CN115022118A - 一种车载以太网环网网络架构及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种车载以太网环网网络架构，按照整车区域设置前右区域控制器、中右区域控制器、后右区域控制器、以及前左区域控制器、中左区域控制器、后左区域控制器，所述前右区域控制器、中右区域控制器、后右区域控制器、前左区域控制器、中左区域控制器、后左区域控制器依次连接构成环路网络，所述中右区域控制器和中左区域控制器均连接自动驾驶控制器。本发明选择关键安全数据进行双发，接收方选收，以此来实现数据冗余，满足重要安全数据的确定性发送，从而能够保障L3及以上自动驾驶的数据通信安全。

Description

一种车载以太网环网网络架构及其控制方法

技术领域

本发明涉及车载通信领域，尤其涉及一种车载以太网环网网络架构技术。

背景技术

随着汽车智能化、网联化的快速发展，汽车电子控制的应用越来越多，比如智能座舱、自动驾驶等等。控制器的软件刷写业务越来越多，常用常新的功能和客户需求更多，庞大的刷写数据量对刷写时间提出了更严格的需求。如今的汽车都配备了多项高级自动驾驶辅助功能，自动驾驶水平达到了L2或者更高的水平，未来的完全自动驾驶汽车将会搭载更多的传感器。为了应对数量暴增的传感器以实现融合、V2X的使用，这些技术都会产生、发送、接收、存储和处理海量数据。自动驾驶系统的等级越高，独立传感器的数量也越多，由此产生的数据总量也更大。这些数据需要以极短的延迟在高速、可靠的网络上传输、存储和共享，这正是基于车载以太网的高吞吐量、低延迟网络的长处。

CAN总线作为车载网络骨干网已经有超过三十年的时间。但是即便是更快的CANFD协议传输速率最高也只有5Mbps，显然是不够的，因此引入车载以太网加入整车通信网络拓扑，目前车载以太网可实现100Mbps和1000Mbps的通信，未来可达到2.5Gbps、5Gbps、10Gbps。

L3及以上自动驾驶最重要的要求是保障人身安全，要求数据的100％可靠传输，否则是不允许在汽车上实施L3及以上的自动驾驶。如果通信线路出现异常断开，或者受电磁干扰无法正常传输，那么如何通过设计实现数据冗余来保障可靠性传输，就显得尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现一种能够适应L3及以上的自动驾驶数据传输过程中的数据冗余需求的网络架构。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种车载以太网环网网络架构，按照整车区域设置前右区域控制器、中右区域控制器、后右区域控制器、以及前左区域控制器、中左区域控制器、后左区域控制器，所述前右区域控制器、中右区域控制器、后右区域控制器、前左区域控制器、中左区域控制器、后左区域控制器依次连接构成环路网络，所述中右区域控制器和中左区域控制器均连接自动驾驶控制器。

所述前右区域控制器、前左区域控制器互为冗余备用器件；

所述中右区域控制器、中左区域控制器互为冗余备用器件；

所述后右区域控制器、后左区域控制器互为冗余备用器件；

所述前右区域控制器位于整车前右区域，控制整车前部区域器件工作；

所述中右区域控制器位于整车中右区域，控制整车中部区域器件工作；

所述后右区域控制器位于整车后右区域，控制控制整车后部区域器件工作；

所述前左区域控制器位于整车前左区域，控制整车前部区域器件工作；

所述中左区域控制器位于整车中左区域，控制整车中部区域器件工作；

所述后左区域控制器位于整车后左区域，控制整车后部区域器件工作。

所述前右区域控制器、前左区域控制器具有相同区域的全部自动驾驶控制器的端口、MAC地址和VLAN ID信息；

所述中右区域控制器、中左区域控制器具有相同区域的全部自动驾驶控制器的端口、MAC地址和VLAN ID信息；

所述后右区域控制器、后左区域控制器具有相同区域的全部自动驾驶控制器的端口、MAC地址和VLAN ID信息。

所述自动驾驶控制器采用冗余双发方式发出数据信息时，分别中右区域控制器和中左区域控制器发出相同的冗余数据信息，并由中右区域控制器和中左区域控制器采用冗余方式发送至执行器件

所述车载以太网环网网络架构用于L3及以上的自动驾驶数据传输。

所述前右区域控制器、中右区域控制器、后右区域控制器、前左区域控制器、中左区域控制器、后左区域控制器均为交换机。

基于所述车载以太网环网网络架构的控制方法，自动驾驶控制器预选将所有能够发出的数据信息分成三个优先等级，包括高优先等级、中等优先等级和低优先等级，其中高优先等级数据信息采用冗余双发方式向区域控制器发送信号。

所述中等优先等级数据信息根据预设的要求选择采用冗余双发方式向区域控制器发送信号，或者采用单发方式向区域控制器发送信号；

所述低优先等级数据信息采用单发方式向区域控制器发送信号。

所述高优先等级为安全相关控制流、安全相关媒体流、网络控制流；

所述中等优先等级为事件信息流、非安全相关控制流、非安全相关媒体流；

所述低优先等级为尽力而为流。

本发明选择关键安全数据进行双发，接收方选收，以此来实现数据冗余，满足重要安全数据的确定性发送，从而能够保障L3及以上自动驾驶的数据通信安全。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：

图1为车载以太网环网网络架构示意图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1所示，车载以太网环网网络架构，按照整车区域设置前右区域控制器、中右区域控制器、后右区域控制器、以及前左区域控制器、中左区域控制器、后左区域控制器，其中前右区域控制器、中右区域控制器、后右区域控制器、前左区域控制器、中左区域控制器、后左区域控制器依次连接构成环路网络，为了实现L3及以上的自动驾驶数据传输过程中的数据冗余，中右区域控制器和中左区域控制器均连接自动驾驶控制器。

需要设计冗余路径就要把数据包进行备份，通过至少两条链路进行传输，这样就不用担心数据包的丢失了。通过整车环网网络架构设计可实现此链路的搭建，将自动驾驶控制器双重链路接入网络架构主干网中。链路上自动驾驶控制器实现了双重链路，选择自动驾驶控制器中安全等级高的数据包在两条链路中一直双发，如果两条链路都是正常的，自动驾驶控制器一直在两条链路中同时发送相同的数据包，接收方收到重复数据会自动消除多余数据包，只留一个数据包；如果其中某一条链路出现了故障无法通信，另一条链路仍然可以正常将数据包传输到接收方，反之亦然。

如图1按照整车区域分布有六个区域控制器，能够将自动驾驶控制器跨接两个区域控制器，实现双重链路冗余，假设前左区域控制器需要接收自动驾驶数据包，自动驾驶控制器接入的双重链路冗余实施可通过图中举例的“1”和“2”路径实现

其中前右区域控制器、前左区域控制器互为冗余备用器件，中右区域控制器、中左区域控制器互为冗余备用器件，后右区域控制器、后左区域控制器互为冗余备用器件；

一般来说，前右区域控制器位于整车前右区域，控制整车前部区域器件工作；中右区域控制器位于整车中右区域，控制整车中部区域器件工作；后右区域控制器位于整车后右区域，控制控制整车后部区域器件工作；前左区域控制器位于整车前左区域，控制整车前部区域器件工作；中左区域控制器位于整车中左区域，控制整车中部区域器件工作；后左区域控制器位于整车后左区域，控制整车后部区域器件工作。

双发还需要对交换机进行设置，区域控制器都是交换机，假设前左区域控制器需要接收自动驾驶数据包，需要在中右区域控制器和中左区域控制器中都对自动驾驶控制器的数据包进行二层转发，这两个区域控制器的转发表都需要存下自动驾驶控制器的端口、MAC地址和VLAN ID信息，ARP表都需要存下自动驾驶控制器的IP地址和MAC地址的映射关系。在自动驾驶数据包发出后，中右区域控制器和中左区域控制器通过转发表进行转发，通过查询ARP表获取I P地址。

如果所有数据，包括安全等级要求不高的数据，都通过这种方式双发，对带宽是一种浪费，需要提取出哪些有双发需求的数据，可以根据应用场景，对流量进行优先级分类，参考下表：

流量类别	优先级	数据流示例
			安全相关控制流	高	控制类数据，如动力、制动、转向信息流等
安全相关媒体流	高	无人驾驶环境感知数据流，如毫米波雷达数据等
			网络控制流	高	时间同步报文等
事件信息流	中等	V2X事件流、警告信息流等
			非安全相关控制流	中等	车身域、影音娱乐域控制数据流等
非安全相关媒体流	中等	影音系统数据、低速时ADAS传感器数据
			尽力而为流	低	OTA刷新包、大数据、日志下载、上网数据等

上表中，关键性列为“高”的数据流，理应进行冗余传输，以实现更高级别的功能安全。一般来讲，是否使用冗余协议，由功能决定，如果某功能对数据的丢包无法容忍，那么，就考虑使用数据冗余实现可靠传输。

数据冗余的前提条件是网络中数据的传输有冗余路径，也就是要有备选路径，这就对网络拓扑的形式提出了要求，网络中必须能够形成环路，以使发送端的数据能沿不同路径到达接收端。附图1可直观理解数据冗余对网络拓扑形式的需求。附图1网络架构中，主干网形成了闭环，自动驾驶控制器双重接入，实现了链路冗余。假设前左区域控制器需要接收自动驾驶数据包，自动驾驶控制器的数据包发送的时候在路径1和路径2同时发出同样的安全等级要求高的数据包，前左区域控制器收到两份相同的数据包，并同时进行重复消除，最终只保留其中一个数据包，接收并使用。

如果路径1线路出现问题或者在传输过程中被干扰影响正常的传输，通过路径2还可以正常的将数据包传递给前左区域控制器，以实现整车的数据包传输，不会影响功能的实现。同样的，如果路径2线路出现问题或者在传输过程中被干扰影响正常的传输，通过路径1还可以正常的将数据包传递给前左区域控制器，以实现整车的数据包传输，不会影响功能的实现。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种车载以太网环网网络架构，其特征在于：按照整车区域设置前右区域控制器、中右区域控制器、后右区域控制器、以及前左区域控制器、中左区域控制器、后左区域控制器，所述前右区域控制器、中右区域控制器、后右区域控制器、前左区域控制器、中左区域控制器、后左区域控制器依次连接构成环路网络，所述中右区域控制器和中左区域控制器均连接自动驾驶控制器。

2.根据权利要求1所述的车载以太网环网网络架构，其特征在于：

所述前右区域控制器、前左区域控制器互为冗余备用器件；

所述中右区域控制器、中左区域控制器互为冗余备用器件；

所述后右区域控制器、后左区域控制器互为冗余备用器件；

所述前右区域控制器位于整车前右区域，控制整车前部区域器件工作；

所述中右区域控制器位于整车中右区域，控制整车中部区域器件工作；

所述后右区域控制器位于整车后右区域，控制控制整车后部区域器件工作；

所述前左区域控制器位于整车前左区域，控制整车前部区域器件工作；

所述中左区域控制器位于整车中左区域，控制整车中部区域器件工作；

所述后左区域控制器位于整车后左区域，控制整车后部区域器件工作。

3.根据权利要求2所述的车载以太网环网网络架构，其特征在于：

所述前右区域控制器、前左区域控制器具有相同区域的全部自动驾驶控制器的端口、MAC地址和VLAN ID信息；

所述中右区域控制器、中左区域控制器具有相同区域的全部自动驾驶控制器的端口、MAC地址和VLAN ID信息；

所述后右区域控制器、后左区域控制器具有相同区域的全部自动驾驶控制器的端口、MAC地址和VLAN ID信息。

4.根据权利要求1、2或3所述的车载以太网环网网络架构，其特征在于：所述自动驾驶控制器采用冗余双发方式发出数据信息时，分别中右区域控制器和中左区域控制器发出相同的冗余数据信息，并由中右区域控制器和中左区域控制器采用冗余方式发送至执行器件。

5.根据权利要求4所述的车载以太网环网网络架构，其特征在于：所述车载以太网环网网络架构用于L3及以上的自动驾驶数据传输。

6.根据权利要求1或5所述的车载以太网环网网络架构，其特征在于：所述前右区域控制器、中右区域控制器、后右区域控制器、前左区域控制器、中左区域控制器、后左区域控制器均为交换机。

7.基于权利要求1-6中任一所述车载以太网环网网络架构的控制方法，其特征在于：自动驾驶控制器预选将所有能够发出的数据信息分成三个优先等级，包括高优先等级、中等优先等级和低优先等级，其中高优先等级数据信息采用冗余双发方式向区域控制器发送信号。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在：所述中等优先等级数据信息根据预设的要求选择采用冗余双发方式向区域控制器发送信号，或者采用单发方式向区域控制器发送信号；

所述低优先等级数据信息采用单发方式向区域控制器发送信号。

9.根据权利要求7或8所述的控制方法，其特征在：所述高优先等级为安全相关控制流、安全相关媒体流、网络控制流；

所述中等优先等级为事件信息流、非安全相关控制流、非安全相关媒体流；

所述低优先等级为尽力而为流。

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