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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Filter zur Übertragung mindestens einer zeitgesteuerten Botschaft zwischen mindestens einem ersten Netzknoten mit einer ersten Zeitbasis und mindestens einem zweiten Netzknoten mit einer zweiten Zeitbasis.
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In der Daten- und Netzwerktechnik existieren verschiedene Verfahren zur Übertragung von Botschaften zwischen Netzknoten eines verteilten Systems. Eine Übertragung von Botschaften findet hierbei meist über Kommunikationssysteme, beispielsweise Datenbusse, statt.
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In gegenwärtigen Kommunikationssystemen, z.B. in der Automobiltechnik, kommen hierbei zeitgesteuerte und ereignisgesteuerte Kommunikationssysteme zum Einsatz. Ein zeitgesteuertes Kommunikationssystem ist z.B. der so genannte FlexRay-Bus, ein ereignisgesteuertes Kommunikationssystem ist z.B. der so genannte CAN-Bus. Typisch regelungstechnische Anwendungen verwenden in der Regel eine strikt zyklische Abtastung von z.B. Sensordaten. Botschaften von den die Sensordaten erfassenden Steuergeräten werden dann mit einer festen Sendezykluszeit über Kommunikationssysteme gesendet. In der Regel werden hierfür zeitgesteuerte Kommunikationssysteme verwendet.
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Regelungsfunktionen z.B. in der Automobiltechnik sind oft in einem verteilten System realisiert. Eine korrekte Ausführung der Regelfunktionen erfordert daher eine Übertragung von Botschaften zwischen den für die Regelfunktionen verantwortlichen Netzknoten, beispielsweise den Steuergeräten. Da in verteilten Systemen, z.B. in der Automobiltechnik, verschiedene Arten von Kommunikationssystemen, insbesondere zeitgesteuerte und ereignisgesteuerte Kommunikationssysteme, zum Einsatz kommen, erfordert dies auch eine Übertragung von Botschaften über die Grenzen eines Kommunikationssystems hinweg.
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Die Übertragung von Botschaften zwischen zwei Teilnehmern eines zeitgesteuerten Kommunikationssystems unterscheidet sich hierbei von der Übertragung von Botschaften zwischen einem Teilnehmer eines ereignisgesteuerten Kommunikationssystems und einem Teilnehmer eines zeitgesteuerten Kommunikationssystems. Unter Teilnehmer wird hierbei ein Netzknoten verstanden, der an das zeitgesteuerte oder ereignisgesteuerte Kommunikationssystem datentechnisch angeschlossen ist. Ein Teilnehmer kann über das zeitgesteuerte oder ereignisgesteuerte Kommunikationssystem, an welches er angeschlossen ist, Botschaften versenden und/oder empfangen. Bei der Übertragung von Botschaften zwischen zwei Teilnehmern eines zeitgesteuerten Kommunikationssystems verwenden die Teilnehmer eine globale Zeitbasis, die beispielsweise von einem Synchronisationsverfahren eines Kommunikationsprotokolls des zeitgesteuerten Kommunikationssystems bereitgestellt wird. Bei der Übertragung von Botschaften zwischen einem Teilnehmer eines ereignisgesteuerten Kommunikationssystems und eines zeitgesteuerten Kommunikationssystems verwenden die Teilnehmer verschiedene Zeitbasen. Die Zeitbasen können relativ zueinander driften. Hieraus ergibt sich eine Asynchronität der verschiedenen Zeitbasen.
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Eine derartige Asynchronität kann aber auch bei der Übertragung von zeitgesteuerten Botschaften zwischen einem Teilnehmer eines ersten zeitgesteuerten Kommunikationssystems und einem Teilnehmer eines zweiten zeitgesteuerten Kommunikationssystems auftreten. Auch kann eine derartige Asynchronität bei der Übertragung von zeitgesteuerten Botschaften zwischen einem Teilnehmer eines ersten ereignisgesteuerten Kommunikationssystems und einem weiteren Teilnehmer des ersten ereignisgesteuerten Kommunikationssystems oder einem Teilnehmer eines zweiten ereignisgesteuerten Kommunikationssystems auftreten.
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Botschaften in ereignisgesteuerten und zeitgesteuerten Kommunikationssystemen können z.B. in Sendezyklen gesendet werden. Beispielsweise können in einem ereignisgesteuerten Kommunikationssystem und einem zeitgesteuerten Kommunikationssystem Sendezyklen mit gleichen Eigenschaften hinsichtlich z.B. eines Beginns eines Sendezyklus und einer Dauer des Sendezyklus verwendet werden, um eine Botschaft von einem Teilnehmer des ereignisgesteuerten Kommunikationssystem, dessen Teilnehmer verschiedene Zeitbasen verwenden, auf ein zeitgesteuertes Kommunikationssystem, dessen Teilnehmer eine einheitliche Zeitbasis verwenden, zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise immerzu einem festen Übertragungszeitpunkt stattfinden, der sich in der ersten oder der zweiten Zeitbasis bestimmt.
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Hierbei wird jedoch der Beginn des Sendezyklus und die Dauer des Sendezyklus von den Teilnehmern des ereignisgesteuerten Kommunikationssystems in ihrer jeweiligen Zeitbasis bestimmt, während der Beginn und die Dauer des Sendezyklus in dem zeitgesteuerten Kommunikationssystem auf Basis der einheitlichen Zeitbasis bestimmt wird. Aufgrund der vorhergehend erläuterten Drift und Asynchronität besteht ohne weitere Maßnahmen die Gefahr von Botschaftsverlusten, insbesondere durch Zählersprünge auf einer Empfängerseite oder Zykluszeitverletzungen. Zykluszeitverletzung bedeutet hierbei, dass trotz einer Abstimmung der Sendezyklen des ereignisgesteuerten Kommunikationssystems auf die Sendezyklen eines zeitgesteuerten Kommunikationssystems Botschaften, die über das ereignisgesteuerte Kommunikationssystem auf das zeitgesteuerte Kommunikationssystem übertragen werden, aufgrund der Asynchronität eine zu große Latenz aufweisen. Hierbei wird das ereignisgesteuerte Kommunikationssystem und das zeitgesteuerte Kommunikationssystem beispielsweise über ein Gateway datentechnisch verbunden. Wird beispielsweise eine erste zeitgesteuerte Botschaft über das ereignisgesteuerte Kommunikationssystem in einem ersten Sendezyklus vor einem Übertragungszeitpunkt des ersten Sendezyklus an das Gateway übertragen, so kann die Latenz bewirken, dass eine zweite zeitgesteuerte Botschaft, die über das ereignisgesteuerte Kommunikationssystem an das Gateway in einem nachfolgenden Sendezyklus übertragen wird, erst nach einem Übertragungszeitpunkt des nachfolgenden Sendezyklus am Gateway eintrifft. Hierdurch kann zu dem Übertragungszeitpunkt des nachfolgenden Sendezyklus keine zeitgesteuerte Botschaft vom Gateway auf das zeitgesteuerte Kommunikationssystem übertragen werden (Zykluszeitverletzung).
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Aus der
DE 101 40 861 A1 ist ein System zur Übertragung von Daten mit einem ersten Datennetz mit ersten Mitteln zur Übertragung von Daten in wenigstens einem ersten Übertragungszyklus bekannt, wobei der erste Übertragungszyklus in einen ersten Bereich zur Übertragung von echtzeitkritischen Daten und einen zweiten Bereich zur Übertragung von nichtechtzeitkritischen Daten unterteilt ist. Weiter ist ein zweites Datennetz mit zweiten Mitteln zur Übertragung von Daten in wenigstens einem zweiten Übertragungszyklus vorgesehen, wobei der zweite Übertragungszyklus in einen dritten Bereich zur Übertragung von echtzeitkritischen Daten und in einen vierten Bereich zur Übertragung von nichtechtzeitkritischen Daten unterteilt ist. Weiter ist eine Koppeleinheit zur Übertragung von echtzeitkritischen Daten des ersten Bereichs in den dritten Bereich vorgesehen.
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Aus der
US 2010/0001770 A1 ist ein Datenkommunikationsnetzwerk mit einem Unternetzwerk mit zumindest zwei Haupttaktgebern und einem Synchronisationssystem, das mit den Haupttaktgebern verbunden ist, bekannt.
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Aus der
DE 100 58 524 A1 ist ein Verfahren zur Übertragung von Daten über schaltbare Datennetze bekannt, bei dem echtzeitkritische und nichtechtzeitkritische Daten übertragen werden, wobei das schaltbare Datennetz zwischen wenigstens zwei Teilnehmern aufgebaut ist, wobei die Daten in wenigstens einem Übertragungszyklus mit einstellbarer Zeitdauer übertragen werden, jeder Übertragungszyklus in wenigstens einen ersten Bereich zur Übertragung von echtzeitkritischen Daten zur Echtzeitsteuerung und wenigstens einen zweiten Bereich zur Übertragung von nichtechtzeitkritischen Daten unterteilt ist.
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Aus der
DE 10 2006 006 508 A1 ist ein Verfahren zur Datenübertragung über Datennetzwerke mit wenigstens zwei Teilnehmern bekannt, wobei die Datennetzwerke wenigstens einen topologischen Echtzeitbereich und einen topologischen Nichtechtzeitbereich aufweisen und über die Datennetzwerke verwendete Datentelegramme wenigstens einen Echtzeitteil und wenigstens einen Nichtechtzeitteil aufweisen, wobei durch eine Koppelbaugruppe Datentelegramme aus dem Nichtechtzeitbereich, die innerhalb des Echtzeitteils eintreffen, zeitlich verzögert und in den Nichtechtzeitteil übertragen werden.
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Aus der
US 2003/0093727 A1 ist ein zentraler Knoten eines Datenbussystems mit einer Buswächtereinheit bekannt, die Empfangsmittel zum Erfassen der Signale auf dem Datenbus und Auswertungsmittel aufweist, die bei einer Fehlkommunikation auf dem Datenbus den verursachenden Teilnehmer auf dem Datenbus zumindest zeitweise sperren oder dessen durch die Störeinflüsse ausgelöste Fehlkommunikation kompensieren kann.
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Aus der
WO 2009/026597 A1 ist ein Verfahren zum Umschalten von einem distribuierten Prinzip auf ein Master-Slave-Prinzip in einem Netzwerk bekannt, wobei das Netzwerk aus einer Anzahl von Endsystemen besteht, wobei die Endsysteme Informationen in Form von Nachrichten austauschen, wobei die Endsysteme über zumindest einen Sternkoppler verbunden sind. Dabei sind die Endsysteme ausgelegt, um eine Synchronisationsfunktion entsprechend dem verteilten Prinzip zu realisieren, wobei eine Concentrator-Einrichtung in dem Netzwerk bereitgestellt ist, wobei die Concentrator-Einrichtung Teil eines Sternkopplers ist, wobei die Concentrator-Einrichtung beliebige Nachrichten der Synchronisationsfunktion, die von einem Endsystem empfangen wurden, manipuliert, bevor die genannten Nachrichten an die Endsysteme weitergeleitet werden. Alternativ oder ergänzend werden beliebige Nachrichten der Synchronisationsfunktion generiert, welche Nachrichten an die Endsysteme weiterleitet. Dabei werden die durch die Concentrator-Einrichtung weitergeleiteten Nachrichten in den Endsystemen zur Realisierung er Synchronisationsfunktion verwendet.
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Aus der
DE 10 2005 018 837 A1 ist ein Verfahren zur Übertragung mindestens einer zeitgesteuerten Botschaft zwischen einem ersten Netzknoten mit einer ersten Zeitbasis und mindestens einem zweiten Netzknoten mit einer zweiten Zeitbasis bekannt, wobei die mindestens eine zeitgesteuerte Botschaft über ein erstes Kommunikationssystem übertragen wird, wobei mindestens eine Sendeeinheit mindestens ein Synchronisationsgrad an mindestens einem vorbestimmten Referenzzeitpunkt über mindestens das erste Kommunikationssystem sendet, wobei der Referenzzeitpunkt in einer globalen Zeitbasis bestimmt wird, wobei der erste Netzknoten die erste Zeitbasis an die globale Zeitbasis und/oder der zweite Netzknoten die zweite Zeitbasis an die globale Zeitbasis anpasst.
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Es stellt sich daher das technische Problem, ein Verfahren und ein Filter zur Übertragung zeitgesteuerter Botschaften über ein ereignisgesteuertes Kommunikationssystem zu schaffen, wobei die Gefahr von Botschaftsverlusten und Zählersprüngen ausgeräumt oder minimiert wird.
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Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 4. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Dabei wird ein Verfahren zur Übertragung mindestens einer zeitgesteuerten Botschaft zwischen mindestens einem ersten Netzknoten mit einer ersten Zeitbasis und mindestens einen zweiten Netzknoten mit einer zweiten Zeitbasis vorgeschlagen, wobei die mindestens eine zeitgesteuerte Botschaft des ersten Netzknotens in einer ersten Abtastung mit einer Abtastrate abgetastet und über ein erstes Kommunikationssystem an einen Filter übertragen wird, wobei die erste Abtastung auf Basis der ersten Zeitbasis erfolgt, wobei der Filter die auf Basis der ersten Zeitbasis abgetastete zeitgesteuerte Botschaft des ersten Netzknotens rekonstruiert, in einer zweiten Abtastung mit einer zweiten Abtastrate abtastet und an den zweiten Netzknoten über ein zweiten Kommunikationssystem überträgt, wobei die zweite Abtastung auf Basis der zweiten Zeitbasis erfolgt, wobei die zweite Abtastrate gemäß einer vorbestimmten Grenzfrequenz des zweiten Netzknotens und/oder des zweiten Kommunikationssystems eingestellt wird.
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Das erste Kommunikationssystem kann hierbei beispielsweise ein erstes ereignisgesteuertes Kommunikationssystem sein
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Wird beispielsweise angenommen, dass über das erste ereignisgesteuerte Kommunikationssystem eine zeitgesteuerte Botschaft mit einer Grenzfrequenz von z.B. 50 Hz übertragen wird, so beträgt die erste Abtastrate z.B. 100/s, wodurch das Abtasttheorem eingehalten wird. Hierdurch können alle Signalinhalte der zeitgesteuerten Botschaft aus der abgetasteten zeitgesteuerten Botschaft rekonstruiert werden. Durch eine Asynchronität zwischen der ersten und der zweiten Zeitbasis ist es jedoch möglich, dass die Grenzfrequenz der zeitgesteuerten Botschaft in der zweiten Zeitbasis größer als beispielsweise 50 Hz ist. Wird nun beispielsweise ein aus der abgetasteten zeitgesteuerten Botschaft rekonstruierte zeitgesteuerte Botschaft mit einer zweiten Abtastrate von 100/s, die sich aus der zweiten Zeitbasis bestimmt, abgetastet, so umfasst die mit der zweiten Abtastrate abgetastete zeitgesteuerte Botschaft nicht mehr alle Signalinhalte der ursprünglichen Botschaft. Hieraus kann ein Inhaltsverlust bei der Übertragung der mindestens einen zeitgesteuerten Botschaft resultieren. Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass durch die Filterung ein Inhaltsverlust der mindestens einen zeitgesteuerten Botschaft bei der Übertragung ausgeschlossen oder zumindest minimiert wird.
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In einer weiteren Ausführungsform filtert der Filter die mit der ersten Abtastrate abgetastete zeitgesteuerte Botschaft mit einem Tiefpassfilter, wobei eine Grenzfrequenz des Tiefpassfilters die vorbestimmte Grenzfrequenz des zweiten Netzknotens und/oder des zweiten Kommunikationssystems ist. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass durch die Filterung eine Anpassung der Grenzfrequenz der mindestens einen zeitgesteuerten Botschaft an die Grenzfrequenz des zweiten Netzknotens und/oder des zweiten Kommunikationssystems erfolgt. Bei der Rekonstruktion einer nicht an die Grenzfrequenz des zweiten Netzknotens und/oder des zweiten Kommunikationssystems können Rekonstruktionsartefakte auftreten. Diese Rekonstruktionsartefakte werden in vorteilhafter Weise durch die Tiefpassfilterung vermieden.
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Beispielsweise kann das zweite Kommunikationssystem ein zeitgesteuertes Kommunikationssystem mit einer einheitlichen Grenzfrequenz für alle Teilnehmer des zeitgesteuerten Kommunikationssystems sein, z.B. alle Teilnehmer an einem FlexRay-Bus.
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Auch ist möglich, dass die vorbestimmte Grenzfrequenz des Tiefpassfilters entsprechend einer gewünschten Übertragungsbandbreite des zweiten Kommunikationssystems eingestellt wird. Beträgt die Grenzfrequenz des zweiten Kommunikationssystems z.B. 50 Hz, so ist vorstellbar, dass aus dem Wunsch, Übertragungskapazität einzusparen, zeitgesteuerte Botschaften nur mit einer Frequenz von 25 Hz übertragen werden sollen. Hierdurch verringert sich die gemäß dem Abtasttheorem notwendige Abtastrate auf 50 Abtastungen pro Sekunde. Die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters kann hierbei beispielsweise 25 Hz betragen.
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Durch die Einstellung der Grenzfrequenz des Tiefpassfilters wird weiterhin ermöglicht, dass z.B. Steuergeräte, die nur zeitgesteuerte Botschaften mit einer geringeren Grenzfrequenz als mit der ersten Abtastrate erreichbar empfangen können, ebenfalls an das zweite Kommunikationssystem angeschlossen werden können. Hierbei nimmt der Filter eine notwendige Anpassung der Grenzfrequenz des Signals vor.
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Weiter betrifft die Erfindung einen Filter zur Übertragung mindestens einer zeitgesteuerten Botschaft zwischen mindestens einem ersten Netzknoten mit einer ersten Zeitbasis und mindestens einem zweiten Netzknoten mit einer zweiten Zeitbasis, wobei mindestens eine mit einer ersten Abtastrate abgetastete zeitgesteuerte Botschaft des ersten Netzknotens mittels des Filters empfangbar, rekonstruierbar, filterbar, in einer zweiten Abtastung mit einer zweiten Abtastrate abtastbar und an den zweiten Netzknoten übertragbar ist. Vorzugsweise ist mittels des Filters die mit der ersten Abtastrate abgetastete zeitgesteuerte Botschaft des ersten Netzknotens mit einer Tiefpassfunktion filterbar. Auch ist die zweite Abtastrate auf eine Grenzfrequenz des zweiten Netzknotens und/oder eines zweiten Kommunikationssystems einstellbar. An das zweite Kommunikationssystem kann beispielsweise der zweite Netzknoten angeschlossen sein. Der vorgeschlagene Filter ermöglicht in vorteilhafter Weise die Ausführung des vorhergehend beschriebenen Verfahrens.
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Die Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Fig. zeigen:
- 1 eine schematische Übersicht über einen Teil eines verteilten Netzes,
- 2 ein Sequenzdiagramm einer nicht-anspruchsgemäßen Synchronisierung,
- 3 einen schematischen Ablauf einer nicht-anspruchsgemäßen Synchronisierung bei einem langsamen Sender,
- 4 ein schematischer Ablaufplan einer nicht-anspruchsgemäßen Synchronisierung bei einem schnellen Sender,
- 5 ein schematischer Ablaufplan einer nicht-anspruchsgemäßen Synchronisierung mit einem Eingangsspeicher und
- 6 eine schematische Übersicht über eine Übertragung zeitgesteuerter Botschaften über einen Filter.
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1 zeigt eine schematische Übersicht über einen Teil eines verteilten Netzes 1. Das verteilte Netz 1 umfasst hierbei ein ereignisgesteuertes Kommunikationssystem, beispielsweise einen CAN-Bus 2. Weiter umfasst das verteilte Netz 1 ein zeitgesteuertes Kommunikationssystem, beispielsweise ein FlexRay-Bus 3. An dem CAN-Bus 2 ist ein erster Netzknoten 4 angeschlossen. Der erste Netzknoten 4 wird im Nachfolgenden auch als Sender einer zeitgesteuerten Botschaft bezeichnet. An den FlexRay-Bus 3 ist ein zweiter Netzknoten 5 angeschlossen. Der zweite Netzknoten 5 wird im Nachfolgenden auch als Empfänger der zeitgesteuerten Botschaft bezeichnet. Der CAN-Bus 2 und der FlexRay-Bus 3 sind über ein Gateway 6 verbunden. Hierbei sendet der erste Netzknoten 4 die zeitgesteuerte Botschaft über den CAN-Bus 2 an das Gateway 6, wobei das Gateway 6 die zeitgesteuerte Botschaft auf den FlexRay-Bus 3 überträgt. Der zweite Netzknoten 5 empfängt die über den FlexRay-Bus 3 übertragene zeitgesteuerte Botschaft des ersten Netzknotens 4.
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Der erste Netzknoten 4 sendet zeitgesteuerte Botschaften in Sendezyklen des ersten Netzknotens 4. Über den FlexRay-Bus 3 werden zeitgesteuerte Botschaften über Sendezyklen des FlexRay-Busses 3 übertragen. Die Sendezyklen des ersten Netzknotens 4, insbesondere ein Beginn der Sendezyklen und eine Dauer der Sendezyklen wird auf Basis einer ersten Zeitbasis bestimmt. Die Sendezyklen des FlexRay-Busses 3, insbesondere ein Beginn der Sendezyklen und eine Dauer der Sendezyklen, wird auf Basis einer zweiten Zeitbasis bestimmt. Die zweite Zeitbasis kann hierbei die für alle Teilnehmer des FlexRay-Busses 3 einheitliche Zeitbasis des FlexRay-Busses 3 sein. Um eine Synchronisierung der ersten und der zweiten Zeitbasis zu ermöglichen, sendet das Gateway 6 Synchronisationssignale 7, die beispielsweise in 2 und 3 dargestellt sind, über den CAN-Bus 2 an den ersten Netzknoten 4.
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2 zeigt ein Sequenzdiagramm einer Synchronisierung. Das auch in 1 dargestellte Gateway 6 sendet hierbei ein Synchronisationssignal 7 an beispielsweise den in 1 dargestellten ersten Netzknoten 4. In 2 sind schematisch 3 Funktionsschichten des ersten Netzknotens 4 dargestellt. In einer ersten Funktionsschicht 8 wird eine Abweichung der ersten Zeitbasis von der zweiten Zeitbasis mit Hilfe der in dem Synchronisationssignal 7 enthaltenen Referenzzeit berechnet und eine Anpassung der ersten Zeitbasis vorgenommen. Hierfür führt die erste Funktionsschicht 8 notwendige Rechenoperationen durch. Eine zweite Funktionsschicht 9 führt Operationen gemäß einem Ablaufprotokoll des ersten Netzknotens 4 aus. In der zweiten Funktionsschicht 9 wird somit ein Ablaufplan oder Zeitplan von Operationen des ersten Netzknotens 4 überwacht und eine Ausführung von Operationen des ersten Netzknotens 4 gesteuert. Eine datentechnische Kommunikation zwischen der zweiten Funktionsschicht 9 und einer dritten Funktionsschicht 10 findet beispielsweise über von der zweiten Funktionsschicht 9 an die dritte Funktionsschicht 10 gesendete Aktivierungssignale 34 und auf die Aktivierungssignale 34 folgende Antwortsignale 35 statt. In der dritten Funktionsschicht 10, einer so genannten Anwendungsschicht, werden die Operationen des ersten Netzknotens 4 durchgeführt. Auch ist eine direkte datentechnische Kommunikation zwischen der ersten Funktionsschicht 8 und der dritten Funktionsschicht 10 in Form eines weiteren Aktivierungssignals 36 möglich. Weiter zeigt 2 Kommunikationssignale 38 zwischen der ersten Funktionsschicht 8 und dem Gateway 6 sowie weitere Kommunikationssignale 39, 40 zwischen der zweiten und der ersten Funktionsschicht 9,8 und der dritten und der zweiten Funktionsschicht 10, 9.
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Nachdem das Gateway 6 das Synchronisationssignal 7 an den ersten Netzknoten 4 gesendet hat, empfängt die erste Funktionsschicht 8 das Synchronisationssignal 7. Folgend sendet die erste Funktionsschicht 8 eine Anfrage 11 nach einer lokalen Zeit des ersten Netzknotens 4. Die lokale Zeit des Netzknotens 4 bestimmt sich hierbei nach der ersten Zeitbasis. Die lokale Zeit wird in einer Antwort 12 der ersten Funktionsschicht 8 von der zweiten Funktionsschicht 9 mitgeteilt. In einem Rechenschritt 13 wird eine Abweichung der lokalen Zeit von der Referenzzeit berechnet. Ein Synchronisationsoperation wird nach einer Synchronisationsanfrage 14, die von der dritten Funktionsschicht 10 an die erste Funktionsschicht 8 gestellt wird, gestartet. Die Synchronisationsanfrage 14 wird hierbei durch die dritte Funktionsschicht 10 dann gestellt, wenn der Ablauf an Operationen, die in der dritten Funktionsschicht 10 durchgeführt werden, eine Synchronisierung zulässt, ohne dass beispielsweise Funktionalitäten des ersten Netzknotens 4 nachteilig beeinflusst werden. Nach der Synchronisationsanfrage 14 sendet die erste Funktionsschicht 8 eine weitere Anfrage 15 nach der aktuellen lokalen Zeit an die zweite Funktionsschicht 9. Diese sendet in einer weiteren Antwort 16 die aktuelle lokale Zeit an die erste Funktionsschicht 8. Basierend auf der aktuell lokalen Zeit und der in dem Rechenschritt 13 bestimmten Abweichung korrigiert die erste Funktionsschicht 8 die lokale Zeit des Netzknotens 4 in einem Korrekturschritt 17.
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3 zeigt einen schematischen Ablaufplan einer Synchronisierung mit einem langsamen Sender. Hierbei zeigt 3 einen zeitlichen Ablauf der Übertragung von Botschaften zwischen dem ersten Netzknoten 4, dem Gateway 6 und dem zweiten Netzknoten 5, die auch in 1 dargestellt sind. Hierbei haben die Sendezyklen des ersten Netzknotens 4 und des FlexRay-Busses 3 eine Zeitdauer von jeweils 20 ms. Als Sendezyklus ist in 3 das zwischen zwei gestrichelten Linien eingefasste Zeitintervall zu verstehen. Am Anfang eines ersten Sendezyklus sendet das Gateway 6 ein Synchronisationssignal 7 an den ersten Netzknoten 4 über den CAN-Bus 2. In dem ersten Sendezyklus des ersten Netzknotens 4 sendet dieser eine erste zeitgesteuerte Botschaft 18 über den CAN-Bus 2 an das Gateway 6. Das Gateway 6 umfasst einen Input-Buffer, der mindestens eine zeitgesteuerte Botschaft, die über den CAN-Bus 2 an das Gateway 6 übertragen wurde, speichert. Weiter umfasst das Gateway 6 mindestens einen Output-Buffer, aus dem eine zeitgesteuerte Botschaft von dem Gateway 6 auf den FlexRay-Bus 3 ausgegeben wird. Zu einem Umschaltzeitpunkt 19, der in 3 jeweils am Ende eines Sendezyklus dargestellt ist, erfolgt eine Umschaltung zwischen Input-Buffer und Output-Buffer. Die erste zeitgesteuerte Botschaft 18 liegt nun im Output-Buffer des Gateway 6. In einem zweiten Sendezyklus, der auf den ersten Sendezyklus folgt, sendet der erste Netzknoten 4 eine zweite zeitgesteuerte Botschaft 20. Diese wird analog zur ersten zeitgesteuerten Botschaft 18 in dem Input-Buffer des Gateway 6 gespeichert. Zu einem vorbestimmten Übertragungszeitpunkt, der in 3 jeweils in der Mitte der Sendezyklen dargestellt ist, überträgt das Gateway 6 die in dem Output-Buffer liegende Nachricht auf den FlexRay-Bus 3. In dem zweiten Sendezyklus wird die erste zeitgesteuerte Botschaft 18, die im Output-Buffer des Gateway 6 liegt, auf den FlexRay-Bus 3 übertragen und von dem zweiten Netzknoten 5 empfangen. Am Ende des zweiten Sendezyklus erfolgt wiederum eine Umschaltung zwischen Input-Buffer und Output-Buffer des Gateway 6. Im dritten Sendezyklus wird die nun im Output-Buffer liegende zweite zeitgesteuerte Nachricht 20 zu dem Übertragungszeitpunkt auf den FlexRay-Bus 3 übertragen. In 3 ist dargestellt, dass im dritten Sendezyklus eine dritte zeitgesteuerte Botschaft 21 des ersten Netzknotens 4 an das Gateway 6 übertragen wird. Die dritte zeitgesteuerte Botschaft 21 wird im Input-Buffer des Gateway 6 gespeichert. Am Ende des dritten Sendezyklus findet wiederum eine Umschaltung zwischen Input-Buffer und Output-Buffer statt.
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In 3 ist dargestellt, dass die Zeitdifferenz zwischen einem Sendezeitpunkt der dritten zeitgesteuerten Botschaft 21 von einem Beginn des dritten Sendezyklus größer ist als die Zeitdifferenz zwischen einem Sendezeitpunkt der zweiten zeitgesteuerten Botschaft 20 von einem Beginn des zweiten Sendezyklus, wobei diese Differenz wiederum größer ist als ein Sendezeitpunkt der ersten zeitgesteuerten Botschaft 18 von einem Beginn des ersten Sendezyklus. Hierbei handelt es sich also um einen langsamen Sender, dessen lokale Zeit, die sich nach der ersten Zeitbasis bestimmt, langsamer läuft als die Zeit, die sich nach der zweiten Zeitbasis bestimmt, also nach der einheitlichen Zeitbasis des FlexRay-Busses 3. Im vierten Sendezyklus wird vom Gateway 6 ein weiteres Synchronisationssignal 7 an den ersten Netzknoten 4 gesendet. Daraufhin wird ein Sendezeitpunkt der vierten zeitgesteuerten Botschaft 22 durch den in 2 dargestellten Korrekturschritt 17 korrigiert. In 3 ist eine mit unkorrigiertem Sendezeitpunkt erfolgende Übertragung 23 dargestellt. Durch die Korrektur erfolgt jedoch die Übertragung der vierten zeitgesteuerten Botschaft 22 zu einem früheren Zeitpunkt im vierten Sendezyklus. Analog zu den vorhergehenden Ausführungen erfolgt die Übertragung von fünften, sechsten und siebten zeitgesteuerten Botschaften 24, 25, 26. In 3 ist dargestellt, dass ein Synchronisationssignal 7 in jedem dritten Sendezyklus gesendet wird.
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In 4 ist ein Ablaufplan einer Synchronisierung für einen schnellen Sender dargestellt. Hierbei beziehen sich die Bezugszeichen der 4 auf die Bezugszeichen der 3. Im Vergleich zu dem in 3 dargestellten Ablaufplan ist dargestellt, dass die Zeitdifferenz eines Sendezeitpunkts der ersten zeitgesteuerten Botschaft 18 von einem Beginn des ersten Sendezyklus größer ist als die Differenz eines Sendezeitpunkts der zweiten zeitgesteuerten Botschaft 20 von einem Beginn des zweiten Sendezyklus, wobei diese Differenz wiederum größer ist als die Differenz zwischen einem Sendezeitpunkt der dritten zeitgesteuerten Botschaft 21 von einem Beginn des dritten Sendezyklus. Hierbei handelt es sich also um einen schnellen Sender, dessen lokale Zeit, die nach der ersten Zeitbasis bestimmt wird, schneller läuft als die lokale Zeit des zweiten Netzknotens 5, die sich nach der einheitlichen Zeitbasis des FlexRay-Busses bestimmt. Im ersten, im vierten und im siebten Sendezyklus findet zu Beginn des jeweiligen Sendezyklus eine Synchronisierung statt. Hierfür sendet das Gateway 6 ein Synchronisationssignal 7 an den ersten Netzknoten 4. Durch den Korrekturschritt 17 wird ein Sendezeitpunkt der vierten zeitgesteuerten Botschaft 22 im Vergleich zu einem Sendezeitpunkt der vierten zeitgesteuerten Botschaft 22 ohne Korrektur zeitlich auf einen späteren Zeitpunkt innerhalb des vierten Sendezyklus verlagert. Die vierte zeitgesteuerte Botschaft 22 ohne Korrektur ist hierbei gestrichelt als 23 dargestellt. Hierdurch wird die erste Zeitbasis also wieder an die zweite Zeitbasis angepasst.
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In 5 ist ein schematischer Ablaufplan einer Synchronisierung dargestellt, wobei das Gateway 6 einen Eingangsspeicher für mindestens zwei über den CAN-Bus 2 übertragene zeitgesteuerte Botschaften umfasst. Gleiche Bezugszeichen in 5 bezeichnen Elemente mit gleichen technischen Funktionen wie die Elemente in 3 und 4. Hierbei ist dargestellt, dass die zweite und die dritte zeitgesteuerte Botschaft 20, 21 im zweiten Sendezyklus vom ersten Netzknoten 4 an das Gateway 6 übertragen werden. Zu einem Umschaltzeitpunkt 19a am Ende des zweiten Sendezyklus sind daher zwei zeitgesteuerte Botschaften, nämlich die zweite und die dritte zeitgesteuerte Botschaft 20, 21 in dem Eingangsspeicher des Gateway 6 gespeichert. Im dritten Sendezyklus wird die zweite zeitgesteuerte Botschaft 20 von dem Gateway 6 auf den FlexRay-Bus 3 übertragen. Im dritten Sendezyklus überträgt jedoch auch der erste Netzknoten 4 die vierte zeitgesteuerte Botschaft 22 an das Gateway 6. Zu einem Umschaltzeitpunkt 19a am Ende des dritten Sendezyklus liegen daher wiederum zwei zeitgesteuerte Botschaften, nämlich die dritte und die vierte zeitgesteuerte Botschaft 21, 22 im Eingangsspeicher des Gateway 6 vor. Zu Beginn des vierten Sendezyklus sendet das Gateway 6 ein Synchronisationssignal 7 an den ersten Netzknoten 4. Durch den auf das Synchronisationssignal 7 folgenden Korrekturschritt 17 wird ein Sendezeitpunkt der fünften zeitgesteuerten Botschaft 24 zeitlich auf einen späteren Zeitpunkt verschoben. Insbesondere wird hierdurch ermöglicht, dass zwischen einem Sendezeitpunkt der fünften zeitgesteuerten Botschaft 24 ohne Korrekturschritt 17 und einem Sendezeitpunkt der fünften zeitgesteuerten Botschaft 24 mit Korrekturschritt 17 ein Umschaltzeitpunkt 19 am Ende des vierten Sendezyklus stattfinden kann. Hierdurch wird ermöglicht, dass die vierte zeitgesteuerte Botschaft 22 im Output-Buffer des Gateway 6 liegt. Auch liegen nach dem Umschaltzeitpunkt 19 am Ende des vierten Sendezyklus keine weiteren zeitgesteuerten Botschaften mehr im Eingangsspeicher des Gateway 6 vor.
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In 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Übertragung mindestens einer zeitgesteuerten Botschaft zwischen dem ersten Netzknoten 4 und dem zweiten Netzknoten 5, die auch in 1 dargestellt sind, dargestellt. Hierbei umfasst der erste Netzknoten 4 einen Sensor 27, der Sensordaten aus einer Umgebung 28 erfasst. Ein Sensorsignal des Sensors 27 weist hierbei beispielsweise eine Grenzfrequenz von 50 Hz auf, wobei die Grenzfrequenz auf Grundlage der ersten Zeitbasis bestimmt wird. Eine Abtasteinheit 29 des ersten Netzknotens 4 tastet das Sensorsignal mit einer das Abtasttheorem erfüllenden Abtastfrequenz, in diesem Fall mindestens 100 Hz, ab. Danach wird das Sensorsignal z.B. als zeitgesteuerte Botschaft über den CAN-Bus 2 an das Gateway 6 übertragen. Im Gateway 6 wird die zeitgesteuerte Botschaft von einer Rekonstruktionseinheit 30 rekonstruiert. Weiter wird die rekonstruierte zeitgesteuerte Botschaft von einer Filtereinheit 31 gefiltert. Die Filtereinheit 31 führt hierbei beispielsweise eine Tiefpassfilterung der rekonstruierten zeitgesteuerten Botschaft durch. Eine Grenzfrequenz der Tiefpassfilterung wird dabei gleich einer Grenzfrequenz des FlexRay-Busses 3 eingestellt. Beträgt die Grenzfrequenz des FlexRay-Busses 3 beispielsweise 50 Hz, wobei die Grenzfrequenz des FlexRay-Busses 3 sich gemäß der einheitlichen Zeitbasis des FlexRay-Busses 3 bestimmt, so wird die Grenzfrequenz der Filtereinheit 31 auf 50 Hz eingestellt. Hierbei bestimmt sich die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters ebenfalls nach der zweiten Zeitbasis, also der einheitlichen Zeitbasis des FlexRay-Busses 3. Ein durch die Filtereinheit 31 gefiltertes Signal wird dann durch eine Abtasteinheit 32 des Gateway 6 mit einer zweiten Abtastrate abgetastet. Die Abtastrate kann hierbei beispielsweise 100 Hz betragen, wobei die Abtastrate sich wieder auf Grundlage der zweiten Zeitbasis bestimmt. Hierdurch ist das Abtasttheorem für eine verlustlose Übertragung von abgetasteten zeitgesteuerten Botschaften auf dem FlexRay-Bus 3 gewährleistet. Über den FlexRay-Bus 3 wird das mit der zweiten Abtastrate abgetastete zeitgesteuerte Signal an den zweiten Netzknoten 5 übertragen. Im zweiten Netzknoten 5 rekonstruiert eine zweite Rekonstruktionseinheit 33 die gefilterte und mit der zweiten Abtastrate abgetastete zeitgesteuerte Botschaft. Durch die Filtereinheit 31 wird hierbei sichergestellt, dass eine Übertragung der zeitgesteuerten Botschaft über den FlexRay-Bus 3 ohne Informationsverlust erfolgen kann.
