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Die
Erfindung betrifft den Datenaustausch zwischen unterschiedlichen
Teilnetzen in einem Kraftfahrzeug.
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In
einem Kraftfahrzeug werden gegenwärtig mehrere unterschiedliche
Teilnetzwerke bzw. Teilnetze verwendet, von denen jedes auf die
Erfüllung
bestimmter Aufgaben spezialisiert ist. Zum Datenaustausch zwischen
den verschiedenen Netzwerken sind in der Regel Gateways erforderlich,
die die erforderliche Umsetzung von Geschwindigkeit, Protokoll und
Signalen zwischen den verschiedenen Bussystemen wie z. B. CAN, LIN,
MOST, FlexRay und zwischen den verschiedenen Datennetzsystemen wie beispielsweise
Ethernet, Bluetooth, UWB, W-LAN oder WiMax vornehmen. Das entsprechende
Umcodieren einer von einem Netzwerk an ein anderes Netzwerk zu übertragenden
Nachricht erfordert jedoch zusätzliche
Prozessorleistung und führt
zu einer weiteren zeitlichen Verzögerung bei der Datenübertragung.
Außerdem
ist diese Umsetzung mit einem hohen technischen Aufwand verbunden.
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Des
weiteren unterliegen die Quell- und Zieladressen aller im Fahrzeug
vorhandenen Teilsysteme keinem einheitlichen Adressierungsschema,
so dass am Gateway eine Umsetzung der Adressen vorgenommen werden
muss. Neben dem hierfür
erforderlichen technischen Aufwand bedeutet dies weitere zeitliche
Verzögerungen
und zusätzliche
Anforderungen an die verfügbare
Prozessorleistung.
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Ausgehend
von dem oben Dargestellten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
den zum Austausch von Daten zwischen den verschiedenen Netzwerken
in einem Fahrzeug erforderlichen technischen Aufwand so zu reduzieren,
dass ein schnellerer Datenaustausch mit geringeren Anforderungen an
die zur Datenübertragung
erforderliche Prozessorleistung möglich ist.
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Diese
Aufgabe wird gemäß den unabhängigen Ansprüchen der
Erfindung gelöst.
Die Erfindung wird in ihren abhängigen
Ansprüchen
weitergebildet.
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Die
Erfindung umfasst ein Netzwerksystem für Kraftfahrzeuge mit zumindest
zwei unterschiedlich aufgebauten Teilnetzen, die eine Datenverbindung
aufweisen, wobei sich die Vermittlungsschichten der zumindest zwei
unterschiedlich aufgebauten Teilnetze im Aufbau gleichen.
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In
diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die in dieser
Beschreibung und den Ansprüchen
zur Aufzählung
von Merkmalen verwendeten Begriffe "umfassen", "mit", "aufweisen", "beinhalten" und "enthalten", sowie deren grammatikalische
Abwandlungen, generell eine nichtabschließende Aufzählung von Merkmalen, wie z.
B. Verfahrensschritten, Einrichtungen, Bereichen, Größen und
dergleichen bezeichnen, die in keiner Weise das Vorhandensein anderer
oder zusätzlicher
Merkmale oder Gruppierungen von anderen oder zusätzlichen Merkmalen ausschließt.
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Durch
einen einheitlichen Aufbau der Vermittlungsschichten der unterschiedlichen
Netzwerke in einem Kraftfahrzeug werden die Wegefindung, das ist
das so genannte Routing, die Flusssteuerung und weitere den Datenaustausch
betreffende Aufgaben vereinheitlicht, wodurch die Notwendigkeit
zur Umsetzung von Adressen entfällt.
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Vorteilhaft
wird das Protokoll der Vermittlungsschicht von dem Internet Protokoll
gebildet, wodurch ein Netzwerkverbund ohne Adressen umsetzende Gateways
und damit zusätzliche
zeitliche Verzögerungen
gebildet werden kann. Zur Unterstützung einer kontinuierlichen Übertragung
von Multimediadaten verwendet wenigstens eines der zumindest zwei
unterschiedlich aufgebauten Teilnetze zweckmäßigerweise ein verbindungsloses
Transportprotokoll. Für
eine sichere Datenübertragung
vor al lem im Bereich von Steuerungsaufgaben im Fahrzeug verwendet
wenigstens eines der zumindest zwei unterschiedlich aufgebauten
Teilnetze ein verbindungsorientiertes Transportprotokoll.
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Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit den Ansprüchen
sowie den Figuren. Die einzelnen Merkmale können bei einer Ausführungsform
gemäß der Erfindung
je für
sich oder zu mehreren verwirklicht sein. Bei der nachfolgenden Erläuterung
einiger Ausführungsbeispiele
der Erfindung wird auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen,
von denen
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1 eine
Gegenüberstellung
des Schichtaufbaus von MOST-Bussystem
und OSI-Referenzmodell zeigt,
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2 eine
Gegenüberstellung
im Schichtaufbau eines Ethernet-basierenden Multimedianetzwerks
und des OSI-Referenzmodells
zeigt,
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3 eine
schematische Darstellung eines herkömmlichen Fahrzeugnetzwerksystems
zeigt und
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4 eine
schematische Darstellung eine Fahrzeugnetzwerksystems zeigt, bei
dem die unterschiedlichen Teilnetze einheitliche Vermittlungsschichten
aufweisen.
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In
der Darstellung von 1 sind die Schichten eines MOST-Netzwerks (Media-Oriented-Systems-Transport-Netzwerks)
den sieben Schichten des OSI-Refernzmodells (Open System Interconnect)
gegenübergestellt.
Die Anwendungsschicht 7 nach dem OSI-Referenzmodell ist
im MOST-Netzwerk als Programmierschnittstelle ausgebildet. Die Aufgaben
der Darstellungsschicht 6 nach dem OSI-Referenzmodell übernimmt
im MOST-Netzwerk die "Netzwerkdienste 2"-Schicht. Die Dienste
der Kommunikationssteuerungsschicht 5, Transportschicht 4 und
Vermittlungsschicht 3 werden im MOST-Netzwerk von der "Netz- Werkdienste 1"-Schicht wahrgenommen.
Sicherungsschicht 2 und Bitübertragungsschicht 1 des
OSI-Referenzmodells werden im MOST-Netzwerk als "Most-Transceiver-" bzw. "MOST-Bitübertragungsschicht" bezeichnet.
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In
der 2 ist das Schichtmodell eines Netzwerks für Multimediaanwendungen,
dessen Bitübertragungs-
und Sicherungsschicht nach dem Ethernetstandard ausgebildet sind,
dem OSI-Referenzmodell
gegenübergestellt.
Die Vermittlungsschicht des Ethernet basierenden Multimedianetzwerks
beruht auf dem Internetprotokoll. In der Transportschicht werden
sowohl verbindungsorientierte (TCP; Transmission Control Protocoll),
als auch verbindungslose (UDP; User Datagram Protocol) Protokolle
ausgeführt.
Letztere finden insbesondere bei Streaming Media Verwendung, bei
dem Audio- oder Videodaten kontinuierlich über das Netzwerk übertragen
werden. Das Kodieren, Paketieren und Versenden von Multimedia-Datenströmen wird
auf der Sitzungsschicht vom Real-Time Transport Protocol (RTP) wahrgenommen,
das mit dem Real-Time Control Protocol zum Aushandeln und Einhalten
von Dienstgüteparametern
(QoS; Quality of Service) zusammenwirkt. Steuerung und Kontrolle
der Übertragung
von echtzeitsensitiven Multimediadaten sind Gegenstand des Real-Time
Streaming Protocol (RTSP). Die verbindungsorientierte Übertragung
von Daten wird in der Sitzungsschicht vom Hypertext Transfer Protocol
(HTTP) wahrgenommen. Zur Umsetzung der Daten von und für die auf
der Verarbeitungsschicht aufsetzenden Multimedianwendungen werden
in der Darstellungsschicht MPEG-4 und UPnP verwendet.
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Bei
paketorientierten Diensten besteht die Aufgabe der Vermittlungsschicht
generell darin, Datenpakete vom Ursprung zum Ziel zu leiten. Sie
bildet die unterste Schicht zum Einrichten einer Verbindung zwischen
zwei Endsystemen, wobei diese Endsysteme an ein und dasselbe oder
an verschiedene Netzwerke angebunden sein können. In der Vermittlungsschicht
erfolgt die Adressierung und die richtige Zuweisung von Quell- und
Zieladresse. Bei den gegenwärtig üblichen
Fahrzeugnetzwerk systemen weist jedes Teilnetzwerk eine gegenüber den
Vermittlungsschichten der anderen Teilnetze unterschiedlich aufgebaute
Vermittlungsschicht auf. Dadurch unterscheiden sich auch die Adresszuweisungen
in den einzelnen Teilnetzwerken.
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In
der 3 ist eine schematische Darstellung eines herkömmlichen
Fahrzeugnetzwerksystems 100 wiedergegeben, bei dem die
Endsysteme dreier unterschiedlicher Netzwerke über Gateways 10, 20, 30 und 40 miteinander
verbunden sind. Das Gateway 10 bindet die Endsysteme 11, 12, 13 und 14 des
ersten Teilnetzes an das Netzwerksystem 100 des Fahrzeugs
an. Gateway 30 bindet die Endsysteme 31, 32, 33 und 34 eines
zweiten Teilnetzes an das Netzwerksystem 100 des Fahrzeugs
an, wobei die Anbindung über
ein weiteres Gateway 20 (zum Beispiel eines weiteren, in
der Figur nicht näher
detaillierten Teilnetzes) erfolgt. Die Endsysteme 41, 42, 43 und 44 eines
dritten Teilnetzes werden schließlich über das Gateway 40 mit
dem Fahrzeugnetzwerksystem verbunden.
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Beim Übertragen
einer Nachricht von einem der Teilnetze zu einem anderen müssen die
Kommunikationsprotokolle in den Gateways umgewandelt werden. Wird
von dem Endsystem 11 beispielsweise eine Nachricht an das
Endsystem 43 übertragen,
so muss die Nachricht die Gateways 10, 20 und 40 passieren.
Dies ist jeweils mit einem Übergang
in das Protokoll des Teilnetzes verbunden, in das die Nachricht übertragen
wird. Die Nachricht kann in Form eines Rundrufs per Broadcasting
an alle Endsysteme versandt werden, wobei die Endsysteme selbst
entscheiden, ob die Nachricht für
sie relevant ist. Das Netwerksystem kann aber auch eine entsprechende Adressverwaltung
aufweisen, bei der die Teilnetze Nachrichten von einer Quelladresse
jeweils einer oder mehreren entsprechenden Zieladressen zuweisen.
Da die Adressierung in der Vermittlungsschicht stattfindet, muss
die Adresse für
das Zielsystem einer Nachricht in den Gateways auf dem Weg zum Teilnetz
des Zielsystems umgesetzt werden, wodurch die zum Übertragen
einer Nach richt erforderliche Prozessorleistung erhöht und die Übertragungszeit verlängert wird.
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In
dem Fahrzeug-Netzwerksystem der 4 sind die
Protokolle der einzelnen Vermittlungsschichten bei allen unterschiedlichen
Teilnetzen einheitlich, wodurch sich die Vermittlungsschichten der
unterschiedlich aufgebauten bzw. strukturierten Teilnetze, in ihrem
Aufbau gleichen. Damit wird eine einheitliche Adressierung der Endsysteme
innerhalb des aus unterschiedlich aufgebauten Teilnetzen aufgebauten Fahrzeugnetwerksystems
erreicht. Folglich entfällt an
den Gateways die Notwendigkeit zur Umsetzung der Adressen von Nachrichten
bzw. Daten auch dann, wenn Nachrichten bzw. Daten von einem Endsystemen
eines Teilnetzes zu einem Endsystemen eines anderen, zu diesem Teilnetz
unterschiedlich aufgebauten Teilnetz übertragen werden. Umsetzungen
auf der durch die Sicherungs- und Bitübertragungsschicht definierten
Hardwareebene werden natürlich
weiterhin über
geeignete Kopplungselemente vorgenommen.
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Vorzugsweise
wird als Protokoll der Vermittlungsschicht das Internet-Protokoll
(IP) verwendet, da das Fahrzeugnetzwerksystem hierdurch z. B. als privates
Netzwerk aufgebaut werden kann, das dann über ein Gateway bzw. einen
Router mit einer weltweit eindeutigen IP-Adresse mit anderen Netzwerken außerhalb
des Fahrzeugs, beispielsweise einem Werkstattnetzwerk, ein Navigationsnetzwerk
oder dergleichen, kommunizieren kann. Durch die eindeutige Internetadresse
des Fahrzeugs lässt
sich insbesondere auch die Car-to-X-Kommunikation einfach gestalten.
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Die
Verwendung einer einheitlichen Vermittlungsschicht in den unterschiedlichen
Teilnetzen eines Fahrzeugnetzwerksystems führt zu einer deutlichen Kostensenkung
bei der Vernetzung der Teilnetze, da auf aufwändige Gateways, wie z. B. MOST- oder
CAN-Gateways (CAN = Controller Area Network) verzichtet werden kann.
Ferner ergibt sich daraus die Möglichkeit
des einfachen Aufbauens einer Redundanz im Fahrzeug, denn die einzelnen
Teilnetze des Fahrzeug können
direkt miteinander verbunden werden, wodurch ein Datenaustausch
zwischen den einzelnen Teilnetzen über mehrere Wege möglich wird.
Mittels dieser Redundanz kann somit auf einfache Weise eine Erhöhung der
Betriebssicherheit des Fahrzeugs erzielt werden.
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Da
die Adressierung bei einer einheitlich aufgebauten Vermittlungsschicht
einheitlich erfolgt, ist eine eindeutige und transparente Adressierung
aller Endsysteme in einem Fahrzeug möglich. Eine falsche Konfiguration
ist hierdurch leicht zu erkennen, womit Applikations- und Testaufwand
wesentlich verringert werden.
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Außerdem ermöglicht eine
einheitlich ausgebildete Vermittlungsschicht eine Hardware-Filterung von
Informationen, wie z. B. die Definition einer auf ein Endsystem
und ein Paketformat bezogenen maximalen Datenrate für die Übertragung über die
beiden hardwarenahen Schichten.
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Die
Verwendung einer einheitlichen Vermittlungsschicht in den unterschiedlichen
Netzwerken eines Fahrzeugs ermöglicht
ferner eine Integration von bisher im Fahrzeug unabhängig voneinander
betriebenen eigenständigen
Systemen, wie beispielsweise Multimedia, Fernsprechen, Television,
Navigation, Fahrerassistenz oder dergleichen mehr. Die bei einer einheitlich
ausgebildeten Vermittlungsschicht erzielte eindeutige Adressierung
beugt zudem einer Fehlzustellung von Daten aufgrund einer fehlerhaften
Umadressierung in den Gateways vor. Hierdurch kann die Fahrzeugsicherheit
weiterhin erhöht
werden.
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Der
Einsatz des Internet-Protokolls in der Vermittlungsschicht ermöglicht vor
allem eine einfache Wiederverwendung von Protokollen, die im Bereich
der Endverbrauchergeräte
standardisiert sind. Hierzu zählen
beispielsweise das bei VoIP (Voice over IP) eingesetzte Session
Initiative Protokoll (SIP) und Real Time Transport Protokoll (RTP).
Die Verwendung des Internet-Protokolls in einer einheitlich ausgebildeten
Vermittlungsschicht gestattet ferner die Verarbeitung IP-basierender Dienste,
wie beispielsweise DVB-H (Digitaler Videorundfunk für Handgeräte), VoIP
(Voice over IP), IP-Radio, IP-Navigation oder anderer Funkdienste,
wodurch die Integration von Multimediadiensten im Fahrzeug vereinfacht
wird.
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Außerdem kann
mit einer auf dem Internet Protokoll basierenden einheitlichen Vermittlungsschicht
Mehrplatz-Multimedia im Fahrzeug realisiert werden, da, wenn im
Netzwerksystem des Fahrzeugs z. B. bereits ein Videostream übertragen
wird, ein zweiter Multimediaplatz aufgrund der eindeutigen Quelladresse
des Videostreams einfach auf diesen Videostream zugreifen kann.
Da ferner die Adressvergabe beim Internet-Protokoll eindeutig ist,
lassen sich auch neue Endsysteme wie z. B. ein neues Radiogerät einfach
und sicher in das Netzwerksystem des Fahrzeugs einbinden.