Протокол, запускаемый по времени

Time -Triggered Protocol (TTP) — открытый компьютерный сетевой протокол для систем управления . с синхронизацией по времени Он был разработан как полевая шина для транспортных средств и промышленного применения. ^[1] и стандартизирован в 2011 году как SAE AS6003 (протокол связи TTP). Контроллеры TTP накопили более 500 миллионов летных часов в коммерческой DAL A авиации , в производстве электроэнергии, управлении окружающей средой и полетом . TTP используется в FADEC , модульных аэрокосмических средствах управления и бортовых компьютерах . Кроме того, устройства TTP накопили более 1 миллиарда часов работы в SIL4 железнодорожной сигнализации приложениях .

История

TTP был первоначально разработан в Венском технологическом университете в начале 1980-х годов. В 1998 году TTTech Computertechnik AG взяла на себя развитие TTP, поставляя программные и аппаратные продукты. Чипы и IP-контроллеры связи TTP можно приобрести у таких поставщиков, как austriamicrosystems , ON Semiconductor и ALTERA . ^{[ нужна ссылка ]}

Определение

TTP — это двухканальная полевая шина со скоростью 4–25 Мбит/с, синхронизируемая по времени. Он может работать с использованием одного или обоих каналов с максимальной скоростью передачи данных 2x 25 Мбит/с. Благодаря репликации данных по обоим каналам поддерживается резервная связь. ^{[ нужна ссылка ]}

Будучи отказоустойчивым протоколом с синхронизацией по времени, TTP обеспечивает автономную отказоустойчивую транспортировку сообщений в известное время и с минимальным джиттером за счет применения стратегии TDMA (множественный доступ с разделением по времени) на реплицируемых каналах связи. TTP предлагает отказоустойчивую синхронизацию часов, которая устанавливает глобальную базу времени без использования центрального сервера времени.

TTP предоставляет службу членства, чтобы информировать каждый правильный узел о согласованности передачи данных. Этот механизм можно рассматривать как службу распределенного подтверждения, которая оперативно информирует приложение, если произошла ошибка в системе связи. Если согласованность состояния потеряна, приложение немедленно уведомляется об этом.

Кроме того, TTP включает в себя службу предотвращения кликов для обнаружения ошибок вне гипотезы ошибки, что недопустимо на уровне протокола.

Критические приложения

TTP часто используется в критически важных приложениях передачи данных, где требуется детерминированная работа. Эти операции включают управление авиационными двигателями и другие аэрокосмические приложения. В этих приложениях сети TTP часто работают как отдельные сети с отдельными устройствами аппаратного интерфейса AS8202NF и отдельными, но скоординированными конфигурациями.

Протокол TTP предлагает уникальную функцию, позволяющую всем узлам сети одновременно знать, когда какой-либо другой узел не может установить связь или отправляет ненадежные данные. Статус каждого узла обновляется для всех узлов несколько раз в секунду.

Технические детали

Передача данных в TTP организована в раундах TDMA. Раунд TDMA делится на слоты. Каждый узел имеет один слот отправки и должен отправлять кадры в каждом раунде. Размер кадра, выделенного узлу, может варьироваться от 2 до 240 байт, при этом каждый кадр обычно несет несколько сообщений. Цикл кластера представляет собой повторяющуюся последовательность раундов TDMA; в разных раундах в кадрах могут передаваться разные сообщения, но в каждом цикле кластера полный набор сообщений о состоянии повторяется. Данные защищены 24-битной CRC ( циклической проверкой избыточности ). Расписание хранится в MEDL (списке дескрипторов сообщений) внутри контроллера связи.

СЛОТ

Для каждого узла в сети TTP имеется один слот. Узел всегда передает данные (параметры) в течение своего слота, даже если у узла нет данных для отправки. Однако узел будет передавать только те параметры, которые он настроен для отправки для конкретного ROUND, в котором находится слот. Узел может передавать параметры 1,2,3 в своем СЛОТЕ во время ROUND x и параметры 4,5,6 в своем СЛОТЕ. во время ROUND y.

Слот для узла определяется при проектировании сети TTP с использованием утилит TTP Plan и TTP Build для ПК. Определение, которое заставляет AS8202NF передавать определенные данные или параметры для данного СЛОТА и РАУНДА, содержится в MEDL.

КРУГЛЫЙ

Раунд TTP содержит слот для каждого узла в сети TTP. Количество РАУНДОВ в КЛАСТЕРНОМ ЦИКЛЕ определяется с помощью компьютерных утилит TTP Plan и TTP Build. Эта информация также содержится в MEDL.

Раунды существуют, потому что узлу не требуется передавать все свои параметры в течение своего слота. Чтобы распределить полосу пропускания между узлами, каждый узел передает выбранные параметры в разных РАУНДАХ.

Кластерный цикл

Кластерный цикл определяется как количество раундов. Все узлы передали все свои параметры в конце цикла кластера. Цикл кластера определяется как начинающийся с первого бита первого слота первого раунда.

Балансировка узлов, слотов и циклов кластера

Количество слотов определяется количеством узлов в сети TTP. Однако количество раундов определяется разработчиком сети с помощью утилит TTP Plan и TTP Build.

Синхронизация часов

Синхронизация часов обеспечивает всем узлам концепцию эквивалентного времени. Каждый узел измеряет разницу между априори известным ожидаемым и наблюдаемым временем прибытия правильного сообщения, чтобы узнать разницу между часами отправителя и часами получателя. Отказоустойчивому алгоритму усреднения нужна эта информация для периодического расчета поправочного члена для локальных часов, чтобы часы оставались синхронизированными со всеми остальными часами кластера.

Членство и признание

Протокол Time-Triggered пытается последовательно передавать данные всем правильным узлам распределенной системы, а в случае сбоя система связи пытается решить, какой узел неисправен. Эти свойства достигаются с помощью протокола членства и механизма подтверждения.

Требования к конфигурации

Каждый узел, подключенный к сети TTP, должен иметь резидентные наборы данных конфигурации до запуска сети TTP. Минимальное количество наборов данных для каждого узла — два. См. раздел «Оборудование» и AS8202NF (ниже). Каждый узел должен знать конфигурацию каждого другого узла в сети TTP. По этой причине активным узлам не разрешается присоединяться к существующей сети без обновления наборов данных конфигурации всех узлов в сети.

Типичные наборы данных конфигурации для каждого узла:

TASM для AS8202NF (позволяет использовать MEDL)
MEDL или список дескрипторов сообщений для AS8202NF (определяет данные для обмена между всеми узлами)
Конфигурация вычислительной платформы. (определяет ожидаемые данные и их использование)

Наборы данных TASM и MEDL создаются утилитами TTP Plan и TTP Build, предоставляемыми TTTech. Третий набор данных часто создается клиентом и зависит от платформы и приложения.

Аппаратное обеспечение

Интерфейс с сетью TTP требует использования устройства AS8202NF. ^[2] Это устройство работает между компьютерной платформой и сетью TTP. Перед работой в AS8202NF необходимо загрузить наборы данных конфигурации TASM (TTP Assembler) и MEDL (список дескрипторов сообщений).

AS8202NF будет обмениваться данными в одной или двух сетях TTP.

Невозможно спроектировать и реализовать сеть TTP, просто купив устройство AS8202NF. Для каждой конструкции требуется лицензия и инструменты настройки от TTTech или сторонних производителей.

Коммерческие приложения

TTP был интегрирован в ряд коммерческих приложений.

Решения для железнодорожной сигнализации

Система электронной блокировки «LockTrac 6131 ELEKTRA» была разработана в рамках сотрудничества подразделения Thales Rail Signaling Solutions и компании TTTech. ^{[ нужна ссылка ]}.

LockTrac 6131 ELEKTRA — это электронная система блокировки, обеспечивающая высочайший уровень безопасности и доступности. Система одобрена в соответствии со стандартами CENELEC с уровнем полноты безопасности 4 ( SIL4 ) и предлагает базовые функции блокировки, местное и дистанционное управление, автоматическое управление поездами, встроенную функциональность блокировки и интегрированную систему диагностики. LockTrac 6131 имеет два канала программного обеспечения с разнообразным программным обеспечением для обеспечения высоких требований безопасности. Прежде чем передаваться наружу, данные проверяются в канале безопасности. Устройство диагностики сохраняет всю необходимую информацию, что позволяет эффективно проводить техническое обслуживание в случае неисправности. ^{[ нужна ссылка ]}.

ФАДЕК

Система использовалась для FADEC (полное цифровое управление двигателем). систем ^{[ нужна ссылка ]}. FADEC на базе модульного аэрокосмического управления (MAC) для Aermacchi M346 является масштабируемым, адаптируемым и отказоустойчивым. Ключевым технологическим фактором в этом новом FADEC является использование TTP для межмодульной связи. TTP устраняет сложные взаимозависимости между модулями, упрощая первоначальную разработку приложений, а также внесение изменений и обновлений во время эксплуатации. Это позволяет всем модулям в системе постоянно видеть все данные, обеспечивая тем самым плавное устранение неисправностей без сложной логики переключения каналов. ^{[ нужна ссылка ]}.

Модульное аэрокосмическое управление (MAC) на базе TTP, которое является частью системы полного цифрового управления двигателем F110 (FADEC) компании General Electric , интегрировано в истребитель Lockheed Martin F-16 . TTP, которая используется в качестве объединительной шины, обеспечивает высокий уровень безопасности двигателя, эксплуатационную готовность и снижение стоимости жизненного цикла. Существенным преимуществом является то, что вся информация по шине доступна обоим каналам FADEC одновременно. ^{[ нужна ссылка ]}.

Экологические и энергетические системы

Для Airbus A380 компания TTTech разработала систему внутренней связи для системы контроля давления в салоне, сотрудничая с Nord-Micro, дочерней компанией Hamilton Sundstand Corporation. ^{[ нужна ссылка ]}.

В сотрудничестве с корпорацией Hamilton Sundстранд разработала компания TTTech платформу передачи данных на базе TTP для электрической системы и системы экологического контроля самолета Boeing 787 Dreamliner. Коммуникационная платформа, разработанная TTP, предотвращает перегрузку шинной системы, даже если одновременно происходит несколько важных событий. Кроме того, системы на основе TTP весят меньше, чем традиционные системы, благодаря меньшему количеству разъемов и меньшему количеству проводов. ^{[ нужна ссылка ]}. Кроме того, вся система более гибкая и имеет большую модульность, чем традиционные системы связи.

Автономные транспортные средства

Два роботизированных автомобиля Red Team, участвовавшие в DARPA Grand Challenge 2005 года, были оснащены технологией «привода по проводам», при которой бортовые компьютеры управляли рулевым управлением, торможением и другими движениями. Три блока TTC 200 на базе TTP управляли стояночным тормозом, дроссельной заслонкой и функциями трансмиссии, а один блок TTP-By-Wire Box управлял рабочим тормозом H1 Hummer H1ghlander. Модификации с электроприводом управляли ускорением, торможением и переключением передач Sandstorm. ^{[ нужна ссылка ]}.

См. также

Ссылки

^ Копец, Герман; Грюнштайдль, Гюнтер (1993), «TTP - протокол с синхронизацией по времени для отказоустойчивых систем реального времени», FTCS-23. Двадцать третий международный симпозиум по отказоустойчивым вычислениям, Сборник статей , Тулуза, Франция: IEEE, стр. 524–533, doi : 10.1109/FTCS.1993.627355 , S2CID 509153 , 0-8186-3680-7
^ «AS8202 — Контроллер связи TTP-C2NF — ams» . Архивировано из оригинала 17 декабря 2013 г.

Внешние ссылки

[1] Копец, Герман; Грюнштайдль, Гюнтер (1993), «TTP - протокол с синхронизацией по времени для отказоустойчивых систем реального времени», FTCS-23. Двадцать третий международный симпозиум по отказоустойчивым вычислениям, Сборник статей , Тулуза, Франция: IEEE, стр. 524–533, doi : 10.1109/FTCS.1993.627355 , S2CID 509153 , 0-8186-3680-7

[2] «AS8202 — Контроллер связи TTP-C2NF — ams» . Архивировано из оригинала 17 декабря 2013 г.

[1]

[2]