WO2007085508A1 - Verfahren und system zur dynamischen ressourcenzuweisung - Google Patents

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WO2007085508A1
WO2007085508A1 PCT/EP2007/050032 EP2007050032W WO2007085508A1 WO 2007085508 A1 WO2007085508 A1 WO 2007085508A1 EP 2007050032 W EP2007050032 W EP 2007050032W WO 2007085508 A1 WO2007085508 A1 WO 2007085508A1
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WO
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communication
time
time slots
allocation
slots
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PCT/EP2007/050032
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Arne Zender
Vasco Vollmer
Michael Busse
Alexander Weber
Lars Kraemer
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Robert Bosch Gmbh
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    • H04L2012/40273—Bus for use in transportation systems the transportation system being a vehicle

Definitions

  • a bus system is the unit of transmission medium and the bus controllers connected to it.
  • Electronic Control Units (ECUs) are connected to bus systems via bus controllers, enabling them to transfer data to the bus or to listen to data from the bus.
  • bus controllers To transfer data, the bus controllers must have exclusive access to the transmission medium. At any one time, only a single bus
  • bus systems In order to coordinate the media access of the bus controllers, bus systems usually realize different media access methods (Medium Access Control, in short:
  • the standardized FlexRay bus system uses a media access method that establishes a fixed, cyclic time frame on the transmission medium and assigns individual time slices to individual communication users. These can use their allocated and cyclically recurring time slice to send their messages or leave the allocated time slot unused.
  • the likewise standardized bus system CAN uses a media access method, which assigns fixed priorities to individual message types. In competitive situations each one receives Communication party Transmission right, whose message has the highest priority of all competing messages.
  • a bus system is a special case of a communication system. These are generally devices for supporting the transmission of information.
  • QoS Quality of Service
  • Resources unused by communication parties during runtime of the communication system are usually not otherwise used and remain unused.
  • EP 1 061 671 A2 discloses an allocation of transmission resources in a message transmission system. A control center is informed by a communication partner that he only a reduced
  • Time slots in the time frame are allocated to the communication participants, unused time slots are shortened in duration, which additional time slots can be accommodated in the time frame, the communication participants dynamically in particular
  • Spontaneously unused resources at runtime can be assigned to other connections and thus the usage intensity of the communication system can be increased. Likewise, connections may be necessarily restricted in their resource consumption.
  • the central entity is not dependent on it receiving a communication from a communication subscriber about a reduced resource requirement. She decides when and to whom she allocates extra time slots.
  • the resource allocation or allocation of the time slots can be adapted to the different communication needs.
  • the allocation of time slots within the time frame can be done depending on the priority. This ensures that high-priority communication needs are always taken into account.
  • the time slot assignments are advantageously sent via control messages to the communication participants.
  • a reallocation takes place only after a following control message. This reduces the control and data exchange overhead.
  • each class can be assigned its own quality parameter set. As a result, a separate parameter set does not have to be evaluated for each connection. This facilitates the evaluation and calculation in the central instance.
  • the time slots are formed advantageously identifiable. This is the
  • the method according to the invention can be advantageously integrated into a FlexRay bus system, whereby existing architectures and agreements can continue unchanged.
  • FIG. 1 shows a FlexRay network
  • FIG. 2 shows a time frame structure for the communication.
  • a communication system which can be used for the invention has the following properties:
  • the communication system establishes a communication cycle of at least temporary fixed duration
  • the established cycle is divided into any number of time slots
  • the timeslots are identifiable, i. they carry unique identifiers. Ideally, this is a consecutive numbering
  • Unused time slots are advantageously shortened automatically in terms of their duration, whereby a communication cycle can include a variable number of time slots, since it is of fixed duration.
  • a shortening by a central authority can alternatively be made.
  • the resource manager which from time to time gives the software applications of the communication participants transmission permissions for messages and thus manages communication system resources.
  • the allocation of communication system resources to software applications takes place through the exclusive allocation of time slots.
  • the software applications can use the time slots assigned to them for the transmission of each message or even leave time slots unused.
  • control messages In order to give the software applications of the communication participants knowledge of which timeslots they have send permissions for, the resource manager sends control messages to them as needed.
  • control messages advantageously consist of a list of software
  • the interpretation of the control message can then take place according to the following scheme: the nth entry in the list assigns the time slot n of the software application with the identifier specified at this nth list position.
  • the control message contains a list with a total of 5 software application identifiers and looks like this: R, K, U, E, K.
  • Application R receives a transmission authorization for time slot 1
  • Application K receives send permissions for time slots 2 and 5 Application U receives a transmission authorization for time slot 3
  • Application E receives a transmission authorization for time slot 4
  • the first n entries contain the consecutive numbers or number ranges of the time slots for the first software application, the next m entries accordingly for the second software application, etc.
  • the resource manager can additionally change the duration of the communication cycle and thereby change the number of time slots in a cycle.
  • the communication system can be adapted even more efficiently to changing communication needs.
  • time slots persists until the resource manager makes a new allocation. With each new communication cycle, the time slots are again redone, are cyclic transmit permissions that persist until a subsequent control message indicates a reassignment of the time slots.
  • the Resource Manager has system-wide knowledge of the communication requirements of the individual software applications and can change the allocation of time slots to the software applications at any time, thus meeting the time-varying requirements of individual software applications.
  • Additional data rate requirements can be met, for example, by allocating additional time slots, and by reducing the frequency of individual time slots.
  • the resource manager is realized with extended functionality. In its expanded form, it does not identify the participants alone
  • connection quality QoS For each individual connection, he manages information regarding them to be provided connection quality QoS. This can be specified by a fixed parameter set. Possible parameters are:
  • the resource manager can now carry out calculations for the optimal allocation of communication system resources to software applications and the calculation results are transmitted to the software components.
  • the resource manager points within the communication
  • a communication cycle i. a timeframe that takes 500 milliseconds. unused
  • Time slots take exactly 2 milliseconds, time slots used for data transmissions exactly 10 milliseconds. If all time slots remain unused, the cycle thus comprises 250 time slots. If, on the other hand, all time slots are used for data transmissions, the cycle comprises only 50 time slots. Each cycle thus comprises at least 50 and a maximum of 250 timeslots. The assignment of time slots 51 to 250 to software
  • Range of time slots to provide those connections which in terms of their QoS parameters the least demands on the communication system.
  • Assignment be made. This can replace the prioritized assignment at least at predetermined time intervals, so that low-priority connections are not completely excluded from a communication.
  • the resource manager has an evaluation and control device that can detect idle capacities in a timeframe and that can provide these idle capacities in the form of additional time slots to communication users with increased communication needs.
  • Procedures of dynamic resource allocation by a central RM can not be realized, can be reliably integrated by means of a supplementary extension of the method.
  • the provided by the communication system Time slots divided into two groups. While for the one group of time slots, the assignment to software applications as described above at runtime by the resource manager is made, the time slots of the other group are already committed at the time of development to those software applications that do not realize the method described here , At runtime, the resource manager has knowledge of which timeslots he can dynamically allocate and which are out of his control because they were already statically assigned at the time of development.
  • ECU 200 carries the software applications 500 and 501, ECU 201 the software application 502, and ECU 202 the software applications 503 and 504 as well
  • the software application "Resource Manager" 600 the software application "Resource Manager" 600.
  • Software application 502 is an application that does not implement the method described here and only wants to use the FlexRay bus system for processing data exchange in a conventional manner.
  • the communication cycle of the FlexRay bus system is divided into a static and a dynamic segment.
  • the method described here should be applied to the dynamic segment. It should be noted at this point that the static segment of the FlexRay communication cycle does not correspond to the characteristics of the communication system set out above.
  • the dynamic segment of the FlexRay communication cycle is now configured at design time to take i milliseconds.
  • An unused and thus shortened time slot takes i / 6 milliseconds, a used time slot takes i / 2 milliseconds.
  • Software application 502 already receives an arbitrary, but in this example the first timeslot fixed and exclusively assigned at the time of development.
  • the Resource manager 600 has the task of assigning the remaining 6 -1 time slots to the software applications at runtime.
  • the resource manager 600 after powering up the system, sends a control message with the contents: 500, 501, 501, 503, 504.
  • the ECUs 200 and 202 receive and evaluate this control message.
  • the following assignment of time slots to software applications results:
  • FIG. 2 schematically shows the length of the time slots used by the applications and the length of the unused time slots.
  • the first time frame is marked N and the next time frame is N + 1.
  • the resource manager 600 has made the assignment of the time slots exactly so that exactly those messages could be transmitted whose transmission has generated the greatest benefit, while exactly those messages were not transmitted whose contribution to the overall benefit would have been less.
  • Example 3 The resource manager recognizes that only software application 504
  • the resource manager recognizes the current (and previously specified) assignment of time slots to software applications as unfavorable and calculates a better allocation.
  • the result of the calculation is communicated to the software applications in the form of a control message.
  • the control message is: 504, 504, 504, 504, 504.
  • time slot 1 which is beyond the control of the resource manager, all available time slots are assigned to the software application 504, which can handle their extensive data transfers therein. All other
  • the resource manager according to the invention has an evaluation and control device which is able to detect idle capacities selectively or reactively in a time frame and to make these unused capacities available to selected communication users by allocating additional time slots.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur dynamischen Ressourcen-Zuweisung in einem Kommunikationssystem wird für den Zugriff von Kommunikationsteilnehmern ein zyklischer Zeitrahmen von zumindest zeitweise fester zeitlicher Dauer vorgegeben, wobei Zeitschlitze in dem Zeitrahmen den Kommunikationsteilnehmern zugeteilt werden. Ungenutzte Zeitschlitze werden in ihrer Dauer verkürzt, wodurch zusätzliche Zeitschlitze in dem Zeitrahmen untergebracht werden können, die Kommunikationsteilnehmern dynamisch insbesondere in Abhängigkeit ihres Kommunikationsbedarfs zugewiesen werden.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren und System zur dynamischen Ressourcenzuweisung
Stand der Technik
In Kraftfahrzeugen sind serielle Bussysteme vorgesehen, um Datenaustausch zwischen Kommunikationsteilnehmern in Form von elektronischen Komponenten zu ermöglichen. Als Bussystem bezeichnet man die Einheit aus Übertragungsmedium und den daran angeschlossenen Bus-Controllern. Steuergeräte (Electronic Control Units, kurz: ECUs) werden über Bus-Controller an Bussysteme angeschlossen und damit in die Lage versetzt, Daten auf den Bus zu bringen bzw. Daten vom Bus abzuhören.
Um Daten übertragen zu können, müssen die Bus-Controller exklusiven Zugriff auf das Übertragungsmedium erhalten. Zu einem Zeitpunkt kann immer nur ein einziger Bus-
Controller Daten auf den Bus bringen. Alle anderen angeschlossenen Bus-Controller müssen in ihrer Übertragung warten, bis die laufende Übertragung abgeschlossen ist.
Um den Medienzugriff der Bus-Controller zu koordinieren, realisieren Bussysteme üblicherweise unterschiedliche Medienzugriffsverfahren (Medium Access Control, kurz:
MAC). Das standardisierte Bussystem FlexRay verwendet beispielsweise ein Medienzugriffsverfahren, das ein festes, zyklisches Zeitraster auf dem Übertragungsmedium etabliert und einzelne Zeitscheiben fest einzelnen Kommunikationsteilnehmern zuordnet. Diese können die ihnen zugeteilte und zyklisch wiederkehrende Zeitscheibe für den Versand ihrer Nachrichten verwenden oder die zugeteilte Zeitscheibe ungenutzt lassen. Das ebenfalls standardisierte Bussystem CAN verwendet ein Medienzugriffsverfahren, das einzelnen Nachrichtentypen fest definierte Prioritäten zuordnet. In Konkurrenz- Situationen erhält jeweils derjenige Kommunikationsteilnehmer Senderecht, dessen Nachricht die höchste Priorität aller konkurrierenden Nachrichten aufweist.
Ein Bussystem ist ein Spezialfall eines Kommunikationssystems. Diese sind ganz allgemein Vorrichtungen zur Unterstützung der Informationsübermittlung.
Technisch ist es möglich - und in Tele-Kommunikationssystemen auch bereits üblich - die Güte der Informationsübermittlung (Quality of Service, kurz: QoS) mit Hilfe der Messung geeigneter Parameter online, d.h. zur Laufzeit des Systems, zu ermitteln und zu beeinflussen. Solche Parameter beschreiben beispielsweise das Zeitverhalten
(Übertragungszeiten, Verzögerungszeiten, etc.) und die Leistungsfähigkeit (Bandbreite, Durchsatz, etc.) einer Verbindung.
Die heutzutage im Kraftfahrzeug verbauten Kommunikationssysteme erlauben jedoch keine oder nur unzureichende Kontrolle über die QoS. Entsprechende Vorrichtungen zur
Überwachung und Beeinflussung der QoS fehlen.
Um dennoch eine definierte Verbindungs-Qualität zu erreichen, werden die Ressourcen in Kraftfahrzeug-Kommunikationssystemen den Kommunikationsteilnehmern statisch zugewiesen. Zum Integrationszeitpunkt sind daher notwendigerweise alle jemals existierenden Verbindungen zwischen Kommunikationsteilnehmern wie auch deren exakter Ressourcenbedarf bekannt.
Zur Laufzeit des Kommunikationssystems von Kommunikationsteilnehmern nicht in Anspruch genommene Ressourcen werden üblicherweise nicht anderweitig verwendet und verbleiben ungenutzt.
Aus der EP 1 061 671 A2 ist eine Zuteilung von Übertragungsressourcen in einem Nachrichtenübertragungssystem bekannt. Einer Zentrale wird hierzu von einem Kommunikationsteilnehmer mitgeteilt, dass er nur eine reduzierte
Übertragungsressourcenkapazität nutzen möchte. Die nicht genutzte Kapazität wird anderen Kommunikationsteilnehmer zugeteilt. Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Mit den Maßnahmen des Anspruchs 1 , d.h. für den Zugriff von
Kommunikationsteilnehmern wird ein zyklischer Zeitrahmen von zumindest zeitweise fester zeitlicher Dauer vorgegeben, wobei Zeitschlitze in dem Zeitrahmen den Kommunikationsteilnehmern zugeteilt werden, ungenutzte Zeitschlitze werden in ihrer Dauer verkürzt, wodurch zusätzliche Zeitschlitze in dem Zeitrahmen untergebracht werden können, die Kommunikationsteilnehmern dynamisch insbesondere in
Abhängigkeit ihres Kommunikationsbedarfes zugewiesen werden, erhöht sich die Flexibilität der Ressourcennutzung.
Zur Laufzeit spontan ungenutzt bleibende Ressourcen können anderen Verbindungen zugeordnet und damit die Nutzungsintensität des Kommunikationssystems erhöht werden. Ebenso können Verbindungen hinsichtlich ihres Ressourcenverbrauchs notwendigerweise eingeschränkt werden. Außerdem bleibt es bei Einsatz des Verfahrens nach der Erfindung auch weiterhin möglich, Kommunikationsteilnehmer in das Kommunikationssystem zu integrieren, welche das hier beschriebene Verfahren nicht realisieren.
Anders als bei der EP 1 061 671 A2 ist die zentrale Instanz nicht davon abhängig, dass ihr eine Mitteilung eines Kommunikationsteilnehmers über einen reduzierten Ressourcenbedarf zugeht. Sie entscheidet selbst wann und wem sie zusätzliche Zeitschlitze zuteilt.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens möglich. Im Anspruch 11 ist ein System zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben.
Besonders vorteilhaft ist es, die Zuteilung der Zeitschlitze und die Zuteilung der zusätzlichen Zeitschlitze durch eine zentrale Instanz insbesondere durch einen Ressourcenmanager vorzunehmen. Dies vereinfacht den Kommunikationsaufwand, - A -
verhindert mögliche Kollisionen und optimiert die Ausnützung der Übertragungsressourcen.
Durch den Austausch von Qualitätsparametern, die insbesondere von der zentralen Instanz verwaltet und ausgewertet werden, kann die Ressourcenvergabe bzw. Zuteilung der Zeitschlitze an die unterschiedlichen Kommunikationsbedürfhisse angepasst werden.
Die Vergabe der Zeitschlitze innerhalb des Zeitrahmens kann in Abhängigkeit der Priorität erfolgen. Damit ist gewährleistet, dass hochpriore Kommunikationsbedürfhisse in jedem Falle berücksichtigt werden.
Die Zeitschlitzzuweisungen werden vorteilhaft über Steuernachrichten an die Kommunikationsteilnehmer gesendet. Eine Neuzuteilung erfolgt erst nach einer folgenden Steuernachricht. Dies reduziert den Steuerungs- und Datentauschoverhead. Mit einer Einteilung der Kommunikationsverbindungen in Klassen kann jeder Klasse ein eigener Qualitätsparametersatz zugewiesen werden. Dadurch muss nicht für jede Verbindung ein gesonderter Parametersatz ausgewertet werden. Dies erleichtert die Auswertung und Berechnung in der zentralen Instanz.
Die Zeitschlitze sind vorteilhafter Weise identifizierbar ausgebildet. Damit ist die
Zuordnung zu den Kommunikationsteilnehmern eindeutig und exklusiv.
Das Verfahren nach der Erfindung lässt sich vorteilhaft in ein FlexRay-Bussystem integrieren, wobei bestehende Architekturen und Vereinbarungen unverändert weiter bestehen können.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen darstellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen Figur 1 ein FlexRay-Netzwerk,
Figur 2 einen Zeitrahmenaufbau für die Kommunikation.
Ausführungsformen der Erfindung
Ein Kommunikationssystem, welches für die Erfindung einsetzbar ist, besitzt folgende Eigenschaften:
- Das Kommunikationssystem etabliert einen Kommunikations-Zyklus von zumindest zeitweise fester zeitlicher Dauer,
- Der etablierte Zyklus ist in beliebig viele Zeitschlitze untergliedert,
- Die Zeitschlitze sind identifizierbar, d.h. sie tragen eindeutige Identifier. Idealerweise handelt es sich dabei um eine fortlaufende Nummerierung,
- Kommunikationsteilnehmer erhalten exklusive Sende-Berechtigungen für eine vorgegebene Menge an Zeitschlitze,
- Ungenutzte Zeitschlitze werden vorteilhafterweise hinsichtlich ihrer zeitlichen Dauer automatisch verkürzt, wodurch ein Kommunikations-Zyklus variabel viele Zeitschlitze umfassen kann, da er ja von fester zeitlicher Dauer ist.
Anstelle einer automatischen Verkürzung der ungenutzten Zeitschlitze, insbesondere durch netzwerktypische Kenngrößen, kann alternativ auch eine Verkürzung durch eine zentrale Instanz vorgenommen werden.
Ein Beispiel für ein Kommunikationssystem, das über die aufgelisteten Eigenschaften verfügt, ist das FlexRay-Bussystem (FlexRay Communication System Protocol Specification, FlexRay Consortium, June 2004).
An dieses Kommunikationssystem sind Kommunikationsteilnehmer in Form der eingangs erläuterten ECUs angeschlossen, auf denen jeweils eine oder mehre Software- Applikationen ausgeführt werden. Ferner sei angenommen, dass diese Software- Applikationen von Zeit zu Zeit Kontakt zu anderen an das System angeschlossenen Software-Applikationen aufnehmen, um mit ihnen Daten auszutauschen. Solche Verbindungen können sporadisch , d.h. nicht über die gesamte Laufzeit des Systems existent oder permanent sein.
Gemäß dieser Erfindung existiert nun im Kommunikationssystem eine zentrale Instanz , im folgenden: Ressourcen-Manager genannt, die den Software-Applikationen der Kommunikationsteilnehmer von Zeit zu Zeit Sende-Berechtigungen für Nachrichten erteilt und somit Kommunikationssystem-Ressourcen managt.
Aufgrund der dargelegten Eigenschaften des Kommunikationssystems erfolgt die Zuweisung von Kommunikationssystem-Ressourcen an Software- Applikationen durch die exklusive Zuweisung von Zeitschlitzen. Die Software- Applikationen können die ihnen zugewiesenen Zeitschlitze für die Übertragung jeweils einer Nachricht nutzen oder auch Zeitschlitze ungenutzt lassen.
Um den Software-Applikationen der Kommunikationsteilnehmer Kenntnis darüber zu geben, für welche Zeitschlitze sie Sende-Berechtigungen besitzen, versendet der Ressourcen-Manager bei Bedarf Steuernachrichten an diese. Solche Steuernachrichten bestehen in vorteilhafter Weise aus einer Liste von Software-
Applikations-Bezeichnern. Die Interpretation der Steuernachricht kann dann nach folgendem Schema erfolgen: der n.te Eintrag in der Liste weist den Zeitschlitz n der Software- Applikation mit dem an dieser n.ten Listenposition angegebenen Bezeichner zu.
Beispiel
Die Steuernachricht enthält eine Liste mit insgesamt 5 Software-Applikations- Bezeichnern und sieht wie folgt aus: R, K, U, E, K.
Die Interpretation der Nachricht ergäbe dann folgende Zuweisung von Zeitschlitzen zu Software- Applikationen:
- Applikation R erhält eine Sende-Berechtigung für Zeitschlitz 1
- Applikation K erhält Sende-Berechtigungen für die Zeitschlitze 2 und 5 - Applikation U erhält eine Sende-Berechtigung für Zeitschlitz 3
- Applikation E erhält eine Sende-Berechtigung für Zeitschlitz 4
Für den Aufbau und die Interpretation der Steuernachricht sind allerdings auch viele Alternativen möglich . So ist auch die Zuweisung nach Kommunikationsteilnehmern möglich, d.h. die ersten n Einträge beinhalten die fortlaufenden Nummern oder Nummernbereiche der Zeitschlitze für die erste Software-Applikation, die nächsten m Einträge dementsprechend für die zweite Software- Applikation usw.
In einer weiteren vorteilhaften Ausprägung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Ressourcen-Manager zusätzlich die Dauer des Kommunikations-Zyklus verändern und dadurch die Anzahl der Zeitschlitze in einem Zyklus verändern. Dadurch lässt sich das Kommunikationssystem nochmals effizienter an wechselnden Kommunikationsbedarf anpassen.
Die Zuweisung von Zeitschlitzen zu Software- Applikationen bleibt so lange bestehen, bis der Ressourcen-Manager eine neue Zuweisung vornimmt. Da mit jedem neuen Kommunikations-Zyklus die Zeitschlitze wieder von vorn durchlaufen werden, handelt es sich um zyklische Sende-Berechtigungen, die so lange fortbestehen, bis eine folgende Steuernachricht eine Neu-Zuweisung der Zeitschlitze anzeigt.
Der Ressourcen-Manager verfügt über systemumfassendes Wissen hinsichtlich des Kommunikationsbedarfs der einzelnen Software- Applikationen und kann die Zuweisung von Zeitschlitzen an die Software- Applikationen jederzeit abändern und so zeitlich veränderlichen Anforderungen einzelner Software- Applikationen gerecht werden. Einem
Mehrbedarf an Datenrate kann etwa durch die Zuweisung weiterer Zeitschlitze, einem Minderbedarf durch den Entzug einzelner Zeitschlitze entsprochen werden.
In vorteilhafter Weise wird der Ressourcen-Manager mit erweiterter Funktionalität realisiert. In seiner erweiterten Ausprägung identifiziert er nicht allein die beteiligten
Software-Applikationen, sondern auch die zwischen ihnen bestehenden Verbindungen.
Zu jeder einzelnen Verbindung verwaltet er Informationen hinsichtlich der ihnen bereitzustellenden Verbindungsqualität QoS. Diese kann durch einen festen Parameter- Satz spezifiziert werden. Mögliche Parameter sind hierbei:
- Minimale Datenrate, - maximale Datenrate,
- mittlere Datenrate,
- maximal zulässige Verzögerungszeit einer Nachricht,
- minimal zulässige Verzögerungszeit einer Nachricht,
- mittlere Verzögerungszeit einer Nachricht, - maximal zulässige Varianz der Verzögerungszeit.
Um den Verbindungen eine den jeweiligen Parametern genügende Verbindungsqualität QoS anzubieten, kann nun der Ressourcen- Manager Berechnungen zur optimalen Vergabe von Kommunikationssystem-Ressourcen an Software- Applikationen durchführen und die Berechnungs-Ergebnisse den Software-
Applikationen mittels der bereits beschriebenen Steuernachrichten mitteilen.
Auf Basis des hier beschriebenen, erweiterten Verfahrens ist es leicht möglich und in den meisten Fällen vorteilhaft, Verbindungen in Klassen einzuteilen und jeder Klasse einen eigenen QoS-Parametersatz zuzuweisen. Es existiert dann nicht mehr ein Parameter-Satz pro Verbindung, sondern lediglich ein Parameter-Satz pro Klasse, wodurch sich die Realisierung des Ressourcen-Managers und insbesondere die von dieser Komponente durchzuführenden Berechnungen erheblich vereinfachen lassen.
Vorteilhafterweise weist der Ressourcen-Manager innerhalb des Kommunikations-
Zyklus weit vorne liegende Zeitschlitze hochprioren und weiter hinten liegende Zeitschlitze niederprioren Verbindungen zu. Dies liegt in der Eigenschaft des Kommunikationssystems begründet, dass sich die Gesamtanzahl Zeitschlitze von Zyklus zu Zyklus unterscheiden kann und von dem Umstand abhängig ist, inwieweit Zeitschlitze tatsächlich zur Übertragung von Daten genutzt werden. Nur die zur Datenübertragung tatsächlich genutzten Zeitschlitze haben ihre volle zeitliche Länge, während ungenutzte Zeitschlitze zeitlich verkürzt werden und so der nachfolgende Zeitschlitz früher beginnen kann. Kommt es zu einer starken Auslastung der zur Verfügung stehenden Zeitschlitze, werden somit nur niederpriore Verbindungen nachteilig beeinflusst. Dazu folgendes Beispiel:
Ein Kommunikationszyklus , d.h. ein Zeitrahmen, dauere 500 Millisekunden. Ungenutzte
Zeitschlitze dauern exakt 2 Millisekunden, für Datenübertragungen genutzte Zeitschlitze exakt 10 Millisekunden. Bleiben alle Zeitschlitze ungenutzt, umfasst der Zyklus somit 250 Zeitschlitze. Werden hingegen alle Zeitschlitze für Datenübertragungen genutzt, umfasst der Zyklus lediglich 50 Zeitschlitze. Jeder Zyklus umfasst also mindestens 50 und maximal 250 Zeitschlitze. Die Zuweisung der Zeitschlitze 51 bis 250 an Software-
Applikationen kann also im Zweifelsfall bedeuten, dass diese Software-Applikationen trotz zugewiesener Zeitschlitze keine Daten versenden können, weil der Zyklus endet, bevor der ihnen zugewiesene Zeitschlitz tatsächlich erreicht ist. Die Wahrscheinlichkeit, einen Zeitschlitz nicht mehr vor Ende des Kommunikations-Zyklus zu erreichen, wird um so größer, je weiter hinten er liegt. Es ist daher besonders vorteilhaft, den hinteren
Bereich der Zeitschlitze denjenigen Verbindungen bereitzustellen, welche hinsichtlich ihrer QoS-Parameter die geringsten Anforderungen an das Kommunikations-System richten.
Neben vorgenannter priorisierten Zuweisung kann auch eine Fairness berücksichtigende
Zuweisung vorgenommen werden. Diese kann die priorisierte Zuweisung zumindest in vorgegebenen Zeitintervallen ablösen, damit niederpriore Verbindungen nicht völlig von einer Kommunikations ausgeschlossen werden.
Der Ressourcen-Manager verfügt über eine Auswerte- und Steuereinrichtung, die ungenutzte Kapazitäten in einem Zeitrahmen erkennen kann und diese ungenutzten Kapazitäten in Form von zusätzlichen Zeitschlitzen Kommunikationsteilnehmern mit erhöhtem Kommunikationsbedarf zur Verfügung stellen kann.
An das Kommunikationssystem angeschlossene ECUs, welche das hier beschriebene
Verfahren der dynamischen Ressourcen-Zuweisung durch einen zentralen RM nicht realisieren, können mithilfe einer ergänzenden Erweiterung des Verfahrens zuverlässig integriert werden. Hierzu werden die vom Kommunikationssystem bereitgestellten Zeitschlitze in zwei Gruppen untergliedert. Während für die eine Gruppe von Zeitschlitzen die Zuordnung zu Software-Applikationen wie oben beschrieben zur Laufzeit durch den Ressourcen-Manager vorgenommen wird, werden die Zeitschlitze der anderen Gruppe bereits zum Entwicklungszeitpunkt fest an diejenigen Software- Applikationen gebunden, welche das hier beschriebene Verfahren nicht realisieren. Zur Laufzeit hat der Ressourcen-Manager Kenntnis darüber, welche Zeitschlitze er dynamisch zuweisen kann und welche außerhalb seiner Kontrolle liegen, weil sie bereits zum Entwicklungszeitpunkt statisch zugewiesen wurden.
Ausführungsbeispiel
Es sei ein FlexRay-Netzwerk angenommen 100, an welches drei ECUs angeschlossen sind 200, 201, 202. ECU 200 trägt die Software-Applikationen 500 und 501, ECU 201 die Software- Applikation 502 und ECU 202 die Software- Applikationen 503 und 504 sowie zusätzlich die Software- Applikation „Ressourcen-Manager" 600 .
Software- Applikation 502 sei eine Applikation, die das hier beschriebene Verfahren nicht realisiert und ausschließlich in herkömmlicher Weise das FlexRay-Bussystem zur Abwicklung von Datentausch nutzen möchte.
Der Kommunikationszyklus des FlexRay-Bussystems gliedert sich in einen statisches und ein dynamisches Segment. Das hier beschriebene Verfahren soll auf das dynamische Segment angewendet werden. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass das statische Segment des FlexRay-Kommunikationszyklus den zuvor dargelegten Eigenschaften des Kommunikationssystems nicht entspricht.
Das dynamische Segment des FlexRay-Kommunikationszyklus wird nun zur Entwicklungszeit so konfiguriert, dass es i Millisekunden dauert. Ein ungenutzter und damit verkürzter Zeitschlitz dauere i/6 Millisekunden, ein genutzter Zeitschlitz dauere i/2 Millisekunden.
Software- Applikation 502 bekommt bereits zum Entwicklungszeitpunkt einen beliebigen, in diesem Beispiel aber den ersten Zeitschlitz fest und exklusiv zugewiesen. Der Ressourcen-Manager 600 hat die Aufgabe, zur Laufzeit die verbleibenden 6 -1 Zeitschlitze den Software- Applikationen zuzuweisen.
Der Ressourcen-Manager 600 versendet nach Einschalten des Systems eine Steuernachricht mit dem Inhalt: 500, 501, 501, 503, 504. Die ECUs 200 und 202 empfangen diese Steuernachricht und werten sie aus. Es entsteht folgende Zuweisung von Zeitschlitzen zu Software- Applikationen:
- Software- Applikation 500 sendet in Zeitschlitz 2, - Software- Applikation 501 sendet in Zeitschlitz 3 und Zeitschlitz 4,
- Software- Applikation 503 sendet in Zeitschlitz 5,
- Software- Applikation 504 sendet in Zeitschlitz 6.
Im nun laufenden Betrieb reihen sich , wie Figur 2 zeigt, die Kommunikationszyklen (Zeitrahmen) aneinander und die Software- Applikationen können die ihnen zugewiesenen und periodisch wiederkehrenden Zeitschlitze zur Übertragung von Daten nutzen oder diese ungenutzt lassen. In Figur 2 ist schematisch die Länge der benutzten Zeitschlitze durch die Applikationen und die Länge der ungenutzten Zeitschlitze erkennbar. Der erste Zeitrahmen ist mit N und der darauffolgende mit N+l gekennzeichnet.
Beispiel 1
Sei angenommen, alle Software-Applikationen möchten die ihnen zugewiesenen Zeitschlitze tatsächlich für eine Datenübertragung verwenden und keinen Zeitschlitz ungenutzt lassen. Dann sendet im ersten Zeitschlitz zuerst Software-Applikation 502 für die Dauer i/2. Anschließend sendet Software- Applikation 500 in Zeitschlitz 2 ebenfalls für die Dauer i/2. Nun ist der Kommunikationszyklus beendet, die Zeitschlitze 3 bis 6 wurden nicht erreicht, die Software- Applikationen 501, 503 und 504 können in diesem Zyklus keine Daten übertragen. Vorteilhafterweise hat der Ressourcen-Manager 600 die Zuordnung der Zeitschlitze exakt so vorgenommen, dass genau diejenigen Nachrichten übertragen werden konnten, deren Übertragung den größten Nutzen generiert hat, während genau diejenigen Nachrichten nicht übertragen wurden, deren Beitrag zum Gesamtnutzen geringer ausgefallen wäre. Beispiel 2
Sei angenommen, die Software-Applikationen 500 und 504 möchten die ihnen zugewiesenen Zeitschlitze zur Datenübertragung nutzen während alle übrigen Software- Applikationen keinen Datenübertragungs-Bedarf haben und ihre Zeitschlitze ungenutzt lassen. Dann sendet im ersten Zeitschlitz niemand. Nach Ablauf der Zeit i/6 Millisekunden ist der Zeitschlitz beendet und es beginnt Zeitschlitz 2. In diesem sendet Software-Applikation 500 und der Zeitschlitz endet nach i/6 + i/2 = i/6 + 3i/6 = 4i/6 Millisekunden. Anschließend beginnt Zeitschlitz 3 und endet, da er ungenutzt bleibt, nach 5i/6 Millisekunden. Dann beginnt Zeitschlitz 4, welcher ebenfalls nicht genutzt wird. Nun ist der Kommunikationszyklus abgelaufen und die Zeitschlitze 5 und 6 wurden nicht erreicht.
Beispiel 3 Der Ressourcen-Manager erkennt, dass allein Software- Applikation 504
Datenübertragungs-Bedarf hat und dieser sehr groß ist, d.h. es müssen schlagartig sehr viele Nachrichten von Software-Applikation 504 übertragen werden. Alle anderen Software-Applikationen haben keinen Datenübertragungs-Bedarf. Der Ressourcen- Manager erkennt die aktuelle (und zuvor angegebene) Zuweisung von Zeitschlitzen zu Software- Applikationen als ungünstig und berechnet eine bessere Zuweisung. Das
Ergebnis der Berechnung teilt er in Form einer Steuernachricht den Software- Applikationen mit. Die Steuernachricht lautet: 504, 504, 504, 504, 504. Mit Ausnahme des Zeitschlitzes 1 , der außerhalb der Kontrolle des Ressourcen-Managers steht, werden also alle verfügbaren Zeitschlitze der Software-Applikation 504 zugewiesen, welche darin ihre umfangreichen Datenübertragungen abwickeln kann. Alle anderen
Applikationen erleiden durch diese Neu-Zuordnung keinen Nachteil, da sie ohnehin keine Daten zu übertragen haben und aktuell keinerlei Übertragungskapazität benötigen.
Bei Einsatz des erfmdungsgemäßen Verfahrens kann mit Pro-Zyklus-Zeitschlitzanzahlen gearbeitet werden, die unterhalb der Gesamt-Kommunikations-Teilnehmerzahl liegen.
Daraus resultiert eine Verkürzung der zeitlichen Dauer des Kommunikationszyklus und in der Folge eine höhere Wiederholrate des Kommunikationszyklus. Mit anderen Worten: das reduziert für die statisch zugewiesenen in jedem Fall und auch für die ausgewählten dynamischen Kommunikationsteilnehmer die Übertragungs-Latenzzeit. Faktisch ermöglicht das eine Takt-Erhöhung für die Kommunikations-Teilnehmer.
Der Ressourcen-Manager nach der Erfindung verfügt über eine Auswerte- und Steuereinrichtung, die in der Lage ist, ungenutzte Kapazitäten in einem Zeitrahmen wahlweise prädiktiv oder reaktiv zu erkennen und diese ungenutzten Kapazitäten durch Zuteilung zusätzlicher Zeitschlitze ausgewählten Kommunikationsteilnehmern zur Verfügung zu stellen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur dynamischen Ressourcen-Zuweisung in einem Kommunikationssystem, insbesondere Kraftfahrzeug- Kommunikationssystem mit folgenden Schritten: - für den Zugriff von Kommunikationsteilnehmern wird ein zyklischer
Zeitrahmen von zumindest zeitweise fester zeitlicher Dauer vorgegeben, wobei Zeitschlitze in dem Zeitrahmen den Kommunikationsteilnehmern zugeteilt werden, ungenutzte Zeitschlitze werden in ihrer Dauer verkürzt, wodurch zusätzliche Zeitschlitze in dem Zeitrahmen untergebracht werden können, die Zeitschlitze werden Kommunikationsteilnehmern dynamisch insbesondere in Abhängigkeit ihres Kommunikationsbedarfes zugewiesen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuteilung der Zeitschlitze und die Zuteilung der zusätzlichen Zeitschlitze durch eine zentrale
Instanz, insbesondere einen Ressourcen-Manager, vorgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für Kommunikationsverbindungen Qualitätsparameter insbesondere bezüglich der Datenrate, zulässiger Verzögerungszeit und/oder zulässiger Varianz der
Verzögerungszeit ausgetauscht werden, wobei diese Qualitätsparameter insbesondere von der zentralen Instanz verwaltet und ausgewertet werden und bei der Ressourcenvergabe bzw. Zuteilung der Zeitschlitze berücksichtigt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die am
Anfang eines Zeitrahmens gelegenen Zeitschlitze hochprioren Kommunikationsverbindungen zugeteilt werden und zeitlich nachgeordnete Zeitschlitze niederprioren Kommunikationsverbindungen zugeteilt werden, wobei diese Prioritätszuweisung gegebenenfalls zumindest zeitweise von einer Fairness berücksichtigenden Zuweisung abgelöst werden kann.
5. Verfahren nach einen der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Instanz Steuernachrichten an die Kommunikationsteilnehmer sendet in denen die Zeitschlitzzuweisungen für die Kommunikationsteilnehmer enthalten sind, wobei diese Zeitschlitzzuweisungen entweder für jeweils einen Zeitrahmen Gültigkeit besitzen, oder so lange bestehen bleiben, bis eine folgende Steuernachricht eine Neu- Zuteilung anzeigt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsverbindungen in Klassen eingeteilt werden und jeder Klasse ein eigener Qualitätsparametersatz zugewiesen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitschlitze identifizierbar ausgebildet sind und den Kommunikationsteilnehmern exklusive Sende-Berechtigungen für eine vorgegebene Anzahl dieser identifizierbaren Zeitschlitze zugeteilt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkürzung ungenutzter Zeitschlitze entweder automatisch, insbesondere durch netzwerktypische Kenngrößen, veranlasst wird oder von der zentralen Instanz veranlasst wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Anzahl von Zeitschlitzen pro Zeitrahmen gearbeitet wird, die unterhalb der Gesamt- Kommunikations-Teilnehmerzahl liegt.
10. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für ein FlexRay- Netzwerk, wobei die dynamische Zeitschlitz-Zuweisung nur in dem dynamischen Segment des FlexRay-Zeitrahmens vorgenommen wird.
11. System zur dynamischen Ressourcen-Zuweisung in einem Kommunikationssystem mit folgenden Merkmalen: es ist eine zentrale Instanz, insbesondere ein Ressourcen-Manager (600) vorgesehen, der einen zyklischen Zeitrahmen vorgibt mit Zeitschlitzen, die Kommunikationsteilnehmern zuteilbar sind, der Ressourcen-Manager verfugt über eine Auswerte- und Steuereinrichtung, die in der Lage ist, ungenutzte Kapazitäten in einem Zeitrahmen wahlweise prädiktiv oder reaktiv zu erkennen und diese ungenutzten Kapazitäten durch Zuteilung zusätzlicher Zeitschlitze ausgewählten Kommunikationsteilnehmern zur Verfügung zu stellen.
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