CN110537350B

CN110537350B - 用于在通信网络中传输消息的方法、网关和通信网络

Info

Publication number: CN110537350B
Application number: CN201880027616.4A
Authority: CN
Inventors: M.E.德林; M.A.瓦格纳; S.路德维希
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2018-02-13
Publication date: 2022-04-05
Anticipated expiration: 2038-02-13
Also published as: WO2018158072A1; DE102017203199A1; CN110537350A

Abstract

一种通信网络，其包括第一发送器（A）、第二发送器（C）、第一接收器（B）和网关（GW），其中，第一发送器（A）、第一接收器（B）和网关（GW）通过第一数据传输连接（B1）至少间接地彼此连接，并且其中，网关（GW）通过第二数据传输连接（B2）至少间接地与第二发送器（C）连接，并且其中，网关（GW）通过其他数据传输连接（B3）与第一发送器（B）至少间接地连接，并且其中，第一发送器（A）设立用于，传送包括第一有用数据内容（pla）的第一消息（a）到第一接收器（B）和网关（GW），并且其中，第二发送器（C）设立用于，传送包括第二有用数据内容的第二消息（b）到网关（GW），其中，网关（GW）设立用于，生成包括其他有用数据内容的其他消息（p），其他有用数据内容是第一有用数据内容和第二有用数据内容的线性组合，其中，网关（GW）还设立用于，通过其他数据传输连接（B3）传送其他消息（p）到第一接收器（B）。

Description

用于在通信网络中传输消息的方法、网关和通信网络

技术领域

本发明涉及一种用于在通信网络中传输消息的方法、用于应用在所述方法中的网关和通信网络。

背景技术

由DE 10226253 A1已知一种用于机动车辆的通信网络，其具有用于控制网络的中央控制单元和多个被操控的节点单元，其通过通信线路与中央控制单元连接，其中，中央控制单元布置在访问安全的区域中，并且，至少一个被操控的节点单元布置在访问不安全的区域中，并且，在中央控制单元和布置在访问不安全区域中的节点单元之间的通信线路中，布置有用于中断通信线路的分离元件。

发明内容

发明的优点

与此相对，具有独立权利要求的特征的方法、网关和通信网络具有以下优点：具有网关的通信网络中的消息的传输特别有效地发生。

有利的扩展方案是从属权利要求的主题。

在第一方面，本发明涉及一种用于在通信网络中传输消息的方法。该方法包括以下步骤：

传送包括第一有用数据内容的第一消息。通过第一数据传输连接从第一发送器到第一接收器以及到总线用户、尤其是网关地进行第一消息的传送。以下将“总线用户”通篇示例性地称为“网关”，但“总线用户”不一定必须是网关。

第一数据传输连接尤其可以是第一总线。这种拓扑特别有效，因为例如当第一接收器和网关各自直接与总线连接时，在该总线上第一消息被同时传输到第一接收器和网关。即使第一接收器和/或网关不直接与总线连接，而是在总线和接收器或网关之间连接有其他数据传输连接，使用总线仍具有以下优点：第一发送器需要仅仅一次性发送第一消息，而不必复制该消息。

还发送包括第二有用数据内容的第二消息。第二消息从第二发送器发送到第一接收器。

第二消息由网关接收，所述网关生成其他消息。该其他消息包括其他有用数据内容，该其他有用数据内容是第一有用数据内容和第二有用数据内容的线性组合。

该其他消息通过其他数据传输连接、尤其是其他总线传送到第一接收器。然后从其他消息和第一消息中提取第二消息的第二有用数据内容。这尤其可以通过以下方式来进行：将如下系数传送到第一接收器，利用所述系数来形成第一有用数据内容和第二有用数据内容的线性组合。

在一种特别有效的扩展方案中，所述第二消息也从所述第二发送器被传送到第二接收器。

这尤其在通过第二数据传输连接（所述第二数据传输连接不仅不同于所述第一数据传输连接而且不同于所述其他数据传输连接）、尤其第二总线来进行将第二消息传送给第二接收器和网关的情况下是有效的。

在另一方面中可以规定，通过网关传送所述第一消息到所述第二接收器。这尤其当第一数据传输连接是总线时是特别有效的，因为第一消息到第二接收器的传送于是在不提高第一数据传输连接的总线负载的情况下进行。

可能的是，通过第二数据传输连接进行传送。

在又另一个方面中可以规定，所述其他消息通过所述其他数据传输连接也被传送到所述第二接收器。于是尤其可以从其他消息和第二消息中提取第一消息的第一有用数据内容。

这是特别有效的。第一消息现在仅仅必须施加在第一数据传输连接上，第二消息仅仅必须施加在第二数据传输连接上。然而，通过传送唯一的附加消息（其他消息）提供以下可能性：在第一接收器处提取第二消息的有用数据内容并且在第二接收器处提取第一消息的有用数据内容，而不提高第一数据传输连接或第二数据传输连接上的有效负载。

在另一个方面中可以规定，以随机选择的系数选择由第一有用数据内容和第二有用数据内容组成的线性组合。当第一有用数据内容和/或第二有用数据内容在其方面是由两个其他有用数据内容组成的线性组合时，由此能够实现第一有用数据内容和/或第二有用数据内容的特别有效的提取。

此外，如果该方法应用在具有（尤其明显）多于两个发送器和（尤其明显）多于两个接收器的通信网络中，尤其如果该通信网络包括多个网关，其中所述多个网关分别传递进入的消息的线性组合，则这是有利的。在这种通信网络中，随机系数的选择能够实现：不必找到针对最佳地充分利用通信网络的系数的选择的明确解决方案。此外，通信网络因此可以必要时在运行时间被重构，而不必重新寻找这样的新的最佳解决方案。

在又另一个方面中，本发明涉及一种网关，该网关用于应用在所述方法之一中。规定：网关设立用于，接收第一消息和第二消息，生成其他消息，并且将第一消息和其他消息转发给它们的指定的接收器。

在一个扩展方案中可以规定，网关设立用于，通过第一数据传输连接接收第一消息并且通过其他数据传输连接（B3）发送其他消息。

在又另一个方面，本发明涉及一种通信网络，该通信网络设立用于，实施以上所述方法之一。

附图说明

在下文中，参考附图更详细地阐述本发明的实施方式。在附图中，

图1示出根据一种实施方式的通信网络；

图2示意性示出通信网络中的消息的结构；

图3示出关于在网关中所述方法的可能的流程的流程图；

图4示出关于在第一和/或第二接收器中所述方法的可能的流程的流程图；

图5示出根据第二实施方式的通信网络；

图6示出根据第三实施方式的通信网络。

具体实施方式

图1示出根据本发明的一种实施方式的通信网络。用户A和B与第一数据传输连接B1连接。第一数据传输连接B1优选地是总线并且在下面也称为“第一总线”。用户A和B可以直接与第一总线B1连接，但也可能的是，A和/或B通过其他通信用户仅仅间接地与第一总线B1连接。

用户C和D与第二数据传输连接B2连接。第二数据传输连接B2优选地是总线并且在下面也称为“第二总线”。用户C和D可以直接与第二总线B2连接，但也可能的是，C和/或D通过其他通信用户仅仅间接地与第二总线B2连接。

第一总线B1和第二总线B2通过网关GW连接。网关GW此外与其他数据传输连接B3连接。其他数据传输连接B3优选是总线，下面称为“其他总线”。用户B和D与其他总线B3连接。用户B和D可以直接与其他总线B3连接，但也可能的是，B和/或D通过其他通信用户仅仅间接地与其他总线B3连接。

用户A在该实施例中充当发送器，并且因此也称为“第一发送器”。用户C在该实施例中充当发送器，并且因此也称为“第二发送器”。用户B在该实施例中充当接收器，并且因此也称为“第一接收器”。用户D在该实施例中充当接收器，并且因此也称为“第二接收器”。

在图1的该实施例中，第一发送器A发送第一消息a到第一接收器B，其方式是，第一发送器将第一消息提供到第一总线B1上。第一消息a也应该被传输给第二接收器D。作为第一消息a的指定收件人，第一发送器A在第一消息a中对第一接收器B和第二接收器D进行编码。第一消息a通过第一总线B1施加在网关GW的和第一接收器B的输入端上。网关GW和第一接收器B接收第一消息a。然后将第一消息a传输给网关GW和第一接收器B。

在图1的该实施例中，第二发送器C发送第二消息b到第二接收器D，其方式是，第二发送器将第二消息提供到第二总线B2上。第二消息b也应该传输给第一接收器B。作为第二消息b的指定收件人，第二发送器C在第二消息b中对第一接收器B和第二接收器D进行编码。第二消息b通过第二总线B2施加在网关GW的和第二接收器D的输入端上。网关GW和第二接收器D接收第二消息b。然后，第二消息b被传输给网关GW和第二接收器D。

网关GW由第一消息a和第二消息b形成其他消息p。用于形成其他消息p的方法将在下面结合图3更详细地阐述。网关GW发送其他消息p到第一接收器B和第二接收器D，其方式是，网关将所述其他消息提供到其他总线B3上。作为其他消息p的指定收件人，网关GW对第一接收器B和第二接收器D进行编码。其他消息p通过其他总线B3施加在第一接收器B的和第二接收器D的输入端上。第一接收器B的和第二接收器D接收其他消息p。然后，其他消息p被传输给第一接收器B和第二接收器D。

借助于在图4中更详细阐述的方法，第一接收器B从其他消息p和第一消息a的有用数据内容中提取第二消息b的有用数据内容。因此，第二消息b被传输给第一接收器B。

同样，第二接收器D从其他消息p和第二消息b的有用数据内容中提取第一消息a的有用数据内容。因此，第一消息a被传输给第二接收器D。

图2示意性地示出第一消息a的、第二消息b的和其他消息p的结构。第一消息a包括报头（Header）ha，在报头中，尤其包括第一消息a的收件人和第一消息a的标识符。第一消息a还包括第一有用数据内容pla，第一有用数据内容优选地具有固定长度。

以与第一消息a相同的方式，第二消息b也包括报头hb，在该报头中，尤其包括第一消息b的收件人和第二消息b的标识符，并且第二消息也包括第二有用数据内容plb，第二有用数据内容优选地具有固定长度。

其他消息p同样具有报头hp，在报头中，尤其包括其他消息p的收件人。其他消息p还包括其他有用数据内容plp，其是由第一有用数据内容pla和第二有用数据内容plb组成的线性组合。其他消息p的报头hp优选地也包括第一消息a的和第二消息b的标识符以及以下系数：借助所述系数，已通过线性组合形成其他有用数据内容plp。

图3示出子方法，其在一种实施方式中在网关GW中进行。网关GW在步骤100中在相应输入缓冲器中接收第一消息a和第二消息b（其中，这些输入缓冲器也可以由共同的输入缓冲器给出），所述输入缓冲器与第一总线B1或第二总线B2连接。

网关GW从第一报头ha和第二报头hb读取第一消息a的和第二消息b的收件人并且在内部存储区中将它们存储在列表中。

在下一步骤110中，网关GW生成第一系数k1和第二系数k2并且将它们存储在指定的存储区中。在一种可能的实施方式中，将这些系数作为固定值预给定。在其他可能实施方式中，随机地在值范围1...n-1中选择这些系数，其中，n是可固定地预给定的自然数。

在下一步骤120中，根据以下公式求取其他有用数据内容plp：

。（1）

在数学上来看，系数k1、k2在此被解释为具有m=qⁿ个元素的有限扩张域GF（m）的元素，其中，q是可预给定的质数，并且尤其是可以选择q=2。第一有用数据内容pla和第二有用数据内容plb作为数字信号作为比特序列给出。这些序列同样被解释为扩张域GF（m）的数值，其中n≥s，其中，s是序列的长度（即比特数目）。然后，根据公式（1）的加法和乘法例如作为分别具有m行和m列的表被存放在网关GF中，从而可以通过三个的表调用来生成其他有用数据内容plp。

如果从具有两个元素的域GF（2）中选择系数k1、k2，即k1=1且k2=1，则公式（1）简化为

其中，XOR表示逐比特的异或逻辑运算。

同样，在步骤120中生成其他消息p的其他报头hp。为此，从指定的存储区中读出第一消息a的和第二消息b的所存储的收件人并且将其存储在其他报头hp中。此外，在其他报头hp中存储第一消息a的和第二消息b的标识符。此外，在其他报头hp中存储来自所使用的线性组合的系数k1、k2。

在步骤130中，网关GW例如通过调用存放在网关GW中的表（当然也可能的是，第一消息a和/或第二消息b传送该信息）来标识应该通过哪些数据传输连接将消息p传送给第一收件人B和第二收件人D。在该实施例中，网关GW标识消息p应通过其他总线B3被传送给第一收件人B和第二收件人D并且将其他消息p提供到其他总线B3。所述方法在网关GW上的该部分以此结束。

图4示出该方法的在该实施方式中在第一接收器B（第二接收器D）中运行的部分。在步骤200中，第一接收器B（第二接收器D）接收第一消息a（第二消息b）并且将其存储在指定的存储区中。

在下一步骤210中，第一接收器B（第二接收器D）接收其他消息p，标识存放在其他消息p的其他报头hp中的标识符并且将它们与第一条消息a（第二消息b）的第一报头ha（第二报头hb）的在步骤200中存储的标识符进行比较。第一接收器B（第二接收器D）确定标识符的一致性并且从其他消息p的其他报头hp中提取分配给第一有用数据内容pla的第一系数k1（第二系数k2）。此外，第一接收器B（第二接收器D）提取第二系数k2（第一系数k1）并且将其存储为除数。

在下一步骤220中，第一接收器B（第二接收器D）将第二消息b（第一消息a）的第二有用数据内容plb（第一有用数据内容pla）求取为

plb = k2^-1* (plp - k1*pla) (2B), 或者

pla = k1^-1* (plp - k2*plb) (2D)。

乘法和减法在此可以在第一接收器B（第二接收器D）中存放在具有m列和m行的表中，乘法逆的形成为具有一列和m行的表。在第一接收器B（第二接收器D）中运行的该方法部分以此结束。

如果在步骤110中随机选择系数，则这在接收到（eingehen）其他消息p中的项的重建情况下具有效率优势。这应参考图1来说明。如果第一消息a的第一有用数据内容pla在其方面是两个其他消息x、y的有用数据内容plx、ply的线性组合，

其中系数为kx、ky，并且除了第一有用数据内容pla和其他有用数据内容plp之外对于第一接收器B存在有用数据内容plx、ply的不同于a的线性组合plz，即

，

则第一接收器B可以根据以下公式求取有用数据内容plx、ply，

这恰恰当要反转的矩阵的秩等于要确定的消息的数目时是可能的。

如果该方法由多个网络用户多次地相继执行，则要反转的矩阵增大。在等式（3）和（4）中描述的普遍相关性然后概括为：

，

其中，plr是由所有所接收的有用数据内容plr_i组成的向量，pls是由所有所发送的有用数据内容pls_j组成的向量（自然数i、j指示内容）。K是矩阵，该矩阵必须类似于公式（5）地被反转以用于求取所发送的有用数据内容pls。

为了接收所发送的N个有用数据内容，必须接收至少N个有用数据内容，使得矩阵K具有秩N。为了使矩阵K在尽可能少的所接收的有用数据内容的情况下保持足够的秩而对系数的合适的分析性选择随着N的增大而变得越来越困难。

一种可能性是，位于发送器和接收器之间的用户形成其他线性组合并且允许发送其结果，从而产生更多所接收的有用数据内容。然而，这提高网络负载。

另一方面，如果随机选择系数，则矩阵具有足够秩的概率非常高。因此，特别有效和适宜的是：随机选择系数。尤其可能的是，在执行期间才随机地生成系数，但是也可以在执行程序之前生成系数并将其保存在存储器中。

这还是特别有利的，因为在基于相同的原因而随机选择系数的情况下、在运行时间消息转发规则（在网关中）的改变或者通信网络的重建，矩阵继续以高的概率而具有足够的秩。在这种情况下，可以节省用于更改方法的耗费。

图5示意性地示出根据另一实施方式的通信网络。在下文中，仅仅示出与在图1-4中阐述的实施方式的区别。省去第二接收器D。其他消息p从网关GW仅仅传送给第一接收器B。其他数据传输连接B3仅仅与第一接收器B连接。该其他数据传输连接可以例如通过无线电传输给出。因此，仅仅在第一接收器B中进行第二有用数据内容plb的重建。

相对于通过其他数据传输连接B3直接传输第二消息b给第一接收器B而言该实施例的优点是：对第二消息b的数据传输的安全性的改进。对于其他数据传输连接B3的可能的间谍攻击为了重建第二有用数据内容plb，除了其他消息p之外，还需要了解第一有用数据内容pla，使得该实施方式能够实现特别安全的数据传输。

图6示意性地示出根据另一实施方式的通信网络。在下文中，仅仅示出与图5中阐述的实施方式的区别。第二接收器D在此被引入并且与网关GW连接，但是不通过第二数据传输连接B2来连接。第一发送器A将第一消息a也传输给第二接收器D。与在图5中所示的实施方式相对，在此得出：第一消息a被送达到第二接收器D而在第一总线B1上无附加的总线负载。

显然，所描述的方法可以以软件、例如通过计算机程序或以硬件来实现，或者以由硬件和软件组成的混合形式来实现，其中所述计算机程序被存储在通信网络中的进行执行的通信用户A、B、C、D、GW中的机器可读存储介质上并且由其执行。

Claims

1.一种用于在通信网络中传输消息的方法，所述方法包括以下步骤：

通过第一总线（B1）从第一发送器（A）传送包括第一有用数据内容（pla）的第一消息（a）到第一接收器（B）和总线用户；

从第二发送器（C）发送包括第二有用数据内容（plb）的第二消息（b）到所述第一接收器（B），其中所述第二发送器（C）和所述第一接收器（B）与不同的总线连接；

通过所述总线用户也接收所述第二消息（b）；

通过所述总线用户生成包括其他有用数据内容（plp）的其他消息（p），所述其他有用数据内容是所述第一有用数据内容（pla）和所述第二有用数据内容（plb）的线性组合；

通过其他数据传输连接（B3）传送所述其他消息（p）到所述第一接收器（B）；

从所述其他消息（p）和所述第一消息（a）中提取所述第二消息（b）的所述第二有用数据内容（plb）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，也从所述第二发送器（C）传送所述第二消息（b）到第二接收器（D）。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，通过第二总线（B2）来进行所述第二消息（b）到所述第二接收器（D）和所述总线用户的传送，所述第二总线不仅不同于所述第一总线而且不同于所述其他数据传输连接。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，通过所述总线用户传送所述第一消息（a）到所述第二接收器（D）。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述其他消息（p）通过所述其他数据传输连接（B3）也被传送到所述第二接收器（D）。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，从所述其他消息（p）和所述第二消息（b）中提取所述第一消息（a）的所述第一有用数据内容（pla）。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，以随机选择的系数形成由第一有用数据内容（pla）和第二有用数据内容（plb）组成的线性组合。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述总线用户是网关。

9.一种总线用户，所述总线用户应用在根据以上权利要求中任一项所述的方法中，所述总线用户被设立用于，接收所述第一消息（a）和所述第二消息（b），生成所述其他消息（p）以及将所述第一消息（a）和所述其他消息（p）转发给它们的指定的接收器。

10.根据权利要求9所述的总线用户，所述总线用户被设立用于，通过所述第一总线（B1）接收所述第一消息（a），并且通过所述其他数据传输连接（B3）发送所述其他消息（p）。

11.根据权利要求9所述的总线用户，其中所述总线用户是网关。

12.一种通信网络，所述通信网络包括第一发送器（A）、第二发送器（C）、第一接收器（B）和总线用户，

其中，所述第一发送器（A）、所述第一接收器（B）和所述总线用户通过第一数据传输连接（B1）至少间接地彼此连接，

并且其中，所述总线用户通过第二数据传输连接（B2）至少间接地与所述第二发送器（C）连接，

并且其中，所述总线用户通过其他数据传输连接（B3）与所述第一发送器（B）至少间接地连接，

并且其中，所述第一发送器（A）被设立用于，传送包括第一有用数据内容（pla）的第一消息（a）到所述第一接收器（B）和所述总线用户，

并且其中，所述第二发送器（C）被设立用于，传送包括第二有用数据内容（plb）的第二消息（b）到所述总线用户，

其中，所述总线用户被设立用于，生成包括其他有用数据内容（plp）的其他消息（p），所述其他有用数据内容是所述第一有用数据内容（pla）和所述第二有用数据内容（plb）的线性组合，

其中，所述总线用户还被设立用于，通过所述其他数据传输连接（B3）传送所述其他消息（p）到所述第一接收器（B）。

13.根据权利要求12所述的通信网络，其中，所述第一接收器（B）被设立用于，从所述其他消息（p）和所述第一消息（a）中提取所述第二消息（b）的所述第二有用数据内容（plb）。

14.根据权利要求12或13所述的通信网络，所述通信网络还包括第二接收器（D），其中，所述第二发送器（C）被设立用于，将所述第二消息（b）也传送到所述第二接收器（D）。

15.根据权利要求14所述的通信网络，所述通信网络还包括第二数据传输连接（B2），其中，所述第二发送器（C）被设立用于，通过所述第二数据传输连接（B2）将所述第二消息（b）传送到所述第二接收器（D）和所述总线用户。

16.根据权利要求12或13所述的通信网络，所述通信网络还包括第二接收器（D），其中，所述总线用户被设立用于，接收所述第一消息（a）以及传送所述第一消息（a）到所述第二接收器（D）。

17.根据权利要求16所述的通信网络，其中，所述总线用户被设立用于，通过所述其他数据传输连接（B3）将所述其他消息（p）也传送到所述第二接收器（D）。

18.根据权利要求17所述的通信网络，其中，所述第二接收器（D）被设立用于，从所述其他消息（p）和所述第二消息（b）中提取所述第一消息（a）的所述第一有用数据内容（pla）。

19.根据权利要求12至13中任一项所述的通信网络，其中，所述总线用户被设立用于，以随机选择的系数形成由第一有用数据内容（pla）和第二有用数据内容（plb）组成的线性组合。

20.根据权利要求12所述的通信网络，其中，所述总线用户是网关。