  Ａ  ＣＥＮＴＲＡＬＩＺＥＤ  ＴＤＭＡ  ＢＡＳＥＤ  ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ  ＧＵＡＲＤＩＡＮ（集中ＴＤＭＡベースの通信ガーディアン用の寄生時間同期）」、以下では「Ｈ０００５２８１出願」とも称する。
【０００４】
米国特許出願第＿＿／＿＿＿＿号（弁護士整理番号第Ｈ０００５４５９−１６３３号）、表題「ＰＲＩＯＲＩＴＹ  ＢＡＳＥＤ  ＡＲＢＩＴＲＡＴＩＯＮ  ＦＯＲ  ＴＤＭＡ  ＳＣＨＥＤＵＬＥ  ＥＮＦＯＲＣＥＭＥＮＴ  ＩＮ  Ａ  ＤＵＡＬ  ＣＨＡＮＮＥＬ  ＳＹＳＴＥＭ（二重チャンネルシステムにおけるＴＤＭＡスケジュール用の優先順位ベースのアービトレーション）」、以下では、Ｈ０００５４５９出願とも称する。
【０００５】
次の説明は、全般的には通信システムに関し、具体的には、分散故障許容通信システムに関する。
【背景技術】
【０００６】
分散故障許容通信システムは、たとえば、故障がおそらくは１人または複数の人の怪我または死につながる可能性があるアプリケーションで使用される。そのようなアプリケーションを、本明細書では「セーフティ・クリティカル・アプリケーション」と称する。セーフティ・クリティカル・アプリケーションの例が、航空機または他の車両に含まれるセンサおよびアクチュエータを監視し、管理するのに使用されるシステムにある。セーフティ・クリティカル・アプリケーションの一例が、自動車、航空機エレクトロニクス、医療、産業制御、および類似物の分野に含まれるセンサおよびアクチュエータの監視および管理に使用されるシステムである。
【０００７】
そのようなセーフティ・クリティカル・アプリケーションで使用について通常検討されるアーキテクチャの１つが、タイムトリガドアーキテクチャ（ＴＴＡ）である。ＴＴＡ、ＴＴＰ／Ｃ、およびＴＴＰ／Ａが、ＴＴＴｅｃｈ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒｔｅｃｈｎｉｋ  ＡＧ．社によって公表された仕様書に記載されている。ＴＴＰ／Ｃは、媒体アクセス戦略として時分割多元接続（ＴＤＭＡ）を使用し、この場合に、各ノードが、ＴＤＭＡスロットと称するある固定された量の時間の間にバスの全伝送容量を周期的に利用することを許可される。したがって、各ノードがその静的に割り当てられたスロットだけを使用する限り、バスに対する、衝突のないアクセスを確保することができる。
【０００８】
多くのシステムが、現在、動作をサポートする能力および保守機能を有する複雑な電子システムを用いて動作する。たとえば、航空機産業は、セーフティ・クリティカルシステムおよび非セーフティ・クリティカルシステムについてエレクトロニクスアーキテクチャをサポートする。自動車および産業機器を含む他の産業は、類似のエレクトロニクスアーキテクチャから利益を得ることができる。エレクトロニクスアーキテクチャには、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）ベース通信プロトコルが含まれる。これらのエレクトロニクスアーキテクチャは、誤った構成要素挙動を含み、通信可用性を維持するために、独立のガーディアン構成要素を必要としてきた。大量のアプリケーションで、ガーディアンアプリケーションは、しばしば、コストを低減することを中心としてきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
現在までに、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）ベース通信プロトコル用の集中バスガーディアン機能の実装は、ガーディアンが、スロット順序、送信開始時刻などの通信スケジュールおよびタイミングパラメータの独立の知識を有することを必要とする。これは、ガーディアン機能性に不揮発性ストレージが組み込まれることを必要とし、ガーディアンベースのデータに関する複雑なプログラミング要件をもたらした。これは、さらに、ガーディアンとそれが保護するノードとの間の矛盾の形で故障の可能性を導入した。さらに、この戦略は、ガーディアンが、送信順序および現在のスロット位置の形で状態を維持することを必要とし、これは、高エネルギー中性子などの環境要因によって導入される、状態アップセットに対する実装脆弱性を残す。また、ガーディアン機構の集中化に伴って、ガーディアン自体が、クリティカルなアーキテクチャ構成要素になる。したがって、ガーディアン設計の複雑さが、セーフティ・クリティカル領域での重要な問題である場合がある。いくつかの領域で、ゲートレベル故障分析が必要である場合があり、その場合に、ガーディアンの複雑さが、著しく財政に影響する。
【００１０】
したがって、当技術分野では、ガーディアンの複雑なプログラミング要件を低減する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
ハブベースネットワーク内の送信スケジュール実施の方法が提供される。前記方法が、複数のノードのうちの１つまたは複数からガーディアンメッセージを受信するステップと、投票機能を実現するステップと、前記投票機能を使用して、前記受信されたガーディアンメッセージに投票するステップと、前記受信されたガーディアンメッセージの明確な勝者が検出されるとき、前記明確な勝者によって示されるポートが伝搬することをイネーブルするステップとを含む。前記ガーディアンメッセージが、ＴＤＭＡ通信の外部で受信される。前記ガーディアンメッセージが、送信する次の１つまたは複数のスロットに関する情報を含む。
【００１２】
ネットワークが提供される。前記ネットワークは中央ガーディアンを有する少なくとも１つのハブと、複数のチャネルを介して前記少なくとも１つのハブに結合された複数のノードとを含む。前記複数のノードが、タイムトリガドＴＤＭＡプロトコルを使用して通信する。各中央ガーディアンが、前記複数のチャネルのうちの１つを介する前記複数のノードのうちの１つまたは複数の間のスケジュール実施を実現する。前記スケジュール実施は、チャネルごとに前記複数のノードのうちの１つまたは複数から受信されたガーディアンメッセージに投票することを含む。前記複数のノードのうちの前記１つまたは複数から受信される各ガーディアンメッセージが、次に送信すると期待される１つまたは複数のスロットの投票を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次の詳細な説明では、本明細書の一部を形成する添付図面を参照し、添付図面には、本発明を実施できる特定の例示的実施形態が例として示されている。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施できるように十分詳細に説明されており、他の実施形態を利用することができること、論理的、機構的、および電気的変更を本発明の精神および範囲から逸脱せずに加えることができることを理解されたい。したがって、次の詳細な説明を制限的な意味で解釈すべきでない。
【００１４】
本発明の実施形態は、集中スケジュール知識および永続スケジュール位置関連状態の必要なしに、ガーディアンがスケジュール順序実施を実装することを可能にする機構を含む。その代わりに、スケジュール通信パターンのソースとしてシステムのメンバノードを利用する故障許容方法が提示される。
【００１５】
一実施形態では、スケジュール実施は、次のように達成される。通信スケジュールの事前定義のポイント、たとえば、ＴＤＭＡスロットの開始の直前のポイントで、システム内のすべてのノードまたはノードのサブセットが、短いメッセージすなわちガーディアンメッセージを中央ガーディアンに送信する。ガーディアンは、これらのメッセージがガーディアン自体だけによって使用されるので、これらのメッセージを伝搬させない。このメッセージの内容は、実装の詳細に依存する。最も単純な表明で、送信される情報は、中央ガーディアンのどのポートが次の送信を搬送すると期待されるか、すなわち、グローバル通信方式に従って次に送信をスケジューリングされるノードに接続されたポートに対応する。メッセージの受信時に、中央ガーディアンは、入力に投票し、明確な勝者が確立される場合すなわち、過半数のノードが送信に関する次のポートに対する同意を示す場合に、ガーディアンは、このポートが次のスロット中に伝搬させることをイネーブルする。一実施形態では、過半数のノードは、単一故障許容仮定、二重故障許容仮定、または多重故障許容仮定に基づく。単一故障許容システムでは、過半数が、同意を示す少なくとも２つのノードを含む。二重故障許容システムでは、過半数が、同意を示す少なくとも３つのノードを含む。多重故障許容システムでは、過半数が、同意を示す少なくともｎ＋１のノードを含み、ここで、ｎは、故障数と等しい。動作中に、一実施形態では、同意を示す少なくともｎ＋１の投票が検出されるとすぐに、過半数が決定され、ガーディアンは、勝ちポートが次のスロット中に伝搬させることをイネーブルする。
【００１６】
もう１つの実施形態では、ノードからガーディアンに送信される情報を、ノードのＩＤまたはスロット位置に対応するものとすることもできる。この場合に、ガーディアンは、単純なルックアップを実行し、ノードのＩＤ、スロット位置、または類似物に基づいて、伝搬に必要なポートを決定する。ルックアップテーブルの位置に関する情報は、下で図１に関してさらに説明する。
【００１７】
一実施形態では、ネットワークは、１つまたは複数のチャネルによって接続された、ノードと称する複数の電子モジュールからなる。一実施形態では、ノードは、２つの複製されたチャネルによって接続される。一実施形態では、これらのチャネルは、チャネル０（またはチャネルＡ）およびチャネル１（またはチャネルＢ）と呼ばれる。ネットワークの実施形態は、スター構成または類似物で構成される。一実施形態では、ネットワークは、１つまたは複数のバスネットワークに結合されたスター構成で構成され、バスネットワークのノードは、バスネットワークのノードのうちの１つがバスの他のノードの代わりに通信しない限り、ガーディアンメッセージを送信しない。この実施形態では、バスノードは、共通の媒体を共用するので、他のハブノードと同一の同意に対して保護されない。
【００１８】
図１は、全体的に１００に示された、ハブベースネットワークの一実施形態のブロック図である。ネットワーク１００には、複数のノード１０２−１から１０２−Ｎが含まれる。一実施形態では、ネットワーク１００が、デュアルチャネルネットワークであり、各ノード１０２−１から１０２−Ｎが、それぞれ複製されたチャネル０および１を介してハブ１０４−１から１０４−２に結合される。ネットワーク１００は、それぞれ０チャネルからＨチャネルを介してハブ１０４−１から１０４−Ｈに結合されたノード１０２−１から１０２−Ｎを有するＨ個の複製されたチャネルを有するネットワークに拡張可能である。議論を簡単にするために、ネットワーク１００を、デュアルチャネルシステムに基づいて説明するが、説明される概念が、Ｈ個のチャネルを介して動作するように拡張されたネットワークに変形可能であることを理解されたい。一実施形態では、ノード１０２−１から１０２−Ｎは、タイムトリガド通信プロトコルを使用して、２つの複製された通信チャネル０および１を介して互いに通信するが、他の実施形態では、異なる個数および／またはタイプのノード１０２および／またはチャネルが使用される。
【００１９】
一実施形態では、ネットワーク１００は、タイムトリガドメッセージおよび非同期メッセージの共用を可能にするすべてのＴＤＭＡプロトコルおよびハイブリッドＴＤＭＡプロトコルを用いて動作する。一実施形態では、各ノード１０２−１から１０２−Ｎが、送信スロット順序を割り当てられる。一実施形態では、ある送信ラウンド中に送信するようにスケジューリングされたノード１０２−１から１０２−Ｎの各ノードは、各スロットが送信のために１ノードを割り当てられるので、ラウンドあたり複数回送信することができる。
【００２０】
ハブ１０４−１および１０４−２のそれぞれは、送信スケジュールを実施するように動作する中央ガーディアン１０３−１から１０３−２を含む。一実施形態では、中央ガーディアン１０３−１から１０３−２は、ソフトウェア、ハードウェア、またはソフトウェアとハードウェアのある組合せで動作する中央ガーディアン機能である。中央ガーディアン１０３−１は、ノード１０２−１から１０２−Ｎまたはノード１０２−１から１０２−Ｎの定義されたサブセットの間でチャネル０上の送信スケジュールを実施するように動作する。中央ガーディアン１０３−２は、ノード１０２−１から１０２−Ｎまたはノード１０２−１から１０２−Ｎの定義されたサブセットの間でチャネル１上の送信スケジュールを実施するように動作する。動作中に、一実施形態では、ノード１０２−１から１０２−Ｎは、デュアルチャネル０および１またはマルチチャネル０からＨ上で送信スケジュールを複製する。代替実施形態では、ノード１０２−１から１０２−Ｎまたはノード１０２−１から１０２−Ｎの定義されたサブセットの、チャネル０および１またはチャネル０からＨで送信スケジュールの任意の期間内に送信するノードの個数を、異なるものとすることができる。
【００２１】
一実施形態では、データは、ネットワーク１００内のあるノードから別のノード１０２−１から１０２−Ｎへフレームで送信される。各ノード１０２は、ハブ１０４−１および１０４−２の両方に送信する。ハブ１０４−１および１０４−２は、送信スケジュールに従って、受信したデータ送信を中継する。一実施形態では、ガーディアンメッセージは、それぞれの中央ガーディアン１０３−１から１０３−２によって受信される送信に含まれ、ハブ１０４−１から１０４−２によって中継されない。この実施形態では、ガーディアンメッセージは、ＴＤＭＡデータフレームに含まれない専用メッセージである。
【００２２】
動作中に、通信スケジュールの事前定義の点で、すべてのノード１０２−１から１０２−Ｎまたはノード１０２−１から１０２−Ｎのサブセットが、通信する次のポートを示すガーディアンメッセージを中央ガーディアン１０３−１および１０３−２に送信する。たとえば、一実施形態では、通信する次のポートを含む単一のｎビットメッセージが、送信される。一実施形態では、この送信は、ＴＤＭＡスロットの直前の点に、すべてのスロットの始めに行われる。
【００２３】
一実施形態では、この単一のｎビットメッセージは、オーバーヘッドエラー検出コードまたはオーバーヘッドエラー訂正コードを含む。一実施形態では、このエラーコードを、巡回冗長コードとすることができる。他の実施形態では、これを、単純なチェックサムコードまたはパリティコードとすることができる。代替実施形態では、中央ガーディアン１０３−１および１０３−２によって受信されるガーディアンメッセージに、ＣＲＣコードが含まれず、エラー検出は、ビットごとの比較を介して一致する複数のガーディアンメッセージの受信に基づく。ガーディアンメッセージのソースは、独立の経路からなので、単一故障仮定システムと同様に、そのようなメッセージは、それらが一致するときエラーなしと仮定することができる。
【００２４】
代替実施形態では、ガーディアンメッセージが、送信スケジュールのうちで、通信する次のｘ個のポートを示す部分を含み、そのｘ個のスロットの送信の開始の直前に送信される。代替実施形態では、ガーディアンメッセージは、ラウンドあたり１回など、送信スケジュール内の調整された時刻に送信され、ラウンド全体のスロット順序を示す。この実施形態では、ガーディアンメッセージは、送信のスロット長情報を含む。一実施形態では、ハブ１０４−１および１０４−２は、スロット位置を増分するためにスロット長の概念を必要とする。一実施形態では、ビーコン信号またはアクション信号（たとえば、Ｈ０００５２８１出願に記載の）が、スロット位置を増分するのに使用される。代替実施形態では、ハブ１０４−１および１０４−２が、スロット位置の増分にそのローカル時刻およびスロット長を利用する。
【００２５】
一実施形態では、ノード１０２−１から１０２−Ｎまたはノード１０２−１から１０２−Ｎの定義されたサブセットが、次に通信する１つまたは複数のスロットを示すガーディアンメッセージを送信し、各それぞれの中央ガーディアン１０３−１および１０３−２が、これらのスロットを関連するポートに変換する。もう１つの実施形態では、ガーディアンメッセージが、送信すると期待される１つまたは複数のノードのノードＩＤを示す。この実施形態では、スロットまたはノードＩＤを関連するポートに変換するインテリジェンスが、中央ガーディアン１０３−１および１０３−２に存在する。
【００２６】
一実施形態では、所望の情報を含む１つまたは複数のルックアップテーブルが、ハブ１０４−１および１０４−２に含まれる。代替実施形態では、中央ガーディアン１０３−１および１０３−２が、スタートアップ時にこのルックアップテーブルを獲得するか、投票機能を使用することによって複数のノード１０２−１から１０２−Ｎから送信されたテーブルデータに投票するか、ＴＤＭＡ通信シーケンスの開始の前にテーブルデータを受信するか、類似物を行う。
【００２７】
ノード１０２−１から１０２−Ｎまたはノード１０２−１から１０２−Ｎの定義されたサブセットが、次の送信を搬送すると期待されるポートを示すガーディアンメッセージを送信するとき、中央ガーディアン１０３−１および１０３−２は、変換を行わない。この実施形態では、スロットを関連するポートに変換するインテリジェンスが、ノード１０２−１から１０２−Ｎのそれぞれに存在する。これは、各ノード１０２−１から１０２−Ｎがそのノードがハブネットワーク内でどのポートであるかを基本的に知っていることを必要とする。この実施形態では、スロットからガーディアンポートへのルックアップテーブルが、各ノード１０２−１から１０２−Ｎに含まれる。代替実施形態では、各ノード１０２−１から１０２−Ｎのスロットからガーディアンポートへのルックアップテーブルが、スタートアップ時に獲得されるか、ＴＤＭＡ通信シーケンスの開始の前に獲得されるか、類似物が行われる。
【００２８】
動作時に、中央ガーディアン１０３−１および１０３−２は、それぞれのガーディアンメッセージを受信し、すべての中央ガーディアンが、チャネルごとに、どのポートが次に通信するかに合意する場合に、そのチャネルについて通信が進行する。その結果、各スロットの送信スケジュール実施を実行するとき、スケジュール関連状態情報がスロットの間で維持される必要がない。
【００２９】
一実施形態では、単一故障仮定があり、したがって、関連するガーディアン１０３−１および１０３−２によって受信されるガーディアンメッセージのうちの１つだけが、エラーであることができる。一実施形態では、投票したあるノードと他のノードの間で関連するチャネルに関する不一致が検出された時に、中央ガーディアン１０３は、その不一致を無視する。一実施形態では、ネットワーク１００は、単一故障仮定で動作し、チャネルごとに、ノード１０２−１から１０２−Ｎまたはノード１０２−１から１０２−Ｎのサブセットから受信された投票の１つの不一致だけが許容される。投票の複数の不一致が受信された場合には、それぞれの中央ガーディアン１０３が、次に行うアクションを決定する。
【００３０】
一実施形態では、ノード１０２−１から１０２−Ｎのサブセットが、スケジュールマスタとして示され、ネットワーク１００内のすべてのノードの代わりに、送信する次のポートに関して投票するためにガーディアンメッセージを送信する。
【００３１】
一実施形態では、ノード１０２−１から１０２−Ｎからのデータ送信は、ビーコン信号またはアクションタイム信号（たとえば、Ｈ０００５２８１出願に記載の）を含む。一実施形態では、ガーディアンメッセージが、１つまたは複数のビーコン信号と共に送信される。一実施形態では、ガーディアンメッセージが、時間同期化についてビーコン信号またはアクション信号として利用される。
【００３２】
一実施形態では、ガーディアンメッセージは、複数のノード１０２−１から１０２−Ｎとハブ１０４−１および１０４−２の間で交換される他のフレームと同一の通信媒体を介して送信される。他の実施形態では、ガーディアンメッセージが、異なる通信媒体を介して送信される。
【００３３】
一実施形態では、ハブ１０４−１とノード１０２−１から１０２−Ｎの間またはハブ１０４−２とノード１０２−１から１０２−Ｎの間の通信リンクが、半二重リンクである。半二重リンクを用いる実施形態では、スケジューリングされた送信の長さに関する情報が、送信スケジュール実施に重要である。一実施形態では、ガーディアンメッセージは、投票メッセージおよび次の通信の長さを含む。投票メッセージは、ポート、スロット位置、ノードＩＤ、および次に通信する１つまたは複数のスロットを示す類似物のうちの１つを含む。その結果、ハブ１０４−１または１０４−２は、前の送信のスケジュールされた長さの後に、次の送信を示す信号のリスンを開始する。
【００３４】
代替実施形態では、投票スケジュール実施が、ノード１０２−１から１０２−Ｎまたはノード１０２−１から１０２−Ｎのサブセットから送信されたフル送信スケジュールを含むガーディアンメッセージに投票することによって、ハブベースネットワーク１００内で実装される。一実施形態では、送信スケジュールは、スタートアップ時にノード１０２−１から１０２−Ｎによって送信される。一実施形態では、送信スケジュールのビット単位の比較が、中央ガーディアン１０３−１および１０３−２によって、それぞれのチャネルごとに実行され、投票機能が実行される。一実施形態では、投票機能が、多数決投票機能である。明確な勝者が得られる場合に、勝った送信スケジュールが実施される。明確な勝者が得られない場合に、ガーディアン１０３−１および１０３−２が、次に行うアクションを決定する。
【００３５】
中央ガーディアン１０３−１および１０３−２は、投票に１つまたは複数の故障許容選択を使用する。一実施形態では、スケジュールの実施の直前に、ガーディアンは、受信したガーディアンメッセージを再検討し、投票機能を実行する。その結果、ユーザは、投票できるすべてのものが、票を投じる時間があることを確信する。一実施形態では、投票機能は、単一の不一致だけを許容する。もう１つの実施形態では、投票機能は、Ｆ個の故障を許容し、ここで、Ｆ＜ノード数である。もう１つの実施形態では、投票機能が、多数決投票機能、順次投票機能、または類似物である。代替実施形態では、ガーディアン１０３−１および１０３−２は、所定の個数の類似の投票を受信したならば、すべての投票を待つことなく、示されたポートでの通信をイネーブルする。もう１つの実施形態では、順次投票機能が実現され、ここで、第１の投票が、受信され、第１の投票に一致する第２との投票が受信された時に、通信がイネーブルされる。任意の投票機能を実現できることを理解されたい。複数のハブを有する実施形態が、ハブごとに同一のまたは異なる投票機能を実現できることを理解されたい。
【００３６】
本発明の実施形態は、通信方式のスケジュール知識を組み込むという集中ガーディアンの要件の除去を可能にし、シングルイベントアップセット（ＳＥＵ）にはるかに耐性のある、はるかに低減された状態を有するはるかに単純な設計を容易にする。スロットごとに１回スケジュール実施を実行する実施形態は、状態を最小にし、ＳＥＵ脆弱性を低減する。というのは、各スロットが、ヒストリなしで投票され、その結果、システムが、状態アップセットが次のスロットに訂正されるのでより脆弱でなくなるからである。ラウンドごとに１回スケジュール実施を実行する実施形態では、状態が、ラウンドの間に永続する。
【００３７】
一実施形態では、ガーディアンメッセージが、ＴＤＭＡ通信に埋め込まれる。動作時に、各中央ガーディアン１０３−１および１０３−２は、聴取し、ＴＤＭＡ通信からガーディアンメッセージを抽出するノード１０２−１から１０２−Ｎごとの回路を含み、これらのガーディアンメッセージを投票機能と共に実装されるロジックに供給し、このロジックは、勝者があるか否かを決定し、勝者が識別されるとき、選択されたポートを送信のために開かせる。投票を実行する前に、ガーディアンは、複数のＴＤＭＡスロットから受信したガーディアンメッセージを相関させ、整列させる。一実施形態では、フル送信スケジュールが、ＴＤＭＡ通信と共に送信される。一実施形態では、フルＴＤＭＡ送信スケジュールのサブセットが、ＴＤＭＡ通信と共に送信される。一実施形態では、１ラウンド全体の通信スケジュールが、そのラウンドの始めの調整された点に、ガーディアンメッセージ内で送信される。
【００３８】
一実施形態では、後続送信スケジュールの事前定義の部分が、現在の送信の１つまたは複数のスロットの埋め込まれたガーディアンメッセージに含まれる。一実施形態では、これらの部分が組み立てられて、いくらかのオーバーラップを伴う全送信メッセージが作成され、選択機能が、スケジュール順序実施に使用される。一実施形態では、時間同期化が実現されて、送信スケジュール情報が累積される間に通信が流れることを可能にする。一実施形態では、同期化が、寄生時間同期化（たとえばＨ０００５２８１出願に記載の）である。一実施形態では、スケジュール実施用の投票機能が、専用ガーディアンメッセージを用いる、上で述べたものである。
【００３９】
図２は、全体的に２００に示された、ハブベースネットワークの一実施形態のブロック図である。ネットワーク２００には、複数のノード２０２−１から２０２−Ｎが含まれる。各ノード２０２は、チャネル０上でハブ２０４に結合される。ネットワーク２００は、単一チャネルシステムとして動作する。一実施形態では、ネットワーク２００は、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）ベース通信プロトコルで動作する。ネットワーク２００が、代替通信プロトコルで動作できることを理解されたい。ハブ２０４は、ＴＤＭＡバスアクセスサイクルを実施するために、送信スケジュールの限られた知識を必要とする。
【００４０】
ハブ２０４には、送信スケジュールを実施するように動作する中央ガーディアン２０３が含まれる。一実施形態では、中央ガーディアン２０３は、ソフトウェア、ハードウェア、またはソフトウェアとハードウェアのある組合せで動作する中央ガーディアン機能である。中央ガーディアン２０３は、ノード２０２−１から２０２−Ｒの間でチャネル０上の送信スケジュールを実施するように動作する。一実施形態では、データは、ネットワーク２００のあるノードから別のノードへフレーム内で送信される。
【００４１】
一実施形態では、ネットワーク２００は、上で図１のネットワーク１００に関して説明したように動作する。代替案では、ネットワーク２００は、単一チャネルシステムとして動作する。
【００４２】
図３は、図２に関して上述のタイプの通信ネットワーク２００を使用する、３００に示されたシステムのブロック図である。図３に、さらに、ノード２０２−１から２０２−Ｒが、複数の電子デバイス３０６−１から３０６−Ｐに接続されることが示されている。一実施形態では、電子デバイス３０６−１から３０６−Ｐは、センサ、プロセッサ、アクチュエータ、コントローラ、入力デバイス、およびネットワーク２００を介してフレーム内でデータを通信する類似物を含む。
【００４３】
図４は、図２に関して上述のタイプの通信ネットワーク１００を使用する、４００に示されたシステムのブロック図である。図４に、さらに、ノード１０２−１から１０２−Ｎが、複数の電子デバイス４０６−１から４０６−Ｔに接続されることが示されている。一実施形態では、電子デバイス４０６−１から４０６−Ｔは、センサ、プロセッサ、アクチュエータ、コントローラ、入力デバイス、およびネットワーク１００を介してフレーム内でデータを通信する類似物を含む。
【００４４】
図５は、５００に示された、ハブベース通信ネットワークの一実施形態のブロック図である。一実施形態では、ネットワーク５００は、それぞれの複数のハブ５２４−１から５２４−Ｘに結合された複数のハブ５１４−１から５１４−Ｘを含む。一実施形態では、ハブ５１４−１および５１４−２は、それぞれチャネル０Ａおよび１Ａを介して動作する個々のデュアルチャネルネットワークを含む。さらに、ハブ５２４−１および５２４−２は、それぞれチャネル０Ｂおよび１Ｂを介して動作する個々のデュアルチャネルネットワークを含む。一実施形態では、これらのネットワークは、通信リンク５７５−１および５７５−２を介して結合される。議論を簡単にするために、ネットワーク５００を、それぞれ複製されたチャネル０Ａおよび１Ａを介してノード５１２−１から５１２−Ｗに結合されたハブ５１４−１および５１４−２と、それぞれ複製されたチャネル０Ｂおよび１Ｂを介してノード５２２−１から５２２−Ｙに結合されたハブ５２４−１および５２４−２とを含むデュアルチャネルマルチハブシステムに基づいて説明する。説明される概念が、それぞれノード５１２−１から５１２−Ｗおよびノード５２２−１から５２２−ＹとのＸＡおよびＸＢまでの複製されたチャネルを有するマルチハブネットワークに変形可能であることを理解されたい。
【００４５】
一実施形態では、ノード５１２−１から５１２−Ｗおよびノード５２２−１から５２２−Ｙは、タイムトリガド通信プロトコルを使用して、それぞれ２つの複製された通信チャネル０Ａおよび１Ａならびに０Ｂおよび１Ｂを介して互いに通信する。
共通のまたは解体された通信
一実施形態では、マルチハブネットワーク５００は、上で図１のネットワーク１００に関して説明したように動作する。たとえば、ハブ５１４−１および５１４−２は、ノード５１２−１から５１２−Ｗと共に、ハブ５２４−１および５２４−２ならびにノード５２２−１から５２２−Ｙと独立してスケジュール実施を実行する。代替実施形態では、通信リンク５７５−１および５７５−２が、スケジュール実施に含まれ、それぞれの中央ガーディアン１０３および１１３によって受信されるガーディアンメッセージは、送信に関するスロット情報を含む。
【００４６】
一実施形態では、マルチハブネットワーク５００は、共通のグローバル送信スケジュールを用いて送信を実行する。ノード５１２−１から５１２−Ｗと共のハブ５１４−１および５１４−２ならびにノード５２２−１から５２２−Ｙと共のハブ５２４−１および５２４−２は、共通のグローバル送信スケジュールを使用して通信する。一実施形態では、ノード５１２−１から５１２−Ｗは、ハブ５１４−１および５１４−２にローカルであり、ハブ５２４−１および５２４−２にローカルであるノード５２２−１から５２２−Ｙと同一のスロットのうちの１つまたは複数を介して動作する。たとえば、一実施形態では、ノード５２２−１は、チャネル０Ａおよび１Ａ上で送信スケジュールの第１スロットで通信する間に、ノード５２２−１から５２２−Ｙのうちの１つが、チャネル０Ｂおよび１Ｂ上で送信の第１スロットで通信する。代替実施形態では、この動作をＸ個のチャネル上のＸ個のハブに拡張可能である。
【００４７】
動作中に、ハブ５１４−１および５１４−２によって受信されるガーディアンメッセージは、次に通信する１つまたは複数のスロットを示し、チャネルごとに上述のように投票される。この実施形態では、ハブ５２４−１および５２４−２によって受信されるガーディアンメッセージは、次に通信する１つまたは複数のスロットを示し、リンク５７５−１および５７５−２上での送信に関するハブ５１４−１および５１４−２からのガーディアンメッセージを含む。その結果、一実施形態では、通信リンク５７５−１および５７５−２が、スケジュール実施に含まれる。ハブ５１４および５２４のそれぞれが、送信スケジュール実施に関して特定の時にノードとして働くことを理解されたい。
【００４８】
代替実施形態では、ハブ５１４または５２４の両方が、マスタとして動作し、通信リンク５７５−１および５７５−２上の送信が、スケジュール実施に含まれる。
【００４９】
一実施形態では、図１〜５のハブネットワークは、Ｈ０００５２８１出願に記載の時間同期化を実現する。
【００５０】
本発明の利益には、次のものが含まれる。
【００５１】
ａ．中央ガーディアンスケジュールテーブル開発および中央ガーディアンスケジュールの正しさの検証に関するツール問題の除去。
【００５２】
ｂ．中央ガーディアンスケジュールテーブル情報を格納し、利用する必要から中央ガーディアンを解放することによる中央ガーディアンの複雑さの低下。
【００５３】
ｃ．ハブ状態空間およびシングルイベントアップセット（ＳＥＵ）に対する感受性の低下。一実施形態では、シングルイベントアップセットは、高エネルギー中性子によって誘導されるアップセットに基づく。本発明の実施形態は、ガーディアンが記憶すべき必要なスケジュール位置関連状態を有しないことによって、ＳＥＵを低減してする。したがって、アップセットされる状態がない。
【００５４】
ｄ．ガーディアンのプロトコル状態信号に対するセマンティック依存性の除去。
【００５５】
ｉ．ハブ処理モード変更信号なしの、異なる送信順序をもたらすＴＤＭＡプロトコルモード変更にまたって中央ガーディアンを実施することの可能化
ｉｉ．ハブがスケジュール位置に従うことなしの、共用ＴＤＭＡスロットに多重化されたノードの可能化
本発明の実施形態は、送信スケジュール実施の方法を提供し、設計時にガーディアンにロードされるかシステムが保守を受けているとき物理的にロードされる情報の量を削減する。外部にロードされ、中央ガーディアン内に格納されるのではなく、この情報は、ノードから動的に転送される。
【００５６】
もう１つの実施形態では、スケジュール実施の投票アクションが、明確な勝者をもたらさない時に、中央ガードが代替アクションを行う。一実施形態では、明確な勝者が示されない時に、それぞれの中央ガーディアンが、調停機能を実施し、どのポートが次の送信するかを決定する。この調停機能は、任意の適当な調停機能である。一実施形態では、明確な勝者が示されない時に、Ｈ００５４５９出願に記載の調停に基づく調停機能が実行される。もう１つの実施形態では、明確な勝者が示されない時に、ガーディアンは、次のスロット、次の複数のスロット、または次のラウンド中に、すべてのノードが伝搬するのをブロックする。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の教示による通信ネットワークの一実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の教示による通信ネットワークのもう１つの実施形態を示すブロック図である。
【図３】本発明の教示による通信ネットワークのもう１つの実施形態を示すブロック図である。
【図４】本発明の教示による通信ネットワークの代替実施形態を示すブロック図である。
【図５】本発明の教示による通信ネットワークの代替実施形態を示すブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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