CN113014677A - 基于sdh技术实现车载确定性网络的方法及系统 - Google Patents

基于sdh技术实现车载确定性网络的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于SDH技术实现车载确定性网络的方法及系统，传感器采集信号数据，网关通过总线接口连接传感器；边缘控制器接入侧通过CPOS接口连接网关，输出侧通过CPOS接口连接中央控制器；网关到边缘控制器，边缘控制器到中央控制器，整个车载网络采用SDH网络连接，划分时隙链路得到CPOS子接口；再根据传感器信号上报周期以及自动驾驶算法下发指令规则，映射到对应的CPOS子接口上，形成有严格时隙保证的车载确定性网络。本发明通过在网关以及控制器上部署SDH网络，可以细分时隙实时传输传感器的采集信号，又可以在独立时隙通道上实时下发控制指令到执行器。

Description

基于SDH技术实现车载确定性网络的方法及系统
技术领域
本发明属于自动驾驶技术领域，尤其涉及一种基于SDH技术实现车载确定性网络的方法及系统。
背景技术
同步数字系列（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）是采用同步复用方式和灵活的映射结构，可以从SDH信号中直接分插出低速的支路信号，而不需要使用大量的复接/分接设备，从而能够减少信号损耗和设备投资。
CPOS是通道化SDH接口模块的简称，CPOS（Channelized Packet Over SDH，通道化的SDH）。它充分利用了SDH体制的特点，提供对带宽精细划分的能力，既可以保障对低速物理接口的数量要求，又可以保障业务数据传输实时性的要求。CPOS接口支持通道化，每个逻辑通道均独享带宽资源，例如一个155M SDH链路，可以支持最大63个2M带宽的细分链路，非常适合各种车载网络细分业务的传输通道绑定。
对于车载确定性网络，目前大多是通过以太网TSN技术，在保障时间精确同步的前提下，通过时间敏感的调度算法等方法，保障数据传输的实时性以及时延确定性。但是以太网TSN技术标准众多，配置复杂，而且需要所有车载网络节点都支持TSN技术，导致自动驾驶业务应用场景部署难度大，复杂度高，容易出错。
所以，利用SDH技术按照时隙细分链路，实现自动驾驶车载网络业务隔离的方法，非常巧妙地解决了车载网络确定性的诉求。既能满足车载传感器信号实时上报的需求，又能满足自动驾驶控制指令的实时下发需求，为自动驾驶车载网络的确定性提供了一种重要的技术手段。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种基于SDH技术实现车载确定性网络的方法及系统，分别在网关和控制器上部署CPOS接口，利用SDH技术的时隙划分能力，实现车载确定性网络。
为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：
一种基于SDH技术实现车载确定性网络的方法，所述方法包括步骤：
（1）传感器采集信号数据，通过总线接口周期性地发送给网关；
（2）网关接收传感器上传的信号数据，封装报文；网关通过CPOS接口发送报文给边缘控制器；具体地，按照时隙划分和映射规则，通过对应的CPOS子接口发送报文；
（3）边缘控制器接收网关报文，解析传感器信号数据，进行数据融合，封装报文；边缘控制器通过CPOS接口发送报文给中央控制器；具体地，按照时隙划分和映射规则，通过对应的CPOS子接口发送报文；
（4）中央控制器接收边缘控制器报文，解析融合数据，进行自动驾驶决策；
（5）中央控制器决策的控制指令，实时传输到边缘控制器；再由边缘控制器下发到网关，网关通知执行器执行动作。
进一步地，
网关与边缘控制器之间，边缘控制器与中央控制器之间，配置信号/业务类型与时隙的映射关系，形成每个子接口对应一类信号或者一种业务的资源隔离。
进一步地，
网关输入侧通过总线接口接收传感器上传的信号数据，封装报文；
网关输出侧CPOS接口，按照时隙划分和映射规则，通过对应的CPOS子接口发送报文给边缘控制器；边缘控制器输入侧CPOS接口，按照时隙划分和映射规则，通过对应的CPOS子接口接收网关报文，解析传感器信号数据，进行数据融合，封装报文；
边缘控制器输出侧CPOS接口，按照时隙划分和映射规则，通过对应的CPOS子接口发送报文给中央控制器；中央控制器输入侧CPOS接口，按照时隙划分和映射规则，通过对应的CPOS子接口接收边缘控制器报文。
进一步地，
网关输出侧CPOS接口和边缘控制器输入侧CPOS接口，按照传感器信号类型划分CPOS接口的时隙通道，形成CPOS子接口；
边缘控制器输出侧CPOS接口和中央控制器输入侧CPOS接口，按照业务场景类型划分CPOS接口的时隙通道，形成CPOS子接口。
进一步地，总线接口LIN/CAN/CAN-FD。
进一步地，
网关与边缘控制器进行CPOS子接口的点对点协商，生成点对点的通信链路，然后把信号数据封装到PPP报文中发送给边缘控制器；
边缘控制器与中央控制器进行CPOS子接口的点对点协商，生成点对点的通信链路，然后把信号数据封装到PPP报文中发送给中央控制器。
进一步地，CPOS子接口带宽可以按照时隙划分和映射规则，并形成点对点的连接。
一种基于SDH技术实现车载确定性网络的系统，包括传感器、执行器、网关、边缘控制器、中央控制器；
网关接收传感器上传的信号数据，封装报文通过CPOS接口上传边缘控制器，边缘控制器支持CPOS子接口配置以及报文处理；边缘控制器解析传感器信号数据，进行数据融合，封装报文通过CPOS接口并上报中央控制器，中央控制器支持CPOS子接口配置以及报文处理；中央控制器解析传感器融合数据，进行自动驾驶决策；
中央控制器决策的控制指令，实时传输到边缘控制器；再由边缘控制器下发到网关，网关通知执行器执行动作。
进一步地，边缘控制器输入侧通过CPOS接口连接网关，输出侧通过CPOS接口连接中央控制器；中央控制器通过Ethernet接口连接T-BOX终端，终端根据业务信号矩阵映射CPOS时隙配置。
进一步地，CPOS接口，按照时隙划分和映射规则配置CPOS子接口，通过对应的CPOS子接口发送报文。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，
本发明通过在网关以及控制器上部署SDH网络，既可以细分时隙实时传输传感器的采集信号，又可以在独立时隙通道上实时下发控制指令到执行部件。通过SDH的时隙通道划分技术，每一种业务数据流都独享带宽资源，有效保证了车载网络端到端的时延确定性，也为自动驾驶技术提供了最重要的通信保障。
本发明通过SDH的时隙划分和带宽资源隔离技术，既保障了车载网络中传感器采集信号实时上报，又保障了控制器决策指令的实时下发。在确保传输带宽和时延的同时，由于使用点对点的组网模式，也隔离了其他不必要的组播或者广播干扰，甚至第三方的非法入侵，极大地提高了车载网络的确定性和安全性。
本发明适用于通过SDH技术实现车载网络的实时确定性传输，保证自动驾驶算法决策指令可以正确可靠地执行。
附图说明
图1是基于SDH技术实现车载确定性网络的系统框图；
图2是网关与边缘控制器的实现原理图；
图3是网关与边缘控制器的处理流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
如图1所示，本发明所述的基于SDH技术实现车载确定性网络的系统，包括传感器、执行器、网关、边缘控制器、中央控制器。
网关接收传感器上传的信号数据，然后与边缘控制器进行PPP协商，实现传感器信息通过PPP协议承载发送。边缘控制器支持CPOS子接口配置以及PPP报文处理，负责传感器信号数据融合并上报中央控制器。中央控制器支持CPOS子接口配置以及PPP报文处理，解析出传感器融合数据，再通过自动学习和计算，决策出关键指令，实现自动驾驶路径规划，安全保护等操作。
具体地，
传感器支持传统总线接口LIN/CAN/CAN-FD通信，传感器采集信号数据，通过传统总线接口LIN/CAN/CAN-FD周期性地发送给网关。
网关输入侧通过传统总线接口LIN/CAN/CAN-FD连接传感器，接收传感器上传的信号数据，同时将传感器信号数据分类处理，封装成PPP报文格式。网关输出侧部署CPOS接口，CPOS接口按照时隙划分和映射规则，通过对应的CPOS子接口主动上报PPP报文给边缘控制器。
边缘控制器输入侧部署CPOS接口，CPOS接口按照时隙划分和映射规则，通过对应的CPOS子接口收到网关上报的PPP报文，解析所有CPOS子接口的数据报文，获取传感器信号数据，进行分类和融合处理。边缘控制器输出侧部署CPOS接口，CPOS接口按照时隙划分和映射规则，然后通过对应的CPOS子接口发送给中央控制器。
中央控制器输入侧部署CPOS接口，通过CPOS子接口接收数据报文，解析出各种传感器融合数据，进行至关重要的自动驾驶算法决策。决策后输出的控制指令，再通过CPOS子接口，发送到对应的边缘控制器，再由网关实时通知对应的执行器进行处理。
网关输出侧CPOS接口和边缘控制器输入侧CPOS接口，按照传感器信号类型划分CPOS接口的时隙通道，形成CPOS子接口。边缘控制器输出侧CPOS接口和中央控制器输入侧CPOS接口，按照业务场景类型划分CPOS接口的时隙通道，形成CPOS子接口。
边缘控制器接入侧通过CPOS接口连接网关，输出侧通过CPOS接口连接中央控制器；中央控制器通过普通Ethernet接口连接T-BOX等终端；终端根据业务信号矩阵映射CPOS时隙配置。
网关上部署CPOS接口，负责把传感器信号数据转换到CPOS链路上，再通过精确的时隙划分与控制器上的CPOS链路互联，形成统一的确定性车载骨干网络。
网关到边缘控制器，边缘控制器到中央控制器，整个车载骨干网络采用SDH网络连接，划分最小2M带宽的时隙链路；再根据传感器信号上报周期以及自动驾驶算法下发指令规则，映射到对应的CPOS子接口上，形成有严格时隙保证的车载确定性网络。
本发明所述的基于SDH技术实现车载确定性网络的方法，包括步骤：
（1）传感器采集信号数据，包括车辆自身信息以及周围环境信息，通过传统总线接口LIN/CAN/CAN-FD等统一地周期性地发送给网关进行处理；
（2）网关输入侧为传统总线接口LIN/CAN/CAN-FD等，接收传感器上传的信号数据；
网关输出侧集成CPOS接口，初始阶段接收用户配置，按照传感器信号类型划分CPOS接口的时隙通道，形成CPOS子接口；
网关接收传感器上传的信号数据，同时根据传感器信号类型，转换到对应的时隙通道发送给边缘控制器。
网关与边缘控制器进行CPOS子接口的点对点协商，生成点对点（PPP）的通信链路，然后把信号数据封装到PPP报文中发送给边缘控制器，实现传感器信号数据通过PPP协议承载发送。
以上由网关内置MCU进行处理。
（3）边缘控制器输入侧集成CPOS接口，初始阶段接收用户配置，按照传感器信号类型划分CPOS接口的时隙通道，形成CPOS子接口；
边缘控制器输出侧集成CPOS接口，初始化阶段接收用户配置，按照业务场景类型划分CPOS接口的时隙通道，形成CPOS子接口；
网关和边缘控制器之间的时隙通道，通过点对点（PPP）协商，形成底层通信链路。边缘控制器的CPOS子接口收到网关对应CPOS子接口上报的PPP报文，分别解析出多种类型传感器信号数据，然后对这些信号数据做融合算法处理。
融合后的数据再按业务场景分类，转换到对应的时隙通道，上报给中央控制器处理，作为自动驾驶控制算法的关键输入。
边缘控制器与中央控制器进行CPOS子接口的点对点协商，生成点对点（PPP）的通信链路，然后把信号数据封装到PPP报文中发送给中央控制器。
以上由边缘控制器内置MPU进行处理。
（4）中央控制器，通过CPOS接口与边缘控制器连接，根据业务场景按需分配时隙，形成确定性的逻辑传输链路；
中央控制器输入侧集成CPOS接口，初始化阶段接收用户配置，按照业务场景类型划分CPOS接口的时隙通道，形成CPOS子接口。
中央控制器支持CPOS子接口配置以及PPP报文处理，中央控制器与边缘控制器之间同样使用CPOS子接口连接，按照业务场景预配置的时隙通道划分子链路，接收边缘控制器上传的PPP报文。
中央控制器的CPOS子接口收到边缘控制器对应CPOS子接口上报的PPP报文，分别解析出传感器融合数据，再通过自动学习和计算，决策出关键指令，实现自动驾驶路径规划，安全保护等操作。
（5）中央控制器上部署的自动驾驶算法，决策出控制指令，通过对应的时隙链路，实时传输到边缘控制器；再由边缘控制器下发指令网关，网关通知执行器执行关键动作。
中央控制器接收边缘控制器输入的传感器融合数据，进行自动驾驶的规划和决策；中央控制器规划决策的控制指令，实时输出到边缘控制器，给对应的执行器做安全处理。
自动驾驶算法，对边缘控制器上报的感知数据，学习和计算后，发布实时控制指令，精确规划指导车辆的自动驾驶轨迹和安全保护动作。
网关与边缘控制器，边缘控制器与中央控制器之间，都可以配置信号/业务与CPOS时隙的映射关系，形成每个子接口对应一类信号或者一种业务的资源隔离，保障传输带宽和时延的确定性。
CPOS子接口的带宽可以按照时隙划分，并形成点对点的连接，网络拓扑简单，易于部署和维护，也天然排除了广播风暴等类似的干扰流量。
如图2所示，基于SDH技术实现车载确定性网络的网关与边缘控制器的实现原理图，包括传感器采集的多路信号通过LIN/CAN/CANFD等发送给网关设备处理。
网关设备集成MCU单元，在初始化阶段获取本地的CPOS配置信息，划分信号传输对应的时隙通道，然后分别转化封装到不同的时隙子接口中发送，上报给边缘控制器设备；
边缘控制器设备集成MPU单元，也需要在初始化阶段获取本地的CPOS配置信息，划分传感器信号分类对应到不同的时隙通道子接口；收到对应通道的传感器信号后，再进行融合处理。
如图3所示，基于SDH技术实现车载确定性网络的网关与边缘控制器的处理流程图，包括步骤：
（1）网关设备MCU初始化，分别读取CPOS子接口配置，然后把各路信号映射到不同时隙中传输；边缘控制器设备MPU初始化，也需要读取CPOS子接口配置，然后把各路信号映射到不同时隙中；
（2）网关设备与边缘控制器设备，通过CPOS接口的连接，进行点对点的链路协商；协商成功的接口，就可以封装报文进行信号的实时传输；协商失败的接口，需要修改配置参数，继续协商，直到协商成功链路才可用；
（3）CPOS接口协商成功后，网关设备和边缘控制器就可以进行传感器信号的实时发送和接收。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，
本发明通过在网关以及控制器上部署SDH网络，既可以细分时隙实时传输传感器的采集信号，又可以在独立时隙通道上实时下发控制指令到执行部件。通过SDH的时隙通道划分技术，每一种业务数据流都独享带宽资源，有效保证了车载网络端到端的时延确定性，也为自动驾驶技术提供了最重要的通信保障。
本发明通过SDH的时隙划分和带宽资源隔离技术，既保障了车载网络中传感器采集信号实时上报，又保障了控制器决策指令的实时下发。在确保传输带宽和时延的同时，由于使用点对点的组网模式，也隔离了其他不必要的组播或者广播干扰，甚至第三方的非法入侵，极大地提高了车载网络的确定性和安全性。
本发明适用于通过SDH技术实现车载网络的实时确定性传输，保证自动驾驶算法决策指令可以正确可靠地执行。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于SDH技术实现车载确定性网络的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
（1）传感器采集信号数据，通过总线接口周期性地发送给网关；
（2）网关接收传感器上传的信号数据，封装报文；网关通过CPOS接口发送报文给边缘控制器；具体地，按照时隙划分和映射规则，通过对应的CPOS子接口发送报文；
（3）边缘控制器接收网关报文，解析传感器信号数据，进行数据融合，封装报文；边缘控制器通过CPOS接口发送报文给中央控制器；具体地，按照时隙划分和映射规则，通过对应的CPOS子接口发送报文；
（4）中央控制器接收边缘控制器报文，解析融合数据，进行自动驾驶决策；
（5）中央控制器决策的控制指令，实时传输到边缘控制器；再由边缘控制器下发到网关，网关通知执行器执行动作。
2.根据权利要求1所述的基于SDH技术实现车载确定性网络的方法，其特征在于，
网关与边缘控制器之间，边缘控制器与中央控制器之间，配置信号/业务类型与时隙的映射关系，形成每个子接口对应一类信号或者一种业务的资源隔离。
3.根据权利要求1所述的基于SDH技术实现车载确定性网络的方法，其特征在于，具体地，
网关输入侧通过总线接口接收传感器上传的信号数据，封装报文；
网关输出侧CPOS接口，按照时隙划分和映射规则，通过对应的CPOS子接口发送报文给边缘控制器；边缘控制器输入侧CPOS接口，按照时隙划分和映射规则，通过对应的CPOS子接口接收网关报文，解析传感器信号数据，进行数据融合，封装报文；
边缘控制器输出侧CPOS接口，按照时隙划分和映射规则，通过对应的CPOS子接口发送报文给中央控制器；中央控制器输入侧CPOS接口，按照时隙划分和映射规则，通过对应的CPOS子接口接收边缘控制器报文。
4.根据权利要求3所述的基于SDH技术实现车载确定性网络的方法，其特征在于，
网关输出侧CPOS接口和边缘控制器输入侧CPOS接口，按照传感器信号类型划分CPOS接口的时隙通道，形成CPOS子接口；
边缘控制器输出侧CPOS接口和中央控制器输入侧CPOS接口，按照业务场景类型划分CPOS接口的时隙通道，形成CPOS子接口。
5.根据权利要求1所述的基于SDH技术实现车载确定性网络的方法，其特征在于，
总线接口LIN/CAN/CAN-FD。
6.根据权利要求1所述的基于SDH技术实现车载确定性网络的方法，其特征在于，
网关与边缘控制器进行CPOS子接口的点对点协商，生成点对点的通信链路，然后把信号数据封装到PPP报文中发送给边缘控制器；
边缘控制器与中央控制器进行CPOS子接口的点对点协商，生成点对点的通信链路，然后把信号数据封装到PPP报文中发送给中央控制器。
7.根据权利要求6所述的基于SDH技术实现车载确定性网络的方法，其特征在于，CPOS子接口带宽按照时隙划分和映射规则，并形成点对点的连接。
8.一种基于SDH技术实现车载确定性网络的系统，其特征在于，包括传感器、执行器、网关、边缘控制器、中央控制器；
网关接收传感器上传的信号数据，封装报文通过CPOS接口上传边缘控制器，边缘控制器支持CPOS子接口配置以及报文处理；边缘控制器解析传感器信号数据，进行数据融合，封装报文通过CPOS接口并上报中央控制器，中央控制器支持CPOS子接口配置以及报文处理；中央控制器解析传感器融合数据，进行自动驾驶决策；
中央控制器决策的控制指令，实时传输到边缘控制器；再由边缘控制器下发到网关，网关通知执行器执行动作。
9.根据权利要求8所述的基于SDH技术实现车载确定性网络的系统，其特征在于，边缘控制器输入侧通过CPOS接口连接网关，输出侧通过CPOS接口连接中央控制器；中央控制器通过Ethernet接口连接T-BOX终端，终端根据业务信号矩阵映射CPOS时隙配置。
10.根据权利要求9所述的基于SDH技术实现车载确定性网络的系统，其特征在于，CPOS接口，按照时隙划分和映射规则配置CPOS子接口，通过对应的CPOS子接口发送报文。
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