JP2005518112A - 多重通信路を用いる車両能動ネットワーク - Google Patents

Abstract

車両能動ネットワーク（１２）は、車両（１０）内の装置（１４−２０）を通信可能に接続する。装置の動作は、能動ネットワークと共に装置（１４−２０）のインターフェース（２２−２８）とは、独立している。更に、能動ネットワーク（１２）のアーキテクチャは、多重ルートを用いて、１つ又は複数レベルの通信冗長性を提供する。アーキテクチャは、車両システム及び機能の総合的な一体化を行ない、プラグ・アンド・プレイ装置の統合及び拡張性を可能にする。

Description

本発明は、一般的に、自動車やトラック等の車両用通信システムの分野に関し、特に、車両内における装置の通信可能な接続に関する。
関連出願
本発明は、本発明と同じ譲受人に譲渡された以下の出願に関連する。

「予約部を有する車両能動ネットワーク」、代理人登録Ｎｏ．ＩＡ００００２、出願日２００１年８月３１日、連番０９／９４４，８９２
「データ冗長性を有する車両能動ネットワーク」、代理人登録Ｎｏ．ＩＡ００００３、出願日２００１年８月３１日、連番０９／９４３，９０８
「通信路冗長性を有する車両能動ネットワーク」、代理人登録Ｎｏ．ＩＡ００００４、出願日２００１年８月３１日、連番０９／９４３，８７０
「レガシーアーキテクチャに適応した車両能動ネットワーク」、代理人登録Ｎｏ．ＩＡ００００５、出願日２００１年８月３１日、連番０９／９４５，５８５
「耐故障性装置を有する車両能動ネットワーク」、代理人登録Ｎｏ．ＩＡ００００６、出願日２００１年８月３１日、連番０９／９４３，８８２
「リンクされた車両能動ネットワーク」、代理人登録Ｎｏ．ＩＡ００００７、出願日２００１年８月３１日、連番０９／９４４，６５３
「データ暗号化機能を有する車両能動ネットワーク」、代理人登録Ｎｏ．ＩＡ００００８、出願日２００１年８月３１日、連番０９／９４４，８８３
「車両能動ネットワーク及び装置」、代理人登録Ｎｏ．ＩＡ００００９、出願日２００１年８月３１日、連番０９／９４４，８８７
「バックボーン構造を有する車両能動ネットワーク」、代理人登録Ｎｏ．ＩＡ０００１０、出願日２００１年８月３１日、連番０９／９４３，９２１
「車両能動ネットワークトポロジ」、代理人登録Ｎｏ．ＩＡ０００１１、出願日２００１年８月３１日、連番０９／９４４，８９１
「車両能動ネットワーク用データパケット」、代理人登録Ｎｏ．ＩＡ０００１２、出願日２００１年８月３１日、連番０９／９４３，９１４

マイクロプロセッサ技術は、自動車の効率、信頼性及び安全性を大幅に改善した。処理技術が文字通り自動車を変えた幾つかの分野を挙げてみると、マイクロプロセッサ装置によって、エアバッグ、アンチロック・ブレーキ、トラクション制御、適応サスペンション及びパワートレイン制御が可能になった。これらのシステムは、当初、製造業者によって最高級の車や高性能車にのみ装備されていたが、現在では、最も手ごろな値段のエコノミー車にも共通になっており、また、標準装備にさえなっている。同様に、まもなく、電子制御用途が普及すると思われる。例えば、電子制御スロットルの実装が数多くの車両プラットホーム上で成功している。電子制御ステアリングや電子制御ブレーキ用途も遅れているとは言えない。燃料電池車を含む代替燃料車、電気自動車やハイブリッド自動車は、更に複雑な制御用途を必要とし、このため、更に高い処理能力を必要とすると思われる。

自動車は、情報技術によって同時に高度化されつつある。衛星ナビゲーションシステム、音声及びデータ通信、並びに車両遠隔測定システムは、運転者に情報を与え、乗客を楽しませ、車両性能を監視する。これらのシステムは、運転指示を与え、運転者の進路に沿って関心のある場所を識別し、遠隔的に車両の問題を診断及び／又は予測し、ドアの開錠を行ない、盗難の場合、車両を使用不能にし、又は、事故の場合、救急要員を呼び出し得る。

車両向け情報技術は、高度化の量とレベルが増大しつつあり、自動車技術者は、これらの技術を実現し、また、既存の車両システムや新興の車両システムと効率良く統合するという課題に直面している。現在の設計の基本的な考え方は、車両内における様々な制御要素、センサ、アクチュエータ等を相互接続するための１つ又は複数の車両通信バスアーキテクチャを組み込むことに重点が置かれている。これらのバス構造の設計は、第２世代車載故障診断方式（ＯＢＤ−ＩＩ）及び連邦自動車安全基準（ＦＭＶＳＳ）等の政府規制基準に準拠して規制されることが多い。これらの構造は、新しい技術を車両に適応させる能力を制限することが多い。更に、自動車の一般的な４年の設計サイクルや１０年のライフサイクルを想定すると、ある車両の技術は、その車両が市販される前でさえ著しく陳腐化することがあり、このため、そのバスアーキテクチャでは、所有者が、新しい技術をその車両に適応させることが出来なくなってしまう。これらの制限にもかかわらず、バスアーキテクチャは、車両内の電子装置やシステムをリンクするための一般的に信頼性が高く比較的高速のプラットホームを提供する。

車両システム技術と車両情報技術をリンクするために、車両内にネットワークアーキテクチャを組み込む提案がなされてきた。例えば、公告された特許協力条約（ＰＣＴ）出願Ｎｏ．ＷＯ００／７７６２０Ａ２には、イーサネットに基づくアーキテクチャが記載されており、ここでは、車両内の装置がこのネットワークに接続されている。この公報には、装置が接続されたケーブルバックボーンを含むネットワーク、及びネットワークを介して装置間の通信を制御するためのネットワークユーティリティが記載されている。注意すべき重要な点は、提案されているネットワークは、車両システムを統合しないが、その代わり、ポケットベル、携帯情報端末、ナビゲーション技術等の情報技術を車両へ付加するためのプラットホームを提供するように構成されていることである。例として、パワートレイン、サスペンション、ブレーキ及びエアバッグシステムは、車両バスを利用してデータ通信を行ない、また、これらのシステムは、公報に記載されたネットワークと独立して動作する。ブリッジやゲートウェイが、装置又はクライアントとして、車両バスをネットワークに接続するために備えられ、バスとネットワークとの間でデータを共有し得るが、このネットワークは、車両システムが必要とするデータ通信を提供しない。これらのシステムが上述したネットワークと独立して動作するようになっている理由は、これらのシステムが、上述したネットワーク構造では満たし得ない時間やシステムが決定的な影響を及ぼすデータ要件を有していないからである。更に、公報に記載されたネットワークは、ケーブルバックボーンの障害又はネットワークユーティリティの故障時等、多くの単一時点障害の影響を受ける。

従って、車両内電子技術とプラグ・アンド・プレイの拡張性を容易に効率的に高い信頼性で統合する自動車電子システムのためのアーキテクチャが必要である。

本発明に基づく自動車機能システム用のアーキテクチャは、インターネットワーク化及びコンピュータ処理の基本方針に基づく。このアーキテクチャは、車両内の装置を通信可能に接続するための車両能動ネットワークを組み込む。装置の動作は、装置の能動ネットワークとのインターフェースとは独立である。更に、能動ネットワークのアーキテクチャは、１つ又は複数レベルの通信冗長性を提供する。アーキテクチャは、車両システムと車両機能を全て統合し、プラグ・アンド・プレイの装置統合、適応性、及び拡張性を可能にする。

能動ネットワークには、複数の通信可能に接続された能動要素を含み得るが、これら能
動要素は、ネットワークユーティリティ又はアービタを用いることなく、能動ネットワークに接続される装置間の通信を可能にする。能動要素によって、車両内の装置間で多重の通信路を同時に用い得る。多重同時通信路には、能動要素間の様々な潜在的経路を含み得る。例えば、ネットワーク状態に応答する代替経路、冗長経路、又は他の通信路の経路データレートと異なるループデータレートを有するループさえも含み得る。

能動ネットワークは、パケットデータ方式に基づくことができ、また、あらゆる適切なパケットデータ伝送プロトコルを実装し得る。然るべきパケットデータプロトコルには、これらに限定しないが、伝送制御プロトコル／インターネットプロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ）、非同期転送モード（ＡＴＭ）、インフィニバンド（Ｉｎｆｉｎｉｂａｎｄ）、及びラピッドＩＯ（ＲａｐｉｄＩＯ）が含まれる。これら各プロトコルは、本発明の様々な実施形態に基づく能動ネットワークに実装された場合、能動システム診断及び故障耐性を可能にしつつ、１つ又は複数レベルの冗長通信機能で高信頼性のデータ転送を保証し得る。

能動ネットワークは、装置を通信可能に接続する能動ネットワーク要素の基本構造を組み込み得る。この基本構造は、多重同時ピアツーピア通信を可能にする。能動ネットワーク要素は、例えば、アレイトポロジ、マルチドロップトポロジ、又は非対称トポロジで配置し得る。更に、このアーキテクチャは、１つ又は複数レベルの無線通信を組み込み得る。例えば、このアーキテクチャは、ピアツーピア通信、１対多同報通信、多対多同報通信、イントラネットワーク及びインターネットワーク通信、装置対ネットワーク通信、車両対車両及び車両対遠隔局無線通信をサポートする。

本発明について、全て後述する幾つかの好適な実施形態の観点から、又、以下の図面を参照して述べるが、全ての図において、同様な参照番号を用いて同様の要素を表す。
本発明における多数の利点及び特徴は、様々な好適な実施形態の説明によって明らかになると思われる。最初に指摘したい重要な点は、車両、特に、自動車内で実現された実施形態の観点から、本発明の説明を行なうことである。本明細書中に用いる用語、車両及び自動車には、乗用車、トラック、乗合バス、トレーラ、ボート、飛行機、列車等が含まれる。従って、車両又は自動車を参照した場合、実質的に市場のあらゆる種類の運搬手段を等しく意味する。

図１は、様々な車両装置１４−２０がそれぞれのインターフェース２２−２８を介して接続される能動ネットワーク１２が含まれる車両１０を示す。これらの装置は、様々な車両機能システムやサブシステムと共に用いるセンサ、アクチュエータ及びプロセッサであってよく、また、これらのシステムは、限定するものではないが、スロットル、ブレーキ及びステアリング制御、適応サスペンション、パワーアクセサリ制御、通信、娯楽等のための電子制御アプリケーションなどを含む。

インターフェース２２−２８は、特定の装置を能動ネットワーク１２に接続するための何らかの適切なインターフェースであり、有線、光、無線又はその組み合わせであってよい。接続された装置は、特に、車両に対応した１つ又は複数の機能を提供するように構成されている。これらの装置は、センサ等のデータ生成装置、アクチュエータ等のデータ利用装置、又は処理装置でよいが、これら装置は、データの生成と利用の双方を行なう。勿論、一般的にデータ利用装置であるアクチュエータもデータ生成が可能であり、例えば、アクチュエータは、指示された状態に達したことを示すデータを生成する。あるいは、センサもデータの利用が可能であり、例えば、機能の方法に対して指示を受ける。装置によって生成される又は装置へ供給されるデータであって、能動ネットワーク１２で搬送されるデータは、装置自体の機能とは独立している。即ち、インターフェース２２−２８は、接続する装置と能動ネットワーク１２との間で装置に依存しないデータ交換を行なう。

能動ネットワーク１２は、装置間において複数の通信路３０を画成する。通信路３０は、装置１４−２０間において、多重同時ピアツーピア、１対多、多対多等の通信を可能にする。図１に示すように、太線の矢印で示す通信路３２を装置１４と装置２０との間に形成し得る。これは、装置１４と２０との間の通信に利用可能な唯一の通信路ではない。図２に示すように、経路３４も装置１４と２０を接続し得る。車両１０の動作中、装置１４と２０との間で交換されるデータは、経路３２及び３４、又は装置間の他の経路を用い得る。動作中、単一経路で、装置１４と装置２０との間の全ての単一データ通信を行なってもよく、又は、幾つかの通信路でデータ通信の幾つかの部分を行なってもよい。後続の通信には、能動ネットワーク１２のその時点での状態によって要求されるものと同じ経路又は他の経路を用い得る。このことは、装置間に単一通信路を提供するために単一経路の故障による障害を受け易いバスアーキテクチャより優れた信頼性や速度を提供する。更に、装置１４―２０の内、他の装置間での通信は、通信路３０を用いて、同時に行ない得る。

能動ネットワーク１２は、伝送制御プロトコル／インターネットプロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ）、非同期転送モード（ＡＴＭ）、インフィニバンド及びラピッドＩＯ、又は他のパケットデータプロトコルに準拠し得る。従って、能動ネットワーク１２は、適用可能なプロトコルによって規定される固定又は可変長のデータパケットを利用する。例えば、能動ネットワーク１２が非同期転送モード（ＡＴＭ）通信プロトコルを用いる場合、ＡＴＭ標準データセルが用いられる。

装置１４−２０は、個別の装置である必要はない。その代わり、これらの装置は、車両のシステム又はサブシステムであってよく、又、１つ又は複数のレガシー通信媒体、即ち、ＣＡＮ、ＬＩＮ、ＦＬＥＸＲＡＹ等のレガシーバスアーキテクチャ又は同様なバスを含み得る。このような実施形態において、それぞれのインターフェース２２−２８は、能動ネットワーク１２とレガシー装置１４−２０との間の通信を可能にするためのプロキシ又はゲートウェイとして構成し得る。他の選択肢として、図３において、車両１０の装置１８は、インターフェース３５を介し、バスアーキテクチャ３３に通信可能に接続する。次に、バスアーキテクチャ３３は、インターフェース２６を介して能動ネットワーク１２に接続する。このバスアーキテクチャは、ＣＡＮ、ＬＩＮ、ＦＬＥＸＲＡＹ又は同様なバスであってよい。

図４において、本発明の他の実施形態に基づく能動ネットワーク３６には、それぞれのインターフェース５２−５８を介して、複数の装置４４−５０を通信可能に接続する能動ネットワーク要素４０の基本構造３８が含まれる。接続媒体４２は、能動ネットワーク要素４０を相互接続する。接続媒体４２は、導線又は光ファイバ等の有界媒体、自然光もしくは無線周波数等の非有界媒体、又はそれらの組み合わせでもよい。更に、用語“能動ネットワーク要素”は、基本構造３８の定義に関連して広く用いられ、アービタ又は他のネットワーク制御装置を用いることなく、能動ネットワーク３６内において、データパケットを通信するための任意の数のインテリジェント構造を含み、又、スイッチ、インテリジェントスイッチ、ルータ、ブリッジ、ゲートウェイ等を含み得る。従って、データは、データパケットの形式で能動ネットワーク３６を経由して搬送され、能動ネットワーク要素４０によって導かれる。

能動ネットワーク要素４０と接続媒体４２の連係によって、能動ネットワーク３６に通信可能に接続する装置４４−５０間において複数の通信路が画成される。例えば、ルート６０は、装置４４から装置５０への通信路を画成する。ルート６０に沿って分断６１があり、装置４４から装置５０へのデータパケットの通信が妨げられる場合、例えば、１つ又は複数の能動ネットワーク要素が容量限界であったり、使用不能になったり、あるいは、ルート６０に沿って能動ネットワーク要素を接続している接続媒体に分断が生じた場合、
ルート６２で示す新しいルートを用い得る。ルート６２は、動的に生成するか、又は使用可能な通信路として予め定義して、装置４４と装置５０との間の通信を保証し得る。

幾つかの用途において、同期したアクティビティの提供が必要なことがあるが、これには、能動ネットワーク内において、利用可能なタイミング情報が必要である。図５は、能動要素８４の構成８２が含まれる能動ネットワークの一部８０を示す。接続媒体８６は、能動要素８４を相互接続する。能動要素８８は、根ノード又は根要素として定義される。能動ネットワークに関連して全域木アルゴリズムを用いて、能動ネットワーク内で利用可能な複数の通信路を画成し得る。複数の通信路は、初期設定時、全域木アルゴリズムによって、又は各パワーオンサイクル時、全域木アルゴリズムの実行によって、又は全域木アルゴリズムの他の周期的な実行によって画成し得る。タイミングは、根ノードである能動要素８８からのタイミングメッセージ９０の形式で、根ノード要素８８から、複数の通信路を介して、各能動要素８４へ伝え得る。根ノードから、各能動要素８４間における接続媒体８６の距離、また、これによって、このような距離におけるクロックサイクルのあらゆる遅延を知ることができ、又、従って、根ノードから、正確なタイミングを、各能動要素８４において、また同様に、能動ネットワークに接続された各装置において設定し得る。能動ネットワーク内のタイミングは、絶対値又は差分値であってよい。

差分値すなわち相対値のタイミングが、能動ネットワーク及びデータパケットの構成に基づき可能である。能動ネットワーク内のポイントツーポイント接続によって、能動ネットワークを横断する時間を正確に算出し得る。従って、パケットがスタートした能動ネットワークの地点、通過したルート、現在の地点に到着した時間に基づき、パケットが生成された時を知り得る。従って、パケットが生成された時間は、“現在”マイナスＸ時間単位であり、ここで、Ｘ時間単位は、ルートに基づく既知の時間である。タイミングのためのこのシナリオでは、中央のノード即ち根ノードは必要ではない。

ネットワーク内のタイミング情報は、例えば、クロックスキューの結果、劣化し得る。根ノードが周期的なタイミングメッセージを送信すると、タイミング情報が更新される。また、能動ネットワーク内で通信されるデータパケットは、タイミング情報を含み、個々の装置が、常時タイミング情報を更新し得る。勿論、データパケットも、タイミング情報を含み、あるアクティビティが起こる時を示したり、又は、情報の新鮮さを示したりできる。根ノード概念以外にも、能動ネットワーク内でタイミングを設定するための他の方法を用い得る。

図６は、三次元構成で配置された能動ネットワーク要素１０４の基本構造１０２が含まれる能動ネットワーク１００を示す。接続媒体１０６は、能動ネットワーク要素１０４を通信可能に接続する。接続媒体は、導線、光、無線周波数又はそれらの組み合わせであってよい。基本構造１０２の３次元構成は、本発明に基づく能動ネットワークの実質的に任意の実施形態において用いることができ、また、このような能動ネットワークの柔軟性や拡張性を実証する。

図７は、立入禁止区域６４を含むように修正した能動ネットワーク３６（図４）を示す。立入禁止区域６４は、基本構造３８の一部、即ち、立入禁止区域６４内に含まれる能動要素及び接続媒体を排他的に予約して、装置４６と装置４８との間のデータ通信を行なう。立入禁止区域６４は、充分な基本構造３８の部分を予約して、装置４６と装置４８との間に複数の使用可能な通信路、又は単一通信路を提供し得る。立入禁止区域６４は、他のあらゆるデータパケットを排除して、装置４６と装置４８との間において、データパケットを搬送するように構成し得る。他の選択肢として、立入禁止区域６４は、装置４６及び４８へ／からのデータパケットが送信の優先権を有している場合、任意の装置へ／からのデータパケットの通信に利用可能である。更に、装置４６及び４８以外の装置へ／からの
データ送信のために、立入禁止区域６４の使用方法に関して、例えば、スイッチ基本構造の障害によって立入禁止区域６４を用いる必要がある場合、又は、立入禁止区域６４を非排他的に用いても、立入禁止区域の全容量が閾値比率を超えない場合、基準を設定し得る。

立入禁止区域６４は、立入禁止区域６４に関連する装置間に通信機能を保証する。例えば、装置４６及び４８が電子ステアリング用途に関係する場合、然るべき車両機能は、この用途のためのデータが適切な装置へ送信されることを要求する。スイッチ基本構造３８内において、電子ステアリング用途に関連するデータパケットに優先権を付与して送信すると、一般的に、データパケットのタイムリな出力が充分に保証されないことがある。しかしながら、スイッチ基本構造３８の一部、即ち、立入禁止区域６４を予約すると、立入禁止区域６４内に障害が起きた場合、必要に応じてスイッチの基本構造３８全体を利用する柔軟性を保ちつつ、装置間を堅固に接続する利点が提供される。図４に示す能動ネットワーク３６に関連して説明したが、立入禁止区域６４の概念は、図１及び２に例示した実施形態に示す能動ネットワークアーキテクチャを含み、本発明によって意図した能動ネットワークアーキテクチャのいずれにでも適用し得る。更に、立入禁止区域６４は、図７において２次元で示すが、立入禁止区域６４の次元は、能動ネットワーク要素の構成の次元に対応し得る。更に、立入禁止区域６４は、車両の動作中、動的に再定義し得る。

能動ネットワーク１２及び能動ネットワーク３６の多重ルートアーキテクチャによって、データストリームの複製を介して、故障耐性及び障害診断を簡単に組み込み得る。故障耐性は、同じ通信路又は多重データルートに沿って送信された複製データパケットを用いて提供し得る。再度、能動ネットワーク３６を表す図８において、データパケットを複製して冗長経路に沿って送信する実施形態を示す。装置４６は、インターフェース５４によって基本構造３８に通信可能に接続する。スイッチ要素６６において、装置４４から受信したデータパケットを複製し、２つのデータパケットのストリーム（データストリーム）を形成する。勿論、２つを超えるデータストリームを生成可能であり、データストリームを追加すると、冗長性のレベルが追加される。データストリームは、異なる通信路を介して、装置４４から装置５０へ送信され、経路６８及び７０は、装置４６から装置５０への、スイッチ基本構造３８において形成し得る利用可能な数多いルートの内の２つである。全データパケットが同じルート上を進む必要はなく、経路６８及び７０は、単に冗長ルートの概念を示すに過ぎない。ストリームの内の１ストリームに障害や分断が発生しても、装置間のデータの送信は完全に中断されないため、２つのデータストリーム（複製されたデータパケット）が提供する冗長性性によって信頼性が高まる。更に、装置５０において、データストリームの受信を監視することによって、基本構造３８に障害が存在するか否か判断でき、また、障害を基本構造３８のある領域に隔離することができる。即ち、障害は、それぞれのデータストリームの送信が失敗した２つの経路６８及び７０の内の１つに存在することになる。更に、基本構造３８の性能は、２つのデータストリームの到着時間データに基づき測定し得る。

図９は、基本構造３８に関連して用い得る能動要素１１０を示す。能動要素１１０の機能及び適応性を示すために、複数の入力ポート１１２、出力ポート１１４、及び入出力ポート１１６及び１１８を含み示す。用途に応じて、これより多い又は少ないポートを有する能動要素１１０の様々な構成を能動ネットワークにおいて用い得る。更に、能動要素１１０は、メモリ１２２に接続するプロセッサ１２０を含み得る。プロセッサ１２０には、基本構造３８内においてデータパケットを送信するために、入力を出力に接続するための能動要素１１０を動作させる然るべき制御プログラムが含まれる。

単方向入力ポート１１２及び出力ポート１１４は、光媒体用に適合し、二重入出力ポート１１６及び１１８は、電子媒体用に適合し得る。更に、能動要素１１０には、無線周波
数（ＲＦ）送受信機１２４が含まれ、スイッチ基本構造３８内における他のスイッチ要素、及び他の能動ネットワーク、例えば、車両の近くに位置する能動ネットワークのスイッチ要素へのデータパケットのＲＦ送信を行ない得る。スイッチ要素１１０は、回路部品の組み立て品、又は、単一集積回路装置として形成し得る。

図１０は、故障耐性及び障害検出を提供する他の実施形態を示す。図８に示すように、単一インターフェース５２は、装置４４を基本構造３８へ接続する。インターフェース５２に障害が発生すると、装置４４が基本構造３８から切断される。次に、図１０において、基本構造３８等の基本構造の部位１３０には、接続媒体１３４によって通信可能に接続された複数の能動要素１３２が含まれる。装置１３６は、部位１３０に通信可能に接続する。装置１３６には、装置に一体化し、複数の入出力ポートを備える能動要素１３８が含まれる。これら複数の入出力ポートは、その３つを図１０に示すが、インターフェース１４０、１４２及び１４４に接続する。インターフェース１４０、１４２及び１４４は、それぞれ、部位１３０のスイッチ要素１４６、１４８及び１５０に接続する。このように、装置１３６は、複数の通信路を介して、基本構造の部位１３０へ通信可能に接続する。データストリームは、各通信路に沿って宛先装置へ通信し得る。これにより、装置１３６から基本構造への冗長ルートを提供することで信頼性が高められる。また、これら各複数の通信路に沿った宛先装置でのデータストリームの受信を監視することによって、障害の存在と位置及び基本構造の性能を判断し得る。

図１１において、図１０の装置１３６は、サブシステム１５２で置き換えてある。サブシステム１５２には、インターフェース１６０−１６４を介して、装置１３６内の能動要素１６６へそれぞれ接続する複数の装置１５４−１５８が含まれる。次に、能動要素１６６は、基本構造の部位１３０に接続する。能動要素１６６は、１つ又は複数の装置１６０−１６４から部位１３０にデータストリームを接続し得る。更に、データストリームは、多重通信路１４０−１４４上において部位１３０へ接続する。

図１２において、装置１７０は、冗長要素１７２及び１７４を含む。即ち、各要素１７２及び１７４は、装置１７０に必要な機能を提供するようになっている。車両に関連する機能の提供に加えて、装置１７０には、装置要素１７６及び１７８、即ち、装置１７０内に一体化された能動ネットワーク要素が含まれ、装置１７０は、更に能動ネットワークの一部も形成する。装置要素１７６及び１７８は、部位１３０の能動要素１４６及び１４８に接続する。また、装置要素１７２及び１７４は、接続媒体１８４を介して、装置１７０内の各能動要素１７６及び１７８に接続する。冗長機能、及び装置１７０の構成への冗長接続は、この配置によって提供され、装置要素１７２又は１７４のいずれかの障害、及び／又は能動要素１７６、１７８及び／又は能動要素１４６、１４８の障害によって、装置１７０が機能を損なうことがないように保証する。

図１３において、システム１８０には、装置１８２、１８４及び１８６が含まれる。各装置１８２−１８６は、同じ機能、即ち、３重の冗長性、又は別個の機能を提供し得る。また、システム１８０は、装置要素１８８−１９２を含む。装置要素１８８−１９２は、それぞれ部位１３０の能動要素１４６−１５０に接続する。また、装置要素１８８−１９２は、接続媒体１８３−１８７によって互いに接続する。こうして、３重の冗長機能及び接続が提供される。

図１４は、車両間における能動ネットワークの無線接続を示す。第１の車両２００は、能動ネットワーク２０２を含み、能動ネットワーク２０２は、複数の能動要素を含み、その内の２つを２０４及び２０６として示す。要素２０４及び２０６を含む全ての能動要素は、媒体２０８を介して通信可能に接続する。第２の車両２１０は、能動ネットワーク２１２を含み、能動ネットワーク２１２は、複数の能動要素を含み、その内の２つを２１４
及び２１６として示す。能動要素２１４及び２１６を含むこれら全ての能動要素は、媒体２１８を介して通信可能に接続する。各能動要素２０４及び２０６は、無線通信機能を含み、同様に、各能動要素２１４及び２１６は、無線通信機能を含む。例えば、能動要素２０４、２０６及び２１４、２１６は、無線周波数送受信機を組み込み、これらの装置の無線周波数送信を介した通信を可能にする。

図１３に示すように、能動要素２０４は、無線周波数送信２２０を介して、能動要素２１４と通信可能に接続され、能動要素２０６は、無線周波数送信２２２を介して、能動要素２１６と通信可能に接続する。このように、複数の車両が、能動ネットワーク内に配置された能動要素を介してリンクし得る。このように能動ネットワークをリンクすると、両方の車両の能動ネットワークを効果的に拡張し、従って、任意のリンクされた車両内の装置のリンクに利用可能な通信路の数が効果的に拡張される。自動車は、牽引するトレーラに通信可能に接続し得る。共に移動する２台の車両はリンクして、メッセージ、車両の機能データ、娯楽プログラム等を交換し得る。例えば、リンクされた車両の乗客は、一緒にコンピュータゲームをしたり、ビデオ番組を観賞したりできる。１つ又は複数の装置が故障して使用不能になった車両は、救援車両で機能している装置を用いて、両方の車両にその機能を提供することによって、リンクされた救援車両と連係して動作可能になり得る。同様に、能動ネットワークの一部の障害によって車両の装置が隔離された場合、その装置への通信は、リンクされた代用の車両を用いて再設定され、隔離された装置へ通信路を提供し得る。

能動ネットワークを形成する全ての能動要素は、無線周波数送信機能を含み得るが、能動要素の車両間リンクの場合、能動要素の車両内リンクとは反対に、リンクは、選択された能動要素に限定し得る。これらの選択された能動要素には、セキュリティ、認証、暗号化等の機能を含み得る。従って、車両内の能動要素は、実質的に能動ネットワーク内における他の任意の能動要素と無線でリンクし得るが、能動ネットワークは、特定の能動要素を介したリンクに限定し得る。更に、交換されたデータの種類や量が限定され得る。セキュリティが低く及び暗号化が不充分なリンクされた能動ネットワークの場合、リンクは、非認識車両動作データの送信に限定し得る。例えば、１対多同報通信用途において、車両のヘッドライトは、交通イベントについて対向車に合図を送るように変調し得る。この場合、合図する車両のヘッドライトは、第１の無線インターフェースで、受信車両のフォトダイオード又は同様な装置は、第２の無線インターフェースである。多くの車両は、イベントについて同じ又は同様な方法で伝えることができ、また、多くの他の車両が、伝えられた情報を受信し、こうして多対多の多重通信が確立される。

能動ネットワークをリンクする多くの用途の１つは、車両を修理施設へ戻すことなく、車両内において拡張ソフトウェアによってシステムを拡張する能力である。車両は、能動ネットワークのリンクを介して、拡張済みのソフトウェアを識別し、また、能動ネットワークへの拡張済みソフトウェアの通信を要求し得る。この処理は、車両オペレータにとっては、シームレス且つトランスペアレントであるが、他方では、セーフガードを備えると、車両オペレータは、このような拡張済みソフトウェアのこのようなあらゆる共有や実装等を許可し得る。ナビゲーション、娯楽、及び他の同様なプログラムデータは、能動ネットワークの車両間リンクを介して共有し得る。

図１５は、車両間の能動ネットワークを無線接続するための他の配置を示す。第１車両２４０には、複数の能動要素を含む能動ネットワーク２４２が含まれる。無線インターフェース２４４が能動ネットワーク２４２に接続する。第２車両２４６には、複数の能動要素を含む能動ネットワーク２４８が含まれる。また、第２車両２４６は、無線インターフェース２５０を含む。各無線インターフェース２４４及び２５０は、光又は無線周波数送受信機等の適切な送受信機を含み、また、各々処理機能及びメモリを含み得る。無線イン
ターフェース２４４及び２５０は、能動ネットワーク２４２及び２４８の無線リンクを裁定し、要求された認証、セキュリティ及び暗号化を行なう。

次に、図１６において、能動ネットワーク３６（図４）は、コアネットワーク部２６０を含むように構成されている。コアネットワーク部２６０は、複数のコア能動要素２６２を含む。コア能動要素２６２は、能動ネットワーク３６の周辺部を形成するのがコア能動要素２６２であるか他の周辺能動要素４０であるかに拘らず、他の能動要素とのみ通信可能に接続する。高速媒体２６４は、コア能動要素２６２間を相互接続する。このように、データは、第１の高データレートで、コアネットワーク部２６０を経由して転送され、能動ネットワーク３６に接続された装置へ／から、第２の低データレートで転送し得る。他の選択肢として、コア能動要素の相互接続は、多重通信リンクを用いて行なわれ、通信容量を強化する。装置は、周辺能動要素を介して、能動ネットワークに接続する。

図１７は、“太管要素”（ｆａｔ＿ｐｉｐｅ＿ｍｅｍｂｅｒ）２７０及び２７２を含むように構成された能動ネットワーク３６を示す。太管要素２７０及び２７２は、それぞれ能動要素２７４を能動要素２７６へ、能動要素２７８を能動要素２８０へ直接接続する。太管要素２７０及び２７２は、一般的にそうであるが、特定用途のために構成された高速データ搬送要素であってもよく、また、特に、ＤＶＤプレーヤのビデオ表示装置への接続等、購入後の配置拡張性を提供するように構成し得る。この点において、元々の装備の能動要素は、太管要素２７０及び２８２のより大きいデータ容量を処理し得る能動要素２７４−２８０で置き換え得る。他の選択肢として、太管要素２７０及び２７２は、元々の装備の用途に拡張性を提供し得る。例えば、基本構造３８は、車両オプションの基本レベル用に構成され、上質なオプションが、太管要素２７０及び２７２を加えることによって提供し得る。

図１８は、追加の能動要素２９０及び２９２と、能動要素２９０及び２９２を能動ネットワーク３６に接続する接続媒体２９４−３０２とで構成された能動ネットワーク３６を示す。図１８は、必要に応じて、接続媒体及び追加の能動要素を基本構造に追加することによって、本発明に基づく能動ネットワークを拡張し得る方法を示す。必要ならば、既存の能動要素は、接続媒体２９４−３０２を追加するのに充分な数のポートを有する能動要素で置き換え得る。更に、接続媒体２９４−３０２は、既存の接続媒体２９４−３０２より大きいデータ容量を有し得る。図１７及び１８に示す本発明の実施形態から、更に理解されるように、“太管”要素又は追加能動要素のいずれかを含む基本構造は、一様な構成を有する必要はなく、非対称の構成を有し得る。

図１９及び２０は、他の能動ネットワーク構成を示す。図１９において、能動ネットワーク３１０は、相互接続された能動ネットワーク要素（図示せず）のリング３１２を含む。複数の装置３１４−３２２は、それぞれインターフェース３２４−３３２によって、分岐配置でリング３１２に通信可能に接続する。更に、装置３２０及び３２２は、接続されて、通信リンク３４４によるピアツーピア通信を行なう。通信リンク３３４は、導線、光、無線周波数又はその組み合わせを含む何らかの適切な媒体で形成し得る。従って、装置３２０は、ネットワーク３１２を介して、又は直接ピア通信リンク３３４を介して、装置３２２と通信し得る。

図２０において、能動ネットワーク３４０には、相互接続された能動要素のバックボーン３４２が含まれ、複数の装置３４４−３５２が、それぞれインターフェース３５４−３６２によって、分岐配置でバックボーンに通信可能に接続する。更に、装置３４８及び３５２は、接続され、通信リンク３６４によってピアツーピア通信を行なう。通信リンク３６４は、導線、光、無線周波数又はその組み合わせを含む何らかの適切な媒体で形成し得る。従って、装置３４８は、ネットワーク３４０を介して、又は直接ピア通信リンク３６
４を介して、装置３５２と通信し得る。

図２１は、本発明の実施形態に基づく能動ネットワークと共に用い得る幾つかのデータパケット構成を示す。上述したように、能動ネットワークは、ＴＣＰ／ＩＰ、ＡＴＭ、ラピッドＩＯ、インフィニバンド及び他の適切な通信プロトコルに基づき動作するように構成し得る。これらのデータパケットには、要求される規格に準拠する構造が含まれる。データパケット４００等の代表的なデータパケットには、ヘッダ部４０２、ぺイロード部４０４及びトレーラ部４０６が含まれる。本明細書中に述べたように、能動ネットワーク及び能動ネットワークを形成する能動要素には、処理機能を含み得る。この点において、データパケット４１０には、ヘッダ部４１２、ペイロード部４１４及びトレーラ部４１６と共に、能動部４１８が含まれる。能動部によって、ネットワーク要素は、或る特定のアクションを起こすことが可能であり、例えば、能動部の内容に基づき、データパケットの代替ルートの提供、データパケットの再構成、ネットワーク要素の再構成、又は他のアクションを起こすことが可能である。データパケット４２０には、ペイロード部４２４及びトレーラ部４２６と共に、ヘッダ部４２２と一体化した能動部４２８が含まれる。データパケット４３０には、ヘッダ部４３２、ペイロード部４３４及びトレーラ部４３６が含まれる。また、能動部４３８は、ペイロード部４３４とトレーラ部４３６との間に配置して提供される。他の選択肢として、データパケット４４０によって示すように、ペイロード部４４６及びヘッダ部４４８と共に、能動部４４２は、トレーラ部４４４と一体化し得る。データパケット４５０は、第１能動部４６０及び第２能動部４５８を示し、ここで、第１能動部４６０は、ヘッダ部４５２と一体化され、第２能動部４５８は、トレーラ部４５６と一体化されている。また、データパケット４５０には、ペイロード部４５４が含まれる。当然ながら、本発明に用い得るデータパケット構成は、他にも極めて多いと考えられる。

能動ネットワーク内で送信されるデータ、特にデータパケットは、暗号化し得る。暗号化機能は、装置のインターフェース、例えば、インターフェース２２−２８（図１）によって、又は、装置が接続する能動ネットワークの能動ネットワーク要素によって、能動ネットワークに提供し得る。データは、能動ネットワーク内で通信される際、変更されないことを保証するために暗号化し得る。このことは、車両の様々な安全システムが適切に機能するために重要であり、あるいは、政府の規制に確実に準拠するために重要である。適切な公開又は秘密鍵暗号アルゴリズムを用いることが可能であり、また、データは、パケット化前に暗号化可能であり、あるいは、個々のデータパケットは、パケット化後に暗号化可能である。更に、暗号解読の際データ内の誤りを検出することによって、データパケットが利用したルートに沿う能動ネットワーク内の（データパケットの破損の原因となった）誤りや障害状態を示すことが可能である。

データパケットの能動部は、パケット状態を示し得る。例えば、能動部は、経過時間に基づき、データパケットの優先権を反映し得る。即ち、当初生成されたパケットは、正常な状態を有し得るが、様々な理由により、迅速に出力されない。データパケットは能動ネットワークを経由して送信されるに伴って劣化するため、能動部は、データパケットが生成されてからの時間、又はパケットが要求される時間を監視可能であり、それに応じてデータパケットの優先権を変更し得る。また、パケット状態は、データパケットの、又は能動ネットワークにおける１つ又は複数の要素の、いずれかの誤り状態を表し得る。また、能動部を用いて、ネットワーク内のペイロードに関連のないデータを送り、ネットワークを経由してデータパケットが通過した通信路を追跡し、能動ネットワークの能動要素に構成情報（ルート、タイミング等）を提供し、能動ネットワークに接続された１つ又は複数の装置へ機能データを提供し、あるいは、受信確認応答を提供し得る。

本発明について、多数の特徴及び機能を含み、幾つかの実施形態の観点から説明した。
全ての特徴及び機能が、本発明の各実施形態に必要ではなく、また、このように、本発明は、車両用途に対して、適応可能な故障耐性の能動ネットワークアーキテクチャを提供する。本明細書に述べた特徴は、実現可能なこれらの特徴を例示することを意図するが、しかしながら、このような特徴は、本発明の実施形態に基づいて構成されたシステムにおいて実現し得る全ての特徴を網羅するものと見なすべきではない。

本発明に基づく車両能動ネットワークの実施形態を示すブロック図。 車両能動ネットワークの多重通信路機能を示す図１の車両能動ネットワークを示すブロック図。 車両能動ネットワークの他の実施形態を示すブロック図。 本発明に基づく車両能動ネットワークの実施形態を示す図表。 ネットワーク全体を伝播するタイミング情報を示す図４の車両能動ネットワークの一部を示す図表。 三次元車両能動ネットワークの他の実施形態を示す図表。 立ち入り禁止区域を組み込む本発明に基づく車両能動ネットワークの他の実施形態を示す図表。 パケット冗長性を提供する本発明に基づく車両能動ネットワークの実施形態を示す図表。 本発明に基づく能動ネットワーク要素の実施形態を示す模式図。 車両能動ネットワークの一部を形成する装置を含む車両能動ネットワークの実施形態を示す模式図。 車両能動要素の一部を形成する装置を含む車両能動ネットワークの他の実施形態を示す模式図。 車両能動要素の一部を形成する装置を含む車両能動ネットワークの他の実施形態を示す模式図。 車両能動要素の一部を形成する装置を含む車両能動ネットワークの他の実施形態を示す模式図。 本発明の他の実施形態に基づくリンクされた能動ネットワークを示すブロック図。 本発明の他の実施形態に基づくリンクされた能動ネットワークを示すブロック図。 コア部を組み込む本発明に基づく車両能動ネットワークの他の実施形態を示す図表。 適応拡張性を示す車両能動ネットワークの他の実施形態を示す図表。 適応拡張性を示す車両能動ネットワークの他の実施形態を示す図表。 本発明の好適な実施形態に基づく車両能動ネットワーク用のトポロジを示すブロック図。 本発明の他の好適な実施形態に基づく車両能動ネットワーク用のトポロジを示すブロック図。 本発明の好適な実施形態に基づく車両能動ネットワークで用い得る構成の様々なデータパケットを示す図。

Claims (36)

1. 第１装置及び第２装置を含む運搬手段において、能動ネットワークが第１装置と第２装置を通信可能に接続し、
   該能動ネットワークは、第１装置と第２装置との間に多重通信路を提供するための複数の接続された能動ネットワーク要素を含む、
   運搬手段。
2. 請求項１に記載の運搬手段であって、
   前記能動ネットワークには、能動ネットワーク要素の基本構造が含まれ、
   第１及び第２装置は、前記基本構造に接続する、
   運搬手段。
3. 請求項１に記載の運搬手段であって、
   前記能動ネットワークには、パケットデータ網が含まれる運搬手段。
4. 請求項１に記載の運搬手段であって、
   前記能動ネットワークは、インターネットプロトコル標準に準拠する運搬手段。
5. 請求項１に記載の運搬手段であって、
   前記能動ネットワークは、非同期転送モードプロトコルに準拠する運搬手段。
6. 請求項１に記載の運搬手段であって、
   少なくとも１つの能動ネットワーク要素が、スイッチを含む運搬手段。
7. 請求項１に記載の運搬手段であって、
   少なくとも１つの能動ネットワーク要素が、ブリッジを含む運搬手段。
8. 請求項１に記載の運搬手段であって、
   少なくとも１つの能動ネットワーク要素が、ルータを含む運搬手段。
9. 請求項１に記載の運搬手段であって、
   前記能動ネットワーク要素の一部は、電子的にリンクされている運搬手段。
10. 請求項１に記載の運搬手段であって、
    前記能動ネットワーク要素の一部は、光学的にリンクされている運搬手段。
11. 請求項１に記載の運搬手段であって、
    前記能動ネットワーク要素の一部は、無線周波数によってリンクされている運搬手段。
12. 請求項１に記載の運搬手段であって、
    前記能動ネットワーク要素の一部は、有界媒体によってリンクされている運搬手段。
13. 請求項１に記載の運搬手段であって、
    前記能動ネットワーク要素の一部は、非有界媒体によってリンクされている運搬手段。
14. 請求項１に記載の運搬手段であって、
    第１装置は、前記能動ネットワークを介して通信されるデータを生成し、
    第１装置の動作は、前記データを通信するための前記能動ネットワークへの第１装置のインターフェースとは独立している、
    運搬手段。
15. 請求項１に記載の運搬手段であって、
    第２装置は、前記能動ネットワークを介して受信されたデータを利用し、
    第２装置の動作は、前記データを受信するための前記能動ネットワークへの第２装置のインターフェースとは独立している、
    運搬手段。
16. 請求項１に記載の運搬手段であって、
    前記能動ネットワーク要素は、アレイトポロジで配置される運搬手段。
17. 請求項１に記載の運搬手段であって、
    前記能動ネットワーク要素は、分岐トポロジで配置される運搬手段。
18. 請求項１に記載の運搬手段であって、
    前記能動ネットワーク要素は、非対称トポロジで配置される運搬手段。
19. 請求項１に記載の運搬手段であって、
    前記能動ネットワークは、第１装置と第２装置との間に多重同時通信路をサポートする運搬手段。
20. 運搬手段内において、前記運搬手段内の第１装置と第２装置との間でデータを通信するための能動ネットワークであって、
    第１装置と第２装置を、それぞれ前記能動ネットワークに接続するための第１装置と第２装置各々へのデータインターフェースであって、それぞれの装置の機能とは独立して、それぞれの装置からデータを受信するために又はそれぞれの装置へデータを送信するために動作する前記データインターフェースと、
    複数の通信路を介して前記インターフェースを通信可能に接続するデータ伝送媒体と、が含まれる能動ネットワーク。
21. 請求項２０に記載の能動ネットワークであって、
    前記データ伝送媒体には、複数の接続された能動ネットワーク要素が含まれる、能動ネットワーク。
22. 請求項２０に記載の能動ネットワークであって、
    前記データ伝送媒体には、接続された能動ネットワーク要素の基本構造が含まれる能動ネットワーク。
23. 請求項２０に記載の能動ネットワークであって、
    前記データ伝送媒体には、少なくとも１つのスイッチが含まれる能動ネットワーク。
24. 請求項２０に記載の能動ネットワークであって、
    前記データ伝送媒体には、少なくとも１つのブリッジが含まれる能動ネットワーク。
25. 請求項２０に記載の能動ネットワークであって、
    前記データ伝送媒体には、少なくとも１つのルータが含まれる能動ネットワーク。
26. 請求項２０に記載の能動ネットワークであって、
    前記データ伝送媒体には、パケットデータ網が含まれる能動ネットワーク。
27. 請求項２０に記載の能動ネットワークであって、
    前記データ伝送媒体は、インターネットプロトコル標準に準拠する能動ネットワーク。
28. 請求項２０に記載の能動ネットワークであって、
    前記データ伝送媒体は、非同期転送モードプロトコルに準拠する能動ネットワーク。
29. 請求項２０に記載の能動ネットワークであって、
    前記データ伝送媒体には、アレイトポロジで配置された複数の能動ネットワーク要素が含まれる能動ネットワーク。
30. 請求項２０に記載の能動ネットワークであって、
    前記データ伝送媒体には、分岐トポロジで配置された複数の能動ネットワーク要素が含まれる能動ネットワーク。
31. 請求項２０に記載の能動ネットワークであって、
    前記データ伝送媒体には、非対称トポロジで配置された複数の能動ネットワーク要素が含まれる能動ネットワーク。
32. 請求項２０に記載の能動ネットワークであって、
    前記データ伝送媒体は、第１装置と第２装置との間に多重同時通信路をサポートする能動ネットワーク。
33. 運搬手段において、前記運搬手段内の第１装置と第２装置との間でデータを通信する方法であって、
    データ伝送媒体を用いて、前記装置を通信可能に接続する段階であって、前記データ伝送媒体が、第１装置と第２装置との間で、複数の可能な通信路を画成する前記段階と、
    第１装置と第２装置の相互接続に利用可能な複数の潜在的な通信路の中から、１つの通信路を前記データ伝送媒体内で識別する段階と、
    前記通信路を用いて、第１装置と第２装置との間で前記データを伝送する段階と、
    が含まれる方法。
34. 請求項３３に記載の方法であって、
    前記データ伝送媒体には、基本構造が含まれ、
    前記通信路を識別する段階には、前記基本構造内から通信路を識別する段階が含まれる、
    方法。
35. 請求項３３に記載の方法であって、
    前記データ伝送媒体内で通信路を識別する段階には、前記データ伝送媒体内で多重通信路を識別する段階が含まれる方法。
36. 請求項３５に記載の方法であって、
    前記通信路を用いて第１装置と第２装置との間で前記データを伝送する段階には、前記多重通信路を用いて、前記データを同時伝送する段階が含まれる方法。
    

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