DE102014214457A1

DE102014214457A1 - Station und Verfahren zur seriellen Datenübertragung unter dynamischer Repriorisierung von Datenrahmen (data frames)

Info

Publication number: DE102014214457A1
Application number: DE102014214457.4A
Authority: DE
Inventors: Helmut Kellermann; Thomas Gehrsitz; Hyung-Taek Lim
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG; Technische Universitaet Muenchen
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG; Technische Universitaet Muenchen
Priority date: 2014-07-23
Filing date: 2014-07-23
Publication date: 2016-01-28
Anticipated expiration: 2034-07-24
Also published as: DE102014214457B4; KR20170033277A; US20170134292A1; KR102271467B1; US10200290B2; CN106664256B; CN106664256A; WO2016012203A1

Abstract

Verfahren zur seriellen Datenübertragung mittels Datenrahmen in einem Kommunikationsnetzwerk mit einer Mehrzahl von Stationen, insbesondere in einem Mehrfachzugriff-mit-Trägerprüfung-und-Kollisionsvermeidungs-Verfahren, welches bei einer Kommunikation der Mehrzahl von Stationen folgende Arbeitsschritte aufweist: Ausführen einer ersten Prioritätsauflösung für durch die Mehrzahl von Stationen auf einen Kommunikationskanal zu übertragenden Datenrahmen; Ausführen eines ersten Backoffs durch wenigstens eine erste Station, welche einen Datenrahmen mit der höchsten Priorität zu übertragen hat; falls der Kommunikationskanal nach dem Backoff frei ist, Senden eines ersten Datenrahmens durch die wenigstens eine erste Station; und falls eine Bestätigung der Übertragung an die wenigstens eine erste Station ausbleibt, Anheben der Priorität des ersten Datenrahmens, insbesondere auf eine Repriorisierungs-Priorität, welche ausschließlich für nicht übertragene Datenrahmen verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Station und ein Verfahren zur Datenübertragung mittels Datenrahmen (data frame) in einem Kommunikationsnetzwerk, insbesondere in einem Mehrfachzugriff-mit-Trägerprüfung-und-Kollisionsvermeidungs-Verfahren (CSMA/CA).
Die Anzahl elektronischer Systeme in Kraftfahrzeugen hat in den letzten Jahrzehnten stark zugenommen. Daher weisen die technischen Einrichtungen der Kraftfahrzeuge inzwischen eine Vielzahl elektronischer Systeme auf, welche das Kraftfahrzeug steuern und welche teilweise mechanische Systeme ersetzen.
Da bei einer herkömmlichen Verkabelung für jede Information je eine Leitung benötigt wird, steigt mit zunehmendem Funktionsumfang der KFZ-Elektronik die Länge und das Gewicht des Kabelbaums sowie die Anzahl der Anschlüsse an den Steuergeräten. Abhilfe schaffte bisher ein Datenbus, insbesondere ein CAN-Bus (Controller Area Network), der sämtliche Informationen über zwei Leitungen überträgt. Ein solcher Datenbus verbindet eine Vielzahl von Steuergeräten miteinander, die in einem Fahrzeug zusammenarbeiten. Dabei können die angeschlossenen Steuergeräte über den Datenbus gegenseitig Informationen austauschen. Zur Datenübertragung sind die einzelnen Steuergeräte in dem Bussystem miteinander vernetzt. Überträgt eine Station bzw. ein Steuergerät Informationen mittels eines Datenrahmens (data frame) in das Bussystem hinein, können andere Stationen bzw. Steuergeräte diese Information überwachen bzw. „mithören“. Stationen, für welche die Information im Datenrahmen relevant ist, werden diese nutzen, andere Stationen ignorieren diesen Datenrahmen.
Mit der fortschreitenden Zunahme an Steuergeräten, welche über die im Kraftfahrzeug vorhandenen Bussysteme kommunizieren sollen, insbesondere aus den Bereichen Telematik, Media- und Audio und Automatisierung des Fahrzeugs, ergibt sich die Problematik, dass immer mehr Datenvolumen und damit Datenrahmen über die bestehenden Bussysteme übertragen werden müssen. Aufgrund der seriellen Übertragungsweise ergibt sich dabei oftmals eine Überlastung bzw. „Stau“ im Datenverkehr eines solchen Kommunikationsnetzwerks.
Unabhängig hiervon besteht der Wunsch der Fahrzeughersteller, aus ökonomischen und ökologischen Gesichtspunkten heraus, insbesondere vor dem Hintergrund der zunehmenden Elektrifizierung des Antriebs der Kraftfahrzeuge, Gewicht der Kraftfahrzeuge einzusparen und Systeme zusammenzuführen oder gar die Stromleitungen, welche zur Stromversorgung der Stationen bzw. Steuergeräte dienen, als Bussystem zu nutzen, d.h. über diese Stromversorgung ein sogenanntes PowerLAN, dLAN (direct LAN) oder PowerLAN-Communication (PLC) genannt, insbesondere nach dem Standard IEEE 1901, einzurichten.
Beispielsweise wird bei der Verwendung des Medienzugriffs per Mehrfachzugriff-mit-Trägerprüfung-und-Kollisionsvermeidungs-Verfahren im Standard IEEE 1901 ein Backoff-Mechanismus verwendet, welcher vergleichbar mit einem Backoff-Mechanismus des IEEE 802.11 Standards ist. Zusätzlich sind vier Zugriffsprioritäten definiert (CA0 bis CA3, wobei CA0 die niedrigste Priorität und CA3 die höchste Priorität darstellt). Bevor die Stationen einen Backoff-Vorgang starten können, wird standardmäßig eine Prioritätsauflösung durchgeführt. Während der Prioritätsauflösung sendet jede Station in Prioritätsauflösungsschlitzen Signale, um die höchste Priorität bekannt zu geben, für die sie aktuell einen Datenrahmen zur Übertragung in ihrer Warteschlange hat. Sind vier Zugriffsprioritäten definiert, so können sämtliche Prioritäten über zwei Prioritätsauflösungsschlitze bzw. Signale oder Bits definiert werden. Nach der Prioritätsauflösung ist allen Stationen im Netz die höchste Priorität bekannt, für die eine Station einen Datenrahmen zur Übertragung in der jeweiligen Warteschlange bereithält. Nur jene Stationen, die einen Datenrahmen in dieser höchsten Priorität in ihrer Warteschlange haben, dürfen im Anschluss einen Backoff-Vorgang starten.
Der Backoff-Mechanismus dient dazu, eine Wahrscheinlichkeit von Kollisionen zu verringern. Hierzu wählt eine Station nach dem Zufallsprinzip einen Wert aus einem vorgegebenen Zeitintervall aus. Der ausgewählte Wert gibt an, welche Dauer eine Station wartet, bevor sie einen Sendeversuch über einen Kommunikationskanal startet. Wird beim Warten festgestellt, dass der Kommunikationskanal bereits belegt ist, so pausiert die Station den Backoff und führt diesen fort, nachdem der Kommunikationskanal wieder für eine ausreichende Dauer als frei erkannt wurde.
Jene Station, welche die geringste Dauer bzw. den geringsten Wert aus dem vorgegebenen Intervall ausgewählt hat, kommt mit ihrer Übertragung bei dem Backoff zum Zug.
Im IEEE 1901 Standard wird darüber hinaus definiert, dass eine Station überwacht, wie oft sie bei dem Ausführen eines Backoff-Vorgangs unterbrochen wurde. Der Backoff-Parameter „deferral counter“ gibt an, wie oft eine Station unterbrochen werden darf, bis sie einen neuerlichen Backoff-Vorgang startet. Bei diesem neuerlichen Backoff-Vorgang wird das Intervall für die zufällige Auswahl des Werts der Wartezeit vergrößert, um die Kollisionswahrscheinlichkeit mit anderen Stationen zu verringern. Dies soll bei hoher Auslastung des Kommunikationskanals, meist verursacht durch eine hohe Anzahl an Stationen in einem Kommunikationsnetzwerk, die Kollisionswahrscheinlichkeit weiter reduzieren, da hierdurch die Anzahl an auswählbaren Werten im Backoff vergrößert wird und dadurch die Kollisionswahrscheinlichkeit reduziert wird.
Für eine vergleichsweise geringe Anzahl an Stationen, wie sie typischerweise im Heimnetzbereich vorkommt, arbeitet die Kombination aus Prioritätsauflösung und Backoff-Mechanismus zuverlässig. Steigt die Anzahl an Stationen jedoch deutlich an, vermag der Backoff-Mechanismus die Kollisionswahrscheinlichkeit nicht mehr ausreichend zu reduzieren, da eine sehr hohe Anzahl an Datenrahmen mit gleicher Priorität vorliegt. Die Folge ist eine erhöhte Anzahl an kollidierenden Datenrahmen auf dem Kommunikationskanal, welche wiederum zu einer erhöhten Auslastung des Kommunikationskanals führen, da kollidierte Datenrahmen erneut übertragen werden. Eine Kollision bzw. ein Nichtübertragen der Datenrahmen wird durch eine Station an dem Ausbleiben einer Bestätigung (acknowledgement – ACK) erkannt.
US 2005/0141480 A1 offenbart ein Verfahren zur Übermittlung von Multimediadaten zwischen drahtlosen und drahtgebundenen Netzwerken. Das Verfahren schließt das Verfangen von Datenrahmen eines ersten Kommunikationsprotokolltyps von einem ersten Netzwerk ein sowie das Konvertieren der empfangenen Datenrahmen in Datenrahmen eines zweiten Kommunikationsprotokolltyps, wobei die Übertragungsprioritätsreihenfolge der Datenrahmen, welche in das zweite Kommunikationsprotokolltyp konvertiert werden, auf der Grundlage der Paketinformationen der empfangenen Datenrahmen bestimmt wird. Die Datenrahmen werden an ein zweites Netzwerk auf der Grundlage der bestimmten Übertragungsprioritätsreihenfolge übertragen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, um die serielle Datenübertragung zu verbessern, insbesondere zu verhindern, dass die Anzahl an kollidierenden Datenrahmen während einer Kommunikation auf einem Kommunikationskanal zunimmt.
Diese Aufgabe wird durch eine Station zur Datenübertragung nach Anspruch 1, ein Verfahren zum Betrieb einer Station nach Anspruch 4 und ein Verfahren zur Datenübertragung nach Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen werden in den Unteransprüchen beansprucht.
Die erfindungsgemäße Station zur Datenübertragung mittels Datenrahmen in einem Kommunikationsnetzwerk, insbesondere in einem Mehrfachzugriff-mit-Trägerprüfung-Kollisionsvermeidungs-Verfahren, weist eine erste Klassifizierungseinrichtung, eingerichtet zum Ausführen der ersten Prioritätsauflösung für einen eigens übertragenen Datenrahmen auf; die Station weist des Weiteren vorzugsweise eine Verarbeitungseinrichtung auf, eingerichtet zum Feststellen, ob der eigene zu übertragene Datenrahmen eine höchste Priorität aufweist, und eine Auswahleinrichtung, eingerichtet zum Durchführen eines Backoffs, falls der eigene Datenrahmen die höchste Priorität aufweist, auf. Die Station weist des Weiteren vorzugsweise eine Sendeeinrichtung, eingerichtet zum Senden eines Datenrahmens und eine Repriorisierungseinrichtung auf, eingerichtet, falls eine Bestätigung der Übertragung ausbleibt, zum Anheben der Priorität des eigenen Datenrahmens, insbesondere auf eine Prioritätsstufe, welche ausschließlich für kollidierte bzw. nicht übertragende Datenrahmen verwendet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Station zur Datenübertragung mittels Datenrahmen in einem Kommunikationsnetzwerk mit Mehrfachzugriff-mit-Trägerprüfung-und-Kollisionsvermeidungs-Verfahren (CSMA/CA) weist bei einer Kommunikation vorzugsweise folgende Arbeitsschritte auf: Ausführen einer ersten Prioritätsauflösung für einen eigenen auf einem Kommunikationskanal zu übertragenden Datenrahmen; Feststellen, ob der eigene zu übertragende Datenrahmen eine höchste Priorität aufweist; falls der eigene Datenrahmen die höchste Priorität aufweist, Durchführen eines Backoff; falls der Kommunikationskanal nach dem Backoff frei ist, Senden des eigenen Datenrahmens; und, falls eine Bestätigung der Übertragung ausbleibt, Anheben der Priorität des eigenen Datenrahmens, insbesondere auf eine Prioritätsstufe, welche ausschließlich für kollidierte bzw. nicht übertragene Datenrahmen verwendet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Datenübertragung mittels Datenrahmen (data frame) in einem Kommunikationsnetzwerk mit einer Mehrzahl von Stationen mit einem Mehrfachzugriff-mit-Trägerprüfung-und-Kollisionsvermeidungs-Verfahren (CSMA/CA) weist in einer Kommunikation der Mehrzahl von Stationen vorzugsweise folgende Arbeitsschritte auf: Ausführen einer ersten Prioritätsauflösung für durch die Mehrzahl von Stationen auf einem Kommunikationskanal zu übertragende Datenrahmen; Ausführen eines Backoff durch wenigstens eine erste Station, welche einen ersten Datenrahmen mit der höchsten Priorität zu übertragen hat; falls der Kommunikationskanal nach dem Backoff frei ist, Senden eines ersten Datenrahmens durch die wenigstens eine erste Station; und, falls eine Bestätigung der Übertragung an die wenigstens eine erste Station ausbleibt, Anheben der Priorität des ersten Datenrahmens, insbesondere auf eine Repriorisierungs-Priorität, welche ausschließlich für kollidierte bzw. nicht übertragene Datenrahmen verwendet wird.
Eine Station im Sinne der Erfindung ist ein Teilnehmer einer Kommunikation in einem Kommunikationsnetzwerk.
Ein Datenrahmen (data frame) im Sinne der Erfindung ist eine Dateneinheit eines Protokolls. Ein Datenrahmen besteht vorzugsweise aus Ziel- und Quelladressen, Steuerinformationen zur Datenflusskontrolle, Nutzdaten eines Datenpakets und/oder einer Prüfsumme zur Gewährleistung der Datenintegrität.
Ein Kommunikationskanal im Sinne der Erfindung ist ein Übertragungsmedium, welches gemeinsam von einer Mehrzahl an Stationen genutzt werden kann.
Eine Prioritätsauflösung im Sinne der Erfindung umfasst ein Untersuchen einzelner Datenrahmen bzw. Botschaften, in welchen diese Datenrahmen enthalten sind, auf eine vordefinierte Priorität für den Datenrahmen und eine Identifikation des Datenrahmens mit höchster Priorität bzw. vorzugsweise eine Prioritätsabstufung zwischen einer Mehrzahl an Datenrahmen bzw. diese enthaltende Botschaften.
Ein Backoff im Sinne der Erfindung ist ein Mechanismus zur Verhinderung der Kollision von Datenrahmen bzw. Botschaften verschiedener Stationen bei der Übertragung auf einem Kommunikationskanal, bei welchem jede Station von einem vordefinierten Zeitpunkt ausgehend einen vorzugsweise nach dem Zufallsprinzip ausgewählte Zeitdauer wartet, um mit einer Übertragung zu beginnen.
Eine Repriorisierung im Sinne der Erfindung ist eine Änderung der Priorität, mit welcher ein Datenrahmen bzw. eine diesen Datenrahmen enthaltende Botschaft übertragen werden soll.
Die Erfindung basiert auf dem Ansatz, den zu übertragenden Datenrahmen zugeordnete Prioritäten dynamisch zu verwalten. Wird durch eine Station festgestellt, dass ein von ihr gesendeter Datenrahmen mit einer anderen Übertragung kollidiert ist, was insbesondere durch ein Ausbleiben einer Bestätigung (acknowledgement) erkannt wird, wird der Datenrahmen auf eine andere, insbesondere höhere und standardmäßig nicht genutzte Prioritätsstufe angehoben. Hierdurch wird erreicht, dass beim nächsten Sendeversuch im Wesentlichen nur für jene Datenrahmen ein Backoff gestartet wird, welche bei dem vorherigen Sendeversuch kollidiert sind. Die Anzahl der zu übertragenden Datenrahmen, für welche der Backoff ausgeführt wird, erhöht sich hierdurch nicht. Im Zusammenspiel mit einem vergrößerten Intervall zur zufälligen Auswahl des Sendebeginns bei einem Backoff („deferral counter“) wird hierdurch die Wahrscheinlichkeit einer erneuten Kollision sogar reduziert. Die Erfindung kann insbesondere im IEEE 1901 PowerLAN-Standard zum Einsatz kommen aber auch bei jeder anderen Art von Verfahren zur seriellen Datenübertragung.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur seriellen Datenübertragung weist dieses des Weiteren wenigstens einen der Arbeitsschritte des Ausführens einer zweiten Prioritätsauflösung für durch die Mehrzahl von Stationen auf dem Kommunikationskanal zu übertragende Datenrahmen, des Ausführens eines Backoffs durch wenigstens eine zweite Station, welche einen zweiten Datenrahmen der höchsten Priorität zu übertragen hat und, falls der Kommunikationskanal nach dem Backoff frei ist, des Sendens des zweiten Datenrahmens durch die wenigstens eine zweite Station, auf.
In dieser vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können bei der Prioritätsauflösung prinzipiell alle Stationen zum Zug kommen, welche zu sendende Datenrahmen in ihren Warteschlangen haben. Den Backoff beginnen nur jene Stationen, welche Datenrahmen mit der höchsten Priorität zu übertragen haben. Hierdurch wird gewährleistet, dass, sofern Kollisionen in niederen Prioritäten nach dem vorherigen Backoff auftraten, diese nicht die Übertragung von Datenrahmen mit höherer Priorität in nächsten Übertragungszyklus behindern. In der Regel werden jedoch jene Datenrahmen, deren Übertragungspriorität angehoben wurde, die höchste Priorität aufweisen, so dass wiederum zwischen diesen ersten Datenrahmen bzw. Botschaften der zweite Backoff ausgeführt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist dieses des Weiteren zumindest einen der Arbeitsschritte des Ausführens einer zweiten Prioritätsauflösung für durch die Mehrzahl von Stationen auf dem Kommunikationskanal zu übertragende Datenrahmen, des Ausführens eines zweiten Backoffs durch wenigstens zwei erste Stationen, welche einen ersten Datenrahmen mit einer angehobenen Priorität zu übertragen haben, und des, falls der Kommunikationskanal nach dem zweiten Backoff frei ist, Sendens eines ersten Datenrahmens durch wenigstens eine erste Station auf.
In dieser vorteilhaften Ausgestaltung kommen nach der zweiten Prioritätsauflösung nur jene Stationen zum Zuge, deren Datenrahmen bzw. diese enthaltende Botschaften bei dem ersten Übertragungsversuch kollidiert sind und infolgedessen mit einer angehobenen Priorität versehen wurden. Hierdurch wird gewährleistet, dass kollidierte Datenrahmen ohne weitere Zeitverzögerung übermittelt werden können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Intervall zur Auswahl des Sendebeginns des zweitens Backoffs länger ein Intervall zur Auswahl des Sendebeginns des ersten Backoffs.
Durch das Verlängern des Intervalls ergeben sich mehr Möglichkeiten zum Beginn eines Sendevorgangs für die am Backoff teilnehmenden Stationen. Hierdurch wird die Wahrscheinlichkeit einer erneuten Kollision reduziert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist dieses vier mögliche Prioritäten für Datenrahmen auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist dieses standardmäßige Prioritäten und zumindest eine Repriorisierungs-Priorität auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ein Anheben der Priorität stets in eine Repriorisierungs-Priorität.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist dies eine Anzahl von standardmäßigen Prioritäten, insbesondere zwei standardmäßige Prioritäten, und die gleiche Anzahl von Repriorisierungs-Prioritäten auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist jeweils einer Repriorisierungs-Priorität über einer standardmäßigen Priorität angeordnet, und ein Anheben der Priorität erfolgt stets in die darüberliegende Repriorisierungs-Priorität.
Durch ein Vorsehen verschiedener Repriorisierungs-Prioritäten für verschiedene standardmäßige Ausgangsprioritäten kann eine Abstufung der Prioritäten nach einer Repriorisierung erreicht werden. Liegt nach der Repriorisisierung eines Datenrahmens mit geringerer Priorität dennoch ein Datenrahmen mit einer höher priorisierten standardmäßigen Priorität in einer Warteschlange einer Station, so kann dieser bevorzugt, ohne Verzögerung, übertragen werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Datenrahmen mit einer Repriorisierungs-Priorität bei einer Prioritätsauflösung höher als Datenrahmen mit einer standardmäßigen Priorität priorisiert.
Die im Vorstehenden beschriebenen Aspekte der Erfindung und die dazugehörigen zur Weiterbildung des Verfahrens zu seriellen Datenübertragung mittels Datenrahmen und zum Verfahren zum Betrieb einer Station zur seriellen Datenübertragung offenbarten Merkmale gelten auch für eine Station zur seriellen Datenübertragung entsprechend.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigen
1 eine teilweise schematische Darstellung eines Kommunikationsnetzwerks, in welchem die erfindungsgemäßen Verfahren Anwendung finden;
2 ein schematisches Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Repriorisierung in einer ersten Ausführungsform;
3 ein schematisches Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Repriorisierung in einer zweiten Ausführungsform; und
4 ein teilweise schematisches Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Verfahren zur seriellen Datenübertragung und zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Station.
In 1 ist ein Beispiel für ein Kommunikationsnetzwerk gezeigt, in welchem das erfindungsgemäße Verfahren zur seriellen Datenübertragung vorzugsweise zum Einsatz kommt. Dieses Kommunikationsnetzwerk weist mehrere Stationen 2a, 2b, 2c, 2d, ... auf, in welchem wiederum das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Station vorzugsweise zum Einsatz kommet. Diese Stationen sind beispielsweise Steuergeräte und insbesondere Teilnehmer einer seriellen Datenübertragung. Bei dem Kommunikationsnetzwerk 1 handelt es sich insbesondere um ein Kommunikationsnetzwerk eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, und die Stationen bzw. Steuergeräte 2a bis 2d steuern bzw. erfüllen verschiedene Funktionen für den Fahrbetrieb oder sonstige Funktionen, z.B. multimediale Funktionen des Fahrzeugs. Im Kommunikationsnetzwerk 1 sind die einzelnen Stationen 2a bis 2d über einen gemeinsam genutzten Kommunikationskanal 3 verbindbar. Bei dem Kommunikationsnetzwerk 1 handelt es sich vorzugsweise um ein WLAN-Netzwerk, ein CAN-Netzwerk, ein PowerLAN-Netzwerk, ein Funknetzwerk oder ähnliches, so dass der Kommunikationskanal auf physischer Ebene drahtgebunden, optisch oder akustisch verwirklicht sein kann.
In 2 sind schematisch vier Prioritäten CA0, CA1, CA2, CA3 für Datenpakete dargestellt. In der dargestellten Ausführungsform gibt es drei Standardprioritäten CA0, CA1 und CA2. Die Priorität CA3 ist eine Repriorisierungs-Priorität, die allen Datenrahmen bzw. Botschaften zugeordnet ist, die eine Repriorisierung durchlaufen.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform möglicher Prioritäten von Datenrahmen auf einem Kommunikationskanal 3. In dieser Ausführungsform liegen zwei standardmäßige Prioritäten, gekennzeichnet durch die gestrichelten Umrandungen CA0 und CA2 vor. Eine Repriorisierung aus diesen standardmäßigen Prioritäten wird hierbei jeweils in getrennte Repriorisierungs-Prioritäten CA1 und CA3 vorgenommen. Gegenüber einer Repriorisierung in eine standardmäßig höchste Priorität, wie in der Ausführungsform der 2 dargestellt, bietet dies den Vorteil, dass Nachrichten mit einer hohen Priorität CA2, welche nach einer Repriorisierung von Datenrahmen aus der standardmäßigen Priorität CA0 in die Repriorisierungs-Priorität CA1 versendet werden sollen, trotzdem ohne Zeitverzögerung versendet werden können, da die Datenrahmen mit der Priorität CA1 hintan gestellt werden.
4 stellt ein teilweise schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur seriellen Datenübertragung dar. Aspekte der Arbeitsschritte sind der vorteilhaften Ausgestaltung gestrichelt dargestellt. Die Reihenfolge der Ausführung der Arbeitsschritte ist dabei vorzugsweise wie dargestellt, kann aber auch von dieser abweichen.
Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Prioritätsauflösung durch jede Station vorgenommen 101. Bei dieser Prioritätsauflösung wird überprüft, ob ein eigener zu übertragender Datenrahmen im Vergleich zu Datenrahmen, welche andere Stationen übertragen wollen (mit) die höchste Priorität aufweist. Wird festgestellt, dass der eigene Datenrahmen nicht die höchste Priorität aufweist, tritt die jeweilige Station in einen Wartezustand 102, 103(N), in welchem sie die Kommunikation auf dem Kommunikationskanal 3 überwacht oder aber bis zur nächsten Prioritätsauflösung in einen Ruhezustand tritt. Stellt eine Station dagegen fest, dass in ihrer Warteschlange ein Datenrahmen mit der höchsten Priorität auftritt 102, 202(Y), so wird durch die jeweilige Station ein Backoff ausgeführt 103, 203. Bei diesem Backoff wartet die jeweilige Station einen zufälligen Zeitraum, bis sie mit dem Senden des Datenrahmens mit der höchsten Priorität bzw. mit dessen Botschaft beginnt. Im Rahmen des Backoffs wird unmittelbar vor dem Beginn des Sendens noch einmal überprüft, ob der Kommunikationskanal 3 belegt ist. Hat eine andere Station schon mit der Übertragung begonnen, so ist der Kommunikationskanal belegt und die jeweilige Station tritt ebenfalls in einen Wartezustand 103, 203(N). Ist der Kommunikationskanal nicht belegt 103, 203(Y), so sendet die Station den Datenrahmen 104, 204. Empfängt die Station daraufhin eine Bestätigung, dass der Datenrahmen übertragen wurde 105, 205(Y), so beginnt das Verfahren vorzugsweise von vorne. Empfängt die Station keine Bestätigung 105, 205(Y), so weiß diese, dass eine Kollision mit anderen Datenrahmen vorlag und der Datenrahmen nicht übermittelt wurde. Hierauf wird vorzugsweise die Priorität des nicht versandten Datenrahmens angehoben 106, 206. Insbesondere sind hierfür, wie in den Ausführungsformen der 2 und 3 gezeigt, Repriorisierungs-Prioritäten CA3 oder CA1, CA3 vorgesehen, die ausschließlich für nicht übertragene bzw. kollidierte Datenrahmen verwendet werden. Auch in diesem Fall findet wiederum eine Prioritätsauflösung für auf dem Kommunikationskanal 3 zu übertragende Datenrahmen statt, und es wird festgestellt, ob ein Datenrahmen in der Warteschlange der repriorisierte Datenrahmen, die höchste Priorität aufweist 108, 208. Je nachdem, ob die Repriorisierungs-Priorität CA1, CA3 die höchstmögliche Priorität ist 108, 208(Y), oder ob es auch höhere standardmäßige Prioritäten gibt 108, 208(N), kommen nur Stationen zum Zug, welche eine Repriorisierung im vorhergehenden Schritt vorgenommen haben. Hiervon abhängig wird ein weiterer Backoff ausgeführt, in welchem die Stationen mit Datenrahmen der höchsten Priorität oder der angehobenen Priorität teilnehmen 109, 209a; 109b, 209b. Stationen, die bei dem Backoff nicht zum Zuge kommen, treten wiederum in den Wartezustand 109a, 209a; 109b, 209b(N). Jene Stationen, welche bei dem Backoff zum Zuge kommen 109a, 209a; 109b, 209b(Y), senden einen Datenrahmen 110, 210. Vorzugsweise wird diese Verfahrensweise wiederholt, bis eine Kommunikation in dem Kommunikationsnetzwerk 1 durch die Stationen 2a bis 2d beendet ist.
Bezugszeichenliste

1: Kommunikationsnetzwerk
2a, 2b, 2c, 2d: Stationen
3: Kommunikationskanal
CA0, CA1, CA2, CA3: Priorität

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2005/0141480 A1 [0011]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

IEEE 1901 [0005]
IEEE 1901 [0006]
IEEE 802.11 Standards [0006]
IEEE 1901 Standard [0009]
IEEE 1901 PowerLAN-Standard [0023]

Claims

Station (2a, 2b, 2c, 2d) zur seriellen Datenübertragung mittels Datenrahmen (data frame) in einem Kommunikationsnetzwerk (1), insbesondere in einem Mehrfachzugriff-mit-Trägerprüfung-und-Kollisionsvermeidungs-Verfahren, (CSMA/CA), aufweisend: eine Klassifizierungseinrichtung, eingerichtet zum Ausführen einer ersten Prioritätsauflösung für einen eigenen auf einem Kommunikationskanal (3) zu übertragenden Datenrahmen; eine Verarbeitungseinrichtung, eingerichtet zum Feststellen, ob der eigene zu übertragende Datenrahmen eine höchste Priorität aufweist; eine Auswahleinrichtung, eingerichtet zum Durchführen eines ersten Backoffs, falls der eigene Datenrahmen die höchste Priorität aufweist; eine Sendeeinrichtung, eingerichtet zum Senden des Datenrahmens, und eine Repriorisierungseinrichtung, eingerichtet, falls eine Bestätigung der Übertragung ausbleibt, zum Anheben der Priorität des eigenen Datenrahmens, insbesondere auf eine Prioritätsstufe, welche ausschließlich für nicht übertragene Datenrahmen verwendet wird.
Kommunikationsnetzwerk (1), insbesondere für Funkkommunikation oder Stromleitungskommunikation auf einem gemeinsamen Kommunikationskanal (3), vorzugsweise mittels eines Mehrfachzugriff-mit-Trägerprüfung-und-Kollisionsvermeidungs-Verfahren (CSMA/CA) oder Zeitmultiplex-Verfahren (TDMA), mit einer Mehrzahl von Stationen (2a, 2b, 2c, 2d) nach Anspruch 1.
Fahrzeug mit einem Kommunikationsnetzwerk (1) nach Anspruch 2.
Verfahren (100) zum Betrieb einer Station (2a, 2b, 2c, 2d) zur seriellen Datenübertragung mittels Datenrahmen (data frame) in einem Kommunikationsnetzwerk (1), insbesondere in einem Mehrfachzugriff-mit-Trägerprüfung-und-Kollisionsvermeidungs-Verfahren (CSMA/CA), welches folgende Arbeitsschritte aufweist: Ausführen (101) einer ersten Prioritätsauflösung für einen eigenen auf einem Kommunikationskanal (3) zu übertragenden ersten Datenrahmen; Feststellen (102), ob der eigene zu übertragende erste Datenrahmen eine höchste Priorität aufweist; falls der eigene erste Datenrahmen die höchste Priorität aufweist, Durchführen (103) eines ersten Backoffs; falls der Kommunikationskanal nach dem Backoff frei ist, Senden (104) des eigenen ersten Datenrahmens; und falls eine Bestätigung der Übertragung ausbleibt, Anheben (106) der Priorität des eigenen ersten Datenrahmens, insbesondere auf eine Prioritätsstufe, welche ausschließlich für nicht übertragene Datenrahmen verwendet wird.
Verfahren (200) zur seriellen Datenübertragung mittels Datenrahmen (data frame) in einem Kommunikationsnetzwerk mit einer Mehrzahl von Stationen (2a, 2b, 2c, 2d), insbesondere ein Mehrfachzugriff-mit-Trägerprüfung-und-Kollisionsvermeidungs-Verfahren (CSMA/CA), welches bei einer Kommunikation der Mehrzahl von Stationen (2a, 2b, 2c, 2d) folgende Arbeitsschritte aufweist: Ausführen (201) einer ersten Prioritätsauflösung für durch die Mehrzahl von Stationen (2a, 2b, 2c, 2d) auf einem Kommunikationskanal (3) zu übertragende Datenrahmen; Ausführen (203) eines ersten Backoffs durch wenigstens eine erste Station (2a, 2b, 2c, 2d), welche einen Datenrahmen mit der höchsten Priorität zu übertragen hat; falls der Kommunikationskanal (3) nach dem Backoff frei ist, Senden (204) eines ersten Datenrahmens durch die wenigstens eine erste Station (2a, 2b, 2c, 2d); und falls eine Bestätigung der Übertragung an die wenigstens eine erste Station (2a, 2b, 2c, 2d) ausbleibt, Anheben (206) der Priorität des ersten Datenrahmens, insbesondere auf eine Repriorisierungs-Priorität (CA3), welche ausschließlich für nicht übertragene Datenrahmen verwendet wird.
Verfahren (100, 200) nach Anspruch 4 oder 5, des Weiteren wenigstens einen der folgenden Arbeitsschritte aufweisend: Ausführen (107, 207) einer zweiten Prioritätsauflösung für durch die Mehrzahl von Stationen (2a, 2b, 2c, 2d) auf dem Kommunikationskanal (3) zu übertragende Datenrahmen; Ausführen (109a, 209a) eines zweiten Backoffs durch wenigstens eine zweite Station (2a, 2b, 2c, 2d), welche einen Datenrahmen mit der höchsten Priorität zu übertragen hat; und falls der Kommunikationskanal (3) nach dem zweiten Backoff frei ist, Senden (110, 210) eines zweiten Datenrahmens durch die wenigstens eine zweite Station (2a, 2b, 2c, 2d).
Verfahren (100, 200) nach Anspruch 4 oder 5, des Weiteren zumindest einen der folgenden Arbeitsschritte aufweisend: Ausführen (107, 207) einer zweiten Prioritätsauflösung für durch die Mehrzahl von Stationen (2a, 2b, 2c, 2d) auf dem Kommunikationskanal (3) zu übertragende Datenrahmen; Ausführen (109b, 209b) eines zweiten Backoffs durch wenigstens zwei erste Stationen (2a, 2b, 2c, 2d), welche einen ersten Datenrahmen mit einer angehobenen Priorität zu übertragen haben; und falls der Kommunikationskanal nach dem zweiten Backoff frei ist, Senden (110, 210) eines ersten Datenrahmens durch wenigstens eine erste Station (2a, 2b, 2c, 2d).
Verfahren (100, 200) nach Anspruch 6 oder 7, wobei ein zweites Intervall zur Auswahl des Sendebeginns des zweiten Backoffs länger ist als ein entsprechendes erstes Intervall des ersten Backoffs.
Verfahren (100, 200) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, welches vier mögliche Prioritäten (CA0, CA1, CA2, CA3) aufweist.
Verfahren (100, 200) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, welches standardmäßige Prioritäten (CA0, CA1, CA2) und zumindest eine Repriorisierungs-Priorität (CA3) aufweist.
Verfahren (100, 200) nach Anspruch 10, wobei ein Anheben (106, 206) der Priorität stets in die Repriorisierungs-Priorität (CA3) erfolgt.
Verfahren (100, 200) nach einem der Ansprüche 4 bis 11, welches eine Anzahl von standardmäßigen Prioritäten (CA0, CA2), insbesondere zwei standardmäßige Prioritäten (CA0, CA2), und die gleiche Anzahl von Repriorisierungs-Prioritäten (CA1, CA3) aufweist.
Verfahren (100, 200) nach Anspruch 12, wobei jeweils eine Repriorisierungs-Priorität (CA1; CA3) über einer standardmäßigen Prioritäten (CA0; CA2) angeordnet ist und wobei ein Anheben (106, 206) der Priorität stets in darüber liegende Repriorisierungs-Priorität (CA3) erfolgt.
Verfahren (100, 200) nach Anspruch 9 bis 13, wobei Datenrahmen mit einer Repriorisierungs-Priorität (CA1, CA3) bei einer Prioritätsauflösung höher als Datenrahmen mit einer standardmäßigen Priorität priorisiert werden (CA0; CA2).
Computerprogramm, das Anweisungen aufweist, welche, wenn sie von einem Computer ausgeführt werden, diesen dazu veranlassen, die Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 4 bis 14 ausführen.
Computerlesbares Medium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 15 gespeichert ist.