DE102014225802A1

DE102014225802A1 - Scalable Ethernet communication in the vehicle via multicast messages

Info

Publication number: DE102014225802A1
Application number: DE102014225802.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kirchmeier
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-12-15
Filing date: 2014-12-15
Publication date: 2016-06-16

Abstract

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Ethernet-basierten Kommunikationssysteme bzw. -netzwerke in Fahrzeugen, insbesondere in Kraftfahrzeugen (KFZ). Verschiedene Aspekte der Erfindung betreffen dabei insbesondere einen Ethernet-Switch (SW), ein System zur Ethernet-Kommunikation, ein Fahrzeug mit einem solchen System sowie ein Verfahren, jeweils für ein Paket-über-Ethernet-basiertes Kommunikationsnetzwerk in einem Fahrzeug. Von einem sendenden Teilnehmer werden Dienste in Form von Ethernet-Multicast-Nachrichten an einen Ethernet-Switch (SW) gesendet, der die Nachrichten des Dienstes selektiv nur an solche weiteren Teilnehmer weiterleitet, die sich vorher am Ethernet-Switch (SW) für den entsprechenden Dienst angemeldet haben. Auf diese Weise lässt sich eine effiziente Ethernet-Kommunikation geringer Komplexität im Fahrzeug erreichen und insbesondere auch eine Skalierbarkeit im Hinblick auf Erweiterungen des Kommunikationssystems mit neuen Teilnehmern einfach bewerkstelligen.The invention relates to the field of Ethernet-based communication systems or networks in vehicles, in particular in motor vehicles (motor vehicles). In particular, various aspects of the invention relate to an Ethernet switch (SW), a system for Ethernet communication, a vehicle having such a system and a method, each for a packet-over-Ethernet-based communication network in a vehicle. A sending subscriber sends services in the form of Ethernet multicast messages to an Ethernet switch (SW), which selectively forwards the messages of the service only to those other subscribers who previously switched to the Ethernet switch (SW) for the corresponding one Have logged in service. In this way, efficient low-complexity Ethernet communication can be achieved in the vehicle and, in particular, scalability with regard to extensions of the communication system with new subscribers can be achieved easily.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Ethernet-basierten Kommunikationssysteme bzw. -netzwerke in Fahrzeugen, insbesondere in Kraftfahrzeugen. Verschiedene Aspekte der Erfindung betreffen dabei insbesondere einen Ethernet-Switch, ein System zur Ethernet-Kommunikation, ein Fahrzeug mit einem solchen System sowie ein Verfahren, jeweils für ein Paket-über-Ethernet-basiertes Kommunikationsnetzwerk in einem Fahrzeug. The present invention relates to the field of Ethernet-based communication systems or networks in vehicles, in particular in motor vehicles. In particular, various aspects of the invention relate to an Ethernet switch, an Ethernet communication system, a vehicle having such a system, and a method, each for a packet-over-Ethernet-based communication network in a vehicle.

Mit dem Fortschritt der Elektronik, Steuerungs- und Kommunikationstechnik haben sich auch viele Arten von Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeuge, von einer rein mechanischen oder elektromechanischen Ausstattung ausgehend zu Systemen entwickelt, in denen meist eine Vielzahl von Steuergeräten einschließlich Multimedia- und Infotainment-Geräten vorhanden ist. Diese Geräte kommunizieren in der Regel untereinander. Für die Implementierung solcher Kommunikationsverbindungen sind insbesondere Bussysteme bekannt, wie beispielsweise solche gemäß dem CAN – (Controller Area Network) – Standard ( ISO 11898 ) oder dem MOST – Media Oriented Systems Transport – de-facto Standard (durch die „MOST Co-operation“ definiert) für Multimedia- und Infotainment-Netzwerke in der Automobilindustrie. With the advancement of electronics, control and communication technology, many types of vehicles, particularly automobiles, have evolved from purely mechanical or electromechanical equipment to systems in which there are usually a variety of control devices including multimedia and infotainment devices. These devices usually communicate with each other. In particular, bus systems are known for the implementation of such communication connections, such as, for example, those according to the CAN (Controller Area Network) standard (US Pat. ISO 11898 ) or the MOST - Media Oriented Systems Transport - de facto standard (defined by the "MOST co-operation") for multimedia and infotainment networks in the automotive industry.

Daneben sind aus dem Bereich der Computertechnik und Netzwerktechnik auch weitere Kommunikationsnetzwerktechniken bekannt, insbesondere Ethernet (standardisiert v.a. als IEEE 802.3 mit entsprechenden Unterstandards) und die dem Internet zugrundeliegende IP – Internet Protokoll – Kommunikation mittels Datenpaketen (IP-Pakete). Dabei ist die Internettechnologie vor allem in so genannten RFC-Standards spezifiziert, wozu insbesondere auch die Standards RFC 1112 , RFC 2464 , RFC 3180 , RFC 4291 , RFC 4608 und RFC 5757 gehören, welche unter anderem den Versand sogenannter „IP Multicast“-Nachrichten über Ethernet-Netzwerke spezifizieren. Diese genannten Standards und Protokolldefinitionen sind aus den Bedürfnissen hochkomplexer und dynamischer Computer- und Kommunikationsnetzwerke, wie sie in der ITK – Informations- und Telekommunikationsindustrie oft erforderlich sind, entstanden. In addition, other communication network techniques are also known from the field of computer technology and network technology, in particular Ethernet (standardized above all as IEEE 802.3 with corresponding substandard standards) and the Internet - based IP - Internet Protocol - communication by means of data packets (IP packets). Internet technology is mainly specified in so-called RFC standards, including, in particular, the Standards RFC 1112 . RFC 2464 . RFC 3180 . RFC 4291 . RFC 4608 and RFC 5757 Among other things, which specify the sending of so-called "IP multicast" messages over Ethernet networks. These standards and protocol definitions are the result of the needs of highly complex and dynamic computer and communications networks, which are often required in the ITC information and telecommunications industries.

Inzwischen hat die Verwendung von Ethernet-basierter Kommunikationstechnik auch in Fahrzeugen Einzug gehalten. Ein Beispiel dafür ist das von einem Konsortium von Fahrzeugherstellern entwickelte Kommunikationsprotokoll „SOME/IP“ einschließlich „SOME/IP-Service Discovery“, das auch in den AUTOSAR-Standard aufgenommen wurde und eine Lösung für Paket-über-Ethernet-basierte Bordnetz-Kommunikation im Fahrzeug spezifiziert. Dabei werden mittels Ethernet-Kommunikation (Schichten 1 und 2 im OSI/ISO Schichtenmodell) IP-Pakete (Schichten 3 und 4 im OSI/ISO Schichtenmodell) im Sinne von IP-über-Ethernet Kommunikation übermittelt. Meanwhile, the use of Ethernet-based communication technology has also found its way into vehicles. An example of this is the "SOME / IP" communication protocol developed by a consortium of vehicle manufacturers, including "SOME / IP Service Discovery", which was also included in the AUTOSAR standard and a solution for packet-over-Ethernet-based on-board network communication specified in the vehicle. In this case, IP packets (layers 3 and 4 in the OSI / ISO layer model) are transmitted in the sense of IP-over-Ethernet communication by means of Ethernet communication (layers 1 and 2 in the OSI / ISO layer model).

Darüber hinaus ist es bekannt, bei der Entwicklung von neuen oder Nachfolgefahrzeugmodellen so weit als möglich auf bereits im Vorgängermodell verfügbare Systeme und Lösungen zurückzugreifen, um eine unnötige Neuentwicklung zu vermeiden. Eine solche Wiederverwendung von Vorgängersystemen kann jedoch dann scheitern, wenn im neuen Fahrzeug zusätzliche Optionen oder Kommunikationsverbindungen erforderlich werden, für die das Vorgängersystem nicht ausgelegt ist und auf die es nicht einfach im Sinne einer Skalierung erweitert werden kann. In addition, it is known in the development of new or follow-up vehicle models as far as possible to use already available in the previous model systems and solutions to avoid unnecessary redevelopment. However, such reuse of legacy systems may fail if the new vehicle requires additional options or communication links for which the legacy system is not designed and to which it can not simply be scaled up.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Ethernet-Kommunikation im Fahrzeug und insbesondere deren Skalierbarkeit und Effizienz weiter zu verbessern. Against this background, the object of the invention is to further improve the Ethernet communication in the vehicle and in particular its scalability and efficiency.

Eine Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht durch einen Ethernet-Switch gemäß Anspruch 1, ein System zur Ethernet-Kommunikation gemäß Anspruch 4, ein Fahrzeug gemäß Anspruch 10 mit einem solchen System, sowie ein Verfahren zur Kommunikation gemäß Anspruch 11. A solution of this object is achieved according to the teaching of the independent claims by an Ethernet switch according to claim 1, a system for Ethernet communication according to claim 4, a vehicle according to claim 10 with such a system, and a method for communication according to claim 11.

Verschiedene Ausführungsformen und Weiterbildung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Various embodiments and development of the invention are the subject of the dependent claims.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Ethernet-Switch zur Ethernet-Kommunikation innerhalb eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Der Ethernet-Switch weist eine erste Ethernet-Schnittstelle zur Verbindung mit einem Nachrichtensender in einem Ethernet-Netzwerk, eine Mehrzahl von zweiten Ethernet-Schnittstellen zur Verbindung mit jeweils einem Steuergerät des Fahrzeugs, eine Steuereinheit zum Schalten von Kommunikationsverbindungen zwischen der ersten Ethernet-Schnittstelle und einer oder mehrerer der zweiten Ethernet-Schnittstellen und einen Speicher zum Speichern von Anmeldedaten eines Steuergeräts für wenigstens eine bestimmte Multicast-Nachrichtenart auf. Dabei geben die Anmeldedaten an, dass eine nachfolgende Multicast-Nachricht, die wenigstens einer der durch die Anmeldedaten bestimmten Multicast-Nachrichtenarten entspricht, an das entsprechende Steuergerät weitergeleitet werden soll. Die Steuereinheit ist konfiguriert oder konfigurierbar zum:

– Empfangen, über die erste Ethernet-Schnittstelle, einer an mehrere, insbesondere sämtliche der Steuergeräte adressierten ersten Multicast-Nachricht von dem Nachrichtensender; und
– Weiterleiten der ersten Multicast-Nachricht, über die jeweiligen zweiten Ethernet-Schnittstellen, als Multicast-Nachricht und nur an jedes der durch die erste Multicast-Nachricht adressierten Steuergeräte, von denen eine Multicast-Nachrichtenart der ersten Multicast-Nachricht angebende Anmeldedaten in dem Speicher abgelegt sind.

A first aspect of the invention relates to an Ethernet switch for Ethernet communication within a vehicle, in particular of a motor vehicle. The Ethernet switch has a first Ethernet interface for connection to a message transmitter in an Ethernet network, a plurality of second Ethernet interfaces for connection to a respective control unit of the vehicle, a control unit for switching communication connections between the first Ethernet interface and one or more of the second Ethernet interfaces and a memory for storing credentials of a controller for at least one particular multicast message type. The credentials indicate that a subsequent multicast message corresponding to at least one of the multicast message types determined by the credentials should be forwarded to the appropriate controller. The control unit is configured or configurable for:

Receiving, via the first Ethernet interface, a first multicast message addressed to a plurality of, in particular all of the control units, from the message transmitter; and
Forwarding the first multicast message, via the respective second Ethernet interfaces, as a multicast message and only to each of the controllers addressed by the first multicast message, of which a credential in the memory indicating a multicast message type of the first multicast message are stored.

Unter einem „Ethernet-Switch“ im Sinne der Erfindung ist eine in der Fachsprache „Switch“ genanntes, als Netzwerkweiche bzw. Netzwerkverteiler wirkendes Kopplungselement zur Verbindung von Netzwerkbereichen in einem Ethernet-Netzwerk zu verstehen, das insbesondere selbsttätig Weiterleitungsentscheidungen anhand der Hardware-Adressen der über Ethernet daran angeschlossenen Geräte treffen kann. An "Ethernet switch" in the sense of the invention means a switching element called "switch" in the form of network switch or network distributor for connecting network areas in an Ethernet network, which in particular automatically makes forwarding decisions based on the hardware addresses of the network via Ethernet devices connected to it.

Unter einem „Fahrzeug“ im Sinne der Erfindung ist jede Art von Fahrzeug zu verstehen, mittels dessen eine oder mehrere Personen und/oder Ladung transportiert werden kann. Insbesondere ist ein Personenkraftwagen (PKW), ein Lastkraftwagen (LKW), ein Motorrad, ein Bus, ein Fahrrad oder ein Anhänger zu einem der vorausgehend genannten Fahrzeuge ein Fahrzeug im Sinne der Erfindung. Dies gilt insbesondere auch für die Zugeinheit sowie die Anhänger eines Zuges für ein Wasserfahrzeug oder ein Luftfahrzeug, insbesondere ein Flugzeug. A "vehicle" in the sense of the invention means any type of vehicle by means of which one or more persons and / or cargo can be transported. In particular, a passenger car (PKW), a truck (HGV), a motorcycle, a bus, a bicycle or a trailer to one of the aforementioned vehicles is a vehicle according to the invention. This applies in particular to the train unit and the trailer of a train for a watercraft or an aircraft, in particular an aircraft.

Unter einer „Ethernet-Schnittstelle“ im Sinne der Erfindung ist eine Vorrichtung einer technischen Entität, insbesondere eines Ethernet-Switches, zu verstehen, mittels derer eine Ethernet-Kommunikationsverbindung mit wenigstens einer anderen technischen Entität bereitgestellt werden kann. Insbesondere kann eine Ethernet-Schnittstelle physikalisch eine Anschlussvorrichtung zum Anschluss an ein Kabel für die Ethernet-Übertragung, insbesondere an ein genormtes Ethernet-Kabel, aufweisen. Darüber hinaus kann die Kommunikationsschnittstelle Mittel zur Datenverarbeitung oder Aufbereitung aufweisen, mittels derer Daten oder andere Informationen senderseitig auf vorbestimmte Art und Weise übermittelt bzw. empfangsseitig gemäß den standardisierten Anforderungen von Ethernet-Kommunikation verarbeitet werden können. An "Ethernet interface" in the sense of the invention means a device of a technical entity, in particular of an Ethernet switch, by means of which an Ethernet communication connection with at least one other technical entity can be provided. In particular, an Ethernet interface can physically have a connection device for connection to a cable for the Ethernet transmission, in particular to a standardized Ethernet cable. In addition, the communication interface may comprise means for data processing or processing, by means of which data or other information can be transmitted on the transmitter side in a predetermined manner or processed at the receiving end in accordance with the standardized requirements of Ethernet communication.

Unter einem „Steuergerät“ im Sinne der Erfindung ist ein System, insbesondere ein sogenanntes „eingebettetes System“ (Embedded System), zu verstehen, das für die Integration in ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, vorgesehen und dazu eingerichtet ist, eine oder mehrere andere Fahrzeugkomponenten im Sinne einer Steuerung oder Regelung über entsprechende Signale anzusteuern. Insbesondere kann ein Steuergerät auch Signal- oder Dateneingänge aufweisen, um beispielsweise Sensorsignale oder Daten von anderen Steuergeräten oder Entitäten im Fahrzeug empfangen zu können. Steuergeräte können im Hinblick auf eine leichtere Integration und Austauschbarkeit insbesondere als Modul ausgebildet sein. A "control device" in the sense of the invention is to be understood as meaning a system, in particular a so-called "embedded system", which is provided for the integration in a vehicle, in particular a motor vehicle, and one or more others To control vehicle components in the sense of a control or regulation via corresponding signals. In particular, a control device may also have signal or data inputs in order to be able to receive, for example, sensor signals or data from other control devices or entities in the vehicle. Control devices may be designed in particular with regard to an easier integration and interchangeability as a module.

Unter einer „Multicast-Nachricht“ im Sinne der Erfindung ist eine Nachrichtenübertragung von einem Netzwerkknoten, z.B. einem Steuergerät, zu einer Gruppe von Netzwerkknoten, z.B. mehreren anderen Steuergeräten, zu verstehen, wobei es sich dementsprechend um eine Form der Mehrpunktverbindung handelt. Multicast-Nachrichten im Sinne der Erfindung werden zumindest in der Sicherungsschicht gemäß OSI-Modell (Data Link Layer, hier insbesondere mittels Ethernet realisiert) implementiert. Das heißt, die entsprechende Adressierung wird nicht erst in höheren Schichten, etwa im Rahmen der IP-Adressierung in Schicht 3, umgesetzt. Ihr Vorteil kann insbesondere darin gesehen werden, dass zeitgleich Nachrichten an mehrere Teilnehmer oder an eine geschlossene Teilnehmergruppe übertragen werden können, ohne dass sich die hierfür verwendete Datenübertragungsrate beim Sender mit der Zahl der Empfänger multipliziert. Der Sender braucht dann beim Multicasting nur dieselbe Datenübertragungsrate wie ein einzelner Empfänger. Die Vervielfältigung der vom Sender gesendeten Datenpakete (Rahmen bzw. Frames u.ä.) findet an jedem einzelnen Verteiler (insbesondere Switch) auf der Nachrichtenübertragungsstrecke im Netzwerk statt. Im Unterschied zu „Broadcast“, bei dem Inhalte verbreitet werden, die – mit geeigneter Empfangsausrüstung – jeder ansehen kann, ist bei Multicast eine vorherige Anmeldung der Empfänger erforderlich. Under a "multicast message" according to the invention is a message transmission from a network node, e.g. a controller, to a group of network nodes, e.g. several other controllers, which is accordingly a form of multipoint connection. Multicast messages in the sense of the invention are implemented at least in the data link layer according to the OSI model (Data Link Layer, in particular realized here by means of Ethernet). This means that the corresponding addressing is not first implemented in higher layers, for example in the context of IP addressing in layer 3. Their advantage can be seen, in particular, in that messages can be transmitted to several subscribers or to a closed subscriber group at the same time, without the data transmission rate used at the transmitter being multiplied by the number of recipients. The sender then needs only the same data transmission rate as a single receiver when multicasting. The duplication of the data packets sent by the transmitter (frames or similar) takes place on each individual distributor (in particular switch) on the communication link in the network. Unlike Broadcast, which broadcasts content that anyone can watch, with appropriate receiving equipment, Multicast requires prior notification from the recipients.

Unter „Multicast-Nachrichtenart“ im Sinne der Erfindung ist eine von verschiedenen Arten von Multicast-Nachrichten zu verstehen, wobei sich die verschiedenen Arten insbesondere bezüglich der sie einsetzenden Dienste oder Kommunikationsverbindungen unterscheiden können. So kann sich etwa, ohne Beschränkung darauf, eine Nachrichtenart auf Nachrichten beziehen, mittels derer bestimmte Sensor-daten, etwa eines Temperatursensors, übermittelt werden, und eine andere Nachrichtenart kann sich auf Nachrichten beziehen, mittels derer ein Steuergerät Steuersignale an Aktuatoren, etwa Fensterheber, übermittelt. "Multicast message type" in the sense of the invention is to be understood as one of various types of multicast messages, wherein the various types may differ, in particular with regard to the services or communication connections that use them. For example, without limitation, a type of message may refer to messages by which certain sensor data, such as a temperature sensor, are transmitted, and another type of message may refer to messages by which a controller sends control signals to actuators, such as windows, transmitted.

Unter „konfiguriert“ im Sinne der Erfindung ist zu verstehen, dass die entsprechende Vorrichtung bereits eingerichtet ist, eine bestimmte Funktion zu erfüllen. Unter „konfigurierbar“ ist in Erweiterung dessen zu verstehen, dass die entsprechende Vorrichtung so einstellbar ist, dass sie bei entsprechender Einstellung eingerichtet ist, die bestimmte Funktionen zu erfüllen. Die Konfiguration kann dabei beispielsweise über eine entsprechende Einstellung von Parametern eines Prozessablaufs oder von Schaltern oder ähnlichem zur Aktivierung bzw. Deaktivierung von Funktionalitäten bzw. Einstellungen erfolgen. For the purposes of the invention, "configured" means that the corresponding device is already set up to fulfill a specific function. By "configurable" is to be understood by extension that the corresponding device is adjustable so that it is set up with the appropriate setting to perform certain functions. The configuration can take place, for example, via a corresponding setting of parameters of a process sequence or of switches or the like for activating or deactivating functionalities or settings.

Mithilfe eines solchen Ethernet-Switchs kann die Ethernet-Kommunikation an die besonderen Bedürfnisse im Fahrzeug, insbesondere im Hinblick auf eine Komplexitätsreduktion, eine Reduktion des Ressourcenbedarfs, die Ermöglichung einer Skalierung sowie einer effizienteren Nutzung der vorhandenen Bandbreite angepasst werden:
Die Multicast-Nachricht muss nur noch einmal vom sendenden Teilnehmer (insbesondere Steuergerät), welcher nachfolgend als „Sender“ bezeichnet wird, zum Switch übertragen werden anstatt wie bei Einfach-Nachrichten mehrfach, d.h. für jeden als „Empfänger“ vorgesehenen Teilnehmer separat. Die Entscheidung darüber, welche Empfänger eine von einem Steuergerät ausgesandte Nachricht erhalten sollen, kann aus dem Sender in den erfindungsgemäßen Ethernet-Switch verlagert werden. Dies gilt insbesondere auch, wenn der Sender mehrere verschiedene Nachrichten für verschiedene Empfängerkreise sendet. Somit können sich der Speicherbedarf und die Prozessor(CPU)-Auslastung im Sender reduzieren lassen, weil diese Ressourcen nicht mehr zur Speicherung und Verarbeitung für eine Vielzahl von möglichen verschiedenen logischen Kommunikationsverbindungen bzw. für entsprechende Kommunikationsschnittstellen (z.B. bei AUTOSAR als „Socket Connections“ bezeichnet) zu anderen Netzwerkteilnehmern (insbesondere anderen Steuergeräten) vorgehalten werden müssen. Die somit freiwerdenden Ressourcen können für die eigentliche Funktionalität des sendenden Steuergeräts genutzt werden oder wegfallen, wobei letzteres zu Einsparungen bei Kosten und Raumbedarf führen kann. Such an Ethernet switch can be used to tailor Ethernet communication to the specific needs of the vehicle, in particular to reduce complexity, reduce resource requirements, enable scaling, and make more efficient use of existing bandwidth:
The multicast message only has to be transmitted to the switch once more by the sending subscriber (in particular control unit), which is referred to below as the "sender", instead of several times as in the case of single messages, ie separately for each subscriber intended as a "receiver". The decision as to which receivers should receive a message sent by a control unit can be shifted from the transmitter into the Ethernet switch according to the invention. This is especially true when the transmitter sends several different messages for different receiver circuits. Thus, the memory requirements and the processor (CPU) utilization in the transmitter can be reduced because these resources are no longer used for storage and processing for a large number of possible different logical communication connections or for corresponding communication interfaces (eg AUTOSAR called "socket connections") ) to other network subscribers (especially other control devices) must be maintained. The resources thus released can be used for the actual functionality of the sending controller or omitted, the latter can lead to savings in costs and space requirements.

Auch wird die bislang bestehende Skalierungslimitierung bezüglich der im Netzwerk einsetzbaren Teilnehmer (insbesondere Steuergeräte) aufgehoben, denn es ist nicht mehr erforderlich, eine vorbestimmte Anzahl von Kommunikationsschnittstellen (z.B. bei AUTOSAR: Socket Connections) sowie eine entsprechende die Kommunikationsbeziehungen zu Teilnehmern beschreibende Notifizierungsmatrix (z.B. bei AUTOSAR als „Socket Connection Group“ bezeichnet) im Sender festzulegen und bereitzustellen. Somit können weitere Teilnehmer leicht hinzugefügt werden, ohne dass dies Auswirkungen auf die schon vorhandenen Teilnehmer haben muss. Insbesondere wird es dadurch leichter möglich, schon in einer früheren Fahrzeuggeneration vorhandene Steuergerätetypen, insbesondere auch Gateways des Ethernet-Netzwerks, ohne Neuentwicklung auch in nachfolgenden Fahrzeuggenerationen einzusetzen, auch wenn dort zusätzliche Teilnehmer vorgesehen sind, welche die Nachrichten eines Senders vom schon vorhandenen Steuergerätetyp erhalten sollen. Also, the hitherto existing scaling limitation with respect to the usable in the network participants (especially control devices) is repealed, because it is no longer necessary, a predetermined number of communication interfaces (eg AUTOSAR: socket connections) as well as a corresponding communication relationships to subscribers descriptive notification matrix (eg at AUTOSAR called "Socket Connection Group") in the transmitter and provide. Thus, additional participants can easily be added without affecting existing participants. In particular, this makes it easier to use already existing in a previous generation of vehicle types of controllers, especially gateways of the Ethernet network, without new development in subsequent generations of vehicles, even if there additional participants are provided, which should receive the messages of a transmitter from the already existing type of controller ,

Zudem wird durch die Erfindung eine Reduktion der für die Kommunikation zwischen den Teilnehmern im Ethernet-Netzwerk erforderlichen Bandbreite ermöglicht. In bisher bekannten Ethernet-basierten Systemen für Fahrzeuge ist es erforderlich, dass sich die Steuergeräte als Teilnehmer zyklisch, d.h. in regelmäßigen Zeitabständen, wiederholt für die von ihnen gewünschten Informationen bzw. Nachrichten bei den entsprechenden Sendern für einen von diesen (z.B. bei AUTOSAR über eine als „Offer Service“ bezeichnete Multicast-Nachricht des Senders) angebotenen Nachrichtendienst (z.B. die Versendung eines Temperaturmesswerts) anmelden (z.B. bei AUTOSAR über eine als „Subscribe“ bezeichnete Unicast-Nachricht, d.h. Punkt-zu-Punkt-Nachricht). Diese Anmeldung wird von dem den Dienst anbietenden Sender über entsprechende Bestätigungsnachrichten (z.B. bei AUTOSAR über eine als „SubscribeAck“ bezeichnete Unicast-Nachricht) in umgekehrter Richtung quittiert. Danach wiederholt sich diese Prozedur aus Robustheitsgründen zyklisch, so dass dafür insgesamt eine signifikante Bandbreite auf der Kommunikationsstrecke zu dem den Dienst anbietenden Sender benötigt wird. Erfindungsgemäß kann jedoch die Anmeldung beim Sender ebenso wie eine Bestätigungsnachricht dafür entfallen. Auch die zyklische Versendung der Multicast-Nachricht zum Anbieten des Dienstes ist nicht mehr erforderlich. Die erfindungsgemäßen Multicast-Nachrichten zur Bereitstellung des Dienstes werden durch den Switch auch nicht an alle Teilnehmer, sondern nur an jene gesendet, die sich zuvor dafür angemeldet haben. Insgesamt ist es somit möglich, den Bandbreitenbedarf im Netzwerk, und insbesondere auf der Kommunikationsstrecke zum Sender, zu verringern und die Systemkomplexität zu verringern. In addition, the invention enables a reduction in the bandwidth required for communication between the subscribers in the Ethernet network. In previously known Ethernet-based systems for vehicles, it is necessary that the controllers as subscribers cyclically, i. at regular intervals, repeatedly for the desired information or messages from the appropriate channels for one of these (eg at AUTOSAR via a designated as "Offer Service" multicast message from the sender) message service (eg sending a temperature reading) log (eg in the case of AUTOSAR via a unicast message called "Subscribe", ie point-to-point message). This application is acknowledged in reverse by the service offering sender via appropriate acknowledgment messages (e.g., in AUTOSAR via a unicast message called "SubscribeAck"). Thereafter, this procedure repeats cyclically for reasons of robustness, so that overall a significant bandwidth is required on the communication link to the service providing transmitter. According to the invention, however, the registration at the transmitter as well as an acknowledgment message for it can be omitted. Also, the cyclic sending of the multicast message to offer the service is no longer required. The multicast messages according to the invention for providing the service are not sent by the switch to all subscribers, but only to those who have previously registered for it. Overall, it is thus possible to reduce the bandwidth requirement in the network, and in particular on the communication link to the transmitter, and to reduce the system complexity.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen des Ethernet-Switch und dessen Weiterbildungen beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird, beliebig miteinander sowie mit den im Weiteren beschriebenen anderen Aspekten der Erfindung kombiniert werden können. Hereinafter, preferred embodiments of the Ethernet switch and its developments are described, which can be combined with one another as well as with the other aspects of the invention described below, unless this is expressly excluded.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit des Weiteren konfiguriert oder konfigurierbar, von wenigstens einem der Steuergeräte über die jeweils zugeordnete zweite Ethernet-Schnittstelle Anmeldedaten zu empfangen, die wenigstens eine bestimmte Multicast-Nachrichtenart angeben. Auf diese Weise ist es möglich, dass sich Steuergeräte, die Empfänger für eine bestimmte Nachrichtenart sein wollen, selbst beim Ethernet-Switch für den Empfang solcher Nachrichten anmelden können. Somit ist es nicht erforderlich, dass die entsprechende Definition der Empfänger für eine Multicast-Nachrichtenart bereits im Voraus im Switch selbst durch entsprechende Bedatung oder Programmierung eingestellt wird. Auch eine dynamische Anmeldung ist damit möglich, insbesondere wenn die Steuergeräte nur zeitweise entsprechende Multicast-Nachrichten empfangen wollen. According to a preferred embodiment of the invention, the control unit is further configured or configurable to receive from at least one of the control units via the respectively assigned second Ethernet interface credentials indicating at least one particular multicast message type. In this way, it is possible that controllers that want to be receivers for a certain type of message can even log in to the Ethernet switch to receive such messages. Thus, it is not necessary that the corresponding definition of the recipients for a multicast message type is already set in advance in the switch itself through appropriate programming or programming. A dynamic login is thus possible, especially if the control units only temporarily want to receive corresponding multicast messages.

Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist die Steuereinheit des Weiteren konfiguriert oder konfigurierbar zum Weiterleiten auch von weiteren, der ersten Multicast-Nachricht nachfolgenden Multicast-Nachrichten, über die jeweiligen zweiten Ethernet-Schnittstellen an jedes der durch die jeweilige weitere Multicast-Nachricht adressierten Steuergeräte, von denen wenigstens eine bestimmte Multicast-Nachrichtenart der weiteren Multicast-Nachricht angebende Anmeldedaten in dem Speicher abgelegt sind, ohne dass es dafür einer erneuten Anmeldung des Steuergeräts für diese wenigstens eine Multicast-Nachrichtenart bedarf. Auf diese Weise können Empfänger eine bestimmte Multicast-Nachrichtenart mit nur einer Anmeldung abonnieren, ohne dass es weiterer, insbesondere regelmäßiger Anmeldungen bedarf. According to a further development of this embodiment, the control unit is further configured or configurable for forwarding also further multicast messages following the first multicast message, via the respective second Ethernet interfaces to each of the control units addressed by the respective further multicast message which at least one specific multicast message type of the further multicast message indicating credentials are stored in the memory, without requiring a re-registration of the controller for this at least one multicast message type. In this way, recipients can subscribe to a specific multicast message type with just one logon, without the need for further, in particular regular, logins.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein ganzes System zur Ethernet-Kommunikation innerhalb eines Fahrzeugs, aufweisend einen Ethernet-Switch gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, eine Mehrzahl von Steuergeräten für das Fahrzeug, die im Rahmen eines Ethernet-Netzwerks jeweils mit dem Ethernet-Switch verbunden oder verbindbar sind, und wenigstens einen mit dem Ethernet-Switch über eine Ethernet-Verbindung verbundenen oder verbindbaren Nachrichtensender, der konfiguriert ist, an mehrere, insbesondere sämtliche der Steuergeräte adressierte Multicast-Nachrichten an den Ethernet-Switch zu senden. Dabei kann der Nachrichtensender insbesondere selbst ein Steuergerät für das Fahrzeug aufweisen bzw. ein solches sein. Die Vorteile eines solchen Systems wurden bereits im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt der Erfindung erläutert. A second aspect of the invention relates to an entire system for Ethernet communication within a vehicle, comprising an Ethernet switch according to the first aspect of the invention, a plurality of control devices for the vehicle, in the context of an Ethernet network with the Ethernet switch are connected or connectable, and at least one connected to the Ethernet switch via an Ethernet connection or connectable news station, which is configured to send to a plurality, in particular all the control units addressed multicast messages to the Ethernet switch. In this case, the message transmitter can in particular itself have or be a control device for the vehicle. The advantages of such a system have already been explained in connection with the first aspect of the invention.

Zusätzlich oder alternativ kann der Nachrichtensender auch ein Gateway für Ethernet-Kommunikation innerhalb eines Fahrzeugs sein. Unter einem „Gateway“ im Sinne der Erfindung ist dabei – wie in der Netzwerktechnik üblich – ein Protokollumsetzer zu verstehen, der zwei verschiedene Netze, die auf unterschiedlichen Netzwerktypen bzw. -protokollen basieren können, verbindet und dabei eine Umsetzung von dem Netzwerkprotokoll eines der Netze auf das Netzwerkprotokoll des anderen Netzes (und in der Regel auch umgekehrt) bereitstellt, um eine Kommunikation über die Verbindungsstelle der Netze unterschiedlicher Netzwerktypen hinweg zu ermöglichen. Das erfindungsgemäße Gateway weist wenigstens eine erste Kommunikationsschnittstelle, die zur Kommunikation über eine erste Kommunikationsverbindung von einem ersten Netzwerktyp mit wenigstens einer ersten Gegenseite eingerichtet ist, eine zweite Kommunikationsschnittstelle, die vom Ethernet-Netzwerktyp ist und zur Ethernet-Kommunikation über eine zweite Kommunikationsverbindung mit einer zweiten Gegenseite in einem Ethernet-Netzwerk eingerichtet ist, und eine Umsetzungseinheit auf. Die Umsetzungseinheit ist konfiguriert oder konfigurierbar,

– Daten, die über die wenigstens eine erste Kommunikationsschnittstelle empfangen werden, so umzusetzen, dass sie über die zweite Kommunikationsschnittstelle und die zweite Kommunikationsverbindung an die zweite Gegenseite übertragen werden können, und
– die von der ersten Gegenseite empfangenen Daten über die zweite Kommunikationsschnittstelle als Multicast-Nachricht an die zweite Gegenseite zu senden, wobei die Multicast-Nachricht spezifiziert, an welche Empfänger im Ethernet-Netzwerk sie in diesem weiterzuleiten ist.

Additionally or alternatively, the message sender may also be a gateway for Ethernet communication within a vehicle. A "gateway" in the context of the invention is - as customary in network technology - a protocol converter to understand the two different networks, which can be based on different network types or protocols, connects while implementing the network protocol of one of the networks to the network protocol of the other network (and vice versa, as a rule) in order to allow communication via the connection point of the networks of different network types. The gateway according to the invention has at least one first communication interface which is set up for communication via a first communication connection of a first network type with at least one first counterpart, a second communication interface which is of the Ethernet network type and for Ethernet communication via a second communication connection with a second Opposite side is set up in an Ethernet network, and a conversion unit. The conversion unit is configured or configurable,

- Data to be received via the at least one first communication interface to be implemented so that they can be transmitted via the second communication interface and the second communication link to the second opposite side, and
- Send the data received from the first remote side via the second communication interface as a multicast message to the second remote side, wherein the multicast message specifies which receiver in the Ethernet network to forward them in this.

Auf diese Weise ist es möglich, über das Gateway auch Steuergeräte mit dem Ethernet-Switch gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung zu verbinden, die selbst nicht unmittelbar mit diesem kommunizieren können, insbesondere weil sie keine Ethernet-Schnittstelle aufweisen, und die Multicast-Nachrichtenübermittlung an den Switch so zu ermöglichen. Dabei kann gemäß Varianten der Erfindung der erste Netzwerktyp insbesondere wenigstens einem der folgenden Standards entsprechen oder dazu kompatibel sein: FlexRay, ISO 17458-1 bis ISO 17458-5 . Auch kann das Gateway selbst ein Steuergerät für ein Fahrzeug sein oder ein solches aufweisen. In this way, it is possible to connect via the gateway and control devices with the Ethernet switch according to the first aspect of the invention, which can not communicate directly with the itself, in particular because they have no Ethernet interface, and the multicast messaging to enable the switch like this. In this case, according to variants of the invention, the first type of network may in particular correspond to or be compatible with at least one of the following standards: FlexRay, ISO 17458-1 to ISO 17458-5 , Also, the gateway itself may be a control device for a vehicle or have such.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann eines der Steuergeräte des Systems eine Einheit zur Fahrzeugstabilisierung (DSC) oder eine digitale Motor-Elektronik (DME) aufweisen oder sein. Auf diese Weise können etwa Geschwindigkeiten oder Daten zur Fahrzeuglage relativ zur Fahrbahn gemessen und über entsprechende Multicast-Nachrichten im Ethernet-Netzwerk über den Switch allen dafür angemeldeten Empfängern, insbesondere Steuergeräten effizient zur Verfügung gestellt werden. In another preferred embodiment, one of the controllers of the system may include or may be a Vehicle Stabilization Unit (DSC) or Digital Engine Electronics (DME). In this way, speeds or data relating to the vehicle position relative to the roadway can be measured and, via appropriate multicast messages in the Ethernet network via the switch, all receivers, in particular control devices, registered for them can be made available efficiently.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem System gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Das Fahrzeug kann insbesondere ein PKW sein. A third aspect of the invention relates to a vehicle, in particular a motor vehicle, with a system according to the second aspect of the invention. In particular, the vehicle may be a passenger car.

Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kommunikation in einem Ethernet-Netzwerk eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Ethernet-Switch. Dabei weist das Verfahren die folgenden Schritte auf:
Speichern, in einem Speicher des Ethernet-Switches, von Anmeldedaten eines Steuergeräts des Fahrzeugs für wenigstens eine bestimmte Multicast-Nachrichtenart in einem Ethernet-Netzwerk, wobei die Anmeldedaten angeben, dass das entsprechende Steuergerät eine nachfolgende Multicast-Nachricht, die wenigstens einer der durch die Anmeldedaten bestimmten Multicast-Nachrichtenarten entspricht, empfangen soll;
Empfangen, an dem Ethernet-Switch, einer an mehrere, insbesondere sämtliche der Steuergeräte adressierten ersten Multicast-Nachricht von einem Nachrichtensender; und
Weiterleiten der ersten Multicast-Nachricht durch den Ethernet-Switch als Multicast-Nachricht und nur an jedes der durch die erste Multicast-Nachricht adressierten Steuergeräte, von denen eine Multicast-Nachrichtenart der ersten Multicast-Nachricht angebende Anmeldedaten in dem Speicher abgelegt sind. A fourth aspect of the invention relates to a method for communication in an Ethernet network of a vehicle, in particular of a motor vehicle, with an Ethernet switch. The method has the following steps:
Storing, in a memory of the Ethernet switch, credentials of a vehicle controller for at least one particular multicast message type in an Ethernet network, the credentials indicating that the corresponding controller is sending a subsequent multicast message comprising at least one of the Credentials should correspond to specific multicast message types;
Receiving, at the Ethernet switch, a first multicast message from a message sender addressed to a plurality, in particular all of the control units; and
Forwarding the first multicast message by the Ethernet switch as a multicast message, and only to each of the controllers addressed by the first multicast message, of which credentials indicating a multicast message type of the first multicast message are stored in the memory.

Gemäß einer Ausführungsform weist das Verfahren als weiteren Schritt auf: Empfangen, an dem Ethernet-Switch und von wenigstens einem der Steuergeräte, von Anmeldedaten, die wenigstens eine bestimmte Multicast-Nachrichtenart angeben. In einer Variante davon weist das Verfahren den weiteren Schritt auf: Weiterleiten, durch den Ethernet-Switch, auch von weiteren, der ersten Multicast-Nachricht nachfolgenden Multicast-Nachrichten an jedes der durch die jeweilige weitere Multicast-Nachricht adressierten Steuergeräte, von denen wenigstens eine bestimmte Multicast-Nachrichtenart der weiteren Multicast-Nachricht angebende Anmeldedaten in dem Speicher abgelegt sind, ohne dass es dafür einer erneuten Anmeldung des Steuergeräts für diese wenigstens eine Multicast-Nachrichtenart bedarf. According to one embodiment, the method comprises, as a further step: receiving, at the Ethernet switch and at least one of the controllers, credentials indicating at least one particular multicast message type. In a variant thereof, the method comprises the further step of forwarding, by the Ethernet switch, also of further multicast messages following the first multicast message to each of the control units addressed by the respective further multicast message, of which at least one certain multicast message type of the further multicast message indicating credentials are stored in the memory, without requiring a re-logon of the controller for this at least one multicast message type.

Das Verfahren korrespondiert somit zum Betrieb eines Ethernet-Switches gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, so dass die schon dort erfolgten Erläuterungen und genannten Vorteile auch sinngemäß für dieses Verfahren gelten. The method thus corresponds to the operation of an Ethernet switch according to the first aspect of the invention, so that the explanations and advantages already given there apply mutatis mutandis to this method.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Further advantages, features and possible applications of the present invention will become apparent from the following detailed description taken in conjunction with the figures.

Dabei zeigt It shows

1 schematisch ein beispielhaftes Ethernet-basiertes Kommunikationssystem in einem Fahrzeug; 1 schematically an exemplary Ethernet-based communication system in a vehicle;

2 schematisch das Grundprinzip des Nachrichtenflusses im Kommunikationssystem aus 1; 2 schematically out the basic principle of message flow in the communication system 1 ;

3 schematisch den Ablauf des Nachrichtenflusses im Kommunikationssystem gemäß 1 bei Verwendung von herkömmlicher Ethernet-basierter Kommunikation gemäß dem aktuellen AUTOSAR Standard; 3 schematically the flow of message flow in the communication system according to 1 using conventional Ethernet-based communication according to the current AUTOSAR standard;

4 schematisch den Ablauf des Nachrichtenflusses im Kommunikationssystem gemäß 1 bei Verwendung von Ethernet-basierter Kommunikation gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 4 schematically the flow of message flow in the communication system according to 1 using Ethernet-based communication according to an embodiment of the invention;

5 ein Flussdiagramm zur Illustration des Verfahrens gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. 5 a flowchart illustrating the method according to the fourth aspect of the invention, according to a preferred embodiment.

Zunächst wird auf die 1 und 2 Bezug genommen. In 1 ist dabei schematisch ein Kraftfahrzeug KFZ gezeigt, in welchem ein Ethernet-basiertes Kommunikationssystem vorgesehen ist, um die Kommunikation zwischen verschiedenen Fahrzeugkomponenten, insbesondere Steuergeräten, des Fahrzeugs zu bewerkstelligen. Dabei sind verschiedene Steuergeräte SG1, SG2 und SG3 exemplarisch gezeigt und an einen Ethernet-Switch SW über entsprechende Ethernet-Verbindungen gekoppelt. Des Weiteren ist ein Gateway GW vorgesehen, welches selbst ein Steuergerät ist. Es ist zum Einen ebenfalls über eine Ethernet-Anbindung mit dem Switch SW verbunden und zum Anderen über ein FlexRay-Netzwerk mit einer digitalen Motorelektronik DME sowie einem dynamischen Stabilitätscontroller DSC verbunden und stellt somit einen Protokollumsetzer zwischen dem Ethernet-Netzwerk und dem FlexRay-Netzwerk dar. Die gezeigten Pfeile zeigen die Richtung des Nachrichtenflusses an, wenn von dem Stabilitätscontroller DSC oder der Motorelektronik DME Informationen an die Steuergeräte SG1 bis SG3 gesendet werden sollen. First, on the 1 and 2 Referenced. In 1 In this case, a motor vehicle KFZ is schematically shown, in which an Ethernet-based communication system is provided in order to accomplish the communication between different vehicle components, in particular control units, of the vehicle. Various control units SG1, SG2 and SG3 are shown by way of example and are coupled to an Ethernet switch SW via corresponding Ethernet connections. Furthermore, a gateway GW is provided, which itself is a control unit. On the one hand, it is also connected to the SW switch via an Ethernet connection and, on the other hand, it is connected via a FlexRay network to DME digital motor electronics and a dynamic stability controller DSC, thus providing a protocol converter between the Ethernet network and the FlexRay network The arrows shown indicate the direction of the message flow when information is to be sent to the controllers SG1 to SG3 by the stability controller DSC or the engine electronics DME.

In 2 ist dazu beispielhaft der Ethernet-Switch aus 1 in größerem Detail sowie der Nachrichtenfluss gezeigt, wenn eine Geschwindigkeitsinformation V von dem Stabilitätscontroller DSC, der die Geschwindigkeit V bestimmt, dem Gateway GW zur Verfügung gestellt wird und von diesem über den Switch SW an die Steuergeräte SG1 bis SG3 gesendet werden soll. Der Switch SW weist dazu neben einer Steuereinheit SE und einem Speicher zum Speichern u.a. der von den Steuergeräten zu empfangenen Anmeldedaten entsprechende Ethernet-Schnittstellen IF0 bis IF3 zur Verbindung mit dem Gateway GW und den Steuergeräten SG1 bis SG3 auf. Die durchgezogen eingezeichneten Pfeile stellen die Kommunikationsverbindungen dar, während die gestrichelt gezeichneten Pfeile den Fluss der Nachrichten mit dem Geschwindigkeitswert V über diese Kommunikationsverbindungen kennzeichnen, ohne selbst zusätzliche Kommunikationsverbindungen darzustellen. In 2 is the example of the Ethernet switch off 1 shown in greater detail as well as the message flow, when speed information V from the stability controller DSC, which determines the speed V, the gateway GW is provided and should be sent from the latter via the switch SW to the control units SG1 to SG3. In addition to a control unit SE and a memory for storing, inter alia, the logon data to be received by the control units, the switch SW has Ethernet interfaces IF0 to IF3 for connection to the gateway GW and the control units SG1 to SG3. The solid arrows represent the communication links, while the dashed arrows indicate the flow of messages with the speed value V via these communication links, without even represent additional communication links.

In 3 ist dazu schematisch der Ablauf des Nachrichtenflusses bei Verwendung herkömmlicher Ethernet-basierter Kommunikation gemäß dem aus dem Stand der Technik bekannten AUTOSAR-Standard dargestellt. Das Gateway GW agiert hierbei als sendendes Steuergerät (Sender) und informiert zunächst die Teilnehmer im Kommunikationsnetzwerk über eine Multicast-Nachricht OS, dass ein Dienst zur Bereitstellung der Geschwindigkeit V verfügbar ist, und bietet diesen an (AUTOSAR: „Offer Service“). Daraufhin können sich Steuergeräte, die diese Information empfangen wollen, über eine entsprechende Anmeldenachricht SUB beim Sender dafür anmelden (AUTOSAR: „Subscribe“). Im Beispiel der 3 melden sich die Steuergeräte SG1 und SG3 für den Dienst beim Gateway GW an, während sich das weitere Steuergerät SG2 nicht anmeldet. Die Anmeldungen werden daraufhin vom Gateway GW über entsprechende Bestätigungsnachrichten ACK quittiert (AUTOSAR: „SubscribeAck“). Diese Prozedur wird zyklisch, im Beispiel mit einer Periode von 1 Sekunde (1s) wiederholt. Erfolgt sodann eine Geschwindigkeitsmessung durch den Controller DSC, so übermittelt dieser über das FlexRay-Netzwerk den bestimmten Geschwindigkeitswert V als Nachricht FR an das Gateway GW. Dieses generiert nun im Rahmen einer Protokollumsetzung für jedes der angemeldeten Steuergeräte SG1 und SG3 eine eigene Unicast-Ethernet-Nachricht EN, mittels derer der Geschwindigkeitswert V an das jeweilige Steuergerät übermittelt wird. Da sich das Steuergerät SG2 nicht angemeldet hatte, wird auch keine derartige Nachricht an SG2 gesendet. In 3 schematically illustrates the flow of message flow using conventional Ethernet-based communication according to the known from the prior art AUTOSAR standard. The gateway GW acts here as a sending controller (sender) and first informs the subscribers in the communication network via a multicast message OS that a service for providing the speed V is available, and offers it (AUTOSAR: "Offer Service"). As a result, ECUs can become want to receive this information, via a corresponding notification message SUB at the sender for subscribe (AUTOSAR: "Subscribe"). In the example of 3 the control units SG1 and SG3 register for the service at the gateway GW, while the further control unit SG2 does not log on. The registrations are then acknowledged by the gateway GW via corresponding acknowledgment messages ACK (AUTOSAR: "SubscribeAck"). This procedure is repeated cyclically, in the example with a period of 1 second (1 s). If a speed measurement is then carried out by the controller DSC, the latter transmits the determined speed value V as message FR to the gateway GW via the FlexRay network. This now generates a separate unicast Ethernet message EN as part of a protocol implementation for each of the registered control units SG1 and SG3, by means of which the speed value V is transmitted to the respective control unit. Since the controller SG2 had not logged in, no such message is sent to SG2.

Demgegenüber zeigt 4 schematisch den Ablauf des Nachrichtenflusses in dem Kommunikationsnetz bei Verwendung von Ethernet-basierter Kommunikation gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Zunächst ist zu bemerken, dass eine Anbietungsnachricht OS nicht mehr erforderlich ist. Stattdessen melden sich die am Geschwindigkeitswert V interessierten Steuergeräte SG1 und SG3 beim erfindungsgemäßen Ethernet-Switch SW (und nicht mehr direkt beim Sender GW), für diesen Dienst, d.h. die Nachrichtenart „Geschwindigkeitsinformation V“, an. Da die Steuergeräte SG1 bis SG3 nun direkten Zugriff auf den Switch SW haben, an dem ggf. die Anmeldung erfolgt, können sie dort Ihren Anmeldezustand selbst direkt überprüfen und gegebenenfalls ändern. Bestätigungsnachrichten ACK sind nicht mehr erforderlich. Erfolgt sodann eine Geschwindigkeitsmessung durch den Controller DSC, so übermittelt dieser – wie gehabt – über das FlexRay-Netzwerk den bestimmten Geschwindigkeitswert V als Nachricht FR an das Gateway GW. Dieses generiert nun jedoch im Rahmen einer Protokollumsetzung nur noch eine einzige Multicast-Ethernet-Nachricht MC-EN, mittels derer der Geschwindigkeitswert V zunächst an den Switch SW übermittelt wird. Dieser leitet die Multicast-Ethernet-Nachricht selektiv nur an solche Teilnehmer weiter, die sich zuvor für den entsprechenden Dienst angemeldet haben. Im Beispiel sind dies die Steuergeräte SG1 und SG3, während das Steuergerät SG2 sich nicht angemeldet hatte und somit die Multicast-Ethernet-Nachricht MC-EN mit dem Geschwindigkeitswert V auch nicht erhält. Beim Vergleich der Lösung gemäß 4 mit der herkömmlichen Implementierung gemäß der vorausgehenden 3 werden die oben beschriebenen Vorteile der Reduktion des Ressourcenbedarfs und der Systemkomplexität, sowie der Vermeidung der Bandbreitenverschwendung unmittelbar sichtbar. Da im sendenden Steuergerät GW keine festen Kommunikationsverbindungen gespeichert werden müssen, folgt auch die schon erwähnte Vermeidung der Skalierungslimitierung. Insbesondere könnte das System auf eine neue Fahrzeuggeneration übertragen werden, wobei ggf. weitere Steuergeräte SG4 usw. problemlos hinzugefügt werden könnten, ohne dass dies ein Auswechseln der bereits vorhandenen Steuergeräte GW und SG1 bis SG3 erforderlich machte. In contrast, shows 4 schematically the flow of message flow in the communication network using Ethernet-based communication according to an embodiment of the invention. First, it should be noted that an offering message OS is no longer required. Instead, the interested in the speed value V control units SG1 and SG3 in the inventive Ethernet switch SW (and no longer directly at the transmitter GW), for this service, ie the message type "speed information V", at. Since the control units SG1 to SG3 now have direct access to the switch SW, where the logon may take place, they can directly check their log-in status themselves and, if necessary, change it. Confirmation messages ACK are no longer required. If then a speed measurement by the controller DSC, this transmits - as usual - via the FlexRay network the specific speed value V as a message FR to the gateway GW. However, in the context of protocol conversion, this now only generates a single multicast Ethernet message MC-EN, by means of which the speed value V is first transmitted to the switch SW. The latter selectively forwards the multicast Ethernet message only to those subscribers who have previously registered for the corresponding service. In the example, these are the control units SG1 and SG3, while the control unit SG2 had not logged on and thus does not receive the multicast Ethernet message MC-EN with the speed value V. When comparing the solution according to 4 with the conventional implementation according to the previous one 3 The advantages of reducing resource requirements and system complexity as well as avoiding bandwidth waste described above become immediately apparent. Since no fixed communication connections have to be stored in the transmitting control unit GW, the already mentioned avoidance of scaling limitation also follows. In particular, the system could be transferred to a new generation of vehicles, possibly further ECUs SG4 etc. could be easily added, without this necessitating a replacement of the existing control units GW and SG1 to SG3.

In 5 ist schließlich noch ein beispielhafter Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Das Verfahren betrifft den Betrieb eines erfindungsgemäßen Ethernet-Switchs SW. Durch das Verfahren soll wieder beispielhaft ein Geschwindigkeitswert V an ein oder mehrere Steuergeräte SG im Kommunikationssystem übermittelt werden. Dazu empfängt der Switch SW in einem ersten Schritt S1 zunächst von diesen Steuergeräten, z.B. SG1 und SG3, entsprechende Anmeldenachrichten mit Anmeldedaten für die Nachrichtenart „Geschwindigkeitswert V“. In einem weiteren Schritt S2 werden die Anmeldedaten in einem Speicher des Switch SW abgelegt. Wenn sodann in einem nachfolgenden Schritt S3 von einem Sender, zum Beispiel einem sendenden Steuergerät oder einem Gateway GW eine erste Multicast(MC)-Nachricht mit dem Geschwindigkeitswert V empfangen wird, so wird in einem weiteren Schritt S4 diese Nachricht an die gemäß der gespeicherten Anmeldedaten angemeldeten Empfänger-Steuergeräte SG1 und SG3 weitergeleitet, und zwar nur an diese. Die Entscheidung darüber, welche Empfänger die Nachricht erhalten, wird also aufgrund der Anmeldedaten im Switch SW und nicht etwa schon beim Sender getroffen. Wenn nachfolgend in einem Schritt S5 weitere Multicast-Nachrichten derselben Nachrichtenart empfangen werden, für die bereits entsprechende Anmeldedaten im Speicher des Switch SW vorliegen, so werden auch diese weiteren Multicast-Nachrichten in einem Schritt S6 an die entsprechenden Empfänger weitergeleitet, ohne dass es dazu einer erneuten Anmeldung bedarf. Dasselbe gilt für weitere nachfolgende Nachrichten derselben Nachrichtenart. In 5 Finally, an exemplary sequence of a method according to the invention is shown. The method relates to the operation of an Ethernet switch SW according to the invention. By way of example, a speed value V is to be transmitted to one or more control units SG in the communication system by way of example. For this purpose, the switch SW receives in a first step S1 first from these control units, for example SG1 and SG3, corresponding logon messages with logon data for the message type "speed value V". In a further step S2, the logon data are stored in a memory of the switch SW. If a first multicast (MC) message with the speed value V is then received by a transmitter, for example a transmitting control unit or a gateway GW, in a subsequent step S3, then in a further step S4 this message is sent to the one according to the stored logon data registered receiver control units SG1 and SG3 forwarded, and only to this. The decision as to which recipients receive the message is thus made on the basis of the credentials in the switch SW and not already at the sender. If subsequently in a step S5 further multicast messages of the same message type are received, for which there are already corresponding log-on data in the memory of the switch SW, then these further multicast messages are also forwarded to the corresponding recipients in a step S6, without having to do so re-registration is required. The same applies to further subsequent messages of the same message type.

Während vorausgehend wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wurde, ist zu bemerken, dass eine große Anzahl von Variationen dazu existiert. Es ist dabei auch zu beachten, dass die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nur nichtlimitierende Beispiele darstellen, und es nicht beabsichtigt ist, dadurch den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren zu beschränken. Vielmehr wird die vorausgehende Beschreibung dem Fachmann eine Anleitung zu Implementierung mindestens einer beispielhaften Ausführungsform liefern, wobei sich versteht, dass verschiedene Änderungen in der Funktionsweise und der Anordnung der in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass dabei von dem in den angehängten Ansprüchen jeweils festgelegten Gegenstand sowie seinen rechtlichen Äquivalenten abgewichen wird. While at least one exemplary embodiment has been described above, it should be understood that a large number of variations exist. It should also be understood that the described exemplary embodiments are nonlimiting examples only and are not intended to thereby limit the scope, applicability, or configuration of the devices and methods described herein. Rather, the foregoing description will provide those skilled in the art with guidance for implementing at least one example embodiment, it being understood that various changes in the operation and arrangement of the elements described in an exemplary embodiment can be made without departing from the scope of the appended claims and their legal equivalents.

Zusammenfassend lässt sich festhalten: All in all it can be said:

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Ethernet-basierten Kommunikationssysteme bzw. -netzwerke in Fahrzeugen, insbesondere in Kraftfahrzeugen. Verschiedene Aspekte der Erfindung betreffen dabei insbesondere einen Ethernet-Switch, ein System zur Ethernet-Kommunikation, ein Fahrzeug mit einem solchen System sowie ein Verfahren, jeweils für ein Paket-über-Ethernet-basiertes Kommunikationsnetzwerk in einem Fahrzeug. In Ausführungsbeispielen der Erfindung werden von einem sendenden Teilnehmer Dienste in Form von Ethernet-Multicast-Nachrichten an einen Ethernet-Switch gesendet, der die Nachrichten des Dienstes selektiv nur an solche weiteren Teilnehmer weiterleitet, die sich vorher am Ethernet-Switch für den entsprechenden Dienst angemeldet haben. Auf diese Weise lässt sich eine effiziente Ethernet-Kommunikation geringer Komplexität im Fahrzeug erreichen und insbesondere auch eine Skalierbarkeit im Hinblick auf Erweiterungen des Kommunikationssystems mit neuen Teilnehmern einfach bewerkstelligen. The invention relates to the field of Ethernet-based communication systems or networks in vehicles, in particular in motor vehicles. In particular, various aspects of the invention relate to an Ethernet switch, an Ethernet communication system, a vehicle having such a system, and a method, each for a packet-over-Ethernet-based communication network in a vehicle. In embodiments of the invention, services are sent by a sending subscriber in the form of Ethernet multicast messages to an Ethernet switch, which selectively forwards the messages of the service only to those other subscribers who have previously logged on to the Ethernet switch for the corresponding service to have. In this way, efficient low-complexity Ethernet communication can be achieved in the vehicle and, in particular, scalability with regard to extensions of the communication system with new subscribers can be achieved easily.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

motor vehicle

motor vehicle

SG1, SG2, SG3, SG4

ECUs

SW

Ethernet switch

IF0 to IF3

Ethernet interfaces of the Ethernet switch

SE

control unit

SP

Storage

GW

gateway

UE

conversion unit

SS0

Interface of the GW

SS1

Ethernet interface of the GW

DME

Digital engine electronics

DSC

stability controller

V

speed value

OS

(Multicast) Anbietungsnachricht

SUB

login message

ACK

confirmation message

FR

FlexRay message

EN

Unicast Ethernet message

MC-EN

Multicast Ethernet message

S1, S2, S3, S4, S5, S6

steps

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

ISO 11898 [0002]
IEEE 802.3 [0003]
Standards RFC 1112 [0003]
RFC 2464 [0003]
RFC 3180 [0003]
RFC 4291 [0003]
RFC 4608 [0003]
RFC 5757 [0003]
ISO 17458-1 [0025]
ISO 17458-5 [0025]

Claims

Ethernet switch (SW) for Ethernet communication within a vehicle, in particular a motor vehicle (motor vehicle), comprising: a first Ethernet interface (IF0) for connection to a message transmitter (GW) in an Ethernet network; a plurality of second Ethernet interfaces (IF1-IF3) for connection to a respective control unit (SG1, SG2, SG3) of the vehicle; a control unit (SE) for switching communication links between the first Ethernet interface (IF0) and one or more of the second Ethernet interfaces (IF1, IF2, IF3); and a memory (SP) for storing credentials of a controller (SG1, SG2, SG3) for at least one particular multicast message type, the credentials indicating that a subsequent multicast message corresponding to at least one of the multicast message types determined by the credentials to be forwarded to the corresponding control unit (SG1, SG2, SG3); the control unit being configured or configurable for: Receiving, via the first Ethernet interface, a first multicast message addressed to a plurality of, in particular all of the control devices (SG1, SG2, SG3) from the message transmitter; and Forwarding of the first multicast message, via the respective second Ethernet interfaces, as a multicast message and only to each of the first multicast message addressed controllers (SG1, SG2, SG3), one of which is a multicast message type of the first multicast Message indicating credentials are stored in the memory (SP).

Ethernet switch (SW) according to claim 1, wherein the control unit (SE) is further configured or configurable to: - Receiving credentials indicating at least one particular type of multicast message from at least one of the control units (SG1, SG2, SG3) via the respectively assigned second Ethernet interface (IF1, IF2, IF3).

Ethernet switch according to claim 2, wherein the control unit (SE) is further configured or configurable to: - Forwarding of further multicast messages following the first multicast message, via the respective second Ethernet interfaces to each of the control units (SG1, SG2, SG3) addressed by the respective further multicast message, of which at least one specific multicast message Message type of the other multicast message indicating credentials are stored in memory, without requiring a re-logon of the controller (SG1, SG2, SG3) for this at least one multicast message type.

System for Ethernet communication within a vehicle, in particular motor vehicle (motor vehicle), comprising: an Ethernet switch (SW) according to one of claims 1 to 3; a plurality of control devices (SG1, SG2, SG3) for the vehicle (KFZ), which are in the context of an Ethernet network in each case connected to the Ethernet switch (SW) or connectable; at least one message transmitter connected to or connectable to the Ethernet switch (SW) via an Ethernet connection, which is configured to send to the Ethernet switch (SW) multicast messages addressed to a plurality of, in particular all of the control devices (SG1, SG2, SG3) to send.

A system according to claim 4, wherein the message transmitter itself comprises a controller (SG) for the vehicle.

The system of claim 4 or 5, wherein the message sender has a gateway (GW) for Ethernet communication, comprising: at least a first communication interface (SS0) adapted to communicate over a first communication link of a first network type having at least a first far side; a second communication interface (SS1), which is of the Ethernet network type and is set up for Ethernet communication via a second communication link to a second far end in an Ethernet network; and a conversion unit (UE) that is configured or configurable, - Data to be received via the at least one first communication interface (SS0) to be implemented so that they can be transmitted via the second communication interface (SS1) and the second communication link to the second opposite side, and - Send the data received from the first opposite side via the second communication interface (SS1) as a multicast message to the second opposite side.

A system according to claim 6, wherein the first type of network is at least one of the following standards or compatible: FlexRay, ISO 17458-1 to ISO 17458-5.

A system according to claim 6 or 7, wherein the gateway itself is a control device for a vehicle (KFZ) or has such.

System according to one of claims 4 to 8, wherein one of the control devices (SG1, SG2, SG3) a Vehicle Stabilization Unit (DSC) or Digital Engine Electronics (DME).

Vehicle, in particular a motor vehicle (motor vehicle), having a system according to one of Claims 4 to 9.

Method for communication in an Ethernet network of a vehicle, in particular of a motor vehicle (motor vehicle), with an Ethernet switch (SW), the method comprising the following steps: Storing (S2), in a memory (SP) of the Ethernet switch (SW), credentials of a controller (SG1, SG2, SG3) of the vehicle (KFZ) for at least one particular multicast message type in an Ethernet network, the Specify credentials that the corresponding controller (SG1, SG2, SG3) should receive a subsequent multicast message corresponding to at least one of the multicast message types determined by the credentials; Receiving (S3), at the Ethernet switch (SW), a first multicast message addressed to a plurality of, in particular all of the control devices (SG1, SG2, SG3) from a message transmitter; and Forwarding (S4) the first multicast message by the Ethernet switch (SW) as a multicast message and only to each of the first multicast message addressed controllers (SG1, SG2, SG3), one of which is a multicast message type of the first Multicast message indicating credentials are stored in the memory (SP).

Method according to claim 11, with the further step: Receiving (S1), at the Ethernet switch, and from at least one of the controllers (SG1, SG2, SG3), credentials indicating at least one particular multicast message type.

Method according to claim 12, with the further step: Receiving (S5) and forwarding (S6), by the Ethernet switch, also from further, the first multicast message subsequent multicast messages to each of the respective further multicast message addressed control units (SG1, SG2, SG3), of in which at least one particular multicast message type of the further multicast message indicating credentials are stored in the memory (SP), without requiring a re-registration of the controller (SG1, SG2, SG3) for this at least one multicast message type.