Protokół wyzwalany czasem
Time -Triggered Protocol (TTP) to otwarty protokół sieci komputerowej dla systemów sterowania . Został zaprojektowany jako wyzwalana czasowo magistrala komunikacyjna do pojazdów i zastosowań przemysłowych. i znormalizowany w 2011 roku jako SAE AS6003 (protokół komunikacyjny TTP). Kontrolery TTP zgromadziły ponad 500 milionów godzin lotu w komercyjnych DAL A , w wytwarzaniu energii, kontroli środowiska i lotu . TTP jest używany w FADEC i modułowych kontrolach lotniczych oraz komputery lotnicze . Ponadto urządzenia TTP zgromadziły ponad 1 miliard godzin pracy w sygnalizacji kolejowej SIL4 .
Historia
TTP został pierwotnie zaprojektowany na Uniwersytecie Technicznym w Wiedniu na początku lat 80. W 1998 roku TTTech Computertechnik AG przejęła rozwój TTP, dostarczając oprogramowanie i produkty sprzętowe. Chipy kontrolera komunikacji TTP i protokół IP są dostępne w takich źródłach, jak austriamicrosystems , ON Semiconductor i ALTERA . [ potrzebne źródło ]
Definicja
TTP to dwukanałowa magistrala obiektowa wyzwalana czasem 4–25 Mbit/s. Może pracować na jednym lub obu kanałach z maksymalną szybkością transmisji danych 2x 25 Mbit/s. W przypadku replikowanych danych w obu kanałach obsługiwana jest nadmiarowa komunikacja [ potrzebne źródło ] .
Jako odporny na awarie protokół wyzwalany czasowo, TTP zapewnia autonomiczny transport komunikatów odporny na awarie w znanych czasach i przy minimalnym jitterze, poprzez zastosowanie strategii TDMA ( Time-Division Multiple Access ) w zreplikowanych kanałach komunikacyjnych. TTP oferuje odporną na błędy synchronizację zegara , która ustala globalną podstawę czasu bez polegania na centralnym serwerze czasu [ potrzebne źródło ] .
TTP zapewnia usługę członkowską informującą każdy poprawny węzeł o spójności transmisji danych. Mechanizm ten można traktować jako rozproszoną usługę potwierdzającą, która niezwłocznie informuje aplikację o wystąpieniu błędu w systemie komunikacyjnym. W przypadku utraty spójności stanu aplikacja jest natychmiast powiadamiana.
Dodatkowo TTP obejmuje usługę unikania kliki w celu wykrywania błędów poza hipotezą błędu, które nie mogą być tolerowane na poziomie protokołu.
Aplikacje krytyczne
TTP jest często używany w aplikacjach do przesyłania danych o znaczeniu krytycznym, w których wymagane jest działanie deterministyczne. Operacje te obejmują zarządzanie silnikami lotniczymi i inne zastosowania lotnicze. W tych aplikacjach sieci TTP są często obsługiwane jako oddzielne sieci z oddzielnymi urządzeniami interfejsu sprzętowego AS8202NF i oddzielnymi, ale skoordynowanymi konfiguracjami.
Protokół TTP oferuje unikalną cechę polegającą na tym, że wszystkie węzły w sieci wiedzą w tym samym czasie, kiedy jakikolwiek inny węzeł nie komunikuje się lub wysyła niewiarygodne dane. Stan każdego węzła jest aktualizowany we wszystkich węzłach kilka razy na sekundę.
Szczegóły techniczne
Transmisja danych w TTP zorganizowana jest w rundach TDMA. Runda TDMA jest podzielona na sloty. Każdy węzeł ma jedno gniazdo nadawcze i musi wysyłać ramki w każdej rundzie. Rozmiar ramki przydzielonej do węzła może mieć długość od 2 do 240 bajtów, przy czym każda ramka zawiera zwykle kilka komunikatów. Cykl klastra to powtarzająca się sekwencja rund TDMA; w różnych rundach w ramkach mogą być przesyłane różne komunikaty, ale w każdym cyklu klastra powtarzany jest cały zestaw komunikatów stanu. Dane są chronione przez 24-bitową kontrolę CRC ( Cyclic Redundancy Check ). Harmonogram jest przechowywany w MEDL (lista deskryptorów komunikatów) w sterowniku komunikacyjnym.
OTWÓR
Na każdy węzeł w sieci TTP przypada jedno gniazdo. Węzeł zawsze przesyła dane (parametry) podczas swojego slotu, nawet jeśli nie ma żadnych danych do wysłania. Jednak węzeł będzie przesyłał tylko te parametry, które jest skonfigurowany do wysyłania dla określonej RUNDY, w której znajduje się szczelina. Węzeł może przesyłać parametry 1,2,3 w swoim SLOCIE podczas RUND x i parametry 4,5,6 w swoim SLOCIE podczas RUNDY y.
Gniazdo dla węzła jest określane podczas projektowania sieci TTP przy użyciu narzędzi komputerowych TTP Plan i TTP Build. Definicja, która powoduje, że AS8202NF przesyła określone dane lub parametry dla danego SLOTU i ROUND, jest zawarta w MEDL.
OKRĄGŁY
Runda TTP posiada miejsce dla każdego węzła w sieci TTP. Liczba RUND w CLUSTER CYCLE jest definiowana za pomocą narzędzi komputerowych TTP Plan i TTP Build. Informacje te są również zawarte w MEDL.
Rundy istnieją, ponieważ węzeł nie musi przesyłać wszystkich swoich parametrów w swoim gnieździe. Aby rozdzielić przepustowość między węzłami, każdy węzeł przesyła wybrane parametry w różnych ROKACH.
Cykl klastrowy
Cykl klastrowy definiuje się jako posiadający pewną liczbę rund. Wszystkie węzły przesłały wszystkie swoje parametry na koniec cyklu klastra. Cykl klastra jest zdefiniowany jako rozpoczynający się od pierwszego bitu pierwszej szczeliny pierwszej rundy.
Równoważ węzły, szczeliny i cykle klastrów
Liczba slotów jest określona liczbą węzłów w sieci TTP. Jednak liczba rund jest określana przez projektanta sieci za pomocą narzędzi TTP Plan i TTP Build.
Synchronizacja zegara
Synchronizacja zegara zapewnia wszystkim węzłom równoważną koncepcję czasu. Każdy węzeł mierzy różnicę między a priori znanym oczekiwanym a obserwowanym czasem nadejścia poprawnej wiadomości, aby poznać różnicę między zegarem nadawcy a zegarem odbiorcy. Algorytm średniej odporności na błędy potrzebuje tych informacji do okresowego obliczania składnika korekcyjnego dla zegara lokalnego, tak aby zegar był zsynchronizowany ze wszystkimi innymi zegarami klastra.
Członkostwo i uznanie
Time-Triggered Protocol próbuje spójnie przesyłać dane do wszystkich poprawnych węzłów systemu rozproszonego, aw przypadku awarii system komunikacyjny próbuje zdecydować, który węzeł jest uszkodzony. Te właściwości są osiągane dzięki protokołowi członkostwa i mechanizmowi potwierdzania.
Wymagania dotyczące konfiguracji
Każdy węzeł podłączony do sieci TTP musi mieć rezydujące zestawy danych konfiguracyjnych przed uruchomieniem sieci TTP. Minimalna liczba zestawów danych dla każdego węzła to dwa. Zobacz sekcję dotyczącą sprzętu i AS8202NF (poniżej). Każdy węzeł musi znać konfigurację każdego innego węzła w sieci TTP. Z tego powodu aktywne węzły nie mogą dołączyć do istniejącej sieci bez aktualizacji zestawów danych konfiguracyjnych wszystkich węzłów w sieci.
Typowe zestawy danych konfiguracyjnych dla każdego węzła:
- TASM dla AS8202NF (pozwala na użycie MEDL)
- MEDL lub Message Descriptor List dla AS8202NF (definiuje dane do wymiany między wszystkimi węzłami)
- Konfiguracja platformy obliczeniowej. (określa oczekiwane dane i ich wykorzystanie)
Zestawy danych TASM i MEDL są tworzone przez narzędzia TTP Plan i TTP Build dostarczane przez TTTech. Trzeci zestaw danych jest często tworzony przez klienta i jest specyficzny dla platformy i aplikacji.
Sprzęt komputerowy
Interfejs do sieci TTP wymaga użycia urządzenia AS8202NF. Urządzenie to działa pomiędzy platformą komputerową a siecią TTP. AS8202NF musi zostać załadowany zestawami danych konfiguracyjnych TASM (TTP Assembler) i MEDL (Message Descriptor List) przed rozpoczęciem pracy.
AS8202NF będzie komunikował się w jednej lub dwóch sieciach TTP.
Nie ma możliwości zaprojektowania i wdrożenia sieci TTP po prostu kupując urządzenie AS8202NF. Każdy projekt wymaga licencji i narzędzi konfiguracyjnych firmy TTTech lub innych firm.
Aplikacje komercyjne
TTP został zintegrowany z wieloma aplikacjami komercyjnymi.
Rozwiązania sygnalizacji kolejowej
Elektroniczny system nastawczy „LockTrac 6131 ELEKTRA” został zaprojektowany we współpracy działu Thales Rail Signaling Solutions i TTTech [ potrzebne źródło ] .
LockTrac 6131 ELEKTRA to elektroniczny system nastawczy, który zapewnia najwyższy poziom bezpieczeństwa i dyspozycyjności. System jest zatwierdzony zgodnie z normami CENELEC z poziomem nienaruszalności bezpieczeństwa 4 ( SIL4 ) i oferuje podstawowe funkcje blokad, sterowanie lokalne i zdalne, automatyczną obsługę pociągów, zintegrowaną funkcjonalność bloków i zintegrowany system diagnostyczny. LockTrac 6131 posiada dwa kanały oprogramowania z różnorodnym oprogramowaniem, aby zapewnić wysokie wymagania bezpieczeństwa. Przed przesłaniem na zewnątrz dane są sprawdzane w kanale bezpieczeństwa. Urządzenie diagnostyczne zapisuje wszystkie istotne informacje, aby umożliwić wydajną konserwację w przypadku awarii [ potrzebne źródło ] .
FADEC
System był używany w systemach FADEC (Full Authority Digital Engine Control) [ potrzebne źródło ] . FADEC oparty na Modular Aerospace Control (MAC) dla Aermacchi M346 jest skalowalny, elastyczny i odporny na awarie. Kluczowym czynnikiem technologicznym w tym nowym FADEC jest wykorzystanie TTP do komunikacji między modułami. TTP eliminuje złożone współzależności między modułami, upraszczając początkowy rozwój aplikacji, a także zmiany i aktualizacje w trakcie eksploatacji. Pozwala wszystkim modułom w systemie widzieć wszystkie dane przez cały czas, zapewniając w ten sposób bezproblemową akomodację błędów bez skomplikowanej logiki zmiany kanału [ potrzebne źródło ] .
Modular Aerospace Control (MAC) oparty na TTP, który jest częścią systemu F110 FADEC (Full Authority Digital Engine Control) firmy General Electric , jest zintegrowany z myśliwcem Lockheed Martin F-16 . TTP, który jest używany jako magistrala tylna, zapewnia wysoki poziom bezpieczeństwa silnika, dyspozycyjność operacyjną i obniżony koszt cyklu życia. Istotną zaletą jest to, że wszystkie informacje na magistrali są dostępne jednocześnie dla obu kanałów FADEC [ potrzebne źródło ] .
Systemy środowiskowe i energetyczne
Dla Airbusa A380 firma TTTech opracowała wewnętrzny system komunikacji dla systemu kontroli ciśnienia w kabinie, współpracując z Nord-Micro, spółką zależną Hamilton Sundstrand Corporation [ potrzebne źródło ] .
We współpracy z Hamilton Sundstrand Corporation firma TTTech opracowała platformę transmisji danych opartą na protokole TTP dla systemu sterowania elektrycznego i środowiskowego Boeinga 787 Dreamliner. Zaprojektowana przez TTP platforma komunikacyjna zapobiega przeciążeniu systemu magistrali, nawet w przypadku jednoczesnego wystąpienia kilku ważnych zdarzeń. Ponadto systemy oparte na TTP ważą mniej niż systemy konwencjonalne ze względu na mniejszą liczbę złączy i mniej okablowania [ potrzebne źródło ] . Ponadto cały system jest bardziej elastyczny i ma większą modułowość niż konwencjonalne systemy komunikacyjne.
Pojazdy autonomiczne
Dwa zrobotyzowane pojazdy Red Team rywalizujące w DARPA Grand Challenge 2005 zostały wyposażone w technologię „drive-by-wire”, w której komputery pokładowe sterowały kierowaniem, hamowaniem i innymi ruchami. Trzy jednostki TTC 200 oparte na TTP sterowały hamulcem postojowym, przepustnicą i funkcjami skrzyni biegów, a jedna skrzynka TTP-By-Wire sterowała hamulcem roboczym H1 Hummer H1ghlander. Modyfikacje typu drive-by-wire kontrolowały przyspieszanie, hamowanie i zmianę biegów burzy piaskowej [ potrzebne źródło ] .