DE2108496C3 - Schaltungsanordnung zur ständigen Funktionskontrolle der Informationsverarbeitung und der Ausgabe von Datentelegrammen, insbesondere für prozeßrechnergesteuerte Eisenbahnsignalanlagen - Google Patents

Schaltungsanordnung zur ständigen Funktionskontrolle der Informationsverarbeitung und der Ausgabe von Datentelegrammen, insbesondere für prozeßrechnergesteuerte Eisenbahnsignalanlagen

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DE2108496C3 DE19712108496 DE2108496A DE2108496C3 DE 2108496 C3 DE2108496 C3 DE 2108496C3 DE 19712108496 DE19712108496 DE 19712108496 DE 2108496 A DE2108496 A DE 2108496A DE 2108496 C3 DE2108496 C3 DE 2108496C3
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Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.
Aus der DE-OS 14 74 071 ist eine Schaltungsanordnung der vorstehend beschriebenen Art dem Prinzip nach bekannt. Diese Schaltung bringt eine hohe Sicherheit der verarbeiteten Informationen, solange der den Mehrheitsentscheid bewerkstelligende Schaltungsteil nicht gestört ist. Die Eintrittswahrscheinlichkeit solcher Störungen ist aber hoch genug, um eine solche, nicht durch weitere Maßnahmen zusätzlich gesicherte Schaltungsanordnung für Zwecke der Eisenbahnsicherung ungeeignet erscheinen zu lassea s Eine ausführliche Beschreibung des Mehrheitsprinzips bei Benutzung von drei parallel arbeitenden Rechnern liefern die US-PS 33 48 197 und die GB-P3 12 53 309. Auch hier sind keine Maßnahmen zur ständigen Kontrolle der Vergleichsschaltung sowie der
ίο zum An- und Abtrennen der einzelnen Rechner erforderlichen Schaltungsteile angegeben.
Das Prinzip der Dreifachauslegung von Datenverarbeitungsgeräten mit anschließender Mehrheitsentscheidung ist weiterhin in den folgenden 5 Druckschriften beschrieben:
1. R. E Lyons and W. Vanderkulk, The Use of Triple-Modular Redundancy to Improve Computer Reliability, IBM-Journal, April 1962, S. 200-209.
2. Rein T e ο s t e, Design of a Repairable Redundant Computer IRE-Transactions on Electronic Computers Oct 1962, S. 643-648.
3. Rein Teoste, Digital Circuit Redundancy IEEE Transactions on Reliability, June 1964, S. 42—61.
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5. Paul A. Hurney, Maintenance Determines Reliability in Digital Systems, Control Engeneering Vol. 16, Heft 2,1969, S. 102-105.
Keiner dieser Autoren sieht eine ständige Prüfung des
für den Mehrheitsentscheid notwendigen Schaltungsteils vor.
Zur Prüfung des Melde- und/oder Befehlsweges zwischen einer Zentrale und mehreren Stationen ist aus der DE-PS 12 77 340 die Ausgabe von absichtlich gefälschten Codeworten bekannt, die jedoch hier, wo keine Dreifachauslegung benutzt wird, zwischen Teile der Nützinformation eingeschoben werden. Die Übertragung dieser absichtlich gefälschten Codeworte nimmt daher Zeit in Anspruch, die für die Übertragung von Nutzinformation dann nicht mehr zur Verfügung steht.
Aus der DE-AS 12 93 190 ist ferner die Bildung von Datenblöcken mit Aufteilung in Synchronisierblock, Informationsblock und Prüfblock bekannt.
Aus der DE-AS 11 26 938 ist es bereits bekannt, zur Sicherung der Steuerung von Fernmeldevermittlungsanlagen die Geräte in allen Steuerstufen zu verdoppeln und jeweils den Ausgang eines Gerätes einer Stufe mit den Eingängen beider Geräte der nächsten Stufe zu verbinden. An jedem Geräteeingang wird dort ein Vergleich beider gelieferten Informationen durchgeführt. Bei Feststellung eines Fehlers wird dann in beiden Geräten einer Stufe nur die Information des ungestörten Gerätes der vorigen Stufe verarbeitet. Mit dieser Sicherung wird der Ausfall eines Gerätes in seiner Wirkung auf eine Stufe beschränkt, in allen anderen Stufen bleibt die Prüfbarkeit und Verdopplung erhalten. Bei dieser bekannten Anordnung sind viele Vergleicher erforderlich. Außerdem werden diese nicht überprüft.
M) Eine solche Anordnung ist in manchen Fällen nicht sicher genug, so zum Beispiel bei rechnergesteuerten Eisenbahnsignalanlagen, bei denen eine hohe signaltechnische Sicherheit verlangt wird. Aus der DE-AS 12 22 550 ist eine Schaltungsanord-
Ii ί nung zum Überwachen zweier parallelbetriebener, gleichartiger Übertragungseinrichtungen in Zeitmultiplex-Fernmeldevermittlungsanlagen bekannt, bei der nach Feststellung eines Fehlers jeweils auf eine
Reserveeinrichtung umgeschaltet wird, und bei der diese Reserveeinrichtung vor Inbetriebnahme zunächst selbst geprüft wird. Bei Feststellung einer Störung der Reserveeinrichtung wird dann erneut umgeschaltet und die ursprünglich benutzte Einrichtung roch einmal geprüft Diese Schaltungsanordnung benutzt also nur eine Einrichtung.
Schließlich ist bereits in einer älteren Anmeldung, aus der das deutsche Patent 20 17 853 hervorgegangen ist, das Verfahren vorgeschlagen worden, aus Informationsteil und Prüfteil bestehende Datentelegramme von zwei getrennten Rechnern erarbeiten zu lassen, in der Art, daß der eine Rechner den Informationsteil erarbeitet und überträgt, der andere Rechner den Prüfteil erarbeitet und nur diesen überträgt, und im Empfänger nur solche Datentclegramme auswerten zu lassen, bei denen Informationsteil und Prüfteil zusammenpassen.
Aufgabe der Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist es, eine ständige Funktionskontrolle bei der Datenverarbeitung und Datenausgabe von drei parallel arbeitenden Rechnern zu gewährleisten und so insbesondere den Sicherheitsanforderungen der Eisenbahnsicherung zu genügen.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches angegeben.
Die Teilung der Datentelegramme in Informationsteil und Prüfteil ist Voraussetzung für die Verwendung eines hochredundanten Codes, der die Sicherheit der Information entscheidend verbessert In der Schaltungsanordnung nach der DE-OS 14 74071 ist die Verwendung solcher Codes nutzlos, da keine Möglichkeit besteht, wenige einzelne Fehler zu tolerieren.
Die Kontrolle der Vergleichseinrichtungen sowie der Steuereinrichtung mit Hilfe absichtlich gefälschter Bit erhöht die Sicherheit der Datenausgabe wesentlich. Zudem wird die Kontrolle hier parallel zur Datenausgabe jeweils durch einen der Rechner durchgeführt, die gerade nicht zur Datenausgabe benutzt werden. Dadurch wird keine zusätzliche Zeit für die Kontrolle benötigt.
Die Prüfung der Vergleichs- und Steuereinrichtungen während jedes einzelnen Datentelegramms, indem zur Abgabe des Informationsteils und des Prüfteils jedes Datentelegramms verschiedene Rechner auf die Übertragungskanäle durchschaltbar sind, und die Prüfung mittels absichtlich gefälschter Bit nur von dem Rechner durchgeführt werden kann, der gerade keinen Datentelegrammteil auf die Übertragungskanäle abgibt, bewirkt eine noch häufigere Prüfung der Vergleichs- und Steuereinrichtungen und damit eine weitere Erhöhung der Sicherheit der Datenausgabe.
Die Erfindung sei anhand der F i g. 1 und 2 beispielsweise näher erläutert. In den Figuren sind nur die Teile dargestellt, die unbedingt für das Verständnis der Erfindung erforderlich sind. Es zeigt
F i g. 1 ein Schema der erfindungsgemäßen Schaltungsanordung und den Aufbau eines Datentelegramms und
Fig.2 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Überwachungs- und Ausgabevorrichtung.
Die in Fig. 1 dargestellten Rechner R 1, R2 und A3 arbeiten parallel. Sie bekommen die gleichen Eingangsdaten DE. Da sie gleichartige Programme haben, müssen sie zu gleichen Ergebnissen kommen. Die Ausgänge der Rechner sind mit einer Überwachungsund Ausgabevorrichtung ÜA V verbunden, über die die Übertragungskanäle Kl bis Kn wahlweise mit den Ausgängen der Rechner verbunden werden können.
Durch einen gemeinsamen Taktgeber Γ wird sichergestellt, daß die drei Rechner zur gleichen Zeit Daten zur Überwachungs- und Ausgabevorrichtung ÜA V ausgeben und diese auf die entsprechenden Übertragungskanäle durchschaltet
Jeder Rechner R 1, /72 und /?3 besitzt mindestens so viele Ausgänge R Ma 1 bis a π R 21a 1 bis a η und R 3/a ! bis a η wie Übertragungskanäle K1 bis K π vorhanden sind. Die Ausgabe der Telegramme erfolgt parallel an
ίο allen Ausgängen der Rechner, jedoch wird an jedem Ausgang das anstehende Telegramm seriell (bitweise) gegeben. Durch den gemeinsamen Takt wird gewährleistet, daß die drei Rechner zur gleichen Zeit Daten (Bit) zur Überwachungs- und Ausgabeschaltung ÜA Vausge-
ben. Die Überwachungs- und Ausgabeschaltung ÜAV vergleicht die Ausgabedaten der drei Rechner und stellt gegebenenfalls mit Mehrheitsentscheid fest, welcher Rechner gestört ist Dieser Rechner wird dann von den abgehenden Datenkanälen Ki bis K π abgetrennt
Die von der Überwachungs- und Ausgabevorrichtung ÜA V getroffenen Entscheidungen werden über Überwachungsleitungen Üi, Ü2 und Ü3 zu den Rechnern gegeben. Die von den drei Rechnern abgegebenen gleichen Telegramme DTsetzen sich nach dem unteren Teil der F i g. 1 aus dem Informationsteil Adresse AD + Befehl ßund Prüf teil R zusammen. Zur Übertragung auf die Übertragungskanäle Kt bis K η kann jeweils für ein Telegramm von einem Rechner, z. B. R 1, der Informationsteil, z. B. J/R 1, und von einem anderen Rechner,
z. B. R 2, der Prüfteil R/R 2 verwendet werden.
Der Rechner, von dem der Informationsteil genommen wird, soll im folgenden Informationsrechner genannt werden, der Rechner, von dem Prüfteil genommen wird, der Redundanzrechner. Die Funktionen Informations- bzw. Redundanzrechner sind den Rechnern R 1, R 2, R 3 nicht fest zugeordnet sie werden von der Überwachungs- und Ausgabevorrichtung ÜA V festgelegt, und zwar nach der momentan ausgewählten Reihenfolge bzw. dem Störungszustand des Rechnertripels.
Die F i g. 2 zeigt die erfindungsgemäße Überwachungs- und Ausgabeschaltung ÜA V in einem Ausführungsbeispiel. Sie besteht aus einer Durchschalteinrichtung AE, drei Vergleichseinrichtungen V12, V23 und
+5 V31 und einer Steuereinrichtung St. Die drei Vergleichseinrichtungen vergleichen die von den drei Rechnern R1, R 2 und R 3 über ihre Ausgänge R Ma 1 bis a η R 2/a 1 bis a η und R 3/a 1 bis a π ausgegebenen Datentelegramme derart bitweise, daß die Einrichtung V12 die Bit der Telegramme der Rechner R 1 und R 2, die Einrichtung V23 die Bit der Telegramme der Rechner R 2 und R 3 und die Einrichtung V31 die Bit der Telegramme der Rechner R 3 und R 1 vergleichen. Der Vergleich erfolgt jeweils gleichzeitig für die momentan an den Ausgängen der Rechner seriell anliegenden Bit. Bei fehlerhafter Ausgabe an einem Ausgang eines Rechners, z. B. des Rechners R1, melden zwei Vergleichseinrichtungen einen Fehler, nämlich die Einrichtungen V12 und V31. Die Steuereinrichtung Sf
h" stellt durch die über die Leitungen Vl, V2 und V3 gegebenen Vergleichssignale fest, welcher Rechner gestört ist. Ein Rechner gilt dann als gestört, wenn seine Bitfehlerrate in einem der Ausgänge ein bestimmtes Maß überschreitet, z. B. vier Fehler pro Tetegramm. Die
"' Steuereinrichtung Sf erzeugt an ihren Ausgängen, abhängig von den Signalen der Vergleichseinrichtung, Durchschaltkommandos für zwei Rechner. Im Falle des gestörten Rechners R1 werden dann über die
Leitungen 52 und 53 die Ausgänge der Rechner R2 und A3 in der Durchschalteeinrichtung AE auf die Übertragungskanäle KX bis Kηdurchgeschaltet. Über die Leitung 51 wird die Durchschaltung des Rechners Ri verhindert. Die an den Leitungen 51, 52 und 53 anliegenden Kommandos werden über Überwachungsleitungen t'91, ÜS2 und ÜS3 den zugehörigen Rechnern Ri, R 2 und R 3 zugeführt. Desgleichen werden die Vergleichssignale der Vergleichseinrichtungen K12, V23 und V31 über entsprechende Leitungen ÜVl, ÜV2 und ÜV3 den Rechnern R 1, R2 und R3 eingegeben.
Die Durchschalteeinrichtung AEbewirkt das Verbinden der Ausgänge der durch die Steuereinrichtung St markierten Rechner, z. B. Ri und R 2, auf die Übertragungskanäle K 1 bis K η und stellt damit sicher, daß kein gestörter Rechner auf die Übertragungskanäle aufgeschaltet wird. Zur Überwachung und Prüfung der Vergleichseinrichtung V12, V23 und K31 und der Steuereinrichtung St werden von den Rechnern in gewissen Zeitabständen absichtlich falsche Daten (Bit) gesendet Um die abgehenden Daten nicht zu verfälschen, sendet der Informationsrechner falsche Prüfbit und der Redundanzrechner falsche Informationsbit. Da die Datentelegramme aus zwei Rechnern zusammengestellt werden, ist damit gewährleistet, daß die absichtlich gefläschten Bits nicht zu den Übertragungskanälen gelangen.
Sendet ein Rechner zur Übertragung falsche Daten (Bit), so muß dieser Rechner aus der Vergleichsrückrneldung über die Leitungen ÜVi bzw. ClV2, ÜV3 erkennen, daß die beiden ihm zugeordneten Vergleichs einrichtungen einen Fehler melden. Zur Überprüfunf der Steuereinrichtung St sendet jeder Rechner ir gewissen Zeitabständen so viele falsche Bit, daß er vor den Ausgabekanälen abgetrennt werden muß, z. B. fün falsche Bit in einem Telegramm. Aufgrund der von dei Steuereinrichtung St zurückführenden Überwachungs leitungen ÜS\, ÜS2 und Ü53 kann der prüfendf Rechner feststellen, ob er abgetrennt worden ist. Be Störung der Vergleichseinrichtung V12, V23 und V3l oder der Steuereinrichtung 5f, die dem prüfender Rechner zugeordnet sind, schaltet der Rechner sein* Ausgabe ab.
Die Durchschalteeinrichtung A fist so aufgebaut, daC ein elektrischer Fehler sich immer so auswirkt, daß dei Datenfluß zu den Übertragungskanälen Ki bis Ki unterbrochen wird.
Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird eine sichere Datentelegramm Übertragung vor den Ausgängen der Rechner auf die Übertragungskanäle erreicht, und Störungen in den verschiedener Einrichtungen werden rechtzeitig erkannt.
So werden Fehler in den Rechnern sofort durch die Vergleichs- und die Steuereinrichtung erkannt.
Störungen in den Vergleichseinrichtungen erkenner die Rechner durch die Prüfvorgänge.
Fehler in der Steuereinrichtung werden ebenfalls durch die Rechner und den Prüfvorgang erkannt.
Störungen in der eigensicheren Durchschalteeinrichtung verhindern die Ausgabe der Datentelegramme aul die Übertragungskanäle und werden sofort erkannt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Schaltungsanordnung zur ständigen Funktionskontrolle der Informationsverarbeitung und der Ausgabe von Datentelegrammen auf eine Anzahl Übertragungskanäle bei einer Anlage mit drei parallel betriebenen, gleichartigen, mittels eines gemeinsamen Taktgebers synchronisierten Rechnern, die jedes Datentelegramm parallel erarbeiten und an besonderen, den einzelnen Übertragungskanälen zugeordneten Rechnerausgängen Bits seriell ausgeben, bei der jeweils zwei Rechnerausgänge mit einer Vergleichseinrichtung verbunden sind, die durch Vergleich der Rechnerausgangssignale an den einander entsprechenden Rechnerausgängen der drei Rechner und nachfolgende Mehrheitsentscheidung gegebenenfalls einen der drei Rechner als defekt feststellen und an der weiteren Datentelegrammausgabe hindern, insbesondere für prozeßrechnergesteuerte Eisenbahnsignalanlagen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
    a) Die Ausgänge der drei Vergleichseinrichtungen (V 12, K23, V31) zum Vergleich der Rechnerausgangssignale sind über Leitungen (ÜVl, ÜV2, ÜV3, V3, V2, Vi) an jeden der drei Rechner sowie an eine Steuereinrichtung (St) geführt, die die An- bzw. Abschaltung einzelner Rechner an die Übertragungskanäle bzw. von den Übertragungskanälen ermöglicht;
    b) die Steuereinrichtung (St) ist einerseits über jedem Rechner zugeordnete Steuerleitungen (Si, S 2,53) mit einer Durchschalteeinrichtung (AE) zur Weitergabe ausgewählter Rechnersignale an die Übertragungskanäle (K 1 bis K n) und andererseits über — die gleichen ausgewählten Rechnersignale erhaltende — Überwachungsleitungen (ÜSl, ÜS2, ÜS3) mit allen Rechnern zur Anzeige des Rechnerauswahlzustandes verbunden;
    c) die Steuereinrichtung (St) ist derart .aufgebaut, daß sie zur Abgabe jedes aus einem Informationsteil und einem Prüfteil bestehenden Datentelegramms sowohl für den Informationsteil als auch für den Prüfteil jeweils einen der drei Rechner auf die Übertragungskanäle durchschaltet und der verbleibende, keinen Datentelegrammteil auf die Übertragungskanäle abgebende dritte Rechner veranlaßt wird, durch Ausgabe von absichtlich gefälschten Bits eine Prüfung der Vergleichseinrichtungen und der Steuereinrichtung (St) durchzuführen, und daß die Steuereinrichtung (St) nach Erhalt einer bestimmten Anzahl von falschen Bits den diese Bits ausgebenden Rechner von den Ausgabekanälen abtrennt.
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