DE60300926T2

DE60300926T2 - Verfahren zur Erfassung eines Abschirmungsfehlers eines Mehrleiterkabels

Info

Publication number: DE60300926T2
Application number: DE60300926T
Authority: DE
Inventors: Eddie Gambardella; Franck Flourens
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2003-10-09
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2023-10-10
Also published as: FR2845772B1; ATE298893T1; DE60300926D1; EP1411362A1; FR2845772A1; CA2444361C; US20040070406A1; CA2444361A1; US6937029B2; EP1411362B1

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erfassung eines Abschirmungsfehlers eines Mehrfaserkabels, das insbesondere in einem Flugzeug verwendbar ist.
STAND DER TECHNIK
Die Kommunikationsnetze (Ethernet, ATM, ...), die vorzugsweise Kupferverbindungen verwenden, sind gegenüber elektromagnetischen Aggressionen empfindlich und sind hinsichtlich elektromagnetischer Strahlung eingeschränkt.
Um solche Probleme zu lösen, wird auf abgeschirmte Verbindungsdrähte zurückgegriffen. Die Überprüfung der Unversehrtheit der Abschirmung solcher Verbindungen ist jedoch schwierig und oft kostspielig.
Ein am Ende der Beschreibung unter der Bezugsziffer [1] angeführtes Dokument des Standes der Technik beschreibt ein reflektometrisches Prüfverfahren der Unversehrtheit einer Kabelabschirmung, das ein an einem Drahtpaar dieses Kabels angewandtes Verfahren ist. Dieses Verfahren ergibt ungenaue Ergebnisse, wenn nur die Abschirmung beschädigt ist.
Ein Bezugsdokument [2] beschreibt ein Prüfverfahren der Unversehrtheit einer Kabelabschirmung, basierend auf einer Übertragungsimpedanzmessung. Dieses Verfahren ist bei weitem das verbreitetste. Es weist jedoch den Nachteil auf, ein schweres Material sowie unfangreiche Vorsichtsmaßnahmen beim Einsatz zu mobilisieren. Außerdem erfordert es die Messung der Spannung eines Drahtes im Kabel, was meistens eine Modifikation der Installation erfordert.
Ein Bezugsdokument [3] beschreibt eine Schleifenwiderstands-Testsonde zur Überwachung der Unversehrtheit der Abschirmung eines Kabels. Dieser Messfühler verwendet eine Steuerstromsonde, die zwei Wicklungen besitzt, wobei eine dieser Wicklungen zur Messung einer an die Abschirmung angelegten Spannung verwendet wird. Im Fall des Tests eines Verkabelungssystems eines Flugzeugs bilden das elektrische Kabel und die Flugzeugstruktur, an der es befestigt ist, eine kontinuierliche Schleife, über die Strom zirkulieren kann. In dieser Schleife wird eine elektrische Wechselspannung mittels des Messfühlers induziert, und der Strom der Schleife wird durch diesen gemessen. Das komplexe Verhältnis des in der Schleife induzierten Stroms und der Schleifenspannung ergibt die Impedanz der Schleife, von der der reelle resistive Teil eine Anzeige der Unversehrtheit der elektrischen Abschirmung und seiner Verbindung mit der Flugzeugstruktur ergibt.
Ein solcher Messfühler bietet jedoch keine genügende Präzision für Ethernet-Anwendungen (hohe Frequenzen). Bei diesem Messfühler besteht nämlich das Risiko, dass er eine sehr geringe Zunahme des Widerstands der Schleife, die trotzdem eine wichtige Auswirkung auf die Schutzqualität der Abschirmung haben kann, nicht erfasst. Die sehr geringe Zunahme des Widerstands der Schleife kann insbesondere im Fall eines Kabels von großer Länge erfolgen, das einen erhöhten Schleifenwiderstand aufweist, oder im Fall von Beschädigungen der Abschirmung. Andererseits gestattet ein solcher Messfühler keine dynamische Messung, da in diesem Fall der der Datenübertragung entsprechende Strom im Kabel die Messung stören würde.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine höhere Präzision bei der Erfassung eines Abschirmungsfehlers eines Mehrfaserkabels zu bieten und eine vereinfachte dynamische Messung zu ermöglichen.
ABRISS DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung schlägt zu diesem Zweck ein Verfahren zur Erfassung eines Abschirmungsfehlers eines einen Teil eines Kommunikationsnetzes bildenden Mehrfaserkabels während des Betriebs des Netzes vor, wobei das Kabel ein Mehrfach-Datenblocksignal S(t) transportiert, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst:

– ein Störsignal I(t) wird über eine Einspeiseklemme in das Kabel eingeleitet, das sich in einer magnetischen Schleife befindet, die um das Kabel geöffnet oder geschlossen werden kann und in die ein alternierendes Signal während einer vorbestimmten Zeit T eingespeist wird,
– bei Empfang des Signals S(t) durch eine Einrichtung wird die Anzahl N von fehlerhaften Frames bzw. Datenblöcken während der Einspeisedauer des Störsignals I(t) gezählt,
– die Existenz eines eventuellen Mangels bzw. Fehlers der Abschirmung dieses Kabels wird bestimmt, wenn die folgende Ungleichung: N/T ≤ TEP_max besteht, wobei TEP_max die maximale garantierbare Datenpaket-Fehlerquote ist.

Man kann TEP_max = 0 erreichen. Das Kommunikationsnetz kann ein Ethernet-Netz sein. Die Anzahl N kann die Anzahl von fehlerhaften Frames bzw. Datenblöcken sein, die insbesondere CRC-Fehler, zu kurze Frames und fehlende Frames umfasst. Die Anzahl N kann auch im MIB-Abschnitt verschiedener Vorrichtungen des Netzes berechnet werden.
Vorteilhafterweise verfügt man über die folgende Ungleichung:
wobei:

– I1: Pegel des Störsignals I(t), welches das Signal S(t) bei Abwesenheit des Schutzes der Abschirmung stört,
– ATT_min: die minimale Dämpfung der Abschirmung, die notwendig ist, damit die unter der Abschirmung induzierte Störung unter I1 liegt, unter Berücksichtigung der maximal zu erwartenden äußeren Aggression,
– ATT_max: die normale Dämpfung der Abschirmung.

Das Störsignal I(t) kann ähnlich dem Signal S(t) über das Kabel transportiert werden. Es kann auch mindestens eine Frequenz darstellen, die vorher als eine das Signal S(t) besonders störende Frequenz identifiziert wurde.
Das Verfahren der Erfindung ist insbesondere auf ein Flugzeug anwendbar.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht das Prinzipschema einer Installation, welche die Ausführung des Verfahrens der Erfindung ermöglicht, und
2 stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON SPEZIELLEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Das Verfahren der Erfindung schlägt die Nutzung der Empfindlichkeit von Mehrblocksignalen S(t) vor, die in einem Mehrfaserkabel eines Kommunikationsnetzes im Betriebsablauf dieses Netzes transportiert werden.
Dieses Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

– ein Störsignal I(t) wird in das Kabel über eine Einspeiseklemme während einer vorbestimmten Zeit T eingespeist,
– bei Empfang dieses Signals durch eine Einrichtung wird die Anzahl N fehlerhafter Frames bzw. Datenblöcke während der Einspeisedauer des Störsignals gezählt,
– die Existenz eines eventuellen Fehlers bzw. Mangels der Abschirmung dieses Kabels wird bestimmt, wenn die folgende Ungleichung: N/T ≤ TEP_max besteht, wobei TEP_max die maximale garantierbare Datenpaket-Fehlerquote ist, die gleich Null sein kann.

Die 1 veranschaulicht das Prinzipschema einer Installation, beispielsweise eines Flugzeugs, welches den Einsatz dieses Verfahrens ermöglicht. Das Signal S(t) wird über ein Mehrfaserkabel 10 zwischen einer angesteuerten Vorrichtung 11 und einer Schnittstelle 12 transportiert, mit der ein Steuerendgerät 13 verbunden ist. Eine Einspeiseklemme 14 ermöglicht das Einspeisen eines aus einem Generator 15 kommenden Signals I(t) in das Kabel 10. Das Endgerät 13 gestattet die Überprüfung der Anzahl von während der Einspeisedauer des Störsignals verlorengegangenen Frames.
Die Zählung der N fehlerhaften Frames während des Einspeisevorgangs kann auf verschiedene Arten und Weisen realisiert werden.
Diese Zählung kann auf einer Zählung der Anzahl von fehlerhaften Datenblöcken bzw. Frames basieren, die insbesondere CRC-Fehler ("contrôle de redondance cyclique"), zu kurze Frames bzw. Datenblöcke und fehlende Datenblöcke umfasst.
Für ein Kommunikationsnetz vom Ethernet-Typ wird diese Zahl N allgemein natürlich im MIB-Teil ("management Information base") der Teilnehmeranlage 11 oder der Schnittstelle 12 berechnet. Das Steuerendgerät 13 zeigt lediglich die Informationen des MIB-Teils der Vorrichtung 12 an.
Die Amplitude I des Störsignals I(t) wird derart gewählt, dass:

– das auf dem über das Kabel 10 transportierten Signal S(t) basierende Übertragungsprotokoll gestört wird, wobei Frame-Verluste beim Empfang erfasst werden, wenn die Abschirmung dieses Kabels 10 beschädigt bzw. beeinträchtigt ist,
– dieses Übertragungsprotokoll nicht gestört wird, wenn die Abschirmung dieses Kabels 10 unbeschädigt ist.

Dabei wird in Betracht gezogen:

– I1: der Pegel des Störsignals I(t), welches das Signal S(t) bei Abwesenheit des Schutzes der Abschirmung stört,
– ATT_min: minimale Dämpfung der Abschirmung, die notwendig ist, damit die unter der Abschirmung induzierte Störung unter I1 liegt, unter Berücksichtigung der zu erwartenden maximalen äußeren Aggression, die durch internationale Normen spezifiziert ist,
– ATT_max: normale Dämpfung der Abschirmung.

Die Abschirmung des Kabels 10 wird als beeinträchtigt bzw. beschädigt betrachtet, wenn dessen Dämpfung zwischen ATT_mim und ATT_max liegt. Wenn man die folgenden Beziehungen berücksichtigt:

– I.ATT_max < I1: keine Störung, wenn die Abschirmung unbeschädigt ist,
– I.ATT_min > I1: eine Beschädigung bzw. Beeinträchtigung der Abschirmung induziert einen Frame-Verlust, so ergibt sich:

Das Störsignal I(t) kann verschiedene Formen annehmen:

– Es kann ähnlich dem im Kabel 10 transportierten Signal S(t) sein. Dies kann, ebenso wie das Signal S(t), beispielsweise ein Ethernet-Signal I(t) mit 100 Mbits/s sein,.
– Es kann eine oder mehrere Frequenzen aufweisen, die vorher als insbesondere das Signal S(t) störend identifiziert werden können. Diese Frequenzen liegen allgemein am spektralen Dichtemaximum des Signals S(t), beispielsweise bei 31,25 MHz für ein Ethernet-Signal S(t) von 100 Mbits/s.

Die 2 veranschaulicht ein Beispiel einer Ausführungsform bei der Erfassung eines Fehlers bei einer Verbindung des AFDX-Netzes (oder "Avionics Full Duplex Ethernet").
In dieser Figur sind dargestellt:

– eine angesteuerte AFDX-Vorrichtung 20 mit einem AFDX-Endsystem 21,
– ein AFDX-Schalter 22,
– ein abgeschirmtes "Star Quad"-Kabel 23, welches dieses System 21 und den Schalter 22 verbindet,
– Verbinder 24 auf Basis eines "Quadrax"-Kontakts, der an diesem abgeschirmten Kabel 23 angeordnet sind,
– ein Stromgenerator 25, der mit einer kalibrierten, um dieses Kabel 23 herum angeordneten Einspeiseklemme 26 verbunden ist,
– ein Netzverwalter 27, der über ein SNMP-Protokoll ("Simple Network Management Protocol") in Verbindung mit dem Schalter 22 steht.

Das SNMP-Protokoll ermöglicht es dem Netzverwalter 27, den Zustand der Vorrichtung eines Teilnehmers 20 im Netz zu erkennen. Das SNMP-Mittel ist ein Softwaremodul in einer Vorrichtung (Vorrichtung 20 oder Schalter 22), die eine Antwort auf Anfragen des Verwalters 27 ermöglicht. Sie verwendet die MIB-Datenbank für die Beantwortung dieser Anfragen.
Die in dieser Figur dargestellten Signale sind die folgenden:

– S(t): AFDX-Signal (Ethernet Voll-Duplex 100 Mbit/s)
– I(t): Sinusförmiges Störsignal mit 31,25 MHz mit einer Amplitude von 300 mA (hier wird von einem Einspritzverhältnis gleich 1 ausgegangen),
– I1 = 15 mA, ATT_min = 0,1; ATT_max = 0,05
– T: 2 Sekunden.

Der Netzverwalter 27 spürt das Objekt mit afdxMACCR-Fehlern (Anzahl von fehlerhaften Datenblöcken bzw. Frames CRC) in den MIB-Abschnitten des AFDX-Schalters 22 und des AFDX-Teilnehmers 20 über das SNMP-Protokoll auf.
Die Verbindung wird als fehlerfrei betrachtet, wenn kein Fehler seitens des Teilnehmers 20 und seitens des AFDX-Schalters 22 aufgetreten ist.
REFERENZEN

[1] "High Accuracy Location of Faults on Electrical Lines Using Digital Signal Processing" von Leo P. Van Biesen, J. Renneboog (IEEE Transactions on Instrumentation and measurement, Vol. 39, Nr. 1, Februar 1990).
[2] "Fault detection techniques for complex cable shield topologies" von Kurt H. Coonrod (September 1994, Philips Laboratory, Ref. PL-TR-93-11111).
[3] EP 0 936 469 .

Claims

Verfahren zur Erfassung eines Abschirmungsfehlers eines Teil eines Kommunikationsnetzes bildenden Mehrfaserkabels während des Betriebs des Netzes, wobei das Kabel (10) ein Mehrblocksignal S(t) transportiert, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: – ein Störsignal I(t) wird über eine Einspeiseklemme (14) während einer vorbestimmten Zeit T in das Kabel eingespeist, – bei Empfang des Signals S(t) durch eine Einrichtung (12) wird die Anzahl N von fehlerhaften Frames bzw. Datenblöcken während der Einspeisedauer des Störsignals I(t) gezählt, – die Existenz eines eventuellen Mangels der Abschirmung dieses Kabels (10) wird bestimmt, wenn die folgende Ungleichung: N/T ≤ TEP_max besteht, wobei TEP_max die maximale garantierbare Datenpaket-Fehlerquote ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei TEP_max = 0 beträgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Kommunikationsnetz ein Ethernet-Netz ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei N die Anzahl fehlerhafter Frames bzw. Datenblöcke ist, die insbesondere CRC-Fehler, zu kurze Datenblöcke und fehlende Datenblöcke umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Zahl N im MIB-Teil von verschiedenen Einrichtungen (11, 12) des Netzes registriert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei demfolgende Ungleichung besteht:
mit: – I1: der Pegel des Störsignals I(t), welches das Signal S(t) bei fehlendem Schutz der Abschirmung stört, – ATT_min: die minimale Dämpfung der Abschirmung, die notwendig ist, damit die unter der Abschirmung induzierte Störung, unter Berücksichtigung der maximalen zu erwartenden äußeren Aggression, geringer als I1 ist, – ATT_max: die normale Dämpfung der Abschirmung.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Störsignal I(t) ähnlich dem über das Kabel transportierten Signal S(t) ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Störsignal I(t) zumindest eine im voraus als insbesondere das Signal S(t) störend identifizierte Frequenz aufweist.