CN110495156B - 用于通过以太网元件管理以太网/ip网络的管理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种管理装置(DG)，该管理装置配备至通信网络(RC)的以太网元件(Ol)，该通信网络是以太网/IP类型并构成TCP/IP模型的层。该装置(DG)在应用层中使用管理协议，从而向以太网元件(O1)的传输层发送管理数据帧，该管理数据帧包括由以太网元件(Ol)提供的服务生成并发送到另一以太网元件(O2)的消息，该消息具有类型并在前面带有标头，该标头包括分别标识该服务、该类型和管理数据帧的长度的第一、第二和第三字段，并且以便向以太网元件(O1)的应用层的服务发送由另一以太网元件(O3)生成的消息，该消息具有类型并在前面带有标识该类型的第二字段。

Description

用于通过以太网元件管理以太网/IP网络的管理装置
技术领域
本发明涉及以太网/IP(“互联网协议”)型并构成TCP/IP(“传输协议/互联网协议”)模型层的通信网络，并且更具体地，涉及通过该种网络所包括的以太网元件(或节点)对该种网络进行的管理。
背景技术
如本领域技术人员所知，TCP/IP模型的层结构包括使用MAC 802.3协议的第一网络访问层、使用IP、ARP、ICMP和IGMP协议的第二网络层、使用TCP和UDP协议(“UserDatagram Protocol(用户数据报协议)”)的第三传输层、以及允许由以太网元件(或节点)提供的服务访问其通信网络的第四应用层。
应用层中使用的协议基本上取决于以太网元件(或节点)提供的服务。作为示例，音频和/或视频服务可能需RTP家族的协议或诸如AVB或TSN的协议，人机界面(或IHM)服务和控制命令服务可能需要诸如HTTP(HTML5)或MQTT或SOME/IP的协议，同步服务可能需要诸如NTP或PTP或802.1AS的协议，连接服务可能需要诸如Telnet或SSH的协议，文件传输服务可能需要诸如FTP或TFTP的协议，消息服务可能需要诸如IMAP或POP3或SMTP的协议，并且系统服务可能需要诸如DNS或DHCP或SNMP或DolP的协议。
在例如某些车辆的某些包括以太网/IP(通信)网络的系统中，服务需要实施某些管理功能，例如控制网络寿命的不同阶段、监视以太网元件(或节点)以确定其网络连接状态、测试TCP/IP模型协议栈中使用的不同协议、以及实施通用功能服务(例如在不同网络技术之间提供消息网关)。
为了实施所有这些管理功能，需要在网络的所有以太网元件(或节点)中安装同样的管理协议。为此目的，可以使用应用程序层的SOME/IP协议或MQTT协议。然而，因为这些元件(或节点)具有很大的多样性，尤其是在提供的服务方面，所以它们并没有相同的功能需求，因此，这些协议并非系统地安装在所有以太网元件(或节点)中。另外，因为这些协议管理的功能众多，所以它们的权重(就其数据帧的字节数而言)和复杂性很高，因此，这些协议很难安装在所有以太网元件(或节点)中。
发明内容
因此，本发明特别旨在改善这种情况。
为此目的，本发明提出了一种管理装置，该管理装置配备至以太网元件，该以太网元件联接到以太网/lP型通信网络，该网络适用于在以太网元件之间双向传输数据帧并构成TCP/IP模型的层，在这些层中存在传输层和应用层，该应用层位于传输层之上并允许以太网元件所提供的服务访问通信网络。
该管理装置的特征在于，在应用层中使用管理协议，以便：
-向其以太网元件的传输层发送所谓用于管理并包括消息的数据帧，该消息已经由以太网元件提供的服务生成并被发送到至少一个其他以太网元件，该消息具有类型并在前面带有标头，该标头包括分别标识该服务、该类型和管理数据帧长度的第一、第二和第三字段，并且
-向其以太网元件的应用层的服务发送消息，该消息已经由另一以太网元件生成，该消息具有类型并在前面带有标识该类型的第二字段。
得益于本发明，每个网络管理功能现在可以由以太网元件(或节点)中的每一个进行管理，甚至可以分布在几个以太网元件之间。
根据本发明的管理装置可包括可以单独或组合采用的其他特征，并且尤其是：
-该管理装置可以在应用层中使用管理协议，以便将包括至少两个管理数据帧的级联帧传输到该管理装置的以太网元件的传输层，管理数据帧各自包括消息，该消息已经由该管理装置的以太网元件提供的服务生成，该管理数据帧发送到至少一个相同的其他以太网元件，该管理数据帧一个接一个地放置，并且封装在传输层的UDP协议的UDP标头和TCP/IP模型的网络访问层的校验和字段之间；
-管理协议的第一字段可以例如包括两个字节；
-管理协议的第三字段可以例如包括两个字节；
-管理协议的第三字段可以例如包括介于三至五之间的字节数；
-每个服务可以从如下所述的服务中选择，例如，对通信网络的寿命的(多个)阶段进行的控制、监视至少一个以太网元件以确定与通信网络的连接状态、对TCP/IP模型的协议栈中使用的至少一个协议进行的测试、以及至少一种通用功能服务的实施。
本发明还提出了一种以太网元件，其联接到以太网/IP类型的通信网络并包括上述类型的管理装置，该通信网络适用于在以太网元件之间双向传输数据帧并构成TCP/IP模型的层。
本发明还提出了一种以太网/IP类型的通信网络，该网络构成TCP/IP模型的层并包括至少两个以太网元件，该以太网元件是上述类型的并适用于双向交换数据帧。
本发明还提出了一种车辆，该车辆可选地是汽车类型并包括至少一个上述类型的通信网络。
附图说明
通过审阅下面的详细描述和附图，本发明的其他特征和优点将显现，在附图中：
-图1示意性且功能性地示出了包括以太网/IP通信网络示例的车辆，该以太网/IP通信网络包括四个以太网元件(或节点)，其各自配备有根据本发明的管理装置，
-图2示意性地示出了符合本发明的管理协议的管理数据帧，并且
-图3示意性地示出了级联帧的示例，其包括符合本发明的管理协议并被封装的三个管理数据帧。
具体实施方式
本发明尤其旨在提出一种管理装置DG，该管理装置DG用于配备至以太网元件Oj，该以太网元件应联接到以太网/IP型并构成TCP/IP模型层的通信网络RC。
应注意到，TCP/IP模型的层结构包括使用MAC 802.3协议的第一网络访问层、使用IP、ARP、ICMP和IGMP协议的第二网络层、使用TCP和UDP协议(“User Datagram Protocol(用户数据报协议)”)的第三传输层、以及允许由以太网元件(或节点)Oj提供的服务访问通信网络RC的第四应用层。该应用层中使用的协议基本上取决于以太网元件(或节点)Oj所提供的服务。
在下文中，作为非限制性示例，认为通信网络RC用于安装在诸如汽车的机动车辆V中。然而本发明不限于该应用。实际上，本发明涉及包括至少一个以太网/IP通信网络的任意系统、装置或设备，该通信网络适合于在以太网元件(或节点)之间双向传输数据帧。因此，本发明尤其涉及陆地、海上(或河上)或空中类型的载具、可选地是工业类型的设施、以及建筑物。
图1示意性地示出了以太网/IP类型的(通信)网络RC的非限制性示例。在此示例中，网络RC包括总线，四个以太网元件(或节点)O1至O4(j＝1至4)连接到该总线。然而，以太网元件Oj的数量可以采用大于或等于二(2)的任意值。
以太网元件(或节点)Oj可以是任意类型。例如，在为汽车的情况下，以太网元件可以是计算机(可选地是多媒体)、娱乐信息模块的智能天线、用于合并采集图像的装置、或者屏幕。
本发明提出为网络RC的每个以太网元件(或节点)Oj配备管理装置DG，该管理装置在应用层中使用新的管理协议以允许发送和接收以太网/IP帧，该以太网/IP帧由通过不同以太网元件(或节点)Oj提供的任意服务使用(或生成)。这些发送和接收允许实现网络RC的某些管理功能，例如控制网络RC寿命的各个阶段、监视以太网元件(节点)Oj以确定该元件与通信网络的连接状态、对TCP/IP模型的协议栈中使用的不同协议进行测试、以及实施通用功能服务(例如确保不同网络技术之间的消息网关)。
更具体地，以太网元件Oj的管理装置DG使用新的管理协议，以在专用管理端口上将所谓的管理数据帧tg传输到该以太网元件Oj的传输层。如图2所示，该管理数据帧(tg)包括消息(或“payload”-有用数据)，该消息由通过该以太网元件Oj来提供的服务生成，并且被发送到至少一个其他以太网元件Oj'(j'≠j)，该消息具有类型并在前面带有标头etg，该标头包括分别标识该服务、该类型和管理数据帧tg的长度的第一字段C1、第二字段C2和第三C3字段。
应理解的是，管理装置DG从其以太网元件Oj的服务接收消息和该消息的类型，并且通过向该消息添加标头来生成管理数据帧tg，该标头包括标识服务的第一字段C1、标识消息类型的第二字段C2、以及限定管理数据帧tg的长度的第三字段C3。
另外，以太网元件Oj的管理装置DG还使用新的管理协议，以向该以太网元件Oj的应用层的服务传输已经由另一以太网元件Oj'(j'≠j)生成的消息(或“payload(有效数据)”)，该消息具有类型并在前面带有标识该类型的第二字段C2。
应理解的是，在管理装置DG在管理数据帧tg中提取出其消息及其标头etg的第二字段C2并确定该消息由其标头etg的第一字段C1标识的服务接收处之后，该传输完成，该管理数据帧tg从另一以太网元件Oj'接收并由传输层经由专用管理端口来传递。
因此，网络RC的管理功能中的每一个可以由以太网元件(或节点)Oj中的每一个管理，或者可以分布在几个以太网元件Oj之间。
应注意到，管理装置DG还可以在应用层中使用管理协议，以通过专用管理端口向该管理装置DG的以太网元件Oj的传输层发送级联帧tc。如图3所示，由管理装置DG生成的后者(tc)包括至少两个管理数据帧tgk，这些管理数据帧tgk各自包括由以太网元件Oj提供的服务所生成的消息，该管理数据帧tgk发送到至少一个相同的其他以太网元件Oj'(j'≠j)，该管理数据帧tgk一个接一个地放置，并且封装在传输层的UDP协议的UDP标头与TCP/IP模型的网络访问层的校验和字段之间CRCMAC。
应了解到，校验和字段(CRC或“CHECKSUM”)允许以太网元件验证其接收到的帧在传输过程中没有被更改。
在图3中非限制性地示出的示例中，级联帧tc包括三个管理数据帧tg1至tg3(k＝1至3)。然而，级联帧可以包括任意数量的管理数据帧tgk，只要该数量大于或等于二(2)。
例如，管理协议的第一字段C1可以包括两个字节(或“bytes(字节)”)。然而，第一字段C1可以包括一个字节或三个字节。该字节数随网络RC的不同以太网元件(或节点)Oj所提供的服务数量而变化。
又例如，管理协议的第二字段C2可以包括两个字节(或“bytes(字节)”)。然而，第二字段C2可以包括一个字节或三个字节。该字节数与网络RC的不同以太网元件(或节点)Oj提供的服务所使用的消息的类型数量有关，以实现网络RC的各种管理功能。
应理解的是，此处的服务指的是网络RC的管理功能。因此，服务可以例如选自：对通信网络RC的寿命的(多个)阶段的控制、监视至少一个以太网元件Oj、Oj'以确定与通信网络RC的连接状态、对TCP/IP模型的协议栈中使用的至少一个协议进行测试、以及至少一种通用功能服务的实施(例如在不同网络技术之间提供消息网关)。
消息的类型描述了服务中消息的特征。例如，可以存在用于通信网络RC的寿命阶段的控制服务的唤醒帧，或者用于实施针对(多个)协议可测试性服务的测试的配置帧。
又例如，管理协议的第三字段C3可以包括三到五个之间的字节数。例如，此字节数可以等于四(4)。该字节数与管理装置DG所生成的管理数据帧tg(标头etg+消息)可以表示的最大长度有关。
应注意到，专用管理端口可以位于例如地址1120(十进制)。
还应注意到，管理装置DG可以植入到以太网元件Oj的应用软件中。因此，管理装置(DG)可以制成例如软件模块(或“software(软件)”)的组合的形式。
本发明只需要使用少量的计算资源(或CPU)以及较小的存储。因此，管理装置可以轻松植入到以太网/IP通信网络的所有以太网元件(或节点)中，而不会对元件造成不利影响。

Claims (10)

1.一种用于以太网元件(Oj)的管理装置(DG)，所述以太网元件用于联接到以太网/IP型的通信网络(RC)，所述通信网络适用于在所述以太网元件(Oj、Oj')之间双向传输数据帧并构成TCP/IP(传输协议/互联网协议)模型的层，在所述层中存在传输层和应用层，所述应用层位于所述传输层之上并允许由所述以太网元件(Oj、Oj')提供的服务访问所述通信网络(RC)，其特征在于，所述管理装置在所述应用层中使用管理协议：以便向所述以太网元件(Oj)的所述传输层发送包括消息的管理数据帧，所述消息已经由所述以太网元件(Oj)提供的服务生成并被发送到至少一个其他以太网元件(Oj')，所述消息具有类型并在前面带有标头，所述标头包括分别标识所述服务、所述类型和所述管理数据帧的长度的第一、第二和第三字段；并且以便向所述以太网元件(Oj)的应用层的服务发送消息，所述消息已经由另一以太网元件(Oj')生成，所述消息具有类型并在前面带有标识所述类型的第二字段。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述应用层中使用所述管理协议，以便将包括至少两个管理数据帧的级联帧传输到所述以太网元件(Oj)的所述传输层，所述管理数据帧各自包括消息，所述消息已经由所述以太网元件(Oj)提供的服务生成，所述管理数据帧发送到至少一个相同的其他以太网元件(Oj')，所述管理数据帧一个接一个放置并封装在所述传输层的UDP协议的UDP(用户数据报协议)标头与所述TCP/IP模型的网络访问层的校验和字段之间。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述管理协议的第一字段包括两个字节。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述管理协议的第三字段包括两个字节。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述管理协议的第三字段包括介于三至五之间的字节数。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个服务选自：对所述通信网络(RC)的寿命的多个阶段进行的控制、对至少一个所述以太网元件(Oj，Oj')进行监视以确定与所述通信网络(RC)的连接状态、对所述TCP/IP模型的协议栈中使用的至少一个协议进行的测试、以及至少一种通用功能服务的实施。
7.一种以太网元件(Oj、Oj')，其用于联接到以太网/IP型通信网络(RC)，所述通信网络适用于在以太网元件(Oj，Oj')之间双向传输数据帧并构成TCP/IP(传输协议/互联网协议)模型的层，其特征在于，所述以太网元件包括根据前述权利要求中任一项所述的管理装置(DG)。
8.一种通信网络(RC)，其是以太网/IP类型并构成TCP/IP(传输协议/互联网协议)模型的层，其特征在于，所述通信网络包括根据权利要求7并适用于双向交换数据帧的至少两个以太网元件(Oj、Oj')。
9.一种车辆(V)，其特征在于，包括根据权利要求8所述的至少一个通信网络(RC)。
10.根据权利要求9所述的车辆，其特征在于，所述车辆是机动车辆类型。
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