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Gebiet der Erfindung:
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Synchronisieren von Datenpaketen, bzw. Anwendungen und Systemen, aus einem ungetakteten, ereignisgesteuertem bzw. nicht-zeitgesteuertem Datenkommunikationsnetzwerk mit einem getakteten Datenkommunikationsnetzwerk sowie ein Datenkommunikationssystem für Fahrzeug.
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Hintergrund der Erfindung:
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Elektronische Systeme eines Fahrzeugs lassen sich in Subsysteme gliedern. So werden beispielsweise Motor- und Getriebesteuerung dem Antriebstrang (Powertrain), die elektronische Bremse dem Fahrwerksbereich (Chassis), und Komfortfunktionen wie Klimaanlage dem Body-Bereich zugeordnet.
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Aufgrund unterschiedlicher Anforderungen hinsichtlich Sicherheit, Bandbreite, Antwortzeit und Kosten sind diese Subsysteme und die damit verbundenen Datenkommunikationsnetzwerke, wie etwa spezielle Kommunikationsbusse (CAN, LIN, MOST, FlexRay) häufig strikt voneinander getrennt.
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Subsystemübergreifende Funktionen erfordern in der Regel eine Vernetzung der elektronischen Subsysteme über die Subsystemgrenzen hinweg; dies kann durch eine oder mehrere Systemschnittstellen bzw. Gateways realisiert werden.
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Neben typischen Kommunikationsbussystemen aus dem Automotivebereich kann auch Ethernet im Fahrzeug eingesetzt werden. Ethernet mit hoher Bandbreite, hohem Maße an Flexibilität und weltweiter Standardisierung wird in den nächsten Jahren eine wichtige Systemschnittstelle eines Automobils und eines solchen Gateways- Steuergerätes darstellen. Allerdings werden Ethernet-basierte Datenkommunikationsnetzwerke bislang nur sporadisch im Automobil eingesetzt.
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Verschiedene Gateway-Typen können zwischen den oben genannten Kommunikationsbussen vermitteln. Jedoch gehen bei diesen Gateway-Typen beim Datentransport bzw. Datenaustausch von einem in den anderen Kommunikationsbus die Güte und zeitliche Zuordenbarkeit der Daten verloren.
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Bei Übertragen von MOST-Daten auf ein Ethernet-Netzwerk kann die Herausforderung bestehen, dass die Taktzyklen des getakteten bzw. zeitgesteuerten Bussystems wie MOST beim Transport über den Gateway nicht verloren gehen sollen. Sollen beispielsweise Daten eines Ethernet-Netzwerkes in ein MOST-Netzwerk eingespeist werden, kann dies andernfalls einen hohen Aufwand an Speicher und/oder Sampleraten-Konvertierung bedeuten was u. a. zu einer Latenz des Datentransportes führen kann. Dies kann zur Folge haben, dass die Qualität der Daten schlechter wird und damit die Daten im Schlechtfall nicht mehr verwertet werden können.
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Für Fahrzeug-Datenkommunikationssysteme gibt es Realisierungen, die als Gateways bezeichnet werden, die unter anderem zur Vermittlung zwischen einem getakteten und einem ungetakteten Datenkommunikationsnetzwerk ausgestattet sind. Allerdings gehen bei diesen Realisierungen die Zeitinformationen verloren, d. h. es werden zwar Daten, die in einem getakteten Datenkommunikationsnetzwerk entstanden sind, in ein ungetaktetes Datenkommunikationsnetzwerk versendet und umgekehrt, aber die zeitliche Synchronisierung der Daten geht dabei verloren. Eine Dienstgüte von Daten ist durch diese Realisierungen nicht gegeben, sobald sie ein getaktetes Datenkommunikationsnetzwerk verlassen. Beispielsweise müsste die Zuordnung von Datenpaketen zu fixen Zeitmarken beibehalten werden. Für die Bewertung der Dienstgüte von Daten können beispielsweise Parameter wie Verzögerung und Jitter herangezogen werden.
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Für ungetaktete Datenkommunikationsnetzwerke ist bekannt, eine gemeinsame Zeitbasis beispielsweise mittels PTP (Precision Time Protocol) herzustellen. Spezielle Ausführungen hiervon sind standardisiert beispielsweise über IEEE1588, IEEE1588v2 und IEEE802.1AS. Auf Basis dieser zeitlichen Synchronität werden diese Zeitinformationen in Protokollen wie IEEE1722 und IEEE1733 genutzt, um den dazugehörigen Daten einen fixen absoluten Zeitstempel im Datenkommunikationsnetzwerk mitzugeben.
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Der Bedarf einer zeitlichen Synchronität in einem ungetakteten Datenkommunikationsnetzwerk ist bekannt und daher gibt es hierfür verschiedene Verfahren, die beispielsweise zu verschiedenen Echtzeit-Ethernet-Varianten geführt haben. Eine spezielle Variante ist hierbei Ethernet-AVB (Audio Video Bridging).
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Ethernet/Ethernet AVB wird im Moment als Netzwerktechnologie noch nicht im Fahrzeug eingesetzt, das Bussystem MOST aber ausschließlich in diesem Industriezweig.
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Zusammenfassung der Erfindung:
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Es ist Aufgabe der Erfindung, Daten hoher Güte zwischen verschiedenen Datenkommunikationssystemen eines Fahrzeugs bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Synchronisieren von Datenpaketen und eines Taktes aus einem ungetakteten Datenkommunikationsnetzwerk mit einem getakteten Datenkommunikationsnetzwerk.
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Das getaktete bzw. zeitgesteuerte Datenkommunikationsnetzwerk kann ein MOST-Netzwerk sein. Beispielsweise MOST 150, d. h. die dritte Generation von MOST, kann als derartiges Datenkommunikationsnetzwerk verwendet werden.
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Das ungetaktete bzw. nicht-zeitgesteuerte Datenkommunikationsnetzwerk kann ein Ethernet-Netzwerk sein. Dabei kann beispielsweise als Protokoll Ethernet-AVB verwendet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren die Schritte von: Empfangen von getakteten Datenpaketen aus dem getakteten Datenkommunikationsnetzwerk in einem Gateway zu Zeittakten des getakteten Datenkommunikationsnetzwerkes; Verpacken von Daten aus den getakteten Datenpaketen in erste ungetaktete Datenpakete für das ungetaktete Datenkommunikationsnetzwerk in dem Gateway; Versehen der ungetakteten Datenpakete mit jeweils einem Zeitstempel, aus dem aufsynchronisierten Takt des ungetakteten Netzwerkes auf Basis getakteten Netzwerks, dessen Daten in ein jeweiliges erstes ungetaktetes Datenpaket verpackt wurden, rekonstruierbar ist; Versenden der ersten ungetakteten Datenpakete über das ungetaktete Datenkommunikationsnetzwerk zu einem Empfänger-Knoten des ungetakteten Datenkommunikationsnetzwerkes; Auslesen der Zeitstempel und weiterer Protokollinformationen aus den ersten ungetakteten Datenpaketen und Rekonstruieren des Zeittaktes des getakteten Datenkommunikationsnetzwerkes aus den Zeitstempeln, Senderate und Anzahl der Pakete in dem Empfänger-Knoten; und Versenden von zweiten ungetakteten Datenpaketen in einem Zeittakt, der mit dem rekonstruierten Zeittakt synchron ist.
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Beispielsweise können (erste) Daten aus MOST-Datenpaketen über Ethernet an den Empfänger-Knoten geschickt werden. Der Empfänger-Knoten decodiert dann die empfangenen Ethernet-Pakete und rekonstruiert deren Zeittakte. Dabei ist zu verstehen, dass ein Zeittakt regelmäßig Taktzyklen aufweisen kann, zu denen Datenpakete verschickt werden.
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Wenn der Empfänger (zweite) Daten in das MOST-Netzwerk schicken soll, werden diese Daten dann synchronisiert zu dem rekonstruierten Zeittakt von dem Empfänger-Knoten (für erste Daten) versendet, der in diesem Fall ein Sender-Knoten (für zweite Daten) ist. Es können auch Datenpakete aus diesen Daten synchronisiert zu dem rekonstruierten Zeittakt im Empfänger-Knoten erstellt werden. Auf diese Weise synchronisiert der Empfänger-Knoten die ausgehenden (zweiten) Daten mittels des Zeittakts der empfangenen (ersten) Daten bzw. Datenstromes.
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Mit dem Verfahren können die Zeitinformation aus dem getakteten Datenkommunikationsnetzwerk in das ungetaktete Datenkommunikationsnetzwerk übertragen werden. Diese Zeitinformation kann dazu genutzt werden, um aus dem ungetakteten Datenkommunikationsnetzwerk synchron zum getakteten Datenkommunikationsnetzwerk Daten zu verschicken, und diese Daten dadurch dann wieder synchronisiert in das getaktete Datenkommunikationsnetzwerk einzuspeisen. Das ungetaktete Datenkommunikationsnetzwerk kann dabei so transparent arbeiten, dass die Dienstgüte der zeitgesteuerten Daten nicht verfälscht wird.
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Mit dieser Erfindung kann das Problem eines Datenaustausches zwischen einem ungetakteten Datenkommunikationsnetzwerk (wie etwa MOST) und einem an sich ungetakteten Datenkommunikationsnetzwerk (wie etwa Ethernet nach IEEE 802.3) unter Bewahrung der zeitlichen Synchronität adressiert werden.
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Insbesondere in einer Übergangszeit können die Netzwerktechnologien MOST und Ethernet-AVB parallel eingesetzt werden. Weiterhin kann ein Bedarf nach Migrationszenarien von MOST zu Ethernet bestehen. Mit dem Verfahren können diese Szenarien ohne Verlust von Dienstgüte (im Speziellen einer Audio/Video-Qualität) und ohne zusätzliche kostenverursachende Komponenten wie zusätzlichem Speicher bzw. einem Sampleratenkonverter, oder einer spürbaren Zeitverzögerung umgesetzt werden.
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Insgesamt können mit dem Verfahren unterschiedliche Netzwerktechnologien vereinheitlicht werden. Dies kann zu einer insgesamt kostengünstigeren Vernetzung aufgrund von Skaleneffekten führen. Auf einen Sampleratenkonverter und einen größeren Speicherpuffer für die Daten kann verzichtet werden. Die Qualität der Daten bei der Übertragung kann erhalten bleiben. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, auf eine Vereinheitlichung der verwendeten Vernetzungstechnologien hinzuarbeiten, d. h. bestehende Netzwerke sukzessive durch ein einheitliches Netzwerk zu ersetzen.
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Das Gateway bzw. die Schnittstelle zwischen den beiden Datenkommunikationsnetzwerken kann als QoS-Gateway aufgefasst werden, das zwischen verschiedenen getakteten Datenkommunikationsnetzwerken und ungetakteten Datenkommunikationsnetzwerken vermitteln kann. Durch die Art des Datenaustausches wird die Dienstgüte des jeweiligen sendenden Datenkommunikationsnetzwerkes (bzw. der zu übertragenden Daten) nicht beim Transport in das andere Datenkommunikationsnetzwerk verletzt.
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Der Zeittakt des getakteten Datenkommunikationsnetzwerkes kann beispielsweise im Falle eines MOST-Netzwerkes ein MOST-Takt mit 44,1 kHz oder 48 kHz sein. Dieser Zeittakt kann über ein geeignetes Transportprotokoll zum Empfänger-Knoten übertragen werden. Dabei wird der Zeittakt im Empfänger-Knoten zurückgewonnen und steht somit verschiedenen Diensten zur Verfügung. Die Wiedergabe von Daten aus dem MOST-Netzwerk im Ethernet-Netzwerk kann somit synchron zum MOST-Netzwerk erfolgen. Weiter ist es möglich, Anwendungen, die auf dem Ethernet-basierenden Empfänger-Knoten laufen, mit diesem Zeittakt zu betreiben und deren Daten dann über ein geeignetes Transportprotokoll über das Gateway in das MOST-Netzwerk einzuspeisen. Da sich der Ursprungszeittakt dieser Anwendung bzw. der transportierten Daten auf das MOST-Netzwerk zurückführen lässt und zu diesem synchron ist, können die Daten ohne QoS-Verlust in dem MOST-Netzwerk verwendet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren weiter den Schritt von: Synchronisieren eines Taktgebers des Gateways und eines Taktgebers des Empfänger-Knotens über das ungetaktete Datenkommunikationsnetzwerk. Um beispielsweise Nachrichten zwischen MOST und Ethernet-AVB unter Beibehaltung der Dienstgüte zu übertragen, kann vor der Datenübertragung noch eine Synchronisation der Uhren („Clock“) bzw. Taktgeber beider Netzwerktechnologien nötig sein. Hierbei besteht die Möglichkeit, den MOST-Zeittakt (beispielsweise 44,1 kHz oder 48 kHz) als House-Taktgeber in das AVB-Netzwerk zu überführen und damit die Datenströme zu takten. Dazu kann der MOST-Zeittakt aus dem MOST-Netzwerk abgeleitet und dann durch ein AVB-Transportprotokoll in das Ethernet-Netzwerk übertragen werden.
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Durch eine genaue Zeitsynchronisation (z. B. durch Verwendung von IEEE802.1AS) der Ethernet-Knoten untereinander und somit auch der Gateways, ist es möglich, einen zum MOST synchronen Zeittakt im Ethernet-Netzwerk bzw. im Empfänger-Knoten zurückzugewinnen, der einen Jitter kleiner als 1 µs aufweist.
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Es ist zu verstehen, dass es nicht notwendig ist, die Systemtakte beider Netzwerke miteinander zu synchronisieren, was einen hohen Aufwand verursachen kann. Mit dem Verfahren wird lediglich ein Anwendungstakt transportiert. Dieser kann dem Ethernet-Netzwerk bzw. dem Empfänger-Knoten zur Verfügung gestellt werden und kann zum synchronen Übertragen von Daten zum MOST-Netzwerk genutzt werden. Weiterhin steht dem Ethernet-Netzwerk völlig offen, einen eigenen Zeittakt zu generieren. Die beiden Systeme können unabhängig voneinander arbeiten.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Zeitstempel und die dazugehörige Frequenz der Datenübertragung, mit dem ein ungetaktetes Datenpaket versehen wird, einen Zeittakt des getakteten Datenpaketes, dessen Daten in das ungetaktete Datenpaket verpackt werden. Mit anderen Worten kann der Wert des Zeittaktes bzw. der Zeitpunkt des Zeittaktes direkt in das ungetaktete Datenpaket kodiert werden. Beispielsweise ist es möglich, dass das im Gateway umgesetzte Transportprotokoll den MOST-Takt am Gateway digitalisiert und beim Empfänger-Knoten der MOST-Takt daraus zurückgewonnen wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren weiter die Schritte von: Sammeln mehrerer getakteter Datenpakete; Verpacken der Daten der gesammelten Datenpakete in einem ungetakteten Datenpaket. Es ist nicht notwendig, dass jedem ungetakteten Datenpaket genau ein getaktetes Datenpaket zugeordnet wird. Da das Transportvolumen des ungetakteten Datenkommunikationsnetzwerkes größer als das des Datenkommunikationsnetzwerkes sein kann, können die Daten mehrerer Datenpakete aus dem getakteten Datenkommunikationsnetzwerk gleichzeitig über das ungetaktete Datenkommunikationsnetzwerk übertragen werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren weiter die Schritte von: Empfang der zweiten ungetakteten Datenpakete in dem Gateway; Erstellen von getakteten Datenpaketen aus Daten der zweiten ungetakteten Datenpakete; Einspeisen der getakteten Datenpakete in das getaktete Datenkommunikationsnetzwerk zu Zeittakten, die zu dem Zeittakt, mit denen die zweiten ungetakteten Datenpakete im Empfänger-Knoten erzeugt wurden, synchron sind. Mit dem Verfahren ist möglich, dass die vom Empfänger-Knoten versendeten Daten synchron zum Versenden in das getaktete Datenkommunikationsnetzwerk eingespeist werden, ohne dass diese Daten zwischengespeichert werden müssen und/oder dass die Datenpakete in komplizierter Art und Weise umcodiert werden müssen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind mit den Datenpaketen transportierte Daten Teil eines Stroms von Mediendaten, beispielsweise von Audio- und/oder Videodaten. Der rekonstruierte Zeittakt kann dann zur Taktung der Wiedergabe von Audio- und/oder Videoströmen verwendet werden. Weiterhin kann dieser Zeittakt dazu genutzt werden, um Audio- und/oder Videoströme eines Ethernet-Gerätes (d. h. eines mit dem Ethernet-Knoten verbundenen Geräts) zu takten und/oder synchron zur MOST-Taktung ins Ethernet-Netzwerk einzuspeisen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Gateway und/oder Empfänger-Knoten einen Codec, das (ungetaktete und/oder getaktete) Datenpakete eines Stroms von Mediendaten synchron zu dem Zeittakt des getakteten Datenkommunikationsnetzwerkes erzeugt, bzw. von analog nach digital wandelt und umgekehrt. Im Empfänger-Knoten kann der analoge Medienstrom mit einem Codec erzeugt werden, unter Zuhilfenahme desrekonstruierten Zeittaktes aus dem digitalen Medienstrom. Weiter ist es möglich, dass das Gateway einen Codec umfasst, das aus den empfangenen ungetakteten Datenpaketen getaktete Datenpakete erzeugt, die synchron zum Zeittakt ohne Zwischenspeicherung eingespeist werden können.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Datenkommunikationssystem für ein Fahrzeug, beispielsweise einen Pkw, Lkw oder Bus.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Datenkommunikationssystem ein Gateway zum Verbinden eines getakteten Datenkommunikationsnetzwerkes und eines ungetakteten Datenkommunikationsnetzwerkes und einen Empfänger-Knoten im ungetakteten Datenkommunikationsnetzwerk, wobei das Gateway und der Empfänger-Knoten dazu ausgeführt sind, das Verfahren durchzuführen, so wie es obenstehend und untenstehend beschrieben ist.
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Es ist zu verstehen, dass Merkmale des Verfahrens so wie obenstehend und untenstehend beschrieben auch Merkmale des Datenkommunikationssystems sein können und umgekehrt.
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Kurze Beschreibung der Figuren:
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben.
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1 zeigt schematisch ein Datenkommunikationssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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2 zeigt ein Diagramm, dass ein Verfahren zum Synchronisieren von Datenpaketen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erläutert.
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3 zeigt schematisch ein Datenkommunikationssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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4 zeigt ein Diagramm, dass ein Verfahren zum Synchronisieren von Datenpaketen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erläutert.
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Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen:
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1 zeigt schematisch ein Datenkommunikationssystem 10, das ein MOST-Netzwerk 12 als getaktetes Datenkommunikationsnetzwerk 12 und ein Ethernet-Netzwerk 14 als ungetaktetes Datenkommunikationsnetzwerk 14 umfasst.
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Das MOST-Netzwerk 12, das die Topologie eines Rings aufweist, wird dabei mit einem MOST-Zeittakt betrieben, d. h. zu jedem regelmäßigem Zeitpunkt, den der MOST-Zeittakt vorgibt, werden zwischen den MOST-Knoten 16, die jeweils Bestandteil eines Fahrzeug-Steuergeräts 18 sein können, Datenpakete versendet.
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Das Ethernet-Netzwerk 14 umfasst mehrere Knoten 20, die beispielsweise einen Switch 22 oder eine Ethernet-Schnittstelle 24 eines Fahrzeug-Steuergeräts 26 umfassen können.
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Die beiden Netzwerke 12, 14 sind mittels eines Gateways 28 verbunden, der sowohl einen MOST-Knoten 16, als auch einen Ethernet-Knoten 20 beispielsweise in der Form eines Switches umfasst.
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Der MOST-Ring 12 ist gekennzeichnet durch eine zeitliche Synchronität mit einer Taktrate von 44,1 kHz (Audio-Taktrate einer CD) bzw. 48 kHz (Taktrate einer DVD-Audio). Bei MOST wird dieser Takt von einem Timing-Master zur Verfügung gestellt und alle Teilnehmer des MOST-Netzwerkes 12 synchronisieren sich auf diesen Takt, d. h. alle arbeiten synchron zu diesem Master-Takt. Daher besteht die Möglichkeit, ein synchrones Datenstreaming zwischen Quelle und Senke aufzusetzen, beispielsweise zwischen zwei der Steuergeräte 18. Beispielsweise kann der Gateway 28 der Master sein, der den Master-Takt bereitstellt.
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Wenn nun ein Datenstreaming von dem Steuergerät 26 zu einem der Steuergeräte 18 durchgeführt werden soll, können allerdings Synchronitätsprobleme auftreten. Das Steuergerät 26 kann zwar auch einen Arbeitstakt von beispielsweise 44,1 kHz generieren (z. B. durch Oszillatorschaltungen, usw.), der Takt muss in der Regel aber nicht zeitlich synchron zum MOST-Netzwerk 12 sein, d. h. es kann Abweichungen zwischen diesem Takt und dem MOST-Netzwerk-Takt geben (Beispielsweise MOST: 44,101 kHz, Steuergerät 44,099 kHz). Falls nun ein Datenstreaming vom Steuergerät 26 zu einem der Steuergeräte 18 durchgeführt wird, ist es in diesem Fall notwendig, Taktraten in dem Gateway 28 anzugleichen. Dies kann beispielsweise durch das Einfügen bzw. Weglassen von Audiodaten oder durch eine aufwendige Konvertierung der Taktraten geschehen. Beide Verfahren haben Auswirkungen auf die Audio-Qualität aufweisen und/oder erzeugen zusätzliche Kosten für das Gateway 28. Diese Probleme können mit einem Verfahren, wie es etwa in Bezug auf die 2 beschrieben wird, umgangen werden.
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2 zeigt ein Diagramm, das ein Verfahren zum Synchronisieren von Datenpaketen erläutert.
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Im Schritt 30 empfängt das Gateway 28 MOST-Datenpakete aus dem getakteten MOST-Netzwerk 12, die jeweils zu Zeitpunkten eintreffen, die durch den MOST-Takt definiert sind. Die MOST-Datenpakete können beispielsweise auf einem ersten Audio- oder Videodatenstrom beruhen.
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Der Gateway 28 verpackt dann die Daten aus den getakteten Datenpaketen in Ethernet-Datenpakete und versieht diese mit einem Zeitstempel, aus dem der Zeitpunkt rekonstruiert werden kann, an dem das jeweilige MOST-Datenpaket am Gateway 28 eingetroffen ist.
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Im Schritt 32 werden die Ethernet-Datenpakete über das Ethernet-Netzwerk 14 zu dem Empfänger-Knoten 24 gesendet. Der in den Ethernet-Datenpaketen kodierte MOST-Takt wird dabei über das Ethernet-Netzwerk 14 transportiert.
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Im Schritt 34 liest der Empfänger-Knoten die Zeitstempel aus den Ethernet-Datenpaketen zusammen mit der Sendefrequenz der Ethernetdaten, der Anzahl der empfangenen Pakete und des lokalen Taktes und rekonstruiert den MOST-Takt des MOST-Netzwerkes 12 aus diesen Daten, beispielsweise mittels der Zeitstempel, der Sendefrequenz und/oder der Anzahl der Pakete. Auf diese Weise kann der MOST-Takt im Steuergerät 26 bzw. im Empfänger-Knoten 24 zurückgewonnen werden.
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Im Schritt 36 erzeugt der Ethernet-Knoten 24 Ethernet-Datenpakete, die beispielsweise auf einem weiteren, zweiten Audio- oder Videodatenstrom beruhen, der beispielsweise von dem Steuergerät 26 an ein Steuergerät 18 gesendet wird, das mit dem MOST-Netzwerk 12 verbunden ist. Diese zweiten Ethernet-Datenpakete werden mit einem Zeitstempel versehen, der auf dem rekonstruierten MOST-Takt beruht.
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Im Schritt 38 werden die zweiten Ethernet-Datenpakete auf Basis eines Zeittakts synchron versendet, der mit dem rekonstruierten MOST-Takt synchron ist. Auf diese Weise werden die zweiten Ethernet-Datenpakete mit einem abgeleiteten Zeittakt, der zum MOST-Takt synchron ist, versendet.
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Im Schritt 40 empfängt das Gateway 38 die zweiten Ethernet-Datenpakete und gewinnt den Zeittakt dieser Datenpakete auf Basis deren Zeitstempel, Senderate, Anzahl der Pakete und/oder Zuhilfenahme seines lokalen Taktes zurück. Die in den zweiten Ethernet-Datenpaketen enthaltenen Daten können synchron zum MOST-Takt des MOST-Netzwerkes 12 ohne Zwischenspeicherung in das MOST-Netzwerk 12 eingespeist werden.
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Zusammenfassend verdeutlicht 2 den Transport des MOST-Taktes in den Konten 24 des Ethernet-Netzwerkes 14. Der MOST-Takt kann dort wiederhergestellt und dort zum Synchronisieren weiterer Anwendungen verwendet werden. Somit kann das Datenkommunikationssystem 10 in eine MOST-Taktdomäne 40 und eine Ethernet-Taktdomäne 42 eingeteilt werden. Die MOST-Taktdomäne 40 reicht dabei virtuell über das MOST-Netzwerk 12 bis in den Empfangsknoten 24.
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Wenn, wie eben beschrieben, der Zeittakt des MOST-Netzwerkes 12 über den Gateway 28 an das Steuergerät 28 übertragen wird und das Steuergerät 28 diesen Zeittakt dazu verwendet, um das Datenstreaming zu generieren, arbeitet die Quelle (Empfangsknoten 24 bzw. Steuergerät 28) mit demselben Zeittakt wie die Senke, bzw. Teile der Senke (Steuergerät 18). Daher ist es möglich, das Datenstreaming des Steuergerät 28, ohne Verwendung von Mechanismen wie Einfügen bzw. Weglassen von Audiodaten oder einer Taktraten-Konvertierung, über den Gateway 28 in das zeitgesteuerte MOST-Netzwerk 12 einzubringen und an die Senke zu schicken.
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Die hierbei im Ethernet-Netzwerk 14 verwendeten Protokolle sind beispielsweise IEEE802.1AS in Kombination mit IEEE1722 zur Synchronisierung der Taktraten (der Zeitgeber des Gateways und des Knotens 24) und IEEE1722 zur Übertragung der Daten.
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Die Ethernet-Datenpakete können mit dem IEEE1722-Protokoll übertragen werden, was einen fixen Sendezyklus aufweist. Audiodaten werden typischerweise in einem regulären 8 kHz Zyklus übertragen. Diese fixen Sendezyklen erlauben eine Planung des Datentransports.
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Die 3 zeigt Teile des Datenkommunikationssystems 10 detaillierter. Die im Folgenden gemachten Aussagen über Audiodaten gelten auch für Videodaten bzw. gestreamte Daten im Allgemeinen.
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Über den I2S-Bus 50 des MOST- Knotens 16 bzw. MOST-Controllers 16 werden der MOST-Takt (z. B. 48 kHz) und die unkomprimierten Audiodaten an den A/V-Codec 52 des Gateways 28 übertragen. Hierbei gibt der MOST-Controller 16 des Gateways 28 als I2S-Master den Zeittakt dem A/V-Codec 52 vor und taktet diesen damit schließlich.
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Die Audiodaten werden durch einen Packetizer 54 in IEEE1722-Datenpakete verpackt und mithilfe eines Ethernet-Taktgebers (welcher von einem Systemtaktgeber 56 ausgeht) synchron zum I2S-Bus 50 über die Ethernet-Schnittstelle 20 versendet.
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Das Steuergerät 26 empfängt diese Daten und regeneriert den Zeittakt der Audiodaten. Hierfür werden der Systemtaktgeber 58 des Steuergeräts 26 (der vorher mit dem Gateway 28 synchronisiert wurde) und die Daten aus dem Audiostrom verwendet. Über den DAC (Digital zu Analog)-Konverter können letztendlich die Audiodaten einer Anwendung 62 auch analog zur Verfügung gestellt werden und synchron zum MOST-Takt wiedergegeben werden.
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Der regenerierte bzw. rekonstruierte Zeittakt kann nun auch verwendet werden, um Audiodaten zu triggern, die von dem Steuergerät 26 ausgegeben werden. Diese Daten können wiederum zurück zum Gateway 28 übertragen werden und in das MOST-Netzwerk 12 eingespeist werden.
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Eine Anwendung 64 erzeugt dabei analoge Audiodaten, die von einem Audio-Codec 66 in Datenpakete verpackt werden, die von der Ethernet-Schnittstelle 24 an den Gateway 28 gesendet werden. Das Verpacken und Versenden der Datenpakete wird dabei von einem Taktgeber-Modul 68 gesteuert, das aus den Datenpaketen mit den Daten aus dem MOST-Netzwerk 12 den MOST-Takt rekonstruiert und wiederhergestellt hat. Das Taktgeber-Modul 68 versieht die Ethernet-Datenpakete somit mit einem abgeleiteten MOST-Takt.
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Die Ethernet-Datenpakete werden in der Ethernet-Schnittstelle 20 im Gateway 28 empfangen, und mittels des in die Ethernet-Datenpakete kodierten abgeleiteten MOST-Takts zu MOST-Datenpaketen verarbeitet (beispielsweise mit einem IC-Codec 52) und in das MOST-Netzwerk 12 eingespeist. Ein Taktgeber-Modul 70 wertet dabei die Ethernet-Datenpakete aus, um den abgeleiteten MOST-Takt zu ermitteln und damit das IC-Codec zu steuern.
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Es ist zu verstehen, dass der MOST-Takt, der in das Ethernet-Netzwerk 14 übertragen wird, als „House Clock“ bezeichnet werden kann und den Audiosystemen und Videosystemen innerhalb des Ethernet-Netzwerkes 14 als Treiber der Datenverarbeitung und Datenübertragung zur Verfügung steht. Im Gegensatz dazu kann eine „Sample Clock“ die Samplerate kennzeichnen, die zum Konvertieren eines analogen in das digitale Signal im Codec 66 und auch zum Wiederherstellen des analogen Signales im DAC-Konverter 60 nach der digitalen Übertragung dient.
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4 zeigt ein Diagramm mit Datenpaketen, die in den beiden Netzwerken 12 und 14 versendet werden können. In dem Diagramm der 4 ist die Zeit nach rechts aufgetragen.
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In der ersten Zeile des Diagramms sind die Datenpakete 72 des MOST-Netzwerkes 12 dargestellt, die jeweils zu einem MOST-Takt 70 versendet werden. Die Busfrequenz bzw. der Zeittakt 70 und damit die Senderate des MOST-Netzwerkes 12, beträgt 48 kHz. Zur besseren Darstellung und im Hinblick auf MOST150 wurde der Takt von 48 kHz gewählt.
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Die zweite Zeile des Diagramms zeigt Datenpakete 74 des Ethernet-Netzwerkes 14. Die Taktfrequenz 76 des IEEE1722-Protokolls beträgt in der ersten Version des Standardes 8 kHz, d. h. exakt sechsmal langsamer als der MOST-Takt 70. Die Daten von sechs Datenpaketen 72 können so in einem IEEE1722-Zyklus in einem Datenpaket 74 übertragen werden.
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Die dritte Zeile des Diagramms zeigt rekonstruierte Datenpakete 78, die im Steuergerät 26 aus den Ethernet-Datenpaketen 74 erzeugt werden und die gleichzeitig einen rekonstruierten Zeittakt 80 liefern.
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Die vierte Zeile des Diagramms zeigt Datenpakete 82, die einen abgeleiteten Zeittakt 84 aufweisen, der über den rekonstruierten Zeittakt 80 mit dem MOST-Takt 70 synchronisiert wurde.
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Die fünfte Zeile des Diagramms zeigt Datenpakete 88, die einen asynchronen Zeittakt 90 aufweisen, der nicht mit dem MOST-Takt 70 synchronisiert wurde.
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In der 4 sind darüber hinaus drei Datenströme 92, 94, 96 dargestellt, die analoge Audioströme sein können und die im Folgenden erläutert werden.
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In den beiden ersten Zeilen ist der Datenfluss durch das Gateway 28 gezeigt. Für den ersten Datenstrom 92 werden die MOST-Datenpakete 72 vom Gateway 28 empfangen und der Datenstrom 92 wird durch das IEEE1722-Transportprotokoll in das Ethernet-Netzwerk 14, so wie weiter oben erläutert, bis zum Steuergerät 26 übertragen. Dieser Datenstrom 72 wird somit mittels QoS-Garantien (die durch AVB bereitgestellt werden) durch das Ethernet-Netzwerk 14 übertragen.
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Das Steuergerät 26 stellt den Zeittakt 70 des MOST-Netzwerkes 12 wieder her und erzeugt so den rekonstruierten Zeittakt 80, mit dem der DAC-Konverter 60 betrieben wird, um den Datenstrom 92 wieder herzustellen. Der im Steuergerät 26 wieder hergestellte Datenstrom 92 ist nun synchron zum originalen MOST-Takt 70. Die Datenpakete 78 sind bedingt durch die Verarbeitung und Umsetzung im Gateway 28 im Vergleich zu den Datenpaketen 72 verzögert.
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Der Zeittakt 80 kann nun im Steuergerät 26 als bereits erwähnte „House Clock“ genutzt werden, um daraus einen Zeittakt 84 abzuleiten, mit dem das Erzeugen des Datenstroms 94 gesteuert wird. Der Datenstrom 94 ist dann synchron zum Datenstrom 92 und dadurch auch synchron zum MOST-Takt 70.
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Der Datenstrom 94 kann nun zum Gateway 28 übertragen werden und nach Regeneration seines Zeittakts synchron in das MOST-Netzwerk 12 eingespeist werden. Durch seine Synchronität zum MOST-Takt 70 ist hierbei die Beibehaltung der Qualität garantiert. Es sind keine Sampleratekonverter oder zusätzlicher Speicherpuffer im Gateway 28 notwendig.
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Der Datenstrom 96 ist als Beispiel für einen Datenstrom gezeigt, der nicht synchron zur „House Clock“ und damit zum MOST-Takt 70 ist. Die Frequenz 90 des Datenstroms 96 beträgt nahezu 48 kHz, beispielsweise 47,9 kHz. Der Datenstrom 96 wird analog Datenstrom 95 in IEEE1722-Datenpakete verpackt und durch das Ethernet-Netzwerk 14 an den Gateway 28 übertragen. Da der Datenstrom 96 nicht synchron zum Zeittakt 70 und damit der Sendefrequenz des IEEE1722-Protokolls ist, können teilweise nur fünf Datenpakete 88 im Zyklus von 8 kHz (125 µs) eingesammelt und versendet werden. Dadurch geht ein Datenpaket 88' (zeitlich) verloren, wie exemplarisch dargestellt ist. Ist der Datenstrom 96 ein Audiostrom, wird dieser Effekt bei der Wiedergabe des Datenstroms 96 im MOST-Netzwerk 12 deutlich hörbar, da der Audiostrom aussetzt. Im gezeigten Fall ist die Frequenz des Datenstroms 96 kleiner als die des MOST-Netzwerkes 70. Im umgekehrten Fall müsste das MOST-Netzwerk 12 Datenpakete 88 verwerfen, was auch zu ähnlich hörbaren Effekten führen würde.
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Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- IEEE1588 [0009]
- IEEE1588v2 [0009]
- IEEE802.1AS [0009]
- IEEE1722 [0009]
- IEEE1733 [0009]
- IEEE 802.3 [0021]
- IEEE802.1AS [0027]
- IEEE802.1AS [0059]
- IEEE1722 [0059]
- IEEE1722 [0059]
- IEEE1722 [0060]
- IEEE1722-Datenpakete [0063]
- IEEE1722-Protokolls [0071]
- IEEE1722 [0071]
- IEEE1722-Transportprotokoll [0076]
- IEEE1722-Datenpakete [0080]
- IEEE1722-Protokolls [0080]
