CN102111286A - 在控制局域网网络结构中监控整个网络的运行状态的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了在CAN网络结构中整个网络的运行状态的监控方法，其中所述CAN网络中包括一个网络管理节点和多个其它网络节点，该方法包括：所述网络管理节点向所述一个或多个网络节点周期性地发送时钟报文；所述一个或多个网络节点中的每一个网络节点响应于所述网络管理节点发送的时钟报文，计算自身在每个时间周期内向所述动力网总线发送的数据帧数，并将所述发送的数据帧数发送到所述网络管理节点；所述网络管理节点接收所述发送的数据帧数，并利用所述发送的数据帧数来计算至少一个时间周期内的网络负载；以及根据所述至少一个时间周期内的网络负载来判断整个网络的运行状态。

Description

在控制局域网网络结构中监控整个网络的运行状态的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及汽车控制局域网（CAN)网络的网络监控方法，尤其涉及一种用于在 CAN网络结构中监控整个网络的运行状态的方法。

背景技术

[0002] CAN是德国博世公司在1986年为解决汽车中众多测量控制部件之间的数据交换 而开发的一种串行数据通信总线，发展到现在，如今的CAN网络系统在汽车产业中已经起 到了不可替代的作用。

[0003] 对于可充电双模式混合动力汽车来讲，其电子控制模块众多，网络通信复杂，整车 CAN通信网络分为动力网络与车身网络，对可靠性要求很高。现有的CAN网络中，大多无主 动监控功能，不能及时发现总线节点故障及网络性能异常等情况，对于一般功能简单、系统 交互量少、可靠性要求不高的网络结构可能影响不大，但是对于混合动力汽车的复杂网络 结构及大数据量可靠性要求高的网络，则存在很大的风险，使得对整个系统的运行状态的 实时监控不能得到保障，从而便需要一种新的CAN网络监测方法来对整个CAN网络的状态 进行实时监控，从而能够即时了解整个汽车各个模块和组件的运行状态，在最大程度上避 免系统故障带来的危害。

发明内容

[0004] 由于现有的CAN网络监测方法在对数目日益增多且网络通讯越发复杂的网络节 点进行监控时实时性不能得到保证，本发明提出了一种对整个CAN网络的运行状态进行监 控的方法。

[0005] 本发明提供了一种用于在控制局域网网络结构中监控整个网络的运行状态的方 法，其中所述控制局域网网络结构包括一个网络管理节点以及一个或多个网络节点，所述 网络管理节点和所述网络节点之间通过动力网总线进行连接，该方法包括：所述网络管理 节点向所述一个或多个网络节点周期性地发送时钟报文；所述一个或多个网络节点中的每 一个网络节点响应于所述网络管理节点发送的时钟报文，计算自身在每个时间周期内向所 述动力网总线发送的数据帧数，并将所述发送的数据帧数发送到所述网络管理节点；所述 网络管理节点接收所述发送的数据帧数，并利用所述发送的数据帧数来计算至少一个时间 周期内的网络负载；以及根据所述至少一个时间周期内的网络负载来判断整个网络的运行 状态。

[0006] 通过本发明所提出的监测网络负载的方法以及在此基础上对整个CAN网络的运 行状态进行监控的方法，能够对网络的网络负载进行计算，并从而实现对整个CAN网络的 运行状态的实时监控，确保了汽车在各种工作模式下信息交互的实时性和准确性。

附图说明

[0007] 图1是根据本发明的一种实施方式的CAN网络结构图；以及[0008] 图2是根据本发明的整个CAN网络运行状态监控方法的流程图。 具体实施方式

[0009] 一般的汽车CAN网络包括一个起主控作用的网络管理节点以及多个其它的网络 节点，在本发明的一种实施方式中，如图1所示，汽车CAN网络可以包括动力电池管理器、 车载充电器或外部充电器、电机控制器、发动机电子控制单元（ECU)、传动ECU、主控制器和 DC/DC变换器等。其中动力电池管理器为网络管理节点，其余的模块则是所述其它的网络节 点，包括动力电池管理器在内的各个模块之间通过动力网总线来互相耦合。以下将结合图 1所示的CAN网络结构对本发明的内容进行详细的描述，需要指出的是，本实施方式中所列 出的各个模块只是为了对实施方式进行说明，并不起限制作用，从而本发明的内容也不限 于这种网络结构。

[0010] 如图2所示，本发明提供了一种用于在控制局域网网络结构中监控整个CAN网络 的运行状态的方法。根据本发明提供的方法，所述网络管理节点向所述一个或多个网络节 点周期性地发送时钟报文（步骤210)；所述一个或多个网络节点中的每一个网络节点响应 于所述网络管理节点发送的时钟报文，计算自身在每个时间周期内向所述动力网总线发送 的数据帧数，并将所述发送的数据帧数发送到所述网络管理节点（步骤220)；所述网络管 理节点接收所述发送的数据帧数，并利用所述发送的数据帧数来计算至少一个时间周期内 的网络负载（步骤230)；以及根据所述至少一个时间周期内的网络负载来判断整个网络的 运行状态（步骤M0)。

[0011] 在步骤210中，所述网络管理节点向所述一个或多个网络节点周期性地发送时钟 报文，其中所使用的时间周期为10ms-50ms。其中所述时钟报文是一种CAN数据报文（CAN 数据报文为用来传输各个ECU内部的实际信号的报文）。

[0012] 在步骤220中，所述一个或多个网络节点中的每一个网络节点根据所述网络管理 节点发送的时钟报文来计算各自在每个时间周期内向所述动力网总线发送的数据帧数，并 且所述一个或多个网络节点中的每一个网络节点将各自在每个时间周期内发送的数据帧 数的计算结果发送到所述网络管理节点。

[0013] 而所述一个或多个网络节点中的每一个网络节点将所述发送的数据帧数发送到 所述网络管理节点的步骤则可通过发送网络管理报文的方式来实现，其中，所述网络管理 节点向所述至少一个网络节点发送网络管理报文，该网络管理报文请求所述至少一个网络 节点中的每一个网络节点将自身在每个时间周期内所发送的数据帧数发送到所述网络管 理节点。其中所述网络管理报文为管理整车各个E⑶的报文，比如用于对各个E⑶进行休 眠唤醒的报文、请求各个模块上传统计数据的报文等等。

[0014] 网络管理节点也可以每隔M个（比如1-10个）时间周期发送一次网络管理报文， 并要求各个网络节点上传各自在之前M个时间周期的每个时间周期中发送的数据帧数。

[0015] 所述网络节点响应于所述网络管理报文将各自在所要求的每个时间周期内发送 的数据帧数发送到网络管理节点。

[0016] 在步骤210和220中，网络管理节点除了通过所述时钟报文来启动各个网络节点 对自身发送的数据帧数进行计算之外，还可以利用所述时钟报文将各个网络节点的时间与 系统时间统一，并使得各个网络节点的时间周期长度与网络管理节点一致，从而在统计各个时间周期的发送数据帧数或接收数据帧数时不存在时间上的偏差。

[0017] 在本发明的一种实施方式中，时钟报文可以启动各个网络节点对自身发送的数据 帧数进行计算，并在随后接收到网络管理节点的网络管理报文后，再将所计算的数据帧数 发送到网络管理节点。

[0018] 在步骤230中，所述网络管理节点接收所述发送的数据帧数，并利用所述一个或 多个网络节点中的每一个网络节点发送的数据帧数来计算所述至少一个时间周期内的网

络负载。

[0019] 在该步骤中，不但可以计算整个网络在一个时间周期内的网络负载，也可以计算 整个网络在多个时间周期内的网络负载。

[0020] 在该步骤中，所述网络负载是通过下式计算得到的：

[0021] 网络负载=(每帧数据的位数X所有网络节点在N个时间周期内发送的数据帧 数之和）/(NX时间周期X总线标准位速率），

[0022] 其中总线标准位速率指的是单位时间内总线所允许的数据位数，单位是比特/ 秒；N的范围为1-5。

[0023] 可见，网络负载是一个或多个时间周期内平均每秒发送的数据的位数与总线标准 位速率的比值，为了反映即时的概念，所考虑的时间长度不宜过长。

[0024] 在步骤MO中，根据所述至少一个时间周期内的网络负载来判断整个网络的运行 状态。

[0025] 车辆各种工作模式下整车通讯负载率监测。网络管理模块需要实时监测总线负载 情况，并根据车辆实时的工作模式判断此工作模式下的总线负载与其理论负载进行对比是 否符合要求，多包丢包现象是否超过网络系统容错要求。

[0026] 在该步骤中，也可以通过对网络负载进行等级划分来实现对整个网络的运行状态 的监控，其中可以按照如下规则来划分等级：如果所述网络负载小于0.4，则判断整个网络 处于正常负载状态；如果所述网络负载大于或等于0. 4且小于0. 7，则判断整个网络处于负 载过高状态；如果所述网络负载大于或等于0. 7，则判断整个网络处于负载严重过高状态。

[0027] 此外，除了上述步骤，该网络运行状态方法中还可包括所述网络管理节点在计算 所述网络负载之后请求所述一个或多个网络节点中的每一个网络节点将自身在每个时间 周期内所发送的数据帧数的计算结果清除。

[0028] 结合图1进行说明，作为网络管理节点的动力电池管理器根据车辆系统时钟（动 力电池管理器提供）统计各电控单元在每个时间周期内发送的数据帧数，并对同一时间周 期内从各个模块接收到的数据帧数求和，得出这一段时间内的网络负载。

[0029] 在车辆处于放电模式时，向动力电池管理器发送数据帧数的电控单元包括电机控 制器、发动机E⑶、传动E⑶、DC/DC变换器、主控制器等。

[0030] 在车辆处于充电模式时，向动力电池管理器发送数据帧数的电控单元包括DC/DC 变换器、车载充电器（或外部充电器）等。

[0031] 通过本发明所提出的对整个CAN网络的运行状态进行监控的方法，能够对网络的 网络负载进行计算，从而实现对网络状态的实时监控，确保了汽车在各种工作模式下信息 交互的实时性和准确性，并能够即时了解整个汽车各个模块和组件的运行状态，从而在最 大程度上避免系统故障带来的危害。

Claims (8)

1. 一种用于在控制局域网网络结构中监控整个网络的运行状态的方法，其中所述控制 局域网网络结构包括一个网络管理节点以及一个或多个网络节点，所述网络管理节点和所 述网络节点之间通过动力网总线进行连接，其特征在于，该方法包括：所述网络管理节点向所述一个或多个网络节点周期性地发送时钟报文； 所述一个或多个网络节点中的每一个网络节点根据所述网络管理节点发送的时钟报 文来计算自身在每个时间周期内向所述动力网总线发送的数据帧数，并且所述一个或多个 网络节点中的每一个网络节点将所述发送的数据帧数发送到所述网络管理节点；所述网络管理节点接收所述发送的数据帧数，并利用所述发送的数据帧数来计算至少 一个时间周期内的网络负载；以及根据所述至少一个时间周期内的网络负载来判断整个网络的运行状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个网络节点中的每一个网络节点将 所述发送的数据帧数发送到所述网络管理节点包括：所述网络管理节点向所述一个或多个网络节点发送网络管理报文，该网络管理报文请 求所述一个或多个网络节点中的每一个网络节点将自身在每个时间周期内所发送的数据 帧数的计算结果发送到所述网络管理节点；所述一个或多个网络节点中的每一个网络节点将自身在每个时间周期内所发送的数 据帧数的计算结果发送到所述网络管理节点。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述网络负载是通过下式计算得到的：网络负载=(每帧数据的位数X所有网络节点在N个时间周期内发送的数据帧数之 和）/(NX时间周期X总线标准位速率），其中总线标准位速率是指单位时间内总线所允许的数据位数，单位是比特/秒；N的范 围为1-5。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述网络管理节点是动力电池管理器。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述网络节点包括下列中的至少一者：充电 器、电机控制器、发动机电子控制单元、传动电子控制单元、主控制器和DC/DC变换器。

6.根据权利要求1或2所述的方法，该方法还包括：所述网络管理节点在计算所述网络负载之后请求所述一个或多个网络节点中的每一 个网络节点将自身在每个时间周期内所发送的数据帧数的计算结果清除。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其中根据所述网络负载来判断整个网络的运行状 态包括：对网络负载划分等级，以判断整个网络的运行状态。

8.根据权利要求7所述的方法，其中：如果所述网络负载小于0. 4，则判断整个网络处于正常负载状态； 如果所述网络负载大于或等于0. 4且小于0. 7，则判断整个网络处于负载过高状态； 如果所述网络负载大于或等于0. 7，则判断整个网络处于负载严重过高状态。