CN105637811B - 语义消重 - Google Patents

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Abstract

为了减小网络（100，100a）中的数据流量，主机节点（1）向至少一个检查机构（3，3a）发送主机数据（11）。通过所述检查机构（3，3a）检查所述主机数据（11）。在无错误的情况下，由所述检查机构（3，3a）向处理数据的单元（4）发送或者所述主机数据（11）或者通过所述从机节点（2）确定的从机数据（12）。在所识别的错误的情况下，由所述检查机构（3，3a）向所述处理数据的单元（4）发送所有由所述检查机构（3）可用的主机数据（11）和从机数据（12）。

Description

语义消重
技术领域
本发明涉及减小网络中的数据负荷的技术领域。
背景技术
在安全性关键的环境中，通常必须冗余地发送数据或者冗余地测量和发送物理参量。然而，冗余仅仅在错误情况下是必要的并且在正常情况下使所消耗的资源、例如网络带宽翻倍。
尤其在故障后能操作的系统、例如机动车中的线控转向系统中安装冗余的成套设备，其分别通过冗余的通信系统连接到进行处理的控制单元，例如中央计算机上。由此冗余地检测并且分别冗余地传输、也即多次在中央计算机上接收测量值、例如实际转向角。如果测量值涉及具有大的带宽的数据，例如来自立体摄像机或者雷达回波的图像，则数据的简化对网络充分利用和网络设计具有显著影响。网络的较大的设计尺寸对单位成本具有影响，这尤其在汽车行业中是关键的。
对此已知一种方法，根据所述方法，冗余节点中的仅仅一个、所谓的主机工作并且发送数据，而另一个、所谓的从机仅仅监视主机的功能并且在错误情况下（停止的或者有错误的消息）接通。为此使用不相交的通信路径。可能的是，多个从机对于相同的日期可用，以便进一步提高整个系统的可靠性。
所应用的方案：高可用性无缝冗余（HSR）在IEC 62439-3中定义以太网协议，以便在环中过滤冗余的消息。为此利用各个消息上的标签，以便识别冗余传输，而不检查消息本身的内容。
所应用的方案：在通常网状的网络中使用过滤，以便节省带宽或者防止所不期望的内容的传播（防火墙）。在该上下文中，在无线网状网络领域存在近似的工作，但其针对具有大多有关几率的方案的可重配置的网络（参考具有布隆过滤器的网状网络防火墙，IEEE通信国际会议（ICC '07），2007），所述网络不可以用于在此所示的安全性关键的通信。
发明内容
本发明所基于的任务是，减小网络中的数据流量。
所述任务通过在独立权利要求中描述的解决方案来解决。有利的实施方式通过其他权利要求来描述。
根据第一方面，提出一种用于减小网络中的数据流量的方法。为此，向至少一个检查机构发送主机节点的主机数据。通过所述检查机构检查所述主机数据。在无错误的情况下，由所述检查机构向处理数据的单元发送或者所述主机数据或者通过从机节点确定的从机数据。在所识别的错误的情况下，由所述检查机构向所述处理数据的单元发送所有由所述检查机构可用的主机数据和从机数据。
根据另一方面提出一种系统，其包括被适配用于实施这样的方法的装置。
根据另一个方面，提出一种用于减小网络中的数据流量的系统。所述系统包括主机节点、从机节点和处理数据的单元。主机节点和/或从机节点和/或处理数据的单元连接到环状拓扑上。主机节点被适配用于将由其确定的主机数据沿分别不同的环方向向处理数据的单元并且向从机节点发送。从机节点被适配用于将由其确定的从机数据沿分别不同的环方向向处理数据的单元并且向主机节点发送。从机节点被适配用于检查所述主机数据、在正常运行中向所述处理数据的单元发送仅仅所述主机数据或者仅仅所述从机数据。从机节点被适配用于在所识别的错误的情况下，向所述处理数据的单元发送所述主机数据和所述从机数据。
根据另一个方面，提出一种用于减小网络中的数据流量的方法。所述网络包括主机节点、从机节点和处理数据的单元。主机节点和/或从机节点和/或处理数据的单元连接到环状拓扑上。主机节点将由其确定的从机数据沿分别不同的环方向向处理数据的单元并且向从机节点发送。从机节点将由其确定的从机数据沿分别不同的环方向向处理数据的单元并且向主机节点发送。主机数据通过从机节点来检查。如果主机数据的检查指示正常运行，则所述从机节点向所述处理数据的单元发送仅仅所述主机数据或者仅仅所述从机数据。如果主机数据的检查指示错误，也即在所识别的错误的情况下，所述从机节点向所述处理数据的单元发送所述主机数据和所述从机数据。
附图说明
下面例如根据附图详细阐述本发明。
在此：
图1示出环状网络的框图；
图2示出根据一种实施方式的环状网络的框图；
图3示出在中断的通信连接的情况下图2的环状网络；
图4示出根据另一种实施方式的系统的框图；
图5示出根据本发明的另一种实施方式的流程图。
具体实施方式
根据本发明的一种实施方式，选择网络拓扑，使得也称作主机的主机节点的数据在至中央计算机的路径上经过也称作从机的从机节点，同时，从机的数据在至中央计算机的路径上经过主机。优选地，为此提出环状拓扑。
这样的拓扑例如在图1中示出。环状拓扑包括主机节点1a、从机节点2a和设计为中央计算机的处理数据的单元4a，它们可以与其他节点7a-c一起布置在环状拓扑中。
在具有上述特性的网络中，主机节点1a发送数据11。从机节点2a执行与主机1a相同的操作并且产生和发送冗余数据12，这也称作热备份。两者冗余地向中央计算机发送其数据，例如通过环中的两个方向，参考图1中的实线箭头和虚线箭头。
图2示出网络100。网络100包括根据本发明的一种实施方式的系统10。所述系统10包括主机节点1、从机节点2和处理数据的单元4，它们布置在环状拓扑中。然而根据该实施方式的一般化，主机节点1、从机节点2和/或处理数据的单元4不必必然布置在环状拓扑中，而是当它们中的一个、多个或者所有连接到环状拓扑上时就足够。例如，主机节点1、从机节点2和/或处理数据的单元4可以从环状拓扑上取下地通过线路或者甚至其他网络与环状拓扑连接（未示出），使得主机节点1、从机节点2和/或处理数据的单元4始终还通过环状拓扑相互通信。换言之：于是主机节点1、从机节点2和/或处理数据的单元4在拓扑中包含一个或者多个环。布置在环状拓扑中的节点1、2、4自然也被认为连接到环状拓扑上。环状拓扑可以包括一个或者多个环。此外，网络100可以包括其他节点7a-7c。所述主机节点1被适配用于将由其确定的主机数据11沿分别不同的环方向——通过数据流11a、11b示出——向处理数据的单元4并且向从机节点2发送。从机节点2被适配用于将由其确定的从机数据12沿分别不同的环方向——通过数据流12a、12b示出——向处理数据的单元4并且向主机节点1发送。从机节点2被适配用于检查所述主机数据11。为此，所述从机节点例如包括检查机构3。如果主机数据11通过从机节点2的检查得出，系统10和/或主机节点1处于正常运行中，则从机节点2向所述处理数据的单元4发送仅仅所述主机数据11或者仅仅所述从机数据12。优选地，从机节点2在正常运行中终止通过从机节点接收的主机数据11并且借助数据流12b向处理数据的单元4发送仅仅通过从机节点2生成的从机数据12。由此，由从机节点2发送至处理数据的单元4的数据不必首先还经过从主机节点1至从机节点2的路程。然而，如果主机数据11通过从机节点2的检查识别出，主机数据11和/或系统10和/或主机节点1具有错误，则从机节点2向所述处理数据的单元4发送所述主机数据11和所述从机数据12。
换言之：根据本发明的该实施方式，从机节点2因此监视主机1的功能性，其方式是，监测主机1的数据流11a。为此，从机节点2检查数据11在语法上的和语义上的正确性。这些检查例如可以包含：
• 针对正确性检查数据包，例如CRC检查；
• 如果数据发送方自身是冗余地构造，例如包含两个物理传感器，则两方的包含在包中的数据针对等同性进行比较（Delta一致性）；
• 将所接收的数据与由从机自身测量的数据进行比较（Delta一致性）；
• 将数据与最后接收的数据进行比较并且对变化进行合理性检查（梯度）；
• 将数据与已知的、允许的值域进行比较（合理性检查）；
• 与以下时刻的时间偏差：在所述时刻根据给定的时间安排表地预期来自于主机的包。
仅仅在所识别的错误的情况下，除了在网络中自身产生的数据11，从机节点2将从主机节点1接收的数据12转发至中央计算机4。
根据一种优选的实施方式，主机节点1在其侧借助其从从机2通过数据流12a接收到的从机数据12执行相同的检查和相同的方法，并且同样仅仅在所识别的错误的情况下才向处理数据的单元4转发来自于从机2的数据12。因此，图2示出在无错误的情况下的系统10和数据流。
因此，根据一种优选的实施方式，主机节点1被适配用于检查从机数据12。在正常运行中，主机节点1向处理数据的单元4发送仅仅从机数据12或者主机数据11。为了使由处理数据的单元4接收的数据经过尽可能短的通信路径，主机节点1优选在正常运行中借助数据流11b向处理数据的单元4发送仅仅主机数据11。然而在所识别的错误的情况下，主机节点向处理数据的单元4发送主机数据11和从机数据12，与图1中所示的类似。
根据图2看出，根据优选的实施方式，在环中的每一个链接上仅仅还必须传输一个数据流（对于每个方向），在全双工网络的前提下，所需要的网络带宽减半。由此可以将剩余的带宽用于其余数据，或者更小地设计网络的尺寸。
尽管如此，中央计算机4包含所有信息。同时，任意的单个错误不能够导致中央计算机4不再获得数据：
· 如果主机1或者从机2失效，则分别另一方的数据可用。中央计算机1识别系统10的退化并且必要时必须采取对应措施，例如任务中止。因此根据一种实施方式，处理数据的单元4被适配用于在主机节点1或者从机节点2失效的情况下采取对应措施。
• 如果主机1和从机2之间的通信连接失效，则主机1或者从机2识别此。然后，一方或者两方转发另一方的失真的数据或者提供状态信息，即所预期的包未到达。中央计算机4可以识别该退化并且合适地进行反应。根据一种实施方式，主机节点1和/或从机节点2因此被适配用于识别主机节点1和从机节点2之间的通信连接的失效并且在所识别的失效的情况下向处理数据的单元4发送退化信息。
• 如果主机1或者从机2与中央计算机4之间的通信连接失效，则中央计算机4仅仅还收到分别另一方的数据。
图3示出一种实施方式，在所述实施方式中，通信连接由于从机节点2和中央计算机4之间的中断99而中断。中央计算机4识别系统10的退化并且必要时必须采取对应措施，例如任务中止。在其他实施方式中，可以提高整个系统的可用性，其方式是，中央计算机4向成套设备发送关于所接收的数据的状态信息。因此，例如在右边的通信连接1失效的情况下可以请求主机1转发从机2的数据，尽管从机还不将所述通信连接识别为有错误的，参考图3。因此，尽管有缺陷的通信路径，重新建立了传感器冗余。根据一种实施方式，处理数据的单元4因此被适配用于在所述从机节点2和所述处理数据的单元4之间的通信连接失效的情况下向所述主机节点1发送被设计为退化信息的状态信息，并且所述主机节点1被适配用于在所识别的退化的情况下将从所述从机节点2接收的从机数据12向所述处理数据的单元4转发。根据一种实施方式，处理数据的单元4被适配用于在所述主机节点1和所述处理数据的单元4之间的通信连接失效的情况下向所述从机节点2发送被设计为退化信息的状态信息，并且所述从机节点2被适配用于在所识别的退化的情况下将从所述主机节点1接收的从机数据12向所述处理数据的单元4转发。
根据其他实施方式，在网络的数据流中辨识主机1的包并且由从机2检查主机1的包。这可以根据发送方地址或者在功能特定的编址的情况下也可以借助目标地址进行。在基于以太网的网络中，重要的数据包的辨识优选由包含在节点中的交换机，也即以硬件的方式实施，以便保护CPU以防过大的处理耗费。
不同于所述高可用性无缝冗余（HSR）的以太网协议，本发明针对消息内容扩展了所述检查，以便能够过滤来自于不同节点（在此例如主机和从机）的、在语义上或者内容上相同的或者在所定义的公差范围内相同的消息。借助上述HSR标准不能够实现这样的过滤。
与热备份相对，另一种实施方式可以称为温备份（Warm Standby）。在温储备中，从机节点2首先仅仅执行数据流11a的主机消息的检查，如在更上面提到的那样，并且本地不实施计算或者传感器分析，即因此不确定相对于主机数据11冗余的从机数据12。当识别到错误（例如因为主机消息消失或者其合理性检查失败）的时候，才在从机12中开始传感器分析并且将冗余消息发送至中央计算机4。在该实施中，可以利用降低的冗余，以便例如能够通过从机上的降低的负荷节省数据流12b或者能够执行其他较少关键的应用。
根据另一种实施方式，替代中央计算机4，使用处理数据的单元。因此，中央计算机4不必具有在整个系统中的中央功能。在此，可以涉及处理数据的单元，其依赖于冗余的、也即高度可用的输入数据。
图4示出根据本发明的另一种实施方式的系统10a。该系统基于网络耦合器中的投票：中央计算机4和主机1或者从机2位于不同的网络区段中。对主机消息是否正确存在的检查在此是网络耦合器5的责任和非从机2的责任。为此，网络耦合器5包括检查机构3a。网络耦合器5根据上述机制决定是否必须转发从机消息。图4针对无错误的情况图解了这点。
在线状拓扑或者星状拓扑中的网络耦合：以下两个交换式以太网区段可以视为在图4中图解的网络的特殊情况：在所述两个交换式以太网区段中，网络耦合器通过以太网交换机实现，所述以太网交换机能够实施上述检查。
图5示出一个流程图，所述流程图示出根据本发明的一种实施方式的、用于减小网络中的数据流量的方法50。所述方法包括方法步骤51-54。在方法步骤51中，由主机节点确定的主机数据11被发送给至少一个检查机构3。在方法步骤52中，通过检查机构3在语法上和/或在语义上检查主机数据11。如果主机数据11的检查得出不存在错误，即在无错误的情况下，在方法步骤53中由检查机构3向处理数据的单元4发送或者主机数据11或者通过从机节点2确定的从机数据12。因此在无错误的情况下，由从机节点2向处理数据的单元4发送并非主机数据11以及从机数据12。然而，如果主机数据11的检查得出存在主机数据11的错误，即在所识别的错误的情况下，在方法步骤54中由检查机构3向处理数据的单元4发送所有由检查机构3可用的主机数据11和从机数据12。所述方法可以如在图5的流程图中所示那样是循环，其方式是，在方法步骤53和54之后从方法步骤51开始实施新的循环。
根据一种实施方式，主机节点1、检查机构3和处理数据的单元4如在图1-4中所示的那样布置在环状拓扑中。
根据一种实施方式，从机节点2为了检查主机数据11而执行与主机节点1相同的操作并且因此产生相对于主机数据11冗余的从机数据12，例如借助传感器的测量。这也称作热备份。
根据一种实施方式，仅仅当通过所述检查机构3识别出错误时从机节点2才执行与所述主机节点1相同的操作。这也称为温备份。由此附加地减小网络中的负荷并且通过传感器的关断可以节省能量或者可以将可用的计算能力用于其他任务。
根据一种实施方式，从所述从机节点2分离的网络耦合器5包括或者是所述检查机构3。
根据一种实施方式，从机节点2包括或者是检查机构3。
根据一种实施方式，所述主机节点1包括或者是另一个检查机构3。这使得可能的是，主机节点1通过与从机节点监视主机数据11相同的方式监视从机数据12。
本发明的优选的实施方式所具有的优点是，实际上作为热备份运行的从机2在正常情况下不使网络受负荷，而是在由其识别的错误情况下发送仅仅一个数据记录，即仅仅从机的由其生成的从机数据或者仅仅由主机节点1生成的主机数据11。对于测量数据或者命令数据所需的冗余（主机/从机）在此附加地用于监视和消重（Deduplikation）。
通过将错误识别部分地转移到成套设备中，减小了网络和接收方的负荷，而在此不使冗余变差。由此也可以使带宽密集的数据，诸如摄像机图像或者雷达回波高度可用，而不增加用于网络基础设施的单位成本。

Claims (16)

1.用于减小网络（100，100a）中的数据流量的方法，所述方法包括以下方法步骤：
- 向至少一个检查机构（3，3a）发送主机节点（1）的主机数据（11）；
- 通过所述检查机构（3，3a）检查所述主机数据（11）；
- 在无错误的情况下，由所述检查机构（3，3a）向处理数据的单元（4）发送所述主机数据（11）或者通过从机节点（2）确定的从机数据（12）；
- 在所识别的错误的情况下，由所述检查机构（3，3a）向所述处理数据的单元（4）发送所有在所述检查机构（3）处可用的主机数据（11）和从机数据（12）。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述主机节点（1）、所述检查机构（3，3a）和所述处理数据的单元（4）连接到环状拓扑上，并且优选地布置在所述环状拓扑中。
3.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中所述从机节点（2）为了检查所述主机数据（11）而执行与所述主机节点（1）相同的操作并且因此产生相对于所述主机数据（11）冗余的从机数据（12）。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中仅仅当通过所述检查机构（3，3a）识别到错误时从机节点（2）才执行与所述主机节点（1）相同的操作。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中从所述从机节点（2）分离的网络耦合器（5）包括所述检查机构（3a）或者是所述检查机构（3a）。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述从机节点（2）包括所述检查机构（3）或者是所述检查机构（3）。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述主机节点（1）包括另一个检查机构（3b）。
8.一种系统（10），其包括主机节点（1）、从机节点（2）和处理数据的单元（4），它们连接到环状拓扑上；其中所述主机节点（1）被适配用于将由其确定的主机数据（11）沿分别不同的环方向向处理数据的单元（4）并且向从机节点（2）发送；
所述从机节点（2）被适配用于将由其确定的从机数据（12）沿分别不同的环方向向处理数据的单元（4）并且向主机节点（1）发送；
所述从机节点（2）被适配用于检查所述主机数据（11）、在正常运行中向所述处理数据的单元（4）发送仅仅所述主机数据（11）或者所述从机数据（12），然而在所识别的错误情况下向所述处理数据的单元（4）发送所述主机数据（11）和所述从机数据（12）。
9.根据权利要求8所述的系统（10），其中所述主机节点（1）被适配用于检查所述从机数据（12）、在正常运行中向所述处理数据的单元（4）发送仅仅所述从机数据（12）或者所述主机数据（11），然而在所识别的错误情况下向所述处理数据的单元（4）发送所述主机数据（11）和所述从机数据（12）。
10.根据权利要求8或9所述的系统（10），其中所述处理数据的单元（4）被适配用于在所述主机节点（1）或者所述从机节点（2）失效的情况下采取对应措施。
11.根据权利要求8或9所述的系统（10），其中所述主机节点（1）和/或所述从机节点（2）被适配用于识别所述主机节点（1）和所述从机节点（2）之间的通信连接的失效并且在所识别的失效的情况下向所述处理数据的单元（4）发送退化信息。
12.根据权利要求8或9所述的系统（10），其中所述处理数据的单元（4）被适配用于在所述从机节点（2）和所述处理数据的单元（4）之间的通信连接失效的情况下向所述主机节点（1）发送被设计为退化信息的状态信息，并且所述主机节点（1）被适配用于在所识别的退化的情况下将从所述从机节点（2）接收的从机数据（12）向所述处理数据的单元（4）转发。
13.根据权利要求8或9所述的系统（10），其中所述处理数据的单元（4）被适配用于在所述主机节点（1）和所述处理数据的单元（4）之间的通信连接失效的情况下向所述从机节点（2）发送被设计为退化信息的状态信息，并且所述从机节点（2）被适配用于在所识别的退化的情况下将从所述主机节点（1）接收的主机数据（12）向所述处理数据的单元（4）转发。
14.一种系统（10，10a），其包括被适配用于实施根据权利要求1-9中任一项所述的方法的装置（1，2，3，3a，3b，4，5）。
15.用于减小网络（100）中的数据流量的方法，所述网络包括主机节点（1）、从机节点（2）和处理数据的单元（4）；其中所述主机节点（1）、所述从机节点（2）和所述处理数据的单元（4）连接到环状拓扑上，所述方法包括以下方法步骤：
- 沿分别不同的环方向向所述处理数据的单元（4）并且向所述从机节点（2）发送通过所述主机节点（1）确定的主机数据（11）；
- 沿分别不同的环方向向所述处理数据的单元（4）并且向所述主机节点（1）发送通过所述从机节点（2）确定的从机数据（12）；
- 通过所述从机节点（2）检查所述主机数据（11），其中如果所述主机数据（11）的检查指示正常运行，则所述从机节点向所述处理数据的单元（4）发送仅仅所述主机数据（1）或者仅仅所述从机数据（12），并且其中在所识别的错误的情况下，所述从机节点（2）向所述处理数据的单元（4）发送所述主机数据（11）和所述从机数据（12）。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述主机节点（1）检查所述从机数据（12），并且在正常运行中向所述处理数据的单元（4）发送仅仅所述从机数据（12）或者仅仅所述主机数据（11），然而在所识别的错误的情况下，向所述处理数据的单元（4）发送所述主机数据（12）和所述从机数据（11）。
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