El Protocolo de activación por tiempo (TTP) es un protocolo de red informática abierto para sistemas de control . Fue diseñado como un bus de campo activado por tiempo para vehículos y aplicaciones industriales. [1] y estandarizado en 2011 como SAE AS6003 (Protocolo de comunicación TTP). Los controladores TTP ( AS8202 ) han acumulado más de 500 millones de horas de vuelo en aplicaciones comerciales de aviación DAL A , en generación de energía, controles ambientales y de vuelo . TTP se utiliza en FADEC y controles aeroespaciales modulares , y computadoras de vuelo.. Además, los dispositivos TTP han acumulado más de mil millones de horas operativas en aplicaciones de señalización ferroviaria SIL4 .
Historia
TTP se diseñó originalmente en la Universidad Tecnológica de Viena a principios de la década de 1980. En 1998 TTTech Computertechnik AG se hizo cargo del desarrollo de TTP, proporcionando productos de software y hardware. Los chips de controlador de comunicación TTP e IP están disponibles en fuentes que incluyen austriamicrosystems , ON Semiconductor y ALTERA . [ cita requerida ]
Definición
TTP es un bus de campo de 4 a 25 Mbit / s activado por tiempo de dos canales. Puede operar usando uno o ambos canales con una velocidad máxima de datos de 2x 25 Mbit / s. Con datos replicados en ambos canales, se admite la comunicación redundante [ cita requerida ] .
Como protocolo de activación por tiempo tolerante a fallas, TTP proporciona transporte de mensajes autónomo tolerante a fallas en momentos conocidos y con un jitter mínimo mediante el empleo de una estrategia TDMA ( acceso múltiple por división de tiempo ) en los canales de comunicación replicados. TTP ofrece sincronización de reloj tolerante a fallas que establece la base de tiempo global sin depender de un servidor de hora central [ cita requerida ] .
TTP proporciona un servicio de membresía para informar a cada nodo correcto sobre la consistencia de la transmisión de datos. Este mecanismo puede verse como un servicio de reconocimiento distribuido que informa a la aplicación de inmediato si se ha producido un error en el sistema de comunicación. Si se pierde la coherencia del estado, la aplicación se notifica de inmediato.
Además, TTP incluye el servicio de evitación de camarillas para detectar fallas fuera de la hipótesis de falla, que no se pueden tolerar a nivel de protocolo.
Aplicaciones críticas
TTP se utiliza a menudo en aplicaciones de comunicación de datos de misión crítica donde la operación determinista es un requisito. Estas operaciones incluyen la gestión de motores de aeronaves y otras aplicaciones aeroespaciales. En estas aplicaciones, las redes TTP a menudo se operan como redes separadas con dispositivos de interfaz de hardware AS8202NF separados y configuraciones separadas, pero coordinadas.
El protocolo TTP ofrece la característica única de que todos los nodos de una red sepan, al mismo tiempo, cuando cualquier otro nodo no se comunica o envía datos no fiables. El estado de cada nodo se actualiza en todos los nodos varias veces por segundo.
Detalles técnicos
La comunicación de datos en TTP se organiza en rondas TDMA. Una ronda TDMA se divide en ranuras. Cada nodo tiene una ranura de envío y debe enviar tramas en cada ronda. El tamaño de la trama asignado a un nodo puede variar de 2 a 240 bytes de longitud, y cada trama suele llevar varios mensajes. El ciclo del clúster es una secuencia recurrente de rondas TDMA; en diferentes rondas se pueden transmitir diferentes mensajes en las tramas, pero en cada ciclo de grupo se repite el conjunto completo de mensajes de estado. Los datos están protegidos por un CRC ( verificación de redundancia cíclica ) de 24 bits . La programación se almacena en MEDL (Lista de descriptores de mensajes) dentro del controlador de comunicación.
ESPACIO
Hay una (1) ranura para cada nodo en una red TTP. Un nodo siempre transmite datos (parámetros) durante su ranura, incluso si el nodo no tiene datos para enviar. Sin embargo, un nodo solo transmitirá los parámetros que está configurado para enviar para la RONDA específica en la que se encuentra la ranura. Un nodo puede transmitir los parámetros 1,2,3 en su RANURA durante la RONDA xy los parámetros 4,5,6 en su RANURA durante la RONDA y.
La ranura para un nodo se determina cuando la red TTP se diseña utilizando utilidades basadas en PC TTP Plan y TTP Build. La definición que hace que el AS8202NF transmita datos o parámetros específicos para una RANURA y REDONDA dadas está contenida en el MEDL.
REDONDO
El TTP Round tiene una ranura para cada nodo en la red TTP. El número de RONDAS en CLUSTER CYCLE se define utilizando las utilidades basadas en PC TTP Plan y TTP Build. Esta información también está contenida en el MEDL.
Las rondas existen porque no se requiere que un nodo transmita todos sus parámetros durante su ranura. Para distribuir el ancho de banda entre los nodos, cada nodo transmite los parámetros seleccionados en diferentes RONDAS.
Ciclo de clúster
Un ciclo de clúster se define como una serie de rondas. Todos los nodos han transmitido todos sus parámetros al final de un ciclo de clúster. El ciclo de clúster se define como el que comienza con el primer bit del primer intervalo de la primera ronda.
Equilibrar nodos, ranuras y ciclos de clústeres
El número de ranuras se define por el número de nodos en la red TTP. Sin embargo, el diseñador de la red determina el número de rondas mediante las utilidades TTP Plan y TTP Build.
Sincronización de reloj
La sincronización del reloj proporciona a todos los nodos un concepto de tiempo equivalente. Cada nodo mide la diferencia entre el tiempo esperado conocido a priori y el tiempo observado de llegada de un mensaje correcto para conocer la diferencia entre el reloj del remitente y el reloj del receptor. Un algoritmo promedio tolerante a fallas necesita esta información para calcular periódicamente un término de corrección para el reloj local de modo que el reloj se mantenga sincronizado con todos los demás relojes del grupo.
Membresía y reconocimiento
El Protocolo de activación por tiempo intenta transmitir datos de manera consistente a todos los nodos correctos del sistema distribuido y, en caso de falla, el sistema de comunicación intenta decidir qué nodo está defectuoso. Estas propiedades se logran mediante el protocolo de pertenencia y un mecanismo de reconocimiento.
Requisitos de configuración
Cada nodo conectado a una red TTP debe tener conjuntos de datos de configuración residentes antes del inicio de la red TTP. El número mínimo de conjuntos de datos para cada nodo es dos (2). Consulte la sección de hardware y AS8202NF (a continuación). Cada nodo necesita conocer la configuración de todos los demás nodos de la red TTP. Por esta razón, los nodos activos no pueden unirse a una red existente sin la actualización de los conjuntos de datos de configuración de todos los nodos de la red.
Conjuntos de datos de configuración típicos para cada nodo:
- TASM para AS8202NF (permite el uso de MEDL)
- MEDL o Lista de descriptores de mensajes para AS8202NF (define los datos que se intercambiarán entre todos los nodos)
- Configuración de la plataforma informática. (define los datos esperados y su utilización)
Los conjuntos de datos TASM y MEDL son creados por los servicios públicos TTP Plan y TTP Build proporcionados por TTTech. El tercer conjunto de datos a menudo lo crea el cliente y es específico de la plataforma y la aplicación.
Hardware
La interfaz a una red TTP requiere el uso del dispositivo AS8202NF. [2] Este dispositivo funciona entre la plataforma informática y la red TTP. Se requiere que el AS8202NF se cargue con un conjunto de datos de configuración TASM (Ensamblador TTP) y MEDL (Lista de descriptores de mensajes) antes de la operación.
El AS8202NF se comunicará en una (1) o dos (2) redes TTP.
No es posible diseñar e implementar una red TTP simplemente comprando el dispositivo AS8202NF. Cada diseño requiere licencia y herramientas de configuración de TTTech o de terceros.
Aplicaciones comerciales
TTP se ha integrado en varias aplicaciones comerciales.
Soluciones de señalización ferroviaria
El sistema de enclavamiento electrónico “LockTrac 6131 ELEKTRA” fue diseñado con la cooperación de la división de Soluciones de Señalización Ferroviaria de Thales y TTTech [ cita requerida ] .
LockTrac 6131 ELEKTRA es un sistema de enclavamiento electrónico que proporciona los niveles más altos de seguridad y disponibilidad. El sistema está homologado según las normas CENELEC con nivel de integridad de seguridad 4 ( SIL4 ) y ofrece funciones básicas de enclavamiento, control local y remoto, operación automática del tren, funcionalidad de bloque integrado y un sistema de diagnóstico integrado. LockTrac 6131 tiene dos canales de software con software diverso, para garantizar los altos requisitos de seguridad. Antes de transmitirse externamente, los datos se verifican en el canal de seguridad. Un dispositivo de diagnóstico guarda toda la información relevante para permitir un mantenimiento eficiente en caso de falla [ cita requerida ] .
FADEC
El sistema se ha utilizado para FADEC (Full Authority Digital Control de Motor) sistemas [ cita requerida ] . El FADEC basado en Modular Aerospace Control (MAC) para Aermacchi M346 es escalable, adaptable y tolerante a fallas. El habilitador tecnológico clave en este nuevo FADEC es el uso de TTP para la comunicación entre módulos. TTP elimina las complejas interdependencias entre los módulos, simplificando el desarrollo inicial de la aplicación, así como los cambios y actualizaciones en servicio. Permite que todos los módulos de un sistema vean todos los datos todo el tiempo, lo que garantiza un alojamiento de fallas sin problemas sin una lógica compleja de cambio de canal [ cita requerida ] .
El control aeroespacial modular (MAC) basado en TTP, que es parte del sistema de control de motor digital de autoridad total (FADEC) F110 de General Electric , está integrado en el avión de combate Lockheed Martin F-16 . TTP, que se utiliza como bus de fondo, admite altos niveles de seguridad del motor, disponibilidad operativa y reducción del costo del ciclo de vida. Una ventaja significativa es que toda la información en el bus está disponible para ambos canales FADEC simultáneamente [ cita requerida ] .
Sistemas ambientales y de generación de energía
Para el Airbus A380, TTTech desarrolló el sistema de comunicación interna para el sistema de control de presión de la cabina, en colaboración con Nord-Micro, una subsidiaria de Hamilton Sundstrand Corporation [ cita requerida ] .
En cooperación con Hamilton Sundstrand Corporation , TTTech desarrolló una plataforma de comunicación de datos basada en TTP para el sistema de control eléctrico y ambiental del Boeing 787 Dreamliner. La plataforma de comunicación diseñada por TTP evita una sobrecarga en el sistema de bus, incluso si ocurren varios eventos importantes simultáneamente. Además, los sistemas basados en TTP pesan menos que los sistemas convencionales debido a un menor número de conectores y menos cableado [ cita requerida ] . Además, todo el sistema es más flexible y tiene una mayor modularidad que los sistemas de comunicación convencionales.
Vehículos autónomos
Los dos vehículos robóticos del Equipo Rojo que competían en el Gran Desafío DARPA 2005 se implementaron con tecnología "drive-by-wire", en la que las computadoras a bordo controlaban la dirección, el frenado y otros movimientos. Tres unidades TTC 200 basadas en TTP controlaban el freno de estacionamiento y las funciones de aceleración y transmisión, y una caja TTP-By-Wire controlaba el freno de servicio del H1 Hummer H1ghlander. Las modificaciones drive-by-wire controlaron la aceleración, el frenado y el cambio de Sandstorm [ cita requerida ] .
Ver también
Referencias
- ^ Kopetz, Herman; Grunsteidl, Gunter (1993-06-22 - 1993-06-24), "TTP - Un protocolo activado por tiempo para sistemas de tiempo real tolerantes a fallas", FTCS-23. El Vigésimo Tercer Simposio Internacional sobre Computación Tolerante a Fallas, Recopilación de artículos , Toulouse, Francia: IEEE, págs. 524–533, doi : 10.1109 / FTCS.1993.627355 , 0-8186-3680-7 Verifique los valores de fecha en:
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( ayuda ) - ^ http://www.ams.com/eng/Products/Sensor-Interfaces/Industrial-Bus/AS8202NF
enlaces externos
- Documentación de TTP
- TTTech