CN1720697A - 在时槽系统中用于提供介质判优的系统节点和方法 - Google Patents

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Abstract

多节点通信系统设置有使用静态(11、12、13、18)(预先安排进度)和动态(51、52、53...)(运行时确定)连续通信时槽的通信协议。系统具有许多分布式通信节点，每个节点布置为在静态(11、12、13...)和动态(51、52、53...)通信时槽中与其它节点交换数据。每个节点都包括由连续时槽(11、12、13...、51、52、53...)组成的同步时基5。时基5在每个节点中都具有基本相同的容错。对于静态通信(10)，每个静态通信时槽使用预定数量的时槽(20)。对于动态通信，每个动态通信时槽使用动态分配数量的时槽(60)。以此方式，在周期性循环的通信图案内提供静态和动态介质判优。通信抖动被较好地确定和处理，并且，补偿较大的振荡器频率漂移。

Description

在时槽系统中用于提供介质判优的系统节点和方法
技术领域
本发明涉及用于多节点分布式通信系统的通信协议，并更具体地(但不排它地)涉及用于汽车应用中的这些协议。
背景技术
在汽车应用中，在用于多节点布线通信系统的通信协议领域中，都知道两个现有的协议：TTP/C(用于安全临界分布式实时控制系统的时间触发通信协议)和byteflight(用于机动车中安全关键应用的协议，结合时间和优先权控制总线访问)。
FlexRay是目前发展的通信协议，规定使用用于静态段的TDMA(时分多路访问)方案以及FTDMA(灵活分时多路访问)布置如用于动态段的byteflight。FlexRay协议要求满足以下介质访问方案(MAS)要求：
MAS 1：在无故障条件下，介质判优方案应允许静态(预先安排进度)和动态(运行时确定)介质判优。
MAS 2：判优方案应基于周期性循环原理。
MAS 3：判优方案应贯彻避免冲突原理(假设无故障订户)。
MAS 4：判优方案应允许在系统使用期中每个用户有较大的振荡器频率漂移。
因此，目前没有满足FlexRay全部MAS要求的已知布置。
从而，需要用于提供介质判优的系统、节点和方法，其中，所述系统、节点和方法可缓解上述缺点。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种如权利要求1所述的用于提供介质判优的系统。
根据本发明的第二方面，提供一种如权利要求2所述的节点。
根据本发明的第三方面，提供一种如权利要求3所述的用于提供介质判优的方法。
通信时槽优选包括静态通信时槽。每个静态通信时槽使用预定数量的时槽。
通信时槽优选包括动态通信时槽。每个动态通信时槽使用动态分配数量的时槽。
优选地，在不发生帧传输的动态通信时槽中，动态分配数量的时槽数量为一个时槽。
发生帧传输的每个动态通信时槽优选分为交替的匹配和不匹配的时槽，匹配时槽是有效的传输时槽。
以此方式，提供用于在周期性循环的通信方案内进行介质判优的系统、节点和方法。通信抖动被较好地确定和处理，并且，较大的振荡器频率漂移基本上被补偿。
附图说明
现在，结合附图并借助实例来描述根据本发明的用于提供介质判优的系统、节点和方法，在附图中：
图1为示出本发明的时间层次的组合时间图；
图2为示出图1时间层次的静态段的结构和判优的时间图；
图3为示出图1时间层次的动态段的结构以及判优原理的时间图；以及
图4为示出处理对称故障的程序的组合时间图。
具体实施方式
多节点布线通信系统(未示出)，如汽车中的‘线控刹车’系统，包括许多节点，其中，每个节点布置为向系统的其它节点发送数据，并从其它节点接收数据。
本发明的节点(未示出)已经访问两个不同粒度的时基。可根据微片刻而定义高粒度的时基。微片刻在不同节点中定义相位和频率不同步的时基。根据宏片刻定义低粒度的第二时基。宏片刻在所有同步的节点中在精度p内定义相位和频率同步的时基。宏片刻由多个微片刻构成，并且满足其持续时间比精度p更大的条件。在欧洲专利EP22116573中公布例如用于FlexRay的满足此假设的同步方法。
介质判优区分两个截然不同的相位：初始不同步启动相位和后续的同步操作相位。两个相位在以下方面不同：
-在初始启动相位中，节点没有全系统同步时间的信息，即，不建立宏片刻时基。
-在同步操作相位中，节点具有全系统同步时间的信息，即，建立宏片刻时基。
在不同步的启动相位中，因以下两个原因之一而不需要介质判优。首先，节点集成到已经可操作的簇中，在此情况下，在节点处于同步操作相位之前都不发生第一传输。其次，簇不是可操作的，在此情况下，不存在其它的发送器，即，不需要介质的判优。
现在参照图1，示出根据本发明的时间层次的组合时间图。为了满足要求“MAS 2”(判优方案应基于周期性循环原理)，在临时的循环通信周期5中发生同步操作相位内的传输。
通信周期5实际上是系统所有节点都共享的时基。
通信周期5由通信周期(CP)、操作无通信周期以及网络空闲时间(NIT)7构成，其中，通信周期(CP)由两个段：静态段10和动态段50(在此段中发生传输)组成。静态和动态段10和50分别满足MAS 1的要求(提供静态和动态介质判优)
静态段10通过静态时槽11、12、13、18而细分为图1所示的许多静态时槽。
每个静态时槽11、12、13、18由一组连续的时间间隔组成，所述时间间隔称作微时槽。例如，静态时槽11由微时槽组20构成，其中，微时槽组20包括微时槽21、22、23和28。每个静态时槽具有相同数量(v)的微时槽。微时槽定义作为介质判优基础的时间网格，时间网格在后面进一步描述。
每个微时槽包括至少两个宏片刻的组。例如，微时槽22包括宏片刻组30，其中，宏片刻组30包括宏片刻31和32。
每个宏片刻包括一组微片刻。例如，宏片刻32包括微片刻组40。
动态段50通过动态时槽51、52、53、58而细分为图1所示的许多动态时槽。
每个动态时槽51、52、53、58由微时槽组60的许多微时槽组成。
然而，与静态时槽不同，每个动态时槽可以是不同的长度，因此可由不同数量的微时槽组成。在此实例中，动态时槽51由微时槽61和62组成，但是，每个动态时槽所用的微时槽数量按后述方式进行动态分配。
如以上结合静态段10所述地，动态段50的每个微时槽由至少两个宏片刻的组构成。例如，微时槽63包括宏片刻组70，其中，宏片刻组70包括宏片刻71和72。
每个宏片刻包括一组微片刻。例如，宏片刻71包括微片刻组80。
应该理解，微片刻组80是与微片刻组40相同的时间框架的一部分，它们是系统的所有微片刻，并且相似地，宏片刻组30是与宏片刻组70相同的时间框架的一部分，它们是系统的所有宏片刻。
所有微时槽都由相同数量的宏片刻构成。在每个微时槽内的指定瞬间称作微时槽动作点。微时槽动作点与微时槽内的两个连续宏片刻的边界相吻合。
借助帧优先权和时槽计数方案而执行两个段的判优。在节点中分配唯一帧优先权，所述唯一帧优先权称作以1开始的帧标识符。帧标识符确定在通信相位内何时发送帧。每个节点保留时槽计数器，在每个通信周期开始时，时槽计数器从1开始计数。
现在参照图2，图2示出静态段，如图1所示静态段，的结构和判优原理。
对静态段的每个静态时槽分配范围从1到g(静态时槽的总数)的唯一时槽ID。第一时槽110具有编号n，随后的第二时槽120具有编号n+1。所有的静态通信时槽是相同的持续时间，该持续时间是所选择的整数个微时槽乘以微时槽持续时间。在图2的实例中，第一时槽具有从时槽111(u)到时槽118(u+11)的12个微时槽；并且，第二时槽具有从时槽121(u+12)到时槽128(u+23)的12个微时槽。静态时槽的持续时间选择得使静态时槽总是适于通过时槽ID/帧ID关系而传输与静态时槽有关的帧。
如果时槽计数器等于将要发送帧的帧标识符，就发生帧传输。在图2的实例中，将在第一静态时槽110内传输具有帧ID n的第一帧130，并且，将在第二静态时槽120内传输具有帧ID n+1的第二帧140。
在各个静态时槽的第一微时槽内的微时槽动作点开始帧传输。从而，在微时槽111的微时槽动作点(在各个微片刻112和113之间的过渡)开始第一帧130的帧传输。相似地，在微时槽121的微时槽动作点(在各个微片刻122和123之间的过渡)开始第二帧140的帧传输。
在每个静态时槽的终点，时槽计数器加1。由于时槽计数器与是否发生介质访问以及何时访问无关地增加，因此，在时槽内的任何干扰不妨碍不受影响时槽内的判优的意义上，静态段内的判优不受通信故障的影响。
现在再参照图3，图3为示出动态段的结构和相关判优原理的时间图。
动态段细分为许多动态通信时槽。第一动态时槽210具有编号m，随后的第二时槽220具有编号m+1。相似地，第三、第四和第五时槽230、240和250分别具有编号m+2、m+3和m+4。
每个动态时槽都至少由一个微时槽组成。准确的数目取决于应保证无冲突恢复的故障类型：对于无故障假设，为一个微时槽；对于与一次传输有关的故障，为两个微时槽。
对于上述静态情况，如果时槽计数器等于将要发送帧的帧标识符，就发生帧传输。在各个动态时槽的第一微时槽内的微时槽动作点开始再一次的帧传输。然而，与静态情况不同，帧传输还必须在微时槽动作点结束。如果帧因其数据长度而不在微时槽动作点结束，那么，发送器必须通过产生忙信号而延长传输。这避免接收器太早的空闲检测。
在不发生消息传输或接收的每个动态时槽的终点，时槽计数器加1，即，在传输或接收消息的同时，时槽计数器增加的过程被挂起。
依靠程序，全部无故障接收器隐含地与发生传输的动态时槽一致，即，全部无故障接收器的时槽计数器匹配无故障发送器的时槽计数器和在帧中传输的帧ID。
为了处理故障，每个动态时槽必须由(至少)两个微时槽组成。第一微时槽称为匹配微时槽，第二微时槽称为失配微时槽。进而，第一微时槽的微时槽动作点称为微时槽匹配动作点，第二微时槽的微时槽动作点称为微时槽失配动作点。根据以上规则，在微时槽匹配动作点开始帧传输，并且，在微时槽动作点(匹配或失配)结束帧传输。
关注以下两种类型的故障：
a)接收(帧或噪声)的起点与微时槽动作点不对准。
b)接收的终点与微时槽动作点不对准。
对于以上故障a)，如果在匹配微时槽(即具有匹配动作点的微时槽)开始帧接收，那么，接收器就与发送器对准，并且不需要时槽校正。然而，如果在失配微时槽(具有失配动作点的微时槽)开始帧接收，那么，接收器就必须调节其微时槽相位关系，以匹配发送器。为了做到这点，必需评估包含在所接收帧内的帧ID，以便了解是比前一匹配微时槽延迟一个微时槽，还是比下一匹配微时槽提前一个微时槽。
现在再参照图4，图4为示出对以上故障b)的处理的组合时间图，其中，故障b)即为帧接收的终点与微时槽动作点不对准。在动态时槽m的第一微时槽x(标记为310)开始具有帧ID m的帧300。帧300的终点与微时槽边界317吻合，其中，微时槽边界317位于微时槽x+5(标记为315)的终点和微时槽x+6(标记为316)的起点之间。
由于帧接收的终点可在匹配或失配微时槽中发生，因此，当帧在与图4边界317一样的微时槽边界结束时，不清楚微时槽315和316中的哪一个被处理为帧已经在其中结束的微时槽。对于动态段应该理解，这导致不明确下一动态时槽(时槽m+1)将在哪开始。
一组节点可假设帧300已经在微时槽315(x+5)中结束，于是，此节点组采用时线320。根据时线320，由于帧300已经在微时槽x+5(在时线320中标记为321)结束，因此，在匹配微时槽x+7(标记为323)开始下一动态时槽(时槽m+1)之前是一个空的微时槽x+6(标记为322)。
另一组节点可假设帧300已经在微时槽316(x+6)中结束，于是，此节点组采用时线330。根据时线330，由于帧300已经在微时槽x+6(在时线320中标记为331)结束，因此，在匹配微时槽x+8(标记为333)开始下一动态时槽(时槽m+1)之前是一个空的微时槽x+7(标记为332)。
尽管有可能存在两个在节点内工作的时段，即，根据时线320工作的一组和根据时线330工作的另一组，但是，没有冲突或判优问题，且没有组内或组问题。
当传输下一帧时，将解决所有节点上的两个时段320和330。如果发送下一帧的节点根据时线320工作，那么，在传输时，使用时线320的所有节点识别帧在匹配时槽内开始，并且不采取任何措施。使用时线330的所有节点通知帧在失配时槽内开始，并且采取以上对故障a)所详细描述的适当措施来纠正此问题，于是，系统的所有节点决定采用时线320。
以相似的方式，如果发送下一帧的节点根据时线330工作，那么，在传输时，使用时线330的所有节点不采取任何措施，并且，使用时线320的所有节点将采取以上对故障a)所详细描述的适当措施，于是，系统的所有节点决定采用时线330。
本领域中技术人员应理解，对以上描述的替代实施例是可能的。例如，与每个段有关的时槽、微时槽和宏片刻的数量可与以上描述的不同。
进而，上述微时槽动作点不必位于每个微时槽的第一和第二宏片刻之间的边界，但是，例如，上述微时槽动作点可布置在具有至少三个宏片刻的微时槽的第二和第三宏片刻之间。
应理解，基于上述全系统同步时基的用于无冲突综合静态和动态介质判优的方法提供以下优点：
-提供用于静态(预先安排进度)和动态(运行时确定)介质判优的封闭性概念，
-提供周期性循环通信方案
-提供有限制的和确定性的通信抖动，以及
-能补偿较大的振荡器频率漂移。

Claims (12)

1.一种使用连续的通信时槽通过通信协议而提供介质判优的通信系统，所述系统包括：
多个通信节点，每个节点布置为在动态段50内与其它节点交换数据帧，其中，动态段50包括动态通信时槽，每个动态通信时槽具有通信时槽编号，其中，通信系统的特征在于多个通信节点中的每一个都包括：
包括与动态通信时槽有关的连续时槽的时基，所述每个连续时槽包括至少两个子时槽以及位于至少两个子时槽中的两个子时槽之间边界的传输动作点，从而，每个数据帧的传输在传输动作点开始和结束，以及
用于确定通信时槽编号的装置，其中，如果在时槽终点没有通信正在进行，该装置就增加通信时槽编号，并且，如果在时槽终点有通信正在进行，该装置就暂停增加通信时槽编号。
2.用于多节点分布式通信系统的通信节点，其中，所述系统使用连续的通信时槽并利用通信协议，所述节点布置为在动态段的动态通信时槽内与系统的其它节点交换数据帧，其中，每个动态通信时槽具有通信时槽编号，所述节点的特征为：
包括与动态通信时槽有关的连续时槽的时基，其中，每个连续时槽包括至少两个子时槽以及位于至少两个子时槽中的两个子时槽之间边界的传输动作点，从而，每个数据帧的传输在传输动作点开始和结束，以及
用于确定通信时槽编号的装置，其中，如果在时槽终点没有通信正在进行，该装置就增加通信时槽编号，并且，如果在时槽终点有通信正在进行，该装置就暂停增加通信时槽编号。
3.一种使用动态段的连续动态通信时槽通过通信协议在多节点分布式通信系统中提供介质仲截的方法，所述方法包括以下步骤：
提供时槽的全系统时基，每个时槽包括至少两个子时槽以及位于至少两个子时槽中的两个子时槽之间边界的传输动作点；
在动态通信时槽内，系统的每个节点与其它节点交换数据帧，其中，每个数据帧的传输在传输动作点开始和结束；以及，所述方法的特征在于以下步骤：
如果在时槽终点没有交换数据帧，每个通信节点就通过增加通信时槽编号而确定通信时槽编号，并且，如果在时槽终点交换数据帧，就暂停增加通信时槽编号。
4.如权利要求1所述的系统、权利要求2所述的节点或权利要求3所述的方法，其中，通信时槽包括静态通信时槽。
5.如权利要求4所述的系统、节点或方法，其中，每个静态通信时槽使用预定数量的时槽。
6.如上述任一权利要求所述的系统、节点或方法，其中，每个动态通信时槽使用动态分配数量的时槽。
7.如权利要求6所述的系统、节点或方法，其中，发生帧传输的每个动态通信时槽分为交替的匹配和失配时槽，匹配时槽是有效的传输时槽。
8.如上述任一权利要求所述的系统、节点或方法，其中，每个节点都包括根据在匹配或失配时槽中是否检测到通信开始而设定当前通信时槽编号的装置。
9.如上述任一权利要求所述的系统、节点或方法，其中，每个节点都具有相关的通信时槽编号，并且在其通信时槽编号与相关通信时槽编号不同的动态通信时槽中不能进行传输。
10.如上述任一权利要求所述的系统、节点或方法，其中，每个节点都包括用于把传输延伸到传输动作点的装置。
11.如权利要求10所述的系统、节点或方法，其中，所述传输通过忙信号的传输而进行。
12.如上述任一权利要求所述的系统、节点或方法，其中，每个节点都包括根据在动态通信时槽中通信的帧的帧标识符而调节时基的装置。
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