JP2020120352A

JP2020120352A - 車載用通信システム

Info

Publication number: JP2020120352A
Application number: JP2019012329A
Authority: JP
Inventors: 慶悟川原; Keigo Kawahara
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-01-28
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2020-08-06
Anticipated expiration: 2039-01-28
Also published as: JP7044081B2

Abstract

【課題】スイッチングハブにおけるメッセージ喪失を抑制しつつコストを低減した車載用通信システムを提供する。【解決手段】車載用通信システムは、スイッチングハブと、スイッチングハブに接続され、互いに通信可能な複数のＥＣＵとを備える。複数のＥＣＵの各々は、他のＥＣＵに送信するメッセージを生成するメッセージ生成部と、他のＥＣＵと通信を行う通信部と、通信部による通信を制御し、また、メッセージを送信するタイミングを決定する通信制御部とを含み、通信制御部は、所定の調停期間内に、メッセージの優先度を特定する情報であるメッセージ情報を生成し、他のＥＣＵの各々に送信し、他のＥＣＵの各々から当該他のＥＣＵのメッセージ情報を受信し、これらのメッセージ情報に基づいて、他のＥＣＵと共通の規則に従って、メッセージを送信するタイミングを、調停期間後の所定の通信期間内で、少なくとも一部が互いに重複しないように決定する。【選択図】図３

Description

本発明は、車両等に搭載される通信システムに関する。

車両には、複数のＥＣＵ（Electronic Control Unit）と呼ばれる車載機器と、ＥＣＵが接続された中継装置とを備える通信システムが搭載されている。通信システムにおいてＥＣＵは、中継装置を介して互いに通信を行う。このような通信システムにおいて、一例として、イーサネット（登録商標）規格を採用し、中継装置としてスイッチングハブを用いることができる。

スイッチングハブにおいては、受信したメッセージをいったんバッファに記憶し、メッセージの優先度等に応じて決定した順序で、メッセージを送信することが行われる。非特許文献１は、メッセージの送信順序を決定する一方式である重み付けラウンドロビン方式の評価手法を開示している。

"Improved Formal Worst-Case Timing Analysis of Weighted Round Robin Scheduling for Ethernet", Published in: 2013 1nternational Conference on Hardware/Software Codesign and System Synthesis(CODES+ISSS), Publisher: IEEE, Electronic ISBN:978-1-4799-1417-3, NSPEC Accession Number: 13895801.

スイッチングハブは、バッファに記憶したメッセージを順次送信先のＥＣＵに送信し、送信済みのメッセージをバッファから消去するが、同時に多くのメッセージを受信すると、バッファのサイズが不足して、受信したメッセージを全て記憶できず、メッセージを喪失するおそれがある。そのため、メッセージの喪失を防ぐためには、バッファのサイズを十分に大きくする必要がある。しかし、バッファのサイズを大きくすると、スイッチングハブのコストが高くなる。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、スイッチングハブにおけるメッセージ喪失を抑制しつつコストを低減した車載用通信システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一局面は、スイッチングハブと、スイッチングハブに接続され、互いに通信可能な複数のＥＣＵとを備える、車載用通信システムであって、複数のＥＣＵの各々は、他のＥＣＵのいずれかに送信するメッセージを生成するメッセージ生成部と、他のＥＣＵと通信を行う通信部と、通信部による他のＥＣＵとの通信を制御し、また、メッセージを送信するタイミングを決定する通信制御部とを含み、通信制御部は、所定の調停期間内に、メッセージの優先度を特定する情報であるメッセージ情報を生成し、他のＥＣＵの各々に自ＥＣＵのメッセージ情報を送信し、他のＥＣＵの各々から当該他のＥＣＵのメッセージ情報を受信し、自ＥＣＵおよび他のＥＣＵのメッセージ情報に基づいて、他のＥＣＵと共通の規則に従って、メッセージを送信するタイミングを、調停期間後の所定の通信期間内で、少なくとも一部が互いに重複しないように決定する、車載用通信システムである。

以上のように、本発明によれば、スイッチングハブにおけるメッセージ喪失を抑制しつつコストを低減した車載用通信システムを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る通信システムの構成図本発明の一実施形態に係るＥＣＵの機能ブロック図本発明の一実施形態に係る処理を示すフローチャート

本発明に係る通信システムは、スイッチングハブに接続された複数のＥＣＵが、各メッセージの送信タイミングを、少なくとも一部が互いに重複しないように決定する。これにより、スイッチングハブが備える、送信未完了のメッセージを一時的に記憶するバッファに要求されるサイズを低減することができる。

（実施形態）
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

＜構成＞
図１に、本実施形態に係る通信システム１の構成の一部を示す。通信システム１は、一例として車両に搭載される。通信システム１は、一例としてイーサネット（登録商標）規格を採用した有線通信システムであり、ＥＣＵ１１〜１６と、スイッチングハブ２０とを含む。ＥＣＵの個数は、図１では６個としたが、限定されない。ＥＣＵ１１〜１６はそれぞれ、スイッチングハブ２０と接続されており、スイッチングハブ２０経由で互いにメッセージの送受信を行うことができる。スイッチングハブ２０は、ＥＣＵ１１〜１６のそれぞれからメッセージを受信すると、これを内蔵のバッファに記憶する。スイッチングハブ２０は、メッセージに含まれる送信先を特定する情報を参照して送信先のＥＣＵを特定し、メッセージを特定したＥＣＵに送信する。バッファは送信未完了のメッセージの一時記憶用に用いられ、スイッチングハブ２０は、メッセージの送信が完了するとバッファからそのメッセージを削除する。

図２は、ＥＣＵ１１〜１６の構成を示す機能ブロック図である。ＥＣＵ１１〜１６は、同等の構成を有し、いずれも、メッセージ生成部１０１、通信制御部１０２、メッセージバッファ１０３、メッセージ情報テーブル１０４、通信部１０５を備える。

メッセージ生成部１０１は、他のＥＣＵに送信するメッセージを生成する。メッセージ生成部１０１は、例えば１つ以上のアプリケーションを実行する実行部であり、メッセージはアプリケーションの実行結果として生成される。

通信制御部１０２は、メッセージごとに、そのメッセージの優先度を特定する情報であるメッセージ情報を生成する。メッセージバッファ１０３は、生成されたメッセージを記憶する記憶部である。通信制御部１０２は、メッセージをメッセージバッファ１０３に記憶させる。メッセージ情報テーブル１０４は、メッセージ情報を記憶する記憶部である。通信制御部１０２はメッセージ情報をメッセージ情報テーブル１０４に記憶させる。

通信部１０５は、通信制御部１０２の制御に従ってメッセージの送信および他のＥＣＵからのメッセージの受信を行う。

＜処理＞
以下に、本実施形態に係る処理の詳細を説明する。図３は、１つのＥＣＵ１１の処理を示すフローチャートである。図３を参照して、ＥＣＵ１１の処理および通信システム１全体の処理を説明する。本処理は、例えば、通信システム１の起動中、継続的に実行される。

（ステップＳ１０１）：通信制御部１０２は、他のＥＣＵ１２〜１６と時刻の同期を行う。時刻の同期は、通信部１０５を制御して例えばｇｐｔｐ、ＮＴＰ等の時刻同期プロトコルを用いた通信により実行できる。この同期処理により、ＥＣＵ１１〜１６において、後述する送信タイミングの制御を好適に行うことができる。

（ステップＳ１０２）：メッセージ生成部１０１は、他のＥＣＵに送信するメッセージを生成する。また、メッセージ生成部１０１は、メッセージの送信優先度を決定するのに利用される情報として、例えば、メッセージのデータサイズ、許容される遅延時間、優先度を表す値等を生成する。また、メッセージ生成部１０１は、通信に必要な情報として例えば送信元や送信先のＭＡＣアドレス、ＩＰアドレス等を出力する。

通信制御部１０２は、メッセージに上述の通信に必要な情報等を適宜付加して、メッセージバッファ１０３に記憶させる。

（ステップＳ１０３）：通信制御部１０２は、メッセージごとに、上述のメッセージの送信優先度を決定するのに利用される情報を含むメッセージ情報を生成してメッセージ情報テーブル１０４に記憶させる。ステップＳ１０１〜Ｓ１０３の処理は、他のＥＣＵ１２〜１６においてもそれぞれ実行される。

（ステップＳ１０４）：通信システム１においては、調停期間およびその後に続く通信期間の組が繰り返される。通信制御部１０２は、新たな調停期間が開始されると、メッセージ情報テーブル１０４を参照してメッセージ情報を取得し、通信部１０５を制御して取得したメッセージ情報を他のＥＣＵ１２〜１６に一斉送信する。すなわち、起動後Ｎ回目の調停期間またはＮ回目の通信期間（Ｎ＝１、２、３、…）において生成されたメッセージについてのメッセージ情報が（Ｎ＋１）回目の調停期間に一斉送信される。他のＥＣＵ１２〜１６も同様に自装置のメッセージ情報を一斉送信する。

（ステップＳ１０５）：通信部１０５は、他のＥＣＵ１２〜１６から順次それぞれのＥＣＵのメッセージ情報を受信する。通信制御部１０２は、受信したメッセージ情報をメッセージ情報テーブル１０４に記憶させる。他のＥＣＵ１２〜１６も同様に受信したメッセージ情報を記憶する。なお、ステップＳ１０４、Ｓ１０５においてメッセージ情報を送信する処理および他のＥＣＵ１２〜１６のいずれかからメッセージ情報を受信する処理の実行順序は限定されない。

（ステップＳ１０６）：通信制御部１０２は、次の通信期間において、メッセージ情報テーブル１０４を参照して、自装置であるＥＣＵ１１のメッセージ情報と他装置であるＥＣＵ１２〜１６のメッセージ情報とを取得して、これらに含まれるデータサイズ、許容される遅延時間、優先度を表す値等に基づき、これらのメッセージ情報に対応するメッセージの送信タイミングを次の通信期間内で、互いに重複しないよう決定する。すなわち（Ｎ＋１）回目の調停期間内に、生成および取得されたメッセージ情報に対応するメッセージの送信タイミングを（Ｎ＋１）回目の通信期間内の互いに重複しないタイミングに決定する。他のＥＣＵ１２〜１６も同様に各メッセージの送信タイミングを決定する。各ＥＣＵ１１〜１６において、送信タイミングを決定する規則は同一のものが用いられる。また各ＥＣＵ１１〜１６が記憶するメッセージ情報は、上述のステップＳ１０４、Ｓ１０５により、同一である。そのため、各ＥＣＵ１１〜１６において決定される送信タイミングは同一となる。なお、送信タイミングを決定する規則は限定されず、優先度を表す値に従って決定してもよく、許容される遅延時間の短いものを優先して決定してもよく、サイズの小さいものを優先して決定してもよく、これらを適宜重み付けして決定してもよい。

（ステップＳ１０７）：通信制御部１０２は、ステップＳ１０６で送信タイミングが決定されたメッセージをメッセージバッファ１０３から取得し、通信部１０５を制御して、決定されたタイミングにおいて、取得したメッセージを送信する。他のＥＣＵ１２〜１６も、同様に決定されたタイミングでメッセージの送信を行う。通信部１０５が他のＥＣＵ１２〜１６からメッセージを受信すると、通信制御部１０２は、受信したメッセージをアプリケーション実行部であるメッセージ生成部１０１等に通知する。また、通信制御部１０２は、送信したメッセージをメッセージバッファ１０３から消去し、送信または受信したメッセージに対応するメッセージ情報をメッセージ情報テーブル１０４から消去する。他のＥＣＵ１２〜１６も同様の処理を行う。

以降ステップＳ１０２〜Ｓ１０７の処理が繰り返される。なお、Ｎ回目の調停期間またはＮ回目の通信期間において生成されたメッセージについて、（Ｎ＋１）回目の調停期間にメッセージ情報が各ＥＣＵ１１〜１６に共有され、（Ｎ＋１）回目の通信期間において送信タイミングの決定および送信が実行されれば、ステップＳ１０２、Ｓ１０３の処理は、ステップＳ１０４〜Ｓ１０７の処理とは並列的に実行されてよい。調停期間および通信期間はそれぞれ所定の長さの期間として定めてもよく、あるいは、ステップＳ１０４およびＳ１０５の完了時に調停期間から通信期間に切り替えたり、ステップＳ１０７の完了時に通信期間から調停期間に切り替えたりしてもよい。なお、調停期間および通信期間のいずれかの期間を、所定の長さの期間として予め定めない場合は、ＥＣＵ１１〜１６は、その期間が終了したことを互いに通知し、期間の切り替えの同期精度を確保してもよい。

（効果）
以上のように、本発明に係る通信システム１は、スイッチングハブ２０に接続されたＥＣＵ１１〜１６が、送信予定のメッセージに基づいて、予め送信タイミングを決定し、決定したタイミングでメッセージを送信する。送信タイミングを、少なくとも一部が重複しないようにずらしておくことで、スイッチングハブ２０のバッファが同時に記憶すべきメッセージの数を減らすことができ、バッファサイズを低減することができる。なお、通信期間の長さや、送信タイミングのずらし方やずらし量は、ＥＣＵ１１〜１６のメッセージのデータサイズや送信頻度、スイッチングハブ２０の中継遅延や、バッファサイズの所望低減量、メッセージの衝突回避のための送信間隔等に応じて適宜設計することができる。また、送信予定のメッセージの数が少なく同時に送信してもスイッチングハブ２０のバッファが全てのメッセージを記憶できる場合は、送信タイミングを相異ならせなくてもよい。

ここで、本発明の効果の一例を説明する。ＥＣＵ１１〜１６は、いずれも、所定の期間内にサイズ１０００バイトの第１メッセージ、サイズ５００バイトの第２メッセージ、サイズ１００バイトの第３メッセージを他のＥＣＵのそれぞれに宛てて送信するものとする。この場合、１つのＥＣＵ１１からは他の５つのＥＣＵ１２〜１６宛てに合計（１０００＋５００＋１００）×５＝８０００バイトのデータが送信される。１つのＥＣＵ１１は、他の５つのＥＣＵ１２〜１６から合計８０００バイトのデータを受信することになる。

本発明とは異なり、ＥＣＵ１１〜１６が同時に連続してこれらのデータを送信する場合、スイッチングハブ２０は、ＥＣＵ１１〜１６に対応する６つのポートのそれぞれに、順次送信すべき合計８０００バイトのデータを記憶できるバッファが必要となり、スイッチングハブ２０全体で８０００×６＝４８０００バイトのバッファサイズが要求される。

これに対して、本発明の上記実施形態にしたがって、ＥＣＵ１１〜１６が、第１メッセージ、第２メッセージ、第３メッセージをそれぞれ送信するタイミングを相異ならせ、スイッチングハブ２０のＥＣＵ１１〜１６に対応する６つのポートのそれぞれに、送信未完了の２つ以上のメッセージを同時に記憶する必要がないようにすれば、それぞれのポートには、最大サイズのメッセージである第１メッセージの１０００バイトのデータを記憶できるバッファがあればよく、スイッチングハブ２０全体で１０００×６＝６０００バイトのバッファサイズで十分となる。なお、一般にメッセージ情報のサイズは、最大サイズのメッセージより十分に小さくすることができるため、メッセージ情報の送信のために要求されるバッファサイズは別途考慮しなくてもよい。このように、本発明によれば、同じ通信量であっても、スイッチングハブのバッファサイズを従来に比べて抑制しても、メッセージ喪失を抑制でき、コストを低減した通信システムを提供することができる。

本発明は、通信システムだけでなく、通信システムを構成するＥＣＵ、ＥＣＵのコンピュータが実行するメッセージ送信方法、メッセージ送信プログラムおよびこれを記憶したコンピュータ読み取り可能な非一時的記憶媒体、通信システムを備えた車両等として捉えることが可能である。また、本発明は、車両に搭載される通信システム以外の通信システムにも適用できる。

本発明は、車両等に搭載される通信システムに有用である。

１通信システム
１１、１２、１３、１４、１５、１６ＥＣＵ
２０スイッチングハブ
１０１メッセージ生成部
１０２通信制御部
１０３メッセージバッファ
１０４メッセージ情報テーブル
１０５通信部

Claims

スイッチングハブと、前記スイッチングハブに接続され、互いに通信可能な複数のＥＣＵとを備える、車載用通信システムであって、
前記複数のＥＣＵの各々は、
他のＥＣＵのいずれかに送信するメッセージを生成するメッセージ生成部と、
他のＥＣＵと通信を行う通信部と、
前記通信部による他のＥＣＵとの通信を制御し、また、前記メッセージを送信するタイミングを決定する通信制御部とを含み、
前記通信制御部は、
所定の調停期間内に、前記メッセージの優先度を特定する情報であるメッセージ情報を生成し、他のＥＣＵの各々に自ＥＣＵの前記メッセージ情報を送信し、他のＥＣＵの各々から当該他のＥＣＵの前記メッセージ情報を受信し、
自ＥＣＵおよび他のＥＣＵの前記メッセージ情報に基づいて、他のＥＣＵと共通の規則に従って、前記メッセージを送信するタイミングを、前記調停期間後の所定の通信期間内で、少なくとも一部が互いに重複しないように決定する、車載用通信システム。