CN111466105A - 用于发送数据包的方法、控制设备和具有控制设备的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于由第一通信参与者（104、202）经由与至少一个其他通信参与者（108、204、206）共享的传输信道（208）发送至少一个数据包的方法（100），其中数据包由所述通信参与者（104、108、202、204、206）根据循环方法发送。所述方法（100）包括：由所述第一通信参与者（202）经由所述共享传输信道（208）从所述至少一个其他通信参与者（108、204、206）接收（102）至少一个数据包（106），其中所述其他通信参与者（108、204、206）被构造为发送不同优先级值的数据包，并从所述数据包（106）中确定（110）分配给所述其他通信参与者（108、204、206）的优先级值（112）。所述方法包括由所述第一通信参与者（104、202）根据所述优先级值（112）经由所述共享传输信道（208）发送（114）所述数据包。本发明还涉及控制设备（214）和系统（500、600、700）以及机动车辆。

Description

用于发送数据包的方法、控制设备和具有控制设备的系统

技术领域

本发明涉及一种用于由第一通信参与者经由与至少一个其他通信参与者共享的传输信道发送数据包的方法。本发明还涉及一种被构造为执行所述方法的控制设备以及一种具有至少一个控制设备的系统。

背景技术

在车辆中可以提供用于使车辆设备通信的联网技术，例如可以提供具有10Mbit/s（兆比特/秒）的数据速率的以太网连接以用于在车辆中使用。在此，可以使用共同使用的或由多个通信参与者共享的传输信道（所谓的“共享介质”）。经由这样的共享传输信道，一个时间点最多只能有一个网络参与者可以发送数据包。

网络参与者或通信参与者例如至少由微控制器（μC）和网络接口组成，在所述微控制器上可以执行例如应用软件。基于以太网的网络接口可以由PHY（物理层附件）组件和MAC（媒体访问控制器）组件组成。PHY组件例如负责将来自所述MAC组件的数字信号、例如数据包施加到传输介质或传输信道上。此外，所述PHY组件通过确保使两个参与者从不尝试同时写到所述传输介质上来控制对所述传输介质的访问。

所述MAC组件由要传输的数据生成有效的以太网帧，并且一旦PHY组件发信号通知其有权写到所述传输介质上，所述MAC组件就将所述以太网帧逐位（例如，四位并行地）传给所述PHY组件以用于传输。所述PHY组件可以读取来自其他参与者的消息，并逐位传输到所述MAC组件。所述MAC组件可以由此组成接收以太网帧，并决定该包是否是用于所述MAC组件的以及是应当进一步处理还是可以丢弃。

通信参与者的具有多个具有不同优先级的发送和接收等候队列的MAC组件是已知的。所述MAC组件内的调度器（规划器）设定所述等候队列，从该等候队列中提取第一个元素、即应当作为下一个来被发送的元素，以进行传输。为此可以将所谓的严格优先级调度器用于实时系统，例如车辆中的控制和调节系统。这导致总是首先传输具有最高优先级的消息，并且当所述MAC组件的等候队列中不再有高优先级包（即，具有高优先级的包）时才传输具有下一较低优先级的等候队列中的包。

所述PHY组件被构造用于对公共传输介质进行写访问。需要一种冲突避免方法来避免在多个参与者同时对所述传输介质进行写访问的情况下产生的冲突。例如，已知在10Mbit/s汽车以太网中使用PLCA（PHY Level Collision Avoidance（PHY级别冲突避免），冲突避免）方法。在该方法中，每个参与者都具有专用的时间窗，在该时间窗中仅允许该参与者发送数据。如果发送过程完成或参与者在预定持续时间内尚未开始发送，则轮到下一个参与者。在所有参与者都具有发送帧或数据包的可能性之后，通信周期重新开始。由此可以保证所有通信参与者都具有经由共享传输信道发送数据包的平等权利。

在US 2016 0373362 A1中示出了一种网络控制器。所述网络控制器可以具有发送电路，该发送电路被构造为基于经过适配的优先级发送包。

在US 2014 034 1032 A1中示出了具有两个路径A和B的设备，这两个路径可以分别处理不同优先级的数据传输块。所述设备可以支持高优先级排序数据的优先通信。为此，所述设备可以中断较低优先级的包的通信，以便发送较高优先级的包。因此，所述设备对从其所发送的数据按优先级排序地进行发送。

在US 2008 007 1924 A1中示出了可以发送低优先级排序的包的发送节点。如果在所述发送节点上有高优先级排序的包可用于发送，则所述发送节点可以中断低优先级排序的包的发送。如果发送了所有高优先级排序的包，则所述发送节点可以继续发送低优先级排序的包。

因此，在车辆中第一通信参与者可以按顺序发送不同优先级的数据包。在此，例如如果第二通信参与者不发送数据包，则所述第一通信参与者可以发送数据包。在此可能产生以下缺点：所述共享传输信道被来自第二通信参与者的数据包临时占用，并且因此不能直接发送所述第一通信参与者的数据包，因为所述第二通信参与者关于为其设置的发送时间窗方面具有与所述第一通信参与者例如相同的权限。这可能具有以下缺点：直至可以经由所述传输信道发送所述第一通信参与者的数据包之前可能存在一定的时间延迟。

在上文基于机动车辆来纯示例性地描述了由多个通信参与者经由共享传输信道来对数据包进行的发送，而通信参与者也可以在其他情况下使用共享传输信道，例如在一般性的自动化技术领域中或在家庭自动化领域中。

US 9 585 053 B2中公开了一种用于在通信网络中经由所述通信网络中的预先确定的路径从同步节点传输数据包的方法。在该文献中，通信节点同时（即在特定时间点）在所述预先确定的路径中发送相应的数据包。

US 2014 341 032（A1）公开了一种网络设备，该网络设备可以实现保护带，以便减少在传输具有高优先级的数据时的等待时间。所述网络设备可以为高优先级数据标识所规划的通信时间。

发明内容

本发明的任务是改善用于经由多个通信参与者共享的传输信道发送数据包的方法。

该任务根据独立专利权利要求来解决。在从属专利权利要求、以下描述和附图中描述了本发明的有利扩展方案。

本发明的一个方面涉及一种用于由第一通信参与者经由与至少一个其他通信参与者共享的传输信道发送至少一个数据包的方法。数据包由所述通信参与者、也就是由所有经由所述共享传输信道来进行发送的通信参与者根据循环方法（Rundlauf-Verfahren）来发送。这意味着在一个通信周期中，为每个通信参与者分配一个发送窗或一个时隙，在该发送窗或时隙内该通信参与者可以发送数据包。如果通信参与者没有在为其分配的时隙内发送数据包，则在所述通信周期的顺序内的下一个通信参与者可以发送其数据包。例如，第一通信参与者和至少一个第二通信参与者连接到所述传输信道。这些通信参与者例如借助于相应的PHY组件连接到所述传输信道，以便经由该所述传输信道发送和接收数据包。示例性地，共享传输信道可以是通信总线，经由所述通信总线提供以太网连接。示例性地，可以提供10Mbit/s的汽车以太网连接。可以将一种通信方法设立用于，使所有通信参与者在发送周期中都相继地获得发送数据包的权利。如果通信参与者的消息例如由四个数据包组成，则可能的是该通信参与者能够在四个发送周期内发送消息。在此，其中每个通信参与者都可以发送具有优先级值的数据包，所述优先级值可以包含在所述数据包中。根据所述数据包的紧急程度而定，这些通信参与者可以在所述数据包中插入或一起发送不同的优先级值。换句话说，通信参与者被构造为经由所述共享传输信道发送分别具有不同优先级值的数据包。

根据本发明，所述方法包括：由所述第一通信参与者经由所述共享传输信道从所述至少一个其他（例如第二）通信参与者接收至少一个数据包；以及从所述数据包中确定分配给所述其他通信参与者的优先级值。换句话说，所述第一通信参与者接收由其他通信参与者经由所述共享传输信道发送的数据包。例如，所述第一通信参与者从第二通信参与者接收数据包。因此，所述第一通信参与者被构造为从所述其他通信参与者接收数据包。在此，可以无关紧要的是，所接收到的数据包是特定用于所述第一通信参与者还是用于所述其他通信参与者中的另一个。所述方法仅示例性地基于所述第一通信参与者来予以描述并且也可以对所述其他通信参与者实施。这意味着，例如所述第二通信参与者也可以从所述第一通信参与者接收数据包，并且可以类似地执行所提出的方法。

可以从由所述第一通信参与者接收到的数据包中确定优先级值。每个传输的数据包例如除了其他信息之外还可以附加地包含优先级信息。例如，以太网标准IEEE 802.1Q规定了一个3位值作为优先级，该3位值包含在数据包中并且可以被确定。例如，值0对应于最低优先级，而值7对应于最高优先级。例如，所述第一通信参与者可以接收所述第二通信参与者已经发送的数据包，并且从所述数据包中确定例如值7的优先级。

根据该方法，所述第一通信参与者根据所述优先级值经由所述共享传输信道进行所述数据包的发送。由此可能例如意味着，根据所确定的优先级值，所述第一通信参与者例如在特定时间点发送数据包，或者所述第一通信参与者是否在稍后的时间点才发送所述数据包。如果例如所述第一通信参与者是不发送任何紧急或实时相关的消息的设备，例如仅发送具有低优先级（例如具有优先级值1）的消息，则在所述第一通信参与者已经从所述第二通信参与者的数据包中确定了优先级值为7的情况下，所述第一通信参与者可以例如放弃发送所述数据包。放弃意味着：通信参与者即使准备好要发送数据包，也可以不使用通信周期的者为其分配的时间窗或时隙。例如，在一些连续的发送周期中，所述第二通信参与者可以分别发送具有高优先级的数据包（这些数据包可以形成消息），并且从既定时间点开始发送不太紧急并因此具有较低优先级的数据包。通过使所述第一通信参与者放弃在为其分派的时间窗内进行发送，可以缩短所述发送周期（与所述第一通信参与者也进行发送的情况相反），从而总体上可以更快地传输所述第二通信参与者的消息。例如，所述第一通信参与者可以从具有较低优先级的数据包中确定优先级值为零。例如可能的是，如果所述通信参与者从最后从所述第二通信参与者接收到的数据包中接收到例如为零的优先级值，也就是如果所述第二通信参与者已经完全发送了其较高优先级的消息并随后发送了与所述第一通信参与者相同优先级的消息，则所述通信参与者可以在为其设置了发送时间窗的时间点发送其数据包。

通过所述方法使得能够提供彼此独立的通信参与者的分散化的优先级排序，这些通信参与者经由共享传输信道发送数据包。由此意味着，向准备好要发送的具有较高优先级的数据包的通信参与者优先分派所述共享传输信道，或者向准备好要发送的具有较高优先级的数据包的通信参与者优先分派用于发送具有较高优先级的数据包的写权限，而不需要中央控制设备来例如分派相应的写权限。因此，根据通信参与者的优先级在所述通信参与者之间分配写权限。优点是：具有最高优先级的通信参与者分别可以得到优先权以发送其消息或数据包，而无需在通信系统中的附加发送控制装置。因此，传输信道容量的划分有效地并且以紧急消息优先发送的方式进行。

例如，在第一模式中，三个不同的通信参与者可以分别发送相同优先级的数据包。在所述第一模式中，通信周期可以被设计为使得分别有一个通信参与者发送数据包，并且在预先确定的发送暂停之后其他通信参与者发送数据包，从而这些通信参与者按顺序发送它们的数据包。在第二模式下，例如这三个通信参与者中的第二通信参与者可以发送较高优先级的数据包。该数据包由另外两个通信参与者接收，并确定较高的优先级值。在所述第二模式的该示例中，通过所述方法可以将通信周期设计为，使得除了所述第二通信参与者之外的所有通信参与者都放弃发送数据包，从而所述第二通信参与者可以发送其具有较高优先级的数据包，因为在这种情况下所述共享传输信道仅由其使用。一旦所述第二通信参与者已经发送了所有较高优先级的数据包，所述第二通信参与者就可以像在所述第一模式中那样再次发送较低优先级的数据包。在这种情况下，其他通信参与者可以确定所述第二通信参与者发送与它们相同优先级的数据包，并且继而自己发送数据包，从而可以再次采取所述第一模式的通信周期。

每个参与者或通信参与者可以观察所述传输介质上的数据，并保存上一轮通信的观察到的最高优先级值。这例如意味着在具有多个分别接连分配给通信参与者的时间窗的一个通信周期中：如果参与者允许在一个时间窗n中发送，则该参与者评估来自上一个通信周期（或发送周期）的自n+1起的时间窗的优先级信息以及来自当前通信周期的直至n-1为止的时间窗的优先级信息。

例如，优先级信息由相应通信参与者的PHY组件确定。例如，仅当PHY组件自己的包的优先级正好等于或高于其他通信参与者的观察到的最高优先级时，所述PHY组件才发送其数据包。如果自己包的优先级较低，则参与者放弃发送权，并且由此不会以低优先级包来阻塞公共通信信道。如果网络中的所有参与者或通信参与者都应用根据本发明的方法，则可以传输具有高优先级的消息而不会被低优先级的包中断。其优点在于，可以在全系统地，即在彼此独立的通信参与者之间提供优先级，而无需中央控制设备。

所提供的方法可以例如扩展现有方法，以便为了访问所述传输介质来全系统地实行优先级。由此可以优先传输第一通信参与者的具有高优先级的数据包，并且由其他参与者自主或自愿地保留它们准备好要发送的包。

由此对于诸如车辆中的控制和调节系统的实时系统来说可以产生优点。对于实时相关的数据，在一些示例中例如可以遵循最大允许的等待时间。因此，提供了一种访问方法，通过该方法提高了即使在网络高负荷的情况下也可以在规定的时间内送达较高优先级的包的概率（使得能够遵循“最坏情况”或规定的等待时间）。

在所述方法的有利实现中，所述PHY组件基于以下假设，下一个通信周期中的优先级与上一个周期中的优先级相同。当要传输的消息被划分成多个较小的包进行传输时，此假设尤其适用。换句话说，如果第二通信参与者在第一通信周期中发送从中确定高优先级值的数据包，则可以假设所述第二通信参与者也在第二通信周期中发送具有相同高优先级的数据包。如果第一通信参与者在第二通信周期中准备好要发送的低优先级包，则所述第一通信参与者可以放弃在所述第二通信周期中的发送。通过这种方式，如果第二或其他通信参与者与另外的通信参与者不同地准备好要发送高优先级的数据包，那么所述第二或其他通信参与者有利地可以立即经由所述共享传输信道发送这些数据包，因为准备发送具有较低优先级的数据包的另外的通信参与者放弃在相应的通信周期中发送这些具有较低优先级的数据包。换句话说，通过自愿限制较低优先级数据包的发送，实现了这样提供的仲裁方法。但是，如果所述第二通信参与者在所述第二通信周期中发送了以下数据包，所述第一通信参与者从该数据包中确定了较低的优先级值，则所述第一通信参与者也可以在所述第二通信周期中发送其具有较低优先级的数据包，因为在这种情况下，所述两个通信参与者的数据包的优先级或重要性是相同高的。

在根据本发明的方法的一种扩展中规定，对来自不同通信参与者的数据包的分别最后确定并分配给不同通信参与者的优先级值进行存储。换句话说，所确定的其他通信参与者的优先级值可以例如存储在所述PHY组件中。例如，可以从所确定的接收的数据包中确定相应的优先级值，并且如果其余数据不是针对于进行接收的通信参与者的话就可以删除这些数据包中的所述其余数据。由此，可以有利地减少所存储的数据量。在另一个实施例中，可以仅存储所确定的最高优先级值。例如，如果从第二通信参与者的数据包确定优先级值5，并且从随后接收的第三通信参与者的数据包确定优先级值7，则可以用优先级值7代替或改写优先级值5。通过这种方式，有利地仅存储单个优先级值就足以执行所述方法。特别地，在此考虑到在一些情况下，所述其他通信参与者中哪个通信参与者准备发送较高优先级的数据包可以是无关紧要的。

在所述方法的一种扩展中，根据分配给其他通信参与者的最高优先级值来发送自己的数据包（例如，所述第一通信参与者的数据包），该最高优先级值从不同的通信参与者的相应数据包中被确定并且被存储。通过这种方式，可以通过如上所述单单存储和使用确定的最高优先级值来有利地实现所述方法。在经由所述共享传输信道参与通信的所有通信参与者分别使用最高优先级值的情况下，可以按照相应通信参与者的优先级以优先顺序向这些通信参与者提供传输信道。通过这种方式，所述传输信道在通信参与者之间自主地根据它们要发送的数据包的优先级来划分。

根据本发明的方法的一种扩展包括：将分配给其他通信参与者的优先级值与分配给所述第一通信参与者的第一优先级值进行比较，其中如果所述第一优先级值至少与分配给其他通信参与者的最高优先级值一样高，则由所述第一通信参与者发送数据包。换句话说，所述第一通信参与者将其准备发送的数据包的优先级值与其他通信参与者的优先级值进行比较。例如，所述第一通信参与者事先将从所述第二通信参与者接收到的优先级值存储为最高优先级值。如果该比较表明所述第一通信参与者的优先级值与所述第二通信参与者的优先级值一样高，则所述第一通信参与者可以发送数据包。如果在这种情况下这些通信参与者的优先级值保持不变，则例如所述第一通信参与者可以与所述第二通信参与者交替地发送数据包。在此的优点是，通过这种方式，准备发送更重要数据包的两个通信参与者可以各自交替发送这些数据包，而不会由于不太重要的数据包而造成时间延迟。

在所述方法的一种扩展中，从由所述第一通信参与者最后经由所述共享传输信道发送的数据包中确定所述第一优先级值。换句话说，所述第一通信参与者以与其确定所述其他通信参与者的优先级值相同的方式确定其自己的优先级值。这样做的优点在于，可以特别简单地进行确定，而并不对所述第一通信参与者进行其他技术改变。在该扩展中例如可以规定，除了所述其他通信参与者的最高优先级值之外，还附加地存储所述第一优先级值。通过这种方式可以始终比较：所述第一优先级值是否低于所述最高优先级值或至少与所述最高优先级值一样高。取决于此地，所述第一通信参与者可以发送或保留数据包。

在所述方法的一种扩展中，在预先确定的数目个已发送数据包之后，在单独的数据包中将所述第一优先级值发送到所述共享传输信道上。单独的数据包可以是仅包含优先级值、例如第一优先级值的数据包。与先前描述的除了其他信息数据之外还可以包含优先级值的数据包不同，单独的数据包可以是特别小的。例如，如果提供介于0和7之间的优先级值，则该单独的数据包可以具有3位的数据大小。如果提供的优先级值为0和1，则该单独的数据包可以具有仅1位的数据大小。特别地，所有其他通信参与者也可以在发送了预先确定的数目个数据包之后发送相应的单独的数据包。例如可以将预先确定的数目个已发送数据包选择为，使得在经由所述传输信道发送的每个数据包之后发送一个单独的数据包或所有单独的数据包。在该示例中，例如第二通信参与者可以首先发送常规数据包，接下来所述第一通信参与者和所有其他通信参与者可以发送单独的数据包，以便由此将它们准备发送的数据包的优先级值分别通知其他通信参与者。这样做的优点是，在具有高优先级的数据包可供通信参与者使用的情况下，该通信参与者不必在其可以发送所述数据包之前等待整个通信周期。这样做的优点是，通过这种方式可以特别快速地发送非常重要的数据包，并且例如还在通信参与者的所有高优先级数据包被发送之前，可以中断其中仅一个通信参与者发送数据包的模式。

在其他实施例中，可以将所述预先确定的数目个已发送数据包选择为，使得可以分别在完整的发送周期之后或在一半发送周期之后或在预定数量的发送周期、例如两个或三个发送周期之后发送所述单独的包。所述预先确定的数目也可以例如自适应地调整，例如在通信参与者频繁发送高优先级数据包的特定状况下，可以在每个数据包之后发送所述单独的数据包，以及在仅不规律地发送高优先级数据包的状况下，在发送周期之后发送所述单独的数据包。所述预定数量也可以例如根据所述传输信道上的负载来自适应地适配。

在所述方法的一种扩展中，在所述单独的数据包中发送以下第一优先级值，所述第一优先级值与在所述第一通信参与者要发送的数据包的等候队列中具有最高优先级的数据包相对应。这样做的优点是，分别发送当前的优先级值。如果在第一参与者的先前发送的数据包中优先级值具有较低的值，但是根据所述等候队列要发送的下一个数据包分别具有高优先级值，则所述第一通信参与者可以通知所述其他通信参与者该第一通信参与者准备发送重要的数据包。

为此，在所述方法的一种扩展中，从所述第一通信参与者接收到的信息信号中确定所述第一优先级值，其中所述信息信号由所述第一通信参与者的设备提供，该设备同样提供要发送的数据包。例如，可以由所述第一通信参与者的第一设备发送数据包，其中所述数据包由所述第一通信参与者的第二设备提供给所述第一设备。所述第二设备可以通过所述信息信号来通知所述第一设备下一个要发送的数据包具有的优先级值。由此例如可以有利地在所述单独的数据包中发送分别当前的优先级值。

在此，信息信号也可以是应当作为下一个来由所述第一通信参与者发送的数据包。在此，所述第一通信参与者的第一设备可以向第二设备请求要发送的数据包，而并不经由所述传输信道发送该数据包。为了将所述数据包用作信息信号，还在常规完成向所述第一设备传送所述数据包之前，就可以由所述第一设备中断从所述第二设备到所述第一设备的传送。换句话说，所述传送可以例如在的一半时或传送了10％之后被中断。在这种情况下可能的是，所述第二设备可以准备好该数据包作为下一个要发送的数据包，并且同时所述第一设备可以从部分发送的数据包中确定所述第一优先级值。因此，可以有利地在所述第一通信参与者的内部传送中使用数据包的不完整传送来提供所述信息信号。由此可以改善所述方法。

在所述方法的一种扩展规定，如果所述第一优先级值低于分配给其他通信参与者的优先级值，则所述第一通信参与者在为此设置的时间帧内放弃发送数据包。因此，如果所述第一通信参与者确定其他通信参与者的优先级值高于其自己的第一优先级值，则所述第一通信参与者一直放弃发送数据包，直到其自己的第一通信优先级值至少与其他通信参与者的最高优先级值一样高。这以相同的方式（与所描述的所述方法的其他扩展一样）也适用于所述其他通信参与者。例如，如果所述第二通信参与者确定分配给它的优先级值低于所述第二通信参与者从所述第一通信参与者的数据包中已确定的优先级值，则所述第二通信参与者放弃发送数据包，直到所述第二通信参与者确定另外的通信参与者再次发送优先级等于或低于其自己优先级的数据包。

在所述方法的扩展中，如果已经在先前的通信周期中发送了比所述第一优先级值高的优先级值的数据包的其他通信参与者未在分配给所述其他通信参与者的时隙中发送数据包，则所述第一通信参与者发送数据包。因此可能存在以下情况：例如在多个连续的发送周期或传输周期中，所述其他通信参与者中只有一个、例如所述第二通信参与者发送高优先级、例如优先级7的数据包，因为另外的通信参与者只准备了具有较低优先级的数据包。所述第一通信参与者观察所述第二通信参与者的发送时间段。例如，所述第二通信参与者可以在其已完全地发送了消息时停止发送数据包。在这种情况下，所述第一通信参与者可以记录所述第二通信参与者未使用该第二通信参与者的发送时间窗。如果是这种情况，则所述第一通信参与者可以发送数据包。特别是即使所述第一通信参与者最后确定的最大优先级值高于其自己的第一优先级值，所述第一通信参与者也可以发送其数据包。这样做的优点是，通过该扩展可以例如恢复以下发送运行，在该发送运行中，在另一个发送运行中由于通信参与者的消息的紧迫性给所述通信参与者赋予了优先权之后发送较低优先级的数据包。

在所述方法的一种扩展中，提供机动车辆的通信总线作为所述共享传输信道。在这种情况下，通信参与者可以是例如具有不同功能的控制设备，这些功能在所述机动车辆中提供或在诸如载重汽车或摩托车这样的车辆中提供。这些控制单元可能需要相互通信，以例如协调其功能的执行。该扩展的优点在于，经由通信总线的该通信可以根据所述方法被执行为，使得特别有效地使用所述通信总线。有效意味着，通过所述方法，所述通信总线可提供给以下发布参与者，这些发布参与者在要发送的分别具有高优先级的数据包中分别准备了特别重要的消息。所述通信总线的优点还可以是，根据该方法，机动车辆的传感器也可以与所述控制设备或另外的传感器通信。在此，特别是来自传感器的信息在行驶的机动车辆中可以具有高优先级。

本发明的另一方面涉及一种控制设备，所述控制设备被构造为根据前述方法之一来控制数据包的发送。在此，所述控制设备具有最大值查找器，所述最大值查找器被设立用于，从预先确定数目个所接收的数据包中确定并存储最大外部优先级值。第一通信参与者的最大值查找器可以例如用于确定与所述第一通信参与者的优先级值进行比较的优先级值。

所述控制设备被构造为经由与至少一个其他通信参与者共享的传输信道由例如第一通信参与者发送至少一个数据包。所述控制设备还被构造为由例如第一通信参与者经由所述共享传输信道从所述至少一个其他通信参与者接收至少一个数据包，并且从所述数据包中确定分配给所述其他通信参与者的优先级值。所述控制设备还被构造为，由所述第一通信参与者根据所述优先级值来经由所述共享传输信道发送数据包。

在所述控制设备的一种扩展中，所述控制设备具有比较器，所述比较器被构造为将自身的优先级值与外部优先级值进行比较。如果所述控制设备已经分配给所述第一通信参与者，或者如果所述控制设备是所述第一通信参与者的组成部分或设备，则所述自身的优先级值例如是所述第一优先级值。所述外部优先级值例如是分配给其他通信参与者的优先级值。例如，所述外部优先级值是由所述第一通信参与者从所述其他通信参与者的数据包中确定的最高优先级值。所述比较器的优点在于，所述控制设备通过所述比较可以确定：是发送数据包或还是一直保留所述数据包直到所述自身的优先级值至少与所述外部优先级值一样高为止。

本发明的另一方面涉及一种系统，具有至少一个根据前述控制设备的控制设备，其中所述系统具有至少一个与控制设备相对应的数据控制设备，所述数据控制设备被构造用于向所述控制设备提供用于发送的数据包，其中所述数据控制设备还被构造为将具有分配给所述控制设备的优先级值的信息信号发送到对应的控制设备。

本发明的另一方面涉及一种机动车辆，具有根据前述系统的系统和/或具有至少一个根据前述控制设备的控制设备，其中所述共享传输信道由所述机动车辆的通信总线构造而成。

本发明还包括根据本发明的控制设备、系统和机动车辆的扩展方案，这些扩展方案具有一个或多个如已经结合根据本发明的方法的扩展方案所描述的特征。因此，这里不再对根据本发明的控制设备、系统或机动车辆的相应扩展方案进行描述，而是对这些扩展方案而言也认为作为已公开而适用。

附图说明

现在起，在下文中参考附图更详细地描述本发明的实施例。其中，

图1示出了用于发送数据包的方法的示例；

图2示出了具有在共享传输信道上的通信参与者的示例；

图3示出了具有相同优先级的数据包的发送协议的示例；

图4示出了具有不同优先级的数据包的发送协议的示例；

图5示出了系统的实施例；

图6示出了系统的实施例；以及

图7示出了系统的实施例。

具体实施方式

图1示出了用于发送数据包的方法100。方法100包括:第一通信参与者104从其他通信参与者108接收102数据包106。数据包106用于确定110优先级值112，该优先级值112被分配给其他通信参与者108。因此，第一通信参与者104可以确定所述第一通信参与者已经从其他通信参与者接收到的数据包106的优先级值。方法100还包括由第一通信参与者104根据优先级值112发送114数据包。

图2示出了具有在共享传输信道208上的通信参与者202、204、206的示例200。通信参与者202、204、206例如是机动车辆的控制设备，并且传输信道208例如是所述机动车辆的通信总线。通信参与者，例如通信参与者202，可以例如具有微控制器210、MAC组件212和PHY组件214。MAC组件212可以例如控制：经由传输信道208对数据包进行的发送，其中由MAC组件212 向PHY组件214提供要发送的数据包。MAC组件212可以根据关于经由传输信道208进行的发送的优先级，向PHY组件214提供通信参与者202的要发送的数据包。如果通信参与者202例如准备发送不同优先级的数据包，则可以首先将具有最高优先级的数据包作为第一个来发送。

图3示出了具有相同优先级的数据包的发送协议300的示例。在该示例中，设置了四个通信参与者＃1，＃2，＃3和＃4，通信参与者分别在分配给它们的相应时间窗中相继地发送数据包302、304、306和308。因此，在第一发送周期310中，第一通信参与者发送数据包302，接下来第二通信参与者发送数据包304，然后第三通信参与者发送数据包306，最后第四通信参与者发送数据包308。这些通信参与者其中的每个都从这些数据包中确定相应的优先级值。因为在发送协议300的该示例中所有数据包都具有相同的优先级值，所以这四个通信参与者也在第二发送周期312和第三发送周期314中分别相继地发送其相应的数据包，这意味着例如均匀分布地发送其相应的数据包。在此，数据包可以具有不同的长度。例如，第一通信参与者在第三发送周期314中的数据包302'的长度可以小于先前发送的数据包302的长度。当在发送第一通信参与者的数据包302或302'之后已等待了预定义的发送暂停316时，所述第二通信参与者可以发送其相应的数据包304或304'。

在图3中，不同的发送时间窗并排布置（这些发送时间窗分配给通信参与者#1至#4）。一行对应于一个通信周期。在该图中示出了三个通信周期。在发送时间窗之间存在经定义的长度的暂停，在该暂停处可以识别出先前的发送已经完成。发送时间窗的持续时间取决于所传输的数据量。如果网络参与者未发送数据，则相继地会出现多个暂停。这种类型的访问方法称为“公平（Fair）”，因为该网络的所有参与者都具有发送数据包的相同机会。这可以在所有通信参与者都发送具有相同优先级的数据包的情况下是有意义的。

图4a示出了具有不同优先级的数据包的发送协议400的示例。例如，所述第一通信参与者的数据包402具有低优先级，而所述第二通信参与者的数据包404具有最高优先级。在此，所述最高优先级特别是高于要由通信参与者＃3、＃4和＃1发送的数据包的优先级。因此，在通信周期406中所述其他通信参与者随着所述发送暂停自身的数据包，使得所述第二通信参与者可以立即发送具有高优先级的其他重要数据包408。所述发送周期通过以下方式来缩短：仅仅必须等待所述预定义的发送暂停，但是另外的通信参与者并不利用发送暂停之间的发送时间窗（其例如在图3中可能在每个数据包之间存在）。在随后的发送周期410中，所述第二通信参与者的数据包412具有低优先级。该低优先级至少由第三通信参与者确定。由于现在起所述第三通信参与者的优先级与所述第二通信参与者的优先级恰好一样高，因此所述第三通信参与者在发送周期410中发送数据包414。发送周期416于是可以在所有通信参与者的数据包的优先级相同的情况下例如对应于先前描述的发送协议300的发送周期310。通过这种方式示出了如何可以基于所传输的优先级值在不同的发送协议之间进行切换以及如何可以通过所述其他通信参与者的分散式决策来向具有高优先级的数据包的通信参与者给予发送其数据包的优先权。

图4b示出了发送协议400'的示例。在第一通信周期426中，四个通信参与者相继地发送它们相应的数据包418、420、422、424。数据包424可以具有比其余数据包418、420、422更高的优先级。因此通信参与者#1、#2和＃3在发送周期428、430和432中暂停，而在发送周期428、430中仅通信参与者＃4进行发送。在通信周期430中，随着数据包424''的发送，来自＃4的消息完成。尽管如此，通信参与者＃1、＃2和＃3在周期432中不发送数据包，因为它们仍然存储了来自＃4的优先级值7。然而，由于通信参与者＃4在周期432中不在分配给它的时间窗434或时隙内发送数据包，因此通信参与者＃1在周期436中再次开始发送数据包，例如数据包418'。尽管＃1仍然存储了优先级值7，但它又可以发送例如具有优先级值5的数据包418'，这是因为它先前已观察了通信参与者＃4的时间窗434，并且能够确定＃4不再发送其他消息。通过这种方式，例如，如果已完全发送了高优先级消息并且发送了所述高优先级消息的通信参与者不再发送其他数据包，则可以将具有较高优先级的发送模式返回到具有较低优先级的发送模式。

图5示出具有第一通信参与者202的系统500的实施例，第一通信参与者202的MAC组件212向PHY组件214提供高优先级502、中优先级504和低优先级506的数据包。PHY组件214从发送路径508接收第一数据包510，从第一数据包510中确定第一优先级512。第一优先级值512在此对应于通信参与者202的数据包的优先级值。所述第一通信参与者从接收路径514接收其他通信参与者的数据包516，所述其他通信参与者经由传输信道208发送数据包。PHY组件214从数据包516中确定优先级值518。在比较522中，例如可以确定第一优先级值512与优先级值518一样大。在这种情况下，PHY组件可以在释放信号520中通知MAC组件可以发送例如高优先级512的数据包。基于该信息，通信参与者202可以执行数据包的发送114。

有可能优先传输具有高优先级的数据包，并由其他参与者分别保留所述其他参与者的准备发送的数据包。因此，参与者202因此观察传输信道208上的数据，并例如存储上一轮通信的最高观察到的优先级值518。这意味着：如果允许参与者在一个时间窗n中发送，则该参与者评估来自上一个通信周期的自n+1起的时间窗的优先级信息以及来自当前通信周期的直至n-1为止的时间窗的优先级信息。仅当PHY214自身的包的优先级恰好等于或高于另一通信参与者的最高观察到的优先级时，PHY214才发送其数据包。如果所述自身的包的优先级512较低，则其放弃发送的权利，并且由此不以低优先级包来阻塞公共通信信道208。根据该方法，网络中所有参与者发送数据包的优点在于，可以传输具有高优先级的消息（该消息由多个数据包组成），而所述消息不会被低优先级的包中断。

到目前为止描述的方法在以太网系统中比较容易实现，因为所述方法仅涉及PHY内的仲裁方法。在此，仅需对现有PHY组件进行很小的更改：提供功能性，以便从所接收和发送的数据的数据流中提取3位优先级字段（因为根据IEEE 802.1Q该信息始终存在于数据包中的相同位置，因此可以有效地读取该信息）；提供功能性，以便确定和存储上一周期的所有已接收的包的最大值；提供功能性，以用于存储上一个发送的包的优先级值；提供功能性，以便在自身的优先级小于接收到的最大值情况下撤销MAC用于发送的许可，例如通过释放信号520。

图6示出了系统600的实施例。与系统500不同，所述PHY组件的第一优先级值602由所述MAC组件在优先级信号604中提供。因此，系统600的通信参与者202被构造为使得不必从发送的数据包中确定要由通信参与者202发送的数据包的第一优先级值，而是可以通过所述优先级信号来提供。在第一优先级值602和其他通信参与者的优先级值518的比较522中，可以例如确定第一优先级值602高于优先级值518，从而可以由第一通信参与者202实施数据包的发送114。

因此在该示例中规定，MAC向PHY提供关于要发送的下一帧的优先级的信息。由此，PHY不仅可以基于上一个发送的包做出决定，而且还可以基于当前待处理的包做出决定。如果参与者不仅发送低优先级的包而且也也发送具有高优先级的包（这是常常会出现的通信行为），则此改进特别有利。通过根据系统600的该实施方案可以在发送第一个高优先级包时避免等待时间，因为PHY已经被通知了准备发送的下一个数据包的优先级。

为此可能需要对现有的MAC进行更改。优先级调度器借助于附加信号604，在数据的实际传输发生之前将下一个准备发送的消息的优先级传递给PHY。PHY使用来自所述信号的优先级信息来代替来自上一次发送的消息的优先级信息。有多种方法可以将所述优先级信息从MAC传输到PHY：以太网规范IEEE 802.3规定了MAC和PHY之间的串行通信接口。借助于信号MDIO和MDCC，所述PHY可以访问所述PHY的内部寄存器。所述MAC可以通过对相应的寄存器进行写访问来将所述优先级信息通知给所述PHY。可以在MAC和PHY之间的MII接口（根据IEEE802.3）的数据流内传输附加信息，所述附加信息由所述PHY接收而不是发送到所述传输介质上。例如，这可以在传输以太网消息之前或之后进行。可以在MAC和PHY之间提供用于传输所述优先级信息的单独接口。该接口例如可以是通过单独连接端的3位并行接口或串行接口。

在一个实施例中，可以将信息信号从所述MAC组件传送到所述PHY组件，而不必为此对现有的MAC组件进行更改。为此可能的是，所述PHY组件可以向所述MAC组件授予发送许可，但实际上并没有经由所述传输信道发送数据。然后，所述MAC组件开始将下一个要发送的数据包传送给所述PHY组件。一旦所述PHY组件已接收到了优先级字段（其始终可以位于相同位置，在报头中相对靠前得多），即传送了该数据包的大部分，使得所述PHY组件可以从中确定该数据包的优先级值，所述PHY组件就中断该传送（换句话说，还在所述数据包完全被传输之前，所述PHY组件就撤销了MAC组件的发送许可）。由于所述MAC组件未完全将帧或数据包传送到所述PHY组件，因此所涉及的数据包保留在所述MAC组件的等候队列（例如，发送队列）中的前面，并在下次授予所述发送许可时重新尝试将此帧（此数据包）完全传送给所述PHY组件。然而，在所述传送中断之后，对于所述PHY组件有（下一数据包的）准备好发送的下一帧的优先级值可供使用。由此，所述PHY组件可以例如比较由其他通信参与者确定的优先级值，或者通过例如单独的数据包将根据该示例确定的优先级值通知给所述其他通信参与者。

图7示出了系统700的实施例。系统700可以被认为是系统600的扩展，其中优先级信号604不仅用于在比较522中将优先级602与优先级518进行比较，而且还用于将优先级602例如在单独的数据包702中经由传输信道208的发送路径508提供给所述其他通信参与者。

由此，网络参与者具有如下可能性：将下一待处理消息的优先级的指示传送给另外的网络参与者或其他的网络参与者。根据系统700的实施方案，代替于假设在当前通信周期中另一参与者的消息的优先级对应于过去周期中的优先级地，参与者能够除了当前消息的优先级之外附加地还传输预期的下一消息的优先级。为此，所述PHY将附加消息、例如单独的数据包702发送到所述传输介质（发送路径508）上，在该传输介质中所述PHY传输准备好发送的下一消息的优先级。可以提出多种传输优先级消息的方法：紧接在传输消息之后，在同一发送时间窗内；在单独的通信周期中，其中所述网络参与者仅传输优先级信息，而不传输有用数据。该优先级通信周期可以在两个常规通信周期之间进行，或者可以在每个常规消息之后插入。

所述优先级信息的大小非常小，大约为三位，即，单独的数据包702可以是小的。由此在使用第一种方法时，仅对通信介质产生非常小的附加负荷，而用于发送数据包的方法可以得到显著改善。

通过使用所述方法可以改善预测质量，因为所述网络参与者可以在稍后的时间点传输其待处理消息的优先级。如果在每个常规时间窗之后插入这样的通信周期，则可以最有效地实行优先级。但是，通过所述单独的通信周期，会在附加的发送时间窗之间产生附加的暂停。由此如果非常频繁地发送所述优先级信息，则将减少可用于有用数据的网络带宽。

如果在MAC中在传输期间有高优先级消息到达，则所述网络参与者可以在传输完成后立即传达关于高优先级的指示。具有较低优先级的网络参与者将因此放弃发送权利，并且可以迅速发送高优先级消息。

本申请总体上涉及借助于PHY组件的仲裁策略。本申请涉及一种方法，即如何在由严格优先级调度器和下游的加权循环调度器（Weighted Round Robin Scheduler）组成的系统中实行通过严格优先级调度器“调度”（规划）的元素的优先级排序。

可能有利的是，提供在汽车中使用以用于将车辆部件联网的10Mbit以太网。对于车辆的电子架构中的10Mbit以太网物理层（PHY），可以实现具有该物理层（PHY）的总线拓扑。同时，这需要合适的仲裁方法，哪个参与者在什么时间点获得总线访问权。一些仲裁方法可以保证每个参与者或通信参与者通过传递所谓的虚拟警棍都能规律地获得对总线的访问。然而，这样的方法可能具有缺点，即由于参与者之间的加权循环可能使得不可能对消息进行汽车领域中需要的优先级排序。为了优先在网络中处理需要非常短的送达时间的消息并因此能够遵循规定的送达时间，可能需要对消息进行优先级排序。通过本申请中提供的方法，可以遵循规定的传输时间。因此，提出的方法可以实现关于独立通信参与者经由共享传输信道发送数据包方面的分散化的优先级排序。

一般而言，所述方法可以在所有联网的电子控制设备中使用。对例如在汽车或机动车辆中的电子设备联网的需求可能需要使用10Mbit以太网或类似技术。此外，也可以通过10Mbit以太网提供传感器连接（例如，在传感器数据融合或麦克风连接的范畴内）。所述方法可以在工业和工业自动化技术的领域中得以使用。此外，所述方法也可以在家庭自动化技术的领域中得以使用。

附图标记列表

100 方法

102 接收

104 第一通信参与者

106 数据包

108 其他通信参与者

110 确定

112 优先级值

114 发送

200 示例

202 第一通信参与者

204 第二通信参与者

206 第三通信参与者

208 传输信道

210 微控制器

212 MAC组件

214 PHY组件

300 发送协议

302 第一通信参与者的数据包

304 第二通信参与者的数据包

306 第三通信参与者的数据包

308 第四通信参与者的数据包

310 第一通信周期

312 第二通信周期

314 第三通信周期

400 发送协议

402 第一通信参与者的数据包

404 第二通信参与者的数据包

406 通信周期

408 高优先级的数据包

410 通信周期

412 低优先级的数据包

414 第三通信参与者的数据包

416 通信周期

500 系统

502 高优先级

504 中优先级

506 低优先级

508 发送路径

510 第一数据包

512 第一优先级

514 接收路径

516 其他通信参与者的数据包

518 优先级值

520 释放信号

522 比较

600 系统

602 第一优先级值

604 优先级信号

700 系统

702 单独的数据包。

Claims (15)

1.用于由第一通信参与者（104、202）经由与至少一个其他通信参与者（108、204、206）共享的传输信道（208）发送至少一个数据包的方法（100），其中数据包由所述通信参与者（104、108、202、204、206）根据循环方法发送，所述方法（100）包括：

-由所述第一通信参与者（202）经由所述共享传输信道（208）从所述至少一个其他通信参与者（108、204、206）接收（102）至少一个数据包（106），并从所述数据包（106）中确定（110）分配给所述其他通信参与者（108、204、206）的优先级值（112），其中所述至少一个其他通信参与者（108、204、206）被构造为发送分别具有不同优先级值的数据包；以及

-所述第一通信参与者（104、202）根据所述优先级值（112）经由所述共享传输信道（208）发送（114）数据包。

2.根据权利要求1所述的方法（100），所述方法还包括：

存储来自不同通信参与者的数据包（106、516）的分别最后确定的、分配给不同通信参与者的优先级值（112、518）。

3.根据权利要求2所述的方法（100），其中，由所述第一通信参与者（104、202）根据分配给其他通信参与者（108、204、206）的最高优先级值（112）来发送所述数据包，所述最高优先级值从不同的通信参与者的相应的数据包中被确定并且被存储。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法（100），所述方法（100）还包括：

将分配给其他通信参与者（108、204、206）的优先级值（518）与分配给所述第一通信参与者（104、202）的第一优先级值（512、602）进行比较（522），

其中如果所述第一优先级值（512、602）至少与分配给其他通信参与者（108、204、206）的最高优先级值（518）一样高，则由所述第一通信参与者（104、202）发送所述数据包。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法（100），其中，从由所述第一通信参与者（202）经由所述共享传输信道（208）最后发送的数据包（510）中确定所述第一优先级值（512）。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法（100），其中，在预先确定数目个已发送数据包之后，在单独的数据包（702）中经由所述共享传输信道（208）发送所述第一优先级值（602）。

7.根据权利要求6所述的方法（100），其中，所述第一优先级值（602）与在由所述第一通信参与者（202）要发送的数据包的等候队列中具有最高优先级（502）的数据包相对应。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法（100），其中，从所述第一通信参与者接收到的信息信号（604）中确定所述第一优先级值（602），其中所述信息信号（604）由所述第一通信参与者（202）的设备（212）提供，所述设备同样提供要发送的数据包。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法（100），其中，如果所述第一优先级值（512、602）低于分配给其他通信参与者（108、204、206）的优先级值（518），则所述第一通信参与者（202）在为此设置的时间帧内放弃发送数据包。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法（100），其中，如果已经在先前的通信周期（430）中发送了高于所述第一优先级值（512、602）的优先级值（518）的数据包的其他通信参与者（108、204、206）未在分配给所述其他通信参与者（108、204、206）的时隙（434）中发送数据包，那么所述第一通信参与者（104、202）发送数据包。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法（100），其中，提供机动车辆的通信总线作为所述共享传输信道（208）。

12.控制设备（214），所述控制设备被构造为根据权利要求1至11之一控制数据包的发送（114），其中所述控制设备（214）具有最大值查找器，所述最大值查找器被设立用于，从预先确定数目个所接收的数据包（516）中确定并存储最大优先级值（518）。

13.根据权利要求12所述的控制设备（214），其中，所述控制设备（214）具有比较器（522），所述比较器被构造为将分配给所述控制设备（214）的优先级值（512）与分配给另一个通信参与者的优先级值（518）进行比较。

14.具有至少一个根据权利要求12或13所述的控制设备（214）的系统（500、600、700），其中，所述系统具有对应于控制设备（214）的至少一个数据控制设备（212），所述数据控制设备被构造为向所述控制设备（214）提供用于发送的数据包，其中所述数据控制设备（212）还被构造为将具有分配给所述控制设备的优先级值（602）的信息信号（604）发送到对应的所述控制设备（214）。

15.具有根据权利要求14所述的系统（500、600、700）和/或至少一个根据权利要求12或13所述的控制设备（214）的机动车辆，其中，所述共享传输信道（208）由所述机动车辆的通信总线构造而成。

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