CN114629773A - 基于虚拟化层的域控车载网络通信架构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于虚拟化层的域控车载网络通信架构，在域控制单元上部署虚拟化层Hypervisor；虚拟化层内提供不同的虚拟机，将域控制单元内的应用程序划分隔离运行在不同虚拟机下；虚拟机之间通过虚拟网络接口进行数据通信。不同域控制单元之间在虚拟化层利用Flex ethernet通信技术进行数据通信，虚拟Flex ethernet驱动将本域控制单元对外的网络信道进行切片划分，每个Flex ethernet网络切片传输不同的业务；同时将所有对外通信业务的控制信号流与数据信号流分离，编码部署到对应的Flex ethernet网络切片上。本发明提高了域控单元和整车的数据传输实时性、可靠性和运行安全，更进一步的减少了汽车内部网络线束的重量和长度。

Description

基于虚拟化层的域控车载网络通信架构
技术领域
本发明涉及车载网络通信领域，尤其涉及一种基于虚拟化层的域控车载网络通信架构。
背景技术
当前汽车行业正在向智能化，共享化，网络化的方向发展。随着汽车平台功能与安全特性需求的不断增长，汽车内部的ECU单元与网络结构正变得日益复杂。一方面传统的车载网络线束重量与线束长度会因此而成倍增加，导致汽车成本上升，开发和维护难度增大；另一方面，日趋复杂的ECU、传感器之间的海量数据通信更会导致整个车载网络的传输效率降低，安全性能下降。
随着车载应用和传感器数量的增加，传统汽车网络的通信带宽、通信效率已不能满足高性能，实时性的需求；多种安全级别不同的应用模块之间直接通信，存在着很大的安全边际风险，会造成整车安全性能下降；同时汽车内部单元间的通信线束也在成倍增加，线束往往重量超过50kg，总长度可达5km以上。这些制约已经成为了阻碍汽车平台功能与性能升级的瓶颈。
当前主流的车载网络主要由CAN、LIN、FlexRay、MOST、LVDS等构成，CAN和FLexRay主要用于车辆控制信号流传输，而LIN，MOST，LVDS主要用于数据信号流传输。新的汽车功能的出现，如自动泊车系统、车道偏离检测系统、盲点检测和高级信息娱乐系统等，往往会使传统的车载网络出现带宽受限，数据传输延迟等问题。而我们需要的是更加开放、高速，且易于与其他电子系统或者设备集成的车载网络，同时有助于减少功耗，线束重量和部署成本。
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，提供一种基于虚拟化层的域控车载网络通信架构。
为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：
一种基于虚拟化层的域控车载网络通信架构，在域控制单元上部署虚拟化层；虚拟化层内提供不同的虚拟机，将域控制单元内的应用程序划分隔离运行在不同虚拟机下；虚拟机之间通过虚拟网络接口进行数据通信。不同域控制单元之间在虚拟化层利用Flexethernet通信技术生成Flex ethernet网络数据，通过一根高速Ethernet总线进行数据通信。
进一步地，虚拟化层提供虚拟网络驱动和虚拟以太交换机，虚拟机之间通过虚拟网络驱动和虚拟以太交换机进行数据通信。
进一步地，虚拟化层提供虚拟Flex ethernet驱动，域控制单元之间通过虚拟Flexethernet驱动和虚拟以太交换机进行数据通信。
进一步地，虚拟Flex ethernet驱动将本域控制单元对外的网络信道进行切片划分，每个Flex ethernet网络切片传输不同的业务；同时将所有对外通信业务的控制信号流与数据信号流分离，编码部署到对应的Flex ethernet网络切片上。
进一步地，域控制单元硬件构成包括中央控制模块、存储模块、网络通信模块。
进一步地，各虚拟机分配必要的硬件资源，虚拟网络接口具有高于1000Mbps的网络带宽。
进一步地，不同的域控制单元之间仅通过一根高速Ethernet总线在网络通信模块硬件上进行物理链接，承载虚拟化层生成的Flex ethernet网络数据，总线上承载的不同业务间的通信数据互不干扰。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，
本发明以Hypervisor和Flex Ethernet技术为支撑，通过在汽车的域控制单元内部部署Hypervisor，Hypervisor将本控制单元内的不同应用程序(APPs)按照功能和安全特性的不同进行划分和隔离，形成单独的虚拟机(VM)运行环境，降低了不同安全级别应用程序间的干扰，使得高安全需求的应用不会因为一些低安全级别应用的故障而产生奔溃或挂起，提高了域控单元和整车的运行安全。
域控制单元内部VM之间直接利用Hypervisor层提供的虚拟网络驱动(VirtualNet Driver)和虚拟以太交换机(Virtual Eth Switch)进行数据通信，提供了1000Mbps以上的高性能网络带宽，不仅提高了本域控单元内应用程序间的通信效率，更有效减少了网络线束。
不同域控制单元之间利用Hypervisor层Flex ethernet Driver对网络信道进行划分，同时将不同业务的控制信号流与数据信号流分离，编码部署到不同的Flex ethernet网络切片山；这种设计只需要域控单元向外提供一路Ethernet总线即可实现多业务间的网络通信，保障了数据传输实时性、可靠性和安全性的同时，更进一步的减少了汽车内部网络线束的重量和长度。
附图说明
图1是车载域控制单元内部网络通信结构；
图2是车载域控制单元之间网络通信结构。
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。
本发明提出一种基于虚拟化层的域控车载网络通信架构，适用于车载网络，特别是域控车载网络。
在汽车的域控制单元(Zone Control Units，ZCUs)硬件平台上部署虚拟化层(Hypervisor)，对本域控制单元内的各种应用(Apps)按照功能与安全特性的进行划分隔离，使不同安全级别的应用互不干扰的运行在不同的虚拟机(VM)下。
同一域控制单元(ZCU)的虚拟化层(Hypervisor)内部虚拟机(VM)之间利用虚拟网络接口(VirtIO)进行数据通信，只需要通过虚拟化层提供的虚拟网络驱动(Virtual NetDriver)和虚拟以太交换机(Virtual Eth Switch)进行数据通信，以减少线束复杂度，提高通信效率。
不同域控制单元之间在虚拟化层(Hypervisor)利用Flex ethernet通信技术进行网络数据传输，通过虚拟化层(Hypervisor)提供的虚拟Flex ethernet驱动，对本域控制单元对外的网络信道进行切片划分，同时将不同的对外通信业务的控制信号流与数据信号流分离，编码部署到不同的Flex ethernet网络切片上，实现不同域控制单元间数据流与控制流的同步传输且互不干扰。这种车载网络通信方法大大提高了数据传输的可靠性和安全等级，满足了不同业务、不同控制平台的差异化需求。
不同的域控制单元之间仅通过一根高速Ethernet总线在网络控制器硬件上进行物理链接，用于承载虚拟化层(Hypervisor)生成的Flex ethernet网络数据，总线上承载的不同业务间的通信数据互不干扰。
车载域控制单元内部网络通信结构如图1所示。单个域控制单元ZCU内部包括中央控制模块CPU、存储模块Memory、网络通信模块Network等硬件设备，同时运行着多种应用程序(Apps)，诸如汽车制动控制程序、传感器控制程序、多媒体控制程序等。在汽车域控制单元上部署虚拟化层(Hypervisor)，首先对本域控制单元内的所有应用进行划分，将不同功能和安全级别的应用隔离在不同的虚拟机(Virtual machines，VM)环境下，同时分配必要的硬件资源给各虚拟机(硬件分配包括硬件共享或硬件透传)。Hypervisor层提供了虚拟网络驱动(Virtual Net Driver)和虚拟以太交换机(Virtual Eth Switch)，虚拟网络驱动(Virtual Net Driver)和虚拟以太交换机(Virtual Eth Switch)进行数据交互，控制同一域控制单元内不同VM间利用虚拟网络接口(VirtIO)进行数据通信，Hypervisor提供的虚拟网络接口具有高于1000Mbps的网络带宽，且延时极低，充分的保障了数据通信效率和实时性。
车载域控制单元之间网络通信结构如图2所示。硬件平台上部署Hypervisor除了提供内部VM间虚拟网络通信功能，还需要设计并融合一种虚拟Flex ethernet驱动，该驱动以Flex ethernet通信协议为标准，目的在于实现对本域控制单元对外网络信道进行切片划分。在Hypervisor的控制下虚拟Flex ethernet驱动和虚拟以太交换机(Virtual EthSwitch)进行数据交互，一方面负责将需要对外通信的业务的控制信号流与数据信号流分离，另一方面会将不同业务的网络数据编码部署到不同的Flex ethernet网络切片上。然后在不同的域控制单元之间仅通过一根高速Ethernet总线在网络通信模块硬件上进行物理链接，用于承载Hypervisor生成的Flex ethernet网络数据，总线上承载的不同业务间的通信数据互不干扰，同时也不会出现数据阻塞。
本发明基于虚拟化层的域控车载网络通信首先需要建立在车载域控制架构基础上，即车控平台已按汽车功能进行了模块划分，各模块通过单独的域控制单元ZCU进行控制；在此基础上采用Flex ethernet通信技术作为域控制单元间网络数据传输的载体，再通过Hypervisor控制实现域控制单元ZCU内部应用程序的网络通信和域控制单元之间不同业务网络数据的隔离、同步和交互。域控车载网络通信从设计上可分为单个域控制单元ZCU内部VM间网络通信机制和多个域控制单元ZCUs之间的网络通信机制两部分。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，
本发明以Hypervisor和Flex Ethernet技术为支撑，通过在汽车的域控制单元内部部署Hypervisor，Hypervisor将本控制单元内的不同应用程序(APPs)按照功能和安全特性的不同进行划分和隔离，形成单独的虚拟机(VM)运行环境，降低了不同安全级别应用程序间的干扰，使得高安全需求的应用不会因为一些低安全级别应用的故障而产生奔溃或挂起，提高了域控单元和整车的运行安全。
域控制单元内部VM之间直接利用Hypervisor层提供的虚拟网络驱动(VirtualNet Driver)和虚拟以太交换机(Virtual Eth Switch)进行数据通信，提供了1000Mbps以上的高性能网络带宽，不仅提高了本域控单元内应用程序间的通信效率，更有效减少了网络线束。
不同域控制单元之间利用Hypervisor层Flex ethernet Driver对网络信道进行划分，同时将不同业务的控制信号流与数据信号流分离，编码部署到不同的Flex ethernet网络切片山；这种设计只需要域控单元向外提供一路Ethernet总线即可实现多业务间的网络通信，保障了数据传输实时性、可靠性和安全性的同时，更进一步的减少了汽车内部网络线束的重量和长度。
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 (7)

1.一种基于虚拟化层的域控车载网络通信架构，其特征在于，在域控制单元上部署虚拟化层；
虚拟化层内提供不同的虚拟机，将域控制单元内的应用程序划分隔离运行在不同虚拟机下；虚拟机之间通过虚拟网络接口进行数据通信。
不同域控制单元之间在虚拟化层利用Flex ethernet通信技术生成Flex ethernet网络数据，通过一根高速Ethernet总线进行数据通信。
2.根据权利要求1所述的基于虚拟化层的域控车载网络通信架构，其特征在于，虚拟化层提供虚拟网络驱动和虚拟以太交换机，虚拟机之间通过虚拟网络驱动和虚拟以太交换机进行数据通信。
3.根据权利要求2所述的基于虚拟化层的域控车载网络通信架构，其特征在于，虚拟化层提供虚拟Flex ethernet驱动，域控制单元之间通过虚拟Flex ethernet驱动和虚拟以太交换机进行数据通信。
4.根据权利要求3所述的基于虚拟化层的域控车载网络通信架构，其特征在于，虚拟Flex ethernet驱动将本域控制单元对外的网络信道进行切片划分，每个Flex ethernet网络切片传输不同的业务；同时将所有对外通信业务的控制信号流与数据信号流分离，编码部署到对应的Flex ethernet网络切片上。
5.根据权利要求4所述的基于虚拟化层的域控车载网络通信架构，其特征在于，域控制单元硬件构成包括中央控制模块、存储模块、网络通信模块。
6.根据权利要求1所述的基于虚拟化层的域控车载网络通信架构，其特征在于，各虚拟机分配必要的硬件资源，虚拟网络接口具有高于1000Mbps的网络带宽。
7.根据权利要求5所述的基于虚拟化层的域控车载网络通信架构，其特征在于，不同的域控制单元之间仅通过一根高速Ethernet总线在网络通信模块硬件上进行物理链接，承载虚拟化层生成的Flex ethernet网络数据，总线上承载的不同业务间的通信数据互不干扰。
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