(57)【要約】  優先順位ベースのアービトレーションを有するマルチチャネルＴＤＭＡネットワークを提供する。ネットワークに、複数のチャネルと、データを送信し、受信するように適合された複数のノードが含まれる。各チャネルを介して、すべてのノードが、すべての他のノードとデータを通信するために結合される。各チャネル内で、各ノードに、一意の優先順位ランクが割り当てられる。最高優先順位ランクを有するノードだけが、タイムスロット中にデータを送信することを許可される。マルチチャネルネットワークのチャネルごとに、複数のノードが、異なる優先順位方向でランクを与えられる。ノードは、少なくとも２つのハブを介して接続され、各ハブは、ガーディアンを関連付けられる。
2007511985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノード（２０２−１から２０２−Ｎ）のそれぞれが、データを送信し受信するように適合された、複数のノード（２０２−１から２０２−Ｎ）と、
各ハブは前記複数のノード（２０２−１から２０２−Ｎ）との通信リンクを有し、いずれか１つのハブと前記複数のノード（２０２−１から２０２−Ｎ）との間の前記通信リンクが、前記マルチチャネルネットワーク（２００）の第１のチャネルを画定する、複数のハブ（２０４−１から２０４−Ｈ）と、
を含み、
各ノードは、前記複数のハブ（２０４−１から２０４−Ｈ）を介して前記複数のノード（２０２−１から２０２−Ｎ）のうちのすべての他のノードと通信するように適合され、
各ガーディアンが前記複数のハブ（２０４−１から２０４−Ｈ）のうちの１つに関連する、複数のガーディアン（２０３−１から２０３−Ｈ）を含み、
各ノードが、タイムスロット中に送信するように適合され、
前記マルチチャネルネットワーク（２００）のチャネルに、各ノードが、一意の優先順位ランクを割り当てられ、
前記マルチチャネルネットワーク（２００）のチャネルごとに、前記複数のノード（２０２−１から２０２−Ｎ）のそれぞれの前記一意の優先順位ランクが、異なる方向であり、
前記複数のガーディアン（２０３−１から２０３−Ｈ）のうちの第１のガーディアンが、最高の割り当てられた優先順位ランクを有する勝つノードだけがチャネルを介して送信することを許可することによって、前記複数のノード（２０２−１から２０２−Ｎ）のうちのどれが関連するタイムスロット中にデータを送信することを許可されるか否かを決定する、
優先順位ベースのアービトレーションを有するネットワーク（２００）。
【請求項２】
前記マルチチャネルネットワーク（２００）は、ＴＤＭＡネットワークであり、前記タイムスロットは、ＴＤＭＡスロットである、請求項１に記載のネットワーク。
【請求項３】
前記複数のノード（２０２−１から２０２−Ｎ）の各ノードが、送信の意図を示すために前記複数のガーディアンにプリアンブル信号を送信し、
前記第１のガーディアンが、前記複数のノード（２０２−１から２０２−Ｎ）のうちの第１のノードからの第１のプリアンブル信号（３２５）の受信を観察するように適合され、
前記第１のガーディアンが、事前定義の時間間隔内に前記複数のノード（２０２−１から２０２−Ｎ）のうちの第２のノードからの第２のプリアンブル信号（３２６）の受信を観察するとき、前記第１のガーディアンが、前記第１のノードまたは前記第２のノードのうち１つだけが関連するチャネルを介して送信することを許可し、前記第１のガーディアンは、前記第１のノードが前記第２のノードより高い優先順位ランクを有する場合に前記第１のノードが送信することを許可し、前記第１のガーディアンは、前記第２のノードが前記第１のノードより高い優先順位ランクを有する場合に前記第２のノードが送信することを許可し、
前記第１のガーディアンは、前記事前定義の時間間隔内に第２のプリアンブル信号（３２６）の受信を観察しない時に、前記第１のガーディアンは、前記第１のノードが関連するチャネルを介して送信することを許可する、
請求項１に記載のネットワーク。
【請求項４】
各ガーディアンは、
前記複数のノード（２０２−１から２０２−Ｎ）の各ノードの一意の優先順位ランキングがメモリに格納されるメモリをさらに含み、
前記メモリは、前記複数のノード（２０２−１から２０２−Ｎ）の各ノードの一意の優先順位ランキングを変更するために再プログラム可能である、
請求項１に記載のネットワーク。
【請求項５】
各ハブはさらに、前記複数のノード（２０２−１から２０２−Ｎ）の各ノードが１つのポートを介して前記複数のハブ（２０４−１から２０４−Ｈ）の各ハブに結合される、複数のポートを含み、
前記複数のノード（２０２−１から２０２−Ｎ）の各ノードの一意の優先順位ランキングが、前記複数のうちのどのポートにそれが結合されるかによって決定される、
請求項１に記載のネットワーク。
【請求項６】
前記複数のノード（２０２−１から２０２−Ｎ）のノードおよび前記複数のガーディアン（２０３−１から２０３−Ｈ）は、ポート駆動認証を実装するように適合され、
前記複数のノード（２０２−１から２０２−Ｎ）のノードが、別個のチャネルで異なるデータを受信するとき、前記複数のノード（２０２−１から２０２−Ｎ）の前記ノードが、許可ノードからのデータだけを受け入れ、
前記許可ノードは、前記複数のノード（２０２−１から２０２−Ｎ）のうちで、プロトコルによって前記タイムスロット中に送信を許可されたノードである、
請求項１に記載のネットワーク。
【請求項７】
前記ひとつのチャネルに結合された複数のノード（２０２−１から２０２−Ｎ）のそれぞれに一意の優先順位ランクを割り当てるステップと、
タイムスロット（３５５）中に送信する前記複数のノード（２０２−１から２０２−Ｎ）のうちの第１のノードの意図を示す第１のプリアンブル信号（３２５）の受信を観察するステップと、
前記第１のプリアンブル信号（３２５）の前記受信の観察から事前定義の時間間隔以内の、前記タイムスロット（３５５）中に送信する前記複数のノード（２０２−１から２０２−Ｎ）のうちの第２のノードの意図を示す第２のプリアンブル信号（３２６）の受信を観察するステップと、
前記第１のノードが前記第２のノードより高い優先順位ランクを有するとき、前記タイムスロット（３５５）中に前記第１のノードだけが前記ひとつのチャネルを介して送信することを許可するステップと、
前記第２のノードが前記第１のノードより高い優先順位ランクを有するとき、前記タイムスロット（３５５）中に前記第２のノードだけが前記ひとつのチャネルを介して送信することを許可するステップと、
を含み、前記マルチチャネルネットワーク（２００）のチャネルごとに、前記一意の優先順位ランク方向が異なる、
ＴＤＭＡマルチチャネルネットワーク（２００）のひとつのチャネルの中央ガーディアンの優先順位ベースのアービトレーションの方法。
【請求項８】
複数のサブネットワークと、
データを送信し、受信するように適合され、各サブネットワークを介して、すべてのノードが、他のすべてのノード（４０２−１から４０２−Ｔおよび４１２−１から４１２−Ｒ）と通信するために結合される、複数のノード（４０２−１から４０２−Ｔおよび４１２−１から４１２−Ｒ）と、
を含み、
サブネットワークごとに、各ノードが一意の優先順位ランクを割り当てられ、
前記複数のノード（４０２−１から４０２−Ｔおよび４１２−１から４１２−Ｒ）のうちの１つの勝つノードが、少なくとも１つのサブネットワークに関する最高優先順位ランクを有するものとして識別され、タイムスロット中に送信することを許可され、
サブネットワークごとに、前記複数のノード（４０２−１から４０２−Ｔおよび４１２−１から４１２−Ｒ）が、異なる優先順位方向でランクを与えられる、
ネットワーク。
【請求項９】
前記複数のサブネットワークのうちの第１サブネットワークはさらに、
前記複数のノード（４０２−１から４０２−Ｔおよび４１２−１から４１２−Ｒ）の各ノードが、１つまたは複数のハブ（４０４−１から４０４−Ｘおよび４１４−１から４１４−Ｘ）のうちの少なくとも１つのハブに結合され、１つまたは複数のハブ（４０４−１から４０４−Ｘおよび４１４−１から４１４−Ｘ）が、互いに通信するように適合される、１つまたは複数のハブ（４０４−１から４０４−Ｘおよび４１４−１から４１４−Ｘ）を含む、請求項８に記載のネットワーク。
【請求項１０】
前記複数のサブネットワークの各サブネットワークは、
１つまたは複数のガーディアン（４０３−１から４０３−Ｘおよび４１３−１から４１３−Ｘ）の各ガーディアンが、前記１つまたは複数のハブ（４０４−１から４０４−Ｘおよび４１４−１から４１４−Ｘ）のうちの１つのハブに関連し、１つまたは複数のガーディアン（４０３−１から４０３−Ｘおよび４１３−１から４１３−Ｘ）が、前記複数のノード（４０２−１から４０２−Ｔおよび４１２−１から４１２−Ｒ）のうちで最高優先順位ランクを有する前記ひとつの勝つノードだけが前記タイムスロット中に前記サブネットワークを介して送信することを許可する、１つまたは複数のガーディアン（４０３−１から４０３−Ｘおよび４１３−１から４１３−Ｘ）をさらに含み、
前記複数のノード（４０２−１から４０２−Ｔおよび４１２−１から４１２−Ｒ）の各ノードは、送信を意図するときプリアンブル信号を送信し、
前記ひとつまたは複数のガーディアン（４０３−１から４０３−Ｘおよび４１３−１から４１３−Ｘ）の各ガーディアンが、第１のノードからの第１のプリアンブル信号（５２５）の受信を観察するように適合され、
前記ひとつまたは複数のガーディアン（４０３−１から４０３−Ｘおよび４１３−１から４１３−Ｘ）の第１のガーディアンが、事前定義の時間間隔内に第２のノード（５２８）からの第２のプリアンブル信号（５２６）の受信を観察するとき、前記第１のガーディアンが、前記第１のノードまたは前記第２のノードのうち１つだけが関連するサブネットワークを介して送信することを許可し、前記第１のガーディアンは、前記第１のノードが前記第２のノードより高い優先順位ランクを有する場合に前記第１のノードが送信することを許可し、前記第１のガーディアンは、前記第２のノードが前記第１のノードより高い優先順位ランクを有する場合に前記第２のノードが送信することを許可し、
前記第１のガーディアンが、前記事前定義の時間間隔内に第２のプリアンブル信号（５２８）の受信を観察しない時に、前記第１のガーディアンは、前記第１のノードが関連するチャネルを介して送信することを許可する、
請求項９に記載のネットワーク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２００３年１１月１９日出願の米国特許仮出願第６０／５２３７８５号、表題「ＰＲＩＯＲＩＴＹ  ＢＡＳＥＤ  ＡＲＢＩＴＲＡＴＩＯＮ  ＦＯＲ  ＴＤＭＡ  ＳＣＨＥＤＵＬＥ  ＥＮＦＯＲＣＥＭＥＮＴ  ＩＮ  Ａ  ＤＵＡＬ  ＬＩＮＫ  ＳＹＳＴＥＭ（２重リンクシステムにおけるＴＤＭＡスケジュール実施用の優先順位ベースのアービトレーション）」、２００４年４月６日出願の米国特許仮出願第６０／５６０３２３号、表題「ＭＥＳＳＡＧＥ  ＡＵＴＨＥＮＴＩＣＡＴＩＯＮ  ＩＮ  Ａ  ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ  ＮＥＴＷＯＲＫ（通信ネットワークにおけるメッセージ認証）」、２００３年１１月１９日出願の米国特許仮出願第６０／５２３７８２号、表題「ＨＵＢ  ＷＩＴＨ  ＩＮＤＥＰＥＮＤＥＮＴ  ＴＩＭＥ  ＳＹＮＣＨＲＯＮＩＺＡＴＩＯＮ（独立時間同期を備えたハブ）」、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ＴＤＭ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すべてが、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同時係属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（弁理士整理番号第Ｈ０００５２８１−１６３３号、表題「ＰＡＲＡＳＩＴＩＣ  ＳＹＮＣＨＲＯＮＩＺＡＴＩＯＮ  ＦＯＲ  Ａ  ＣＥＮＴＲＡＬＩＺＥＤ  ＴＤＭＡ  ＢＡＳＥＤ  ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ  ＧＵＡＲＤＩＡＮ（集中ＴＤＭベースの通信ガーディアン用の寄生時間同期）」、以下では、’５２８１出願とも称する；
米国特許出願第＿＿／＿＿＿＿号（弁理士整理番号第Ｈ０００７５８７−１６３３号、表題「ＰＯＲＴ  ＤＲＩＶＥＮ  ＡＵＴＨＥＮＴＩＣＡＴＩＯＮ  ＩＮ  Ａ  ＮＥＴＷＯＲＫ（ネットワークにおけるポート駆動認証）」、以下では、’７５８７出願とも称する；および
米国特許出願第＿＿／＿＿＿＿号（弁理士整理番号第Ｈ０００５０３１−１６３３号、表題「ＡＳＹＮＣＨＲＯＮＯＵＳ  ＨＵＢ（非同期ハブ）」）、以下では、’５０３１出願とも称する。
【０００４】
次の説明は、エレクトロニクスの分野に関し、具体的には、ＴＤＭＡベース通信プロトコルの優先順位ベースのアービトレーションに関する。
【背景技術】
【０００５】
分散フォールトトレラント通信システムは、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応用例で使用される。そのような応用例を、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１例が、自動車、航空機エレクトロニクス、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。
【０００６】
セーフティクリティカルアプリケーションについて検討されるアーキテクチャは、一般に、タイムトリガドアーキテクチャであり、この場合に、ノードは、同期化された時間を使用して、通信バスなどの共通リソースへのアクセスを調整する。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システムでは、複数のノードが、たとえばＴｉｍｅ−Ｔｒｉｇｇｅｒｅｄ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ／Ｃ（ＴＴＰ／Ｃ）などのタイムトリガドプロトコルを使用して、２つの複製された高速通信チャネルを介して互いに通信する。
【０００７】
各ノードが時分割多元接続（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完全な伝送容量を周期的に利用することを許可される、媒体アクセス戦略としてＴＤＭＡを使用するフォールトトレラントプロトコル（たとえば、ＴＴＰ／Ｃ）。各ノードがその静的に割り当てられたＴＤＭＡ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】
通常、ＴＴＰネットワーク内のノードによるメッセージの伝送は、各ＴＤＭＡスロットにどのノードが送信を許可されるかを決定し、ＴＤＭＡスロットの開始時間および持続時間をも定義するスケジュールテーブルによって制御される。この開始時間および持続時間が、ノードが許可される送信ウィンドウを定義する。ノードの送信器は、そのウィンドウの開始の後にそのメッセージの送信を開始し、そのウィンドウが終了する前に終了しなければならない。送信の許可を有しないノードは、ＴＤＭＡスロットが始まるとき、持続時間が経過するまで送信を聴取する。ノードが送信し、受信するタイミングは、分散クロック同期化アルゴリズムによってシステム内の他のノードに同期化された、ノードのローカルクロックによって制御される。実際には、すべてのノードのクロックの完全な同期化は不可能であり、その結果、各ノードのクロックは、互いにわずかにスキューを有する。そのため、あるノードの送信器が、受信側ノードのうちの１つまたは複数が聴取の準備ができる前にメッセージの送信を開始する可能性がある。同様に、あるノードが、他のノードが聴取を停止した後に送信を継続することがありえる。さらに、劣化したノードが、それに割り当てられたウィンドウの十分に外で送信を試みる場合がある。
【０００９】
集中ガーディアンは、そのような故障の伝搬を制限すると考えられてきた。これらのガーディアン（または中央ガーディアン）は、劣化したノード送信器がそれに割り当てられたウィンドウの外でネットワークに同報通信できないことを保証する。ＴＤＭＡスロットの始めに、事前定義の遅延の後に、ガーディアンは、ノードがネットワークにメッセージを送信することを許可するウィンドウを開く。ノードが正しく動作している場合に、そのノードは、ガーディアンのウィンドウが開かれた直後に送信を開始し、ウィンドウが閉じられる前に送信を完了する。理想的には、受信側ノード（すなわち聴取するノード）は、ＴＤＭＡスロットの始めに、ガーディアンのウィンドウが閉じるまで聴取を開始する。ガーディアンは、送信ウィンドウ内で発生しない、ノードからの送信をブロックする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ガーディアンの技術的現状に関する１つの問題は、ガーディアン機能の実現が、スロット順序、送信開始時間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ために、ノードに実装されるプロトコルロジックエンジンを複製する必要があることである。ガーディアン内におけるプロトコルロジックエンジンの実装は、非常に複雑なガーディアン設計につながる。ネットワークデータフローに関するガーディアンの役割の集中化に伴って、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ってきた。ガーディアン設計の複雑さは、セーフティクリティカルアプリケーションにおける設計のバイアビリティに関する重要な問題である。たとえば、いくつかの場合に、ゲートレベル故障分析が、ガーディアン設計をセーフティクリティカルアプリケーションに使用する前に必要である。この場合に、そのようなガーディアンの故障分析を実行することの複雑さが、製品開発コストに関する著しく財政に影響する。いくつかのアプリケーションで、ガーディアン回路が、それ自体の健全さを確かめるために自己テストを実行することを要求される場合がある。これらの自己テストの複雑さも、ガーディアンの複雑さに直接に関係する。
【００１１】
もう１つの問題は、いくつかのプロトコルについて、内部で実装されるプロトコルロジックエンジンに基づく現在のガーディアン設計が、ネットワーク内のガーディアンを一緒に結合することを必要とすることである。本発明の実施形態は、この要件を除去する。
【００１２】
これが、ガーディアンとそれが保護するノードの間の一貫性の形での故障の可能性をさらに導入した。ガーディアンに送信順序の形で現在の状態または過去の状態の知識を維持することを要求することによって、状態更新に対する実装脆弱性が残され、この実装脆弱性は、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可能性がある。
【００１３】
上述の理由および本明細書を読み、理解したとき当業者に明白になる、下記で述べる他の理由から、当技術分野では、単純化されたガーディアン設計の必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の実施形態は、単純な優先順位ベースのアービトレーション機構を、ＴＤＭＡベースプロトコル通信ネットワークの中央ガーディアン内で実現することを可能にする。ガーディアン内でスケジュール知識を有するフルプロトコルエンジンを実現する代わりに、本発明の実施形態は、中央ガーディアンが、ネットワーク上の通信を同時に試みるシステムのメンバノードの間でアービトレーションすることを可能にする。
【００１５】
一実施形態では、優先順位ベースのアービトレーションを有するマルチチャネルネットワークが提供される。前記ネットワークが、各ノードがデータを送信し、受信するように適合された複数のノードと、複数のハブとを含み、各ハブが、前記複数のノードとの通信リンクを有する。各ノードが、前記１つまたは複数のハブを介してすべての他のノードと通信するように適合され、いずれか１つのハブと前記複数のノードとの間の前記通信リンクが、第１のチャネルを定義する。前記ネットワークは、さらに、複数のガーディアンを含み、各ガーディアンが、１つのハブに関連し、各ノードが、チャネルを介してタイムスロット中に送信するように適合される。前記マルチチャネルネットワークのチャネルごとに、１チャネル上の２つのノードが同一の割り当てられた優先順位ランクを有しないように、各ノードが、一意の優先順位ランクを割り当てられる。チャネルごとに、前記複数のノードのそれぞれの前記優先順位ランクが、異なる方向である。関連するハブの前記複数のガーディアンのうちの第１のガーディアンが、最高の割り当てられた優先順位ランクを有する勝つノードだけがチャネルを介して送信することを許可することによって、どのノードがタイムスロット中に送信することを許可されるかを決定する。
【００１６】
もう１つの実施形態では、ネットワークが提供される。前記ネットワークが、複数のサブネットワークと、データを送信し、受信するように適合された複数のノードとを含む。各サブネットワークを介して、すべてのノードが、他のすべてのノードとデータを通信するために結合される。サブネットワークごとに、各ノードが一意の優先順位ランクを割り当てられる。前記複数のノードのうちの勝つノードが、少なくとも１つのサブネットワークに関する最高優先順位ランクを有するものとして識別され、タイムスロット中に送信することを許可される。チャネルごとに、ノードが、異なる優先順位方向でランクを与えられる。
【００１７】
もう１つの実施形態では、ＴＤＭＡマルチチャネルネットワークのひとつのチャネルの中央ガーディアンの優先順位ベースのアービトレーションの方法が提供される。前記方法が、前記ひとつのチャネルに結合された各ノードに一意の優先順位ランクを割り当てるステップと、タイムスロット中に送信する前記複数のノードのうちの第１のノードの意図を示す第１のプリアンブル信号の受信を観察するステップと、前記第１のプリアンブル信号の前記受信の観察から事前定義の時間間隔以内の、前記タイムスロット中に送信する前記複数のノードのうちの第２のノードの意図を示す第２のプリアンブル信号の受信を観察するステップとを含む。前記第１のノードが前記第２のノードより高い優先順位ランクを有するとき、前記方法が、さらに、前記タイムスロット中に前記第１のノードだけが前記ひとつのチャネルを介して送信することを許可するステップを含む。前記第２のノードが前記第１のノードより高い優先順位ランクを有するとき、前記方法が、さらに、前記タイムスロット中に前記第２のノードだけが前記ひとつのチャネルを介して送信することを許可するステップを含む。前記マルチチャネルネットワークのチャネルごとに、前記一意の優先順位ランク方向が異なる。
【００１８】
もう１つの実施形態では、マルチチャネルネットワークが提供される。前記ネットワークが、複数のノードに関する集中ガーディアンの優先順位ベースのアービトレーションの手段を含む。前記ネットワークが、さらに、前記マルチチャネルネットワークの第１のチャネルに結合された複数のノードの各ノードに一意の優先順位ランクを割り当てる手段と、前記複数のノードのうちの第１のノードのタイムスロット中に送信する意図を示す第１のプリアンブル信号の受信を観察する手段と、前記第１のプリアンブル信号の前記受信の観察から事前定義の時間間隔以内の、前記複数のノードのうちの第２のノードのタイムスロット中に送信する意図を示す第２のプリアンブル信号の受信を観察する手段とを含む。前記ネットワークが、さらに、前記第１のノードが前記第２のノードより高い優先順位ランクを有するとき、前記タイムスロット中に前記第１のノードだけが送信することを許可する手段と、前記第２のノードが前記第１のノードより高い優先順位ランクを有するとき、前記タイムスロット中に前記第２のノードだけが送信することを許可する手段とを含む。前記マルチチャネルネットワークのチャネルごとに、前記一意の優先順位ランク方向が異なる。
【００１９】
もう１つの実施形態では、ＴＤＭＡマルチチャネルネットワークの１チャネルの中央ガーディアンの優先順位ベースのアービトレーションの方法を実行するコンピュータ実行可能命令を有するコンピュータ可読媒体が提供される。前記方法は、前記１のチャネルに結合された複数のノードの各ノードに一意の優先順位ランクを割り当てるステップと、タイムスロット中に送信する前記複数のノードのうちの第１のノードの意図を示す第１のプリアンブル信号の受信を観察するステップと、前記第１のプリアンブル信号の前記受信の観察から事前定義の時間間隔以内の、前記タイムスロット中に送信する前記複数のノードのうちの第２のノードの意図を示す第２のプリアンブル信号の受信を観察するステップとを含む。前記第１のノードが前記第２のノードより高い有線順位ランクを有するとき、前記方法が、さらに、前記タイムスロット中に前記第１のノードだけが前記１のチャネルを介して送信することを許可するステップを含み、前記第２のノードが前記第１のノードより高い有線順位ランクを有するとき、前記方法が、さらに、前記タイムスロット中に前記第２のノードだけが前記１のチャネルを介して送信することを許可するステップを含む。前記マルチチャネルネットワークのチャネルごとに、前記一意の優先順位ランク方向が異なる。
【００２０】
好ましい実施形態の説明および添付図面に鑑みて検討されるとき、本発明をより容易に理解することができ、本発明のさらなる利益および使用が、より容易に明白になる。
【００２１】
一般的な慣例に従って、述べられているさまざまな特徴は、原寸に比例して示されておらず、本発明に関連する特徴を強調するように図示されている。符号は、複数の図面および本文全体を通じて同様の要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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。
【００２３】
本発明の実施形態は、単純な優先順位ベースのアービトレーション機構を、ＴＤＭＡベースプロトコル通信ネットワークの中央ガーディアン内で実現することを可能にする。ガーディアン内のフルプロトコルエンジンの代わりに、本発明の実施形態は、中央ガーディアンが、それぞれが既にそれ自体でフルプロトコルエンジンを実装しているメンバノードの間で通信チャネルへのアクセスをアービトレーションすることを可能にする。本発明の実施形態は、中央ガーディアンが、どのノードがどのＴＤＭＡスロット中に送信を許可されるかに関して基礎になるプロトコルを知ることを必要としない。しかし、単一障害トレラントネットワーク設計に関して、本発明を使用して達成されるネットワーク通信の可用性は、フルプロトコル実施を実行するガーディアンの可用性と同等である。プロトコル挙動の特定の知識を必要としないことによって、本発明は、非常に単純な同期化ロジックの実現を可能にする。
【００２４】
本発明は、ノードのプロトコルロジックエンジンをガーディアン内で複製せずに、１つのチャネル上で同時に送信する２つのノードによって引き起こされるデータ衝突を防ぐので、以前のシステムと異なる。これは、はるかに複雑さが少ない実装およびセーフティクリティカルドメインに関する単純化されたガーディアン故障分析を含む、現在の実践に対する利益を有し、プロトコル状態ロジックおよび信号に対するガーディアンの依存性を除去する。
【００２５】
提示される発明は、多くのネットワークで、しばしばデータ通信の継続される可用性および故障許容を保証するためにチャネルが複製されるという事実を利用する。マルチチャネルネットワークの性質を利用すれば、現在の技術的現状のガーディアンに関するガーディアン実施判断の要件をやわらげることが可能である。正しいノードだけがＴＤＭＡスロット中にチャネルでデータを送信できることを保証するのではなく、本発明の実施形態は、１）１つのノードだけが所与のチャネル上でデータを送信することを許可され、２）正しいノード（すなわち、プロトコルに従ってＴＤＭＡスロット中に送信を許可されるノード）がそのデータを送信するために少なくとも１つのチャネルへの排他的アクセスを有することを保証する。これらの応用例での複製されたチャネルの目的が、可用性保証だけなので、そのような哲学は、そのようなプロトコルの基礎になる仮定と一貫する。そのような設計原理を使用することによって、集中ガーディアンの実装を、単純な優先順位ベースのアービトレーション回路に基づいて実現することができる。
【００２６】
図１は、本発明の教示による、全体的に１００に示された、マルチチャネルネットワークの一実施形態のブロック図である。図１には、単純にするためにデュアルチャネルネットワークが図示されているが、当業者は、本明細書を読めば、本発明の実施形態が３つ以上のチャネルを有するネットワークにも容易に適用されることをすぐに理解するであろう。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。この実施形態では、ネットワーク１００には、それぞれがハブ１０４−１および１０４−２に結合された複数のノード１０２−１から１０２−Ｎが含まれる。一実施形態では、データは、フレーム内で、１つのノード１０２−１から１０２−Ｎからネットワーク１００内の別のノードに、ハブ１０４−１および１０４−２を介して伝送される。一実施形態では、個々のハブと複数のノード１０２−１から１０２−Ｎの間の通信リンクを含む各サブネットワークが、単一のネットワークチャネルを定義する。一実施形態では、ネットワーク１００は、デュアルチャネルシステムとして動作し、ここで、ハブ１０４−１は、ノード１０２−１から１０２−Ｎの間で「０」チャネル上でデータ通信を配布するように動作し、ハブ１０４−２は、ノード１０２−１から１０２−Ｎの間で「１」チャネル上でデータ通信を配布するように動作する。一実施形態では、１つまたは複数の電子デバイス１０６−１から１０６−Ｐが、ノード１０２−１から１０２−Ｎに接続される。一実施形態では、電子デバイス１０６−１から１０６−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１００上でデータフレームを通信する類似物を含む。
【００２７】
ネットワーク１００は、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）ベース通信プロトコルで動作し、ここで、各ノード１０２−１から１０２−Ｎに、送信ＴＤＭＡスロット順序が割り当てられる。そのようなネットワークでは、各ノードが、プロトコルを独立して実装し、現在のプロトコル状態の完全な知識を有する（すなわち、各ノードは、どのＴＤＭＡスロットが現在のＴＤＭＡスロットであるか、現在のＴＤＭＡスロットの送信ウィンドウが開かれる時間、現在のＴＤＭＡスロットの送信ウィンドウが閉じられる時間、そのノードが現在のＴＤＭＡスロットの送信ウィンドウ中に送信する許可を有するかどうか、ならびにどのＴＤＭＡスロットが次のＴＤＭＡスロットおよび将来のＴＤＭＡスロットであるかの状態を独立して知っている）。
【００２８】
ハブ１０４−１および１０４−２のそれぞれに、中央ガーディアン１０３−１および１０３−２が含まれ、この中央ガーディアン１０３−１および１０３−２は、各関連するチャネルを介するノード１０２−１から１０２−Ｎからのデータ通信の伝搬を調整するように機能する。ガーディアン１０３−１および１０３−２機能の複雑さを低減するために、本発明は、単純な優先順位ベースのアービトレーションプロトコルを提供する。
【００２９】
ネットワーク１００の優先順位ベースのアービトレーションは、次のように達成される。一実施形態では、動作中に、各ノード１０２−１から１０２−Ｎが、チャネル０上で第１優先順位方式、チャネル１上で第２優先順位方式が指定される。たとえば、一実施形態では、ノード１０２−１から１０２−Ｎは、チャネル０上で１からＮまでの増加する関連する優先順位を有する。チャネル１上では、優先順位が逆転され、その結果、ノード１０２−１から１０２−Ｎは、Ｎから１までの減少する関連する優先順位を有するようになる。関連するチャネルごとに、ガーディアン１０３−１および１０３−２は、あるタイムスロット中に送信を試みる最高優先順位のノードによって送信されたデータのハブ１０４−１および１０４−２を介する伝搬だけを許可する。理想的には、各ノード１０２−１から１０２−Ｎが、現在のＴＤＭＡスロット中に送信を許可されるかどうかの完全に正確な知識を有し、１つのノード１０２−１から１０２−Ｎだけが、単一のＴＤＭＡスロット中にチャネルを介するデータの送信を試みる。この条件の下で、ガーディアン１０３−１および１０３−２は、チャネル伝送権に関するアービトレーションが不要なので、受動的な役割を演じる。しかし、単一故障シナリオの下では、ノード１０２−１から１０２−Ｎのうちの劣化したノードが、別のノード１０２−１から１０２−Ｎに割り当てられたＴＤＭＡスロット中に許可されない送信を試みる場合がある。本発明の一実施形態の優先順位方式の下では、ノード１０２−１（たとえば）が、１０２−３のタイムスロット中に送信を試みる場合に、ノード１０２−１（チャネル０上で１の優先順位を有する）が、ノード１０２−３（チャネル０上で３の優先順位を有する）より高い優先順位を有する。したがって、ガーディアン１０３−１は、このアービトレーションコンテストの「勝つ」ノードとしてノード１０２−１を選択する。ガーディアン１０３−１は、ノード１０２−３が、このチャネルでのノード１０２−１との優先順位アービトレーション競争に必ず負けるので、ノード１０２−３がチャネル０を介してデータを送信するためにアクセスすることを拒否する（ノード１０２−３がプロトコルによって送信を許可される場合であっても）。しかし、チャネル１では、ノード１０２−３が、ノード１０２−１との優先順位アービトレーション競争に必ず勝つ。したがって、ガーディアン１０３−２は、ノード１０２−１がチャネル１を介してデータを送信するためにアクセスすることを拒否し、ノード１０２−３にアクセスを許可する。その結果、ノード１０２−３は、必ず、それに割り当てられたＴＤＭＡスロット中に、少なくとも１つのチャネルを介してデータを送信することができる。
【００３０】
異なる優先順位方向を有する少なくとも２つのチャネルのネットワークに関する単一故障仮定の下で、本発明の実施形態は、よい伝送が、少なくとも１つのチャネル上で得られることを保証する（すなわち、それに割り当てられたＴＤＭＡスロット中に正しく送信するノードは、少なくとも１つのチャネルで勝つノードとして選択される）。一実施形態では、各ＴＤＭＡスロットは、特定のアービトレーション期間中に感知された情報だけを使用して、履歴なしでアービトレーションされる。他の実施形態では、あるチャネルのガーディアンが、アービトレーション判断にヒストリ情報を組み込んで、複数の競争するノードのうちのどれが、チャネル上で送信を許可される正しいノードであるかを決定することを試みることができる（たとえば、ヒストリを使用して、どのノードが最近送信したかのヒストリに基づいて、競争者としてのあるノードを除去する）。
【００３１】
図２は、本発明の教示による、全体的に２００に示された、複数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。この実施形態では、ネットワーク２００には、それぞれが複数のハブ２０４−１から２０４−Ｈに結合された複数のノード２０２−１から２０２−Ｎが含まれる。一実施形態では、個々のハブおよび複数のノード２０２−１から２０２−Ｎの間の通信リンクを含む各サブネットワークが、単一のネットワークチャネルを定義する。ネットワーク２００での優先順位ベースのアービトレーションは、図１の実施形態で説明したデュアルハブネットワーク１００と同一の基礎で動作する。
【００３２】
データは、ネットワーク２００内の１つのノード２０２−１ないし２０２−Ｎから別のノードにハブ２０４−１から２０４−Ｈを介してフレームで送信される。図１のネットワーク１００に関して説明したように、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し、ここで、各ノード２０２−１から２０２−Ｎに、チャネル内の送信スロット順序（すなわち、ＴＤＭＡスロット）が割り当てられる。一実施形態では、ネットワークが、ＴＴＰネットワークであり、ＴＤＭＡスロットが、ＳＲＵスロットである。ハブ２０４−１から２０４−Ｈのそれぞれに、本発明の優先順位ベースのアービトレーションを実装する中央ガーディアン２０３−１から２０３−Ｈが含まれ、ガーディアン２０３−１から２０３−Ｈは、ノード２０２−１から２０２−Ｎに関する異なる優先順位方向を有する。一実施形態では、単一故障仮定の下で、本発明の実施形態は、少なくとも１つのチャネルが、他のチャネルと異なる優先順位方向を利用するガーディアンを有する限り、よいノード伝送が、ネットワーク２００の少なくとも１つのチャネル上で得られることを保証する。もう１つの実施形態では、ガーディアン２０３−１から２０３−Ｈのそれぞれが、ノード２０２−１から２０２−Ｎについて異なる優先順位方式を使用する。一実施形態では、ガーディアン２０３−１から２０３−Ｈは、テーブルに優先順位方式を保持するメモリを有するように適合される。一実施形態では、ガーディアン２０３−１から２０３−Ｈのメモリを、異なる優先順位方式を用いて再プログラムすることができる。もう１つの実施形態では、ノード２０２−１から２０２−Ｎの優先順位が、各ノードがハブ２０４−１から２０４−Ｈのどのポートに配線されているかによって決定される。
【００３３】
図３は、図２に関して説明したネットワーク２００などのネットワークの優先順位ベースのアービトレーションタイミング図の一実施形態の図である。図３には、ネットワーク２００の１チャネルのガーディアン２０３によってノード２０２−１から２０２−Ｎから受信された１つまたは複数のプリアンブル信号３２０が含まれる。ノードから受信されたプリアンブル信号は、そのプリアンブル信号を送信したノードが、現在のＴＤＭＡスロット３５５中にデータを送信するつもりであることを示す。一実施形態では、ノード２０２−１から２０２−Ｎは、データ通信の送信および受信に利用されるのと同一の通信リンク（通信リンク２１０など）でガーディアン２０３にプリアンブル信号３２０を送信する。一実施形態では、ノード２０２−１から２０２−Ｎは、データ通信の送信および受信に利用されるのと別々の通信リンク（図示せず）でガーディアン３２０にプリアンブル信号を送信する。
【００３４】
現在のＴＤＭＡスロット３５０の始めに、ガーディアン２０３は、持続時間において時間πのアービトレーションウィンドウ３３０を開く。有限の時間間隔πは、正しく動作するノード２０２−１から２０２−Ｎが有すると期待される、ノード２０２−１から２０２−Ｎのタイミング同期の最大スキューを表す。いくつかの実施形態では、アービトレーションウィンドウ３３０は、πに信号伝搬遅延定数を加えた持続時間を有する。ガーディアン２０３は、最初のプリアンブル信号３２５を待つ。アービトレーションウィンドウ３３０中に１つのプリアンブル信号だけが受信される場合に、ノード間のアービトレーションは不要であり、ガーディアン２０３は、アービトレーションウィンドウ３３０を閉じ、その１つのプリアンブル信号を送信したノードのために送信ウィンドウ３４０を開く。これによって、そのノードがチャネルを介して他のノードにデータを送信することが許可される。一実施形態では、送信ウィンドウ３４０は、アービトレーションウィンドウ３３０が閉じた後に事前定義の時間遅延の後に開かれる。各ノード２０２−１から２０２−Ｎは、それが送信を排他的に許可されるＴＤＭＡスロットを割り当てられている（プロトコルによって）ことを知っているので、正しく動作するネットワークでは、単一のプリアンブル信号３２５だけが、アービトレーションウィンドウ３３０中にガーディアン２０３によって受信される。しかし、単一故障仮定の下では、故障したノードが、別のノードのＴＤＭＡスロット中に送信を試みる場合がある。その場合に、ガーディアン２０３は、アービトレーションウィンドウ３３０中に２つの異なるノードから２つのプリアンブル信号（３２５および３２６）を受信する。ガーディアン２０３は、この２つのノードのうちのどちらに、ＴＤＭＡスロット３５０中のチャネルにまたがる送信を許可するかを選択する。一実施形態では、ガーディアン２０３は、２つのノードの間でアービトレーションし、最高優先順位割当を有するノードだけに、チャネルを介する送信を許可する。このアービトレーション判断を行うために、ガーディアン２０３は、基礎になるプロトコルに従ってどのノードが送信を許可されなければならないかの知識を必要としない。次のＴＤＭＡスロットの開始時に、ガーディアン２０３は、最高優先順位割当を有するノードのために送信ウィンドウ３４０を開く。
【００３５】
優先順位ベースのアービトレーションを実行するために、一実施形態では、ガーディアン２０３−１から２０３−Ｈは、送信ウィンドウを開くことと閉じることを調整するためにノード２０２−１から２０２−Ｎの時間ベースに同期化され、その結果、ガーディアン２０３−１から２０３−Ｈおよびノード２０２−１から２０２−Ｎが、ＴＤＭＡスロットのタイミングに関して合意するようになる。一実施形態では、異なるノードのＴＤＭＡスロットの長さは、異なり、個々のメンバノードに割り当てられた総帯域幅の比率に対応し、各ＴＤＭＡスロットは、特定の量のデータ伝送を許容する。一実施形態では、ネットワーク２００内のチャネルごとに、関連するガーディアン２０３−１から２０３−Ｈが、前に参照され参照によって本明細書に組み込まれている’５２８１出願に示されているように、ノード２０２−１から２０２−Ｎによって送信されるビーコンを介してネットワーク２００と同期化される。一実施形態では、ネットワーク２００が、ＴＴＰネットワークであり、ノード２０２−１から２０２−Ｎによって送信されるビーコンが、アクションタイム信号である。ノード２０２−１から２０２−Ｎとのガーディアン２０３−１から２０３−Ｈの同期化に関するさらなる詳細は、参照によって本明細書に組み込まれている’５２８１出願に記載されている。もう１つの実施形態では、ガーディアンは、ノードによって送信されたビーコンを介して示されるＴＤＭＡスロットの始めに基づくのではなく、最初のプリアンブル信号の到着に基づいてアービトレーションウィンドウを開くことができる。もう１つの実施形態では、アービトレーションウィンドウが、第２のプリアンブル信号の受信の際に閉じられ、アービトレーション勝者が、即座に判断される。
【００３６】
図４は、本発明の教示による、全体的に４００に示された、マルチハブネットワークのもう１つの一実施形態のブロック図である。複数のハブ４０４−１から４０４−Ｘが、ノード４０２−１から４０２−Ｔにそれぞれ結合される。複数のハブ４１４−１から４１４−Ｘが、ノード４１２−１から４１２−Ｒにそれぞれ結合される。各ハブ４０４−１から４１４−Ｘは、関連する通信リンク４２５−１から４２５−Ｘを介して１つのハブ４１４−１から４１４−Ｘに結合されて、リンクされたハブ対が作成される。各リンクされたハブ対およびそれらをノード４０２−１から４０２−Ｔおよび４１２−１から４１２−Ｒに結合する通信リンクを含むサブネットワークが、単一の通信チャネルを定義する。各ノード４０２−１から４０２−Ｔおよび４１２−１から４１２−Ｒは、リンクされたハブを介して、すべての他のノード４０２−１から４０２−Ｔおよび４１２−１から４１２−Ｒと通信することができる。ハブ４０４−１から４０４−Ｘおよび４１４−１から４１４−Ｘのそれぞれは、優先順位ベースのアービトレーションを使用して各関連するチャネルを介するデータ通信および通信リンク４２５−１から４２５−Ｘを介するデータ通信の伝搬を調整するように機能する中央ガーディアン４０３−１から４０３−Ｘおよび４１３−１から４０３−Ｘを含む。
【００３７】
ネットワーク４００の優先順位ベースのアービトレーションは、次のように達成される。一実施形態では、動作中に、各ノード４０２−１から４０２−Ｔおよび４１２−１から４１２−Ｒが、各チャネルのグローバル優先順位方式に基づいて優先順位を割り当てられる。たとえば、一実施形態では、ノード４０２−１から４０２−Ｔおよび４１２−１から４１２−Ｒは、チャネル０上で１からＴ＋Ｒまでの増加する関連するグローバル優先順位を有する。チャネル１上では、優先順位が逆転され、その結果、ノード４０２−１から４０２−Ｔおよび４１２−１から４１２−Ｒは、Ｔ＋Ｒから１までの減少する関連する優先順位を有するようになる。理想的には、各ノード４０２−１から４０２−Ｔおよび４１２−１から４１２−Ｒが、現在のＴＤＭＡスロット中に送信を許可されるかどうかの完全に正確な知識を有し、１つのノード４０２−１から４０２−Ｔおよび４１２−１から４１２−Ｒだけが、単一のＴＤＭＡスロット中にチャネルを介するデータの送信を試みる。この条件の下で、ガーディアン４０３−１から４０３−Ｘおよび４１３−１から４１３−Ｘは、チャネル伝送権に関するアービトレーションが不要なので、受動的な役割を演じる。しかし、単一故障シナリオの下では、ノード４０２−１から４０２−Ｔおよび４１２−１から４１２−Ｒのうちの劣化したノードが、別のノード４０２−１から４０２−Ｔおよび４１２−１から４１２−Ｒに割り当てられたＴＤＭＡスロット中に許可されない送信を試みる場合がある。図２に関して説明したように、優先順位ベースのアービトレーションは、最高優先順位を有するノードだけがチャネル上で送信することを許可する。上述の実施形態のグローバル優先順位方式の１つの結果が、プリアンブル信号をハブ４０４−１に送信するノード４０２−１から４０２−Ｔ（チャネル０上で送信する意図を示す）のどれもが、ハブ４１４−１に送信の意図を示すノード４１２−１から４１２−Ｒのどれよりも高い優先順位を有することである。したがって、ハブ４１４−２にプリアンブル信号を送信するノード４１２−１から４１２−Ｒ（チャネル１上で送信する意図を示す）のどれもが、ハブ４０４−２に送信の意図を示すノード４０２−１から４０２−Ｔのどれよりも高い優先順位を有する。
【００３８】
チャネル０で、ガーディアン４０３−１が、１）単一のノード４０２−１から４０２−Ｔからプリアンブル信号を受信するか、２）ノード４０２−１から４０２−Ｔのうちの２つがプリアンブル信号を送信した後に勝つノード（すなわち、最高優先順位を有するノード）をアービトレーションするかのいずれかを行う時に、ハブ４０４−１は、そのノードが通信リンク４２５−１上でハブ４１４−１にデータを送信することを許可する。その結果、ガーディアン４１３−１は、ハブ４１４−１のノードのすべてがハブ４０４−１のノードのどれよりも優先順位が低いので、ノード４１２−１から４１２−Ｒのどれもがチャネル０で送信することをブロックする。対照的に、ガーディアン４１３−１が、１）単一のノード４１２−１から４１２−Ｒからプリアンブル信号を受信するか、２）ノード４１２−１から４１２−Ｒのうちの２つがプリアンブル信号を送信した後に勝つノードをアービトレーションするかのいずれかを行う時に、ハブ４１４−１は、ガーディアン４０３−１がノード４０２−１から４０２−Ｔのいずれからもプリアンブル信号を受信していない場合に限って、そのノードが通信リンク４２５−１上でハブ４０４−１にデータを送信することを許可する。ガーディアン４０３−１が、より高い優先順位のノードからプリアンブル信号を受信していない場合に、ガーディアン４０３−１は、そのタイムスロット中にノード４１２−１から４１２−Ｒのいずれもがチャネル０上で送信することをブロックする。
【００３９】
チャネル１のグローバル優先順位方式は、チャネル０と方向が反対なので、チャネル１では、ガーディアン４１３−２が、１）単一のノード４１２−１から４１２−Ｒからプリアンブル信号を受信するか、２）ノード４１２−１から４１２−Ｒのうちの２つがプリアンブル信号を送信した後に勝つノード（すなわち、最高優先順位を有するノード）をアービトレーションするかのいずれかを行う時に、ハブ４１４−２は、そのノードが通信リンク４２５−２を介してハブ４０４−２にデータを送信することを許可する。その結果、ガーディアン４０３−２は、ハブ４０４−２のノードのすべてがハブ４１４−２のノードのどれよりも優先順位が低いので、ノード４０２−２から４０２−Ｔのいずれもがチャネル１上で送信することをブロックする。対照的に、ガーディアン４０３−２が、１）単一のノード４０２−１から４０２−Ｔからプリアンブル信号を受信するか、２）ノード４０２−１から４０２−Ｔのうちの２つがプリアンブル信号を送信した後に勝つノードをアービトレーションするかのいずれかを行う時に、ハブ４０４−２は、ガーディアン４０３−１がノード４０２−１から４０２−Ｔのどれからもプリアンブルを受信していない場合に限って、そのノードが通信リンク４２５−２を介してハブ４１４−２にデータを送信することを許可する。ガーディアン４１３−２が、より高い優先順位のノードからプリアンブル信号を受信していない場合に、ガーディアン４１３−２は、ノード４１２−１から４１２−Ｔのいずれもがそのタイムスロット中にチャネル１上で送信することをブロックする。
【００４０】
前に述べたように、異なる優先順位方向を有する少なくとも２つのチャネルのネットワーク４００での単一故障仮定の下で、本発明の実施形態は、基礎になるプロトコルによって送信を許可されるノードが、少なくとも１つのチャネルで送信を達成させることを保証する。
【００４１】
図５ａおよび５ｂは、図４に関してチャネル０について説明したグローバル優先順位方式を含む、図４に関して説明したネットワーク４００などのネットワークのチャネル０の優先順位ベースのアービトレーションタイミング図の実施形態の例である。
【００４２】
一実施形態では、通信リンク４２５−１から４２５−Ｎは、図５ａに示された優先順位ベースのアービトレーションタイミング５００を有する、結合されたハブ対の間の両方向の通信を可能にする全二重通信リンクである。アービトレーションウィンドウ５３０が、ＴＤＭＡスロットの始め（５５０に図示）の検出時に、ガーディアン４０３−１のために開かれる。一実施形態では、アービトレーション時間ウィンドウ５３０は、πの持続時間を有する。有限の時間間隔πは、正しく動作するノード４０２−１から４０２−Ｔが有すると期待される、ノード４０２−１から４０２−Ｔのタイミング同期の最大スキューを表す。いくつかの実施形態では、アービトレーションウィンドウ５３０は、πに信号伝搬遅延定数を加えた持続時間を有する。ガーディアン４０３−１は、ノード４０２−１から４０２−Ｔのうちでアービトレーション時間ウィンドウ５３０中にプリアンブル信号（プリアンブル信号５２５および５２６など）を送信したすべてのノードの間でアービトレーションする。ガーディアン４０３−１は、勝つノードをアービトレーションする場合に、そのノードに、アービトレーション時間ウィンドウ５３０が閉じ（５３２に図示）た後にハブ４１４−１に送信するためにデータを送信することを許可する。次に、ガーディアン４１３−１は、ガーディアン４０３−１が勝ったノードのために送信ウィンドウ５４０を開いている間に、ノード４１２−１から４１２−ＲがＴＤＭＡスロット５５５中に送信することをブロックする。
【００４３】
アービトレーションウィンドウ５３５が、ＴＤＭＡスロットの開始（５５０に図示）の検出時にガーディアン４１３−１のために開かれる。ガーディアン４１３−１は、ノード４０２−１から４０２−Ｔのアービトレーションからの勝ったノードに加えて、ノード４１２−１から４１２−Ｒのうちでアービトレーション時間ウィンドウ５３５中にプリアンブル信号（プリアンブル信号５２７および５２８など）を送信したすべてのノードの間でアービトレーションする。ガーディアン４１３−１が、ノード４１２−１から４１２−Ｒから勝つノードをアービトレーションし、アービトレーション時間ウィンドウ５３５中にガーディアン４０３−１からのデータ送信を受信しない場合に、ガーディアン４１３−１は、アービトレーション時間ウィンドウ５３５が閉じ（５３７に図示）た後に、勝つノードがハブ４０４−１にデータを送信することを許可する。次に、ガーディアン４０３−１は、ガーディアン４１３−１が勝つノードのために送信ウィンドウ５４５を開いている間に、ノード４０２−１から４０２−ＴがそのＴＤＭＡスロット中に送信することをブロックする。アービトレーションウィンドウ５３５は、持続時間においてアービトレーションウィンドウ５３０より長くなければならない。というのは、ガーディアン４０３−１は、アービトレーションウィンドウ５３０が閉じるまでアービトレーション判断を行うことができず、ガーディアン４１３−１は、それ自体のアービトレーション判断を行う前に、ガーディアン４０３−１がアービトレーション判断を行い、通信するのに十分な時間をガーディアン４０３−１に与えなければならないからである。一実施形態では、アービトレーションウィンドウ５３５は、２πの持続時間を有する。
【００４４】
ガーディアン４０３−１が、勝つノードをアービトレーションする場合に、ガーディアン４０３−１は、送信ウィンドウ５４０を開いて、ノードがハブ４０４−１、４１４−１、および通信リンク４２５−１を介してチャネルの他のノードに送信することを許可する。その間に、ガーディアン４１３−１は、ノード４１２−１から４１２−Ｒがチャネルに送信することをブロックする。ガーディアン４０３−１が、勝つノードをアービトレーションしない場合に、アービトレーションウィンドウ５３０が閉じた後に、ガーディアン４１３−１は、最高優先順位を有する１つのノード４１２−１から４１２−Ｒのために送信ウィンドウ５４５を開いても安全であることを知り、そのノードが通信リンク２２５−１を介してノード４０２−１から４０２−Ｔに送信することを許可する。
【００４５】
これらのアービトレーション判断を行うために、ガーディアン４０３−１および４１３−１は、基礎になるプロトコルに従ってどのノードが送信を許可されなければならないかの知識を必要としない。一実施形態では、ネットワーク４００のチャネル１の優先順位ベースのアービトレーションタイミングは、グローバル優先順位が逆転され、その結果、ノード４０２−１から４０２−Ｔおよび４１２−１から４１２−ＲがＴ＋Ｒから１までの減少する関連する優先順位を有することを除いて、図５で説明したものと同一に動作する。その場合に、ガーディアン４０３−２は、ノード４０２−１から４０２−Ｔおよびハブ４１４−２からのプリアンブル信号を聴取しなければならず、その結果、ガーディアン４０３−２は、ガーディアン４１３−２からのアービトレーション判断の伝搬を可能にするために、より長い持続時間の間、それ自体のアービトレーションウィンドウを開いたままに維持しなければならない。本発明の実施形態は、各チャネルが他のチャネルと異なるグローバル優先順位方向を利用するガーディアン対を有する限り、ノード伝送がネットワーク４００の少なくとも１つのチャネルで得られることを保証する。
【００４６】
一実施形態では、通信リンク４２５−１から４２５−Ｎは、図５ｂに示された優先順位ベースのアービトレーションタイミング５１０を用いる、半二重通信リンク（結合されたハブ対の間で一時に１方向の通信だけを許容する）である。一実施形態では、リンク４２５−１は、４０４−１（高優先順位ハブ）から４０４−１（低優先順位ハブ）への通信だけを許容するデフォルト構成を有する半二重である。通信リンク４２５−１は半二重なので、ガーディアン４０３−１は、ガーディアン４１３−１に関して盲目的にアービトレーションしなければならない。アービトレーションウィンドウ５６０が、ＴＤＭＡスロットの始まり（５９０に図示）の検出時にガーディアン４０３−１のために開かれる。ガーディアン４０３−１は、持続時間πのアービトレーション時間ウィンドウ５６０中にプリアンブル信号（プリアンブル信号５７５および５７６など）を送信するノード４０２−１から４０２−Ｔのすべての間でアービトレーションする。ガーディアン４０３−１は、勝つノードをアービトレーションする場合に、アービトレーション時間ウィンドウ５６０が閉じ（５６２に図示）た後に、勝つノードがハブ４１４−１に送信することを許可する。その間に、アービトレーションウィンドウ５６５が、ＴＤＭＡスロットの始め（５９０に図示）の検出時にガーディアン４１３−１のために開かれる。ガーディアン４１３−１は、ノード４０２−１から４０２−Ｔのアービトレーションから生じる勝つノードについてのハブ４０４−１からの通知のほかに、アービトレーション時間ウィンドウ５６５中にプリアンブル信号（プリアンブル信号５７７および５７８など）を送信するノード４１２−１から４１２−Ｒのすべての間でアービトレーションする。アービトレーションウィンドウ５６５は、持続時間においてアービトレーションウィンドウ５６０より長くなければならない。というのは、ガーディアン４０３−１は、アービトレーションウィンドウ５６０が閉じるまでアービトレーション判断を行うことができず、ガーディアン４１４−１は、それ自体のアービトレーション判断を行う前に、ガーディアン４０３−１がアービトレーション判断を行い、通信するのに十分な時間をガーディアン４０３−１に与えなければならないからである。一実施形態では、アービトレーションウィンドウ５６５は、２πの持続時間を有する。ガーディアン４０３−１が、勝つノードをアービトレーションする場合に、ガーディアン４０３−１は、送信ウィンドウ５８０を開いて、ノードがＴＤＭＡスロット５９５中にハブ４０４−１、４１４−１、および通信リンク４２５−１を介してチャネルの他のノードに送信することを許可する。その間に、ガーディアン４１３−１は、ノード４１２−１から４１２−Ｒがチャネルで送信することをブロックする。ガーディアン４０３−１が、勝つノードをアービトレーションしない場合に、アービトレーションウィンドウ５６５が閉じた後に、ガーディアン４０３−１は、ハブ４１４−１がデフォルト勝者であると宣言する。次に、ガーディアン４１３−１は、最高優先順位を有するノード４１２−１から４１２−Ｒのために送信ウィンドウ５８５を開いても安全であることを知り、そのノードが��ＤＭＡスロット５９５中に通信リンク２２５−１を介してノード４０２−１から４０２−Ｔに送信することを許可する。
【００４７】
図６は、本発明の教示による、全体的に６００に示された、ネットワークの代替形態のブロック図である。ノード６００は、ハブおよびバスの構成を含む。ハブ６０４−１から６０４−Ｎのそれぞれは、ノード６０２−１から６０２−Ｐに直接に結合される。ノード６１２−１から６１２−Ｄのそれぞれは、バス６２５−１および６２５−２に結合される。バス６２５−１および６２５−２は、ハブ６０４−１および６０４−２のそれぞれに結合される。動作時に、各ノード６０２−１から６０２−Ｐおよび６１２−１から６１２−Ｄは、すべてのＴＤＭＡラウンド中にＮ個のチャネルのそれぞれで１つのフレームを送信する。一実施形態では、本明細書全体を通じて提供される優先順位アービトレーション方式は、ノード６０２−１および６０２−Ｐ（すなわち、ハブ６０４−１から６０４−Ｎに直接に結合されたノード）とＮチャネルバス６２５−１および６２５−２の間のアービトレーションに適用可能であり、ここで、各バスは、優先順位アービトレーション目的において単一のノードとして扱われる。
【００４８】
図７は、全体的に７００に示された、ＴＤＭＡマルチチャネルネットワークの１チャネルの中央ガーディアンの優先順位ベースのアービトレーションの方法の１つの流れ図である。この方法には、まず、チャネルに結合された各ノードに一意の優先順位ランクを割り当てること（７１０）が含まれ、ここで、あるチャネルのノードに関する一意の優先順位ランク方向は、マルチチャネルネットワークの別のチャネルのノードの一意の優先順位ランク方向と異なる。この方法は、タイムスロット中に送信する第１のノードの意図を示す第１のプリアンブル信号の受信の観察（７２０）および第１のプリアンブル信号の受信の観察から事前定義の時間間隔以内の、タイムスロット中に送信する第２のノードの意図を示す第２のプリアンブル信号の受信の観察（７３０）に進む。第１のノードが第２のノードより高い優先順位ランクを有するとき、この方法は、タイムスロット中に１つのチャネルを介して第１のノードだけが送信することを許可することに継続する（７４０）。第２のノードが第１のノードより高い優先順位ランクを有するとき、この方法は、タイムスロット中に１つのチャネルを介して第２のノードだけが送信することを許可することに継続する（７５０）。
【００４９】
ハブ内でスケジュール情報を格納するという要件を除去することによって、次の利益が達成される。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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を低減する。したがって、アップセットされる状態がない。
【００５３】
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
・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がって中央ガーディアンを実施することの可能化
・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
一実施形態では、単純なヒューリスティックを追加して、上述のシステムのガーディアンの弾力をさらに高める。一実施形態では、ノードが、そのタイムスロットの前にアクティビティを示す場合に、そのノードがアービトレーションに参加することをディスエーブルすることができる。これには、誤ったプリアンブル信号を送信するノードまたはネットワークに同期化されていないすべてのノードが効果的に含まれる。もう１つの実施形態では、あるノードがアービトレーションに勝ったならば、そのノードを、１つまたは複数のスロットについてブロックし、アービトレーションをさせないことができる。
【００５４】
一実施形態では、本発明の集中ガーディアンは、さらに、参照によって本明細書に組み込まれている’７５８７出願に詳細に示されているように、起点ノードが結合されているポート番号から導出された識別子を用いて、関連するハブを介して送信されるメッセージを変更するように適合される。したがって、別個のチャネルで２つの異なるメッセージを同時に受信するノードは、メッセージを送信する２つのノードを識別することができ、一実施形態では、プロトコルによってＴＤＭＡスロット中に送信を許可ノードからのメッセージだけを受け入れることを選択することができる。上述のネットワーク内のポート駆動認証に関するさらなる詳細は、’７５８７出願にある。
【００５５】
本発明の中央ガーディアン要素を実装する複数の形が使用可能である。これには、デジタルコンピュータシステム、プログラマブルコントローラ、またはフィールドプログラマブルゲートアレイが含まれるが、これに制限はされない。したがって、本発明の他の実施形態は、そのようなコントローラによって実装されるときコントローラが本発明の実施形態を実装することを可能にする、コンピュータ可読媒体に存在するプログラム命令である。コンピュータ可読媒体には、磁気ディスク、磁気テープ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、任意の光データ記憶システム、フラッシュＲＯＭ、不揮発性ＲＯＭ、またはＲＡＭを含むがこれらに制限されないすべての形のコンピュータメモリが含まれる。
【００５６】
本発明の複数の実施形態を説明した。特定の実施形態を図示し、本明細書で説明したが、当業者は、同一の目的を達成するように計算されたすべての配置が、示された特定の実施形態を置換できることを理解するであろう。説明された実施形態に対するさまざまな変更は、請求されている発明の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。本明細書は、本発明のすべての適合または変形形態を含むことが意図されている。したがって、明らかに、本発明が、特許請求の範囲およびその均等物によってのみ制限されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態のデュアルチャネルネットワークを示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態のマルチチャネルネットワークを示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態を示すアービトレーションタイミング図である。
【図４】本発明の一実施形態のもう１つのマルチチャネルネットワークを示すブロック図である。
【図５ａ】本発明の他の実施形態を示すアービトレーションタイミング図である。
【図５ｂ】本発明の他の実施形態を示すアービトレーションタイミング図である。
【図６】本発明の一実施形態のもう１つのマルチチャネルネットワークを示すブロック図である。
【図７】本発明の実施形態の方法を示す流れ図である。
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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