CN101305566A - 消息传输方法 - Google Patents

Abstract

提出了一种使用具有时隙的传输协议来传输消息的方法，其允许灵活地传输消息，其中每一个消息具有向其分配的消息标识符，消息按顺序放置在队列中，以及队列具有向其分配的时隙标识符集。

Description

消息传输方法

技术领域

本发明涉及一种使用具有时隙的传输协议来传输消息的方法。

背景技术

在通常由布置成网络形式的多个节点构成的通信系统中，在各个节点之间交换消息，从而能够传递信息。例如，这种通信系统可以用于，优选地，从中央控制单元对具有多个传感器、致动器等的复杂技术配置进行控制。这种系统具体用于汽车工程中，例如，以便能够将来自加速度传感器的信号引导至中央控制单元。如果加速度传感器感测到超过了加速度的极限值，则向控制单元传递指示该感测的信号，然后控制单元触发安全气囊。在这种情况下，尤其有必要可靠地传递安全相关的消息或信息。对传输介质或通道的访问(例如以节点的电信号导线形式)受到介质访问控制(MAC)协议的控制。

特别是在汽车工程中，存在当前用于消息传输的新型传输协议，例如本领域技术人员熟知的协议FlexRay。该协议使用时间复用数据传输帧，即消息传输的周期性重复，这种传输帧被划分为两个不同段，即静态段和动态段。在静态段中使用的是基于定长时隙的介质访问，而在动态段中使用的是基于优先级的方案。术语时隙是从TDMA系统中获知的，并且是从时间模式得到的，在该时间模式中，在时间复用过程下给予各个用户(即，节点)排他权来进行传输(介质访问)。在这种情况下，术语时隙也用于时间间隔，在此时间间隔中，节点在例如FlexRay系统或者甚至CAN系统的动态段中接收或要求传输权。在CAN系统中，传输权的分配是根据优先级和无损仲裁(no-lossarbitration)得到的，而在FlexRay的动态段中，通过最小时隙过程(mini-slotting process)来进行传输权的分配，最小时隙过程利用虚拟令牌对介质访问进行控制。如果节点之一具有传输权，则该节点能够分派变长消息，即，在这种情况下，术语“时隙”不一定表示恒定的时间间隔。

每一个时隙由号码形式的所谓的时隙标识符(SID)标识，在周期的开始处，这些号码以例如SID＝1开始。周期具有的固定时隙个数是例如6个，即，具有从1到6的SID范围。

为此目的，众所周知，除了提供用于存储待传输消息或数据的缓冲存储器之外，还提供用于登记分配的时隙，从而能够在给予的时隙中传输存储的消息。这样，该缓冲存储器要传输的消息总是与给定的时隙相联系。

对于不断再发生并由例如网络上的一个节点发射的消息而言，这种方法特别有利。例如，这些消息可以是给出了机动车辆当前速度的信号，该信号将被传递至速度计。因为时隙固定，所以从理论上讲，在例如通信系统的中央控制单元或主机等接收消息的组件中，已经知道了接收的消息来自哪个节点、或者正在接收哪种类型的消息。

但是，尤其在FlexRay协议的动态段中，可能存在对消息的阻挡，这是因为进入传输路径的FIFO缓冲存储器的消息是依次被处理的，因此总是只有一个特定的时隙可用，这意味着在优先级较高的消息之前进入缓冲存储器的优先级较低的消息可能阻挡优先级较高的消息，直到针对优先级较低的消息的时隙开放为止。这表示首先到达缓冲存储器的消息也是首先被传递的。

DE 103 29 179 A1描述了一种管理通信控制器和属于网络上的节点的(在该专利中称作)主机处理器之间的存储器的方法，尤其是采用FlexRay协议的方法，每个数据消息分配有标识符，并存在附加控制数据，其包括与标识符相关联的数据指针。

GB 2 389 492 A描述了一种采用时隙辅助传输协议的消息传输方法，其中每一个时隙具有分配给自己的标识符。每一个待传输消息(即，数据传输帧)具有分配给自己的校验值，在接收机中对该该校验值进行校验，以确保消息是正确传输的。

US 2003/0099556 2 A1公开了一种借助于时隙在无线网络上传输消息的方法，其中向网络上的节点分配特定时隙。如果节点指示了其需要更多时间来进行消息传输，则控制装置能够向该节点分配空闲时隙。

发明内容

本发明的目的是提供在本文开头所述的一种消息传输方法，其中以灵活方式向空闲时隙分配消息，因此不一定会阻挡缓冲存储器中存储的消息。

本目的通过权利要求1限定的特征来实现。

本发明的关键概念在于去除了待传输消息与用于给出介质访问控制中的位置的时隙标识符之间的联系。例如，这适用于FlexRay协议的静态段或一般的基于时间复用的系统。实现该概念的方式是，每一个消息(即，待传输的数据或数据传输帧)具有分配给自己的消息标识符(MID)，该消息标识符可与时隙标识符(SID)区分开来。然后，将该消息按顺序放置在传输队列(TxQueue)中，这样为中央控制单元或主机执行的传输做好准备。优选地，借助于应用软件来实现这种在队列中按顺序的放置。

然后，向该队列分配时隙标识符集或时隙标识符组，以在网络上一个接一个地传输消息。这些时隙标识符具有依据传输协议的预设大小，传输协议是在给定情况下选择的。优选地，采用进行操作的电路来实现队列中的下一消息向分配的时隙标识符组中的下一可用时隙的动态分配。

然后，在消息传输的传输协议中使用时隙，在由时隙标识符组预设的连续时隙中一个接一个地传输来自队列的消息。为此目的，优选地，所有消息具有相同长度。在这种情况下，将任意所需消息分配给各个任意所需时隙，这表示，尤其是消息接收机再也无法仅根据时隙得到与发送方或消息本质有关的任何结论。

不言而喻，为了能够执行该方法，要从硬件和/或软件方面设计具有节点和中央主机的网络，以便可以在主机或每一个节点处提供要传输的消息，并带有消息标识符，按顺序放置在队列中，该队列具有向其分配的时隙标识符集，从而可以从主机向节点、从节点向主机或者在节点自身之间以所需方式传输消息。为此目的，向已经排列成队列的消息提供了各个FIFO缓冲存储器，以下简称为缓冲存储器。

本发明的优点在于，将传输介质的给定带宽(即，用于消息传输的通道)提供给消息传输，而不是提供给以固定方式与给定时隙相联系的消息。这意味着队列不会被缓冲存储器中存储的较低优先级的消息阻挡到分配给该消息的时隙时间开放为止。

本发明的优选实施例的特征在于从属权利要求。

权利要求2中限定的队列处理方式确保了首先读入缓冲存储器或首先存储在其中的消息将被首先分派。这种先进先出方法的结果是，虽然确定地保持了希望的消息传输顺序，但是实际传输消息的确切时间并未预先设定，这是因为就每一个节点而言，用于下一外发消息的是对于该节点可用的下一开放时隙。

此外，如权利要求3所述，每一个消息可以具有向其分配的失效时间(lapsing time)。该失效时间指定待传输消息的最长寿命期限。例如，如果适合的时隙尚未开放，从而在传输该消息之前，已经过了该寿命期限，则自动删除该消息，以使网络容量不会由于过期的消息而负荷超载。在机动车辆中，例如，这种消息可以是重要性较低的传感器信号，例如是对外部温度的指示，不需要以固定时间间隔对该消息进行更新。不言而喻，为此目的，节点和主机具有分配给各自的各个内部时钟，这些时钟彼此同步；或者整个网络与个中央时钟连接。

当然，如权利要求4所述，可以在共同形成网络的多个节点之间和/或节点与主机之间交换消息。为此目的，在节点处提供用于消息队列的缓冲存储器、用于发送和接收消息以及用于读取消息标识符的装置。

在权利要求5中提出，消息传输根据FlexRay协议进行，在这种情况下，可以利用协议的静态和动态两个部分。在这种情况下，有利之处在于，因为可以在任意所需的时隙中传输具有消息标识符的消息，所以消息标识符独立于接收节点或主机中的时隙标识符。简单地通过查看消息标识符来进行标识，这表示节点或主机可以检测到该消息是从哪些其他节点或主机发送的。为此目的，例如，可以将节点串行地编号。

如权利要求6所述，在这种情况下，例如，主机可以使用数量少于消息个数的时隙来发送大量消息。这表示在例如FlexRay协议的多个周期中连续发送队列中等待发送的消息。例如，可以在FlexRay协议的动态段中，每个周期发送两个消息，这表示发送四个消息需要两个周期。

如权利要求7所述，以上描述了本发明，其实质上用于机动车辆中从多个组件或传感器和/或控制装置发送消息。但是，本领域技术人员将清楚理解，该方法页可以用在多个节点之间以及(有必要时)主机之间的任何类型的网络，在这种情况下，电导线、光纤电缆和无线电链路可以用作消息传输的通道。

所提出的方法也可以用于其他传输协议，其中有利于去除消息标识符与时隙标识符的联系，特别是在时隙标识符由基于优先级的控制而确定的情况下，例如，在控制器局域网(CAN)协议的情况下。

在同一节点中，也可以将所提出的去除消息标识符与时隙标识符的联系以协助该节点的传输路径上的队列的方法，与存储消息并以固定方式向时隙分配专用消息存储器的传统方法相结合。依据应用所要满足的要求，在确定性的时间控制下，可以支持分配固定的消息的发射，也可以支持仅遵守顺序的简单的消息发射。

附图说明

本发明的上述和其他方面将从以下结合实施例的描述显而易见并得以阐述。

附图中：

图1以图示方式示出了网络布局。

图2示出了消息传输随时间进行的模式。

具体实施方式

图1所示实施例是包括5个节点A、B、C、D和E以及用于在节点A、B、C、D和E之间传输消息的通道1的网络，例如在汽车工程中用于在机动车辆的多个组件之间进行通信的网络。原理上，也可以有两个通道或其他通道拓扑结构。

从图2的图示中可以看到消息传输随时间进行的模式。FlexRay基本上划分为静态段SID1到SID3以及动态段SID4到SID6。无论时隙数目m如何，交换的消息个数是n，正常情况下n＞m，例如，选择m＝6，n＝15。为了简单说明，假设所有消息具有相同长度，并且动态段能够支持每周期2个消息。

在静态段中MID1-3与SID1-3之间存在固定相关，而假设在动态段中不存在这种固定相关。接收机处的消息标识符与用于MAC的SID无关。因此，针对FlexRay协议已标准化的MID字段或其他编码可以用于消息传输。

以下表为例，表示本方法：

在该示例中，SID5和SID6只分配给节点A，SID4只分配给节点B。节点A发射消息MID4到MID10，节点B发射消息MID11到MID 15。其他节点共享静态段：向节点C分配SID1和MID1，向节点D分配SID2和MID2，并向节点E分配SID3和MID3。

如示例所示，节点A和B处的缓冲存储器已进入“满”状态，图2示出了在各个连续通信周期中得到的通道上的消息流。向静态段中时隙(SID1-3)的消息分配是固定的(MID1-3)，因此在图2中未具体示出，而由xxx指示。

附图标记列表

A，B，C，D，E    网络上的节点

1                消息传输的通道

n                消息标识符(MID)集

m                时隙标识符(SID)集

Claims (7)

1.一种使用具有时隙的传输协议来传输消息的方法，其特征在于

-每一个消息具有向其分配的消息标识符，

-消息按顺序放置在队列中，以及

-队列具有向其分配的时隙标识符集。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过FIFO方法来处理队列。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，向每一个消息分配失效时间。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，在网络上的多个节点之间以及/或者节点与主机之间传输消息。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于，根据FlexRay协议传输消息。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的方法，其特征在于，使用较少数目的时隙来传输较大数目的消息。

7.权利要求1到6中任一项所述的方法在汽车工程中的应用。

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