EP2898628A1 - Verfahren zur überwachung eines ethernet-basierten kommunikationsnetzwerks in einem kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zur überwachung eines ethernet-basierten kommunikationsnetzwerks in einem kraftfahrzeug

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EP2898628A1
EP2898628A1 EP13763057.0A EP13763057A EP2898628A1 EP 2898628 A1 EP2898628 A1 EP 2898628A1 EP 13763057 A EP13763057 A EP 13763057A EP 2898628 A1 EP2898628 A1 EP 2898628A1
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EP
European Patent Office
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network
network node
time
signal propagation
layer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13763057.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Helge ZINNER
Jürgen Röder
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H04L43/12—Network monitoring probes
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    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L12/4013—Management of data rate on the bus
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    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L2012/40267—Bus for use in transportation systems
    • H04L2012/40273—Bus for use in transportation systems the transportation system being a vehicle

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring an Ethernet-based communication network in a motor vehicle and a ⁇ introduced for performing the method ⁇ oriented network node erêts for example in the form of a tax.
  • the method is used in particular for monitoring errors in the communication network and / or changes in the Net zwerktopologie.
  • monitoring of the communication connection is provided between two network nodes, in particular designed as electronic control units and connected via the communication network z.
  • the Ethernet-based communication is carried out according to the so-called ⁇ OSI layer model in which each layer specific tasks are assigned to which of the respective layer for the functioning of communications must be made by the entities (devices and software).
  • ⁇ OSI layer model in which each layer specific tasks are assigned to which of the respective layer for the functioning of communications must be made by the entities (devices and software).
  • Between the different layers are defined as corresponding interfaces.
  • the bottom two layers namely the physical layer (Physical Layer), and the data link layer (Data Link Layer) according to the OSI model, are used for physical data transmission, wherein the lowermost layer (Bitübertra ⁇ confinement layer) the means of activation or deactivation of the physical connection and the second lowest layer (link layer) controls the access to the transmission medium, in particular by means of a access control (MAC - Media Access Control).
  • MAC - Media Access Control MAC - Media Access Control
  • the upper layers of the OSI model ⁇ be riding in front of the data transmitted in the physical data transmission data gradually for distribution to various applications. This need not be discussed further in the context of the invention.
  • Such Net zwerkanalysatoren that can be used in the bit transmission ⁇ layer of the OSI layer model in a communication system, referred to as Tap (Test Access Point), which can be inserted directly into a network connection, for example by einschieifen in the cable connection.
  • Tap Transmission Access Point
  • These taps reflect the full-duplex traffic on that connection and, for example, output it to an attached analysis unit or data collection point that can read the data. Due to the pure data mirroring, the taps are passive components. th of the communication network, which have no MAC or IP address and do not allow a backward communication of the sensor connected to the Tap in the communication network. Such taps are thus not identifiable in the network itself as a communication participant and also not addressable.
  • Object of the present invention is therefore to detect an interference in the communication network of the motor vehicle also on the technical physical layer on which only the physical data traffic is handled.
  • the background of this inventive concept is that the taps as data packet copier, although not in the network as separate network nodes, ie participants in the network communication, appear and are therefore not visible in the link layer, but for the copying of the data packets and the passage of the signal through the tap require a certain signal propagation time, which is opposite to the signal propagation time extends a direct cable connection between the two network nodes.
  • the present invention makes zunut ⁇ ze to detect by detecting changes in the signal propagation time between two network nodes, whether in the static diagram of the structure of the network (network topology) if necessary at the lowest layer (physical layer) WUR intervened ⁇ de ,
  • detected changes in the signal transit time can then be evaluated, so that changes in the signal transit time are ascertained, thereby monitoring the communication network as a whole.
  • a Sig ⁇ nallaufzeit leaves by the parameters of the physical layer (PHY parameters) and the type of cabling (copper, optical cables, etc.) into account.
  • PHY parameters parameters of the physical layer
  • cabling copper, optical cables, etc.
  • monitoring takes place bidirectionally, ie in each communication direction of the communication network, and cyclically, ie at predetermined or predefinable time intervals, so that changes can be reliably detected. you can.
  • the cyclic measurements also allow distinguishing whether, for example due to a device Old ⁇ tion takes place a gradual signal propagation time increase, or if an abrupt signal propagation time change occurs in previously egg NEN longer period of substantially constant signal propagation delay. The latter case indicates a disconnect on ⁇ the signal connection between the two network nodes and can be reported according to the monitoring case.
  • a network node for measuring the signal propagation time of the signals between the network nodes, a network node (hereinafter also referred to as sending network node) sends out a request message to the other network node (also referred to below as receiving network node) containing the transmission time of the request message, and the other (receiving) network node records the Emp ⁇ fishing period.
  • the inclusion of the transmission time in the request message can be carried out, for example, in the form of a transmission time stamp ti which is generated by the transceiver of the one (transmitting) network node transmitting the message immediately before transmission and is still included in the request message.
  • the logging of the reception time can be preferably since ⁇ by take place in that in the other (receiving) network node is a receiving time stamp is generated t2, so that by difference of the time values of the received time stamp t2 and the output time stamp ti the signal propagation time.
  • the other (receiving) network node is thus immediately able to determine the signal propagation time from the one (sending) network node to the other (receiving) network node and to detect and evaluate changes in cyclic measurements.
  • the role of transmitting and receiving network nodes can change again and again, since the request messages can be transmitted cyclically and bidirectionally, ie. H. in every direction of communication between the two network nodes.
  • the request messages can also be sent in both directions in parallel.
  • the present invention deliberately speaks of the "one" network node and the "other" network node in the communication network. This term refers to a measurement of the signal propagation time at a particular time from a particular network node, without the one physical network node always having to correspond to the "one" network node sending the request message.
  • the other (receiving) network node can transmit the reception time of the request message, in particular the reception time stamp t2, in a reply message to the one (originally sending) network node.
  • the evaluation can take place both in the originally transmitting and in the originally receiving network node.
  • the signal propagation times within a measurement cycle can be provided according to an inventive variant of the proposed method in measuring the signal propagation time that the other (receiving) network node, the transmission time of the response message to the one (originally sending) network node logged, for example in the form of a response time stamp ⁇ t 3, which generates analog output to the time stamp ti and sends out in a follow-up reply message to the one (originally sending) network node.
  • the one (originally the request message sending) network node logs (for example, in the form of a response reception time stamp t ⁇ ), the reception time of the successor response message, so that by difference of Emp ⁇ fangs- and the transmission time of the successor response After ⁇ richt the term can be determined in the other direction of communication of the bidirectional communication link between the network node.
  • the measured values obtained many the average maturities, for example, formed and the typical range of variation are ermit ⁇ telt.
  • a value is statistically significantly outside this fluctuation range, for example outside a 3o range of a Gaussian distribution, a disturbance in the direct communication connection is assumed, which can be interpreted as an additional communication subscriber during an extension of the signal propagation time.
  • Such messages as part of measurements of the signal propagation time in accordance with IEEE 1588, IE ⁇ EE 802.1AS are constructed (as part of Ethernet AVB) or relevant for the automotive industry TTEthernet to synchronize the clocks one from distributed network nodes or ECUs Communication network known.
  • the known protocols according to this technique can also be used according to the invention, and in principle also proprietary Lö ⁇ solutions, ie independent network protocols for measuring the signal transit times between the network nodes in motor vehicles can be created.
  • the Signal transit time between all network nodes of Kommunikati ⁇ onsnetztechniks is measured, preferably in each case as signal ⁇ running time between two selected network nodes. From this, for example, a signal transit time map of the communication network can be created. This significant changes in the signal propagation time between the individual network nodes can easily be read, for example, when this signal propagation time card each contains the average signal propagation time Zvi ⁇ rule two network nodes and their typical Schwankungsbrei- te. So it is easily possible to determine whether a signal propagation time change only affects a specific Kommunikati ⁇ onshtml between two control units or the entire network.
  • Non-significant changes in signal propagation time include normal, statistically occurring propagation time changes or propagation time variations due to temperature fluctuations, which, however, are usually small. There may also be a slight overload at the network node, which delays the signal acquisition or the arithmetic operations carried out in the process. Such runtime changes can be ignored by setting thresholds when the running time ⁇ changes do not overwrite the preset thresholds.
  • a particularly preferred embodiment of the proposed method provides that the temporal behavior of Sig ⁇ nallaufzeit analyzed between two network nodes and one lying above a threshold value, for example, an additional 200 ns or another predetermined threshold value increase of the signal propagation time, in particular exclusively Zvi ⁇ rule the two involved Network node, as an indication of the interposition of a Net zwerkanalysators, for example in the form of a tap, is evaluated.
  • the network nodes involved are disabled in particular in the form, even safety-related control devices, the changed signal propagation times of the application of a network node in particular a control ⁇ er réelle be notified and / or the interposition of a diagnostic device is detected.
  • a diagnostic device is detected on the basis of the signal propagation time monitoring of the communication network, a special operating mode of network nodes or control devices can also be activated according to the invention.
  • the antenna which is integrated into the vehicle bus system, for example via Ethernet, and is used for vehicle-to-environment communication. If this antenna is very hot in summer and the vehicle enters a car wash, where the antenna is cooled down very quickly, this can lead to performance fluctuations of the electronic components of the antenna and / or the time synchronization protocol. This can be seen, for example, a temperature sensor in the antenna so that the signal propagation time ⁇ changes can be evaluated in accordance with a result of a severe temperature change of the antenna.
  • the nature of the inventively proposed total surveil ⁇ monitoring also helps to save additional complex and / or compute-intensive security protocols. This relieves the communication network as a whole.
  • the invention further relates to network nodes, in particular control devices of a motor vehicle, which are connectable or connected via an Ethernet-based communication network comprising at least egg ⁇ nem other network nodes or control device and having a calculating unit that According to the invention for carrying out the method described above or parts thereof is set up.
  • FIG. 1 schematically shows the sequence of a communication between two network nodes of an Ethernet-based communication network according to the OSI layer model; schematically illustrates the communication sequence between the two network nodes of FIG. 1 at intermediate TIC a Net zwerkanalysators in the Bitübertra ⁇ confinement layer (layer I) and the measurement of the signal propagation time between two network nodes for implementing an embodiment of the inventive method.
  • FIG. 1 schematically illustrates the known, but also used in accordance with the present invention, Ethernet-based communication between two network nodes 1, 2 of a wired communication network 3, which are designed, for example, as control units, which in a network protocol according to the OSI layer model with a total of 7 Layers I to VII work.
  • the tasks to be taken over by the individual layers are implemented in computing units of the network nodes 1, 2 not shown separately and are shown schematically in FIG.
  • Layer I Physical Transmission Layer (Pyhsical Layer),
  • Layer II Data Link Layer
  • Layer III Network Layer
  • Layer VI Presentation Layer
  • Layer VII Application Layer
  • Layers III to VII serve to process the physically transmitted data and associate it with specific applications that access the transmitted data through the application layer (layer VII). These layers are of an organizational nature and have nothing to do with the physical transmission of the data or data packets. This one
  • the actual data transfer takes place in layers I and II.
  • the layer I PHY - Physical Layer; Bitüber ⁇ tragungs harsh) includes directly the means of activated vation or deactivation of the physical connection. These include in particular devices and network components such as amplifiers, connectors, jacks for the network cable, repeaters, Hup, transceivers and the like.
  • This layer I thus serves the physical response of the transmission channel by suitable electrical, optical, electromagnetic or acoustic signals ⁇ , in the case of wired Ethernet communication tionsnet zwerke usually by electrical or electromag netic ⁇ signals.
  • the network interfaces necessary for the physical communication are assigned to each network node and form the layer I according to the OSI layer model.
  • the layer II of the OSI layer model which is referred to as a backup or connection layer, serves to organize and control a largely error-free transmission and to regulate the access to the transmission medium. In this case, a data flow control between transmitter and receiver is also realized. Siert. Logically, the data link layer often in a Me ⁇ serving access control MAC (Medium Access Control) and a logical link control LLC (Logical Link Control) un ⁇ is tert rushes.
  • the media access control MAC addresses how several computers share the shared physical Götra ⁇ transfer medium. For this purpose, it uses inter alia the so-called MAC addresses of the communication participants, which are assigned as a unique identification each network node as a participant in the communication network 3.
  • the media access controller MAC is managed by the logical connection controller LLC by distributing incoming data in each transmission direction and coordinating access to the higher-level layers of the network controller.
  • layer II Siche ⁇ approximate layer
  • This logical management is schematically integrated in Fig. 1 between the network nodes 1 and 2 in the physical connection line of the communication network 3.
  • the only control of the network nodes 1, 2 as participants in the communication network thus results in the security view (layer II), for example by the unique MAC addresses for the identification of the individual network participants, which is necessary for the media access control.
  • a network node 1, 2 has no knowledge of the other network nodes 2, 1 in the communication network 3, but controls only the physical communication at its interface to the communication network ⁇ tion 3.
  • the logical organization of the network thus finds, as also shown in FIG. 2, in the layer II (here briefly as MAC denotes) of the OSI layer model between the network ⁇ work nodes 1 and 2 instead.
  • This logical management is illustrated in FIG. 2 by the dashed line between the two MAC layers of network nodes 1 and 2.
  • Such a tap 4 is simply looped into the existing line ⁇ connection, copied when passing the data stream bitwise the data information or data packets, without analyzing their content and outputs the copied data information via another interface.
  • the physika ⁇ metallic stream is simply passed unchanged.
  • the Net zwerkanalysator 4 does not appear in the communication network 3 in appearance.
  • the Si ⁇ cherungs slaughter receives (II layer of the OSI layer model) of the network nodes 1 and 2 is not aware of the existence of this Net zwerkanalysators. 4
  • FIG. 1 A particularly preferred option in this connection for measuring the signal propagation times between the network nodes 1 and 2 is shown schematically in FIG. Based on the network node 1 and 2 are each paral ⁇ lel extending downward time jets Darge ⁇ represents are, between which a communication for measuring the signal transit times between the network nodes 1 and 2 is represented in their time characteristic by arrows.
  • the one network node 1 which is also referred to below as transmitting network node 1, sends out a request message 5 for measuring the signal transit time, which contains its own transmission time as transmission time stamp ti.
  • This transmission time stamp ti is 1 immediately before the physical transmission of the data in the signal (data packet) added by the transmitter or transceiver of the network node, so that this transmission timestamp ti good approximation defines the actual transmit ⁇ time.
  • the other network node 2 hereinafter also referred to as a receiving network node 2, records the time of reception as a reception time stamp t 2 and ⁇ transmits this reception time stamp t 2 in a response after ⁇ report 6 to a (original sending) network node 1.
  • This one network node 1 further logs the reception time of the response message 6 as response reception time stamp t 1, so that both the signal propagation time from the network factory node 1 to the network node 2 and the signal propagation time from the network node 2 to the network node 1 can be determined by appropriate subtraction.
  • These measurements take place cyclically, ie at predetermined time intervals of, for example, 100 ms up to several seconds or minutes.
  • An inventively preferred time interval is on the order of about one second, because a message in this frequency, ie with this time interval, the Ethernet Net zwerk not heavily loaded.
  • the typical signal propagation times between all network nodes 1, 2 are known, so that when the signal propagation time of, for example, 400 ns is increased by 200 ns to 600 ns the interposition of a Net zwerksanalysators 4 or a similar device ⁇ can be closed.
  • participating network nodes are shared in a workshop with ⁇ changed a new signal propagation time, do not lead so that targeted and justified the changes made in the communication network to false alarms.
  • the function of monitoring the communication connection can preferably be temporarily deactivated or the threshold value changed.
  • the interposition however, be dynamic, it could be identified by a special coding, for example by hooked the diagnostic device in time recently Wech ⁇ sel in the network, on display, mounts, hanging out ⁇ ... (or on / off / on / off / switched to ...) and there ⁇ be maintained at certain times between the switching times, similar to a Morse code.
  • the diagnostic device can then be rit as such ve ⁇ . So are typically communications ⁇ partner authenticated on higher layers. This will be considered and examined when the thresholds are exceeded ⁇ .

Abstract

Es werden ein Verfahren zur Überwachung eines Ethernet-basierten Kommunikationsnetzwerks (3) in einem Kraftfahrzeug durch Überwachung der Kommunikationsverbindung zwischen zwei über das Kommunikationsnetzwerk (3) verbundene Netzwerkknoten (1, 2) sowie ein entsprechend eingerichteter Netzwerkknoten beschrieben. Dabei ist vorgesehen, dass die Laufzeit der Signale zwischen Netzwerkknoten (1, 2) des Kommunikationsnetzwerks (3) bidirektional und zyklisch gemessen wird und Änderungen in der Signallaufzeit bewertet werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Überwachung eines Ethernet-basierten Kommunikationsnetzwerks in einem Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Ethernet-basierten Kommunikationsnetzwerkes in einem Kraft¬ fahrzeug sowie einen zur Durchführung des Verfahrens einge¬ richteten Netzwerkknoten, beispielsweise in Form eines Steu- ergeräts. Das Verfahren dient insbesondere zur Überwachung auf Fehler in dem Kommunikationsnetzwerk und/oder auf Änderungen der Net zwerktopologie . Dazu ist eine Überwachung der Kommunikationsverbindung zwischen zwei insbesondere als elektronische Steuergeräte ausgebildeten und über das Kommu- nikationsnet z verbundenen Netzwerkknoten vorgesehen.
Die Ethernet-basierte Kommunikation erfolgt nach dem soge¬ nannten OSI-Schichtenmodell, in dem jeder Schicht bestimmte Aufgaben zugewiesen werden, die durch die Instanzen (Geräte und Software) der jeweiligen Schicht für das Funktionieren der Kommunikationen geleistet werden müssen. Dabei stellt jede Instanz einer Schicht entsprechend dem normierten Netzwerkprotokoll Dienste zur Verfügung, die eine darüber liegen¬ de Instanz nutzen kann, ohne sich darum kümmern zu müssen, auf welche Weise und mit welchen technischen Mitteln die da¬ runterliegende Instanz die ihr obliegenden Aufgaben löst. Zwischen den verschiedenen Schichten sind als entsprechende Schnittstellen definiert. Die untersten beiden Schichten, nämlich die Bitübertragungsschicht (Physical Layer) und die Sicherungsschicht (Data Link Layer) gemäß dem OSI-Schichtenmodell, dienen der physischen Datenübertragung, wobei die unterste Schicht (Bitübertra¬ gungsschicht) die Hilfsmittel zur Aktivierung bzw. Deaktivie- rung der physischen Verbindung zur Verfügung stellt und die zweitunterste Schicht (Sicherungsschicht) den Zugriff auf das Übertragungsmedium steuert, insbesondere mittels einer Me- dienzugriffssteuerung (MAC - Media Access Control). Diese Si¬ cherungsschicht erkennt auch, welche Teilnehmergeräte als Netzwerkknoten mit ihrer eineindeutigen MAC-Adresse an der Kommunikation teilnehmen. Daher eignet sich diese Schicht grundsätzlich auch für eine Überwachung des Netzwerks im Hinblick auf an der Kommunikation teilnehmende Netzwerkknoten.
Die darüber liegenden Schichten des OSI-Schichtenmodells be¬ reiten die bei der physischen Datenübertragung übertragenen Daten stufenweise zur Verteilung an verschiedene Anwendungen vor. Hierauf muss im Rahmen der Erfindung nicht weiter eingegangen werden.
Da eine Überwachung der Teilnehmer an dem Kommunikationsnet z- werk grundsätzlich erst in Kenntnis deren Adressierung, d. h. deren MAC-Adressen oder anderen eindeutigen Identifikationsmerkmalen, in dem Netzwerk möglich ist, besteht potentiell ein Angriffspotential bei einem Ethernet-basierten Kommunika¬ tionssystem darin, dass die Verbindung zwischen zwei Steuer- geräten bzw. Netzwerkknoten in der untersten Schicht des OSI- Schichtmodells (Bitübertragungsschicht, Physical Layer) auf¬ getrennt werden kann, ohne dass das dazwischengeschaltete Ge¬ rät an der eigentlichen Netzwerkkommunikation teilnimmt und eine eigene MAC-Adresse aufweist. Ein solches Gerät ist daher bereits in der Sicherungsschicht (Data Link Layer) nicht er¬ kennbar .
Derartige Net zwerkanalysatoren, die in der Bitübertragungs¬ schicht des OSI-Schichtenmodells in ein Kommunikationssystem eingesetzt werden können, werden als Tap (Test Access Point) bezeichnet, der direkt in eine Netzwerkverbindung eingefügt werden kann, beispielsweise durch Einschieifen in die Kabelverbindung. Diese Taps spiegeln den Full-Duplex-Datenverkehr auf dieser Verbindung und geben ihn beispielsweise an eine an den Tap angeschlossene Analyseeinheit oder Datensammelstelle aus, die die Daten auslesen kann. Aufgrund der reinen Datenspiegelung handelt es sich bei den Taps um passive Komponen- ten des Kommunikationsnetzwerks, die keine MAC oder IP- Adresse aufweisen und eine Rückwärtskommunikation des an den Tap angeschlossenen Sensors in das Kommunikationsnetzwerk nicht zulassen. Derartige Taps sind somit in dem Netzwerk selbst nicht als Kommunikationsteilnehmer erkennbar und auch nicht adressierbar.
Dies stellt gerade bei sicherheitsrelevanten Anwendungen, wie sie im Kraftfahrzeug vorliegen, ein gewisses Gefahrenpotenti- al dar. Wenn beispielsweise durch Fahrerassistenzsysteme aus¬ gewertete Informationen übertragen werden, ist es notwendig festzustellen, ob diese Informationen mitgelesen werden. Ein derartiges Mitlesen kann einen gezielten Angriff auf das Kommunikationssystem des Kraftfahrzeugs vorbereiten, beispiels- weise durch Bekanntwerden benutzter Schlüssel oder Netzwerkadressen .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Eingriff in das Kommunikationsnetzwerk des Kraftfahrzeugs auch auf der technischen Bitübertragungsschicht zu erkennen, auf der lediglich der physische Datenverkehr abgewickelt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bei dem Verfahren der eingangs genannten Art ist dazu vorgesehen, dass die physi¬ sche Laufzeit der Signale zwischen vorzugsweise jeweils zwei Netzwerkknoten des Kommunikationsnetzwerks bidirektional und zyklisch gemessen wird und Änderungen in der Signallaufzeit bewertet werden.
Hintergrund dieser erfinderischen Idee ist es, dass die Taps als Datenpaketkopierer zwar in dem Netzwerk nicht als eigene Netzwerkknoten, d. h. Teilnehmer an der Netzwerkkommunikation, in Erscheinung treten und damit in der Sicherungsschicht nicht erkennbar sind, jedoch für das Kopieren der Datenpakete und die Durchleitung des Signals durch den Tap eine bestimmte Signallaufzeit benötigen, die die Signallaufzeit gegenüber einer direkten Kabelverbindung zwischen den zwei Netzwerkknoten verlängert.
Während ein normales Ethernet beispielsweise bei einer Ver- netzung von Computern als internes oder sogar externes Netzwerk (Internet) in der Regel nicht statisch ist, so dass sich die Signallaufzeiten zwischen zwei Netzwerkknoten auch im regulären Betrieb ggf. häufiger ändern können, ist ein Fahrzeugnetz statisch aufgebaut, weil Steuergeräte und Netzwerk- knoten in der Regel nur im Fehlerfall getauscht werden und dies nur in einer hierfür autorisierten Werkstatt erfolgen kann. In einem statischen Kommunikationsnetzwerk, wie es bspw. in einem Kraftfahrzeug vorliegt, schwanken die Signal¬ laufzeiten dagegen nicht, abgesehen von kleineren, nicht sig- nifikanten Abweichungen beispielsweise aufgrund eines übli¬ chen Jitters oder temperaturbedingten Laufzeitunterschieden. Diese Eigenschaft macht sich die vorliegende Erfindung zunut¬ ze, um durch Feststellen von Veränderungen in der Signallaufzeit zwischen zwei Netzwerkknoten zu erkennen, ob in den sta- tischen Aufbau des Netzwerks (Netzwerktopologie) ggf. auf der untersten Schicht (Bitübertragungsschicht) eingegriffen wur¬ de. Beispielsweise anhand von Schwellenwerten oder anderen Kriterien können festgestellte Änderungen in der Signallaufzeit dann bewertet werden, so dass Änderungen in der Signal- laufzeit festgestellt und dadurch das Kommunikationsnetzwerk insgesamt überwacht wird. Beispielsweise lässt sich eine Sig¬ nallaufzeit durch die Parameter der Bitübertragungsschicht (PHY-Parameter ) und die Art der Verkabelung (Kupfer, Lichtkabel, etc.) berechnen. Bei einem Gigabit Ethernet System mit einem Cat5e Kabel entsteht zwischen zwei verbundenen Instanzen der Bitübertragungsschicht (PHY) eine Verzögerung von et¬ wa 400 ns .
Die Überwachung erfolgt erfindungsgemäß bidirektional, d. h. in jede Kommunikationsrichtung des Kommunikationsnetzwerks, und zyklisch, d. h. in vorgegebenen bzw. vorgebbaren Zeitabständen, so dass Veränderungen zuverlässig festgestellt wer- den können. Die zyklischen Messungen ermöglichen auch eine Unterscheidung, ob beispielsweise aufgrund einer Gerätealte¬ rung eine schleichende Signallaufzeiterhöhung stattfindet, oder ob ein abrupter Signallaufzeitwechsel bei zuvor über ei- nen längeren Zeitraum im Wesentlichen konstanten Signallaufzeiten auftritt. Der letztgenannte Fall deutet auf ein Auf¬ trennen der Signalverbindung zwischen den beiden Netzwerkknoten hin und kann entsprechend als Überwachungsfall gemeldet werden .
In einer bevorzugten Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass zur Messung der Signallaufzeit der Signale zwischen den Netzwerkknoten ein (nachfolgend auch als sendender Netzwerkknoten bezeichneter) Netz- werkknoten eine Anfrage-Nachricht an den anderen (nachfolgend auch als empfangenden Netzwerkknoten bezeichneten) Netzwerkknoten aussendet, welche die Sendezeit der Anfrage-Nachricht enthält, und der andere (empfangende) Netzwerkknoten die Emp¬ fangszeit protokolliert.
Das Einbinden der Sendezeit in die Anfrage-Nachricht kann beispielsweise in Form eines Sendezeitstempels ti erfolgen, der von dem die Nachricht sendenden Sendeempfänger des einen (sendenden) Netzwerkknotens unmittelbar vor dem Aussenden er- zeugt und noch in die Anfrage-Nachricht eingebunden wird.
Hierdurch wird näherungsweise eine Messung der tatsächlichen Signallaufzeit der Signale (Datenpakete) erreicht. Ein bezo¬ gen auf die tatsächliche Aussendung möglicherweise stattfin¬ dender, systematischer Offset fällt bei der Betrachtung von Veränderungen der Laufzeit weg, da hier jeweils die Differenz zweier Signallaufzeiten betrachtet wird.
Die Protokollierung der Empfangszeit kann vorzugsweise da¬ durch erfolgen, dass in dem anderen (empfangenden) Netzwerk- knoten ein Empfangszeitstempel t2 erzeugt wird, so dass durch Differenz der Zeitwerte des Empfangszeitstempels t2 und des Ausgangszeitstempels ti die Signallaufzeit ermittelt wird. Der andere (empfangende) Netzwerkknoten ist somit unmittelbar in der Lage, die Signallaufzeit von dem einen (sendenden) Netzwerkknoten zu dem anderen (empfangenden) Netzwerkknoten zu bestimmen und bei zyklischen Messungen Veränderungen festzustellen und zu bewerten.
Die Rolle von sendendem und empfangendem Netzwerkknoten kann erfindungsgemäß immer wieder wechseln, da die Anfrage-Nachrichten zyklisch und bidirektional ausgesendet werden können, d. h. in jede Kommunikationsrichtung zwischen den beiden Netzwerkknoten. Die Anfrage-Nachrichten können auch in beide Richtungen parallel gesendet werden. Insofern spricht die vorliegende Erfindung bewusst von dem „einen" Netzwerkknoten und dem „anderen" Netzwerkknoten in dem Kommunikationsnetzwerk. Diese Bezeichnung bezieht sich auf die eine Messung der Signallaufzeit zu einem bestimmten Zeitpunkt ausgehend von einem bestimmten Netzwerkknoten, ohne dass der eine physische Netzwerkknoten immer dem „einen" Netzwerkknoten entsprechen muss, der die Anfrage-Nachricht aussendet.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung des vorgeschlagenen Verfahrens zur Messung der Signallaufzeit kann der andere (empfangende) Netzwerkknoten die Empfangszeit der Anfrage- Nachricht, insbesondere also den Empfangszeitstempel t2, in einer Antwort-Nachricht an den einen (ursprünglich sendenden) Netzwerkknoten aussenden. Dadurch kann die Auswertung sowohl in dem ursprünglich sendenden als auch in dem ursprünglich empfangenden Netzwerkknoten erfolgen.
Um im Rahmen eines Messzyklus auch eine bidirektionale Mes¬ sung der Signallaufzeiten zu erreichen, kann gemäß einer erfindungsgemäßen Variante des vorgeschlagenen Verfahrens bei der Messung der Signallaufzeit vorgesehen sein, dass der andere (empfangende) Netzwerkknoten die Sendezeit der Antwort- Nachricht an den einen (ursprünglich sendenden) Netzwerkknoten protokolliert, beispielsweise in Form eines Antwortzeit¬ stempels t3, der analog zu dem Ausgangszeitstempel ti erzeugt werden kann, und in einer Nachfolge-Antwort-Nachricht an den einen (ursprünglich sendenden) Netzwerkknoten aussendet.
Der eine (ursprünglich die Anfrage-Nachricht sendende) Netz- werkknoten protokolliert dann (beispielsweise auch in Form eines Antwortempfangszeitstempels t^) die Empfangszeit der Nachfolge-Antwort-Nachricht, so dass durch Differenz des Emp¬ fangs- und des Sendezeitpunkts der Nachfolge-Antwort-Nach¬ richt die Laufzeit auch in der anderen Kommunikationsrichtung der bidirektionalen Kommunikationsverbindung zwischen den Netzwerkknoten ermittelt werden kann.
Durch eine vorzugsweise statistische Auswertung der vielen gewonnenen Messwerte kann beispielsweise der Mittelwert der Laufzeiten gebildet und die typische Schwankungsbreite ermit¬ telt werden. Sobald ein Wert statistisch signifikant außerhalb dieser Schwankungsbreite liegt, beispielsweise außerhalb eines 3o-Bereichs einer Gaußverteilung, wird eine Störung in der direkten Kommunikationsverbindung angenommen, die bei ei- ner Verlängerung der Signallaufzeit als Zwischenschalten eines zusätzlichen Kommunikationsteilnehmers gewertet werden kann .
Grundsätzlich sind derartige Nachrichten als Teil von Messun- gen der Signallaufzeit gemäß den Standards IEEE 1588, IE¬ EE 802.1AS (als Teil von Ethernet AVB) oder des auch für die Automobilindustrie relevanten TTEthernet zur Synchronisation der Uhren eines aus verteilten Netzwerkknoten bzw. Steuergeräten aufgebauten Kommunikationsnetzwerks bekannt. Die gemäß dieser Technik bekannten Protokolle können auch erfindungsgemäß genutzt werden, wobei grundsätzlich auch proprietäre Lö¬ sungen, d. h. eigenständige Netzwerkprotokolle zur Messung der Signallaufzeiten zwischen dem Netzwerkknoten in Kraftfahrzeugen, geschaffen werden können.
Gemäß einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsge¬ mäß vorgeschlagenen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Signallaufzeit zwischen allen Netzwerkknoten des Kommunikati¬ onsnetzwerks gemessen wird, vorzugsweise jeweils als Signal¬ laufzeit zwischen zwei ausgewählten Netzwerkknoten. Hieraus kann beispielsweise eine Signallaufzeitkarte des Kommunikati- onsnetzwerks erstellt werden. Daraus können einfach signifikante Änderungen der Signallaufzeit zwischen den einzelnen Netzwerknoten abgelesen werden, beispielsweise wenn diese Signallaufzeitkarte jeweils die mittlere Signallaufzeit zwi¬ schen zwei Netzwerkknoten und deren typische Schwankungsbrei- te enthält. So ist es auch einfach möglich festzustellen, ob eine Signallaufzeitänderung nur eine spezielle Kommunikati¬ onsverbindung zwischen zwei Steuergeräten betrifft oder das gesamte Netzwerk. In letzterem Fall ist eher ein globaler Fehler der Netzwerkstruktur und/oder Netzwerksteuerung anzu- nehmen, wohingegen eine plötzliche Erhöhung eine Signallauf¬ zeit ausschließlich zwischen zwei bestimmten Netzwerkknoten auf das Zwischenschalten eines Mitlesegerätes (Net zwerkanaly- sator, Tap) hindeutet. Zu nicht signifikanten Veränderungen der Signallaufzeit gehören normale, statistisch auftretende LaufZeitveränderungen oder LaufZeitveränderungen aufgrund von Temperaturschwankungen, die jedoch in der Regel klein sind. Auch kann eine geringe Überlast am Netzwerkknoten auftreten, der die Signalan- nähme bzw. die dabei ausgeführten Rechenoperationen etwas verzögert. Derartige LaufZeitveränderungen können durch Festlegen Schwellenwerte unberücksichtigt bleiben, wenn die Lauf¬ zeitveränderungen die festgelegten Schwellwerte nicht überschreiben .
Aufgrund der zyklischen Messung ist es auch möglich, Schwellenwerte dynamisch aus den sich zyklisch wiederholenden Signallaufzeitmessungen abzuleiten, und so beispielsweise einer Alterung der Elektronikkomponenten in dem Fahrzeug Rechnung zu tragen, ohne dass es zu Fehlbewertungen bei der Überwa¬ chung des Kommunikationsnetzwerks kommt. Eine besonders bevorzugten Ausführung des vorgeschlagenen Verfahrens sieht vor, dass das zeitliche Verhalten der Sig¬ nallaufzeit zwischen zwei Netzwerkknoten analysiert und ein über einem Schwellenwert von beispielsweise zusätzlich 200 ns oder einem anderen vorgegebenen Schwellenwert liegender Anstieg der Signallaufzeit, insbesondere ausschließlich zwi¬ schen den zwei beteiligten Netzwerkknoten, als Indiz für das Zwischenschalten eines Net zwerkanalysators beispielsweise in Form eines Tap, gewertet wird.
Zur Bewertung der Veränderung in der Signallaufzeit kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass beispielsweise über einem Schwellwert liegende Veränderungen in der Signallaufzeit pro¬ tokolliert werden, die beteiligten Netzwerkknoten insbesonde- re in Form beispielsweise sogar sicherheitsrelevanter Steuergeräte deaktiviert werden, die geänderten Signallaufzeiten der Anwendung eines Netzwerkknotens insbesondere eines Steu¬ ergeräts mitgeteilt werden und/oder das Zwischenschalten eines Diagnosegeräts erkannt wird. Bei Erkennen eines Diagnose- gerätes aufgrund der durchgeführten Signallaufzeit-Überwachung des Kommunikationsnetzwerks kann erfindungsgemäß auch ein spezieller Betriebsmodus von Netzwerkknoten respektive Steuergeräten aktiviert werden. Bei dauerhaft geänderten Signallaufzeiten, die nicht auf ei¬ nen zu meldenden Überwachungsfall hindeuten, ist es bei¬ spielsweise auch möglich, die QoS(Quality of Service ) -Anfor¬ derungen der beteiligten Steuergeräte anzupassen, um Fehlermeldungen in dem System zu vermeiden und die Steuergeräte über die zu erwartenden Signallaufzeiten zu informieren, so dass diese ggf. bei zeitkritischen Sicherheitsanwendungen entsprechend berücksichtigt werden können. Ferner können Ga¬ teway-Verzögerungen zwischen verschiedenen Bussystemen, beispielsweise zwischen Ethernet und einem Fahrzeugbus (CAN oder dgl . ) vorberechnet werden. Außerdem ist eine Ferndiagnose der Verbindungen über die Netzwerkknoten so möglich, um eine Überlastung bestimmter Verbindungen beispielsweise in einer Lastkarte des Kommunikationsnetzwerks anzuzeigen.
Erfindungsgemäß kann es auch sinnvoll sein, weitere in dem Fahrzeug verbaute Sensoren für die Bewertung von Signallauf¬ zeitveränderungen heranzuziehen, die auftretenden Laufzeitverzögerungen ggf. erklären können. Ein sinnvolles Beispiel hierfür ist die Antenne, die beispielsweise über Ethernet in das Fahrzeugbussystem eingebunden ist und für die Fahrzeug- zu-Umgebung-Kommunikation genutzt wird. Wenn diese Antenne im Sommer sehr heiß ist und das Fahrzeug in eine Waschanlage einfährt, in der die Antenne sehr schnell abgekühlt wird, kann dies zu Performanceschwankungen der elektronischen Komponenten der Antenne und/oder des Zeitsynchronisationsproto- kolls führen. Dies kann beispielsweise über einen Temperatursensor in der Antenne erkannt werden, so dass Signallaufzeit¬ veränderungen in Folge einer starken Temperaturänderung der Antenne entsprechend bewertet werden können. Die Art der insgesamt erfindungsgemäß vorgeschlagenen Überwa¬ chung hilft auch, zusätzliche komplexe und/oder rechenintensive Sicherheitsprotokolle einzusparen. Hierdurch wird das Kommunikationsnetzwerk insgesamt entlastet. Ferner bezieht sich die Erfindung auf Netzwerksknoten, insbesondere Steuergeräte, eines Kraftfahrzeugs, die über ein Ethernet-basiertes Kommunikationsnetzwerk mit mindestens ei¬ nem anderen Netzwerkknoten oder Steuergerät verbindbar oder verbunden sind und eine Recheneinheit aufweisen, die erfin- dungsgemäß zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens oder Teilen hiervon eingerichtet ist.
Weitere Vorteile, Merkmale oder Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschrei- bung eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung. Dabei bil¬ den alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellte Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezügen. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch den Ablauf einer Kommunikation zwischen zwei Netzwerkknoten eines Ethernet-basierten Kommunikationsnetzwerks nach dem OSI-Schichtenmodell; schematisch den Kommunikationsablauf zwischen den zwei Netzwerkknoten gemäß Fig. 1 bei Zwischenschal tung eines Net zwerkanalysators in der Bitübertra¬ gungsschicht (Schicht I) und die Messung der Signallaufzeit zwischen zwei Netzwerkknoten zur Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Fig. 1 ist schematisch die bekannte, aber auch gemäß der vorliegenden Erfindung angewendete Ethernet-basierte Kommunikation zwischen zwei beispielsweise als Steuergeräte ausge- bildeten Netzwerkknoten 1, 2 eines kabelgebundenen Kommunikationsnetzwerks 3 dargestellt, die in einem Netzwerkprotokoll nach dem OSI-Schichtenmodell mit insgesamt 7 Schichten I bis VII arbeitet. Die von den einzelnen Schichten zu übernehmenden Aufgaben sind in nicht gesondert dargestellten Rechenein- heiten der Netzwerkknoten 1, 2 implementiert und in Fig. 1 schematisch dargestellt.
Nach dem an sich bekannten OSI-Schichtmodell werden die
Schichten wie folgt bezeichnet:
Schicht I: Bitübertragungssicht (Pyhsical Layer),
Schicht II: Sicherungsschicht (Data Link Layer), Schicht III: Vermittlungsschicht (Network Layer),
Schicht IV: TransportSchicht (Transport Layer) Schicht V: Sitzungsschicht (Session Layer),
Schicht VI: Darstellungsschicht (Presentation Layer) , Schicht VII: Anwendungsschicht (Application Layer).
Die Schichten III bis VII dienen der Aufbereitung der physisch übertragenen Daten und ihrer Zuordnung zu speziellen Anwendungen, die auf die übertragenen Daten über die Anwen- dungsschicht (Schicht VII) zugreifen. Diese Schichten sind organisatorischer Art und haben mit der physischen Übertragung der Daten bzw. Datenpakete nichts zu tun. Da diese
Schichten von der vorliegenden Erfindung nicht betroffen sind, wird auf eine Beschreibung des Inhalts dieser Schichten verzichtet. Diese ist dem Fachmann bekannt.
Die eigentliche Datenübertragung findet in den Schichten I und II statt. Die Schicht I (PHY - Physical Layer; Bitüber¬ tragungsschicht) beinhaltet direkt die Hilfsmittel zur Akti- vierung bzw. Deaktivierung der physischen Verbindung. Hierzu zählen insbesondere Geräte und Netzkomponenten wie Verstärker, Stecker, Buchsen für das Netzwerkkabel, Repeater, Hup, Transceiver und dergleichen. Diese Schicht I dient also dem physikalischen Ansprechen des Übertragungskanals durch geeig- nete elektrische, optische, elektromagnetische oder Schall¬ signale, im Falle der leitungsgebundenen Ethernet-Kommunika- tionsnet zwerke üblicherweise um elektrische bzw. elektromag¬ netische Signale. Die für die physische Kommunikation notwendigen Netzwerkschnittstellen sind jedem Netzwerkknoten zugeordnet und bilden die Schicht I gemäß dem OSI-Schichtenmodell . Die als Si- cherungs- oder auch Verbindungsschicht bezeichnete Schicht II des OSI-Schichtmodells dient der Organisation und Steuerung einer weitestgehend fehlerfreien Übertragung und der Regelung des Zugriffs auf das Übertragungsmedium. Hierbei wird auch eine Datenflusskontrolle zwischen Sender und Empfänger reali- siert. Logisch wird die Sicherungsschicht häufig in eine Me¬ dienzugriffssteuerung MAC (Medium Access Control) und eine logische Verbindungssteuerung LLC (Logical Link Control) un¬ terteilt. Die Medienzugriffssteuerung MAC regelt, wie sich mehrere Rechner das gemeinsam genutzte physikalische Übertra¬ gungsmedium teilen. Hierzu verwendet sie u. a. die sogenannten MAC-Adressen der Kommunikationsteilnehmer, die als eindeutige Identifikation jedem Netzwerkknoten als Teilnehmer an dem Kommunikationsnetzwerk 3 zugeordnet sind. Die Medien- zugriffssteuerung MAC wird von der logischen Verbindungssteuerung LLC verwaltet, indem diese eingehende Daten in jede Übertragungsrichtung verteilt und den Zugriff auf die übergeordneten Schichten der Netzwerksteuerung koordiniert. Durch die Aufgaben der Medienzugriffssteuerung MAC und der logi- sehen Verbindungssteuerung LLC wird die sogenannte Siche¬ rungsschicht (Schicht II) gebildet, in der die verschiedenen Netzwerkteilnehmer identifizierbar sind, um die Netzwerkkommunikation geregelt zu organisieren. Diese logische Verwaltung ist in Fig. 1 zwischen dem Netzwerkknoten 1 und 2 in der die physische Verbindung repräsentierenden Linie des Kommunikationsnetzwerks 3 schematisch eingebunden . Die einzige Kontrolle der Netzwerkknoten 1, 2 als Teilnehmer an dem Kommunikationsnetzwerk ergibt sich also in der Sicherungssicht (Schicht II), beispielsweise durch die eindeutigen MAC-Adressen zur Identifikation der einzelnen Netzwerkteilnehmer, die für die Medienzugriffssteuerung notwendig ist. In der Bitübertragungsschicht (Schicht I) hat ein Netzwerkknoten 1, 2 keine Kenntnis von den anderen Netzwerkknoten 2, 1 in dem Kommunikationsnetzwerk 3, sondern steuert nur die physische Kommunikation an seiner Schnittstelle zu dem Kommunika¬ tionsnetzwerk 3.
Die logische Organisation des Netzwerkes findet also, wie auch in Fig. 2 dargestellt, in der Schicht II (hier kurz als MAC bezeichnet) des OSI-Schichtenmodells zwischen den Netz¬ werkknoten 1 und 2 statt. Diese logische Verwaltung ist in Fig. 2 durch die gestrichelte Linie zwischen den beiden MAC- Schichten der Netzwerkknoten 1 und 2 dargestellt.
Aus der schematischen Darstellung der physikalischen Verbindung des Kommunikationsnetzwerks 3 entsprechend den durchge¬ zogen dargestellten Pfeilen ist zu erkennen, dass die physische Verbindung durchaus aufgetrennt werden kann, ohne dass die Zugriffssteuerung (MAC gemäß der Sicherungsschicht bzw. Schicht II) dies wahrnehmen muss und kann. Hierzu ist an je¬ weils zwei physischen Schnittstellen PHY ein Net zwerkanalysa- tor 4 zwischengeschaltet, der auch als sogenannter Tap (Test Access Point) bekannt ist.
Ein derartiger Tap 4 wird einfach in die bestehende Leitungs¬ verbindung eingeschleift, kopiert beim Durchleiten des Datenstroms bitweise die Dateninformationen bzw. Datenpakte, ohne deren Inhalt zu analysieren und gibt die kopierten Datenin- formationen über eine weitere Schnittstelle aus. Der physika¬ lische Datenstrom wird einfach unverändert weitergeleitet. Somit tritt der Net zwerkanalysator 4 in dem Kommunikationsnetzwerk 3 nicht in Erscheinung. Insbesondere erhält die Si¬ cherungsschicht (Schicht II des OSI-Schichtmodells ) der Netz- werkknoten 1 und 2 keine Kenntnis von der Existenz dieses Net zwerkanalysators 4.
Gegenüber einer direkten Leitungsverbindung zwischen den Netzwerkknoten 1 und 2 führt das Durchschleifen des Daten- Stroms durch den Net zwerkanalysator 4 aber zu einer verlängerten Signallaufzeit der Signale (Datenpakete) , die zwischen den Netzwerkknoten 1 und 2 übertragen werden.
In dem statischen Kommunikationsnetzwerk 3 eines Kraftfahr- zeuges, in dem sich die Net zwerktopologie nicht ändert, wenn das Netzwerk nicht durch Eingriff in einer autorisierten Werkstatt geändert wird, ist es also möglich, Änderungen in der Signallaufzeit festzustellen und hierdurch das Einschlei- fen eines Net zwerkanalysators 4 festzustellen, der ggf. die zwischen dem Netzwerkknoten 1 und 2 übertragenen Daten mitlesen könnte.
Eine in diesem Zusammenhang besonders bevorzugte Möglichkeit zur Messung der Signallaufzeiten zwischen den Netzwerkknoten 1 und 2 ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Ausgehend von den Netzwerkknoten 1 und 2 sind jeweils paral¬ lel verlaufende, nach unten gerichtete Zeitstrahle darge¬ stellt sind, zwischen denen eine Kommunikation zur Messung der Signallaufzeiten zwischen den Netzwerkknoten 1 und 2 in ihrem zeitlichen Verlauf durch Pfeile repräsentiert ist.
Der eine Netzwerkknoten 1, der nachfolgend auch als sendender Netzwerkknoten 1 bezeichnet wird, sendet zur Messung der Signallaufzeit eine Anfrage-Nachricht 5 aus, die ihre eigene Sendezeit als Sendezeitstempel ti enthält. Dieser Sendezeit- Stempel ti wird von dem Sender bzw. Sendeempfänger des Netzwerkknotens 1 unmittelbar vor dem physischen Aussenden der Daten in das Signal (Datenpaket) eingefügt, so dass dieser Sendezeitstempel ti in guter Näherung die tatsächliche Sende¬ zeit definiert. Der andere Netzwerkknotens 2, nachfolgend auch als empfangender Netzwerkknoten 2 bezeichnet, protokolliert die Empfangszeit als Empfangszeitstempel t2 und über¬ trägt diesen Empfangszeitstempel t2 in einer Antwort-Nach¬ richt 6 an den einen (ursprüngliche sendenden) Netzwerkknoten 1. Gleichzeitig protokolliert der andere, ursprünglich emp- fangende Netzwerkknoten 2 die Sendezeit der Antwort-Nachricht 6 als Antwort zeitstempel t3 und überträgt diesen Antwortzeit¬ stempel t3 in einer Nachfolge-Antwort-Nachricht 7 an den ei¬ nen, ursprünglich sendenden Netzwerkknoten 1. Dieser eine Netzwerkknoten 1 protokolliert ferner die Empfangszeit der Antwort-Nachricht 6 als Antwortempfangszeit- stempel t^, so dass sowohl die Signallaufzeit von dem Netz- werkknoten 1 zu dem Netzwerkknoten 2 als auch die Signallaufzeit von dem Netzwerkknoten 2 zu dem Netzwerkknoten 1 durch geeignete Differenzbildung festgestellt werden kann. Diese Messungen finden zyklisch, d. h. in vorgegebenen Zeitabständen von beispielsweise 100ms bis hin zu mehreren Sekunden oder Minuten statt. Ein erfindungsgemäß bevorzugter Zeitabstand liegt in der Größenordnung von etwa einer Sekunde, weil eine Nachricht in dieser Frequenz, d. h. mit diesem Zeitabstand, des Ethernet-Net zwerk nicht stark belastet.
Ferner ist es sinnvoll, derartige Signallaufzeitmessungen zwischen allen miteinander in Kommunikationsverbindung stehenden Netzwerkknoten 1, 2 des Kommunikationsnetzwerkes 3 durchzuführen, vorzugweise jeweils als direkte Signallaufzeit zwischen zwei Netzwerkknoten 1, 2.
Hierdurch und/oder durch eine Vorprogrammierung in der Produktion bei der ersten Inbetriebnahme des Fahrzeugs sind je- weils die typischen Signallaufzeiten zwischen allen Netzwerkknoten 1, 2 bekannt, so dass bei einer Verlängerung der Signallaufzeit von bspw. 400 ns um 200 ns auf 600 ns auf das Zwischenschalten eines Net zwerksanalysators 4 oder eines ähn¬ lichen Gerätes geschlossen werden kann.
Besonders sinnvoll ist es, eine Signallaufzeitkarte des Kom¬ munikationsnetzwerks 3 anzulegen, in der die typischen Sig¬ nallaufzeiten mit ihrer typischen Schwankungsbreite festge¬ legt sind. So ist es durch Auswertung der Änderungen ggf. möglich festzustellen, ob ein Net zwerkanalysator 4 eingeschleift wurde, eine andersartige Störung des Netzwerks vor¬ liegt oder ein Diagnosegerät zwischengeschaltet wurde. In letzterem Fall können gewisse Steuergeräte beispielsweise in einen Diagnosemodus geschaltet werden. Das Zwischenschalten von Diagnosegeräten kann beispielsweise dadurch erkannt werden, dass die Signallaufzeiten zwischen zwei bestimmten Netzwerkknoten 1, 2 um einen definierten Betrag verlängert wird. Sowohl die Netzwerkknoten 1, 2 als auch die definierte Verlängerung sind der Überwachung des Kommunikationsnetzwerks vorzugsweise bekannt. Grundsätzlich kann die Unterscheidung zwischen einem "guten" Gerät, das beispielsweise als Diagnosegerät eingesetzt wird, und einem "bösen" Gerät, das unberechtigter Weise die Kommu¬ nikationsdaten abhört, aufgrund mehrerer Prinzipien getroffen werden .
Beispielsweise kann beteiligten Netzwerkknoten eine neue veränderte Signallaufzeit beispielsweise in einer Werkstatt mit¬ geteilt werden, so dass gezielt und berechtigt vorgenommene Änderungen an dem Kommunikationsnetzwerk nicht zu Fehlalarmen führen. Weiterhin kann durch Aufrufen eines Diagnosemodus, wie er bei Steuergeräten typisch ist, die Funktion der Überwachung der Kommunikationsverbindung vorzugsweise zeitweilig deaktiviert oder der Schwellenwert verändert werden. Soll das Zwischenschalten jedoch dynamisch erfolgen, so könnte dies durch eine spezielle Kodierung kenntlich gemacht werden, beispielsweise indem das Diagnosegerät in zeitlich kurzem Wech¬ sel in das Netzwerk eingehängt, ausgehängt, einhängt, aus¬ hängt, ... (bzw. an/aus/an/aus/an ... geschaltet) wird und da¬ bei gewisse Zeiten zwischen den Umschalt zeiten eingehalten werden, ähnlich zu einem Morsecode. Durch eine spezielle Zertifizierung in den Protokollen auf höheren Schichten des OSI- Schichtenmodells kann das Diagnosegerät dann als solches ve¬ rifiziert werden. So werden typischerweise Kommunikations¬ partner auf höheren Schichten authentifiziert. Dies wird dann berücksichtigt und überprüft, wenn die Schwellenwerte über¬ schritten werden.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Überwachung eines Ethernet-basierten Kommunikationsnetzwerks (3) in einem Kraftfahrzeug durch Überwachung der Kommunikationsverbindung zwischen zwei über das Kommunikationsnetzwerk (3) verbundene Netzwerk knoten (1, 2) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Laufzeit der Signale zwischen Netz¬ werkknoten (1, 2) des Kommunikationsnetzwerks (3) bidi¬ rektional und zyklisch gemessen wird und Änderungen in der Signallaufzeit bewertet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Messung der Laufzeit der Sig¬ nale ein Netzwerkknoten (1) eine Anfrage-Nachricht (5) an den anderen Netzwerkknoten (2) aussendet, welche Anfrage-Nachricht (5) die Sendezeit (ti) enthält, und der andere Netzwerkknoten (2) die Empfangszeit (t2) proto¬ kolliert .
Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der andere Netzwerkknoten (2) die Empfangszeit (t2) der Anfrage-Nachricht (5) in einer Antwort-Nachricht (6) an den einen Netzwerkknoten (2) aussendet .
Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der andere Netzwerkknoten (2) die Sendezeit (t3) der Antwort-Nachricht (6) protokolliert und in einer Nachfolge-Antwort-Nachricht (7) an den ei¬ nen Netzwerkknoten (1) aussendet, wobei der eine Netzwerkknoten (1) die Empfangszeit (t<i) der Antwort- Nachricht (7) protokolliert .
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Sig- nallaufzeit zwischen allen Netzwerkknoten (1, 2) des Kommunikationsnetzwerks (3) gemessen wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das zeitliche Verhalten der Signallaufzeit zwischen zwei Netzwerkknoten (1, 2) analyisert und ein über einem Schwellwert liegender Anstieg der Signallaufzeit als In diz für das Zwischenschalten eines Net zwerkanalysators (4) gewertet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass Verände¬ rungen in der Signallaufzeit protokolliert werden, die beteiligten Netzwerkknoten (1, 2) deaktiviert werden, die geänderten Signallaufzeiten der Anwendung eines Netzwerkknotens (1, 2) mitgeteilt werden und/oder das Zwischenschalten eines Diagnosegeräts erkannt und ein spezieller Betriebsmodus von Netzwerkknoten (1, 2) akti viert wird .
8. Netzwerkknoten eines Kraftfahrzeugs, der über ein Ether net-basiertes Kommunikationsnetzwerk (3) mit mindestens einem anderen Netzwerkknoten (1, 2) verbindbar ist und eine Recheneinheit aufweist, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass die Recheneinheit des Netzwerkknotens (1, 2) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 eingerichtet ist.
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