JP2017524309A - スイッチユニット、イーサネットネットワーク及びイーサネットネットワークにおけるコンポーネントを活動化させるための方法 - Google Patents

スイッチユニット、イーサネットネットワーク及びイーサネットネットワークにおけるコンポーネントを活動化させるための方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、イーサネットネットワーク(1)のためのスイッチユニット(10)に関し、このスイッチユニットは、スイッチ(14)とマイクロプロセッサ(15)とを含み、スイッチ(14)は、少なくとも3つのポート(PA〜PD)を有し、ポート(PA〜PD)は、スイッチユニット(10)の入出力側(EA/A〜EA/D)に接続されている。ポート(PA〜PD)と、スイッチユニット(10)の入出力側(EA/A〜EA/D)との間に、バスアクティビティの検出及び開始のためのそれぞれ1つの信号検出器/発生器(16)が配置されており、スイッチユニット(10)は、さらにメモリユニット(17)を有し、メモリユニット(17)内には、各入出力側(EA/A〜EA/D)に対して、スイッチユニット(10)の他の入出力側(EA/A〜EA/D)に対する割り当て規則が格納されており、スイッチユニット(10)は、1つの信号検出器/発生器(16)におけるバスアクティビティの検出時に、当該入出力側(EA/A〜EA/D)に割り当てられる入出力側(EA/A〜EA/D)をメモリユニット(17)から読み出し、対応する信号検出器/発生器(16)を起動するように構成されており、それによって対応する信号検出器/発生器は、自身でその入出力側(EA/A〜EA/D)においてバスアクティビティを生成する。本発明は、さらにそのようなスイッチユニット(10)を備えたイーサネットネットワーク(1)及びコンポーネントを活動化させるための方法に関する。

Description

本発明は、スイッチユニット、そのようなスイッチユニットを備えたイーサネットネットワーク、及び、そのようなイーサネットネットワークにおけるコンポーネントを活動化させるための方法に関する。
イーサネットネットワークは、以前からデータ技術分野で公知であり、最近では自動車でのそれらの使用について検討されている。例えばCANやFlexRayなどの従来の車両用ネットワークに対するイーサネットネットワークの利点は、それらが非常に簡単に部分ネットワークの動作を可能にすることにあり、そのため不要な制御機器はスイッチオフされるか、又はスリープ状態におくことができる。このことは、相応の電気エネルギーの節約も可能にさせる。
独国特許出願公開第102010008818号明細書(DE102010008818A1)からは、自動車用ネットワークシステムの一時的に非活動化状態の少なくとも1つのネットワークコンポーネントを活動化させるための方法が公知であり、ここではネットワークシステムの中央ネットワーク装置は、ネットワークシステム内のパスを介してネットワークコンポーネントと信号技術方式で接続している。このパスは、少なくとも部分的にネットワークシステムのネットワークセグメントを介して配線されており、ここでのネットワークセグメントは、ネットワークコンポーネントと、該ネットワークコンポーネントに対応付けられた第1の活動化装置とを分岐させることなく、パス内に配置されたスイッチ装置と、前記ネットワークコンポーネントに対応付けられた第2の活動化装置とに信号技術方式で接続している。中央ネットワーク装置は、スイッチ装置を用いてネットワーク機能制御信号の送信により、第1の活動化装置に応答する。この場合ネットワークシステムは、好ましくはイーサネットネットワークである。この種の中央方式の解決手段の欠点は、その時の中央コンポーネントの故障が、ネットワーク全体の故障につながることである。
独国特許出願公開第102012207858号明細書(DE102012207858A1)からは、車両用ネットワークにおける車両の非活動化状態の制御装置を活動化させるための方法が公知であり、ここでは車両用ネットワークのノードを形成する車両の制御機器が、相互に通信可能であり、相互に通信関係がある車両の制御機器の活動化すべきグループが、活動化すべきサブネットワークに統合されている。各ノードは、ネットワークインタフェースを介して直接応答可能な隣接するノードに対する少なくとも1つのネットワークインタフェースと、サブネットワーク管理部とを有している。サブネットワーク管理部は、どのネットワークインタフェースを介して車両用ネットワークのノードがどのサブネットワークと通信可能であるかを示し、1つのノードが、サブネットワーク管理部におけるサブネットワークの制御機器のための活動化障害の存在のもとで識別され、そのネットワークインタフェースを介して、当該ノードが活動化すべきサブネットワークと通信可能であり、ノードは引き続き、識別されたネットワークインタフェースを介して活動化命令を隣接するノードへ伝送する。その後、この隣接するノードは活動化命令の送信によって活動化され、これはノードが活動化命令の送信前に非活動化されない限り続く。この通信構造の種類は、ステップバイステップ起動とも称され得る。いずれにせよこの方法は、起動すべき制御機器又はスイッチ装置の数に応じて速度が低下するという欠点を有する。従って、通常は、対話式電気システムは、車両内において目立った遅延なしで反応すべきである。しかしながら、既に、直接接続される2つの制御機器間の接続構築は、200msまでかかる可能性がある。
この時間的問題の可能な解決策には、グローバルな起動がある。この目的のために、スイッチユニット(又はスイッチ装置)は、(通信が確立される前に)リンク上で活動(アクティビティ)が識別されると直ちに他の全てのリンクもすぐに起動させることを考慮したハードウェアを有している。このことは、制御機器が通信需要を有すると直ちに(すなわち約200ms後には)車両内の全てのリンクがほぼ同時に立ち上がることに結びつく。全ての制御機器が起動され、そして、全部の制御機器までは本来必要ないことが確定されると直ちに、それらの制御機器は、そこまでに確立された通信に合わせてシャットダウンされ、スイッチオフ可能になる。そしてこのシャットダウンは、例えばネットワーク管理プロトコルを介して行うことが可能である。但し、このことは、エネルギー的観点から見れば最適とは言えない。
独国特許出願公開第102010008818号明細書 独国特許出願公開第102012207858号明細書
本発明が基礎とする技術的課題は、スリープ状態にある制御機器及び/又はスイッチの省エネでかつ迅速な起動を可能にするような、スイッチユニット及びイーサネットネットワークを提供すること、並びに、イーサネットネットワークにおけるコンポーネントを活動化させるための方法を使用できるようにすることである。
上記技術的課題は、請求項1の特徴を有するスイッチユニット、請求項5の特徴を有するイーサネットネットワーク、及び、請求項9の特徴を有するイーサネットネットワークにおけるコンポーネントを活動化させるための方法によって解決される。本発明のさらに好ましい実施形態は、従属請求項から明らかになる。
イーサネットネットワークのためのスイッチユニットは、スイッチとマイクロプロセッサとを含み、スイッチは、少なくとも3つのポートを有し、これらのポートは、スイッチユニットの入出力側に接続されている。これらのポートとスイッチユニットの入出力側との間には、バスアクティビティの検出及び開始のためのそれぞれ1つの信号検出器/発生器が配置されている。さらにスイッチユニットは、メモリユニットを有し、このメモリユニット内には、各入出力側に対して、スイッチユニットの他の入出力側に対する割り当て規則が格納されており、スイッチユニットは、信号検出器/発生器におけるバスアクティビティの検出時にこの入出力側に割り当てられる入出力側を、メモリユニットから読み出し、対応する信号検出器/発生器を起動するように構成されており、それによってこの信号検出器/発生器が自身でその入出力側にバスアクティビティを生成する。この利点は、信号検出器/発生器の起動が、2つの制御機器の間、2つのスイッチユニットの間、又は制御機器とスイッチユニットとの間の本来の通信接続の構築よりも著しく迅速なことである。それ故スイッチユニットは、既に、通信接続が完全に構築される前に、次に必要なコンポーネント(制御機器又はスイッチユニット)を起動させる。このことは、ステップバイステップ起動に比べ著しい時間的利益をもたらす。
一実施形態では、スイッチユニットは、メモリユニットがマイクロプロセッサによってコンフィグレーションされ得るように構成されている。これによりスイッチユニットは、非活動化の前に、どのコンポーネントが、コンポーネントのアクティビティに基づいて活動化されるべきかをそのつど新たに確定する。このことは、データ接続の構築の際の高い柔軟性を可能にさせる。
さらなる実施形態では、信号検出器/発生器及びメモリユニットが恒久的に給電され、それによって起動過程が非常に迅速に行われる。
それに対してスイッチ及びマイクロプロセッサには、少なくとも信号に依存して信号検出器/発生器に接続されるように構成された電圧調整器が割り当てられている。この電圧調整器は、この場合待機電圧から動作電圧に昇圧させるように構成されていてもよい。しかしながら電圧調整器は、動作電圧をオンオフするスイッチであってもよい。
イーサネットネットワークは、制御機器及び/又はさらなるスイッチユニットと接続される前述した種類の少なくとも1つのスイッチユニットを含む。
この場合、全てのスイッチユニットが、それぞれ割り当て規則が格納されているメモリユニットを備える構成を想定することも可能である。しかしながらまた、ネットワークコンフィグレーションに応じて、個々のスイッチユニットが、そのようなメモリユニットを備えないで、例えば通信信号の供給を待つか、あるいはもちろん全ての接続された制御機器及び/又はスイッチユニットを起動させることも可能である。その場合には1つのスイッチユニットが、メモリユニットにもかかわらず、所定の動作モードにおいて、例えば確立すべきデータ接続の時間的余裕がない理由から全ての接続された制御機器及び/又はスイッチユニットを起動させることも想定することができる。
さらなる実施形態では、スイッチユニットは、さらなる動作モードにおいて、ステップバイステップ起動を実施するように構成されている。このことは、例えば完全に新しいデータ接続が確立されるべき場合、又はメモリユニットの1つが正しくコンフィグレーションされていない場合に有意である。但しこの場合はネットワークにおける遅延の目立つ結果になり得る。
イーサネットネットワークにおけるコンポーネントを活動化させるための方法は、データ接続を構築する制御機器のバスアクティビティに基づき、メモリユニットを備えた少なくとも1つのスイッチユニットにおいて、バスアクティビティを、スイッチユニットにおける信号検出器/発生器を用いて検出し、割り当てられた入出力側において1つのアクティビティを生成する方法ステップを含んでおり、それによってそこに接続されている制御機器及び/又はスイッチユニットが起動され、好ましくはそれに平行してマイクロプロセッサが立ち上がる。
このイーサネットネットワークは、好ましくは車両用ネットワークであるが、しかしながら任意の他の環境においても使用することが可能である。
以下では本発明を、好ましい実施形態に基づいて詳細に説明する。
ステップバイステップ起動部(従来技術)を備えたイーサネットネットワークの一部の概略的ブロック図。 本発明によるスイッチユニットを備えたイーサネットネットワークの一部の概略的ブロック図。
図1には、イーサネットネットワーク1の一部が示されており、このイーサネットネットワーク1は、スイッチユニット10を介して相互に接続されている第1の制御機器Aと第2の制御機器B’とを有し、この場合スイッチユニット10における破線は、それらがさらなる制御機器及び/又はスイッチユニットに接続可能であることを示すべきものである。制御機器Aには、スイッチ又はセンサ2が割り当てられており、この場合センサ信号又はスイッチの操作が検出されると、アクチュエータ3が、制御機器B’によって活動化される。
ここでは全ての制御機器A,B’及び全てのスイッチユニット10は、スリープ状態にあるものとする。そのため、センサ2又はスイッチによって最初に制御機器Aが起動する。制御機器Aが起動した後では、この制御機器Aは、第1のステップS1において、通信信号を接続されたスイッチユニット10に送信し、制御機器Bとのデータ接続構築の希望を伝える。スイッチユニット10は、ここで制御機器B’のアドレス上で、上位にあるスイッチユニット10がデータ接続のために必要になることを識別し、当該スイッチユニット10に対して第2のステップS2において、さらなる通信信号をこのスイッチユニット10に送信し、該スイッチユニット10は、その後第3のステップS3において、通信信号をさらなるスイッチユニット10に伝送し、最終的にさらなるステップS4において、スイッチユニットが通信信号によって制御機器B’を起動するまで続けられる。その後制御機器B’は、アクチュエータ3を活動化させ得る。各ステップS1〜S4が、約200msかかるものとするならば、制御機器AからB’へのデータ接続には、約800msを要する。この起動は、ステップバイステップ起動とも称される。
図2には、再び制御機器Aとスイッチユニット10とを備えたイーサネットネットワーク1の一部が示されており、ここでは図示のスイッチユニット10は、さらなるコンポーネントB,C及びDと接続されており、B,C及びDは、制御機器又はスイッチユニット10であってもよい。
スイッチユニット10は、恒久的に給電される部分11と、その電圧がスイッチ13を介してオンオフされ得る部分12とを有している。第2の部分12は、4つのポートPA〜PDを有するスイッチ14及びマイクロプロセッサ15を含む。第1の部分11は、バスアクティビティを検出して開始するための4つの信号検出器/発生器16を有している。この信号検出器/発生器16は、例えば、接続されているバス線路上の状態変化に反応し、自身で有効な信号を生成することができるトランシーバからなっている。さらにこの第1の部分11は、例えば不揮発性RAMとして構成されているメモリユニット17、及び、OR論理回路18を有している。このユニット16は、ポートPA〜PDと、スイッチユニット10の入出力側EA/A〜EA/Dとの間に位置している。ここでは、入出力側との記載から、接続が双方向であること、つまり入出力側を介して送信及び受信が可能であることが明らかになるであろう。メモリユニット17には、割り当て規則が格納されており、この割り当て規則からは、どのネットワーク加入者と、個々のネットワーク加入者が、データ接続の構築を望んでいるのか、又は、どの加入者を介してデータ接続を構築しなければならないのかが明らかとなる。そのため、例えば制御機器Aは、データ接続のためにコンポーネントB及びDを必要としていることなどが示される。それに応じてコンポーネントBは、例えばコンポーネントC等を要する。
制御機器Aは、マイクロプロセッサ20、イーサネット物理層回路21及び信号検出器/発生器22を含み、この信号検出器/発生器22はスイッチユニット10の信号検出器/発生器16に類似して構成されている。さらに制御機器Aは、スイッチング可能な電圧調整器23を有している。イーサネット物理層回路21は、この場合マイクロプロセッサ20のデジタル信号のイーサネットバス信号への符号化及び復号化に用いられる。
ここでは、制御機器A、スイッチユニット10及びコンポーネントB〜Dは非活動化状態であるものとする。その後センサ2が信号を検出すると、このセンサ2は、電圧調整器23をスイッチオンにする信号を生成する。同時に、信号検出器/発生器22が駆動制御され、この信号検出器/発生器22はその状態を変更し、検出可能な信号を伝送する。信号検出器/発生器22の駆動制御と平行してマイクロプロセッサ20が立ち上がる。マイクロプロセッサ20がまだ立ち上がる前に、入出力側EA/Aに割り当てられている信号検出器/発生器16が、信号検出器/発生器22の状態変化を検出すると、Aに対応する列がメモリユニット17から読み出される。この読み出し過程を介して、相応に信号検出器/発生器16は、それに従ってそれらの状態を変更する入出力側EA/B〜EA/Dに応答し、このことはコンポーネントB及びDによって、それらの信号検出器/発生器を介して検出される。メモリユニット17の読み出しと平行してOR論理回路18を介して、スイッチ13が活動化され、マイクロプロセッサ15及びスイッチ14が立ち上げられる。ここで制御機器Aがその通信を開始した場合には、スイッチユニット10及びコンポーネントB及びDは既に活動化され、それによって制御機器Aと目標コンポーネント(B及びD、又はB乃至Dのどちらか一方と接続されたさらなるコンポーネント)との間のデータ接続がより迅速に構築可能となる。
メモリユニット17内の割り当て規則は静的なものであってもよいし、矢印で示されているようにマイクロプロセッサ15によってコンフィグレーション可能なものであってもよい。その場合にこのシステムも自己学習的に構成可能であり、それによって例えば起動はしたが実際には不要である制御機器は、そのことをフィードバックし、それに応じてマトリックスから消去される。
誤作動により、起動すべきコンポーネントがマトリックス内に存在しない場合には、データ接続がステップバイステップ起動を介して構築され、ここではその後、欠けているコンポーネントがマトリックス内にプロットされ得る。
制御機器Aが起動されるべき場合には、スイッチユニット10内の対応する信号検出器/発生器16が駆動制御される。その後この状態変化は、信号検出器/発生器22によって検出され、このことは図2に破線で示されている。その後この信号検出器/発生器22は、電圧調整器23をスイッチオンする。

Claims (10)

  1. イーサネットネットワーク(1)のためのスイッチユニット(10)であって、
    スイッチ(14)とマイクロプロセッサ(15)とを含み、
    前記スイッチ(14)は、少なくとも3つのポート(PA〜PD)を有し、
    前記ポート(PA〜PD)は、前記スイッチユニット(10)の入出力側(EA/A〜EA/D)に接続されている、スイッチユニットにおいて、
    前記ポート(PA〜PD)と、前記スイッチユニット(10)の前記入出力側(EA/A〜EA/D)との間に、バスアクティビティの検出及び開始のためのそれぞれ1つの信号検出器/発生器(16)が配置されており、
    前記スイッチユニット(10)は、さらにメモリユニット(17)を有し、
    前記メモリユニット(17)内には、各入出力側(EA/A〜EA/D)に対して、前記スイッチユニット(10)の他の入出力側(EA/A〜EA/D)に対する割り当て規則が格納されており、
    前記スイッチユニット(10)は、1つの信号検出器/発生器(16)におけるバスアクティビティの検出時に、当該入出力側(EA/A〜EA/D)に割り当てられる入出力側(EA/A〜EA/D)を前記メモリユニット(17)から読み出し、対応する信号検出器/発生器(16)を起動するように構成されており、
    それによって前記対応する信号検出器/発生器は、自身でその入出力側においてバスアクティビティを生成することを特徴とするスイッチユニット。
  2. 前記スイッチユニット(10)は、前記メモリユニット(17)が前記マイクロプロセッサ(15)によってコンフィグレーションされるように構成されている、請求項1に記載のスイッチユニット。
  3. 前記信号検出器/発生器(16)及び前記メモリユニット(17)は、恒久的に給電される、請求項1又は2に記載のスイッチユニット。
  4. 前記スイッチ(14)及び前記マイクロプロセッサ(15)に、少なくとも信号に依存して前記信号検出器/発生器(16)に接続されるように構成されたスイッチ(13)が割り当てられている、請求項1乃至3のいずれか1項に記載のスイッチユニット。
  5. 少なくとも1つのスイッチユニット(10)を備えたイーサネットネットワーク(1)であって、前記少なくとも1つのスイッチユニット(10)は、制御機器(A)及び/又はさらなるスイッチユニットと接続されている、イーサネットネットワークにおいて、
    前記少なくとも1つのスイッチユニット(10)は、スイッチ(14)とマイクロプロセッサ(15)とを含み、
    前記スイッチ(14)は、少なくとも3つのポート(PA〜PD)を有し、
    前記ポート(PA〜PD)は、前記スイッチユニット(10)の入出力側(EA/A〜EA/D)に接続されており、
    前記ポート(PA〜PD)と、前記スイッチユニット(10)の前記入出力側(EA/A〜EA/D)との間に、バスアクティビティの検出のためのそれぞれ1つの信号検出器/発生器(16)が配置されており、
    前記スイッチユニット(10)は、さらにメモリユニット(17)を有し、
    前記メモリユニット(17)内には、各入出力側(EA/A〜EA/D)に対して、前記スイッチユニット(10)の他の入出力側(EA/A〜EA/D)に対する割り当て規則が格納されており、
    前記スイッチユニット(10)は、1つの信号検出器/発生器(16)におけるバスアクティビティの検出時に、当該入出力側(EA/A〜EA/D)に割り当てられる入出力側(EA/A〜EA/D)を前記メモリユニット(17)から読み出し、対応する信号検出器/発生器(16)を起動するように構成されており、
    それによって前記対応する信号検出器/発生器は、自身でその入出力側(EA/A〜EA/D)においてバスアクティビティを生成することを特徴とする、イーサネットネットワーク。
  6. 前記イーサネットネットワーク(1)の全てのスイッチユニット(10)は、割り当て規則が格納されている前記メモリユニット(17)を備えて構成されている、請求項5に記載のイーサネットネットワーク。
  7. 少なくとも1つの前記スイッチユニット(10)は、所定の動作モードにおいて、当該スイッチユニット(10)に接続されている全ての制御機器及び/又はスイッチユニットを起動させるように構成されている、請求項5又は6に記載のイーサネットネットワーク。
  8. 前記スイッチユニット(10)は、さらなる動作モードにおいて、ステップバイステップ起動を実施するように構成されている、請求項5乃至7のいずれか1項に記載のイーサネットネットワーク。
  9. 請求項5に記載のイーサネットネットワーク(1)におけるコンポーネントを活動化させるための方法において、
    データ接続を構築する制御機器(A)のバスアクティビティに基づき、少なくとも1つのスイッチユニット(10)において、前記バスアクティビティを、前記スイッチユニット(10)における信号検出器/発生器(16)を用いて検出し、
    割り当てられた入出力側(EA/A〜EA/D)において1つのバスアクティビティを生成し、
    それによって、そこに接続されている制御機器及び/又はスイッチユニットが起動されることを特徴とする方法。
  10. 起動過程に平行してマイクロプロセッサ(15)が立ち上がる、請求項9記載の方法。
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