CN114844774B - 一种车载以太环网的冗余通信系统、方法及存储介质 - Google Patents

一种车载以太环网的冗余通信系统、方法及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种车载以太环网的冗余通信系统、方法及存储介质，该系统包括终端发送节点、终端接收节点、以及多个从节点；多个所述从节点形成至少两条链路；所述终端发送节点用于周期性的发送故障检测帧到所述从节点，并在出现故障链路时在发送的数据帧的帧头中加入冗余选项，同时对数据帧进行复制，并发往不同的链路；所述终端接收节点用于对链路的数据帧进行接收，并在接收到携带有冗余选项的数据帧时，保留序列号相同的数据帧中的一个，并删除序列号相同的其余数据帧。本发明既能保证数据传输的可靠性，同时又不会造成宽带的浪费，避免对网络的稳定性造成影响。

Description

一种车载以太环网的冗余通信系统、方法及存储介质
技术领域
本发明涉及智能汽车技术领域，具体涉及一种车载以太环网的冗余通信系统、方法及存储介质。
背景技术
随着车载网络的发展，整车网络通信冗余链路在传统CAN、CANFD的基础上引入了更高速率的以太网。2012年，IEEE802.1任务组在AVB（Audio Video Bridge）音视频桥接技术的基础上通过增加一些工业标准形成了TSN（Time Sensitive Network）时间敏感网络标准。其中802.1 CB标准针对环网冗余方案，使用了帧复制与消除的机制来保证网络阻塞或断开的情况下，实现零丢包率。
针对基于TSN的以太环网冗余方案设计，在公开号为CN202110096760.7的发明专利申请中提供了一种基于DDS协议和TSN技术的车载网络冗余通信方法及系统，通过将关键指令数据封装到以太报文中，经TSN单元处理并发往TSN交换机链路形成冗余；远端网关从不同的链路上接收到以太数据帧，再通过TSN单元解析出携带的R-TAG选项，还原关键指令数据，转换成信号发送给对应的执行器。上述方案通过TSN单元以及TSN交换机实现以太网络数据传输的链路冗余，提高了DDS数据传输的可靠性，确保自动驾驶紧急场景的通信功能安全性。但是上述方案在以太环网中由于数据冗余的要求需要实时多占用关键帧的复制带宽，从而会造成带宽的浪费，对网络的稳定性产生影响。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是：如何提供一种既能保证数据传输的可靠性，同时又不会造成宽带的浪费，避免对网络的稳定性造成影响的车载以太环网的冗余通信系统及方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种车载以太环网的冗余通信系统，包括终端发送节点、终端接收节点、以及多个从节点；
多个所述从节点形成至少两条链路；
所述终端发送节点用于周期性的发送故障检测帧到所述从节点，并在出现故障链路时在发送的数据帧的帧头中加入冗余选项，同时对数据帧进行复制，并发往不同的链路；
所述终端接收节点用于对链路的数据帧进行接收，并在接收到携带有冗余选项的数据帧时，保留序列号相同的数据帧中的一个，并删除序列号相同的其余数据帧。
优选的，所述冗余通信系统还包括发送端可靠性的帧复制和消除节点、以及接收端可靠性的帧复制和消除节点，所述终端发送节点发送的数据帧通过所述发送端可靠性的帧复制和消除节点发送到所述链路，所述终端接收节点通过所述接收端可靠性的帧复制和消除节点接收来自于所述链路的数据帧。
一种车载以太环网的冗余通信方法，采用上述的车载以太环网的冗余通信系统，包括以下步骤：
步骤1）将以太环网的节点分为一个所述终端发送节点、一个所述终端接收节点和多个所述从节点；
步骤2）从所述终端发送节点的一端周期性的发送链路检测帧到所述从节点，并判断终端发送节点的另一端是否在预设时间内收到链路检测帧，若是则执行步骤3），若否则执行步骤4）；
步骤3）该链路为正常链路，返回执行步骤2）；
步骤4）该链路为故障链路并广播发送链路故障帧；
步骤5）所述终端发送节点接收到链路故障帧后，在发送的数据帧的帧头中加入冗余选项，并对数据帧进行复制，发往不同的链路；
步骤6）所述终端接收节点在接收到携带有冗余选项的数据帧时，保留序列号相同的数据帧中的一个，并删除序列号相同的其余数据帧。
优选的，还包括发送端可靠性的帧复制和消除节点、以及接收端可靠性的帧复制和消除节点，所述终端发送节点发送的数据帧通过所述发送端可靠性的帧复制和消除节点发送到所述链路，所述终端接收节点通过所述接收端可靠性的帧复制和消除节点接收来自于所述链路的数据帧；
步骤5）中，当所述终端发送节点接收到链路故障帧后，由所述发送端可靠性的帧复制和消除节点在发送的数据帧的帧头中加入冗余选项，并对数据帧进行复制，发往不同的链路；
步骤6）中，所述接收端可靠性的帧复制和消除节点接收到携带有冗余选项的数据帧时，保留序列号相同的数据帧中的一个发送到所述终端接收节点，同时删除序列号相同的其余数据帧。
优选的，步骤5）中，在发送的数据帧的帧头加入的冗余选项包括压缩键值和序列号。
优选的，步骤6）中，所述接收端可靠性的帧复制和消除节点保留第一次接收到的序列号相同的数据帧并发送给所述终端接收节点，同时丢弃之后所有的序列号相同的数据帧。
优选的，当故障链路恢复为正常链路时，广播发送链路恢复帧，当终端发送节点接收到链路恢复帧时，所述发送端可靠性的帧复制和消除节点停止在数据帧的帧头加入冗余选项和对数据帧的复制。
一种存储介质，所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序被处理器运行时，执行上述的车载以太环网的冗余通信方法。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明通过周期性发送链路故障帧的方式来检测链路故障，并在故障时使用数据帧复制与消除机制进行链路的冗余通信，在没有链路故障时保证了链路的带宽可用性，可减少高负载引起的网络不稳定性，同时，该方法中识别到链路故障后，启用TSN 802.1CB帧复制与消除机制，实现关键数据的冗余，利用冗余链路进行数据的传输，避免了网络数据的中断，提高了车载网络的可靠性和稳定性。
2、本发明引入的发送端可靠性的帧复制和消除节点（发送端FRER节点）和接收端可靠性的帧复制和消除节点（接收端FRER节点）可以为网络中不具备帧复制与消除机制的终端发送节点和终端接收节点提供FRER（FRER：Frame Replication and Elimination forReliability，可靠性机制帧复制与消除）功能，使终端发送节点的数据能够被冗余发送到终端接收节点。
附图说明
图1为本发明车载以太环网的冗余通信系统的系统框图；
图2为本发明车载以太环网的冗余通信方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
在本实施例中，以附图1中所示的以太环网对本方案的车载以太环网的冗余通信系统进行说明，当然在具体的车载以太网中，可能会包含更多的节点和链路，组成的环网也会更加的复杂，凡是基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如附图1所示的车载以太环网的冗余通信系统包括终端发送节点、终端接收节点、以及多个从节点（Switch1、Switch2、Switch3、Switch4）；
多个从节点形成至少两条链路（其中Switch1和Switch2组成一条链路；Switch3和Switch4组成一条链路）；
终端发送节点用于周期性的发送故障检测帧到从节点，并在出现故障链路时在发送的数据帧的帧头中加入冗余选项，同时对数据帧进行复制，并发往不同的链路；
终端接收节点用于对链路的数据帧进行接收，并在接收到携带有冗余选项的数据帧时，保留序列号相同的数据帧中的一个，并删除序列号相同的其余数据帧。
在本实施例中，冗余通信系统还包括发送端可靠性的帧复制和消除节点（FRER1）、以及接收端可靠性的帧复制和消除节点（FRER2），终端发送节点发送的数据帧通过发送端可靠性的帧复制和消除节点（FRER1）发送到链路，FRER1具有两个端口分别发送数据帧给两条链路，终端接收节点通过接收端可靠性的帧复制和消除节点（FRER2）接收来自于链路的数据帧，FRER2有两个端口分别接收两条链路的数据帧。
具体的，如附图1所示的系统链路检测帧的发送方向为：FERE1>Switch1>Switch2>FERE2>Switch3>Switch4>FRER1，链路检测帧的发送整体形成一个环装回路，而数据帧的发送路径分别为FERE1>Switch1>Switch2>FERE2、以及FERE1>Switch3>Switch4>FERE2。
如附图2所示，一种车载以太环网的冗余通信方法，采用上述的车载以太环网的冗余通信系统，包括以下步骤：
步骤1）将以太环网的节点分为一个终端发送节点、一个终端接收节点和多个从节点；
步骤2）从终端发送节点的一端周期性的发送链路检测帧到从节点，并判断终端发送节点的另一端是否在预设时间内收到链路检测帧，若是则执行步骤3），若否则执行步骤4）；
步骤3）该链路为正常链路，返回执行步骤2）；
步骤4）该链路为故障链路并广播发送链路故障帧；
步骤5）终端发送节点接收到链路故障帧后，在发送的数据帧的帧头中加入冗余选项(即R-TAG），并对数据帧进行复制，发往不同的链路；
步骤6）终端接收节点在接收到携带有冗余选项的数据帧时，保留序列号（Sequence Number）相同的数据帧中的一个，并删除序列号相同的其余数据帧。
在本实施例中，还包括发送端可靠性的帧复制和消除节点（FRER1）、以及接收端可靠性的帧复制和消除节点（FRER2），终端发送节点发送的数据帧通过发送端可靠性的帧复制和消除节点发送到链路，终端接收节点通过接收端可靠性的帧复制和消除节点接收来自于链路的数据帧；
步骤5）中，当终端发送节点接收到链路故障帧后，由发送端可靠性的帧复制和消除节点（FRER1）在发送的数据帧的帧头中加入冗余选项，并对数据帧进行复制，发往不同的链路；
步骤6）中，接收端可靠性的帧复制和消除节点（FRER2）接收到携带有冗余选项的数据帧时，保留序列号相同的数据帧中的一个发送到终端接收节点，同时删除序列号相同的其余数据帧。
在本实施例中，步骤5）中，在发送的数据帧的帧头加入的冗余选项包括压缩键值和序列号（Sequence Number）。
在本实施例中，步骤6）中，接收端可靠性的帧复制和消除节点保留第一次接收到的序列号相同的数据帧并发送给终端接收节点，同时丢弃之后所有的序列号相同的数据帧。
在本实施例中，当故障链路恢复为正常链路时，广播发送链路恢复帧，当终端发送节点接收到链路恢复帧时，发送端可靠性的帧复制和消除节点（FRER1）停止在数据帧的帧头加入冗余选项（R-TAG）和对数据帧的复制。
一种存储介质，存储介质存储有一个或者多个程序，一个或者多个程序被处理器运行时，执行上述的车载以太环网的冗余通信方法。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明通过周期性发送链路故障帧的方式来检测链路故障，并在故障时使用数据帧复制与消除机制进行链路的冗余通信，在没有链路故障时保证了链路的带宽可用性，可减少高负载引起的网络不稳定性，同时，该方法中识别到链路故障后，启用TSN 802.1CB帧复制与消除机制，实现关键数据的冗余，利用冗余链路进行数据的传输，避免了网络数据的中断，提高了车载网络的可靠性和稳定性。本发明引入的发送端可靠性的帧复制和消除节点（发送端FRER节点）和接收端可靠性的帧复制和消除节点（接收端FRER节点）可以为网络中不具备帧复制与消除机制的终端发送节点和终端接收节点提供FRER（FRER：Frame Replication and Elimination for Reliability，可靠性机制帧复制与消除）功能，使终端发送节点的数据能够被冗余发送到终端接收节点。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种车载以太环网的冗余通信方法，其特征在于，采用一种车载以太环网的冗余通信系统，包括终端发送节点、终端接收节点、以及多个从节点；
多个所述从节点形成至少两条链路；
所述终端发送节点用于周期性的发送故障检测帧到所述从节点，并在出现故障链路时在发送的数据帧的帧头中加入冗余选项，同时对数据帧进行复制，并发往不同的链路；
所述终端接收节点用于对链路的数据帧进行接收，并在接收到携带有冗余选项的数据帧时，保留序列号相同的数据帧中的一个，并删除序列号相同的其余数据帧；
系统链路检测帧的发送方向为：FERE1>Switch1>Switch2>FERE2>Switch3>Switch4>FRER1，链路检测帧的发送整体形成一个环装回路，FRER1为发送端可靠性的帧复制和消除节点，FRER2为接收端可靠性的帧复制和消除节点，Switch1、Switch2、Switch3、Switch4为从节点；
包括以下步骤：
步骤1）将以太环网的节点分为一个所述终端发送节点、一个所述终端接收节点和多个所述从节点；
步骤2）从所述终端发送节点的一端周期性的发送链路检测帧到所述从节点，并判断终端发送节点的另一端是否在预设时间内收到链路检测帧，若是则执行步骤3），若否则执行步骤4）；
步骤3）该链路为正常链路，返回执行步骤2）；
步骤4）该链路为故障链路并广播发送链路故障帧；
步骤5）所述终端发送节点接收到链路故障帧后，在发送的数据帧的帧头中加入冗余选项，并对数据帧进行复制，发往不同的链路；
步骤6）所述终端接收节点在接收到携带有冗余选项的数据帧时，保留序列号相同的数据帧中的一个，并删除序列号相同的其余数据帧；当故障链路恢复为正常链路时，广播发送链路恢复帧，当终端发送节点接收到链路恢复帧时，所述发送端可靠性的帧复制和消除节点停止在数据帧的帧头加入冗余选项和对数据帧的复制；
还包括发送端可靠性的帧复制和消除节点、以及接收端可靠性的帧复制和消除节点，所述终端发送节点发送的数据帧通过所述发送端可靠性的帧复制和消除节点发送到所述链路，所述终端接收节点通过所述接收端可靠性的帧复制和消除节点接收来自于所述链路的数据帧；
步骤5）中，当所述终端发送节点接收到链路故障帧后，由所述发送端可靠性的帧复制和消除节点在发送的数据帧的帧头中加入冗余选项，并对数据帧进行复制，发往不同的链路；
步骤6）中，所述接收端可靠性的帧复制和消除节点接收到携带有冗余选项的数据帧时，保留序列号相同的数据帧中的一个发送到所述终端接收节点，同时删除序列号相同的其余数据帧。
2.根据权利要求1所述的车载以太环网的冗余通信方法，其特征在于，步骤5）中，在发送的数据帧的帧头加入的冗余选项包括压缩键值和序列号。
3.根据权利要求2所述的车载以太环网的冗余通信方法，其特征在于，步骤6）中，所述接收端可靠性的帧复制和消除节点保留第一次接收到的序列号相同的数据帧并发送给所述终端接收节点，同时丢弃之后所有的序列号相同的数据帧。
4.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序被处理器运行时，执行如权利要求1-3中任一项所述的车载以太环网的冗余通信方法。
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