DE102020117759A1 - Method and device for fault-tolerant operation of a network arrangement, network switching unit and vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum fehlertoleranten Betreiben einer Netzwerkanordnung, wobei die Netzwerkanordnung aus einer Anzahl von Netzwerkteilnehmerstationen (10, 20, 30, 40) besteht, die untereinander durch Kommunikationsleitungen (ET1, ET2, ET3, ET4) ringförmig verbunden sind. Das Verfahren weist die Schritte, Festlegen einer Vorzugszirkulationsrichtung für die Übertragung von Datenpaketen von einer Ursprungs-Netzwerkteilnehmerstation (10) zu einer Ziel-Netzwerkteilnehmerstation (30), Senden eines Datenpaketes von der Ursprungs-Netzwerkteilnehmerstation (10) zu der Ziel-Netzwerkteilnehmerstation (30) entlang der Vorzugszirkulationsrichtung, und Überprüfen ob das gesendete Datenpaket bei der Zielnetzwerkteilnehmerstation (30) ankommt, auf. Bei Erkennung eines Verbindungsabbruchs zwischen zwei Netzwerkteilnehmerstationen (10, 20, 30, 40), werden die Schritte Zurücksenden des Datenpaketes zu der Ursprungs-Netzwerkteilnehmerstation (10), Umdrehen der Zirkulationsrichtung im Ring-Netzwerk und Senden des Datenpaketes von der Ursprungs-Netzwerkteilnehmerstation (10) zu der Ziel-Netzwerkteilnehmerstation (30) in umgekehrter Zirkulationsrichtung durchgeführt.The invention relates to a method for fault-tolerant operation of a network arrangement, the network arrangement consisting of a number of network subscriber stations (10, 20, 30, 40) which are connected to one another by communication lines (ET1, ET2, ET3, ET4) in a ring. The method has the steps of determining a preferred circulation direction for the transmission of data packets from an originating network subscriber station (10) to a destination network subscriber station (30), sending a data packet from the originating network subscriber station (10) to the destination network subscriber station (30) along the preferred circulation direction, and checking whether the transmitted data packet arrives at the destination network subscriber station (30). When a connection failure between two network subscriber stations (10, 20, 30, 40) is detected, the steps of sending the data packet back to the source network subscriber station (10), reversing the direction of circulation in the ring network and sending the data packet from the source network subscriber station (10 ) to the destination network subscriber station (30) in the reverse direction of circulation.
Description
Die Erfindung betrifft das technische Gebiet der Datenkommunikation, insbesondere für ein Fahrzeug. Dort gelten hohe Anforderungen an die Übertragungssicherheit, gleichzeitig besteht ein hoher Bedarf für gesteigerte Datenraten. Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum fehlertoleranten Betreiben einer Netzwerkanordnung, eine Netzwerk-Schalteinheit sowie ein Fahrzeug.The invention relates to the technical field of data communication, in particular for a vehicle. There are high requirements for transmission security, while at the same time there is a high demand for increased data rates. The invention relates to a method and a device for fault-tolerant operation of a network arrangement, a network switching unit and a vehicle.
In modernen Fahrzeugen wird eine Vielzahl von Steuergeräten verbaut. Alleine für den Antriebstrang werden eine Anzahl Steuergeräte eingesetzt, daneben gibt es auch noch weitere Steuergeräte, die im Bereich der Fahrzeugkarosserie verbaut werden und Steuergeräte, die zu dem Infotainment-Bereich zählen. Neuerdings werden vermehrt Umgebungssensoren eingebaut. Insbesondere durch autonomes/automatisches Fahren werden solche Umgebungssensoren wie Lidar-Sensoren, entsprechend Light Detection and Ranging, Radar-Sensor, entsprechend Radio Detection and Ranging, Ultraschall-Sensoren und Kameras notwendig. Das sind Geräte, für die der Bedarf an hohen Datenraten für die Fahrzeug-interne Kommunikation stetig wächst. Diese Umgebungssensoren betreffen hochaufgelöste bildgebende Sensoren und benötigen derzeit Datenraten im Gigabit/s-Bereich. Die im Fahrzeug typischerweise eingesetzten Kommunikations-Bussysteme wie CAN, entsprechend Controller Area Network, oder Flexray bieten nicht die nötigen Datenraten. Deswegen empfiehlt sich die Verwendung von (Automotive-)Ethernet-Technologie als neues Kommunikationssystem, da es kostengünstig ist und hohe Datenraten bietet.A large number of control units are installed in modern vehicles. A number of control units are used for the drive train alone, but there are also other control units that are installed in the area of the vehicle body and control units that belong to the infotainment area. Recently, more and more environmental sensors have been installed. In particular, autonomous/automatic driving makes environmental sensors such as lidar sensors, corresponding to light detection and ranging, radar sensors, corresponding to radio detection and ranging, ultrasonic sensors and cameras necessary. These are devices for which the need for high data rates for in-vehicle communication is constantly growing. These environmental sensors relate to high-resolution imaging sensors and currently require data rates in the gigabit/s range. The communication bus systems typically used in vehicles such as CAN, corresponding to the Controller Area Network, or Flexray do not offer the necessary data rates. Therefore, the use of (automotive) Ethernet technology is recommended as a new communication system, as it is inexpensive and offers high data rates.
Ein Problem ist allerdings die Ausfallsicherheit bei klassischen Ethernet-Topologien (Bus-Topologie, Stern-Topologie oder Baum-Topologie). Der Ausfall eines zentralen Elementes (sei es eines Netzwerk-Knotens oder einer zentralen Bus-Verbindung) hat einen Totalausfall des ganzen Kommunikationssystems zur Folge. Das wäre für Fahrzeug-Kommunikationsnetzwerke fatal.One problem, however, is the fail-safety of classic Ethernet topologies (bus topology, star topology or tree topology). The failure of a central element (be it a network node or a central bus connection) results in a total failure of the entire communication system. That would be fatal for vehicle communication networks.
Deshalb wird als eine Möglichkeit, die Ausfallsicherheit bei Fahrzeug-Kommunikationssystemen zu erhöhen, der Einsatz von Ringtopologien erwogen, da dort immer zwei mögliche Kommunikationswege zur Verfügung stehen. Alternativ gibt es Replikations-Ansätze wie der Bus-Standard IEEE P802.1 CB, High availability seamless redundancy (HSR) und Parallel Redundancy Protocol (PRP) entsprechend des IEC 62439-3 Standards, die den Verkehr duplizieren bzw. replizieren, d.h. den gleichen Kommunikationsfluss auf mehrere Wege schicken und die Duplikate am Empfänger wieder entfernen.For this reason, the use of ring topologies is being considered as a way of increasing the fail-safety of vehicle communication systems, since there are always two possible communication paths available there. Alternatively, there are replication approaches such as the bus standard IEEE P802.1 CB, High availability seamless redundancy (HSR) and Parallel Redundancy Protocol (PRP) according to the IEC 62439-3 standard, which duplicate or replicate the traffic, ie the same Send communication flow in several ways and remove the duplicates at the recipient.
Zusätzlich gibt es im Bereich des Software-defined Networking (SDN) Fail-over Mechanismen wie OpenFlow Fail-over-Groups, die den Status einer Verbindung beobachten und im Fehlerfall auf Backup-Routen umschalten. Dies lässt sich zusätzlich mit dem Bidirectional Forwarding Detection (BFD) Protokoll kombinieren, um die Fehlerdetektion zu beschleunigen. Das BFD-Protokoll ist in dem Standard-Dokument RFC 5880 der IETF ausführlich beschrieben. Zusätzlich wird auf das Dokument
Aus dem Dokument
Aus dem Dokument
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Der Nachteil an Ringtopologien ist allerdings, dass diese spezielle Protokolle wie STP (IEEE 802.1 D) und RSTP (IEEE 802.1w) benötigen, die einzelne Ports blockieren, um eine Schleifenbildung zu verhindern. Diese stehen dann für die Kommunikation nicht mehr zur Verfügung. Im Falle von Replikations-Ansätzen steht weniger als die Hälfte der möglichen Bandbreite zur Verfügung, da ein Teil durch die Redundanz belegt wird. Bei den SDNbasierten Lösungen wird ein zentraler Controller benötigt, der mit allen Switches verbunden werden muss. Dies bedeutet eine zusätzliche Anzahl von Verbindungen. Alternativ gibt es auch Lösungen ohne zentralen Controller, bei denen aber ein sogenannter „Crankback“-Pfad entsteht, d.h. dass Leitungen unnötig doppelt ausgelastet werden (s. Quelle oben). Aus diesen Gründen wurden bisher im Automotive-Bereich Ringtopologien vermieden.The disadvantage of ring topologies, however, is that they require special protocols such as STP (IEEE 802.1 D) and RSTP (IEEE 802.1w), which block individual ports to prevent loops from forming. These are then no longer available for communication. In the case of replication approaches, less than half of the possible bandwidth is available, since part of it is occupied by redundancy. With the SDN-based solutions, a central controller is required, which must be connected to all switches. This means an additional number of connections. Alternatively, there are also solutions without a central controller, but in which a so-called "crankback" path is created, i.e. lines are unnecessarily loaded twice (see source above). For these reasons, ring topologies have so far been avoided in the automotive sector.
Aus dem Patent
Die Erfindung setzt sich zum Ziel, eine praktikable Umsetzung für die Einführung von fehlertoleranter Ringtopologie basierend auf Ethernet-Technologie für den Einsatz im Fahrzeug zu finden. Dies ist die Aufgabe der Erfindung.The aim of the invention is to find a practicable implementation for the introduction of fault-tolerant ring topology based on Ethernet technology for use in vehicles. This is the object of the invention.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum fehlertoleranten Betreiben einer Netzwerkanordnung gemäß Anspruch 1 und Anspruch 9, sowie eine Netzwerk-Schalteinheit gemäß Anspruch 11 sowie ein Fahrzeug gemäß Anspruch 14 gelöst.This object is achieved by a method and a device for fault-tolerant operation of a network arrangement according to
Die abhängigen Ansprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung entsprechend der nachfolgenden Beschreibung dieser Maßnahmen.The dependent claims contain advantageous developments and improvements of the invention according to the following description of these measures.
In einer generellen Ausgestaltung der Erfindung betrifft die Erfindung ein Verfahren zum fehlertoleranten Betreiben einer Netzwerkanordnung, wobei die Netzwerkanordnung aus einer Anzahl von Netzwerkteilnehmerstationen besteht, die untereinander durch Kommunikationsleitungen ringförmig verbunden sind, so dass die Datenpakete in dem Ringnetzwerk von einer Ursprungs-Netzwerkteilnehmerstation zu einer Ziel-Netzwerkteilnehmerstation zirkulieren können. Dabei zeichnet sich das Verfahren aus durch die Schritte: Festlegen einer Vorzugszirkulationsrichtung für die Übertragung von Datenpaketen von der Ursprungs-Netzwerkteilnehmerstation zu der Ziel-Netzwerkteilnehmerstation, Senden eines Datenpaketes von der Ursprungs-Netzwerkteilnehmerstation zu der Ziel-Netzwerkteilnehmerstation entlang der Vorzugszirkulationsrichtung, Überprüfen ob das gesendete Datenpaket bei der Ziel-Netzwerkteilnehmerstation ankommt. Weiterhin werden die folgenden Schritte durchgeführt: Bei Erkennung eines Verbindungsabbruchs zwischen zwei Netzwerkteilnehmerstationen Zurücksenden des Datenpaketes zu der Ursprungs-Netzwerkteilnehmerstation, Umdrehen der Zirkulationsrichtung und Senden des Datenpaketes von der Ursprungs-Netzwerkteilnehmerstation zu der Ziel-Netzwerkteilnehmerstation in umgekehrter Zirkulationsrichtung. Dadurch, dass bei einer Ringbus-Topologie zwei Zirkulationsrichtungen existieren, kann bei Ausfall einer Busverbindung auf einem Segment der Ringbus-Topologie die Zirkulationsrichtung einfach umgekehrt werden und die Ziel-Netzwerkteilnehmerstation möglicherweise über einen Umweg doch noch erreicht werden.In a general embodiment of the invention, the invention relates to a method for fault-tolerant operation of a network arrangement, the network arrangement consisting of a number of network subscriber stations which are connected to one another by communication lines in the form of a ring, so that the data packets in the ring network can travel from an originating network subscriber station to a destination -Network subscriber station can circulate. The method is characterized by the steps: determining a preferred circulation direction for the transmission of data packets from the source network subscriber station to the destination network subscriber station, sending a data packet from the source network subscriber station to the destination network subscriber station along the preferred circulation direction, checking whether the sent Data packet arrives at the target network subscriber station. The following steps are also carried out: If a connection abort between two network subscriber stations is detected, the data packet is sent back to the source network subscriber station, the direction of circulation is reversed and the data packet is sent from the source network subscriber station to the destination network subscriber station in the reverse circulation direction. Because there are two directions of circulation in a ring bus topology, if a bus connection fails on a segment of the ring bus topology, the direction of circulation can simply be reversed and the destination network subscriber station can still be reached via a detour.
Um dies umzusetzen, ist es vorteilhaft, wenn die Netzwerkteilnehmerstationen eine programmierbare Netzwerk-Schalteinheit aufweisen oder an eine programmierbare Netzwerk-Schalteinheit angeschlossen werden. Solche Netzwerk-Schalteinheiten sind als Netzwerk-Switch bekannt und werden im LAN-Bereich vielfältig eingesetzt. Diese gibt es im Bereich des SDN auch als Software-basierte Netzwerk-Schalteinheiten. Um die gewünschte Skalierbarkeit und Konfigurierbarkeit zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn eine solche SDNbasierte programmierbare Netzwerk-Schalteinheit eingesetzt wird.In order to implement this, it is advantageous if the network subscriber stations have a programmable network switching unit or are connected to a programmable network switching unit. Such network switching units are known as network switches and are used in many ways in the LAN area. These are also available in the SDN area as software-based network switching units. In order to achieve the desired scalability and configurability, it is advantageous if such an SDN-based programmable network switching unit is used.
Besonders vorteilhaft ist es dann noch, wenn die Vorzugszirkulationsrichtungen für die Kommunikation zu den einzelnen Netzwerkteilnehmerstationen in den jeweiligen Netzwerk-Schalteinheiten in Zuordnungstabellen eingetragen werden. Typischerweise werden in handelsüblichen Netzwerk-Schalteinheiten sogenannte Source-Address-Tabellen angelegt, in denen die MAC-Adressen der Ursprungs-Netzwerkteilnehmerstation, die das Paket gesendet hat, mit der Port-Nummer verzeichnet werden. Erfindungsgemäß wird eine andere Tabelle benutzt, in der für die jeweilige Netzwerk-Schalteinheit verzeichnet wird, über welchen Port das Datenpaket pro Zieladresse weitergeleitet werden soll. Dies kann für jeden Eingangs-Port der Netzwerk-Schalteinheit getrennt erfolgen. Besonders bei Netzwerkkonfigurationen, bei denen es nicht geplant ist, dass sie sich im laufenden Betrieb verändern, ist es möglich, die Zuordnungstabellen auf Basis der Ziel-Adressenangabe zu gestalten.It is then particularly advantageous if the preferred circulation directions for the communication to the individual network subscriber stations are entered in assignment tables in the respective network switching units. So-called source address tables are typically created in commercially available network switching units, in which the MAC addresses of the originating network subscriber station that sent the packet are listed with the port number. According to the invention, another table is used, in which it is recorded for the respective network switching unit via which port the data packet is to be forwarded for each destination address. This can be done separately for each input port of the network switching unit. Particularly in the case of network configurations that are not planned to change during operation, it is possible to design the assignment tables based on the target address specification.
Mit der Tabelle in dieser Form besteht dann die Möglichkeit, das Umdrehen der Zirkulationsrichtung bei Verbindungsabbruch in einem Ringbus-Segment ebenfalls in die Zuordnungstabelle einzutragen. Dies kann in vorteilhafter Weise von vorneherein in die Zuordnungstabelle eingetragen werden, in der Art einer Backup-Regel. Es muss der Netzwerk-Schalteinheit nur mitgeteilt werden, dass ein Verbindungsabbruch eingetreten ist und deshalb die Umkehrung der Übertragungsrichtung nötig wird. Dies kann vorzugsweise mit einer Signalisierungsnachricht erfolgen, die eine Steuereinheit an die Netzwerk-Schalteinheit sendet.With the table in this form, it is then possible to also enter the reversal of the circulation direction in a ring bus segment in the allocation table if the connection is broken. This can advantageously be entered in the assignment table from the outset, in the manner of a backup rule. The network switching unit only needs to be informed that the connection has been broken and that the direction of transmission must therefore be reversed. This can preferably be done with a signaling message that a control unit sends to the network switching unit.
Die Detektion eines Verbindungsabbruchs in einem Ringbus-Segment ist im Ethernet-Protokoll auf Ebene der Bitübertragungsschicht bereits integriert, entsprechend Layer 1 des OSI/ISO Schichtenmodells der Datenkommunikation. Nach dem Ethernet 10BaseT-Standard werden von der Bitübertragungsschicht sogenannte „Heartbeat“-Nachrichten mit einer Periode von 16 ±8 ms übertragen, die beantwortet werden müssen. Wenn keine Antwort zurückkommt, wird nach einer festgesetzten Zeit im Bereich von 50-150 ms davon ausgegangen, dass die Netzwerkverbindung ausgefallen ist, z.B. weil ein Netzwerkstecker abgezogen wurde.The detection of a connection failure in a ring bus segment is already integrated in the Ethernet protocol at the bit transmission layer level, corresponding to layer 1 of the OSI/ISO layer model of data communication. According to the Ethernet 10BaseT standard, the bit transmission layer transmits so-called "heartbeat" messages with a period of 16 ±8 ms, which must be answered. If no response is received, after a set time in the range of 50-150 ms it is assumed that the network connection has failed, e.g. because a network connector has been unplugged.
Um eine schnellere Reaktion auf einen Verbindungsabbruch zu erzielen, ist es vorteilhaft, in einer Ausprägung der Erfindung das BFD-Protokoll einzusetzen. Dies erfolgt so, dass zyklisch Signalisierungspakete zwischen den beiden Netzwerk-Schalteinheiten, zwischen denen das Ringbus-Segment liegt, übertragen werden und bei Ausbleiben der Signalisierungspakete der Verbindungsabbruch in diesem Ringbus-Segment von den beiden Netzwerk-Schalteinheiten erkannt wird.In order to achieve a faster reaction to a connection termination, it is advantageous to use the BFD protocol in one embodiment of the invention. This is done in such a way that signaling packets are transmitted cyclically between the two network switching units between which the ring bus segment is located, and if the signaling packets are absent, the connection abort in this ring bus segment is recognized by the two network switching units.
Die Netzwerk-Schalteinheit, die den Verbindungsabbruch selber erkennt, kann daraufhin die ankommenden Pakete in umgekehrter Zirkulationsrichtung zurücksenden. Ein Problem besteht aber darin, dass die anderen Netzwerkteilnehmerstationen von dem Verbindungsabbruch nichts wissen und deshalb die Datenpakete nach wie vor in Vorzugszirkulationsrichtung („Crankback“-Pfad) weiterleiten. Um dieses Problem zu lösen, besteht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung darin, dass die Netzwerk-Schalteinheit, die den Verbindungsabbruch erkennt, den jeweiligen anderen Nachbar-Netzwerk-Schalteinheiten eine Fehlermitteilung sendet, in der der Verbindungsabbruch in dem betreffenden Ringbus-Segment mitgeteilt wird. Typischerweise werden die beiden Netzwerk-Schalteinheiten den Verbindungsabbruch zwischen ihnen erkennen. Deshalb kann die Ausgestaltung auch so sein, dass beide Netzwerk-Schalteinheiten ihre benachbarten Netzwerk-Schalteinheiten darüber informieren. Bei nur vier Netzwerkteilnehmerstationen im Ringbus-Netzwerk reicht es, wenn jede Netzwerk-Schalteinheit, die den Verbindungsabbruch erkennt, ihre andere benachbarte Netzwerk-Schalteinheit darüber informiert.The network switching unit, which recognizes the connection failure itself, can then send the incoming packets back in the opposite direction of circulation. One problem, however, is that the other network subscriber stations do not know anything about the connection termination and therefore continue to forward the data packets in the preferred circulation direction (“crankback” path). In order to solve this problem, an advantageous development of the invention is that the network switching unit that detects the connection abort sends the respective other neighboring network switching units an error message in which the connection abort in the relevant ring bus segment is reported. Typically, the two network switches will detect the loss of connectivity between them. Therefore, the configuration can also be such that both network switching units inform their neighboring network switching units about this. If there are only four network subscriber stations in the ring bus network, it is sufficient if each network switching unit that detects the loss of connection informs its other neighboring network switching unit.
Nach Eintreffen der Mitteilung über den Verbindungsabbruch ist es vorteilhaft, wenn die jeweilige Netzwerk-Schalteinheit so konfiguriert wird, dass in seiner Zuordnungstabelle eingetragen wird, dass der Datenverkehr entgegen der Vorzugszirkulationsrichtung geleitet wird.After the message about the disconnection has arrived, it is advantageous if the respective network switching unit is configured in such a way that its allocation table states that the data traffic is routed in the opposite direction to the preferred circulation direction.
Um die geforderte Datenrate bei akzeptablen Kosten zu erfüllen, ist es vorteilhaft, wenn als Netzwerktechnologie zur Verbindung der Netzwerkteilnehmerstationen eine Variante der Ethernet-Standard-Familie eingesetzt wird.In order to meet the required data rate at acceptable costs, it is advantageous if a variant of the Ethernet standard family is used as the network technology for connecting the network subscriber stations.
Hierbei kann in vorteilhafter Weise die Variante 100BASE-T1 oder 1000BASE-T1 der Ethernet-Standard-Familie eingesetzt werden. Diese Variante wurde besonders für den Einsatz im Fahrzeug entwickelt. Die Automobilindustrie hat die Bitübertragungsschicht als Kommunikationsstandard für Automotive Ethernet spezifiziert. Dieser Standard wird von der IEEE in zwei Varianten als 100BASE-T1 und als 1000BASE-T1 als Teil der Spezifikation IEEE P802.3bp veröffentlicht.The 100BASE-T1 or 1000BASE-T1 variant of the Ethernet standard family can be used here in an advantageous manner. This variant was specially developed for use in vehicles. The automotive industry has specified the bit transmission layer as the communication standard for Automotive Ethernet. This standard is published by the IEEE in two variants as 100BASE-T1 and 1000BASE-T1 as part of the IEEE P802.3bp specification.
Der Verbindungsabbruch kann verschiedene Ursachen haben. Bei Einsatz der Erfindung in einem Fahrzeug wäre ein Unfall ein typisches Ereignis, das den Verbindungsabbruch auslösen kann. Es wäre aber auch denkbar, dass durch die vorhandenen Erschütterungen sich ein Netzwerkstecker löst und dadurch ein Verbindungsabbruch entsteht. Bei solchen Ursachen wird erst die Reparatur in einer Werkstatt den Verbindungsabbruch beheben. Bei anderen Anwendungsgebieten wäre es aber durchaus möglich, dass der Anwender den Verbindungsabbruch selbst behebt. In jedem Fall besteht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung darin, dass die Netzwerk-Schalteinheit, die die Behebung der Störung in dem betreffenden Ringbus-Segment erkennt, ihre benachbarte Netzwerk-Schalteinheit über die Behebung der Störung in dem betreffenden Ringbus-Segment informiert. Die informierte Netzwerk-Schalteinheit wird dann nach Eintreffen der Mitteilung über die Behebung der Störung so konfiguriert, dass in seiner Zuordnungstabelle wieder eingetragen wird, dass der Datenverkehr wieder entlang des Vorzugs-Pfades geleitet werden soll.The disconnection can have various causes. When using the invention in a vehicle, an accident would be a typical event that can trigger the disconnection. However, it would also be conceivable that the existing vibrations could cause a network connector to come loose and the connection to be lost as a result. With such causes only the repair in a workshop will fix the connection loss. In other areas of application, however, it would be quite possible for the user to fix the connection failure himself. In any case, an advantageous development of the invention is that the network switching unit, which recognizes that the fault in the relevant ring bus segment has been rectified, informs its neighboring network switching unit that the fault in the relevant ring bus segment has been rectified. The network switching unit that has been informed is then configured after the arrival of the notification that the fault has been rectified in such a way that it is again entered in its assignment table that the data traffic is to be routed again along the preferred path.
Für eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Anzahl von Netzwerkteilnehmerstationen, die untereinander durch Kommunikationsleitungen ringförmig verbunden sind, ist es vorteilhaft, dass die Netzwerkteilnehmerstationen eine programmierbare Netzwerk-Schalteinheit aufweisen oder an eine programmierbare Netzwerk-Schalteinheit angeschlossen sind, wobei die programmierbare Netzwerk-Schalteinheit eine Zuordnungstabelle aufweist, in die eine Vorzugszirkulationsrichtung für die Übertragung von Datenpaketen von einer Ursprungs-Netzwerkteilnehmerstation zu einer Ziel-Netzwerkteilnehmerstation eingetragen ist. Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, dass die Netzwerk-Schalteinheit weiterhin eine Testeinheit aufweist zum Testen der Verbindung zu einer benachbarten Netzwerkteilnehmerstation, wobei bei Erkennung eines Verbindungsabbruchs zwischen den beiden benachbarten Netzwerkteilnehmerstationen die programmierbare Netzwerk-Schalteinheit so konfiguriert ist, dass sie ein in Vorzugszirkulationsrichtung empfangenes Datenpaket in entgegengesetzter Zirkulationsrichtung an die Ursprungs-Netzwerkteilnehmerstation zurücksendet. Diese kann die zurückgespiegelten Datenpakete dann weiterleiten. So kann der Datenverkehr trotz Verbindungsabbruch aufrechterhalten werden.For a device for performing the method with a number of network subscriber stations, which are connected to one another by communication lines in a ring, it is advantageous for the network subscriber stations to have a programmable network switching unit or to be connected to a programmable network switching unit, the programmable network switching unit has an assignment table in which a preferred circulation direction for the transmission of data packets from an originating network subscriber station to a destination network subscriber station is entered. It is also advantageous that the network switching unit also has a test unit for testing the connection to an adjacent network subscriber station, with the programmable network switching unit being configured in such a way that a data packet received in the preferred circulation direction is detected when a connection is broken between the two adjacent network subscriber stations sends back to the originating network subscriber station in the opposite direction of circulation. This can then forward the reflected data packets. In this way, data traffic can be maintained despite the connection being lost.
Für die Testeinheit ist es vorteilhaft, wenn die Testeinheit ausgelegt ist, an die andere benachbarte Netzwerkteilnehmerstation eine Fehlermitteilung zu senden zur Mitteilung des Verbindungsabbruchs in dem betreffenden Ringbus-Segment. Die benachbarte Netzwerkteilnehmerstation kann sich dann darauf einstellen, dass die Verbindung in dem betreffenden Ringbus-Segment unterbrochen ist.It is advantageous for the test unit if the test unit is designed to send an error message to the other neighboring network subscriber station to report the connection abort in the relevant ring bus segment. The neighboring network subscriber station can then adjust to the fact that the connection in the relevant ring bus segment is interrupted.
Eine weitere Ausprägung der Erfindung besteht in einer Netzwerk-Schalteinheit für eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese weist eine Testeinheit auf zum Testen der Verbindung zu einer ersten benachbarten Netzwerkteilnehmerstation in einem betreffenden Ringbus-Segment, wobei die Testeinheit ausgelegt ist, an eine andere benachbarte Netzwerkteilnehmerstation eine Fehlermitteilung zu senden, in der der Verbindungsabbruch in dem betreffenden Ringbus-Segment zu der ersten benachbarten Netzwerkteilnehmerstation mitgeteilt wird. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Netzwerk-Schalteinheit weiterhin so konfiguriert ist, dass sie ein in einer Vorzugszirkulationsrichtung empfangenes Datenpaket in entgegengesetzter Zirkulationsrichtung an eine Ursprungs-Netzwerkteilnehmerstation zurücksendet. Wie eingangs beschrieben, gibt es zwei Kommunikationsrouten in einem Ringbussystem, um eine Netzwerkteilnehmerstation zu erreichen. Dies wird hier ausgenutzt, um den Kommunikationsfluss aufrechtzuerhalten.A further embodiment of the invention consists in a network switching unit for a device for carrying out the method according to the invention. This has a test unit for testing the connection to a first neighboring network subscriber station in a relevant ring bus segment, the test unit being designed to send an error message to another neighboring network subscriber station, in which the connection abort in the relevant ring bus segment is related to the first neighboring network subscriber station is communicated. In this case, it is advantageous if the network switching unit is also configured in such a way that it sends back a data packet received in a preferred circulation direction to an originating network subscriber station in the opposite circulation direction. As described above, there are two communication routes in a ring bus system to reach a network subscriber station. This is exploited here to maintain the flow of communication.
Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, wenn die Netzwerkschalteinheit eine Zuordnungstabelle aufweist, in die die Vorzugszirkulationsrichtung für die Übertragung von Datenpaketen von der Ursprungs-Netzwerkteilnehmerstation zu einer Ziel-Netzwerkteilnehmerstation eingetragen ist, wobei die Netzwerk-Schalteinheit weiterhin so konfiguriert ist, dass sie nach Erkennen des Verbindungsabbruchs in dem betreffenden Ringbus-Segment oder nach Empfang der Fehlermitteilung in die Zuordnungstabelle einen Eintrag setzt, der angibt, dass die Datenpakete entgegen der Vorzugszirkulationsrichtung weitergeleitet werden sollen.For this purpose, it is advantageous if the network switching unit has an allocation table in which the preferred circulation direction for the transmission of data packets from the source network subscriber station to a destination network subscriber station is entered, with the network switching unit also being configured in such a way that, after recognizing of the connection abort in the relevant ring bus segment or after receipt of the error message in the allocation table an entry that indicates that the data packets are to be forwarded in the opposite direction to the preferred circulation direction.
Genauso ist es vorteilhaft, wenn die Netzwerk-Schalteinheit eine Zuordnungstabelle aufweist, in die die Vorzugszirkulationsrichtung für die Übertragung von Datenpaketen von der Ursprungs-Netzwerkteilnehmerstation zu einer Ziel-Netzwerkteilnehmerstation eingetragen ist, wobei die Netzwerk-Schalteinheit weiterhin so konfiguriert ist, dass sie nach Erkennen des Verbindungsabbruchs in dem betreffenden Ringbus-Segment oder nach Empfang der Fehlermitteilung in die Zuordnungstabelle einen Eintrag setzt, der angibt, dass die Datenpakete entgegen der Vorzugszirkulationsrichtung weitergeleitet werden sollen. Dies lässt sich mit einer programmierbaren Netzwerk-Schalteinheit einfach realisieren.It is just as advantageous if the network switching unit has an allocation table in which the preferred circulation direction for the transmission of data packets from the source network subscriber station to a destination network subscriber station is entered, with the network switching unit also being configured in such a way that, after recognizing of the connection abort in the relevant ring bus segment or after receipt of the error message in the allocation table an entry that indicates that the data packets are to be forwarded in the opposite direction to the preferred circulation direction. This can be easily implemented with a programmable network switching unit.
Die Erfindung betrifft ebenfalls in einer weiteren Ausprägung ein Fahrzeug, in dem eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens integriert ist. Die Erfindung ist besonders vorteilhaft für die Anwendung in Fahrzeugen. Moderne Fahrzeuge werden immer mehr mit Umgebungssensoren ausgestattet, die für die automatische Fahrfunktion benötigt werden. Diese erzeugen Datenströme, die das Datentransportaufkommen im Fahrzeug beträchtlich erhöhen.In a further embodiment, the invention also relates to a vehicle in which a device for carrying out the method according to the invention is integrated. The invention is particularly advantageous for use in vehicles. Modern vehicles are increasingly equipped with environmental sensors permitted, which are required for the automatic driving function. These generate data streams that significantly increase the data transport volume in the vehicle.
So ist es interessant, die Erfindung im Fahrzeug einzusetzen, wenn das Fahrzeug mit folgenden Netzwerkteilnehmerstationen ausgestattet wird, einem Kamera-Steuergerät und/oder Ultraschall-Sensor-Steuergerät und/oder RADAR-Sensor-Steuergerät, entsprechend Radio Detection and Ranging und/oder LIDAR-Sensor-Steuergerät, entsprechend Light Detection and Ranging entsprechen.So it is interesting to use the invention in the vehicle if the vehicle is equipped with the following network subscriber stations, a camera control unit and/or ultrasonic sensor control unit and/or RADAR sensor control unit, corresponding to radio detection and ranging and/or LIDAR -Sensor control unit, corresponding to light detection and ranging.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert.An embodiment of the invention is shown in the drawings and is explained in more detail below with reference to the figures.
Es zeigen:
-
1 ein Fahrzeug, welches mit Umgebungssensoren ausgestattet ist; -
2 ein Blockdiagramm für eine Ringbus-Netzwerkanordnung gemäß der Erfindung; -
3 den Datenfluss vor und nach Auftreten eines Verbindungsabbruches auf einem Ringbus-Segment; und -
4 das Format einer Signalisierungsnachricht, mit der einer benachbarten Netzwerkteilnehmerstation mitgeteilt wird, dass ein Verbindungsabbruch erkannt wurde.
-
1 a vehicle equipped with environmental sensors; -
2 a block diagram for a ring bus network arrangement according to the invention; -
3 the data flow before and after a connection abort occurs on a ring bus segment; and -
4 the format of a signaling message with which a neighboring network subscriber station is informed that a connection failure has been detected.
Die vorliegende Beschreibung veranschaulicht die Prinzipien der erfindungsgemäßen Offenbarung. Es versteht sich somit, dass Fachleute in der Lage sein werden, verschiedene Anordnungen zu konzipieren, die zwar hier nicht explizit beschrieben werden, die aber Prinzipien der erfindungsgemäßen Offenbarung verkörpern und in ihrem Umfang ebenfalls geschützt sein sollen.This description illustrates the principles of the inventive disclosure. It is thus understood that those skilled in the art will be able to devise various arrangements which, while not explicitly described herein, embody principles of the inventive disclosure and are intended to be protected within their scope.
Im Folgenden wird das Verfahren zum fehlertoleranten Betreiben einer Netzwerkanordnung am Beispiel einer in einem Fahrzeug eingesetzten Anordnung von Umgebungssensoren beschrieben. Das Fahrzeug ist in
Dargestellt ist ein Personenkraftwagen Pkw. Als Fahrzeug kämen allerdings beliebige andere Fahrzeuge ebenfalls in Betracht. Beispiele von weiteren Fahrzeugen sind: Busse, Nutzfahrzeuge, insbesondere Lastkraftwagen Lkw, Landmaschinen, Baumaschinen, Motorräder, Schienenfahrzeuge usw. Der Einsatz der Erfindung wäre allgemein bei Landfahrzeugen, Schienenfahrzeugen, Wasserfahrzeugen und Luftfahrzeugen inklusive Flugzeugen einsetzbar. Daneben bestehen aber auch Einsatzmöglichkeiten außerhalb des Fahrzeugbereiches, wie z.B. bei der Hausautomation oder Industrieautomation.A passenger car is shown. However, any other vehicle could also be considered as the vehicle. Examples of other vehicles are: buses, commercial vehicles, in particular trucks, agricultural machinery, construction machinery, motorcycles, rail vehicles, etc. The use of the invention would generally be applicable to land vehicles, rail vehicles, water vehicles and aircraft, including airplanes. In addition, there are also possible uses outside of the vehicle sector, such as in home automation or industrial automation.
Mit Bezugszeichen K1 ist eine Kamera bezeichnet, die ihre Funktion als Rückfahrkamera erfüllen soll. Mit dem Bezugszeichen K2 ist eine Kamera bezeichnet, die als Frontkamera zur Umfeldbeobachtung eingesetzt wird. Dann ist noch eine Kamera K3 im linken Außenspiegel verbaut, die die linke Seite des Fahrzeugumfeldes beobachtet. Dementsprechend ist noch eine Kamera K4 im rechten Außenspiegel verbaut (nicht dargestellt). Alle Kameras sind vom Aufbau her gleich und sind mit gleicher Hardware und Software ausgestattet. Um die Surround View Funktion zu ermöglichen, werden die vier Kameras typischerweise an ein zentrales Kamera-Steuergerät angeschlossen, welches die Video-Datenströme aller vier Kameras K1-K4 empfängt und an einen Rechner weiterleitet, wo die Daten verarbeitet werden, um die entsprechende Bildauswertung für die autonome Fahrfunktion durchzuführen. Daneben sind noch weitere Umgebungssensoren im Fahrzeug verbaut. Mit R1 und R2 sind zwei Radar-Sensoren bezeichnet. Der Radar-Sensor R1 erfasst das vordere Fahrzeugumfeld und der Radar-Sensor R2 erfasst das hintere Fahrzeugumfeld. Das Bezugszeichen L1 bezeichnet einen Lidar-Sensor. Damit wird der vordere Bereich des Fahrzeugumfeldes vermessen.A camera that is intended to fulfill its function as a reversing camera is designated by the reference symbol K1. A camera that is used as a front camera for monitoring the surroundings is designated by the reference symbol K2. Then another camera K3 is installed in the left exterior mirror, which observes the left side of the vehicle environment. Accordingly, another camera K4 is installed in the right exterior mirror (not shown). All cameras have the same structure and are equipped with the same hardware and software. In order to enable the Surround View function, the four cameras are typically connected to a central camera control unit, which receives the video data streams from all four cameras K1-K4 and forwards them to a computer, where the data are processed in order to analyze the images accordingly perform the autonomous driving function. In addition, other environmental sensors are installed in the vehicle. Two radar sensors are denoted by R1 and R2. The radar sensor R1 records the area around the front of the vehicle and the radar sensor R2 records the area around the rear of the vehicle. Reference character L1 designates a lidar sensor. This is used to measure the front area of the vehicle environment.
Die
In der
Wie erwähnt, kommt als Netzwerk-Technologie zur Vernetzung der Netzwerkteilnehmerstation 10 bis 40 eine Variante der Ethernet Standard-Familie zum Einsatz. Dies ist besonders vorteilhaft, nicht nur wegen der zur Verfügung stehenden Datentransportkapazität, sondern auch, weil es sich um die Vernetzung von Komponenten aus dem Infotainment-Bereich handelt. In diesem Bereich gibt es fertige Übertragungsprotokolle wie IP (Internet Protocol), UDP (User Datagram Protocol), RTP (Real-Time Transport Protocol), RTSP (Real-Time Streaming Protocol) und TCP (Transmission Control Protocol), auf die zurückgegriffen werden kann.As mentioned, a variant of the Ethernet standard family is used as the network technology for networking the
Zur Organisation des Kommunikationsflusses im Ringbus-Netzwerk bestehend aus den vier Netzwerkteilnehmerstationen 10 bis 40 dienen die Zuordnungstabellen ZT1 bis ZT4. Nachfolgend wird im Einzelnen beschrieben, wie die Zuordnungstabellen ZT1 bis ZT4 aufgebaut sind und welche Einträge darin pro Netzwerk-Schalteinheit S1 bis S4 gesetzt werden.Allocation tables ZT1 to ZT4 are used to organize the communication flow in the ring bus network consisting of the four
Jede Netzwerkteilnehmerstation 10 bis 40 wird so konfiguriert, dass sie die Datenpakete in einer Vorzugszirkulationsrichtung weiterleitet, wenn sie nicht selber der Zieladressat ist. Als Vorzugszirkulationsrichtung wird die Weiterleitung im Uhrzeigersinn als Beispiel verwendet. Wenn sie selbst der Zieladressat ist, wird sie die Daten an den lokalen Port weiterleiten, an den eine Recheneinheit der lokalen Netzwerkteilnehmerstation angeschlossen ist. Das ist im dargestellten Beispiel der
Im Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass IPv6-Adressen verwendet werden. Die Erfindung könnte aber auch bei Benutzung von IPv4-Adressen realisiert werden. Die IPv6-Adressen wurden gegenüber den IPv4-Adressen von 32 Bit auf 128 Bit Länge verlängert. Deshalb wurde hier auch eine andere Schreibweise vereinbart. Die Adressen werden nicht mehr mit dreistelligen Dezimalzahlen, durch Punkt getrennt, angegeben, sondern durch vierstellige Hexadezimalzahlen getrennt durch Doppelpunkt.In the exemplary embodiment, it is assumed that IPv6 addresses are used. However, the invention could also be implemented using IPv4 addresses. The length of IPv6 addresses has been extended from 32 bits to 128 bits compared to IPv4 addresses. Therefore, a different spelling was agreed here. The addresses are no longer specified with three-digit decimal numbers separated by a period, but with four-digit hexadecimal numbers separated by a colon.
Eine IPv6 Adresse wird in Hexadezimalschreibweise durch acht 16 Bit-Blöcke jeweils mit Doppelpunkt getrennt geschrieben. Zur Vereinfachung können in jedem Block die führenden Nullen weggelassen werden und ein langer Nullen-Block kann zu einem zweifachen Doppelpunkt „::“ zusammengefasst werden.An IPv6 address is written in hexadecimal notation as eight 16-bit blocks, each separated by a colon. For simplification, the leading zeros in each block can be omitted and a long block of zeros can be combined into a double colon "::".
Die Einträge in den Zuordnungstabellen ZT1 bis ZT4 haben folgende Form:
<Priorität, Eingangsport, IP-Zieladresse, Ausgangsport>.
Dabei dient die Prioritätsangabe dazu verschiedene Einträge zu klassifizieren.The entries in the assignment tables ZT1 to ZT4 have the following form:
<Priority, Inbound Port, Destination IP Address, Outbound Port>.
The priority information is used to classify different entries.
Dabei sind die Ports wie in
Wie erwähnt soll im Normalfall die Weiterleitung der Datenpakete im Uhrzeigersinn erfolgen. D.h. möchte die Netzwerkteilnehmerstation 10 zur Netzwerkteilnehmerstation 30 kommunizieren, so werden die Datenpakete über die Netzwerk-Schalteinheit S2 geleitet. As mentioned, the data packets should normally be forwarded in a clockwise direction. That is, if the
Möchte die Netzwerkteilnehmerstation 40 zur Netzwerkteilnehmerstation 30 kommunizieren, so werden die Datenpakete über die Netzwerk-Schalteinheit S1 und S2 nach S3 geleitet.If the
In der Zuordnungstabelle ZT1 werden dafür die folgenden Einträge gesetzt: Zuordnunstabelle ZT1 Normalfall
Es sind dabei verschiedene Regeln in der Tabelle vorgesehen. Dabei wird zwischen Regeln, die für den Normalfall gelten, und Zusatz-Regel (sogenannte Back-Up-Regeln), die für einen Fehlerfall gelten, unterschieden. Zur Unterscheidung dient der Eintrag in dem Feld Priorität. Die Regeln für den Normalfall (Vorzugsfall) sind mit dem Eintrag „100“ für die Prioritätsangabe gekennzeichnet. Die Back-Up-Regeln sind mit der Prioritätsangabe „99“ versehen. Es wird zwischen Ziel-Regeln, Weiterleitungsregeln und Quell-Regeln, für den Normalfall und Zusatz-Regeln für den Fehlerfall unterschieden.Various rules are provided in the table. A distinction is made between rules that apply to the normal case and additional rules (so-called back-up rules) that apply to an error. The entry in the Priority field is used to distinguish between them. The rules for the normal case (preferred case) are marked with the entry "100" for the priority specification. The back-up rules are provided with the priority indication "99". A distinction is made between target rules, forwarding rules and source rules, for the normal case and additional rules for the error case.
Die Ziel-Regeln betreffen den Fall, dass die Datenpakete als Zieladresse die Adresse der eigenen Netzwerkteilnehmerstation aufweisen. Für die Netzwerkteilnehmerstation 10 ist als Ausgangsport der Port P3 eingetragen, wenn die Daten über einen der Eingangsports P1, P2 ankommen und als Zieladresse den Eintrag 2001:db8::1 aufweisen.The destination rules relate to the case that the data packets have the address of their own network subscriber station as the destination address. The port P3 is entered as the output port for the
Die Weiterleitungsregeln bestimmen, dass die Datenpakete über Port P1 ausgegeben werden, wenn sie über Port P2 ankommen. In dem Fall kommen sie ja von der Netzwerk-Schalteinheit S4.The forwarding rules determine that the data packets are output via port P1 if they arrive via port P2. In that case they come from the network switching unit S4.
Die Quell-Regeln bestimmen, wie weitergeleitet wird, wenn die Datenpakete von der lokalen Recheneinheit µC1 stammen und also über Port P3 angeliefert werden. Dann werden sie an Port P3 zurückgeliefert, wenn als Zieladresse die Adresse 2001:db8::1 angegeben ist. Sie werden über Port P1 ausgegeben, wenn als Zieladresse die Adresse 2001:db8::2 eingetragen ist (direkter Nachbar). Sie werden über Port P2 ausgegeben, wenn als Zieladresse die Adresse 2001:db8::4 eingetragen ist (direkter Nachbar). Sie werden über Port P1 ausgegeben, wenn als Zieladresse die Adresse 2001:db8::3 eingetragen ist (1-Hop entfernte Netzwerkteilnehmerstation 30, deswegen Weiterleitung im Uhrzeigersinn über Netzwerk-Schalteinheit S2).The source rules determine how forwarding takes place when the data packets come from the local processing unit μC1 and are therefore delivered via port P3. They are then returned to port P3 if the address 2001:db8::1 is specified as the destination address. They are output via port P1 if the address 2001:db8::2 is entered as the target address (direct neighbor). They are output via port P2 if the address 2001:db8::4 is entered as the target address (direct neighbor). you will over Port P1 is output if the address 2001:db8::3 is entered as the destination address (1-hop remote
Die Zusatz-Regeln werden gültig, wenn ein Fehlerfall eintritt. Sie haben deshalb die niedrigere Prioritätsangabe, damit sie im Normalfall nicht aktiv werden können. Gleichzeitig wird es so unterbunden, dass eine Zusatz-Regel eine Normalfall-Regel überschreiben kann. Die erste Zusatz-Regel besagt, dass das Datenpaket zurückgespiegelt wird, wenn als Zieladresse die Adresse der Netzwerkteilnehmerstation 20 eingetragen ist. Diese Regel kommt zum Einsatz, wenn die Weiterleitungs-Regel für die Zieladresse 2001 :db8::2 eine Fehlermeldung zurückliefert. Dies kann z.B. durch eine Störung der Verbindungsleitung zwischen Netzwerkteilnehmerstation 10 und 20 verursacht sein. Die zweite Zusatz-Regel besagt, dass das Datenpaket zurückgespiegelt wird, wenn als Zieladresse die Adresse der Netzwerkteilnehmerstation 30 eingetragen ist. Diese Regel kommt zum Einsatz, wenn die Weiterleitungs-Regel für die Zieladresse 2001 :db8::3 eine Fehlermeldung zurückliefert. Dies kann z.B. durch eine Störung der Verbindungsleitung zwischen Netzwerkteilnehmerstation 20 und 30 verursacht sein. Die dritte Zusatz-Regel besagt, dass das Datenpaket an Port P2 geliefert wird, wenn es über Port P1 einging und als Zieladresse die Adresse der Netzwerkteilnehmerstation 30 eingetragen ist. Dies entspricht einer Weiterleitung von Paketen, die von der Netzwerk-Schalteinheit S2 stammen, die aber keine direkte Verbindung mehr zu der benachbarten Netzwerk-Schalteinheit S3 hat. Die vierte Zusatz-Regel besagt, dass das Datenpaket an Port P2 geliefert wird, wenn es über Port P1 einging und als Zieladresse die Adresse der Netzwerkteilnehmerstation 40 eingetragen ist. Dies entspricht einer Weiterleitung von Datenpaketen, die von der Netzwerk-Schalteinheit S2 stammen, die aber keine direkte Verbindung mehr zu der benachbarten Netzwerk-Schalteinheit S3 hat und deswegen nicht im Uhrzeigersinn weiterleiten konnte. Diese Regel käme auch zum Tragen, wenn die Verbindung zwischen Netzwerkteilnehmerstation 40 und 30 gestört ist.The additional rules become valid when an error occurs. They therefore have the lower priority specification so that they cannot normally become active. At the same time, it is prevented in such a way that an additional rule can overwrite a normal case rule. The first additional rule states that the data packet is reflected back if the address of the
Statt der vorsorglichen Eintragung von Zusatzregeln, wäre es auch möglich die Regeln für den Normalfall zu modifizieren, wenn der Fehlerfall eintritt. Dies hätte allerdings den Nachteil, dass die Netzwerk-Schalteinheiten nicht sofort reagieren könnten und deshalb Datenpakete zwischengespeichert werden müssten.Instead of the precautionary entry of additional rules, it would also be possible to modify the rules for the normal case if the error occurs. However, this would have the disadvantage that the network switching units could not react immediately and data packets would therefore have to be buffered.
Für die weiteren Netzwerkteilnehmerstationen 20, 30 und 40 sind die Einträge in den folgenden Zuordnungstabellen aufgelistet: Zuordnungstabelle ZT2, Normalfall
Im Normalfall wird ein Kommunikationsfluss von Netzwerk-Schalteinheit S1 (links oben) zu Netzwerk-Schalteinheit S3 (rechts unten) über Netzwerk-Schalteinheit S2 (rechts oben) geleitet, s. Kommunikationsroute KR1.Normally, a communication flow is routed from network switching unit S1 (top left) to network switching unit S3 (bottom right) via network switching unit S2 (top right), see communication route KR1.
Kommt es nun zu einem Fehler im Ringbus-Netzwerk, wie dargestellt, auf dem Ringbus-Segment ET2, muss eine alternative Route genutzt werden. Dafür detektieren die Netzwerk-Schalteinheit S2 und die Netzwerk-Schalteinheit S3 zunächst den Fehler. Das kann entweder durch die Bitübertragungsschicht (Layer 1) geschehen oder mit dem BFD-Protokoll, wie eingangs beschrieben. Die Netzwerk-Schalteinheiten S2 und S3 werden den Verbindungsabbruch beide erkennen und ihren direkt benachbarten Netzwerk-Schalteinheiten S1 und S4 melden. Dies geschieht mit den Signalisierungsnachrichten SN1 und SN2.If there is an error in the ring bus network, as shown, on the ring bus segment ET2, an alternative route must be used. For this, the network switching unit S2 and the network switching unit S3 first detect the error. This can be done either through the bit transmission layer (Layer 1) or with the BFD protocol, as described above. The network switching units S2 and S3 will both recognize the loss of connection and report it to their directly neighboring network switching units S1 and S4. This is done with the signaling messages SN1 and SN2.
Danach spiegelt Netzwerk-Schalteinheit S2 den Kommunikationfluss zurück zu Netzwerk-Schalteinheit S1, s. Kommunikationsroute KR2. Netzwerk-Schalteinheit S1 hat einen Zusatz-Pfad implementiert, der den Kommunikationsfluss weiter zu Netzwerk-Schalteinheit S4 leitet. Dieser leitet dann schließlich weiter zum eigentlich Ziel, Netzwerkteilnehmerstation 30. Ein Problem besteht noch darin, dass Netzwerk-Schalteinheit S1 von Netzwerkteilnehmerstation 10 immer noch die Daten über Netzwerk-Schalteinheit S2 schickt („Crankback“-Pfad), da er nichts über den Verbindungsabbruch zwischen Netzwerk-Schalteinheit S2 und S3 weiß. Dies resultiert in einer unnützen Belastung von der Netzwerk-Schalteinheit S2 bzw. des Ringbus-Segmentes ET1 zwischen Netzwerk-Schalteinheit S1 und S2.After that, network switching unit S2 mirrors the communication flow back to network switching unit S1, see communication route KR2. Network switch S1 has implemented an overhead path that forwards the communication flow to network switch S4. This then finally forwards to the actual destination,
Damit also auch die Nachbarknoten, Netzwerk-Schalteinheit S1 und S4, diesen Fehlerzustand erkennen können, bestehen nun 2 Möglichkeiten, entweder sie reagieren auf die genutzte alternative Route, die im Normalfall nicht genutzt wird oder die Steuereinheiten von Netzwerk-Schalteinheit S2 und S3 signalisieren Ihren Nachbarn den Verbindungsabbruch über die Signalisierungsnachrichten SN1 und SN2. In beiden Fällen müssen die Netzwerk-Schalteinheiten ihre Zuordnungstabellen modifizieren. Wenn das erfolgt ist, wird die Kommunikation nun direkt über die Netzwerk-Schalteinheit S4 geleitet, Kommunikationsroute KR3.So that the neighboring nodes, network switching units S1 and S4, can also recognize this error status, there are now 2 options: either they react to the alternative route used, which is not normally used, or the control units of network switching units S2 and S3 signal their Neighbors abort the connection via the signaling messages SN1 and SN2. In both cases the network switches have to modify their allocation tables. When this is done, the communication is now routed directly via the network switching unit S4, communication route KR3.
Sollte die defekte Verbindung wieder hergestellt werden, wird dies durch erneute Signalisierungsnachrichten der Steuereinheiten CU1 und CU2 mitgeteilt, woraufhin die Routing-Tabellen in ihren ursprünglichen Zustand zurückversetzt werden.Should the defective connection be reestablished, this is communicated by renewed signaling messages from the control units CU1 and CU2, whereupon the routing tables are reset to their original state.
Bei einem Verbindungsabbruch z.B. zwischen Netzwerk-Schalteinheit S2 und S3 wird die Zuordnungstabelle ZT1 wie folgt verändert: Zuordnungstabelle ZT1, Verbindungsabbruch zwischen S2 und S3
In der Zuordnungstabelle ZT1 für den Normalfall wird nach Eintreffen der Signalisierungsnachricht von Netzwerk-Schalteinheit S2 der Eintrag für den Ausgangsport der Quell-Regel für Netzwerkteilnehmerstation 30 auf P2 umgestellt. Somit werden die Datenpakete im Ringbus-Netzwerk von Netzwerkteilnehmerstation 10 nach Netzwerkteilnehmerstation 30 entgegen des Uhrzeigersinns geleitet. Dies gilt für die Zuordnungstabellen ZT1.After the arrival of the signaling message from network switching unit S2, the entry for the output port of the source rule for
Für die Tabelle ZT2 gilt folgende Veränderung: Zuordnungstabelle ZT2, Verbindungsabbruch zwischen S2 und S3
Es werden die Weiterleitungsregeln gelöscht, wodurch die Zusatzregeln gültig werden. Zusätzlich wird die Quell-Regel für Zieladresse 2001 :db8::3 verändert. Als Ausgangsport wird Port P2 eingetragen, da der direkte Weg zur Nachbarstation 30 nicht zur Verfügung steht. Zusätzlich wird erwähnt, dass die Zusatzregel für Eingangsport P1 mit Zieladresse 2001:db8::4 nicht benutzt wird, weil über den Eingangsport P1 keine Daten kommen können, wegen des Verbindungsabbruchs.The forwarding rules are deleted, which means that the additional rules become valid. In addition, the source rule for destination address 2001 :db8::3 is changed. Port P2 is entered as the output port, since the direct route to neighboring
Für die Tabelle ZT3 gilt folgende Veränderung: Zuordnungstabelle ZT3, Verbindungsabbruch zwischen S2 und S3
Zunächst werden die Weiterleitungsregeln nicht mehr benutzt, da Port P2 nicht mehr für die Weiterleitung der Datenpakete verfügbar ist, solange der Verbindungsabbruch besteht. Zusätzlich wird die Quell-Regel für Zieladresse 2001 :db8::2 verändert. Als Ausgangsport wird Port P1 eingetragen, da der direkte Weg zur Nachbarstation 20 nicht zur Verfügung steht. Zusätzlich wird erwähnt, dass die Zusatz-Regeln für Eingangsport P2 mit Zieladresse 2001 :db8::1 und 2001 :db8::4 nicht benutzt werden, da die Regeln nur im Fehlerfall zwischen Netzwerk-Schalteinheit S1 und Netzwerk-Schalteinheit S2 benutzt werden. Außerdem wird die Zusatzregel für Eingangsport P1 mit Zieladresse 2001:db8::1 gelöscht, da die Regel nur im Fehlerfall zwischen Switch 1 und Switch 2 genutzt wird, der aber nicht vorliegt. Aus dem Grund muss diese Regel nicht zwingend gelöscht werden.First, the forwarding rules are no longer used because port P2 is no longer available for forwarding the data packets as long as the connection is broken. In addition, the source rule for destination address 2001 :db8::2 is changed. Port P1 is entered as the output port, since the direct route to neighboring
Für die Tabelle ZT4 gilt Folgendes: Zuordnungstabelle ZT4, Verbindungsabbruch zwischen S2 und S3
Bei dieser Zuordnungstabelle sind keine Änderungen nötig. Die Weiterleitungsregel für Zieladresse 2001:db8::2 wird nicht benötigt, da die Netzwerk-Schalteinheit S3 die Netzwerk-Schalteinheit S2 nicht mehr auf direktem Weg erreichen kann.No changes are necessary in this assignment table. The forwarding rule for destination address 2001:db8::2 is not required since network switching unit S3 can no longer reach network switching unit S2 directly.
Dieses vorgestellte Prinzip funktioniert unabhängig davon, wo der Verbindungsabbruch stattfindet. Dass die Änderungen der Regeln bei den Netzwerk-Schalteinheiten S2 und S3 asymmetrisch/ungleich sind, liegt daran, dass der Verbindungsabbruch für Netzwerk-Schalteinheit S2 „vor ihr“ liegt bzw. bei Netzwerk-Schalteinheit S3 „dahinter“, d.h. Netzwerk-Schalteinheit S2 kann nicht mehr weiterleiten (Routing im Uhrzeiger-Sinn) und muss die alternative Routen benutzen.This principle presented works regardless of where the disconnection occurs. The reason why the rule changes at network switches S2 and S3 are asymmetric/unequal is that the disconnect for network switch S2 is "in front of it" and for network switch S3 it is "behind", ie network switch S2 can no longer forward (routing in clockwise direction) and must use the alternative routes.
Da sich im Fehlerfall die Auslastung bei den noch aktiven Ringbus-Segmenten erhöht, ist es vorteilhaft, wenn mittels Quality of Service-Mechanismen, wie z.B. „Bandbreiten-Shaping“, kritische Kommunikationsflüsse priorisiert werden. Auch zu diesem Zweck können die Steuereinheiten eingesetzt werden.Since the utilization of the still active ring bus segments increases in the event of an error, it is advantageous if critical communication flows are prioritized using quality of service mechanisms such as "bandwidth shaping". The control units can also be used for this purpose.
Zusätzlich lässt sich mit der vorgestellten Lösung beliebig einstellen, welche Verkehrsflüsse auf beiden Zirkulations-Pfaden repliziert werden sollen oder welche nur durch den oben beschriebenen Fail-Over-Mechanismus gesichert werden sollen.In addition, with the solution presented, it is possible to set which traffic flows are to be replicated on both circulation paths or which are to be secured only by the fail-over mechanism described above.
Die Offenbarung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Es gibt Raum für verschiedene Anpassungen und Modifikationen, die der Fachmann aufgrund seines Fachwissens als auch zu der Offenbarung zugehörend in Betracht ziehen würde. Alle hierin erwähnten Beispiele wie auch bedingte Formulierungen sind ohne Einschränkung auf solche speziell angeführten Beispiele zu verstehen. So wird es zum Beispiel von Fachleuten anerkannt, dass das hier dargestellte Blockdiagramm eine konzeptionelle Ansicht einer beispielhaften Schaltungsanordnung darstellt. In ähnlicher Weise ist zu erkennen, dass ein dargestelltes Flussdiagramm, Zustandsübergangsdiagramm, Pseudocode und dergleichen verschiedene Varianten zur Darstellung von Prozessen darstellen, die im Wesentlichen in computerlesbaren Medien gespeichert und somit von einem Computer oder Prozessor ausgeführt werden können.The disclosure is not limited to the exemplary embodiments described here. There is room for various adaptations and modifications that those skilled in the art would contemplate based on their skill in the art as well as belonging to the disclosure. All examples mentioned herein, as well as conditional language, are intended to be understood as not being limited to such specifically cited examples. For example, it will be appreciated by those skilled in the art that the block diagram presented herein represents a conceptual view of exemplary circuitry. Similarly, it will be appreciated that an illustrated flowchart, state transition diagram, pseudo-code, and the like are various variations representing processes that may be stored substantially on computer-readable media and thus executable by a computer or processor.
Es sollte verstanden werden, dass das vorgeschlagene Verfahren und die zugehörigen Vorrichtungen in verschiedenen Formen von Hardware, Software, Firmware, Spezialprozessoren oder einer Kombination davon implementiert werden können. Spezialprozessoren können anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), Reduced Instruction Set Computer (RISC) und / oder Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) umfassen. Vorzugsweise wird das vorgeschlagene Verfahren und die Vorrichtung als eine Kombination von Hardware und Software implementiert. Die Software wird vorzugsweise als ein Anwendungsprogramm auf einer Programmspeichervorrichtung installiert. Typischerweise handelt es sich um eine Maschine auf Basis einer Computerplattform die Hardware aufweist, wie beispielsweise eine oder mehrere Zentraleinheiten (CPU), einen Direktzugriffsspeicher (RAM) und eine oder mehrere Eingabe/Ausgabe (I/O) Schnittstelle(n). Auf der Computerplattform wird typischerweise außerdem ein Betriebssystem installiert. Die verschiedenen Prozesse und Funktionen, die hier beschrieben wurden, können Teil des Anwendungsprogramms sein, oder ein Teil der über das Betriebssystem ausgeführt wird.It should be understood that the proposed method and associated devices can be implemented in various forms of hardware, software, firmware, special purpose processors or a combination thereof. Specialty processors can include Application Specific Integrated Circuits (ASICs), Reduced Instruction Set Computers (RISC), and/or Field Programmable Gate Arrays (FPGAs). Preferably, the proposed method and device is implemented as a combination of hardware and software. The software is preferably installed as an application program on a program storage device. Typically, it is a computer platform based machine that includes hardware such as one or more central processing units (CPU), random access memory (RAM), and one or more input/output (I/O) interfaces. An operating system is typically also installed on the computer platform. The various processes and functions described here can be part of the application program or a part that is executed via the operating system.
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- 1. Netzwerkteilnehmerstation1. Network subscriber station
- 2020
- 2. Netzwerkteilnehmerstation2. Network subscriber station
- 3030
- 3. Netzwerkteilnehmerstation3. Network subscriber station
- 4040
- 4. Netzwerkteilnehmerstation4. Network subscriber station
- 5050
- Signalisierungsnachrichtsignaling message
- 5151
- IP & UDP HeaderIP & UDP headers
- 5252
- Nutzdatenfeldpayload field
- 100100
- Fahrzeugvehicle
- CU1CU1
- 1. Steuereinheit1. Control unit
- CU2CU2
- 2. Steuereinheit2. Control unit
- CU3CU3
- 3. Steuereinheit3. Control unit
- CU4CU4
- 4. Steuereinheit4. Control unit
- P1P1
- 1.Port1st port
- P2p2
- 2. Port2nd Port
- P3P3
- 3. Port3rd port
- ET1ET1
- 1. Ringbus-Segment1. Ring bus segment
- ET2ET2
- 2. Ringbus-Segment2. Ring bus segment
- ET3ET3
- 3. Ringbus-Segment3. Ring bus segment
- ET4ET4
- 4. Ringbus-Segment4. Ring bus segment
- K1K1
- 1. Kamera-Sensor1. Camera sensor
- K2K2
- 2. Kamera-Sensor2. Camera sensor
- K3K3
- 3. Kamera-Sensor3. Camera sensor
- K4K4
- 4. Kamera-Sensor4. Camera sensor
- KR1KR1
- 1. Kommunikationsroute1. Communication route
- KR2KR2
- 2. Kommunikationsroute2. Communication route
- KR3KR3
- 3. Kommunikationsroute3. Communication route
- L1L1
- Lidar-Sensorlidar sensor
- µP1µP1
- 1. Prozessoreinheit1. Processor unit
- µP2µP2
- 2. Prozessoreinheit2. Processor unit
- µP3µP3
- 3. Prozessoreinheit3. Processor unit
- µP4µP4
- 4. Prozessoreinheit4. Processor unit
- R1R1
- 1. Radar-Sensor1. Radar sensor
- R2R2
- 2. Radar-Sensor2. Radar sensor
- S1S1
- 1. Netzwerk-Schalteinheit1. Network switching unit
- S2S2
- 2. Netzwerk-Schalteinheit2. Network switching unit
- S3S3
- 3. Netzwerk-Schalteinheit3. Network switching unit
- S4S4
- 4. Netzwerk-Schalteinheit4. Network switching unit
- SN1SN1
- 1. Signalisierungsnachricht1. Signaling message
- SN2SN2
- 2. Signalisierungsnachricht2. Signaling message
- ZT1ZT1
- 1. Zuordnungstabelle1. Mapping table
- ZT2ZT2
- 2. Zuordnungstabelle2. Mapping table
- ZT3ZT3
- 3. Zuordnungstabelle3. mapping table
- ZT4ZT4
- 4. Zuordnungstabelle4. Mapping table
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102014225802 A1 [0006]DE 102014225802 A1 [0006]
- US 2012/0109446 A1 [0007]US 2012/0109446 A1 [0007]
- US 2013/0322434 A1 [0008]US 2013/0322434 A1 [0008]
- DE 10161186 B4 [0010]DE 10161186 B4 [0010]
Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent Literature Cited
- „Fast Recovery in Software-Defined Networks“ von Niels L. M. van Adrichem, Benjamin J. van Asten and Fernando A. Kuipers der Delft University of Technology, veröffentlicht in 2014 [0005]"Fast Recovery in Software-Defined Networks" by Niels L. M. van Adrichem, Benjamin J. van Asten and Fernando A. Kuipers of Delft University of Technology, published in 2014 [0005]
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