KR102398193B1 - 통신 채널을 통해 데이터를 전송하기 위한 방법, 상응하게 설계된 장치 및 통신 인터페이스, 및 상응하게 설계된 컴퓨터 프로그램 - Google Patents

Abstract

본 발명은 통신 채널(106)을 통해 데이터를 전송하기 위한 방법에 관한 것으로서, 이러한 방법에서 데이터는 전송 프레임으로 전송되고, 여기서 전송 프레임은 메시지의 우선 순위를 정의하기 위한 적어도 하나의 우선 순위 설정 필드(PCP) 및 데이터 필드를 포함하며, 여기서 우선 순위 설정 필드(PCP)는 메시지의 우선 순위 설정에 의해 버스 액세스를 조절하는 기능을 한다. 이를 위해, 적어도 마지막으로 수신된 데이터 패킷의 우선 순위가 최소 우선 순위 저장 셀(330)에 저장되어 있는 버스 액세스 컨트롤러가 사용된다. 데이터 패킷이 수신된 후, 타임아웃(Timeout) 값이 설정되어 있는 타이머(320)가 시작되고, 이러한 타이머는 후속 패킷이 수신될 때 다시 재설정된다. 타임아웃 값에 도달한 후, 최소 우선 순위 저장 셀(330)에 저장된 값의 감소가 발생한다. 그런 다음, 버스 액세스 제어를 위해, 패킷의 송신 시, 송신될 패킷의 우선 순위가 최소 우선 순위 저장 셀(330)에 저장된 값보다 낮은지 여부가 검사되고, 패킷의 우선 순위가 최소 우선 순위 저장 셀(330)에 저장된 값보다 낮은 경우, 데이터 패킷의 송신이 방지된다.

Description

통신 채널을 통해 데이터를 전송하기 위한 방법, 상응하게 설계된 장치 및 통신 인터페이스, 및 상응하게 설계된 컴퓨터 프로그램

본 발명은 버스 시스템을 통해 네트워크 연결되는 전자 컴포넌트, 특히 제어 장치, 센서 및 액추에이터 간의 데이터 전송 기술 분야에 관한 것이다. 이러한 제어 장치는 자동차에서 널리 사용된다. 네트워크 연결된 제어 장치, 센서 및 액추에이터는 다른 기술 분야, 예를 들어 자동화 기술, 프로세스 기술 등에도 또한 사용된다. 그러나, 본 발명은 유선 데이터 전송에 제한되지 않고, 무선 데이터 전송 시스템에서도 또한 사용될 수 있다. 본 발명은 또한 상응하게 설계된 통신 인터페이스 및 상응하게 설계된 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.

현대의 차량에는 많은 제어 장치들이 설치되어 있다. 구동 트레인에만 복수의 제어 장치들, 예를 들어 엔진 제어 장치, 변속기 제어 장치, ESP 제어 장치 등이 사용된다. 또한 섀시 영역의 조절을 담당하는 제어 장치의 등급도 또한 언급되어야 한다. 이들은 전자 섀시 설정을 위한 제어 장치 또는 주행 다이내믹 조절을 위한 제어 장치 또는 예를 들어 속도 의존형 서보 조향 장치와 같은 조향 보조 시스템으로서 기능하는 제어 장치이다. 또한, 차체 영역에 설치되어 특정 편의 기능을 제공하는 다른 제어 장치도 또한 존재한다. 예로서 도어 또는 윈도우 리프터 제어 장치, 공기 조화 시스템 제어 장치, 시트 조정 시스템 제어 장치, 에어백 제어 장치 등이 언급된다. 이 경우, 주변을 모니터링하기 위한 카메라 제어 장치, 내비게이션 장치, RADAR 또는 LIDAR 장치, 통신 모듈 및 TV, 라디오, 비디오 및 음악 기능이 있는 엔터테인먼트 모듈과 같은 인포테인먼트 영역에 속하는 제어 장치의 등급도 또한 존재한다.

제어 장치의 차량 내 네트워크 연결을 위해 IPv6 또는 IPv4 형태의 IP 통신이 미래에 더 많이 사용될 것이라는 트렌드가 기술 분야에 존재한다. 이 경우, 최대 64 kB의 길이를 포함할 수 있는 IP 패킷이 전송된다. IP 패킷은 세그먼트화되어 전송될 수 있지만, 그러나 IP 통신의 사용에는 충분히 큰 메시지를 전송할 수 있는 버스 기술이 사용되는 것을 필요로 한다.

일반적으로 다양한 카테고리의 제어 장치는 장치 카테고리를 위해 상응하게 설계된 별도의 버스에 의해 각각 네트워크 연결된다. 따라서, 차량에서 복수의 다양한 버스 시스템들이 사용될 수 있다. 다양한 버스 시스템들은 여기서 데이터 교환을 가능하게 하기 위해 게이트웨이를 통해 서로 연결될 수 있다. CAN 버스는 일반적으로 구동 트레인 제어 장치의 영역에서 사용되고, 편의 제어 장치의 영역에서도 마찬가지로 사용된다. 이더넷 기술을 기반으로 하는 버스 시스템과 같은 다른 버스 시스템도 또한 인포테인먼트 영역에서 사용된다. 광섬유를 통해 데이터가 전송되는 버스 시스템도 또한 사용 가능하다. 예로서 MOST 버스(미디어 지향 시스템 전송) 또는 D2B 버스(국내 디지털 버스)가 언급된다.

제어 및 조절 기술의 영역에서 차량 및 다른 시스템에는 이더넷 기반 네트워크 연결 기술이 점점 더 많이 사용되고 있다. 이더넷 버스 시스템은 컴퓨터 네트워크 연결의 초기로부터 유래된 것이고, 1970년대 후반 팔로 알토 연구 센터 제록스 파크(Palo Alto Research Center Xerox PARC)에서 개발되었다. IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)는 1980년부터 이더넷의 유지 관리 및 추가 개발을 담당해왔다. 작업 그룹 802는 이더넷을 담당한다. 따라서, 이더넷 관련 표준은 선행 802(예를 들어 IEEE 802.1, IEEE 802.2, IEEE 802.3 등)로 표시된다.

이 경우, 이더넷의 가장 큰 강점은 비디오/오디오 데이터 등과 같은 광범위한 사용자 데이터를 전송하기 위한 완성된 프로토콜이 존재하며, 오늘날에는 자동차에도 또한 그 사용이 허용되는 많은 물리적 매체가 지원된다는 것이다. 물리적 매체는 전송 프로토콜과 무관하기 때문에, 다른 전송 기술도 문제 없이 개발되고, 자동차 산업의 요구 사항에 맞게 조정될 수 있다.

이더넷 네트워크에서 모든 메시지는 일반적인 경우에 동일한 우선 순위로 처리된다. 그러나, 차량 네트워크에는 매우 짧은 통신 대기 시간을 필요로 하는 통신 연결이 존재한다. 반면, 다른 연결은 대기 시간에 대해 단지 매우 낮은 요구 사항을 갖는다.

자동차 분야를 위해 다양한 이더넷 변형이 개발되었다. 우선, IEEE 100BASE-T1 및 IEEE 1000BASE-T1 변형이 존재한다. 이 경우, 데이터의 정방향 및 역방향으로의 전송은 단 한 쌍의 트위스트 케이블을 통해서만 실행된다. 제어 장치(ECU)에 자체의 모듈/칩으로서 각각 설치될 수 있는 물리 계층 블록이 존재한다. 이러한 블록은 물리적 매체(네트워크 케이블)와 이더넷 컨트롤러 블록 간의 연결을 생성한다.

이러한 이더넷 변형에서는 항상 단지 2개의 노드만이 버스 라인에 연결된다. 따라서, 토폴로지로서는 단지 지점 간 연결만이 이용 가능하다. 2개 이상의 노드는 커플링 요소를 이용하여 연결될 수 있다. 여기서는 일반적으로 네트워크 스위치가 사용되며, 이는 계층-2-커플링 요소로서 복수의 물리적 연결에 대한 연결을 허용하고, 분기에서 분기로 메시지를 독립적으로 전달할 수 있다. 이것은 자동차 분야에서 이더넷 버스 시스템의 큰 단점 중 하나인데, 왜냐하면 이는 비용을 증가시키기 때문이다.

따라서, ISO 표준에 따른 CAN 버스(Controller Area Network)의 사용이 자동차 분야에 지배적이다. CAN 버스는 1980년대에 개발되어 1994년에 표준화되었다. 해당 ISO 표준은 ISO 11898이라는 번호를 갖는다. 이러한 버스는 케이블링 소모가 적고 실시간이기 때문에, 자동차 분야에서 성공적이다. 메시지 우선 순위를 할당하고, 버스 조정 시 이를 고려함으로써, 가장 높은 우선 순위를 갖는 메시지가 항상 버스에서 우선되는 것이 보장된다. 그러나, 단점은 낮은 데이터 속도 및 이미 언급된 바와 같이, IP 패킷 전송과 관련된 어려움이다.

US 2008/0175265 A1호로부터 여러 수준에 대한 우선 순위뿐만 아니라, 스테이션을 통해 스테이션의 네트워크에서 사용하기 위한 충돌 없는 액세스 인디케이터도 또한 포함하는 채널 액세스 체계가 공지되어 있다.

US 6 167 030 A호로부터 네트워크 연결을 통해 셀 소스로부터 네트워크 목적지로 전송되는 데이터 전송 셀의 셀 우선 순위를 제어하기 위한 시스템 및 방법이 공지되어 있다. 이들은 ATM 버스 시스템의 ATM 셀이다.

EP 0 258 604 B1호로부터 토큰 링 버스가 공지되어 있으며, 여기서 우선 순위 액세스가 필요할 때 토큰의 우선 순위가 업데이트된다. 우선 순위 시그널링 패킷이 링 버스로 송신된다. 이러한 우선 순위 시그널링 패킷은 토큰이 업데이트되어야 하는 결정된 우선 순위 스테이지에 대한 수신된 정보를 포함한다.

네트워크 참여자가 일 시점에 상이한 대기 리스트에 상이한 통신 연결에 속하는 복수의 메시지를 갖는 경우, 송신 시 네트워크 참여자가 우선 순위를 고려할 수 있는 이더넷 표준의 확장이 존재한다. 여기서 이더넷 변형 IEEE 802.1Qxx가 언급되고, 여기서 네트워크 참여자는 복수의 송신 대기 리스트를 설정하고, 각 송신 프로세스에서 가장 높은 우선 순위를 갖는 대기 리스트로부터 메시지를 선택할 수 있는 가능성을 갖는다. IEEE 802.1Qbv 변형은 별도로 강조되며, 여기서 결정된 개수의 메시지 이후에 결정된 우선 순위의 메시지의 송신이 중단되는 방식으로 작동하는 방법이 구체화되어, 낮은 우선 순위를 갖는 메시지를 또한 일정 간격으로 발송할 수 있다. 이러한 방법은 트래픽 셰이퍼(Traffic Shaper)로서 지칭된다.

IEEE 802.1Q에서는 메시지의 우선 순위를 지정할 때 스테이션으로부터 송신될 자체의 메시지만이 고려된다. 이러한 맥락에서, 송신기는 메시지의 원래 소스 또는 네트워크 브리지, 즉 하나의 네트워크 세그먼트에서 다른 네트워크 세그먼트로 메시지를 전달하는 네트워크 참여자일 수 있다. 대부분의 경우, 이더넷 기반 네트워크는 네트워크 세그먼트가 단지 정확히 하나의 송신기와 하나의 수신기로만 구성되도록 설계된다. 여기서 대형 멀티 포트 브리지(이더넷 스위치로도 또한 지칭됨)가 사용되며, 정확히 하나의 다른 네트워크 참여자(엔드 노드 또는 브리지 포트)가 전이중 연결, 즉 각 통신 방향에 대한 전용 통신 채널에 의해 각각의 포트에 연결된다. 이러한 유형의 네트워크 설계의 경우, 일반적으로는 전송 매체 상에서 메시지에 유용한 순서를 부여할 수 있도록, 우선 순위가 송신기에서 단지 로컬로만 고려되는 경우가 충분하다.

그러나, 네트워크 세그먼트에 복수의 참여자가 존재하는 네트워크 기술도 또한 존재한다. 특히, 자동차에서 입증된 선형 버스 구조는, 네트워크 스위치를 커플링 요소로서 사용하지 않고도 복수의 제어 장치를 네트워크 연결하는 방식으로 지원된다. 이러한 버스 구조는 케이블링 소모와 비용 측면에서 최적이다. IEEE 조직에 의해, 이러한 점을 충족시키기 위해 개선된 10 Mbit/s 이더넷 변형이 개발된다. 이 경우, 버스 참여자는 사용 가능한 10 Mbit/s 대역폭을 분배해야 한다. 새로운 전송 프로토콜은 마찬가지로 실시간이어야 한다. 동시에 분산적으로 관리될 수 있어야 한다. 즉, 네트워크의 모든 참여자에게 동일한 구성을 제공할 필요는 없다. 이를 통해, 개발 비용이 크게 절감될 수 있다. 이러한 맥락에서, 모든 참여자가 공통 전기 버스 라인에 연결되는 10 Mbit/s 이더넷 파생 IEEE 802.3cg가 개발되었다. 그러나, 이러한 변형에서도 여전히 버스 충돌을 일으키지 않고 전체 네트워크 세그먼트를 통해 메시지의 우선 순위를 고려해야 하는 문제가 존재한다. 모든 참여자가 동일한 주파수를 사용하는 무선 네트워크에서도 또한 동일한 문제가 존재한다.

본 발명의 과제는 IP 통신의 도입 시, 선형 버스 구조를 갖는 네트워크 영역 및 무선 네트워크에서도 또한 설명된 단점을 방지하는 것이다. 특히, 전송될 메시지의 우선 순위 설정이 가능해져야 한다.

이러한 과제는 청구항 제1항에 따른 통신 버스를 통해 데이터를 전송하기 위한 방법, 청구항 제10항에 따른 이러한 방법을 수행하기 위한 장치, 청구항 제11항에 따른 상응하게 설계된 통신 인터페이스, 및 청구항 제12항에 따른 상응하게 설계된 컴퓨터 프로그램에 의해 달성된다.

이러한 해결 방안에 따르면, 통신 채널을 통해 데이터가 전송 프레임으로 전송되고, 여기서 전송 프레임은 메시지의 우선 순위를 정의하기 위한 적어도 하나의 우선 순위 설정 필드 및 데이터 필드를 포함하며, 여기서 우선 순위 설정 필드는 메시지의 우선 순위 설정에 의해 버스 액세스를 조절하는 기능을 한다. 이러한 해결 방안은 적어도 마지막으로 수신된 데이터 패킷의 우선 순위가 최소 우선 순위 저장 셀에 저장되어 있는 버스 액세스 컨트롤러가 사용되는 것을 특징으로 하고, 여기서 패킷이 수신된 후, 적어도 하나의 타임아웃(Timeout) 값이 설정되어 있는 타이머가 시작된다. 타이머는 후속 패킷이 수신될 때 다시 재설정된다. 송신 일시 중지가 발생하는 경우, 타임아웃 값은 초과된다. 타임아웃 값에 도달한 후, 버스 액세스 제어를 위해 최소 우선 순위 저장 셀에 저장된 값의 감소가 발생한다. 또한 버스 액세스 제어를 위해, 패킷의 송신 시, 송신될 패킷의 우선 순위가 최소 우선 순위 저장 셀에 저장된 값보다 낮은지 여부가 전송 스테이션에서 검사되고, 패킷의 우선 순위가 최소 우선 순위 저장 셀에 저장된 값보다 낮은 경우, 패킷의 송신이 방지된다. 최소 우선 순위 저장 셀에서 값을 연속적으로 낮춤으로써, 이전 사이클에서 버스 액세스를 수행할 수 없었던 참여자가 대기 리스트에 보류 중인 데이터 패킷을 전송할 수 있는 보다 많은 기회를 획득할 수 있다는 이점이 존재한다. 이를 통해, 발생하는 지연 시간이 감소되므로, 이러한 전송 방법은 시간 임계적인 적용 분야에도 또한 사용될 수 있다.

종속 청구항은 이러한 방법의 이하의 설명에 대응하는 본 발명의 유리한 개발예 및 개선예를 포함한다.

바람직한 변형예에서, 최소 우선 순위 저장 셀에 저장된 값의 감소가 각각 값 "1"만큼 발생한다. 이러한 변형예에서, 통신 시스템의 동작이 가장 잘 시뮬레이션되고, 예측될 수 있다.

다른 변형예에서, 감소 값은 타임아웃 값에 2회 이상 도달한 후에 단계적으로 증가된다. 이를 통해, 우선 순위가 낮은 메시지가 송신 일시 중지 시 보다 신속하게 사용되고, 신속하게 전송되는 것이 달성된다. 이 경우, 이러한 변형 실시예의 특별한 형태에서, 감소 값은 타임아웃 값에 각각 도달한 후에 값 "1"만큼 단계적으로 증가된다.

다른 변형예에서, 타임아웃 값이 초과될 때 최소 우선 순위 저장 셀에 저장된 값의 감소 대신에, 여기에 저장된 값이 값 0 또는 다른 최소값으로 재설정된다. 이러한 변형예에 따르면, 우선 순위가 낮은 메시지는 송신 일시 중지 시, 보다 신속하게 전송될 수 있다.

이러한 방법의 다른 실시예에서, 데이터 패킷이 수신될 때, 수신된 데이터 패킷의 우선 순위 값 대신에, 더 높은 우선 순위 값, 특히 최대 우선 순위 값이 최소 우선 순위 저장 셀에 저장된다. 이를 통해, 버스 액세스 시 특히 우선 순위가 높은 메시지가 선호된다.

마지막으로, 가동률이 높을 때, 전송을 위해 이미 오랜 시간을 기다려야 했던 우선 순위가 낮은 메시지가 더 전송되는 것이 추가적인 조치를 통해 달성될 수 있다. 이를 위해, 결정된 횟수의 전송 사이클을 대기 리스트에서 대기하기는 했지만 전송되지 않은, 데이터 패킷의 우선 순위 값이 전송 스테이션에서 간단히 더 높은 값으로 설정된다.

다른 최적화는 사용된 우선 순위에 대한 값 범위를 증가시키고, 동일한 우선 순위로 송신하는 2개의 네트워크 참여자가 존재하지 않도록 네트워크를 설계하는 것을 제공한다. 이를 통해, 네트워크 설계 시, 경쟁 통신 참여자 중 하나가 항상 선호되는 것이 정의될 수 있다.

제안된 방법을 수행하기 위해 상응하게 설계된 장치 및 상응하게 설계된 통신 인터페이스에 대해, 상응하는 방법 단계와 관련하여 설명된 바와 같이 상응하는 이점이 적용된다.

이는 컴퓨팅 유닛에서 처리될 때 데이터를 전송하기 위한 제안된 방법의 단계들을 수행하는, 상응하게 설계된 컴퓨터 프로그램에도 동일하게 적용된다. 자동차 영역에서 하드웨어 비용이 중심적인 역할을 하는데, 따라서 여기에서 주로 보다 낮은 성능의 마이크로 컨트롤러가 사용되며, 이는 데이터 전송 프로토콜이 특수 하드웨어를 통해 구현되는 별도의 네트워크 컨트롤러에 의해 지원된다. 다른 영역, 예를 들어 자동화 기술 또는 프로세스 기술을 위한 필드 버스 영역에서는 보다 고성능의 마이크로 컨트롤러가 또한 사용되며, 이를 위해 확장된 데이터 전송 프로토콜의 구현을 위한 소프트웨어 솔루션도 또한 고려할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예들은 도면에 도시되고, 도면을 참조하여 이하에서 보다 상세히 설명된다.

도 1은 구동 장치, 섀시 및 운전자 보조 시스템의 영역을 위한 자동차 전자 컴포넌트를 구비한 차량을 도시한다.
도 2는 구동 장치, 섀시 및 운전자 보조 시스템의 영역을 위한 차량 온보드 네트워크에 대한 블록 다이어그램을 도시한다.
도 3은 운전자 보조 시스템의 영역을 위한 차량 온보드 네트워크에 대한 블록 다이어그램을 도시한다.
도 4는 PLCA 충돌 방지 방법이 어떻게 작동하는지에 대한 도면을 도시한다.
도 5는 IEEE 802.1Q 사양에 따른 이더넷 프레임의 상세한 전송 프레임 포맷을 도시한다.
도 6은 버스 액세스를 제어하기 위해 메시지 우선 순위가 어떻게 사용될 수 있는지에 대한 제1 예시적인 실시예를 도시한다.
도 7은 버스 액세스를 제어하기 위해 메시지 우선 순위가 어떻게 사용될 수 있는지에 대한 제2 예시적인 실시예를 도시한다.
도 8은 버스 액세스를 제어하기 위해 메시지 우선 순위가 어떻게 사용될 수 있는지에 대한 제3 예시적인 실시예를 도시한다.

본 설명은 본 발명에 따른 개시의 원리를 예시한다. 따라서, 당업자는 본 명세서에 명시적으로 설명되지는 않았지만, 본 발명에 따른 개시의 원리를 구현하고, 그 범위 내에서 마찬가지로 보호되도록 의도된 다양한 장치를 구상할 수 있다는 것이 이해된다.

도 1은 다양한 전자 컴포넌트를 구비한 차량(10)을 도시한다. 도시되어 있는 것은 승용차(Pkw)이다. 그러나, 차량으로서 임의의 다른 차량도 또한 고려될 수 있다. 다른 차량의 예시는: 버스, 상용 차량, 특히 트럭(Lkw), 농업 기계, 건설 기계, 모터사이클, 철도 차량 등이다. 본 발명은 일반적으로 육상 차량, 철도 차량, 선박 및 항공기에서 사용될 수 있다. 본 발명의 사용은 차량 영역에 대해 주로 고려된다. 그러나, CAN 버스에서와 마찬가지로, 필드 버스 영역, 즉 자동화 기술, 프로세스 기술 등에도 사용될 수 있다. 다수의 전자 제어 장치가 현대의 자동차에 사용된다. 도 1에는 일부 제어 장치 및 센서의 네트워크 연결이 도시되어 있다. 이 경우, 3개의 다양한 등급의 제어 장치가 구별된다. 일 등급의 제어 장치는 각각 별도로 네트워크 연결된다. 각각의 통신 버스는 중앙 게이트웨이 제어 장치(140)를 통해 연결된다. 운전자 보조 시스템의 영역을 위한 제어 장치 등급의 제어 장치는 버스(102)를 통해 네트워크 연결된다. 여기에는 제어 장치, 즉 운전자 보조 시스템 제어 장치(111), RADAR 장치(112) 및 초음파 센서 제어 장치(113)가 연결되어 있다. 이 경우, RADAR 장치(Radio Detection and Ranging에 해당함)는 레이더 크루즈 컨트롤을 구현하기 위해, 또는 거리 경고 또는 충돌 경고 장치를 구현하기 위해 사용된다. 이를 위해, LIDAR 장치(Light Detection and Ranging에 해당함)도 또한 추가적으로 또는 대안적으로 사용될 수 있다.

구동 트레인을 위한 제어 장치 등급의 제어 장치는 버스(104)를 통해 네트워크 연결된다. 여기에는 제어 장치, 즉 엔진 제어 장치(121), ESP 제어 장치(122) 및 변속기 제어 장치(123)가 연결되어 있다. 또한, 버스(104)에는 휠 속도 센서(124 내지 127)가 연결되어 있다. 섀시 영역을 위한 제어 장치 등급의 제어 장치는 버스(106)를 통해 네트워크 연결된다. 여기에는 제어 장치, 즉 섀시 제어 장치(131) 및 조향 보조 시스템 제어 장치(122)가 연결되어 있다.

도 2는 구동 장치, 섀시 및 운전자 보조 시스템의 영역에서 자동차 전자 장치에 대해 상응하는 블록 회로도를 도시한다. 도 2에서 동일한 참조 번호는 도 1에서와 동일한 컴포넌트를 나타낸다. 3개의 별도의 통신 버스(102, 104, 106)는 선형 버스로 설계된다. 이 경우, 통신 버스(102, 104 및 106)를 위한 버스 프로토콜은 거기에 네트워크 연결된 제어 장치의 요구 사항에 따라 설계될 수 있다. 예를 들어 섀시 영역을 위한 통신 버스(106)를 2개의 통신 버스(102 및 104)보다 높은 데이터 속도로 설계하는 것이 유용할 수 있다. 섀시에 관련된 센서 신호에 대해서는, 예를 들어 편의성 특징 관련해서, 댐퍼 설정을 대응하게 조정할 수 있도록, 포트홀(pothole) 감지 기능이 매우 신속하게 반응되어야 한다.

상이한 통신 버스(102, 104, 106)에 연결된 참여자들 간에 데이터를 교환할 목적으로 게이트웨이(140)가 제공된다. 이것은 3개의 다양한 버스 시스템(102, 104 및 106) 모두에 연결된다. 게이트웨이(140)는 하나의 통신 버스를 통해 수신한 데이터 패킷을 변환하여, 다른 통신 버스의 전송 포맷으로 그곳에 전달될 수 있도록 설계된다. 도시된 바와 같이, 게이트웨이(140)는 중앙 장치로서 버스(102), 버스(104)뿐만 아니라 버스(106)에도 또한 연결된다. 따라서, 다양한 버스 시스템 간에 데이터가 교환되어야 할 때 필요한 모든 포맷 변환을 수행한다.

도입부에서 언급된 바와 같이, IPv4 또는 IPv6 프로토콜에 따라 데이터 패킷을 또한 전송할 수 있는 통신 버스가 사용된다. 이를 위해, 이더넷 표준 제품군의 변형을 사용하는 것이 유용하다. 여기서 IP(Internet Protocol), UDP(User Datagram Protocol), RTP(Real-Time Transport Protocol), TCP(Transmission Control Protocol)와 같이 이미 제조된 전송 프로토콜이 이용될 수 있다. 이에 따라 전송 프로토콜 측면에서 개발 노력이 제한된다. 이더넷 네트워크 기술은 주로 IEEE 표준 802.3에 해당한다. 언급된 바와 같이, 자동차에서 이러한 기술을 사용하기 위해, IEEE 802.3cg 변형은 본 발명과 관련하여 특히 흥미롭다. 따라서, 본 발명의 개시와 관련하여 이러한 명세서가 명시적으로 참조된다.

물리적 전송 매체로서 트위스트 2선식 라인이 사용되고, 여기에 정보 전송을 위한 대칭적인 차동 전압이 인가된다. 전압은 송신기가 원하는 비트스트림에 따라 생성(인코딩)하는 심볼을 나타낸다. 수신기는 형성된 심볼 스트림을 다시 사용하여, 포함된 비트를 복구(디코딩)한다.

이러한 물리 계층에서 특히 매력적인 점은, 정보가 UTP 케이블(차폐되지 않은 트위스트 도체 쌍이 있는 케이블, 비차폐 트위스트 페어에 해당함)을 통해 10 Mbit/s로 전송될 수 있다는 것이다.

100 Mbit/s 및 1 Gbit/s에 대한 기존의 표준과 비교하여, 공동으로 사용되는 전송 채널(공유 매체)이 사용된다. 즉, 일 시점에 단지 최대 하나의 네트워크 참여자만이 송신할 수 있다는 것을 의미한다(도면 참조).

이미 위에서 설명된 이유로부터, 섀시 영역을 위한 통신 버스(106)는 IEEE 802.3cg 변형에 따라 설계되고, 다른 2개의 버스(102 및 104)는 이러한 변형에 따라 또는 IEEE 100BASE-T1 또는 IEEE 1000BASE-T1 변형 중 하나에 따라 설계될 수도 있다. 이하에서, 통신 버스(102)는 또한 IEEE 802.3cg 변형에 따라 설계되는 것이 가정된다.

본 발명에 따른 통신 버스에 의해 전자 컴포넌트를 네트워크 연결하는 원리는 도 3에 보다 상세히 도시되어 있다. 운전자 보조 시스템의 영역을 위한 통신 버스(102)가 예로서 도시된다. 모든 제어 장치(111 내지 113)는 통신 버스(102)에 연결된다. 마찬가지로, 게이트웨이(140)는 또한 통신 버스(102)(더 이상 도시되지 않음)에 연결된다. 통신 버스(102)의 버스 구조는 선형이다. 이미 언급된 차폐되지 않은 트위스트 UTP-2선식 라인이 버스 라인으로서 사용된다.

네트워크 참여자는 일반적으로 응용 소프트웨어가 실행되는 적어도 하나의 마이크로 컨트롤러(24) 및 통신 인터페이스로 구성된다. 이더넷 기반 네트워크 인터페이스는 PHY(Physical Layer) 및 MAC(Media Access Controller) 부분으로 구성된다. 이에 대해 PHY 블록은 MAC 부분으로부터 기인하는 디지털 패킷을 디지털 신호로 변환시키는 역할을 하며, 이러한 디지털 신호는 전송 매체를 통해 전송된다. PHY 블록은 종종 별도의 칩으로서 구현된다. 마찬가지로, MAC 블록도 별도의 칩으로서 구현될 수 있다. 또한, PHY는 두 참여자가 전송 매체에 동시에 기록하도록 결코 시도하지 않는 것을 보장함으로써, 전송 매체에 대한 액세스를 제어한다.

도 3의 예에서, 물리 계층 칩(Physical Layer Chip)(22)이 또한 각각의 제어 장치(111 내지 113)에 여전히 존재하며, 이는 여전히 버스 라인에 연결하기 위해 버스 조정 회로(21)에 연결된다. 참조 번호 23은 네트워크 컨트롤러로도 또한 지칭되는 이더넷 MAC 레이어 칩(미디어 액세스 컨트롤러)을 나타낸다. 참조 번호 24는 응용 소프트웨어가 호스트 IC로서 설치된 마이크로 컴퓨터를 나타낸다. 또한, 추가의 네트워크 프로토콜도 이러한 마이크로 컴퓨터(24)에 설치된다. 이더넷 MAC 프레임은 이더넷 MAC 레이어로부터 제공된다. 관련된 네트워크 프로토콜 스택은 마이크로 컴퓨터(24)에 설치된다.

MAC(23)는 전송될 데이터로부터 이더넷 데이터 프레임을 생성하고, 전송 매체에 기록할 권리를 소유하고 있다는 것이 시그널링되자마자, 전송을 위해 이러한 데이터 프레임을 비트 단위(일반적으로 4비트 병렬)로 PHY(22)로 전송한다. 다른 참여자의 메시지는 PHY(22)에 의해 읽혀지고, MAC 칩(23)으로 비트 단위로 전송된다. MAC(23)는 이로부터 수신 이더넷 데이터 프레임을 집합시키고, 패킷이 이를 위해 결정된 것이고, 추가 처리가 되어야 하는지 또는 폐기될 수 있는지 여부를 결정한다. 이더넷 통신의 제2 계층은 조절된 데이터 전송을 위한 중요한 기본 기능을 제공한다. 이에 대해, 균일한 메시지 구조 외에도 참여자의 어드레스 지정 및 버스 액세스 방법도 또한 포함된다. 실리콘 온 칩 구현(SoC)에서, 모든 블록(21 내지 23)이 마이크로 컨트롤러(24)에 통합될 수 있다.

현대의 MAC 구현은 상이한 우선 순위를 갖는 복수의 송신 및 수신 대기 리스트를 갖는다. MAC(23) 내의 스케줄러는 대기 리스트를 정의하고, 이러한 대기 리스트에 기초하여 제1 요소는 전송되도록 취해진다. 이를 위해, 예를 들어 차량 내 제어 및 조절 시스템과 같은 실시간 시스템의 경우, 엄격한 우선 순위 스케줄러(Strict Priority Scheduler)가 사용된다. 이는 가장 높은 우선 순위를 갖는 메시지가 항상 먼저 전송되고, 대기 리스트에 더 이상 우선 순위가 높은 패킷이 존재하지 않는 경우, 대기 리스트로부터 다음으로 낮은 우선 순위를 갖는 패킷이 전송되도록 한다.

PHY는 공통의 전송 매체에 대한 기록 액세스를 담당한다. 복수의 참여자가 전송 매체에 동시에 기록 액세스를 시도할 때 발생하는 충돌을 방지하기 위해, 충돌 방지 방법을 필요로 한다. PLCA(PHY 레벨 충돌 방지) 방법은 10 Mbit/s 자동차 이더넷에서 사용하기 위해 사용된다. 이러한 방법에서, 각각의 참여자는 단지 자신만 데이터를 송신할 수 있는 전용 시간 슬롯을 갖는다. 송신 프로세스가 완료되었거나 또는 참여자가 사전 결정된 시간 내에 송신을 시작하지 않은 경우, 다음 참여자의 차례가 된다. 모든 참여자가 프레임을 송신할 가능성을 갖게 되면, 통신 사이클이 새로 시작된다. 이러한 프로세스는 도 4에 도시되어 있다.

도 4에서, 다양한 송신 시간 슬롯(302, 304, 306, 308)은 서로 나란히 배치된다(패킷 번호 #1 내지 #4). 하나의 열은 하나의 통신 사이클에 해당한다. 통신 사이클에서 참여자는 라운드 로빈(Round Robin) 방법에 따라 차례로 액세스할 수 있다. 그러나 여기서, 최대 패킷 길이는 제한된다. 이러한 도면에는 3개의 통신 사이클(310, 312, 314)이 도시되어 있다. 송신 시간 슬롯 사이에는 정의된 길이의 일시 중지(316)가 있으며, 여기서 이전의 송신이 완료되었음이 인식될 수 있다. 송신 시간 슬롯(302, 304, 306, 308)의 기간은 전송된 데이터의 양에 의존한다. 네트워크 참여자가 데이터를 발송하지 않으면, 복수의 일시 중지(316)가 앞뒤로 발생한다. 이러한 유형의 액세스 방법은 네트워크의 모든 참여자가 패킷을 송신할 수 있는 동일한 기회를 갖기 때문에 공정(Fair)으로 지칭된다.

PLCA 방법에서는, 우선 순위가 단지 로컬로만 적용될 수 있고, 네트워크 단위로는 적용될 수 없다. 즉, 송신 준비가 된 스테이션에서 상이한 우선 순위를 갖는 복수의 패킷이 이용 가능한 경우, MAC 칩(23)은 가장 높은 우선 순위를 갖는 패킷이 항상 먼저 전송되는 것을 보장할 수 있다는 것을 의미한다. 그러나, 다른 참여자가 낮은 우선 순위의 패킷으로 공통의 전송 매체를 차단하는 것이 발생할 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이 액세스 방법은 공정하기 때문에, 모든 참여자는 패킷을 송신할 수 있는 동일한 권한을 가지며, 이는 그들의 우선 순위가 얼마나 높은지 여부와는 무관하다.

예를 들어 차량 내 제어 및 조절 시스템과 같은 실시간 시스템의 경우, 이러한 동작은 눈에 띄는 단점을 갖는다. 최대 허용 대기 시간이 항상 실시간 관련 데이터에 대해 지정된다. 따라서, 네트워크의 가동률이 높은 경우에도 우선 순위가 높은 패킷이 지정된 시간 내에 전달될 수 있는 것("최악의 지연 시간(Worst Case Latenz)" 준수)이 보장될 수 있는 액세스 방법이 필요하다.

도 5는 우선 이더넷 버스 변형 IEEE 802.3cg에서도 또한 사용되는 전송 프레임 포맷을 도시한다. 차량 영역에서 선호되는 소위 태그된 MAC 프레임이 도시되어 있다. 이러한 변형에서 이더넷 패킷의 포맷은 하부에 도시되어 있다. 처음 두 섹션인 프리앰블과 SFD는 여기서 단지 이더넷 패킷의 일부이다. 이더넷 MAC 프레임으로도 또한 언급되는 실제 이더넷 프레임은 나중에 시작된다. 이더넷 프레임의 전송을 위해 이더넷 PHY는 시작 부분에 프리앰블과 시작 프레임 구분 기호(SFD)를 추가한다. 이들은 IEEE 100BASE-T1에서 전송 시작의 시그널링, 즉 위에서 언급된 동기화를 위해 사용된다. 이더넷 MAC 프레임은 MAC 헤더의 필드들, MAC 페이로드 및 CRC 필드로 구성된다. MAC 헤더는 목표 어드레스, 소스 어드레스, VLAN 태그, 이더타입(Ethertype)에 대한 섹션들로 구성된다. 목표 어드레스 및 소스 어드레스 섹션에는 목표 및 소스에 대한 MAC 어드레스가 각각 입력된다. 기본 및 태그된 MAC 프레임 간의 구분은 이더타입 유형 필드에 의해 수행된다. 이는 일반적으로 페이로드 영역에 포함된 패킷을 식별하고, 이와 함께 상위 계층(예를 들어 IPv4, IPv6)에서 사용되는 프로토콜에 대한 정보를 제공한다. 태그된 MAC 프레임은 VLAN 태그 필드의 VLAN 식별자(예를 들어 0x8100)로 시작한다. 이것이 존재하는 경우, 이더타입 유형 필드가 4바이트만큼 뒤로 이동되고, 그 원래의 위치에는 VLAN 태그가 삽입된다.

VLAN 태그는 프로토콜 식별자(TPID)(VLAN 식별자에 해당함)와 제어 정보(TCI)로 구성된다. TCI는 우선 순위(PCP), DEI 또는 CFI(Drop Eligible or Canonical Form Indicator), 및 식별자(VID)로 구성된다. 자동차 산업에서는 식별자(VID)와 우선 순위 필드(PCP)가 주로 사용된다. 식별자(VID)는 상이한 애플리케이션 영역에 대한 각각의 가상 네트워크를 식별한다. 우선 순위는 네트워크 스위치를 통한 런타임의 최적화를 허용하여, 중요한 정보들이 우선적으로 전달될 수 있다. 도시된 예에서, 우선 순위 필드는 단지 3비트의 길이를 갖는다. IEEE 802.1Q에서 설명된 것과 다른 메시지 포맷이 사용되는 경우, 우선 순위 필드를 보다 길게 설계하는 것도 또한 가능하다. 10 비트의 길이에서 0 내지 1023의 우선 순위 수준을 나타낼 수 있다.

이더넷 프레임(MAC 페이로드)의 사용자 데이터 영역에서는 가변적인 길이 정보가 전송될 수 있다. 태그된 MAC 프레임에서 페이로드 필드는 42 바이트의 최소 길이를 갖는다. IEEE 100BASE-T1 사양에 따른 변형에서는 심지어 최대 1500 바이트까지 포함될 수 있다.

MAC 프레임의 마지막에 있는 CRC 필드에는 CRC 체크섬이 전송된다. 포함된 값은 송신기와 수신기에서 동일하게 구현되는 표준화된 알고리즘을 사용하여 계산된다. 계산은 이더넷 MAC 프레임의 모든 필드와 함께 수행되고, 따라서 전체 메시지를 보호한다.

도 5의 중간 부분에는 1500 바이트 크기의 IPv6 패킷의 포맷이 도시되어 있다. 이더넷 MAC 프레임의 사용자 데이터 필드에 전체 공간이 존재한다.

사용자 데이터 그램 프로토콜에 대응하는 UDP 패킷이 그 위에 도시되어 있다. 1460 바이트의 길이를 가지며, IPv6 패킷의 사용자 데이터 필드에 전체 공간이 존재한다.

버스 액세스 동안 패킷의 우선 순위도 또한 고려되는 방법은 동일한 출원인의 이전 특허 출원 DE 10 2017 130 547.5호에 설명되어 있다. 전송된 각각의 데이터 패킷은 우선 순위 정보를 포함한다. 이더넷 표준 IEEE 802.1Q는 이를 위해 3비트 값을 제공한다. 도 5에서 우선 순위에 대한 3비트 필드가 PCP로 표시된다. 다음 예에서는 3비트 값이 가정된다. 값 0은 가장 낮은 우선 순위에 해당하고, 값 7은 가장 높은 우선 순위에 해당한다.

각 참여자는 전송 매체(208) 상의 데이터를 관찰하고, 마지막 통신 라운드에서 관찰된 가장 높은 우선 순위 값을 저장한다. 즉: 참여자가 시간 슬롯(n)을 송신할 수 있는 경우, 참여자는 마지막 통신 사이클의 n+1부터의 시간 슬롯으로부터 그리고 현재 통신 사이클의 n-1까지의 시간 슬롯으로부터 우선 순위 정보를 평가한다. 본 출원에서는 참여자에 의해 마지막으로 송신된 패킷의 우선 순위 정보가 PHY 칩(22)의 저장 셀에 저장되었다. 본 방법의 유리한 구현예에서, PHY 칩(22)은 다음 통신 사이클의 우선 순위가 마지막 사이클의 우선 순위와 동일하다는 가정에 기초한다. 이러한 가정은 특히, 전송될 메시지가 전송을 위해 복수의 작은 패킷들로 분할될 때 적용된다. 거기에서 PHY 칩(22)은 자신의 선택된 패킷의 우선 순위가 다른 통신 참여자의 관찰된 가장 높은 우선 순위보다 높거나 또는 동일한 경우에만 자신의 데이터 패킷을 송신한다. 자신의 패킷의 우선 순위가 더 낮으면, 송신할 권한을 포기하고, 이를 통해 우선 순위가 낮은 패킷에 의해 공통의 통신 채널을 차단하지 않는다. 네트워크의 모든 참여자가 이러한 요구 사항을 준수하면, 높은 우선 순위를 갖는 메시지가 우선 순위가 낮은 패킷에 의해 중단되지 않고 전송될 수 있다.

이하에서 설명되는 방법은 실제로 사용되는 물리적 전송 매체와는 독립적이고, 다양한 속도 및 유선 전송뿐만 아니라 무선 전송에도 또한 사용될 수 있다.

본 방법은 네트워크의 각각의 참여자가 다른 참여자의 전송을 기술적으로 관찰(수신)할 수 있다는 것을 가정한다. 이러한 특성을 갖는 네트워크는 브로드캐스트 매체로 지칭된다.

네트워크 세그먼트에서 전송되는 각 메시지는 예를 들어 IEEE 802.1Q에 따라 우선 순위 정보를 갖는다. 모든 네트워크 참여자는 전송 매체에서 전송된 모든 메시지로부터 우선 순위 정보를 평가한다. 각 참여자는 현재 허용된 최소 우선 순위가 저장되어 있는 저장 셀을 갖는다. 이러한 저장 셀의 값은 메시지가 수신되고 타이머가 만료될 때마다 변경되거나 또는 업데이트된다. 그러나, 저장 셀은 DE 10 2017 130 547.5호에서 제안된 방법으로부터 벗어나 MAC 칩(23)에 배치된다. 이것은 데이터 통신의 OSI/ISO 계층 모델에 따라 데이터 패킷을 처리하는 측면에서 큰 이점을 갖는다.

네트워크 참여자가 결정된 우선 순위를 갖는 메시지를 송신하고자 하는 경우, 송신할 메시지의 우선 순위가 허용된 최소 우선 순위의 현재 값보다 크거나 또는 동일한지 여부를 우선 검사해야 한다. 동일하거나 또는 더 높은 우선 순위를 갖는 메시지는 즉시(물리 계층의 버스 액세스 방법이 전송 매체를 이용할 수 있다는 것을 시그널링하는 즉시) 전송될 수 있다. 더 낮은 우선 순위를 갖는 메시지는 허용된 최소 우선 순위의 값이 송신을 허용하는 수준으로 떨어질 때까지 보류된다. 도 6은 개요를 도시한다.

맨 윗줄에는 차례로 전송된 데이터 패킷이 도시되어 있다. 각각의 패킷에는 이러한 패킷에 할당된 우선 순위가 지정되어 있다. 최소 우선 순위를 위한 저장 셀은 도 6에서 참조 번호 330으로 표시되어 있다. 도 6의 하부는 허용 가능한 최소 우선 순위의 값을 위한 저장 셀의 각각의 엔트리를 도시한다. 설명된 바와 같이, 마지막으로 수신된 데이터 패킷이 어떠한 우선 순위를 갖는지가 여기에 각각 입력된다. 통신이 시작될 때, 저장 셀(330)에서의 값은 0으로 설정된다. 우선 순위가 1인 메시지가 전송 매체에서 관찰되면, 값이 1로 업데이트 된다. 도 6에 도시된 예에서 2 내지 4의 우선 순위가 관찰될 때에도 동일하게 발생한다. 메시지가 수신될 때마다 타이머(320)(시간 카운터)는 재설정된다. 그런 다음 진행이 시작되고, 새로운 패킷이 수신될 때 다시 재설정된다. 도 6에는 타이머(320)가 4번 시작되고 타임아웃 값에 도달하기 전에 다시 재설정되는 것이 도시되어 있다. 타임아웃 값은 다른 저장 셀(322)에서 프로그래밍될 수 있다. 타이머(320)가 장기간 재설정되지 않으면, 즉 설정된 타임아웃 값이 초과되면, 허용 가능한 최소 우선 순위의 값은 0으로 재설정된다. 이 경우, 이를 통해 낮은 우선 순위의 메시지(예시에서는 우선 순위가 2인 패킷이 뒤따름)는 전송될 수 있다. 도면의 단순화를 위해 가능한 우선 순위의 개수는 4로 제한되었다. 그러나, 실제 구현에서 값은 우선 순위 7 또는 PCP 필드가 확대될 때 임의의 많은 우선 순위까지도 구현될 수 있다. 타이머 및 타임아웃 값을 위한 저장 셀(320 및 322)도 마찬가지로 MAC 칩(23)에 위치된다.

도 6에 도시된 구현예에서, 최소 우선 순위의 값은 타임아웃 값이 초과된 후 값 0으로 재설정된다. 이러한 상황에서 복수의 네트워크 참여자가 송신할 준비가 된 메시지를 갖는 경우, 어떤 참여자가 가장 먼저 메시지를 송신한다. 이는 반드시 높은 우선 순위를 갖는 메시지를 송신하려는 참여자가 아닐 수도 있다. 낮은 우선 순위를 갖는 참여자가 먼저 송신하고, 우선 순위가 높은 메시지를 갖는 참여자가 기다려야 할 수도 있다. 낮은 우선 순위를 갖는 메시지 이후에, 다른 참여자가 더 낮거나 또는 단지 약간만 높은 우선 순위를 갖는 다른 메시지를 전송하는 경우, 상황은 반복될 수 있다. 이러한 동작은 우선 순위 반전으로서 지칭되며, 높은 우선 순위에서 낮은 우선 순위로 변경할 때 우선 순위가 높은 메시지에 대해 예측하기 어려운 지연이 발생할 수 있다. 따라서, 이하에서 설명되는 본 방법의 변형예는 타임아웃이 초과된 후 우선 순위가 0으로 설정되지 않고, 단지 결정된 값만큼만 감소되는 것을 제공한다.

이러한 변형예는 도 7에 도시되어 있다. 도 7에 설명된 구현예에서, 타임아웃이 초과될 때, 정확히 값 "1"만큼 값이 감소된다. 2배의 시간 후에는 값 "2"만큼, 그런 다음 "3"만큼 등으로의 감소가 수행된다. 이를 통해, 허용 가능한 최소 우선 순위의 값은 값 "0"까지 단계적으로 감소된다.

도 7에는 2개의 송신기가 있는 시스템이 도시되어 있다. 도시된 메시지 시퀀스의 시작 부분에서 송신기(S2)는 우선 순위가 1인 메시지를 전송한다. 그런 다음, S1 및 S2는 동시에 (허용 가능한 최소 우선 순위보다 높거나 또는 동일한 우선 순위를 갖는) 메시지의 송신을 시도한다. 사용된 버스 액세스 방법은 두 메시지 중 단지 하나만이 실제로 송신되는 것을 보장한다. 다른 하나는 추후의 시점으로 연기된다. 이에 대해, 이더넷과 관련하여 구형 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) 또는 이전에 언급된 PLCA 방법이 사용될 수 있다.

도 7에서 허용 가능한 최소 우선 순위의 값이 값 4에 도달한 후, 2개의 스테이션(S1 및 S2)은 동시에 우선 순위 3 및 1을 갖는 메시지를 송신하려고 시도한다. 허용 가능한 최소 우선 순위를 단계적으로 감소시킴으로써, S1은 타임아웃이 초과된 후 우선 순위 3을 갖는 자신의 메시지를 송신할 수 있는 반면, S2의 전송 요청은 설명된 장치에 의해 계속 억제된다. 타임아웃이 다시 2번 초과된 후에야, 허용 가능한 우선 순위 값이 각각 값 "1"로 감소되고, S2는 우선 순위 1을 갖는 메시지를 송신할 수 있다. 대기 시간 동안 우선 순위가 2 이상인 메시지가 발생하는 경우, 스테이션(S2)에 대한 송신 시간을 보다 지연시킬 수 있다. 우선 순위가 1인 또 다른 메시지도 또한 이를 유발할 수 있는데, 버스 액세스 시 다시 경쟁 상황이 발생하기 때문이다. 도 7에는 타임아웃 값이 연속으로 두 번 초과된 것이 도시되어 있다. 이를 구현하기 위해, 추가 저장 셀(324, 326, 328)이 네트워크 컨트롤러 칩(23)에 제공될 수 있고, 여기에 타임아웃 값이 입력되고, 여기서 각각 감소가 발생한다.

복수의 네트워크 참여자가 결정된 시점에 대해 허용 가능한 최소 우선 순위보다 크거나 또는 동일한 우선 순위로 메시지를 송신하려는 경우, 지금까지 설명된 2개의 변형예에서 예측할 수 없는 경쟁 상황(경쟁 조건)이 형성되고, 이는 버스 액세스 방법에 의해서만 해결된다. 이를 통해, 단지 매우 부정확하게만 예측될 수 있는 시간적 동작이 형성된다.

따라서, 도 8에 도시된 추가의 변형예가 이하에서 더 설명된다. 이러한 변형예는 메시지가 수신된 후, 저장 셀(330)의 허용 가능한 최소 우선 순위에 대한 값이 수신된 메시지의 값으로 설정되지 않고, 가능한 가장 높은 값으로 항상 설정되는 것을 제공한다. 이러한 값의 감소는 타임아웃 값을 초과하거나 또는 반복적으로 초과하는 경우에만 수행된다.

임의의 우선 순위가 있는 메시지가 수신된 후, 단지 우선 순위가 가장 높은 메시지만이 우선 송신될 수 있게 된다. 타임아웃 값의 대기를 통해 한 번 또는 여러 번 연속으로 초과되고, 송신 준비가 된 우선 순위가 높은 메시지가 존재하지 않는 것이 보장되어 있는 경우에만, 우선 순위가 낮은 메시지가 송신될 수 있다. 도 8은 동작을 도시한다. 제1 패킷의 수신 또는 송신 후에, 저장 셀(330)은 값 "4"로 설정된다. 스테이션(S2)은 송신할 수 있다. 저장 셀(330)은 값 "4"로 유지된다. 송신이 일시 중지된 후, 타임아웃 값(P1)은 초과된다. 그런 다음 감소된다. 저장 셀(330)에 값 "3"이 입력된다. 우선 순위가 3인 패킷이 전송된 후, 값 "4"가 다시 입력된다. 그런 다음, 타임아웃 값(P-1 및 P-2)이 차례로 초과된다. 저장 셀(330)의 엔트리는 값 "2"로 감소된다. 우선 순위가 2인 패킷이 전송된다. 그런 다음, 타임아웃 값(P-1 내지 P-2)이 세 번 초과되는 긴 일시 중지가 이어진다. 이를 통해, 저장 셀(330)의 엔트리는 값 "1"로 감소된다. 우선 순위가 1인 패킷은 여전히 더 긴 대기 단계 이후에 전송된다.

도 7에 도시된 방법을 사용함으로써, 높은 우선 순위의 메시지가 가능한 최소 대기 시간으로 항상 발송되는 것이 보장될 수 있다. 대기 시간은 단지 동일한 우선 순위를 갖는 다른 송신기의 송신 동작으로부터, 그리고 랜덤으로 전송 매체에 있고 그 끝을 기다려야 하는 임의의 메시지의 전송 시간으로부터 생성된다. 우선 순위가 낮은 메시지의 대기 시간을 고려하기 위해, 동일한 우선 순위 및 우선 순위가 높은 모든 메시지의 송신 동작이 고려되어야 한다.

도 6 또는 도 7에 따른 구현의 경우, 동일한 우선 순위의 메시지의 긴 시퀀스를 최대 가용 대역폭으로 구현하는 것이 가능하다. 도 8에 따른 구현의 경우, 이는 가장 높은 우선 순위에 대해서만 가능하다. 우선 순위가 낮은 경우에는 허용 가능한 최소 우선 순위의 값을 감소시키기 위해 메시지 간에 항상 일시 중지가 수행되어야 한다. 이를 통해, 우선 순위가 낮은 메시지를 위한 가용 대역폭이 감소된다.

본 명세서에 제시된 방법에서는 복수의 참여자가 동일한 우선 순위를 갖는 메시지를 동시에 송신하고자 하는 경우에 예측하기 어려운 동작이 발생한다. 메시지가 통신 매체 상에 나타나는 실제의 순서는, 이러한 경우에는 버스 액세스 방법에 의해 조절된다. 액세스 방법으로서 CSMA/CD를 사용할 때, 동시 액세스(충돌)의 경우 매우 길고, 예측하기 어려운 대기 시간이 발생할 수 있다. PLCA 액세스 방법이 보다 양호하게 예측 가능하다. 그러나, 관련 네트워크 참여자가 모든 경쟁 참여자 중 마지막으로서 송신할 수 있다는 것이 항상 가정되어야 한다.

본 발명의 개발예에서, 사용된 우선 순위에 대한 값의 범위를 확대시키고, 동일한 우선 순위로 송신하는 2개의 네트워크 참여자가 존재하지 않는 방식으로 네트워크를 설계할 수 있는 것이 제공될 수 있다. 이를 통해, 네트워크 설계 시 경쟁 통신 참여자 중 하나가 항상 선호되는 것이 결정될 수 있다. 10 비트의 우선 순위 필드에 의해, 예를 들어 1024개의 우선 순위가 구현될 수 있다.

본 명세서에 제시된 방법(모든 변형예)에서, 낮은 우선 순위를 갖는 메시지는 송신될 가능성을 얻지 못하는 상황이 발생할 수 있는데, 왜냐하면 필요한 대기 시간 내에 높은 우선 순위를 갖는 메시지가 전송되고, 그런 다음 대기 시간이 새로 시작되는 상황이 항상 다시 발생할 수 있기 때문이다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 여기에 또 다른 최적화가 제안된다. 접근법은 더 오랜 기간 동안 송신될 수 없는 메시지의 우선 순위가 자동적으로 높게 설정되는 것이다.

어떤 네트워크 동작이 필요한지에 따라, 이러한 방법의 도시된 옵션들 중 모두를 지원하고, 이를 네트워크를 설계할 때 구성하는 것이 유용하다. 타임아웃 값 또는 복수의 타임아웃 값은 설정 가능해야 한다. 감소에 대한 단계 폭을 설정하는 것이 가능해야 한다. 도 6 및 도 7에 따른 설명된 예에서 단계 폭은 1이다. 더 큰 단계 폭은 낮은 우선 순위를 갖는 메시지에 대한 대기 시간을 감소시킬 수 있지만, 그러나 단계 경계 내에서 우선 순위 반전이 발생할 수 있다. 인공 지능을 기반으로 한 알고리즘에 의해, 단계 폭은 각각 또는 주기적으로 추정될 수 있고, 최적화된 네트워크 동작을 달성하도록 조정될 수 있다. 이러한 확장은 소프트웨어 솔루션에서 특히 양호하게 구현될 수 있다.

설명된 방법은 MAC 칩(23) 또는 SoC(System on Chip)로서 모든 컴포넌트(21, 22, 23 및 24)를 포함하는 칩 내의 디지털 회로로서 구현될 수 있다. 저장 셀(330) 및 저장 셀(322 내지 328)을 갖는 타이머(320)는 또한 MAC 블록(23)에 배치된다. 그러나, 본 방법을 알고리즘으로서 소프트웨어에서 구현하는 것도 또한 가능하다. 이를 위해, 메시지가 해당 네트워크 참여자를 위한 것으로 결정되는지 또는 아닌지의 여부에 관계 없이, 메시지가 수신될 때마다 알고리즘이 실행되어야 한다.

본 개시는 본 명세서에서 설명된 예시적인 실시예들로 제한되지 않는다. 당업자가 자신의 전문 지식에 기초하여 그리고 또한 개시 내용에 속하여 고려하게 될 다양한 조정 및 수정을 위한 여지가 존재한다.

본원에 언급된 모든 예시 및 조건부 표현들은 이러한 구체적으로 인용된 예시에 대한 제한 없이 이해되어야 한다. 예를 들어 본 명세서에 도시된 블록 다이어그램이 예시적인 회로도의 개념적인 도면을 나타낸 것이 당업자에 의해 이해된다. 유사한 방식으로, 도시된 흐름도, 상태 전이 다이어그램, 의사 코드 등은 실질적으로 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장될 수 있고, 따라서 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 실행될 수 있는 프로세스의 표현에 대한 다양한 변형예를 나타낸다는 것을 알 수 있다.

제안된 방법 및 관련 장치는 다양한 형태의 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 특수 프로세서 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 특수 프로세서에는 ASICs(Application-Specific Integrated Circuits), RISC(Reduced Instruction Set Computer) 및/또는 FPGAs(Field Programmable Gate Arrays)가 포함될 수 있다. 바람직하게는, 제안된 방법 및 장치는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로서 구현된다. 소프트웨어는 바람직하게는 프로그램 저장 장치에 응용 프로그램으로서 설치된다. 일반적으로, 예를 들어 하나 이상의 중앙 처리 장치(CPU), 임의 액세스 메모리(RAM) 및 하나 이상의 입력/출력(I/O) 인터페이스(들)와 같은 하드웨어를 포함하는 컴퓨터 플랫폼을 기반으로 하는 기계이다. 컴퓨터 플랫폼에는 일반적으로 운영 체제도 또한 설치된다. 본 명세서에서 설명된 다양한 프로세스 및 기능은 응용 프로그램의 일부일 수 있거나, 또는 운영 체제를 통해 실행되는 일부일 수 있다.

10 차량
21 버스 조정 회로
22 확장된 이더넷 PHY 블록
23 이더넷 MAC 블록
24 마이크로 컴퓨터
100 자동차 전자 장치
102 데이터 버스 - 운전자 보조 시스템
104 데이터 버스 - 구동 장치
106 데이터 버스 - 섀시
111 운전자 보조 시스템 제어 장치
112 RADAR 제어 장치
113 초음파 센서 제어 장치
121 엔진 제어 장치
122 ESP 제어 장치
123 변속기 제어 장치
124 휠 속도 센서
125 휠 속도 센서
126 휠 속도 센서
131 섀시 제어 장치
132 조향 보조 시스템 제어 장치
140 게이트웨이
302-308 송신 시간 슬롯
310-314 통신 사이클
316 대기 시간
320 타이머
322-328 타임아웃 값을 위한 저장 셀

Claims (12)

1. 통신 채널(106)을 통해 데이터를 전송하기 위한 방법으로서, 상기 방법에서 상기 데이터는 전송 프레임으로 전송되고, 상기 전송 프레임은 메시지의 우선 순위를 정의하기 위한 적어도 하나의 우선 순위 설정 필드(PCP) 및 데이터 필드를 포함하며, 상기 우선 순위 설정 필드(PCP)는 상기 메시지의 우선 순위 설정에 의해 버스 액세스를 조절하는 기능을 하는 것인, 상기 방법에 있어서,
   적어도 마지막으로 수신된 데이터 패킷의 우선 순위가 최소 우선 순위 저장 셀(330)에 저장되어 있는 버스 액세스 컨트롤러가 사용되고, 패킷이 수신된 후, 적어도 하나의 타임아웃(Timeout) 값이 설정되어 있는 타이머(320)가 시작되고, 상기 타이머는 후속 패킷이 수신되면 다시 재설정되고, 상기 타임아웃 값에 도달한 후, 상기 최소 우선 순위 저장 셀(330)에 저장된 값의 감소가 발생하고, 버스 액세스 제어를 위해, 패킷의 송신 시, 송신될 패킷의 우선 순위가 상기 최소 우선 순위 저장 셀(330)에 저장된 값보다 낮은지 여부가 검사되고, 상기 패킷의 우선 순위가 상기 최소 우선 순위 저장 셀(330)에 저장된 값보다 낮은 경우, 상기 패킷의 송신이 방지되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 최소 우선 순위 저장 셀(330)에 저장된 상기 값의 감소는 각각 값 1만큼 발생하는 것인, 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 최소 우선 순위 저장 셀(330)에 저장된 상기 값은 상기 타임아웃 값에 2회 이상 도달한 후에 단계적으로 감소되는 것인, 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 최소 우선 순위 저장 셀(330)에 저장된 상기 값은 상기 타임아웃 값에 각각 도달한 후에 값 1만큼 단계적으로 감소되는 것인, 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 최소 우선 순위 저장 셀(330)에 저장된 상기 값의 감소 대신에, 상기 최소 우선 순위 저장 셀(330)에 저장된 상기 값이 값 0 또는 다른 최소 값으로 재설정되는 것인, 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   데이터 패킷이 수신될 때, 수신된 상기 데이터 패킷의 우선 순위 값 대신에, 더 높은 우선 순위 값이 상기 최소 우선 순위 저장 셀(330)에 저장되는 것인, 방법.
7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 패킷의 송신 시, 결정된 횟수의 전송 사이클을 대기 리스트에서 대기하기는 했지만 전송되지 않은 데이터 패킷의 우선 순위 값이 더 높은 값으로 설정되는 것인, 방법.
8. 제5항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 타임아웃 값, 상기 최소 우선 순위 저장 셀(330)에 저장된 상기 값이 감소되는 폭, 및 상기 최소 우선 순위 저장 셀(330)에 저장된 상기 값이 재설정될 값 중 적어도 하나는 프로그래밍 가능하게 설정될 수 있도록 설계되는 것인, 방법.
9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 패킷의 송신 시, 상기 우선 순위 할당을 위한 값의 범위가 확대되고, 동일한 우선 순위를 갖는 메시지들을 발송하는 2개의 네트워크 참여자가 존재하지 않도록 상기 우선 순위가 할당되는 것인, 방법.
10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 장치에 있어서,
    상기 장치는 적어도 마지막에 수신된 상기 데이터 패킷의 상기 우선 순위가 저장되는 최소 우선 순위 저장 셀(330)을 포함하고, 상기 장치는 데이터 패킷이 수신된 후 시작되는 타이머(320)를 포함하고, 상기 타이머(320)에 대해 적어도 하나의 타임아웃 값이 설정될 수 있고, 상기 타이머는 후속 패킷이 수신될 때 다시 재설정되며, 상기 장치는 상기 타임아웃 값에 도달한 후에 상기 최소 우선 순위 저장 셀(330)에 저장된 상기 값의 감소를 수행하는 감소 스테이지를 포함하고, 상기 장치는 버스 액세스 제어 유닛을 포함하고, 상기 버스 액세스 제어 유닛은 패킷의 송신 시, 상기 송신될 패킷의 상기 우선 순위가 상기 최소 우선 순위 저장 셀(330)에 저장된 값보다 낮은지 여부를 검사하고, 상기 패킷의 상기 우선 순위가 상기 최소 우선 순위 저장 셀(330)에 저장된 상기 값보다 낮은 경우 상기 패킷의 송신을 방지하는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 방법의 단계들을 수행하도록 설계된 장치를 포함하는 통신 인터페이스.
12. 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 있어서,
    상기 컴퓨터 프로그램은 버스 인터페이스의 컴퓨팅 유닛에서 처리될 때 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 데이터를 전송하기 위한 상기 방법의 단계들을 수행하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.

Images