CN111786844A

CN111786844A - 一种减小以太网avb通信延时的方法

Info

Publication number: CN111786844A
Application number: CN201910273219.1A
Authority: CN
Inventors: 徐晓林; 秦宗光
Original assignee: Zhengzhou Yutong Bus Co Ltd
Current assignee: Zhengzhou Yutong Bus Co Ltd
Priority date: 2019-04-04
Filing date: 2019-04-04
Publication date: 2020-10-16

Abstract

本发明涉及一种减小以太网AVB通信延时的方法，包括：测试以太网AVB网络传输过程中存在的通信延时时间，通信延时时间包括智能域控制器内部决策层调用虚拟接口函数发送单个CAN报文的周期、智能域ECU与外部域ECU的CAN报文发送周期、整车域ECU的CAN报文更新周期和外部域ECU发送给智能域ECU的周期中的至少两个；减小存在通信延时时间的通信节点的处理周期。本发明可以有效降低域间以太网AVB通信延时，有利于提升整个网络的传输性能，保证了以太网通信的稳定性及可靠性，并提高了域间通信效率及改善了决策控制的有效性。

Description

一种减小以太网AVB通信延时的方法

技术领域

本发明涉及一种减小以太网AVB通信延时的方法，属于车载网络通信技术领域。

背景技术

以太网音视频桥接技术(Ethernet Audio/VideoBridging,AVB)是对现有以太网功能的扩展，可解决现有车载CAN网络带宽消耗及传输带宽不足的问题，以太网AVB通信通过保障带宽、精准时间同步可建立高质量的以太网络，适用于具有实时性和容错性的应用场景。

以太网AVB通信在实际传输中涉及大量的以太网数据包，在将车辆划分为不同域间通信时，以太网传输数据量巨大(一整包数据多达几千个字节)，且传输速度快。如图1所示，整车控制域、车身管理域和网联域均通过AVB与智能驾驶域进行通信，属于域间通信，可互联互通；智能驾驶域与外部域通过CAN通信，不属于域间通信。其中外部域为前端控制指令下发端，是整体通信的源头，智能驾驶域为中转站，整车控制域和车身管理域为最终后端指令下发端。整车控制域和车身管理域分别直接与执行机构对接，这里执行机构包含转向、制动、驱动以及车身电器车灯、车门等。

在基于AVB协议的基础上，将实际通信层的每包以太网数据中的CAN数据包提取出来供应用层使用，应用层再将有更新变化的CAN数据提取出来供决策层使用。应用层采用实体函数方式实现不同域间的AVB通信，决策层采用虚拟函数的方式实现应用层与决策层仿真模块的虚拟通信，即决策层向应用层循环进行单帧CAN数据的信息传递而不是整包CAN数据的传递，以此简化决策层数据处理的方式。以上通信方式为透明式传输，但是在实际通信过程中还是存在通信延时，延时时间导致整体通信传输效率低，影响决策控制端的控制有效性。

发明内容

本发明的目的是提供一种减小以太网AVB通信延时的方法，以解决目前AVB通信过程中存在通信延时导致传输效率低、影响决策控制端的控制有效性的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种减小以太网AVB通信延时的方法，包括以下步骤：

1)测试以太网AVB网络传输过程中存在的通信延时时间，所述通信延时时间包括智能域控制器内部决策层调用虚拟接口函数发送单个CAN报文的周期、智能域ECU与外部域ECU的CAN报文发送周期、整车域ECU的CAN报文更新周期和外部域ECU发送给智能域ECU的周期中的至少两个；

2)减小存在通信延时时间的通信节点的处理周期。

本发明的有益效果是：对数据在通信网络传输过程中隐含存在的通信延时的通信节点进行通信延时时间测量，在不影响整体通信传输效率的情况下，对存在通信延时时间的通信节点进行处理，以减小延时时间，可以有效降低域间以太网AVB通信延时，有利于提升整个网络的传输性能，保证以太网通信的稳定性及可靠性，并提高域间通信效率及改善决策控制的有效性。

进一步的，为了有效减小通信延时，所述步骤2)中智能域控制器内部决策层调用虚拟接口函数发送单个CAN报文的周期由30ms降为10ms。

进一步的，为了有效减小通信延时，所述步骤2)中智能域ECU与外部域ECU的CAN报文发送周期由50ms降为10ms。

进一步的，为了有效减小通信延时，所述步骤2)中整车域ECU的CAN报文更新周期由50ms降为10ms。

进一步的，为了有效减小通信延时，所述步骤2)中外部域ECU发送给智能域ECU的周期由100ms降为20ms。

进一步的，为了实现通信延时时间测试，所述步骤1)是采用CANOE方式测试延时，测试时将CANOE的两路CAN通信接口分别连接至整车域CAN网络和外部域的CAN网络。

进一步的，为了提高通信延时时间测试的准确性，所述步骤1)中延时时间的测试是以从外部域发出控制指令开始到整车控制域响应其控制指令结束。

附图说明

图1是现有技术以太网AVB通信过程中的不同域间通信拓扑图；

图2是本发明减小以太网AVB通信延时的方法的流程图；

图3是本发明通信延时时间处理前的实验结果图；

图4是本发明通信延时时间处理后的实验结果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

本实施例提供了一种减小以太网AVB通信延时的方法，该方法通过对以太网AVB整体通信过程中的各通信节点的通信延时时间进行测试，查找网络传输过程中存在通信延时的问题点，分析延时时间确定延时节点，并对延时节点处进行时间的合理修正，减小不必要的通信冗余时间，并保证所修正的延时节点不影响整体传输性能，以此提高无人驾驶车辆不同域间的以太网AVB通信效率。具体的，该减小以太网AVB通信延时的方法对应的流程图如图2所示，包括以下步骤：

1)测试以太网AVB网络传输过程中存在的通信延时时间。

其中，在进行通信延时时间测试时，采用总线开发环境(CAN open environment,CANOE)，即以CANOE为测试工具，针对智能驾驶域(简称智能域)与整车控制域(简称整车域)之间的通信延时进行测试。其中，延时时间的测试是以从外部域发出控制指令开始到整车控制域响应其控制指令结束，即测试时间为从外部域发出控制指令到整车控制域响应其控制指令的时间，该时间包含智能驾驶域以CAN通信方式接收外部域控制指令，中转后并以以太网AVB通信方式发送给整车控制域的时间。在实际测试过程中，将CANOE的两路CAN通信接口分别连接至整车域的低压CAN网络(通信波特率为250K)和外部域的CAN网络(通信波特率为500K)。

网络通信延时，车身管理域与网联域也存在通信延时，但对于整车网络通信来说，实时性传输对于整车控制域来说是最严格的，因为整车控制域里包含对车辆的驱动(油门)、制动(刹车)以及转向系统的控制，这要求较高的实时性，以保证出现相关情况时对油门、刹车以及转向等立即动作，以防延时过长导致控制不及时造成严重后果；车身管理域主要包括车灯及车门等，网联域主要包括一些远程信息比如远程控制空调、灯光、站点信息等，对于实时性要求不高，且已有的延时控制已能满足车身管理域及网联域对于控制及信息显示的需求，所以本申请不考虑网联域和车身管理域的通信延时。

在本实施例中，以执行机构为驱动电机为例进行通信延时时间测试，计算通信延时时间为外部域控制器开始周期性发送驱动电机控制报文(标准帧CAN报文)，由智能域控制器以CAN方式接收后再通过以太网AVB方式发送给整车域控制器，整车域ECU(电子控制单元)以AVB形式接收响应后再经过内部处理转换为CAN报文后再以CAN通信方式下发控制指令给驱动电机所需的时间。其中，测试通信延时时间的结果如图3所示。

在通信延时时间测试过程中，如图3所示，信号Vehicle_Shift为CANOE中的DBC文件(数据库容量文件)设置的信号变量名称，是外部域ECU(即外部域控制器)下发的控制报文指令，为标准帧，发送周期为20ms。信号Gear_mode为CANOE中的DBC文件设置的信号变量名称，是整车域控制器下发的控制指令报文，为扩展帧。

在图3中，横坐标表示时间，单位为秒(s)，图3中的上半部分的纵坐标为Vehicle_Shift，对应的纵坐标0-1表示外部域控制器的下发的档位的具体数值(整数值)，数值0表示空挡，数值1表示前进挡。图3中的下半部分的纵坐标为Gear_mode，对应的纵坐标应该为0-100，表示整车域控制器发出的控制指令，0代表空挡，32代表前进挡，64代表倒挡，这里只截取了一部分，为0-30。由图3中的所测时间可计算出，整体通信延时时间dt约为129ms，其中dt＝t1-t0，t0为外部域控制器开始周期性发送驱动电机控制报文的时刻，t1为整车域电子控制单元ECU以CAN通信方式下发控制指令给驱动电机的时刻。在利用CANOE进行通信延时时间测量时，对获取的波形图进行分析，在整个通信过程中，各通信节点的信息交互存在通信延时的地方主要有以下几处：

①智能域控制器内部决策层调用虚拟接口函数周期性发送单个CAN报文的周期为30ms；

②智能域ECU与外部域ECU的CAN报文发送周期为50ms；

③整车域ECU的CNA报文更新周期为50ms；

④外部域ECU发送给智能域ECU的周期为100ms。

通过实验可知，以上四处的通信延时不仅在纵向驱动(纵向驱动具体是指对发动机油门控制，包括档位、车速)测试中出现，而且在制动以及转向(即横向驱动)的测试过程中都有存在，通信延时导致横纵向的实际控制响应时间较慢，不满足底盘的性能指标要求。

因此，在本实施例中，通信延时时间包括智能域控制器内部决策层调用虚拟接口函数发送单个CAN报文的周期、智能域ECU与外部域ECU的CAN报文发送周期、整车域ECU的CAN报文更新周期和外部域ECU发送给智能域ECU的周期。当然作为其他的实施方式，通信延时时间也可以仅包括上述四个周期中的其中两个或者是三个。

其中，以驱动性能作为参考，表1是在存在通信延时情况下测得的驱动性能指标。由表1中的内容可以看出，由于存在通信延时导致驱动性能中所测得的响应时间、上升时间、峰值时间、调节时间等时间都较长，无法满足实际车辆的驱动性能，为提高驱动等性能指标，必须减小整个通信过程中的通信延时。

表1

2)减小存在通信延时时间的通信节点的处理周期。

具体的，通过CANOE对整体通信延时的测量及分析，对相关存在通信延时的通信节点进行合理修正，修正后整体通信正常，通信延时时间可控制在50ms内。其中，相关通信节点的时间修正如下：

①智能域控制器内部决策层调用虚拟接口函数周期性发送单个CAN报文的周期由30ms改成10ms；

②智能域ECU与外部域ECU的CAN报文发送周期由50ms改为10ms；

③整车域ECU的CNA报文更新周期由50ms改为10ms；

④外部域ECU发送给智能域ECU的周期由100ms改为20ms。

在进行时间修正后，所测得的整体通信时间如图4所示，图4的横坐标、上半部分的纵坐标以及下半部分的纵坐标与图3所代表的含义相同，从图4可以看出通信延时时间dt约为20ms。同样以驱动性能作为参考，表2是在修正通信延时后测得的驱动性能指标。由表2中的内容可以看出，驱动性能中所测得响应时间、上升时间、峰值时间、调节时间等时间均减小，修正后由于通信延时时间减小，使得驱动性能好于现有通信延时的情况，且整车域间通信保持稳定和正常，提高了智能驾驶决策控制的有效性及实时性。

表2

需要说明的是，上述步骤2)中是执行机构为驱动电机为例，进行相应的实验来获取各个通信延时时间的具体时间减少量，对于转向、制动的测试，其对应通信延时时间的具体时间减少量可以根据实验结果进行确定。另外，作为其他的实施方式，当所测试的通信延时时间仅包括步骤1)中四个周期中的两个或者是三个时，则步骤2)仅需要对对应的两个或者是三个周期进行时间修正。

上述的减小以太网AVB通信延时的方法利用总线分析工具CANOE对通信延时时间进行测量，并分析数据在整个通信网络传输过程中隐含存在通信延时的通信节点，在不影响整体通信传输效率的情况下，对存在通信延时的通信节点进行有效处理以减小延时时间，有效降低了域间以太网AVB通信延时，有利于提升整个网络的传输性能，保证了以太网通信的稳定性及可靠性，并提高了域间通信效率及改善了决策控制的有效性。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种减小以太网AVB通信延时的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2)减小存在通信延时时间的通信节点的处理周期。

2.根据权利要求1所述的减小以太网AVB通信延时的方法，其特征在于，所述步骤2)中智能域控制器内部决策层调用虚拟接口函数发送单个CAN报文的周期由30ms降为10ms。

3.根据权利要求1所述的减小以太网AVB通信延时的方法，其特征在于，所述步骤2)中智能域ECU与外部域ECU的CAN报文发送周期由50ms降为10ms。

4.根据权利要求1所述的减小以太网AVB通信延时的方法，其特征在于，所述步骤2)中整车域ECU的CAN报文更新周期由50ms降为10ms。

5.根据权利要求1所述的减小以太网AVB通信延时的方法，其特征在于，所述步骤2)中外部域ECU发送给智能域ECU的周期由100ms降为20ms。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的减小以太网AVB通信延时的方法，其特征在于，所述步骤1)是采用CANOE方式测试延时，测试时将CANOE的两路CAN通信接口分别连接至整车域CAN网络和外部域的CAN网络。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的减小以太网AVB通信延时的方法，其特征在于，所述步骤1)中延时时间的测试是以从外部域发出控制指令开始到整车控制域响应其控制指令结束。