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JP2003507790A - 分散型コンピュータ・システムおよびこのシステムのディストリビュータ・ユニットにおける耐故障性能を向上させる方法 - Google Patents

分散型コンピュータ・システムおよびこのシステムのディストリビュータ・ユニットにおける耐故障性能を向上させる方法

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JP2003507790A
JP2003507790A JP2001517259A JP2001517259A JP2003507790A JP 2003507790 A JP2003507790 A JP 2003507790A JP 2001517259 A JP2001517259 A JP 2001517259A JP 2001517259 A JP2001517259 A JP 2001517259A JP 2003507790 A JP2003507790 A JP 2003507790A
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distributor
computer
remote computer
time
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JP2001517259A
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JP2003507790A5 (ja
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コペッツ、ヘルマン
コペッツ、ゲオルク
Original Assignee
エフテーエス コンピューターテヒニク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング
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Publication date
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    • G06F11/16—Error detection or correction of the data by redundancy in hardware
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    • G06F11/2002—Error detection or correction of the data by redundancy in hardware using active fault-masking, e.g. by switching out faulty elements or by switching in spare elements where interconnections or communication control functionality are redundant
    • G06F11/2005—Error detection or correction of the data by redundancy in hardware using active fault-masking, e.g. by switching out faulty elements or by switching in spare elements where interconnections or communication control functionality are redundant using redundant communication controllers
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    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
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Abstract

(57)【要約】 複数の遠隔通信コンピュータ（１１１、．．．１１４）がディストリビュータ・ユニット（１０１，１０２）を介して接続され、各遠隔コンピュータが対応の通信チャンネルと接続する独立の通信コントローラを有し、通信チャンネル（１２１）へのアクセスが巡回時分割多重アクセス方法で行われる耐故障性分散型コンピュータ・システムの遠隔通信コンピュータ・システムの時間領域における耐故障性能を向上させる方法。先験的に公知の、遠隔コンピュータの適正伝送挙動により、少なくとも１つのディストリビュータ・ユニットの作用下に、遠隔コンピュータは静的に割り当てられたタイム・スライス以内でのみ、他の遠隔コンピュータに伝送可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、複数の遠隔通信コンピュータがディストリビュータ・ユニットを介
して接続され、各遠隔コンピュータが対応の通信チャンネルと接続する独立の通
信コントローラを有し、通信チャンネルへのアクセスが巡回時分割多重アクセス
方法で行われる耐故障性分散型コンピュータ・システムの遠隔通信コンピュータ
・システムの時間領域における耐故障性能を向上させる方法に係わる。本発明は
また、複数の遠隔通信コンピュータがディストリビュータ・ユニットを介して接
続され、各遠隔コンピュータが通信チャンネルとの対応の接続手段を備えた独立
の通信コントローラを有し、通信チャンネルへのアクセスが巡回時分割多重アク
セス方法で行われる耐故障性分散型コンピュータ・システムの遠隔通信コンピュ
ータ・システムの時間領域における耐故障性能を向上させるための、集積ガーデ
ィアンを有するディストリビュータ・ユニットにも係わる。
【０００２】 安全性が重視される技術的用途、即ち、故障が惨事につながるような用途では
、分散型耐故障性リアルタイム・コンピュータ・システムによる管理が普及しつ
つある。
【０００３】 多数の遠隔通信コンピュータとリアルタイム通信システムから成る分散型耐故
障性リアルタイム・コンピュータ・システムにおいては、遠隔コンピュータの故
障に耐えねばならない。このようなコンピュータ構造の心臓部には、予想通りに
迅速且つ確実にメッセージ交換するための耐故障性リアルタイム通信システムが
存在する。
【０００４】 これらの条件を満たす通信プロトコルの１例はＥＰ０６５８２５７Ａ（ＷＯ９
４／０６０８０）に記述されている。このプロトコルは“Ｔｉｍｅ−Ｔｒｉｇｇ
ｅｒｅｄ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ／Ｃ（ＴＴＰ／Ｃ）”の名称で知られている。この
プロトコルは公知のタイム・スライスによる巡回時分割多重アクセス方法（ＴＤ
ＭＡ）方法に基づいている。ＴＴＰ／ＣプロトコルはＵＳ ４，８６６，６０６
Ａに開示されている耐故障性クロック同期方法を採用している。
【０００５】 ＴＴＰ／Ｃプロトコルは、通信システムが論理ブロードキャスト・トポロジー
をバックアップし、遠隔通信コンピュータが“フェール・サイレンス”（Ｋｏｐ
ｅｔｓ、ｐ． １２１）故障挙動を示す。即ち、遠隔コンピュータが値域に関し
ても時間領域に関しても正常に機能するか、さもなければサイレント状態となる
。このことはボストンのＫｌｕｗｅｒ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒ
ｓから刊行されたＫｏｐｅｔｚ，Ｈ． （１９９７）の論文“Ｒｅａｌ−Ｔｉｍ
ｅＳｙｓｔｅｍ， Ｄｅｓｉｇｎ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｆｏｒ Ｄｉｓｔｒｉ
ｂｕｔｅｄ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”；ＩＳＢＮ：０−
７９２３−９８９４−７に開示されている。時間領域に関する故障、即ち、いわ
ゆる“バブリング・イディオット”（Ｋｏｐｅｔｚ，ｐ．１３０）の防止は、Ｔ
ＴＰ／Ｃプロトコルでは、独自のタイムベースを有し、遠隔コンピュータの時間
的挙動を絶えずチェックする独立した故障認識ユニット、いわゆる“ガーディア
ン”によって達成される。耐故障性を達成するため、いくつかのフェール・サイ
レント遠隔コンピュータを耐故障性ユニット（ＦＴＵ）にまとめ、通信システム
を複製する。ＦＴＵのうちの１つの遠隔コンピュータと１つの通信システム複製
が機能している限り、時間領域および値域に関してＦＴＵのサービスが正しく提
供される。
【０００６】 通信の論理ブロードキャスト・トポロジーは、分散型バス・システム、分散型
リング・システム、またはディストリビュータ・ユニット、例えば、遠隔コンピ
ュータと２点間接続する星型カプラー、またはこれらのトポロジーの組合せによ
って物理的に構成することができる。もし分散型バス・システムまたは分散型リ
ング・システムを構成するなら、それぞれの遠隔コンピュータが独自のガーディ
アンを具えねばならない。これに対して、ディストリビュータ・ユニットを採用
すれば、すべてのガーディアンをこのディストリビュータ・ユニットに集積する
ことができ、その結果、すべての遠隔コンピュータの挙動が広域規模で観察され
るから、時間領域に関して伝送挙動を効果的に向上させることができる。本発明
はこのようなディストリビュータ中へのガーディアン集積にも係わる。
【０００７】 集積ガーディアンを含むこのようなディストリビュータには下記のような利点
がある： （ｉ） ディストリビュータ・ユニットに遠隔コンピュータを２点間接続するこ
とによって、広域規模の重大な故障につながる故障領域が狭められる。即ち、２
点間接続へのＥＭＩ（電磁妨害雑音）に起因する故障をはっきりと１つの遠隔コ
ンピュータに割当てることができ、広域的に影響することがない。
【０００８】 （ｉｉ）複製された広域規模ディストリビュータ・ユニットは保護エリアに間隔
を保って設置することができ、その構造は物理的にコンパクトである。
【０００９】 （ｉｉｉ）ディストリビュータ・ユニットに集積されたガーディアンは、個々の
遠隔コンピュータに装備されるガーディアンに代わって機能する。これにより、
ガーディアン・オッシレータのような遠隔コンピュータ用のハードウェアが不要
になる。
【００１０】 （ｉｖ）物理的な２点間接続はオプチカルファイバの導入にも好適であり、より
線のインピーダンス整合にも好都合である。
【００１１】 本発明の１つの目的は、分散型時間制御コンピュータ・システムの耐故障性を
向上させると共にコストを軽減することにある。
【００１２】 この目的は本発明の上記方法によって達成される。即ち、本発明では、先験的
に公知の、遠隔コンピュータの適正伝送挙動により、少なくとも１つのディスト
リビュータ・ユニットの作用下に、遠隔コンピュータは静的に割り当てられたタ
イム・スライス以内でのみ、他の遠隔コンピュータに伝送可能となる。
【００１３】 インテリジェント・ディストリビュータ・ユニット中に“ガーディアン”を集
積することにより、遠隔コンピュータの“バブリング・イディオット”故障、即
ち、適切でない時間にメッセージを伝送するのを防止することができる。
【００１４】 上記目的はまた、上記ディストリビュータ・ユニットによって達成される。即
ち、本発明では、先験的に公知の、遠隔コンピュータの適正伝送挙動により、少
なくとも１つのディストリビュータ・ユニットの作用下に、遠隔コンピュータは
統計的に割り当てられたタイム・スライス以内でのみ、他の遠隔コンピュータに
伝送可能となる。
【００１５】 ディストリビュータ・ユニットは、個々の遠隔コンピュータの伝送時間許可に
関する静的な先験的情報と、時間制御通信システムのメッセージによるディスト
リビュータの動的同期化との組合せの評価に基づいて機能する。
【００１６】 本発明の詳細を、上記以外の利点と共に、添付図面に示す実施例に基づいて以
下に説明する。
【００１７】 ２つの複製ディストリビュータ・ユニットを介して接続された４つの遠隔コン
ピュータから成る本発明の実施例を以下に説明する。尚、３桁の参照番号の最初
の数字は図面の番号を表す。
【００１８】 図１は４つの遠隔通信コンピュータ１１１、１１２、１１３および１１４から
成るシステムを示し、各遠隔コンピュータは交換可能なユニットを形成し、２点
間接続１２１を介して２つの複製ディストリビュータ・ユニット１０１および１
０２のそれぞれと接続する。第１ディストリビュータ・ユニット１０１から、単
向性通信チャンネル１５１が第２ディストリビュータ・ユニット１０２に達して
いる。逆に、ディストリビュータ・ユニット１０２から、単向性通信チャンネル
１５２がディストリビュータ・ユニット１０１に達している。これらの単向性通
信チャンネルを介して、第１ディストリビュータ・ユニット１０１は第２ディス
トリビュータ・ユニット１０２におけるトラフィックを観察することができ、こ
の逆も可能であり、第１ディストリビュータ・ユニット１０１は自体の接続１２
１においてメッセージ・トラフィックが存在しなければ、コールド・スタートま
たはクロック同期化を行うことができる。図示の接続１４１および１４２は専用
通信チャンネルであり；（図示しないが）メンテナンス・コンピュータに達して
おり、このメンテナンス・コンピュータはディストリビュータ・ユニットのパラ
メータを設定することができ、ディストリビュータ・ユニットの正しい機能を絶
えずモニターすることができる。
【００１９】 図２は遠隔通信コンピュータ１１１の内部構成を示す。この遠隔通信コンピュ
ータ１１１は２つのサブシステム、即ち、（図１の１２１に対応する）複製通信
チャンネル２０１および２０２と接続する通信コントローラ２１０と、遠隔コン
ピュータの利用者プログラムを実行するホスト・コンピュータ２２０とから成る
。これら両サブシステムは通信ネットワーク・インターフェース（ＣＮＩ）２４
１および信号線２４２を介して互いに接続している。インターフェース２４１は
、両サブシステムがアクセスできるメモリー（デュアル・ポートＲＡＭ＝ＤＰＲ
ＡＭ）を含む。両サブシステムはこの共通メモリーとインターフェース２４１を
介して通信データを交換する。信号線２４２は同期化された時間信号を搬送する
機能を果たす。この信号線の詳細はＵＳ４，８６６，６０６Ａに記述されている
。独立的に作用する通信コントローラ２１０は通信制御ユニット２１１と、メッ
セージの送受信が必要な時刻を指示するデータ構造２１２とを有する。データ構
造２１２はメッセージ記述子リスト（ＭＥＤＬ）と呼称される。
【００２０】 図３は集積ガーディアンを有するディストリビュータ・ユニットの構造を示す
。このディストリビュータ・ユニットは入力ポート３１１、出力ポート３１２、
データ・ディストリビュータ３３０および制御コンピュータ３４０から成る。（
図１の１２１に対応する）遠隔コンピュータのデータ接続３０９はディストリビ
ュータ・ユニットの入力ポート３１１および出力ポート３１２に至る。データ接
続３０２，３０３および３０４についても同様である。単向性通信線の場合、こ
れら両ポート３１１および３１２はデータ接続３０１を有する遠隔コンピュータ
の対応ポートとそれぞれ別々に接続することもできる。それぞれの入力ポート３
１１には、公知のフィルタおよび（必要なら）分圧器のほかに、信号線３１４を
介してディストリビュータ・ユニットの制御コンピュータ３４０によって作動さ
せることができ、このポートにおいて受信すべき時を制御コンピュータ３４０に
指示するスイッチ３１３が存在する。入力ポート３１１に入力されたデータはデ
ータ・ディストリビュータ３３０を介して出力ポート３１２、制御コンピュータ
３４０（データ線３３１を介して）、およびその他のディストリビュータ・ユニ
ット（チャンネル３５１を介して）にリレーされる。制御コンピュータ３４０は
直列Ｉ／Ｏチャンネルをも有し、このチャンネルを介して図４に示すような静的
データ構造を搬送することができ、これにより、制御コンピュータ３４０の状態
に関する診断リポートをメンテナンス・コンピュータへ周期的に伝送する。必要
ならば、出力に先立って、線３１２上のデータを増幅することができる。増幅器
は公知の部品であり、図３では省略されている。
【００２１】 図４は制御コンピュータ３４０が利用できる、伝送前のデータ構造を示す。こ
のデータ構造はディストリビュータ・ユニットの各ポートまたは遠隔コンピュー
タ１１１，１１２，１１３，１１４のための特定データ記録４１１，４１２，４
１３，４１４を含む。このデータ記録４０１の第１欄には、このデータ記録が属
するポート番号が記入される。第２欄には、リストＭＥＤＬ ２１２に記入され
るポートと連携するノードの送信時間長さが記入される。第３欄４０３には、こ
のポートと連携するノードの現送信が終了してからこのポートと連携するノード
の次の送信が始まるまでのタイムインターバルの長さが記入される。第４欄４０
４には、次のポートの番号が記入される。第５欄４０５には、現送信が終了して
から次のポートにおけるノードの送信が始まるまでのタイムインターバルの長さ
が記入される。欄４０６には、現ポートにおいて受信できる初期化メッセージの
長さが記入される。図４のデータ構造の内容は開発ツールとメッセージ記述子リ
スト３４０とで設定され、チャンネル３４１を介して伝送される前に制御コンピ
ュータ３４０にロードされる。
【００２２】 図５は初期化メッセージの構造を示す。初期化メッセージはヘッダ５０１に、
初期化メッセージとしてメッセージを特徴付ける特定のビット５１０を含まねば
ならない。初期化メッセージのデータ欄５０２には、単一のディストリビュータ
・ユニットの機能にとって重要でない追加情報が記入される。初期化メッセージ
の末尾にはＣＲＣ欄５０３が存在する。精巧なディストリビュータ・ユニットは
初期化メッセージのデータ欄５０２中の情報を評価することにより故障検出の確
度を高めることができる。例えば、このような精巧なディストリビュータ・ユニ
ットはＴＴＰ／Ｃ初期化メッセージの時間欄を評価することによって送信機のク
ロック状態を自体のクロックと比較することができる。
【００２３】 図６はディストリビュータ・ユニット１０１の制御コンピュータ３４０の２つの
最も重要な内部状態、即ち、非同期化状態６０１および同期化状態６０２を示す
。パワー・アップ６１０の後、制御コンピュータ３４０は“非同期化”状態にな
る。この状態では、すべての入力ポート３１１がデータ・ディストリビュータ３
３０と接続する。制御コンピュータ３３１からデータ線３３１（またはチャンネ
ル３５２）を介して正しいメッセージが入力ポートで受信されるや否や、制御コ
ンピュータ３４０は信号線３１４を介して受信に使用されたポートを確認し、受
信時刻をメモリーに記憶し、欄４０６に記憶されている長さと比較することによ
ってメッセージの長さをチェックし、もしチェック結果がポジティブなら、”同
期化“状態６０２となり、記憶された初期化メッセージ受信時刻が同期化事象を
表す。”同期化“状態では、制御コンピュータ３４０が持続時間４０３だけ、対
応の入力ポートを接続状態にする。もし特定のメッセージが所定の符号化システ
ムの符号化規則に対応するほぼ正確な時刻に入来すると、制御コントローラは観
察されたメッセージ入来時刻と予想入来時刻の測定差を利用することにより、公
知の耐故障性アルゴリズム（例えば、Ｋｏｐｅｔｚ １９９７，ｐ．６１）を使
用してクロックを再同期化する。所定のタイム・インターバルｄｆａｕｌｔ−１
以内にチャンネル３０１〜３０４のいずれか、または３５２で正しいメッセージ
が入来しなければ、ディストリビュータ・ユニットまたはその制御コンピュータ
３４０が”非同期化“状態６０１になる。同期化状態において、少なくとも下記
の基準を満たすなら、メッセージは適正である：ほぼ予想通りの時刻に入力ポー
トに入来し、正しいＣＲＣ欄５０３を有し、欄４０６に記録されている正しい長
さを有する。
【００２４】 制御コンピュータ３４０はＩ／Ｏ線３４１（図１の線１４１および１４２）を
介してメンテナンス・コンピュータと交信し、メンテナンス・コンピュータは制
御コンピュータ３４０をパラメタ化して、動作中、制御コンピュータの機能をモ
ニターする。
【００２５】 遠隔コンピュータ、例えば、１１１のクロックに単一のエラーがあると、遠隔
コンピュータ１１１の両チャンネル２０１および２０２に現れる物理的信号の符
号化に限界ぎりぎりのエラーを生ずる結果となる。これが２つのディストリビュ
ータ・ユニットを介してメッセージの受信者にまで伝播するのを防止するため、
各ディストリビュータ・ユニットに入来する物理的信号を受信直後に、ディスト
リビュータ・ユニットのローカル・クロックを利用してディジタル信号に変換し
、ディストリビュータ・ユニットによる送信の直前に再び物理的信号に変換する
（ディストリビュータ・ユニットによる信号再成形）。このようにすれば、限界
ぎりぎりの符号化エラーは一貫して正しい符号化として表現されるか、または一
貫して誤った符号化として表現されることになる。ＴＤＭＡ内に１つだけエラー
発生源が存在する場合、上記変換処理により、時間領域または値域に関する単一
のエラーが両チャンネルにおける符号化をこんらんさせてシステム内に不整合を
発生させるのを防止することができる。
【００２６】 制御コンピュータ３４０がスイッチ３１３の開閉を行うだけであって、伝送メ
ッセージの内容を変更することも、新しいメッセージを挿入することもできない
というのが、本発明の重要な性質である。従って、ディストリビュータ・ユニッ
トに故障が発生するとすれば、そのタイプは通信チャンネルのフェール・サイレ
ント故障だけである。ただし、耐故障構成では、常に第２の独立通信チャンネル
を利用することができる。
【００２７】 最後に、本発明は４つの遠隔コンピュータと２つのディストリビュータ・ユニ
ットから成る上記実施例に限定されるものではなく、任意に拡大することができ
る。また、ＴＴＰ／Ｃプロトコルと併用できるだけでなく、その他の時間制御プ
ロトコルとも併用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、２つの複製ディストリビュータを介して接続された４つの遠隔コンピ
ュータから成る分散型コンピュータ・システムの構造図である。
【図２】 図２は、通信ネットワーク・インターフェース（ＣＮＩ）を介して通信する通
信コントローラとホスト・コンピュータから成る遠隔コンピュータの構造図であ
る。
【図３】 図３は集積ガーディアンを有するディストリビュータの構造図である。
【図４】 図４はディストリビュータ・ユニットが先験的に含む情報のデータ構造図であ
る。
【図５】 図５は初期化メッセージの構造図である。
【図６】 図６はディストリビュータ・ユニットの内部状態を示す簡略図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年９月１０日（２００１．９．１０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】 分散型コンピュータ・システムおよびこのシステムのディスト
リビュータ・ユニットにおける耐故障性能を向上させる方法
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、複数の遠隔通信コンピュータがディストリビュータ・ユニットを介
して接続され、各遠隔コンピュータが対応の通信チャンネルと接続する独立の通
信コントローラを有し、通信チャンネルへのアクセスが巡回時分割多重アクセス
方法で行われる耐故障性分散型コンピュータ・システムの遠隔通信コンピュータ
・システムの時間領域における耐故障性能を向上させる方法に係わる。
【０００２】 本発明はまた、複数の遠隔通信コンピュータがディストリビュータ・ユニット
を介して接続され、各遠隔コンピュータが通信チャンネルとの対応の接続手段を
備えた独立の通信コントローラを有し、通信チャンネルへのアクセスが巡回時分
割多重アクセス方法で行われる耐故障性分散型コンピュータ・システムの遠隔通
信コンピュータ・システムの時間領域における耐故障性能を向上させるための、
集積ガーディアンを有するディストリビュータ・ユニットにも係わる。
【０００３】 安全性が重視される技術的用途、即ち、故障が惨事につながるような用途では
、分散型耐故障性リアルタイム・コンピュータ・システムによる管理が普及しつ
つある。
【０００４】 多数の遠隔通信コンピュータとリアルタイム通信システムから成る分散型耐故
障性リアルタイム・コンピュータ・システムにおいては、遠隔コンピュータの故
障に耐えねばならない。このようなコンピュータ構造の心臓部には、予想通りに
迅速且つ確実にメッセージ交換するための耐故障性リアルタイム通信システムが
存在する。
【０００５】 これらの条件を満たす通信プロトコルの１例はＥＰ０６５８２５７Ａ（ＷＯ９
４／０６０８０）に記述されている。このプロトコルは“Ｔｉｍｅ−Ｔｒｉｇｇ
ｅｒｅｄ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ／Ｃ（ＴＴＰ／Ｃ）”の名称で知られている。この
プロトコルは公知のタイム・スライスによる巡回時分割多重アクセス方法（ＴＤ
ＭＡ）方法に基づいている。ＴＴＰ／ＣプロトコルはＵＳ ４，８６６，６０６
Ａに開示されている耐故障性クロック同期方法を採用している。
【０００６】 ＴＴＰ／Ｃプロトコルは、通信システムが論理ブロードキャスト・トポロジー
をバックアップし、遠隔通信コンピュータが受け手側からの観点で、“フェール
・サイレンス”（Ｋｏｐｅｔｓ）ｐ．１２１）故障挙動を示す。即ち、遠隔コン
ピュータが値域に関しても時間領域に関しても正常に機能するか、さもなければ
サイレント状態となる。このことはボストンのＫｌｕｗｅｒ Ａｃａｄｅｍｉｃ
Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓから刊行されたＫｏｐｅｔｚ，Ｈ．（１９９７）の論文
“Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ Ｓｙｓｔｅｍ，Ｄｅｓｉｇｎ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｆ
ｏｒ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
”；ＩＳＢＮ：０−７９２３−９８９４−７に開示されている。時間領域に関す
る故障、即ち、いわゆる“バブリング・イディオット”（Ｋｏｐｅｔｚ，ｐ．１
３０、およびＡｎｎｕａｌ Ｉｎｔ．Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｆａｕｌｔ−
Ｔｏｌｅｒａｎｔ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ，２３Ｊｕｎｅ １９９８，ｐｐ．２１
８−２７７，ＩＥＥＥ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｏｃ．，Ｌｏｓ Ａｌａｍｉｔｏ
ｓ，ＣＡ，ＵＳ；Ｔｅｍｐｌｅ Ｃ：“Ａｖｏｉｄｉｎｇ ｔｈｅ Ｂａｂｂｌ
ｉｎｇ−Ｉｄｉｏｔ Ｆａｉｌｕｒｅ ｉｎ ａ Ｔｉｍｅ−Ｔｒｏｇｇｅｒｅ
ｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｓｙｓｔｅｍ”）の防止は、ＴＴＰ／Ｃプ
ロトコルでは、独自のタイムベースを有し、遠隔コンピュータの時間的挙動を絶
えずチェックする独立した故障認識ユニット、いわゆる“ガーディアン”によっ
て達成される。耐故障性を達成するため、いくつかのフェール・サイレント遠隔
コンピュータを耐故障性ユニット（ＦＴＵ）にまとめ、通信システムを複製する
。ＦＴＵのうちの１つの遠隔コンピュータと１つの通信システム複製が機能して
いる限り、時間領域および値域に関してＦＴＵのサービスが正しく提供される。
【０００７】 通信の論理ブロードキャスト・トポロジーは、分散型バス・システム、分散型
リング・システム、またはディストリビュータ・ユニット、例えば、遠隔コンピ
ュータと２点間接続する星型カプラー、またはこれらのトポロジーの組合せによ
って物理的に構成することができる。もし分散型バス・システムまたは分散型リ
ング・システムを構成するなら、それぞれの遠隔コンピュータが独自のガーディ
アンを具えねばならない。
【０００８】 本発明の１つの目的は、分散型時間制御コンピュータ・システムの耐故障性を
向上させると共にコストを軽減することにある。
【０００９】 この目的は本発明の上記方法によって達成される。即ち、本発明では、先験的
に公知の、遠隔コンピュータの適正伝送挙動により、少なくとも１つのディスト
リビュータ・ユニットの作用下に、遠隔コンピュータは静的に割り当てられたタ
イム・スライス以内でのみ、他の遠隔コンピュータに伝送可能となる。
【００１０】 インテリジェント・ディストリビュータ・ユニット中に“ガーディアン”を集
積することにより、遠隔コンピュータの“バブリング・イディオット”故障、即
ち、適切でない時間にメッセージを伝送するのを防止することができる。
【００１１】 本発明のディストリビュータ・ユニットを採用すれば、すべてのガーディアン
をこのディストリビュータ・ユニットに集積することができ、すべての遠隔コン
ピュータを広域規模で観察することで、時間領域に関する正しい送信挙動を効果
的に向上させることができる。
【００１２】 集積ガーディアンを含むこのようなディストリビュータには下記のような利点
がある： （ｉ）ディストリビュータ・ユニットに遠隔コンピュータを２点間接続すること
によって、広域規模の重大な故障につながる故障領域が狭められる。即ち、２点
間接続へのＥＭＩ（電磁妨害雑音）に起因する故障をはっきりと１つの遠隔コン
ピュータに割当てることができ、広域的に影響することがない。
【００１３】 （ｉｉ）複製された広域規模ディストリビュータ・ユニットは保護エリアに間隔
を保って設置することができ、その構造は物理的にコンパクトである。これによ
り、故障誘発要因が広域規模のディストリビュータ・ユニットを混乱させる恐れ
は軽減される。
【００１４】 （ｉｉｉ）ディストリビュータ・ユニットに集積されたガーディアンは、個々の
遠隔コンピュータに装備されるガーディアンに代わって機能する。これにより、
ガーディアン・オッシレータのような遠隔コンピュータ用のハードウェアが不要
になる。
【００１５】 （ｉｖ）物理的な２点間接続はオプチカルファイバの導入にも好適であり、より
線のインピーダンス整合にも好都合である。
【００１６】 上記目的はまた、上記ディストリビュータ・ユニットによって達成される。即
ち、本発明では、先験的に公知の、遠隔コンピュータの適正伝送挙動により、少
なくとも１つのディストリビュータ・ユニットの作用下に、遠隔コンピュータは
統計的に割り当てられたタイム・スライス以内でのみ、他の遠隔コンピュータに
伝送可能となる。
【００１７】 ディストリビュータ・ユニットは、個々の遠隔コンピュータの伝送時間許可に
関する静的な先験的情報と、時間制御通信システムのメッセージによるディスト
リビュータの動的同期化との組合せの評価に基づいて機能する。
【００１８】 本発明の詳細を、上記以外の利点と共に、添付図面に示す実施例に基づいて以
下に説明する。
【００１９】 ２つの複製ディストリビュータ・ユニットを介して接続された４つの遠隔コン
ピュータから成る本発明の実施例を以下に説明する。尚、３桁の参照番号の最初
の数字は図面の番号を表す。
【００２０】 図１は４つの遠隔通信コンピュータ１１１、１１２、１１３および１１４から
成るシステムを示し、各遠隔コンピュータは交換可能なユニットを形成し、２点
間接続１２１を介して２つの複製ディストリビュータ・ユニット１０１および１
０２のそれぞれと接続する。第１ディストリビュータ・ユニット１０１から、単
向性通信チャンネル１５１が第２ディストリビュータ・ユニット１０２に達して
いる。逆に、ディストリビュータ・ユニット１０２から、単向性通信チャンネル
１５２がディストリビュータ・ユニット１０１に達している。これらの単向性通
信チャンネルを介して、第１ディストリビュータ・ユニット１０１は第２ディス
トリビュータ・ユニット１０２におけるトラフィックを観察することができ、こ
の逆も可能であり、第１ディストリビュータ・ユニット１０１は自体の接続１２
１においてメッセージ・トラフィックが存在しなければ、コールド・スタートま
たはクロック同期化を行うことができる。図示の接続１４１および１４２は専用
通信チャンネルであり；（図示しないが）メンテナンス・コンピュータに達して
おり、このメンテナンス・コンピュータはディストリビュータ・ユニットのパラ
メータを設定することができ、ディストリビュータ・ユニットの正しい機能を絶
えずモニターすることができる。
【００２１】 図２は遠隔通信コンピュータ１１１の内部構成を示す。この遠隔通信コンピュ
ータ１１１は２つのサブシステム、即ち、（図１の１２１に対応する）複製通信
チャンネル２０１および２０２と接続する通信コントローラ２１０と、遠隔コン
ピュータの利用者プログラムを実行するホスト・コンピュータ２２０とから成る
。これら両サブシステムは通信ネットワーク・インターフェース（ＣＮＩ）２４
１および信号線２４２を介して互いに接続している。インターフェース２４１は
、両サブシステムがアクセスできるメモリー（デュアル・ポートＲＡＭ＝ＤＰＲ
ＡＭ）を含む。両サブシステムはこの共通メモリーとインターフェース２４１を
介して通信データを交換する。信号線２４２は同期化された時間信号を搬送する
機能を果たす。この信号線の詳細はＵＳ４，８６６，６０６Ａに記述されている
。独立的に作用する通信コントローラ２１０は通信制御ユニット２１１と、メッ
セージの送受信が必要な時刻を指示するデータ構造２１２とを有する。データ構
造２１２はメッセージ記述子リスト（ＭＥＤＬ）と呼称される。
【００２２】 図３は集積ガーディアンを有するディストリビュータ・ユニットの構造を示す
。このディストリビュータ・ユニットは入力ポート３１１、出力ポート３１２、
データ・ディストリビュータ３３０および制御コンピュータ３４０から成る。（
図１の１２１に対応する）遠隔コンピュータのデータ接続３０９はディストリビ
ュータ・ユニットの入力ポート３１１および出力ポート３１２に至る。データ接
続３０２，３０３および３０４についても同様である。単向性通信線の場合、こ
れら両ポート３１１および３１２はデータ接続３０１を有する遠隔コンピュータ
の対応ポートとそれぞれ別々に接続することもできる。それぞれの入力ポート３
１１には、公知のフィルタおよび（必要なら）分圧器のほかに、信号線３１４を
介してディストリビュータ・ユニットの制御コンピュータ３４０によって作動さ
せることができ、このポートにおいて受信すべき時を制御コンピュータ３４０に
指示するスイッチ３１３が存在する。入力ポート３１１に入力されたデータはデ
ータ・ディストリビュータ３３０を介して出力ポート３１２、制御コンピュータ
３４０（データ線３３１を介して）、およびその他のディストリビュータ・ユニ
ット（チャンネル３５１を介して）にリレーされる。制御コンピュータ３４０は
直列Ｉ／Ｏチャンネルをも有し、このチャンネルを介して図４に示すような静的
データ構造を搬送することができ、これにより、制御コンピュータ３４０の状態
に関する診断リポートをメンテナンス・コンピュータへ周期的に伝送する。必要
ならば、出力に先立って、線３１２上のデータを増幅することができる。増幅器
は公知の部品であり、図３では省略されている。
【００２３】 図４は制御コンピュータ３４０が利用できる、伝送前のデータ構造を示す。こ
のデータ構造はディストリビュータ・ユニットの各ポートまたは遠隔コンピュー
タ１１１，１１２，１１３，１１４のための特定データ記録４１１，４１２，４
１３，４１４を含む。このデータ記録４０１の第１欄には、このデータ記録が属
するポート番号が記入される。第２欄には、リストＭＥＤＬ ２１２に記入され
るポートと連携するノードの送信時間長さが記入される。第３欄４０３には、こ
のポートと連携するノードの現送信が終了してからこのポートと連携するノード
の次の送信が始まるまでのタイムインターバルの長さが記入される。第４欄４０
４には、次のポートの番号が記入される。第５欄４０５には、現送信が終了して
から次のポートにおけるノードの送信が始まるまでのタイムインターバルの長さ
が記入される。欄４０６には、現ポートにおいて受信できる初期化メッセージの
長さが記入される。図４のデータ構造の内容は開発ツールとメッセージ記述子リ
スト３４０とで設定され、チャンネル３４１を介して伝送される前に制御コンピ
ュータ３４０にロードされる。
【００２４】 図５は初期化メッセージの構造を示す。初期化メッセージはヘッダ５０１に、
初期化メッセージとしてメッセージを特徴付ける特定のビット５１０を含まねば
ならない。初期化メッセージのデータ欄５０２には、単一のディストリビュータ
・ユニットの機能にとって重要でない追加情報が記入される。初期化メッセージ
の末尾にはＣＲＣ欄５０３が存在する。精巧なディストリビュータ・ユニットは
初期化メッセージのデータ欄５０２中の情報を評価することにより故障検出の確
度を高めることができる。例えば、このような精巧なディストリビュータ・ユニ
ットはＴＴＰ／Ｃ初期化メッセージの時間欄を評価することによって送信機のク
ロック状態を自体のクロックと比較することができる。
【００２５】 図６はディストリビュータ・ユニット１０１の制御コンピュータ３４０の２つの
最も重要な内部状態、即ち、非同期化状態６０１および同期化状態６０２を示す
。パワー・アップ６１０の後、制御コンピュータ３４０は“非同期化”状態にな
る。この状態では、すべての入力ポート３１１がデータ・ディストリビュータ３
３０と接続する。制御コンピュータ３３１からデータ線３３１（またはチャンネ
ル３５２）を介して正しいメッセージが入力ポートで受信されるや否や、制御コ
ンピュータ３４０は信号線３１４を介して受信に使用されたポートを確認し、受
信時刻をメモリーに記憶し、欄４０６に記憶されている長さと比較することによ
ってメッセージの長さをチェックし、もしチェック結果がポジティブなら、”同
期化“状態６０２となり、記憶された初期化メッセージ受信時刻が同期化事象を
表す。”同期化“状態では、制御コンピュータ３４０が持続時間４０３だけ、対
応の入力ポートを接続状態にする。もし特定のメッセージが所定の符号化システ
ムの符号化規則に対応するほぼ正確な時刻に入来すると、制御コントローラは観
察されたメッセージ入来時刻と予想入来時刻の測定差を利用することにより、公
知の耐故障性アルゴリズム（例えば、Ｋｏｐｅｔｚ １９９７，ｐ．６１）を使
用してクロックを再同期化する。所定のタイム・インターバルｄｆａｕｌｔ−１
以内にチャンネル３０１〜３０４のいずれか、または３５２で正しいメッセージ
が入来しなければ、ディストリビュータ・ユニットまたはその制御コンピュータ
３４０が”非同期化“状態６０１になる。同期化状態において、少なくとも下記
の基準を満たすなら、メッセージは適正である：ほぼ予想通りの時刻に入力ポー
トに入来し、正しいＣＲＣ欄５０３を有し、欄４０６に記録されている正しい長
さを有する。
【００２６】 制御コンピュータ３４０はＩ／Ｏ線３４１（図１の線１４１および１４２）を
介してメンテナンス・コンピュータと交信し、メンテナンス・コンピュータは制
御コンピュータ３４０をパラメタ化して、動作中、制御コンピュータの機能をモ
ニターする。
【００２７】 遠隔コンピュータ、例えば、１１１のクロックに単一のエラーがあると、遠隔
コンピュータ１１１の両チャンネル２０１および２０２に現れる物理的信号の符
号化に限界ぎりぎりのエラーを生ずる結果となる。これが２つのディストリビュ
ータ・ユニットを介してメッセージの受信者にまで伝播するのを防止するため、
各ディストリビュータ・ユニットに入来する物理的信号を受信直後に、ディスト
リビュータ・ユニットのローカル・クロックを利用してディジタル信号に変換し
、ディストリビュータ・ユニットによる送信の直前に再び物理的信号に変換する
（ディストリビュータ・ユニットによる信号再成形）。このようにすれば、限界
ぎりぎりの符号化エラーは一貫して正しい符号化として表現されるか、または一
貫して誤った符号化として表現されることになる。ＴＤＭＡ内に１つだけエラー
発生源が存在する場合、上記変換処理により、時間領域または値域に関する単一
のエラーが両チャンネルにおける符号化をこんらんさせてシステム内に不整合を
発生させるのを防止することができる。
【００２８】 制御コンピュータ３４０がスイッチ３１３の開閉を行うだけであって、伝送メ
ッセージの内容を変更することも、新しいメッセージを挿入することもできない
というのが、本発明の重要な性質である。従って、ディストリビュータ・ユニッ
トに故障が発生するとすれば、そのタイプは通信チャンネルのフェール・サイレ
ント故障だけである。ただし、耐故障構成では、常に第２の独立通信チャンネル
を利用することができる。
【００２９】 最後に、本発明は４つの遠隔コンピュータと２つのディストリビュータ・ユニ
ットから成る上記実施例に限定されるものではなく、任意に拡大することができ
る。また、ＴＴＰ／Ｃプロトコルと併用できるだけでなく、その他の時間制御プ
ロトコルとも併用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、２つの複製ディストリビュータを介して接続された４つの遠隔コンピ
ュータから成る分散型コンピュータ・システムの構造図である。
【図２】 図２は、通信ネットワーク・インターフェース（ＣＮＩ）を介して通信する通
信コントローラとホスト・コンピュータから成る遠隔コンピュータの構造図であ
る。
【図３】 図３は集積ガーディアンを有するディストリビュータの構造図である。
【図４】 図４はディストリビュータ・ユニットが先験的に含む情報のデータ構造図であ
る。
【図５】 図５は初期化メッセージの構造図である。
【図６】 図６はディストリビュータ・ユニットの内部状態を示す簡略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ， ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ， ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，Ｌ Ｃ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ， ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，Ｔ Ｊ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の遠隔通信コンピュータがディストリビュータ・ユニッ
    トを介して接続され、各遠隔コンピュータが対応の通信チャンネルと接続する独
    立の通信コントローラを有し、通信チャンネルへのアクセスが巡回時分割多重ア
    クセス方法で行われる耐故障性分散型コンピュータ・システムの遠隔通信コンピ
    ュータ・システムの時間領域における耐故障性能を向上させる方法において、 先験的に公知の、遠隔コンピュータの適正伝送挙動により、少なくとも１つの
    ディストリビュータ・ユニットの作用下に、遠隔コンピュータは静的に割り当て
    られたタイム・スライス以内でのみ、他の遠隔コンピュータに伝送可能となるこ
    と を特徴とする前記方法。
  2. 【請求項２】 少なくとも１つのディストリビュータ・ユニットが、すべて
    の入力ポートを介して受信可能となる“非同期化”状態から、正しいメッセージ
    を受信した後、１つの入力ポートを介してのみ、この入力ポートに静的に割当て
    られたタイム・スライスの間受信可能となる“同期化”状態に切替わることをも
    特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 少なくとも１つのディストリビュータ・ユニットが規定の時
    間内に、そのいずれの入力ポートにおいても最後の初期化メッセージ以来正しい
    メッセージを全く受信していない場合、“同期化”状態から“非同期化”状態に
    切替わることをも特徴とする請求項１または２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 ディストリビュータ・ユニットにおいて、入来メッセージの
    内容が追加の故障認識として評価されることをも特徴とする請求項１〜３のいず
    れか１項または２項以上に記載の方法。
  5. 【請求項５】 “パワー・アップ”後、少なくとも１つのディストリビュー
    タ・ユニットが“非同期化”状態と成ることをも特徴とする請求項１〜４のいず
    れか１項または２項以上に記載の方法。
  6. 【請求項６】 少なくとも１つのディストリビュータ・ユニットが、そのロ
    ーカル・クロックを使用して、入来する物理的信号をディジタル形式に変換し、
    送信する前に再び物理的形式に変換することをも特徴とする請求項１〜５のいず
    れか１項または２項以上に記載の方法。
  7. 【請求項７】 自体の接続にメッセージが全く入来しない場合でもディスト
    リビュータ・ユニットのパワーアップおよびクロック同期化が可能となるように
    、ディストリビュータ・ユニットを、通信チャンネルを介して互いに接続するこ
    とをも特徴とする請求項１〜６のいずれか１項または２項以上に記載の方法。
  8. 【請求項８】 ディストリビュータ・ユニットを、専用通信チャンネルを介
    して少なくとも１つのメンテナンス・コンピュータに接続し、このメンテナンス
    ・コンピータによってディストリビュータ・ユニットのパラメタ化を行い、動作
    中、ディストリビュータ・ユニットが正しく機能するのをモニターすることをも
    特徴とする請求項１〜６のいずれか１項または２項以上に記載の方法。
  9. 【請求項９】 複数の遠隔通信コンピュータ（１１１、．．．１１４）がデ
    ィストリビュータ・ユニット（１０１，１０２）を介して接続され、各遠隔コン
    ピュータが通信チャンネルとの対応の接続手段を備えた独立の通信制御ユニット
    （２１１）を有し、通信チャンネル（２０１，２０２）へのアクセスが巡回時分
    割多重アクセス方法で行われる耐故障性分散型コンピュータ・システムの遠隔通
    信コンピュータ・システムの時間領域における耐故障性能を向上させるための、
    集積ガーディアンを有するディストリビュータ・ユニット（１０１，１０２）に
    おいて、 先験的に公知の、遠隔コンピュータの適正伝送挙動により、少なくとも１つの
    ディストリビュータ・ユニット（１０１，１０２）の作用下に、遠隔コンピュー
    タは静的に割り当てられたタイム・スライス以内でのみ、他の遠隔コンピュータ
    に伝送可能となること を特徴とするディストリビュータ・ユニット（１０１，１０２）。
  10. 【請求項１０】 請求項２〜８のいずれか１項に記載の方法を実施するよう
    に構成された請求項９に記載のディストリビュータ・ユニット（１０１，１０２
    ）。
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