CN103891198B

CN103891198B - 用于在通信网络中传输通知的方法及其网络

Info

Publication number: CN103891198B
Application number: CN201280041156.3A
Authority: CN
Inventors: W.梅斯纳
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2011-08-24
Filing date: 2012-08-22
Publication date: 2018-02-23
Anticipated expiration: 2032-08-22
Also published as: US20140247831A1; CN103891198A; DE102011081452B3; US9276822B2; WO2013026857A1

Abstract

公开了一种用于在具有至少三个通信节点（A，B，C）的通信网络中传输通知的方法。通信节点中的至少一个（c）在此总是保持激活的并且存储（缓存）由第二通信节点（A，B）发送的消息。如果第二通信节点切换到静止状态，则缓存节点通过休眠事件由此被告知并且接管针对该节点的消息发送。通过唤醒事件，缓存节点得知第二节点切换回到激活状态并且停止所存储的消息的发送。同样随时可以切换到静止状态并且可能未获得由第二节点在其自己的静止阶段期间所发送的消息的其它节点（D，E，F，G）从而未注意到关于第二节点的静止状态并且在每个时刻从网络中的当前状态出发。

Description

用于在通信网络中传输通知的方法及其网络

技术领域

本发明涉及一种用于在具有多个发送节点的通信网络中传输通知以确保通知的现实性的方法。

背景技术

尤其是在机动车中目前使用很多不同的控制设备。为了连接各个电子系统组件采用总线系统，诸如CAN（控制器域网）或FlexRay。在常见的总线系统中，可能的是如果不需要控制设备中的任何一个则将连接到总线上的控制设备置于具有减少的电流消耗的静止状态。但是在此情况下只能分别将相关联的系统的所有总线和控制设备同时置于静止状态中或者又置回到激活状态中。即使在任意的总线处对于通信仅需要单个任意的控制设备，所有其它的控制设备同样必须处于激活状态。因此，对于该通信在该时间段中不需要的控制设备也消耗电流。

因此在减少车辆的CO2排放的范围中，开发了所谓的子网运行（也称为partialnetworking（局部网络化））。在此可以按需求将各个控制设备（节点子网运行）或总线（总线子网运行）置于“休眠”或“唤醒”。因此只要在车辆处无拖车，即使在该时间期间在总线处需要其它控制设备，例如也可以保持拖车控制设备断开。通过这种方式，仅当控制设备也实际上被需要时，控制设备才消耗电流，并且车辆中的总电流消耗和从而CO2排放可以被减少。

EP 0 981 875 B1描述了一种具有多个控制设备的这种总线系统，其中子网运行是可能的，以便将具有30个控制设备的整个总线系统的为2.5mA的平均电流消费减少到大约1.6mA。

在引入这样的子网运行的情况下产生的问题是，控制设备仅还能看到在所述控制设备被接通时所发送的通知或通知变化。如一般经常在数据处理中进行的、局部地中间存储（缓存）在休眠控制设备中、也即在那里例如以原件或作为副本中间存储在缓冲存储器中的值在该情况下是不可能的。如果在一个控制设备休眠期间由系统中的其它控制设备发送通知，该控制设备在唤醒时从在其中间存储器（缓存器）中所存储的状态出发，但是所述状态在唤醒时可能已经过时。

发明内容

本发明的任务是提供一种方法，其中对于每个控制设备在唤醒之后确保当前的状态。

该任务通过以下方法和网络解决。

描述一种用于在具有至少三个通信节点的通信网络中传输通知的方法。通信节点中总是有至少一个被保持在激活状态中。通信节点中的至少一个从该激活状态被置于静止状态，只要通信节点中的该至少一个对于通信不被需要。激活的通信节点借助于休眠（Sleep）事件被告知另一通信节点从激活状态切换到静止状态并且借助于唤醒（Wakeup）事件被告知同一通信节点从静止状态切换回到激活状态中。激活的通信节点具有内部数据存储器，所述激活的通信节点在该内部数据存储器中存储另一通信节点的通知或通知副本，并且如果该激活的通信节点被告知另一节点从激活状态切换到静止状态，则接管所述通知或通知副本的发送。激活的通信节点具有硬件数据存储器，该激活的通信节点将在其内部数据存储器中所存储的待发送的通知或通知副本传输到该硬件数据存储器中并且在那里提供用于发送。该激活的通信节点停止所存储的另一通信节点的通知或通知副本的发送并且如果该激活的通信节点被告知另一通信节点从静止状态切换回到激活状态，则删除在其硬件数据存储器中准备用于发送的通知或通知副本。

此外，描述一种具有至少三个通信节点的网络，通知在该网络中被传输。通信节点中总是有至少一个被保持在激活状态中。通信节点中的至少一个从该激活状态被置于静止状态，只要通信节点中的该至少一个对于通信不被需要。激活的通信节点借助于休眠事件被告知另一通信节点从激活状态切换到静止状态并且借助于唤醒事件被告知同一通信节点从静止状态切换回到激活状态中。激活的通信节点具有内部数据存储器，所述激活的通信节点在该内部数据存储器中存储另一通信节点的通知或通知副本，并且如果该激活的通信节点被告知另一节点从激活状态切换到静止状态，则接管所述通知或通知副本的发送。激活的通信节点具有硬件数据存储器，该激活的通信节点将在其内部数据存储器中所存储的待发送的通知或通知副本传输到该硬件数据存储器中并且在那里提供用于发送。该激活的通信节点停止所存储的另一通信节点的通知或通知副本的发送并且如果该激活的通信节点被告知另一通信节点从静止状态切换回到激活状态，则删除在其硬件数据存储器中准备用于发送的通知或通知副本。

附图说明

下面根据附图的图更详细地阐述本发明，其中相同的或类似的元件配备有相同的附图标记。其中：

图1示意性地示出具有多个节点的总线线路的结构，

图2a示意性地示出在总线子网运行中具有多个总线和节点的总线系统的结构，

图2b示意性地示出在节点子网运行中具有多个总线和节点的总线系统的结构，

图3以图表示例性地示出在节点子网运行中随着时间两个节点的可能状态，

图4a示意性地示出在节点子网运行中在切换到节点的静止状态时根据本发明的数据缓存原理，

图4b示意性地示出在节点子网运行中在节点不激活期间根据本发明的数据缓存原理，

图4c示意性地示出在节点子网运行中在节点不激活时根据本发明的数据缓存原理，

图4d示意性地示出在节点子网运行中在唤醒节点时根据本发明的数据缓存原理，

图4e示意性地示出在节点子网运行中在唤醒节点时根据本发明的数据缓存原理，

图5以状态图示出激活的节点的可能状态的过渡。

具体实施方式

图1简化地示出具有多个节点A、B、C的数据总线1。节点在此可以例如是控制设备或另外的组件。节点A、B、C利用总线1作为共同的传输通路用于传输数据。在此，不强制性地总是所有节点A、B、C均参与每个数据传输。因此例如节点A可以与节点C通信，而节点B不参与该通信。通过这种数据总线越来越频繁地将车辆的各个电子系统组件相互连接。但是在诸如计算机技术或建筑技术的其它领域中也可以采用数据总线。

除了多个节点（例如车辆中的控制设备）经由唯一总线的通信之外，此外也可能的是，不同的这种总线相互通信。为此例如可以采用网关4，所述网关允许网络相互通信，即使这些网络基于完全不同的协议。图2a示意性地示出具有网关4和三个不同的数据总线1、2、3的总线系统的结构。在第一数据总线1处例如有节点A、B、C，在第二数据总线2处有节点D、E并且在第三数据总线3处有节点F和G。

如果在这种总线系统中在各个总线1、2、3或节点A、B、C、D、E、F、G之间发生数据通信，则在传统解决方案情况下在该时间段期间所有处于节点A、B、C、D、E、F、G处的组件在系统中是激活的并且消耗电流。仅在在总线系统中丝毫不发生通信的时刻，诸如控制设备的组件可以被置于节省电流的静止状态。如果在组件处于静止状态期间仅一个唯一的通知由总线系统中的节点A、B、C、D、E、F、G发送，则所有组件又切换会到激活状态中。这种系统的电流消耗出于该原因不可忽略。

各个组件在静止状态中的电流消耗大多明显小于在空转状态（无通信的激活状态）中的电流消耗。为了减小这种通信网络中的总电流消耗，为此开发了所谓的子网运行。

子网运行的目的是，仅将参与网络中的通信的这种组件保持在激活状态中。对于通信不需要的组件可以单独地被置于静止状态。图2a示出这种子网运行、即所谓的总线子网运行的可能性。在此可能的是，如果整个总线对于通信不被需要，则将该整个总线置于静止状态中。在图2a中，例如具有位于其上的节点A、B、C的总线1处于静止状态，而具有节点D、E、F和G的总线2和3继续是激活的。网关4也继续是激活的并且能够继续实现在总线1、2、3之间的通信。只有当网关4或两个其它总线2、3之一将要发送针对总线1的节点所确定的通知时，总线1才会又被置于激活状态。

子网运行的另一变型是所谓的节点子网运行，该节点子网运行在图2b中示意性地示出。图2b重新示出网关4以及具有节点A、B、C、F、G的总线1和3。两个总线1和2是激活的，仅总线１的节点A和B处于静止状态。一旦节点之一A或B对于通信又被需要，则所述节点之一又被置回到激活状态中。因为总线系统的所有组件很少同时被需要用于通信，所以经常各个组件通过这种方式处于具有相对于空转状态减少的电流消耗的静止状态。

图3示例性地示出在节点子网运行的所述系统中节点A和B在其状态方面可能的时间特性。在此，激活状态用“唤醒的（wach）”表示并且静止状态用“休眠的（schlafend）”表示。首先两个节点A和B是唤醒的。节点A在时刻t₁切换到静止状态，节点B在时刻t₂切换到静止状态。节点B直至时刻t₅保持在静止状态，而节点A从时刻t₃至t₄短时间地过渡到激活状态。在该时间段期间，节点A可以将通知发送给系统中的其它节点或组件，或者从系统中的其它节点或组件接收通知。如果节点B在时刻t₅又切换到激活状态，则节点A已经再次处于静止状态。如果由节点A在节点B的静止阶段期间发送了或接收了通知，则节点B在其唤醒时不被告知该通知。节点B不能接收或发送在其本身处于静止状态期间在总线上发送的通知。由此可能的是，节点B在其唤醒时从可能过时的状态出发。但是在大多情况下重要的是，每个用户在每个时刻知道当前状态，除非该用户处于静止状态。

图4a-e示意性地示出根据本发明的原理用于解决在节点中在从静止状态唤醒之后过时状态的所述问题。图4a-e在此示出数据总线1和三个节点Ａ、Ｂ、Ｃ。节点Ｃ不同于网络中的其它节点，而且通过以下方式而不同，即该节点Ｃ存储（缓存）另一节点Ａ的在总线上被发送的通知。节点Ｃ在此优选地在每个时刻存储对应节点Ａ的所有通知。

图４a示出在节点B切换到静止状态的时刻的通信网络。节点A在该时刻与节点C同样地是激活的。其它总线用户借助于所谓的休眠事件Y1被告知节点B到静止状态的该切换。图4b示出节点A如何在总线上发送通知X。节点B不获得该通知，因为该节点B处于静止状态。接管针对节点A的缓存的缓存节点C获得由A发送的通知X并且将该通知首先存储在其内部数据存储器中。在该绘图中未示出的在该时刻也是激活的其它总线用户同样获得通知X，但是不存储该通知。针对节点A的缓存优选地应该分别仅由另一个节点C接管，其中在系统中必须清楚哪个节点接管了该角色。

图4c示出节点A现在如何同样切换到静止状态。总线用户再次通过休眠事件Y1获悉该切换。在一定的时间段中，现在两个节点A和B处于静止状态并且从而不可能直接相互通信。如果接着例如如在图4d中所示的那样节点B又切换回到激活状态，其它总线用户通过唤醒事件Y2获知这一点，则该节点B必须首先从节点A的过时状态出发。已经识别出节点B切换回激活状态的节点C现在决定，节点A的通知是否处于其存储器中。

激活的节点（C）典型地具有用于通信的硬件辅助装置以便能够尽可能顺利地实施通信。该硬件辅助装置典型地包括发送单元，所述发送单元发送实际的数据；和硬件数据存储器，所述硬件数据存储器为了发送而容纳确定的数据以便将所述确定的数据在通信信道可用时顺流而下地发送。也即如果通知存在于内部数据存储器中，则节点C将该通知首先从内部数据存储器传输到硬件数据存储器中并且将所述通知放置在那里用于准备发送。接着节点C将该通知在总线上发送，使得尤其是节点B获得该通知，如在图4e中所示。在此，一旦总线是空闲的，则通知X从节点C的硬件数据存储器被发送。因此如果总线首先仍是被占用的，则节点B可以可能地也在一定的延时之后才获得通知X。

在图4e中代替节点A的原件通知，发送该通知的副本X’，这在该情况下是原件通知X的合适的替代物。因此只要节点Ａ处于静止状态，其它总线用户（在该情况下尤其是节点B）就不注意到节点Ａ的不存在，因为节点Ｃ接管其任务。通过由节点Ｃ发送节点A的通知Ｘ或其副本X’，节点B在不存在节点A的情况下也被告知在其自己的静止阶段期间出现的变化。

如果节点A返回到激活状态，则其它总线用户再次借助于唤醒事件Y2被告知这一点。在该绘图中，该步骤不再明确地被示出，因为该步骤在图4d中已经以节点B切换回激活状态为例被示出。从节点C获知节点A从静止状态切换回激活状态的时刻起，该节点C停止节点A的通知X或通知的副本X’的发送，并且节点A本身再次接管该任务。但是节点C从该时刻起优选地仅仅停止节点A的通知的发送，但是继续存储节点A的新的通知或通知副本。

副本X’不仅可以是原件通知X的完整副本而且可以是通知X的各个内容的副本。因此例如可以仅存储通知X的有关内容，其中确定的环境信息在需要时可以通过缓存节点C得到适配。通过信息的适配，副本X’在其内容方面不强制性地与原件通知X相同，而是可以部分地或完全地与通知X不同。经适配的内容例如可以是通过缓存节点更新的通知计数器、校验和或缓存状态。经由校验和可以确定，是否存在传输误差。缓存状态同样可以包含关于可能的错误或干扰的信息。

在此给通知X的副本X’分配与原件通知X不同的ID。由此对于其它节点可以看出，涉及副本而不涉及原件通知。副本X’和其原件X从不允许两者同时在总线上被发送。但是代替副本X’也存在以下可能性：存储原件通知X和接着又将该原件通知以相同的ID发送。在此可以存储绝对相同的通知，或者可以再次适配通知的各个内容，诸如通知计数器、校验和或缓存状态。在两种情况下，其它节点没有注意到，该通知未通过原始节点、而是通过缓存节点发送。

如果不希望通知X的双重发送，则可以在这样的情况下选择通过缓存节点发送副本X’而不是原件通知X的这种可能性。这例如在CAN总线系统中可能是这种情况。优选地，在装配系统时决定通过缓存节点是应该发送原件通知X还是其副本X’。通过这种方式在系统中总是仅实施所述这种可能性或实施另一可能性，但是不实施两种可能性的混合。

通过如此描述的缓存，确保每个节点在从静止状态唤醒时被告知所发送的通知并且不必从过时的值出发。因为切换到静止状态的节点不能自身接管缓存，所以必须确保总是分别有系统的节点之一保持在激活状态并且可以接管缓存。

激活的节点C优选地在每个时刻存储节点A的通知，但是只有当该激活的节点C获知节点A从激活状态切换到静止状态时才接管该通知的发送。一旦激活的节点C获得节点A的对应的休眠事件Y1，该激活的节点C接管在系统中所发送的通知X的发送。如果节点A从静止状态又返回到激活状态，则激活的节点C重新借助于唤醒事件Y2被告知其唤醒。从获得关于切换回激活状态的信息起，或者在获得该信息之后不久，节点C不再发送节点A的其它通知，对于所述节点A，所述节点C接管缓存。

该原理不仅可以在仅具有一个总线的系统中、而且可以在具有多个总线的系统中应用。一般来说，在系统中多个节点可以被使用用于缓存通知，其中所发送的通知中的每一个总是仅由一个节点缓存。从而对于每个所发送的通知恰好一个节点接管缓存。节点在此不仅可以是控制设备而且例如可以是网关。

图5示出缓存节点的可能状态。因此缓存节点可以处于所谓的安静（Silent）模式或者处于所谓缓存模式。在缓存模式中，节点接管其它节点的通知的存储（缓存）以及发送，在安静模式中该节点虽然存储（缓存）其它节点的通知，但是不继续发送所述通知。缓存节点在此对于每个由其缓存的原件节点管理自己的状态——安静/缓存。从所述一个状态切换到另一状态的触发者是休眠事件Y1或者唤醒事件Y2。其中休眠事件Y1从切换到静止状态的节点出发并且如果节点切换回到激活状态，则唤醒事件Y2从该节点出发。

休眠事件Y1或唤醒事件Y2在此可以是每个可用的任意种类的信息，从该信息中可以识别出节点切换到静止状态或切换到激活状态的愿望。信息流例如可以通过经由同一总线或也不同的总线传送一个或多个通知来实现。另一可能性例如是，信息流通过在环境中的可测量的变化加以表示。这样的可测量的变化例如可以是节点在从激活状态切换到不激活状态（静止状态）或者相反时该节点的电流消耗特性的变化。另一可能性也是设定确定的时刻。如果涉及CAN总线，则休眠事件或唤醒事件例如也可以是网络管理通知。这样的网络管理通知一般包含多个比特，其中尤其是可以存储用户的网络管理地址、网络状态、通知计数器或还有状态、也即对用户的状态（激活/非激活）的提示。但是作为休眠事件或唤醒事件也可设想每个其它信息，所述其它信息可以在总线系统中以任意方式被传送。该信息在此不必强制性地直接对准缓存节点。

通知X或其副本X’的发送也可以例如是唤醒事件Y2，其中缓存节点通过所述唤醒事件切换到安静模式。

但是在根据本发明的方法中不必强制性地缓存所有通知。如果各个通知对于不激活的节点例如是不相关的，则所述各个通知可以不被缓存。但是对于这些通知又存在开头所述的问题，即不激活的节点在唤醒时不被告知或者该通知在总线处不再可用。

节点A从静止状态过渡到激活状态可以通过不同方式实现。在所有实现可能性中，首先缓存节点C应该通过唤醒事件Y2获悉了节点A切换到激活状态。

另一实现的可能性在于，切换回激活状态的节点A在发送唤醒事件Y2之后的短时间内不发送其它通知。在该时间中，缓存节点C可以仍继续发送节点A的所存储的通知X、X’。通过这种方式，例如已经开始的和在唤醒事件Y2到达时还没有结束的通知X、X’的传输仍可以完成，而节点A和C不同时在总线上发送通知。在图3中，该时间段例如在t₅时开始并且在t₆时结束。该时间例如可以为10ms。但是节点C必须明确地确定，从哪个时刻t₆起，该节点C不应再发送通知。在该时刻t₆，在数据存储器中已经存放好用于发送的所有通知必须被删除，以便防止继续发送。

另一可能性在于，不允许这样的时间重叠。切换回激活状态的节点A在此情况下可以在发送唤醒事件Y2之后立即本身又发送其它通知。缓存节点C在此必须确保，在数据存储器中已经存放好用于发送的所存储的通知X、X’以最小延迟从其数据存储器中被删除并且节点A的其它通知不再被发送。通过节点C对通知X、X’的可能已经开始的传输在该情况下必须在唤醒事件到达之后立即被中断。但是节点A在实施的这种方式情况下不允许在发送唤醒事件Y2之前发送其它通知。

附图标记列表

1 数据总线

2 数据总线

3 数据总线

4 网关

A 通信节点

B 通信节点

C 通信节点

D 通信节点

E 通信节点

F 通信节点

G 通信节点

Y1 休眠事件

Y2 唤醒事件

X 通知

Ｘ’通知副本

Claims

1.用于在具有至少三个通信节点的通信网络中传输通知的方法，其中

所述通信节点中总是有至少一个通信节点被保持在激活状态中，

所述通信节点中的至少一个通信节点从该激活状态被置于静止状态，只要所述通信节点中的该至少一个通信节点对于通信不被需要，

激活的通信节点（C）借助于休眠事件（Y1）被告知通信节点（A，B）从所述激活状态切换到所述静止状态并且借助于唤醒事件（Y2）被告知同一通信节点（A，B）从所述静止状态切换回到所述激活状态中，

激活的通信节点（C）在该激活的通信节点（C）的内部数据存储器中存储所述通信节点（A，B）的通知（X）或通知副本（X’），并且如果该激活的通信节点被告知了所述通信节点（A，B）从激活状态切换到静止状态，则接管所述通知（X）或通知副本（X’）的发送，

激活的通信节点（C）将在其内部数据存储器中所存储的待发送的通知（X）或通知副本（X’）传输到所述激活的通信节点（C）的硬件数据存储器中并且在那里提供用于发送，

如果处于所述静止状态中的通信节点切换回到所述激活状态，则所述激活的通信节点（C）向从所述静止状态切换回到所述激活状态的通信节点传输其它通信节点的所存储的通知（X）或通知副本（X’），以及

该激活的通信节点（C）停止所存储的所述通信节点（A，B）的通知（X）或通知副本（X’）的发送，并且如果该激活的通信节点被告知了所述通信节点（A，B）从所述静止状态切换回到所述激活状态，则删除在其硬件数据存储器中准备用于发送的通知（X）或通知副本（X’）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述通信网络是车辆总线。

3.根据权利要求1至2之一所述的方法，其中所述激活的通信节点是控制设备或网关（4）。

4.根据权利要求1至2之一所述的方法，其中所述休眠事件（Y1）和/或所述唤醒事件（Y2）是网络管理通知，从所述网络管理通知中能够推断所述通信节点（A，B）的状态，其中所述激活的通信节点（C）存储所述通信节点（A，B）的通知。

5.根据权利要求1至2之一所述的方法，其中所述休眠事件（Y1）和/或所述唤醒事件（Y2）是任意信息，所述任意信息适用于识别通信节点（A，B）的状态切换。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述休眠事件（Y1）和/或所述唤醒事件（Y2）是信息流，所述信息流通过在环境中的可测量的变化实现。

7.根据权利要求1至2之一所述的方法，其中各个通知不被存储在其它激活的通信节点中。

8.根据权利要求1至2之一所述的方法，其中所述副本（X’）是所述通知（X）的各个内容的副本。

9.根据权利要求1至2之一所述的方法，其中由激活的通信节点（C）发送的通知副本（X’）具有与原件通知（X）不同的ID。

10.根据权利要求1至2之一所述的方法，其中通过通信节点（A，B）对所存储的通知（X）的发送是唤醒事件（Y2）。

11.根据权利要求1至2之一所述的方法，其中在所述通信网络中从不同时发送通知（X）和其副本（X’）。

12.根据权利要求1至2之一所述的方法，其中通信节点（A，B）在其已经发送了唤醒事件（Y2）之后的确定的时间段（t₅至t₆）内不发送其它通知。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述激活的通信节点（C）从所述确定的时间段结束时的时刻起停止由其存储的通知的发送。

14.根据权利要求1至2之一所述的方法，其中通信节点（A，B）能够直接在发送唤醒事件（Y2）之后本身又发送通知。

15.具有至少三个通信节点的网络，在该网络中通知被传输，其中

激活的通信节点（C）具有内部数据存储器，在所述内部数据存储器中所述激活的通信节点存储所述通信节点（A，B）的通知（X）或通知副本（X’），并且如果该激活的通信节点被告知了所述通信节点（A，B）从所述激活状态切换到所述静止状态，则接管所述通知（X）或通知副本（X’）的发送，

激活的通信节点（C）具有硬件数据存储器，该激活的通信节点将在其内部数据存储器中所存储的待发送的通知（X）或通知副本（X’）传输到所述硬件数据存储器中并且在那里提供用于发送，

其中如果处于所述静止状态中的通信节点切换回到所述激活状态，则所述激活的通信节点（C）向从所述静止状态切换回到所述激活状态的通信节点传输其它通信节点的所存储的通知（X）或通知副本（X’），以及

该激活的通信节点（C）停止所存储的所述通信节点（A，B）的通知（X）或通知副本（X’）的发送并且如果该激活的通信节点被告知了所述通信节点（A，B）从所述静止状态切换回到所述激活状态，则删除在其硬件数据存储器中准备用于发送的通知（X）或通知副本（X’）。