JP7192244B2

JP7192244B2 - 中継装置

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Publication number: JP7192244B2
Application number: JP2018093727A
Authority: JP
Inventors: 芳史加来; 英一郎草野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-05-15
Filing date: 2018-05-15
Publication date: 2022-12-20
Anticipated expiration: 2038-05-15
Also published as: US20190356404A1; US11012172B2; DE102019003389A1; JP2019201277A

Description

本開示は、中継装置に関する。

複数の車載ユニットが通信する車載通信システムにおいては、転送遅延時間のばらつきを抑えたいフレームとして、例えば、各ユニット間で時刻合わせ（即ち、時刻同期）をするための、時刻同期フレームがある。この時刻同期フレームの用途について、一例を挙げて説明する。ユニットＵａからユニットＵｂに、現在時刻を示すタイムスタンプが含まれた時刻同期フレームが、中継装置を介して送られ、ユニットＵｂは、受信した時刻同期フレーム内のタイムスタンプから現在時刻を認識する。

尚、下記特許文献１には、受信したデータの優先度を自車両状態から判定し、判定した優先度に応じたデータ監視方法を実行することが記載されている。

国際公開第２０１７／０３８３５１号

発明者の詳細な検討の結果、下記の課題が見出された。
上記一例において、時刻同期フレームの転送遅延時間が一定であれば、ユニットＵｂでは、受信した時刻同期フレーム内のタイムスタンプが示す時刻を、上記転送遅延時間の分だけ補正することで、正しい時刻を認識することができる。つまり、ユニットＵａ，Ｕｂ間での時刻同期が正しくなされる。しかし、従来の中継装置では、他の通信によるフレームのキューへの蓄積量によって、時刻同期フレームの転送遅延時間がばらついてしまう。このため、上記ユニットＵａ，Ｕｂ間での正しい時刻同期が困難になってしてしまう。このような課題は、上記特許文献１に記載の技術では解決できない。

そこで、本開示の１つの局面は、特定のフレームの転送遅延時間がばらついてしまうことを抑制可能な、中継装置を提供する。

本開示の１つの態様による中継装置は、受信したフレームを転送する中継装置（１）であって、複数のフレームを蓄積可能な少なくとも１つのキュー（Ｑ１，Ｑ２）と、蓄積実施部（３，Ｓ１５０）と、第１転送部（７，Ｓ２２０）と、判定部（３，Ｓ１３０）と、第２転送部（３，Ｓ１６０，７，Ｓ２１０，Ｓ２３０）と、を備える。

蓄積実施部は、転送対象のフレームを前記少なくとも１つのキューに蓄積する。
第１転送部は、前記少なくとも１つのキューに蓄積されたフレームを所定の規則で１つずつ転送する。

判定部は、受信されたフレームが特定のフレームであるか否かを判定する。
第２転送部は、判定部により特定のフレームであると判定されたフレーム（即ち、特定のフレーム）が、蓄積実施部により前記少なくとも１つのキューに蓄積されないようにすると共に、当該特定のフレームを、前記少なくとも１つのキューに蓄積されたフレームよりも優先して転送する。

このような構成によれば、特定のフレームの転送遅延時間がばらついてしまうことを抑制することができる。特定のフレーム以外のフレームは、キューに蓄積されてから転送されるため、キューにおけるフレームの蓄積量によって転送遅延時間がばらついてしまう。一方、特定のフレームは、キューに蓄積されることなく直ぐに転送されるため、転送遅延時間のばらつきが抑制される。

尚、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

実施態様の中継装置の構成を示すブロック図である。分配部が行う処理のフローチャートである。スケジューラが行う処理のフローチャートである。フレームの構成と、特定のフレームを説明する説明図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．構成］
図１に示す実施態様の中継装置１は、フレームが入力される複数のポート（以下、受信ポート）Ｐ０Ｒ～Ｐ５Ｒと、フレームが出力される複数のポート（以下、送信ポート）Ｐ０Ｔ～Ｐ５Ｔと、を備える。尚、受信ポートの数と送信ポートの数は、本実施形態ではそれぞれ６であるが、６以外であっても良い。また、受信ポートの数と送信ポートの数は、異なっていても良い。

受信ポートＰ０Ｒ～Ｐ５Ｒと送信ポートＰ０Ｔ～Ｐ５Ｔの各々には、車両に搭載された複数の電子制御装置（以下、ＥＣＵ）のうちの何れかが、当該中継装置１と同じ構成を有する中継装置を介して、あるいは、中継装置を介さずに、接続される。尚、ＥＣＵは、「Electronic Control Unit」の略である。そして、受信ポートＰ０Ｒ～Ｐ５Ｒには、当該受信ポートに接続されたＥＣＵから送信されたフレームが入力される。中継装置１は、受信ポートＰ０Ｒ～Ｐ５Ｒに入力されたフレーム、即ち、受信ポートＰ０Ｒ～Ｐ５Ｒから受信したフレームを、送信ポートＰ０Ｔ～Ｐ５Ｔのうち、当該フレームの宛先のＥＣＵが接続された送信ポートから出力する。また、本実施形態において、フレームは、イーサネットの規格に基づくフレーム（即ち、イーサネットフレーム）である。イーサネットは、登録商標である。

中継装置１は、更に、分配部３と、送信ポートＰ０Ｔ～Ｐ５Ｔの各々に対応したバッファ部Ｂ０～Ｂ５と、を備える。バッファ部Ｂ０～Ｂ５の各々は、第１のキューＱ１と、第２のキューＱ２と、１フレームバッファ５と、スケジューラ７と、を備える。

キューＱ１，Ｑ２の各々は、複数のフレームを蓄積可能な容量を有する。そして、キューＱ１，Ｑ２の各々には、当該キューＱ１，Ｑ２が備えられたバッファ部に対応する送信ポートから出力される（即ち、転送される）フレームが格納される。

１フレームバッファ５は、フレームを１つ格納可能な容量を有する。そして、１フレームバッファ５には、当該１フレームバッファ５が備えられたバッファ部に対応する送信ポートから転送されるフレームのうち、後述する特定のフレームが格納される。

また、中継装置１によって中継されるフレームのうち、特定のフレーム以外のフレームには、少なくとも２段階の優先度が設定されている。そして、優先度が高い方のフレームは、第１のキューＱ１に格納され、優先度が低い方のフレームは、第２のキューＱ２に格納される。

受信ポートＰ０Ｒ～Ｐ５Ｒから受信されたフレームの転送先ポートの決定、即ち、どの送信ポートＰ０Ｔ～Ｐ５Ｔから転送するかの決定と、キューＱ１，Ｑ２及び１フレームバッファ５へのフレームの振り分けは、分配部３によって行われる。また、キューＱ１，Ｑ２からのフレームの転送と、１フレームバッファ５からのフレームの転送は、スケジューラ７によって行われる。

尚、分配部３とスケジューラ７は、例えば、デジタル回路又はアナログ回路、あるいはこれらの組合せによって実現されて良い。また、分配部３とスケジューラ７は、ＣＰＵとＲＡＭ又はＲＯＭ等の半導体メモリとを有する１つ以上のマイクロコンピュータを用いて実現されても良い。この場合、分配部３とスケジューラ７の機能は、ＣＰＵが非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、上記半導体メモリが、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。

［２．分配部が行う処理］
次に、分配部３が行う処理について、図２のフローチャートを用いて説明する。
分配部３は、受信ポートＰ０Ｒ～Ｐ５Ｒの何れかにフレームが入力されると、図２の処理を行う。

図２に示すように、分配部３は、Ｓ１１０にて、受信ポートＰ０Ｒ～Ｐ５Ｒの何れかからフレームを受信する。
そして、分配部３は、次のＳ１２０にて、受信フレームの転送先ポートを、イーサネットの規格に基づく方法で決定する。受信フレームとは、受信されたフレームである。このＳ１２０の処理により、送信ポートＰ０Ｔ～Ｐ５Ｔのうち、受信フレームの宛先であるＥＣＵにつながっている送信ポートが、転送先ポートとして決定される。

分配部３は、次のＳ１３０にて、受信フレームが、予め定められた特定のフレームであるか否かを判定する。特定のフレームについては、後で説明する。
分配部３は、上記Ｓ１３０にて、受信フレームが特定のフレームではないと判定した場合には、Ｓ１４０に進み、受信フレームの優先度を判別する。

例えば、特定のフレーム以外のフレームとしては、車両の走行を制御するために用いられる走行用データが通信対象のデータとして含まれるフレーム（以下、走行用フレーム）と、走行用データ以外のデータが通信対象のデータとして含まれるフレーム（以下、非走行用フレーム）とがある。そして、走行用フレームの方が、非走行用フレームよりも優先度が高く設定されている。このため、分配部３は、例えば、フレームにおけるペイロード（即ち、データ本体部分）に配置されているデータ種情報に基づいて、受信フレームが走行用フレームか非走行用フレームか、即ち、受信フレームの優先度が高いか低いかを、判別する。

分配部３は、次のＳ１５０にて、上記Ｓ１２０で決定した転送先ポートに対応するバッファ部のキューＱ１，Ｑ２のうち、上記Ｓ１４０で判別した優先度に対応する方のキューに、受信フレームを格納する。このため、高優先度の走行用フレームは第１のキューＱ１に格納されて蓄積され、低優先度の非走行用フレームは第２のキューＱ２に格納されて蓄積される。そして、分配部３は、Ｓ１５０の処理を行った後、当該図２の処理を終了する。

一方、分配部３は、上記Ｓ１３０にて、受信フレームが特定のフレームであると判定した場合には、Ｓ１４０の処理を行うことなく、Ｓ１６０に進む。
そして、Ｓ１６０にて、分配部３は、受信フレームを、上記Ｓ１２０で決定した転送先ポートに対応するバッファ部の１フレームバッファ５に転送して格納し、その後、当該図２の処理を終了する。

［３．スケジューラが行う処理］
次に、各バッファ部Ｂ０～Ｂ５のスケジューラ７が行う処理について、図３のフローチャートを用いて説明する。

図３の処理は、図２の処理が終了すると直ぐに実行される。また、図３の処理は、図２の処理が終了した直後以外にも、当該スケジューラ７が備えられたバッファ部Ｂ０～Ｂ５のキューＱ１，Ｑ２内にフレームが蓄積されている間は、図２の処理と並行して実行される。

図３に示すように、スケジューラ７は、Ｓ２１０にて、１フレームバッファ５にフレーム（即ち、特定のフレーム）が格納されているか否かを判定し、フレームが格納されていると判定した場合には、Ｓ２３０に進む。ここで言う１フレームバッファ５は、バッファ部Ｂ０～Ｂ５のうち、当該スケジューラ７が備えられたバッファ部の１フレームバッファ５である。

そして、Ｓ２３０にて、スケジューラ７は、１フレームバッファ５内のフレームを、当該フレームの宛先へと転送するために、当該スケジューラ７に対応する送信ポートから出力し、その後、当該図３の処理を終了する。当該スケジューラ７に対応する送信ポートとは、詳しくは、送信ポートＰ０Ｔ～Ｐ５Ｔのうち、当該スケジューラ７が備えられたバッファ部に対応する送信ポートである。

よって、特定のフレームは、図２のＳ１６０と図３のＳ２１０及びＳ２２０の処理により、キューＱ１，Ｑ２に蓄積されることなく、且つ、キューＱ１，Ｑ２に蓄積されたフレームよりも優先して転送される。

一方、スケジューラ７は、上記Ｓ２１０にて、１フレームバッファ５にフレームが格納されていないと判定した場合には、Ｓ２２０に進む。
そして、Ｓ２２０にて、スケジューラ７は、キューＱ１，Ｑ２内のフレームを、所定のスケジュール規則に基づいて１つずつ転送する処理を行う。ここで言うキューＱ１，Ｑ２は、バッファ部Ｂ０～Ｂ５のうち、当該スケジューラ７が備えられたバッファ部のキューＱ１，Ｑ２である。具体的には、スケジューラ７は、キューＱ１，Ｑ２内のフレームを、所定のスケジュール規則に基づいて１つずつ取り出し、その取り出したフレームを、当該スケジューラ７に対応する送信ポートから出力する。スケジュール規則としては、例えば、第１のキューＱ１からフレームを２つ取り出したら、第２のキューＱ２からフレームを１つ取り出す、という規則であって良い。また、スケジュール規則としては、例えば、第１のキューＱ１内のフレームを全て取り出したら、第２のキューＱ２からフレームを取り出す、という規則であっても良い。

そして、スケジューラ７は、Ｓ２２０の処理を行った後、当該図３の処理を終了する。
［４．フレームの構成と、特定のフレームの種類］
本実施形態において、特定のフレームは、複数のＥＣＵ間で時刻合わせ（即ち、時刻同期）をするための、時刻同期フレームである。前述したように、時刻同期フレームには、当該フレームの送信側のＥＣＵにて現在時刻を示すタイムスタンプが含められる。そして、時刻同期フレームの受信側のＥＣＵは、受信した時刻同期フレーム内のタイムスタンプから現在時刻を認識する。時刻同期フレームの転送遅延時間がばらついてしまうと不都合が生じることは、前述した通りである。

図４に示すように、イーサネットフレームのヘッダとしては、Ｅｔｈｅｒｎｅｔヘッダ（即ち、イーサネットヘッダ）と、ＩＰヘッダと、ＵＤＰヘッダとがある。Ｅｔｈｅｒｎｅｔは、登録商標である。各ヘッダに配置される情報の詳細は、既知であり、図４に示される通りである。尚、図４に示されるＩＰヘッダは、詳しくは、ＩＰｖ４ヘッダである。

そして、特定のフレームは、下記〈ａ〉～〈ｇ〉のうちの何れか１つ以上であって良い。下記〈ａ〉～〈ｇ〉のフレームは、イーサネットの通信システムにおいて、時刻同期フレームとして使用され得るフレームである。

〈ａ〉イーサネットヘッダに含まれるタイプ番号（即ち、ＥｔｈｅｒＴＹＰＥ）が「８８Ｆ７」であるフレーム。
〈ｂ〉イーサネットヘッダに含まれる宛先ＭＡＣアドレスが「０１－１Ｂ－１９－００－００－００」であるフレーム。

〈ｃ〉イーサネットヘッダに含まれる宛先ＭＡＣアドレスが「０１－８０－Ｃ２－００－００－０Ｅ」であるフレーム。
〈ｄ〉ＩＰヘッダに含まれる宛先ＩＰアドレスが「２２４．０．０．１０７」であるフレーム。

〈ｅ〉ＩＰヘッダに含まれる宛先ＩＰアドレスが「２２４．０．１．１２９」であるフレーム。
〈ｆ〉ＵＤＰヘッダに含まれる宛先ポート番号（即ち、ＵＤＰポート番号）が「３１９」であるフレーム。

〈ｇ〉ＵＤＰヘッダに含まれる宛先ポート番号が「３２０」であるフレーム。
例えば、上記〈ａ〉のフレームが、特定のフレームである場合、分配部３は、図２のＳ１３０では、受信フレームに含まれるタイプ番号が「８８Ｆ７」であるか否かを判定するように構成されて良い。また例えば、上記〈ｂ〉のフレームが、特定のフレームである場合、分配部３は、図２のＳ１３０では、受信フレームに含まれる宛先ＭＡＣアドレスが「０１－１Ｂ－１９－００－００－００」であるか否かを判定するように構成されて良い。上記〈ｃ〉～〈ｇ〉の各フレームについても同様に判定されて良い。

［５．効果］
以上詳述した実施形態の中継装置１において、特定のフレーム以外のフレームは、キューＱ１，Ｑ２に蓄積されてから一つずつ転送される。一方、特定のフレームは、キューＱ１，Ｑ２に蓄積されることなく、受信されてから即座に転送される。

このため、特定のフレームの転送遅延時間がばらついてしまうことを抑制することができる。特定のフレーム以外のフレームは、キューＱ１，Ｑ２におけるフレームの蓄積量によって転送遅延時間がばらついてしまう。一方、特定のフレームは、キューＱ１，Ｑ２に蓄積されることなく直ぐに転送されるため、転送遅延時間のばらつきが抑制される。よって、時刻同期フレームを特定のフレームとしたならば、ＥＣＵ間での正しい時刻同期を実現し易くなる。

また、特定のフレームは、図２のＳ１６０にてキューＱ１，Ｑ２とは別の１フレームバッファ５に一旦格納され、その後直ぐに、図３のＳ２３０にて宛先へと転送される。このため、特定のフレームをキューＱ１，Ｑ２に蓄積することなく転送することができる。また、特定のフレームが長いフレームであっても、このフレームを確実に転送することができる。
また、上記〈ａ〉～〈ｇ〉のフレームは、イーサネットの通信システムにおいて、時刻同期フレームとして使用され得るフレームであるため、上記〈ａ〉～〈ｇ〉の何れかのフレームを、特定のフレームとして良い。

尚、本実施形態では、分配部３の各機能部分のうち、Ｓ１５０の処理を行う部分が、蓄積実施部に相当する。スケジューラ７の各機能部分のうち、Ｓ２２０の処理を行う部分が、第１転送部に相当する。分配部３の各機能部分のうち、Ｓ１３０の処理を行う部分が、判定部に相当する。分配部３の各機能部分のうち、Ｓ１６０の処理を行う部分と、スケジューラ７の各機能部分のうち、Ｓ２１０及びＳ２３０の処理を行う部分とが、第２転送部に相当する。１フレームバッファ５が、特定のフレームを記憶可能なバッファに相当する。

［６．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

例えば、送信ポートＰ０Ｔ～Ｐ５Ｔ毎に備えられるキューの数は、２つに限らず、１つであっても良いし、３つ以上であっても良い。また、中継装置１が適用される通信システムのプロトコルは、イーサネット以外のプロトコルであっても良い。また、中継装置１は、特定のフレームを、１フレームバッファ５を介さずに宛先へと転送するように構成されても良い。

また、上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしても良い。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしても良い。また、上記実施形態の構成の一部を省略しても良い。尚、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

また、上述した中継装置１の他、当該中継装置１を構成要素とする通信システム、当該中継装置１としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、中継方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

１…中継装置、３…分配部、７…スケジューラ、Ｑ１，Ｑ２…キュー

Claims

受信したフレームを転送する中継装置（１）であって、
複数のフレームを蓄積可能な少なくとも１つのキュー（Ｑ１，Ｑ２）と、
受信されたフレームが特定のフレームであるか否かを判定するように構成された判定部（３，Ｓ１３０）と、
前記判定部により前記特定のフレームではないと判定されたフレームを、該フレームに設定された優先度に応じて、前記少なくとも１つのキューに振り分けて蓄積するように構成された蓄積実施部（３，Ｓ１５０）と、
前記少なくとも１つのキューに蓄積されたフレームを所定の規則で１つずつ転送するように構成された第１転送部（７，Ｓ２２０）と、
前記判定部により前記特定のフレームであると判定されたフレームを、前記少なくとも１つのキューのいずれにも蓄積することなく、前記少なくとも１つのキューのそれぞれに蓄積されたフレームよりも優先して転送するように構成された第２転送部（３，Ｓ１６０，７，Ｓ２１０，Ｓ２３０）と、
前記特定のフレームを記憶可能なバッファ（５）と、
を備え、
前記第２転送部は、
前記判定部により前記特定のフレームであると判定されたフレームを前記バッファに格納し、当該バッファに格納されたフレームを、前記少なくとも１つのキューに蓄積されたフレームよりも優先して転送するように構成され、
前記バッファは、フレームを１つ格納可能な容量を有する１フレームバッファである、
中継装置。
請求項１に記載の中継装置であって、
前記特定のフレームは、複数の電子制御装置間で時刻合わせをするための時刻同期フレームである、
中継装置。
請求項１または請求項２に記載の中継装置であって、
前記フレームはイーサネット（登録商標）フレームであり、
前記特定のフレームは、
イーサネットヘッダに含まれるタイプ番号が「８８Ｆ７」であるフレームと、
イーサネットヘッダに含まれる宛先ＭＡＣアドレスが「０１－１Ｂ－１９－００－００－００」又は「０１－８０－Ｃ２－００－００－０Ｅ」であるフレームと、
ＩＰヘッダに含まれる宛先ＩＰアドレスが「２２４．０．０．１０７」又は「２２４．０．１．１２９」であるフレームと、
ＵＤＰヘッダに含まれる宛先ポート番号が「３１９」又は「３２０」であるフレームとのうちの、何れか１つ以上である、
中継装置。