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CN100375457C - 通信网和控制该通信网的方法 - Google Patents

通信网和控制该通信网的方法 Download PDF

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CN100375457C CNB2004800122677A CN200480012267A CN100375457C CN 100375457 C CN100375457 C CN 100375457C CN B2004800122677 A CNB2004800122677 A CN B2004800122677A CN 200480012267 A CN200480012267 A CN 200480012267A CN 100375457 C CN100375457 C CN 100375457C
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Abstract

本发明涉及一种通信网，该通信网具有至少两个网络节点、具有用于在所述网络节点之间发送数据分组的传输信道以及具有至少一个有源耦合器。当数据分组经过有源耦合器时，本发明提供被附加到该数据分组上的耦合器信息，并且在接收数据分组的网络节点中，根据耦合器信息来确定数据分组运行时间信息。

Description

通信网和控制该通信网的方法
技术领域
本发明涉及一种通信网以及一种控制该通信网的方法。此类通信网例如从TTP：“Drive by Wire”in greifbarer Nhe[TTP：Drive by wire withinreach](Dr Stefan Polenda，Georg Kroiss；“Elektronik”No.14，1999年，第36到43页)中可知。
背景技术
对于诸如用于汽车工业中的此类分布式实时计算机系统，例如诸如TTP或FlexRay之类的时间触发的通信协议已经得到认可。媒体访问协议因此是基于在系统设计过程中先验定义的一个统计通信时间表(timeschedule)。在这个时间表中为每个通信节点定义的是在一个通信周期内允许发送数据的时间。
在许多这类网络中，对于诸如时钟同步之类的某些全球同步任务，消息到达接收节点的时间很重要。如果在发送消息期间出现延迟，则在接收节点中必须考虑这些延迟。
除了总线拓扑之外，星形拓扑正日益被用于许多通信网之中。根据网络的复杂度，多个星形布置也是平常的。使用有源网络耦合器，可以以这样的方式构造这些网络，即在网络耦合器和网络节点之间或者在两个网络耦合器之间只存在“点对点”连接。与无源星形点或者总线拓扑相比，这实现更好的已定义的线路终端并从而实现更高的数据速率。
发明内容
本发明的目的是创建一种实现改进的网络节点同步的通信网以及与之相关的方法。
此目的是根据本发明通过下述通信网来达到的，此通信网具有至少两个网络节点、具有用于在所述网络节点之间发送数据分组的至少一个传输信道并且具有至少一个有源耦合器，其中当数据分组经过有源耦合器时，耦合器信息被附加到该数据分组上，并且在接收数据分组的网络节点中，根据耦合器信息来确定数据分组运行时间信息。
本发明是基于这样的思想，即提供耦合器信息项给经过网络中的有源耦合器的数据分组，使得能够得出关于数据分组的运行时间的结论。因此利用了这一事实，即在具有有源耦合器的网络中，在经过有源耦合器时出现的延迟通常大于作为电或光线路的结果而出现的延迟。这以特定程度应用到光网络上，其中，作为在光和电信号之间的转换结果，有源耦合器引起特别长的延迟。
有源耦合器被认为是借助于有源开关元件把到达输入接口的信号路由到至少一个输出接口的耦合器。
所述耦合器信息可以包含非常简单的信息，但也可以包含复杂的信息。
在根据本发明一个方面的优选实施例中，与经过的有源耦合器的数目有关的计数信息项作为耦合器信息被添加到数据分组中。这可以以二进制形式进行。这类计数信息实现了对数据分组已经经过有源耦合器的这一事实的检测。如果数据分组经过多个有源耦合器，则这些耦合器中的每一个独立地把计数信息添加到数据分组中。本发明的这个优选实施例具有特别的优点，即能够简单并且成本有效地实现这类通信网的有源耦合器，并且不需要特有的处理器。
在具有有源耦合器的网络的情况下，这些有源耦合器对数据分组的延迟起到了显著的作用，因此，数据分组的运行时间延迟可以被确定为来自参与该发送的有源耦合器的数目的运行时间信息。为此，在接收节点中知晓有源耦合器的典型延迟以及在该发送中涉及的耦合器的数目是足够的，所考虑的运行时间延迟能够以非常小的努力从此之中被直接确定。网络节点之间的各个传输路径的运行时间延迟的存储是不需要的。因此节省了昂贵的存储空间。另外，无需布线的精确知识而预先并且可能出现的网络特征可以被简化。诸如作为具有内置冗余度的网络中的有源耦合器的退出(drop-out)的结果而出现的那些变化之类的网络拓扑的短期改变因此在操作期间也可以被考虑。
可替代地，利用根据本发明另一方面的有利的实施例，耦合器信息可以是明确识别所经过的特定耦合器的标识信息。明确的标识信息比简单的计数信息更复杂。因此必须向有源耦合器提供更多智能。可是另一方面，在接收数据分组的节点中能够明确确定该数据分组的整个传输路径。
根据本发明另一方面的有利实施例涉及分布式通信系统，其中，用于发送的时隙被分配给各个网络节点。对传输信道的接入因此按照周期性时分方法(TDMA)进行。为了相应地能够控制接入，网络节点的通信控制器装备有本地时间调度器(scheduler)。例如，这些本地时间调度器可以是本机振荡器电路。为了同步各个本地时间调度器的时基，在接收节点中比较数据分组到达的时间和从接收节点的本地时间概念中导出的相关预期时间。从所有网络节点中的这些差值中形成校正项，并且这些校正项被用来彼此同步本地时间概念。
与其中只能够考虑固定的、预先配置的运行时间的传统系统相对比，借助于接收节点中数据分组的运行时间信息的估计，本地时间调度器的同步被显著改善。特别是在传输信道内具有冗余传输路径的通信系统中，运行时间中的突变可能在有源耦合器退出时发生。利用根据本发明的方法，运行时间中的这些变化在接收节点中被检测，并且不导致对时钟同步的任何损害。
总的来说，能够实现更高精确度的全球时钟同步。
利用根据本发明另一方面的有利实施例，网络节点装备有存储器，其中为经过的特定数目的有源耦合器存储相关的运行时间延迟。
在本发明的这个有利实施例中，利用网络的这种配置，关于各个传输信道的预期的运行时间延迟的必要信息例如可以被存储在每个网络节点中的表格(Table)中。使用此附加信息，接收节点能够因而根据随着数据分组发送的有源耦合器的数目来确定已经出现的数据分组运行时间延迟。这实现了特别精确的运行时间延迟的确定。
利用根据本发明另一方面的有利实施例，网络节点装备有监控电路，用于检测冗余传输路径的退出。在冗余网络的情况下，运行时间延迟中的突变可以在有源耦合器退出时发生。这可通过被安排在接收节点中的监控电路来检测和考虑。如果作为部件退出的结果，传输路径发生改变，则参与的有源耦合器的数目也可能改变。这被接收节点注意到，并且可以作为差错信息被传递。如果作为部件退出的结果，在数据分组的发送中涉及的有源耦合器的数目不发生变化，则所涉及的接收节点当然无法注意到这个退出。
可是，因为数据分组还被发送到其它网络节点，所以确保在所有情况下该退出将被这些网络节点之一注意到。与改变的传输路径相关的运行时间延迟例如还可以被先验存储在网络节点中，并且如果需要，还可以被用于同步目的。根据网络拓扑和线路对数据分组的整个运行时间的影响，有可能存储在网络节点中的各个传输路径的运行时间信息将只是表示近似值。虽然如此，但仍有可能以这种方式至少部分地补偿由于有源耦合器的退出而引起的数据分组的运行时间的突变。因此可以降低或者完全防止全球时钟同步中的错误。
利用根据本发明另一方面的有利实施例，至少一个星形耦合器被提供作为具有至少三个星形接口的有源耦合器。星形耦合器的星形接口中的每个都被提供以便把数据分组作为激活信号的函数从所指定的网络节点路由到其它星形接口。
这类星形耦合器不需要昂贵的处理器。因此，可以成本有效地实现具有这类星形耦合器的网络。可是，除了所发送的消息之外，还必需特殊的激活信号，例如导频参考、在消息前的码元序列或者在消息之前清楚添加的信号沿。
利用根据本发明另一方面的有利实施例，数据分组装备有标识部分，特别是前导码(preamble)。网络节点此外被装备来借助于标识部分的改变给数据分组添加耦合器信息。
这表示一种用于把耦合器信息添加到数据分组中的特别简单的机会。在各个有源耦合器中用很少的费用就可以实现用于改变标识部分的电路配置。在根据本发明一方面的装备有有源星形耦合器的通信网的情况下，特别有利地使用这类解决方案。利用轻微的调整，无论如何存在的用于检测激活信号的电路还能因而采用添加耦合器信息。
标识部分例如还可以以附件的形式被添加在数据分组的结尾。另外标识部分还可以被置于数据分组内的保留部分中。特别适合于此的是只在特定的阶段(例如在启动)中需要的数据分组的那些部分。
利用根据本发明另一方面的有利实施例，数据分组的标识部分装备有等强信号(equisignal)。这例如可以是直流电压信号，也可以是直流电流信号。有源耦合器的每一个都被提供以便通过改变标识部分的长度来添加耦合器信息。
利用根据本发明另一方面的有利实施例，标识部分装备有若干脉冲。有源耦合器被提供以便通过改变脉冲的数目来添加耦合器信息。
可是，标识部分中的耦合器信息也能够采用不同的形式。标识部分例如通常可以包括通过暂停彼此分开的码元序列。
为了在经过有源耦合器时添加耦合器信息，具有与这些码元长度和暂停匹配的特性的滤波器电路被添加到该有源耦合器中。使用此滤波器，已经存在的码元被检测到，并且仅在码元序列的结尾处添加另一个码元。可替换地，码元序列可以在发送节点中生成，并且在所有情况下第一码元可以被每个有源耦合器中的滤波器从码元序列中除去。另外，码元序列例如可以包括周期性的沿变化序列。有源网络耦合器中的滤波器电路除去已知数量的周期，在接收节点中，剩余的周期数目被计数。
本发明还涉及一种机动车以及一种控制通信网的方法。
附图说明
参考如附图所示的实施例将进一步描述本发明，可是，本发明不限制为该附图。
图1示出根据本发明的通信网。
图2示出装备有标识部分的数据分组在时间上的波形，其中该标识部分具有若干脉冲。
图3示出装备有标识部分的数据分组的时间上的波形，其中该标识部分具有直流电压信号。
图4示出在有源耦合器中被提供用于信号路由的部件的示意表示。
图5示出在有源耦合器的输入和输出处的数据分组以及被提供用于激活耦合器的激活信号在时间上的波形。
图6示出根据本发明的另外一个通信网。
具体实施方式
图1示出具有六个网络节点1到6的通信网。如图1中所示的通信网优选地可以是机动车的总线系统。六个网络节点1到6例如可以是机动车的各个电气部件。网络节点1到6中的每一个都装备有通信控制器1a到6a。
作为与传输信道的接口，六个网络节点1到6中的每一个都装备有两个总线驱动器1b、1c到6b、6c。六个网络节点1到6的每一个都因此装备有与总线系统的两个接口，并且因此被冗余地连接到总线系统。
该网络装备有四个有源网络耦合器7、8、9和10。有源网络耦合器7、8、9和10在这个示例中每一个都装备有四个星形接口7a、7b、7c、7d到10a、10b、10c和10d。有源耦合器7到10以一种未示出的方式内部布线，以便到达星形接口之一的信号被路由到有源耦合器的所有其它星形接口。结果，经由网络发送的数据分组在网络上以星形方式分布。经由网络发送的数据分组因此不须显示任何路由信息。
这类有源耦合器的更详细的设计例如在EP 1085705A2中进行描述。特别地，有源耦合器可以是与EP 1085705A2的图3中公开的耦合器相同的设计。
图2示出数据分组20在时间上的波形的第一实施例示例。作为它的标识部分，数据分组20显示出前导码21，该前导码21在具有实际用户数据的消息部分22之前，前导码21包括在消息部分22之前的脉冲序列，此脉冲序列例如在特定的发送网络节点中生成。如图1中所示的有源耦合器7到10的每一个都装备有未示出的电路，该电路除去此脉冲序列的第一脉冲。否则，数据分组20被有源耦合器7到10从输入接口不改变地路由到其它接口。如果数据分组20经过另外一个有源耦合器，则剩余脉冲序列的第一脉冲再一次被抑制，这个原理在另外的有源耦合器中被重复，直到数据分组20已经到达特定的接收网络节点为止。
接收网络节点现在通过与已知的原始数目相比来根据剩余脉冲数目确定经过的有源耦合器的数目。
因为在如图1所示的通信网中，有源耦合器7到10对在网络节点1到6之间发送的数据分组的延迟起到了显著的作用，所以接收到的数据分组的运行时间延迟可以被确定为在网络节点1到6中来自该发送中涉及的有源耦合器的数目的运行时间信息。为此，把有源耦合器的典型延迟存储在网络节点1到6中是足够的。然后，可以根据在该发送中涉及的耦合器的数目中来直接确定所考虑的运行时间延迟。
图1中所示的通信网是分布式通信系统，其中针对发送数据分组的时隙被分配给各个网络节点1到6。对网络节点1到6之间的各个传输信道的接入因而根据周期性时分方法(TDMA)来进行。为了能够相应地控制接入，网络节点1到6的通信控制器1a到6a装备有未示出的本地时间调度器。例如，这些本地时间调度器可以是本机振荡器电路。为了同步各个本地时间调度器的时基，除了数据分组的到达时间之外，在接收数据分组时在各个网络节点1到6中确定的运行时间延迟被估计并用于本地时间调度器的同步。结果能够实现一种改进的全球时钟同步。
图3示出数据分组23在时间上的波形的第二实施例示例。在该实施例示例中，数据分组包括前导码24和消息部分25。前导码24包括直流电压信号。该直流电压信号的长度在每个有源耦合器中降低可以被预定的量Td。在接收网络节点中，接收到的前导码24的长度被测量，并且通过与原始长度相对比，确定所经过的有源耦合器的数目。
下面描述一种方式，其中，通常存在于有源耦合器中用于激活性检测的电路还可以被用于把耦合器信息添加到数据分组中。在这个示例中，如图3中所示的数据分组23的前导码24的直流电压信号的长度在所有情况下在经过有源耦合器时降低。
图4示意性地示出为此所必需的有源耦合器30的部件。有源耦合器30在输入侧装备有放大器31。放大器31的输出被耦合到用于检测激活信号的激活检波器电路32。激活检波器电路32的输出被耦合到输出驱动器34的控制输入33。放大器31的输出被耦合到输出驱动器34的输入。
在被放大器31放大之后，在有源耦合器30的星形接口处接收到的数据分组被发送给激活检波器电路32，该激活检波器电路32生成控制信号“激活性”。输出驱动器34在其它星形接口的输出线路“数据输出”上是放置接收到的数据分组还是空闲电平的控制是借助于此控制信号。
激活检波器电路32的一个重要特性从短干扰脉冲抑制的要求中导出，该要求不必导致在空闲阶段期间在星形接口之一上激活性的检测。激活检波器电路32因此装备有未示出的低通滤波器，该低通滤波器抑制具有最大长度tnoise-max的干扰脉冲。这个低通滤波器确保直到在延迟时间tact-det之后才检测激活性，因此输出驱动器34也可以只在这个延迟之后被激活。同样，在信号“激活性”再次变成待用之前，在消息部分的结尾经过某一时间tidle-det。这个时间由数据分组的消息部分中的1或0序列的最大长度控制，并且通常与tact-det无关。
图5示出所述信号在时间上的波形。
没有在前的前导码，输出驱动器34的延迟的激活将引起数据分组的消息部分的开始被毁坏。另一方面在图5所示的实施例中，只有前导码的持续时间被减少了延迟时间tact-det。这个降低发生在消息所经过的每一个有源耦合器中。因此在发送节点中，前导码的原始长度t前导码被选择以便即使当通过最大可能数目的有源耦合器时数据分组的消息部分也不被毁坏。
所述前导码的降低可用于作为耦合器信息添加到数据分组中，计数信息指示所讨论的数据分组已经经过的有源耦合器的数目。为此，在所有有源耦合器中应当对tact-det确保在接收节点中已知的常数值。例如，如果(未示出的)低通滤波器被实现为具有例如由石英振荡器精确限定的时钟频率的数字滤波器时，这就能够被实现。接收节点确定前导码的剩余长度t前导码-k*tact-det，并且通过与原始长度相比能够确定经过的有源耦合器的数目k。
图6极大简单化地示意性地示出具有三个网络节点40、41和42的通信网。图6所示的通信网优选地可以是机动车的总线系统。三个网络节点40、41和42例如可以是机动车的各个电气部件。
图6所示的通信网装备有三个有源耦合器43、44和45。三个有源耦合器43、44和45以一种未示出的方式内部地布线，以便到达星形接口之一的信号被路由到特定的有源耦合器的所有其它星形接口。结果，经由网络发送的数据分组在网络上以星形方式分布。经由网络发送的数据分组因此不必装备有路由信息。
网络节点40被连接到有源耦合器43，该有源耦合器43被连接到有源耦合器44，并且有源耦合器44被连接到有源耦合器45。有源耦合器45被连接到网络节点41，并且有源耦合器44被连接到网络节点42。另外，在有源耦合器43和有源耦合器45之间存在连接。
网络节点40和42之间的传输信道因此显示出两条冗余的传输路径。网络节点40和网络节点42之间的正常的传输路径通过有源耦合器43和44来进行。如果有源耦合器43和有源耦合器44之间的连接失效或者被中断，则网络节点40和网络节点42之间的数据分组的发送经由有源耦合器43、有源耦合器45和有源耦合器44进行。网络节点40和42之间的发送因此通常经由两个有源耦合器进行，而在出错的情况下，有源耦合器43和有源耦合器44之间的连接一中断就经由三个有源耦合器进行。
在有源耦合器43和有源耦合器44之间的连接一中断，在网络节点40和网络节点42之间的传输信道的运行时间就发生突变。这可以利用耦合器信息在网络节点42中检测到，并且可以为了时钟同步而被考虑。作为有源耦合器43和有源耦合器44之间的连接失效的结果，因此没有发生时钟同步的损害。

Claims (15)

1.一种通信网，该通信网具有至少两个网络节点(1-6)、具有用于在所述网络节点(1-6)之间发送数据分组(20)的至少一个传输信道以及具有至少一个有源耦合器(7-10)，其中当数据分组经过有源耦合器(7-10)时，耦合器信息被附加到数据分组(20)上，其特征在于：在接收数据分组(20)的网络节点(1-6)中，根据耦合器信息来确定数据分组运行时间信息，其中，
提供通信时间表，该通信时间表向各个网络节点分配用于发送数据分组(20)的时隙，网络节点(1-6)的每一个都装备有具有本地时间调度器的至少一个通信控制器，用于根据通信时间表控制网络节点(1-6)对传输信道的接入，并且在接收节点中确定的数据分组(20)的运行时间信息被用来同步本地时间调度器的时基。
2.如权利要求1所述的通信网，其特征在于：与所经过的有源耦合器(7-10)的数目有关的计数信息项作为耦合器信息被添加到数据分组(20)中。
3.如权利要求1所述的通信网，其特征在于：明确地识别所经过的特定有源耦合器(7-10)的标识信息作为耦合器信息被添加到数据分组(20)中。
4.如权利要求1所述的通信网，其特征在于：所述网络节点(1-6)装备有存储器，其中针对所经过的有源耦合器(7-10)的特定数目来存储相关运行时间延迟。
5.如权利要求1所述的通信网，其特征在于：所述网络节点(1-6)的每一个都装备有用于检测传输路径的退出的监控电路，其中如果接收到的数据分组(20)的运行时间不同于迄今正常的运行时间，则监控电路检测到传输路径的退出。
6.如权利要求1所述的通信网，其特征在于：至少一个星形耦合器被提供作为具有至少三个星形接口的有源耦合器(7-10)，该星形耦合器的星形接口的每一个都被提供，以便把数据分组(20)作为激活信号的函数从所指定的网络节点(1-6)路由到其它星形接口或者从其它星形接口之一路由到至少一个所指定的网络节点(1-6)。
7.如权利要求1所述的通信网，其特征在于：所述数据分组(20)装备有标识部分，并且有源耦合器(7-10)被装备来借助于对标识部分的改变把耦合器信息添加到数据分组(20)中。
8.如权利要求7所述的通信网，其特征在于：所述标识部分是前导码(21)。
9.如权利要求7所述的通信网，其特征在于：所述标识部分装备有等强信号，并且有源耦合器(7-10)的每一个都被提供以便通过改变等强信号的长度来添加耦合器信息。
10.如权利要求9所述的通信网，其特征在于：所述等强信号是直流电压信号。
11.如权利要求7所述的通信网，其特征在于：所述标识部分装备有若干脉冲，并且有源耦合器(7-10)被提供以便通过改变脉冲数目来添加耦合器信息。
12.一种具有如权利要求1所述的通信网的车辆。
13.一种控制通信网的方法，该通信网具有至少两个网络节点(1-6)、具有至少一个有源耦合器(7-10)以及具有用于在网络节点(1-6)之间发送数据分组(20)的至少一个传输信道，其中当数据分组经过有源耦合器(7-10)时，耦合器信息被附加到数据分组(20)上，其特征在于如下步骤：
在接收数据分组(20)的网络节点(1-6)中，根据耦合器信息来确定数据分组运行时间信息；
提供通信时间表，该通信时间表向各个网络节点分配用于发送数据分组(20)的时隙；
由网络节点中装备的本地时间调度器，根据通信时间表控制网络节点(1-6)对传输信道的接入；以及
使用在接收节点中确定的数据分组(20)的运行时间信息，来同步本地时间调度器的时基。
14.一种与权利要求1-10中任一项所述的通信网相连的有源耦合器，其中有源耦合器(7-10)被提供以便在数据分组(20)经过有源耦合器时向数据分组附加运行时间信息，该运行时间信息在网络节点中用来同步本地时间调度器的时基。
15.一种用于通信网的网络节点，其特征在于：在网络节点中接收到数据分组(20)时，根据由有源耦合器(7-10)附加到数据分组(20)上的耦合器信息来确定数据分组运行时间信息，其中，根据通信时间表分配用于发送数据分组(20)的时隙，网络节点(1-6)的每一个都装备有具有本地时间调度器的至少一个通信控制器(1a-6a)，用于根据通信时间表控制网络节点(1-6)对传输信道的接入，并且在接收节点中确定的数据分组(20)的运行时间信息被用来同步本地时间调度器的时基。
CNB2004800122677A 2003-05-08 2004-05-04 通信网和控制该通信网的方法 Expired - Fee Related CN100375457C (zh)

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EP03101272 2003-05-08

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