CN107770239A - 用于通过网络通信的方法和设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于生成通过网络通信的帧的方法和设备。该方法包括：接收输入信号和包括新信号信息、现存数据词典信息和拓扑信息中的至少一者的信号信息，基于所接收的信号信息来确定帧打包规则，以及基于所确定的帧打包规则来生成输出数据的帧。该方法可用于打包车辆控制器区域网络消息用于经由其他网络进行传输。

Description

用于通过网络通信的方法和设备

背景技术

根据示例性实施例的设备和方法涉及通信架构。更具体地，根据示例性实施例的设备和方法涉及串行数据通信架构。

发明内容

一个或多个示例性实施例提供将数据打包成帧的方法和设备。更具体地，一个和多个示例性实施例提供基于优化变量将输入数据打包成帧的方法和设备。

根据示例性实施例的一个方面，提供了一种用于生成车辆通信网络中的帧的方法。该方法包括接收输入信号和包括新信号信息、现存数据词典信息和拓扑信息中的至少一者的信号信息，基于所接收的信号信息来确定帧打包规则，以及基于所确定的帧打包规则来生成输出数据的帧。

该方法还包括评估所生成帧的总线负载和消息延迟，确定所评估总线负载和消息延迟是否落在预定总线负载和消息延迟参数内，响应于确定所评估总线负载和消息延迟落在预定总线负载和消息延迟参数之外而基于信号信息以及所评估总线负载和消息延迟来确定新帧打包规则，以及基于所确定的新帧打包规则来生成输出数据的帧。

基于信号信息来确定打包规则可包括：基于最佳适合算法将输入信号映射到帧，降低帧的数量以及基于输入信号的周期速率和最小更新时间来向帧中的每一个分配优先权。

基于信号信息来确定打包规则还可包括：对于帧中的每一个，基于帧中比特的数量来确定帧是否使用协议数据单元(PDU)路由或信号路由，并且通过向帧分配偏移量来消除突发和优先反转。

基于帧中比特的数量来确定帧是否使用PDU路由或信号路由可包括：如果输入信号为群组信号则向PDU路由分配帧，以及如果帧大于预定大小则向PDU路由分配帧。

现存数据词典信息可包括关于信号和在其上传输信号的网络的信息。

拓扑信息可包括关于电子控制器单元(ECU)到总线映射的信息、关于ECU使用的协议的信息以及关于ECU使用的总线的信息中的至少一者。

输入信号可经由控制器区域网络(CAN)总线接收。

输入信号可经由网关接收。

根据另一示例性实施例的一个方面，提供了一种包含由处理器执行的计算机可执行指令用以执行用于生成车辆通信网络中的帧的方法的非暂时性计算机可读介质。

根据另一示例性实施例，提供了一种用于生成用于通信网络的帧的设备，该设备包括：包含计算机可执行指令的至少一个存储器；和配置为读取并执行计算机可执行指令的至少一个处理器，该计算机可执行指令使该至少一个处理器：接收输入信号和信号信息，该信号信息包括新信号信息、现存数据词典信息和拓扑信息中的至少一者；基于所接收的信号信息来确定帧打包规则；以及基于所确定的帧打包规则来生成输出数据的帧。

计算机可执行指令可进一步使该至少一个处理器：评估所生成帧的总线负载和消息延迟，确定所评估总线负载和消息延迟是否落在预定总线负载和消息延迟参数内，响应于确定所评估总线负载和消息延迟落在预定总线负载和消息延迟参数之外而基于信号信息以及所评估总线负载和消息延迟来确定新帧打包规则，并基于所确定的新帧打包规则来生成输出数据的帧。

计算机可执行指令可通过以下使该至少一个处理器基于信号信息确定打包规则：基于最佳适合算法将输入信号映射到帧，降低帧的数量以及基于输入信号的周期速率和最小更新时间来向帧中的每一个分配优先权。

计算机可执行指令可进一步通过以下使该至少一个处理器基于信号信息确定打包规则：对于帧中的每一个，基于帧中比特的数量来确定帧是否使用协议数据单元(PDU)路由或信号路由，并且通过向帧分配偏移量来消除突发和优先反转。

计算机可执行指令可通过以下使该至少一个处理器基于帧中比特数量来确定帧中的每一个是否使用PDU路由或信号路由：如果输入信号为群组信号则向PDU路由分配帧；以及如果帧大于预定大小则向PDU路由分配帧。

现存数据词典信息可包括关于信号和在其上传输信号的网络的信息。

拓扑信息可包括关于电子控制器单元(ECU)到总线映射的信息、关于ECU使用的协议的信息以及关于ECU使用的总线的信息中的至少一者。

计算机可执行指令可使该至少一个处理器经由控制器区域网络(CAN)总线来接收输入信号。

计算机可执行指令可使该至少一个处理器经由网关来接收输入信号。

根据另一示例性实施例的一个方面，提供了一种包含由处理器执行的指令用以执行通过车辆网络通信的方法的非暂时性计算机可读介质。该方法包括：从车辆的控制器区域网络(CAN)接收输入信号和信号信息，该信号信息包括新信号信息、现存信号词典信息以及拓扑信息中的至少一者；基于所接收的信号信息来确定帧打包规则；以及基于所确定的帧打包规则来生成输出数据的帧。

根据示例性实施例和附图的以下详细描述，示例性实施例的其他对象、优点和新颖特点将变得显而易见。

附图说明

图1是根据示例性实施例的用于生成帧的设备的框图；

图2示出了根据示例性实施例生成通信网络中的帧的方法的流程图；

图3示出了根据示例性实施例的一个方面生成通信网络中的帧的方法的流程图；

图4示出了根据示例性实施例的一个方面确定打包规则的方法的流程图；以及

图5示出了根据示例性实施例的一个方面向帧分配信号的方法的流程图。

具体实施方式

现在将参照附图的图1-5详细描述生成车辆通信网络中的帧的设备和方法，其中自始至终相同的附图标记表示相同的元件。

以下的公开内容将使本领域技术人员实践本发明理念。然而，本文公开的示例性是类似仅仅是示例性的，且不会将本发明理念限制到本文描述的示例性实施例。而且，每个示例性实施例的特征或方面的描述应典型地被认为可用于其他示例性实施例的各方面。

还应当理解的是，当本文提到第一元件“连接到”第二元件、“形成在”第二元件“上”或“设置在”第二元件“上”时，第一元件可以直接连接到第二元件，直接形成在第二元件上或直接设置在第二元件上，或者第一元件和第二元件之间具有中介元件，除非说明第一元件“直接”连接到第二元件、形成在或设置在第二元件上。此外，如果第一元件配置为“接收”来自第二元件的信息，则第一元件可直接接收来自第二元件的信息，经由总线接收信息、经由网络接收信息、或经由中介元件接收信息，除非第一元件指明“直接”接收来自第二元件信息。

在整个本公开中，所公开元件中的一个或多个可合并到单个装置或合并到一个或多个装置中。此外，单个元件可设置在独立装置上。

串行数据通信架构可用于通过网络、通信通道、总线等接收和发送数据。串行通信架构可包括但不限于以太网、通用串行总线、防火墙、控制器局域网络等。

图1示出了根据示例性实施例用于生成帧的设备(即，网络通信设备、用于在网络上通信的设备、用于生成车辆通信网络中的帧的设备等)。如图1所示，根据示例性实施例用于生成帧100的设备包括控制器101、电源102和存储装置103。用于生成帧100的设备可配置为经由通信网络104发送和接收信息。然而，用于生成帧100的设备不限于前述配置，且可以配置为包括附加元件和/或省略前述元件中的一个或多个。

控制器101控制用于生成帧100的设备的整体操作和功能。控制器可控制电源102、存储装置103中的一个或多个，且可以控制将数据发送至通信网络104以及从通信网络104发送和接收数据。控制器101可包括处理器、微处理器、中央处理单元(CPU)、电子控制器单元(ECU)、图形处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、电路、状态机，以及硬件、软件和固件器件的组合中的一个或多个。

电源102向用于生成帧100的设备的一个或多个器件(诸如控制器101和存储装置103)提供电力，还可以对通信网络104供电。电源102可包括电池、插座、电容器、太阳能电池、发电机、风力装置、交流发电机或其他电连接件等中的一个或多个。

存储装置103配置用于存储信息和检索信息，该信息由用于生成帧100的设备所使用。存储装置103可由控制器101控制以存储和检索条件信息，诸如从通信网络104发送和接收的数据和用以执行用于生成帧100的设备的功能的由控制器可执行的计算机可执行指令。存储装置103可包括软盘、光盘、CD-ROM(致密盘只读存储器)、磁光盘、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、EPROM(可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、磁或光卡、闪存存储器、高速缓冲存储器以及适于存储机器可执行指令的其他类型的媒介/机器可读介质中的一个或多个。

通信网络104可由用于生成帧100的设备使用以根据各种通信方法与各种类型的外部设备通信。通信网络104可用于接收数据，诸如来自控制器局域网络(CAN)总线的数据，以及经由网关实体或装置接收的数据，并将打包的数据发送到装置，诸如移动电话、服务器、计算机、智能手表、膝上型计算机、平板等。

用于生成帧100的设备可包括可用于通过通信网络104发送和接收数据的一个或多个通信装置或通信模块(未示出)。各种通信装置和模块可包括广播接收模块、近距离通信(NFC)模块、GPS模块以及无线通信模块中的一个或多个。广播接收模块可包括地面广播接收模块(其包括用以接收地面广播信号的天线)、解调器和均衡器。NFC模块是根据NFC方法与位于近距离的外部设备通信的模块。GPS模块是接收来自GPS卫星的GPS信号并检测当前位置的模块。无线通信模块是通过使用无线通信协议(诸如Wi-Fi或IEEE通信协议)连接到外部网络并与外部网络通信的模块。无线通信模块可进一步包括根据各种移动通信标准，诸如第三代(3G)、第3代合作伙伴计划(3GPP)、长期演进(LTE)、蓝牙或ZigBee访问移动通信网络并执行通信的移动通信模块。

通信网络104可用于发送引起通知的数据，该通知包括可听通告、光通知和反射数据(该数据从控制器101传送并在另一设备处输出)的显示通知。通信网络104可进一步用于发送数据，该数据待存储在服务器或计算机上的数据库中并根据需要进行检索用于处理。

根据示例性实施例，用于生成帧100的设备的控制器101配置为接收输入信号和信号信息(其包括新信号信息、现存数据词典信息和拓扑信息的至少一者)，基于所接收的信号信息来确定帧打包规则，并基于所确定的帧打包规则来生成输出数据的帧。输出数据的生成的帧可包括所接收的输入信号。

图2示出了根据示例性实施例生成通信网络中的帧的方法的流程图。图2的方法可由用于生成帧100的设备执行，或者可编码到计算机可读介质作为由计算机执行的指令以执行该方法。

参照图2，在操作S210接收输入信号和信号信息。输入信号和信号信息可以从来自通信网络104的通信网络接收。在一个示例性实施例中，输入信号和信号信息可经由网关装置或实体接收。信号信息包括新信号信息、现存数据词典信息和拓扑信息中的至少一者。

新信号信息可包括关于信号名称的信息、关于信号长度的信息、关于定时(例如，周期性、最小更新时间)的信息、关于是否发送信号的信息(例如，从网络接收信号，而不是他们已经从其所传送的网络)、关于传送电子控制器单元的信息、关于接收电子控制器单元的信息、关于信号分组的信息、关于从其接收帧的网络的信息、关于向其发送帧的网络的信息中的一个或多个。

现存数据词典信息可包括关于帧名称的信息、关于帧周期的信息、关于属于帧的信号的信息、关于帧大小的信息、关于最小更新时间的信息、关于传送电子控制器单元的信息、关于接收电子控制器单元的信息、关于从其接收帧的网络的信息、关于从其发送帧的网络的信息、关于网络的速度的信息，以及关于网络的类型的信息中的一个或多个。拓扑信息可包括网络拓扑信息，诸如关于节点、服务器、网关、网络、结构等的信息。例如，拓扑信息可包括电子控制器单元(ECU)到总线映射、关于ECU使用的协议的信息以及关于ECU使用的总线的信息。

基于在操作S210接收的输入信号和信号信息，在操作S220确定帧打包规则。基于在操作S220确定的帧打包规则在操作S230生成输出数据的帧。可以输出所生成的帧以通过来自通信网络104的通信网络进行传送。

图3示出了根据示例性实施例的一个方面生成通信网络中的帧的方法的流程图。图3的方法可由用于生成帧100的设备执行，或者可编码到计算机可读介质作为由计算机执行的指令以执行该方法。

参照图3，操作S310-S330类似于操作S210-S230，且因此操作S310-S330的操作类似于如上所述的操作S210-S230的描述。在操作S330之后，在操作S340评估在操作S330生成的帧的总线负载和消息延迟。在操作S350确定所评估的总线负载和消息延迟是否落在预定总线负载和消息延迟参数内。如果所评估的总线负载和消息延迟落在预定总线负载和消息延迟参数内(操作S350-是)，则该过程结束。如果所评估的总线负载和消息延迟落在预定总线负载和消息延迟参数之外(操作S350-否)，则在操作S360确定基于信号信息的帧打包规则、所评估的总线负载和消息延迟。在操作S370中，基于所确定的新帧规则来生成输出数据的帧，且该方法返回到操作S350。

图4示出了根据示例性实施例的一个方面确定打包规则的方法的流程图。图4的方法可由用于生成帧100的设备执行，或者可编码到计算机可读介质作为由计算机执行的指令以执行该方法。

参照图4，在操作S400，基于最佳适合算法将输入信号映射到帧。换句话说，输入信号映射到帧使得尽可能地使用帧中尽可能多的可用空间。最佳适合算法可以为最佳适合递减算法，其中帧按大小的升序排序。待添加的信号按大小的降序布置。拾取每个信号，且扫描信号的帧以核查那个信号以最小量的保留空间进入帧。下面参照图5描述最佳适合算法的实例。

在操作S410通过将数据从一个帧移动到对数据具有可用空间的另一个帧来降低帧的数量。帧可以通过执行模糊逻辑算法而减小。例如，根据每个类别的预定总线负载变化阈值，算法可将总线负载变化百分率分类成五个类别，大大减小、减小、无变化、增加以及大大增加。根据每个类别的预定延迟定时阈值，算法还可将延迟变化分类成五个类别，大大减小、减小、无变化、增加以及大大增加。

根据一个实例，如果第一PDU的长度和第二PDU的长度小于协议的最大PDU长度，第一PDU的帧的周期小于第二PDU的帧的周期，由新帧引起的带宽消费的变化小于预定容限，且新帧的延迟小于或等于第一PDU和第二PDU的延迟中的较小者，则可以合并第一PDU和第二PDU。否则，不可以合并第一PDU和第二PDU。

在操作S420中，然后基于输入信号的周期速率和最小更新时间向帧分配优先权。在操作S430，对于帧中的每一个，基于帧中比特的数量确定帧是否使用PDU路由或信号路由。基于帧中比特的数量确定帧中的每一个是否使用PDU路由或信号路由可包括：如果输入信号为群组信号则向PDU路由分配帧；以及如果帧大于预定大小则向PDU路由分配帧。此外，因为信号路由需要解包和再次重新打开帧(这会增加网关负载)，故如果网关控制器处的负载大于预定负载，则还可以执行PDU路由。进一步地，如果具有高度周期性(例如，10ms)的关键帧必须被传送而无任何网关延迟，则其可以是所发送的PDU。

在操作S440，通过向帧分配偏移量来消除突发和优先反转。可以在延迟计算之后分配偏移量。例如，延迟计算和预分析有助于决定可以对帧设置多少偏移量使得帧不在单个时间点一起被传送，这可导致丢弃或丢失帧。

图5示出了根据示例性实施例的一个方面向帧分配信号的方法的流程图。图5的方法可由用于生成帧100的设备执行，或者可编码到计算机可读介质作为由计算机执行的指令以执行该方法。

参照图5，在操作S500中，信号按大小的降序排序，且帧按大小的升序排序。在操作S510中，确定来自所分类信号的第一信号适合的帧。然而，在操作S515中，如果没有帧适合(操作S510-无帧适合)，则创建新帧并将第一信号添加到新帧。在操作520中，如果一个或多个帧适合新信号(操作S510-帧适合)，则确定新信号适合的帧中具有最小空间量的帧。在操作S530中，选择具有最小空间量的所确定帧中的帧，以及将新信号添加到所选择帧中。然后，在操作S540中确定是否有任何新信号要添加。如果有新信号要添加(操作S540-是)，则该过程返回操作S500。如果没有更多新信号要添加(操作S540-否)，则该过程结束。

本文所公开的过程、方法或算法可传送到处理装置、控制器或计算机/由处理装置、控制器或计算机实现，其可包括任何现存的可编程电子控制装置或专用电子控制装置。类似地，过程、方法或算法可存储为数据和由控制器或计算机以许多形式执行的指令，包括但不限于，永久地存储在不可写的存储媒介(诸如ROM装置)上的信息、可变地存储在可写的存储媒介(诸如软盘、磁带、CD、RAM装置以及其他磁和光介质)上的信息。过程、方法或算法还可在软件可执行对象中实现。可选地，过程、方法或算法可以整体或部分用合适的硬件器件实现，诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其他硬件器件或装置，或者硬件、软件和固件器件的组合。

以上已经参照附图描述一个或多个示例性实施例。以上描述的示例性实施例描应当仅视为描述性的，并不用于限定的目的。而且，在不脱离由以下权利要求限定的本发明理念的精神和范围的前提下，可以修改示例性实施例。

Claims (9)

1.一种用于生成用于通信网络的帧的设备，所述设备包括：

包含计算机可执行指令的至少一个存储器；以及

配置为读取并执行所述计算机可执行指令的至少一个处理器，所述计算机可执行指令使所述至少一个处理器：

接收输入信号和信号信息，所述信号信息包括新信号信息、现存数据词典信息和拓扑信息中的至少一者；

基于所述接收的信号信息来确定帧打包规则；以及

基于所述确定的帧打包规则来生成输出数据的帧。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述计算机可执行指令进一步使所述至少一个处理器：

评估所述生成帧的总线负载和消息延迟；

确定所述评估的总线负载和消息延迟是否落在预定总线负载和消息延迟参数内；

响应于确定所述评估的总线负载和消息延迟落在所述预定总线负载和消息延迟参数之外而基于所述信号信息以及所述评估的总线负载和消息延迟来确定新帧打包规则；以及

基于所述确定的新帧打包规则来生成输出数据的帧。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述计算机可执行指令通过以下使所述至少一个处理器基于所述信号信息确定所述打包规则：

基于最佳适合算法将所述输入信号映射到帧；

降低所述帧的数量；以及

基于所述输入信号的周期速率和最小更新时间来向所述帧中的每一个分配优先权。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述计算机可执行指令进一步通过以下使所述至少一个处理器基于所述信号信息确定所述打包规则：

对于所述帧中的每一个，基于帧中比特的数量来确定帧是否使用协议数据单元(PDU)路由或信号路由；以及

通过向所述帧分配偏移量来消除突发和优先反转。

5.根据权利要求1所述的设备，其中所述计算机可执行指令通过以下使所述至少一个处理器基于所述帧中的所述比特数量确定所述帧中的每一个是否使用PDU路由或信号路由：

如果所述输入信号为群组信号则向PDU路由分配帧；以及

如果所述帧大于预定大小则向PDU路由分配帧。

6.根据权利要求1所述的设备，其中所述现存数据词典信息包括关于信号和在其上传输所述信号的网络的信息。

7.根据权利要求1所述的设备，其中所述拓扑信息包括关于电子控制器单元(ECU)到总线映射的信息、关于ECU使用的协议的信息以及关于ECU使用的总线的信息中的至少一者。

8.根据权利要求1所述的设备，其中所述计算机可执行指令使所述至少一个处理器经由控制器区域网络(CAN)总线来接收所述输入信号。

9.根据权利要求1所述的设备，其中所述计算机可执行指令使所述至少一个处理器经由网关来接收所述输入信号。