CN111726777B - 一种数据传输方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数据传输方法及装置，通过在网关和T‑Box之间设置以太网总线来增大传输带宽，网关对获取的整车通信数据进行处理得到X个用户数据单元，按照预设打包规则，将X个用户数据单元存储至N块存储区域，保证整车通信数据的全部接收和存储；当达到数据发送时间，网关在检测到已存满的存储区域时，锁定已存满的存储区域，将该存储区域中的用户数据包添加UDP报头得到UDP数据包，并传输至T‑Box，在传输完成后解锁存储区域。本发明中整车通信数据的采集过程以及传输过程为异步进行，通过在网关设置存储区域实现对整车网络中全部数据的收集，通过用以太网总线代替CAN总线来增大传输带宽，从而可传输全部的整车通信数据。

Description

一种数据传输方法及装置
技术领域
本发明涉及整车通信技术领域，更具体的说，涉及一种数据传输方法及装置。
背景技术
参见图1所示的现有整车网络架构示意图，网关(Gateway)连接整车CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)网络，接收整车通信数据，并将整车通信数据通过CAN-BUS(CAN总线技术)传输至T-Box(Telematics BOX，远程信息处理器)，T-Box接收和记录整车通信数据，并将整车通信数据上传至云端服务器，使云端服务器能够对整车通信数据进行读取、分析和使用。
随着客户对整车舒适性、安全性等要求的提高，整车通信数据量随之增加。然而，现有的数据传输总线，即CAN总线的带宽较小，最大带宽为1Mbps，实际能够使用带宽仅为500Kbps，受CAN总线带宽限制，网关不能实时将全部的整车通信数据转发至T-Box，每次只能转发整车通信数据中的一部分数据至T-Box。与此同时，整车上又增加了新的总线通信技术，如CANFD(FlexibleData Rate CAN)、以太网(Ethernet)等总线通信技术，CANFD一秒钟的数据量为2M Bits，以太网一秒钟的数据量为100M bits，这在一定程度上又进一步增加了整车通信数据量。
然而，整车通信数据是整车厂分析整车性能，了解客户驾驶需求的重要信息来源，因此，如何增大整车通信数据的传输量成为了本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明公开一种数据传输方法及装置，以实现整车通信数据的采集过程以及整车通信数据的传输过程异步进行，通过在网关设置存储区域实现对整车网络中全部数据的收集，通过用以太网总线代替CAN总线来增大传输的带宽，从而在网关和T-Box无故障的情况下，可以传输全部的整车通信数据。
一种数据传输方法，应用于网关，所述网关与T-Box之间通过以太网总线连接，该方法包括：
接收整车通信数据；
对所述整车通信数据进行处理得到X个用户数据单元，每一个所述用户数据单元对应一条整车通信数据报文，X为正整数；
以所述用户数据单元为单位，按照预设打包规则，将X个所述用户数据单元存储至预先设置的N块存储区域，其中，每块所述存储区域内预留用户数据包头的存放空间，所述预设打包规则为：在当前存储区域已存储M个所述用户数据单元，且剩余空间不足以存放第M+1个所述用户数据单元时，根据已存储的M个所述用户数据单元得到用户数据包头，将得到的所述用户数据包头与已存入的M个所述用户数据单元进行打包得到用户数据包，并设置所述当前存储区域为存满状态，继续将第M+1个所述用户数据单元及剩余未存储的所述用户数据单元按照所述预设打包规则存储至所述当前存储区域的下一个存储区域，其中，N和M均为正整数，一个所述用户数据包占用一块所述存储区域；
判断是否达到预先设置的数据发送时间；
如果是，则按照所述存储区域的编号的先后顺序，依次检测每块存储区域是否存满，并在检测到已存满的存储区域时，锁定所述已存满的存储区域；
对所述已存满的存储区域中的用户数据包添加UDP报头得到UDP数据包，将所述UPD数据包使用UDP传输协议传输至所述T-Box，并在传输完成后解锁所述已存满的存储区域。
可选的，所述用户数据包包括：所述用户数据包头和M个所述用户数据单元；
所述用户数据包头包括：头部Header、总长度Total Length、系统时间SystemTime，所述头部Header为固定值，所述总长度Total Length为所述系统时间System Time与M个所述用户数据单元占用的总字节数，所述系统时间SystemTime为接收当前存储区域存储的第一个用户数据单元所对应的整车通信数据报文的网关系统时间；
每个所述用户数据单元包括：系统时间差dT、唯一编码ID、长度Len和数据Data；
所述dT表示接收当前存储区域中存储的任意一个用户数据单元所对应的整车通信数据报文的网关系统时间与所述系统时间System Time的差值；
所述ID表示所述用户数据单元对应的整车通信数据报文的唯一编码；
所述Len表示所述用户数据单元对应的整车通信数据报文的长度；
所述Data表示所述用户数据单元对应的整车通信数据报文。
可选的，所述按照所述存储区域的编号的先后顺序，依次检测每块存储区域是否存满，并在检测到已存满的存储区域时，锁定所述已存满的存储区域，还包括：
当检测到第NL个存储区域时，如果所述第NL个存储区域以及所述第NL个存储区域之前的存储区域都存满时，则锁定所述第NL个存储区域以及所述第NL个存储区域以前的存满存储区域，其中，NL为所述网关每次向所述T-Box发送所述UDP数据包的最多数量，NL<N；
将锁定的已存满存储区域中存储的用户数据包添加UDP报头后得到的UDP数据包传输至所述T-Box，并退出对所述第NL个存储区域的后续存储区域的检测。
可选的，还包括：
在依次检测每块存储区域是否存满的过程中，如果所述第NL个存储区域之前的存储区域存在未存满的存储区域时，则退出对所述未存满的存储区域的后续存储区域的检测。
可选的，还包括：
当再次达到所述数据发送时间时，从所述第NL个存储区域之前的所述未存满的存储区域开始，依次检测每块存储区域是否存满，后续最多检测所述未存满的存储区域及所述未存满的存储区域后面的NL个存储区域，若在检测过程中检测到第N个存储区域已存满，则从第一个存储区域开始重新进行检测。
可选的，N和NL的取值逻辑如下：
根据整车网络总线类型、每种整车网络总线类型通道的通道数量、每种整车网络总线类型通道的通信速率以及所述预先设置的数据发送时间，确定在所述预先设置的数据发送时间内的最大整车通信数据量；
基于所述最大整车通信数据量，确定所述网关传输至所述T-Box的目标整车通信数据量；
根据预设冗余倍数和所述目标整车通信数据量，确定所述网关所需的存储空间，并对所述存储空间以及每块所述存储区域的最大值求商，将计算得到的商值加1，得到N的取值；
根据所述目标整车通信数据量和每块所述存储区域的最大值，确定整车网络总线均满负载时所述存储区域的数量，并将所述存储区域的数量和平均负载最高的整车网络总线负载的乘积，取整数后加1，得到NL的取值。
一种数据传输装置，应用于网关，所述网关与T-Box之间通过以太网总线连接，该装置包括：
接收单元，用于接收整车通信数据；
数据处理单元，用于对所述整车通信数据进行处理得到X个用户数据单元，每一个所述用户数据单元对应一条整车通信数据报文，X为正整数；
存储单元，用于以所述用户数据单元为单位，按照预设打包规则，将X个所述用户数据单元存储至预先设置的N块存储区域，其中，每块所述存储区域内预留用户数据包头的存放空间，所述预设打包规则为：在当前存储区域已存储M个所述用户数据单元，且剩余空间不足以存放第M+1个所述用户数据单元时，根据已存储的M个所述用户数据单元得到用户数据包头，将得到的所述用户数据包头与已存入的M个所述用户数据单元进行打包得到用户数据包，并设置所述当前存储区域为存满状态，继续将第M+1个所述用户数据单元及剩余未存储的所述用户数据单元按照所述预设打包规则存储至所述当前存储区域的下一个存储区域，其中，N和M均为正整数，一个所述用户数据包占用一块所述存储区域；
判断单元，用于判断是否达到预先设置的数据发送时间；
检测单元，用于在所述判断单元判断为是的情况下，按照所述存储区域的编号的先后顺序，依次检测每块存储区域是否存满，并在检测到已存满的存储区域时，锁定所述已存满的存储区域；
数据传输单元，用于对所述已存满的存储区域中的用户数据包添加UDP报头得到UDP数据包，将所述UPD数据包使用UDP传输协议传输至所述T-Box，并在传输完成后解锁所述已存满的存储区域。
可选的，所述检测单元还用于：
当检测到第NL个存储区域时，如果所述第NL个存储区域以及所述第NL个存储区域之前的存储区域都存满时，则锁定所述第NL个存储区域以及所述第NL个存储区域以前的存满存储区域，其中，NL为所述网关每次向所述T-Box发送所述UDP数据包的最多数量，NL<N；
将锁定的已存满存储区域中存储的用户数据包添加UDP报头后得到的UDP数据包传输至所述T-Box，并退出对所述第NL个存储区域的后续存储区域的检测。
可选的，所述检测单元还用于：
在依次检测每块存储区域是否存满的过程中，如果所述第NL个存储区域之前的存储区域存在未存满的存储区域时，则退出对所述未存满的存储区域的后续存储区域的检测。
可选的，所述检测单元还用于：
当再次达到所述数据发送时间时，从所述第NL个存储区域之前的所述未存满的存储区域开始，依次检测每块存储区域是否存满，后续最多检测所述未存满的存储区域及所述未存满的存储区域后面的NL个存储区域，若在检测过程中检测到第N个存储区域已存满，则从第一个存储区域开始重新进行检测。
从上述的技术方案可知，本发明公开了一种数据传输方法及装置，通过在网关和T-Box之间设置以太网总线来增大传输带宽，网关预先设置了N块存储区域，网关在接收整车通信数据后，对整车通信数据进行处理得到X个用户数据单元，每一个用户数据单元对应一条整车通信数据报文，以用户数据单元为单位，按照预设打包规则，将X个用户数据单元存储至N块存储区域，在当前存储区域已存储M个用户数据单元，且剩余空间不足以存放第M+1个用户数据单元时，根据已存储的M个用户数据单元得到用户数据包头，将得到的用户数据包头与已存入的M个用户数据单元进行打包得到用户数据包，并设置当前存储区域为存满状态，继续将第M+1个用户数据单元及剩余未存储的用户数据单元按照预设打包规则存储至当前存储区域的下一个存储区域，在到达数据发送时间后，按照存储区域的编号的先后顺序，依次检测每块存储区域是否存满，并在检测到已存满的存储区域时，锁定已存满的存储区域，对已存满的存储区域中的用户数据包添加UDP报头得到UDP数据包(UDP的英文全称为：User DatagramProtocol，中文解释为：用户数据报协议)，将UPD数据包使用UDP传输协议传输至T-Box，并在传输完成后解锁已存满的存储区域。由此可以看出，本发明中整车通信数据的采集过程以及整车通信数据的传输过程是异步进行的，通过在网关设置存储区域实现对整车网络中全部数据的收集，通过用以太网总线代替CAN总线来增大传输的带宽，从而在网关和T-Box无故障的情况下，可以传输全部的整车通信数据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据公开的附图获得其他的附图。
图1为现有整车网络架构示意图；
图2为本发明实施例公开的一种整车网络架构示意图；
图3为本发明实施例公开的一种数据传输方法流程图；
图4为本发明实施例公开的一种UDP传输协议传输的UDP数据包的格式的示意图；
图5为本发明实施例公开的一种数据传输装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种数据传输方法及装置，通过在网关和T-Box之间设置以太网总线来增大传输带宽，网关预先设置了N块存储区域，网关在接收整车通信数据后，进行处理得到X个用户数据单元，每一个用户数据单元对应一条整车通信数据报文，以用户数据单元为单位，按照预设打包规则，将X个用户数据单元存储至N块存储区域，在当前存储区域已存储M个用户数据单元，且剩余空间不足以存放第M+1个用户数据单元时，根据已存储的M个用户数据单元得到用户数据包头，将得到的用户数据包头与已存入的M个用户数据单元进行打包得到用户数据包，并设置当前存储区域为存满状态，继续将第M+1个用户数据单元及剩余未存储的用户数据单元按照预设打包规则存储至当前存储区域的下一个存储区域，在到达数据发送时间后，按照存储区域的编号的先后顺序，依次检测每块存储区域是否存满，并在检测到已存满的存储区域时，锁定已存满的存储区域，对已存满的存储区域中的用户数据包添加UDP报头得到UDP数据包，将UPD数据包使用UDP传输协议传输至T-Box，并在传输完成后解锁已存满的存储区域。由此可以看出，本发明中整车通信数据的采集过程以及整车通信数据的传输过程是异步进行的，通过在网关设置存储区域实现对整车网络中全部数据的收集，通过用以太网总线代替CAN总线来增大传输的带宽，从而在网关和T-Box无故障的情况下，可以传输全部的整车通信数据。
参见图2，本发明一实施例公开的一种整车网络架构示意图，整车网络架构包括：网关11、整车CAN网络12、整车CANFD网络13、整车以太网网络14和T-Box15，网关11和整车CAN网络12之间通过CAN总线连接，网关11和整车CANFD网络13之间通过CANFD总线连接，网关11和整车以太网网络14之间通过以太网总线连接，网关11和T-Box15之间通过以太网总线连接。
参见图3，本发明一实施例公开的一种数据传输方法流程图，该方法应用于图2所示实施例中的网关11，该方法包括步骤：
步骤S101、接收整车通信数据。
具体的，网关11分别通过CAN总线和CANFD总线接收整车通信数据。
需要说明的是，本实施例中网关11主要用于整车CAN网络12中CAN报文数据和整车CANFD网络13中CANFD报文数据的接收与发送，不用于整车以太网网络14中以太网数据的转发，这是因为整车通信数据主要为：CAN报文数据和CANFD报文数据。由于整车以太网网络14中的以太网数据可直接通过交换机转发至T-Box15，因此为减少网关11和T-Box15之间的数据传输量，以太网数据可以优先通过交换机转发至T-Box15，而不是通过网关11转发至T-Box15。
步骤S102、对整车通信数据进行处理得到X个用户数据单元。
其中，每一个用户数据单元对应一条整车通信数据报文，X为正整数。
步骤S103、以用户数据单元为单位，按照预设打包规则，将X个用户数据单元存储至预先设置的N块存储区域。
其中，每块存储区域内预留用户数据包头的存放空间。
需要说明的是，每个用户数据包头所占用的存放空间是相同的。
预设打包规则为：在当前存储区域已存储M个用户数据单元，且剩余空间不足以存放第M+1个用户数据单元时，根据已存储的M个用户数据单元得到用户数据包头，将得到的用户数据包头与已存入的M个用户数据单元进行打包得到用户数据包，并设置当前存储区域为存满状态，继续将第M+1个用户数据单元及剩余未存储的用户数据单元按照预设打包规则存储至当前存储区域的下一个存储区域。
N和M均为正整数，一个用户数据包占用一块存储区域，一个用户数据包的长度≤1460字节，一块存储区域的容量≤1460字节。
举例说明，将用户数据单元存储至存储区域的过程，如下：
网关11预先设置N块存储区域，分别为：Buf1、Buf2…BufN，每块存储区域内预留用户数据包头的存放空间，N为正整数。网关11将接收的用户数据单元首先存储至第一块存储区域Buf1，当第一块存储区域Buf1已存储M个用户数据单元，且第一块存储区域Buf1的剩余空间不足以存放第M+1个用户数据单元时，根据已存储的M个用户数据单元得到用户数据包头，将得到的用户数据包头与已存入的M个用户数据单元进行打包得到用户数据包，并设置当前存储区域为存满状态，在第一块存储区域Buf1存满后，再将剩余未存储的用户数据单元按照预设打包规则存储至第二块存储区域Buf2，第二块存储区域Buf2存满后，再将剩余未存储的用户数据单元按照预设打包规则存储至第三块存储区域Buf3，以此类推，直至第N块存储区域BufN存满后，再从第一块存储区域Buf1存储用户数据单元。
步骤S104、判断是否达到预先设置的数据发送时间，如果是，则执行步骤S105。
需要说明的是，在实际应用中，网关11设置了数据发送时间，每次数据发送时间到达时，网关11会启动数据发送流程。反之，当数据发送时间未达到时，则不启动数据发送流程。
步骤S105、则按照存储区域的编号的先后顺序，依次检测每块存储区域是否存满，并在检测到已存满的存储区域时，锁定已存满的存储区域。
步骤S106、对已存满的存储区域中的用户数据包添加UDP报头得到UDP数据包，将UPD数据包使用UDP传输协议传输至T-Box，并在传输完成后解锁已存满的存储区域。
具体的，当达到网关11预先设置的数据发送时间时，也即T计时器溢出时，0ms≤T≤25ms，T为数据传输调度周期，优选10ms，网关11最开始判断第一块存储区域Buf1是否存满，如果存满，则锁定第一块存储区域Buf1，对第一块存储区域Buf1中存储的用户数据包添加UDP报头所得到的UDP数据包，使用UDP协议传输给T-Box15，并在发送完成后解锁第一块存储区域Buf1。
然后网关11判断第二块存储区域Buf2是否存满，如果存满，则锁定第二块存储区域Buf2，对第二块存储区域Buf2中存储的用户数据包添加UDP报头所得到的UDP数据包，使用UDP协议传输给T-Box15，并在发送完成后解锁第二块存储区域Buf2，以此类推，直至检测完所有的存储区域。
需要说明的是，上述实施例中，用户数据包包括：用户数据包头和M个用户数据单元。
具体的，参见图4所示UDP传输协议传输的UDP数据包的格式示意图，UDP数据包包括：UDP报头和用户数据包Payload。
用户数据包Payload包括：用户数据包头和M个用户数据单元D Data。
用户数据包头包括：头部Header、总长度TotalLength、系统时间SystemTime。
具体的，Header，两个字节，为固定值0x4852，以motorola格式填充在Payload中。其中，motorola格式为数据表示格式，对于大于一个字节的数据，高字节放在低地址，低字节放在高地址。如0x4852，0x48放在Payload的第一个字节，0x52放在Payload的第二个字节。
TotalLength，两个字节，以motorola格式填充在Payload中，表示系统时间SystemTime与M个用户数据单元占用的总字节数。举例说明，System Time占用4个字节，假设整车通信数据有900个字节，则Total Length为904个字节。
SystemTime(系统时间)，四个字节，以motorola格式填充在Payload中，表示接收当前存储区域存储的第一个用户数据单元所对应的整车通信数据报文的网关系统时间。网关每次唤醒完成初始化后，网关系统时间为0，时间精度为0.1ms。
用户数据单元DData N包括：系统时间差dT、唯一编码ID、长度Len和数据Data。
dT，一个字节，表示接收当前存储区域中存储的任意一个用户数据单元所对应的整车通信数据报文的网关系统时间与系统时间SystemTime的差值，时间精度为0.1ms。
假设一个用户数据包中存放了10个用户数据单元，m1,m2…m10，这10个用户数据单元所对应的整车通信数据报文在接收时，网关系统时间分别为Ts1，Ts2…Ts10；则该用户数据包中Sysem Time为Ts1，第一个用户数据包对应的dT为0，第二个用户数据包对应的dT＝Ts2–Ts1，第三个用户数据包对应的dT＝Ts3-Ts1……第十个用户数据包对应的dT＝Ts10-Ts1。因为每个用户数据包对应的整车通信数据报文都是独立发送的，每个整车通信数据报文到达接收端时，被接收端处理的先后顺序和整车通信数据报文发送的顺序可能不一样。根据System Time和dT，接收端能够将所接收的报文，根据每个报文的接收时间先后顺序和时间间隔信息展现出来，以便进行整车实际情况的分析。
ID，两个字节，共16bits，以motorola格式填充在Payload中，表示用户数据单元对应的整车通信数据报文的唯一编码。最高5个bits表示整车通信数据报文的通道编号，也即CAN/CANFD报文的CanID，最低11个bits表示网络信息的标识。
Len，一个字节，表示用户数据单元对应的整车通信数据报文的长度，单位为字节。
Data，表示用户数据单元对应的整车通信数据报文。
相应的，上述步骤S102、对整车通信数据进行处理得到X个用户数据单元，对整车通信数据的处理过程即为对整车通信数据报文Data添加dT、ID、Len以构成用户数据单元，用户数据单元具体构成见图4：D Data1～D DataM。
综上可知，本发明公开了一种数据传输方法，通过在网关11和T-Box15之间设置以太网总线来增大传输带宽，网关预先设置了N块存储区域，网关11在接收整车通信数据后，进行处理得到X个用户数据单元，每一个用户数据单元对应一条整车通信数据报文，以用户数据单元为单位，按照预设打包规则，将X个用户数据单元存储至N块存储区域，在当前存储区域已存储M个用户数据单元，且剩余空间不足以存放第M+1个用户数据单元时，根据已存储的M个用户数据单元得到用户数据包头，将得到的用户数据包头与已存入的M个用户数据单元进行打包得到用户数据包，并设置当前存储区域为存满状态，继续将第M+1个用户数据单元及剩余未存储的用户数据单元按照预设打包规则存储至当前存储区域的下一个存储区域，在到达数据发送时间后，按照存储区域的编号的先后顺序，依次检测每块存储区域是否存满，并在检测到已存满的存储区域时，锁定已存满的存储区域，对已存满的存储区域中的用户数据包添加UDP报头得到UDP数据包，将UPD数据包使用UDP传输协议传输至T-Box，并在传输完成后解锁已存满的存储区域。由此可以看出，本发明中整车通信数据的采集过程以及整车通信数据的传输过程是异步进行的，通过在网关11设置存储区域实现对整车网络中全部数据的收集，通过用以太网总线代替CAN总线来增大传输的带宽，从而在网关11和T-Box15无故障的情况下，可以传输全部的整车通信数据。
另外，由于本发明增加了数据传输带宽，因此可适应整车新的总线通信技术，如CANFD、以太网等总线通信技术。同时系统扩展性好，从而能够适应客户对整车网络可扩展性的需求。
进一步，本发明充分利用网关11的存储资源，从而无需增加额外的存储设备，在保证整车性能和可靠性的前提下，节约了成本。
为实现网关11和T-Box15之间的以太网总线负载均衡可控，本发明对网关11每次向T-Box15发送UDP数据包的最多数量NL，以及网关中设置的存储区域的块数N的取值进行了说明，NL<N，具体如下：
在实际应用中，可通过灵活调节参数T和NL，来调节网关11和T-Box15的系统负载状态，以及调节网关11和T-Box15之间的以太网总线负载状态。其中，T和NL越小，负载越均衡，但丢帧的可能性越大；T和NL越大，对负载均衡调节的效果越差，但丢帧可能性相对变小。
其中，T和NL设定完成后，不可以在数据传输过程中调节大小，但是在车辆量产之前，可以改变这两个值，使其和车辆车型达到最佳匹配效果。
针对通过灵活调节参数T和NL，来调节网关11和T-Box15的系统负载状态进行举例说明：比如北京的交通，早上7点至9点为早高峰，晚5点至7点为晚高峰；这是由于上班族集中在这两个时间段出行导致。针对该示例，相当于将T设置为12小时，NL无限大，在这个12小时内，不限制出行。但如果将T设置为1小时，NL设置为1000辆车，则在一小时内，最多有1000辆车允许出行，那么一天24小时，每个小时最多有1000辆车在街上走，就不会出现早晚高峰。
需要说明的是，本实施例使用NL做负载均衡，每次检测NL个存储区域即可，发送NL个存储区域Buf存储的数据，剩余的下一次继续检测NL个，这样当某个时间段发送较多时可以做到均衡。
当检测到第NL个存储区域时，如果第NL个存储区域BufNL以及第NL个存储区域BufNL之前的存储区域Buf都存满，则锁定第NL个存储区域BufNL以及第NL个存储区域BufNL以前的已存满存储区域Buf，将锁定的已存满存储区域中存储的用户数据包添加UDP报头后得到的UDP数据包传输至T-Box15，并退出对第NL个存储区域的后续存储区域Buf的检测。当再次达到数据发送时间时，从第NL个存储区域的下一个存储区域Buf开始检测，并继续检测NL个存储区域Buf。
在依次检测每块存储区域是否存满的过程中，如果在第NL个存储区域BufNL之前存在未存满的存储区域Bufr(1≤r≤NL)，则在检测到存储区域Bufr之后，退出对后续的存储区域Buf的检测。其中，锁定的Buf不能用于存储网关11接收的整车通信数据，当存储的所有的整车通信数据传输完成后，解除Buf的锁定。
当再次达到数据发送时间时，也即T定时器再次溢出时，从第NL个存储区域BufNL之前的未存满的第r个存储区域Bufr开始，依次检测每块存储区域是否存满，后续最多检测第r个存储区域Bufr及其后面的NL个存储区域Buf。若在检测过程中检测到最后一个存储区域，也即第N个存储区域BufN已存满，则返回从第一个存储区域buf1开始重新进行检测。
需要说明的是，如果网关11和T-Box15的连接存在故障导致无法传输整车通信数据，则在连接恢复前，网关11使用如下原则处理接收的整车通信数据：
对接收的整车通信数据进行处理得到用户数据单元，使用预设打包规则存储用户数据单元，如果全部的存储区域Buf都存满，而当前正在传输的整车通信数据未完成发送，则取消当前的发送操作，并解锁当前检测的存储区域Buf，以用于存储接收的最新整车通信数据对应的用户数据单元。
还需要说明的是，本实施例中每块存储区域的最大值为1460个字节，将每块存储区域的最大值设置为1460个字节的原因为：一个IP报文最大传输数据量为1480个字节；一个TCP(Transmission ControlProtocol，传输控制协议)帧的最大传输数据量为1460个字节；一个UDP帧的最大传输数据量为1472个字节。考虑三种传输方式的兼容性，设定每块存储区域的最大值为1460个字节。
较优的，N块存储区域的存储空间大小相等。
需要说明的是，本实施例中N和NL的取值逻辑如下：
根据整车网络总线类型、每种整车网络总线类型通道的通道数量、每种整车网络总线类型通道的通信速率以及预先设置的数据发送时间，确定在预先设置的数据发送时间内的最大整车通信数据量；
基于最大整车通信数据量，确定网关传输至T-Box的目标整车通信数据量；
根据预设冗余倍数和目标整车通信数据量，确定网关所需的存储空间，并对存储空间以及每块存储区域的最大值求商，将计算得到的商值加1，得到N的取值；
根据目标整车通信数据量和每块存储区域的最大值，确定整车网络总线均满负载时存储区域的数量，并将存储区域的数量和平均负载最高的整车网络总线负载的乘积，取整数后加1，得到NL的取值。
具体的，假设整车网络类型包括：CAN和CANFD，整车有C1个CAN通道，C2个CANFD通道。CAN通道的通信速率为S1，CANFD通道的通信速率为S2，数据传输调度周期为T，则在T时间内，最大整车通信数据量为Dr＝T*((C1*S1)+(C2*S2))，网关传输至T-Box的目标整车通信数据量为Du＝(Dr÷(5/6))。
需要说明的是，在用户数据包中，ID，Data以及Len是从CAN/CANFD总线上接收的数据，dT，System time和Header则是网关增加的。其中，CAN/CANFD总线上ID为11个bits，Len为4bits，Data最大为64bytes，一般8bytes。粗略估算，从CAN/CANFD总线上接收的数据占Payload中的总数据量大于5/6。按5/6计算，保持一定的冗余。
网关11所需的存储空间为Buf存＝Du*m，其中，m为冗余倍数，m为大于等于2的正整数。设置冗余倍数的原因为：网关11有时并不能及时将整车通信数据发送至T-Box15，若没有冗余设计，就没有足够的空间接收后续的报文，从而容易导致数据丢失。
N＝(Buf存/1460)+1。
Nh＝(Du/1460)+1，其中，Nh代表整车网络总线均满负载时Buf的数量，在本方案中仅为计算的中间量，不具有实际的功能，NL＝取(平均负载最高的总线负载*Nh)整数+1。
举例说明，假设整车有8路CANFD网络，每路CANFD网络的通信速率为2Mbps，传输调度周期为10ms，m为2，平均负载最高的总线负载70％。则网关11需要传输的数据量为Du＝(0.01*8*2Mbps)÷(5/6)＝25166字节，N＝((25166*2)/1460)+1＝35。Nh＝(25166/1460)+1＝18，NL＝13。设置NL是为负载均衡做考虑，由于整车网络总线有时负载高，报文多；有时负载低，报文少；网关11每次最多发送NL个UDP数据包，因此，设置NL可以使网关11和T-Box15之间通信的总线负载比较均衡。
为进一步优化上述实施例，数据传输方法还可以包括：
当接收到与T-Box15之间禁止通信的UDS(Unified Diagnostic Services，统一诊断服务)请求时，停止与T-Box15之间的通信。
为减少网关11接收的整车通信数据，当网关11接收到UDS请求后，可以不存储与T-Box15停止通信期间接收的整车通信数据。
为进一步优化上述实施例，数据传输方法还可以包括：
接收整车通信数据的缓存，并在存储区域存满后，用最新接收的整车通信数据替换之前存储的数据。
具体的，当由于某些原因，比如ETH(以太网)的LINK(连接)故障或CAN/CANFD总线瞬时负载过高，在这种情况下，网关11用于接收整车通信数据的缓存，并在存储区域存满后，用最新接收的整车通信数据替换之前存储的数据。
需要说明的是，如果在预先设置的数据发送时间内，网关11未接收到任何数据，则网关11不向T-Box15发送UDP数据包。
与上述方法实施例相对应，本发明还公开了一种数据传输装置。
参见图5，本发明一实施例公开的一种数据传输装置的结构示意图，该装置应用于图2所示实施例中的网关11，该装置包括：
接收单元201，用于接收整车通信数据；
具体的，网关11分别通过CAN总线和CANFD总线接收整车通信数据。
需要说明的是，本实施例中网关11主要用于整车CAN网络12中CAN报文数据和整车CANFD网络13中CANFD报文数据的接收与发送，不用于整车以太网网络14中以太网数据的转发，这是因为整车通信数据主要为：CAN报文数据和CANFD报文数据。由于整车以太网网络14中的以太网数据可直接通过交换机转发至T-Box15，因此为减少网关11和T-Box15之间的数据传输量，以太网数据可以优先通过交换机转发至T-Box15，而不是通过网关11转发至T-Box15。
数据处理单元202，用于对整车通信数据进行处理得到X个用户数据单元，每一个用户数据单元对应一条整车通信数据报文，X为正整数；
存储单元203，用于以用户数据单元为单位，按照预设打包规则，将X个用户数据单元存储至预先设置的N块存储区域；
其中，每块存储区域内预留用户数据包头的存放空间。
需要说明的是，每个用户数据包头所占用的存放空间是相同的。
预设打包规则为：在当前存储区域已存储M个用户数据单元，且剩余空间不足以存放第M+1个用户数据单元时，根据已存储的M个用户数据单元得到用户数据包头，将得到的用户数据包头与已存入的M个用户数据单元进行打包得到用户数据包，并设置当前存储区域为存满状态，继续将第M+1个用户数据单元及剩余未存储的用户数据单元按照预设打包规则存储至当前存储区域的下一个存储区域。
N和M均为正整数，一个用户数据包占用一块存储区域，一个用户数据包的长度≤1460字节，一块存储区域的容量≤1460字节。
判断单元204，用于判断是否达到预先设置的数据发送时间；
需要说明的是，在实际应用中，网关11设置了数据发送时间，每次数据发送时间到达时，网关11会启动数据发送流程。反之，当数据发送时间未达到时，则不启动数据发送流程。
检测单元205，用于在判断单元204判断为是的情况下，按照存储区域的编号的先后顺序，依次检测每块存储区域是否存满，并在检测到已存满的存储区域时，锁定已存满的存储区域；
数据传输单元206，用于对已存满的存储区域中的用户数据包添加UDP报头得到UDP数据包，将UPD数据包使用UDP传输协议传输至T-Box，并在传输完成后解锁已存满的存储区域。
具体的，当达到网关11预先设置的数据发送时间时，也即T计时器溢出时，0ms≤T≤25ms，T为数据传输调度周期，优选10ms，网关11最开始判断第一块存储区域Buf1是否存满，如果存满，则锁定第一块存储区域Buf1，对第一块存储区域Buf1中存储的用户数据包添加UDP报头所得到的UDP数据包，使用UDP协议传输给T-Box15，并在发送完成后解锁第一块存储区域Buf1。
然后网关11判断第二块存储区域Buf2是否存满，如果存满，则锁定第二块存储区域Buf2，对第二块存储区域Buf2中存储的用户数据包添加UDP报头所得到的UDP数据包，使用UDP协议传输给T-Box15，并在发送完成后解锁第二块存储区域Buf2，以此类推，直至检测完所有的存储区域。
需要说明的是，用户数据包的组成可参见图4以及方法实施例对应部分，此处不再赘述。
综上可知，本发明公开了一种数据传输装置，通过在网关11和T-Box15之间设置以太网总线来增大传输带宽，网关预先设置了N块存储区域，网关11在接收整车通信数据后，进行处理得到X个用户数据单元，每一个用户数据单元对应一条整车通信数据报文，以用户数据单元为单位，按照预设打包规则，将X个用户数据单元存储至N块存储区域，在当前存储区域已存储M个用户数据单元，且剩余空间不足以存放第M+1个用户数据单元时，根据已存储的M个用户数据单元得到用户数据包头，将得到的用户数据包头与已存入的M个用户数据单元进行打包得到用户数据包，并设置当前存储区域为存满状态，继续将第M+1个用户数据单元及剩余未存储的用户数据单元按照预设打包规则存储至当前存储区域的下一个存储区域，在到达数据发送时间后，按照存储区域的编号的先后顺序，依次检测每块存储区域是否存满，并在检测到已存满的存储区域时，锁定已存满的存储区域，对已存满的存储区域中的用户数据包添加UDP报头得到UDP数据包，将UPD数据包使用UDP传输协议传输至T-Box，并在传输完成后解锁已存满的存储区域。由此可以看出，本发明中整车通信数据的采集过程以及整车通信数据的传输过程是异步进行的，通过在网关11设置存储区域实现对整车网络中全部数据的收集，通过用以太网总线代替CAN总线来增大传输的带宽，从而在网关11和T-Box15无故障的情况下，可以传输全部的整车通信数据。
另外，由于本发明增加了数据传输带宽，因此可适应整车新的总线通信技术，如CANFD、以太网等总线通信技术。同时系统扩展性好，从而能够适应客户对整车网络可扩展性的需求。
进一步，本发明充分利用网关11的存储资源，从而无需增加外的存储设备，在保证整车性能和可靠性的前提下，节约了成本。
为实现网关11和T-Box15之间的以太网总线负载均衡可控，本发明对网关11每次向T-Box15发送UDP数据包的最多数量NL，以及网关中设置的存储区域的块数N的取值进行了说明，具体如下：
在实际应用中，可通过灵活调节参数T和NL，来调节网关11和T-Box15的系统负载状态，以及调节网关11和T-Box15之间的以太网总线负载状态。其中，T和NL越小，负载越均衡，但丢帧的可能性越大；T和NL越大，对负载均衡调节的效果越差，但丢帧可能性相对变小。
其中，T和NL设定完成后，不可以在数据传输过程中调节大小，但是在车辆量产之前，可以改变这两个值，使其和车辆车型达到最佳匹配效果。
需要说明的是，本实施例使用NL做负载均衡，每次检测到第NL个存储区域BufNL即可，发送NL个存储区域Buf存储的数据，剩余的下一次继续检测NL个，这样当某个时间段发送较多时可以做到均衡。
为进一步优化上述实施例，检测单元205还可以用于：
当检测到第NL个存储区域时，如果第NL个存储区域以及第NL个存储区域之前的存储区域都存满时，则锁定第NL个存储区域以及第NL个存储区域以前的存满存储区域，其中，NL为网关每次向T-Box发送UDP数据包的最多数量，NL<N；
将锁定的已存满存储区域中存储的用户数据包添加UDP报头后得到的UDP数据包传输至T-Box，并退出对第NL个存储区域的后续存储区域的检测。
为进一步优化上述实施例，检测单元205还可以用于：
在依次检测每块存储区域是否存满的过程中，如果第NL个存储区域之前的存储区域存在未存满的存储区域时，则退出对未存满的存储区域的后续存储区域的检测。
为进一步优化上述实施例，检测单元205还可以用于：
当再次达到数据发送时间时，从第NL个存储区域之前的未存满的存储区域开始，依次检测每块存储区域是否存满，后续最多检测未存满的存储区域及未存满的存储区域后面的NL个存储区域，若在检测过程中检测到第N个存储区域已存满，则从第一个存储区域开始重新进行检测。
需要特别说明的是，装置实施例中，各组成部分的具体工作原理，请参见方法实施例对应部分，此处不再赘述。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种数据传输方法，其特征在于，应用于网关，所述网关与T-Box之间通过以太网总线连接，该方法包括：
接收整车通信数据；
对所述整车通信数据进行处理得到X个用户数据单元，每一个所述用户数据单元对应一条整车通信数据报文，X为正整数；
以所述用户数据单元为单位，按照预设打包规则，将X个所述用户数据单元按照存储区域顺序存储至预先设置的N块存储区域，其中，每块所述存储区域内预留用户数据包头的存放空间，所述预设打包规则为：在当前存储区域已存储M个所述用户数据单元，且剩余空间不足以存放第M+1个所述用户数据单元时，根据已存储的M个所述用户数据单元得到用户数据包头，将得到的所述用户数据包头与已存入的M个所述用户数据单元进行打包得到用户数据包，并设置所述当前存储区域为存满状态，继续将第M+1个所述用户数据单元及剩余未存储的所述用户数据单元按照所述预设打包规则存储至所述当前存储区域的下一个存储区域，以此类推，直至第N块存储区域存满后，再从第一块存储区域存储用户数据单元，其中，N和M均为正整数，一个所述用户数据包占用一块所述存储区域；
判断是否达到预先设置的数据发送时间；
如果是，则按照所述存储区域的编号的先后顺序，依次检测每块存储区域是否存满，并在检测到已存满的存储区域时，锁定所述已存满的存储区域；
在依次检测每块存储区域是否存满的过程中，如果所述N块存储区域中第NL个存储区域之前的存储区域存在未存满的存储区域时，则退出对所述未存满的存储区域的后续存储区域的检测，其中，NL为所述网关每次向所述T-Box发送UDP数据包的最多数量，NL<N；
对所述已存满的存储区域中的用户数据包添加UDP报头得到UDP数据包，将所述UDP数据包使用UDP传输协议传输至所述T-Box，并在传输完成后解锁所述已存满的存储区域。
2.根据权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，所述用户数据包包括：所述用户数据包头和M个所述用户数据单元；
所述用户数据包头包括：头部Header、总长度Total Length、系统时间System Time，所述头部Header为固定值，所述总长度Total Length为所述系统时间System Time与M个所述用户数据单元占用的总字节数，所述系统时间System Time为接收当前存储区域存储的第一个用户数据单元所对应的整车通信数据报文的网关系统时间；
每个所述用户数据单元包括：系统时间差dT、唯一编码ID、长度Len和数据Data；
所述dT表示接收当前存储区域中存储的任意一个用户数据单元所对应的整车通信数据报文的网关系统时间与所述系统时间System Time的差值；
所述ID表示所述用户数据单元对应的整车通信数据报文的唯一编码；
所述Len表示所述用户数据单元对应的整车通信数据报文的长度；
所述Data表示所述用户数据单元对应的整车通信数据报文。
3.根据权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，所述按照所述存储区域的编号的先后顺序，依次检测每块存储区域是否存满，并在检测到已存满的存储区域时，锁定所述已存满的存储区域，还包括：
当检测到所述第NL个存储区域时，如果所述第NL个存储区域以及所述第NL个存储区域之前的存储区域都存满时，则锁定所述第NL个存储区域以及所述第NL个存储区域以前的存满存储区域；
将锁定的已存满存储区域中存储的用户数据包添加UDP报头后得到的UDP数据包传输至所述T-Box，并退出对所述第NL个存储区域的后续存储区域的检测。
4.根据权利要求3所述的数据传输方法，其特征在于，还包括：
当再次达到所述数据发送时间时，从所述第NL个存储区域之前的所述未存满的存储区域开始，依次检测每块存储区域是否存满，后续最多检测所述未存满的存储区域及所述未存满的存储区域后面的NL个存储区域，若在检测过程中检测到第N个存储区域已存满，则从第一个存储区域开始重新进行检测。
5.根据权利要求3所述的数据传输方法，其特征在于，N和NL的取值逻辑如下：
根据整车网络总线类型、每种整车网络总线类型通道的通道数量、每种整车网络总线类型通道的通信速率以及所述预先设置的数据发送时间，确定在所述预先设置的数据发送时间内的最大整车通信数据量；
基于所述最大整车通信数据量，确定所述网关传输至所述T-Box的目标整车通信数据量；
根据预设冗余倍数和所述目标整车通信数据量，确定所述网关所需的存储空间，并对所述存储空间以及每块所述存储区域的最大值求商，将计算得到的商值加1，得到N的取值；
根据所述目标整车通信数据量和每块所述存储区域的最大值，确定整车网络总线均满负载时所述存储区域的数量，并将所述存储区域的数量和平均负载最高的整车网络总线负载的乘积，取整数后加1，得到NL的取值。
6.一种数据传输装置，其特征在于，应用于网关，所述网关与T-Box之间通过以太网总线连接，该装置包括：
接收单元，用于接收整车通信数据；
数据处理单元，用于对所述整车通信数据进行处理得到X个用户数据单元，每一个所述用户数据单元对应一条整车通信数据报文，X为正整数；
存储单元，用于以所述用户数据单元为单位，按照预设打包规则，将X个所述用户数据单元存储至预先设置的N块存储区域，其中，每块所述存储区域内预留用户数据包头的存放空间，所述预设打包规则为：在当前存储区域已存储M个所述用户数据单元，且剩余空间不足以存放第M+1个所述用户数据单元时，根据已存储的M个所述用户数据单元得到用户数据包头，将得到的所述用户数据包头与已存入的M个所述用户数据单元进行打包得到用户数据包，并设置所述当前存储区域为存满状态，继续将第M+1个所述用户数据单元及剩余未存储的所述用户数据单元按照所述预设打包规则存储至所述当前存储区域的下一个存储区域，其中，N和M均为正整数，一个所述用户数据包占用一块所述存储区域；
判断单元，用于判断是否达到预先设置的数据发送时间；
检测单元，用于在所述判断单元判断为是的情况下，按照所述存储区域的编号的先后顺序，依次检测每块存储区域是否存满，并在检测到已存满的存储区域时，锁定所述已存满的存储区域；在依次检测每块存储区域是否存满的过程中，如果所述N块存储区域中第NL个存储区域之前的存储区域存在未存满的存储区域时，则退出对所述未存满的存储区域的后续存储区域的检测，其中，NL为所述网关每次向所述T-Box发送UDP数据包的最多数量，NL<N；
数据传输单元，用于对所述已存满的存储区域中的用户数据包添加UDP报头得到UDP数据包，将所述UDP数据包使用UDP传输协议传输至所述T-Box，并在传输完成后解锁所述已存满的存储区域。
7.根据权利要求6所述的数据传输装置，其特征在于，所述检测单元还用于：
当检测到所述第NL个存储区域时，如果所述第NL个存储区域以及所述第NL个存储区域之前的存储区域都存满时，则锁定所述第NL个存储区域以及所述第NL个存储区域以前的存满存储区域；
将锁定的已存满存储区域中存储的用户数据包添加UDP报头后得到的UDP数据包传输至所述T-Box，并退出对所述第NL个存储区域的后续存储区域的检测。
8.根据权利要求7所述的数据传输装置，其特征在于，所述检测单元还用于：
当再次达到所述数据发送时间时，从所述第NL个存储区域之前的所述未存满的存储区域开始，依次检测每块存储区域是否存满，后续最多检测所述未存满的存储区域及所述未存满的存储区域后面的NL个存储区域，若在检测过程中检测到第N个存储区域已存满，则从第一个存储区域开始重新进行检测。
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