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Die Erfindung betrifft ein Netzwerk und ein Verfahren zum Austausch von Informationen.
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Stand der Technik
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Kommunikationssysteme in Kraftfahrzeugen umfassen in der Regel mehrere unterschiedliche Bussysteme, wie bspw. CAN, LIN oder FlexRay. Die Kommunikationssysteme werden dazu genutzt, eine Vielzahl kurzer Informationen, die je nach Auflösung meist kleiner als 8 Byte sind, zyklisch oder ereignisgesteuert zwischen angeschlossenen Steuergeräten auszutauschen. Diese Informationen werden von einem jeweiligen Steuergerät zu kurzen Nachrichten zusammengefasst. Durch das Zusammenfassen von einzelnen Informationen zu Nachrichten wird die zur Übertragung benötigte Bandbreite reduziert, da ein besseres Verhältnis von Metadaten bzw. Steuerdaten zu den tatsächlichen Nutzdaten geschaffen wird. Die Metadaten werden von einem Header und/oder einem Trailer der Nachricht bereitgestellt. In der Regel umfasst der Header (Kopf) Informationen zu einer Quell- und/oder Zieladresse sowie über einen Typ eines zu übertragenden Datenpakets. Ein Trailer (Anhang) umfasst in der Regel eine Prüfsumme sowie Steuerungs- und Verwaltungsinformationen.
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Das Internet Protokoll (IP) aus dem Bereich der Computernetzwerke hat verglichen mit Automotive-Kommunikationsprotokollen einen großen Bedarf an Steuerdaten. Ein üblicher Einsatz ist hier die Übertragung von großvolumigen Datenpaketen, die im Vergleich zu einzelnen Informationen innerhalb von Datenpaketen, die im Kraftfahrzeug übertragen werden, einen großen Anteil an Nutzdaten aufweisen. Dabei handelt es sich üblicherweise um Dateien oder Streamingdaten, die mit langen Datenpaketen übertragen werden. Die Metadaten weisen hier im Vergleich zu den Nutzdaten einen geringeren Umfang auf, so dass sich zwischen den Meta- und Nutzdaten ein günstiges Verhältnis ergibt.
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Bei einem Einsatz der Internetprotokoll- bzw. IP-Technologie im Kraftfahrzeug führt ein Austausch der oben beschriebenen, kurzen Informationen zu einer ungünstigen Ausnutzung der Kommunikationskapazität. Aufgrund des systembedingten Protokoll-Overheads von Metadaten bei einer IP-Übertragung ist im Vergleich zu der Übertragung im Internet der Anteil an Metadaten innerhalb eines Datenpakets groß, so dass sich ein ungünstiges Verhältnis zwischen Meta- und Nutzdaten ergibt.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden ein Netzwerk und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgestellt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung.
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Mit der Erfindung kann eine Steigerung der Effizienz bei paket-basierter Kommunikation durch Zusammenfassen einzelner Informationen und somit von Nutzdaten zu größeren Nachrichten, die als Datenpakete übermittelt werden, erreicht werden. So kann ein optimales Verhältnis zwischen Meta- zu Nutzdaten erreicht werden. Hierfür wird das Konzept des Informationsknotens bzw. Information-Nodes eingeführt. Das beschriebene Verfahren eignet sich in der Regel für die IP-Kommunikation bzw. für jegliche paket-basierte Kommunikation, bei der ein gesamtes Netzwerk bzw. Gesamtnetzwerk in Teilnetzwerke, die Bereiche des Netzwerks bilden, unterteilt ist und somit einen hierarchischen Aufbau mit bspw. baumartig verzweigter Struktur aufweist.
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Zudem werden alle Informationen nur an diejenigen Informationsknoten gesendet, die diese auch benötigen. Ein Versenden von Informationen an Informationsknoten, die bestimmte Informationen nicht benötigen, findet nicht statt. Dadurch wird zusätzlich eine Bandbreite der zu übermittelnden Informationen eingespart.
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Ein Informationsknoten ist zumindest ein typischerweise zentraler Punkt innerhalb einer Ebene des Netzwerks, durch bzw. über den viele Informationen laufen und somit ausgetauscht werden. Dabei kann ein Netzwerk mehrere Informationsknoten umfassen. Ausgestattet ist ein Informationsknoten mit einer oder mehreren Netzwerkschnittstellen, einem Speicher, einer Recheneinheit und eventuell einer Zeitbasis.
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Die Erfindung ist in Ausgestaltung für eine technische Einrichtung, die bspw. als Kraftfahrzeug ausgebildet sein kann, vorgesehen, die mindestens eine technische Einheit aufweist. Demnach kann diese technische Einrichtung auch mehrere ggf. räumlich verteilte und miteinander verbundene Einheiten umfassen. Die mindestens eine Einheit kann mindestens eine als Informationsknoten ausgebildete Komponente aufweisen, wobei die mindestens eine Einheit ebenfalls als ein Informationsknoten ausgebildet sein kann. Sämtliche Informationsknoten der technischen Einrichtung bilden das üblicherweise hierarchisch aufgebaute Netzwerk. Innerhalb des Netzwerks ist ein Informationsknoten mindestens einer Ebene innerhalb des Netzwerks zugeordnet. Demnach umfasst eine Ebene sämtliche Informationsknoten, die ihr zugeordnet sind. Eine Zuordnung eines Informationsknotens zu einer Ebene kann nach hierarchischen, funktionellen und/oder lokalen Aspekten erfolgen, wobei die Ebenen in der Regel übereinander angeordnet sind. Innerhalb des Netzwerks ist eine Ebene als eine Gruppierung von Informationsknoten definiert, die funktionelle Gemeinsamkeiten aufweisen können. Hierbei weist eine oberste, erste Ebene in der Regel nur einen Informationsknoten auf. Die Anzahl an Informationsknoten pro Ebene ist in einer Ausgestaltung der Erfindung umso größer, je niedriger diese innerhalb einer Hierarchie des Netzwerks angeordnet ist. Weiterhin ist es bspw. möglich, dass innerhalb eines Netzwerks für eine technische Einrichtung, die auf mehrere Einheiten räumlich verteilt ist, Informationsknoten einer Einheit eine Ebene des Netzwerks bilden.
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Die Netzwerkschnittstellen werden dazu genutzt, um Informationen auszutauschen, d. h. zu senden und/oder zu empfangen. Der Speicher ist dazu ausgebildet, mindestens eine Information, in der Regel zumindest die jeweils aktuellste Information, zu speichern. Die Recheneinheit ist dazu ausgebildet, empfangene Nachrichten in Einzelinformationen bzw. einzelne Informationen zu zerlegen und im Speicher abzulegen. Weiterhin ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, mindestens eine Information, in der Regel mehrere Informationen, aus dem Speicher in einer neuen Nachricht und somit einem neuen Datenpaket zusammenzufassen. Die zusammengefassten Informationen bilden die Nutzdaten der Nachricht. Mit der eventuellen Zeitbasis kann eine notwendige Periodizität von periodischen Informationen gewährleistet werden. Da jedem Informationsknoten, d. h. auch jedem als Informationsknoten ausgebildeten Gerät, bekannt ist, welche Informationen innerhalb einer Nachricht für diesen Informationsknoten vorgesehen sind, kann der Informationsknoten diese Informationen, die an diesen Informationsknoten gerichtet sind, aus der Nachricht herausfiltern.
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Aus Sicht der Computervernetzung eignet sich als Informationsknoten bspw. ein Router, d. h. ein Modul zur Kopplung von Netzwerken bzw. ein Switch, d. h. ein Modul, typischerweise ein Verteiler, zum Verbinden von Netzwerken und/oder Bereichen von Netzwerken. Üblicherweise ist ein Informationsknoten zum Verbinden und/oder zum Koppeln von mindestens zwei Teilnetzwerken des Netzwerks ausgebildet. Mit dem Übergang der bestehenden Vernetzungsarchitektur im Kraftfahrzeug hin zu einer IP-basierten Vernetzung können diese Informationsknoten oder ähnliche Komponenten in Kraftfahrzeugen angeordnet werden. Damit ist im Kraftfahrzeug ein hierarchischer Aufbau des Kommunikationsnetzwerks vorgesehen, bei dem das gesamte Netzwerk in geeigneter Form in Teilnetzwerke untergliedert wird.
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Das erfindungsgemäße Netzwerk ist dazu ausgebildet, sämtliche Schritte des vorgestellten Verfahrens durchzuführen. Dabei können einzelne Schritte dieses Verfahrens auch von einzelnen Komponenten des Netzwerks durchgeführt werden. Weiterhin können Funktionen des Netzwerks oder Funktionen von einzelnen Komponenten des Netzwerks als Schritte des Verfahrens umgesetzt werden. Außerdem ist es möglich, dass Schritte des Verfahrens als Funktionen wenigstens einer Komponente des Netzwerks oder des gesamten Netzwerks realisiert werden.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel für einen Kopfdatenbereich, wie er bei einem Internetprotokoll der Version 4 (IPv4) zur Übertragung von Nachrichten verwendet wird.
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2 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel für einen Kopfdatenbereich, wie er bei einem Internetprotokoll der Version 6 (IPv6) zum Übermitteln von Nachrichten verwendet wird.
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3 zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines Verhältnisses einer Länge von Nutzdaten zu der gesamten Länge des gesamten Datenpakets, das über einen Ethernet-Rahmen versendet wird.
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4 zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines Verhältnisses einer Länge von Nutzdaten zu der gesamten Länge des Datenpakets, das über einen CAN-Rahmen versendet wird.
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5 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Netzwerks.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Komponenten.
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Derzeit existieren zwei unterschiedliche Versionen des Internetprotokolls, d. h. eine Version 4 (IPv4) und eine Version 6 (IPv6), die sich unter anderem in der Feld-Anzahl und Länge eines Headers bzw. Kopfdatenbereichs eines Datenpakets und somit einer zu versendenden Nachricht unterscheiden. In 1 ist der Aufbau eines Kopfdatenbereichs 1 und somit eines Headers 4, wie er bei einem Internetprotokoll der Version 4 (IPv4) als Einleitung eines zu versendenden Datenpakets (Frame) als Nachricht verwendet wird, schematisch dargestellt. 2 zeigt in schematischer Darstellung die Struktur eines Kopfdatenbereichs 29 nach Version 6 des Internetprotokolls.
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Dieser Kopfdatenbereich 1 mit einer Breite von 32 Bit umfasst eine Angabe über eine Version 3 des Kopfdatenbereichs 1 mit einer Breite von 4 Bit, eine Information zu einer Länge 5 des Datenpakets mit einer Breite von 4 Bit, wobei diese Länge 5 auch als IHL für IP Header Length abgekürzt wird, eine Information über einen Servicetyp 7 (TOS, Type of Service) mit einer Breite von 8 Bit sowie eine Information über eine Gesamtlänge 9 des Datenpakets mit einer Breite von 16 Bit.
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Weiterhin umfasst der Kopfdatenbereich 1 eine Identifikation 11 mit einer Breite von 16 Bit, einen Kontrollschalter 13 (Flag) mit einer Breite von 3 Bit und eine Information über eine Fragmentierung 15 (Fragment Offset) mit einer Breite von 13 Bit. Außerdem ist hier eine Information über eine Lebensdauer 17 (Time to Live, TTL) des Datenpakets mit einer Breite von 8 Bit, eine Information über das im Rahmen der Ausgestaltung der Erfindung verwendete Internetprotokoll 19 mit einer Breite von 8 Bit und eine Prüfsumme 21 mit einer Breite von 16 Bit vorgesehen. Der hier dargestellte Kopfdatenbereich 1 nach dem Internetprotokoll 19 der Version 4 umfasst auch eine Information über eine Quelladresse 23, eine Zieladresse 25 und ggf. mindestens eine Information zu weiteren Optionen 27, die jeweils eine Breite von 32 Bit aufweisen.
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Ein Kopfdatenbereich 29 für ein Datenpaket (Frame) und somit eine Nachricht eines Internetprotokolls der Version 6 (IPv6) ist in 2 schematisch dargestellt. Dieser als IPv6-Kopfdatenbereich ausgebildete Kopfdatenbereich 29 bzw. Header umfasst eine Information über eine Version 33 mit einer Breite von 4 Bit, eine Information über eine Prioritätsvergabe 35 (Traffic Class) mit einer Breite von 8 Bit, eine Information zu einem Fließwert 37 (Flow Label) mit einer Breite von 20 Bit, eine Information über eine Länge 39 eines Inhalts des als IPv6-Datenpaket ausgebildeten Datenpakets mit einer Breite von 16 Bit, eine Information zur Identifizierung 41 eines nachfolgenden Kopfdatenbereichs mit einer Breite von 8 Bit und eine Information über eine maximale Anzahl an Zwischenschritten 43 (Hop Limit), die das zugeordnete Datenpaket über einen Router zurücklegen darf, mit einer Breite von 8 Bit. Außerdem umfasst der gezeigte IPv6-Kopfdatenbereich 29 eine Quelladresse 45 und eine Zieladresse 47, die jeweils eine Breite von 128 Bit aufweisen.
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Aufgrund der minimal zulässigen Länge eines Ethernet-Rahmens beträgt die minimale Länge eines IP-Datenpakets, das über Ethernet übertragen wird, 64 Byte. Die Effizienz der Übertragung in IP-basierten Netzwerken resultiert daher aus dem Verhältnis der Nutzdaten, die die eigentlich zu übertragenden Informationen umfassen, zu den Meta- bzw. Kontrolldaten, die u. a. auch den Kopfdatenbereich 1, 29 bzw. Header umfassen.
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Beispiele für Verhältnisse der Metadaten zu den Nutzdaten innerhalb eines Datenpakets, mit dem eine Nachricht versendet wird, sind in den Diagrammen aus den 3 und 4 dargestellt.
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Das Diagramm 50 aus 3 umfasst eine Abszisse 52, entlang der in der Einheit Byte eine Größe von Nutzdaten innerhalb eines Datenpakets in einem Ethernet-Frame bzw. Rahmen angegeben ist. Entlang einer Ordinate 54 ist ein Verhältnis der Länge der Nutzdaten (Payload) des Datenpakets zu einer Gesamtlänge des Datenpakets aufgetragen. Dabei umfasst die gesamte Länge des Datenpakets die Länge der Nutzdaten sowie die Länge der Metadaten, die unter anderem auch die Länge des Kopfdatenbereichs bzw. Headers des Datenpakets beinhaltet.
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Ein Anteil der Nutzdaten und somit von Informationsbytes an der gesamten Länge des Datenpakets ist durch die Kurve 56 in dem Diagramm 50 aus 3 dargestellt.
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Bei einem Nutzdatum bzw. einer Payload von 8 Byte in einem Ethernet- und/oder IP-Rahmen liegt die Effizienz einer Auslastung des Datenpakets bei unter 44%.
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4 zeigt ein Diagramm 58 mit einer Abszisse 60, entlang der in der Einheit Byte eine Länge der Nutzdaten eines Datenpakets und somit einer Nachricht, die über einen CAN-Standard-Rahmen bzw. -Frame versendet wird, aufgetragen ist.
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Entlang einer Ordinate 62 des Diagramms 58 ist ein Verhältnis einer Länge der Nutzdaten des Datenpakets zu einer gesamten Länge des Datenpakets, die die Länge der Nutzdaten sowie die Länge der Metadaten umfasst, aufgetragen. Innerhalb des Diagramms 58 ist dieses Verhältnis der Nutzdaten und somit von Informationsbytes an der gesamten Länge des Datenpakets bzw. ein Anteil durch die Kurve 64 angedeutet.
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Bei einem Standard CAN-Frame werden hier die Bits vom Identifier (Identifizierer) bis zur Bestätigung (Acknowledge) berücksichtigt, dabei wird bei 8 Byte Nutzdaten eine effektive Auslastung des Datenpakets von 65% erreicht, wie in dem Diagramm 58 in 4 dargestellt.
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5 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Netzwerks 70 für eine IP-basierte Vernetzung, wie es in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein könnte. Dieses hier gezeigte Netzwerk 70 weist eine hierarchisch gegliederte, baumartige Struktur auf und umfasst drei Ebenen 72, 74, 76. Dabei ist in einer obersten, ersten Ebene 72 ein als Hauptknoten 80 ausgebildeter Informationsknoten angeordnet. Eine mittlere, zweite Ebene 74 ist unterhalb der ersten Ebene 72 und über einer unteren, hier untersten, dritten Ebene 76 angeordnet. Diese zweite Ebene 74 umfasst einen ersten Informationsknoten, der gleichzeitig als erster Bereichsknoten 82 ausgebildet ist, einen zweiten Informationsknoten, der gleichzeitig als zweiter Bereichsknoten 84 ausgebildet ist, sowie einen dritten Informationsknoten, der gleichzeitig als dritter Bereichsknoten 86 ausgebildet ist. Die genannten, als Bereichsknoten 82, 84, 86 ausgebildeten Informationsknoten der zweiten Ebene 74 sind dem einen, als Hauptknoten 80 ausgebildeten Informationsknoten der ersten Ebene 72 unter- bzw. zugeordnet. Die unterhalb der zweiten Ebene 74 angeordnete dritte Ebene 76 umfasst als Informationsknoten ein erstes Gerät 88, ein zweites Gerät 90, ein drittes Gerät 92, ein viertes Gerät 94, ein fünftes Gerät 96, ein sechstes Gerät 98, ein siebtes Gerät 100, ein achtes Gerät 102 sowie ein neuntes Gerät 104. Jeweils drei dieser als Geräte 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104 ausgebildeten Informationsknoten der dritten Ebene 76 sind in der beschriebenen Ausführungsform jeweils einem als Bereichsknoten 82, 84, 86 ausgebildeten Informationsknoten der zweiten Ebene 74 unter- bzw. zugeordnet.
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Weiterhin ist dem Hauptknoten 80 eine Wolke 106, dem ersten Bereichsknoten 82 eine Wolke 108 dem zweiten Bereichsknoten 84 eine Wolke 110 und dem dritten Bereichsknoten 86 eine Wolke 112 zugeordnet. Jedem Gerät 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104 ist jeweils eine erste Wolke 114, 116, 118, 120, 122, 124, 126, 128, 130 (links) und eine zweite Wolke 132, 134, 136, 138, 140, 142, 144, 146, 148 (rechts) zugeordnet.
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Außerdem ist das Netzwerk 70 in drei Teilnetzwerke 150, 152, 154 aufgeteilt. Dabei sind in einem ersten Teilnetzwerk 150 dem ersten Bereichsknoten 82 das erste Gerät 88, das zweite Gerät 90 und das dritte Gerät 92 zugeordnet. In einem zweiten Teilnetzwerk 152 sind dem zweiten Bereichsknoten 84 das vierte Gerät 94, das fünfte Gerät 96 und das sechste Gerät 98 zugeordnet. Innerhalb eines dritten Teilnetzwerks 154 sind das siebte Gerät 100, das achte Gerät 102 und das neunte Gerät 104 dem dritten Bereichsknoten 86 zugeordnet.
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In den Wolken 106, 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, 124, 126, 128, 130, 132, 134, 136, 138, 140, 142, 144, 146, 148 sind Informationen 501, 502, 503, 504, 505, 506, 507, 508, 509, 510, 511, 512, 513, 514, 515, 516, 517, 518, 519, 520 eingetragen, die von dem jeweiligen Informationsknoten gespeichert werden und für einen Austausch bestimmt sind.
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Im Fall der Geräte 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104 wird unterschieden, ob Informationen 501, 502, 503, 504, 505, 506, 507, 508, 509, 510, 511, 512, 513, 514, 515, 516, 517, 518, 519, 520 von einem Gerät 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104 benötigt werden. Diese sind jeweils in einer zweiten Wolke 132, 134, 136, 138, 140, 142, 144, 146, 148 (rechts) eingetragen oder ob die Informationen 501, 502, 503, 504, 505, 506, 507, 508, 509, 510, 511, 512, 513, 514, 515, 516, 517, 518, 519, 520 von dem Gerät 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104 bereitgestellt werden. Diese bereitgestellten Informationen 501, 502, 503, 504, 505, 506, 507, 508, 509, 510, 511, 512, 513, 514, 515, 516, 517, 518, 519, 520 sind jeweils in einer ersten Wolke 114, 116, 118, 120, 122, 124, 126, 128, 130 (links) eingetragen.
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Die Ziffern und Pfeile auf den Linien zwischen den Informationsknoten symbolisieren, in welche Richtung welche Informationen 501, 502, 503, 504, 505, 506, 507, 508, 509, 510, 511, 512, 513, 514, 515, 516, 517, 518, 519, 520 fließen.
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Durch die Linien werden Kommunikationskanäle, mit denen die Informationsknoten verbunden sind, schematisch dargestellt.
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Die Aufteilung der einzelnen Teilnetzwerke 150, 152, 154 des Netzwerkes 70, die durch die Bereichsknoten 82, 84, 86 gekoppelt und/oder verbunden sind, ist frei wählbar und bspw. im Kraftfahrzeug abhängig von einer EE-Architektur vorzunehmen. Denkbar ist bspw. eine örtliche Aufteilung der zu vernetzenden Geräte 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104 im Kraftfahrzeug (hinten, vorne, links, rechts, oben, unten usw.) oder eine Aufteilung nach funktionellen Domänen z. B. dem Innenraum (Body), dem Fahrgestell (Chassis), dem Antriebsstrang (Powertrain), Informationsgeräten (Infotainment) usw.
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Die Architektur und die Anzahl der Hauptknoten 80, Bereichsknoten 82, 84, 86 pro Hauptknoten 80 und Geräten 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104 pro Bereichsknoten 82, 84, 86 sind in 5 rein willkürlich gezeigt und in der Realität unter Berücksichtigung der jeweiligen Hardware bzw. der gewünschten Architektur frei auszuwählen. Ebenfalls denkbar ist eine höhere Anzahl von Ebenen 72, 74, 76 für eine feingranularere Unterteilung des gesamten Netzwerks 70 in Teilnetzwerke 150, 152, 154. Hauptknoten 80 und/oder Bereichsknoten 82, 84, 86 können für eine bessere Hardwarepartitionierung ebenfalls Funktionalitäten von Geräten 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104 übernehmen. Mit vermaschten Strukturen kann eine höhere Ausfallsicherheit (Redundanz) erreicht werden.
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In der gezeigten Ausführungsform des Netzwerks 70 ist vorgesehen, dass die unterste dritte Ebene, die die Geräte 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104 umfasst, der nächst höheren zweiten Ebene 74 mitteilt, welche Informationen 501, 502, 503, 504, 505, 506, 507, 508, 509, 510, 511, 512, 513, 514, 515, 516, 517, 518, 519, 520 von den Geräten 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104 benötigt werden und welche Informationen 501, 502, 503, 504, 505, 506, 507, 508, 509, 510, 511, 512, 513, 514, 515, 516, 517, 518, 519, 520 durch die Geräte 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104 bereitgestellt werden.
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Diesbezüglich werden zwei mögliche Beispiele, die bei der gezeigten Ausführungsform des Verfahrens durchführbar sind, beschrieben.
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Bei einem ersten Beispiel ist vorgesehen, dass das erste Gerät 88 dem ersten Bereichsknoten 82 mitteilt, dass das erste Gerät 88 die Informationen 501, 502, und 503 erzeugt bzw. generiert und somit bereitstellt und die Informationen 504 und 508 benötigt. Somit hat das erste Gerät 88 die Informationen 504 und 508 bei dem ersten Bereichsknoten 82 abonniert. Da es in der untersten Ebene 74 angeordnet ist, hat der erste Bereichsknoten 82 implizit die Informationen 501, 502 und 503 vom ersten Gerät 88 abonniert, da davon auszugehen ist, dass diese Informationen 501, 502 und 503 von einem anderen Gerät 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104 im Netzwerk 70 benötigt werden. Gleiches gilt äquivalent für das zweite Gerät 90 und das dritte Gerät 92 sowie den von diesen Geräten 90, 92 benötigten bzw. bereitgestellten Informationen 501, 504, 505, 506, 507, 508 und 509.
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Dem ersten Bereichsknoten 82 ist nun bekannt, dass alle im ersten Teilnetzwerk 150 benötigten Informationen 501, 504, 506, 507 und 508 auch im ersten Teilnetzwerk 150 generiert werden. Somit muss der erste Bereichsknoten 82 keine Informationen 501, 502, 503, 504, 505, 506, 507, 508 und 509 beim übergeordneten Hauptknoten 80 der ersten Ebene 72 abonnieren. Der erste Bereichsknoten 82 meldet dem Hauptknoten 80, dass die Informationen 501, 502, 503, 504, 505, 506, 507, 508 und 509 von ihm verfügbar sind.
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Bei einem zweiten Beispiel teilt das achte Gerät 102 dem dritten Bereichsknoten 86 mit, dass das achte Gerät 102 die Informationen 518 und 519 generiert und die Informationen 505 und 516 benötigt. Somit hat das achte Gerät 102 die Informationen 505 und 516 beim dritten Bereichsknoten 86 abonniert. Da das achte Gerät 102 in der untersten, dritten Ebene 76 angeordnet ist, hat der dritte Bereichsknoten 82 implizit die Informationen 518 und 519 von dem achten Gerät 102 abonniert, da davon auszugehen ist, dass diese Informationen 518 und 519 von einem anderen Gerät 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 104 im Netzwerk 70 benötigt werden. Gleiches gilt äquivalent für das siebte Gerät 100 und das neunte Gerät 104 und den von diesen Geräten 100, 104 benötigten bzw. bereitgestellten Informationen 513, 514, 515, 516, 517 und 520.
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Dem dritten Bereichsknoten 86 ist nun bekannt, dass die Informationen 505, 513, 514 nicht im dritten Teilnetzwerk 154 generiert werden und abonniert diese beim Hauptknoten 80. Gleichzeitig meldet der Hauptknoten 80, dass die Informationen 515, 516, 517, 518, 519 und 520 im dritten Teilnetzwerk 154 generiert werden und diese von ihm verfügbar sind.
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Gleiches gilt entsprechend für das erste und zweite Teilnetzwerk 150, 152 und den von ihnen benötigten bzw. bereitgestellten Informationen 501, 502, 503, 504, 505, 506, 507, 508, 509, 510, 511, 512, 513, 514, 515, 518, 519 und 520. Dem Hauptknoten 80 ist wiederum bekannt, woher er welche Informationen 501, 502, 503, 504, 505, 506, 507, 508, 509, 510, 511, 512, 513, 514, 515, 516, 517, 518, 519, 520 beziehen kann und welcher Bereichsknoten 82, 84, 86 welche Informationen 501, 502, 503, 504, 505, 506, 507, 508, 509, 510, 511, 512, 513, 514, 515,516, 517, 518, 519, 520 benötigt. Er abonniert nun die Informationen 501, 502, 503, 505, 509, 513, 514, 515, 518, 519 und 520 die in den unterschiedlichen Teilnetzwerken 150, 152, 154 benötigt werden, aber nicht im eigenen Teilnetzwerk 150, 152, 154 erzeugt werden. Vom ersten Bereichsknoten 82 abonniert er die Informationen 501, 502, 503, 505 und 509, vom zweiten Bereichsknoten 84 abonniert er die Informationen 513 und 514 und vom dritten Bereichsknoten 86 abonniert er die Informationen 515, 518, 519 und 520.
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Jeder Informationsknoten hat nun die Möglichkeit, in geeigneter Art und Weise Informationen 501, 502, 503, 504, 505, 506, 507, 508, 509, 510, 511, 512, 513, 514, 515, 516, 517, 518, 519, 520 zu Nachrichten zusammenzufassen, ohne die Anforderungen bzgl. Timing, Periodizität, maximalem Delay usw., zu verletzen, wenn die Anforderungen bzgl. Timing, Periodizität, maximalem Delay usw. bekannt sind bzw. ausgetauscht werden.
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Das Abonnieren von Informationen 501, 502, 503, 504, 505, 506, 507, 508, 509, 510, 511, 512, 513, 514, 515, 516, 517, 518, 519, 520 kann in dem Netzwerk 70 bspw. durch entsprechende Generierung von Multicast-Adressen realisiert werden.
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Das im Rahmen der hier gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Netzwerks 70 vorgestellte Prinzip kann statisch implementiert oder auch automatisiert werden. Dazu werden zusätzliche Daten über die jeweilige Information 501, 502, 503, 504, 505, 506, 507, 508, 509, 510, 511, 512, 513, 514, 515, 516, 517, 518, 519, 520 benötigt, bspw. für die Länge, ob es eine periodische oder eine ereignis- bzw. eventbasierte Information 501, 502, 503, 504, 505, 506, 507, 508, 509, 510, 511, 512, 513, 514, 515, 516, 517, 518, 519, 520 ist oder gegebenenfalls zu der Periodizität der Information 501, 502, 503, 504, 505, 506, 507, 508, 509, 510, 511, 512, 513, 514, 515, 516, 517, 518, 519, 520. Diese Daten sind in jedem Gerät 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104 abgelegt und können bei Bedarf von der untersten dritten Ebene 76 an die oberen, höheren Ebenen 72, 74 durchgereicht werden. Es ist hierfür vorgesehen, dass in den Informationsknoten als Speicher ausgebildete Ressourcen zur Verfügung stehen.
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Bei einem vermaschten Netzwerk 70 ist als zusätzliche Maßnahme ein sogenanntes Load Balancing möglich. Dadurch wird erreicht, dass alle Wege zwischen zwei Punkten und somit Informationsknoten gleich stark ausgelastet sind.
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Denkbar ist ebenfalls, dass als Bereichsknoten, Hauptknoten und/oder Geräte 80, 82, 84, 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104 ausgebildete Informationsknoten auch über mindestens eine Schnittstelle bzw. ein Interface zu anderen Kommunikationssytemen bzw. Kommunikationsanordnungen verfügen. Somit können bspw. CAN-fähige Sensoren direkt von einem Informationsknoten ausgelesen werden. Dafür kann im Informationsknoten zusätzlich eine Art Gateway und somit ein Protokollumsetzer implementiert werden.
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In der Regel ist mindestens eines der dargestellten Geräte 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104 und somit ein Informationsknoten der untersten Ebene 76 als Steuergerät (ECU) mindestens einer technischen Einrichtung, bspw. einem Kraftfahrzeug, ausgebildet. Üblicherweise kann mit mindestens einer derartigen technischen Einrichtung ein mechanisches Verfahren durchgeführt werden. Ein als Steuergerät ausgebildetes Gerät 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104 ist dazu vorgesehen, mindestens eine Komponente der mindestens einen technischen Einrichtung zu kontrollieren und somit zu steuern und/oder zu regeln. Weiterhin können Geräte 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104 als Sensoren zum Erfassen von Zuständen von Betriebsparameter der mindestens einen technischen Einrichtung oder als Aktuatoren zum Beaufschlagen von Komponenten der mindestens einen technischen Einrichtung ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass zumindest ein hier beschriebenes Gerät 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104 nicht als Steuergerät sondern als Kommunikationsgerät, bspw. Antenne, Radio oder Navigationsgerät, ausgebildet ist, das dazu eingerichtet sein kann, mit der Außenwelt Daten auszutauschen und/oder dem Fahrer Informationen, die ggf. auf den ausgetauschten Daten beruhen, bereitzustellen.
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Mehrere bspw. als Steuergeräte ausgebildete Geräte 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104 aus der untersten, dritten Ebene 76 der mindestens einen technischen Einrichtung sind jeweils einem Bereichsknoten 82, 84, 86, bei dem es sich um eine übergeordnete Komponente, bspw. ein übergeordnetes Steuergerät, der mindestens einen technischen Einrichtung handelt, aus der zweiten Ebene 74 untergeordnet. Die Bereichsknoten 82, 84, 86 und somit Komponenten der zweiten Ebene 74 sind dem Hauptknoten 80 der ersten Ebene 72 untergeordnet. Dieser Hauptknoten 80 ist üblicherweise als zentrale Komponente, bspw. als zentrales Steuergerät, der mindestens einen technischen Einrichtung ausgebildet.
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Die beschriebene Erfindung kann in weiterer Ausgestaltung auch für Netzwerke, die in anderen technischen Einrichtungen und/oder Anordnungen mit mehreren technischen Einrichtungen angeordnet sein können, verwendet werden, bspw. in Einrichtungen und/oder Anordnungen für Sicherheitstechnik, Automatisierungstechnik, Haus-Automatisierungstechnik usw.
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In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein hierarchisches Netzwerk 70 mit n = 3 Ebenen 72, 74, 76 für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt. Dieses Netzwerk 70 umfasst eine Vielzahl von Geräten 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, typischerweise Sensoren, Aktoren und/oder Steuergeräte des Kraftfahrzeugs, die Informationsknoten der hier dritten, untersten Ebene 76 darstellen und damit die unterste Ebene 76 definieren. Diese Geräte 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104 werden in Gruppen unterteilt und dabei üblicherweise Teilnetzwerken 150, 152, 154 zugeordnet, was z. B. nach funktionellen oder lokalen Kriterien innerhalb des Kraftfahrzeugs erfolgt. Jedes Gerät 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104 einer Gruppe ist mit einem gemeinsamen, dieser Gruppe über- bzw. zugeordneten Informationsknoten, dem jeweiligen Bereichsknoten 82, 84, 86, verbunden. Die Menge der Bereichsknoten 82, 84, 86 aller Gruppen bildet die Informationsknoten der übergeordneten, hier mittleren, zweiten Ebene 74 und definiert damit die mittlere Ebene 74. Alle Bereichsknoten 82, 84, 86 sind mit einem gemeinsamen, übergeordneten Informationsknoten, dem Hauptknoten 80 verbunden. Dieser Hauptknoten 80 bildet den Informationsknoten der obersten, ersten Ebene 72 und definiert damit die oberste Ebene 72.
