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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Diagnose des Zustands eines
Netzes zur Übertragung
von Information zwischen verschiedenen daran angeschlossenen Stationen,
die an Bord eines Fahrzeugs installiert sind und jeweils Mittel
zum Senden und/oder Empfangen von Informationen über das Netz aufweisen.
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Seit
einigen Jahres ist eine wachsende Integration von Informationssystemen
an Bord von Kraftfahrzeugen zu verzeichnen.
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Dieses
Systeme umfassen dann Stationen, die über ein Informationsübertragungsnetz,
beispielsweise einen VAN-Bus, CAN-BUS und dergleichen, miteinander
verbunden sind.
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Diese
Netze haben z. B. zwei komplementäre Leitungen zum Übertragen
von Informationen, die dazu eingerichtet sind, die Übertragung
von Nachrichten von einer Station zur anderen zu ermöglichen.
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Diese
Netze können
jedoch Funktionsfehler aufweisen.
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Nach
dem Stand der Technik erfolgt die Detektion eines Fehlers von Hand
durch eine Bedienungsperson, die dann versucht, diesen Fehler zu identifizieren
und zu lokalisieren, um seine Beseitigung zu ermöglichen.
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Das
Dokument
WO 01/92045 beschreibt, wie
eine Station mit einer Fehlfunktion identifiziert und lokalisiert
werden kann. Man stellt jedoch fest, daß diese Operationen aufgrund
der Komplexität
des an Bord vorhandenen Informationssystems relativ zeitraubend
und langwierig sind.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, diese Probleme zu überwinden.
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Zu
diesem Zweck ist der Gegenstand der Erfindung ein System zur Diagnose
des Zustands eines Netzes für
die Übertragung
von Informationen zwischen verschiedenen Stationen, die daran angeschlossen
und an Bord eines Fahrzeugs eingebaut sind und jeweils Mittel zum
Senden und/oder Empfangen von Information in das Netz und aus dem Netz
aufweisen, dadurch gekenn zeichnet, daß es Mittel zum Auslösen einer
Phase der Diagnose des Zustands des Netzes aufweist, durch Auslösen des Sendens
einer Nachricht von einer Station an die anderen Stationen, wobei
diese Station Mittel zur Detektion eines Fehlers beim Senden dieser
Nachricht aufweist und die anderen Stationen Mittel zur Detektion
eines Fehlers beim Empfang dieser Nachricht aufweisen, sowie Mittel
zu Analyse der von den Fehlerdetektionsmitteln dieser Stationen
ausgegebenen Fehlerinformation, um eine Identifizierung und eine Lokalisierung
des Fehlers zu erlauben, und daß die Sendestation
der Nachricht Mittel zur Speicherung von Fehlerinformation aufweist
und daß ein
Diagnosewerkzeug dazu ausgebildet ist, an diese angeschlossen zu
werden, um die Analyse der entsprechenden Fehlerinformation zu erlauben,
um den Fehler zu identifizieren und zu lokalisieren.
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Gemäß weiteren
Merkmalen:
- – weist das Netz zwei komplementäre Informationsübertragungsleitungen
auf;
- – sind
die Mittel zur Fehlerdetektion in der Sendestation der Nachricht
dazu ausgebildet, einen Kurzschluß zwischen den beiden Leitungen
des Netzes zu detektieren, durch Detektion eines stabilen elektrischen
Niveaus zwischen diesen beiden Leitungen während einer vorbestimmten Zeitspanne;
- – weisen
die Fehlerdetektionsmittel der Empfangsstationen Mittel zur Detektion
eines offenen Schaltkreises auf einer der Leitungen des Netzes auf,
durch Analyse der Anzahl verschiedener Nachrichtenfronten, die durch
die Station von diesen beiden Leitungen empfangen werden;
- – weisen
die Detektionsmittel einen Zähler
auf, in Verbindung mit Mitteln zur Erhöhung des Zählerstandes in dem Fall, daß eine Nachrichtenfront auf
einer der Leitungen aber nicht auf der anderen vorhanden ist, und
Mitteln zum Verringern des Zählerstands
in dem Fall, daß eine
Nachrichtenfront auf beiden Leitungen vorhanden ist;
- – umfassen
die Detektionsmittel Mittel zum Vergleich des Fehlerzählwertes
mit einem vorbestimmten Wert, um ein Fehlersignal auszugeben;
- – ist
der vorbestimmte Wert gleich 255.
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Die
Erfindung wird besser verständlich
durch das Studium der nachstehenden Beschreibung, die lediglich
als Beispiel gegeben wird und Bezug nimmt auf die beigefügten Zeichnungen,
in denen zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Teils eines Netzes zur Übertragung
von Informationen zwischen verschiedenen Stationen, die an Bord eines
Kraftfahrzeugs eingebaut sind;
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2 eine
schematische Darstellung des Aufbaus einer an ein solches Netz angeschlossenen Station;
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3 ein
Flußdiagramm,
das einen Teil der Funktionsweise bei der Fehleranalyse illustriert,
die in einer solchen Station stattfindet,
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4 das
Auf- und Abzählen
von Fehlern, für
die Ausgabe eines entsprechenden Signals; und
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5 verschiedene
Beispiele für
detektierte Fehler.
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Wie
zuvor erwähnt
wurde, bezieht sich die Erfindung auf ein System zur Diagnose des
Zustands eines Netzes für
die Übertragung
von Informationen zwischen verschiedenen Stationen, die an dieses Netz
angeschlossen sind und an Bord eines Kraftfahrzeugs eingebaut sind.
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Der
allgemeine Aufbau eines solchen Netzes ist in 1 dargestellt,
wo das Netz mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist und
verschiedene Stationen, die daran angeschlossen sind, allgemein
mit den Bezugszeichen 2, 3, 4, 5 und 6 bezeichnet
sind.
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Diese
verschiedenen Stationen sind somit an das Netz 1 angeschlossen,
und dieses Netz erlaubt den Austausch von Informationen zwischen
ihnen. Diese Stationen können
auch als Knoten bezeichnet werden.
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Wie
detaillierter in 2 dargestellt ist, in der man
das Netz 1 erkennt, kann jede Station beispielsweise Sende/Empfangsmittel
aufweisen, die in dieser Figur mit dem allgemeinen Bezugszeichen 7 bezeichnet
sind, in Verbindung mit einer Protokollverwaltung, die mit dem allgemeinen
Bezugszeichen 8 bezeichnet ist und ihrerseits mit einer
Einheit zur Verarbeitung von Informationen 9 verbunden
ist, die irgendeinen geeigneten Mikroprozessor aufweist.
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Wie
gezeigt ist, kann das Netz zur Übertragung
von Informationen z. B. zwei komplementäre Leitungen zum Senden von
Informationen aufweisen, die in den 1 und 2 mit
den allgemeinen Bezugszeichen 10 und 11 bezeichnet
sind und z. B. mit CAN_L und CAN_H bezeichnet werden.
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Die
Diagnose des Zustands des Netzes beruht auf der Detektion von elektrischen
Fehlern auf der physikalischen Ebene mit Hilfe der Sende/Empfangsmittel 7 der
Stationen.
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Diese
Fehler sind normiert und sieben an der Zahl, nämlich:
CAN_L hat Kurzschluß zur Masse;
CAN_L
hat Kurzschluß zu
+12 V
CAN_L ist unterbrochen;
CAN_H hat Kurzschluß zur Masse;
CAN_H
hat Kurzschluß zu
+12 V;
CAN_H ist unterbrochen; und
CAN_L und CAN_H sind
miteinander kurzgeschlossen.
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Ein
solcher Fehler auf der physikalischen Ebene wird durch ein Fehlerbit
signalisiert, das mit NERR bezeichnet wird und von den Sende/Empfangsmitteln 7 geliefert
wird und das von der betreffenden Station zu der Datenverarbeitungseinheit 9 weitergeleitet
wird.
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Dies
wird z. B. durch die Leitung NERR illustriert, die die Sende/Empfangsmittel
7 mit der Datenverarbeitungseinheit 9 in 2 verbindet,
wobei diese Leitung mit dem allgemeinen Bezugszeichen 12 bezeichnet
ist.
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Das
Bit NERR liefert jedoch keine Information darüber, auf welcher Leitung der
Fehler vorliegt, nämlich
CAN_H oder CAN_L, noch über
die Art des Fehlers.
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In
den Sende/Empfangsmitteln erfolgt die Detektion eines Kurzschlusses
durch Messung eines stabilen elektrischen Pegels während einer
vorbestimmten Zeitspanne unabhängig
von der Kommunikation und den auf dem Netz zu übertragenden dominanten oder
rezessiven Zuständen,
und die Detektion eines unterbrochenen Schaltkreises erfolgt durch Zählen der
Anzahl von ver schiedenen Fronten zwischen den auf den Leitungen
CAN_H und CAN_L übertragenen
Signalen.
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Die
Detektion eines unterbrochenen Schaltkreises ist nur bei Empfang
einer Nachricht möglich, und
beim Senden ist keinerlei Detektion möglich, da der Fehler in Anbetracht
der Sende/Empfangsmittel nicht elektrisch detektierbar ist.
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Damit
eine Station zwischen einem unterbrochenen Schaltkreis und einem
Kurzschluß unterscheiden
kann, ist es folglich zweckmäßig, den
in 3 illustrierten Algorithmus anzuwenden, bei dem eine
Phase 1 darin besteht, bei Empfang einer Nachricht das Bit NERR
zu verifizieren, um zu entscheiden, ob dieses einen Fehler anzeigt
oder nicht, wie in Schritt 13 bzw. 14 gezeigt
ist. Wenn das Bit NERR einen Fehler anzeigt, geht man zur Phase
2 über,
in der eine gesendete Nachricht und das entsprechende Bit NERR analysiert
werden, um zu entscheiden, ob dieses einen Fehler anzeigt, in welchen
Fall der Fehler dann ein Kurzschluß ist, während, wenn dieses keinen Fehler
anzeigt, der detektierte Fehler ein unterbrochener Schaltkreis ist,
wie in dem Schritt 15 bzw. 16 illustriert wird.
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Das
Lesen des Bits NERR muß deshalb
mit dem Senden und dem Empfang von Nachrichten synchronisiert werden.
Seine Prozeßführung ist
mit der beschriebenen Überwachung
in den entsprechenden Normen zu korrelieren.
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Um
zwischen einem Kurzschluß und
einer Schaltkreisunterbrechung zu unterscheiden, ist es deshalb
zweckmäßig, das
Lesen dieses Bits mit den überwachten
Sende- und Empfangsvorgängen
zu kombinieren.
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Damit
nicht alle Stationen mit der Verwaltung dieses Bits überlastet
werden, erfolgt in dem System gemäß der Erfindung die Korrelation
Senden/Empfangen nicht auf der Ebene jeder Station, sondern vorzugsweise
auf der Ebene des Systems, durch einen globalen Ansatz der Architektur.
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Die
mit Bezug auf 3 beschriebene Phase 1, die
die Analyse der empfangenen Nachricht betrifft, wird deshalb den
Stationen zugewiesen werden, die eine Nachricht empfangen, und die
Phase 2, die die Analyse der gesendeten Nachricht betrifft, denjenigen
Stationen, die eine Nachricht senden.
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Zu
diesem Zweck weist das System Mittel auf zum Auslösen einer
Phase der Diagnose des Zustands des Netzes durch Auslösen des
Sendens einer Nachricht von einer Station an die anderen Stationen,
wobei diese eine Station dann Mittel zur Detektion eines Fehlers
bei Senden dieser Nachricht aufweist und die anderen Stationen Mittel
zur Detektion eines Fehlers beim Empfang dieser Nachricht aufweisen,
durch Analyse der entsprechenden Bits NERR, und Mittel zur Analyse
von Fehlerinformationen, die von den Fehlerdetektionsmitteln dieser
Stationen ausgegeben werden, um eine Identifizierung und Lokalisierung
des Fehlers zu erlauben.
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Zum
Beispiel kann die Station zum Senden der Nachricht eine Station
des Typs BSI sein, die nach Definition beispielsweise alle 100 Millisekunden eine
Nachricht des Typs "BSI" Steuerdatenblock" für die Zwecke
der Verwaltung der Betriebsphasen des Netzes in das Netz sendet.
Alle Stationen überwachen
nun beim Empfang diesen Steuerdatenblock.
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Die
Station BSI, die den BSI-Steuerdatenblock sendet, stellt dann die
Detektion eines Fehlers beim Senden dieser Nachricht sicher, während die anderen
Stationen, die den Empfang dieser Nachricht überwachen, dann die Detektion
eines Fehlers beim Empfang dieser Nachricht sicherstellen.
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Diese
Arbeitsweise ist somit weniger kostspielig hinsichtlich der Belastung
der entsprechenden Datenverarbeitungseinheiten.
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In
diesem Fall sind die Mittel zur Fehlerdetektion der Station, die
die Nachricht sendet, dazu ausgebildet, einen Kurzschluß zwischen
den beiden Leitungen des Netzes zu detektieren, durch Detektion
eines stabilen elektrischen Pegels während einer vorbestimmten Zeitspanne,
wie bereits zuvor angegeben wurde, und auf herkömmliche Weise.
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Die
Mittel zur Fehlerdetektion in der empfangenden Stationen enthalten
ihrerseits Mittel zur Detektion eines unterbrochenen Schaltkreises
auf einer der Leitungen des Netzes, durch Analyse der Anzahl unterschiedlicher
Nachrichtenfronten, die von der Station empfangen werden, aus diesen
beiden Leitungen, die, wie zuvor angegeben wurde, dazu eingerichtet
sind, komplementäre
Informationen zu übertragen.
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Dies
wird dadurch bewerkstelligt, daß die Detektionsmittel
einen Zähler
aufweisen, in Verbindung mit Mitteln zur Erhöhung des Zählerstandes in dem Fall, daß eine Nachrichtenfront
auf einer der Leitungen vorhanden ist und nicht auf der anderen,
und Mitteln zum Verringern des Zählerstands
in dem Fall, daß eine
Nachrichtenfront auf beiden Leitungen vorhanden ist.
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Die
Detektionsmittel enthalten dann Mittel zum Vergleich des Fehlerzählwertes
mit einem vorbestimmten Wert, um ein Fehlersignal auszusenden, wobei
dieser vorbestimmte Wert beispielsweise gleich 255 ist, wie in 4 dargestellt
ist.
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Man
versteht somit, daß dieser
Zähler,
der z. B. ein Zähler
des volatilen Typs C_DEFAUT_NERR sein kann, seinen Zählerstand
jedes Mal um Inc Défaut_NERR
erhöht,
wenn bei Empfang einer Nachricht des Typs "BSI Steuerdatenblock" NERR = Fehler ist, und beim Senden
desselben Datenblockes an die Station BSI, und seinen Zählerstand
um dec_Défaut_NERR
verringert, jedes Mal wenn NERR = Normal. Dies erlaubt es, flüchtige Fehler auszufiltern,
wie z. B. eine schlechte Masseverbindung, die durch Vibrationen
hervorgerufen wird.
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Wenn
der Zähler
einen Zählwert
von beispielsweise 255 erreicht, so wird das Vorhandensein eines
Fehlers bestätigt,
und ein entsprechender Datenblock "Evènement_Defaut" wird an die Mittel
zur Speicherung von Fehlerinformation gesendet, die z. B. in die
sendende Station BSI integriert ist, wobei diese Speichermittel
die Form eines Fehlerjournals haben, um das Auftreten des Fehlers
zu signalisieren.
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Wenn
der Fehler verschwindet, nimmt der Zählwert C_Défaut_NERR bis auf den Wert
0 ab, ein Datenblock "Evènement_Defaut", der eine Abwesenheit
des Fehlers anzeigt, wird an die sendende Station übermittelt,
um das Verschwinden des Fehlers zu signalisieren. Der Fehler wird
solange als flüchtig
angesehen, wie der Wert des Zählers
kleiner ist als 255. Er wird als permanent deklariert, wenn der
Wert des Zählers
gleich 255 ist.
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Um
verschiedene Regeln zu respektieren, muß die Bestätigung eines Fehlerereignisses
z. B. in 2 Sekunden erfolgen. Folglich sind für einen Datenblock mit 100
Millisekunden die Werte inc_Défaut_NERR
und dec_Défaut_NERR:
inc_Défaut_NERR_NERR
13
dec_Défaut_NERR_NERR
13
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Man
versteht somit, daß die
sendende Station keine empfangenen Nachrichten durch Analyse ihres
Bits NERR überwacht,
sondern seine gesendete Nachricht überwacht. Bei jedem Sendevorgang liest
die Station den Wert des Bits NERR, um den Zustand des Netzes festzustellen.
Wenn beim Senden NERR = Fehler, handelt es sich also um einen Kurzschluß.
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Sie
wendet die gleiche Behandlung ihres volativen Zählers C_DEFAUT_NERR an wie
alle anderen Stationen, aber beim Senden und nicht beim Empfangen.
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Sie
speichert dann die Fehlerereignisse aller Knoten sowie die eigenen.
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Ein
Diagnosewerkzeug kann dann an diese sendende Station angeschlossen
werden, um die Analyse der entsprechenden Fehlerinformationen zu ermöglichen,
um den Fehler zu identifizieren und zu lokalisieren, beispielsweise
durch Verfolgen eines Fehlerbaumes.
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Wenn
der Fehler als vorhanden oder nicht vorhanden bestätigt wird,
so wird der Wert des Zählers
C_DEFAUT_NERR gespeichert, bevor das Netz in den Bereitschaftszustand
versetzt wird, so daß das Netz
jedes Mal, wenn es unter Spannung gesetzt wird, in dem gleichen
Zustand startet wie er vor dem Bereitschaftszustand vorhanden war.
In den übrigen Fällen wird
er bei jeder Aktivierung des Netzes auf null zurückgesetzt.
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Somit
wird 255 gespeichert, wenn der Fehler als vorhanden bestätigt wird,
und 0, wenn der Fehler als nicht vorhanden bestätigt wird.
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Dies
erlaubt es, nicht nach jedem Einschalten der Spannung einen Fehlerereignisdatenblock
an das Fehlerjournal zu senden, während der Fehler dauernd vorhanden
ist.
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Wie
zuvor angegeben wurde, kann die Phase zur Diagnose des Zustands
des Netzes mit Hilfe eines Diagnosewerkzeugs ausgelöst werden,
das dazu ausgebildet ist, auf die eine oder andere Weise an die
sendende Station angeschlossen zu werden.
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Der
Befehl zur Behandlung des Bits NERR kann z. B. durch ein Bit gegeben
werden, das als "DiagMux" bezeichnet wird,
das in einem BSI Steuerdatenblock vorhanden ist. Dieses Bit dient
dann dazu, die Überwachung
der physikalischen Ebene auszulösen
oder zu beenden, bei DIAG_MUX-ON ist dann die Überwachung aktiv während sie
bei DIAG_MUX-OFF inaktiv ist.
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Dies
bewirkt dann die Überwachung
z. B. des BSI Steuerdatenblocks, um den Modus zur Diagnose der physikalischen
Ebene auszulösen.
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In 5 sind
verschiedene Beispiele für
die Identifizierung und Lokalisierung eines Fehlers illustriert.
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Dieses
Beispiel zeigt eine sendende Station in der Form einer BSI-Station,
die eine Nachricht des Typs "BSI
Steuerdatenblock" an
vier Stationen sendet, die als Knoten A, Knoten B, Knoten C und
Knoten D bezeichnet werden.
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Das
Lesen der Fehler erfolgt z. B. auf die folgende Weise:
Wenn
eine Schaltkreisunterbrechung am Punkt 1 stattfindet, so
wird das Fehlerjournal den Inhalt haben:
Knoten D = Fehler
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Wenn
eine Schaltkreisunterbrechung an Punkt 2 vorliegt, wird
der Inhalt des Fehlerjournals sein:
Knoten D = Fehler
Knoten
C = Fehler
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Wenn
eine Schaltungsunterbrechung am Punkt 3 vorliegt, wird
das Fehlerjournal den Inhalt haben:
Knoten D = Fehler
Knoten
C = Fehler
Knoten B = Fehler
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Wenn
eine Schaltkreisunterbrechung am Punkt 4 vorliegt, hat
das Fehlerjournal den Inhalt:
Knoten D = Fehler
Knoten
C = Fehler
Knoten B = Fehler
Knoten A = Fehler
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Wenn
ein Kurzschluß vorhanden
ist (wo auch immer), hat das Fehlerjournal den Inhalt:
Knoten
D = Fehler
Knoten C = Fehler
Knoten B = Fehler
Knoten
A = Fehler
BSI = Fehler
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Man
versteht somit, daß eine
solche Struktur es erlaubt, den Zustand eines Informationsübertragungsnetzes
automatisch und sehr schnell zu analysieren, wobei nur eine begrenzte
Rechenleistung benötigt
wird.
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Selbstverständlich können auch
andere Ausführungsformen
in Betracht gezogen werden.