Кіріспе
Уақытпен іске қосылатын протокол (TTP) – басқару жүйелері үшін ашық компьютерлік желілік протокол. Ол көлік құралдары мен өнеркәсіптік қолданыстар үшін уақытпен іске қосылатын далалық шина ретінде әзірленген және 2011 жылы SAE AS6003 (TTP байланыс протоколы) стандарты ретінде бекітілген. TTP контроллерлері коммерциялық DAL A авиациялық қолданыстарда, қуат өндірісінде, қоршаған ортаны және ұшуды басқару жүйелерінде 500 миллионнан астам ұшу сағатын жинақтады. TTP FADEC және модулдік аэроғарыштық басқару жүйелерінде, сондай-ақ ұшу компьютерлерінде қолданылады. Бұдан өзге, SIL4 деңгейіндегі теміржол сигнализациясы саласында TTP құрылғылары 1 миллиардтан астам жұмыс сағатын жинақтады.
Тарих
ТТП бастапқыда 1980 жылдардың басында Вена технологиялық университетінде әзірленген. 1998 жылы TTTech Computertechnik AG компаниясы ТТП-нің дамуын қабылдап алды, бағдарламалық және аппараттық өнімдерді ұсынды. ТТП байланыс контроллері чиптері мен IP-сі austriamicrosystems, ON Semiconductor және ALTERA сияқты көздерден қолжетімді.
Анықтама
TTP – бұл екі арналы 4 25 Мбит/с уақыт бойынша іске қосылатын далалық шина. Ол 2x25 Мбит/с максималды деректерді беру жылдамдығымен бір немесе екі арнаны пайдалана алады. Екі арнада да деректердің дубликациясы болғандықтан, қатеге төзімді байланыс қолдау көрсетіледі.
Қатеге төзімді, уақыт бойынша басқарылатын протокол ретінде TTP, белгілі уақытта және минималды кешігумен автономды қатеге төзімді хабарларды тасымалдауды қамтамасыз етеді. Бұл үшін репликацияланған байланыс арналарында TDMA (Уақытты бөліп пайдалануға көп кіру) стратегиясы қолданылады. TTP орталық уақыт серверіне тәуелді болмай, жаһандық уақыт базасын құратын қатеге төзімді сағат синхрондауын ұсынады. TTP әрбір жұмыс істеп тұрған түйінге деректерді берудің дұрыстығы туралы хабар беру үшін мүшелік қызметін ұсынады. Бұл механизмды таратылған растау қызметі ретінде қарастыруға болады, ол байланыс жүйесінде қате пайда болған жағдайда қолданбаны дереу хабардар етеді. Егер жүйенің жағдайы сәйкессіз болса, қолданбаға бірден хабар беріледі. Сонымен қатар, TTP протокол деңгейінде шешілмейтін, қателік гипотезасынан тыс қателерді анықтау үшін кликадан аулақ болу қызметін қамтиды.
Басты мақсаттар
TTP көбінесе детерминистік жұмыс қажет болатын, өте маңызды деректерді байланыстыру салаларында қолданылады. Мұндай операцияларға ұшақ қозғалтқыштарын басқару және басқа да ғарыш-авиациялық қолданыстар жатады. Бұл қолданыстарда TTP желілері әдетте AS8202NF аппараттық интерфейс құрылғыларымен және жеке, бірақ үйлестірілген конфигурациялармен бөлек желілер ретінде жұмыс істейді. TTP протоколы желідегі барлық түйіндерге басқа түйіннің байланыс жасамағанын немесе сенімсіз деректерді жібергенін бірден білу мүмкіндігін ұсынады. Әрбір түйіннің күйі барлық түйіндерге секунд сайын бірнеше рет жаңартылады.
Техникалық мәліметтер
ТТП-дағы деректер байланысы TDMA турлары арқылы ұйымдастырылады. TDMA раунды слоттарға бөлінеді. Әрбір түйіннің бір жіберу слоты болады және ол әрбір раундта кадрларды жіберуі тиіс. Түйінге бөлінген кадрдың мөлшері 2-ден 240 байтқа дейін болуы мүмкін, әрбір кадр әдетте бірнеше хабарламаны қамтиды. Кластерлік цикл – TDMA раундтарының қайталама реттілігі; әртүрлі раундтарда кадрлардың ішінде әртүрлі хабарламалар жіберілуі мүмкін, бірақ әрбір кластерлік циклда жай-күй хабарламаларының толық жиынтығы қайталанады. Деректер 24 биттік CRC (циклдық артықшылық тексеру) арқылы қорғалады. Кестеше MEDL (хабарлама сипаттамасы тізімі) коммуникация контроллерінде сақталады.
СЛОТ
TTP желісінде әрбір түйін үшін бір слот бар. Түйін әрқашан өзінің слоты барысында деректерді (параметрлерді) жібереді, тіпті егер түйінде жіберуге дерек болмаса да. Дегенмен, түйін тек ағымдағы раундта (ROUND) жіберуге конфигурацияланған параметрлерді ғана жібереді. Мысалы, түйін x раундында (ROUND) SLOT-та 1, 2, 3 параметрлерін, ал y раундында (ROUND) SLOT-та 4, 5, 6 параметрлерін жібере алады. Түйіннің слоты TTP Plan және TTP Build сияқты компьютерлік бағдарламалар арқылы TTP желісі жобаланған кезде анықталады. AS8202NF-ге белгілі бір слот пен раунд үшін нақты деректерді немесе параметрлерді жіберуді қамтамасыз ететін анықтама MEDL-де сақталған.
КӨРІЛІ
TTP желісіндегі әрбір түйін үшін бір орын қарастырылған. КЛАСТЕРЛІК АЙЛЫМДАҒЫ РОУНДТАР саны ТТП Жоспар және ТТП Құрастыру компьютерлік бағдарламалары арқылы анықталады. Бұл ақпарат MEDL-де де қамтылған. Роундтардың болу себебі – түйіннің өзінің барлық параметрлерін бірден бермей, белгілі бір роундыда жіберуі мүмкін. Түйіндер арасында өткізу қабілетін бөлу үшін әр түйін әртүрлі РОУНД-тарда таңдалған параметрлерді жібереді.
Кластерлік цикл
Кластерлік цикл бірнеше раундтан тұрады. Барлық түйіндер кластерлік цикл аяқталғанда барлық параметрлерін жіберуді аяқтайды. Кластерлік циклдің басталуы бірінші раундтың бірінші слоттың бірінші битімен белгіленеді.
Баланс тораптары, слоттар және кластерлік циклдер
Слоттар саны ТТП желісіндегі түйіндер санымен анықталады. Дегенмен, раундтар саны желіні жобалаушы TTP Plan және TTP Build құралдарын қолдана отырып белгіленеді.
Сағат синхрондауы
Сағат синхрондау барлық түйіндерге біртекті уақыт түсінігін қамтамасыз етеді. Әрбір түйін дұрыс хабарламаның бұрыннан белгілі күтілетін және нақты келу уақыты арасындағы айырманы өлшейді, осы арқылы жіберушінің сағаты мен қабылдаушының сағаты арасындағы айырманы анықтайды. Қатеге төзімді орташа есептеу алгоритміне бұл ақпарат жергілікті сағатты кластердегі барлық басқа сағаттармен синхронды ұстау үшін, белгілі бір уақыт интервалымен түзету шамасын есептеу үшін қажет.
Мүшелік және мойындау
Уақыт бойынша іске қосылатын протокол үлестірілген жүйенің барлық қалыпты түйіндеріне деректерді тұрақты түрде жіберуге тырысады және егер қателік туындаса, байланыс жүйесі қай түйіндікін анықтауға ұмтылады. Бұл мүмкіндіктер мүшелік протоколы және растау механизмі арқылы қамтамасыз етіледі.
Жабдық
TTP желісіне қосылу үшін AS8202NF құрылғысын пайдалану қажет. Бұл құрылғы компьютерлік платформа мен TTP желісі арасында жұмыс істейді. AS8202NF құрылғысын пайдалану алдында TASM (TTP Assembler) және MEDL (Message Descriptor List) конфигурациялық деректер жиынтығымен жүктеу керек. AS8202NF бір немесе екі TTP желісінде байланыс жасай алады. AS8202NF құрылғысын сатып алу ғана TTP желісін жобалау мен іске асыру үшін жеткіліксіз. Әрбір жобаға TTTech немесе үшінші тараптан лицензия және конфигурация құралдары қажет.
Коммерциялық қолдану
ТТП бірқатар коммерциялық қолданбаларға енгізілді.
Темір жол сигнализациясының шешімдері
Электрондық бұғаттау жүйесі “LockTrac 6131 ELEKTRA” Thales Rail Signalling Solutions бөлімшесі мен TTTech компанияларының ынтымақтастығымен жобаланған. LockTrac 6131 ELEKTRA – қауіпсіздік және сенімділіктің ең жоғары деңгейін қамтамасыз ететін электрондық бұғаттау жүйесі. Жүйе CENELEC стандарттарына сәйкес мақұлданған, қауіпсіздіктің 4-деңгейіне (SIL4) ие және негізгі бұғаттау функцияларын, жергілікті және қашықтықтан басқаруды, пойызды автоматты басқаруды, біріктірілген блок функционалдығын және біріктірілген диагностикалық жүйені ұсынады. LockTrac 6131 жоғары қауіпсіздік талаптарын қамтамасыз ету үшін әртүрлі бағдарламалық жасақтамалармен жабдықталған екі бағдарламалық арнаға ие. Деректер сыртқа жіберілгенге дейін қауіпсіздік арнасында тексеріледі. Диагностикалық құрылғы барлық қажетті ақпаратты сақтайды, бұл ақаулық жағдайында тиімді техникалық қызмет көрсетуге мүмкіндік береді.
FADEC
Жүйе FADEC (Full Authority Digital Engine Control) жүйелерінде қолданылған. Aermacchi M346 үшін модульдік аэроғарыштық басқару (MAC) негізіндегі FADEC, кеңейтілуге қабілетті, бейімделе алады және ақауларға төзімді. Осы жаңа FADEC-тің негізгі технологиялық мүмкіндігі – модульдер арасындағы байланыс үшін TTP-ны пайдалану болып табылады. TTP модульдер арасындағы күрделі байланыстарды жояды, бастапқы қолданбаны әзірлеуді, сондай-ақ қызмет көрсету кезіндегі өзгерістер мен жаңартуларды жеңілдетеді. Ол жүйедегі барлық модульдерге барлық деректерді кез келген уақытта көруге мүмкіндік береді, осылайша күрделі арна ауыстыру логикасынсыз ақауларды жоюды қамтамасыз етеді. General Electric компаниясының F110 толық құқықты цифрлық қозғалтқыш басқару (FADEC) жүйесінің құрамына кіретін TTP негізіндегі модульдік аэроғарыштық басқару (MAC), Lockheed Martin F 16 истребителіне интеграцияланған. TTP, артқы тақталық шина ретінде қолданылатын, қозғалтқыштың жоғары қауіпсіздігін, жұмысқа қолжетімділігін және қызмет мерзімінің құнын төмендетуге көмектеседі. Маңызды артықшылығы – шинадағы барлық ақпарат екі FADEC арнасына бірден қолжетімді.
Қоршаған орта және электр энергиясын өндіру жүйелері
Airbus A380 үшін TTTech компаниясы Hamilton Sundstrand корпорациясының еншілес компаниясы Nord Micro компаниясымен бірлесіп, кабиналық қысымды басқару жүйесінің ішкі байланыс жүйесін әзірледі. TTTech компаниясы Hamilton Sundstrand Corporation компаниясымен бірлесіп, Boeing 787 Dreamliner ұшағының электрлік және орталық басқару жүйесі үшін TTP негізіндегі деректерді тарату платформасын жасады. TTP негізіндегі байланыс платформасы, бірнеше маңызды оқиға бір уақытта болған жағдайда да, бас жүйеде жүктеме артуына жол бермейді. Бұған қоса, TTP негізіндегі жүйелер, коннекторлардың және сымдардың азайтылуының арқасында, дәстүрлі жүйелерге қарағанда жеңіл болады. Сонымен қатар, бұл жүйе жалпы алғанда, дәстүрлі байланыс жүйелерімен салыстырғанда икемдірек және модулдік құрылымға ие.
Автономды көліктер
2005 жылғы DARPA Grand Challenge жарысына қатысқан екі «Қызыл команда» роботты көліктері «электрондық басқару» технологиясымен жасалған, онда борттағы компьютерлер рульді, тежегішті және басқа да қозғалыстарды басқаратын. Үш TTP негізіндегі TTC 200 блогы тұрақ тежегішін, газ педалін және қоробка функцияларын басқарды, ал бір TTP By Wire Box H1 Hummer H1ghlander көлігінің жұмыс тежегішін басқарды. «Электрондық басқару» модификациялары Sandstorm көлігінің жылдамдануын, тежелуін және беріліс ауысуын бақылады.