CN101370691A - 动态资源分配的方法和系统 - Google Patents

Abstract

在一种用于在通信系统中进行动态资源分配的方法中，对于通信用户的访问，预先规定持续时间至少暂时固定的周期性的时帧，其中，在时帧中将时隙分配给这些通信用户。缩短未被使用的时隙的持续时间，由此可以在该时帧中安置附加的时隙，这些附加的时隙尤其是根据通信用户的通信需求动态地被分配给这些通信用户。

Description

动态资源分配的方法和系统

背景技术

在汽车中设置了串行总线系统，以便实现电子部件形式的通信用户之间的数据交换。由传输介质和连接在其上的总线控制器所组成的单元被称为总线系统。控制设备(电子控制单元，简称为ECU(Electronic Control Units))通过总线控制器被连接到总线系统上，并因此使之能够将数据送到总线上或监听总线的数据。

为了可以传输数据，总线控制器必须获得对传输介质的排他的访问。在一时刻，总是只有单个总线控制器可以将数据送到总线上。所有其它的所连接的总线控制器必须在其传输时等候，直至正在进行中的传输结束为止。

为了协调总线控制器的介质访问，总线系统通常实现不同的介质访问方法(介质访问控制，简称MAC(Medium Access Control))。标准化的总线系统FlexRay例如应用一种介质访问方法，该介质访问方法在传输介质上建立固定的周期性的时间标度线(Zeitraster)，并将各个时间片(Zeitscheibe)固定地分配给各个通信用户。这些通信用户可以将分配给他们的和周期重复的时间片用于发送他们的消息，或者使得所分配的时间片未被使用。同样被标准化的总线系统CAN应用了一种给各个消息类型分配固定限定的优先级的介质访问方法。在竞争情况下，总是其消息具有所有进行竞争的消息的最高优先级的那个通信用户获得了发送权。

总线系统是通信系统的特殊情况。这些总线系统完全通常是用于支持信息传送的装置。

在技术上能(并在电信系统中也已经常用地)借助测量合适参数而在线地(即在系统的运行时间)确定和影响信息传送的品质(服务质量，简称QoS(Quality of Service))。这种参数例如说明了连接的时间特性(传输时间、延迟时间等等)和效率(带宽、通过能力等等)。

可是，当今被装在汽车中的通信系统不允许或只允许不充分地检查QoS。缺少用于监控和影响QoS的相对应的装置。

为了仍然达到实现所限定的连接质量，汽车通信系统中的资源静态地被分配给通信用户。在积分时刻，因此必需知道通信用户之间的所有曾经存在的连接，以及知道这些连接的确切的资源需求。

通信用户在通信系统的运行时间没有使用的资源通常不另外被应用，而是保持未被使用。

由EP 1 061 671 A2公知传输资源在消息传输系统中的分配。为此，由通信用户通知中心：该通信用户只想要使用减少的传输资源容量。未被使用的容量被分配给其它通信用户。

发明内容

发明优点

利用权利要求1所述的措施，即对于通信用户的访问，预先规定持续时间至少暂时固定的周期性的时帧，其中，在时帧中将时隙分配给通信用户，缩短未被使用的时隙的持续时间，由此可以在该时帧中安置附加的时隙，这些附加的时隙尤其是根据通信用户的通信需求而动态地被分配给这些通信用户，提高了资源使用的灵活性。

可以将在运行时间自发保持未被使用的资源分配给其它连接，并因此提高了通信系统的使用强度。同样可以在其资源消耗方面必要地限制连接。此外，在采用按照本发明的方法时，也还能将没有实现这里所说明的方法的通信用户集成到通信系统中。

不同于EP 1 061 671 A2中，中央实体并不取决于通信用户的关于减少的资源需求的通知被送达给它。该中央实体自己决定，它何时和给谁分配附加的时隙。

通过在从属权利要求中所提及的措施，对在权利要求1中所说明的方法的有利改进方案和改善方案是可能的。在权利要求11中说明了一种用于执行本发明方法的系统。

特别有利的是，由中央实体、尤其是由资源管理器来进行时隙的分配和附加时隙的分配。这简化了通信工作量，防止了可能的冲突，并且优化了传输资源的利用。

通过交换尤其是由中央实体管理和分析处理的质量参数，可以将资源发放或时隙的分配与不同的通信需求相匹配。

可以根据优先级来实现时隙在时帧之内的发放。因此确保了，在任何情况下都考虑高优先级的通信需求。

有利地经过控制消息向通信用户发送时隙分配。在紧接着的控制消息之后才实现重新分配。这降低了控制开销和数据交换开销。随着将通信连接划分成多个等级，可以给每个等级分配自己的质量参数组。因此不必针对每个连接分析处理分开的参数组。这使在中央实体中的分析处理和计算变得容易一些。

以有利的方式可识别地构造时隙。因此，向通信用户的分配是明确的和排他的。

按照本发明的方法能够有利地被集成到FlexRay总线系统中，其中现有的体系结构和协议可以不加改变地继续存在。

附图说明

在附图中示出并在以下说明中详细阐述了本发明的实施例。

图1示出了一种FlexRay网络，

图2示出了用于通信的时帧结构。

具体实施方式

可被用于本发明的通信系统拥有以下特性：

-通信系统建立持续时间至少暂时固定的通信周期，

-将所建立的循环细分成任意多个时隙，

-时隙是可识别的，即这些时隙载有明确的标识符。在此，理想地涉及连续的编号，

-通信用户对于预先规定数量的时隙获得排他的发送授权(Sende-Berechtigung)，

-未被使用的时隙有利地在其持续时间方面自动地被缩短，由此通信周期可以可变地包括多个时隙，因为该通信周期的确具有固定的持续时间。

可替换地，也可以由中央实体来进行缩短，以代替尤其是通过网络典型的(netzwerktypisch)特征量来自动缩短未被使用的时隙。

具有所列出的特性的通信系统的实例是FlexRay总线系统(FlexRay通信系统协议规范(FlexRay Communication SystemProtocol Specification)，FlexRay联盟(FlexRay Consortium)，2004年6月)。

开头所阐述的ECU形式的通信用户被连接到该通信系统上，在这些ECU上分别实施一个或多个软件应用程序。此外还假设，这些软件应用程序不时地与连接到该系统上的其它软件应用程序建立联系，以便与这些其它软件应用程序交换数据。这种连接可以是偶发的，即不是在系统的整个运行时间存在的或者持久的。

根据本发明，现在，在通信系统中存在以下被称为资源管理器的中央实体，该中央实体不时地将消息的发送授权给予通信用户的软件应用程序，并因此管理了通信系统资源。

根据所阐述的通信系统特性，通过排他地分配时隙，实现通信系统资源向软件应用程序的分配。软件应用程序可以将分配给其的时隙用于分别传输消息，或者也可以使得时隙未被使用。

为了让通信用户的软件应用程序知道他们对于哪些时隙拥有发送授权，资源管理器在需要时向这些软件应用程序发送控制消息。这种控制消息以有利的方式由软件应用程序标志符(Bezeichner)的列表组成。于是，按照以下的模式来实现控制消息的解释：列表中的第n个录入项将时隙n分配给具有在该第n个列表位置上所说明的标志符的软件应用程序。

实例

控制消息包含具有总共5个软件应用程序标志符的列表，并且看上去如下：R，K，U，E，K。

消息的解释于是可能产生以下的时隙向软件应用程序的分配：

-应用程序R获得时隙1的发送授权

-应用程序K获得时隙2和5的发送授权

-应用程序U获得时隙3的发送授权

-应用程序E获得时隙4的发送授权

但是，许多替换方案对于控制消息的结构和解释也是可能的。因此，按照通信用户进行分配也是可能的，也就是说，前n个录入项包含第一软件应用程序的时隙的连续编号或编号范围，接下来的m个录入项与此相对应地包含第二软件应用程序的时隙的连续编号或编号范围，等等。

在本发明方法的一种其它有利的特征中，资源管理器可以附加地改变通信周期的持续时间，并因此改变一个周期中的时隙的数量。由此，通信系统能够再次更有效地与变换的通信需求相匹配。

时隙向软件应用程序的分配一直持续，直至资源管理器进行新的分配为止。由于随着每个新的通信周期重新从头开始通过这些时隙，所以涉及周期性的发送授权，这些发送授权一直继续存在，直至紧接着的控制消息表明重新分配时隙为止。

资源管理器具有在各个软件应用程序的通信需求方面的、系统全面的(systemumfassend)知识，并且可以随时改变时隙向软件应用程序的分配，并因此可以胜任各个软件应用程序的随时间改变的要求。例如可以通过分配其它时隙来满足对数据速率的额外需要，通过取消各个时隙来满足较低需要。

以有利的方式实现了具有扩展的功能的资源管理器。在其被扩展的特征方面，资源管理器不仅仅识别所参与的软件应用程序，而且也识别存在于这些软件应用程序之间的连接。对于每个单个连接，资源管理器管理在要提供给这些软件应用程序的连接质量QoS方面的信息。这些信息可以通过固定的参数组来详细说明。在这种情况下，可能的参数是：

-最小数据速率，

-最大数据速率，

-平均数据速率，

-消息的最大允许延迟时间，

-消息的最小允许延迟时间，

-消息的平均延迟时间，

-延迟时间的最大允许方差。

为了给连接提供满足相应参数的连接质量QoS，资源管理器现在可以执行用于向软件应用程序最佳地发放通信系统资源的计算，并且借助已经说明的控制消息将计算结果通知给软件应用程序。

基于这里所说明的被扩展的方法，能容易地并且在大多情况下有利地，将连接划分成多个等级，并给每个等级分配自己的QoS参数组。于是，不再存在针对每个连接的参数组，而是仅仅存在针对每个等级的参数组，由此能够显著简化资源管理器的实现，并且尤其是显著简化要由该部件执行的计算。

资源管理器有利地在通信周期之内给高优先级的连接分配远在前面的时隙，而给低优先级的连接分配远在后面的时隙。通信系统的特性引起，时隙的总数可以因周期的不同而不同，并且与时隙实际上被用于传输数据到何种程度的情况有关。只有实际上被用于数据传输的时隙才具有其整个时间长度，而未被使用的时隙在时间上被缩短了，并因此可以较早地开始随后的时隙。如果发生了可供使用的时隙的强烈的满载，则因此仅不利地影响低优先级的连接。为此有以下实例：

通信周期(即时帧)可能持续500毫秒。未被使用的时隙确切地持续2毫秒，被用于数据传输的时隙确切地持续10毫秒。如果所有的时隙保持未被使用，则该周期因此包括250个时隙。如果相反地将所有时隙用于数据传输，则该周期仅仅包括50个时隙。也即，每个周期包括最少50个和最多250个时隙。因此，时隙51至250向软件应用程序的分配在有疑问的情况下意味着：这些软件应用程序尽管有所分配的时隙仍不能发送数据，因为周期在实际上到达分配给它们的时隙之前已结束。时隙位于后面越远，在通信周期结束之前不再到达该时隙的概率越大。因此特别有利的是，将时隙的后面的区域提供给在其QoS参数方面对通信系统提出最少要求的那些连接。

除了上述的区分优先级的分配之外，也可以进行考虑公平的分配。该分配可以至少在预先规定的时间间隔中接替区分优先级的分配，以便将低优先级的连接不完全排除在通信之外。

资源管理器具有分析处理和控制设备，该分析处理和控制设备可以识别时帧中的未被使用的容量，并可以将这些未被使用的容量以附加时隙的形式提供给具有提高的通信需求的通信用户使用。

借助本方法的补充的扩展方案，可以将连接到通信系统上的、不实现这里所述的通过中央RM进行动态资源分配方法的ECU可靠地集成。为此，将由通信系统所提供的时隙细分成两组。对于一个组的时隙，如上所述，在运行时间由资源管理器进行向软件应用程序的分配，而另一个组的时隙已经在开发时刻固定地被约束到不实现这里所述方法的那些软件应用程序上。资源管理器在运行时间已知道，它可以动态分配哪些时隙，以及哪些时隙位于其控制之外，因为这些时隙已经在开发时刻静态地被分配。

实施例

假设连接有三个ECU 200、201、202的FlexRay网络100。ECU 200载有软件应用程序500和501，ECU 201载有软件应用程序502，而ECU202载有软件应用程序503和504以及附加地载有软件应用程序“资源管理器”600。

假设软件应用程序502是一种不实现这里所述方法的并且仅仅想要以常规方式将FlexRay总线系统用于进行数据交换的应用程序。

FlexRay总线系统的通信周期被划分成静态段和动态段。这里所述的方法应被应用于动态段。在此处要指明的是，FlexRay通信周期的静态段不符合以上所阐述的通信系统特性。

现在，在开发时刻将FlexRay通信周期的动态段配置成以致其持续i毫秒。未被使用的并且因此被缩短的时隙可能持续i/6毫秒，被使用的时隙可能持续i/2毫秒。

软件应用程序502已经在开发时刻固定和排他地被分配有任意的、但是在本实例中却是第一时隙。资源管理器600具有以下任务：在运行时刻将剩下的6-1个时隙分配给软件应用程序。

在接通系统之后，资源管理器600发送具有以下内容的控制消息：500，501，501，503，504。ECU 200和202接收这些控制消息并且分析处理这些控制消息。形成了以下的时隙向软件应用程序的分配：

-软件应用程序500在时隙2发送，

-软件应用程序501在时隙3和时隙4发送，

-软件应用程序503在时隙5发送，

-软件应用程序504在时隙6发送。

在现在正在进行中的运行中，如图2所示出的那样，通信周期(时帧)互相毗邻地排列，并且软件应用程序可以将分配给它们的和周期性重复的时隙用于传输数据，或使得这些时隙未被使用。在图2中示意性地可以识别由应用程序所利用的时隙的长度和未被使用的时隙的长度。用N表征第一时帧，而用N+1表征接着的时帧。

实例1

假设，所有软件应用程序想要将分配给它们的时隙实际用于数据传输，并且使得没有时隙未被使用。于是在第一时隙，软件应用程序502首先发送了持续时间i/2。紧接着，软件应用程序500在时隙2同样发送了持续时间i/2。现在，通信周期结束，未曾到达时隙3至6。软件应用程序501、503和504在该周期中不能传输数据。资源管理器600有利地已精确地进行时隙的分配，以致恰好可以传输其传输已生成了最大使用的那些消息，而恰好未曾传输其贡献对于整个使用可能有较少的结果的那些消息。

实例2

假设，软件应用程序500和504想要将分配给它们的时隙用于数据传输，而所有其余的软件应用程序没有数据传输需求，并使得它们的时隙未被使用。于是没有谁在第一时隙发送。在i/6毫秒的时间期满之后结束了该时隙，并且时隙2开始。软件应用程序500在时隙2发送，并且该时隙在i/6+i/2＝i/6+3i/6＝4i/6毫秒之后结束。紧接着，时隙3开始并在5i/6毫秒之后结束，因为时隙3保持未被使用。于是同样未被使用的时隙4开始。通信周期现在期满，并且未曾到达时隙5和6。

实例3

资源管理器识别了：仅仅软件应用程序504有数据传输需求，并且该数据传输需求非常大，即软件应用程序504必须突然传输非常多的消息。所有其它软件应用程序没有数据传输需求。资源管理器将时隙向软件应用程序的当前(和以上说明)的分配识别为不利的，并计算出更好的分配。资源管理器以控制消息的形式将该计算的结果通知给软件应用程序。控制消息为：504，504，504，504，504。除了位于资源管理器的控制之外的时隙1之外，也即将所有可供使用的时隙分配给可以在其中进行其范围广泛的数据传输的软件应用程序504。所有其它应用程序没有由于该重新分配而受到损害，因为这些应用程序无论如何不必传输数据并且当前不需要任何传输容量。

在采用本发明方法时，可以以在总通信用户数量之下的每个周期的时隙数量来工作。由此得出通信周期的持续时间的缩短，并因而得出通信周期的更高的重复率。换言之，对于在任何情况下被静态分配的通信用户，并且也对于所选出的动态的通信用户，这减少了传输等待时间。实际上，这实现了通信用户的时钟脉冲的提高。

按照本发明的资源管理器具有分析处理和控制设备，该分析处理和控制设备能够选择性预测地或反应性地识别时帧中的未被使用的容量，并且将这些未被使用的容量通过分配附加时隙来提供给所选出的通信用户使用。

Claims (11)

1.用于在通信系统、尤其是汽车通信系统中进行动态资源分配的方法，其具有以下步骤：

- 对于通信用户的访问预先规定持续时间至少暂时固定的周期性的时帧，其中在所述时帧中将时隙分配给所述通信用户，

- 缩短未被使用的时隙的持续时间，由此可以在所述时帧中安置附加的时隙，

- 所述时隙尤其是根据通信用户的通信需求动态地被分配给所述通信用户。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，由中央实体、尤其是资源管理进行时隙的分配和附加时隙的分配。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对于通信连接，交换尤其是涉及数据速率、允许的延迟时间和/或延迟时间的允许方差的质量参数，其中尤其是由所述中央实体来管理和分析处理所述质量参数，并在资源发放或分配时隙时考虑所述质量参数。

4.按照权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，给高优先级的通信连接分配位于时帧开始的时隙，而给低优先级的通信连接分配在时间上布置在后面的时隙，其中，必要时可以至少暂时由考虑公平的分配来代替优先级分配。

5.按照权利要求2至4之一所述的方法，其特征在于，所述中央实体向通信用户发送包含通信用户的时隙分配的控制消息，其中，所述时隙分配要么对于每一个时帧拥有有效性，要么一直持续，直至紧接着的控制消息表明重新分配为止。

6.按照权利要求3至5之一所述的方法，其特征在于，通信连接被划分成多个等级，并给每个等级分配自己的质量参数组。

7.按照权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，可识别地构造所述时隙，并且给通信用户对于预先规定数量的可识别的时隙分配排他的发送授权。

8.按照权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，要么自动地、尤其是通过网络典型的特征量来促使缩短未被使用的时隙，要么由所述中央实体来促使缩短未被使用的时隙。

9.按照权利要求1至8之一所述的方法，其特征在于，以对于每个时帧的在总通信用户数量之下的时隙数量来工作。

10.按照权利要求1至9之一所述的方法在FlexRay网络中的应用，其中，仅在FlexRay时帧的动态段中进行动态的时隙分配。

11.用于在通信系统中进行动态资源分配的系统，其具有以下特征：

- 设置了中央实体、尤其是资源管理器(600)，该资源管理器(600)用能被分配给通信用户的时隙来预先规定周期性的时帧，

- 所述资源管理器具有分析处理和控制设备，该分析处理和控制设备能够选择性预测地或反应性地识别时帧中的未被使用的容量，并且能够通过分配附加时隙来将所述未被使用的容量提供给所选出的通信用户使用。

Images