Protocolo activado por tiempo

El Protocolo Activado por Tiempo (TTP) es un protocolo de red informática abierta 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 han acumulado más de 500 millones de horas de vuelo en aplicaciones de aviación comercial 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 .

TTP fue diseñado originalmente en la Universidad Tecnológica de Viena a principios de los años 1980. En 1998, TTTech Computertechnik AG se hizo cargo del desarrollo de TTP, proporcionando productos de software y hardware. Los chips controladores de comunicación TTP y el protocolo de Internet están disponibles en fuentes como Austriamicrosystems , ON Semiconductor y ALTERA . ^{[ cita requerida ]}

TTP es un bus de campo de dos canales activado por tiempo de 4 a 25 Mbit/s. Puede funcionar utilizando 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 tolerante a fallos activado por tiempo, TTP proporciona transporte autónomo de mensajes tolerante a fallos en momentos conocidos y con mínima fluctuación empleando una estrategia TDMA (acceso múltiple por división de tiempo) en canales de comunicación replicados. TTP ofrece sincronización de reloj tolerante a fallos que establece la base de tiempo global sin depender de un servidor de tiempo 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 considerarse 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 consistencia del estado, se notifica a la aplicación 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.

La TTP se utiliza a menudo en aplicaciones de comunicación de datos de misión crítica donde el funcionamiento determinista es un requisito. Estas operaciones incluyen la gestión de motores de aeronaves y otras aplicaciones aeroespaciales. En estas aplicaciones, las redes TTP suelen funcionar como redes independientes con dispositivos de interfaz de hardware AS8202NF independientes y configuraciones independientes, pero coordinadas.

El protocolo TTP ofrece la característica única de que todos los nodos de una red saben, al mismo tiempo, cuando cualquier otro nodo no logra comunicarse o envía datos no confiables. El estado de cada nodo se actualiza para todos los nodos varias veces por segundo.

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 trama asignado a un nodo puede variar de 2 a 240 bytes de longitud, y cada trama suele llevar varios mensajes. El ciclo de clúster es una secuencia recurrente de rondas TDMA; en diferentes rondas se pueden transmitir diferentes mensajes en las tramas, pero en cada ciclo de clúster se repite el conjunto completo de mensajes de estado. Los datos están protegidos por una CRC ( comprobación de redundancia cíclica ) de 24 bits. La programación se almacena en la MEDL (lista de descriptores de mensajes) dentro del controlador de comunicación.

Hay una 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 x y los parámetros 4, 5, 6 en su RANURA durante la RONDA y.

La ranura para un nodo se determina cuando se diseña la red TTP mediante las 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 una ronda determinadas se encuentra en el MEDL.

La ronda TTP ocupa un espacio para cada nodo de la red TTP. La cantidad de RONDAS en el CICLO DEL CLÚSTER se define mediante las utilidades basadas en PC TTP Plan y TTP Build. Esta información también se incluye en el MEDL.

Las rondas existen porque no se requiere que un nodo transmita todos sus parámetros durante su intervalo. Para distribuir el ancho de banda entre los nodos, cada nodo transmite parámetros seleccionados en diferentes RONDAS.

Un ciclo de clúster se define como aquel que consta de 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 de la primera ranura de la primera ronda.

La cantidad de ranuras se define según la cantidad de nodos en la red TTP. Sin embargo, la cantidad de rondas la determina el diseñador de la red mediante las utilidades TTP Plan y TTP Build.

La sincronización de relojes proporciona a todos los nodos un concepto de tiempo equivalente. Cada nodo mide la diferencia entre el tiempo de llegada esperado a priori y el tiempo de llegada observado de un mensaje correcto para conocer la diferencia entre el reloj del emisor y el del receptor. Un algoritmo de 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 clúster.

El protocolo activado 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 membresía y un mecanismo de reconocimiento.

Cada nodo conectado a una red TTP debe tener conjuntos de datos de configuración residentes antes de iniciar la red TTP. La cantidad mínima de conjuntos de datos para cada nodo es dos. Consulte la sección de hardware y AS8202NF (a continuación). Cada nodo debe conocer la configuración de todos los demás nodos de la red TTP. Por este motivo, no se permite que los nodos activos se unan a una red existente sin actualizar los conjuntos de datos de configuración de todos los nodos de la red.

Conjuntos de datos de configuración típicos para cada nodo:

1. TASM para AS8202NF (permite el uso de MEDL)
2. MEDL o Lista de descriptores de mensajes para AS8202NF (define los datos que se intercambiarán entre todos los nodos)
3. Configuración de la plataforma de cómputo. (define los datos esperados y su utilización)

Los conjuntos de datos TASM y MEDL son creados por las empresas de servicios públicos TTP Plan y TTP Build, proporcionadas por TTTech. El tercer conjunto de datos suele ser creado por el cliente y es específico de la plataforma y la aplicación.

La interfaz con una red TTP requiere el uso del dispositivo AS8202NF. ^[2] Este dispositivo funciona entre la plataforma informática y la red TTP. Es necesario cargar el AS8202NF con los conjuntos de datos de configuración TASM (ensamblador TTP) y MEDL (lista de descriptores de mensajes) antes de su funcionamiento.

El AS8202NF se comunicará en una o dos redes TTP.

No es posible diseñar e implementar una red TTP con solo comprar el dispositivo AS8202NF. Cada diseño requiere licencia y herramientas de configuración de TTTech o de terceros.

TTP se ha integrado en varias aplicaciones comerciales.

El sistema de enclavamiento electrónico “LockTrac 6131 ELEKTRA” fue diseñado en colaboración con la división Thales Rail Signalling Solutions y TTTech ^{[ cita requerida ]} .

LockTrac 6131 ELEKTRA es un sistema de enclavamiento electrónico que proporciona los más altos niveles de seguridad y disponibilidad. El sistema está aprobado según las normas CENELEC con nivel de integridad de seguridad 4 ( SIL4 ) y ofrece funciones básicas de enclavamiento, control local y remoto, operación automática de trenes, funcionalidad de bloqueo integrada 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 ]} .

El sistema se ha utilizado para sistemas FADEC (Full Authority Digital Engine Control) ^{[ cita requerida ]} . El FADEC basado en el Control Aeroespacial Modular (MAC) para el 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 interdependencias complejas entre 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 en todo momento, lo que garantiza una adaptación perfecta de fallas sin una lógica compleja de cambio de canal ^{[ cita requerida ]} .

El control aeroespacial modular (MAC) basado en TTP, que forma parte del sistema de control digital de motor de autoridad total (FADEC) F110 de General Electric , está integrado en el avión de combate Lockheed Martin F-16 . El TTP, que se utiliza como bus de placa base, admite altos niveles de seguridad del motor, disponibilidad operativa y menor 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 ]} .

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 colaboración 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 con 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.

Los dos vehículos robóticos del Equipo Rojo que compitieron en el Gran Desafío DARPA de 2005 se implementaron con tecnología "drive-by-wire", en la que las computadoras de 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 del acelerador y la transmisión, y una caja TTP-By-Wire controlaba el freno de servicio del H1 Hummer H1ghlander. Las modificaciones drive-by-wire controlaban la aceleración, el frenado y el cambio de marchas del Sandstorm ^{[ cita requerida ]} .

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