CN104125152B - 一种基于车载网关提高车载网络可靠性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于车载网关提高车载网络可靠性的方法，所述方法为在车载网关每个端口都设有单独的优先级存储队列簇，每个优先级存储队列簇中设有多个优先级不同的存储队列；当车载网关的每个端口收到报文后，对报文进行解析，根据报文的目的端口将报文的数据部分放入相应的优先级队列中，再根据队列的优先级大小，将报文数据从队列中取出封装后，在目的端口发出。本发明通过以下四种方法：1）车载网关基于优先级队列进行报文转发；2）车载网关依靠路由表进行子网间报文转发；3）车载网关进行日志记录；4）车载网关每个端口所连的子网内应用逻辑环路算法，可以大幅提高车载网关的可靠性，满足车载网络对实时性、可靠性的要求。

Description

一种基于车载网关提高车载网络可靠性的方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于车载网关提高车载网络可靠性的方法。

背景技术

随着汽车电子产业的不断发展，车载元器件及控制装置数目和复杂程度都在不断增加。为解决传统的点对点通讯方式造成的布线复杂、总线负荷大、检错困难等问题，产生了越来越多的汽车总线通讯协议，例如：CAN，LIN，FlexRay，MOST总线协议等。

与此同时，增强车载异构网络之间的相互通讯也越来越重要，车载网关既可以将汽车内不同类型总线网络之间的数据进行传输，又可以将车内总线网络数据和外界互联网进行通信。因此，车载网关起到转换不同网络协议、方便不同网络之间进行通信和信息共享的作用。

现有的车载网关技术如韩国汽车科技研究所提出的汽车感知网关平台，该平台通过CAN接口和以太网接口将汽车内部网络和外界网络相连接，但是接口较为单一，可扩展性较差；再如日本株式会社的车载通信系统，虽然具有数据诊断、故障解析、诊断结果存储等功能，但由于其在发送数据帧时均需要发送请求和等待回复，导致实时性不高；而国内的车载网关如上海汽车集团股份有限公司的通用车载网关系统和吉林大学的无线车载网关系统，由于都只能实现CAN、LIN网络的通讯，不具备路由、组建子网、日志记录等功能，所以功能十分有限，且可靠性不高。

发明内容

本发明提供了一种基于车载网关提高车载网络可靠性的方法，以解决现有的车载网络无法兼顾功能和实时性的问题。

一种基于车载网关提高车载网络可靠性的方法，其特征在于，在车载网关的每个端口设有单独的优先级存储队列簇，每个优先级存储队列簇中设有多个优先级不同的存储队列；

当车载网关的每个端口收到报文后，对报文进行解析，根据报文的目的端口将报文的数据部分放入相应的优先级存储队列中，再根据队列的优先级大小，将报文数据从队列中取出封装后，在目的端口发出；

使车载网关的工作流程按以下步骤进行：

(1)车载网关收到子网发出的报文；

(2)对报文进行解析，判断是普通报文还是更新报文；

(3)如果是普通报文，则将报文的数据部分放入相应的优先级存储队列；

如果是更新报文，则更新本车载网关的路由表，并向其它端口发送该更新报文；

(4)根据优先级存储队列的优先级大小，取出报文数据后进行报文封装，然后通过对应的端口发送出去。

车载网络内的报文发送依据优先级进行，保证了车载网关的稳定性以及对重要信息的转发实时性。

车载网关中的路由表主要包括静态路由表和动态路由表两种情况。

静态路由表需要用户进行手动配置与维护，其内容主要包括依次间隔排序的：源端口、源Global ID、目的端口和目的Global ID。其中，源端口表示ECU所接车载网关的端口，通过给端口编号，车载网关可知道所接受的报文使用的协议；同理，通过目的端口车载网关可以知道欲将该路由表更新报文以何种协议发出；Global ID表示ECU的全局标志，该标志在整个车载网络中唯一。

动态路由表通过路由表更新报文可以保证各车载网关中的路由表实时更新，依靠车载网络可以进行动态维护，当出现ECU的添加、删除、故障时，能够更快的稳定车载网络，提高了车载网络的可靠性与适应性。动态路由表的主要内容包括依次间隔排序的：目的端口和目的Global ID。

优选的，所述步骤(1)～(4)中，车载网关依靠路由表进行子网间报文转发。

优选的，所述步骤(3)中，路由表更新报文的内容包括依次间隔排序的：报文编号、Global ID1、Global ID2……Global IDn、分割标志、Global IDn+1……Global IDn+m”，n表示任一非0自然数，m表示任一自然数，Global ID是全网中的唯一ID，ID则对应子网中的唯一ID；

所述路由表的更新步骤为：

步骤1：当车载网关路由表因子网更新发生变化或者收到路由表更新报文时，触发路由表更新程序；

步骤2：若收到路由表更新报文，检查报文编号：

1)若报文编号与自己所记录的报文编号一致，则放弃该路由表更新报文，此次路由表更新结束；

2)若报文编号与自己所记录的报文编号不一致，则进行步骤3；

步骤3：将报文中的Global ID与自己路由表中的内容进行匹配：

1)当自身路由表不包含路由表更新报文中分割标志前的Global ID时，则添加此Global ID至自身路由表，将目的端口设置为接收到此路由表更新报文的端口；

2)当自身路由表包含路由表更新报文中分割标志前的Global ID时，若路由表中的目的端口与报文中的端口一致，则放弃此条修改；

4)当自身路由表包含路由表更新报文中分割标志前的Global ID时，若路由表中的目的端口与报文中的端口不一致，则将路由表中的目的端口修改为路由表更新报文中的端口；

5)当自身路由表包含路由表更新报文中分割标志后面的Global ID时，删除分割标志后面的Global ID所对应的路由表信息；

步骤4：路由表更新完毕后，修改车载网关的报文编号与报文中的报文编号一致，将该路由表更新报文向其他端口发送。

优选的，车载网关每发送一条报文进行日志记录。当由于温度、湿度、磁场等原因造成数据发送出现错误时，可以根据该日志进行错误原因查找。

优选的，所述日志的格式为：接收时间、源端口、源Global ID、目的端口、目的Global ID以及发送时间。

为了日志的非易失性和存储安全，优选的，所述日志存储于车载网关的外部存储中。

为了实现ECU节点快速添加、ECU节点快速删除、ECU节点故障定位，所述车载网关还通过逻辑环路算法对子网中的ECU节点进行状态监控，每个子网还具有一个映射表，该映射表由车载网关负责维护，映射表内容包括：Global ID和ID。

所述逻辑环路算法具体分为以下几种情况运行：

1)正常运行时：车载网关周期性的发送Ring报文，Ring报文中包含了逻辑环路路径，相应的ECU收到报文后再将Ring报文发给逻辑环路路径中的下一个ECU节点，直到Ring报文被车载网关接收；

2)节点加入时：新ECU节点通过发送Alive报文加入逻辑环路路径；

3)节点删除时：逻辑环路路径中的ECU节点发送Delete报文从环路中删除；

4)节点故障时：车载网关无法收到Ring报文，则通过监听总线锁定故障ECU节点。

本发明基于车载网关提高车载网络可靠性的方法的有益效果：

1.具有较高的实时性，通过车载网关的优先级队列，优先级高的报文将具有更高的实时性，保证了车载网关的稳定性以及对重要信息的转发实时性；

2.该方法具有网络适应性，通过使用动态路由算法，可以保证网络环境的快速稳定与实时；

3.该方法具有日志记录功能，通过日志对出错数据进行回溯，可以快速发现错误数据的产生来源；

4.该方法具有高度的可靠性，内网通过逻辑环路的网络状态算法可以减轻车载网关的压力，并保证了节点快速加入、删除以及对故障节点进行快速定位。

附图说明

图1本发明的连接拓扑图。

图2本发明的工作流程图。

图3本发明的车载网关内网正常运行的逻辑环路算法示意图。

图4本发明的车载网关内网加入节点4的逻辑环路算法示意图。

图5本发明的车载网关内网删除节点4的逻辑环路算法示意图。

图6本发明的车载网关内网节点3故障的逻辑环路算法示意图。

图7本发明的车载网关优先级存储队列示意图。

图8本发明的车载网关静态路由表。

图9本发明的车载网关动态路由表。

图10本发明的车载网关动态路由表更新流程图。

图11本发明的车载网关映射表。

图12本发明的车载网关日志表。

具体实施方式

如图1所示：

1)每个车载网关的每个端口均连接一个子网，每个子网中的ECU均使用相同的网络总线协议；

2)车载网关与车载网关之间的连接也与1)相似，只要保证两个车载网关使用的是同样总线协议的端口，就可以根据实际环境需要，采用不同的总线协议；

3)每个ECU都有一个全局标志Global ID，该标志在整个车载网络中不变且唯一。同时每个ECU在自己的内网中也拥有一个ID，该ID由车载网关来动态分配并且维护。

如图2所示，本实施例的工作流程包括：

1)车载网关收到报文。

2)对报文进行解析，判断是普通报文还是更新报文。

3)如果是普通报文则查看路由表，根据该路由表更新报文的目的Global ID确定其目的端口，将报文的数据部分放入相应的优先级存储队列。

如果是更新报文，则根据更新报文中的Global ID，更新自己的路由表。并向其它端口发送该更新报文。

4)根据优先级存储队列的优先级大小，取出报文数据后进行报文封装，然后通过对应的端口发送出去。

5)进行日志记录。

如图3所示，在本实施例中，车载网关内网正常运行，此时环路中存在3个ECU节点，其ID分别为1、2、3，另外车载网关的ID默认为0。车载网关每经过Tmin时间就发送Ring报文。报文内容即为“1 1 2 3 0”，每个ID占用一个字节。其中第一字节表示下一跳的ID。ID为1的ECU收到报文后将Ring报文改为“2 1 2 3 0”后发至总线。直到车载网关收到报文后表示一次循环正常结束。

如图4所示，在本实施例中，车载网关内网加入节点4，此时节点4先发出Alive报文，假设该节点的Global ID为131，则报文内容为“131”，车载网关发现此Alive报文后，将分配4作为此节点的ID，并回复确认报文“131 4”。最后将Ring报文内容改为“1 1 2 3 4 0”后执行正常运行时的操作。

如图5所示，在本实施例中，车载网关内网删除节点4，此时节点4先发出Delete报文，因此时该节点的ID为4，则报文内容为“4”，车载网关发现此Delete报文后，将该ID从逻辑环路路径中去掉。最后将Ring报文内容改为“1 1 2 3 0”后执行正常运行时的操作。

如图6所示，在本实施例中，车载网关内网节点3故障，此时节点3出现故障，那么节点2发出的Ring报文“3 1 2 3 0”无法继续往下传递，导致后续节点均无法及时收到。车载网关在Tmax时间内没有收到Ring报文后，便开始监听总线报文，找到拥有最大的下一跳ID的报文。发现此时的报文为节点2发出的Ring报文后，车载网关将该路由表更新报文的下一跳ID(即3)从逻辑环路路径中去掉，重新发送Ring报文“1 1 2 0”。

如图7所示，每个端口都有一个优先级存储队列簇，本图中如果端口1对应的是CAN网络，那么发往此CAN网络的报文就保存在一个优先级存储队列簇中。该优先级存储队列簇有用三个优先级不同的存储队列，根据报文的相关信息，车载网关会将报文数据放入相应的优先级存储队列簇中。

例如将来自端口2发往端口1的报文数据放入端口1优先级1存储队列中，将来自端口3发往端口1的报文数据放入端口1优先级2存储队列中。当从端口1发送报文时，由于优先级1存储队列的优先级大于优先级2存储队列的优先级，那么来自端口2的报文就会比来自端口3的报文先发送出去。

如图8所示，如果此时网络中存在两个车载网关A和B，在A的端口1上连有一个ECU，其Global ID＝21，在B的端口3上连有另一个ECU，其Global ID＝37，而A通过端口2与B的端口1相连，那么此时A中的静态路由表信息为“1 21 2 37”，B中的静态路由表信息为“1 21 337”。

如图9所示，如果此时网络中存在两个车载网关A和B，在A的端口1上连有一个ECU，其Global ID＝21，在B的端口3上连有另一个ECU，其Global ID＝37，而A通过端口2与B的端口1相连，那么此时A中的动态路由表信息为“2 37”，B中的动态路由表信息为“3 37”。

如图10所示，当收到一个路由表更新报文后，会按照该流程图进行处理，假设此时车载网关A路由表信息为“1 21”、“2 37”、“2 40”，记录的更新标志为2，通过端口2收到来自车载网关B的路由表更新报文“3 13 21 37 0 40”，则更新过程如下：

1)检查更新报文编号，路由表更新报文中编号为3，与车载网关中记录不同，更新过程继续进行。

2)检查路由表更新报文中的第2项，即Global ID为13，发现路由表中不存在此项，则在路由表中增加该项“2 13”。

3)检查路由表更新报文中的第3项，即Global ID为21，发现路由表中存在此项，但是端口不相等，修改该项路由信息为“2 21”。

4)检查路由表更新报文中的第4项，即Global ID为37，发现路由表中存在此项，并且端口号相等，则保持此条路由信息不变。

5)检查到分割标志0，继续检查后面的Global ID。

6)检查路由表更新报文中的第6项，即Global ID为40，发现路由表中存在此项，删除该条路由信息。

7)更新报文中的Global ID全部检查后，修改车载网关中的更新报文编号为3，向其它端口发送路由表更新报文“3 13 21 37 0 40”。

如图11所示，如果此时网络中的一个节点ECU，其Global ID＝21，在子网中的ID为1，则映射表信息为“21 1”。每当车载网关的映射表进行更新时，都会引起车载网关的路由表进行更新。

如图12所示，如果此时网络中车载网关A通过端口1连有一个ECU，其Global ID＝21。在时刻113该ECU向Global ID为37的ECU发送了一个报文，并在时刻205成功通过端口3发送出去。那么此时车载网关日志表信息为“113 1 21 3 37 205”。

当发送的报文发生错误时，可以从目的节点回溯的查看车载网关的日志信息，以确定错误来源。

可通过两种方式查看车载网关的日志信息：

方法1：通过访问车载网关的外部存储，可以将其中的日志记录文件拷贝到电脑上，以便进行错误查找与分析；

方法2：向车载网关发送日志查询报文，报文格式为：查询类型、查询内容起始值、查询内容结束值；查询类型包括接收时间、源端口、源Global ID、目的端口、目的GlobalID、发送时间和转发时间，分别用0～7表示；查询内容起始值和查询内容结束值表示了查询的范围，该范围与查询类型相对应；车载网关收到日志查询报文后，依照查询类型和查询范围对日志文件内容进行查询，发送查询结果。

例如，当要查询源Global ID为21～23的日志信息时，发送的日志查询报文为“221 23”，2表示查询类型为源Global ID，21表示查询内容起始值，23表示查询内容结束值。车载网关收到查询报文后，将根据查询类型和查询范围查询日志列表，将查到的日志信息发送出去。例如发送“113 1 21 3 37 205”。

Claims (7)

1.一种基于车载网关提高车载网络可靠性的方法，其特征在于，在车载网关的每个端口设有单独的优先级存储队列簇，每个优先级存储队列簇中设有多个优先级不同的存储队列；

当车载网关的每个端口收到报文后，对报文进行解析，根据报文的目的端口将报文的数据部分放入相应的优先级存储队列中，再根据队列的优先级大小，将报文数据从队列中取出封装后，在目的端口发出；

使车载网关的工作流程按以下步骤进行：

(1)车载网关收到子网发出的报文；

(2)对报文进行解析，判断是普通报文还是更新报文；

(3)如果是普通报文，则将报文的数据部分放入相应的优先级存储队列；

如果是更新报文，则更新本车载网关的路由表，并向其它端口发送该更新报文；

(4)根据优先级存储队列的优先级大小，取出报文数据后进行报文封装，然后通过对应的端口发送出去；

所述步骤(3)中，路由表更新报文的内容包括依次间隔排序的：报文编号、Global ID1、Global ID2……Global IDn、分割标志、Global IDn+1……Global IDn+m”，n表示任一非0自然数，m表示任一自然数，Global ID是全网中的唯一ID，ID则对应子网中的唯一ID；

所述路由表的更新步骤为：

步骤1：当车载网关路由表因子网更新发生变化或者收到路由表更新报文时，触发路由表更新程序；

步骤2：若收到路由表更新报文，检查报文编号：

1)若报文编号与自己所记录的报文编号一致，则放弃该路由表更新报文，此次路由表更新结束；

2)若报文编号与自己所记录的报文编号不一致，则进行步骤3；

步骤3：将报文中的Global ID与自己路由表中的内容进行匹配：

1)当自身路由表不包含路由表更新报文中分割标志前的Global ID时，则添加此Global ID至自身路由表，将目的端口设置为接收到此路由表更新报文的端口；

2)当自身路由表包含路由表更新报文中分割标志前的Global ID时，若路由表中的目的端口与报文中的端口一致，则放弃此条修改；

4)当自身路由表包含路由表更新报文中分割标志前的Global ID时，若路由表中的目的端口与报文中的端口不一致，则将路由表中的目的端口修改为路由表更新报文中的端口；

5)当自身路由表包含路由表更新报文中分割标志后面的Global ID时，删除分割标志后面的Global ID所对应的路由表信息；

步骤4：路由表更新完毕后，修改车载网关的报文编号与报文中的报文编号一致，将该路由表更新报文向其他端口发送。

2.如权利要求1所述的基于车载网关提高车载网络可靠性的方法，其特征在于，所述步骤(1)～(4)中，车载网关依靠路由表进行子网间报文转发。

3.如权利要求1所述的基于车载网关提高车载网络可靠性的方法，其特征在于，车载网关每发送一条报文进行日志记录。

4.如权利要求3所述的基于车载网关提高车载网络可靠性的方法，其特征在于，所述日志的格式为：接收时间、源端口、源Global ID、目的端口、目的Global ID以及发送时间。

5.如权利要求3或4所述的基于车载网关提高车载网络可靠性的方法，其特征在于，所述日志存储于车载网关的外部存储中。

6.如权利要求1所述的基于车载网关提高车载网络可靠性的方法，其特征在于，所述车载网关还通过逻辑环路算法对子网中的ECU节点进行状态监控，每个子网还具有一个映射表，该映射表由车载网关负责维护，映射表内容包括：Global ID和ID。

7.如权利要求6所述的基于车载网关提高车载网络可靠性的方法，其特征在于，所述逻辑环路算法具体分为以下几种情况运行：

1)正常运行时：车载网关周期性的发送Ring报文，Ring报文中包含逻辑环路路径，相应的ECU收到报文后再将Ring报文发给逻辑环路路径中的下一个ECU节点，直到Ring报文被车载网关接收；

2)节点加入时：新ECU节点通过发送Alive报文加入逻辑环路路径；

3)节点删除时：逻辑环路路径中的ECU节点发送Delete报文从环路中删除；

4)节点故障时：车载网关无法收到Ring报文，则通过监听总线锁定故障ECU节点。