DE102020129956A1

DE102020129956A1 - Method for efficient control of redundant data in a distributed system

Info

Publication number: DE102020129956A1
Application number: DE102020129956.7A
Authority: DE
Inventors: Michael Vilzmann; Konstantin KONDAK; Khizer Shaikh
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: ELEKTRA SOLAR GMBH, DE; Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2020-11-13
Filing date: 2020-11-13
Publication date: 2022-05-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur effizienten Steuerung redundanter Daten in einem verteilten System (10), insbesondere in einem verteilten Robotersystem, umfassend die nachfolgenden Schritte:- Übertragung von Daten zwischen mindestens zwei Sendeeinheiten (12, 14) und mindestens einer Empfangseinheit (18) über mindestens eine Datensteuerungseinheit (16), wobei die Datenübertragung zwischen den Sendeeinheiten (12, 14) und der mindestens einen Empfangseinheit (18) Folgendes umfasst:- Übertragung von redundanten Daten von den mindestens zwei Sendeeinheiten (12, 14) an die mindestens eine Datensteuerungseinheit (16);- Auswertung der von den Sendeeinheiten (12, 14) empfangenen Daten durch die Datensteuerungseinheit (16); und- Übertragung der empfangenen Daten von der mindestens einen Datensteuerungseinheit (16) an mindestens eine Empfangseinheit (18), wobei die Übertragung der Daten in Abhängigkeit des Auswerteergebnisses erfolgt und wobei die Übertragung der Daten entweder vollständig oder teilweise erfolgt.The invention relates to a method for efficiently controlling redundant data in a distributed system (10), in particular in a distributed robot system, comprising the following steps: - Transmission of data between at least two transmitter units (12, 14) and at least one receiver unit (18). at least one data control unit (16), wherein the data transmission between the transmitter units (12, 14) and the at least one receiver unit (18) comprises the following:- transmission of redundant data from the at least two transmitter units (12, 14) to the at least one data control unit ( 16);- evaluation of the data received from the transmission units (12, 14) by the data control unit (16); and- Transmission of the received data from the at least one data control unit (16) to at least one receiving unit (18), the data being transmitted depending on the evaluation result and the data being transmitted either completely or partially.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur effizienten Steuerung redundanter Daten in einem verteilten System, insbesondere in einem verteilten Robotersystem. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes System zur effizienten Steuerung redundanter Daten in einem verteilten System, insbesondere in einem verteilten Robotersystem.The present invention relates to a method for efficiently controlling redundant data in a distributed system, in particular in a distributed robotic system. In addition, the present invention relates to a corresponding system for the efficient control of redundant data in a distributed system, in particular in a distributed robot system.

Redundante Daten werden in verteilten Systemen eingesetzt, um die Ausfallsicherheit dieser Systeme zu erhöhen. Beispielsweise können in einem verteilten System mehrere Sensoren verwendet werden, die ein und dieselbe Messgröße erfassen, sodass das System auch bei Ausfall eines Sensors uneingeschränkt funktionsfähig bleibt, indem im Falle eines Ausfalls eines Sensors die Messdaten eines der zusätzlichen Sensoren verwendet werden.Redundant data is used in distributed systems to increase the reliability of these systems. For example, multiple sensors can be used in a distributed system that record one and the same measured variable, so that the system remains fully functional even if one sensor fails, by using the measurement data from one of the additional sensors in the event of a sensor failure.

In einem Robotersystem kann es beispielsweise zwingend erforderlich sein, die aktuelle Temperatur einer Komponente kontinuierlich zu überwachen und die Betriebsparameter entsprechend der aktuellen Temperatur anzupassen. Auch kann in einem Robotersystem vorgesehen sein, dass eine Komponente deaktiviert wird, sofern sich ihre Temperatur außerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereiches befindet. Genauso können die von einem IMU (inertial measurement unit) empfangenen Messdaten für den ordnungsgemäßen Betrieb des Robotersystems erforderlich sein.In a robotic system, for example, it may be imperative to continuously monitor the current temperature of a component and adjust operating parameters according to the current temperature. Provision can also be made in a robot system for a component to be deactivated if its temperature is outside a specified temperature range. Likewise, the measurement data received from an IMU (inertial measurement unit) may be necessary for the correct operation of the robot system.

Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Systemen werden daher mehrere Sendeeinheiten verwendet, die allesamt Daten (z.B. Messdaten) an eine Empfangseinheit senden. Sofern alle Sendeeinheiten ordnungsgemäß funktionieren, entscheidet die Empfangseinheit, welche der empfangenen Daten verwendet werden sollen. Fällt beispielsweise einer von insgesamt zwei Sendeeinheiten aus, so werden die Daten der funktionsfähigen Sendeeinheit verwendet. Therefore, in the systems known from the prior art, several transmission units are used, all of which transmit data (e.g. measurement data) to a reception unit. Provided that all sending units are working properly, the receiving unit decides which of the received data should be used. If, for example, one of a total of two transmission units fails, the data from the operational transmission unit is used.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Systeme haben den Nachteil, dass diese eine hohe Bandbreite erfordern, da die Daten von sämtlichen Sendeeinheiten an die Empfangseinheit bzw. an die Empfangseinheiten übermittelt werden müssen. Zudem ist der mit der Übertragung der Daten verbundene Rechenaufwand relativ hoch.The systems known from the prior art have the disadvantage that they require a high bandwidth since the data has to be transmitted from all transmission units to the receiving unit or to the receiving units. In addition, the computing effort associated with the transmission of the data is relatively high.

Im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Nachteile ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein System bereitzustellen, die eine effiziente Steuerung redundanter Daten ermöglichen.In view of the disadvantages described above, it is an object of the present invention to provide a method and a system which enable redundant data to be controlled efficiently.

Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Steuerung redundanter Daten in einem verteilten System (insbesondere in einem verteilten Robotersystem) vorgeschlagen, das die nachfolgenden Schritte umfasst:

- Übertragung von Daten zwischen mindestens zwei Sendeeinheiten und mindestens einer Empfangseinheit über mindestens eine Datensteuerungseinheit, wobei die Datenübertragung zwischen den Sendeeinheiten und der mindestens einen Empfangseinheit Folgendes umfasst:
- Übertragung von redundanten Daten von den mindestens zwei Sendeeinheiten an mindestens eine Datensteuerungseinheit;
- Auswertung der von den Sendeeinheiten empfangenen Daten durch die Datensteuerungseinheit; und
- Übertragung der empfangenen Daten von mindestens einer Datensteuerungseinheit an mindestens eine Empfangseinheit, wobei die Übertragung der Daten in Abhängigkeit des Auswerteergebnisses erfolgt und wobei die Übertragung der Daten entweder vollständig oder teilweise erfolgt.

In order to solve the above-mentioned object, a method for controlling redundant data in a distributed system (in particular in a distributed robot system) is proposed according to the present invention, which comprises the following steps:

- Transmission of data between at least two transmitter units and at least one receiver unit via at least one data control unit, the data transmission between the transmitter units and the at least one receiver unit comprising the following:
- Transmission of redundant data from the at least two transmission units to at least one data control unit;
- Evaluation of the data received from the transmission units by the data control unit; and
- Transmission of the received data from at least one data control unit to at least one receiving unit, the data being transmitted as a function of the evaluation result and the data being transmitted either completely or partially.

Die vorliegende Erfindung erlaubt es, den Rechenaufwand in einem verteilten System, in dem die Daten mehrerer Sendeeinheiten zu einer Empfangseinheit übertragen werden, signifikant zu reduzieren, da die Datensteuerungseinheit die Daten der Sendeeinheiten nur dann überträgt, wenn diese benötigt werden. Dadurch wird die einem System verfügbare Bandbreite weniger stark beansprucht. Zudem erlaubt der Einsatz einer zusätzlichen Datensteuerungseinheit, den Datenfluss in einem System besonders flexibel zu gestalten, da die Übertragungsregeln in Abhängigkeit von den sich wandelnden Anforderungen (beispielsweise hohe Zuverlässigkeit versus niedrige Auslastung der Kommunikationskanäle) angepasst werden können. Dies ermöglicht eine zentrale Filterung der Daten bzw. eine zentrale Steuerung des Datenflusses innerhalb des Systems. Bei Bedarf können in ausgewählten Situationen die Daten mehrerer Sendeeinheiten berücksichtigt werden, sodass ein Mittelwert der bereitgestellten Daten ermittelt werden kann. Schließlich erlaubt es die vorliegende Erfindung, die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems zu erhöhen, indem die Auswahl der von den Sendeeinheiten bereitgestellten Daten in Abhängigkeit von der Zuverlässigkeit der einzelnen Sendeeinheiten erfolgen kann. Zudem ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung einer einzigen Empfangseinheit oder einer einzigen Datensteuerungseinheit begrenzt ist. Insbesondere können bevorzugt mehrere Datensteuerungseinheiten eingesetzt werden, sodass der Betrieb des Systems auch dann gewährleistet ist, wenn einer der Datensteuerungseinheiten ausfallen sollte.The present invention makes it possible to significantly reduce the computing effort in a distributed system in which the data from a number of transmission units is transmitted to a receiving unit, since the data control unit only transmits the data from the transmission units when they are required. This puts less strain on the bandwidth available to a system. In addition, the use of an additional data control unit allows the data flow in a system to be designed particularly flexibly, since the transmission rules can be adapted depending on the changing requirements (e.g. high reliability versus low utilization of the communication channels). This enables central filtering of the data and central control of the data flow within the system. If required, the data from several transmission units can be taken into account in selected situations, so that an average of the data provided can be determined. Finally, the present invention makes it possible to increase the reliability of the overall system in that the data provided by the transmission units can be selected as a function of the reliability of the individual transmission units. In addition, it should be noted that the present invention is not limited to the use of a single receiving unit or a single data control unit. In particular, multiple data control units can preferably be used, so that the Operation of the system is also guaranteed if one of the data control units should fail.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können die Sendeeinheiten Sensoren umfassen, die beispielsweise in regelmäßigen Abständen Messwerte liefern, die für den ordnungsgemäßen Betrieb des Systems benötigt werden. Die redundanten Daten im Sinne der vorliegenden Erfindung können in diesem Fall die Messdaten unterschiedlicher Sensoren sein, welche dieselbe Messgröße erfassen. Insbesondere können die redundanten Daten Messwerte mehrerer Temperatursensoren oder IMUs umfassen. Die Messdaten können beispielsweise an unterschiedlichen Messpunkten im System aufgenommen werden. Anstatt die Messdaten direkt an die Empfangseinheit zu übertragen, werden diese an eine zwischen den Sendeeinheiten und Empfangseinheit angeordneten Datensteuerungseinheit übermittelt, welche die Daten zunächst auswertet und in Abhängigkeit des Ergebnisses der Auswertung die Daten an die Empfangseinheit überträgt.Within the scope of the present invention, the transmission units can include sensors that, for example, deliver measured values at regular intervals that are required for the proper operation of the system. In this case, the redundant data within the meaning of the present invention can be the measurement data from different sensors which record the same measurement variable. In particular, the redundant data may include readings from multiple temperature sensors or IMUs. The measurement data can be recorded at different measurement points in the system, for example. Instead of transmitting the measurement data directly to the receiving unit, they are transmitted to a data control unit arranged between the transmitting units and receiving unit, which first evaluates the data and, depending on the result of the evaluation, transmits the data to the receiving unit.

Ergibt die Auswertung beispielsweise, dass die von einer Sendeeinheit erhaltenen Daten nicht zuverlässig sind, so werden die Daten dieser Sendeeinheit nicht an die Empfangseinheit übermittelt. Dies kann zu einer signifikanten Einsparung der vorhandenen Ressourcen führen. Dies fällt umso mehr ins Gewicht, wenn in einem System mehrere Empfangseinheiten vorgesehen sind, die jeweils mit den redundanten Daten versorgt werden müssen.If the evaluation shows, for example, that the data received from a transmission unit is not reliable, then the data from this transmission unit are not transmitted to the reception unit. This can lead to a significant saving of the existing resources. This is all the more important when a number of receiving units are provided in a system, each of which has to be supplied with the redundant data.

Die Empfangseinheit kann beispielsweise eine Steuereinheit sein, die auf Grundlage der empfangenen Daten einzelne Komponente des Systems ansteuert. Beispielsweise kann die Empfangseinheit dazu ausgelegt sein, einzelne Komponenten eines Roboters in Abhängigkeit der empfangenen Daten anzusteuern. Auch kann die Empfangseinheit einen oder mehrere Aktuatoren aufweisen.The receiving unit can be a control unit, for example, which controls individual components of the system on the basis of the data received. For example, the receiving unit can be designed to control individual components of a robot depending on the data received. The receiving unit can also have one or more actuators.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass

- die Auswertung der von den Sendeeinheiten empfangenen Daten durch die Datensteuerungseinheit die Ermittlung eines Zuverlässigkeitswertes für jeden der Sendeeinheiten umfasst; und
- die Übertragung der empfangenen Daten von mindestens einer Datensteuerungseinheit an mindestens eine Empfangseinheit in Abhängigkeit von den ermittelten Zuverlässigkeitswerten erfolgt.

It can preferably be provided that

- the evaluation of the data received from the transmission units by the data control unit includes the determination of a reliability value for each of the transmission units; and
- the received data are transmitted from at least one data control unit to at least one receiving unit as a function of the reliability values determined.

Der Zuverlässigkeitswert kann beispielsweise einen von mehreren vorgegebenen Werten annehmen. Beispielsweise kann der Zuverlässigkeitswert einen der Werte „online“, „verzögert“ oder „offline“ annehmen. In diesem Fall können bei der Auswertung der von den Sendeeinheiten empfangenen Daten nach vorgegebenen Kriterien überprüft werden, welche Klassifizierung für die jeweilige Sendeeinheit zutreffend ist. Werden beispielsweise keine Daten von einer Sendeeinheit empfangen, so kann diese Sendeeinheit als „offline“ klassifiziert werden. Werden die von einer Sendeeinheit empfangenen Daten nur unregelmäßig aktualisiert, so kann diese Sendeeinheit als „verzögert“ klassifiziert werden. Stellt die Datensteuerungseinheit hingegen fest, dass die von einer Sendeeinheit empfangenen Daten in regelmäßigen Abständen empfangen werden, so kann auf eine ordnungsgemäße Funktion der entsprechenden Sendeeinheit geschlossen werden und diese Sendeeinheit kann als „online“ klassifiziert werden. In Abhängigkeit von der Auswertung der von den Sendeeinheiten empfangenen Daten kann dann die Datensteuerungseinheit entscheiden, welche Daten weitergeleitet werden sollen. Ist beispielsweise eine Sendeeinheit als „online“ und die andere als „verzögert“ klassifiziert, so werden bevorzugt nur die Daten der als „online“ qualifizierten Sendeeinheit an die Empfangseinheit weitergeleitet. Ist hingegen eine Sendeeinheit als „verzögert“ und die andere als „offline“ eingestuft, so werden bevorzugt die verzögert bereitgestellten Daten an die Empfangseinheit weitergeleitet.The reliability value can, for example, assume one of a number of predetermined values. For example, the reliability value can assume one of the values "online", "delayed" or "offline". In this case, when evaluating the data received from the transmission units, it can be checked according to predetermined criteria which classification is applicable for the respective transmission unit. If, for example, no data is received from a transmission unit, this transmission unit can be classified as "offline". If the data received from a transmitter unit is only updated irregularly, this transmitter unit can be classified as "delayed". If, on the other hand, the data control unit establishes that the data received from a transmission unit is received at regular intervals, then it can be concluded that the corresponding transmission unit is functioning properly and this transmission unit can be classified as “online”. Depending on the evaluation of the data received from the transmission units, the data control unit can then decide which data should be forwarded. If, for example, one transmission unit is classified as “online” and the other as “delayed”, then preferably only the data from the transmission unit qualified as “online” is forwarded to the reception unit. On the other hand, if one transmission unit is classified as “delayed” and the other as “offline”, then the data provided with a delay is preferably forwarded to the reception unit.

Die vorstehend erläuterte Ausführungsform ist rein beispielhaft zu verstehen. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass komplexe Auswerte- und Prüfalgorithmen zum Einsatz kommen und dass ein quasi-kontinuierlicher Zuverlässigkeitswert (beispielsweise ein Wert zwischen 0 und 100) für jede Sendeeinheit ermittelt wird und die Übertragung der Daten an die Empfangseinheit von den ermittelten Zuverlässigkeitswerten abhängt.The embodiment explained above is to be understood purely as an example. Alternatively, it can be provided that complex evaluation and test algorithms are used and that a quasi-continuous reliability value (for example a value between 0 and 100) is determined for each transmitting unit and the transmission of the data to the receiving unit depends on the determined reliability values.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass bei der Ermittlung der Zuverlässigkeitswerte die Frequenz der von jeder Sendeeinheit empfangenen Daten in einem vorgegebenen Zeitraum ermittelt wird und dass die jeweiligen Zuverlässigkeitswerte in Abhängigkeit der ermittelten Frequenzen bestimmt werden. Beispielsweise kann geprüft werden, wie viele (oder alternativ: wie viele unterschiedliche) Werte von einer Sendeeinheit in den vergangenen 500 Millisekunden, in der vergangenen Sekunde, in den vergangenen 3 Sekunden oder 5 Sekunden empfangen wurden. Daraus kann anschließend die mittlere Frequenz der empfangenen Daten berechnet werden. Diese Frequenz kann dann als Maßstab dafür verwendet werden, wie zuverlässig die von einer Sendeeinheit empfangenen Daten zu bewerten sind. Beispielsweise kann ein Zuverlässigkeitswert auf den Wert „online“ gesetzt werden, wenn die für eine Sendeeinheit ermittelte Frequenz f > f1 ist (f1: erster Frequenz-Schwellwert), während ein Zuverlässigkeitswert auf den Wert „verzögert“ gesetzt wird, wenn die ermittelte Frequenz f1 > f > f2 ist (f2: zweiter Frequenz-Schwellwert) und der Zuverlässigkeitswert auf den Wert „offline“ gesetzt wird, wenn die ermittelte Frequenz f < f2 ist (dabei gilt: f1 > f2).It can preferably be provided that when determining the reliability values, the frequency of the data received by each transmission unit is determined in a predetermined period of time and that the respective reliability values are determined as a function of the determined frequencies. For example, it can be checked how many (or alternatively: how many different) values were received by a transmission unit in the past 500 milliseconds, in the past second, in the past 3 seconds or 5 seconds. The average frequency of the received data can then be calculated from this. This frequency can then be used as a benchmark for assessing how reliably the data received from a transmission unit is to be assessed. For example, a reliability value can be set to the value "online" if the frequency determined for a transmission unit is f>f1 (f1: first frequency threshold value), while a reliability value is set to the value "delayed". if the determined frequency is f1 > f > f2 (f2: second frequency threshold value) and the reliability value is set to the value "offline" if the determined frequency is f < f2 (the following applies: f1 > f2).

Ebenso ist eine feinere Aufteilung der Frequenzbereiche möglich, wenn eine präzisere Bewertung der Zuverlässigkeit der Sendeeinheiten gewünscht ist. A finer division of the frequency ranges is also possible if a more precise evaluation of the reliability of the transmission units is required.

Ferner kann bevorzugt vorgesehen sein, dass

- bei der Ermittlung der Zuverlässigkeitswerte eine Plausibilitätsprüfung und/oder eine Wertebereichsprüfung erfolgt; und
- die Übertragung der empfangenen Daten von mindestens einer Datensteuerungseinheit an mindestens eine Empfangseinheit in Abhängigkeit von den ermittelten Zuverlässigkeitswerten erfolgt.

Furthermore, it can preferably be provided that

- when determining the reliability values, a plausibility check and/or a value range check is carried out; and
- the received data are transmitted from at least one data control unit to at least one receiving unit as a function of the reliability values determined.

Liegen beispielsweise die von einer Sendeeinheit empfangenen Daten außerhalb eines erwarteten Wertebereichs, so kann die Datensteuerungseinheit daraus ableiten, dass die Sendeeinheit keine zuverlässigen Daten liefert. Folglich kann ein Zuverlässigkeitswert für eine Sendeeinheit festgesetzt werden, welcher diese mangelnde Zuverlässigkeit wiedergibt. Die Zuverlässigkeitswerte können binär („zuverlässig“ / „unzuverlässig“) oder aber auch abgestuft ausgestaltet sein. In den Zuverlässigkeitswert können Ergebnisse aus der Frequenzermittlung, der Plausibilitätsprüfung und/oder der Wertebereichsprüfung einfließen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass bei der Frequenzermittlung, der Plausibilitätsprüfung und der Wertebereichsprüfung jeweils ein Wert ermittelt wird und der endgültig berechnete Zuverlässigkeitswert aus der Summe oder dem Produkt der Einzelwerte ermittelt wird. Auch wenn vorstehend ein konkretes Ausführungsbeispiel für die Plausibilitätsprüfung beschrieben wurde, können auch weitere Kriterien bei der Plausibilitätsprüfung hinzugenommen werden.If, for example, the data received by a transmission unit is outside an expected range of values, then the data control unit can deduce from this that the transmission unit is not supplying reliable data. Consequently, a reliability value can be established for a transmission unit which reflects this lack of reliability. The reliability values can be binary (“reliable”/“unreliable”) or graded. Results from the frequency determination, the plausibility check and/or the value range check can be included in the reliability value. For example, it can be provided that a value is determined in each case during the frequency determination, the plausibility check and the value range check and the finally calculated reliability value is determined from the sum or the product of the individual values. Even if a specific exemplary embodiment for the plausibility check was described above, other criteria can also be added to the plausibility check.

Werden die Ergebnisse der Plausibilitätsprüfung und der Wertebereichsprüfung miteinander oder aber auch mit dem Ergebnis der Frequenzbestimmung kombiniert, so kann eine besonders zuverlässige Aussage über die Zuverlässigkeit der empfangenen Daten getroffen werden.If the results of the plausibility check and the value range check are combined with one another or also with the result of the frequency determination, a particularly reliable statement can be made about the reliability of the data received.

Auch kann vorgesehen sein, dass

- bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mindestens zwei Datensteuerungseinheiten vorgesehen sind; und
- die Übertragung der redundanten Daten von den Sendeeinheiten an mindestens zwei Datensteuerungseinheiten erfolgt.

It can also be provided that

- At least two data control units are provided in the method according to the invention; and
- the transmission of the redundant data from the transmission units to at least two data control units takes place.

Durch den Einsatz von mindestens zwei Datensteuerungseinheiten kann die Zuverlässigkeit des Systems weiter erhöht werden, da eine ordnungsgemäße Funktion des Systems auch dann gewährleistet ist, wenn eine der Datensteuerungseinheiten ausfällt. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Sendeeinheiten ihre Daten an jede der Datensteuerungseinheiten übermitteln. Jede der Datensteuerungseinheiten ist dann in der Lage, die benötigten Daten an den Empfangseinheiten bereitzustellen.By using at least two data control units, the reliability of the system can be further increased, since proper functioning of the system is also guaranteed if one of the data control units fails. It can be provided that the transmission units transmit their data to each of the data control units. Each of the data control units is then able to provide the required data to the receiving units.

Ferner kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Datensteuerungseinheiten dazu ausgelegt sind, über einen gemeinsamen Kommunikationskanal miteinander zu kommunizieren. Auf diese Weise sind die Datensteuerungseinheiten permanent über den Zustand der anderen Datensteuerungseinheiten informiert. Fällt eine Datensteuerungseinheit aus oder liefert diese nur unzuverlässige Daten, so kann eine andere Datensteuerungseinheit die Aufgabe der nicht mehr zuverlässig funktionierenden Datensteuerungseinheit übernehmen.Furthermore, it can preferably be provided that the data control units are designed to communicate with one another via a common communication channel. In this way, the data control units are constantly informed about the status of the other data control units. If a data control unit fails or if it only supplies unreliable data, another data control unit can take over the task of the data control unit that is no longer functioning reliably.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Datensteuerungseinheiten als Master- und Slave-Einheiten konfiguriert werden, wobei mindestens eine Master-Einheit dazu ausgelegt ist, die von den Sendeeinheiten empfangenen Daten an mindestens eine Empfangseinheit zu übertragen.Provision can preferably be made for the data control units to be configured as master and slave units, with at least one master unit being designed to transmit the data received from the transmitter units to at least one receiver unit.

Sofern mehrere Datensteuerungseinheiten ordnungsgemäß funktionieren, kann es vorgesehen sein, dass die als Maser-Einheit definierte Datensteuerungseinheit die von den Sendeeinheiten empfangenen Daten an die Empfangseinheiten übermittelt. Fällt die Master-Einheit aus, so kann die Slave-Einheit (bzw. eine der Slave-Einheiten) als neue Master-Einheit konfiguriert werden.If several data control units are functioning properly, it can be provided that the data control unit defined as the maser unit transmits the data received from the transmitting units to the receiving units. If the master unit fails, the slave unit (or one of the slave units) can be configured as the new master unit.

Zudem kann eine Priorisierung der Datensteuerungseinheiten festgelegt werden, durch die bestimmt ist, welche der Datensteuerungseinheiten zu bevorzugen ist, sofern mehrere Datensteuerungseinheiten zur Verfügung stehen.In addition, a prioritization of the data control units can be established, which determines which of the data control units is to be given preference if a number of data control units are available.

Auch kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Aktivität der Datensteuerungseinheiten überwacht wird und dass eine zuvor als Master-Einheit kategorisierte Datensteuerungseinheit als eine Slave-Einheit rekonfiguriert wird, sofern die Überwachung der Datensteuerungseinheiten ergeben hat, dass die zuvor als Master-Einheit konfigurierte Datensteuerungseinheit inaktiv ist.Provision can also preferably be made for the activity of the data control units to be monitored and for a data control unit previously categorized as a master unit to be reconfigured as a slave unit if the monitoring of the data control units has shown that the data control unit previously configured as a master unit is inactive .

Gemäß der vorliegenden Erfindung können unterschiedliche Sendeinheiten, die den gleichen Datentyp liefern (beispielsweise redundante Temperatur-Messwerte), eine Datengruppe bilden. Falls eine Sendeeinheit in einer Datengruppe ausfällt oder als unzuverlässig klassifiziert wird, so können die benötigten Daten durch eine alternative Sendeeinheit bereitgestellt werden.According to the present invention, different transmission units that supply the same type of data (for example redundant temperature measurement values) can form a data group. If a transmission unit in a data group fails or classified as unreliable, the required data can be provided by an alternative transmission unit.

Zudem kann vorgesehen sein, dass mehrere Datensteuerungseinheiten gemeinsam eine Redundanzgruppe bilden. Dabei können die Datensteuerungseinheiten, die gemeinsam eine Redundanzgruppe bilden, auf mehreren HostSystemen verteilt sein. Dadurch wird auf effiziente Weise verhindert, dass ein „Single Point of Failure“ entsteht.In addition, it can be provided that several data control units together form a redundancy group. The data control units, which together form a redundancy group, can be distributed over several host systems. This efficiently prevents a "single point of failure" from occurring.

Ferner wird zur Lösung der eingangs beschriebenen Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfindung ein System zur effizienten Steuerung redundanter Daten in einem verteilten System, insbesondere in einem verteilten Robotersystem, vorgeschlagen mit

- mindestens zwei Sendeeinheiten, wobei mindestens zwei der Sendeeinheiten dazu ausgelegt sind, redundante Daten bereitzustellen;
- mindestens eine Datensteuerungseinheit, die dazu ausgelegt ist, die von den Sendeeinheiten bereitgestellten Daten zu empfangen und auszuwerten; wobei die Datensteuerungseinheit zudem dazu ausgelegt ist, die empfangenen Daten in Abhängigkeit der Auswertung weiterzuleiten;
- mindestens einer Empfangseinheit, die dazu ausgelegt ist, die Daten von der Datensteuerungseinheit zu empfangen.

Furthermore, in order to achieve the object described at the outset, a system for the efficient control of redundant data in a distributed system, in particular in a distributed robot system, is proposed according to the present invention

- at least two transmission units, wherein at least two of the transmission units are designed to provide redundant data;
- at least one data control unit, which is designed to receive and evaluate the data provided by the transmission units; wherein the data control unit is also designed to forward the received data depending on the evaluation;
- at least one receiving unit, which is designed to receive the data from the data control unit.

Die Sendeeinheiten können insbesondere Sensoren aufweisen, die redundante Daten bereitstellen. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Sendeeinheiten einzelne Recheneinheiten eines Systems darstellen, die redundante Daten erzeugen. Die Datensteuerungseinheit kann als eine Recheneinheit ausgebildet sein, die dazu ausgelegt ist, den Datenfluss zwischen den Sendeeinheiten und den Empfangseinheiten zu steuern. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Steuerparameter im Laufe des Betriebs adaptiert werden können, sodass beispielsweise ein Systemadministrator aktiv auf die Steuerung der Daten im System Einfluss nehmen kann. Auch kann vorgesehen sein, dass die Steuerparameter der Datensteuerungseinheit automatisch an die aktuelle Betriebssituation angepasst werden. Beispielsweise kann in einer Situation, in der die im System zur Verfügung stehende Bandbreite stark ausgelastet ist, in einen ersten Betriebsmodus der Datensteuerungseinheit geschaltet werden, in dem eine besonders geringe Datenmenge an die Empfangseinheiten übermittelt wird. In ähnlicher Weise kann in einer Situation, in der ausreichend Bandbreite zur Verfügung steht, in einen zweiten Betriebsmodus geschaltet werden, in dem deutlich mehr Daten übertragen werden, wobei der zweite Betriebsmodus eine erhöhte Zuverlässigkeit erlaubt, da beispielsweise der Mittelwert der empfangenen Messwerte ermittelt werden kann und dadurch etwaige Ausreißer innerhalb der Messwerte weniger stark ins Gewicht fallen.In particular, the transmission units can have sensors that provide redundant data. Alternatively, it can also be provided that the transmission units represent individual computing units of a system that generate redundant data. The data control unit can be embodied as a computing unit that is designed to control the data flow between the transmitting units and the receiving units. It can be provided that the control parameters can be adapted in the course of operation, so that for example a system administrator can actively influence the control of the data in the system. Provision can also be made for the control parameters of the data control unit to be automatically adapted to the current operating situation. For example, in a situation in which the bandwidth available in the system is heavily utilized, the data control unit can be switched to a first operating mode in which a particularly small amount of data is transmitted to the receiving units. Similarly, in a situation in which sufficient bandwidth is available, it is possible to switch to a second operating mode in which significantly more data is transmitted, with the second operating mode allowing increased reliability since, for example, the mean value of the measured values received can be determined and as a result, any outliers within the measured values are less important.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Datensteuerungseinheit dazu ausgelegt ist, Zuverlässigkeitswerte für jede der Sendeeinheiten zu ermitteln und die von den Sendeeinheiten empfangenen Daten in Abhängigkeit der ermittelten Zuverlässigkeitswerte an mindestens eine Empfangseinheit weiterzuleiten.Provision can preferably be made for the data control unit to be designed to determine reliability values for each of the transmission units and to forward the data received from the transmission units to at least one receiving unit as a function of the determined reliability values.

Auch kann vorgesehen sein, dass das erfindungsgemäße System mindestens eine zweite Datensteuerungseinheit aufweist. Dadurch kann gewährleistet werden, dass das Gesamtsystem auch bei Ausfall einer Datensteuerungseinheit ordnungsgemäß funktionieren kann.Provision can also be made for the system according to the invention to have at least one second data control unit. This can ensure that the overall system can function properly even if a data control unit fails.

Ferner kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass die mindestens zwei Datensteuerungseinheiten über einen gemeinsamen Kommunikationskanal Daten miteinander austauschen, wobei die ausgetauschten Daten insbesondere Statusdaten zu den Datensteuerungseinheiten aufweisen. Die Statusdaten können beispielsweise anzeigen, dass eine Datensteuerungseinheit „online“ ist. Die Datensteuerungseinheiten können dazu ausgelegt sein, in regelmäßigen Abständen ein entsprechendes Signal an die übrigen Datensteuerungseinheiten zu senden. Wird innerhalb eines definierten Zeitraums kein Signal einer Datensteuerungseinheit empfangen, so kann diese als „offline“ klassifiziert werden. Die Datensteuerungseinheiten können als Master- und Slave-Einheiten definiert sein. Sind mehrere Datensteuerungseinheiten aktiv und liefern zuverlässige Werte, so können gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausschließlich die Daten der Master-Einheit an die Empfangseinheit übermittelt werden. Fällt eine Master-Einheit aus oder liefert diese nur verzögert Werte, so kann diese Datensteuerungseinheit als Slave-Einheit klassifiziert werden, wobei eine der übrigen Datensteuerungseinheiten als Master-Einheit festgelegt werden kann.Furthermore, according to one embodiment of the invention, it can be provided that the at least two data control units exchange data with one another via a common communication channel, the data exchanged having in particular status data on the data control units. For example, the status data may indicate that a data control unit is "online." The data control units can be designed to send a corresponding signal to the other data control units at regular intervals. If no signal is received from a data control unit within a defined period of time, it can be classified as "offline". The data control units can be defined as master and slave units. If several data control units are active and deliver reliable values, according to one embodiment of the invention only the data of the master unit can be transmitted to the receiving unit. If a master unit fails or only delivers values with a delay, this data control unit can be classified as a slave unit, with one of the remaining data control units being able to be specified as the master unit.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigen die

1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems,
3 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems,
4 ein erster Betriebszustand des in der 3 gezeigten Systems,
5 ein zweiter Betriebszustand des in der 3 gezeigten Systems,
6 diverse Betriebsmodi einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems,
7 Beispiel für eine Implementierung des erfindungsgemäßen Systems in ein Flugzeug, und
8 Darstellung der Informationsflüsse innerhalb des in der 7 gezeigten Systems.

The present invention is explained below with reference to the figures. The show

1 an embodiment of the method according to the invention,
2 an embodiment of the system according to the invention,
3 another embodiment of the system according to the invention,
4 a first operating state of the 3 shown system,
5 a second operating state of the 3 shown system,
6 various operating modes of a further embodiment of the system according to the invention,
7 Example of an implementation of the system according to the invention in an aircraft, and
8th Presentation of the information flows within the in the 7 shown system.

In der 1 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 für die effiziente Steuerung redundanter Daten in einem verteilten System dargestellt. Bei dem abgebildeten Verfahren werden redundante Daten zwischen mindestens zwei Sendeeinheiten und einer Empfangseinheit über eine Datensteuerungseinheit übertragen. Bei der Übertragung der Daten werden im ersten Verfahrensschritt 110 die Daten von den Sendeeinheiten an die Datensteuerungseinheit übertragen. Anschließend werden in einem zweiten Verfahrensschritt 120 die von den Sendeeinheiten empfangenen Daten durch die Datensteuerungseinheit ausgewertet. Schließlich werden in einem dritten Verfahrensschritt 130 die empfangenen Daten von der Datensteuerungseinheit an eine Empfangseinheit übertragen. Dabei erfolgt die Übertragung der Daten in Abhängigkeit von dem Auswerteergebnis. Ergibt die Auswertung beispielsweise, dass eine der Sendeeinheiten keine zuverlässigen Daten bereitstellt, da die von dieser Sendeeinheit empfangenen Daten nur in unregelmäßigen Zeitabständen empfangen werden oder die empfangenen Daten nicht plausibel erscheinen, so kann die Datensteuerungseinheit auf die Übertragung bzw. Weiterleitung der unzuverlässigen Daten an die Empfangseinheit verzichten. In diesem Fall werden die von den Sendeeinheiten empfangenen Daten also nur teilweise an die Empfangseinheit übertragen. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass die Daten von mehreren Sendeeinheiten von der Datensteuerungseinheit als zuverlässig und plausibel bewertet werden und dass die empfangenen Daten vollständig an die Empfangseinheit übermittelt werden, so dass in der Empfangseinheit ein Mittelwert der von verschiedenen Sendeeinheiten empfangenen Daten gebildet werden kann. Auf diese Weise kann die Zuverlässigkeit des Systems erhöht werden, da etwaige Datenfehler weniger stark ins Gewicht gehen.In the 1 1 shows an embodiment of the inventive method 100 for the efficient control of redundant data in a distributed system. In the method shown, redundant data is transmitted between at least two transmitting units and a receiving unit via a data control unit. During the transmission of the data, in the first method step 110 the data are transmitted from the transmission units to the data control unit. Subsequently, in a second method step 120, the data received from the transmission units are evaluated by the data control unit. Finally, in a third method step 130, the received data are transmitted from the data control unit to a receiving unit. The data is transmitted depending on the evaluation result. If the evaluation shows, for example, that one of the transmission units is not providing reliable data because the data received by this transmission unit is only received at irregular time intervals or the data received does not appear plausible, the data control unit can stop transmitting or forwarding the unreliable data to the dispense with receiving unit. In this case, the data received by the transmitting units are only partially transmitted to the receiving unit. Alternatively, it can also be provided that the data from a number of transmission units is evaluated as reliable and plausible by the data control unit and that the received data is transmitted in full to the reception unit, so that an average of the data received from different transmission units can be formed in the reception unit . In this way, the reliability of the system can be increased since any data errors are less serious.

In der 2 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems 10 abgebildet. Das in dieser Figur gezeigte System 10 weist eine erste Sendeeinheit 12 und eine zweite Sendeeinheit 14 auf, die beide in regelmäßigen Abständen Daten an die Datensteuerungseinheit 16 übertragen. Die Sendeeinheiten 12, 14 können insbesondere Sensoren beinhalten, die redundante Messdaten bereitstellen. Die Datensteuerungseinheit 16 kann als eine Recheneinheit mit einem Prozessor und einem Speicher ausgebildet sein. Sie kann insbesondere der Steuerung bzw. der Regelung eines Gesamtsystems dienen. Die Daten des gleichen Typs (beispielsweise die Daten mehrerer redundanter IMUs) können in einzelnen Datengruppen zusammengefasst werden. Die Datensteuerungseinheit 16 wertet die von den Sendeeinheiten 12, 14 empfangenen Daten aus und übermittelt diese an eine Empfangseinheit 18. Falls eine Sendeeinheit 12, 14 ausfällt, oder die Auswertung der empfangenen Daten ergibt, dass die Funktion einer Sendeeinheit 12, 14 gestört ist, so kann die Datensteuerungseinheit 16 auf eine alternative Sendeeinheit 12, 14 umschalten, um weiterhin zuverlässige Daten bereitzustellen.In the 2 An exemplary embodiment of the system 10 according to the invention is shown. The system 10 shown in this figure has a first transmission unit 12 and a second transmission unit 14, both of which transmit data to the data control unit 16 at regular intervals. The transmission units 12, 14 can in particular contain sensors that provide redundant measurement data. The data control unit 16 can be designed as a computing unit with a processor and a memory. In particular, it can serve to control or regulate an overall system. Data of the same type (e.g. data from several redundant IMUs) can be combined into individual data groups. The data control unit 16 evaluates the data received from the transmitter units 12, 14 and transmits this to a receiver unit 18. If a transmitter unit 12, 14 fails, or the evaluation of the data received shows that the function of a transmitter unit 12, 14 is disrupted the data control unit 16 can switch to an alternative transmission unit 12, 14 in order to continue to provide reliable data.

Die Daten, die an die Datensteuerungseinheit 16 übertragen werden, können fest zugeordnete Prioritäten aufweisen. Die Prioritäten können wie folgt aufgeteilt sein:

(1) Die Daten als aktuell bewertet werden, wenn diese mit der erwarteten Frequenz aktualisiert werden und eine vorgegebene Prüfung bestehen. Die Datensteuerungseinheit 16 kann in diesem Fall die Daten weiterleiten, es sei denn, es liegen aktuelle Daten von einer anderen Sendeeinheit 12, 14 vor, die eine höhere Priorität aufweist.
(2) Die Daten werden von einer Sendeeinheit 12, 14 zu langsam oder überhaupt nicht gesendet. Diese Daten werden von der Datensteuerungseinheit 16 nicht weitergeleitet, es sei denn, andere Daten der Kategorie 1 stehen nicht zur Verfügung.
(3) Die Prüfung fällt negativ aus. In diesem Fall werden die von einer Sendeeinheit 12, 14 empfangenen Daten nicht an die Empfangseinheit 18 weitergeleitet.

The data that is transmitted to the data control unit 16 can have fixed priorities. The priorities can be broken down as follows:

(1) Data is considered up-to-date if it is updated at the expected frequency and passes a specified check. In this case, the data control unit 16 can forward the data unless there is current data from another transmission unit 12, 14 which has a higher priority.
(2) The data are sent by a transmitting unit 12, 14 too slowly or not at all. This data is not forwarded by the data control unit 16 unless other Category 1 data is not available.
(3) The examination is negative. In this case, the data received by a transmitting unit 12, 14 are not forwarded to the receiving unit 18.

Die Prüfung der von den Sendeeinheiten 12, 14 empfangenen Daten kann insbesondere in zwei Schritten erfolgen. Dabei kann zunächst überprüft werden, ob eine Sendeeinheit 12, 14 überhaupt Daten sendet. Ist dies nicht der Fall, wird die entsprechende Sendeeinheit als „offline“ gekennzeichnet. Werden die von der Sendeeinheit 12, 14 empfangenen Daten nur verzögert gesendet, wird die entsprechende Sendeeinheit 12, 14 mit dem Wert „verzögert“ gekennzeichnet. Andernfalls wird die Sendeeinheit 12, 14 als „online“ gekennzeichnet.The data received from the transmission units 12, 14 can be checked in particular in two steps. In this case, it can first be checked whether a transmission unit 12, 14 is transmitting data at all. If this is not the case, the corresponding transmission unit is marked as "offline". If the data received by the transmission unit 12, 14 is only transmitted with a delay, the corresponding transmission unit 12, 14 is marked with the value “delayed”. Otherwise, the transmission unit 12, 14 is marked as “online”.

Anschließend können die Daten, die im ersten Schritt als „online“ oder „verzögert“ gekennzeichnet wurden, einer weiteren Prüfung unterzogen werden. Hierzu können beispielsweise zwei Prüfverfahren in der Datensteuerungseinheit 16 implementiert sein. Hierbei kann eine Prüfung nach Wertebereich sowie eine Selbstprüfung durch die Sendeeinheit 12, 14 (in der Regel das Treiber-Modul, das hierzu beispielsweise interne Informationen der Sendeeinheit 12, 14 auswerten kann) erfolgen. Alternativ hierzu kann auf eine externe Prüfung zurückgegriffen werden, um komplexere modellbasierte Verfahren zur Prüfung der Daten zu implementieren. Das externe Modul wertet dabei die empfangenen Daten aus und schickt die entsprechende Bewertung an die Datensteuerungseinheit 16 zurück. Die Prüffunktionen können optional auch miteinander kombiniert werden.The data that was marked as "online" or "delayed" in the first step can then be subjected to a further check. For this purpose, for example, two test methods can be implemented in the data control unit 16 . A check according to the value range and a self-check by the transmission unit 12, 14 (usually the driver module, which for this purpose can evaluate, for example, internal information from the transmission unit 12, 14). Alternatively, external validation can be used to implement more complex model-based data validation procedures. The external module evaluates the data received and sends the corresponding evaluation back to the data control unit 16 . The test functions can optionally also be combined with one another.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können mehrere Datensteuerungseinheiten 16 auf redundanter Hardware im System eingesetzt und in Redundanz-Gruppen zusammengefasst werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass mehrere Datensteuerungseinheiten 16 auf unterschiedlichen Hostsystemen zusammenarbeiten. In diesem Fall können Sendeeinheiten 12, 14 derselben Datengruppe im Rechnernetz verteilt werden. Falls eine Datensteuerungseinheit 16 ausfällt (beispielsweise durch einen Software-Fehler oder aufgrund des Ausfalls eines Hostsystems), so werden dessen Aufgaben von einer anderen Datensteuerungseinheit 16 aus derselben Redundanzgruppe übernommen. Ist eine Datensteuerungseinheit 16 zwar noch aktiv, kann aber Daten einer Datengruppe nicht mehr weiterleiten (beispielsweise weil alle Sendeeinheiten 12, 14 ausgefallen sind), kann eine andere Datensteuerungseinheit 16 auf einem anderen Hostsystem die fehlenden Daten ergänzen. Den einzelnen Datensteuerungseinheiten 16 können Prioritäten zugeordnet sein. Sind alle Sendeeinheiten 12, 14 aktiv und senden plausible Werte, wird die Datensteuerungseinheit 16 mit der höchsten Priorität zur Master-Einheit gewählt. Die übrigen Datensteuerungseinheiten 16 werden nur dann aktiv, falls die Master-Einheit dies explizit anordnet oder ausfällt.According to a preferred embodiment of the invention, several data control units 16 can be used on redundant hardware in the system and combined in redundancy groups. It can be provided that several data control units 16 work together on different host systems. In this case, transmission units 12, 14 of the same data group can be distributed in the computer network. If a data control unit 16 fails (for example due to a software error or due to the failure of a host system), its tasks are taken over by another data control unit 16 from the same redundancy group. If a data control unit 16 is still active but can no longer forward data from a data group (for example because all transmission units 12, 14 have failed), another data control unit 16 on another host system can supplement the missing data. Priorities can be assigned to the individual data control units 16 . If all transmission units 12, 14 are active and are sending plausible values, the data control unit 16 with the highest priority is selected as the master unit. The remaining data control units 16 only become active if the master unit explicitly orders this or if it fails.

In der 3 ist eine entsprechende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit mehreren Datensteuerungseinheiten 16a, 16b dargestellt. Die Datensteuerungseinheiten 16a, 16b sind auf unterschiedlichen Hostsystemen 20a, 20b verteilt. Zudem sind in dem in der 3 dargestellten System 10 zwei Empfangseinheiten 18a, 18b vorgesehen. Die beiden Datensteuerungseinheiten 16a, 16b empfangen jeweils Daten von den Sendeeinheiten 12, 14. Von den beiden Datensteuerungseinheiten 16a, 16b fungiert die erste Datensteuerungseinheit 16a als Master-Einheit, während die zweite Datensteuerungseinheit 16b als Slave-Einheit arbeitet. Solange beide Sendeeinheiten 12, 14 und beide Datensteuerungseinheiten 16a, 16b ordnungsgemäß funktionieren, überträgt die Master-Einheit (= erste Datensteuerungseinheit 16a) die von den Sendeeinheiten 12, 14 empfangenen Daten (vollständig oder teilweise) an die Empfangseinheiten 18a, 18b.In the 3 A corresponding embodiment of the present invention is shown with a plurality of data control units 16a, 16b. The data control units 16a, 16b are distributed on different host systems 20a, 20b. In addition, in the in the 3 system 10 shown, two receiving units 18a, 18b are provided. The two data control units 16a, 16b each receive data from the transmission units 12, 14. Of the two data control units 16a, 16b, the first data control unit 16a acts as a master unit, while the second data control unit 16b acts as a slave unit. As long as both transmitting units 12, 14 and both data control units 16a, 16b are functioning properly, the master unit (=first data control unit 16a) transmits the data received from the transmitting units 12, 14 (in full or in part) to the receiving units 18a, 18b.

In der 4 ist ein Szenario gezeigt, in dem die erste Sendeeinheit 12 ausgefallen ist. In diesem Fall werden nur noch Daten der zweiten Sendeeinheit 14 an die beiden Datensteuerungseinheiten 16a, 16b übertragen. Da die erste Datensteuerungseinheit 16a als Master-Einheit fungiert, überträgt diese die von der zweiten Sendeeinheit 14 empfangenen Daten an die beiden Empfangseinheiten 18a, 18b weiter.In the 4 a scenario is shown in which the first transmission unit 12 has failed. In this case, only data from the second transmission unit 14 is transmitted to the two data control units 16a, 16b. Since the first data control unit 16a acts as a master unit, it transmits the data received from the second transmitting unit 14 to the two receiving units 18a, 18b.

In der 5 ist ein weiteres Szenario dargestellt, in dem zwar beide Sendeeinheiten 12, 14 ordnungsgemäß Daten an die erste Empfangseinheit 18a und die zweite Empfangseinheit 18b übertragen. Jedoch ist in diesem Szenario die erste Datensteuerungseinheit 16a, welche ursprünglich als Master-Einheit ausgelegt war, ausgefallen. In diesem Szenario wird die zweite Datensteuerungseinheit 16b zur Master-Einheit ernannt und leitet die Daten der Sendeeinheit 12 an die Empfangseinheiten 18a, 18b weiter. Dabei kann vorgesehen sein, dass die zweite Datensteuerungseinheit 16b, die aufgrund des Ausfalls der ersten Datensteuerungseinheit 16a nun zur Master-Einheit ernannt wurde, solange als Master-Einheit fungiert, bis ein Ausfall der zweiten Datensteuerungseinheit 16b erfolgt. Alternativ hierzu kann es vorgesehen sein, dass die erste Datensteuerungseinheit 16a erneut die Aufgabe der Master-Einheit übernimmt, sobald die erste Datensteuerungseinheit 16a wieder ordnungsgemäß funktioniert.In the 5 another scenario is shown in which both transmitter units 12, 14 correctly transmit data to the first receiver unit 18a and the second receiver unit 18b. However, in this scenario the first data control unit 16a, which was originally designed as a master unit, has failed. In this scenario, the second data control unit 16b is appointed as the master unit and forwards the data from the transmitting unit 12 to the receiving units 18a, 18b. Provision can be made for the second data control unit 16b, which has now been appointed master unit due to the failure of the first data control unit 16a, to function as the master unit until the second data control unit 16b fails. As an alternative to this, provision can be made for the first data control unit 16a to assume the task of the master unit again as soon as the first data control unit 16a is functioning properly again.

In der 6 sind diverse Betriebsmodi einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 10 dargestellt. Dabei sind die Sendeeinheiten 12, 14 in einer Datengruppe 22 zusammengefasst. Die erste Datensteuerungseinheit 16a und die erste Empfangseinheit 18a sind auf einem ersten Hostsystem 20a angeordnet, während die zweite Datensteuerungseinheit 16b und die zweite Empfangseinheit 18b auf einem zweiten Hostsystem 20b angeordnet sind. Die erste Datensteuerungseinheit 16a und die zweite Datensteuerungseinheit 16b bilden gemeinsam eine Redundanzgruppe 24. Durch den Einsatz der Redundanzgruppe 24, die auf mehreren Hostsystemen 20a, 20b verteilt ist, entstehen keine „single point of failures“. Darüber hinaus können hierdurch die Ports mehrerer Computer genutzt werden, um beispielsweise dem System 10 weitere Sensoren hinzuzufügen. Die Datensteuerungseinheiten 16a, 16b einer solchen Redundanzgruppe 24 können untereinander Informationen zur Aktualität und Qualität der empfangenen Daten sowie der Zuverlässigkeit der Datensteuerungseinheiten 16a, 16b austauschen und entscheiden, welche Datensteuerungseinheit 16a, 16b welche der empfangenen Daten an die Empfangseinheiten 18a, 18b weiterleitet. Gemäß der vorliegenden Erfindung können beispielsweise die nachfolgenden drei Betriebsmodi vorgesehen sein, die in den 6(a) bis 6(c) abgebildet sind:

(1) Lokaler Bereitstellungsmodus: Jede Datensteuerungseinheit 16a, 16b leitet die empfangenen Daten an die Empfangseinheiten 18a, 18b auf demselben Hostsystem 20a, 20b weiter. Bei dieser Betriebsart wird die verfügbare Bandbreite geschont und die Latenz bei der Übertragung reduziert. Die Empfangseinheiten 18a, 18b erhalten jedoch unter Umständen unterschiedliche Werte.
(2) Master-Bereitstellungsmodus: Einer der Datensteuerungseinheiten 16a, 16b wird als Master-Einheit festgelegt und leitet die Daten direkt an alle Empfangseinheiten 18a, 18b.
(3) Verteilter Bereitstellungsmodus: Die als Master-Einheit ausgewählte Datensteuerungseinheit 16a, 16b leitet die empfangenen Daten nur einmal an die übrigen Datensteuerungseinheiten 16a, 16b derselben Redundanzgruppe 24 weiter. Die untergeordneten Datensteuerungseinheiten 16a, 16b verteilen die empfangenen Daten dann an die lokalen Empfangseinheiten 18a, 18b.

In the 6 Various operating modes of a further embodiment of the system 10 according to the invention are shown. In this case, the

transmission units

12 , 14 are combined in a data group 22 . The first data control unit 16a and the first receiving unit 18a are arranged on a first host system 20a, while the second data control unit 16b and the second receiving unit 18b are arranged on a second host system 20b. The first data control unit 16a and the second data control unit 16b together form a redundancy group 24. The use of the redundancy group 24, which is distributed over a number of

host systems

20a, 20b, does not result in any “single point of failures”. In addition, the ports of several computers can be used in this way, for example to add further sensors to the system 10 . The

data control units

16a, 16b of such a redundancy group 24 can exchange information about the topicality and quality of the received data and the reliability of the

data control units

16a, 16b and decide which

data control unit

16a, 16b forwards which of the received data to the receiving

units

18a, 18b. According to the present invention, for example, the following three modes of operation can be provided in the 6(a) until 6(c) are shown:

(1) Local delivery mode: Each data control unit 16a, 16b forwards the received data to the receiving units 18a, 18b on the same host system 20a, 20b. In this operating mode, the available bandwidth is spared and the latency during transmission is reduced. However, the receiving units 18a, 18b may receive different values.
(2) Master delivery mode: One of the data control units 16a, 16b is designated as the master unit and directly forwards the data to all receiving units 18a, 18b.
(3) Distributed provision mode: The data control unit 16a, 16b selected as the master unit forwards the received data only once to the other data control units 16a, 16b of the same redundancy group 24. The subordinate data control units 16a, 16b then distribute the received data to the local receiving units 18a, 18b.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Systems 10 liegt darin, dass die Konfiguration der Datensteuerungseinheiten 16a, 16b in einer Konfigurationsdatei festgelegt werden kann. Dadurch lassen sich Änderungen im laufenden Betrieb übernehmen. Es sind dadurch keine Anpassungen der Software erforderlich. Das System 10 ist flexibel einstellbar, so dass ggf. notwendige Änderungen durch einen Betreiber oder aber auch automatisch in Abhängigkeit von der aktuellen Betriebssituation erfolgen können.An advantage of the system 10 according to the invention is that the configuration of the data control units 16a, 16b can be defined in a configuration file. This allows changes to be applied during operation. This means that no adjustments to the software are required. The system 10 can be flexibly adjusted so that any necessary changes can be made by an operator or else automatically depending on the current operating situation.

In der 7 ist ein Beispiel für eine Implementierung des erfindungsgemäßen Systems 10 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das System 10 in ein Flugzeug 26 integriert. Das System 10 weist ein erstes Hostsystem 20a, ein zweites Hostsystem 20b und ein drittes Hostsystem 20c auf. Jedes der Hostsysteme 20a, 20b, 20c weist eine Datensteuerungseinheit 16a, 16b, 16c auf. Die einzelnen Datensteuerungseinheiten 16a, 16b, 16c empfangen und verarbeiten die Daten unterschiedlicher Sendeeinheiten 12, 14, 28. Die Datensteuerungseinheiten 16a, 16b, 16c sind dazu ausgelegt, das Flugzeug 26 im unbemannten Modus autonom zu steuern. Die Datensteuerungseinheiten 16a, 16b 16c sind über TCP/IP miteinander in einem Netzwerk verbunden. Die Datensteuerungseinheiten 16a, 16b sind redundant ausgeführt, d. h. die beiden Datensteuerungseinheiten 16a, 16b sind mit den gleichen Sensoren verbunden. Die dritte Datensteuerungseinheit 16c stellt den beiden Datensteuerungseinheiten 16a, 16b zusätzliche Daten zur Verfügung und übernimmt einige Sonderaufgaben, die jedoch für den Betreib des Flugzeugs 26 nicht zwingend erforderlich sind. Die von den Sendeeinheiten 12, 14, 28 empfangenen Daten werden von den Datensteuerungseinheiten 16a, 16b, 16c verwaltet und weitergeleitet. Die in der 7 abgebildeten Sendeeinheiten 12, 14, 28, 30, 32 sind in dargestellten Ausführungsbeispiel als IMUs ausgeführt. Jedes Hostsystem 20a, 20b, 20c verfügt über eine IMU 12, 14, 28, welche jeweils im Rumpf des Flugzeugs 26 angeordnet sind. Darüber hinaus ist an dem dritten Hostsystem 20c zusätzlich noch jeweils eine IMU 30, 32 an den Flügelspitzen des Flugzeugs 26 angeschlossen. Die IMUs 30, 32 an den Flügelspitzen werden nicht von den Datensteuerungseinheiten 16a, 16b, 16c verwaltet. Die Datensteuerungseinheiten 16a, 16b, 16c sind in einer Redundanzgruppe 24 zusammengefasst und tauschen untereinander Informationen über den Zustand der IMUs sowie der Datensteuerungseinheiten 16a, 16b, 16c aus. Die Daten in dem Flugzeug 26 können beispielsweise über shared memory auf demselben Hostsystem ausgetauscht werden oder im Netzwerk über DDS versendet werden.In the 7 an example of an implementation of the system 10 according to the invention is shown. In this embodiment, the system 10 is integrated into an aircraft 26 . The system 10 includes a first host system 20a, a second host system 20b and a third host system 20c. Each of the host systems 20a, 20b, 20c has a data control unit 16a, 16b, 16c. The individual data control units 16a, 16b, 16c receive and process the data from different transmission units 12, 14, 28. The data control units 16a, 16b, 16c are designed to control the aircraft 26 autonomously in the unmanned mode. The data control units 16a, 16b, 16c are connected to one another in a network via TCP/IP. The data control units 16a, 16b are redundant, ie the two data control units 16a, 16b are connected to the same sensors. The third data control unit 16c makes additional data available to the two data control units 16a, 16b and takes on some special tasks which, however, are not absolutely necessary for the operation of the aircraft 26. The data received by the transmission units 12, 14, 28 are managed and forwarded by the data control units 16a, 16b, 16c. The one in the 7 The transmission units 12, 14, 28, 30, 32 shown are designed as IMUs in the exemplary embodiment shown. Each host system 20a, 20b, 20c has an IMU 12, 14, 28 located in the fuselage of the aircraft 26, respectively. In addition, an IMU 30, 32 is connected to the wing tips of the aircraft 26 on the third host system 20c. The IMUs 30, 32 at the wingtips are not managed by the data control units 16a, 16b, 16c. The data control units 16a, 16b, 16c are combined in a redundancy group 24 and exchange information about the status of the IMUs and the data control units 16a, 16b, 16c with one another. The data in the aircraft 26 can, for example, be exchanged via shared memory on the same host system or sent in the network via DDS.

In der 8 ist die Weiterleitung der Daten im normalen Betrieb dargestellt. Dabei sind im ersten Hostsystem 20a zwei Module 18al, 18a2 einer ersten Empfangseinheit vorgesehen. Im zweiten Hostsystem 20b sind zwei Module 18b1, 18b2 einer zweiten Empfangseinheit vorgesehen. Schließlich verfügt das dritte Hostsystem 20c über eine dritte Empfangseinheit 18c. Wie in der 8 gezeigt, leitet die erste Datensteuerungseinheit 16a die Daten an die Module 18al, 18a2, 18b1, 18b2, 18c der Empfangseinheiten weiter. Die Sendeeinheiten 12, 14, 28 (= IMUs) sind Teil derselben Datengruppe, senden aber jeweils nur an die entsprechende lokale Datensteuerungseinheit 16a, 16b, 16c. In der gezeigten Konfiguration haben die Datensteuerungseinheiten 16a, 16b, 16c derselben Redundanzgruppe 24 nur Zugriff auf die Daten einer einzelnen Sendeeinheit 12, 14, 28. Fällt eine Sendeeinheit 12, 14, 28 oder eine Datensteuerungseinheit 16a, 16b, 16c aus, so wird automatisch eine andere Datensteuerungseinheit 16a, 16b, 16c als Master-Einheit ausgewählt und leitet die Daten der lokal angeschlossenen IMUs 12, 14, 28 weiter.In the 8th shows the forwarding of the data in normal operation. Two modules 18a1, 18a2 of a first receiving unit are provided in the first host system 20a. Two modules 18b1, 18b2 of a second receiving unit are provided in the second host system 20b. Finally, the third host system 20c has a third receiving unit 18c. Like in the 8th shown, the first data control unit 16a forwards the data to the modules 18a1, 18a2, 18b1, 18b2, 18c of the receiving units. The transmission units 12, 14, 28 (=IMUs) are part of the same data group, but only transmit to the corresponding local data control unit 16a, 16b, 16c. In the configuration shown, the data control units 16a, 16b, 16c of the same redundancy group 24 only have access to the data of a single transmission unit 12, 14, 28. If a transmission unit 12, 14, 28 or a data control unit 16a, 16b, 16c fails, then automatically another data control unit 16a, 16b, 16c is selected as the master unit and forwards the data of the locally connected IMUs 12, 14, 28.

Zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung wurde vorstehend im Zusammenhang mit den Figuren teilweise sehr konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Dennoch wird es als selbstverständlich angesehen, dass die Figuren sowie die Figurenbeschreibung den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken. Der Schutzumfang wird hingegen durch die nachfolgenden Patentansprüche definiert.To illustrate the present invention, some very specific exemplary embodiments of the invention have been described above in connection with the figures. Nevertheless, it is taken for granted that the figures and the description of the figures do not limit the scope of protection of the present invention. The scope of protection, however, is defined by the following patent claims.

BezugszeichenlisteReference List

1010: Systemsystem
1212: erste Sendeeinheitfirst transmission unit
1414: zweite Sendeeinheitsecond transmission unit
1616: Datensteuerungseinheitdata control unit
16a16a: erste Datensteuerungseinheitfirst data control unit
16b16b: zweite Datensteuerungseinheitsecond data control unit
16c16c: dritte Datensteuerungseinheitthird data control unit
1818: Empfangseinheitreceiving unit
18a18a: erste Empfangseinheitfirst receiving unit
18b18b: zweite Empfangseinheitsecond receiving unit
18c18c: dritte Empfangseinheitthird receiving unit
18a118a1: erstes Modul der ersten Empfangseinheitfirst module of the first receiving unit
18a218a2: zweites Modul der ersten Empfangseinheitsecond module of the first receiving unit
18b118b1: erstes Modul der zweiten Empfangseinheitfirst module of the second receiving unit
18b218b2: zweites Modul der zweiten Empfangseinheitsecond module of the second receiving unit
20a20a: erstes Hostsystemfirst host system
20b20b: zweites Hostsystemsecond host system
20c20c: drittes Hostsystemthird host system
2222: Datengruppedata group
2424: Redundanzgrupperedundancy group
2626: FlugzeugAirplane
2828: dritte Sendeeinheitthird transmission unit
3030: vierte Sendeeinheitfourth transmission unit
3232: fünfte Sendeeinheitfifth transmission unit
100100: Verfahrenprocedure
110110: erster Verfahrensschrittfirst step in the process
120120: zweiter Verfahrensschrittsecond process step
130130: dritter Verfahrensschrittthird step

Claims

Method for efficiently controlling redundant data in a distributed system (10), in particular in a distributed robot system, comprising the following steps: - Transmission of data between at least two transmitter units (12, 14) and at least one receiver unit (18) via at least one data control unit (16), the data transmission between the transmitter units (12, 14) and the at least one receiver unit (18) comprising the following: - Transmission of redundant data from the at least two transmission units (12, 14) to the at least one data control unit (16); - Evaluation of the data received from the transmitting units (12, 14) by the data control unit (16); and - Transmission of the received data from the at least one data control unit (16) to at least one receiving unit (18), the data being transmitted as a function of the evaluation result and the data being transmitted either completely or partially.

procedure after claim 1 , characterized in that - the evaluation of the data received from the transmission units (12, 14) by the data control unit (16) includes the determination of a reliability value for each of the transmission units (12, 14); and - the received data are transmitted from at least one data control unit (16) to at least one receiving unit (18) as a function of the reliability values determined.

procedure after claim 2 , characterized in that when determining the reliability values, the frequency of the data received by each transmission unit (12, 14) is determined in a predetermined period of time and the respective reliability values are determined as a function of the determined frequencies.

Procedure according to one of claims 2 or 3 , characterized in that - when determining the reliability values, a plausibility check and/or a value range check is carried out; and - the received data are transmitted from at least one data control unit (16) to at least one receiving unit (18) as a function of the reliability values determined.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that - in the method at least two data control units (16a, 16b) are provided; and - the redundant data is transmitted from the transmission units (12, 14) to at least two data control units (16a, 16b).

procedure after claim 5 , characterized in that the data control units (16a, 16b) are designed to communicate with each other via a common communication channel.

Procedure according to one of Claims 5 or 6 , characterized in that the data control units (16a, 16b) are configured as master and slave units, at least one master unit being adapted to transmit the data received from the transmission units (12, 14). to transmit at least one receiving unit (18).

procedure after claim 7 , characterized in that the activity of the data control units (16a, 16b) is monitored and that a data control unit (16a, 16b) previously categorized as a master unit is reconfigured into a slave unit if the monitoring of the data control units (16a, 16b) result has that the data control unit (16a, 16b) previously configured as the master unit is inactive.

System for efficiently controlling redundant data in a distributed system, in particular in a distributed robotic system - At least two transmission units (12, 14), wherein at least two of the transmission units (12, 14) are designed to provide redundant data; - At least one data control unit (16) which is designed to receive and evaluate the data provided by the transmission units (12, 14); wherein the data control unit (16) is also designed to forward the received data depending on the evaluation; - At least one receiving unit (18) which is designed to receive the data from the data control unit (16).

system after claim 9 , characterized in that the data control unit (16) is designed to determine reliability values for each of the transmitting units and to forward the data received from the transmitting units (12, 14) to at least one receiving unit (18) as a function of the determined reliability values.

system according to one of the claims 9 or 10 , characterized by at least one second data control unit (16a, 16b).

system after claim 11 , characterized in that the at least two data control units (16a, 16b) exchange data with one another via a common communication channel, the data exchanged having in particular status data on the data control units (16a, 16b).