CN115297188A - 一种应用于智能汽车的通信连接方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种应用于智能汽车的通信连接方法及系统，将智能汽车中各类型电子设备输出的信号采用统一的数据格式进行封装，形成符合flexE规范的客户信号Client；以时分复用TDM方式实现数据交换功能，将各客户信号Client通过FlexE接口上传至云端进行处理运算或存储。本发明在云与端之间插入一层“管”即本系统，专门提供连接服务，保障任意网络节点之间可靠的连接，只需要每个网络节点通过一个连接接入本系统，即可实现任意节点到任意节点之间的连接。
Description
技术领域
本发明涉及电子通信技术领域，具体涉及一种应用于智能汽车的通信连接方法及系统。
背景技术
近年来，汽车产业迎来了翻天覆地的变化，智能电动汽车快速发展，有颠覆传统燃油汽车的趋势，机械属性减弱，电子产品的属性增强，技术及产业发展，向电动化、智能化、网联化、软件化方向加速升级，汽车被赋予感知、计算、连接、交互等能力。具备智能移动终端和通信设施的属性。
未来的通信网络系统，是万物互联的智能世界，当前形成了云、管、端、的架构，而智能汽车发展的趋势，具备通信网络的一切特征，例如
1、AD/ADAS(advanced driver assistance systems，高级自动驾驶辅助系统) 技术发展，IVI(In-Vehicle Infotainment)影音娱乐系统的发展，都需要强大的算力支持，也需要AI技术的加持，技术特征与云类似，
2、各种传感器技术发展，显示屏越来越多，以及各种传统外设都集成电子控制的功能，具备端的技术特征，与物联网技术特征类似。万物互联是智能的基础。
3、云和端的发展，又在推动对“管”的诉求，连接线缆越来越多，越来越复杂，急需要有一个网络架构技术，为云和端提供更好的连接服务。
当前的连接，主要依赖域控制器提供相关的通信接口，根据连接外设的不同，总线多且复杂，例如传统汽车电子总线有CAN(Controller Area Network，控制器局域网)，LIN(Local Interconnect Newwork，分布式电子系统)，FlexRay (串行车载通信总线)，高速互联主要依赖于汽车以太网，同时智能汽车新增加的功能又增加了很多新的高速接口，例如MIPI(Mobile Industry Processor Interface，移动产业处理器接口)，USB(UniversalSerial Bus，通用串行总线)， HDMI(High Definition Multimedia Interface，高清多媒体接口)，DP(DisplayPort，数字视频接口标准)。这些复杂的连接，导致协议转换多，时延大，线缆多，同时还带来安全问题及软件升级方面的问题。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，基于智能汽车领域的实际需求，结合当今通信网络的技术发展趋势，提出了一种应用于智能汽车领域的“管”的技术架构方案，为智能汽车提供高质量的连接服务。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
第一方面，本发明提供一种应用于智能汽车的通信连接方法，包括以下步骤：
将智能汽车中各类型电子设备输出的信号采用统一的数据格式进行封装，形成符合flexE规范的客户信号Client；
以时分复用TDM方式实现数据交换功能，将各客户信号Client通过FlexE 接口上传至云端进行处理运算或存储。
本发明的有益效果是：现有的端到端的连接方式导致协议转换多，时延大，线缆多，同时还带来安全问题及软件升级方面的问题，本方案将智能汽车输出的各类型信号采用统一的数据格式进行封装，再以时分复用TDM方式实现数据交换功能，将各客户信号Client通过FlexE接口上传到云端，相当于在云与端之间插入一层管，专门提供连接服务，保障任意网络节点之间可靠的连接。只需要每个网络节点通过一个连接接入本系统，即可实现任意节点到任意节点之间的连接。例如其中一个高清摄像头，其采集的图像信号，需要在高清屏幕显示，同时需要用于ADAS域运算，也需要给车载信息娱乐系统(IVI)调用，只需要保证其中每个节点(摄像头、屏幕，ADAS域，IVI)到本设备都有一个连接即可，不需要任意节点到任意节点都有线缆连接。可以有效降低车载电子电气设备的连接成本，同时可以降低域控制器的复杂度，只需提供一个FlexE 接口，无需提供各种传感器接口，专注于做计算功能。而且通过端-管-云的方式可以轻松实现单播、组播、广播功能。
进一步的，该方法还包括，根据各信号所需求的传输速率，将智能汽车中各类型电子接口输出的信号进行高低速分离，分成高速组和低速组；将低速组中的多个信号以时分复用TDM方式进行初步汇聚得到一个客户信号Client，将高速组中的每个信号单独封装成一个客户信号Client。
通过时分复用TDM方式，将低速组中的多个信号初步汇聚得到一个客户信号Client，再将各个客户信号Client以时分复用TDM方式实现数据交换功能，并通过FlexE接口上传至云端。相对于汽车以太网，在时延、带宽、网络安全方面提供绝对保障，具备明显优势。
进一步的，所述的将智能汽车中各类型电子设备输出的信号采用统一的数据格式进行封装，包括：将智能汽车中各类型电子接口输出的信号封装成由一个或多个66bit大小的数据块构成的数据包。在FlexE标准规范中定义了以太网 PHY层所支持的FlexE数据格式，因此本方案可以采用通信行业产业链中，最为成熟的以太网PHY层(Physical Layer，物理层)技术，接口速率，传输距离系列化最全，包括电接口和光接口技术，保障实现的性价比最优。
进一步的，所述客户信号Client的颗粒度最小为2Mb/s。
进一步的，该方法还包括，根据预设的任务需求，将目标客户信号Client 进行复制，并根据接收方电子接口类型，对客户信号Client进行重新封装，形成符合接收方数据格式的信号。
第二方面，本发明提供一种应用于智能汽车的通信连接系统，包括：
多个通信接口，分别与智能汽车中各类型电子设备的输入输出接口连接，用于接收各类型电子设备的输出信号或转发信号给各类型电子设备；
数据封装模块，用于将智能汽车中各类型电子设备输出的信号采用统一的数据格式进行单独封装，形成符合flexE规范的客户信号Client；
第一信道复用模块，以时分复用TDM方式实现数据交换功能，将各客户信号Client通过FlexE接口上传至云端进行处理运算或存储。
进一步的，该系统还包括第二信道复用模块；所述第二信道复用模块根据各信号所需求的传输速率，将智能汽车中各类型电子接口输出的信号进行高低速分离，分成高速组和低速组，低速组中的多个信号以时分复用TDM方式进行初步汇聚得到一个客户信号Client，将高速组中的每个信号单独封装成一个客户信号Client。
进一步的，该系统还包括数据转发模块；所述数据转发模块根据预设的任务需求，将各客户信号Client进行复制，并根据接收方电子接口类型，对客户信号Client进行重新封装，形成符合接收方数据格式的信号，通过对应的通信接口发送给接收方。
进一步的，所述通信接口为可扩展接口，即可根据需求增加或减少所述通信接口的数量。因此该通信连接系统具备较强的前瞻性和可扩展性，“管”提供连接的功能，具有数字化基础设施的属性，保障汽车作为一个最大的电子设备的可扩展性，通过适当的前瞻性布局，可以预留更多的接口，后续需要添加传感器，或者需要添加算力提升自动驾驶性能，不需要动整车架构，只需要添加一个网络节点即可，支持快速升级迭代。
进一步的，该系统还包括V2X模块，所述V2X模块与所述通信接口连接，通过V2X模块，实现智能汽车中各类型电子设备的远程OTA升级。
可以很方便的实现整车远程OTA(Over-the-Air Technology，空中下载技术)升级。提升智能电动汽车的可维护性，硬件一步到位，软件逐步升级，也符合软件定义汽车的理念。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种应用于智能汽车的通信连接系统框架结构示意图；
图2为本发明实施例提供的二级交叉系统结构示意图；
图3为本发明实施例提供的非对称接口示意图；
图4为本发明实施例提供的一种应用于智能汽车的通信连接方法流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
相对于通信网络，汽车内部的电子设备相对少很多，因此其网络架构也会简单得多。通常在通信网络中，区分为接入、传输等产品，接入主要是无线接入和有线接入，传输有常见的OTN网络和PTN网络。根据地域划分，传输又区分为接入层、汇聚层、骨干层，跨国、跨洲传输还包括海缆。而汽车内的传输，可以简化为一个设备完成车内各节点的连接功能。在一个设备内，又可以压缩到一个SOC芯片完成这些连接的特性，甚至将这颗SOC芯片集成到某个域控制器模块完成。更有甚者，可以将这部分功能模块集成到某个域控制器芯片内完成。不管形态如何，都是完成“管”的功能，实际数据的接入、传输，提供连接服务。
本发明实施例提供一种应用于智能汽车的通信连接系统，包括：
多个通信接口，分别与智能汽车中各类型电子设备的输入输出接口连接，用于接收各类型电子设备的输出信号或转发信号给各类型电子设备；
数据封装模块，用于将智能汽车中各类型电子设备输出的信号采用统一的数据格式进行单独封装，形成符合flexE规范的客户信号Client；
第一信道复用模块，以时分复用TDM方式实现数据交换功能，将各客户信号Client通过FlexE接口上传至云端进行处理运算或存储。
具体的系统架构方案如图1所示。如果将整体汽车电子电气架构，理解为通信行业的云、管、端架构，则这里的云端可以理解为整体汽车电子电气架构中的计算和存储单元，与管之间使用FlexE接口进行连接，FlexE接口是由OIF 组织定义的一种高速接口，可以支持以太网MAC速率与以太网PHY速率不一致，可以支持bonding、sub-rate和Channelization三种应用场景，可以理解为一种支持多连接的接口。
管，即所述的通信连接系统，是本专利发明的核心模块，在与云端的连接支持FlexE接口，与终端的连接则需要支持各种常见的汽车电子接口，即所述输入输出接口需支持例如图1所示的以太网、USB、CAN、MIPI、DP等接口。需要说明的是，这些接口不是一成不变的，随着智能汽车产业的发展，这些接口的种类可能会持续变化，以适应产业发展的需要。
从各种不同终端连接的客户信号，需要采用统一的数据格式进行封装，形成符合FlexE规范的66b block。例如在FlexE标准规范中，就详细定义了一个以太网MAC，如何封装成一个Client。每一条符合要求的数据流，称为一个客户信号(Client)，以便于进行统一的交换。
图1所示的Client交叉模块，即第一信道复用模块，采用TDM交换的原理，不需要缓存，以时分复用TDM方式将各客户信号Client通过FlexE接口上传至云端，保障数据交换的时延和可靠性。
在OIF组织所定义的2.2版本FlexE规范中，其PHY层定义仅仅支持 50GBASE-R,100GBASE-R,200GBASE-R,400GBASE-R这4种，要满足汽车领域的应用，这些PHY的速率都太大了，因此，有必要增加支持10GBASE-R和 1000MBASE-R的速率接口。同样，对FlexE Client的定义，定义为10，40，或者m*25Gb/s，这个在汽车领域应用也不合适，实际应用时，需要根据具体的行业需求，定义合适的客户信号(Client)颗粒度，并定义支持最大的颗粒数。以兼顾性能和成本。例如定义最小颗粒到2Mb/s，以满足常见的CAN总线需求。
作为一个优选实施例，在上述实施例的基础上，该系统还包括第二信道复用模块。所述第二信道复用模块根据各信号所需求的传输速率，将智能汽车中各类型电子接口输出的信号进行高低速分离，分成高速组和低速组，低速组中的多个信号以时分复用TDM方式进行初步汇聚得到一个客户信号Client，将高速组中的每个信号单独封装成一个客户信号Client。
具体的如图2所示。由于汽车内的client差异太大，既有ADAS所需要的高达数十Gb/s的Client，也有传统Can总线所用的只有2Mb/s的client，实际应用中，交叉模块也可以采用高低速分离的两级交叉系统，以节约系统整体成本。对为数众多对速率要求不高，但是对时延、可靠性要求又很高的低速终端，可以通过一个低速的交叉模块(图中用SC表示低速的Client)，进行一次初步的汇聚，根据所需要连接的云端目的不同，汇聚成少数几个client。
作为一个优选实施例，在上述实施例的基础上，该系统还包括数据转发模块；所述数据转发模块根据预设的任务需求，将各客户信号Client进行复制，并根据接收方电子接口类型，对客户信号Client进行重新封装，形成符合接收方数据格式的信号，通过对应的输入输出接口发送给接收方。如图3所示。例如胎压监测信号，需要在仪表盘显示，在远程手机端显示，在ADAS域和IVI 域都需要使用。可以根据其业务需要，首先从管中的小颗粒交叉中接入，复制 2份后分别并入到两个Client中，再通过Client交叉模块分别分发到两个不同的云端域控制器。
当前智能电动汽车发展，很多基于视频、图像的应用，例如ADAS系统很多都是基于机器视觉算法，屏幕显示主要也是视频内容，所以有很多非对称接口的应用，上面所描述的基于以太网产业链的PHY层技术都是基于对称接口的应用，收发两个方向的性能一致。如果直接在传感和屏幕类终端大量使用对称接口的PHY，显然是不经济的。
但是，其实在芯片内部实现，其实在发送和接收两个方向，都是分开独立处理的，所以，这个架构方案，也能很好的适配这种非对称的客户侧接口。管与端之间的管理通道，可以通过简单的低速接口，例如IIC，SPI，UART等接口进行管理。管与云端的管理通道，可以通过开销的形式，嵌入到FlexE的overhead开销中进行。
作为一个优选实施例，在上述实施例的基础上，该系统还包括V2X模块，所述V2X模块通过所述通信接口接入该系统。V2X模块作为一个终端，可以通过wifi或者运营商网络进行连接，在一辆车的内部，各个网络节点有通过本系统互联互通，所以各个功能模块的软件，都可以支持远程OTA升级，符合软件定义汽车的趋势。
针对IVI模块，根据应用的不同，也可能需要采集摄像头等传感器的视频信号，需要采集车身运动信息模拟VR/AR应用，信息量不稳定，带宽要求高，但是对可靠性要求要低于其它系统，由IVI送出的信息，可以分配一个合适的 Client带宽，例如IVI域与管的连接通过一个10G的FlexE接口，但是只用1G 的Client，这样保障不管什么情况下，IVI域最多占用1G的带宽，不会影响其它Client的正常通信，避免了以太网系统基于包转发的固有缺陷。
作为一个优选实施例，在上述实施例的基础上，所述通信接口为可扩展接口，即可根据需求增加或减少所述通信接口的数量。同时通过管的一定冗余设计，支持架构平滑演进，随着ADAS域发展，当前算力不够需要增加时，或者需要根据车型配置不同算力时，不需要改变整体电子电气架构，只需要在预留位置增加一个计算模块即可，同样，对高配车型需要增加一个传感部件(摄像头、激光雷达)，也只需要通过管的预留接口增加一个传感器即可。
基于上述实施例所提供的一种应用于智能汽车的通信连接系统，本发明实施例还提供一种应用于智能汽车的通信连接方法，如图4所示，该方法包括以下步骤：
S1，将智能汽车中各类型电子设备输出的信号采用统一的数据格式进行封装，形成符合flexE规范的客户信号Client；
S2，以时分复用TDM方式实现数据交换功能，将各客户信号Client通过 FlexE接口上传至云端进行处理运算或存储。
优选的，该方法还根据各信号所需求的传输速率，将智能汽车中各类型电子接口输出的信号进行高低速分离，分成高速组和低速组；将低速组中的多个信号以时分复用TDM方式进行初步汇聚得到一个客户信号Client，将高速组中的每个信号单独封装成一个客户信号Client。
优选的，该方法还根据预设的任务需求，将目标客户信号Client进行复制，并根据接收方电子接口类型，对客户信号Client进行重新封装，形成符合接收方数据格式的信号。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种应用于智能汽车的通信连接方法，其特征在于，包括以下步骤：
将智能汽车中各类型电子设备输出的信号采用统一的数据格式进行封装，形成符合flexE规范的客户信号Client；
以时分复用TDM方式实现数据交换功能，将各客户信号Client通过FlexE接口上传至云端进行处理运算或存储。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括，根据各信号所需求的传输速率，将智能汽车中各类型电子接口输出的信号进行高低速分离，分成高速组和低速组；将低速组中的多个信号以时分复用TDM方式进行初步汇聚得到一个客户信号Client，将高速组中的每个信号单独封装成一个客户信号Client。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的将智能汽车中各类型电子设备输出的信号采用统一的数据格式进行封装，包括：将智能汽车中各类型电子接口输出的信号封装成由一个或多个66bit大小的数据块构成的数据包。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述客户信号Client的颗粒度最小为2Mb/s。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括，根据预设的任务需求，将目标客户信号Client进行复制，并根据接收方电子接口类型，对客户信号Client进行重新封装，形成符合接收方数据格式的信号。
6.一种应用于智能汽车的通信连接系统，其特征在于，包括：
多个通信接口，分别与智能汽车中各类型电子设备的接口连接，用于接收各类型电子设备的输出信号或转发信号给各类型电子设备；
数据封装模块，用于将智能汽车中各类型电子设备输出的信号采用统一的数据格式进行单独封装，形成符合flexE规范的客户信号Client；
第一信道复用模块，以时分复用TDM方式实现数据交换功能，将各客户信号Client通过FlexE接口上传至云端进行处理运算或存储。
7.根据权利要求6所述的通信连接系统，其特征在于，还包括第二信道复用模块；所述第二信道复用模块根据各信号所需求的传输速率，将智能汽车中各类型电子接口输出的信号进行高低速分离，分成高速组和低速组，低速组中的多个信号以时分复用TDM方式进行初步汇聚得到一个客户信号Client，将高速组中的每个信号单独封装成一个客户信号Client。
8.根据权利要求6所述的通信连接系统，其特征在于，还包括数据转发模块；所述数据转发模块根据预设的任务需求，将各客户信号Client进行复制，并根据接收方电子接口类型，对客户信号Client进行重新封装，形成符合接收方数据格式的信号，通过对应的通信接口发送给接收方。
9.根据权利要求6所述的通信连接系统，其特征在于，所述通信接口为可扩展接口，即可根据需求增加或减少所述通信接口的数量。
10.根据权利要求6所述的通信连接系统，其特征在于，还包括V2X模块，所述V2X模块与所述通信接口连接，通过V2X模块，实现智能汽车中各类型电子设备的远程OTA升级。
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