DE102010036458A1 - Method for synchronization stabilization of communication process for time-controlled communication system for transmission of data in communication network of motor car, involves setting synchronization message in time window - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisationsstabilisierung eines Kommunikationsablaufs für ein zeitgesteuertes Kommunikationssystem in einem Kommunikationsnetzwerk eines Kraftfahrzeugs. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechend konfiguriertes zeitgesteuertes Kommunikationssystem.The present invention relates to a method for synchronization stabilization of a communication sequence for a time-triggered communication system in a communication network of a motor vehicle. Furthermore, the present invention relates to a correspondingly configured time-controlled communication system.
Zeitgesteuerte Kommunikationssysteme, die in Kraftfahrzeugen Einsatz finden, verfügen in der Regel über ein zeitgesteuertes Bussystem, über welches eine Mehrzahl von Netzwerkknoten, mindestens zwei Netzwerkknoten, miteinander verbunden sind. Derartige zeitgesteuerte Bussysteme etablieren in der Regel einen verteilten Synchronisationsmechanismus, um eine gemeinsame Zeitbasis für alle an den enstprechenden Bus angekoppelten Netzwerkknoten für die Netzwerkkommunikation zu definieren. Für diesen Zweck müssen mindestens zwei Netzwerkknoten als Sender im Kommunkationssystem definiert sein, die die Synchronisation aufrechterhalten.Timed communication systems used in motor vehicles generally have a time-controlled bus system via which a plurality of network nodes, at least two network nodes, are connected to one another. Such timed bus systems typically establish a distributed synchronization mechanism to define a common time base for all network communication nodes coupled to the corresponding bus. For this purpose, at least two network nodes must be defined as transmitters in the communication system, which maintain the synchronization.
Ein inzwischen vielseitig eingesetztes Bussystem in Kraftfahrzeugen stellt das Bussystem basierend auf dem FlexRay®-Standard dar. Ein reibungsloser Ablauf der Datenkommunikation in einem FlexRay®-System setzt voraus, dass alle Netzwerkknoten, die über einen entsprechenden FlexRay®-Bus miteinander verbunden sind, ein gleiches Zeitverständnis haben, weil alle Aktivitäten des Kommunikationssystems durch ein Erreichen bestimmter Punkte im Zeitablauf ausgelöst werden. Anhand des Beispiels eines FlexRay®-Kommunikationssystems sei im Folgenden die Problematik der Synchronisation kurz dargelegt. In einem FlexRay®-Kommunikationssystem muss sichergestellt werden, dass aus Sicht aller über einen Bus verbundenen Netzwerkknoten alle Kommunikationszyklen immer zum selben Zeitpunkt beginnen und gleich lang sind. Ebenso muss garantiert werden, dass alle statischen Zeitfenster eines statischen Segments als Teil eines Buszyklus für alle Kommunikationsknoten immer an der gleichen Stelle innerhalb des jeweiligen Buszyklus beginnen. Die Voraussetzung dafür ist ein globales Zeitverständnis. Da das Kommunikationssystem auf Basis von FlexRay® auf einer sogenannten Multi-Master-Architektur basiert, kann ein globales Zeitverständnis in diesem Fall nur auf Basis von lokalen Zeitbasen kooperativ hergestellt werden. Dabei ist zu beachten, dass Frequenztoleranzen mit Toleranzen von passiven Bauelementen in einer Quarzbeschaltung bei identischer Nennfrequenz für unterschiedliche Frequenzen und Phasen sorgen. Generell ist vorgesehen, dass eine maximale Frequenzabweichung zulässig ist, nicht jedoch überschritten werden sollte. Eine derartige zulässige Frequenzabweichung sorgt dafür, dass über eine relativ lange Laufzeit, d. h. über mehrere Buszyklen, das Gesamtsystem mit einer ausreichend großen Sicherheit operationsfähig ist. Es ist jedoch auch offensichtlich, dass ohne ein regelmäßiges Stellen der lokalen Zeitbasen, d. h. der jeweiligen Zeitbasen der einzelnen Netzwerkknoten, keine netzwerkweite Zeitbasis hergestellt werden kann. Die Netzwerkknoten verwenden dazu in der Regel einen speziellen Algorithmus, um ihre lokalen Zeitbasen bzw. ihre lokalen Uhren so zu konfigurieren, dass alle lokalen Uhren im Kommunikationssystem bis auf eine definierte Abweichung zu einer globalen Uhr synchron laufen. Eine Synchronisation lokaler Uhren beispielsweise in einem FlexRay®-Kommunikationssystem basiert im Wesentlichen darauf, dass jedem Netzwerkknoten Sende- und Empfangszeitpunkte aller statischen Nachrichten, d. h. aller Nachrichten, die in einem entsprechend statischen Segment eines Buszyklus versendet werden, von vornherein bekannt sind. Damit sind alle Netzwerkknoten innerhalb des Kommunikationssystems in der Lage, eigenständig Korrekturen durchzuführen, so dass alle Kommunikationsknoten jeden Kommunikationszyklus zum selben Zeitpunkt mit dem gleichen Takt beginnen können.The bus system based on the FlexRay ® standard represents a bus system that has become widely used in motor vehicles. A smooth flow of data communication in a FlexRay ® system requires that all network nodes that are connected to one another via a corresponding FlexRay ® bus be integrated have the same understanding of time, because all activities of the communication system are triggered by reaching certain points over time. Based on the example of a FlexRay ® communication system, the problem of synchronization is briefly outlined below. In a FlexRay ® communication system, it must be ensured that from the point of view of all network nodes connected via a bus, all communication cycles always begin at the same time and have the same length. It must also be guaranteed that all static time windows of a static segment as part of a bus cycle for all communication nodes always start at the same point within the respective bus cycle. The prerequisite for this is a global understanding of time. Since the communication system based on FlexRay ® is based on a so-called multi-master architecture, a global understanding of time in this case can only be produced cooperatively on the basis of local time bases. It should be noted that frequency tolerances with tolerances of passive components in a quartz circuit at identical nominal frequency provide for different frequencies and phases. In general, it is envisaged that a maximum frequency deviation is permissible, but should not be exceeded. Such an allowable frequency deviation ensures that over a relatively long period of time, ie over several bus cycles, the entire system is operational with a sufficiently high level of security. However, it is also obvious that without a regular setting of the local time bases, ie the respective time bases of the individual network nodes, no network-wide time base can be established. The network nodes usually use a special algorithm to configure their local time bases or their local clocks so that all local clocks in the communication system run synchronously except for a defined deviation from a global clock. Synchronization of local clocks, for example in a FlexRay® communication system, is essentially based on the fact that each network node is informed in advance of transmission and reception times of all static messages, ie of all messages that are sent in a corresponding static segment of a bus cycle. Thus, all network nodes within the communication system are able to independently make corrections, so that all communication nodes each communication cycle can start at the same time with the same clock.
In einem Kommunikationssystem fungieren mindestens zwei, teilweise auch mehr Kommunikationsknoten als sogenannte Synchronisationsknoten, die pro Buszyklus eine sogenannte Synchronisationsnachricht in einem definierten statischen Zeitfenster übertragen. Es ist dabei festzuhalten, dass es sich bei den Synchronisationsnachrichten um keine zusätzlichen Nachrichten handelt, sondern um statische Nachrichten, bei denen ein sogenannter Synchronisationsrahmenindikator ”Sync Frame Indicator” gesetzt ist.In a communication system at least two, sometimes even more communication nodes act as so-called synchronization nodes, which transmit a so-called synchronization message in a defined static time window per bus cycle. It should be noted that the synchronization messages are not additional messages, but static messages in which a so-called synchronization frame indicator "Sync Frame Indicator" is set.
Alle Kommunikations- bzw. Netzwerkknoten vergleichen die, wie oben erwähnt, zuvor bekannten Zeitpunkte mit den Zeitpunkten, zu denen die Synchronisationsnachrichten tatsächlich eintreffen. Daraus können die Netzwerkknoten selbständig einen Korrekturwert errechnen und somit ihre jeweilige lokale Zeitbasis entsprechend korrigieren und mit der globalen Uhr synchronisieren. Eine Korrektur kann beispielsweise darin bestehen, dass ein Zeitschritt in Form eines Offsets nötig ist, um den Zeitrahmen bzw. den Start eines Zyklus so zu verschieben, dass er mit dem Start der anderen Netzwerkknoten wieder synchron läuft. Ein derartiger Zeitschritt bzw. Offset kann durch Hinzufügen oder Weglassen einer dem Zeitschritt entsprechenden Anzahl von sogenannten Mikroticks in einem Zeitfenster am Ende eines jeden oder einem spezifisch bestimmten Zyklus ausgeglichen werden. Ein Mikrotick stellt die kleinste Einheit der jeweiligen lokalen Uhren dar. So ist jeder Kommunikationsknoten in der Lage, seinen Zyklus entweder zu verkürzen oder zu verlängern und sich so an die anderen Kommunikationsknoten anzupassen.All communication or network nodes compare, as mentioned above, previously known times with the times at which the synchronization messages actually arrive. From this, the network nodes can independently calculate a correction value and thus correct their respective local time base accordingly and synchronize with the global clock. A correction may, for example, be that a time step in the form of an offset is necessary in order to shift the time frame or the start of a cycle so that it synchronizes again with the start of the other network nodes. Such a time step or offset can be compensated by adding or omitting a number of so-called microticks corresponding to the time step in a time window at the end of each or a specific cycle. A microtick represents the smallest unit of the respective local clocks. Thus, each communication node is able to either shorten or lengthen its cycle and thus adapt to the other communication nodes.
In Fehlerfällen kann es jedoch zu Ausfällen von Synchronisationsnachrichten kommen, d. h. wenn einer der dafür verantwortlichen Netzwerknoten, auch als Synchronisationsknoten bezeichnet, defekt ist oder gar vollständig ausfällt. Dadurch kann es auch zu totalen Kommunikationsnetzwerkausfällen kommen. In error cases, however, synchronization messages may fail, ie if one of the network nodes responsible for this, also referred to as a synchronization node, is defective or even fails completely. This can also lead to total communication network failures.
Es war somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit bereitzustellen, die Erhaltung der Operabilität eines entsprechenden Kommunikationsnetzwerks auch im Fehlerfall zu gewährleisten.It was therefore an object of the present invention to provide a way to ensure the maintenance of the operability of a corresponding communication network even in the event of a fault.
Vor diesem Hintergrund stellt nunmehr die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Synchronisationsstabilisierung eines Kommunikationsablaufs für ein zeitgesteuertes Kommunikationssystem in einem Kommunikationsnetzwerk eines Kraftfahrzeugs bereit, welches die Merkmale von Patentanspruch 1 aufweist. Ferner offenbart die vorliegende Erfindung ein entsprechend konfiguriertes zeitgesteuertes Kommunikationssystem mit den Merkmalen von Patentanspruch 7.Against this background, the present invention now provides a method for synchronization stabilization of a communication sequence for a time-triggered communication system in a communication network of a motor vehicle, having the features of
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den jeweiligen entsprechenden abhängigen Patentansprüchen dargelegt.Advantageous embodiments are set forth in the respective respective dependent claims.
Gemäß Patentanspruch 1 wird ein Verfahren zur Synchronisationsstabilisierung eines Kommunikationsablaufs für ein zeitgesteuertes Kommunikationssystem in einem mindestens zwei Netzwerkknoten umfassenden Kommunikationsnetzwerk eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Dabei läuft die Kommunikation in Zyklen mit je einer Mehrzahl von Zeitfenstern ab und in jedem Zyklus wird jedem Netzwerkknoten mindestens ein Zeitfenster zur Datenübertragung zugeteilt. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren sieht vor, dass bei einem identifizierten Kommunikationsverlust des Kommunikationsnetzwerks durch einen Synchronisationsverlust dieser Kommunikationsverlust entsprechend diagnostiziert und damit eine Zählung von Kommunikationsverlusten ausgelöst und durchgeführt wird. Ab einer vordefinierten Anzahl von Kommunikationsverlusten wird sodann innerhalb eines vordefinierten Zeitintervalls eine zusätzliche Synchronisationsnachricht in einem verfügbaren Zeitfenster abgesetzt. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass selbst bei Ausfall einer Synchronisationsnachricht seitens eines dafür vorgesehenen Synchronisationsknotens eine zusätzliche Synchronisationsnachricht in einem bestimmten Zeitintervall ”nachgesendet” wird, um somit eine Art ”Resynchronisierung” des Gesamtsystems zu ermöglichen, bevor es zu einem Totalausfall kommen kann.According to
Gemäß einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgesehenen Verfahrens umfasst das Kommunikationsnetzwerk ein Bussystem, über welches die mindestens zwei das Netzwerk bildenden Netzwerkknoten zur Kommunikation verbunden sind.According to one possible embodiment of the method provided according to the invention, the communication network comprises a bus system via which the at least two network nodes forming the network are connected for communication.
Dabei wird vorzugsweise als Bussystem ein deterministisches Bussystem, insbesondere ein auf dem FlexRay®-Standard basierendes Bussystem verwendet.In this case, a deterministic bus system, in particular a bus system based on the FlexRay® standard, is preferably used as the bus system.
Es ist denkbar, dass die zusätzliche Synchronisationsnachricht in einem separat vorgehaltenen Zeitfenster abgesetzt wird. Das bedeutet, dass beispielsweise bei Verwendung eines FlexRay®-Bussystems in dem statischen Segment als Teil eines Buszyklus ein statisches Zeitfenster definiert wird, was ausschließlich und speziell zur Versendung derartiger zusätzlicher Synchronisationsnachrichten vorgesehen ist.It is conceivable that the additional synchronization message is issued in a separately stored time window. This means that, for example, when using a FlexRay ® -Bussystems in the static segment a static time window is defined as part of a bus cycle, which is provided solely and specifically for transmission of such additional synchronization messages.
Es ist jedoch auch denkbar, dass die zusätzliche Snychronisationsnachricht in einem existierenden, zu der in Frage kommenden Zeit jedoch aktuell nicht bedienten Zeitfenster abgesetzt wird. Das bedeutet, dass hier kein Zeitfenster ausschließlich zur Versendung dieser zusätzlichen Synchronisationsnachrichten reserviert wird, sondern lediglich im Bedarfsfall ein existierendes, in dem jeweiligen Buszyklus nicht verwendetes Zeitfenster Einsatz findet. Letztere Möglichkeit erlaubt eine effektivere Ausnutzung der zum Versenden von Nachrichten vorgesehenen Zeitfenster, birgt jedoch gegebenenfalls den Nachteil in sich, dass in einem entsprechenden Buszyklus kein statisches Zeitfenster ”idle” ist und eine entsprechende Synchronisationsnachricht gegebenenfalls erst im nächsten Buszyklus versendet werden kann. Gegebenenfalls könnte in einem solchen Fall die Synchronisationsnachricht ausnahmsweise auch in einem auf das statische Segment folgenden dynamischen Segment des Buszyklus versendet werden.However, it is also conceivable that the additional synchronization message is placed in an existing time window that is currently not being used at the time in question. This means that no time window is reserved here exclusively for the purpose of sending these additional synchronization messages, but only if necessary, an existing time slot not used in the respective bus cycle is used. The latter possibility allows a more effective utilization of the time window provided for the transmission of messages, but possibly involves the disadvantage that in a corresponding bus cycle no static time window is "idle" and a corresponding synchronization message can possibly only be sent in the next bus cycle. If necessary, in such a case the synchronization message could exceptionally also be sent in a dynamic segment of the bus cycle following the static segment.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird ein zum Versenden von Synchronisationsnachrichten dienender Netzwerkknoten, der als den Synchronisationsverlust verursachend identifiziert wird, systematisch als Synchronisationsknoten aus dem Kommuniaktionsnetz ausgeschlossen und ein anderer Netzwerkknoten als Synchronisationsknoten eingesetzt.According to another embodiment of the method, a network node serving to send synchronization messages, which is identified as causing the loss of synchronization, is systematically excluded as a synchronization node from the communications network and another network node is used as the synchronization node.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein zeitgesteuertes Kommunikationssystem zur Übertragung von Daten in einem Kommunikationsnetzwerk eines Kraftfahrzeugs, wobei das zeitgesteuerte Kommunikationssystem dazu konfiguriert ist, zur Synchronisationsstabilisierung eines Kommunikationsablaufs, bei einem identifizierten Kommunikationsverlust des Kommunikationsnetzwerks durch einen Synchronisationsverlust, diesen Kommunikationsverlust entsprechend zu diagnostizieren und damit eine Zählung von Kommunikationsverlusten auszulösen und durchzuführen, wobei ab einer vordefinierten Anzahl von Kommunikationsverlusten innerhalb eines vordefinierten Zeitintervalls eine zusätzliche Synchronisationsnachricht in einem verfügbaren Zeitfenster abzusetzen ist.Furthermore, the present invention relates to a timed communication system for transmitting data in a communication network of a motor vehicle, wherein the timed communication system is configured for synchronization stabilization of a communication process, in an identified communication loss of the communication network by a loss of synchronization, this To diagnose communication loss accordingly and thus to trigger and carry out a count of communication losses, wherein from a predefined number of communication losses within a predefined time interval an additional synchronization message is to be placed in an available time window.
Das zeitgesteuerte Kommunikationssystem kann dabei ein Bussystem umfassen, über welches die mindestens zwei das Netzwerk bildenden Netzwerkknoten zur Kommunikation verbunden sind. Als Bussystem ist dabei vorzugsweise ein deterministisches Bussystem, insbesondere ein auf dem FlexRay®-Standard basierendes Bussystem einzusetzen.The time-controlled communication system may comprise a bus system via which the at least two network nodes forming the network are connected for communication. The bus system used here is preferably a deterministic bus system, in particular a bus system based on the FlexRay® standard.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description of the accompanying drawings.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Figuren schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Figuren schematisch und ausführlich beschrieben.The invention is illustrated schematically by means of embodiments in the figures and will be described schematically and in detail with reference to the figures.
Für eine durchzuführende Synchronisastion sind, wie bereits eingangs erwähnt, jeweils mindestens zwei Netzwerkknoten zur Versendung von sogenannten Synchronisationsnachrichten pro Buszyklus verantwortlich. Ein Buszyklus, wie er zur Datenkommunikation der vorliegenden Bustopologie in dem entsprechenden Kommunikationsnetzwerk aussehen kann, ist in
Um einem derartigen Kommunikationsausfall in dem Kommunikationsnetzwerk vorzubeugen, ist nun erfindungsgemäß vorgesehen, sobald ein Kommunikationsverlust innerhalb des Kommunikationsnetzwerks durch einen Synchronisationsverlust identifiziert und als solcher entsprechend diagnostiziert wurde, eine Zählung von Kommunikationsverlusten auszulösen und durchzuführen und vorzusehen, ab einer vordefinierten Anzahl von Kommunikationsverlusten innerhalb eines vordefinierten Zeitintervalls eine zusätzliche Synchronisationsnachricht in einem verfügbaren statischen Zeitfenster des statischen Segments
Ist in dem betroffenen Zyklus hingegen die maximal erlaubte Anzahl an Zyklen ohne Synchronisation noch nicht erreicht, so wird in Schritt
Im Falle, dass die maximal zulässige Anzahl von Zyklen ohne Synchronisation erreicht ist und zudem in Schritt
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