CN113452568B - 车辆通信方法、通信系统、车辆以及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种车辆通信方法，包括如下步骤：第一模块通过TCP/IP协议与第二模块建立长连接，以用于实现二者间的数据通信；以及若所述长连接不承载数据超过第一时间阈值，则启动连接保持机制：所述第一模块每隔探测定时向所述第二模块发送探测帧以确定所述长连接的状态。

Description

车辆通信方法、通信系统、车辆以及存储介质

技术领域

本发明涉及车辆以太网通信领域，具体而言，涉及一种车辆通信方法、通信系统、车辆以及存储介质。

背景技术

目前随着整车电子化程度的提高，车载以太网电子模块由于其高带宽和高速率的特性备受青睐。但由于车载电子模块对实时性要求较高，TCP协议中的短连接方式不能满足需求。短连接方式是这样工作的：客户端（Client）向服务器端（Server）发起连接请求，Server接收请求，然后双方建立连接。Client开始向Server 发送消息，Server回应Client，此时便完成了一次数据交换，在完成数据交换后任何一方都可以发起Close操作来关闭短连接。

由以上描述可知，短连接是一种存在数据传输即建立连接，无数据传输则断开连接的方式。但是，不断的建立和断开连接十分繁琐费时，这对实时性要求较高的车载电子模块来说存在很大的隐患，并且这也不符合车载电子模块实时传输的特性。有鉴于此，需要一种时刻保持连接的方式来实现模块等之间的通信。

发明内容

本发明提出了一种车辆以太网通信机制，可以可靠地、高效地进行车辆以太网通信。具体而言：

根据本发明的一方面，提供一种车辆通信方法，包括如下步骤：第一模块通过TCP/IP协议与第二模块建立长连接，以用于实现二者间的数据通信；以及若所述长连接不承载数据超过第一时间阈值，则启动连接保持机制：所述第一模块每隔探测定时向所述第二模块发送探测帧以确定所述长连接的状态。

可选地，在本发明的一些实施例中，若所述第一模块在发送探测帧后的第二时间阈值内没有收到所述第二模块的应答，则启动探测步进机制：所述第一模块每隔探测时隙向所述第二模块发送探测帧。

可选地，在本发明的一些实施例中，在所述探测步进机制中若所述第一模块发送预定个探测帧后仍然没有收到所述第二模块的应答，则所述第一模块断开所述长连接。

可选地，在本发明的一些实施例中，若所述第一模块/所述第二模块关闭或重启，则向所述第二模块/所述第一模块发送结束指令FIN以断开所述长连接。

可选地，在本发明的一些实施例中，若所述第二模块重启，则在重启后针对所述探测帧返回重置指令RST。

可选地，在本发明的一些实施例中，所述第一模块根据所述长连接的状态确定所述第二模块是否存在故障和/或错误。

可选地，在本发明的一些实施例中，若所述第二模块存在故障和/或错误，则所述第一模块通过控制报文协议ICMP报出。

根据本发明的另一方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，其特征在于，当所述指令由处理器执行时，使得所述处理器执行如上文所述的任意一种方法。

根据本发明的另一方面，提供一种车辆通信系统，所述车辆通信系统包括如上文所述的存储介质。

根据本发明的另一方面，提供一种车辆，所述车辆包括如上文所述的车辆通信系统。

附图说明

从结合附图的以下详细说明中，将会使本发明的上述和其他目的及优点更加完整清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。

图1图示了根据本发明的一个实施例的车辆通信方法的原理。

图2图示了根据本发明的一个实施例的车辆通信方法的原理。

图3图示了根据本发明的一个实施例的车辆通信方法的原理。

具体实施方式

传统的长连接方式是这样工作的：Client向Server发起连接请求，Server接受Client的连接请求，双方建立连接。Client与Server完成一次数据传输后，它们之间的连接并不会主动关闭，后续的数据传输操作会继续使用这个连接。长连接会使车载以太网电子模块时刻保持连接，有数据进行传输时可立即采用该连接进行传输。然而，利用长连接进行传输对于实时性要求较高的车载以太网电子模块需要考虑另外一个问题：电子模块的快速重启问题。车载以太网电子模块在运行过程中会有重启的现象（某种故障导致或者主动重启），传统车载电子模块会在200ms左右完成重启，并在重启后重新接入总线系统进行数据交换。但对于车载以太网电子模块在相同的时间完成重启后还需要更长的时间（需要等待KeepAlive机制处理）与其他车载以太网电子模块建立连接。

在下文中，本发明中的第一模块、第二模块仅用于区分不同的模块，这些模块可能具有相同或者类似的构造，也可能用于实现相同或者类似的功能。另一方面，第一模块、第二模块可能充当客户端或者服务器端，也可能既是客户端又是服务器端。除非特别说明，以下示例中的第一模块、第二模块的地位是相等的，交换二者顺序后的实施例仍然适用本发明的基本原理。

本发明中的帧或指令有时是同一数据帧的不同名称，两者表达相同的意涵。

根据本发明的一方面，提供一种车辆通信方法，图1图示了根据本发明的一个实施例的车辆通信方法的原理。首先，第一模块通过TCP/IP协议与第二模块建立长连接，以用于实现二者间的数据通信。具体而言，第一模块或者第二模块可以发起建立长连接的请求。如图1所示，（先完成初始化的）第二模块通过向第一模块发送建立连接指令SYN来请求建立连接，若第一模块允许在二者之间建立长连接则向第二模块返回建立连接指令SYN和应答ACK。尔后，第二模块再向第一模块发送应答ACK，以此方式实现了通过TCP/IP协议在二者之间建立长连接。以上建立长连接的过程也被称为“三次握手”，图1中的阶段①即表现了该过程。

值得一提的是，尽管图1中示出了第二模块主动建立长连接，但是若是第一模块率先完成初始化，亦可由第一模块发送建立长连接的请求。还需要说明的是，初始化完成是触发建立长连接的一种情形，若有必要，车辆的各种模块可以随时发起建立长连接的请求。

在完成连接的建立后，第一模块与第二模块可以经由该长连接传输数据。本发明不限制以何种方式进行数据传输，例如，若是双工网络，则第一模块、第二模块可以同时发送/接收数据；若是半双工网络，则第一模块、第二模块可以例如以时分方式复用该链路（例如，各方在固定周期内分别占用链路）。在图1中的阶段②中第一模块与第二模块可以经由该长连接传输数据。

若第一模块、第二模块之间总是保持数据传输，则二者可以根据数据收发成功与否来判断连接是否正常，亦即确定对方是否在线。但是很多情况下，第一模块、第二模块之间并非总是传输数据。根据本发明的车辆通信方法，如图2所示，若长连接不承载数据超过第一时间阈值，则启动连接保持机制。在连接保持机制中第一模块每隔探测定时向第二模块发送探测帧以确定长连接的状态。如图2中的阶段②，第一模块、第二模块之间不传输数据，当达到第一时间阈值（例如，60s）后，就执行阶段③所示意的连接保持机制。第一时间阈值可以根据实际需要进行配置，实时性要求越高，第一时间阈值可以设置的越小，但是所消耗的带宽和流量将相应地越多。

在连接保持机制中，第一模块每隔预先设定的探测定时（例如，60s）向第二模块发送探测帧，该探测帧可用于确定连接的状态，在某些情况下即表现为对方是否仍然在线。如图2中所示，第一模块可以向第二模块发送KeepAlive指令，若第一模块发送的探测帧（KeepAlive指令）可以被第二模块探测到，则第二模块可以对KeepAlive指令返回应答ACK作响应，以此表明二者的连接仍可保持。探测定时可以根据实际需要进行配置，实时性要求越高，探测定时可以设置的越小，但是所消耗的带宽和流量将相应地越多。

以上示例区分了第一时间阈值与探测定时，如果将来自第二模块的应答ACK也视为传输的数据，则可以将二者等同视之。亦即，若第一模块发送的探测帧（KeepAlive指令）可以被第二模块探测到，则第一模块将待到第一时间阈值后再发送探测帧。如果以定时器来实现计时，则第一模块在接收到应答ACK将重置计时器，等到计时满探测定时（第一时间阈值）后再发送探测帧。另一方面，若在计时未满探测定时（第一时间阈值）时长连接中重现出现交互的数据，则计时器也将被重置。

在本发明的一些实施例中，若第一模块在发送探测帧后的第二时间阈值内没有收到第二模块的应答ACK，则启动探测步进机制。在探测步进机制中第一模块每隔探测时隙向第二模块发送探测帧。如图3所示，若第二模块在第二时间阈值（例如，15ms）内不响应第一模块发出的探测帧。第一模块可以启动探测步进机制，亦即，以探测时隙（例如，1s）为间隔向第二模块发送探测帧。探测时隙也可以根据对实时性的要求而设定。由于网络的不确定性，第二模块存在一定的几率不能正确接收第一模块发送的探测帧，此时第一模块可以适时重传数次，以确保第二模块不是由于网络的不确定性而未能接收。此外，如在下文中将详细描述的，若第二模块重启后收到第一模块发送的探测帧，第二模块也可以作出相应的响应。

在本发明的一些实施例中，在探测步进机制中若第一模块发送预定个探测帧后仍然没有收到第二模块的应答ACK，则第一模块断开长连接。如果第二模块发生崩溃，或者已经关闭，或者处于重启过程中，此时第二模块将不能响应第一模块发出的探测帧。此外，也可能由于链路故障（实体线缆故障或者通信阻塞）导致第一模块发送的探测帧不能被正确接收。在此类情况下，进一步参见图3，当发送N次（例如，N可以为5）探测帧后仍然没有收到第二模块的应答ACK，第一模块可以断开长连接。具体而言，在这种情况下，可以通过第一模块的链路层向第一模块的应用层反馈错误信息。然后，第一模块可以及时断开该连接、释放该连接相关的资源，并且进一步提醒用户或者重新建立连接。

在本发明的一些实施例中，若第一模块/第二模块关闭或重启，则向第二模块/第一模块发送结束指令FIN以断开长连接。在第一模块/第二模块主动关闭或重启之前可以向对方发送结束指令FIN以断开长连接，以此方式不但可以使对方及时知晓己方状态，还可以避免由于对方不知道己方状态而引起的诸如连接保持机制、探测步进机制等操作，从而可以在一定程度上节省网络开销，网络故障率也会因此降低。对方模块也因及时知晓了己方的状态而可以及时调整通信策略或运行策略。具体而言，在这种情况下，可以通过第二模块/第一模块的链路层向第一模块的应用层反馈相关信息。然后，第二模块/第一模块可以及时断开该连接、释放该连接相关的资源，并且进一步提醒用户或者重新建立连接。

在本发明的一些实施例中，若所述第二模块重启，则在重启后针对探测帧返回重置指令RST。如果第二模块曾经发生崩溃，但已经完成重启，此时第二模块会对第一模块的探测进行响应，但该响应是一个复位，从而可以引起第一模块对连接的终止。以此方式，第二模块不必等到断开连接后再重新建立连接（这一过程将会增加重启恢复的时间）。相反地，第二模块重启在重启后将立即发送复位数据帧（重置指令RST），以此可以使得第一模块复位后重新建立连接。此外，在这种情况下，可以通过第一模块的链路层向第一模块的应用层反馈相关信息。然后，第一模块可以及时断开该连接、释放该连接相关的资源，并且进一步提醒用户或者重新建立连接。当然，若是第一模块重启，在第一模块亦可在重启后针对第二模块发送的探测帧返回重置指令RST。

在本发明的一些实施例中，第一模块根据长连接的状态确定第二模块是否存在故障和/或错误。一般而言，对于车辆内部网络而言，网路链路本身出现故障的概率不是很高，故而在一些情况下可以根据长连接的状态确定车载以太网电子模块的工作状态，这一判断是基于网路链路本身没有故障的假设。

在本发明的一些实施例中，若第二模块存在故障和/或错误，则第一模块通过控制报文协议ICMP报出。在得知与之匹配工作的其他车载以太网电子模块存在故障和/或错误后，当前车载以太网电子模块可以通过控制报文协议ICMP向车辆中的其他实体器件或者判断逻辑进行汇报。

根据本发明的另一方面，提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有指令，其特征在于，当所述指令由处理器执行时，使得处理器执行如上文所述的任意一种方法。本发明中所称的计算机可读介质包括各种类型的计算机存储介质，可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。举例而言，计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EPROM、E²PROM、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM或其他光盘存储器、磁盘存储器或其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码单元并能够由通用或特定用途计算机、或者通用或特定用途处理器进行存取的任何其他临时性或者非临时性介质。如本文所使用的，盘（disk）和碟（disc）包括紧致碟（CD）、激光碟、光碟、数字多用途光碟（DVD）、软盘和蓝光碟，其中盘通常磁性地复制数据，而碟则用激光来光学地复制数据。上述的组合也应当包括在计算机可读介质的保护范围之内。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读写信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

根据本发明的另一方面，提供一种车辆通信系统，所述车辆通信系统包括如上文所述的存储介质。

根据本发明的另一方面，提供一种车辆，所述车辆包括如上文所述的车辆通信系统。

在本发明的一些示例中，车载以太网电子模块（例如，第一模块、第二模块）在没有数据相互交换时，通过连接保持机制探测对方是否在线或者离线，以探测结果作为是否进行清除该连接、释放该连接相关的资源等操作的依据。同时本发明的一些示例规定了车载以太网电子模块在重启后如何快速建立连接，而不必等待超时或者等待启用连接保持机制进行处理。

在本发明的一些示例中，本发明的基本原理例如能够解决车载以太网电子模块掉电重启连接如何快速建立的问题和连接保持时无数据传输双方是否有故障或者错误问题。

在本发明的一些示例中，根据本发明的车载以太网电子模块保持长连接且能探测出故障和错误及满足实时性要求的方式，不需要在正常的数据传输阶段进行工作，只在无数据传输和重启阶段介入，不影响带宽和负载率，有利于构架的发展。而且，本发明仅作为电子模块的升级，应用前景更为广阔。另一方面，本发明的基本原理的运用也不需要改变目前的系统定义，能够大大降低实现难度以及缩短开发周期。

以上例子主要说明了本发明的车辆通信方法、通信系统、车辆以及存储介质，可以有效地进行车辆以太网通信。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (8)

1.一种车辆通信方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

第一模块通过TCP/IP协议与第二模块建立长连接，以用于实现二者间的数据通信；以及

若所述长连接不承载数据超过第一时间阈值，则启动连接保持机制：所述第一模块每隔探测定时向所述第二模块发送探测帧以确定所述长连接的状态，

若所述第一模块在发送探测帧后的第二时间阈值内没有收到所述第二模块的应答，则启动探测步进机制：所述第一模块每隔探测时隙向所述第二模块发送探测帧，

其中，若所述第二模块重启，则在重启后针对所述探测帧返回重置指令RST。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述探测步进机制中若所述第一模块发送预定个探测帧后仍然没有收到所述第二模块的应答，则所述第一模块断开所述长连接。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述第一模块/所述第二模块关闭或重启，则向所述第二模块/所述第一模块发送结束指令FIN以断开所述长连接。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一模块根据所述长连接的状态确定所述第二模块是否存在故障和/或错误。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，若所述第二模块存在故障和/或错误，则所述第一模块通过控制报文协议ICMP报出。

6.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，其特征在于，当所述指令由处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1-5中任一项所述的方法。

7.一种车辆通信系统，其特征在于，所述车辆通信系统包括如权利要求6所述的存储介质。

8.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括如权利要求7所述的车辆通信系统。

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