DE102004040229A1 - Secure unsynchronised bus subscriber data communication procedure matches access time intervals to gaps in other user accesses - Google Patents

Secure unsynchronised bus subscriber data communication procedure matches access time intervals to gaps in other user accesses Download PDF

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Abstract

A secure unsynchronised bus subscriber data communication procedure matches access time intervals (3) to a fixed time cycle depending on the position of the access interval (5, 6) in a reference interval (4) limited by a previous other user interval (2) and the next interval (3).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung einer sicheren Datenkommunikation der Teilnehmer eines nicht zeitlich synchronisierten Datenbusses, welche im Wesentlichen zyklisch innerhalb von durch den jeweiligen Teilnehmer angeforderten Buszugriffsintervallen auf den Datenbus zugreifen.The The invention relates to a method for carrying out a secure data communication of Participants of a not synchronized data bus, which essentially cyclically within by the respective participant requested bus access intervals to access the data bus.

Bei herkömmlichen ereignisgesteuerten Datenbussen (z. B. CAN) werden die von den Teilnehmern des Datenbusses zum Versenden von Nachrichten angeforderten Buszugriffsintervalle zwar hinsichtlich der Vermeidung von Kollisionen, nicht aber hinsichtlich der Vermeidung einer zeitlichen Verdichtung von Buszugriffen unterschiedlicher Teilnehmer kontrolliert.at usual event-driven data buses (eg CAN) are those of the participants of the data bus for sending messages requested bus access intervals although with regard to the prevention of collisions, but not in terms the avoidance of a temporal compression of bus accesses of different Participants controlled.

In dem Fall, dass solche Verdichtungen nicht vermieden werden können, kann es bei anderen Teilnehmern, welche z. B. im Abfragebetrieb arbeiten, sporadisch zu Datenverlusten kommen, indem Nachrichten, welche zeitlich sehr eng aufeinander folgen von anderen Teilnehmern „überhört" werden. Grund hierfür ist der zu geringe zeitliche Abstand zwischen benachbarten Buszugriffsintervallen unterschiedlicher Teilnehmer. Das Verhalten des Datenbusses kann unter solchen Umständen undeterministisch sein.In in the event that such compaction can not be avoided it with other participants, which z. B. work in polling, sporadically Data loss occurs by sending messages that are very timely closely followed by other participants "overheard." The reason for this is the lack of time Distance between adjacent bus access intervals different Attendees. The behavior of the data bus may be undeterministic in such circumstances.

Unter der Voraussetzung, dass die über den Datenbus kommunizierenden Teilnehmer einen im Wesentlichen zyklischen Kommunikationsbedarf besitzen, sind solche Verdichtungen jedoch prinzipiell vermeidbar und die Sicherheit der Kommunikation somit verbesserbar. Hierzu existieren Verfahren, in welchen die Teilnehmer zum Zweck der gegenseitigen Synchronisation über den Datenbus Nachrichten mit einer zentralen Kontrolleinheit oder mit anderen Teilnehmern austauschen. Solche Verfahren besitzen jedoch den Nachteil, dass die zeitliche Synchronisation der Teilnehmer ein zusätzliches Datenaufkommen auf dem Datenbus verursacht und eine Spezifikation der diesbezüglich auszutauschenden Information erfordert. Durch die Notwendigkeit einer solchen Spezifikation wird der Anschluss von Teilnehmern an den Datenbus erschwert, welche nicht in die bisherige Spezifikation einbezogen sind.Under the requirement that the over the subscriber communicating a substantially cyclic data bus However, such densifications are in principle avoidable and the security of the communication thus improvable. For this purpose, there are methods in which the participants for the purpose of mutual synchronization via the data bus messages with a central control unit or with other participants. However, such methods have the disadvantage that the temporal Synchronization of the participants an additional data traffic caused the data bus and a specification of the exchanged in this regard Information requires. Due to the need for such a specification the connection of participants in the data bus is made more difficult not included in the previous specification.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches Verfahren zur sicheren Datenkommunikation der Teilnehmer eines nicht zeitlich synchronisierten Datenbusses zu schaffen, durch welches die zeitliche Verdichtung von Buszugriffen unterschiedlicher Teilnehmer auf dem Datenbus vermieden wird, ohne zusätzliches Datenaufkommen zu verursachen.task The invention is a simple method for secure data communication the participant of a not synchronized data bus through which the temporal compression of bus accesses different participants on the data bus is avoided without additional Cause data traffic.

Die Aufgabe wird gelöst, indem der zeitliche Abstand eines von einem Teilnehmer anzufordernden Buszugriffsintervalls zum vorigen Buszugriffsintervall desselben Teilnehmers gegenüber einer festen Teilnehmerzykluszeit, welche sich aus dem zyklischen Kommunikationsbedarf der Teilnehmer ergibt, verändert wird. Die Veränderung erfolgt im Sinne einer Anpassung in Abhängigkeit von der Lage des vorigen Buszugriffsintervalls des Teilnehmers in einem Bezugszeitintervall, welches begrenzt ist durch das dem vorigen Buszugriffsintervall des Teilnehmers unmittelbar vorausgehende Buszugriffsintervall eines anderen Teilnehmers und das dem vorigen Buszugriffsintervall des Teilnehmers unmittelbar nachfolgende Buszugriffsintervall eines anderen Teilnehmers.The Task is solved by requesting the time interval of one of a participant Bus access interval to the previous bus access interval of the same Participant opposite a fixed subscriber cycle time, which results from the cyclic Communication needs of the participants results, is changed. The change takes the form of an adjustment depending on the situation of the previous one Bus access interval of the subscriber in a reference time interval, which is limited by the previous bus access interval of the subscriber immediately preceding bus access interval of another Participant and the previous bus access interval of the subscriber immediately following bus access interval of another subscriber.

Bevorzugt wird der zeitliche Abstand des anzufordernden Buszugriffsintervalls zum vorigen Buszugriffsintervall desselben Teilnehmers gegenüber der Teilnehmerzykluszeit verringert, wenn das vorige Buszugriffsintervall des Teilnehmers in der zweiten Hälfte des Bezugszeitintervalls gelegen hat. Dagegen wird der zeitliche Abstand des anzufordernden Buszugriffsintervalls zum vorigen Buszugriffsintervall desselben Teilnehmers gegenüber einer festen Teilnehmerzykluszeit vergrößert, wenn das vorige Buszugriffsintervall des Teilnehmers in der ersten Hälfte des Bezugszeitintervalls gelegen hat.Prefers becomes the time interval of the bus access interval to be requested to the previous bus access interval of the same subscriber to the Subscriber cycle time decreases if the previous bus access interval of the participant in the second half of the reference time interval. In contrast, the temporal The distance of the bus access interval to be requested from the previous bus access interval of the same Participant opposite a fixed subscriber cycle time increases if the previous bus access interval of the participant in the first half of Reference time interval has lain.

Durch ein solches Verfahren kann erreicht werden, dass das Buszugriffsintervall des Teilnehmers bei unverändertem Kommunikationsverhalten der anderen Teilnehmer nach mehreren erfindungsgemäßen Anpassungen etwa in der Mitte des Bezugszeitintervalls liegt oder sich dieser annähert.By Such a method can be achieved that the bus access interval of the participant at unchanged Communication behavior of the other participants after several adjustments according to the invention is approximately in the middle of the reference time interval or this approaches.

Gemäß einer besonders vorteilhaften und in einfacher Weise computerimplementiert umsetzbaren Ausführungsform der Erfindung wird der zeitliche Abstand des anzufordernden Buszugriffsintervalls zum vorigen Buszugriffsintervall desselben Teilnehmers gewählt als die Summe aus einer festen Teilnehmerzykluszeit und der mit einem Schrittweitenfaktor gewichteten Differenz zwischen dem zeitlichen Abstand des vorigen Buszugriffsintervall des Teilnehmers von dem diesem unmittelbar nachfolgenden Buszugriffsintervall eines anderen Teilnehmers und dem zeitlichen Abstand des vorigen Buszugriffsintervall des Teilnehmers von dem diesem unmittelbar vorausgehenden Buszugriffsintervall eines anderen Teilnehmers.According to one particularly advantageous and easily implemented in a computer implementable embodiment The invention relates to the time interval of the bus access interval to be requested previous bus access interval of the same subscriber selected as the sum of a fixed participant cycle time and the one with a Step size factor weighted difference between the time interval the previous bus access interval of the subscriber from the latter immediately following bus access interval of another subscriber and the time interval of the previous bus access interval of Subscriber of this immediately preceding bus access interval another participant.

Mit mathematischen Mitteln kann gezeigt werden, dass ein Verfahren gemäß der beschriebenen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung konvergiert, wenn der Schrittweitenfaktor, bei Bildung der Differenz in der angegebenen Art, größer als Null und kleiner als 0,5 gewählt wird.By mathematical means it can be shown that a method according to the described advantageous embodiment of the invention converges when the step size factor, when forming the difference in the indicated manner, is greater than zero and less than 0.5 is selected.

Der Schrittweitenfaktor kann für alle Teilnehmer eines Datenbusses gleich oder für unterschiedliche Teilnehmer unterschiedlich gewählt werden. Ein Schrittweitenfaktor gleich Null entspricht einer Vorgehensweise gemäß dem Stand der Technik, d.h. es wird keine Anpassung vorgenommen.Of the Step size factor can for all participants of a data bus equal or for different participants chosen differently become. A step size factor equal to zero corresponds to a procedure according to the state the technique, i. no adjustment is made.

Der wesentliche Vorteil eines erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass das Verfahren selbstorganisierend ablaufen kann, d. h. durch die Anwendung des Verfahrens auf jeden einzelnen Teilnehmer des Datenbusses ergibt sich eine Form der systemweiten zeitlichen Synchronisation, und somit Organisation, der Teilnehmer, ohne dass eine gegenseitige Abstimmung erfolgen muss.Of the The essential advantage of a method according to the invention is that that the process can be self-organizing, d. H. by the application of the procedure to each individual participant of the Data bus results in a form of system-wide temporal synchronization, and thus organization, the participant, without any mutual Vote must be made.

Auch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf nur einen Teil der Teilnehmer eines Datenbusses trägt bereits in erheblichem Maße zur Vermeidung einer zeitlichen Verdichtung von Buszugriffen und somit zu einer Erhöhung der Sicherheit der Kommunikation durch eine Absenkung der Gefahr von Datenverlusten bei.Also the application of the method according to the invention on only a part of the participants of a data bus already wears to a considerable extent Avoiding a temporal compression of bus accesses and thus to an increase the security of communication by lowering the risk from data loss.

Die Einfachheit eines erfindungsgemäßen Verfahrens erlaubt die Realisierung des Verfahrens alleine durch die Hardware der Teilnehmer eines Datenbusses.The Simplicity of a method according to the invention allows the realization of the method solely by the hardware the participant of a data bus.

Ein weiterer Vorteil eines erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass auch die Hinzunahme neuer Teilnehmer zu einem Datenbus-System, dessen bisherige Teilnehmer gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren kommunizieren, erleichtert wird. Es wird vorausgesetzt, dass der neu hinzugenommene Teilnehmer zunächst nicht selbst auf den Datenbus zugreift, sondern nur „zuhört". In dem Fall, dass die bisher über den Datenbus kommunizierenden Teilnehmer gemäß einem Verfahren nach dem Stand der Technik betrieben werden, ist es insbesondere bei hoher Teilnehmerzahl für einen neuen Teilnehmer sehr schwierig, Gesetzmäßigkeiten der Busbelegung zu erkennen und die Gefahr einer zeitlichen Verdichtung durch eigene Buszugriffe zu vermeiden. Durch die Selbstorganisation im Datenbus-System bei Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens stellen sich hingegen auf Dauer in etwa gleiche Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Buszugriffsintervallen ein. Dementsprechend einfach kann ein neuer Teilnehmer bereits nach kurzer Zeit des „Zuhörens" diese Gesetzmäßigkeit erkennen und sein erstes Buszugriffsintervall zeitlich konfliktfrei festlegen. Ist dem neuen Teilnehmer die Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens durch die bisherigen Teilnehmer bekannt, entfällt auch die Notwendigkeit zur Erkennung der Gesetzmäßigkeit. In diesem Fall genügt meist das Abwarten von nur zwei Buszugriffen anderer Teilnehmer, um ein erstes eigenes Buszugriffsintervall konfliktfrei zu planen.One Another advantage of a method according to the invention is that that also the addition of new subscribers to a data bus system whose previous participants according to one inventive method communicate, is facilitated. It is assumed that the newly added participants initially not even on the data bus but only "listening." In the case that the previously over the subscriber communicating with the data bus according to a method according to State of the art are operated, it is especially at high Number of participants for a new subscriber very difficult to lawfulness of bus usage too recognize and the danger of a temporal compression by own To avoid bus accesses. Through self-organization in the data bus system when applying a method according to the invention are on the other hand, in the long run approximately equal distances between successive Bus access intervals. Accordingly, simply a new one Participants recognize after a short time of "listening" this legality and his first Define bus access interval without conflicting time. Is the new one Participant the application of a method according to the invention by the previous Participants known, also deleted the need to recognize the law. In this case it is usually enough Waiting for only two bus accesses from other subscribers to one to plan first own bus access interval without conflict.

Nach der Aufnahme des Buszugriffs auch durch den neu hinzugefügten Teilnehmer tritt bei Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens auf alle Teilnehmer des Datenbusses ein neuer Prozess der schrittweisen Selbstorganisation ein.To the inclusion of the bus access also by the newly added participants occurs when applying a method according to the invention to all participants the data bus is a new process of gradual self-organization one.

Alternativ zur Hinzunahme eines Teilnehmers im laufenden Kommunikationsbetrieb kann zur Hinzunahme eines oder mehrerer neuer Teilnehmer eine vollständige Neuinitialisierung erfolgen. Da ein erfindungsgemäßes Verfahren unabhängig ist von der Zahl der Teilnehmer des Datenbusses wird sich das Datenbus-System in jeder beliebigen Konstellation schrittweise selbst organisieren.alternative for adding a participant in the current communication mode may be a complete reinitialization to add one or more new entrants respectively. As a method according to the invention independently The number of participants of the data bus will be the data bus system Organize yourself gradually in any constellation.

Zur konfliktfreien Initialisierung kann ein erfindungsgemäßes Verfahren problemlos mit verschiedenen an sich bekannten Verfahren zur Initialisierung eines oder mehrerer Teilnehmer eines Datenbusses kombiniert werden.to Conflict-free initialization can be a method according to the invention easily with various methods known per se for initialization one or more participants of a data bus are combined.

Ist in einem Datenbus, dessen Teilnehmer nach einem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden, ein stabiler zeitlich organisierter, d.h. synchronisierter, Zustand erreicht, wird dieser durch die Hinzunahme neuer Teilnehmer zunächst verlassen. Nach einer endlichen Anzahl von Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt sich jedoch ein neuer synchronisierter Zustand ein. Ein Datenbus, dessen Teilnehmer nach einem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden, ist somit als anpassbares zeitsynchrones Kommunikationssystem anzusehen.is in a data bus, whose participants according to a method of the invention operated, a stable time-organized, i. synchronized, State achieved, this is by the addition of new participants first leave. After a finite number of steps of the method according to the invention However, a new synchronized state arises. A data bus, whose participants are operated by a method according to the invention, is thus to be regarded as an adaptable time-synchronized communication system.

Bei einem im Wesentlichen zyklischen Kommunikationsverhalten mehrerer Teilnehmer eines Datenbusses kann in der Regel davon ausgegangen werden, dass innerhalb eines Zeitintervalls der Länge der Teilnehmerzykluszeit seit dem vorigen Buszugriffsintervall eines Teilnehmers ein Buszugriff eines anderen Teilnehmers erfolgt. Sollte ein solcher Buszugriff dennoch nicht erfolgen oder nicht von dem Teilnehmer festgestellt werden, kann in unterschiedlicher Weise verfahren werden. Zum einen kann zur regulären Fortsetzung der Kommunikationsfunktion des Teilnehmers der zeitliche Abstand des anzufordernden Buszugriffsintervalls zum vorigen Buszugriffsintervall desselben Teilnehmers gleich der Teilnehmerzykluszeit gewählt werden. Zum anderen kann der zeitliche Abstand des anzufordernden Buszugriffsintervalls zum vorigen Buszugriffsintervall des Teilnehmers gezielt verlängert werden, um lediglich eine Restfunktion aufrechtzuerhalten. Schließlich kann der Buszugriff des Teilnehmers vollständig unterbleiben, wenn innerhalb eines Zeitintervalls der Länge der Teilnehmerzykluszeit seit dem vorigen Buszugriffsintervall des Teilnehmers kein Buszugriff eines anderen Teilnehmers erfolgt.at a substantially cyclical communication behavior of several Participants of a data bus can generally be assumed to that within a time interval the length of the subscriber cycle time since the previous bus access interval of a subscriber bus access another participant takes place. Should such a bus access nevertheless not made or not determined by the participant can be handled in different ways. On the one hand can be regular Continuation of the communication function of the subscriber of the temporal Distance of the bus access interval to be requested to the previous bus access interval of the same subscriber equal to the subscriber cycle time. On the other hand, the time interval of the requested bus access interval be specifically extended to the previous bus access interval of the subscriber, to maintain only a residual function. Finally, can the bus access of the subscriber is completely omitted, if within a time interval of length the subscriber cycle time since the previous bus access interval of Participant no bus access by another participant takes place.

Bei jeder der beschriebenen Vorgehensweisen kann es sinnvoll sein, das Ausbleiben der Buszugriffe anderer Teilnehmer an einen anderen Teilnehmer des Datenbusses oder an eine zentrale Kontrolleinheit mitzuteilen und/oder mittels einer dazu geeigneten Anzeigeeinheit anzuzeigen.at each of the procedures described may make sense Absence of bus access by other participants to another participant the data bus or to a central control unit and / or by means of a display unit suitable for this purpose.

Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung weiter erläutert. Dabei zeigen jeweils schematischBased the attached Drawings, the invention is further explained. In each case show schematically

1 die Buszugriffsintervalle mehrerer Teilnehmer eines zeitlich nicht synchronisierten Datenbusses und die in einem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Zeitintervalle, 1 the bus access intervals of several subscribers of a time-non-synchronized data bus and the time intervals used in a method according to the invention,

2 beispielhaft einen Ausschnitt aus einem Busdiagramm für einen Datenbus mit drei Teilnehmern, welches sich unter Anwendung eines Verfahrens gemäß dem Stand der Technik ergibt und 2 by way of example a section of a bus diagram for a data bus with three participants, which results using a method according to the prior art and

3 beispielhaft einen Ausschnitt aus einem Busdiagramm für einen Datenbus mit drei Teilnehmern, welches sich unter Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt. 3 for example, a section of a bus diagram for a data bus with three participants, which results using a method according to the invention.

1 zeigt auf einer Zeitachse aufgetragen die Buszugriffsintervalle mehrerer Teilnehmer eines zeitlich nicht synchronisierten Datenbusses. Das Buszugriffsintervall 3 eines Teilnehmers liegt dabei zwischen den Buszugriffsintervallen 1 und 2 anderer Teilnehmer. Die Buszugriffsintervalle 1 und 2 können dabei demselben anderen Teilnehmer oder unterschiedlichen anderen Teilnehmern zugeordnet sein. Das Zeitintervall 4 zwischen dem unmittelbar vorausgehenden Buszugriffsintervall eines anderen Teilnehmers 1 und dem unmittelbar nachfolgenden Buszugriffsintervallen eines anderen Teilnehmers 2 wird als Bezugszeitintervall des Buszugriffsintervalls 3 bezeichnet. Die Lage des Buszugriffsintervalls 3 im Bezugszeitintervall 4 wird eindeutig beschrieben durch die Länge des Zeitintervalls 5 zwischen dem unmittelbar vorausgehenden Buszugriffsintervall eines anderen Teilnehmers 1 und dem Buszugriffsintervall 3 sowie die Länge des Zeitintervalls 6 zwischen dem Buszugriffsintervall 3 und dem unmittelbar nachfolgenden Buszugriffsintervall eines anderen Teilnehmers 2. 1 shows plotted on a time axis, the bus access intervals of multiple participants of a non-synchronized data bus. The bus access interval 3 a subscriber lies between the bus access intervals 1 and 2 other participants. The bus access intervals 1 and 2 can be assigned to the same other participant or different other participants. The time interval 4 between the immediately preceding bus access interval of another subscriber 1 and the immediately following bus access intervals of another subscriber 2 is considered the reference time interval of the bus access interval 3 designated. The location of the bus access interval 3 in the reference time interval 4 is clearly described by the length of the time interval 5 between the immediately preceding bus access interval of another subscriber 1 and the bus access interval 3 as well as the length of the time interval 6 between the bus access interval 3 and the immediately following bus access interval of another subscriber 2 ,

Es wird vorausgesetzt, dass alle Teilnehmer des Datenbusses einen im Wesentlichen zyklischen Kommunikationsbedarf besitzen. Ferner wird vorausgesetzt, dass die Zykluszeit, welche für Buszugriffe eines Teilnehmers im Wesentlichen einzuhalten ist, im Folgenden Teilnehmerzykluszeit genannt, für alle Teilnehmer gleich sei.It It is assumed that all participants of the data bus have an in Have significant cyclical communication needs. Furthermore, will provided that the cycle time, which for bus accesses of a subscriber is essentially to be followed, in the following participant cycle time called, for all participants are equal.

Gemäß dem Stand der Technik greifen in einem solchen Fall sämtliche Teilnehmer jeweils innerhalb von Buszugriffsintervallen, die mit fester Teilnehmerzykluszeit voneinander beabstandet sind, auf den Datenbus zu. 2 zeigt ein beispielhaftes Busdiagramm für ein Verfahren gemäß dem Stand der Technik mit drei Teilnehmern. Buszugriffe unterschiedlicher Teilnehmer sind dabei durch unterschiedliche Schraffuren gekennzeichnet. Bei der Verwendung einer festen Teilnehmerzykluszeit für alle Teilnehmer können jedoch, wie in 2 zu erkennen, zeitliche Verdichtungen auf dem Datenbus entstehen, wodurch wiederum Datenverluste verursacht werden können.In such a case, according to the prior art, all subscribers access the data bus within bus access intervals which are spaced apart from one another with a fixed subscriber cycle time. 2 shows an exemplary bus diagram for a method according to the prior art with three participants. Bus accesses of different subscribers are characterized by different hatchings. However, when using a fixed subscriber cycle time for all subscribers, as in 2 to detect temporal densities on the data bus, which in turn can cause data loss.

Erfindungsgemäß wird der Abstand des von einem Teilnehmer angeforderten Buszugriffsintervalls zum vorigen Buszugriffsintervall desselben Teilnehmers nun in Abhängigkeit von der Lage des vorigen Buszugriffsintervalls des Teilnehmers in dessen Bezugszeitintervall gegenüber der Teilnehmerzykluszeit angepasst. Der Abstand wird verkleinert, wenn das vorige Buszugriffsintervall in der zweiten Hälfte seines Bezugszeitintervalls gelegen hat. Der Abstand wird vergrößert, wenn das vorige Buszugriffsintervall in der ersten Hälfte seines Bezugszeitintervalls gelegen hat. Bei einem geeignet gewählten Ausmaß dieser Anpassung und wiederholter Anwendung einer solchen Anpassung strebt die Lage der Buszugriffsintervalle des Teilnehmers im jeweiligen Bezugszeitintervall somit der Mitte des Bezugszeitintervalls entgegen. Bei Anwendung des Verfahrens auf sämtliche Teilnehmer eines Datenbusses ergibt sich nach einer Vielzahl von Schritten eine gleichmäßige zeitliche Verteilung der Buszugriffe aller Teilnehmer ohne zeitliche Verdichtungen.According to the invention Distance of the bus access interval requested by a subscriber to the previous bus access interval of the same subscriber now in dependence from the location of the previous bus access interval of the subscriber in its reference time interval opposite adapted to the subscriber cycle time. The distance is reduced, if the previous bus access interval in the second half of his Reference time interval has lain. The distance is increased when the previous bus access interval in the first half of its reference time interval has lain. At a suitably chosen extent of this adjustment and repeated Application of such an adaptation seeks the location of the bus access intervals of the subscriber in the respective reference time interval thus the middle counter to the reference time interval. When using the method on all Participant of a data bus results from a variety of Steps a steady temporal Distribution of the bus accesses of all participants without temporal compression.

Da ein erfindungsgemäßes Verfahren keinen Austausch von der Synchronisation dienenden Nachrichten unter den Teilnehmern vorsieht, kann ein erfindungsgemäßes Verfahren als selbstorganisierend bezeichnet werden.There a method according to the invention no exchange of synchronization messages under the participants provides, a method according to the invention may be referred to as self-organizing become.

Je größer das Ausmaß der Anpassung gewählt wird, umso schneller kann der Zustand der gleichmäßigen zeitlichen Verteilung erreicht werden. Wird das Ausmaß der Anpassung jedoch zu groß gewählt, droht eine Divergenz des Verfahrens bzw. ein instabiles Verhalten.ever bigger that Extent of Adaptation chosen The faster the state of the uniform temporal Distribution can be achieved. However, if the scale of the adjustment is too large, threatens a divergence of the method or an unstable behavior.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann in einfacher Weise computerimplementiert umgesetzt werden, wenn die Anpassung folgendermaßen erfolgt: Der zeitliche Abstand des anzufordernden Buszugriffsintervalls zum vorigen Buszugriffsintervall desselben Teilnehmers wird gewählt als die Summe aus der Teilnehmerzykluszeit und der mit einem Schrittweitenfaktor gewichteten Differenz zwischen dem zeitlichen Abstand des vorigen Buszugriffsintervall des Teilnehmers von dem diesem unmittelbar nachfolgenden Buszugriffsintervall eines anderen Teilnehmers und dem zeitlichen Abstand des vorigen Buszugriffsintervall des Teilnehmers von dem diesem unmittelbar vorausgehenden Buszugriffsintervall eines anderen Teilnehmers.A method according to the invention can be implemented in a simple computer-implemented manner if the adaptation takes place as follows: The time interval of the bus access interval to be requested for the previous bus access interval of the same subscriber is chosen as the sum of the subscriber cycle time and the step size factor-weighted difference between the time interval of the previous bus access interval of the subscriber from the immediately following bus access interval of another Participant and the time interval of the previous bus access interval of the subscriber from this immediately preceding bus access interval of another subscriber.

Unter Einführung der Benennungen

  • • T(i) für den festzulegenden Abstand zwischen dem Buszugriffsintervalls eines Teilnehmers im Zeitschritt i vom Buszugriffsintervall desselben Teilnehmers im Zeitschritt i – 1,
  • • TZ für die Teilnehmerzykluszeit,
  • • dT(i) für die Anpassung des Abstands T(i) gegenüber der Teilnehmerzykluszeit,
  • • T–(i) für den zeitlichen Abstand des Buszugriffsintervalls eines Teilnehmers im Zeitschritt i vom unmittelbar vorhergehenden Buszugriffsintervall eines anderen Teilnehmers (vgl. Länge des Zeitintervalls 5 in 1),
  • • T+(i) für den zeitlichen Abstand des Buszugriffsintervalls eines Teilnehmers im Zeitschritt i vom unmittelbar nachfolgenden Buszugriffsintervall eines anderen Teilnehmers (vgl. Länge des Zeitintervalls 6 in 1) und
  • • a für den Schrittweitenfaktor
kann ein solcher Algorithmus formelmäßig folgendermaßen ausgedrückt werden: T(i) = TZ + dT(i)mit dT(i) = a·(T+(i – 1) – T–(i – 1)) Under introduction of the terms
  • T (i) for the distance to be defined between the bus access interval of a subscriber in the time step i from the bus access interval of the same subscriber in the time step i-1,
  • T Z for the subscriber cycle time,
  • DT (i) for adapting the distance T (i) to the subscriber cycle time,
  • • T - (i) for the time interval of the Buszugriffsintervalls a participant in the time step i from the immediately preceding Buszugriffsintervall of another subscriber (see the length of the time interval. 5 in 1 )
  • T + (i) for the time interval of the bus access interval of a subscriber in the time step i from the directly following bus access interval of another subscriber (see length of the time interval 6 in 1 ) and
  • • a for the step size factor
Such an algorithm can be formally expressed as follows: T (i) = T Z + dT (i) With dT (i) = a * (T + (i - 1) - T - (i-1))

Als Startwerte für das schrittweise ablaufende Verfahren werden die Größen T+(–1) und T–(–1) im Zeitschritt –1 als gleich vorausgesetzt (T+(–1) = T–(–1)). Der festzulegende Abstand T(0) im Zeitschritt 0 wird somit gleich der Teilnehmerzykluszeit festgelegt (T(0) = TZ).As starting values for the stepwise process, the variables T + (-1) and T - (-1) in the time step -1 are assumed to be the same (T + (-1) = T - (-1)). The distance T (0) to be determined in the time step 0 is thus set equal to the subscriber cycle time (T (0) = T Z ).

3 zeigt, ausgehend vom gleichen Anfangszustand wie 2, ein Busdiagramm, welches sich bei Anwendung des beschriebenen Algorithmus unter Verwendung einer Schrittweite a=0,2 ergibt. 3 shows, starting from the same initial state as 2 , A bus diagram, which results using the algorithm described using a step size a = 0.2.

Nach einer Phase des „Einschwingens", in welcher die Abstände zwischen den Buszugriffsintervallen eines Teilnehmers gegenüber der Teilnehmerzykluszeit teils deutlich angepasst werden, greifen alle Teilnehmer zyklisch mit in etwa der Teilnehmerzykluszeit auf den Datenbus zu. Die Differenz T+(i – 1) – T–(i – 1) und somit der Term dT(i) für die Anpassung des Abstands geht für alle Teilnehmer gegen Null.After a phase of "settling down" in which the distances between the bus access intervals of a subscriber are partly significantly adjusted compared to the subscriber cycle time, all the subscribers cyclically access the data bus at about the subscriber cycle time The difference T + (i-1) -T - (i - 1) and thus the term dT (i) for the adjustment of the distance goes to zero for all participants.

Mathematisch kann gezeigt werden, dass der Algorithmus bei Schrittweiten a ≤ 0,5 konvergiert.Mathematically can be shown that the algorithm converges at step sizes a ≤ 0.5.

Statt der Verwendung eines festen Schrittweitenfaktors kann es zur Beschleunigung der Konvergenz eines erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder zur Gewährleistung eines deterministischen Verhaltens sinnvoll sein, den Schrittweitenfaktor im Verlauf des Verfahrens anzupassen. Bevorzugt werden die ersten Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise zunächst unter Verwendung eines kleinen Schrittweitenfaktors durchgeführt. Im Verlauf des Verfahrens wird dieser erhöht. Das Verfahren kann dann auch konvergieren, wenn der Schrittweitenfaktor a auf Werte größer als 0,5 erhöht wird.Instead of Using a fixed step size factor can speed it up the convergence of a method according to the invention and / or the warranty of deterministic behavior, the step size factor in the course of the procedure. The first are preferred Steps of a method according to the invention for example, first performed using a small step size factor. in the As the process progresses, it will be increased. The procedure can then also converge when the step size factor a is greater than 0.5 is increased.

Die Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens verursacht eine Form der zeitlichen Selbstorganisation in einem Datenbus-System. Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren werden ausgehend von einem weitgehend konfliktfreien Anfangszustand zeitliche Verdichtungen in der Auslastung eines Datenbusses abgebaut. Zeitliche Konflikte, welche durch die Initialisierung mehrerer Teilnehmer mit zeitlich überlappenden Buszugriffsintervallen verursacht werden, können durch ein erfindungsgemäßes Verfahren nicht vermieden werden. Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann jedoch problemlos mit verschiedenen an sich bekannten Verfahren zur Initialisierung eines oder mehrerer Teilnehmer eines Datenbusses kombiniert werden. Auf die Erleichterung der Hinzunahme eines einzelnen Teilnehmers zu einem Datenbus-System, dessen bisherige Teilnehmer gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren kommunizieren, wurde bereits an früherer Stelle eingegangen.The Application of a method according to the invention causes a form of temporal self-organization in one Data bus system. By a method according to the invention, starting from a largely conflict-free initial state temporal densifications degraded in the utilization of a data bus. Temporal conflicts, which by the initialization of several participants with temporally overlapping Bus access intervals can be caused by a method according to the invention can not be avoided. However, a method according to the invention can be problem-free with various methods known per se for initializing a or multiple subscribers of a data bus. On facilitating the addition of a single participant a data bus system whose previous participants according to a inventive method have already been discussed earlier.

Claims (8)

Verfahren zur Durchführung einer sicheren Datenkommunikation der Teilnehmer eines nicht zeitlich synchronisierten Datenbusses, welche im Wesentlichen zyklisch innerhalb von durch den jeweiligen Teilnehmer angeforderten Buszugriffsintervallen auf den Datenbus zugreifen, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Abstand eines von einem Teilnehmer anzufordernden Buszugriffsintervalls zum vorigen Buszugriffsintervall desselben Teilnehmers gegenüber einer festen Teilnehmerzykluszeit angepasst wird in Abhängigkeit von der Lage des vorigen Buszugriffsintervalls des Teilnehmers in einem Bezugszeitintervall, welches begrenzt ist durch das dem vorigen Buszugriffsintervall des Teilnehmers unmittelbar vorausgehende Buszugriffsintervall eines anderen Teilnehmers und das dem vorigen Buszugriffsintervall des Teilnehmers unmittelbar nachfolgende Buszugriffsintervall eines anderen Teilnehmers.A method for performing a secure data communication of the participants of a non-synchronized data bus, which access the data bus substantially cyclically within requested by the respective subscriber bus access intervals, characterized in that the time interval of requesting from a subscriber bus access interval to the previous bus access interval of the same subscriber a fixed subscriber cycle time is adjusted in dependence on the location of the previous bus access interval of the subscriber in a reference time interval, which is limited by the bus access interval of another subscriber immediately preceding the previous bus access interval of the subscriber and the bus access interval of the other subscriber immediately preceding the previous bus access interval of the subscriber. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Abstand des anzufordernden Buszugriffsintervalls zum vorigen Buszugriffsintervall desselben Teilnehmers gegenüber der Teilnehmerzykluszeit verringert wird, wenn das vorige Buszugriffsintervall des Teilnehmers in der zweiten Hälfte des Bezugszeitintervalls gelegen hat, und dass der zeitliche Abstand des anzufordernden Buszugriffsintervalls zum vorigen Buszugriffsintervall desselben Teilnehmers gegenüber einer festen Teilnehmerzykluszeit vergrößert wird, wenn das vorige Buszugriffsintervall des Teilnehmers in der ersten Hälfte des Bezugszeitintervalls gelegen hat.Method according to Claim 1, characterized in that the time interval between the bus access interval to be requested and the previous bus access interval of the same subscriber is reduced compared with the subscriber cycle time if the previous bus access interval of the subscriber in the two ten times the reference time interval, and that the time interval of the bus access interval to be requested to the previous bus access interval of the same subscriber is increased from a fixed subscriber cycle time if the previous bus access interval of the subscriber has been in the first half of the reference time interval. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Abstand des anzufordernden Buszugriffsintervalls zum vorigen Buszugriffsintervall desselben Teilnehmers gewählt wird als die Summe aus einer festen Teilnehmerzykluszeit und der mit einem Schrittweitenfaktor gewichteten Differenz zwischen dem zeitlichen Abstand des vorigen Buszugriffsintervall des Teilnehmers von dem diesem unmittelbar nachfolgenden Buszugriffsintervall eines anderen Teilnehmers und dem zeitlichen Abstand des vorigen Buszugriffsintervall des Teilnehmers von dem diesem unmittelbar vorausgehenden Buszugriffsintervall eines anderen Teilnehmers.Method according to one of claims 1 or 2, characterized the time interval of the bus access interval to be requested is selected to the previous bus access interval of the same subscriber as the sum of a fixed participant cycle time and the one with a step size factor weighted difference between the temporal Distance of the previous bus access interval of the subscriber from the this immediately succeeding bus access interval of another Participant and the time interval of the previous bus access interval of the subscriber from the immediately preceding bus access interval another participant. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrittweitenfaktor größer als Null und kleiner als 0,5 gewählt wird.Method according to claim 3, characterized that the step size factor is greater than Zero and less than 0.5 chosen becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Abstand des anzufordernden Buszugriffsintervalls zum vorigen Buszugriffsintervall desselben Teilnehmers gleich der Teilnehmerzykluszeit gewählt wird, wenn innerhalb eines Zeitintervalls der Länge der Teilnehmerzykluszeit seit dem vorigen Buszugriffsintervall des Teilnehmers kein anderer Teilnehmer auf den Bus zugegriffen hat.Method according to one of claims 1 to 4, characterized the time interval of the bus access interval to be requested to the previous bus access interval of the same subscriber equal to the Subscriber cycle time selected when, within a time interval, the length of the subscriber cycle time since the previous bus access interval of the subscriber no other Subscriber has accessed the bus. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Abstand des anzufordernden Buszugriffsintervalls zum vorigen Buszugriffsintervall desselben Teilnehmers größer als die Teilnehmerzykluszeit gewählt wird, wenn innerhalb eines Zeitintervalls der Länge der Teilnehmerzykluszeit seit dem vorigen Buszugriffsintervall des Teilnehmers kein anderer Teilnehmer auf den Bus zugegriffen hat.Method according to one of claims 1 to 4, characterized the time interval of the bus access interval to be requested to the previous bus access interval of the same subscriber greater than the participant cycle time is selected when, within a time interval, the length of the subscriber cycle time since the previous bus access interval of the subscriber no other Subscriber has accessed the bus. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen Teilnehmer des Datenbusses vorerst keine Nachricht gesendet wird, wenn innerhalb eines Zeitintervalls der Länge der Teilnehmerzykluszeit seit dem vorigen Buszugriffsintervall des Teilnehmers kein anderer Teilnehmer auf den Bus zugegriffen hat.Method according to one of claims 1 to 4, characterized that by a participant of the data bus for the time being no message is sent within a time interval of the length of Subscriber cycle time since the previous bus access interval of the subscriber no other participant has accessed the bus. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen Teilnehmer des Datenbusses in dem Fall, dass innerhalb eines Zeitintervalls der Länge der Teilnehmerzykluszeit seit dem vorigen Buszugriffsintervall des Teilnehmers kein anderer Teilnehmer auf den Bus zugegriffen hat, das Ausbleiben der Buszugriffe anderer Teilnehmer an einen anderen Teilnehmer oder an eine zentrale Kontrolleinheit mitgeteilt und/oder mittels einer dazu geeigneten Anzeigeeinheit angezeigt wird.Method according to one of claims 1 to 7, characterized that by a subscriber of the data bus in the case that within a time interval of length the subscriber cycle time since the previous bus access interval of Participant no other participant has accessed the bus, the Absence of bus access by other participants to another participant or communicated to a central control unit and / or by means of a suitable display unit is displayed.
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