DE112006002202T5

DE112006002202T5 - System und Verfahren zum Optimieren der Bandbreite eines zeitgetriggerten Kommunikationsprotokolls mit homogenen Schlitzgrössen

Info

Publication number: DE112006002202T5
Application number: DE112006002202T
Authority: DE
Inventors: Sri K. Warren Kanajan
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2005-08-19
Filing date: 2006-07-19
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2026-07-20
Also published as: US7548551B2; US20070041396A1; WO2007024370A3; WO2007024370A2; CN101292488A; DE112006002202B4

Abstract

Internes Kommunikationssystem, das geeignet ist, um eine Mehrzahl von Knoten kommunikativ zu koppeln, wobei das System umfasst:
eine Host-ECU; und
einen ersten Kanal, der die Knoten und die ECU miteinander verbindet;
wobei die ECU und der erste Kanal kooperativ ausgestaltet sind, um eine Mehrzahl von zeitgetriggerten Nachrichten zu und von mindestens einem Teil der Knoten zu übertragen, wobei jede Nachricht während mindestens eines Zyklus einem einer Mehrzahl von Schlitzen mit statischer Länge zugeteilt ist und innerhalb dieses übertragen wird,
wobei die ECU ferner ausgestaltet ist, um eine optimale Schlitzgröße zum Tragen der Nachrichten zu ermitteln.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft interne Kommunikationssysteme und insbesondere ein System, das ausgestaltet ist, um die statische Schlitzgröße eines zeitgetriggerten Kommunikationsprotokolls mit homogenen Schlitzgrößen zu optimieren.
2. Technischer Hintergrund
Interne Kommunikationsprotokolle wurden entwickelt, um die Armaturenbretter, Gerätegruppen und andere elektrische Komponenten von Beförderungsmaschinen, wie beispielsweise Kraftfahrzeugen, Luftfahrzeugen, Wohnmobilen und Booten, zu unterstützen. Herkömmliche Protokolle und fahrzeuginterne Netzwerkstandards, wie beispielsweise Local Interconnect Networks (LIN), Media Oriented System Transport (MOST) und Controller Area Network-(CAN-)Systeme steuern eine elektrische Kommunikation zwischen verschiedenen Knoten und einem Host-Controller, um eine Funktion zwischen Knoten zu ermöglichen. In Kraftfahrzeugen verwenden beispielsweise elektromechanische Servolenkungen und Antiblockiersysteme typischerweise ein Kommunikationsnetzwerk und -protokoll, um elektrische Signale von einem Controller zu empfangen, der mit verschiedenen Sensoren und Aktoren in Verbindung steht. Da die Funkti onsweise von Beförderungsmaschinen immer mehr auf elektromechanischen und elektrischen Mitteln basiert, werden die notwendige Kapazität, Flexibilität und Zuverlässigkeit dieser Protokolle und Netzwerksysteme für einen korrekten und sicheren Betrieb immer kritischer. Die Einführung weiterentwickelter Steuersysteme, die oftmals mehrere Sensoren, Aktoren und elektronische Steuereinheiten kombinieren, stellen Grenzanforderungen an herkömmliche Kommunikationssysteme.
Als ein Ergebnis wurde ein Typ von Kommunikationssystem, das FlexRay^TM-Kommunikationsprotokoll ("FlexRay"), zum Erhöhen der Bandbreite, des Determinismus, der Flexibilität, der Skalierbarkeit und der Fehlertoleranz von Kraftfahrzeugelektroniksystemen entwickelt. Im Gegensatz zu herkömmlichen ereignisgetriggerten Protokollen kombiniert FlexRay ein zeitgetriggertes mit einem ereignisgetriggerten System. Allgemein stellt das FlexRay-Protokoll ein Mehrkanalkommunikationsmedium bereit, wobei jeder Kanal während eines Kommunikationszyklus statische und dynamische Segmente umfasst. In dem statischen Segment werden Anforderungen, wie beispielsweise Latenz und Jitter, durch ein deterministisches Kommunikations-Timing berücksichtigt. Eine Mehrzahl von Zeitmultiplex-Schlitzen (TDMA-Schlitzen) mit homogener Dauer umfasst das statische Segment und tritt in jedem Zyklus wieder auf. Die Größe der TDMA-Schlitze wird vor der Automatisierung manuell festgelegt, und jeder Schlitz wird demgemäß einem Knoten zugeteilt, der mit dem System verbunden ist, so dass der Knoten konstant und ohne Kollision mit dem Netzwerk kommunizieren kann. Die verbleibende Bandbreite umfasst ein dynamisches Segment, das in eine Mehrzahl von Minischlitzen aufgeteilt ist, wobei jeder Minischlitz ausgestaltet ist, um eine ereignisgetriggerte Nachricht mit variabler Größe zu empfangen, wie beispielsweise Diagnosedaten.
Nach einer manuellen Realisierung stellt das FlexRay-Protokoll jedoch eine One-size-fits-all-Anwendung dar, die die Bandbreiteneffizienz beschränkt. Insbesondere übertragen die statischen Schlitze während mehrerer Zyklen variierende Sätze von Nachrichten mit verschiedenen Anzahlen und Größen. Bei Nachrichtensätzen, die kleiner sind als der ideale Satz, für den die Größe der Schlitze festgelegt wurde, verschwendet eine Übertragung von leeren oder übermäßig großen Schlitzen während eines Zyklus Bandbreite und verursacht auf diese Weise übermäßige Verzögerungen in dem Gesamtsystem und reduziert die Ansprechempfindlichkeit der Knoten. Bei Nachrichtensätzen, die größer sind als der ideale Satz, für den die Größe der Schlitze festgelegt wurde, führt die Starrheit des Protokolls zu einem übermäßigen zeitgetriggerten Rückstand. Schließlich reduziert eine Übertragung von leeren und übermäßig großen Schlitzen auch die verfügbare ereignisgetriggerte Bandbreite, was ferner zu einem ereignisgetriggerten Rückstand oder einem langsamen Ansprechen führen kann.
Somit muss derzeit zwischen vielen kleinen Schlitzen, die einen großen Protokoll-Overhead mit sich bringen, und wenigen großen Schlitzen, die für kleine Nachrichten eine verschwendete Bandbreite verursachen, abgewogen werden. Um die Vorteile des FlexRay-Protokolls weiter zu verbessern, besteht in der Technik beispielsweise ein Bedarf an einem verbesserten zeitgetriggerten System, das die optimale statische Schlitzgröße für einen gegebenen Satz von Nachrichten effizienter ermittelt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
In Ansprechen auf diese und andere mit herkömmlichen Kommunikationsprotokollen und Netzwerken in Verbindung stehenden Probleme betrifft die vorliegende Erfindung ein verbessertes System, das unter ande rem nützlich ist, um die statische Schlitzgröße einer Bandbreite zu optimieren, um die Übertragungseffizienz von zeitgetriggerten Nachrichten zu maximieren.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein internes Kommunikationssystem, das geeignet ist, um eine Mehrzahl von Knoten kommunikativ zu koppeln. Das System umfasst eine Host-ECU und einen ersten Kanal, der die Knoten und die ECU miteinander verbindet. Die ECU und der erste Kanal sind kooperativ ausgestaltet, um eine Mehrzahl von zeitgetriggerten Nachrichten zu und von mindestens einem Teil der Knoten zu übertragen, wobei jede Nachricht während mindestens eines Zyklus einem einer Mehrzahl von statischen Schlitzen zugeteilt ist und innerhalb dieses übertragen wird. Die ECU ist ferner ausgestaltet, um eine optimale Schlitzgröße zum Tragen der Nachrichten zu ermitteln. Stärker bevorzugt wird ein Optimierungsalgorithmus offline durchgeführt, um die optimale Schlitzgröße zu berechnen, die dann in ein existierendes internes Kommunikationssystem hochgeladen wird.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen einer Mehrzahl von M digitalen Nachrichten über einen Kanal und während mindestens eines Zyklus, wobei der mindestens eine Zyklus eine Mehrzahl von TDMA-Schlitzen darstellt. Zuerst werden für jede Nachricht ein Startzeitpunkt, ein Endzeitpunkt, eine Anzahl von Bits, die übertragen werden sollen, eine Anzahl von hierfür dedizierten Schlitzen, und eine Anzahl von für eine Übertragung notwendigen Schlitzen, die kleiner oder gleich der Anzahl von hierfür dedizierten Schlitzen ist, ermittelt. Eine Baud-Rate der Kommunikation für den Kanal, eine Menge von Datenbytes, die innerhalb der Dauer eines Schlitzes übertragen werden können, eine Menge von Overhead-Bits, die innerhalb jedes Schlitzes gesendet werden, und die maximale Menge von Nicht-Overhead-Daten, die inner halb eines Schlitzes gesendet werden kann, werden ebenfalls ermittelt. Schließlich werden eine optimale Schlitzgröße relativ zu der Menge von Overhead-Bits, die Menge von Datenbytes, die innerhalb der Dauer eines Schlitzes übertragen werden können, und die Menge von Daten, die übertragen werden sollen, ermittelt.
Es ist zu verstehen und anzumerken, dass die vorliegende Erfindung gegenüber dem Stand der Technik eine Anzahl von Vorteilen bereitstellt, die beispielsweise das Bereitstellen eines verbesserten Kommunikationssystems umfassen, das die TDMA-Schlitzgröße zum Übertragen eines Satzes von Nachrichten selbständig optimiert. Als ein Ergebnis werden ein übermäßiger Rückstand und eine Bandbreitenverschwendung minimiert, was die Erfindung besser geeignet macht, um einen Verkehr in zunehmend komplexen elektrischen Netzwerken handzuhaben. Die vorliegende Erfindung reduziert auch die Arbeitsstunden und das Fachwissen, die erforderlich sind, um Schlitzgrößenparameter manuell festzulegen, die Wahrscheinlichkeit eines menschlichen Fehlers beim Festlegen einer Schlitzgröße und die Einflüsse hiervon.
Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en) und den begleitenden Zeichnungen ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine bevorzugte Ausführungsform/bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend in Bezug auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben, in denen:
1 eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des Systems ist, das zur Verwendung in einem Fahrzeug geeignet ist;
2a ein Blockdiagramm einer ECU gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist;
2b ein Flussdiagramm der vorliegenden Erfindung ist, das insbesondere einen Optimierungs-Controller darstellt;
3 ein Blockdiagramm eines FlexRay-Frame-Formats ist;
4a ein Blockdiagramm eines Kommunikationszyklus ist, das insbesondere einen einheitlichen Mehrkanalzyklus zeigt;
4b ein Blockdiagramm eines Kommunikationszyklus ist, das insbesondere einen kombinierten redundanten Mehrkanalzyklus zeigt; und
4c ein Blockdiagramm eines Kommunikationszyklus ist, das insbesondere einen Mehrkanalzyklus mit gemischter Konnektivität zeigt.
ARTEN ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Kommunikationssystem, das die statische Schlitzgröße eines Kommunikationszyklus optimiert. Eine bevorzugte Ausführungsform des Systems 10 ist in 1 gezeigt und hierin in Bezug auf ein FlexRay-Protokoll und ein Kommuni kationsnetzwerk beschrieben. Es sei jedoch angemerkt, dass die neuen Aspekte und die neue Funktion der vorliegenden Erfindung bei jedem zeitgetriggerten Kommunikations-Scheduler verwendet werden können, der eine Mehrzahl von statischen Schlitzen verwendet. Es sei ferner angemerkt, dass das hierin beschriebene Verfahren und die hierin beschriebenen Algorithmen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellen, und dass innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung Abwandlungen vorgenommen werden können, um die Systemleistung abzuwandeln. Beispielsweise könnte eine einer Mehrzahl von eingegebenen Variablen und/oder Konstanten dem hierin beschriebenen Algorithmus hinzugefügt werden, um eine zusätzliche Sicherheit bereitzustellen oder eine Benutzervorliebe zu ermöglichen. Wie es in 1 gezeigt ist, umfasst das System 10 einen einzelnen Bus 12, es liegt jedoch auch innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung, die Erfindung mit einem FlexRay-System mit einer Twisted-Pair-, Multi-Bus-, Stern- oder einer anderen Ausgestaltung zu verwenden.
Das bevorzugte System 10 umfasst ferner eine elektronische Host-Steuereinheit (Rost-ECU) 14 und eine Mehrzahl von Knoten 16, die verschiedene elektromechanische Komponenten eines Netzwerks darstellen. Beispielsweise können die Knoten 16 bei einem Kraftfahrzeug ein GPS- und Kartensystem, ein Steer-by-Wire-System, ein Brake-by-Wire-System, ein voll funktionales Unterhaltungssystem und eine Gerätegruppe darstellen, die jeweils ihre eigene ECU aufweisen. Die physikalische Transportschicht kann elektrisch, optisch oder eine Kombination beider sein, wobei zu verstehen ist, dass vor dem Übermitteln an ein optisches Medium eine Nachrichtenumwandlung notwendig ist.
Wie es in 2a gezeigt ist, umfasst die ECU 14 ein neues Optimierungsmittel und umfasst die ECU 14 stärker bevorzugt einen separaten Optimierungs-Controller 18, der kommunikativ mit einer Protokollmaschine 20 gekoppelt ist. Am stärksten bevorzugt ist der Optimierungs-Controller 18 trennbar mit der ECU 14 verbunden und ausgestaltet, um ein existierendes Kommunikationssystem zu ergänzen. Beispielsweise kann eine tragbare Einrichtung (nicht gezeigt), wie beispielsweise ein Laptop-Computer, den Controller 18 darstellen und ausgestaltet sein, um trennbar mit einem existierenden System verbunden zu sein, um eine einmalige Offline-Ermittlung der optimalen Schlitzgröße bereitzustellen. Der Optimierungs-Controller 18 kann drahtlos mit der ECU 14 verbunden sein und durch einen Dritt-Dienst dargestellt sein, der sich an einem entfernten Ort befindet. Fachleute werden verstehen, dass eine Offline-Ermittlung der optimalen Schlitzgröße eine interne Taktsynchronisation zwischen Knoten vereinfacht. Alternativ kann der bevorzugte Controller 18, wenn eine festverdrahtete Kommunikation verwendet wird und ein stärker integriertes Verfahren zum kontinuierlichen Ermitteln der optimalen Schlitzgröße gewünscht ist, Stecker oder Buchsen (auch nicht gezeigt) umfassen, die eine feste Verbindung mit der ECU 14 herstellen. Wie hierin verwendet sollen Verweise auf die ECU 14, die den Optimierungs-Controller 18 umfasst, permanente, trennbare und drahtlose Kommunikationsverbindungen und Offline- oder integrierte Ausgestaltungen umfassen.
Wie es in 2a und 2b gezeigt ist, ist der Controller 18 ausgestaltet, um eine Mehrzahl von M Nachrichten von der Protokollmaschine 20 zu empfangen und die Nachrichten nach einem Optimieren der Schlitzgröße an eine Übertragungseinheit 22 zu übermitteln. Wenn jedoch eine trennbare Konnektivität gewünscht ist, ist der Controller 18 ferner ausgestaltet, um die optimale Schlitzgröße innerhalb des Systems 10 festzulegen, um eine optimale Kommunikation zwischen der Maschine 20 und der Übertragungseinheit 22 zu ermöglichen. Die bevorzugte ECU 14 umfasst auch einen Buswächter, der ausgestaltet ist, um die Authentizität und die Korrektheit der Nachrichten vor der Optimierung zu verifizieren.
In einem FlexRay-Protokollsystem werden Nachrichten von den Schlitzen in dem in 3 gezeigten Frame-Format empfangen und an diese übermittelt. Ein Header-Segment eines typischen Frames umfasst verschiedene Indikatoren und Subframes einschließlich eines "Frame ID"-Subframes, der 5 Bytes von Overhead-Daten darstellt. Die Frame ID wird verwendet, um den Frame numerisch zu sortieren und mit einem zugeteilten Schlitz in Übereinstimmung zu bringen. Ein Nutzdatensegment folgt dem Header-Segment und stellt die tatsächlichen Nachrichtendaten dar. Die Größe des Nutzdatensegments kann in Abhängigkeit von der Nachricht von 0 bis 254 Bytes reichen. Schließlich dient ein Trailer-Segment, das drei mal 8 Bit einer zyklischen Blockprüfung (drei 8 Bit-CRCs) enthält, primär dem Detektieren von Fehlern. Somit kann die Gesamt-Frame-Größe in der gezeigten Ausführungsform von 8 bis 262 Bytes reichen.
In 4a–c sind drei Mehrkanalkommunikationszyklen über einer gegebenen Zeitperiode gezeigt. Jedes Mehrkanalsystem stellt temporär kongruente Schlitze dar und reflektiert einen von drei Kommunikationsmodi. Zum einen können die Kanäle einheitlich arbeiten, um ein Einkanalsystem zu bilden, wobei der Datendurchsatz tatsächlich mit der Anzahl von Kanälen pro Schlitz multipliziert wird (siehe 4a). Die Kanäle können auch als ein kombiniertes Mehrkanalsystem arbeiten, wobei mit jedem Kanal verbundene Knoten ausgestaltet sein können, um Daten redundant an jedem Kanal gleichzeitig zu übertragen (siehe 4b). Schließlich kann das System 10 ein Mehrkanalsystem mit gemischter Konnektivität reflektieren, wobei einige Knoten mit jedem Kanal verbunden sind und einige nur mit einem verbunden sind (siehe 4c).
Wie zuvor erwähnt, beginnt ein statisches Segment jeden Zyklus und stellt eine Mehrzahl von statischen Schlitzen dar. Dem statischen Segment folgen ein dynamisches Segment, ein Symbolfenster, das einen nicht arbitrierten Einzelnachrichtschlitz für eine Anwendungsverwendung darstellt, und eine Netzwerkleerlaufzeit, die ein Berechnen von Zeitkorrekturen und eine Knotenverwaltung ermöglicht. Stärker bevorzugt ist eine Mehrzahl von statischen Schlitzen, die mindestens gleich der größten Anzahl von möglicherweise kommunizierenden Knoten ist, und am stärksten bevorzugt ist eine variable Mehrzahl von Schlitzen dargestellt, um eine numerische Optimierung durch den Controller 18 zu ermöglichen. Im letzteren Fall ist die Anzahl von Schlitzen vorzugsweise auf die Anzahl von momentan aktiven Knoten in dem Netzwerk gesetzt. Somit werden, da der Optimierungs-Controller 18 auch ausgestaltet ist, um die Größe der Schlitze zu optimieren, sowohl die optimale Anzahl als auch die optimale Größe der Schlitze ermittelt. Um eine ausreichende Bandbreite zum Übertragen von ereignisgetriggerten Nachrichten sicherzustellen, ist der Controller 18 jedoch stärker bevorzugt ausgestaltet, um der Größe des statischen Segments obere Grenzen aufzuerlegen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das System 10 ausgestaltet, um die optimale Schlitzgröße relativ zu verschiedenen Parametern und Leistungseigenschaften der Nachrichten und des FlexRay-Netzwerks zu ermitteln. Stärker bevorzugt sind die Maschine 20 und/oder der Controller 18 ausgestaltet, um für jede Nachricht einen Startzeitpunkt (S_start), einen Endzeitpunkt (S_end), eine Größe (N_i), eine Anzahl (N_{segment_size}) von für die Übertragung dedizierten Schlitzen und eine Anzahl (N_{data_slots}) von für die Übertragung notwendigen Schlitzen zu ermitteln. Aus dem Netzwerk werden eine Baud-Rate der Kommunikation (B, typischerweise [10 MBit/s), eine Menge (N_data, unter Berücksichtigung der Anzahl von Kanälen) von Datenbytes, die innerhalb der Dauer eines Schlitzes über tragen werden können, eine Menge (N_overhead, auf der Grundlage des Frame-Formats, d.h. des Nachrichten-Headers und -Trailers, und des Codierungsansatzes) von Overhead-Bits, die innerhalb jedes Schlitzes gesendet werden, und eine maximale Menge (N_{slot_data}) von Nicht-Overhead-Daten, die innerhalb des Schlitzes gesendet werden können, ermittelt. Wenn unterschiedliche Nachrichtengrößen gleichzeitige Schlitze füllen (wie in 4a und 4c gezeigt), ist der Controller 18 ferner ausgestaltet, um die größere der beiden gleichzeitig geplanten Nachrichten zu ermitteln und die größere Größe beim Ermitteln der optimalen Schlitzgröße zu verwenden.
Genauer gesagt liefern diese Parameter und Eigenschaften zusammen die folgenden Bedingungen:
Gleichung (1) sagt aus, dass die Anzahl von notwendigen Schlitzen kleiner oder gleich der Anzahl von hierfür dedizierten Schlitzen ist. Die Gleichungen (2) legen einen ganzzahligen Wert für N_{segment_size} gleich der Differenz zwischen dem Nachrichtenankunftszeitpunkt und der Deadline geteilt durch eine Zeitvariable T_seg fest, wobei T_seg die Gesamtmenge von Bits, die in einem Schlitz gesendet werden können, geteilt durch die Baud-Rate ist. Gleichung (3) sagt aus, dass die Anzahl von für eine Übertragung notwendigen Schlitzen gleich dem Produkt der Summe aus der Menge N_data von Datenbytes, die innerhalb der Dauer eines Schlitzes übertragen werden können, und aus der Menge von innerhalb jedes Schlitzes gesendeten Overhead-Bits, und eines oberen ganzzahligen Werts der Nachrichtengröße geteilt durch N_data ist. Gleichung (4) sagt aus, dass die Anzahl von Schlitzen in einem Zyklus eine ganze Zahl sein muss, wobei CC die Dauer des statischen Segments ist. Schließlich sagt Beziehung (5) aus, dass der obere ganzzahlige Wert nicht größer als die Anzahl von Nachrichten sein darf, die in der ECU 14 gespeichert werden können.
Mit diesen Bedingungen ist der bevorzugte Controller 18 ausgestaltet, um die optimale statische Schlitzgröße als eine Funktion der Nachrichtengröße, der innerhalb des zugeteilten Schlitzes anfallenden Overhead-Bits und der Menge von Datenbits, die innerhalb der Dauer des Schlitzes übertragen werden können, zu ermitteln. Stärker bevorzugt wird die optimale Schlitzgröße gemäß dem folgenden Algorithmus ermittelt:
wobei für jede Nachricht 1 bis M die Nachrichtengröße durch die Anzahl von für die Übertragung notwendigen Schlitzen geteilt wird (siehe Gleichung (3)). Die Summierung der erhaltenen Quotienten liefert die optimale Schlitzgröße. Vorzugsweise wird eine nichtlineare Optimierungstechnik, wie beispielsweise Simulated Annealing, verwendet, um die optimale Schlitzgröße zu ermitteln.
Der bevorzugte Controller 18 ist ferner ausgestaltet, um die Speicherung des Ergebnisses der optimalen Schlitzgröße für einen gegebenen Satz von Nachrichten für zumindest eine minimale Periode zu bewirken, und umfasst stärker bevorzugt permanente Speicherfähigkeiten. Bei dieser Ausgestaltung wird jeder Satz von von der Protokollmaschine 20 empfangenen Nachrichten zuerst mit zuvor behandelten Sätzen verglichen, um zu ermitteln, ob eine zuvor ermittelte optimale Schlitzgröße existiert. Somit umfasst das System 10 stärker bevorzugt eine Wechselbeziehungsdatenbank 24, einen Prozessor (nicht gezeigt) und einen Abfragedurchführungsprogrammcode (ebenfalls nicht gezeigt), die kooperativ ausgestaltet sind, um diese Aufgabe zu erfüllen.
Die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sollen lediglich als Erläuterung verwendet werden und sollten nicht in einem einschränkenden Sinne beim Interpretieren des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Offensichtliche Abwandlungen der beispielhaften Ausführungsformen und Betriebverfahren, wie sie hierin dargelegt sind, könnten von Fachleuten leicht vorgenommen werden, ohne von der Idee der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Der Erfinder legt hiermit seine Absicht dar, sich auf die Äquivalenzlehre zu berufen, um den vernünftigerweise angemessenen Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu ermitteln und zu bewerten, der jedes System betrifft, das nicht grundlegend von dem wortsinngemäßen Schutzumfang der Erfindung abweicht, der außerhalb desselben liegt, wie er in den folgenden Ansprüchen ausgeführt ist.
Zusammenfassung
Es wird ein verbessertes Kommunikationssystem bereitgestellt, das zur Verwendung in einem Netzwerk geeignet ist und ausgestaltet ist, um die statische Schlitzgröße zum Übertragen einer Mehrzahl von zeitgetriggerten Nachrichten zu optimieren. Eine bevorzugte Ausführungsform des Systems umfasst einen trennbaren Controller, der ausgestaltet ist, um die Menge von Overhead-Bits, die innerhalb eines Schlitzes anfallen, die Menge von Datenbytes, die innerhalb der Dauer eines Schlitzes übertragen werden können, und die Menge von Daten, die übertragen werden sollen, zu ermitteln, und um einen Optimierungsalgorithmus relativ hierzu auszuführen.

Claims

Internes Kommunikationssystem, das geeignet ist, um eine Mehrzahl von Knoten kommunikativ zu koppeln, wobei das System umfasst: eine Host-ECU; und einen ersten Kanal, der die Knoten und die ECU miteinander verbindet; wobei die ECU und der erste Kanal kooperativ ausgestaltet sind, um eine Mehrzahl von zeitgetriggerten Nachrichten zu und von mindestens einem Teil der Knoten zu übertragen, wobei jede Nachricht während mindestens eines Zyklus einem einer Mehrzahl von Schlitzen mit statischer Länge zugeteilt ist und innerhalb dieses übertragen wird, wobei die ECU ferner ausgestaltet ist, um eine optimale Schlitzgröße zum Tragen der Nachrichten zu ermitteln.
System nach Anspruch 1, umfassend einen zweiten Kanal, der relativ zu dem ersten Kanal derart temporär ausgestaltet ist, dass die beiden Kanäle mindestens einen Teil der Nachrichten gleichzeitig tragen können.
System nach Anspruch 2, wobei mindestens ein Teil derselben Nachricht innerhalb beider Kanäle gleichzeitig übertragen wird.
System nach Anspruch 2, wobei die ECU ferner ausgestaltet ist, um die größere von zwei gleichzeitig geplanten Nachrichten zu ermitteln, und beim Ermitteln der optimalen Schlitzgröße die größere Größe zu verwenden.
System nach Anspruch 1, wobei der Kanal ferner eine Mehrzahl von Minischlitzen darstellt, die der Mehrzahl von Schlitzen temporär folgen, wobei die ECU und der erste Kanal ferner kooperativ ausgestaltet sind, um während des mindestens einen Zyklus mindestens eine ereignisgetriggerte Nachricht zu und von mindestens einem Teil der Knoten und innerhalb eines der Mehrzahl von Minischlitzen zu übertragen.
System nach Anspruch 1, wobei der erste Kanal eine Busstruktur darstellt und die ECU einen Buswächter umfasst, der ausgestaltet ist, um die Authentizität und die Korrektheit der Nachrichten vor einer Optimierung zu verifizieren.
System nach Anspruch 1, wobei der erste Kanal, die ECU und die Knoten kooperativ eine Multi-Star-Ausgestaltung darstellen.
System nach Anspruch 1, wobei die ECU eine Protokollmaschine, eine Übertragungseinheit und einen Optimierungs-Controller umfasst, der kommunikativ zwischen der Maschine und der Einheit vorgesehen ist, wobei der Controller trennbar mit der Maschine und der Einheit verbunden ist.
Optimierungs-Controller, geeignet zur Verwendung bei einem existierenden internen Kommunikationssystem, und ausgestaltet, um eine Mehrzahl von M zeitgetriggerten Nachrichten von dem System zu empfangen und eine optimale Schlitzgröße zu ermitteln, um die Nachrichten an das System zu übertragen.
Controller nach Anspruch 9, wobei die optimale Schlitzgröße unabhängig als eine Funktion der Größe jeder Nachricht, der innerhalb des Schlitzes anfallenden Overhead-Bits und der Menge von Datenbits, die innerhalb der Dauer des Schlitzes übertragen werden können, ermittelt wird.
Controller nach Anspruch 10, wobei die optimale Schlitzgröße gemäß dem folgenden Algorithmus:
ermittelt wird, wobei N_i die Größe der Nachricht i ist, N_Overhead die innerhalb eines Zeitschlitzes anfallenden Overhead-Bits sind, und N_data die Menge von Datenbits ist, die innerhalb der Dauer eines Schlitzes übertragen werden können.
Controller nach Anspruch 10, wobei die optimale Schlitzgröße durch einen Maximalwert begrenzt ist.
Controller nach Anspruch 9, umfassend ein Speichermittel, in dem eine Datenbank von zuvor ermittelten optimalen Schlitzgrößen und entsprechenden Sätzen von Nachrichtengrößen gespeichert und für das System zugänglich ist.
Verfahren zum Übertragen einer Mehrzahl von M Nachrichten über einen Kanal und während eines Zyklus, wobei der Zyklus eine Mehrzahl von TDMA-Schlitzen darstellt, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass a. für jede Nachricht ein Startzeitpunkt, ein Endzeitpunkt, eine Anzahl von Bits, die übertragen werden sollen, eine Anzahl von hierfür dedizierten Schlitzen und eine Anzahl von Schlitzen, die für die Übertragung notwendig sind, ermittelt werden, wobei letztere kleiner oder gleich der Anzahl von hierfür dedizierten Schlitzen ist; b. eine Baud-Rate der Kommunikation für den Kanal, eine Menge von Datenbytes, die innerhalb der Dauer eines Schlitzes übertragen werden können, eine Menge von Overhead-Bits, die innerhalb jedes Schlitzes gesendet werden, und die maximale Menge von Nicht-Overhead-Daten, die innerhalb eines Schlitzes gesendet werden können, ermittelt werden; und c. eine optimale Schlitzgröße relativ zu der Menge von Overhead-Bits, die Menge von Datenbytes, die innerhalb der Dauer eines Schlitzes übertragen werden können, und die Menge von Daten, die übertragen werden sollen, ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei Schritt c) ferner die Schritte umfasst, dass eine nichtlineare Optimierungstechnik verwendet wird, um die optimale Schlitzgröße zu ermitteln.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei Schritt c) ferner die Schritte umfasst, dass Siumlated Annealing verwendet wird, um die optimale Schlitzgröße zu ermitteln.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei Schritt a) ferner die Schritte umfasst, dass die Anzahl N_{segment_size} von für die Übertragung der Nachricht dedizierten Schlitzen gemäß der folgenden Gleichung:
ermittelt wird, wobei S_end der Endzeitpunkt ist, S_start der Startzeitpunkt ist, N_Overhead die Menge von anfallenden Overhead-Bits ist und N_{slot_data} die maximale Menge von Nicht-Overhead-Daten ist, die innerhalb eines Schlitzes gesendet werden können.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei Schritt a) ferner die Schritte umfasst, dass die Anzahl N_{data_slots} von Schlitzen, die für die Übertragung der Daten notwendig sind, gemäß der folgenden Gleichung:
ermittelt wird, wobei N_i die Größe der Nachricht i ist, N_Overhead die Menge von anfallenden Overhead-Bits ist, und N_{slot_data} die maximale Menge von Nicht-Overhead-Daten ist, die innerhalb eines Schlitzes gesendet werden können.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei Schritt a) ferner die Schritte umfasst, dass eine ECU relativ zu dem Kanal gesichert wird, wobei die ECU ausgestaltet ist, um eine Mehrzahl von Nachrichten von nicht weniger als M zu speichern.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei Schritt c) ferner die Schritte umfasst, dass die optimale Schlitzgröße gemäß der folgenden Gleichung:
ermittelt wird, wobei N_i die Größe der Nachricht i ist, N_Overhead die Menge von Overhead-Bits ist, die in jedem Schlitz übertragen werden, und N_data die Menge von Datenbytes ist, die innerhalb der Dauer eines Schlitzes übertragen werden können.