CN102160321B

CN102160321B - 驱动具有多个节点的通信系统的方法及其通信系统

Info

Publication number: CN102160321B
Application number: CN200980136250.5A
Authority: CN
Inventors: M·维尔纳; B·米勒; C·格鲍尔; M·斯普劳尔
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-09-17
Filing date: 2009-03-06
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2029-03-06
Also published as: DE102008042172A1; ES2805750T3; EP2338248A1; US8566655B2; US20110264974A1; WO2010031599A1; EP2338248B1; CN102160321A

Abstract

本发明涉及一种用于驱动具有多个节点（13）的通信系统（11）的方法（41），所述节点（13）有权使用通信系统（11）的公共信道（15），其中在该方法（41）中对用于通过信道（15）传输消息（33）的传输过程（31）就误码（35）进行监控，其中在出现误码（35）时通过信道（15）传输信令消息（37），以用信号通知误码（35）。为了给出可简单实现的用于驱动这种通信系统（11）的方法（41），其中该方法使得能够根据信道的误码率（BER）来控制在节点（13）之间的通信过程，建议测量信令消息（37）的信令速率（r）并且根据信令速率（r）来确定信道（15）的误码率（BER）。

Description

驱动具有多个节点的通信系统的方法及其通信系统

技术领域

本发明涉及一种用于驱动具有多个节点的通信系统的方法，这些节点有权使用（Zugriff）通信系统的公共信道，其中在该方法中对用于通过该信道传输消息的传输过程就误码（Bitfehler）进行监控，其中在出现误码时通过该信道传输信令消息，以用信号通知该误码。

背景技术

在ISO标准11898-1“Roadvehicles-ControllerAreaNetwork(CAN)-Part1:Datalinklayerandphysicalsignalling（公路车辆-控制器局域网（CAN）-第一部分：数据链路层和物理信令）”中，详细说明了控制器局域网（CAN）的数据链路层（Sicherungsschicht）以及在CAN的物理层（Bituebertragungsschicht）中的信令。该标准详细说明了称作错误帧（errorframe）的用于用信号通知在数据传输中出现的误码的信令消息。此外,在该标准中还详细说明了:节点检测出现的各个错误帧并且根据所检测到的错误帧而在各种状态之间更换。

公知的CAN协议的缺点在于：利用所述CAN协议不能足够准确地根据信道的瞬时误码率进行自适应的通信控制。因此，必须在考虑到所估计的信道误码率的情况下规划CAN域。

发明内容

本发明的任务是给出一种可简单实现的用于驱动具有多个通过公共信道彼此相连的节点的通信系统的方法，该方法使得能够根据信道的瞬时误码率来控制在这些节点之间的通信过程。

为了解决该任务建议了一种具有权利要求1的特征的方法。

根据本发明认识到，通过分析信令消息可以以简单的方式估计该信道的瞬时误码率，而不必要为此扩展通信系统的协议。该方法因此能简单地被实现，其中利用根据本发明的方法被驱动的通信系统保持与传统的通信系统相兼容。此外，该方法不需要必须通过该信道传输的附加消息。在实施该方法时，信道因此不承受额外负荷。此外，还涉及一种数字方法，对于该数字方法不需要估计模拟量、譬如信噪比。该方法特别良好地适于在快速通信系统中（例如在电信领域中）确定瞬时误码率。该方法尤其是在如下通信系统中被采用：在所述通信系统中，所有通信用户都可以观察对位流中的误码的反应。对所观察的反应进行统计，以便据此接着确定瞬时误码率。通过通信系统传输消息优选地以数据帧进行。瞬时误码率可以在该通信系统的一个或多个通信用户中、优选地在该通信系统的所有通信用户中被确定。

特别优选的是，根据该信道的信道占用（Kanalbelegung）和信道的容量来确定误码率。以这种方式考虑信令速率（Signalisierrate）与有效数据率的关系。在这种情况下，预先给定的值可被考虑作为信道占用。例如，可以以完全占用信道为出发点。

信道占用对所估计的误码率的值的不希望的影响可以相对有效地通过如下方式来消除：通过测量通过该信道传输的消息（优选地无错误地传输的消息）的消息率（Nachrichtenrate）来确定信道占用。在这种情况下，此外还可以检测所传输的各个消息的长度，或者信道占用的确定基于平均的或者事先已知的消息长度。由此实现了：误码率的值在很大程度上与瞬时信道占用无关地被确定，也就是说，信道占用的波动最多微小地歪曲所确定的误码率的值。所建议的将消息率的测量限制于无错误地传输的消息简化了该方法，而由此无需使测量的精度以及由此所确定的误码率的精度显著劣化。

此外可设想的是：在确定信道占用时,仅部分所述通过该信道传输的消息被考虑。例如，可以仅仅对消息的有效数据部分或者仅仅对消息的消息头部、尤其是仅仅对消息的仲裁部分（Arbitrierungsteil）予以考虑。

根据本发明的优选的实施形式设置的是，所有传输过程的平均误码率被确定为误码率。由此，该方法能以小的开销来实现，因为仅仅必须维持误码率的值并且因此需要相对少的存储器用于实施该方法。

对此可替换地或者补充地可以设置的是，其中由一定的节点发送消息的那些传输过程的误码率被确定为误码率。在这种情况下，可以维持误码率的多个值和/或其它统计量的多个值，这些值与不同的一定的节点相关联。优选地，确定通信系统的每个节点的误码率。尽管每个连接到通信系统的节点都可以通过该节点监听由一定的节点发送的传输来确定该传输的误码率，但是优选的是，一定的节点确定由其本身所发送的传输的误码率。总之，通过确定一定的节点的误码率，提供了关于该节点的通信条件的更精确的信息。

已证明为有利的是，在一定的时间间隔内确定信道的误码率。因此优选的是，优选地通过用于使间隔开始的开始指令和用于使该间隔结束的停止指令来预先给定如下时间间隔：在该时间间隔内确定误码率。

特别优选的是，至少一个节点的通信特性根据所确定的误码率被适配。以这种方式，该通信系统可以与随时间改变的误码率动态地匹配。如果误码率在一定的时刻相对高，则一个或多个节点可以针对其传输选择有效数据块的格式，其中校验位占整个有效数据块的比例相对大，使得尽管误码率高但在传输时达到了相对低的残留错误概率。通常，根据所确定的误码率可以使各个传输的时刻和内容相匹配。例如，在高误码率的情况下可以延迟相对不重要的或者对时间要求不严格的（nichtzeitkritisch）传输，使得避免通信系统由于信道的通过高误码率而降低的有效数据率引起的过载。也可以设置的是，只要误码率相对高，就避免不能匹配到譬如在具有低的容差时间的应用中出现的提高的误码率的传输。因此，通信系统不再必须静态地在所假设的相对保守地估计的误码率的情况下进行设计，由此提高了通信系统的有效吞吐量，因为仅仅须针对误码率高的情况对误码采取费事的保护措施。

通信系统可以是总线系统，优选地是在车辆技术中所使用的总线系统、诸如CAN域。

作为该任务的另一解决方案，建议了具有权利要求9的特征的通信系统。在这种通信系统中实现了根据本发明的方法的优点。

在这种情况下，特别优选的是：通信系统、尤其是监控装置和信令装置（Signalisiermittel）被设立用于实施上面所描述的根据本发明的方法。

进一步优选的是：至少一个节点、优选地多个或者所有节点都包括测量设备。因此可以设置如下多个测量设备：所述测量设备与不同的节点相关联或者被布置在这些节点中。误码率因此可以由通信系统的多个或者所有节点来确定。由此，得到了如下通信系统：在所述通信系统中，在该系统的多个位置的误码率被确定并且因此容错地被确定。

在这种情况下可设想的是：测量设备被集成到节点的通信控制器中。例如，（如果该通信系统是CAN域，则）被扩展了测量设备的CAN控制器可被设置为通信控制器。通信控制器的用于识别由CAN协议设置的错误帧形式的信令消息的本来所需的设备可以被测量设备一同使用。

也可以设置的是，测量设备被构造为单独的部件、优选地被构造为ASIC。由此实现的是，在根据本发明的通信系统中可以使用传统的部件、譬如传统的通信控制器。

附图说明

本发明的其它特征和优点从以下的描述中得到，在该描述中参照附图更为详细地阐述了示例性实施形式。在此：

图1示出了根据本发明的优选的实施形式的通信系统的示意图；

图2示出了图1的通信系统的节点的示意图；

图3示出了根据第二优选实施形式的节点的示意图；

图4示出了用于驱动图1的通信系统的方法的流程图；以及

图5示出了图4的流程图的细节。

具体实施方式

图1示出了通信系统11，该通信系统11具有多个节点13，这些节点13被连接到公共总线线路15上。该通信系统11是CAN域，其中总线线路15形成了通信系统11的公共信道，所有节点13都有权使用该公共信道。总线线路15的信道容量c在所示的实施形式中为c=500kbit/s。

在图2中示出了节点13的可能的结构。可认识到的是，总线线路15（如在CAN中常见的那样）包括用于在节点13之间传输数据的双绞线17。总线线路15的双绞线17被连接到节点13的CAN收发器19。CAN收发器19的输出端与节点13的CAN控制器21的输入端相连。CAN控制器21的输出端与CAN收发器19的输入端相连。

此外，节点13具有用于确定误码率的测量设备23。测量设备23的输入端同样与CAN收发器19的输出端相连。

最后，节点13包括被构造为微控制器25的微计算机，CAN控制器21和测量设备23被连接到该微计算机上。

测量设备23在图2中所示的实施形式中被构造为ASIC形式的分开的部件。与此不同地，测量设备23也可以被构造为相对应地被编程的可编程逻辑部件（PLD）。

图3示出了节点13的另一实例，其中CAN控制器21和测量设备23被集成到唯一的外围部件27中。节点13的各个组件19、21和23彼此间的布线对应于图2中所示的节点13的部件19、21和23的上面给出的布线。然而，CAN控制器21和测量设备23并非彼此分离，而是通过接口逻辑29被连接到微控制器25。外围部件27可以被实现为集成电路，例如被实现为ASIC或者被实现为相对应的被编程的PLD。

在通信系统11工作时，各个节点13根据CAN协议通过总线线路15来传输数据帧形式的消息33。这种数据帧33包括带有仲裁部分的消息头部并且可以具有用于传输有效数据的有效数据字段。相对应的传输过程31在图1中示意性地作为虚线箭头示出，其中所传输的数据帧33（同样示意性地）被绘制为矩形33。数据帧33的结构对应于通常公知的并且被标准化的CAN协议的预给定。图1中所绘的数据帧33具有误码35。一旦节点13之一识别出该误码35，该节点就发送错误帧形式的信令消息37（errorframe37），以便通过总线线路15向所有节点13表明该误码35。

在节点13之内，微控制器25为CAN控制器21提供了要传输的有效数据块，并且CAN控制器21将有效数据块打包到适当的数据帧33中而且将该数据帧33传输给如下CAN收发器19：该CAN收发器19将该数据帧33接着通过总线线路15的双绞线17输出。为了通过总线线路15接收数据，CAN收发器19分析在总线线路15的双绞线17上的信号并且在其输出端产生对应于接收到的数据帧33或接收到的错误帧37的信号而且将所述信号提供给CAN控制器21和测量设备23使用。CAN控制器21根据CAN协议执行数据处理步骤并且将通过数据帧33传输的有效数据块提供给微控制器25使用。在微控制器25上运行的应用程序可以进一步处理包含在有效数据块中的有效数据并且必要时将要传输给其它节点13的另一有效数据块形式的有效数据传输给CAN控制器21。

由于测量设备23被连接到CAN收发器19的输出端，所以给测量设备23传送所有通过总线线路15传输的数据帧33和错误帧37。通过对传送给测量设备23的错误帧37进行计数（auszaehlen），测量设备23计算通过总线线路15提供的信道的误码率。所算出的误码率由微控制器25从测量设备23读取，使得由微控制器25实施的应用程序的通信特性可以被匹配。

在下文中，参照图4和5更为详细地阐述了用于驱动通信系统11、尤其是用于确定误码率以及用于匹配通信特性的方法41。在该方法41开始43之后实施了等待步骤45，其中等待由微控制器25生成的开始指令c_start。

一旦测量设备23已获得了开始指令c_start，第一测量过程47、第二测量过程49以及等待过程51就同时实施。在第一测量过程47中，测量设备23确定该测量设备23通过其输入端在测量间隔t期间已接收到的错误帧37的数目n_err。在第二测量过程49中，测量设备23确定由该测量设备23在测量间隔t期间无误码地接收到的数据帧33的数目n_pl。在这种情况下，在第二测量过程49中也可以确定数据帧33的平均长度或者所接收到的数据帧33的各个长度。在等待过程51中，测量设备23等待微控制器25将停止指令c_stop传输给测量设备23。一旦测量设备23已接收到停止指令c_stop，该测量设备23就结束过程47、49、51并且开始执行步骤53。

在其内实施两个测量过程47、49的测量间隔t的持续时间因此通过在开始指令c_start与停止指令c_stop之间的时间间隔来确定。在未示出的实施形式中，测量间隔t的持续时间被固定地预先给定，也就是说在过程51中长时间地等待预先确定的持续时间，直至过程47、49和51结束为止。在这种情况下，也可以取消等待步骤45，使得过程47、49、51定期地在预先给定的持续时间内重复实施，而微控制器25为此不必向测量设备23发送指令c_start或c_stop。

在步骤53，根据成功（即无误码35地）传输的数据帧33的所确定的数目n_pl来确定总线占用ρ。总线占用ρ被理解为总线线路15的用于比特传输、尤其是用于传输数据帧33或者错误帧37的相对使用持续时间。出于简洁原因，在这种情况下忽略了与误码35一起传输的数据帧33以及错误帧37。也就是说，为了确定总线占用ρ只考虑无错误地传输的数据帧33。然而，与误码35一起传输的数据帧33和错误帧37可以在其它实施形式中予以考虑。

在步骤53之后的步骤55，对所接收到的错误帧37求平均值n_err，avg。平均值n_err，avg根据多个在相继的第一测量过程47中确定的值n_err来计算。在这种情况下，平均值n_err，avg可以被形成为所确定的值n_err的凸组合，使得平均值n_err，avg为平滑的平均值。各个值n_err在这种情况下可以被任意加权。例如，对于两个值n_err在求平均值时应予以考虑的情况，这些值分别以1/2加权。不同于均匀的加权，也可以设想不均匀的加权，例如具有指数降低的权重系数的加权，其中已过去较久的（weiterzurueckliegend）值n_err比没有过去那么久的值n_err更弱地被看见（gesichtet）。尤其是，平滑的平均值n_err，avg可以由瞬时值n_err和最后算出的平均值n_{err，avg，prev}在应用以下等式的情况下来确定：

。

例如，可以选择α=0.5。由此得到：

。

在步骤55之后实施步骤56，其中在考虑到测量间隔t的持续时间的情况下计算信令速率r、即错误帧37的平均数目n_err，avg相对于测量间隔的持续时间t。

紧接着，在步骤57根据错误帧37的平均数目n_err，avg、总线线路15的信道占用ρ以及信道容量c来计算误码率BER。信令速率r对应于总线线路15的误码率（每单位时间的误码）。误码率BER因此例如可以借助式子：

来计算。自然也可以将每个所传输的数据分组的信令速率r确定为误码率。

在未示出的实施形式中，不是确定信道占用ρ而是考虑恒定的预先给定的信道占用来计算误码率，使得可以取消步骤53。例如，在完全占用的总线（=1）的前提下，在信道容量例如为c=500kBit/s和平均信令速率为r=500s^-1的情况下，通过应用上式得到BER=10^-3的误码率。

在步骤57之后是流程59，在该流程59中，节点13的通信特性根据误码率BER来匹配。紧接着，通过回跳至步骤45来重新实施方法41。错误帧的数目n_err和无错误传输的数据帧33的数目n_pl因此被重复且在不同的间隔内被测量。

在流程59中，节点13的系统状态有针对性地基于误码率BER来改变。在这种情况下可以设置的是，误码率BER的瞬时值与阈值进行比较，并且基于所述比较来保持或者改变节点13的系统状态。所述比较可以周期地或者作为对一定的询问指令的反应来执行。也可以设置的是，当误码率BER大于阈值时或只要误码率BER大于阈值，节点13就执行应急工作或者关断。

在图5中示出了流程59的可能的实现方案。在步骤61，将误码率BER与阈值Th进行比较。紧接着，在分支63中根据比较61决定节点13的系统状态是否应保持（步骤65）或者是否应更换到其它系统状态（步骤67）。

在所示的实施形式中，方法41的除流程59之外的所有步骤由测量设备23实施。流程59在微控制器25上运行。与此不同地，然而也可以不是在测量设备23上而是由微控制器25实施该方法41的其它步骤。例如可设想的是，微控制器25实施对在步骤47和49中检测到的值n_err和n_pl进行统计学分析的步骤53、55、56和57，使得测量设备23只须检测数据而无需对其分析执行相对费事的计算。

在所示的实施形式中，在每个节点13中确定关于所有传输过程31的平均误码率。与此不同地，在其它实施形式中，在每个节点13中仅仅针对其中相对应的节点13发送数据帧33的那些传输过程31确定误码率BER。通常，该方法41可以分布式地被实现，使得在通信系统11的多个节点13或者所有节点13上可以实施该方法41。

Claims

1.一种用于驱动具有多个节点（13）的通信系统（11）的方法（41），所述节点（13）有权使用通信系统（11）的公共信道（15），其中在该方法（41）中对用于通过信道（15）传输消息（33）的传输过程（31）就误码（35）进行监控，其中在出现误码（35）时通过信道（15）传输信令消息（37），以用信号通知误码（35），其特征在于，测量信令消息（37）的信令速率r并且根据信令速率r、信道（15）的信道占用ρ和信道（15）的容量c借助式子来确定信道（15）的误码率BER。

2.根据权利要求1所述的方法（41），其特征在于，通过测量通过信道（15）传输的消息（33）的消息率n_pl来确定信道占用ρ。

3.根据权利要求2所述的方法（41），其特征在于，通过测量无错误地传输的消息（33）的消息率n_pl来确定信道占用ρ。

4.根据权利要求1至3之一所述的方法（41），其特征在于，所有传输过程（31）的平均误码率BER被确定为误码率BER。

5.根据权利要求1至3之一所述的方法（41），其特征在于，由一定的节点（13）发送消息（33）的传输过程（31）的误码率BER被确定为误码率BER。

6.根据权利要求1至3之一所述的方法（41），其特征在于，信令消息（37）的信令速率r和/或误码率BER定期地以预先给定的间隔重复地在预先给定的测量间隔t内被确定。

7.根据权利要求1至3之一所述的方法（41），其特征在于，信令消息（37）的信令速率r和/或误码率BER在如下测量间隔t内被确定：所述测量间隔t通过用于使间隔开始的开始指令c_start和用于使该间隔结束的停止指令c_stop来预先给定。

8.根据权利要求1至3之一所述的方法（41），其特征在于，至少一个节点（13）的通信特性根据所确定的误码率BER来适配。

9.根据权利要求8所述的方法（41），其特征在于，至少一个节点（13）的通信特性根据将误码率BER与阈值进行比较来适配。

10.根据权利要求8所述的方法（41），其特征在于，分析或者比较周期地被实施。

11.根据权利要求8所述的方法（41），其特征在于，分析或者比较作为对询问指令的反应来实施。

12.根据权利要求1至3之一所述的方法（41），其特征在于，通信系统是总线系统。

13.根据权利要求12所述的方法（41），其特征在于，通信系统是CAN域（11）。

14.一种具有多个节点（13）的通信系统（11），所述节点（13）有权使用通信系统（11）的公共信道（15），并且其中至少一个节点（13）具有用于对用于通过信道（15）传输消息（33）的传输过程（31）就误码（35）进行监控和用于传输信令消息（37）以用信号通知出现的误码（35）的装置（21），其特征在于，通信系统（11）包括至少一个用于测量信令消息（37）的信令速率r并且用于根据信令速率r、信道（15）的信道占用ρ和信道（15）的容量c借助式子确定误码率BER的测量设备（23）。

15.根据权利要求14所述的通信系统（11），其特征在于，通信系统（11）被设立用于实施根据权利要求1至13之一所述的方法（41）。

16.根据权利要求14或15所述的通信系统（11），其特征在于，至少一个节点（13）包括测量设备（23）。

17.根据权利要求14或15所述的通信系统（11），其特征在于，测量设备（23）被集成到节点（13）的通信控制器（21）中。

18.根据权利要求14或15所述的通信系统（11），其特征在于，测量设备（23）被构造为单独的部件。

19.根据权利要求18所述的通信系统（11），其特征在于，测量设备（23）被构造为ASIC。