JP5488091B2 - 通信制御装置、通信システム及び通信制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信制御装置、通信システム及び通信制御方法に関し、特にメッセージを受信する時間を予測する通信制御装置、通信システム及び通信制御方法に関するものである。

複数のＥＣＵ（Electronic Control Unit）間をバスを介して接続してネットワークを構築し、ＥＣＵ間でメッセージを送受信する通信システムが開発されている。例えば、特許文献１には、メッセージを受信する間隔に基づいて、次にメッセージを受信するタイミングを予測する通信システムが開示されている。特許文献１のシステムは、他ＥＣＵからの全てのメッセージを受信可能に設定した後、他ＥＣＵからの受信の有無を判別し、受信有りの場合、その受信割り込みが発生した受信時刻Ｔｒ１を記憶する。特許文献１のシステムは、自らの送信タイミングでメッセージの送信を実施すると共にその送信時刻Ｔｓを記憶する。特許文献１のシステムは、その後、再び他ＥＣＵからの受信の有無を判別し、受信有りの場合、その受信割り込みが発生した受信時刻Ｔｒ２を記憶する。特許文献１のシステムは、最後に、次回の送信タイミングを「（（Ｔｒ２−Ｔｒ１）／２）−Ｔｓ」だけ遅らせる。これにより、特許文献１のシステムは、データの衝突を抑制し、データの送受信を効率良く実施することを図っている。

特開２００３−３３３０４８号公報

しかしながら、ジッタや伝送路途中で他のメッセージを待つ等の原因により、他のＥＣＵからのメッセージの受信に遅延が発生することがある。この場合、送信ノードの実際の送信周期と受信ノードの受信間隔がずれるため、上記のような技術においては、次にメッセージを受信するタイミングを正確に予測することができないという問題がある。

本発明は、このような実情に考慮してなされたものであり、その目的は、伝送路の遅延に影響されずに、正確に次の特定メッセージを受信する時間を予測することが可能な通信制御装置、通信システム及び通信制御方法を提供することにある。

本発明は、受信するメッセージの送信元及び受信するメッセージの種別を判定するメッセージ判定手段と、メッセージの受信の直前の無通信状態の有無を判定する無通信状態判定手段と、メッセージ判定手段により同一送信元から送信された同一種別のメッセージであると判定され、且つ無通信状態判定手段によりメッセージの受信の直前に無通信状態があったと判定された２つの特定メッセージの受信間隔に基づいて、次に特定メッセージを受信する時間を予測する受信時間予測手段とを備えた通信制御装置である。

この構成によれば、受信時間予測手段は、メッセージ判定手段により同一送信元から送信された同一種別のメッセージであると判定され、無通信状態判定手段によりメッセージの受信の直前に無通信状態があったと判定された２つの特定メッセージの受信間隔に基づいて、次に特定メッセージを受信する時間を予測する。無通信状態の直後にメッセージを受信したときは、他のノード等の送信元が送信する他のメッセージにより特定メッセージの送信に遅延が発生することがない。したがって、特定メッセージの送信元の送信間隔と、受信側の受信間隔とが一致する。よって、伝送路の遅延に影響されずに、正確に次の特定メッセージを受信する時間を予測することができる。

この場合、受信時間予測手段は、最後に受信した特定メッセージの受信時間から、２つの特定メッセージの受信間隔の自然数Ｎ分の一の時間が経過した時間を次に特定メッセージを受信する時間と予測することが好適である。

この構成によれば、受信時間予測手段は、最後に受信した特定メッセージの受信時間から、２つの特定メッセージの受信間隔の自然数Ｎ分の一の時間が経過した時間を次に特定メッセージを受信する時間と予測する。無通信状態の後に受信した２つの特定メッセージは、特定メッセージの送信には遅延が発生することがないため、その受信間隔は、送信元の特定メッセージの送信周期の自然数Ｎ倍であると考えられる。そのため、受信時間予測手段は、最後に受信した特定メッセージの受信時間から、２つの特定メッセージの受信間隔の自然数Ｎ分の一の時間が経過した時間を次に特定メッセージを受信するタイミングと予測することにより、正確に次の特定メッセージを受信する時間を予測することができる。

この場合、受信時間予測手段は、最初に特定メッセージを受信してから次に特定メッセージを受信するまでの間に、メッセージ判定手段により特定メッセージと同一送信元から送信され特定メッセージと同一種別であると判定されたメッセージの受信回数ｍ＋１を自然数Ｎとして、次に特定メッセージを受信する時間を予測することが好適である。

この構成によれば、受信時間予測手段は、最初に特定メッセージを受信してから次に特定メッセージを受信するまでの間に、メッセージ判定手段により特定メッセージと同一送信元から送信され特定メッセージと同一種別であると判定されたメッセージの受信回数ｍ＋１を自然数Ｎとして、次に特定メッセージを受信する時間を予測する。無通信状態の後に受信した２つの特定メッセージは、特定メッセージの送信には遅延が発生することがないため、その受信間隔は、送信元の特定メッセージの送信周期の自然数Ｎ倍であると考えられる。さらに、２つの特定メッセージの間に、特定メッセージと同一送信元で同一種別のメッセージをｍ回受信した場合、２つの特定メッセージの間の時間をｍ＋１で割った時間が当該メッセージの送信周期であると考えられる。そのため、正確に特定メッセージの送信周期を算出して、次の特定メッセージを受信する時間を予測することができる。

また、受信時間予測手段が予測した次に特定メッセージを受信する時間以外の時間にメッセージを送信する送信制御手段をさらに備えることが好適である。

この構成によれば、送信制御手段は、受信時間予測手段が予測した次に特定メッセージを受信する時間以外の時間にメッセージを送信するため、受信する特定メッセージと送信するメッセージとの衝突を避けることができる。

この場合、本発明の通信制御装置をネットワーク上に含む通信システムとすることが好適である。

この構成によれば、本発明の通信制御装置をネットワーク上に含むため、ネットワーク上の各ノードが送信するメッセージは送信タイミングをメッセージの受信タイミングからずらされたものとなり、ネットワーク上の各ノード間のメッセージ同士の衝突が軽減され、各ノードの受信処理の負荷を分散させることができる。

一方、本発明は、受信するメッセージの送信元及び受信するメッセージの種別を判定するメッセージ判定工程と、メッセージの受信の直前の無通信状態の有無を判定する無通信状態判定工程と、メッセージ判定工程により同一送信元から送信された同一種別のメッセージであると判定され、且つ無通信状態判定工程によりメッセージの受信の直前に無通信状態があったと判定された２つの特定メッセージの受信間隔に基づいて、次に特定メッセージを受信する時間を予測する受信時間予測工程とを含む通信制御方法である。

この場合、受信時間予測工程は、最後に受信した特定メッセージの受信時間から、２つの特定メッセージの受信間隔の自然数Ｎ分の一の時間が経過した時間を次に特定メッセージを受信する時間と予測することが好適である。

この場合、受信時間予測工程は、最初に特定メッセージを受信してから次に特定メッセージを受信するまでの間に、メッセージ判定工程により特定メッセージと同一送信元から送信され特定メッセージと同一種別であると判定されたメッセージの受信回数ｍ＋１を自然数Ｎとして、次に特定メッセージを受信する時間を予測することが好適である。

また、受信時間予測工程で予測した次に特定メッセージを受信する時間以外の時間にメッセージを送信する送信制御工程をさらに含むことが好適である。

本発明の通信制御装置、通信システム及び通信制御方法によれば、伝送路の遅延に影響されずに、正確に次の特定メッセージを受信する時間を予測することが可能となる。

第１実施形態に係るネットワークの構成を示す図である。 図１のノードの構成を示すブロック図である。 図２のノードの動作を示すフローチャートである。 他のノードのメッセージの送信時刻を示す図である。 図２のノードのメッセージの送信時刻を示す図である。 メッセージの送信周期が判明している場合の図２のノードの動作を示すフローチャートである。 他のノードのメッセージの送信要求の時刻とネットワークにメッセージが実際に送信される時刻とを示す図である。 第２実施形態に係るネットワークの構成を示す図である。 第３実施形態に係るネットワークの構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る通信制御装置、通信システム及び通信方法について説明する。図１に示すように、本発明の第１実施形態に係るネットワークＮでは、ネットワークＮにメッセージｍを周期的に送信するノード１０と、メッセージｍを受信するノード１１とが接続されている。

図２に示すように、本実施形態におけるノード１１は、メッセージを受信する受信部２１とタイミング制御部３０を有している。タイミング制御部３０は、ノード１０からのメッセージｍを受信するタイミングを予測するためのタイミング予測部３１と、ノード１０からのメッセージｍと衝突をしないように自己のメッセージを送信するための送信制御部３２を含む。

以下、本実施形態のノード１１の動作について説明する。以下の説明では、受信側のノード１１で、対象とするメッセージｍの送信周期Ｔが判明していないか、判明していても不確かである場合について説明する。図３に示すように、ノード１１のタイミング制御部３０のタイミング予測部３１は、受信カウンタｎを１にリセットする（Ｓ１０１）。図３及び図４に示すように、タイミング予測部３１は、ノード１０からのメッセージｍを受信部２１により受信したか否かを判定する（Ｓ１０２）。この場合、受信部２１が何らかの他のメッセージｍａを受信していたとしても、ノード１０から送信されたメッセージであり且つメッセージｍと同種のメッセージでないときは、タイミング予測部３１はメッセージｍを受信していないと判定する。

ノード１０からのメッセージｍを受信したときは（Ｓ１０２）、タイミング予測部３１は、当該メッセージｍを受信する直前のネットワークＮの状態が所定の無通信状態である時間のバスアイドルｔ_ｂｉであるか否かを判定する（Ｓ１０３）。もし、当該メッセージｍを受信する直前のネットワークＮの状態が所定の無通信状態の時間であるバスアイドルｔ_ｂｉでないときは（Ｓ１０３）、タイミング予測部３１は、受信カウンタｎを１加算する（Ｓ１０４）。もし、当該メッセージｍを受信する直前のネットワークＮの状態が無通信状態であるバスアイドルｔ_ｂｉであるときは（Ｓ１０３）、タイミング予測部３１は、受信カウンタｎが１であるか否かを判定する（Ｓ１０５）。受信カウンタｎが１であるときは（Ｓ１０５）、図４に示すように、受信する直前の状態が無通信状態であるバスアイドルｔ_ｂｉで初めてメッセージｍを受信したことになるため、タイミング予測部３１は当該メッセージｍの受信時刻を基準時刻であるｔ_０として記憶する。

受信カウンタｎが１でないときは（Ｓ１０５）、受信する直前の状態が無通信状態であるバスアイドルｔ_ｂｉで過去にメッセージｍを受信したことがあることになるため、タイミング予測部３１は当該メッセージｍの受信時刻をｔ_ｎ−１として記憶する（Ｓ１０７）。タイミング予測部３１は、メッセージｍの送信される周期Ｔを、Ｔ＝（ｔ_ｎ−１−ｔ_０）／（ｎ−１）より推定する（Ｓ１０８）。図３及び図４に示すように、タイミング予測部３１は、次にメッセージｍをノード１０から受信するタイミングｔ_ｎを、ｔ_ｎ＝ｔ_ｎ−１＋Ｔより予測する（Ｓ１０９）。図４に示すように、タイミング予測部３１は、同様にさらに次のメッセージｍを受信するタイミングｔ_ｎ＋１はｔ_ｎ＋１＝ｔ_ｎ−１＋２Ｔ、さらにその次のメッセージｍを受信するタイミングｔ_ｎ＋２はｔ_ｎ＋２＝ｔ_ｎ−１＋３Ｔとして算出することができる。

タイミング予測部３１は、図５に示すように自己の送信するメッセージＭが受信するメッセージｍと衝突Ｃを生じるか否かを判定する（Ｓ１１０）。もし、衝突Ｃを生じると判定されたときは（Ｓ１１０）、送信制御部３２はメッセージＭの送信タイミングを衝突Ｃが生じないように調整する（Ｓ１１１）。衝突Ｃが生じないと判定されたときや（Ｓ１１０）、衝突Ｃが生じると判定して送信タイミングを調整したときにおいて（Ｓ１１１）、衝突Ｃを生じるときは（Ｓ１１２）、送信制御部３２は衝突Ｃを生じなくなるまで送信タイミングを調整する。

受信側のノード１１で、対象とするメッセージｍの送信周期Ｔが確実に判明しているときは、図６に示すようなより簡易なフローでも良い。すなわち、図６に示すように、タイミング予測部３１は、ノード１０からのメッセージｍを受信部２１により受信したか否かを判定する（Ｓ２０１）。ノード１０からのメッセージｍを受信したときは（Ｓ２０１）、タイミング予測部３１は、当該メッセージｍを受信する直前のネットワークＮの状態が無通信状態であるバスアイドルｔ_ｂｉであるか否かを判定する（Ｓ２０２）。もし、もし、当該メッセージｍを受信する直前のネットワークＮの状態がバスアイドルｔ_ｂｉであるときは（Ｓ２０２）、タイミング予測部３１は当該メッセージｍの受信時刻を基準時刻であるｔ_０として記憶する（Ｓ２０３）。

タイミング予測部３１は、判明している送信周期Ｔにより、次にメッセージｍをノード１０から受信するタイミングｔ_１を、ｔ_１＝ｔ_０＋Ｔより予測する（Ｓ２０４）。タイミング予測部３１は、自己の送信するメッセージＭが受信するメッセージｍと衝突Ｃを生じるか否かを判定する（Ｓ２０５）。もし、衝突Ｃを生じると判定されたときは（Ｓ２０５）、送信制御部３２はメッセージＭの送信タイミングを衝突Ｃが生じないように調整する（Ｓ２０６）。衝突Ｃが生じないと判定されたときや（Ｓ２０５）、衝突Ｃが生じると判定して送信タイミングを調整したときにおいて（Ｓ２０６）、衝突Ｃを生じるときは（Ｓ２０７）、送信制御部３２は衝突Ｃを生じなくなるまで送信タイミングを調整する。

本実施形態によれば、タイミング予測部３１は、同一送信元であるノード１０から送信された同一種別のメッセージｍであると判定され、メッセージｍの受信の直前に無通信状態であるバスアイドルｔ_ｂｉがあったと判定された２つのメッセージｍの受信間隔に基づいて、次にメッセージｍを受信する時間を予測する。無通信状態であるバスアイドルｔ_ｂｉの直後にメッセージｍを受信したときは、他のノード等の送信元が送信する他のメッセージｍａによりメッセージｍの送信に遅延が発生することがない。したがって、メッセージｍの送信元の送信間隔と、受信側の受信間隔とが一致する。よって、伝送路の遅延に影響されずに、正確に次のメッセージｍを受信する時間を予測することができる。

すなわち、図７に示すように、送信元のノード１０が送信要求ｄを周期Ｔで周期的に出していたとしても、実際のネットワークＮにはジッタＪが存在する。ジッタＪが発生した場合には、ネットワークＮ側に送出されるメッセージｍが送信される周期は、Ｔ_ａ，Ｔ_ｂといった送信要求ｄの周期Ｔとは異なるものとなる。そのため、実際の送信周期と予測した周期との間にズレが生じる可能性がある。そのため、従来は受信するタイミングを正確に予測できない。

一方、本実施形態では、無通信状態でネットワークＮに何も送出されていない状態であるバスアイドルｔ_ｂｉの状態でメッセージｍが最初に送られるタイミングを測定すると、ノード１０が送信要求ｄを出した時刻と、実際のネットワークＮへの送信時刻が一致する。そのため、正確に次のメッセージｍを受信する時間を予測することができる。

また、本実施形態では、タイミング予測部３１は、最後に受信したメッセージｍの受信時間から、２つのメッセージｍの受信間隔の自然数（ｎ−１）分の一の時間が経過した時間を次にメッセージｍを受信する時間と予測する。無通信状態の後に受信した２つのメッセージｍは、メッセージｍの送信には遅延が発生することがないため、その受信間隔は、送信元のメッセージｍの送信周期の自然数（ｎ−１）倍であると考えられる。そのため、タイミング予測部３１は、最後に受信したメッセージｍの受信時間から、２つのメッセージｍの受信間隔の自然数（ｎ−１）分の一の時間が経過した時間を次にメッセージｍを受信するタイミングと予測することにより、正確に次のメッセージｍを受信する時間を予測することができる。

また、本実施形態によれば、タイミング予測部３１は、最初にメッセージｍを受信してから次にメッセージｍを受信するまでの間に、メッセージｍと同一送信元から送信され特メッセージｍと同一種別であると判定されたメッセージｍの受信カウンタ（ｎ−１）により、次にメッセージｍを受信する時間を予測する。無通信状態の後に受信した２つのメッセージｍは、メッセージｍの送信には遅延が発生することがないため、その受信間隔は、送信元のメッセージｍの送信周期の自然数（ｎ−１）倍であると考えられる。さらに、２つのメッセージｍの間に、メッセージｍと同一送信元で同一種別のメッセージｍをｎ回受信した場合、２つのメッセージｍの間の時間をｎ＋１で割った時間が当該メッセージｍの送信周期Ｔであると考えられる。そのため、正確にメッセージｍの送信周期Ｔを算出して、次のメッセージｍを受信する時間を予測することができる。

また、本実施形態によれば、送信制御部３２は、タイミング予測部３１が予測した次にメッセージｍを受信する時間以外の時間にメッセージＭを送信するため、受信するメッセージｍと送信するメッセージＭとの衝突を避けることができる。

以下、本発明の第２実施形態について説明する。図８に示すように、本実施形態では、複数のバスＢ１〜Ｂ３により、物理的に階層化されたネットワークが形成される。バスＢ１にはＥＣＵ１０１〜ＥＣＵ１０３が接続され、バスＢ２にはＥＣＵ１０４〜ＥＣＵ１０６が接続され、バスＢ３にはＥＣＵ１０７〜ＥＣＵ１０９が接続されている。バスＢ１〜Ｂ３には、中継ＥＣＵ１１１が接続されている。中継ＥＣＵ１１１は第１実施形態のノード１１と同様の機能を有する。

バスＢ１からバスＢ２へメッセージが送信され、バスＢ３からバスＢ２へメッセージが送信される場合、中継ＥＣＵ１１１において、第１実施形態のノード１１と同様にメッセージの受信タイミングを予測する。中継ＥＣＵ１１１は、予測した受信タイミングに基づいて送信タイミングを制御する。

中継ＥＣＵ１１１による送信タイミングの制御を行わない場合、バスＢ１とバスＢ３とからバスＢ２へ、一度に大量のメッセージが送信され、バスＢ２に接続されたＥＣＵ１０４〜ＥＣＵ１０６の受信処理の負荷が大きくなる可能性がある。そこで、本実施形態では、中継ＥＣＵ１１１が予測したメッセージの受信タイミングに基づいてメッセージの送信タイミングを制御することができるため、バスＢ２に接続されたＥＣＵ１０４〜ＥＣＵ１０６の受信処理の負荷を分散させることができる。

以下、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態においては、ＣＡＮ（Controller Area Network）バスであるバスＢＣにＥＣＵ１０１〜ＥＣＵ１０３が接続されている。本実施形態では、ＥＣＵ１０１〜ＥＣＵ１０３それぞれが第１実施形態のノード１１と同様にメッセージの受信タイミングを予測する。また、ＥＣＵ１０１〜ＥＣＵ１０３それぞれが第１実施形態のノード１１と同様に予測した受信タイミングに基づいてメッセージの送信タイミングを制御する。

各ＥＣＵ１０１〜ＥＣＵ１０３が送信タイミングを制御しない場合、各ＥＣＵ１０１〜ＥＣＵ１０３は非同期にメッセージを送信するため、メッセージの送信が集中する恐れがある。その場合、各メッセージの遅延が生じ、システムの制御性が悪化したり、各ＥＣＵ１０１〜ＥＣＵ１０３の受信処理の負荷が高くなり、システムの動作に悪影響を与える恐れがある。

一方、各ＥＣＵ１０１〜ＥＣＵ１０３が送信タイミングを制御した場合、各ＥＣＵ１０１〜ＥＣＵ１０３で送信タイミングの分散を行うことができ、メッセージの送信遅延が小さく抑えられたり、受信処理の負荷が均一化される。

尚、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１０，１１…ノード、２１…受信部、３０…タイミング制御部、３１…タイミング予測部、３２…送信制御部、１０１〜１０９…ＥＣＵ、１１１…中継ＥＣＵ、ｍ，ｍ_ａ，Ｍ…メッセージ、Ｎ…ネットワーク、Ｂ１〜Ｂ３…バス、ＢＣ…ＣＡＮバス。

Claims (9)

1. ネットワークを経由して受信するメッセージの送信元及びネットワークを経由して受信するメッセージの種別を判定するメッセージ判定手段と、
   メッセージの受信の直前の前記ネットワークの無通信状態の有無を判定する無通信状態判定手段と、
   前記メッセージ判定手段により同一送信元から送信された同一種別のメッセージであると判定され、且つ前記無通信状態判定手段によりメッセージの受信の直前に前記ネットワークの無通信状態があったと判定された２つの特定メッセージの受信間隔に基づいて、次に前記特定メッセージを受信する時間を予測する受信時間予測手段と、
   を備えた通信制御装置。
2. 前記受信時間予測手段は、最後に受信した前記特定メッセージの受信時間から、２つの前記特定メッセージの受信間隔の自然数Ｎ分の一の時間が経過した時間を次に前記特定メッセージを受信する時間と予測する、請求項１に記載の通信制御装置。
3. 前記受信時間予測手段は、最初に前記特定メッセージを受信してから次に前記特定メッセージを受信するまでの間に、前記メッセージ判定手段により前記特定メッセージと同一送信元から送信され前記特定メッセージと同一種別であると判定されたメッセージの受信回数ｍ＋１を前記自然数Ｎとして、次に前記特定メッセージを受信する時間を予測する、請求項２に記載の通信制御装置。
4. 前記受信時間予測手段が予測した次に前記特定メッセージを受信する時間以外の時間にメッセージを送信する送信制御手段をさらに備えた、請求項１〜３のいずれか１項に記載の通信制御装置。
5. 請求項４に記載の通信制御装置をネットワーク上に含む通信システム。
6. ネットワークを経由して受信するメッセージの送信元及びネットワークを経由して受信するメッセージの種別を判定するメッセージ判定工程と、
   メッセージの受信の直前の前記ネットワークの無通信状態の有無を判定する無通信状態判定工程と、
   メッセージ判定工程により同一送信元から送信された同一種別のメッセージであると判定され、且つ前記無通信状態判定工程によりメッセージの受信の直前に前記ネットワークの無通信状態があったと判定された２つの特定メッセージの受信間隔に基づいて、次に前記特定メッセージを受信する時間を予測する受信時間予測工程と、
   を含む通信制御方法。
7. 前記受信時間予測工程は、最後に受信した前記特定メッセージの受信時間から、２つの前記特定メッセージの受信間隔の自然数Ｎ分の一の時間が経過した時間を次に前記特定メッセージを受信する時間と予測する、請求項６に記載の通信制御方法。
8. 前記受信時間予測工程は、最初に前記特定メッセージを受信してから次に前記特定メッセージを受信するまでの間に、前記メッセージ判定工程により前記特定メッセージと同一送信元から送信され前記特定メッセージと同一種別であると判定されたメッセージの受信回数ｍ＋１を前記自然数Ｎとして、次に前記特定メッセージを受信する時間を予測する、請求項７に記載の通信制御方法。
9. 前記受信時間予測工程で予測した次に前記特定メッセージを受信する時間以外の時間にメッセージを送信する送信制御工程をさらに含む、請求項６〜８のいずれか１項に記載の通信制御方法。

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