CN107181783B - 在车辆中利用以太网传输数据的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通信技术和汽车电子技术，特别涉及车载以太网和在车辆中利用以太网传输数据的方法。按照本发明一个实施例的一种车载以太网，其包含显示模块、音频模块、通信模块、中心服务器和将上述网络节点相连的传输介质，其中，按照下列方式在两个网络节点之间发送数据：作为数据发送端的网络节点确定被发送数据的类型，其中，所述类型包括控制数据、视频/音频流和普通数据；作为数据发送端的网络节点基于与所确定的类型相关联的协议，经所述传输介质向作为数据接收端的网络节点发送所述数据；以及对于控制数据，作为数据接收端的网络节点经所述传输介质向作为数据发送端的网络节点返回接收状态的消息。

Description

在车辆中利用以太网传输数据的方法和装置
技术领域
本发明涉及通信技术和汽车电子技术，特别涉及车载以太网和在车辆中利用以太网传输数据的方法。
背景技术
以太网(Ethernet)在家用以及工业领域有着广泛的应用，其具有带宽大和设备成本低等优势。
图1为用于车辆诊断的车载以太网的示意图。如图1所示，车载以太网10包含车辆的电子控制单元(ECU)111、112和113以及网关120，其中，每个ECU都通过传输介质(例如线缆)与网关120相连。ECU与网关120之间的通信基于TCP/IP协议，该协议虽然能够保障数据的可靠，但无法确保数据的实时传输。
图2为用于多媒体应用的车载以太网的示意图。图2所示的车载以太网20包含多媒体设备(例如数字功放、CD播放器和DVD播放器等)211、212和213以及网关220，其中，每个多媒体设备都通过传输介质(例如线缆)与网关220相连。多媒体设备与网关220之间的通信基于以太网AVB(EAVB)协议，该协议提供视频和音频数据的实时同步传输能力。
随着科技日新月异的发展，以太网在车载领域的应用前景也越来越大，从高清全景摄像，到高清音视频传输，甚至有望在未来成为车辆的主干网络。但是车辆在行驶过程中往往会产生严重的电磁干扰，而以太网的物理层具有易受电磁干扰的缺点，因此以太网在车载领域的应用受到极大的限制。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种车载以太网，其具有数据传输方式灵活、可靠性高和实现成本低等优点。
按照本发明一个实施例的一种车载以太网，其包含显示模块、音频模块、通信模块、中心服务器和将上述网络节点相连的传输介质，其中，按照下列方式在两个网络节点之间发送数据：
作为数据发送端的网络节点确定被发送数据的类型，其中，所述类型包括控制数据、视频/音频流和普通数据；
作为数据发送端的网络节点基于与所确定的类型相关联的协议，经所述传输介质向作为数据接收端的网络节点发送所述数据；以及
对于控制数据，作为数据接收端的网络节点经所述传输介质向作为数据发送端的网络节点返回接收状态的消息。
优选地，在上述车载以太网中，所述显示模块被配置为显示由所述中心服务器发送的视频流或作为普通数据的视频文件，所述音频模块被配置为播放由所述中心服务器发送的音频流或作为普通数据的音频文件，所述通信模块被配置为所述中心服务器与车辆外部的网络之间的通信接口。
优选地，在上述车载以太网中，所述显示模块为中央控制显示器或后座显示器，所述音频模块为数字功放，所述通信模块为移动通信模块。
优选地，在上述车载以太网中，发送所述控制数据的网络节点包含：
第一EAVB协议栈，其配置为将所述控制数据封装为EAVB协议帧；
与所述第一EAVB协议栈相连的传输模块，其配置为确定控制数据的EAVB协议帧的校验码，
其中，所述第一EAVB协议栈还配置为将所述校验码附在控制数据的EAVB协议帧的帧头或帧尾以形成扩展的EAVB协议帧，并发送所述扩展的EAVB协议帧。
优选地，在上述车载以太网中，接收控制数据的网络节点包含：
第二EAVB协议栈，其配置为接收扩展的EAVB协议帧；
与所述第二EAVB协议栈相连的校验模块，其配置为对接收的EAVB协议栈进行校验，
其中，所述第二EAVB协议栈还配置为如果通过校验，则返回接收正确的消息，否则，则返回接收出错的消息。
优选地，在上述车载以太网中，所述视频流/音频流的发送基于EAVB协议，并且所述普通数据的发送基于TCP/IP协议。
本发明的还有一个目的是提供一种在车辆中利用以太网传输数据的方法，其具有数据传输方式灵活、可靠性高和实现成本低等优点。
按照本发明一个实施例的在车辆中利用以太网传输数据的方法包括下列步骤：
作为数据发送端的网络节点确定被发送数据的类型，其中，所述类型包括控制数据、视频/音频流和普通数据；
作为数据发送端的网络节点基于与所确定的类型相关联的协议，经所述传输介质向作为数据接收端的网络节点发送所述数据；以及
对于控制数据，作为数据接收端的网络节点经所述传输介质向作为数据发送端的网络节点返回接收状态的消息。
优选地，在上述方法，所述控制数据的发送包含下列步骤：
将所述控制数据封装为EAVB协议帧；
确定控制数据的EAVB协议帧的校验码；
将所述校验码附在控制数据的EAVB协议帧的帧头或帧尾以形成扩展的EAVB协议帧；以及
发送所述扩展的EAVB协议帧。
优选地，在上述方法，返回所述接收状态的消息包含下列步骤：
从接收的扩展的EAVB协议帧中提取校验码；
确定接收的扩展的EAVB协议帧的校验码；以及
将提取的校验码与确定的校验码比较，如果匹配，则返回接收正确的消息，否则，则返回接收出错的消息。
附图说明
从结合附图的以下详细说明中，将会使本发明的上述和其它目的及优点更加完全清楚。
图1为用于车辆诊断的车载以太网的示意图。
图2为用于多媒体应用的车载以太网的示意图。
图3为按照本发明一个实施例的车载以太网示意图。
图4为基于EAVB协议的数据传输示意图。
图5为按照本发明一个实施例的基于改进的EAVB协议的数据传输示意图。
图6为按照本发明另一个实施例的基于改进的EAVB协议的数据传输示意图。
图7为按照本发明一个实施例的在车辆中利用以太网传输数据的方法的流程图。
具体实施方式
下面参照其中图示了本发明示意性实施例的附图更为全面地说明本发明。但本发明可以按不同形式来实现，而不应解读为仅限于本文给出的各实施例。给出的上述各实施例旨在使本文的披露全面完整，从而使对本发明保护范围的理解更为全面和准确。
诸如“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的单元和步骤以外，本发明的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元和步骤的情形。
以下借助附图描述本发明的实施例。
图3为按照本发明一个实施例的车载以太网示意图。图3所示的包含显示模块311-313、音频模块320、通信模块330、中心服务器340和将上述网络节点相连的传输介质(图中以连接线段示出)。此外，如图3所示，中心服务器340还具有与CAN总线的接口。
在本实施例中，在两个网络节点之间传输的数据根据其类型而采用不同的网络传输协议。具体而言，数据类型可包含控制数据、视频/音频流和普通数据，其中普通数据可以是除控制数据和视频/音频流以外类型的数据，一般是非实时性的和与控制无关的。对于控制数据，为了确保其传输的可靠性和实时性，在本实施例中采用以下将要作进一步描述的改进的EAVB协议；对于视频/音频流，由于实时性要求较高，因此可考虑采用现有的EAVB协议，而对于视频/音频文件和普通数据，则可采用TCP/IP等非实时数据传输协议。此外，不同类型的数据还被赋予不同的优先处理的级别，以确保优先级高的数据类型被优先传输。表1示例性地给出了数据类型及其它们相应的传输协议和优先级别。
表1
Figure GDA0002277045830000051
在表1中，数据类型包含3个大类和5个小类，每种数据类型分配单独的VLAN ID和优先级，数值越大则表示优先级越高。通过上述方式可以确保低优先级数据的传输不会影响到高优先级数据的传输。
在图3所示的车载以太网中，显示模块311为中央控制显示器，显示模块312和313是可扩展设备，例如可以是车辆后座显示器等。这些显示模块311-313被配置为显示由中心服务器340发送的视频流或视频文件。在本实施例中，中心服务器与显示模块之间的视频流的传输基于EAVB协议，包括视频文件在内的普通数据的传输基于TCP/IP协议，而控制数据的传输则基于改进的EAVB协议。
音频模块320通过以太网传输介质与中心服务器340连接并被配置为播放由中心服务器340发送的音频流或音频文件。例如音频模块320可包含数字功放和扬声器，中心服务器340利用EAVB协议将音频信号传输到数字功放，由数字功放将数字信号转换为模拟信号并输出至扬声器。在本实施例中，中心服务器与音频模块之间的音频流的传输基于EAVB协议，包括音频文件在内的普通数据的传输基于TCP/IP协议，而控制数据的传输则基于改进的EAVB协议。
通信模块330被配置为中心服务器340与车辆外部的网络之间的通信接口，其例如可包含移动通信模块(GSM/3G/LTE)。由此，显示模块311-313可以通过中心服务器340和通信模块330建立与外部网络(例如因特网)的连接。通信模块330与中心服务器340之间可利用TCP/IP协议传输普通数据以及控制数据。但是可选地，控制数据在通信模块330与中心服务器340之间的传输也可基于改进的EAVB协议。
图4为基于EAVB协议的数据传输示意图。如图4所示，在现有的EAVB传输过程中，传输端将数据放入EAVB协议栈，由该协议栈负责将被传输数据封装为EAVB协议帧并且在一定的时间内(例如128微秒内)向接收端发送该封装的协议帧。在接收端，EAVB协议栈从接收的EAVB协议帧中提取数据并且发送给应用层。上述传输过程由于没有重传和检验机制，所以只能满足实时性的要求，但是可靠性较差，对于存在较多电磁干扰的汽车应用场合，这个问题尤其突出。
在本实施例中，通过改进现有的EAVB协议来提供可靠性保障机制。这种方式的优点在于，由于仅对EAVB传输方式作少量的改动并且兼容原有的EAVB传输方式，因此大大节省了开放成本，而且也更容易为用户接受。
图5为按照本发明一个实施例的基于改进的EAVB协议的数据传输示意图。
与图4所示的传输方式相比，在图5所示的实施例中，发送控制数据的网络节点包含第一EAVB协议栈511和传输模块512，其中传输模块512与数据并行地与第一EAVB协议栈相连。第一EAVB协议栈511配置为将控制数据封装为EAVB协议帧，传输模块512配置为确定EAVB协议帧的校验码。第一EAVB协议栈511还配置为当确定是控制数据时，调用传输模块以生成校验码并且将生成的校验码附在EAVB协议帧的帧头或帧尾以形成扩展的EAVB协议帧，随后第一EAVB协议栈511发送扩展的EAVB协议帧。另一方面，接收控制数据的网络节点包含第二EAVB协议栈521和校验模块522，其中校验模块522与数据并行地与第二EAVB协议栈521相连。第二EAVB协议栈521配置为接收扩展的EAVB协议帧并且当确定接收的为扩展的EAVB协议帧时，调用校验模块522以确定接收的扩展EAVB协议帧是否准确。校验模块522配置为对接收的EAVB协议栈进行校验，如果校验通过，第二EAVB协议栈返回接收正确的消息，否则，则返回接收出错的消息。当第一EAVB协议栈511接收到出错的消息时，将重新发送扩展的EAVB协议帧。
参见图5，第一与第二EAVB栈之间采用双向通道，其中扩展的EAVB协议帧通过从第一EAVB协议栈到第二EAVB协议栈的数据通道传输，而对扩展的EAVB协议帧的反馈消息通过从第二EAVB协议栈到第一EAVB协议栈的数据通道传输。
通过上述方式，控制数据的传输既可以满足实时性的要求，又提高了传输的可靠性。
图6为按照本发明另一个实施例的基于改进的EAVB协议的数据传输示意图。与图5所示的实施例相比，在本实施例中，在数据传输的路径上，传输模块512位于第一EAVB协议栈511的前端，即，第一EAVB协议栈511与传输模块串行地接入数据传输路径；与此同时，校验模块522位于第二EAVB协议栈521的后端，即，第二EAVB协议栈521与校验模块522串行地接入数据传输路径。这种布置的优点是可以减少第一和第二EAVB协议帧调用发送模块和检验模块的时间。
图7为按照本发明一个实施例的在车辆中利用以太网传输数据的方法的流程图。示例性地，这里以图3所示的车载以太网为例来描述本实施例，但是需要理解的是，本实施例的方法也适合于其它结构的车载以太网。
如图7所示，在步骤S710，作为数据发送端的网络节点(例如显示模块311-313、音频模块320、通信模块330和中心服务器340等)确定被发送的数据是否为控制数据，如果是控制数据，则进入步骤S720，否则，则转入步骤S730。
在步骤S720中，作为数据发送端的网络节点按照上述方式为控制数据生成扩展的EAVB协议帧并发送给作为数据接收端的网络节点(例如显示模块311-313、音频模块320、通信模块330、中心服务器340)。随后在步骤S740，作为数据接收端的网络节点解包接收的扩展的EAVB协议帧，并且按照如上所述的方式向数据发送端返回接收状态的消息。
随后在步骤S750，数据发送端判断是否接收的出错的消息，如果是，则返回步骤S720，否则结束本次数据的发送。
回到步骤S710的另一个分支，即步骤S730，如果数据类型是视频流/音频流，则数据发送端利用EAVB协议向数据接收端传输数据，如果是普通数据，则利用TCP/IP协议传输数据。
虽然已经展现和讨论了本发明的一些方面，但是本领域内的技术人员应该意识到：可以在不背离本发明原理和精神的条件下对上述方面进行改变，因此本发明的范围将由权利要求以及等同的内容所限定。

Claims (8)

1.一种车载以太网，其特征在于，包含作为网络节点的显示模块、音频模块、通信模块、中心服务器和将上述网络节点相连的传输介质，其中，按照下列方式在两个网络节点之间发送数据：
作为数据发送端的网络节点确定被发送数据的类型，其中，所述类型包括控制数据、视频/音频流和普通数据；
作为数据发送端的网络节点基于与所确定的类型相关联的协议，经所述传输介质向作为数据接收端的网络节点发送所述数据；以及
对于控制数据，作为数据接收端的网络节点经所述传输介质向作为数据发送端的网络节点返回接收状态的消息，
其中，发送所述控制数据的网络节点包含：
第一EAVB协议栈，其配置为将所述控制数据封装为EAVB协议帧；
与所述第一EAVB协议栈相连的传输模块，其配置为确定控制数据的EAVB协议帧的校验码，
其中，所述第一EAVB协议栈还配置为将所述校验码附在控制数据的EAVB协议帧的帧头或帧尾以形成扩展的EAVB协议帧，并发送所述扩展的EAVB协议帧。
2.根据权利要求1所述的车载以太网，其中，所述显示模块被配置为显示由所述中心服务器发送的视频流或作为普通数据的视频文件，所述音频模块被配置为播放由所述中心服务器发送的音频流或作为普通数据的音频文件，所述通信模块被配置为所述中心服务器与车辆外部的网络之间的通信接口。
3.根据权利要求2所述的车载以太网，其中，所述显示模块为中央控制显示器或后座显示器，所述音频模块为数字功放，所述通信模块为移动通信模块。
4.根据权利要求1所述的车载以太网，其中，接收控制数据的网络节点包含：
第二EAVB协议栈，其配置为接收扩展的EAVB协议帧；
与所述第二EAVB协议栈相连的校验模块，其配置为对接收的EAVB协议栈进行校验，
其中，所述第二EAVB协议栈还配置为如果通过校验，则返回接收正确的消息，否则，则返回接收出错的消息。
5.根据权利要求1所述的车载以太网，其中，所述视频/音频流的发送基于EAVB协议，并且所述普通数据的发送基于TCP/IP协议。
6.一种在车辆中利用以太网传输数据的方法，其特征在于，所述以太网包含：作为网络节点的显示模块、音频模块、通信模块、中心服务器和将上述网络节点相连的传输介质，所述方法包括下列步骤：
作为数据发送端的网络节点确定被发送数据的类型，其中，所述类型包括控制数据、视频/音频流和普通数据；
作为数据发送端的网络节点基于与所确定的类型相关联的协议，经所述传输介质向作为数据接收端的网络节点发送所述数据；以及
对于控制数据，作为数据接收端的网络节点经所述传输介质向作为数据发送端的网络节点返回接收状态的消息，
其中，所述控制数据的发送包含下列步骤：
将所述控制数据封装为EAVB协议帧；
确定控制数据的EAVB协议帧的校验码；
将所述校验码附在控制数据的EAVB协议帧的帧头或帧尾以形成扩展的EAVB协议帧；以及
发送所述扩展的EAVB协议帧。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，返回所述接收状态的消息包含下列步骤：
从接收的扩展的EAVB协议帧中提取校验码；
确定接收的扩展的EAVB协议帧的校验码；以及
将提取的校验码与确定的校验码比较，如果匹配，则返回接收正确的消息，否则，则返回接收出错的消息。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述视频/音频流的发送基于EAVB协议，并且所述普通数据的发送基于TCP/IP协议。
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