Einführung in die seriellen Bussysteme im Kfz

In einem seriellen Bussystem stellt das Übertragungsmedium, also der Bus, eine kritische Ressource dar. Ohne eine Buszugriffsregelung wäre es kaum möglich, einen reibungslosen Datenaustausch zwischen den Busknoten zu gewährleisten, geschweige denn eine rechtzeitige Datenübertragung zu garantieren. Es ist offensichtlich, dass es sich beim Buszugriffsverfahren um eine wichtige, wenn nicht gar um die wichtigste Eigenschaft eines seriellen Bussystems handelt. Abhängig vom Einsatzbereich im Kfz mit seinen jeweiligen spezifischen Anforderungen, kann einem seriellen Bussystem entweder ein kontrolliertes oder ein probabilistisches Buszugriffsverfahren zugrunde gelegt werden (siehe Grafik Buszugriffsverfahren).

Bei kontrollierten Buszugriffsverfahren liegt das Buszugriffsrecht vor dem Buszugriff fest. Die Buszugriffskontrolle übt entweder ein einzelner Busknoten zentral aus, wie beispielsweise bei LIN (Delegated Token) oder erfolgt dezentral, entweder durch Verständigung unter den Busknoten mittels Token oder durch einen für alle Busknoten verbindlichen Zeitplan, beispielsweise bei FlexRay (TDMA – Time Division Multiple Access).

Das wesentlichste Argument, einem seriellen Bussystem einen kontrollierten Buszugriff zugrunde zu legen, liegt in der Vermeidung von Kollisionen und in der Sicherstellung einer deterministischen Datenkommunikation. Von den Einsatzbedingungen hängt es ab, ob ein zentrales oder dezentrales Verfahren eingesetzt wird. Maßgeblich sind dabei Zuverlässigkeit, Aufwand und Kosten. Zwar sind Aufwand und Kosten beim zentralen Verfahren geringer, jedoch führt der Ausfall der Zentrale zum Ausfall des gesamten Kommunikationssystems.

Flexibler bzw. bedarfsorientierter Datenaustausch ist mit kontrollierten Buszugriffsverfahren prinzipiell nicht möglich, da die gesamte Kommunikation einem strengen Ablaufplan gehorcht. Geeignet sind Buszugriffsverfahren, bei denen das Buszugriffsrecht vor dem Buszugriff nicht festliegt. Es handelt sich dabei um probabilistische Buszugriffsverfahren (CSMA - Carrier Sense Multiple Access). Es gehört zum Charakter serieller Bussysteme, wie beispielsweise CAN, jedem Busknoten bei Bedarf den Zugriff auf den Bus zu gewähren.

Probabilistische Buszugriffsverfahren ermöglichen sehr schnelle Reaktionszeiten. Allerdings wächst aufgrund der Unvorhersehbarkeit des Buszugriffs mit zunehmender Buslast die Kollisionsgefahr, was die Erfüllung von strengen Zeitbedingungen gefährdet. Mit unterschiedlichen Ansätzen kann diese Problematik gelindert werden, beispielsweise mit dem CSMA/CA-Verfahren (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance).