CN103685457A - 机动车神经网络 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机动车神经网络，其提供了一种车辆内的网络节点模块，该网络节点模块被设置为形成可重新配置的机动车神经网络。每个网络节点模块包括用于执行一个或多个操作的一个或多个子系统以及用于与一个或多个子系统通信的本地处理模块。一旦本地处理模块发生故障，则在一个或多个子系统和处理模块之间耦接的开关将流量从一个或多个子系统重新路由到外部处理模块中。

Description

机动车神经网络
技术领域
本发明总体上涉及通信，并且更具体地涉及车辆内的通信。
背景技术
如人们所知，车辆（例如机动车、卡车、公交车、农用车、船舶和/或飞机）包括车辆通信网络。取决于车辆内的电子装置的数量，车辆通信网络的复杂性不同。例如，许多更先进的车辆包括用于引擎控制、传输控制、防抱死制动、车身控制、排放控制等的电子模块。为支持车辆内的各种电子装置，机动车工业已经产生了众多的通信协议。
图1是现有技术的车辆通信网络的示意性框图，其示出各种总线协议和利用该协议的电子装置。这些总线协议包括：（1）J1850和/或OBDII，其通常用于车辆诊断电子组件；（2）Intellibus，其通常用于电子引擎控制、其它车辆系统的传输控制（诸如空调控制），并且其还可以用于线驱动的电子控制单元（ECU）；（3）高速控制器局域网络（CAN），其通常用于制动系统和引擎管理系统；（4）分布式系统接口（DSI）和/或Bosch–Siemens–Temic（BST），其通常用于安全相关的电子装置；（5）byteflight，其通常用于安全关键电子装置应用；（6）本地互连网络（LIN），其通常用于智能致动器和/或智能传感器；（7）低速控制器局域网络（CAN）和/或interconnect（MI），其通常用于诸如窗、反射镜、座椅和/或空调控制的低速电子装置；（8）移动媒体链路（MML），国内数字数据（domestic digital data）（D2B）、smartwireX、装置间总线（IEBus）和/或媒体导向系统传输（MOST），其通常用于支持车辆内的多媒体电子装置，诸如音频头单元和放大器、CD播放器、DVD播放器、蜂窝式连接、蓝牙连接、外围计算机连接、后座娱乐（RSE）单元、收音机、数字存储和/或GPS导航系统；（9）低电压差分信号（LVDS），其通常用于支持抬头显示器、仪表板显示器、其它数字显示器、驾驶员辅助数字视频摄像机，以及（10）FlexRay，其可用于安全关键特征和/或线控应用。
为了使利用不同总线协议的电子组件相互通信可行，可在车辆网络中包括一个或多个总线网关。例如，在安全相关的问题中，安全ECU可能需要与制动ECU和引擎控制ECU和/或传输控制ECU通信。在这个示例中，总线网关执行某些程度的协议转换从而便于在不同通信协议的ECU之间的通信。
除了提供多个车辆网络协议以支持车辆内的各种电子装置以外，大多数车辆制造商还在努力提高燃料效率。在这方面，减少400磅的重量约相当于减少100瓦的持续功率消耗。因此，通过从车辆去除重量可提高燃料效率。如人们所知，典型的车辆包括400至600磅的布线，其是车辆中的第二重组件；引擎是最重的。
发明内容
本发明提供了一种车辆内的网络节点模块，包括：一个或多个子系统，用于执行一个或多个操作；处理模块，用于与所述一个或多个子系统通信；开关，耦接在所述一个或多个子系统和所述处理模块之间；第一车辆网络接口，用于将所述处理模块耦接到车辆通信网络；以及第二车辆网络接口，用于将所述开关耦接到所述车辆通信网络内的外部处理模块；其中，在所述处理模块发生故障时，所述开关将流量从所述一个或多个子系统重新路由到所述外部处理模块。
优选地，所述外部处理模块经由所述开关直接耦接到所述网络节点模块。
优选地，所述外部处理模块选自一组外部处理模块。
优选地，基于由所述一个或多个子系统执行的所述一个或多个操作来选择所述外部处理模块。
优选地，基于所述车辆通信网络内的所述网络节点模块和所述外部处理模块的相应位置来选择所述外部处理模块。
优选地，所述外部处理模块处于包括一个或多个额外子系统的额外网络节点模块内。
优选地，所述车辆通信网络内的所述网络节点模块、所述额外网络节点模块和其它网络节点模块在一个或多个层级配置中耦接在一起。
优选地，所述车辆通信网络是以太网络。
优选地，所述开关操作为经由所述第二车辆网络接口将在音视频桥接流上的来自所述一个或多个子系统的以太网包切换到所述外部处理器。
优选地，所述处理模块被配置为经由所述开关与所述一个或多个子系统通信以太网包。
优选地，所述网络节点模块，进一步包括：第三车辆网络接口，用于将所述处理模块耦接到包括一个或多个额外子系统的额外网络节点模块的额外开关。
优选地，所述处理模块被配置为经由所述第三车辆网络接口和所述额外开关与所述一个或多个额外子系统通信以太网包。
优选地，所述处理模块进一步被配置为对从所述一个或多个子系统和所述一个或多个额外子系统接收的每个所述以太网包分配相应的优先权，以及基于所述相应的优先权来处理每个所述以太网包。
优选地，所述处理模块进一步被配置为利用安全机制与所述一个或多个额外子系统通信。
优选地，所述开关是三端口开关，所述三端口开关具有耦接到所述处理模块的第一端口、耦接到所述第二车辆通信接口的第二端口以及耦接到将所述一个或多个子系统耦接到所述开关的以太网总线的第三端口。
优选地，所述开关包括将所述处理模块耦接到所述一个或多个子系统的中央开关，以及将所述一个或多个子系统耦接到多个外部处理模块的选择器开关，在所述处理模块发生故障时，则所述选择器开关选择所述多个外部处理模块中的至少一个。
优选地，所述一个或多个子系统包括传感器、致动器、电子控制单元和信息娱乐装置中的至少一个。
优选地，所述网络节点模块，进一步包括：耦接在所述一个或多个子系统和所述处理模块之间并且耦接到所述第二车辆通信接口的冗余开关。
本发明还提供了一种机动车神经网络，包括：多个以太网链路，形成车辆通信网络；以及多个网络节点模块，经由所述多个以太网链路耦接，其中所述多个网络节点模块中的每个网络节点模块包括：一个或多个子系统，用于执行一个或多个操作；处理模块，用于与所述一个或多个子系统通信；开关，耦接在所述一个或多个子系统和所述处理模块之间；第一车辆网络接口，用于将所述处理模块耦接到所述车辆通信网络；以及第二车辆网络接口，用于将所述开关耦接到所述车辆通信网络的另一个网络节点模块内的外部处理模块；其中，在所述处理模块发生故障时，则所述开关将流量从所述一个或多个子系统重新路由到所述外部处理模块。
本发明还提供了一种车辆内的网络节点模块，包括：一个或多个子系统，用于执行一个或多个操作；本地处理模块，用于与所述一个或多个子系统通信；第一车辆网络接口，用于将所述本地处理模块耦接到所述车辆通信网络；以及第二车辆网络接口，用于经由所述车辆通信网络将所述本地处理模块耦接到包括一个或多个额外子系统的额外网络节点模块的开关；其中，所述本地处理模块被配置为在与所述额外网络节点模块关联的额外处理模块发生故障时，经由所述第二车辆网络接口与所述一个或多个额外子系统通信。
附图说明
图1是现有技术的车辆通信网络的示意性框图；
图2是根据本发明的机动车神经网络的实施方式的示意性框图；
图3是根据本发明的机动车神经网络的示例性实施方式的示意性框图；
图4是根据本发明的机动车神经网络内可重新配置的网络节点模块的实施方式的示意性框图；
图5是根据本发明的机动车神经网络内可重新配置的网络节点模块的实施方式的示意性框图；
图6是根据本发明的机动车神经网络内可重新配置的网络节点模块的另一实施方式的示意性框图；
图7是根据本发明的机动车神经网络内的另一示例性实施方式的示意性框图；
图8是根据本发明的机动车神经网络内可重新配置的网络节点模块的另一实施方式的示意性框图；
图9是根据本发明的机动车神经网络内可重新配置的网络节点模块的另一实施方式的示意性框图；
图10是根据本发明的机动车神经网络的另一可重新配置的网络节点模块的示意性框图；
图11是根据本发明的机动车神经网络的网络重新配置处理的逻辑图。
具体实施方式
图2是机动车神经网络10的实施方式的示意性框图，该机动车神经网络10包括（例如基于以太网的）车辆通信系统20、多个网络节点模块30、网关40、一个或多个通信链路50、网络管理器60、功率管理器70和存储器80。该通信链路50可包括有线和/或无线接口从而支持与蜂窝装置、蓝牙装置、红外线装置和/或计算机外围装置的连接。例如，蓝牙收发器可耦接到车辆通信网络20从而支持与便携式音频/视频单元、耳机等的蓝牙通信。
该车辆通信网络20包括多个桥接路由模块和多个开关模块（其示例在图7中示出）。在车辆通信网络20内，桥接路由模块冗余地耦接到一个或多个相邻的桥接路由模块，并且开关模块冗余地耦接到一个或多个桥接路由模块。车辆通信网络20可划分为经由数据桥耦接在一起的子网络。例如，车辆通信网络20可包括数据桥、可操作地耦接到网络节点模块30的第一子组的第一子网络、以及可操作地耦接到网络节点模块30的第二子组的第二子网络。该数据桥有助于（例如启动、发出指令、执行等）在第一和第二子网络之间的包的子组的通信。
网关40可包括一个或多个无线收发器从而支持与诸如蜂窝网络或家庭网络的一个或多个外部网络的通信，和/或支持用于与机动车服务供应商、机动车制造商等通信的诊断端口。该无线收发器包括网络接口，该网络接口使得能够将无线收发器连接到车辆通信网络20。
网络节点模块30均可包括例如网络接口、处理模块以及至少一个装置。如果该装置是模拟装置，则网络节点模块30进一步包括模数转换器和/或数模转换器。该装置可包括传感器、致动器、智能传感器、智能致动器、电子控制单元（ECU）和/或控制装置。作为另一个示例，网络节点模块30可包括车辆组件，诸如开关电路模块、可操作地耦接到开关电路模块上的多个网络接口、可操作地耦接到开关电路模块上的一个或多个处理模块、以及可操作地耦接到一个或多个处理模块上的多个装置。将参考图3至图10更详细地讨论网络节点模块30的各种示例。
网络管理器60执行各种功能从而协调车辆通信网络内的包通信，并且促进网络资源管理。例如，网络管理器60可基于各包的内容并且根据全局车辆网络通信协议，经由车辆通信网络20来协调在网络节点模块30、存储器80以及网关40之间的包通信。全局车辆网络通信协议包括关于以下项的信息：例如包格式化、包传输优先级方案（例如关键任务包具有较高优先级，信息娱乐（信息和/或娱乐）包具有较低优先级，等）、网络管理处理（例如车辆通信网络资源和耦接到车辆通信网络上的装置）、以及车辆网络操作参数（例如网络配置管理）。
作为另一个示例，网络管理器60促进（例如启动、发出指令、执行等）网络资源管理从而根据全局车辆网络通信协议经由车辆通信网络20支持包通信。例如，网络管理器60执行访问优先级管理、带宽分配管理、包冗余管理、链路冗余管理、数据传输延迟管理、链路诊断、网络安全性、虚拟局域网络设置、传统包/帧管理、添加和/或删除对网络访问的装置等。
功率管理器70与网络管理器60配合运行从而优化车辆通信网络20和/或耦接到其上的装置的功率消耗。例如，功率管理器70可单独管理装置、可管理和隔离装置、和/或可管理到网络接口的功率。该功率管理包括睡眠唤醒模式、通断电源模式、使用中功耗降低技术（例如减少电源电压、降低时钟速率、电流限制等）、和/或在物理层利用低功率通信链路。
存储器80可以是各种存储器装置，诸如非易失性存储器、易失性存储器、磁盘驱动、内存、固态存储器和/或其它类型的存储器。存储器80可用于存储多媒体文件（例如视频文件、音频文件等）、电子控制单元应用程序、多媒体应用程序、诊断数据、性能数据和/或与车辆用途和/或性能相关的任何其它数据。
在操作的示例中，网络节点模块30（例如传感器）根据全局车辆网络通信协议产生包（例如根据关于包的格式化的信息来格式化包）。网络节点模块30然后根据全局车辆网络通信协议经由车辆通信网络20传输包。例如，车辆通信网络20基于包的内容类型（和目的地地址）将包路由到另一个网络节点模块30，和/或到网关40或通信链路50。
在示例性实施方式中，车辆通信网络20具有使在车辆内的多个电子装置之间的基于包/帧的通信可行的以太网总线结构（或其它包/帧结构）。此外，车辆通信网络20是半静态网络，从而允许预先配置的扫描树被用于网络的快速重新配置；车辆通信网络20已配置了对于至少一些装置专用的带宽分配从而确保对于关键任务和一些非关键任务应用程序的特定水平的数据吞吐量；车辆通信网络20支持虚拟局域网络；车辆通信网络20支持集中式和/或分布式总线监视系统；车辆通信网络20将新类型的包用于机动车控制；车辆通信网络20支持装置更换和/或新装置安装的安全和认证；车辆通信网络20支持通过冗余路径的无损以太网传输；车辆通信网络20支持用于关键任务包的低延迟协议；和/或车辆通信网络20支持快速链路故障处理。
图3是机动车神经网络的示例性实施方式的示意性框图，该机动车神经网络包括车辆通信系统20、一个或多个通信链路50、网关40、网络管理器60、功率管理器70、一个或多个多媒体处理模块134、多个用户输入和/或输出接口136（例如座椅调整、窗控制、无线电控制、反射镜控制、GPS控制、巡航控制等）、以及多个网络节点模块。每个网络节点模块包括用于耦接车辆通信网络20的网络接口和至少一个装置。
装置可包括引擎管理电子控制单元138、引擎管理致动器140、引擎管理传感器142、引擎控制电子控制单元144、引擎控制致动器146、引擎控制传感器148、诊断电子控制单元150、诊断传感器152、诊断致动器154、窗电子控制单元156、窗致动器158、窗传感器160、反射镜电子控制单元162、反射镜致动器164、反射镜传感器166、座椅电子控制单元168、座椅致动器170、座椅传感器172、空调电子控制单元174、空调致动器176、空调传感器178、安全传感器电子控制单元180、安全致动器182、安全传感器184、安全关键应用程序电子控制单元186、安全关键致动器188、安全关键传感器190、制动系统电子控制单元192、制动致动器194、制动传感器196、线控应用电子控制单元198、线控致动器200、线控传感器202、传输控制电子控制单元204、传输传感器206、传输致动器208、车辆系统电子控制单元210、车辆系统致动器212、车辆系统传感器214、DVD播放器216、蜂窝电话接口218、蓝牙接口220、计算机外围接口222、后座娱乐接口和/或单元224、收音机226、数字存储228、CD播放器230、摄像机232、显示器234、抬头显示器236、GPS导航系统238、红外线传感器240、射频传感器242、智能致动器244和/或智能传感器246中的每个的一个或多个。
多媒体处理模块134为车辆提供音频、视频、文本和/或图形处理。例如，多媒体处理模块134可支持GPS导航系统，将渲染视频和/或图形图像提供给显示器，处理由摄像机接收的数字图像，和/或将图像提供给车辆内的其它音频/视频设备。多媒体处理模块134可以是单个处理装置或多个处理装置。该处理装置可以是基于电路的硬编码和/或操作指令来操作信号（模拟和/或数字）的微处理器、微控制器、数字信号处理器、微计算机、中央处理单元、现场可编程门阵列、可编程逻辑器件、状态机和/或任何装置。多媒体处理模块134可进一步具有关联的存储器和/或存储器元件，其可以是单个存储器装置，多个存储器装置，和/或处理模块的嵌入电路。该存储器装置可以是只读存储器、随机存取存储器、易失性存储器、非易失性存储器、静态存储器、动态存储器、闪存存储器、高速缓冲存储器和/或存储数字信息的任何装置。应注意，如果多媒体处理模块134包括多于一个的处理装置，则该处理装置可以集中布置（例如经由有线和/或无线总线结构直接耦接在一起）或可以分布布置（例如通过经由局域网络和/或广域网络的直接耦接来云计算）。应进一步注意，当多媒体处理模块134经由状态机、模拟电路、数字电路和/或逻辑电路实现一个或多个其功能时，存储相应的操作指令的存储器和/或存储器元件可嵌入在电路内或外接至电路，该电路包括状态机、模拟电路、数字电路和/或逻辑电路。应更进一步注意，存储器元件存储并且多媒体处理模块134执行与在一个或多个附图中示出的至少一些步骤和/或功能对应的硬编码和/或操作指令。
由于每个网络节点模块可包括一个或多个这些车辆装置，所以每个网络节点模块通常包括可与车辆装置和网络管理器60通信的本地处理模块。例如，本地处理模块可发送状态并且中继命令到网络管理器60中。该分散的本地处理可影响车辆的可靠性。例如，本地处理模块造成网络中额外的单点故障，其可导致较高的整体维护需求。此外，如果处理模块管理多个车辆装置，则处理模块故障的故障将导致由该处理模块管理的每个车辆装置的故障。此外，因为复杂性随着对更智能的车辆的需求而增加，所以本地处理模块的任何额外嵌套可使调试和故障隔离甚至更加困难。尽管在组件级别上的冗余可提高可靠性，但该冗余是昂贵的并且需要更多的空间和布线。
在各种实施方式中，本文中描述的技术描述说明并且提供实现机动车神经网络的可重新配置的网络节点模块。更具体地，可重新配置的网络节点模块利用开关从而将流量从由发生故障的本地处理模块管理的车辆装置重新路由到车辆通信网络内的另一个处理模块。这允许受影响的车辆装置的功能继续直到可以修复发生故障的本地处理模块为止。此外，通过该机动车神经网络可快速并且容易地实现调试和故障隔离。
图4是可重新配置的网络节点模块30的实施方式的示意性框图，该网络节点模块30包括处理模块310、存储器312、第一网络接口330、一个或多个子系统340、开关360和第二网络接口370。一个或多个子系统340（子系统A、子系统B和子系统C）对应于如图3中所示的一个或多个车辆装置。例如，子系统340可以是传感器和致动器、电子控制单元、用户输入装置、用户输出装置、通信装置、信息娱乐（多媒体）装置等。
处理模块310实现局域网络节点管理功能（其可例如包括本地管理的优先级方案）。存储器320包括由处理模块310利用以便执行各种操作（诸如数据输入/输出、包处理和车辆操作）的数据。
处理模块310经由第一网络接口330耦接到车辆通信网络。该处理模块310进一步经由开关360和以太网总线350耦接到一个或多个子系统340。在示例性实施方式中，以太网总线350包括将一个或多个子系统340耦接到处理模块310的多个以太网链路（例如双绞线、同轴电缆、第5类电缆、光纤等）。例如，以太网总线350可将一个或多个子系统340与开关360菊花式链接，或可经由集线器或交换机将一个或多个子系统340耦接到开关360。开关360进一步经由第二网络接口370将一个或多个子系统340耦接到车辆通信网络（未示出）内的外部处理模块。
在操作的示例中，子系统340中的一个（诸如子系统A）的产生外发装置包（或帧）。在这个示例中，子系统A经由以太网总线350将包提供给处理模块310。虽然没有示出，但是缓冲区可接收以太网包并且暂时存储用于处理模块310的以太网包。处理模块310可进一步基于优先级方案管理缓冲区（例如队列）中包的输入和输出。例如，处理模块310可解译包从而确定包的源、目的地和类型，并且然后基于包的源、目的地和类型（例如关键任务包、网络协议包、车辆操作包和/或信息娱乐包）来确定本地管理的优先级方案。
处理模块310可进一步在由车辆通信网络利用的全局车辆网络通信协议和由子系统A利用的特定车辆装置通信协议（例如CAN、FlexRay等）之间转换。例如处理模块310可将车辆装置通信协议的以太网包转换成全局网络通信协议的以太网包。备选地，处理模块310可将子系统A的车辆装置通信包封装到全局车辆网络通信协议包中。
此外，处理模块310可进一步确定保护包的级别、优先级、安全性和/或隐私。处理模块310可进一步基于包的各方面来确定，是否将在包上本地执行任何其它具体的处理，并且如果是的话，则处理模块310执行必要的处理。在一些实施方式中，确定对于包的处理可包括基于包内容类型来确定包路由参数。一旦已经处理了包，则处理模块310可唤起路由功能，从而根据包得优先级和/或安全级来将包转发或路由到其目的地（可以在网络节点模块30内的内部或车辆通信网络内的外部）。
当处理模块310运行时，开关360将一个或多个子系统340耦接到处理模块310。然而，根据本发明的实施方式，当处理模块310发生故障时，开关360经由网络接口370将流量从一个或多个子系统340重新路由到外部处理模块。例如，在一个或多个子系统340包括多媒体装置的实施方式中，开关360可操作从而将在音视频桥接流上的由多媒体装置产生的包切换到外部处理模块。外部处理模块可以是另一个网络节点模块（附近或远程）内的本地处理模块、车辆通信网络内的中央处理模块（例如图2至图3的网络管理器）、专用处理模块（例如用于多个网络节点模块的冗余或备份处理模块）或另一外部处理模块。
车辆通信网络内的管理系统重新配置子系统340和/或开关360从而将包重新路由到外部处理模块。在一个实施方式中，当本地处理模块310发生故障时，中央管理系统（例如中央处理模块）重新配置子系统340。例如，中央处理模块可发送周期控制信号给本地处理模块310，并且在确定本地处理模块310发生故障（例如从处理模块接收不到响应或确定处理模块不能执行其分配的任务）时，将外部处理模块的MAC地址提供给网络节点模块30内的子系统340，使得包经由开关360和接口370从子系统340重新路由到外部处理模块。
在另一个实施方式中，利用分布式管理系统。例如，管理系统可分布在网络节点模块30的子组之间或外部处理模块本身之间。在后一示例中，外部处理模块可发送周期控制信号给本地处理模块310，并且在确定本地处理模块310发生故障时，将其MAC地址提供给子系统340，使得包经由开关360和接口370重新路由。在又一个实施方式中，本地处理模块310和外部处理模块可设置在VLAN上，并且管理系统可重新配置开关360使得当本地处理模块310发生故障时包重新路由到外部处理模块。网络节点模块30的重新配置的许多变化是可能的，并且本发明不限于任何特定类型的重新配置。
在一个实施方式中，开关360是三端口开关，该三端口开关具有耦接到处理模块310的第一端口，耦接到以太网总线350的第二端口，以及耦接到第二网络接口370的第三端口。在另一个实施方式中，开关360包括用于耦接到两个或更多外部处理模块的多个开关。
处理模块310可以是单个处理装置或多个处理装置。该处理装置可以是基于电路的硬编码和/或操作指令来操作信号（模拟和/或数字）的微处理器、微控制器、数字信号处理器、微计算机、中央处理单元、现场可编程门阵列、可编程逻辑器件、状态机、逻辑电路、模拟电路、数字电路和/或任何装置。处理模块310可具有关联的存储器和/或存储器元件，其可以是单个存储器装置、多个存储器装置、和/或处理模块的嵌入电路。该存储器装置可以是只读存储器、随机存取存储器、易失性存储器、非易失性存储器、静态存储器、动态存储器、闪存存储器、高速缓冲存储器和/或存储数字信息的任何装置。应注意，如果处理模块310包括多于一个的处理装置，则该处理装置可以中心地布置（例如经由有线和/或无线总线结构直接耦接在一起）或可以分布布置（例如通过经由局域网络和/或广域网络直接耦接来云计算）。应进一步注意，当处理模块310经由状态机、模拟电路、数字电路和/或逻辑电路实现一个或多个其功能时，存储相应的操作指令的存储器和/或存储器元件可嵌入在电路内或外部，该电路包括状态机、模拟电路、数字电路和/或逻辑电路。应更进一步注意，存储器元件存储并且处理模块310执行与在一个或多个附图中示出的至少一些步骤和/或功能对应的硬编码和/或操作指令。
图5是根据本发明的机动车神经网络内的可重新配置的网络节点模块的实施方式的示意性框图。如图5中所示，两个网络节点模块30A和30B可重新配置从而为网络节点模块30A和30B内的相应本地处理模块310A和310B提供故障处理保护。各个网络节点模块310A和310B包括相应的第一网络接口330A和330B、第二网络接口370A和370B、处理模块310A和310B、存储器320A和320B、开关360A和360B、以太网总线350A和350B以及子系统340。例如，网络节点模块30A包括子系统A、子系统B和子系统C，而网络节点模块30B包括子系统D和子系统E。
网络节点模块30A进一步包括第三网络接口380，其经由以太网链路390耦接到网络节点模块30B的第二网络接口370B。在一个实施方式中，网络节点模块30A直接耦接到车辆通信网络内的网络节点模块30B（例如在任何中间装置、路由器、组件或模块的情况下）。在另一个示例中，网络节点模块30A直接耦接到车辆通信网络内的网络节点模块30B。
当网络节点模块30B内的处理模块310B运行时，开关360B将子系统D和子系统E耦接到处理模块310B。然而，当处理模块310B发生故障时，开关360B经由网络接口370B和网络接口380将流量从子系统D和子系统E重新路由到网络节点模块30A内的处理模块310A中。
因此，当处理模块310B发生故障时，处理模块310A管理来自子系统A至E的流量。在一个实施方式中，处理模块310A可优先处理（prioritize）从不同的子系统340接收的流量和/或从一个或多个子系统340接收的块流量，从而确保满足关键应用程序的处理需要。例如，如果存在由于延迟、链路390的可用带宽和/或处理模块310A的处理能力而产生的限制，则处理模块310A可指示子系统D和/或子系统E避免发送包或仅发送高优先权包，直到解决限制。不同于减少受影响的网络节点模块310B的功能组，处理模块310A可改为指示子系统A、B和/或C避免发送包或仅发送高优先权包。在另一个实施方式中，诸如专用的私人VPN和/或加密的安全技术可由与子系统D和E通信的处理模块310A利用，从而允许控制流量穿过诸如信息娱乐开关的其它模块。
在操作的示例中，当在网络节点模块30A内的处理模块310A处接收到来自网络节点模块30B内的子系统340中的一个（例如子系统D）的包时，处理模块310A解译包。该解译包括确定包的类型（例如关键任务（例如来自制动/ABS传感器）、网络数据、信息娱乐、车辆操作等），并且可进一步包括确定包的目的地。确定包的类型包括确定由包承载的内容类型（即包内容类型），并且可进一步包括确定包的保护、安全和或隐私级。
已识别包后，处理模块310A基于包的各方面确定对于包的处理并且然后相应地处理包。在一些实施方式中，确定对于包的处理包括从包的内容和/或从包的源头确定包的优先级。例如，处理模块310A可被配置为相对于从子系统D或子系统E中接收的包，优先处理从子系统A、子系统B或子系统C接收的包。作为另一个示例，处理模块310A可被配置为对于从子系统B或子系统C接收的包，优先处理从子系统D接收的包，而非从子系统A或子系统E接收的包。存在由处理模块310A优先处理用于处理的包的多种可能的变化，并且本发明不限于任何特定的优先处理方案。
作为具体的示例，当处理模块310A确定包与关键任务操作相关时（基于包的内容或源），其为该包分配高的优先级并且先于其它非关键任务包来处理该包。该处理可涉及例如访问存储器320A以确定是否将执行任何特定的处理。如果不执行特定的处理，则处理模块310A可根据包得优先级和/或安全级来唤起路由功能从而将包转发或路由到目的地。如果处理模块310A确定包确实具有特定的性能需求（例如在存储器320A中存储数据，转发到用于传输到外部装置的网关，在通信协议之间转换等），则处理模块310A相应地处理包。例如，大多数车辆通信网络内的通信可使用默认的通信协议（例如100Mbps或1Gbps以太网），然而，一些车辆通信网络内的通信可能偏离默认的通信协议。例如，在车辆通信网络内的两个模块之间，可使用10Gb的以太网或在特定的模块之间，可使用诸如200Mbps或2.5Gb以太网的非标准速度。
在处理模块310A已经处理包之后，处理模块310A可根据其优先级和/或安全级来唤起路由功能从而将处理的包转发或路由到其目的地。由于包由网络节点模块30A外部的子系统产生，所以处理模块310A可进一步访问存储器320A中的网络拓扑信息从而转发或路由处理的包。该网络拓扑信息可包括例如从网络节点30B接收的包的预先配置的扫描树网络拓扑的列表，或包括由于处理模块310B的故障而导致的用于网络重新配置的信息。
图6是根据本发明的机动车神经网络内可重新配置的网络节点模块的另一实施方式的示意性框图。图6中，两个网络节点模块30A和30B被示出为经由车辆通信网络20耦接。此外，中央处理模块400（例如图2和图3的网络管理器）进一步耦接到车辆通信网络20。在本实施方式中，当网络节点模块30A和30B内的本地处理模块发生故障时，中央处理模块400控制网络节点模块30A和30B之间流量的重新路由。在一个实施方式中，中央处理模块400控制车辆通信网络20内的每个网络节点模块30A和30B。在另一个实施方式中，可采用多个分布式处理模块400，每个控制车辆通信网络20内的网络节点模块30A和30B的子组。
在一个操作示例中，中央处理模块400可将周期控制信号发送到每个网络节点模块30A和30B的处理模块，并且当确定网络节点模块中一个的处理模块（例如网络节点模块30A）已经发生故障（例如通过处理模块接收不到响应）时，中央处理模块400可识别另一个网络节点模块30B从而管理来自发生故障的网络节点模块30A的流量，并且重新配置发生故障的网络节点模块30A从而将流量从发生故障的网络节点模块30A内的一个或多个子系统重新路由到网络节点模块30B。例如，网络节点模块30B可基于发生故障的网络节点模块30A内的一个或多个子系统执行的操作类型，和/或基于车辆通信网络内发生故障的网络节点模块30A的位置来选择。流量可从发生故障的网络节点模块30A直接路由到新的网络节点模块30B（例如没有通过中央处理模块400）或通过中央处理模块400。在后者的情况下，中央处理模块400可具有耦接到其上的另一个开关从而将从发生故障的网络节点模块30A接收的流量切换到其它网络节点模块30B。
图7是根据本发明的机动车神经网络内的车辆通信网络20的另一示例性实施方式的示意性框图。车辆通信网络20包括多个网络节点模块30、多个桥接路由模块420、多个开关模块410和中央处理模块400。每个开关模块410耦接到一个或多个网络节点模块30，并且耦接到至少一个桥接路由模块420。每个桥接路由模块420进一步耦接到至少一个其它桥接路由模块420。在桥接路由模块420之间，桥接路由模块420和中央处理模块400之间，桥接路由模块420和开关模块410之间，以及开关模块410和网络节点模块30之间的耦接包括以太网链路390（例如非屏蔽双绞线、屏蔽双绞线、同轴电缆、第5类或第6类电缆、光纤等）。
应注意，或多或少的开关模块410和桥接路由模块420可包括在车辆通信网络20中。此外应注意，在开关模块410和桥接路由模块420之间的相应连接可各自包括两个或更多以太网链路，其中链路中的一个是激活的，而其它的用于故障处理或是冗余的。进一步应注意，网络节点模块30可直接连接到桥接路由模块420。
如上讨论，中央处理模块400操作从而确定网络节点模块30中的一个的本地处理模块是否已经发生故障，并且如果是的话就识别另一个网络节点模块30，从而管理来自发生故障的网络节点模块30的流量。中央处理模块400进一步操作从而重新配置发生故障的网络节点模块30和车辆通信网络20，从而将流量从发生故障的网络节点模块30内的一个或多个子系统重新路由到新网络节点模块30。如上面进一步讨论的，例如新网络节点模块30可基于发生故障的网络节点模块30内的一个或多个子系统执行的操作类型，和/或基于车辆通信网络内发生故障的网络节点模块30的位置来选择。
作为具体的示例，中央处理模块400可选择与发生故障的网络节点模块30耦接到同一开关模块410的另一个网络节点模块30以管理来自发生故障的网络节点模块30的流量，从而最小化车辆通信网络20的重新配置。作为另一个示例，如果发生故障的网络节点模块30包括信息娱乐装置，则中央处理模块400可在不考虑车辆通信网络20内的新网络节点模块的位置的情况下选择新网络节点模块，从而确保新网络节点模块内的本地处理模块能够处理信息娱乐包。
图8是根据本发明的机动车神经网络内可重新配置的网络节点模块的另一实施方式的示意性框图。图8中，存在三个网络节点模块30A、30B和30C。网络节点模块30C示出包括处理模块310、开关360、多个子系统340（子系统A、子系统B和子系统C）以及网络接口370A和370B。应注意，如前面附图中示出的，其它网络接口和组件也可包括在网络节点模块30C内。
网络接口370A经由以太网链路390A耦接到网络节点模块30A，而网络接口370B经由以太网链路390B耦接到网络节点模块30B。以太网链路390A和390B可提供在网络节点模块30A和30C之间，以及网络节点模块30B和30C之间相应的直接耦接，或在它们之间的间接耦接（例如，如图7中所示，经由一个或多个开关模块和/或桥接路由模块，和/或经由一个或多个额外的网络节点模块）。
开关360包括中央开关362和选择器开关364。中央开关362耦接到处理模块310、子系统340和选择器开关364。选择器开关364耦接到中央开关362、网络接口370A和网络接口370B。当处理模块310运行时，中央开关362操作从而路由子系统340和处理模块310之间的流量，并且当处理模块310发生故障时，中央开关362将流量从子系统340重新路由到选择器开关364。选择器开关364操作从而将流量从中央开关362路由（即来自子系统340中一个的包）到网络接口370A或370B中的一个。
因此，当网络节点模块30C内的本地处理模块310发生故障时，选择器开关364操作从而选择其它网络节点模块30A或30B中的一个（例如基于由子系统340产生的包的目的地MAC地址）。例如，网络节点模块30A或30B可基于车辆通信网络内的网络节点模块30A-30C的位置、以太网链路390A和390B的状态（拥塞、发生故障、没有足够的可用带宽），子系统340产生的流量的延迟需求、每个网络节点模块30A和30B的处理能力和/或容量以及其它因素来选择。选择器开关364可进一步被配置为选择一个网络节点模块30A以用于由一个或多个子系统340（例如子系统A）产生的流量，并且选择其它网络节点模块30B以用于由其它子系统340（例如子系统B和子系统C）产生的流量。
图9是根据本发明的机动车神经网络内可重新配置的网络节点模块的另一实施方式的示意性框图。图9中，网络节点模块（NNM）30A至30E以层级配置耦接在一起，使得NNM30C耦接到NNM30A和NNM30B，而NNM30C和30D耦接到NNM30E。因此，NNM30C内的本地处理模块用作NNM30A和30B两者的备份处理模块，而NNM30E内的本地处理模块用作NNM30C和30D两者的备份处理模块。多层级配置可用在车辆通信网络内从而最小化布线和/或提供本地处理资源的有效使用。此外，诸如如图8中示出的那些配置也可以扩展从而形成层级配置和/或可与如图9中示出的类型的层级配置一起使用。
图10是根据本发明的机动车神经网络的另一可重新配置的网络节点模块的示意性框图。图10中，网络节点模块30包括第一网络接口330、第二网络接口370、处理模块310A、冗余处理模块310B、开关360A、冗余开关360B、以太网总线350以及子系统340（子系统A、子系统B和子系统C）。处理模块310A和冗余处理模块310B各自耦接到第一网络接口330，并且耦接到开关360A和冗余开关360B。开关360A和冗余开关360B各自进一步耦接到第二网络接口370和以太网总线350。应理解，第一网络接口330和第二网络接口370可各自包括多个端口。例如，第一网络接口330可包括用于每个处理模块310A和310B的分开的端口，而第二网络接口370可包括用于每个开关360A和360B的分开的端口。作为另一个示例，第一网络接口330可包括各自耦接到处理模块310A和310B两者的两个端口，而第二网络接口370可包括各自耦接到开关360A和360B两者的两个端口。应进一步理解，在利用单个处理模块和/或单个开关的实施方式中，也可利用多个端口。
在主处理模块310A发生故障的情况下，冗余处理模块310B和冗余开关360B通过消除开关360A的单点故障并且减少网络流量而进一步提供可靠性。该冗余例如在关键任务网络节点模块30和/或密集型处理网络节点模块30中可能是有益的。应注意，当在车辆的一个或多个网络节点模块30内利用冗余时，网络节点模块30可仅包括冗余处理器310B和冗余开关360B中的一个，这取决于车辆的需求。
图11是根据本发明的机动车神经网络的网络可重新配置处理的逻辑图。该处理开始于500，其中车辆通信网络的网络节点模块内的本地处理模块与网络节点模块内的一个或多个子系统通信以太网包。在510中，做出本地处理模块是否已经发生故障的判定。如果是的话，则在512中，流量从发生故障的网络节点模块内的一个或多个子系统重新路由到车辆通信网络内的外部处理模块。
如本文可使用的，术语“基本上”和“大约”提供了其相应术语和/或物件之间相对性的业内可接受的公差。该业内可接受的公差范围从小于百分之一到百分之五十之间，并且对应于但不限于组件值、集成电路处理变化、温度变化、上升和下降时间和/或热噪声。该物件之间的相对性的范围从百分之几的差异到数量级的差异。还可如本文所使用的，术语“可操作地耦接到”、“耦接到”、和/或“耦接”包括物件之间的直接耦接和/或经由中间物件（例如包括但不限于组件、元件、电路和/或模块的物件）的物件之间的间接耦接，其中对于间接耦接，中间物件不修改信号信息但可调整其电流水平、电压水平和/或功率水平。如本文可进一步使用的，所指的耦接（coupling）（即其中一个元件被提及为耦接到另一个元件）包括以与“耦接到（coupled to）”相同的方式在两个物件之间的直接和间接耦接。如这里甚至进一步可使用的，术语“可操作地”或“可操作地耦接到”表示物件包括电源连接、输入、输出等中的一个或多个，从而当激活时执行一个或多个其相应的功能，并且可进一步包括到一个或多个其它物件的所指的耦接。如本文可进一步使用的，术语“与……相关联”包括分开的物件的直接和/或间接耦接和/或一个物件嵌入在另一个物件内。
本发明还借助于示出指定功能的性能及其关系的方法步骤在以上描述。为便于说明，本文中人为地定义了这些功能构造块和方法步骤的边界和顺序。只要适当地进行指定的功能和关系，就可定义替代的边界和顺序。因此任何该替代边界或顺序处于要求的发明的范围和实质内。
至少已经根据一个或多个实施方式部分地描述了本发明。本发明的实施方式在这里用于示出本发明、本发明的方面、本发明的特征、本发明的概念和/或本发明的示例。装置、物品制造、机器和/或实施本发明的方法的物理实施方式可包括参考本文讨论的一个或多个实施方式描述的方面、特征、概念、示例等中的一个或多个。此外，在附图之间，实施方式可结合相同或类似名称的功能、步骤、模块等，其可使用相同或不同的参考标号，并且因此这些功能、步骤、模块等可以是相同或类似的功能、步骤、模块等或不同的功能、步骤、模块等。
上面借助于示出某些重要功能的性能的功能构造块描述了本发明。为便于说明，人为地定义了这些功能构造块的边界。只要适当地实现某些重要功能，就可定义替代的边界。类似地，流程图块同样在本文中人为地定义，从而示出某些重要功能。在使用范围内，流程图块的边界和顺序可另外定义并且仍实现某些重要功能。功能构造块和流程图块两者的该替代定义和顺序因此在要求的发明的范围和实质内。本领域的普通技术人员还将认识到，本文中的功能构造块和其它示出的块、模块和组件可如所示出地实现或通过分立组件、专用集成电路、执行适当的软件处理器等或其任何组合来实现。

Claims (10)

1.一种车辆内的网络节点模块，包括：
一个或多个子系统，用于执行一个或多个操作；
处理模块，用于与所述一个或多个子系统通信；
开关，耦接在所述一个或多个子系统和所述处理模块之间；
第一车辆网络接口，用于将所述处理模块耦接到车辆通信网络；以及
第二车辆网络接口，用于将所述开关耦接到所述车辆通信网络内的外部处理模块；
其中，在所述处理模块发生故障时，所述开关将流量从所述一个或多个子系统重新路由到所述外部处理模块。
2.根据权利要求1所述的网络节点模块，其中，所述外部处理模块经由所述开关直接耦接到所述网络节点模块。
3.根据权利要求1所述的网络节点模块，其中，所述外部处理模块选自一组外部处理模块。
4.根据权利要求1所述的网络节点模块，其中，所述外部处理模块在包括一个或多个额外子系统的额外网络节点模块内。
5.根据权利要求1所述的网络节点模块，其中，所述车辆通信网络是以太网络。
6.根据权利要求1所述的网络节点模块，其中，所述开关是三端口开关，所述三端口开关具有耦接到所述处理模块的第一端口、耦接到所述第二车辆通信接口的第二端口以及耦接到将所述一个或多个子系统耦接到所述开关的以太网总线的第三端口。
7.根据权利要求1所述的网络节点模块，其中，所述开关包括：将所述处理模块耦接到所述一个或多个子系统的中央开关，以及将所述一个或多个子系统耦接到多个外部处理模块的选择器开关，在所述处理模块发生故障时，则所述选择器开关选择所述多个外部处理模块中的至少一个。
8.根据权利要求1所述的网络节点模块，其中，所述一个或多个子系统包括传感器、致动器、电子控制单元和信息娱乐装置中的至少一个。
9.一种机动车神经网络，包括：
多个以太网链路，形成车辆通信网络；以及
多个网络节点模块，经由所述多个以太网链路耦接，其中所述多个网络节点模块中的每个网络节点模块包括：
一个或多个子系统，用于执行一个或多个操作；
处理模块，用于与所述一个或多个子系统通信；
开关，耦接在所述一个或多个子系统和所述处理模块之间；
第一车辆网络接口，用于将所述处理模块耦接到所述车辆通信网络；以及
第二车辆网络接口，用于将所述开关耦接到所述车辆通信网络的另一个网络节点模块内的外部处理模块；
其中，在所述处理模块发生故障时，则所述开关将流量从所述一个或多个子系统重新路由到所述外部处理模块。
10.一种车辆内的网络节点模块，包括：
一个或多个子系统，用于执行一个或多个操作；
本地处理模块，用于与所述一个或多个子系统通信；
第一车辆网络接口，用于将所述本地处理模块耦接到车辆通信网络；以及
第二车辆网络接口，用于经由所述车辆通信网络将所述本地处理模块耦接到包括一个或多个额外子系统的额外网络节点模块的开关；
其中，所述本地处理模块被配置为在与所述额外网络节点模块关联的额外处理模块发生故障时，经由所述第二车辆网络接口与所述一个或多个额外子系统通信。
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