JP4886420B2 - 中継接続ユニット - Google Patents

Description

本発明は車載用の中継接続ユニットに関し、詳しくは、複数の通信線路を用いて送受信されるメッセージの中継を高速に無駄なく行う中継接続ユニットに関するものである。

近年、自動車に多数の電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit)が搭載されており、その数は増加する傾向にある。各ＥＣＵは通信線路を介して互いに接続されることにより車載ＬＡＮを構築し、ＥＣＵ間でメッセージを送受信できるようにしている。さらに、各通信線路を介して送受信されるメッセージの量を削減するために、複数の通信線路を中継接続ユニットによって接続し、一本の通信線路（車載ＬＡＮの単一セグメント）に接続されるＥＣＵの数を削減することが行われている。

図１２は非特許文献１の「ＣＡＮ入門」に示されている従来の一般的な中継接続ユニット９０の構成を示す図である。図示のように、中継接続ユニット９０は、ワイヤハーネスからなる通信線路９１Ａ，９１Ｂにそれぞれ接続された車載ＬＡＮ通信手段からなるポート９２Ａ，９２Ｂと、該ポート９２Ａ，９２Ｂに接続されたＣＰＵ（演算処理部）９３と、少なくとも中継するべきメッセージの識別情報と中継先ポートの関係を示す中継情報を記録してなるメモリ９４とを備えている。

ＣＰＵ９３はポート９２Ａ，９２Ｂを介して受信したメッセージを全て受け取った後に、このメッセージに付された識別情報を前記メモリ９４に記録された前記中継情報に含まれる識別情報と順次比較し、他のポート９２Ｂ，９２Ａに中継送信するべきメッセージであるかどうかを判別する。ＣＰＵ９３が該メッセージを中継送信するべきであると判別した場合には、このメッセージをポート９２Ｂ，９２Ａに中継送信している。

ＣＡＮ入門 発行:２００３年１０月１日 発行者：ルネサステクノロジ インターネット(ＵＲＬ：http://www.renesas.com/jpn/products/mpumcu/specific/can_lin_mcu/candoc/rjj99z0001_entry_0400.pdf)

前記非特許文献１に開示された中継接続ユニット９０のように、メッセージの中継に関する前記一連の処理をＣＰＵ９３がソフトウエアによって実行する場合には、ＣＰＵ９３に高い処理能力が求められるという問題が生じる。つまり、ＣＰＵ９３によって判別を行うメッセージ量が増大すればするほど、メッセージが受信ノードに到着するまでの時間が遅延するという問題が生じる。とりわけ、近年においては車載ＬＡＮがさらに複雑になる傾向があるため、３以上の数の通信線路を中継する中継接続ユニットが必要となってきており、前記ＣＰＵ９３に取り込まれるメッセージ数が多くなることは避けられないので、それだけ中継にかかる遅延時間が長くなるという問題が生じる。

また、ＣＰＵ９３が受信メッセージを一端受け取った後に、その識別情報を用いて中継先ポート９２Ａ，９２Ｂを判別し、中継が必要な場合には中継送信を開始するので、少なくとも１つのメッセージを送信するのに必要な時間は中継送信が遅れることは避けられなかった。
そこで、中継にかかる遅延時間をできるだけ短くするために、ＣＰＵ９３が受信中のメッセージを必要とするポートに中継送信する処理を並行して行うことが望ましい。しかしながら、処理が集中するＣＰＵ９３を用いた中継では、並行処理によって中継送信のために必要な時間を短くすることは極めて難しい。

さらに、前記中継接続ユニット９０によって受信するメッセージの中には送信元のＥＣＵの誤動作によってエラーが含まれているメッセージがある。また、通信線路９１Ａ，９１Ｂ上で混入したノイズなどの影響によって正確でないものも含まれる。
このため、従来の中継接続ユニット９０において、エラーを含むメッセージを中継した場合には、中継先の通信線路における通信負荷を無駄に引き上げる問題が生じる。

本発明は前記問題に鑑みてなされたものであり、メッセージの中継を可能な限り高速に行うことができると共に、エラーが含まれる無駄なメッセージの中継をできるだけ少なくする中継接続ユニットを提供することを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明は、
メッセージの送受信を行う車載ＬＡＮ通信手段からなる複数のポートと、
前記ポートを介して受信する受信メッセージを受信した部分から順次記憶するバッファと、
中継する必要があるメッセージの識別情報と中継先ポートの関係を記録してなる中継情報記録手段と、
前記ポートを介して受信するメッセージのビットエラーを検出すると共に各ポート毎および各識別情報毎のビットエラー発生率を求める受信エラー監視手段と、
前記受信エラー監視手段によって求められた各ポート毎および各識別情報毎のビットエラー発生率を記録してなるエラー率記録手段と、
前記受信メッセージの識別情報を受信した時点で前記中継情報記録手段に記録された識別情報と比較して該識別情報に対応する中継先のポートを判別し、かつ、前記エラー率記録手段に記録された受信ポート毎および識別情報毎のビットエラー発生率によって受信メッセージの中継送信を開始する中継開始時点を定め、該中継開始時点までの間に前記受信エラー監視手段がビットエラーを検出しなかった場合に前記バッファ内に記憶されるメッセージを中継送信させる中継処理手段と、
を備えることを特徴とする中継接続ユニットを提供している。

前記中継処理手段は、前記中継開始時点までの間に前記受信エラー監視手段がビットエラーを検出した場合にメッセージの中継送信を中止する機能を備えることが好ましい。
また、前記中継処理手段は、中継送信中のメッセージにビットエラーが発生した場合に中継送信を中止する機能を備えることが好ましい。
このように、ビットエラーが発生した場合には、中継送信を中止することにより、中継先となる通信線路に無駄なメッセージを流す時間を必要最小限に抑えることができる。

本発明の中継接続ユニットでは、受信エラー監視手段がメッセージの受信ポート毎および各識別情報毎にビットエラー発生率（ビットエラー率）を求め、各ポート毎および各識別情報毎のビットエラー率をエラー率記録手段に記録する。
通常、データ通信を行う場合には、連続して所定の数以上、同じ信号が送信されないようにするための冗長項（冗長ビット）が追加されたり、パリティチェックなどの情報を定期的に混在させている。よって、前記受信エラー監視手段はこれらの冗長項を確認することにより受信メッセージにエラーが発生したことをほぼリアルタイムに検出できる。

前記中継処理手段は、前記ビットエラー率によって、受信ポート毎および識別情報毎にバッファ内のメッセージの中継送信を開始する中継開始時点を定めている。
例えば、中継処理手段は、ビットエラー発生率と遅延時間（例えば遅延するビット数）の関係を予めテーブル化した中継遅延時間設定情報を用いて、前記中継遅延ビット数のメッセージを受信する時点を中継開始時点としている。
前記中継開始時点になるまでの間に受信メッセージにビットエラーが発生した場合には、前記したように、メッセージの中継送信を中止し、メッセージを受信するポートの状況に合わせて、最適な遅延時間が経過した後に、受信中のメッセージの中継処理を開始している。

前記遅延時間とは、受信メッセージの識別情報をポートが受信して中継送信が可能となる最短の時点から中継開始が可能な時点までの遅延時間を指す。
また、前記最適な遅延時間は、中継開始時点からメッセージが正確に受信完了されたことを確認するまでの間に、ビットエラーが発生して、中継接続ユニットがエラーメッセージを中継送信する確率Ｙ（エラー発生率）を許容できる程度に低い確率、例えば９×１０^−８以下とすることができるように中継開始時点を遅らせる時間である。このエラー発生率Ｙは、ビットエラー率が１０^−Ｘであるときに、式（１）で表すことができる。
Ｙ＝Ｎ×１０^−Ｘ … 式（１）
（但し、Ｎ：中継開始時点において受信完了していない残りのビット数）

通常、各ポートに接続される通信線路（ＣＡＮバスのような有線の通信線みならず無線も含む）の環境によってはノイズなどの影響によって所定の確率でビットエラーが発生することは避けられない。
しかしながら、本発明では、前記受信エラー監視手段が各ポート毎に現状のビットエラー率を、例えば、ビットエラーが発生する時間的な間隔を逆数にして、所定の定数を乗算することにより、あるいは過去数回または過去の所定時間内に生じたビットエラーの回数を用いて求め、求めたビットエラー率を用いて前記式（１）より各ポート毎の中継開始時点を定めている。
このように、本発明では、中継処理手段が受信ポート毎にビットエラー率を求めて中継開始時点を定めることにより、可能な限り早い中継開始時点から、受信中のメッセージを並列処理によって中継送信することができる。また、中継開始時点から中継開始されたメッセージがエラーメッセージとなる確率は極めて小さくなるように、中継開始時点を調節することで、これが中継先の通信線路における通信負荷率を大きく悪化させる原因とならない。

メッセージの各識別情報毎のビットエラー率も、受信エラー監視手段が、ポート毎のビットエラー率と同様に求め、識別情報毎のビットエラー率をエラー率記録手段に記録する。中継処理手段は、このビットエラー率によって、各識別情報毎にバッファ内のメッセージの中継送信を開始する中継開始時点を定めている。

前記ポートはＣＡＮのような種々の車載ＬＡＮの規格に準拠するメッセージの送受信を行うものであり、前記バッファは送受信するメッセージをビット単位で読み書きできるように構成されたメモリであり、フリップフロップのようなビット記憶素子を集めたものであることが好ましい。
同様に、前記中継情報記録手段は高速に読み出し可能に構成されたメモリであり、前記バッファ内の識別情報を記憶した部分と高速にアクセスできるバスを有することが好ましい。さらに、中継処理手段はバッファおよび中継情報記録手段と高速にアクセスできるように構成された論理回路であることが好ましく、バッファ内の識別情報と中継情報記録手段に記録された識別情報を比較するコンパレータのような論理回路を有することが好ましい。

前記構成の中継接続ユニットによるメッセージの中継処理は、前記バッファから中継先の各ポートに順次メッセージの転送を行うだけで可能であるから、受信中のメッセージを中継送信する並行処理を容易に行うことができる。
なお、エラーが所定の確率以上であるときには、メッセージの受信を完了し、メッセージの正確さを確認した後に前記バッファ内のメッセージを中継送信させことが好ましい。

本発明では、前記バッファ内の記憶領域を複数のスロット領域に分けて管理するバッファ管理手段と、
前記各ポートが送信可能な状態であるときにバッファ管理手段を用いて前記送信可能なポートに対応するメッセージを中継送信させる送信管理手段とを備えていることが好ましい。

前記バッファ管理手段は、
前記各ポートから前記バッファに記憶させるメッセージを受信するときに、空きの生じている前記スロット領域を検索して、該スロット領域が使用中であることを示す情報を記憶した後に、該スロット領域に受信中のメッセージを逐一記憶し、また、該メッセージの識別情報を記憶し終えた時点で前記中継処理手段が定める該メッセージの中継先ポートと中継開始時点とを記憶する。
また、前記送信管理手段からメッセージの中継送信の要求を受けるときに、使用中の前記各スロット領域を順次たどって、送信可能な状態である中継先ポートに出力させるべきメッセージを記憶してなるスロット領域を検索し、該スロット領域に記憶されたメッセージを前記中継先ポートに中継送信した後に、該スロット領域内の該中継先ポートの情報を削除する。
さらに、前記スロット領域に記憶された中継先ポートが無くなった時点で該スロット領域が空きスロットであることを記憶して該スロット領域を開放するものであることが好ましい。

前記構成により、ポートを介して受信メッセージが入力されると、バッファ管理手段がバッファ内の空きスロット領域を確保し、この空きスロット領域にメッセージが記憶される。
また、識別情報を受信した時点で前記中継処理手段が該識別情報を前記中継情報記録手段に記憶される識別情報と比較して中継先ポートと中継開始時点が定められるので、これらの中継先ポートと中継開始時点を前記スロット領域に記憶する。
なお、前記中継先ポートが設定されない場合は、このメッセージの受信を中断し、バッファ管理手段が該スロット領域が空きスロットであること記憶して該スロット領域を開放する。

次いで、ポートが送信可能な状態であるときに前記スロット領域内に記憶された出力先の情報を用いて送信可能なポートに対応するメッセージを選択して、該ポートに出力する。つまり、識別情報を受信した時点で受信中のメッセージを中継することが可能である。

なお、前記スロット領域が使用中または空きであることを示す情報は、使用中の各スロット領域に次のスロット領域の位置を示す情報を記憶することにより、使用中の各スロット領域を順次連鎖させてチェーン構造に連結して管理するための情報であることが好ましい。これによって各ポートが共有する多数のスロット領域を統合して管理することが可能である。なお、フラグ情報を用いて各スロット領域の使用状況を確認できるようにすることも可能である。

本発明の中継接続ユニットは、ポート毎および識別情報毎にビットエラーを監視し、ビットエラー発生率が高いポートから受信したメッセージおよびビットエラー発生率が高い識別情報のメッセージについては、このメッセージの中継開始を、中継送信可能な最速の時点より遅らせるように、中継開始時点を定めるので、ビットエラー発生率が低いメッセージについては受信中のメッセージを並行処理によって可能な限り高速に中継送信することができる。一方、ビットエラー発生率が高いメッセージについて、受信中のメッセージを並行処理によって中継送信する場合にも、そのビットエラー発生率に合わせて適宜の遅れ時間をもたせた中継開始時点から中継送信を開始するので、ビットエラーの発生によって無駄にエラーメッセージを中継送信してしまう事態の発生を減らすことができる。

また、本発明では、エラーメッセージの処理を含むメッセージの中継処理を、動作プログラムなどのソフトウェアで制御するのではなく、簡便なハードウェアで実現できるポート、バッファ、中継情報記録手段を用いて行っている。したがって、ソフトウェアで動作するＣＰＵにより中継処理を行う従来の場合と比較して、ハードウェアで処理を実行する中継処理手段では各ポート毎に分散する各電子回路によってビット情報の入出力処理を並行してパイプライン処理することが可能であるから、ポート数の増加による処理の遅延がほとんど発生しない。また、メッセージの増加による処理の遅延が従来よりも発生しにくいので、自動車の多機能化によるノードの増加に対応することが可能となる。

以下、本発明の中継接続ユニット１の実施形態について図面を参照して説明する。
図１〜図１０は本発明の第１実施形態を説明する図であり、図１は第１実施形態に係る中継接続ユニット１を用いた車載ＬＡＮの構成を示し、図２は中継接続ユニット１の内部を概念的に示すブロック図、図３は中継接続ユニット１の内部構成を示すブロック図、図４はバッファ内のスロット領域の管理方法の一例を示す図、図５は中継情報の一例を示す図、図６，７はエラー率情報の一例を示す図、図８はビットエラー発生率（以下、ビットエラー率という）と遅延ビット数の関係を示す図、図９，１０は中継接続ユニット１を用いた中継の例を示す図である。

図１に示すように、本発明の中継接続ユニット１に通信線路３（３Ａ、３Ｂ…）を介してＥＣＵ２（２Ａ、２Ｂ…）を接続している。
ＥＣＵ２は、例えばＣＡＮの規格に準拠するメッセージｍａ，ｍｂ…の入出力手段２ａを備え、通信線路３はＣＡＮの規格に準拠するツイストペアケーブルである。各通信線路３Ａ，３Ｂ…はいれも５００ｋｐｓの通信速度でメッセージを送受信するものである。
なお、各通信線路３はＣＡＮを始めとする種々の規格に準拠する車載ＬＡＮを構成するものであってもよい。また、各通信線路３毎に異なる規格に準拠する車載ＬＡＮを構成するものであってもよい。

各通信線路３（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ）には、それぞれ一群のＥＣＵ２（２Ａ，２Ｂ…、２Ｃ，２Ｄ…、２Ｅ，２Ｆ…、２Ｇ，２Ｈ…）が接続続され、それぞれ車載ＬＡＮのセグメントＳａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ（以下、これらを単にセグメントＳａ〜Ｓｄとよぶ）を構成している。

中継接続ユニット１は複数のセグメントＳａ〜Ｓｄ間においてメッセージｍ（すなわち、前記メッセージｍａ，ｍｂ…の任意のもの）を中継することにより、互いに通信可能に構成された車載ＬＡＮ網４を形成している。
なお、各セグメントＳａ〜Ｓｄにはそれぞれ単一のＥＣＵ２が接続されて、より確実な通信を行うようにしてもよいことはいうまでもない。

図２に示すように、中継接続ユニット１は、複数の通信線路３（３Ａ〜３Ｄ）にそれぞれ接続されてメッセージｍの送受信を行うポート１０（１０ａ〜１０ｄ）と、これらポート１０に接続されてメッセージｍの中継処理を行う中継処理部１１と、この中継処理部１１を制御して中継処理を管理するＣＰＵ１２と、このＣＰＵ１２の動作プログラムおよび中継処理部１１の設定値が記録された記録手段１３とを備えている。
なお、本実施形態は前記ポート１０の数を４として、中継接続ユニット１の構成を説明するが、ポート数を限定されない。

ポート１０ａ〜１０ｄはそれぞれ通信線路３Ａ〜３Ｄを用いて形成される各セグメントＳａ〜Ｓｄにおける車載ＬＡＮの通信プロトコルに合わせたメッセージｍの送受信を可能とする車載ＬＡＮ通信手段であり、それぞれが独立して動作可能に構成されている。しかしながら、ポート１０ａ〜１０ｄは物理的に１つの車載ＬＡＮ通信手段内に設けられたものでもよい。

前記中継処理部１１はメッセージｍを中継するための論理回路が記録されたＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)などのメモリ混載ロジックＩＣからなり、必要な情報を書き込むことにより形成される複数の機能ブロック（ＩＰ：Intellectual Property）を備え、複数のメッセージｍの中継を並列処理するものである。

前記中継処理部１１は、受信途中であるメッセージｍを、その識別情報まで受信し中継先ポートが判別できた時点以降において中継先ポートに中継送信できるように構成されている。また、前記メッセージｍの中継送信を開始する中継開始時点は、メッセージｍの識別情報およびメッセージｍを受信したポートに合わせて調整することができるように構成している。
なお、以下の説明において受信途中であるメッセージｍを並列処理によって中継先ポートへ中継送信開始することをカット＆スルー方式の中継といい、メッセージｍを受信完了した時点以降においてこのメッセージｍを中継先ポートへ中継送信開始することをストア＆フォアード方式の中継という。さらに、前記カット＆スルー方式の中継を行う場合に前記中継開始時点までに受信完了していなければならないメッセージｍのビット数を遅延ビット数という。

本実施形態ではＦＰＧＡを用いて中継処理部１１を形成することにより、その汎用性を高めているが、中継処理部１１を特定用途向けＩＣ（ASIC:Appliaction Specific Integrated Circuit)などのカスタムＩＣを用いて形成し、前記機能ブロックを固定的に形成してもよい。さらに、前記ポート１０、中継処理部１１、ＣＰＵ１２、ＲＯＭ１３を１つのＩＣ内に形成してもよい。

前記ＣＰＵ１２は、例えば中継接続ユニット１の起動時（またはリセット時）に前記メモリ混載ロジックＩＣに前記機能ブロックを形成するためのデータを書き込むことによって、このメモリ混載ロジックＩＣをハードウェアによる適切な中継処理を行う中継処理部１１として機能させるものである。また、ＣＰＵ１２はポート１０による通信状況を監視したり中継処理部１１による中継を管理する。さらに、ＣＰＵ１２は前記中継処理部１１と連動することによりメッセージｍの中継を一部実施するものであってもよい。

前記記録手段１３は不揮発性を有するＲＯＭであり、このＲＯＭ１３には、前記起動時等にＣＰＵ１２によって読み出されて前記中継処理部１１内に書き込まれる、ハードウェア記述言語などで記述された機能ブロックを表すデータが、前記中継処理部１１の設定値として記録されている。
ＲＯＭ１３には、ＣＰＵ１２にポート１０による通信状況や中継処理部１１の管理を行わせるための管理プログラムＰ１，Ｐ２を記録している。しかしながら、前記機能ブロックの形成を製造時に固定的に行う場合には、ＲＯＭ１３はメモリ混載ロジックＩＣを前記中継処理部１１として機能させるためのデータを記録する必要はない。

上述のように構成された中継接続ユニット１は、前記ＣＰＵ１２が各メッセージｍの受信ポート毎および識別情報毎に前記メッセージｍの遅延ビット数（中継開始時点）を定め、各ポート１０ａ〜１０ｄに接続される３Ａ，３Ｂ…の状態に合わせた適切な中継処理開始時点からメッセージｍの中継を行うことができるように構成している。
本実施形態における初期状態では、前記カット＆スルー方式の中継により中継速度を高速にすることを優先させるように、ビットエラー率に合わせて前記遅延ビット数を最適に調整する。

ここでいう、遅延ビット数を最適とするカット＆スルー方式の中継を行う中継開始時点とは、カット＆スルー方式の中継送信を開始してから、そのメッセージｍの受信を完了するまでの間にビットエラーが発生し、中継送信を開始したメッセージｍがエラーとなる確率（以下、エラー発生率という）を所定値（例えば、１０^−９）以下にすることができる時点を示している。

図３に、中継接続ユニット１の構成を詳細に示す。
中継処理部１１は、前記ポート１０を介して受信するメッセージｍをビット単位で逐一記憶するバッファ２０と、該バッファ２０内の記憶領域を複数のスロット領域ＳＬに分けて管理するバッファ管理手段２１と、中継する必要があるメッセージｍの識別情報と中継先ポートの関係を中継情報Ｔａ（後述する）として記録してなる中継情報記録手段２２と、前記バッファ２０に蓄積されたメッセージｍの中継処理を行わせる中継処理手段２３と、各ポート１０ａ〜１０ｄ毎および識別情報毎のビットエラー率をエラー率情報Ｔｂ，Ｔｃ（後述する）として記録してなるエラー率記録手段２４とを備える。

前記ＣＰＵ１２は前記中継処理部１１の初期設定を行うプログラムＰ０と、各ポート１０ａ〜１０ｄの状態から各ポート１０ａ〜１０ｄを介して受信するメッセージｍのビットエラーＥａ〜Ｅｄを検出すると共に各ポート１０ａ〜１０ｄ毎および各識別情報ＩＤ毎のビットエラー率Ｅｃｈ，Ｅｉｄを求める受信エラー監視プログラムＰ１と、ポート１０ａ〜１０ｄが送信可能な状態であるときに前記バッファ管理手段２１を用いて送信可能なメッセージｍを中継送信させる送信管理手段を実現する送信管理プログラムＰ２とを実行するものである。

なお、これらのプログラムＰ１，Ｐ２はＣＰＵ１２によって読み出し可能なＲＯＭ１３に記録されているものであるが、ＣＰＵ１２によって実行されることにより、受信エラー監視手段および送信管理手段として機能するものである。また、これらの手段Ｐ１，Ｐ２はＣＰＵ１２によって実行されるソフトウェアのみならず、ハードウェアの機能ブロックによって構成されていてもよく、この場合には、受信エラー監視手段および送信管理手段を中継処理部１１を構成するメモリ混載ロジックＩＣ内に形成することも可能である。したがって、以下の説明においては、それぞれ受信エラー監視手段Ｐ１および送信管理手段Ｐ２と表現する。

前記バッファ２０は送受信するメッセージｍをビット単位で読み書きできるように構成されたメモリであり、フリップフロップのようなメモリセル（ビット記憶素子）を集合させてなり、少なくとも前記ポート１０の数の任意のビット情報を同時に読み書き可能に構成された機能ブロックである。しかしながら、前記ポート１０の数に合わせた数のアドレスバスを備えたＲＡＭが形成されたものであっても、時分割処理によって擬似的に複数アドレスバスを備えるように形成されたＲＡＭ、および、これらの組み合わせによって必要数のアドレスバスを備えるＲＡＭの何れであってもよい。

前記バッファ管理手段２１は、前記各ポート１０からメッセージｍを受信するときに、空きの生じている前記スロット領域ＳＬを検索して受信バッファとして用い、受信中のメッセージｍを逐一記録する一方、使用中のスロット領域ＳＬを中継先ポート１０に出力させるべきメッセージｍの送信バッファとしても用い、各ポート１０ａ〜１０ｄが求める速度でスロット領域ＳＬ内のビット情報を出力するものである。また、受信メッセージｍを識別情報まで受信して該当するスロット領域ＳＬに記録した時点で前記中継処理手段２３に識別情報受信完了信号ｒ１を出力し、中継処理手段２３から入力するメッセージの中継先ポート１０と中継開始時点とからなる中継チャンネル情報Ｃｈを該スロット領域ＳＬに記録するものである。

加えて、前記バッファ管理手段２１は、空きスロット領域ＳＬに受信メッセージｍを記憶するときに、該スロット領域ＳＬについてこれが使用中であることを示す情報を記憶し、メッセージｍの中継送信後に中継が完了した中継先ポートの情報を削除し、中継先ポートが無くなったメッセージｍのスロット領域については、これを空きスロットであるとして解放するものである。

前記中継情報記録手段２２は高速に読み出し可能に構成されたメモリであり、前記バッファ２１内の識別情報を記憶した部分と高速にアクセスできるバスを有する。

図４は前記バッファ管理手段２１によるスロット領域ＳＬの管理状態を示す図である。図４に示すように、各スロット領域ＳＬ１，ＳＬ２…には、メッセージｍ、中継チャンネル情報Ｃｈに加えて前のスロット領域の位置情報Ｂｓ、次のスロット領域の位置情報Ｎｓが記録されることにより、使用中のスロット領域ＳＬ（図４の例ではＳＬ９→ＳＬＡ→ＳＬ２→…→ＳＬｘ）が連鎖的につながるように管理されている。また、未使用である空きスロット領域ＳＬ（図４の例ではＳＬ１→ＳＬ３→ＳＬ４→…）についても同様に連鎖的につながるように管理されている。そして、これらのスロット領域ＳＬを管理するスロット領域ＳＬ０には使用中のスロット領域ＳＬの先頭の位置Ｔｓと、末尾の位置Ｌｓと、空きスロット領域ＳＬの先頭の位置Ｆｓなどが記録されている。

図５は中継情報記録手段２２に記録される中継情報Ｔａの一例を示す図である。図５に示すように、中継情報Ｔａには各メッセージｍの識別情報ＩＤに関連づけて、各中継先ポート１０ａ〜１０ｄへの中継指示Ｃｈａ〜Ｃｈｄが記録された中継チャンネル情報Ｃｈが記録されている。また、各中継指示Ｃｈａ〜Ｃｈｄには中継開始時点を示す情報が含まれている。

例えば、図５において、識別情報ＩＤが「０００１」のメッセージｍは中継先ポート１０ａ，１０ｃ，１０ｄに「中継」が指示され、識別情報ＩＤが「０００２」のメッセージｍは中継先ポート１０ａ，１０ｂ，１０ｃに「中継」が指示されている。また、前記ポート１０ｃには、何れも「受信完了後中継」が設定されており、このポート１０ｃに対しては常にストア＆フォド方式の中継送信を行うことが設定されている。一方、中継先ポート１０ａ，１０ｄに対しては最速中継すなわちカット＆スルー方式の中継を行うことが設定されている。さらに、識別情報ＩＤが「０００３」のメッセージｍはポート１０ｃだけを中継先とするように設定され、識別情報ＩＤが「０００７」のメッセージｍはポート１０ｂ，１０ｃだけを中継先とするように設定されている。

本実施例に示すように、中継情報Ｔａとして中継対象となるメッセージｍの識別情報ＩＤだけを記録する（図５の例では識別情報ＩＤが「０００４」〜「０００６」は記録していない）ことにより、中継情報記録手段２２の容量を削減することができるが、前記中継情報記録手段２２に全ての識別情報ＩＤの中継チャンネル情報Ｃｈを記録するようにしてもよい。この場合識別情報ＩＤを直接メモリアドレスとして中継チャンネル情報Ｃｈを読み取ることが可能である。

前記中継処理手段２３はバッファ２０および中継情報記録手段２３と高速にアクセスできるように構成された論理回路の機能ブロックであり、バッファ管理手段２１から識別情報受信完了信号ｒ１を受けるときに、バッファ２０内のメッセージｍの識別情報と中継情報記録手段２２内の中継情報Ｔに記録された識別情報を比較するコンパレータのような論理回路を有する。これによって、中継処理手段２３は中継情報Ｔに記録された識別情報ＩＤの中から受信したメッセージｍの識別情報を高速に検索して、これが中継対象であるかどうかを判断できるように構成されている。また、中継処理手段２３は前記中継情報Ｔａとエラー率情報Ｔｂ，Ｔｃを用いて、中継先ポート１０および各ポート１０ａ〜１０ｄにおける中継開始時点を定めるように構成されている。さらに、中継処理手段２３は受信中のメッセージｍにビットエラーＥａ〜Ｅｄが発生した場合には、このメッセージの中継処理を直ちに中止させてバッファ２０内を削除させるものである。

前記エラー率記録手段２４はビットエラーが発生したメッセージｍを受信した受信ポートおよび識別情報ＩＤと、ビットエラー率の関係を記録し、中継処理手段２３によって読み出し可能に構成されたメモリである。

図６、図７はエラー率記録手段２４に記録される前記エラー率情報Ｔｂ，Ｔｃの一例を示す図である。

図６に示すように、エラー率情報Ｔｂには各メッセージｍの識別情報ＩＤに関連づけて、ビットエラー率Ｅｉｄが記録されている。つまり、前記受信エラー監視手段Ｐ１によって監視されたビットエラーＥａ〜Ｅｄが各識別情報ＩＤ毎にまとめて記録されている。図６において、識別情報ＩＤが「０００１」および「０００２」のメッセージｍについては、ビットエラー率Ｅｉｄは、１０^−９以下である。一方、識別情報ＩＤが「０００３」のメッセージｍについては、ビットエラー率Ｅｉｄは１０^−８であり、識別情報ＩＤが「０００７」のメッセージｍについては、ビットエラー率Ｅｉｄは１０^−７である。

図７に示すように、エラー率情報Ｔｃには各メッセージｍの受信ポートＣｈに関連づけて、ビットエラー率Ｅｃｈが記録されている。つまり、前記受信エラー監視手段Ｐ１によって監視されたビットエラーＥａ〜Ｅｄが各受信ポート１０ａ〜１０ｄ毎にまとめて記録されている。図７において、受信ポート１０ａ，１０ｃ，１０ｄを介して受信するメッセージｍについては、ビットエラー率Ｅｃｈは、１０^−９以下である。一方、ポート１０ｂを介して受信するメッセージｍについては、ビットエラー率Ｅｃｈは１０^−８である。

前記受信エラー監視手段Ｐ１は、前記各ポート１０ａ〜１０ｄにおいて受信するメッセージｍに挿入されるパリティビットなどの冗長項を用いて、受信エラーが発生した場合にはこれを即時に検出してビットエラーＥａ〜Ｅｄを出力すると共に、ビットエラー率Ｅｉｄ，Ｅｃｈを識別情報ＩＤ毎および受信ポート１０ａ〜１０ｄ毎に求めて出力するものである。

なお、前記エラー率情報Ｔｂ，Ｔｃに記録されるビットエラー率Ｅｉｄ，Ｅｃｈは前記ビットエラーＥａ〜Ｅｄが発生する時間間隔を逆数にして所定の係数を乗算することにより受信エラー監視手段Ｐ１によって求めたものであり、過去にさかのぼって所定回数の平均値を求めて記録することが好ましい。なお、ビットエラーが発生していない受信ポートや識別情報のビットエラー率は最低の値（本例の場合、１０^−９）にする。しかしながら、ビットエラー率Ｅｉｄ，ＥｃｈはビットエラーＥａ〜Ｅｄの発生頻度を所定時間内で平均して求めたものであってもよい。

図８は前記ビットエラー率Ｅｃｈと遅延ビット数Ｄｂ（中継開始時点）との対応関係を示し、さらに、中継開始時点を遅延させた場合に、このメッセージｍの受信エラー発生によって中継送信を中止する事態が発生するエラー発生率Ｅｒの関係を示すものである。なお、図８に示す例では、簡略化のためにメッセージｍの長さを１００ビットとし、定常状態では１０ビット目を受信した時点でカット＆スルー方式の中継送信が開始されるとしている。つまり、そのときのビットエラー率Ｅｉｄ，Ｅｃｈが１０^−９であれば、遅延ビット数が０のカットスルーを行った場合、受信メッセージｍの残りビット数Ｎは９０となり、このメッセージｍのエラー発生率Ｅｒは前記式（１）に代入して式（２）のように求めることができる。
Ｎ×１０^−Ｘ＝９０×１０^−９＝９×１０^−８ … 式（２）

したがって、前記遅延ビット数Ｄｂは、中継時にビットエラー率Ｅｉｄ，Ｅｃｈの受信メッセージｍを受信しながら中継送信した場合に、このメッセージｍのエラー発生率が、前記式（２）に示す値（９×１０^−８）以下になるように、残りビット数Ｎを調整することができる数である。なお、エラー発生率が一定値にならないのは、量子誤差によるものである。また、前記遅延ビット数Ｄｂは受信メッセージｍのビットエラーを検出可能な最小ビット数に合わせて丸めた数であってもよい。

次に、前記構成からなる中継接続ユニット１の動作を図９，１０を用いて説明する。
図９，１０に示す例では、時点ｔ０においてポート１０ｂを介してデータＤ１を含むメッセージｍを受信開始した例を示している。
ポート１０ｂは通信線路３Ｂからメッセージｍを受信すると、前記バッファ管理手段２１は前記空きスロット領域ＳＬの中から１つを確保してこれを使用中として登録する。つまり、図４に示す使用中スロット領域ＳＬの連鎖に加えるように、前記前のスロット領域の位置情報Ｂｓ、次のスロット領域の位置情報Ｎｓを記憶し、前記スロット領域ＳＬ０中の各情報Ｔｓ，Ｌｓ，Ｆｓを必要に応じて調整する。

次いで、受信メッセージｍの識別情報ＩＤ（図９，１０の例の場合は「０００１」）を受信完了した時点ｔ１において、バッファ管理手段２１は識別情報受信完了信号ｒ１を中継処理手段２３に出力し、中継処理手段２３は該スロット領域ＳＬ内の識別情報ＩＤと図５に示す中継情報Ｔ内から検索し、その中継チャンネル情報Ｃｈを取得する。
また、前記エラー率情報Ｔｂ，Ｔｃを参照し、受信ポート１０ｂおよび識別情報ＩＤに対応するビットエラー率Ｅｃｈ，Ｅｉｄのうち悪い方を用いて遅延ビット数Ｄｂを求める。この場合、識別情報ＩＤのビットエラー率は１０^−９以下であるが、受信ポート１０ｂのビットエラー率は１０^−８であるから、遅延ビット数Ｄｂは３４ビットである。

したがって、中継処理手段２３はこの時点ｔ１から遅延時間Δｔ１の間待機して、さらに３４ビット分の受信メッセージｍをビットエラー無く受信できることを確認してから、前記中継チャンネル情報Ｃｈをバッファ管理手段２１に出力する。つまり、前記遅延時間Δｔ１が経過した中継開始時点ｔ２において、バッファ管理手段２１は該スロット領域ＳＬ内の中継チャンネル情報Ｃｈを記録することができる。

一方、前記送信管理手段Ｐ２はポート１０ａ〜１０ｄの状態を監視し、これらが送信可能な状態であるときに送信要求信号Ｒｓａ〜Ｒｓｄを出力するものであるから、中継管理手段２３が「最速中継」を設定している中継先ポート１０ａ，１０ｄについては、スロット領域ＳＬ内に前記中継チャンネル情報Ｃｈが記録されるとすぐに送信が開始される。
このように、中継先ポート１０ａ，１０ｄへの中継は可能な限り早い中継開始時点ｔ２から行われ、受信中のメッセージｍが並列処理によって順次中継先ポート１０ａ，１０ｄに中継送信される（カット＆スルー方式）。

なお、中継先ポート１０ｃについては中継管理手段２３が「受信完了後中継」を設定しているので、中継先ポート１０ｃへの中継は前記メッセージｍを最後まで受信し、このメッセージｍの末尾に受信する誤り検出符号ＣＲＣによる誤り検出を行った時点ｔ３に、正しく受信されたメッセージのみを中継する。つまり、中継先ポート１０ｃへの中継はメッセージｍが正しく受信できたことを確認できた後の中継開始時点ｔ２から行われる（ストア＆フォアード方式）。

更に、図１０に拡大して示すように、ポート１０ｂを介して受信するメッセージｍがノイズＮｍ等の影響によって正しく受信できなくなり、このメッセージｍに含まれるデータＤ１が不正確なデータＤ１！になった場合を考える。このとき、中継処理手段２３が前記遅延時間Δｔ１が経過するまでの間にノイズＮｍが生じているので、中継処理手段２３は前記バッファ管理手段２１に中継チャンネル情報Ｃｈを出力することなく、メッセージｍの中継を中止する。つまり、不正確なデータＤ１！を含むメッセージｍが無駄に中継送信されることがないので、各ポート１０ａ，１０ｃ，１０ｄに接続される通信線路３Ａ，３Ｃ，３Ｄにおける通信負荷率が無闇に引き上げることを防止できる。

このように、前記中継開始時点ｔ２を遅延させる遅延ビット数Ｄｂがメッセージｍを受信した受信ポート１０ｂのビットエラー率に合わせて調整されるので、各通信線路３Ａ，３Ｂ…における通信環境に合わせて適宜調整される。

同様に、図９に示す時点ｔ４において、ポート１０ｄから受信したメッセージｍは、その識別情報ＩＤ（本例の場合は「０００２」）を受信完了した時点ｔ５において、中継処理手段２３は中継チャンネル情報Ｃｈを取得し、前記エラー率情報Ｔｂ，Ｔｃを参照する。ここでは、受信ポート１０ｄおよび識別情報ＩＤに対応するビットエラー率Ｅｃｈ，Ｅｉｄは何れも１０^−９以下であるから、遅延の必要はなく、前記中継チャンネル情報Ｃｈをバッファ管理手段２１に出力して、この時点ｔ５を中継開始時点とすることができる。

なお、中継先ポート１０ｃについては中継管理手段２３が「受信完了後中継」を設定しているので、中継先ポート１０ｃへの中継は前記メッセージｍを最後まで受信し、このメッセージｍの末尾に受信する誤り検出符号ＣＲＣによる誤り検出を行った時点ｔ６に、正しく受信されたメッセージのみを中継する。即ち、中継先ポート１０ｃへの中継はメッセージｍが正しく受信できたことを確認できた後の中継開始時点ｔ５から行われる（ストア＆フォアード方式）。

さらに、図９に示す時点ｔ７において、ポート１０ｄから受信したメッセージｍは、その識別情報ＩＤ（本例の場合は「０００７」）を受信完了した時点ｔ８において、中継処理手段２３は中継チャンネル情報Ｃｈを取得し、前記エラー率情報Ｔｂ，Ｔｃを参照する。ここで、受信ポート１０ｄのビットエラー率Ｅｃｈは１０^−９以下であるが、該メッセージｍの識別情報ＩＤに対応するビットエラー率は１０^−７であるから、このメッセージｍはカット＆スルー方式で中継できるものではなく、ストア＆フォアード方式の中継を行う必要がある。

したがって、識別情報ＩＤが「０００７」のメッセージｍについては中継管理手段２３が受信メッセージｍの全てをビットエラー無く受信できたことを確認し、ＣＲＣチェックなどを行ってから、前記中継チャンネル情報Ｃｈをバッファ管理手段２１に出力する。つまり、前記遅延時間Δｔ２が経過した中継開始時点ｔ９において、バッファ管理手段２１は該スロット領域ＳＬ内の中継チャンネル情報Ｃｈを記録し、中継送信を開始することができる。

このように、前記遅延ビット数Ｄｂはメッセージｍの識別情報ＩＤ毎のビットエラー率に合わせて調整されるので、メッセージｍを送信するＥＣＵの動作状況に合わせて適宜調整される。

前記のように、本実施形態では、メッセージｍの受信ポート１０ａ〜１０ｄ毎および識別情報ＩＤ毎のビットエラー率の両方に対応して、遅延ビット数Ｄｂを調整することにより、該メッセージｍの中継開始時点ｔ２，ｔ５，ｔ９の調整を最適に行っている。
なお、メッセージｍの受信ポート１０ａ〜１０ｄ毎または識別情報ＩＤ毎のビットエラー率の何れか一方に対応させて中継開始時点ｔ２，ｔ５，ｔ９の調整を行ってもよい。

また、前記中継開始時点ｔ２，ｔ５，ｔ９を遅らせる時間間隔Δｔ１，Δｔ２はいずれも、その時点におけるビットエラー率Ｅｃｈ，Ｅｉｄに応じて調整されることにより、中継開始時点から中継送信を開始したメッセージｍのエラー発生率を所定の値（本例の場合は９×１０^−９）以下に低く抑えることが可能であるが、本発明はこの点に限定されるものではない。

図１１は図８の変形例を示す。
前記ビットエラー率Ｅｃｈと遅延ビット数Ｄｂ（中継開始時点）との対応関係を示し、さらに、中継開始時点を遅延させた場合に、このメッセージｍの受信エラー発生によって中継送信を中止する事態が発生するエラー発生率Ｅｒの関係を示すものである。前記遅延ビット数Ｄｂは、ビットエラー率が１桁上がる毎に遅延ビット数を２０ビット多くするように設定しており、これによってビットエラー率の変動が激しい場合に、対応することができる。

このように構成された中継接続ユニット１を用いることにより、ビットエラーの発生率に合わせてエラー発生率が高いメッセージｍについては、中継開始時点を遅らせることにより、不正確なデータを含む無駄なメッセージｍを中継送信することを防止できる。よって、各通信線路３を用いてメッセージｍを送受信する他のＥＣＵ２の待ち時間を長くしてしまうといった事態を防止できる。

なお、前記バッファ２０は受信バッファと送信バッファを共通化しているので、中継接続ユニット１に設けたポート１０の数が多くなってもバッファ２０の大きさが比例的に大きくなることを防止でき、かつ、受信途中のメッセージｍを並列処理によって中継送信することを無駄なく行うことができる。また、前記バッファ管理手段２１を構成する機能ブロックが各スロット領域ＳＬを連鎖的に接続するようにして使用中のスロット領域ＳＬと空きスロット領域を管理しているので、ハードウェアの機能ブロックによって高速に各スロット領域ＳＬを適切に管理することができる。

本発明の中継接続ユニットを用いた車載ＬＡＮの構成図である。 第１実施形態に係る中継接続ユニットの構成図である。 前記中継接続ユニットの構成を示すブロック図である。 前記中継接続ユニット内のバッファの管理を説明する図である。 中継情報の一例を示す図である。 識別情報とビットエラー発生率の関係を示す図である。 受信ポートとビットエラー発生率の関係を示す図である。 ビットエラー発生率と遅延ビット数の関係を示す図である。 前記中継接続ユニットを用いた通信の例を説明する図である。 前記通信の例における詳細を示す図である。 第１実施形態の変形例である前記中継接続ユニットに係るビットエラー発生率と遅延ビット数の関係を示す図である。 従来の中継接続ユニットの構成を示す図である。

符号の説明

１ 中継接続ユニット
１０（１０ａ，１０ｂ…） ポート
２０ バッファ
２１ バッファ管理手段
２２ 中継情報記録手段
２３ 中継処理手段
２４ エラー率記録手段
Ｐ１ 受信エラー監視手段
Ｐ２ 送信管理手段
ＩＤ 識別情報
Ｔ，Ｔ’ 中継情報
ｔ２，ｔ５，ｔ９ 中継開始時点
ＳＬ（ＳＬ１，ＳＬ２…） スロット領域

Claims (5)

1. メッセージの送受信を行う車載ＬＡＮ通信手段からなる複数のポートと、
   前記ポートを介して受信する受信メッセージを受信した部分から順次記憶するバッファと、
   中継する必要があるメッセージの識別情報と中継先ポートの関係を記録してなる中継情報記録手段と、
   前記ポートを介して受信するメッセージのビットエラーを検出すると共に各ポート毎および各識別情報毎のビットエラー発生率を求める受信エラー監視手段と、
   前記受信エラー監視手段によって求められた各ポート毎および各識別情報毎のビットエラー発生率を記録してなるエラー率記録手段と、
   前記受信メッセージの識別情報を受信した時点で前記中継情報記録手段に記録された識別情報と比較して該識別情報に対応する中継先のポートを判別し、かつ、前記エラー率記録手段に記録された受信ポート毎および識別情報毎のビットエラー発生率によって受信メッセージの中継送信を開始する中継開始時点を定め、該中継開始時点までの間に前記受信エラー監視手段がビットエラーを検出しなかった場合に前記バッファ内に記憶されるメッセージを中継送信させる中継処理手段と、
   を備えることを特徴とする中継接続ユニット。
2. 前記中継処理手段は、前記中継開始時点までの間に前記受信エラー監視手段がビットエラーを検出した場合にメッセージの中継送信を一旦中止すると共にメッセージがエラーなく受信された後に中継を開始するものである請求項１に記載の中継接続ユニット。
3. 前記中継処理手段は、中継送信中のメッセージにビットエラーが発生した場合に中継送信を中止するものである請求項１または請求項２に記載の中継接続ユニット。
4. 前記バッファ内の記憶領域を複数のスロット領域に分けて管理するバッファ管理手段と、
   前記各ポートが送信可能な状態であるときに前記バッファ管理手段を用いて前記送信可能なポートに対応するメッセージを中継送信させる送信管理手段とを備えている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の中継接続ユニット。
5. 前記各ポートは車載の電子制御ユニットとそれぞれ通信線路を介して接続されるものであり、前記各ポートは中継時にカット＆スルー方式の中継を行うか、ストア＆フォアード方式の中継を行うかを設定している請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の中継接続ユニット。

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