CN112437024A - 一种基于时间敏感网络的无人车辆通信系统 - Google Patents

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宋小庆
赵梓旭
王海生
杨恒程
邢松
王晓龙
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Abstract

本发明公开了一种基于时间敏感网络的无人车辆通信系统，包括中央计算控制单元、车载以太网交换机、车辆控制单元、中央网关和无线通信单元，所述中央计算控制单元用于核心算法的处理、数据的处理以及逻辑命令的下达，所述车载以太网交换机，用于数据的传输、交换与转发，所述中央计算控制单元通过时间敏感网络与所述车载以太网交换机连接，所述车辆控制单元通过CAN总线与所述中央网关连接，所述中央网关通过时间敏感网络与所述车载以太网交换机连接，所述无线通信单元用于车辆的无线通信，所述无线通信单元通过时间敏感网络与所述车载以太网交换机连接，交换机采用TSNSwitch模块不仅具有常用的以太网口，还具有TSN数据帧的转换功能。

Description

一种基于时间敏感网络的无人车辆通信系统
技术领域
本发明涉及车辆通信技术领域，具体为一种基于时间敏感网络的无人车辆通信系统。
背景技术
随着无人驾驶车辆的流行，集成了高级驾驶辅助系统、智能视觉安全及信息娱乐设备的新型信息平台主导了新一代汽车电子的发展趋势，高清摄像图、多媒体娱乐等设备的大量应用和不断增加的数据传输交换都对传统车载网络的宽带提出了挑战。
目前无人车辆通信系统使用传统的以太网传输机制存在一定的局限性，传统的以太网原本只设计用于处理纯粹的静态非实时数据和保证其可靠性，至于顺序和包延迟等并非作为重要的考虑因素。传统的以太网无法从根本上满足工业动态实时数据的传输需要，导致了过多的时延(Delay)和抖动(Jitter)。
时间敏感网络(以下简称“TSN”)是整合的不同应用领域的确定性网络技术，是统一的国际标准化确定性技术。TSN技术作为新兴的确定性网络技术，其在时间敏感网络中作为一组位于数据链路层的协议簇，从底层架构中改变了以太网的不确定性，将其转变为确定性网络，触发了以太网本身的一次自我迭代。
基于此，本发明设计了一种基于时间敏感网络的无人车辆通信系统，以解决上述提到的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于时间敏感网络的无人车辆通信系统，以解决上述提到的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于时间敏感网络的无人车辆通信系统，包括中央计算控制单元、车载以太网交换机、车辆控制单元、中央网关和无线通信单元，所述中央计算控制单元用于核心算法的处理、数据的处理以及逻辑命令的下达，所述车载以太网交换机，用于数据的传输、交换与转发，所述中央计算控制单元通过时间敏感网络与所述车载以太网交换机连接，所述车辆控制单元通过CAN总线与所述中央网关连接，所述中央网关通过时间敏感网络与所述车载以太网交换机连接，所述无线通信单元用于车辆的无线通信，所述无线通信单元通过时间敏感网络与所述车载以太网交换机连接。
优选的，所述车辆控制单元包括动力控制模块、底盘控制模块、车体控制模块和电子座舱模块，所述动力控制模块用于控制车辆的动力系统，所述底盘控制模块用于控制车辆的底盘系统，所述车体控制模块用于控制车辆的车身电子系统，所述电子座舱模块用于控制及处理车辆的座舱仪表和导航信息娱乐系统，动力控制模块、底盘控制模块、车体控制模块和电子座舱模块分别通过CAN总线与所述中央网关单元连接。
优选的，所述无线通信单元中内嵌有安全过滤网关模块，用于过滤无线通信中的不安全网络信息内容。
优选的，所述车载以太网交换机包括CPU模块和TSNSwitch模块，所述车载以太网交换机还包括与所述TSNSwitch模块相连接的带有 10M/100M/1000M以太网口的接插件、与所述的CPU模块相接的带有SD卡的接插件。
优选的，所述的带有10M/100M/1000M以太网口的接插件为四个，带有 SD卡的接插件为一组。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该种基于时间敏感网络的无人车辆通信系统通信网络采用时间敏感网络，支持确定性数据传输，降低数据传输的延时和抖动；交换机采用TSNSwitch模块不仅具有常用的以太网口，还具有TSN数据帧的转换功能，保证了设备兼容性、统一性，提高了带宽的利用率，保证数据传输的准确性、实时性和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明系统原理框图；
图2为本发明车辆控制单元原理框图；
图3为本发明车载以太网交换机原理框图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、中央计算控制单元；2、车载以太网交换机；21、CPU模块；22、TSNSwitch 模块；23、以太网口；24、SD卡；3、中央网关；4、车辆控制单元；41、动力控制模块；42、底盘控制模块；43、车体控制模块；44、电子座舱模块；5、无线通信单元；51、安全过滤网关模块。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种基于时间敏感网络的无人车辆通信系统，包括中央计算控制单元、车载以太网交换机2、车辆控制单元4、中央网关3和无线通信单元5，所述中央计算控制单元1用于核心算法的处理、数据的处理以及逻辑命令的下达，所述车载以太网交换机2，用于数据的传输、交换与转发，所述中央计算控制单元1通过时间敏感网络与所述车载以太网交换机2连接，所述车辆控制单元4通过CAN总线与所述中央网关3连接，所述中央网关通过时间敏感网络与所述车载以太网交换机2连接，所述无线通信单元5用于车辆的无线通信，所述无线通信单元5通过时间敏感网络与所述车载以太网交换机2连接。
其中，所述车辆控制单元4包括动力控制模块41、底盘控制模块42、车体控制模块43和电子座舱模块44，所述动力控制模块41用于控制车辆的动力系统，所述底盘控制模块42用于控制车辆的底盘系统，所述车体控制模块 43用于控制车辆的车身电子系统，所述电子座舱模块44用于控制及处理车辆的座舱仪表和导航信息娱乐系统，动力控制模块41、底盘控制模块42、车体控制模块43和电子座舱模块44分别通过CAN总线与所述中央网关3单元连接。
其中，所述无线通信单元5中内嵌有安全过滤网关模块51，用于过滤无线通信中的不安全网络信息内容。
其中，所述车载以太网交换机2包括CPU模块21和TSNSwitch模块22，所述车载以太网交换机2还包括与所述TSNSwitch模块22相连接的带有 10M/100M/1000M以太网口23的接插件、与所述的CPU模块21相接的带有 SD卡24的接插件。其中，所述的带有10M/100M/1000M以太网口23的接插件为四个，带有SD卡24的接插件为一组。
发明的支持时间敏感网络功能的以太网交换机中，CPU模块和TSN Switch模块之间通过高速传输线连接，CPU模块为TSN switch模块提供数据的时间戳注入和解析，同时下发控制命令进行数据的转换。
本发明在数据通信的过程中能够根据数据的重要性进行分级传输，保证高优先级的数据的实时性、可靠性和准确性。交换机兼容标准以太网数据和TSN流的传输。对于标准的以太网数据将按照传统的QoS机制进行传输。对于TSN流，CPU将对TSN流的数据进行帧解析，读取数据进入的时间戳和优先级，对高优先级的数据进行优先转发，若此时存在低优先级别数据传输时，高优先级的数据将会抢占低优先级数据优先发送，低优先级的数据加入组合字符后暂时缓存在MAC中待高优先的发送，高优先级别数据发送完毕时继续进行发送低优先级数据，被抢占的低优先级数据将会在接收端口处进行重组。在转发之前CPU将会计算转发延时修改时间戳信息，提高数据转发的时间精度，降低延时。
其中：TSN switch模块提供4个1GE的TSN功能的以太网口。CPU模块既可以通过内部的RTC时钟与支持IEEE 1588v2协议的设备进行时钟同步，也可以使用GPS信号或者北斗等导航进行同步时间。CPU模块通过对帧的识别和处理，保证了交换机不仅具有常用的以太网口，还具有TSN数据帧的转换功能，具有良好的兼容性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种基于时间敏感网络的无人车辆通信系统，其特征在于：包括中央计算控制单元、车载以太网交换机、车辆控制单元、中央网关和无线通信单元，所述中央计算控制单元用于核心算法的处理、数据的处理以及逻辑命令的下达，所述车载以太网交换机，用于数据的传输、交换与转发，所述中央计算控制单元通过时间敏感网络与所述车载以太网交换机连接，所述车辆控制单元通过CAN总线与所述中央网关连接，所述中央网关通过时间敏感网络与所述车载以太网交换机连接，所述无线通信单元用于车辆的无线通信，所述无线通信单元通过时间敏感网络与所述车载以太网交换机连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于时间敏感网络的无人车辆通信系统，其特征在于：所述车辆控制单元包括动力控制模块、底盘控制模块、车体控制模块和电子座舱模块，所述动力控制模块用于控制车辆的动力系统，所述底盘控制模块用于控制车辆的底盘系统，所述车体控制模块用于控制车辆的车身电子系统，所述电子座舱模块用于控制及处理车辆的座舱仪表和导航信息娱乐系统，动力控制模块、底盘控制模块、车体控制模块和电子座舱模块分别通过CAN总线与所述中央网关单元连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于时间敏感网络的无人车辆通信系统，其特征在于：所述无线通信单元中内嵌有安全过滤网关模块，用于过滤无线通信中的不安全网络信息内容。
4.根据权利要求1所述的一种基于时间敏感网络的无人车辆通信系统，其特征在于：所述车载以太网交换机包括CPU模块和TSNSwitch模块，所述车载以太网交换机还包括与所述TSNSwitch模块相连接的带有10M/100M/1000M以太网口的接插件、与所述的CPU模块相接的带有SD卡的接插件。
5.根据权利要求4所述的一种基于时间敏感网络的无人车辆通信系统，其特征在于：所述的带有10M/100M/1000M以太网口的接插件为四个，带有SD卡的接插件为一组。
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