CN102369702A - 网络中的控制设备、网络和网络中消息的路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种网络中的控制设备、一种网络以及一种用于网络中消息的路由方法。在此，至少两个相邻的网络控制器交换所存储的消息的优先级信息并比较该优先级信息。此外，在两个网络控制器之一的消息存储器充满的情况下，依据优先级信息的比较将该充满的消息存储器中较低优先级的消息通过来自相邻网络控制器的较高优先级的消息替换，其中被替换的消息是为了传输到充满的网络控制器或通过充满的网络控制器传输而设置的。

Description

网络中的控制设备、网络和网络中消息的路由方法

技术领域

本发明涉及一种网络中的控制设备、一种网络以及一种用于网络中消息的路由方法。

背景技术

在很多领域中都采用当今的网络，也就是部件通过诸如网络控制器的网络结构交换数据分组。但是根据网络的结构，可能在从网络控制器传递到网络控制器时产生阻塞，也就是分组不能被传递，因为后续的控制器的缓冲器不能接受其它分组。这种效应在实践中对所有网络设计都能观察到，并且在最佳情况下可以将出现的概率最小化。

在研究中，为了解决阻塞问题大多采用自适应路由算法，该路由算法识别阻塞并且相应地使用替换路径来用于数据分组。但是这些方法指示大量可能的路径，并且同样无法完全解决阻塞问题。专利EP-1895720 A1给出了关于在芯片上网络中的自适应路由方法的问题的解决方案的示例。

对于诸如汽车控制设备中的芯片上网络的网络的特定使用，阻塞以及自适应路由算法都会导致不确定的分组运行时间，并且由此导致控制设备中不可预测的总定时行为。此外，为了最佳地确定路径，自适应路由方法付出了附加的花费，例如由于控制器上的附加逻辑而导致的附加位置。

发明内容

本发明的优点

根据独立权利要求的发明涉及一种网络中的网络控制器，一种网络和一种用于网络中消息的路由方法。在此，网络控制器在该网络中交换关于在网络控制器的消息存储器中存储的消息的优先级信息。在消息阻塞的情况下，也就是在网络控制器中第一网络控制器的消息存储器充满的情况下，可以通过比较优先级信息启动这样一个过程，在该过程中在该充满的消息存储器中较低优先级的第一消息被来自第二相邻网络控制器的消息存储器中的较高优先级的第二消息交换或替换，其中第二消息是为了传输到第一网络控制器的充满的消息存储器中而设置的。因此，本发明描述了一种有利的、用于减小消息阻塞的负面影响或用于以比较小的计算花费来减少消息阻塞的路由方法，该方法尤其是可以在消息阻塞的情况下减少高/最高优先级的消息的运行时间。一种特别的优点在于，路由在没有费事的计算机装备以用于自适应/动态的路径规划的情况下完成并且也不需要诸如运行时间表等的信息存储装置，而是通过网络的两个相邻网络控制器的简单转换的通信来解决阻塞问题。由此节省了技术上的花费以及由此节省了成本。由此本发明的路由例如对其中位置和成本节省是特别有意义的芯片上网络或者板上网络来说是特别有利的。

其它优点和改进通过从属权利要求的特征给出。

在一种有利的构成中，如果网络控制器的消息存储器充满并且该网络控制器通过将自己的消息的优先级信息与所接收的相邻控制器的消息的优先级信息相比较而确定，在该相邻控制器中设置了优先级比存储在自己的充满的消息存储器中的消息的优先级更高的消息来用于传输到该充满的消息存储器中，则该网络控制器启动消息交换。该构成针对本发明网络控制器的消息存储器充满的情况实现了所描述的路由方法的优点。有利的是，在此只有进行启动的网络控制器需要构成为比较优先级信息并且启动消息交换，例如这样的网络控制器可以在对于充满的消息存储器而言特别容易受到影响的网络节点上使用。

另一种有利的实施来自一种网络控制器，当该网络控制器的相邻控制器的消息存储器充满并且该网络控制器通过将自己的消息的优先级信息与所接收的相邻控制器的消息的优先级信息相比较而确定，在该相邻控制器中存储了优先级比存储在该网络控制器自己的消息存储器中并且为了传输到相邻控制器的消息存储器中而设置的消息更低的消息时，该网络控制器启动消息交换。该构成针对本发明网络控制器的相邻控制器的消息存储器充满的情况实现了所描述的路由方法的优点。有利的是，在此只有进行启动的网络控制器需要比较优先级信息并且启动消息交换，例如这样的网络控制器可以与对于充满的消息存储器而言特别容易受到影响的网络节点相邻地使用。

此外一种合适的构成可以是，依据例如替换过程的数量和/或被访问的网络控制器的数量通过网络控制器提高较低优先级的消息的优先级。由此可以避免，较低优先级的消息通过消息阻塞以及尤其是还通过与较高优先级的消息进行交换而具有非常长的运行时间，或者在极端情况下甚至绝不会达到指定目标。

有利的是，本发明的网络控制器可以具有保留的存储器位置以用于在交换不同优先级的消息时暂时存储消息。在一种特别构成中，所述存储器位置被实现为网络控制器的单独的中间存储器。通过保留的存储器位置，在消息阻塞的情况下，即使数据传输路线或参与的网络控制器或者要交换的消息不适用于同时的传输或不适用于同时的消息交换，不同优先级的消息的消息交换仍然可以进行。

在有利的实施例中，通过与消息不同的数据信道在两个相邻的网络控制器之间传输优先级信息。由此通过在相同的数据信道上进行其它传输来避免消息传输速率的负担。在替换的有利构成中，优先级信息通过与消息相同的数据信道传输。由此有利地可以避免其它连接的花费。

有利的可以是，将消息的优先级信息设置为该消息的数据分组格式，由此避免了优先级信息的附加传输的花费或数据负荷。必要时有利的还可以是，单独地或附加于消息地传输优先级信息，例如针对上述数据分组格式规定或允许不对这样的信息进行存储的情况。

附图说明

本发明的实施例在附图中显示并且在下面的描述中被详细解释。附图只是示例性的并且不限制一般性的发明思想。在此，附图标记的一致的最后两个数字表示相同或类似的元件。

图1示出网络，以及

图2示出根据本发明在网络的两个相邻网络控制器之间交换不同优先级的消息的示例。

具体实施方式

下面以特别有利的芯片上网络为例解释本发明的路由，或本发明的网络控制器以及本发明的网络，但不应当由此将本发明限于这种类型的网络。更确切地说，本发明还可以无限制地用于其它网络。

典型的芯片上网络通过网络控制器的集合将芯片的部件连接起来。这些控制器根据标准大多具有至少一个内部缓冲器，在该至少一个内部缓冲器中可以在传递前暂时存储数据分组。图1 示出芯片上网络，应当根据该芯片上网络解释示例性的消息阻塞。在此，芯片上网络100具有网络控制器110，120,130,140,150,160,170和180，每个网络控制器具有内部存储器装置115,125,135,145,155,165,175和185。此外，网络控制器110与通信连接191和192连接，网络控制器120同样与通信连接192以及此外还与通信连接193连接，网络控制器130同样与通信连接193连接。通过其它通信连接相互连接的是：网络控制器110与150,150与160,160与120,130与170,130与140,140与180，以及170与180。网络控制器110,150,160,170和180分别具有分别至图1中未示出的相邻网络控制器的另一个通信连接。

现在在该芯片上网络100中，根据现有技术通过经由网络固定设置或者例如还动态确定的路径来传递消息。如果网络控制器的缓冲器/消息存储器充满了，则该缓冲器/消息存储器以正常的结构阻止对其它分组的接收。在本发明的系统结构中，希望将数据发送给进行阻止的网络控制器的相邻网络控制器可以与进行阻止的网络控制器交换优先级信息，并且向该进行阻止的网络控制器传递高优先级的消息。在此，在阻塞情况下导致在两个网络控制器之间有针对性地交换不同高优先级的消息。在此，被阻止的高优先级消息在其路径上占据进行阻止的低优先级消息的位置。被取代的消息被分配给高优先级消息的被释放的位置。通过这种方式可以在特定的情况下向最高优先级的消息分配一个可明确确定的最大运行时间。为此例如在数据分组的格式中加入消息优先级或者单独传输该消息优先级。

例如当消息控制器120的消息存储器125充满时或对于来自网络控制器110的消息充满时，在图1中的芯片上网络100中在网络控制器110和120之间产生消息阻塞。这样的消息阻塞的原因例如可能在于，与网络控制器120通过通信连接193在特定的时间段中可以传递的相比，通过通信连接192有更多的消息在该特定的时间段中到达网络控制器120，这些消息被设想通过通信连接193继续传递。能特别好地通过本发明的措施解决的消息阻塞的另一个示例是这种情况，即通信连接193对于来自网络控制器120的低优先级的消息被阻断，而网络控制器120具有被只有较低优先级的消息充满的存储器装置125。

特别关键的是这样的对于高优先级消息的消息阻塞，这些高优先级消息存储在网络控制器110的消息存储器115中并且被确定用于通过通信连接192传输到网络控制器120或通过网络控制器120以及进一步例如通过通信连接193传输。

现在借助图2针对不同的阻塞问题—例如还针对借助图1描述的消息阻塞—解释本发明的路由。在此，图2示出网络控制器210和220，这些网络控制器与来自图1的网络控制器110和120类似地绑定到芯片上网络中。网络控制器210具有内部的存储器装置211,212a，212b，该内部的存储器装置211,212a，212b具有中间存储器211以及消息存储器片段212a和212b。此外，网络控制器210与通信连接291,292和294连接。网络控制器220具有内部的存储器装置221,222a，222b，该内部的存储器装置221,222a，222b具有中间存储器221以及消息存储器片段222a和222b。此外，网络控制器220与通信连接292,293和295连接。在图2所示的情况下，消息201存储在网络控制器210的消息存储器片段212a中，消息202存储在网络控制器220的消息存储器片段222a中。在用图2描述的路由开始时，消息203存储在网络控制器210的消息存储器片段212b中，以及消息204存储在网络控制器220的消息存储器片段222b中。类似于图1描述的消息阻塞情况，网络控制器220的消息存储器222a，222b被消息202和204充满。此外，在这里所示的示例中，还有网络控制器210的消息存储器212a，212b被消息201和203充满。

根据本发明，为了解决消息阻塞问题，至少针对较高优先级的消息，网络控制器210和220通过存储在其消息存储器212a，212b和222a，222b中的消息201,203和202,204交换优先级信息。例如，现在通过比较所交换的优先级信息确定，存储在网络控制器210中的消息203被设想通过通信连接292传输到网络控制器220或通过网络控制器220进一步传输到通信连接293或295，并且此外消息203具有比存储在网络控制器220中的消息204更高的优先级。接着基于该确定以及通过充满的消息存储器222a，222b确定的消息阻塞，根据本发明在网络控制器210和220之间交换消息203和204，也就是说消息203由网络控制器210传输到网络控制器220并且被从网络控制器210的消息存储器片段212b中删除；类似地，消息204由网络控制器220传输到网络控制器210并且被从网络控制器210的消息存储器片段222b中删除。

本发明的消息交换例如可以同时进行，如果通信连接292和网络控制器210及220被设计为这样做的话。

可替换的，网络控制器210和220如图2中所示还具有中间存储器211和221，在该中间存储器中可以在消息交换时暂时存储消息203和204。

下面应当借助图2和两个替换的示例更详细地描述网络控制器210与其相邻控制器220之间的交换协议。

在第一示例中，网络控制器210的消息存储器212a，212b是充满的，并且相邻控制器220在其消息存储器222a，222b中存储了至少一个消息204，该至少一个消息被设置用于通过通信线路292传输到网络控制器210上或用于通过通信线路292以及通过网络控制器210进一步经由通信线路291或294传输。由此在网络控制器210与相邻控制器220之间存在消息阻塞。在该示例中，相邻控制器220现在传输具有最高优先级的消息的优先级信息，该消息被设置用于传输到网络控制器210或通过网络控制器210传输，例如消息204传输到网络控制器210。可替换的还可以规定，相邻控制器220将所有存储在其消息存储器222a，222b中的消息202和204的优先级信息或者至少将被设置用于传输到网络控制器210的所有消息传输到网络控制器210。网络控制器210现在将由相邻控制器220接收的优先级信息与在网络控制器210的消息存储器212a，212b中存储的消息201和203的优先级信息相比较。在消息204的优先级高于消息201和203的优先级的情况下，网络控制器210通过信号启动与相邻控制器220的消息交换。类似于图1，例如消息203的优先级低于消息204的优先级。网络控制器210将报告通过消息203和204的计划交换发送给相邻控制器220，该相邻控制器220必要时用给网络控制器210的确认信号进行确认。接着，消息204由相邻控制器220的消息存储器片段222b传输到网络控制器210的消息存储器片段212b中，并且用该消息204覆盖消息203，同时消息203由网络控制器210的消息存储器片段212b传输到相邻控制器220的消息存储器片段222b中，并用消息203覆盖消息204。可替换的，如果同步的消息传输不受到支持，还可以将消息203,204中的一个消息首先传输到中间存储器211,221中并且从对应的消息存储器片段中删除，然后传输消息203,204中的另一个消息并且从对应的消息存储器片段中删除。

在第二示例中，相邻控制器220的消息存储器222a，222b是充满的，并且在网络控制器210与相邻控制器220之间存在消息阻塞。在该示例中，现在相邻控制器220将所有其存储的消息202和204的优先级信息或者优选只将具有消息202和204的最低优先级的消息的优先级信息发送给网络控制器210。网络控制器210如上所述将接收的优先级信息与自己的消息201和203的优先级信息进行比较，并且针对如下情况启动消息交换：网络控制器210的消息之一201或203具有高于消息之一202或204的优先级并且该消息类似于图2是被确定用于传输到相邻控制器220或通过相邻控制器220传输的消息203。然后消息203和204的消息交换与上面描述的类似地进行。

替换图2中所示的用于在本发明的消息交换时暂时存储消息的中间存储器以及替换在本发明的消息交换时的同步消息传输，还可以在网络控制器的消息存储器中保留单独的存储器位置，由此在本发明的消息交换情况下可以在该存储器位置中暂时存储消息。

消息的优先级信息可以优选存放在该消息的数据分组格式中，例如存放在消息报头中。一种替换的可能性是通过消息传输的通信连接进行单独的传输或者还通过在芯片上网络的网络控制器之间的单独的通信连接进行单独的传输。在图1和图2中显示的通信连接在此不限于单线线路。例如，对于在数据交换时的并行数据传输，如上面作为替换方案描述的，还必须在网络控制器之间提供并行的数据信道。除了消息/数据传输之外，对于本发明的方法还必须传输控制信息（启动或确认交换）以及在网络控制器之间传输优先级信息。这些要求可以在协议层上通过多个数据线路或者例如还通过多路复用方法得到满足。

在系统/网络层上本发明优选可以转化为，使得所有网络控制器根据本发明都可以工作。例如，所有控制器将其缓冲器中的最高优先级分组的优先级信息传送给位于这些消息的路径上的相邻节点。由于阻塞状况不能传递自己的充满的消息存储器中的消息的网络控制器在其消息输入端上检查其相邻控制器的优先级信息。具有该充满的消息存储器的网络控制器识别，具有比其缓冲的消息的优先级更高优先级的消息是否必须由该网络控制器的邻居接收。在这种情况下，具有充满的消息存储器的网络控制器如上所述启动消息交换。该协议的发起人的角色同样如上所述也可以交换。为此，具有充满的消息存储器的相邻控制器将其消息存储器中消息的最低消息优先级信息传送给所有相邻的网络控制器。网络控制器识别，何时它必须将较高优先级的消息发送到相邻控制器并且启动消息交换。

优选的，在网络层上还可以规定，网络控制器不仅与相邻控制器、而且还与多个相邻控制器必要时还同时地根据本发明交换优先级信息和消息。在这样的情况下，网络控制器不仅可以具有一个消息存储器和/或中间存储器，而且可以具有多个消息存储器或中间存储器，优选对每个相邻控制器具有一个消息存储器和/或一个中间存储器。

通过本发明的方法，最高优先级的分组（消息）在阻塞情况下只由于所形成的协议花费而被阻止传递。取消对可能由于阻塞阻止传递的较低优先级分组的明确的依赖性。由此可以根据下面的公式确定最高优先级分组的最大运行时间。假定必须将分组在其路径上从起始控制器传递到结束控制器的网络控制器的数量是n。在最糟糕的情况下，对这些n个控制器中的每个控制器必须执行上面的方法。此外，假定该方法交换消息所需要的时间单位的数量是m，在两个相邻的控制之间传输分组所需要的时间单位（例如在异步网络中的时钟周期或时间需要）是t。由此在已知路径中最高优先级分组的最大运行时间直接得出为

T=(n-1)*(m+t)。

但是在此假定在网络中仅存在一个消息/一个分组或足够少的最高优先级的消息/分组。如果导致其中阻塞例如只通过最高优先级消息而触发的情况（也就是网络控制器的消息存储器被最高优先级的消息充满，不能传递这些消息，并且在相邻的网络控制器中其它最高优先级消息由于该阻塞而必须等待），则该方法没有确定性的运行时间预测。

对于低优先级的分组，在任何情况下对运行时间的报告都是苦难的。为了阻止通过本发明的方法使得较低优先级的消息具有非常长的传输时间或可能根本不能达到其指定目标，建议低优先级的消息经历其优先级的提高，例如依据所通过的网络控制器的数量和/或还依据这些消息所参与的本发明消息交换过程的数量。

为了特别有效地在芯片上网络中构建消息路由，还建议本发明的方法与现有的路由方法—例如动态路由方法—组合在一起。在这样的情况下可以在动态路径确定的算法中考虑本发明的方法。

Claims (13)

1.一种网络（100）中的网络控制器（210），具有至少一个消息存储器（212a，212b）以及具有用于接收和用于传递消息的器件，

其特征在于，

所述网络控制器（210）具有从至少一个相邻控制器（220）接收在该相邻控制器（220）中存储的消息（202,204）的优先级信息的器件，其中相邻控制器（220）是在该网络（100）中与所述网络控制器（210）相邻的第二网络控制器，

所述网络控制器（210）具有将存储在相邻控制器（220）中的消息（202,204）的优先级信息与存储在消息存储器（212a，212b）中的消息（201,203）的优先级信息进行比较的器件，

所述网络控制器（210）具有在该网络控制器（210）与相邻控制器（220）之间存在消息阻塞的情况下依据优先级信息的比较将存储在消息存储器（212a，212b）中的至少一个第一消息（203）发送给相邻控制器（220）并且从消息存储器（212a，212b）中删除该第一消息（203）以及由相邻控制器（220）接收存储在相邻控制器（220）中的至少一个第二消息（204）并且将该第二消息（204）存储在消息存储器（212a，212b）中的器件。

2.根据权利要求1所述的网络控制器（210），其特征在于，所述网络控制器（210）具有在至少部分地通过消息存储器（212a，212b）充满来给定消息阻塞的情况下针对存储在消息存储器（212a，212b）中的第一消息（203）是否具有比存储在相邻控制器（220）中的第二消息（204）更低的优先级的第一结果来比较优先级信息的器件，该第二消息（204）是为了传输到网络控制器（210）或者通过该网络控制器（210）传输而设置的，并且所述网络控制器（210）具有如果出现所述第一结果则将第一消息（203）发送给相邻控制器（220）并且在消息存储器（212a，212b）中通过第二消息（204）来替换第一消息（203）的器件。

3.根据上述权利要求之一所述的网络控制器（210），其特征在于，所述网络控制器（210）具有在至少部分地通过相邻控制器（220）的第一存储器（222a，222b）充满来给定消息阻塞的情况下针对存储在消息存储器（212a，212b）中的第一消息（203）是否具有比存储在相邻控制器（220）中的第二消息（204）更高的优先级的第二结果来比较优先级信息的器件，该第一消息（203）是为了传输到相邻控制器（220）或者通过该相邻控制器（220）传输而设置的，并且所述网络控制器（210）具有如果出现所述第二结果则将第一消息（203）发送给相邻控制器（220）并且在消息存储器（212a，212b）中通过第二消息（204）来替换第一消息（203）的器件。

4.根据权利要求2所述的网络控制器（210），其特征在于，所述网络控制器（210）具有依据替换过程的数量和/或第一消息（203）所访问的网络控制器的数量来提高所替换的第一消息（203）的优先级的器件。

5.根据权利要求3所述的网络控制器（210），其特征在于，所述网络控制器（210）具有依据替换过程的数量和/或第二消息（204）所访问的网络控制器的数量来提高进行替换的第二消息（204）的优先级的器件。

6.根据上述权利要求之一所述的网络控制器（210），其特征在于，所述网络控制器具有用于在第一消息（203）与第二消息（204）交换时暂时存储消息（204）的至少一个保留的存储器位置。

7.根据权利要求6所述的网络控制器（210），其特征在于，所述保留的存储器位置通过单独的中间存储器（211）实现。

8.一种具有用于接收、暂时存储和传递消息的网络控制器（210,220）的网络（100），其特征在于，

至少两个相邻的网络控制器（210,220）具有交换存储在两个相邻的网络控制器（210,220）中的消息的优先级信息的器件，

所述至少两个相邻的网络控制器（210,220）中的至少一个第一或第二网络控制器具有比较所述优先级信息的器件，以及

所述至少两个相邻的网络控制器（210,220）具有在该至少两个相邻的网络控制器（210,220）中的第一网络控制器的消息存储器充满的情况下将来自第一网络控制器的充满的消息存储器的较低优先级的第一消息发送到所述至少两个相邻的网络控制器（210,220）中的第二网络控制器、从第一网络控制器的充满的消息存储器中删除第一消息、将来自第二网络控制器的消息存储器的较高优先级的第二消息从第二网络控制器发送到第一网络控制器并且从第二网络控制器的消息存储器中删除第二消息的器件，该第二消息确定用于传输到第一网络控制器或者通过第一网络控制器传输。

9.根据权利要求8所述的网络（100），其特征在于，在所述至少两个相邻的网络控制器（210,220）之间交换优先级信息通过不同于传输消息的数据信道来进行。

10.根据权利要求8所述的网络（100），其特征在于，在所述至少两个相邻的网络控制器（210,220）之间交换优先级信息通过用于传输消息的数据信道进行。

11.一种用于网络（100）中的消息的路由方法，其中该网络（100）具有用于接收、暂时存储和传递消息的网络控制器（210,220），

其特征在于，

至少两个相邻的网络控制器（210,220）交换存储在两个相邻的网络控制器（210,220）中的消息的优先级信息，

所述至少两个相邻的网络控制器（210,220）中的至少一个第一或第二网络控制器比较所述优先级信息，以及

在该至少两个相邻的网络控制器（210,220）中的第一网络控制器的消息存储器充满的情况下将来自第一网络控制器的充满的消息存储器的较低优先级的第一消息发送到所述至少两个相邻的网络控制器（210,220）中的第二网络控制器，从第一网络控制器的充满的消息存储器中删除第一消息，将来自第二网络控制器的消息存储器的较高优先级的第二消息从第二网络控制器发送到第一网络控制器并且从第二网络控制器的消息存储器中删除第二消息，该第二消息确定用于传输到第一网络控制器或者通过第一网络控制器传输。

12.根据权利要求11所述的路由方法，其特征在于，消息的优先级信息存储在该消息的数据分组格式中。

13.根据权利要求11所述的路由方法，其特征在于，除了消息之外还传输该消息的优先级信息。

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