JP2021141406A

JP2021141406A - 中継器

Info

Publication number: JP2021141406A
Application number: JP2020036776A
Authority: JP
Inventors: 元大酒井; Motohiro Sakai
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2020-03-04
Filing date: 2020-03-04
Publication date: 2021-09-16
Anticipated expiration: 2040-03-04
Also published as: DE102021104833A1; JP7336074B2

Abstract

【課題】再送停止のタイミングを制御して中継器の負荷を低減する。【解決手段】第１バスを通じて第１制御装置が接続されるとともに、第２バスを通じて第２制御装置が接続され、前記第１バスと前記第２バスとの間の中継を行う中継器は、前記第１制御装置から前記第２制御装置への通信について、前記第２制御装置から正常な応答信号が得られない通信失敗状態にあり、かつ前記第２バスにおける通信負荷が所定の負荷割合以下である状態が所定時間以上継続した場合に、前記第２バスの通信ステータスを変更（ステップＳＴ２０３）する。【選択図】図３

Description

本発明は、ネットワークシステムにおいて通信の中継を行う中継器に関する。

特許文献１に、外部機器に接続されて該外部機器から外部情報を取得するとともに、通信回線に接続されて該通信回線を介してＣＡＮプロトコルに規定される通信データに基づく情報通信を行う通信装置が記載されている。この通信装置は、前記外部機器から取得する外部情報に基づいて前記通信回線を介しての情報通信の要否を判断する通信要否判断部と、前記通信要否判断部による情報通信の要否の判断が「要」であること及び通信エラーが検出されることを条件に情報通信を一定期間停止してその一定期間が経過した後に情報通信を再開する一方、前記通信要否判断部による情報通信の要否の判断が「否」であることを条件に予め定めた送信再開条件が成立するまで通信データの送信を停止する通信制御部とを備えるとされている。

特許第５９５８９７５号公報

従来の技術においては、早期のタイミングで再送が停止されず、中継器の負荷を低減することが難しいと考えられる。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、再送停止のタイミングを制御して中継器の負荷を低減することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１バスを通じて第１制御装置が接続されるとともに、第２バスを通じて第２制御装置が接続され、前記第１バスと前記第２バスとの間の中継を行う中継器は、前記第１制御装置から前記第２制御装置への通信について、前記第２制御装置から正常な応答信号が得られない通信失敗状態にあり、かつ前記第２バスにおける通信負荷が所定の負荷割合以下である状態が所定時間以上継続した場合に、前記第２バスの通信ステータスを変更する。

本発明によれば、再送停止のタイミングを制御して中継器の負荷を低減することができる。

中継器とバスとの間で行われる通信を示す第１のシーケンス図である。中継器とバスとの間で行われる通信を示す第２のシーケンス図である。中継器とバスとの間で行われる通信を示す第３のシーケンス図である。中継器とバスとの間で行われる通信を示す第４のシーケンス図である。中継器と制御装置の接続関係を示す回路図である。中継器により行われる処理の流れを示すフローチャートである。中継器と制御装置の接続関係を示す別の回路図である。

以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。

［第１実施形態］
自動車には一般に、複数のＥＣＵ（Electronic Control Unit, 電子制御装置）が搭載されている。これらのＥＣＵが接続されてなる車載ネットワークには、複数のＥＣＵ間の通信を取り持つ中継器が設けられている。この中継器は、セントラルゲートウェイ（Central Gateway）とも呼ばれる。

ＥＣＵ及び中継器は、ハードウェア構成として、プロセッサと記憶装置と通信ポートとを有している。

中継器は、必要なバスに必要なメッセージを転送するため、自身に接続される各バスの判定を行ってその判定結果を保持している。バスの判定結果の初期値は「無」である。中継器は、あるバスを通して所定のメッセージすなわち判定対象メッセージを受信したときに、当該バスの判定結果を「有」へ更新する。判定結果「有」とは、当該バスに少なくとも１つのＥＣＵが接続されていることを意味する。中継器は、あらかじめ定められたルール（転送テーブル）を有しており、そのルールに従って、判定結果が「有」であるバスにのみメッセージを転送する一方、判定結果が「無」のバスにはメッセージの転送を行わない。

図１及び図２を参照しながら、バスの判定について具体的に説明する。中継器ＣＧＷには、第１バスＢ１を通して第１電子制御装置ＥＣＵ１が接続され、第２バスＢ２を通して第２電子制御装置ＥＣＵ２が接続される。第２バスＢ２の判定結果の初期値は前述のとおり「無」である。

第１バスＢ１には、第１電子制御装置ＥＣＵ１以外の電子制御装置（不図示）も接続される。第１バスＢ１と、第１バスＢ１に接続される全ての電子制御装置とが、車載ネットワークの第１の系統を構成する。また、第２バスＢ２には、第２電子制御装置ＥＣＵ２以外の電子制御装置（不図示）も接続される。第２バスＢ２と、第２バスＢ２に接続される全ての電子制御装置とが、車載ネットワークの第２の系統を構成する。第１の系統における通信プロトコルと、第２の系統における通信プロトコルとは同じであってもよいし、異なっていてもよい。中継器ＣＧＷはこのような系統間の通信の中継を行う。

まずステップＳＴ１０１にて、中継器ＣＧＷは第１電子制御装置ＥＣＵ１から第１バスＢ１を通じて、第２バスＢ２への転送対象であるメッセージＡを受信する。この時点で第２バスＢ２の判定結果が「無」であることから、中継器ＣＧＷがメッセージＡを第２バスＢ２へ転送するステップＳＴ１０２は行われない。

ステップＳＴ１０３では、中継器ＣＧＷは、第２電子制御装置ＥＣＵ２から第２バスＢ２を通じて、第１バスＢ１への転送対象であるメッセージＢを受信する。この時点で第１バスＢ１の判定結果は「有」であるとする。

メッセージＢを受信した中継器ＣＧＷは、ステップＳＴ１０４において、第２バスＢ２の判定結果を「有」へ変更する。さらに、同ステップにおいて中継器ＣＧＷは、第１バスＢ１の判定結果が「有」であることから、メッセージＢを第１バスＢ１に転送する。

ステップＳＴ１０５にて、第１電子制御装置ＥＣＵ１はメッセージＡの送信を新規に行う。すなわち、中継器ＣＧＷは、第１電子制御装置ＥＣＵ１から第１バスＢ１を通じて、第２バスＢ２への転送対象であるメッセージＡを受信する。

第２バスＢ２の判定結果が「有」であることから、ステップＳＴ１０６にて、中継器ＣＧＷはメッセージＡを第２バスＢ２に転送する。このメッセージＡは、ステップＳＴ１０５にて第１電子制御装置ＥＣＵ１から新規に送信されたメッセージである。

ここで、ステップＳＴ１０６にてメッセージＡの第２バスＢ２への転送が正常に完了しなかった場合、中継器ＣＧＷは、メッセージＡの転送が正常に完了するまでメッセージＡの転送処理を繰り返し行う。この状態を、中継器における再送状態と呼ぶ。メッセージＡの転送が正常に完了しない理由として、第２バスＢ２に接続されるはずの、第２電子制御装置ＥＣＵ２を含むすべての電子制御装置（ＥＣＵ）が取り外されていること、第２バスＢ２に断線が生じていること等が挙げられる。取り外される可能性のある電子制御装置の例として、カーナビゲーション用のＥＣＵが挙げられる。

再送処理が自動で停止されることはなく、中継器ＣＧＷにおける再送状態はメッセージＡの転送が正常に完了するまで継続する。中継器の再送状態においては、通常の状態に比べて中継器の処理負荷が増すことから、中継器において他のメッセージの転送遅延等の問題が起きる懸念がある。

そこで、あるタイミングで再送状態を停止させる実施形態について図３を参照しながら説明する。前述のとおり、ステップＳＴ１０５にて、中継器ＣＧＷは、第１電子制御装置ＥＣＵ１から第１バスＢ１を通じて、第２バスＢ２への転送対象であるメッセージＡを受信する。第２バスＢ２の判定結果が「有」であるため、中継器ＣＧＷは、メッセージＡを第２バスＢ２に転送しようとするが、何らかの理由で転送が正常に完了しなかったとする。つまり、第２制御装置から正常な応答信号が得られない通信失敗状態にある。そのため、ステップＳＴ２０１に示すように、メッセージＡの再送が繰り返され、中継器ＣＧＷは再送状態となる。

ステップＳＴ２０２において、再送状態にある中継器ＣＧＷは、第２バスＢ２のバス負荷（単位：％）を定期的に算出する。バス負荷については後述する。本ステップにて算出される複数のバス負荷はいずれも０％である。中継器ＣＧＷは、第２バスＢ２のバス負荷が０％である状態が所定時間（例えば１０秒）にわたって継続していると認識する。

ステップＳＴ２０３において、中継器ＣＧＷは、第２バスＢ２の通信途絶を検出し、第２バスＢ２の判定結果を「有」から「無」へ変更する。これ以降、メッセージＡの転送が行われることはない。すなわち中継器ＣＧＷの再送状態が終了する。

バス負荷について説明する。中継器ＣＧＷは、自身に接続される各バスのバス負荷を定期的（例えば１秒おき）に計算する。バス負荷とは、次式に示すように、あるバスにおいて単位時間（例えば１秒）あたりの送受信可能なデータ容量に対する、単位時間あたりの実際に送受信したデータ量の割合である。
バス負荷［％］＝１００×（単位時間あたりの実際に送受信したデータ量［ｂｙｔｅ］）／（単位時間あたりの送受信可能な全データ量［ｂｙｔｅ］）

図４に示すように、ステップＳＴ１０５における通信は正常に終了するため、バスＢ１のバス負荷Ｒ_１は正の値として算出される。その一方で、ステップＳ２０１（再送状態）においては、第２バスＢ２への転送が正常に完了しない。すなわち、実際に送受信したデータ量は０であるため、第２バスＢ２のバス負荷Ｒ_２は０％と算出される。

バス負荷が０％であるということは、当該バスにおいて単位時間内にデータの正常な送受信が全く行われなかったことを意味する。

以上のように、中継器はバス負荷を算出する。転送処理が繰り返される再送状態においては、当該バスのバス負荷は０％と算出される。中継器は、バス負荷が０％である状態が所定時間にわたって継続する場合、当該バスの判定結果を「無」へ更新する。中継器は、前述のとおり、判定結果が「無」であるバスにはメッセージ転送を行わないため、再送状態の継続時間を前記所定時間にまで抑え、中継器の転送処理負荷が低減する。本実施形態は、バス負荷を算出するという点において、受信エラーをカウントする従来の技術とは異なる。

バス負荷を監視することによって、不要な通信を監視することが可能となる。バス負荷に基づいてバス判定結果を変更することで、不要な通信を転送しないようにすることができる。その結果、中継器の処理負荷が低減し、他の転送処理を円滑に行うことができるようになる。

バス負荷が所定の負荷割合以下である状態が所定時間にわたって継続した場合に、当該バスの判定結果を「無」へ変更してもよい。

なお、転送処理が停止されたバスを通じて中継器がメッセージを受信すると、当該バスの判定結果が「有」に更新され、転送が再開される。

［第２実施形態］
図５を参照しながら第２実施形態を説明する。図２と同様、中継器ＣＧＷには、第１バスＢ１を通じて第１電子制御装置ＥＣＵ１が接続され、第２バスＢ２を通じて第２電子制御装置ＥＣＵ２が接続される。一例として、第１電子制御装置ＥＣＵ１はカーナビゲーション用の制御装置であり、第２電子制御装置ＥＣＵ２は車載カメラ用の制御装置である。加えて、第１バスＢ１上の節点Ｎ１と第２バスＢ２上の節点Ｎ２とを中継器ＣＧＷを介さずに接続する第３バスＢ３が設けられ、この第３バスＢ３上に第３電子制御装置ＥＣＵ３（例えば、車両のメータ制御装置）が設けられている。

第１電子制御装置ＥＣＵ１及び第２電子制御装置ＥＣＵ２は、中継器ＣＧＷを介して通信を行う。このような２つの電子制御装置間で通信途絶が発生した場合、第１電子制御装置ＥＣＵ１及び第２電子制御装置ＥＣＵ２に加え、中継器ＣＧＷもその通信途絶を検出する。中継器ＣＧＷは、あるバスを通して所定信号を所定時間にわたって受信できない場合に当該バスの通信途絶を検出する。中継器ＣＧＷは、通信途絶を検出すると、その通信途絶を表す故障コード（Diagnostic Trouble Code, ＤＴＣ）を中継器ＣＧＷ内のメモリに保存する。

第１電子制御装置ＥＣＵ１と中継器ＣＧＷとの間の通信は、第３電子制御装置ＥＣＵ３を介さずに行われる。同様に、第２電子制御装置ＥＣＵ２と中継器ＣＧＷとの間の通信も、第３電子制御装置ＥＣＵ３を介さずに行われる。第１電子制御装置ＥＣＵ１と第２電子制御装置ＥＣＵ２との通信は、中継器ＣＧＷを介してのみ行われる。第３電子制御装置ＥＣＵ３に中継機能はない。

第３電子制御装置ＥＣＵ３は、中継器ＣＧＷを介さず、第１電子制御装置ＥＣＵ１及び第２電子制御装置ＥＣＵ２との直接的な通信を行うことができる。第３電子制御装置ＥＣＵ３は、第１電子制御装置ＥＣＵ１との通信途絶を検出した場合、その通信途絶を意味する通知を、第２節点Ｎ２及び第２バスＢ２を通じて中継器ＣＧＷへ送る。また、中継器ＣＧＷと第１電子制御装置ＥＣＵ１との通信途絶が生じた場合、その通信途絶は、上記通知の有無とは無関係に、中継器ＣＧＷによっても直接的に検出される。

図６に、中継器ＣＧＷにおいて行われる処理の流れを示す。まず、ステップＳ３０１において、中継器ＣＧＷの起動が行われる。

ステップＳＴ３０２にて、中継器ＣＧＷは、自身が予め内部メモリに保存している（前述の転送テーブル内の）ＣＡＮメッセージと一致するＣＡＮメッセージを、第１バスＢ１を通じて受信する。

一般に、各通信メッセージには、送り元と送り先がセットとなったＩＤ（バス判定用ＩＤ）が指示値や検出値とともに含まれている。バス判定用ＩＤを用いることでメッセージの送り元を判別してバス判定を行う。ステップＳＴ３０３において、中継器ＣＧＷは、第１バスＢ１の判定用のＣＡＮＩＤを受信したかどうかを判定する。具体的に述べると、中継器ＣＧＷは、ステップＳＴ３０２にて受信したＣＡＮメッセージをどのバスから受信したかという点と、そのＣＡＮメッセージのＣＡＮＩＤとを確認する。中継器ＣＧＷはさらに、受信バス情報とＣＡＮＩＤが前述の転送テーブルと一定しているかどうかを確認する。本ステップの判定結果が肯定的なものであればステップＳＴ３０４に進み、さもなければステップＳＴ３０２に戻る。

ステップＳＴ３０４において、中継器ＣＧＷは、第１バスＢ１の判定結果を「有」に更新する。

ステップＳＴ３０５において、第１バスＢ１の判定結果が「無」に変更されるまで、中継器ＣＧＷは、第１バスＢ１への転送を行う状態となる。また、第１バスＢ１への転送が正常に完了しなかった場合は、正常に完了するまで中継器ＣＧＷは再送を繰り返す。また、中継器ＣＧＷは、バス負荷が閾値を越えた場合に関連データを中継器ＣＧＷの内部メモリに保存する機能（セキュリティ機能）を有しており、判定結果が「有」であるバスのみ当該機能が有効である。

同じくステップＳＴ３０５において、中継器ＣＧＷは、バス負荷の算出を開始する。バス負荷の算出は以降、定期的に行われる。

ステップＳＴ３０６では、中継器ＣＧＷは、第３電子制御装置ＥＣＵ３から通信途絶を意味する通知を受け取ったかどうかを判断する。上記通知を受け取ったと判断されればステップＳＴ３０７に進み、さもなければステップＳＴ３０５に戻る。

ステップＳＴ３０７において、中継器ＣＧＷは、第１電子制御装置ＥＣＵ１との通信途絶を検出したかどうかを判断する。通信途絶が検出されたと判断されればステップＳＴ３０８に進み、さもなければステップＳＴ３０５に戻る。

ステップＳＴ３０８において、中継器ＣＧＷは、ステップＳＴ３０５にて開始されたバス負荷算出の結果から、バス負荷が０％である状態が一定時間にわたって継続しているかどうかを判断する。判断結果が肯定的なものであればステップＳＴ３０９に進み、さもなければステップＳＴ３０５に戻る。第１電子制御装置ＥＣＵ１との通信途絶が生じている場合、第１バスＢ１のバス負荷が０％である状態が一定時間にわたって継続するため、ステップＳＴ３０８の判断結果は肯定的なものとなる。

なお、ステップＳＴ３０６とステップＳＴ３０７とステップＳＴ３０８とは、任意の順に行うことができる。

ステップＳＴ３０９において、中継器ＣＧＷは、第１バスＢ１の判定結果を「有」から「無」へ更新する。ステップＳＴ３１０にて再送状態が停止する。

このように、中継器ＣＧＷは、ステップＳＴ３０６〜ＳＴ３０８の判定結果がいずれも肯定的なものであった場合に、ステップＳＴ３０９にて第１バスＢ１の判定結果を「無」へ更新する。それ以降、第１バスＢ１への不要なメッセージ転送（再送）を実施せず、再送状態が停止される。なお、再送停止後、中継器が、上述の通りリストと一致するＣＡＮメッセージを受信すると、当該バスへの転送が再開される。

［他の実施形態］
第１電子制御装置ＥＣＵ１と第２電子制御装置ＥＣＵ２との組み合わせによっては、第１電子制御装置ＥＣＵ１との通信が途絶した場合に、第２電子制御装置ＥＣＵ２は、通信異常を示す故障コード（ＤＴＣ）を保存しない。中継器ＣＧＷも第１電子制御装置ＥＣＵ１との通信異常を示す故障コードを保存しない。

このような構成においては、ステップＳＴ３０７を行わなくてもよい。つまり、中継器ＣＧＷが検知するバス負荷（ステップＳＴ３０８）と第３電子制御装置ＥＣＵ３からの通知（ステップＳＴ３０６）を以って、ステップＳＴ３０９にて判定結果を「無」へ更新することができる。

これにより、第１電子制御装置ＥＣＵ１自体は正常であっても、節点Ｎ１と第３電子制御装置ＥＣＵ３との間の通信線にのみ断線が生じたときには、判定結果が誤って「無」へ更新されることはない。ステップＳＴ３０８の判定結果が否定的なものとなるからである。そのため、第１電子制御装置ＥＣＵ１との間のメッセージ通信が誤って終了してしまうことはない。

あるいは、第１電子制御装置ＥＣＵ１自体が正常であって、かつ節点Ｎ１と中継器ＣＧＷとの通信線に断線（通信途絶）が生じたときに、中継器ＣＧＷは第１バスＢ１への転送を停止することがない。ステップＳＴ３０６の判定結果が否定的なものとなるからである。そのため、一時的な通信エラーによる「無」判定と通信復帰後の「有」再判定を繰り返すことによるメッセージのロス（転送漏れ）を防ぐことができる。また、判定結果は不揮発性メモリに保存されるため、メモリアクセス回数の増大によるメモリ破壊と中継器の処理負荷の増大を防ぐことができる。

メッセージのロス（転送漏れ）が発生する例として以下に３つの例を挙げる。
（１）バス１の判定結果が「無」に更新されると、次に判定対象メッセージを受信するまで、「無」の状態が継続する。判定対象メッセージの周期が仮に１０００ｍｓｅｃだった場合、その間に受信した、バス１への転送対象メッセージは転送されない。
（２）バス判定結果を「無」から「有」へ変更するかどうかを判定して実際に変更する場合、ある程度の処理時間を要する。この処理中もバス判定結果は「無」であるため、その間に受信した転送対象メッセージは転送されない。
（３）スリープモード（省電力モード）にある中継器ＣＧＷが１つ目の判定対象メッセージを受信した場合、そのメッセージによって中継器ＣＧＷがスリープモードから通常モードへと切り替わるだけにとどまる場合がある。すなわち、２つ目の判定対象メッセージを受信して初めて中継器ＣＧＷの判定ロジックが動作する場合がある。このような場合、２つ目の判定対象メッセージ受信までに中継器ＣＧＷが受信した転送対象メッセージは転送されない。

さらに、第３電子制御装置ＥＣＵ３からの通知の有無により、中継器単独では不可能な異常箇所の特定が可能となる。すなわち、第３電子制御装置ＥＣＵ３からの通知のみがある場合、第３電子制御装置と節点Ｎ１との間に異常箇所があると判断できる。第３電子制御装置ＥＣＵ３からの通知がなければ、中継器ＣＧＷと節点Ｎ１との間に異常箇所があると判断できる。

バスの判定結果を当該バスの通信ステータスと呼ぶこともできる。バス負荷を通信負荷と呼ぶこともできる。

図５においては、第１バスＢ１上に節点Ｎ１を設け、この節点Ｎ１を通して第１電子制御装置ＥＣＵ１と第３電子制御装置ＥＣＵ３とが接続されることを示した。しかし、図７に示すように、第１電子制御装置ＥＣＵ１と中継器ＣＧＷとを節点のないバスＢ１ａを通して接続することができる。そして、第１電子制御装置と節点Ｎ２とを直接、接続するバスＢ３ａを設けて、そのバスＢ３ａ上に第３電子制御装置ＥＣＵ３を設けてもよい。

以上の実施形態は、自動車に搭載されるネットワークのほか、鉄道車両、飛行機、冷蔵庫に搭載されるネットワークにも適用可能である。

以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。

ＣＧＷ中継器
ＥＣＵ１〜ＥＣＵ３電子制御装置
Ｂ１〜Ｂ３バス

Claims

第１バスを通じて第１制御装置が接続されるとともに、第２バスを通じて第２制御装置が接続され、前記第１バスと前記第２バスとの間の中継を行う中継器であって、
前記第１制御装置から前記第２制御装置への通信について、前記第２制御装置から正常な応答信号が得られない通信失敗状態にあり、かつ前記第２バスにおける通信負荷が所定の負荷割合以下である状態が所定時間以上継続した場合に、前記第２バスの通信ステータスを変更する中継器。
前記第２バスにおける通信負荷を、前記第２バスを通じて単位時間あたりに送受信可能なデータ容量に対する、前記第２バスを通じて単位時間あたりに実際に送受信されたデータ量の割合に基づいて決定し、
前記第２バスにおける通信負荷が０％のときに、前記第２バスの通信ステータスを「無」へ変更する請求項１に記載の中継器。
第１バスを通じて第１制御装置が接続されるとともに、第２バスを通じて第２制御装置が接続され、前記第１バスと前記第２バスとの間の中継を行う中継器であって、
前記第１制御装置と前記第２制御装置を接続する第３バスが設けられ、前記第３バス上に第３制御装置が設けられ、
前記第１バスにおける通信負荷が所定の負荷割合以下であり、
かつ前記第３制御装置が前記第１制御装置との通信が途絶した状態を検出した場合に、
前記第１バスの通信ステータスを「無」へ変更する中継器。