WO2011101491A1 - Verfahren zur aktivierung einer netzwerk-komponente eines fahrzeug-netzwerksystems - Google Patents

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network
switch
activation
component
manager
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PCT/EP2011/052608
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Norbert Balbierer
Josef Nöbauer
Andreas Rath
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Continental Automotive Gmbh
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Publication date
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    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/50—Reducing energy consumption in communication networks in wire-line communication networks, e.g. low power modes or reduced link rate

Definitions

  • the invention relates to a method for activating at least one temporarily inactive network component of a network system for a vehicle, in particular for a motor vehicle.
  • the invention further relates to a corresponding network system.
  • serial bus systems for vehicles, especially motor vehicles, are mostly based on serial bus systems.
  • An example of such a bus system for networking of the various control units for realizing cross-system functions of a vehicle is an asynchronous, serial bus system based on the CAN bus (Controller Area Network).
  • CAN bus Controller Area Network
  • Another example is a LIN: Local Interconnect Network Bus system. Since the electrical power supply in many vehicles by means of an energy storage of limited storage capacity, it is desirable that non-active parts of the network record little or as little power.
  • an energy detection concept is used for the bus systems used in vehicles.
  • the entire bus system is initially inactive, only an energy pulse on the bus line of the bus system causes the controller to "wakes up" and consequently activates the entire system, for example, the energy pulse can be a data frame or a
  • the energy pulse can be a data frame or a
  • the power consumption is extremely low in this system, but it will all be on the
  • WLAN WLAN: Local Area Network
  • Magic Packet an Ethernet frame that contains the MAC address of the host to wake, and that is recognized by the corresponding host Ethernet controller.
  • the object of the present invention is therefore to provide a method for activating at least one temporarily non-active network component of a network for a vehicle, in which individual network components can be selectively activated.
  • a central network device of the network system is signal-technically connected to the network component via a path within the network system.
  • the path leads, at least in part, over a network segment of the network system, wherein the network segment connects the network component and a first activation device assigned to it unbranched with a switch device arranged in the path and a second activation device assigned to this switch device, and wherein the central network device responds to the activation means by the switch means by sending a network function control signal.
  • the central network device of the network system has in particular a network manager module.
  • the network component is an electrical device, in particular a control device, a vehicle component of the vehicle, be preferably the motor vehicle.
  • the electrical device is temporarily inactivated when it is not needed.
  • the central network device of the network system via each path within the network system with the corresponding network component is signal-technically connected, the respective path leads completely over a corresponding network segment.
  • the central network device, the switch device itself or is connected by means of another network segment with this signal technology.
  • While the network segment is uniquely associated with the particular network component, the other network segment may be associated with multiple network components.
  • the network function control signal prefers at least one voltage pulse which a component (network device, switch device and / or network component) applies to the signal line of the corresponding network segment.
  • the method is used in particular for activating the temporarily inactive network component of a vehicle network system.
  • An overall network can consist of a single network system or several interconnected network systems. If the overall network consists of several network systems, there may be several network devices that are central to their assigned system and that together form a global network management system.
  • the central network device at least during the activation (a) the network component or (b) at least whose associated first activation device additionally supplies electrical energy via the switch device via at least one signal line (or data line) of the network segment.
  • the network function control signal is formed by receiving the power supply via the signal line.
  • the inclusion of the power supply causes a voltage change, in particular a voltage jump, on the corresponding signal line, which represents the network function control signal.
  • the network component does not require an activation device designed as an Energy-Dectect module, but the network component itself forms the activation device.
  • the energy supply takes place simultaneously to the mutual signal transmission between the first and the second activation device via the signal line.
  • the signals and the power supply are combined (bundled) and transmitted simultaneously via the signal line (s) by means of an appropriate multiplexing method.
  • This bundling is often referred to as "multiplexing.”
  • the signals and the power supply are then unbundled (demultiplexed) again.
  • the first activation device activates the network component after receipt of the network function control signal and subsequently sends the second activation device in turn another network function control signal for confirmation of the activation.
  • the second activation device brings the switch device into a send / receive state upon receipt of the further network function control signal.
  • the activation is complete and the network component can bidirectionally communicate with the switch device via the associated network segment.
  • the network is an Ethernet network.
  • the network components and a central network device eg, as hosts
  • switch devices e.g., as switches
  • the network function control signal is designed, for example, as NLP (NLP: normal link pulse).
  • the network is a quasi-ethernet network, in which, with respect to the terminology of the OSI layer model, layer 2 (link layer) is implemented according to the Ethernet protocol, while layer 1 (physical layer) is implemented differently than in the ethernet protocol .
  • layer 1 physical layer
  • An example of such a quasi-Ethernet network is a BroadR-Reach Ethernet network. This is a special method of physical layer (Layer 1 method), in which the layer 2 (MAC layer) of the Ethernet protocol is used unchanged.
  • the network function control signal is represented only by the "normal" data transmission, ie the simple transmission of data with undefined content can be recognized by the activation unit on the receiver side
  • the signal line is a corresponding data line of the Ethernet network.
  • a power supply via Ethernet is termed "Power over Ethernet” (PoE) in accordance with the IEEE 802.3 standard af known.
  • PoE Power over Ethernet
  • the network system has a tree topology formed by the central network device, the at least one switch device and the network components. This topology is particularly suitable for realizing the method according to the invention.
  • the network system preferably has a mesh topology.
  • the network component and / or the network device is a control device of a vehicle component or at least part of such a control device.
  • the invention further relates to a network system of a vehicle, in particular a motor vehicle, preferably for carrying out a method mentioned above, which is suitable for activating at least one temporarily inactive network component.
  • the network system according to the invention has a central network device, which is signal-technically connected to the network component via a path within the network system, wherein the path leads at least partially over a network segment of the network system and the network segment carries the network component and a network component associated first activation means unbranched with a switch means arranged in the path and a second activation means associated signal technically connects, and wherein the central network device, the first activation means by means of the switch means responds by sending a network function control signal.
  • the corresponding network system is a vehicle network system, in particular a vehicle network system of a motor vehicle.
  • the network component is an electrical device, in particular a control device, a vehicle component of the vehicle, preferably of the motor vehicle. To the energy needs of the vehicle To minimize the electrical device is temporarily inactivated when it is not needed.
  • the first network component or at least the first activation device assigned to it can be supplied with electrical energy from the central network device by means of the switch device via at least one signal line of the network segment.
  • the arrangement of supplying switch device, supplied network component, first and second activation device and the signal line connecting this enables a power supply simultaneously to the mutual signal transmission between the first and the second activation device via the signal line.
  • the network is an Ethernet network.
  • network components and a central network device eg, as hosts
  • switch devices e.g., switches
  • a corresponding network structure with network segments associated with respective hosts are already known.
  • the network system has a tree topology formed by the central network device, the at least one switch device and the network components. This topology is for the realization of the invention Method particularly suitable.
  • the network system preferably has a mesh topology.
  • the network component and / or the network device is a control device of a vehicle component or at least part of such a control device.
  • the invention also relates to a motor vehicle having a network system mentioned above, in particular an Ethernet network.
  • FIG. 1 shows a schematic structure of a fiction, contemporary network system according to a first embodiment
  • Fig. 2 designed as a so-called "normal link pulse"
  • FIG. 3 shows a detail of a schematic structure of a network system according to the invention according to a second embodiment
  • Fig. 4 is a status diagram of a so-called
  • FIG. 5 shows a schematic structure of a network system according to the invention according to a further embodiment
  • FIG. 6 shows a schematic structure of a network system according to the invention according to yet another embodiment
  • FIG. 7 shows a network function control signal embodied as insertion of the power supply with modulated data transmission signals
  • FIGS. 8-10 show the exemplary representation of three embodiments of activation devices.
  • FIG. 1 shows a schematic structure of a network system 10 according to the invention with a tree topology formed by a central network device 12, a plurality of switch devices 14 and a plurality of network components 16.
  • the network system 10 is designed as an Ethernet network.
  • the central network device 12 comprises a host 18, a network manager 20 (network manager module), a switch manager 22 (switch manager module) and a switch 24. Via a network segment 26, the central network device 12 is connected to a network Component 18 and three other network segments 28 with three switch devices 14 with switch 24, switch manager (switch manager module) 22 and host 18 signal connected.
  • the switch devices 14 are in turn signal-connected via network segments 26 to network components 16 and via other network segments 28 to further switch components 14, the tree structure being formed.
  • Each of the network components 16 is associated with a first activation device designed as a so-called “Energy Dectect module”, and each of the switch devices 14 is assigned a second activation device designed as an “Energy Dectect module” (activation devices only in FIG. 6 shown).
  • the power consumption of the first activation device is less than the power consumption of the associated active network components 16, the power consumption of the second activation device is less than the power consumption of the associated active switch device 14 or the associated central network device.
  • FIG. 2 shows the time sequence of network function control signals 30 designed as rectangular pulses (more precisely: so-called NLPs-NLP: Normal Link Pulses) for testing the state of a connection (of a link) in an Ethernet network.
  • the voltage U_diff over time t is plotted in a graph.
  • the network function control signals 30, that is, the pulses 32 (NLPs), have a pulse width of 100 ns and a pulse interval of 16 ms +/- 8 ms. These network function control signals 30 are used according to the invention for activating a temporarily inactive network component 16 and for confirming the activation.
  • a central network device 12 is signal-technically connected via a path within the network system 10 with the temporarily inactive network component 16, the path at least partially over a network segment 26 of the network system 10 leads and the network segment 26 connects the network component 16 and a first activation device assigned to it in an unbranched manner to a switch device 14 arranged in the path and to a second activation device assigned to it, wherein the following steps are provided:
  • the central network device 12 addresses the first activation device of the network component 16 by means of the switch device 14 by sending a network function control signal 30,
  • the first activation device activates the network component 16 after receipt of the network function control signal 30 and subsequently sends the second activation device of the switch device 14 in turn another network function control signal 30 for confirmation of the activation, whereupon
  • a switched Ethernet consists physically of point-to-point connections.
  • an energy-detect principle can therefore be applied individually for individual hosts 18. It would not wake up the entire network because only one host 18, in particular a network component 16, and a switch port (not shown) of the switch device 14 are physically connected to one line (the network segment 26).
  • NLPs link pulses
  • the link pulses 32 can be detected by an activation device embodied as an energy detection module and their presence can be indicated by an electrical output. The state of this output can trigger a wake-up (an enable) or a shut-down (an inactivate).
  • the configuration of the ports is performed by the switch manager (the switch manager module) 22. It is a piece of software responsible for all the configuration, monitoring and control of a switch 24. Each port of a switch 24 is modeled and handled by the switch manager 22 as a finite state machine.
  • the network manager (the network manager module) 20 forms the heart of the concept. It is the central management node responsible for configuring and monitoring the entire network (network system 10). This software has an overview of the entire topology of network 10 and the state of the network individual hosts 18. It can communicate with the individual switch managers 22 and thus specifically activate and deactivate individual hosts 18. The overall concept represents the interactions between the three individual modules (central network device 12 with network manager 20, network component 16 with first activation device and switch device 14 with switch manager 22 and second activation device).
  • the first question that arises about the structure of network management is whether it is a centralized or distributed management architecture. Although distributed management offers greater reliability, it is much more complex and difficult to handle. In addition, the necessary communication between the distributed management nodes causes additional data load. As a rule, a simple, straightforward management concept is the better choice. In this sense, the concept used here is designed.
  • the presented management concept is central (with central network device 12).
  • the network manager 20 is therefore a central entity and not distributed over several network nodes. As already mentioned, he is responsible for all management tasks related to the network. He knows the topology of the network 10 and knows the state of all hosts located in the network 18. In the context of this concept, only the area of energy management is covered, but the network manager 20 can also take over all other necessary management functions.
  • switch devices 14 with switches 24 there are any number of switch devices 14 with switches 24. These are “managed switches” with an arbitrary number of ports, and the switch manager 22 of the switch device 14 is responsible for the switch 24 to configure and control and can communicate with other network nodes. At the ports of these switches 24 more switches 24 may be connected as the next hierarchical level. There can be any number of such hierarchical levels.
  • the endpoints of these tree branches are the hosts 18.
  • the switches 24 themselves may also reside on host devices (hosts 18) and form the switch devices.
  • the switch manager 22 and the host software can run as two processes on the same CPU.
  • the switch manager 22 is the communication partner of
  • Network Manager 20 If a node is to be activated, the network manager 20 contacts the corresponding switch (manager) 22, 24 to which the node in question is connected and requests the activation of the corresponding port. Each active switch manager 22 must therefore have a valid path to the network manager 20.
  • Fig. 1 is a way to structure the network 10 as a tree with any number of hierarchy levels.
  • the root of the tree is the central network device 12 with network manager 20 and switch 24 to which it is connected.
  • the following levels consist of hosts (endpoints) 18 or other switch devices 14 with switches 24 and, as a rule, with hosts 18 as interfaces to the next hierarchical level.
  • the port via which a switch 24 is connected to the next higher hierarchical level is referred to below as the root port (analogous to the designation in Spanning Tree Protocol).
  • each active manageable node with switch manager 22 requires a valid connection to the network manager 20.
  • the network function control signals 30, which are designed as link pulses or NLPs and are shown in FIG. 2, are short voltage pulses which a subscriber in the Ethernet places on his transmission line of the network segments 26, 28, while no transmission traffic takes place. place. They are used to test the state of the link. A subscriber will detect a link error if no pulses 32 (and no traffic) are received for 50 ms - 150 ms. At 10 BASE-T Ethernet these pulses are called 32 Link Integrity Test (LIT) pulses, at 100 BASE-TX and autonegotiation they are called Normal Link Pulses (NLP).
  • LIT Link Integrity Test
  • NLP Normal Link Pulses
  • Autonegotiation 100 BASE-TX uses a sequence of up to 33 such pulses 32, in which sequence the transmitter's communication parameters (speed, full or half duplex) are encoded. These sequences are called Fast Link Pulse (FLP) bursts.
  • FLP Fast Link Pulse
  • the basic form of the NLPs is shown in FIG.
  • the exact specification of the pulse shape can be found in IEEE 802.3 Clause 14.3.1.
  • the Link Integrity Test itself (including the timing of pulses 32) is specified in IEEE 802.3 Clause 14.2.1.7 (page 321).
  • the FLP-bursts that are used for autonegotiation have the same shape, only a maximum of 33 and a minimum of 17 such pulses are transmitted at a distance of 125] is.
  • the bursts are also 16 ms +/- 8 ms apart.
  • the PHY of a port If the PHY of a port is activated, it sends out such pulses.
  • the switch / controller IOOSASE-TX
  • FLP-bursts Autonegotiation
  • NLPs NLPs
  • the Energy Detect Module is a system capable of detecting NLPs or FLP-bursts and displaying their presence in an appropriate form. It is necessary on each device per port, d. That is, a 4-port switch must have four EDMs or one EDM with four inputs and outputs. The EDM must be connected to the Rx line of the port, but must not affect the reception of frames.
  • IP addresses of the Ethernet network are static and the network manager (or the corresponding software) known.
  • the concept is not limited to this.
  • the possibilities for IP address assignment are open. For example, a dynamic assignment via DHCP would be possible.
  • the way in which the network manager learns the IP addresses of the hosts 18 is open.
  • the network manager module 20 and the associated switch 24 of the central network device 12 are always active. This again highlights the active role of the central network device 12 in the process of activating the temporary inactive network component of a network system. While this permanent activity is not necessarily required, an "externally" enabled device would inevitably activate it when attempting to connect to the network manager 20, but typically the network management software will establish some kind of ground state of the network 10 want, d. H. activate selected ECUs. The concept is not limited to this.
  • the operations that occur in the network system (network) 10 to enable and disable hosts 18 and subnets can be viewed at two levels, the hardware level and the software level, for ease of description.
  • hosts 18 and switches 24 can be physically enabled, disabled, and notified of external activation / deactivation.
  • At the network level it defines how shutdown and wake-up operations (inactivation and activation operations) occur on the network using the mechanisms defined at the hardware level.
  • the hardware level defines as two adjacent network nodes (hosts 18 and switches 24) physically with each other
  • the network level determines how a node in the network can activate any other node through the network management software, how the network management software activates the node, and how it can disable a node.
  • Two adjacent nodes such as a switch 24 and a host 18, must be able to activate each other when it is necessary to inform each other of another activation or to disable each other when the network manager 20 requests it ,
  • the switch manager 22 treats each port of its switch 24 as a finite state machine (FSM). This model makes it easy to control and monitor a port. A manager of a 4-port switch simultaneously manages four independent FSMs. First, the model will be briefly explained here: Subsequently, the state machine explains how the individual mechanisms of the hardware level run.
  • FSM finite state machine
  • Each port has four normal states:
  • UP means that the PHY of the respective port is in the activated, normal state and a valid link exists. Both sides (switch and host) send and receive NLPs and can transmit frames as needed.
  • ⁇ HOST STARTUP is a transition state in which the PHY is activated and places NLPs on the send line.
  • the host connected to the port is not active yet and does not send any link pulses yet. Thus, no valid link is detected by the switch 24 yet.
  • ⁇ HOST SHUTDOWN is also a transition state, this time for shutting down a connected host 18.
  • the Port PHY is disabled and does not send NLPs.
  • the host 18 is still active and sends NLPs indicating the EDM of the port.
  • ERROR is a global error state that is transitioned to when other errors occur, saving the nature or cause of the error.
  • a switch 24 must be able to activate a disabled host 18 connected to it at the request of the network manager 20.
  • the so-called "port state machine” shown in FIG. 4 fulfills this requirement.
  • the network manager 20 requests the activation of the host 18, this leads to a state transition to the HOST STARTUP state. This activates the PHY of the port and starts sending NLPs. In this state, the state machine remains as long as no NLPs are received from the host 18 side.
  • the EDM of the host 18 detects the link pulses 32 (NLPs) of the switch device 14, it triggers the boot process of the host 18 in a suitable manner.
  • NLPs link pulses 32
  • the Ethernet controller of the host 18 is started, its PHY in turn starts sending link pulses 32.
  • This event leads to a state change of the FSM to the UP state.
  • Both sides recognize NLPs, so the link is valid and the connection is made. Frames can now be transferred.
  • the finite state machine FSM enters the global error state and displays a STARTUP_TIMEQUT.
  • a host 18 If a host 18 is not activated at the initiative of the network manager 20 but externally, for example by a user (user), and its switch 24 is still deactivated, the host 18 must notify its switch so that it can communicate with it Port PHY enabled.
  • the finite state machine is in the DOWN state. As soon as the network controller of the host 18 starts to send NLPs, they are recognized and displayed by the EDM of the switch. This leads to a state change from DQWN to UP, whereby the PHY of the port is activated and in turn sends NLPs. Both sites now recognize NLPs, the link is valid and frames can be transferred. Activation of Switch Setup by Host 18:
  • the network controller of the host 18 starts to send NLPs, they are recognized by the EDM of the switch.
  • the device containing the switch manager 22 must now be booted properly.
  • the switch manager 22 must then activate the switch 24 and put it in the default state. All FSMs are in the DOWN state after booting.
  • a switch device 14 activates a switch device 14 of the next lower hierarchical level:
  • the hierarchically higher switch gets from the network manager 20 the
  • NLPs are sent.
  • the EDM of the hierarchically lower switch 24 indicates the NLPs, and the switch 24 is booted and immediately activates its root port. This leads to a hierarchically higher switch 24 to a state change from HOST-STARTUP to UP, both sides detect link pulses and the connection is established.
  • a switch device 14 activates a switch device 14 of the next higher hierarchical level:
  • the host 18 is activated externally and subsequently activates "its" switch 24.
  • the latter in turn, must activate the hierarchically next higher switch 24 in order to establish a connection to the network manager 20.
  • the switch manager 22 must know which port it is connected to the next higher hierarchical level (it must know its root port).
  • a port number is defined that applies globally to all switches 24 as a connection to the next hierarchical level (for example, port 1).
  • Another possibility would be a memory entry that is set individually for each switch.
  • the FSM of the root port immediately after the boot changes to the state HOST-STARTIJP. This awakens the parent switch through the NLPs sent through the root port. Deactivate the host 18 by the switch device 14 / the switch 24:
  • a switch device 14 receives the request from the network manager 20 to deactivate a host (port) 18, this can also be achieved by the port state machine.
  • the request of the network managers 20 causes the port's FSM to transition from the UP state to the HOST-SHUTD0WN state, disabling the PHY of the port (no more NLPs being sent). In this state, the FSM remains until no more NLPs arrive from the host 18 side.
  • the host's network controller will report a "link fail" as soon as it no longer receives NLPs from the switch. This event can be used as a trigger for the shutdown process of the host. Alternatively, the output of the host EDM could be used as it will no longer show link activity. The exact procedure remains open.
  • the host If the host shuts down, it will stop itself from sending NLPs. This leads to a change of state of HOST-SHUTDOWN to DOWN for the port FSM of the switch.
  • the interface is deactivated, the host is shut down and the request is fulfilled.
  • a switch is to disable a hierarchically lower switch, the mechanism is similar to disabling a host through a switch.
  • the case that a switch deactivates a hierarchically higher switch does not exist, since it would cut off its own connection to the network manager 20, which is excluded by definition.
  • the switch it makes no difference whether a host 18 or a switch 24 is connected to the port to be deactivated.
  • the hierarchically lower switch (man- ner) to be deactivated knows via which port it is connected to the next higher hierarchical level. If he no longer receives NLPs from this port, that is the trigger for him to initiate the shutdown.
  • the network manager 20 has already switched off all ports of the switch 24 to be deactivated before it shuts down the switch itself.
  • the port FSM changes to the LINK FAIL state, as no more NLPs are received. From there, the next status change leads to the DOWN state, the interface is now deactivated. Now the switch manager can initiate the shutdown process of the switch and then shut itself down.
  • the network manager is responsible for prompting the switch managers to enable or disable their ports. Because the network manager always knows the topology of the network and the state of the nodes, it can thus create any desired configuration by enabling or disabling individual hosts or entire subnets. This assumes that each active switch manager has a valid connection to the network manager (root of the tree). If the end point of a branch is active, then the entire branch must be active. The way of communication between the network manager and the switch managers is not defined. The requirement is that the network manager can notify the switch manager of its intent and the port of concern, and that the switch manager 22 can send notifications to the network manager 20 when one of its attached nodes is activated has been. Thus, the network manager 20 can update its status table.
  • the Simple Network Management Protocol is well suited for this purpose.
  • the interface management information base IF-MIB
  • OID object ID
  • This object specifies the desired state of an interface (port). If the network manager has an SNMP controller process and the switch managers each have an SNMP agent, the network manager 20 can send an SNMP SET packet to the switch manager 22 and the ifAdminStatus object to the desired value put.
  • the notification when a node has been activated can be made via an SNMP TRAP packet sent by the agent.
  • the switch manager 22 In response to the TRAP, the switch manager 22 would have to return an SNMP GET packet and read out the values of the ifAdminStatus object for each port and update its state table accordingly. Since SNMP offers a variety of other management options, this base can also be used as a platform for further network management. A less bulky, leaner method might be to define your own wake-up, shutdown, and notification frames that contain that porin number. The disadvantage of the method is that it is not standardized and does not provide an existing platform for further management functions.
  • an active host needs a "conversation partner" to exchange data with.
  • the network manager knows the existing dependencies between different hosts and activates himself all necessary network nodes in the appropriate order.
  • each switch manager must have a path to the network manager, so there can be no "gaps" in the branches of the tree.
  • Activation of a node via an already active switch 24 If a node is to be activated, which is connected to an already reachable switch 24, the case is trivial.
  • the network manager 20 requests the switch 24 to activate the corresponding port.
  • the network manager 20 knows the
  • the network manager 20 knows the topology and sequentially deactivates all nodes that are below the switch 24 that is actually to be switched off.
  • FIG. 3 illustrates the activation of a branch 34 by a user:
  • the first switch 24-A attempts to establish a connection to the (not yet reachable) network manager 20 and activates it. next to its root port. However, the root port FSM remains in the HOST-STARTUP state until the next higher switch receives 24-B NLPs.
  • Network Manager 20 While it remains in the HOST-STARTUP state until it receives NLPs from its root port, ie Switch 24-C. This pattern continues recursively up to the first already active switch 24-Z. If the entire branch 34 was inactive, this would be the highest switch 24 to which the network manager 20 itself is connected.
  • the first previously active switch 24-Z already has a connection to the network manager 20 and will immediately respond to the NLPs of the next lower switch 24-Y. At the same time, he will inform the network manager 20 about the activation of the corresponding port.
  • Switch 24-Y will respond to the next lower switch 24-X (the port's FSM will go from HOST STARTUP to UP, and NLPs will be sent). At the same time, Switch 24-Y informs the network manager 20 of the activation of Switch 24-X.
  • the corresponding port state machine is illustrated in FIG. Starting from a "reset” state (or “boot”), the alternative events initially result that the port is not a root port (E0), which leads to a state “down” of the port. or that the port is root port (El), resulting in a "startup" state.
  • the "Startup” state can also be reached by a “wake-up” request (E2) by the network manager 20 by means of the actions PHY activate (A0) and reset timer (AI) Activity of the host 18 and the timer (E3), the port remains in the state “Startup”.
  • E2 PHY activate
  • AI reset timer
  • the port remains in the state “Startup”.
  • E4 host activity
  • E5 timeout
  • a "shutdown” request (E6) by the network manager 20 reaches the “shutdown” state, deactivating PHY (A3) and resetting the timer (AI) active and the timer is running (E7), the port remains in the state "Shut-down”. If there is no host activity (E8), the network manager 20 is notified and the state “Down” is reached, however, if there is a timeout while the host 18 is still active, (E9) the state "Error” occurs. ,
  • the network is a switched Ethernet, which consists of three switches 24-S1, 24-S2, 24-S3, to which several hosts 18 are connected (see FIG. 5).
  • the switch managers 22 are switch manager 22-alpha, switch manager 22-beta, and switch manager 22-tau. Some hosts 18 may be activated and deactivated externally (eg by a user / user or an event / event) and will be referred to as "wake-up.” Other hosts 18, in turn, can only be woken up and deactivated internally, ie Initiative of a switch 24 or another host 18 (not waking up):
  • Switch 24-S1 has a special role: it forms the root of the topology tree, and its switch manager 22-alpha is also the central network manager 20th
  • the network manager 20 For communication between network manager 20 and the various switch managers 22 is used in the example cases SNMP.
  • the network manager 20 has an SNMP client for sending SNMP packets, and the switch managers have an SNMP agent.
  • This example demonstrates the activation of individual hosts 18 in the network by the network manager 20.
  • the entire network system 10 is disabled except for the host 18-Sl / alpha, which is the central network device 12.
  • the network manager 20 of this central network device 12 now wants to establish a state in which the hosts 18-micron and 18-epsilon are active.
  • host 18-omicron is activated. It is connected directly to the root switch Sl (Port Sl-1).
  • the network manager 20 accesses the SNMP client from host 18-alpha and sends an SNMP SET packet to the host 18-alpha SNMP agent. As a result, ifAdminStatus for port 81-1 becomes TRUE set.
  • the SNMP agent informs the Switch Manager of Switch 24-S1 about it.
  • This event leads to a state change of the state machine of the port from DOWN to HOST-STARTUP and thus to activation of the PHY of port SL-1, whereupon NLPs are sent out.
  • the Host 18-omicron EDM (a network component 16) recognizes these NLPs and then initiates the boot process from Host 18-omicron. As soon as Host 18-omicron's network controller is active and sends NLPs, the EDM recognizes the
  • Switches 24-S1 this, and there is a state change HOST- STARTUP to UP instead. This informs the network manager that the node connected to Port Sl-1 has been activated.
  • Next host 18-epsilon is to be activated.
  • the network manager 20 knows that it can reach host 18 epsilon via switch 24-S2 and thus via its port Sl-4. He also knows that Switch 24-S2 and its Switch Manager 22-beta are still inactive and therefore need to be activated first.
  • an SNMP SET packet is again sent to the SNMP client of host 18-alpha (here the central network device 12) to turn on port Sl-4.
  • the EDM of switch 24-S2 recognizes the NLPs, the switch 24 including switch manager 22 is started up and the root port of switch 24-S2 is activated. Now Switch 24-S2 and Switch-Manager 22-beta are active and there is a valid connection.
  • the network manager 20 is also notified that the node connected to port Sl-4 (ie S2 / beta) has been activated.
  • the entire network system 10 is again completely deactivated except for switch 24-S1 and switch manager 22-alpha (which is also network manager 20). Host 18-pi is activated from the outside (by a user or an event).
  • the cascade consists of three switches, 24-S3, 24-S2 and 24-S1.
  • Switch Manager 22-tau will enable the S3 root port (port S3-1) and wait for NLPs from Switch 24-S2.
  • switch device 14-S2 / beta will wake up, and switch manager 22-beta will in turn enable the root port of switch 24-S2, S2-1.
  • Switch 24-S1 which is already awake, then turns on the PHY of port Sl-4.
  • Switch device 14-S2 / beta detects the NLPs of Switch 24-S1.
  • the root port FSM changes to the UP state and the switch manager 22 now begins processing the NLPs arriving from port S2-4.
  • the FSM of this port changes to the UP state, the PHY is activated, and NLPs are returned.
  • the network manager 20 is informed that the node connected to S2-4 has been activated.
  • the network manager 20 decides that the just activated branch 34 (ie switch 24-S2, 24-S3, host 18-pi) should be deactivated again. This is done from the bottom up: the network manager 20 will sequentially disable host 18-pi, switch device 14-S3 / tau, and switch device 14-S2 / beta. For example, if host 18 epsilon were still active, network manager 20 would also disable it before shutting down switch device 14-S2 / beta.
  • host 18-pi is disabled by sending an SNMP SET packet to the switch manager 22-tau, setting the IfAdminStatus object for port S3-2 to FALSE.
  • the FSM of the port changes to the HOST-SHUTDOWN state, deactivates the PHY and waits in this state until no more NLPs are sent from the Host 18-pi. Thereafter, the state changes to DOWN, and the network manager 20 is informed that the node at port 53-2 has been deactivated.
  • Host 18-alpha then sends another SNMP-SET packet to host 18-beta to disable port S2-4 analogously. This shuts down the switch device 14-S3 / tau.
  • Host 18-alpha sends itself an SNMP packet to disable Port Sl-4. Now will switch setup
  • FIG. 6 shows a schematic structure of a simple network system 10 or of a part of a network system 10 according to a further embodiment.
  • This part comprises the network manager 20 and an arrangement of switch device 14, network components 16 and the signal lines 36 of the corresponding network segments 26 connecting them.
  • the network components 16 (FIG. 16-1, 16-2) have first accepts designed as energy-detect modules. activation devices 38.
  • the switch device 14 has the switch manager 22, the switch 24, a voltage supply 40 and the second activation device 42 designed as an energy-detect module.
  • the switch manager 22 is signal-technically connected to each of these components to control the switch 24 and power supply 40. By means of an appropriate multiplex method, the signals and the supply power are combined (bundled), supplied to the second activation device 42 and transmitted from there via the signal line (s) 36 simultaneously.
  • the network component (s) 16 or at least the first activation device (s) 38 assigned to it is / are from the central network manager 20 by means of the switch device 14 via the at least one signal line 36 of the network segment 26 with electrical energy supplied.
  • the switch device 14 the power supply 40.
  • the arrangement of supplying switch device 14, supplied network component 16, first and second activation means 38, 42 and the signal line 36 connecting them enables by means of multiplexing a power supply simultaneously to the mutual signal transmission between the first and the second activation means 38, 42 via the signal line 36.
  • the network components 16 embodied as control units do not have their own power supply, but are supplied by the power supply unit 40 via the signal line 36 designed as an Ethernet line.
  • the network components 16 are turned off ("Zero Power").
  • the network manager 20 contacts the switch manager 22 of the switch device 14 and activates the Ethernet-coupled power supply 40 for the network components 16-1 and 16-2.
  • Network components 16-1, 16-2 are now powered but still in a hibernate state ("Low Power ").
  • Network component 16-3 is not powered (" Zero Power ").
  • the network manager 20 activates the network component 16-1 by contacting the switch manager 22 of the switch device 14 and turning on the port to which the network component 16-1 is connected.
  • the network component 16-1 is equipped with its first activation device 38 and is awakened by the activity on the corresponding line 36. The further procedure is then as previously described.
  • the Network Component 16-2 is activated by a user (eg, by pressing a key). This is possible because the component 16-2 is already being supplied by the power supply 40 via the signal line 36. It should be noted that only the power supply 40 and the second activation device 42 must be activated. The switch 24 (Ethernet switch) could only be activated as a result. The basic procedure is as described above. The switch device 14 can recognize the link activity by the second activation device 42 and activate its corresponding port. This establishes the communication connection.
  • the network manager 20 communicates with the switch manager 22 of the switch device 14 and initiates the activation of the network component 16-3.
  • the switch manager 22 then activates the coupling of the supply voltage to a line of the corresponding network segment 26 at the voltage supply 40.
  • the network component 16-3 is activated immediately as soon as it is supplied with voltage. In other words is for In this case, this network component 16-3 is equal to its first activation device 38, and the network function control signal 30 is formed by receiving the power supply via the signal line 36. In this case, the network component 16-3 does not require an activation device designed as an energy -ectect module.
  • FIG. 7 shows a corresponding network function control signal 30 formed by receiving the power supply, namely the rising edge 44
  • FIGS. 8-10 show three exemplary embodiments of the activation device 38. However, other implementations are also possible.
  • the first circuit concept (circuit diagram in FIG. 8) is able to detect voltage pulses on a signal line 36, which is signal-technically connected to the inputs IN_P and IN_N (see FIG. 8), and by means of the electrical output ED (see FIG. 8) to activate the associated network component 16.
  • the first activation device 38 has a low quiescent current requirement in this exemplary embodiment.
  • This exemplary realization of the activation device 38 consists of a differential amplifier, formed from the components Tl -T4, Rl - R9, which pre-amplifies the differential signal of the signal line 36 and converts it into a ground-referenced signal.
  • the first activation device 38 has in this exemplary embodiment except drift currents no quiescent power requirement.
  • This exemplary realization of the activation device 38 consists of a transformer (Li) in order to convert the differential input signal into a ground-referenced signal.
  • the following bridge rectifier (D1-D4) in conjunction with the downstream filter (R1-R3, C3) delivers a constant level to transistor T1 during communication activity. This level is controlled by an amplifier circuit (in the example circuit consisting of T1-T2, R4-R6) and used to activate the associated network component 16.
  • the third circuit concept (circuit diagram in FIG. 10) is capable of detecting communication signals on the signal line 36 that is signal-wise connected to the inputs IN_P and IN_N (see FIG. 10) and by means of the electrical output ED (see FIG. 10) to activate the associated network component 16.
  • the first activation submission 38 has no quiescent power requirement in this exemplary embodiment except drift currents and can be realized with very few components.
  • This exemplary realization of the activation device 38 consists of a MOSFET Tl, which has a low threshold voltage. By communication activity on the signal lines 36 of this MOSFET is conductive, the resulting current flow causes a voltage drop across resistor Rl. This voltage is amplified by a downstream amplifier stage (in the example circuit consisting of T2, R4-R5, C3) and used to connect the associated network factory component 16.
  • the resistors R2 and R3 are very high impedance, in order to ensure a decoupling of the signal lines 36 with respect to the supply voltage and ground.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aktivierung mindestens einer temporär inaktiven Netzwerk-Komponente (16) eines Netzwerksystems (10) für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug. Es ist vorgesehen, dass eine zentrale Netzwerkeinrichtung (12) des Netzwerksystems (10) über einen Pfad innerhalb des Netzwerksystems (10) mit der Netzwerk-Komponente (16) signaltechnisch verbunden ist, der zumindest teilweise über ein Netzwerk-Segment (26) des Netzwerksystems (10) führt, wobei das Netzwerk-Segment (26) die Netzwerk-Komponente (16) und eine ihr zugeordnete erste Aktivierungseinrichtung (38) unverzweigt mit einer im Pfad angeordneten Switch-Einrichtung (14) und einer ihr zugeordneten zweiten Aktivierungseinrichtung (42) signaltechnisch verbindet, und wobei die zentrale Netzwerkeinrichtung (12) die erste Aktivierungseinrichtung (38) mittels der Switch-Einrichtung (14) durch Senden eines Netzwerkfunktions-Kontrollsignals (30) anspricht. Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes Netzwerksystem (10) eines Fahrzeugs.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Aktivierung einer Netzwerk-Komponente eines Fahrzeug-Netzwerksystems
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aktivierung mindestens einer temporär inaktiven Netzwerk-Komponente eines Netzwerksystems für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes Netzwerksystem.
Bekannte Netzwerksysteme für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, basieren zumeist auf seriellen Bus-Systemen. Ein Beispiel für ein solches Bus-System zur Vernetzung von den diversen Steuergeräten zur Realisierung systemübergreifender Funktionen eines Fahrzeugs ist ein auf dem CAN-Bus (Controller Area Network) basierendes asynchrones, serielles Bussystem. Ein anderes Beispiel ist ein LIN: Local Interconnect Network Bus- System. Da die elektrische Energieversorgung bei vielen Fahrzeugen mittels eines Energiespeichers begrenzter Speicherfä- higkeit erfolgt, ist es wünschenswert, dass nicht aktive Teile des Netzwerks keine oder möglichst wenig Leistung aufnehmen.
Bei den im Anwendungsbereich für Fahrzeuge verwendeten Bus- Systemen wird ein Energie-Detektionskonzept angewendet. Das gesamte Bus-System ist zunächst inaktiv, erst ein Energie-Impuls auf der Busleitung des Bus-Systems führt dazu, dass der Controller„aufwacht" und in Folge das gesamte System aktiviert. Der Energieimpuls kann dabei zum Beispiel ein Datenrahmen sein oder auch ein einzelner Spannungspuls. Der Ruhestrombedarf ist bei diesem System extrem gering, es werden jedoch alle an das
Bus-System angeschlossenen Komponenten aktiviert und „wachen auf" .
Für stationäre Netzwerke ist seit geraumer Zeit der„Wake on LAN" Standard (WOL) etabliert (LAN: Local Area Network ) . Er ermöglicht das gezielte Wecken inaktiver Hosts im Netzwerk durch das so- genannte Magic Packet, einen Ethernet-Frame, der die MAC-Adresse des zu weckenden Hosts enthält und der vom entsprechenden Host-Ethernet-Controller erkannt wird.
Diese Technologie ist jedoch zur Verwendung im Automotive- bzw. Kraftfahrzeug-Bereich ungeeignet, da die Netzwerk-Controller selbst aktiv oder zumindest teilweise aktiv sein müssen, um ein solches Paket zu erkennen. Dadurch ist der Ruhestrombedarf für ein automobiles Umfeld deutlich zu groß.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Aktivierung mindestens einer temporär nicht aktiven Netzwerk-Komponente eines Netzwerkes für ein Fahrzeug bereitzustellen, bei dem einzelne Netzwerk-Komponenten gezielt aktiviert werden können .
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine zentrale Netzwerkeinrichtung des Netzwerksystems über einen Pfad innerhalb des Netzwerksystems mit der Netzwerk-Komponente signaltechnisch verbunden. Der Pfad führt zumindest teilweise über ein Netzwerk-Segment des Netzwerksystems, wobei das Netzwerk-Segment die Netzwerk-Komponente und eine ihr zugeordnete erste Aktivierungseinrichtung unverzweigt mit einer im Pfad angeordneten Switch-Einrichtung und einer dieser Switch-Einrichtung zugeordneten zweiten Aktivierungseinrichtung signaltechnisch verbindet, und wobei die zentrale Netzwerkeinrichtung die Aktivierungseinrichtung mittels der Switch-Einrichtung durch senden eines Netzwerkfunktions-Kontrollsignals anspricht. Die zentrale Netzwerkeinrichtung des Netzwerksystems weist insbesondere ein Netzmanagermodul auf.
Die Netzwerk-Komponente ist ein elektrisches Gerät, insbesondere ein Steuergerät, einer Fahrzeugkomponente des Fahrzeugs, be- vorzugt des Kraftfahrzeugs. Um den Energiebedarf des Fahrzeugs zu minimieren wird das elektrische Gerät temporär inaktiviert, wenn es nicht benötigt wird.
In einem besonders einfach aufgebauten Netzwerksystem ist die zentrale Netzwerkeinrichtung des Netzwerksystems über jeweils einen Pfad innerhalb des Netzwerksystems mit der entsprechenden Netzwerk-Komponente signaltechnisch verbunden, wobei der jeweilige Pfad vollständig über ein entsprechendes Netzwerk-Segment führt. Bei diesem Netzwerksystem weist die zentrale Netzwerkeinrichtung die Switch-Einrichtung selber auf oder ist mittels eines anderen Netzwerk-Segments mit dieser signaltechnisch verbunden.
Während das Netzwerk-Segment der jeweiligen Netzwerk-Komponente eindeutig zugeordnet ist, kann das andere Netzwerk-Segment mehreren Netzwerk-Komponenten zugeordnet sein.
Das Netzwerkfunktions-Kontrollsignal bevorzugt mindestens ein Spannungspuls, den eine Komponente (Netzwerkeinrichtung, Switch-Einrichtung und/oder Netzwerk-Komponente) auf die Signalleitung des entsprechenden Netzwerk-Segments legt.
Das Verfahren wird insbesondere zur Aktivierung der temporär inaktiven Netzwerk-Komponente eines Fahrzeug-Netzwerksystems verwandt .
Ein Gesamt-Netzwerk kann dabei aus einem einzelnen Netzwerk- System oder mehreren miteinander verknüpften Netzwerk-Systemen bestehen. Besteht das Gesamt-Netzwerk aus mehreren Netzwerk- Systemen, so kann es mehrere bezüglich ihres zugeordneten Systems zentrale Netzwerkeinrichtungen geben, die zusammen ein globales Netzwerk-Management bilden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zentrale Netzwerkeinrichtung zumindest während der Aktivierung (a) die Netzwerk-Komponente oder (b) zumindest deren zugeordnete erste Aktivierungseinrichtung mittels der Switch-Einrichtung über mindestens eine Signalleitung (beziehungsweise Datenleitung) des Netzwerk-Segments zusätzlich mit elektrischer Energie versorgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist dabei vorgesehen, dass das Netzwerkfunktions-Kontrollsignal durch die Aufnahme der Energieversorgung über die Signalleitung gebildet wird. Die Aufnahme der Energieversorgung bewirkt eine Spannungsänderung, insbesondere einen Spannungs sprung, auf der entsprechenden Signalleitung, der das Netzwerkfunktions-Kontrollsignal darstellt. In diesem Fall benötigt die Netzwerkkomponente keine als Energy-Dectect-Modul ausgebildete Aktivierungseinrichtung, sondern die Netzwerkkomponente selbst bildet die Aktivierungseinrichtung .
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Energieversorgung simultan zur wechselseitigen Signalübertragung zwischen der ersten und der zweiten Aktivierungseinrichtung über die Signalleitung erfolgt. Mittels entsprechendem Multiplex-Verfahren werden dabei die Signale und die Versorgungsleistung zusammengefasst (gebündelt) und simultan über die Signalleitung ( en ) übertragen. Dieses Bündeln wird oft auch „multiplexen" genannt. Auf Empfänger-Seite werden die Signale und die Versorgungsleistung anschließend wieder entbündelt ( demultiplexen ) .
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Aktivierungseinrichtung die Netzwerk- Komponente nach Erhalt des Netzwerkfunktions-Kontrollsignals aktiviert und der zweiten Aktivierungseinrichtung anschließend ihrerseits ein weiteres Netzwerkfunktions-Kontrollsignal zur Bestätigung der Aktivierung zusendet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Aktivierungseinrichtung die Switch-Einrichtung nach Erhalt des weiteren Netzwerkfunktions-Kontrollsignals in einen Sende-/Empfangszustand bringt. Mit diesem Schritt ist die Aktivierung vollständig abgeschlossen, und die Netzwerk-Komponente kann mit der Switch-Einrichtung über das zugeordnete Netzwerk-Segment bidirektional kommunizieren. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Netzwerk ein Ethernet-Netzwerk . Bei einem Ethernet-Netzwerk sind die Netzwerk-Komponenten und eine zentrale Netzwerkeinrichtung (z. B. als Hosts), Switch-Einrichtungen und eine entsprechende Netzwerk-Struktur mit Netzwerk-Segmenten, die jeweiligen Hosts zugeordnet sind, bereits bekannt. Das Netzwerkfunktions-Kon- trollsignal ist zum Beispiel als NLP (NLP: Normal Link Pulses) ausgebildet .
Alternativ ist das Netzwerk ein Quasi-Ethernet-Netzwerk, bei dem -bezüglich der Terminologie des OSI-Schichtmodells- die Schicht 2 (Sicherungsschicht) gemäß Ethernet-Protokoll ausgeführt ist, während die Schicht 1 (Bitübertragungsschicht) anders als im Ethernet-Protokoll ausgeführt ist. Beispiel für ein solches Quasi-Ethernet-Netzwerk ist ein BroadR-Reach-Ethernet Netzwerk. Hierbei handelt es sich um ein spezielles Verfahren der Bitübertragungsschicht ( Schicht 1 Verfahren), in dem die Schicht 2 (MAC-Layer) des Ethernet-Protokolls unverändert verwendet wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Netzwerkfunktions-Kontrollsignal nur durch die „normale" Datenübertragung repräsentiert, d. h., das schlichte Senden von Daten mit Undefiniertem Inhalt kann von der Aktivierungseinheit auf der Empfängerseite erkannt werden. Wird die Netzwerk-Komponente oder zumindest deren zugeordnete erste Aktivierungseinrichtung über die Signalleitung mit elektrischer Energie versorgt, so handelt es sich bei der Signalleitung um eine entsprechende Datenleitung des Ethernet-Netz- werks . Generell ist eine Energieversorgung über Ethernet unter dem Begriff„Power over Ethernet" (PoE) entsprechend dem Standard IEEE 802.3af bekannt. Erfindungsgemäße Ausgestaltungen der Energieversorgung über Ethernet sind jedoch nicht auf diesen Standard beschränkt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Netzwerksystem eine von der zentralen Netzwerkeinrichtung, der mindestens einen Switch-Einrichtung und den Netzwerk-Komponenten gebildete Baum-Topologie aufweist. Diese Topologie ist zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignet. Alternativ weist das Netzwerksystem bevorzugt eine Maschen-Topologie auf.
Insbesondere ist die Netzwerk-Komponente und/oder die Netzwerkeinrichtung ein Steuergerät einer Fahrzeug-Komponente oder zumindest Teil eines solchen Steuergerätes.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Netzwerksystem eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, bevorzugt zur Durchführung eines vorstehend genannten Verfahrens, das zur Aktivierung mindestens einer temporär inaktiven Netzwerk-Komponente geeignet ist. Das erfindungsgemäße Netzwerksystem weist eine zentrale Netzwerkeinrichtung auf, die über einen Pfad innerhalb des Netzwerksystems mit der Netzwerk-Komponente signaltechnisch verbunden ist, wobei der Pfad zumindest teilweise über ein Netzwerk-Segment des Netzwerksystems führt und das Netzwerk- Segment die Netzwerk-Komponente und eine ihr zugeordnete erste Aktivierungseinrichtung unverzweigt mit einer im Pfad angeordneten Switch-Einrichtung und einer ihr zugeordneten zweiten Aktivierungseinrichtung signaltechnisch verbindet, und wobei die zentrale Netzwerkeinrichtung die erste Aktivierungseinrichtung mittels der Switch-Einrichtung durch Senden eines Netzwerkfunktions-Kontrollsignals anspricht. Das entsprechende Netzwerksystem ist ein Fahrzeug-Netzwerksystem, insbesondere ein Fahrzeug-Netzwerksystem eines Kraftfahrzeugs.
Die Netzwerk-Komponente ist ein elektrisches Gerät, insbesondere ein Steuergerät, einer Fahrzeugkomponente des Fahrzeugs, bevorzugt des Kraftfahrzeugs. Um den Energiebedarf des Fahrzeugs zu minimieren wird das elektrische Gerät temporär inaktiviert, wenn es nicht benötigt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Netzwerk-Komponente oder zumindest die ihr zugeordnete erste Aktivierungseinrichtung von der zentralen Netzwerkeinrichtung mittels der Switch-Einrichtung über mindestens eine Signalleitung des Netzwerk-Segments mit elektrischer Energie versorgbar ist beziehungsweise versorgt wird. Die elektrische Energieversorgung innerhalb des Netzwerks ist bevorzugt eine auf mindestens einen Parameter der allgemeinen Energieversorgung im Fahrzeug angepasste elektrische Energieversorgung. Dieser Parameter ist zum Beispiel die Spannung U, insbesondere die bei Stromversorgungsnetzen (sogenannten Bordnetzen) von Kraftfahrzeugen übliche Spannung von 12 Volt (U = 12 V) .
Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Anordnung aus versorgender Switch-Einrichtung, versorgter Netzwerk-Komponente, erster und zweiter Aktivierungseinrichtung sowie der diese verbindende Signalleitung eine Energieversorgung simultan zur wechselseitigen Signalübertragung zwischen der ersten und der zweiten Aktivierungseinrichtung über die Signalleitung ermöglicht .
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Netzwerk ein Ethernet-Netzwerk . Bei einem Ethernet-Netzwerk sind Netzwerk-Komponenten und eine zentrale Netzwerkeinrichtung (z. B. als Hosts), Switch-Einrichtungen und eine entsprechende Netzwerk-Struktur mit Netzwerk-Segmenten, die jeweiligen Hosts zugeordnet sind, bereits bekannt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Netzwerksystem eine von der zentralen Netzwerkeinrichtung, der mindestens einen Switch-Einrichtung und den Netzwerk-Komponenten gebildete Baum-Topologie aufweist. Diese Topologie ist zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignet. Alternativ weist das Netzwerksystem bevorzugt eine Maschen-Topologie auf.
Insbesondere ist die Netzwerk-Komponente und/oder die Netzwerkeinrichtung ein Steuergerät einer Fahrzeug-Komponente oder zumindest Teil eines solchen Steuergerätes.
Die Erfindung betrifft schließlich auch ein Kraftfahrzeug mit einem vorstehend genannten Netzwerksystem, insbesondere einem Ethernet-Netzwerk .
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand der Zeichnungen erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Aufbau eines erfindungs gemäßen Netzwerksystems gemäß einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 als sogenannte „Normal Link Pulses" ausgebildete
Netzwerkfunktions-KontrollSignale,
Fig. 3 einen Ausschnitt eines schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Netzwerksystems gemäß einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 4 ein Status-Diagramm einer sogenannten
State-Machine" eines Netzwerksystems,
Fig. 5 einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Netzwerksystems gemäß einer weiteren Ausführungsform,
Fig. 6 einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Netzwerksystems gemäß noch einer weiteren Ausführungsform, Fig. 7 als Einsetzen der Spannungsversorgung ausgebildetes Netzwerkfunktions-Kontrollsignal mit aufmodulierten Datenübertragungs Signalen und Fig. 8 - 10 die exemplarische Darstellung von drei Ausführungsformen von Aktivierungseinrichtungen.
Die Fig. 1 zeigt einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Netzwerksystems 10 mit einer von einer zentralen Netzwerkeinrichtung 12, mehreren Switch-Einrichtungen 14 und mehreren Netzwerk-Komponenten 16 gebildeten Baum-Topologie . Das Netzwerksystem 10 ist dabei als Ethernet-Netzwerk ausgebildet. Die zentrale Netzwerkeinrichtung 12 umfasst einen Host 18, einen Netz-Manager 20 (Netz-Managermodul), ein Switch-Manager 22 (Switch-Managermodul) und einen Switch 24. Über ein Netzwerk- Segment 26 ist die zentrale Netzwerkeinrichtung 12 mit einer Netzwerk-Komponente 18 und über drei andere Netzwerk-Segmente 28 mit drei Switch-Einrichtungen 14 mit Switch 24, Switch-Manager (Switch-Managermodul) 22 und Host 18 signaltechnisch verbunden. Die Switch-Einrichtungen 14 sind ihrerseits über Netzwerk- Segmente 26 mit Netzwerk-Komponenten 16 und über andere Netzwerk-Segmente 28 mit weiteren Switch-Komponenten 14 signaltechnisch verbunden, wobei die Baum-Struktur entsteht. Jeder der Netzwerk-Komponenten 16 ist eine als sogenanntes „Energy-Dectect-Modul" ausgebildete erste Aktivierungseinrichtung zugeordnet, und jeder der Switch-Einrichtungen 14 ist eine als „Energy-Dectect-Modul" ausgebildete zweite Aktivierungseinrichtung zugeordnet (Aktivierungseinrichtungen erst in Fig. 6 gezeigt). Die Leistungsaufnahme der ersten Aktivierungseinrichtung ist geringer als die Leistungsaufnahme der zugeordneten aktiven Netzwerk-Komponenten 16, die Leistungsaufnahme der zweiten Aktivierungseinrichtung ist geringer als die Leistungsaufnahme der zugeordneten aktiven Switch-Einrich- tung 14 beziehungsweise der zugeordneten zentralen Netzwerkeinrichtung . Die Fig. 2 zeigt den zeitlichen Ablauf von als Rechteckimpulsen (genauer: sogenannten NLPs - NLP : Normal Link Pulses) ausgebildeten Netzwerkfunktions-Kontrollsignalen 30 zum Testen des Zustande einer Verbindung (eines Links) bei einem Ethernet- Netzwerk. Dazu ist in einem Graphen die Spannung U_diff über der Zeit t aufgetragen. Die Netzwerkfunktions-Kontrollsignale 30, also die Pulse 32 (NLPs), haben eine Pulsbreite von 100 ns und einen Pulsabstand von 16 ms +/- 8 ms. Diese Netzwerkfunktions-Kontrollsignale 30 werden erfindungsgemäß zum Aktivieren einer temporär inaktiven Netzwerk-Komponente 16 und zur Bestätigung der Aktivierung genutzt.
Es ergibt sich folgende Funktion innerhalb eines Netzwerksystems 10, bei dem eine zentrale Netzwerkeinrichtung 12 über einen Pfad innerhalb des Netzwerksystems 10 mit der temporär inaktiven Netzwerk-Komponente 16 signaltechnisch verbunden ist, wobei der Pfad zumindest teilweise über ein Netzwerk-Segment 26 des Netzwerksystems 10 führt und das Netzwerk-Segment 26 die Netz- werk-Komponente 16 und eine ihr zugeordnete erste Aktivierungseinrichtung unverzweigt mit einer im Pfad angeordneten Switch-Einrichtung 14 und einer ihr zugeordneten zweiten Aktivierungseinrichtung signaltechnisch verbindet, wobei folgende Schritte vorgesehen sind:
- die zentrale Netzwerkeinrichtung 12 spricht die erste Aktivierungseinrichtung der Netzwerk-Komponente 16 mittels der Switch-Einrichtung 14 durch das Senden eines Netzwerkfunk- tions-Kontrollsignals 30 an,
- die erste Aktivierungseinrichtung aktiviert die Netzwerk- Komponente 16 nach Erhalt des Netzwerkfunktions-Kontrollsig- nals 30 und sendet der zweiten Aktivierungseinrichtung der Switch-Einrichtung 14 anschließend ihrerseits ein weiteres Netzwerkfunktions-Kontrollsignal 30 zur Bestätigung der Aktivierung zu, worauf
- die zweite Aktivierungseinrichtung die Switch-Einrichtung 14 nach Erhalt des weiteren Netzwerkfunktions-Kontrollsignals 30 in einen Sende-/Empfangs zustand bringt. Im Folgenden soll das sich ergebende Konzept noch einmal mit anderen Worten beschrieben werden: Ein Switched Ethernet besteht physikalisch aus Punkt-zu-Punkt Verbindungen. Hier kann ein Energy-Detect-Prinzip also individuell für einzelne Hosts 18 angewendet werden. Es würde nicht das gesamte Netz aufwachen, da nur ein Host 18, insbesondere eine Netzwerk-Komponente 16, und ein Switch-Port (nicht gezeigt) der Switch-Einrichtung 14 physikalisch mit einer Leitung (dem Netzwerksegment 26) verbunden sind.
Durch gezielte Steuerung der Aktivität auf einem Link kann ein Host 18, insbesondere eine Netzwerk-Komponente 16, demnach gezielt aktiviert oder deaktiviert werden. Der Switch 24 muss dazu den jeweiligen Port ein- oder ausschalten. Bei eingeschaltetem Port werden Link-Pulse (NLPs) 32 auf die Leitung (das Netzwerksegment 26) gelegt. Die Link-Pulse 32 können durch eine als Energy-Detect-Modul ausgebildete Aktivierungseinrichtung erkannt und deren Vorhandensein durch einen elektrischen Ausgang angezeigt werden. Der Zustand dieses Ausganges kann einen Wake-Up (ein Aktivieren) oder einen Shut-Down (ein Inaktivieren) auslösen.
Die Konfiguration der Ports wird durch den Switch-Manager (das Switch-Managermodul) 22 durchgeführt. Es handelt sich dabei um eine Software, die für die gesamte Konfiguration, Überwachung und Steuerung eines Switches 24 zuständig ist. Jeder Port eines Switches 24 wird vom Switch-Manager 22 als Finite Zustands- maschine modelliert und behandelt.
Der Netz-Manager (das Netz-Managermodul) 20 bildet das Herzstück des Konzeptes . Er ist der zentrale Management-Knoten, dem die Konfiguration und Überwachung des gesamten Netzes (Netzwerksystem 10) obliegt. Diese Software besitzt den Überblick über die gesamte Topologie des Netzwerks 10 und über den Zustand der einzelnen Hosts 18. Er kann mit den einzelnen Switch-Managern 22 kommunizieren und so gezielt einzelne Hosts 18 aktivieren und deaktivieren lassen. Das Gesamtkonzept stellt die Interaktionen zwischen den drei einzelnen Modulen (zentrale Netzwerkeinrichtung 12 mit Netz-Manager 20, Netzwerk-Komponente 16 mit erster Aktivierungseinrichtung und Switch-Einrichtung 14 mit Switch-Manager 22 und zweiter Aktivierungseinrichtung) dar .
Die erste Frage die sich zur Struktur des Netzwerk-Managements stellt ist, ob es sich um eine zentralisierte oder verteilte Managementarchitektur handelt. Verteiltes Management bietet zwar eine höhere Ausfallsicherheit, ist aber wesentlich kom- plexer und schwer zu handhaben. Zudem verursacht die notwendige Kommunikation zwischen den verteilten Management-Knoten zusätzliche Datenlast. In der Regel ist ein einfaches, unkompliziertes Managementkonzept die bessere Wahl. In diesem Sinne ist auch das hier verwendete Konzept ausgelegt.
Aus diesem Grund ist das vorgestellte Management-Konzept zentral (mit zentraler Netzwerkeinrichtung 12) . Der Netz-Manager 20 ist also eine zentrale Instanz und nicht auf mehrere Netz-Knoten verteilt. Wie bereits erwähnt, ist er für alle das Netz betref- fenden Management-Aufgaben zuständig. Er kennt die Topologie des Netzes 10 und kennt den Zustand aller im Netz befindlichen Hosts 18. Im Rahmen dieses Konzeptes wird nur der Bereich Energiemanagement abgedeckt, der Netz-Manager 20 kann jedoch auch alle anderen notwendigen Management-Funktionen übernehmen.
In der nächsten Hierarchieebene gibt es eine beliebige Anzahl von Switch-Einrichtungen 14 mit Switches 24. Dabei handelt es sich um „Managed Switches" mit einer beliebigen Anzahl Ports . Der Switch-Manager 22 der Switch-Einrichtung 14 ist dafür verant- wortlich den Switch 24 zu konfigurieren und zu steuern und kann mit anderen Netzknoten kommunizieren. An den Ports dieser Switches 24 können weitere Switches 24 als nächste Hierarchieebene angeschlossen sein. Dabei kann es beliebig viele solcher Hierarchieebenen geben. Die Endpunkte dieser Baum-Zweige sind die Hosts 18. Die Switches 24 selbst können ebenfalls auf Host-Geräten (Hosts 18) sitzen und die Switch-Einrichtungen bilden. Der Switch-Manager 22 und die Host-Software können als zwei Prozesse auf ein- und derselben CPU laufen . Der Switch-Manager 22 stellt den Kommunikationspartner des
Netz-Managers 20 dar. Soll ein Knoten aktiviert werden, kontaktiert der Netz-Manager 20 den entsprechenden Switch ( -Manager ) 22, 24 an den der betreffende Knoten angeschlossen ist, und fordert die Aktivierung des entsprechenden Ports an. Jeder aktive Switch-Manager 22 muss also über einen gültigen Pfad zum Netz-Manager 20 verfügen.
Wie in Fig. 1 dargestellt ist eine Möglichkeit, das Netzwerk 10 als Baum mit beliebig vielen Hierarchieebenen zu strukturieren. Die Wurzel des Baumes ist die zentrale Netzwerkeinrichtung 12 mit Netz-Manager 20 und Switch 24 an dem er angeschlossen ist. Die folgenden Ebenen bestehen aus Hosts (Endpunkte) 18 oder weiteren Switch-Einrichtungen 14 mit Switches 24 und in der Regel mit Hosts 18 als Schnittstellen zur jeweils nächsten Hierarchieebene. Der Port, über den ein Switch 24 an die nächsthöhere Hierarchieebene angeschlossen ist, wird im Folgenden Root-Port (analog zur Bezeichnung beim Spanning Tree Protocol ) genannt. Wichtig ist, dass jeder aktive managebare Knoten mit Switch-Manager 22 eine gültige Verbindung zum Netz-Manager 20 benötigt.
Im Folgenden werden einige Grundprinzipien, auf denen das Power-Management-Konzept beruht, im Einzelnen beschrieben:
Die in Fig. 2 gezeigten, als Link Pulse bzw. NLPs ausgebildeten Netzwerkfunktionskontrollsignale 30 sind kurze Spannungsimpulse, die ein Teilnehmer im Ethernet auf seine Sendeleitung der Netzwerksegmente 26, 28 legt, während kein Sendeverkehr statt- findet. Sie dienen dazu, den Zustand des Links zu testen. Ein Teilnehmer erkennt einen Link-Fehler, wenn 50 ms — 150 ms keine Pulse 32 (und auch kein Datenverkehr) empfangen werden. Bei 10 BASE-T Ethernet werden diese Pulse 32 Link Integrity Test (LIT) Pulse genannt, bei 100 BASE-TX und Autonegotiation spricht man von Normal Link Pulses (NLP) . Autonegotiation (100 BASE-TX) verwendet eine Sequenz von bis zu 33 solcher Pulse 32, wobei in dieser Sequenz die Kommunikationsparameter des Senders (Geschwindigkeit, Voll- oder Halbduplex) codiert werden. Diese Sequenzen heißen „Fast Link Pulse (FLP) bursts".
Die prinzipielle Form der NLPs ist in Fig. 2 dargestellt. Die genaue Spezifikation der Pulsform kann in IEEE 802.3 Clause 14.3.1 nachgelesen werden. Der Link Integrity Test selbst (also auch die zeitliche Abfolge der Pulse 32) ist in IEEE 802.3 Clause 14.2.1.7 (Seite 321) spezifiziert.
Die FLP-bursts die für Autonegotiation eingesetzt werden haben die gleiche Form, nur werden maximal 33 und minimal 17 solcher Pulse im Abstand von 125 ]is gesendet. Die Bursts sind ebenfalls 16 ms +/- 8 ms voneinander entfernt.
Wird der PHY eines Ports aktiviert, sendet er solche Pulse aus. Je nach Konfiguration des Switches/Controllers (IOOSASE-TX) als FLP-bursts (Autonegotiation) oder als NLPs, wenn Autonegotiation deaktiviert ist.
Das Energy-Detect-Modul (EDM) ist ein System, welches in der Lage ist NLPs oder FLP-bursts zu erkennen, und deren Vorhandensein in geeigneter Form anzuzeigen. Es ist auf jedem Gerät pro Port notwendig, d. h., ein 4-Port-Switch muss vier EDMs oder ein EDM mit vier Ein- und Ausgängen haben . Das EDM muss mit der Rx-Leitung des Ports verbunden sein, darf aber den Empfang von Frames nicht beeinflus sen .
Vorteilhafterweise sind alle IP-Adressen des Ethernet-Netzwerks statisch und dem Netz-Manager (bzw. der entsprechenden Software) bekannt. Das Konzept ist allerdings nicht darauf beschränkt. Die Möglichkeiten zur IP-Adressvergabe sind offen. Beispielsweise wäre eine dynamische Zuweisung mittels DHCP möglich. Die Art und Weise auf die der Netz-Manager die IP-Adressen der Hosts 18 lernt ist offen.
Weiterhin ist mit Vorteil vorgesehen, dass im Initialzustand des Netzwerksystems 10 das Netz-Managermodul 20 und der zugeordnete Switch 24 der zentralen Netzwerkeinrichtung 12 immer aktiv sind. Dies macht die aktive Rolle der zentralen Netzwerkeinrichtung 12 beim Verfahren zur Aktivierung der temporär inaktiven Netzwerk-Komponente eines Netzwerksystems noch einmal deutlich. Diese permanente Aktivität ist zwar nicht unbedingt vonnöten, da ein von "außen" aktiviertes Gerät beim Versuch eine Verbindung zum Netz-Manager 20 herzustellen diesen zwangsläufig aktivieren würde, aber in der Regel wird die Netz-Management-Software eine Art Grundzustand des Netzes 10 herstellen wollen, d. h. ausgewählte Steuergeräte aktivieren. Das Konzept ist auch hierauf nicht beschränkt.
Die Vorgänge, die im Netzwerksystem (Netz) 10 ablaufen, um Hosts 18 und Teilnetze zu aktivieren und zu deaktivieren, lassen sich zur einfacheren Beschreibung auf zwei Ebenen betrachten, nämlich der Hardware-Ebene und der Software-Ebene).
Auf der Hardware-Ebene wird festgelegt, auf welche Weise Hosts 18 und Switches 24 physikalisch einander aktivieren, deaktivieren und von einer externen Aktivierung/Deaktivierung benachrichtigt werden können.
Auf der Netzwerk-Ebene wird definiert, wie Shutdown- und Wake-Up-Vorgänge ( Inaktivierungs- und Aktivierungsvorgänge) im Netz ablaufen, unter Verwendung der in der Hardware-Ebene festgelegten Mechanismen.
Während die Hardware-Ebene also definiert, wie zwei benachbarte Netzknoten (Hosts 18 und Switches 24) physikalisch miteinander interagieren legt die Netzwerkebene fest, nach welchem Prinzip ein Knoten im Netz einen beliebigen anderen Knoten über die Netz-Management-Software aktivieren kann, wie die Netz-Management-Software den Knoten aktiviert und wie sie einen Knoten deaktivieren kann.
Interaktionen auf der Hardware-Ebene :
Zwei benachbarte Knoten, beispielsweise ein Switch 24 und ein Host 18, müssen in der Lage sein, einander zu aktivieren, wenn es notwendig ist, einander über eine anderweitig erfolgte Aktivierung zu unterrichten oder auch einander zu deaktivieren, wenn es der Netz-Manager 20 fordert.
Der Switch-Manager 22 behandelt jeden Port seines Switches 24 als finite Zustandsmaschine (FSM) . Durch dieses Modell lässt sich ein Port auf einfache Weise steuern und überwachen. Ein Manager eines 4-Port-Switches verwaltet also gleichzeitig vier voneinander unabhängige FSMs. Zunächst soll hier das Modell kurz erklärt werden: Anschließend wird anhand der State-Machine erläutert, wie die einzelnen Mechanismen der Hardware-Ebene ablaufen.
Jeder Port hat vier normale Zustände :
• UP bedeutet, dass der PHY des jeweiligen Ports im aktivierten, normalen Zustand ist und ein gültiger Link besteht. Beide Seiten (Switch und Host) senden und empfangen NLPs und können bei Bedarf Frames übertragen.
• DOWN bezeichnet den deaktivierten Zustand des Ports. Der PHY ist im Power-Down-State, es werden keine NLPs gesendet, Daten können nicht übertragen werden.
· HOST STARTUP ist ein Übergangs zustand, in dem der PHY aktiviert ist und NLPs auf die Sendeleitung legt. Der an dem Port angeschlossene Host ist noch nicht aktiv und sendet noch keine Link-Pulse. Es wird also seitens des Switches 24 noch kein gültiger Link erkannt .
· HOST SHUTDOWN ist ebenfalls ein Übergangszustand, diesmal für das Herunterfahren eines angeschlossenen Hosts 18. Der Port-PHY ist deaktiviert und sendet keine NLPs . Der Host 18 ist aber noch aktiv und sendet NLPs, die das EDM des Ports anzeigt.
Desweiteren existieren zwei Fehlerzustände :
· LINK FAIL zeigt an, dass eine vorher gültige Verbindung unvorhergesehen abgebrochen ist.
• ERROR ist ein globaler Fehlerzustand, in den bei Auftreten sonstiger Fehler übergegangen wird, wobei die Art oder Ursache des Fehlers gespeichert wird.
Aktivieren eines als Netzwerk-Komponente 16 ausgebildeten Hosts 18 mittels eines Switches:
Ein Switch 24 muss in der Lage sein, einen an ihn angeschlossenen, deaktivierten Host 18 auf Anforderung des Netz-Managers 20 hin zu aktivieren. Die in Fig. 4 gezeigte sogenannte „Port-State- Machine" erfüllt diese Anforderung.
Fordert der Netz-Manager 20 die Aktivierung des Hosts 18 an, führt das zu einem Zustandsübergang in den Zustand HOST STARTUP. Dabei wird der PHY des Ports aktiviert und beginnt mit dem Senden von NLPs . In diesem Zustand bleibt die State-Machine solange keine NLPs von Seiten des Hosts 18 empfangen werden.
Erkennt das EDM des Hosts 18, also die erste Aktivierungsein- richtung, die Link-Pulse 32 (NLPs) der Switch-Einrichtung 14, so löst es den Bootprozess des Hosts 18 in geeigneter Weise aus. Sobald der Ethernet-Controller des Hosts 18 gestartet wird, beginnt dessen PHY seinerseits mit dem Senden von Link-Pulsen 32. Diese werden von dem EDM des Switches, also der zweiten Akti- vierungseinrichtung, erkannt und angezeigt. Dieses Ereignis führt zu einem Zustandswechsel der FSM in den UP-Zustand. Beide Seiten erkennen NLPs, der Link ist also gültig und die Verbindung hergestellt. Frames können jetzt übertragen werden. Tritt ein Fehler beim Bootprozess des Hosts 18 auf, und es werden keine NLPs zurückgesendet, findet ein Timeout-Ereignis statt, die Finite Zustandsmaschine (FSM) wechselt in den globalen Fehlerzustand und zeigt einen STARTUP_TIMEQUT an.
Benachrichtigung der Switch-Einrichtung 14 über eine externe Aktivierung durch den Host 18:
Wird ein Host 18 nicht auf Initiative des Netz-Managers 20 hin aktiviert, sondern von außen, bspw. durch einen Nutzer (User), und ist dessen Switch 24 noch deaktiviert, muss der Host 18 seinen Switch darüber in Kenntnis setzen, damit dieser seinen Port-PHY aktiviert .
Die Finite Zustandsmaschine (FSM) ist im DOWN-State . Sobald der Netzwerk-Controller des Hosts 18 mit dem Senden von NLPs beginnt, werden diese durch das EDM des Switches erkannt und angezeigt. Dies führt zu einem Zustandswechsel von DQWN nach UP, wobei der PHY des Ports aktiviert wird und seinerseits NLPs sendet. Beide Seiten erkennen jetzt NLPs, der Link ist gültig und es können Frames übertragen werden. Aktivierung der Switch-Einrichtung durch den Host 18:
Sobald der Netzwerk-Controller des Hosts 18 mit dem Senden von NLPs beginnt, werden diese durch das EDM des Switches erkannt. Das Gerät, welches den Switch-Manager 22 enthält, muss nun in geeigneter Weise gebootet werden. Der Switch-Manager 22 muss daraufhin den Switch 24 aktivieren und in den Grundzustand versetzen. Alle FSMs sind nach dem Bootvorgang im DOWN-Zustand .
Eine Switch-Einrichtung 14 aktiviert eine Switch-Einrichtung 14 der nächsttieferen Hierarchie-Ebene:
Soll ein Switch 24 der nächsttieferen Hierarchieebene aktiviert werden, wird dies durch denselben Mechanismus bewerkstelligt.
Der hierarchisch höhere Switch bekommt vom Netz-Manager 20 die
Aufforderung, den entsprechenden Port zu aktivieren. Für ihn macht es keinen Unterschied, ob an dem Port ein Host 18 oder ein Switch 24 angeschlossen ist. Die FSM wechselt in den HOSTSTARTUP-
Zustand und der PHY wird aktiviert (es werden NLPs gesendet) . Das EDM des hierarchisch tieferen Switches 24 zeigt die NLPs an, und der Switch 24 wird hochgefahren und aktiviert sofort seinen Root-Port. Dies führt beim hierarchisch höheren Switch 24 zu einem Zustandswechsel von HOST-STARTUP zu UP, beide Seiten erkennen Linkpulse und die Verbindung ist hergestellt.
Eine Switch-Einrichtung 14 aktiviert eine Switch-Einrichtung 14 der nächsthöheren Hierarchie-Ebene:
Der Host 18 wird von außen aktiviert und aktiviert in Folge "seinen" Switch 24. Dieser muss seinerseits, um eine Verbindung zum Netz-Manager 20 herzustellen, den hierarchisch nächsthöheren Switch 24 aktivieren. Dazu muss der Switch-Manager 22 wissen, über welchen Port er an die nächsthöhere Hierarchieebene angebunden ist (er muss seinen Root-Port kennen). Beispielsweise ist eine Portnummer definiert, die global für alle Switches 24 als Anschluss an die nächste Hierarchieebene gilt (bspw. Port 1) . Eine andere Möglichkeit wäre ein Speichereintrag, der für jeden Switch individuell festgelegt wird. Gemäß dem State-Diagramm wechselt die FSM des Root-Ports nach dem Boot sofort in den Zustand HOST-STARTIJP . Damit wird der übergeordnete Switch durch die über den Root-Port gesendeten NLPs geweckt . Deaktivieren des Hosts 18 durch die Switch-Einrichtung 14 /den Switch 24:
Bekommt eine Switch-Einrichtung 14 die Aufforderung vom Netz- Manager 20, einen Host (Port) 18 zu deaktivieren, kann auch dieses durch die Port-State-Machine erreicht werden.
Die Aufforderung der Netz-Managers 20 hat zur Folge, dass die FSM des Ports vom Zustand UP in den Zustand HOST-SHUTD0WN übergeht, wobei der PHY des Ports deaktiviert wird (es werden keine NLPs mehr gesendet) . In diesem Zustand verbleibt die FSM solange, bis keine NLPs mehr von Seiten des Hosts 18 ankommen. Der Netzwerkcontroller des Hosts wird einen "link fail" melden, sobald er keine NLPs mehr vom Switch erhält. Dieses Ereignis kann als Trigger für den Shutdown-Prozess des Hosts verwendet werden. Es könnte aber alternativ auch der Ausgang des Host-EDM verwendet werden, da dieser keine Link-Aktivität mehr anzeigen wird. Die genaue Vorgehensweise bleibt offen.
Fährt der Host herunter, wird er selbst mit dem senden von NLPs aufhören. Dies führt bei der Port-FSM des Switches zu einem Zustandswechsel von HOST-SHUTDOWN zu DOWN. Das Interface ist damit deaktiviert, der Host heruntergefahren und die Anforderung erfüllt .
Geht beim Herunterfahren des Hosts etwas schief, und es werden weiter NLPs von ihm gesendet, geht die Zustandsmaschine des
Switches nach einer definierten Zeit in den ERROR-State über und hinterlegt einen Shutdown-Timeout als Fehler.
Deaktivieren eines Switches durch einen Switch:
Soll ein Switch einen hierarchisch tieferen Switch deaktivieren, so läuft der Mechanismus ähnlich dem Deaktivieren eines Hosts durch einen Switch ab. Den Fall, dass ein Switch einen hierarchisch höheren Switch deaktiviert, gibt es nicht, da er damit seine eigene Verbindung zum Netzwerk-Manager 20 kappen würde, was per Definition ausgeschlossen ist.
Für den Switch macht es keinen Unterschied, ob an dem zu deaktivierenden Port ein Host 18 oder ein Switch 24 angeschlossen ist. Der zu deaktivierende, hierarchisch tiefere Switch ( -Mana- ger) weiß, über welchen Port er an die nächsthöhere Hierarchieebene angeschlossen ist. Empfängt er von diesem Port keine NLPs mehr, ist das für ihn der Auslöser den Shutdown einzuleiten. Per Definition (siehe Kapitel 9.3) hat der Netz-Manager 20 bereits alle Ports des zu deaktivierenden Switches 24 abge- schaltet, bevor er den Switch 24 selber herunterfährt. Zunächst wechselt die Port-FSM in den LINK-FAIL-State, da keine NLPs mehr empfangen werden. Von da führt der nächste Zustands- wechsel in den DOWN-State, das Interface ist jetzt deaktiviert. Jetzt kann der Switch-Manager den Shutdown-Vorgang des Switches einleiten und sich anschließend selbst herunterfahren.
Interaktionen auf der Netzwerk-Ebene - Kommunikation zwischen Netz-Manager 20 und Switch-Manager:
Wie bereits angesprochen, ist der Netz-Manager dafür zuständig, die Switch-Manager dazu aufzufordern, ihre Ports zu aktivieren oder zu deaktivieren. Da der Netz-Manager zu jedem Zeitpunkt die Topologie des Netzes und den Zustand der Knoten kennt, kann er somit jede gewünschte Konfiguration herstellen, indem er einzelne Hosts oder ganze Teilnetze aktivieren oder deaktivieren lässt. Dies setzt voraus, dass jeder aktive Switch-Manager eine gültige Verbindung zum Netz-Manager (Wurzel des Baumes) besitzt. Ist der Endpunkt eines Astes aktiv, muss also der gesamte Ast aktiv sein. Die Art und Weise der Kommunikation zwischen dem Netz-Manager und den Switch-Managern ist nicht festgelegt. Die Anforderung ist, dass der Netz-Manager dem Switch-Manager seine Absicht und den Port, um den es sich handelt, mitteilen kann, und dass der Switch-Manager 22 dem Netz-Manager 20 Benachrichtigungen übermitteln kann, wenn einer seiner angeschlossenen Knoten aktiviert wurde. So kann der Netz-Manager 20 seine Zustandstabelle aktualisieren.
Hierfür eignet sich beispielsweise das Simple Network Management Protocol (SNMP) gut. Es bietet sich die Interface Management- Information-Base (IF-MIB) an, die unter anderem das Managed Object mit der Object-ID (OID) ifAdminStatus beinhaltet. Dieses Objekt gibt den gewünschten Zustand eines Interfaces (Ports) an. Verfügt der Netz-Manager über einen SNMP-Controller-Prozess und die Switch-Manager jeweils über einen SNMP-Agenten, kann der Netz-Manager 20 ein SNMP SET-Paket an den Switch-Manager 22 senden und das Objekt ifAdminStatus auf den gewünschten Wert setzen. Die Benachrichtigung wenn ein Knoten aktiviert wurde, kann über ein vom Agenten gesendetes SNMP TRAP—Paket durchgeführt werden. Als Reaktion auf den TRAP müsste der Switch- Manager 22 ein SNMP-GET—Paket zurücksenden und die Werte des Objekts ifAdminStatus für jeden Port auslesen und entsprechend seine Zustandstabelle updaten. Da SNMP noch eine Vielzahl weiterer Management-Möglichkeiten bietet, kann diese Basis auch als Plattform für weiteres Netzwerkmanagement verwendet werden. Eine weniger umfangreiche, schlankere Methode könnte sein, eigene Wake-Up, Shutdown- und Benachrichtigungs-Frames zu definieren, die die betreffende Porinummer enthalten. Der Nachteil der Methode besteht darin, dass sie nicht standardisiert ist und keine bestehende Plattform für weitere Management-Funktionen bietet.
Host-Requests :
In den meisten Fällen benötigt ein aktiver Host einen "Gesprächspartner", mit dem er Daten austauschen kann. In der Regel kennt der Netz-Manager die bestehenden Abhängigkeiten zwischen verschiedenen Hosts und aktiviert selber alle notwendigen Netzknoten in der passenden Reihenfolge.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass ein Host kurzfristig einen anderen Host benötigt, der aber gerade inaktiv ist, Das Prinzip des zentralisierten Managements sieht nicht vor, dass ein Host einen anderen selbstständig weckt. Der Host muss die Aktivierung des Anderen beim Netz-Manager anfordern. Der Netz- Manager kann dann entscheiden, ob er den angeforderten Host weckt (hier könnten Berechtigungen eine Rolle spielen) und ggf. den Wake-Up durchführen. Sobald vom "Ziel-Switch" die Benachrichtigung eintrifft, dass der angeforderte Host aktiviert wurde, kann der Netz-Manager dem Host, von dem die Anforderung ausging, eine Bestätigung übermitteln. Behandlung kaskadierter Switches :
Es wurde bereits dargestellt, dass jeder Switch-Manager einen Pfad zum Netz-Manager besitzen muss, also keine "Lücken" in den Ästen des Baumes sein können.
Aktivierung eines Knotens über einen bereits aktiven Switch 24: Soll ein Knoten aktiviert werden, der an einem bereits erreichbaren Switch 24 angeschlossen ist, ist der Fall trivial. Der Netz-Manager 20 fordert den Switch 24 dazu auf, den entspre- chenden Port zu aktivieren.
Aktivierung eines Astes durch den Netz-Manager 20:
Komplizierter wird die Situation, wenn sich der zu aktivierende Knoten an einem noch inaktiven Switch bzw. am Ende eines Astes inaktiver Switches befindet. Der Netz-Manager 20 kennt die
Topologie und muss nun jeden Switch 24 auf dem Weg zum Zielknoten sequentiell wecken, bis er den Ziel-Switch erreichen kann und damit den gewünschten Knoten aktivieren kann. Damit wird der gesamte Ast bis zum Zielknoten aktiviert.
Deaktivierung eines Astes durch den Netz-Manager 20:
Analog läuft die Deaktivierung eines Astes ab. Der Netz-Manager 20 kennt die Topologie und deaktiviert sequentiell alle Knoten, die sich unterhalb des eigentlich abzuschaltenden Switches 24 befinden.
Die Fig. 3 illustriert die Aktivierung eines Astes 34 durch einen User :
Wird ein Host 18, der Teil eines inaktiven Astes 34 ist, von außen aktiviert, tritt zunächst "Host aktiviert Switch" Fall ein.
Betrachtet man erneut die Port-State-Machine des Switches 24, wird die rekursive Fortpflanzung des Wake-Ups durch den gesamten Ast 34 klar:
• Der erste Switch 24-A versucht eine Verbindung zum (noch nicht erreichbaren) Netz-Manager 20 aufzubauen und aktiviert zu- nächst seinen Root-Port. Die Root-Port FSM bleibt aber solange im Zustand HOST-STARTUP, bis vom nächst höheren Switch 24-B NLPs empfangen werden.
• Der nächsthöhere Switch 24-B wird booten und wird als erstes wiederum seinen Root-Port aktivieren, um die Verbindung zum
Netz-Manager 20 herzustellen. Er bleibt aber solange im Zustand HOST-STARTUP, bis er von seinem Root-Port, also von Switch 24-C, NLPs empfängt. Dieses Muster setzt sich rekursiv bis hinauf zum ersten bereits aktiven Switch 24-Z fort. War der gesamte Ast 34 inaktiv, wäre dies der höchste Switch 24, an dem der Netz-Manager 20 selbst angeschlossen ist.
• Der erste bereits vorher aktive Switch 24-Z verfügt bereits über eine Verbindung zum Netz-Manager 20 und wird sofort auf die NLPs des nächsttieferen Switches 24-Y antworten. Gleich- zeitig wird er den Netz-Manager 20 über die Aktivierung des entsprechenden Ports informieren.
• Da jetzt der nächsttiefere Switch 24-Y NLPs empfängt, wechselt die FSM seines Root Ports von HOST-STARTUP in den UP-Zustand, und es besteht eine Verbindung zum nächsthöheren Switch 24-Z und damit zum Netz-Manager 20. Jetzt kann Switch 24-Y dem wiederum nächsttieferen Switch 24-X antworten (die FSM des Ports geht von HOST STARTUP zu UP über, und es werden NLPs gesendet) . Gleichzeitig informiert Switch 24-Y den Netz-Manager 20 über die Aktivierung von Switch 24-X.
· Dieses Muster setzt sich bis zum Ende des Astes A fort, so dass die Benachrichtigungen in der Reihenfolge "von oben nach unten" an den Netz-Manager gesendet werden (die Wake-Ups propagierten hingegen 'von unten nach oben" durch den Ast) . Dies ist auch notwendig, da ein Switch den Netz-Manager erst dann benach- richtigen kann, wenn er eine Verbindung zu ihm hat.
Die entsprechende Port-Zustandsmaschine ( Port-State-Machine ) wird in Fig. 4 veranschaulicht. Ausgehend von einem Zustand „Reset" (bzw. „Boot") ergeben sich zunächst die alternativen Ereignisse, dass der Port kein Root-Port ist (E0), was zu einem Zustand„Down" des Ports führt, oder dass der Port Root-Port ist (El), was zu einem Zustand „Startup" führt.
Vom Zustand„Down" kann jedoch durch eine „Wake-Up"-Anforderung (E2) durch den Netz-Manager 20 mittels der Aktionen PHY aktivieren (A0) und Timer zurücksetzen (AI) ebenfalls der Zustand „Startup" erreicht werden. Bei fehlender Aktivität des Hosts 18 und laufendem Timer (E3) bleibt der Port im Zustand „Startup". Ausgehend vom Zustand „Startup" wird durch eine Hostaktivität (E4), bei der der Netzmanager 20 aktiviert wird (A2), der Zustand „Up" erreicht. Alternativ wird bei fehlender Hostaktivität und einem Timeout (E5) aus dem „Startup" lediglich ein „Error"- Zustand erreicht.
Aus dem Zustand„Up" wird durch eine „Shutdown"-Anforderung (E6) durch den Netzmanager 20 der Zustand „Shutdown" erreicht, wobei PHY deaktivert wird (A3) und der Timer zurückgesetzt wird (AI) . Ist der Host 18 anschließend noch aktiv und der Timer läuft (E7) , so verbleibt der Port im Zustand „Shut-down". Gibt es keine Host-Aktivität mehr (E8), so wird der Netzmanager 20 benachrichtigt und der Zustand „Down" erreicht. Kommt es hingegen zu einem Timeout während der Host 18 noch aktiv ist, (E9) so kommt es zum Zustand „Error".
Vom Zustand„Error" aus wird durch einen Reset (E10) , bei dem PHY deaktivert wird (A3), der gleichnamige Zustand„Reset" (wieder) erreicht .
Vom Zustand„Up" aus wird alternativ zur „Shutdown"-Anforderung (E6) durch eine fehlende Link-Aktivität (Ell) ein Zustand „Link Fail" erreicht, worauf die Aktion PHY deaktivieren folgt (A3) und der Zustand „Down" erreicht wird.
Somit ist die in Fig. 4 gezeigte Port-Zustandsmaschine vollständig beschrieben. Im Folgenden wird das beschriebene Konzept durch ausgewählte Beispielfälle anhand der Figur 5 veranschaulicht:
Bei dem Netz handelt es sich um ein switched Ethernet, welches aus drei Switches 24-S1, 24-S2, 24-S3 besteht, an denen mehrere Hosts 18 angeschlossen sind (siehe Fig. 5). Die Switch-Manager 22 sind Switch-Manager 22-alpha, Switch-Manager 22-beta und Switch-Manager 22-tau. Manche Hosts 18 können von außen (z. B. durch einen Nutzer/User oder ein Ereignis /Event ) aktiviert und deaktiviert werden und werden im Folgenden als „weckbar" bezeichnet. Andere Hosts 18 wiederum können nur netzintern geweckt und deaktiviert werden, d. h. auf Initiative eines Switches 24 bzw. eines anderen Hosts 18 hin (nicht weckbar) . Switch 24-S1 kommt eine besondere Rolle zu. Er bildet die Wurzel des Topologie-Baumes , und sein Switch-Manager 22-alpha ist zugleich der zentrale Netz-Manager 20.
Zur Kommunikation zwischen Netz-Manager 20 und den verschiedenen Switch-Managern 22 wird in den Beispielfällen SNMP eingesetzt. Der Netz-Manager 20 verfügt über einen SNMP-Client zum Senden von SNMP-Paketen, die Switch-Manager besitzen einen SNMP-Agenten .
Aktivierung von Host 18-omicron:
Dieses Beispiel demonstriert die Aktivierung einzelner Hosts 18 im Netz durch den Netz-Manager 20. In der Ausgangssituation ist das gesamte Netz-System 10 bis auf den als zentrale Netzwerkeinrichtung 12 ausgebildeten Host 18-Sl/alpha deaktiviert. Der Netz-Manager 20 dieser zentralen Netzwerkeinrichtung 12 möchte jetzt einen Zustand herstellen, in dem die Hosts 18-omicron und 18-epsilon aktiv sind.
Zunächst wird Host 18-omicron aktiviert. Er ist direkt an den Root-Switch Sl angeschlossen (Port Sl-1). Der Netz-Manager 20 greift auf den SNMP-Client von Host 18-alpha zu und sendet ein SNMP-SET-Paket an den SNMP-Agenten von Host 18-alpha. Infolgedessen wird das Objekt ifAdminStatus für Port 81-1 auf TRUE gesetzt. Der SNMP-Agent informiert den Switch-Manager von Switch 24-S1 darüber.
Dieses Ereignis führt zu einem Zustandswechsel der State-Machine des Ports von DOWN nach HOST-STARTUP und damit zur Aktivierung des PHYs von Port Sl-1, woraufhin NLPs ausgesendet werden. Das EDM von Host 18-omicron (einer Netzwerk-Komponente 16) erkennt diese NLPs und löst daraufhin den Boot-Vorgang von Host 18- omicron aus. Sobald der Netzwerk-Controller von Host 18-omicron seinerseits aktiv ist und NLPs sendet, erkennt das EDM des
Switches 24-S1 dies, und es findet ein Zustandswechsel HOST- STARTUP nach UP statt. Dabei wird der Netz-Manager darüber informiert, dass der an Port Sl-1 angeschlossene Knoten aktiviert wurde .
Aktivierung von Host 18-epsilon (ebenfalls einer Netzwerk- Komponente 16) :
Als nächstes soll noch Host 18-epsilon aktiviert werden. Der Netz-Manager 20 weiß, dass er Host 18-epsilon über Switch 24-S2 und damit über seinen Port Sl-4 erreichen kann. Ebenfalls weiß er, dass Switch 24-S2 und dessen Switch-Manager 22-beta noch inaktiv sind und somit zuerst aktiviert werden müssen. Zunächst wird wieder ein SNMP-SET-Paket an den SNMP-Client von Host 18-alpha (hier die zentrale Netzwerkeinrichtung 12 ) gesendet, um Port Sl-4 einzuschalten. Gemäß "Switch aktiviert Switch der nächsttieferen Hierarchieebene" erkennt das EDM von Switch 24-S2 die NLPs, der Switch 24 samt Switch-Manager 22 wird hochgefahren und der Root-Port von Switch 24-S2 wird aktiviert. Jetzt sind Switch 24-S2 und Switch-Manager 22-beta aktiv, und es besteht eine gültige Verbindung. Der Netz-Manager 20 wird zudem noch benachrichtigt, dass der an Port Sl-4 angeschlossene Knoten (also S2/beta) aktiviert wurde.
Um jetzt noch Host 18-epsilon zu aktivieren wird exakt wie im vorherigen Fall bei der Aktivierung von Host 18-omicron verfahren. Der einzige Unterschied ist, dass sich SNMP-Client und -Agent jetzt nicht mehr auf demselben Gerät befinden, sondern das SNMP-SET-Paket an Switch-Manager 22-beta gesendet wird.
Aktivierung von Host 18-pi durch den Nutzer (user) :
Das gesamte Netzwerksystem 10 bis auf Switch 24-S1 und Switch- Manager 22-alpha (der gleichzeitig Netz-Manager 20 ist) sei wieder vollständig deaktiviert. Host 18-pi wird von außen (durch einen Nutzer oder ein Ereignis) aktiviert. Die Kaskade besteht aus drei Switches, 24-S3, 24-S2 und 24-S1.
Host 18-pi weckt zuerst Switch 24-S3 und Switch-Manager 22-tau und wartet auf NLPs von Switch 24-S3. Als erste Aktion wird Switch-Manager 22-tau den Root-Port von S3 aktivieren (Port S3-1) und auf NLPs von Switch 24-S2 warten.
Analog dazu wird Switch-Einrichtung 14-S2/beta aufwachen, und der Switch-Manager 22-beta wird wiederum den Root-Port von Switch 24-S2, also S2-1, aktivieren. Switch 24-S1, der schon wach ist, schaltet daraufhin den PHY von Port Sl-4 ein.
Switch-Einrichtung 14-S2/beta erkennt die NLPs von Switch 24-S1. Die Root-Port-FSM wechselt in den Zustand UP und der Switch- Manager 22 beginnt jetzt mit der Bearbeitung der von Port S2-4 eintreffenden NLPs. Die FSM dieses Ports wechselt in den Zustand UP, der PHY wird aktiviert, und es werden NLPs zurückgesendet. Zudem wird der Netz-Manager 20 darüber informiert, dass der an S2-4 angeschlossene Knoten aktiviert wurde.
Derselbe Prozess findet jetzt eine Ebene tiefer mit Switch-Ein- richtung 14-S3/tau und Port S3-2 statt. Sobald dann die NLPs von Host 18-pi beantwortet wurden, wird der Netz-Manager 20 informiert, dass der an Port S3-2 angeschlossene Knoten aktiviert wurde . Der Wake-Up ist von unten nach oben durch die Kaskade gelaufen, die Benachrichtigungen an den Netz-Manager 20 hingegen von oben nach unten. Deaktivierung des gesamten Astes 34:
Jetzt entscheidet der Netz-Manager 20, dass der soeben aktivierte Ast 34 (also Switch 24-S2, 24-S3, Host 18-pi) wieder deaktiviert werden soll. Dies geschieht von unten nach oben: der Netz-Manager 20 wird sequentiell Host 18-pi, Switch-Einrichtung 14-S3/tau und Switch-Einrichtung 14-S2/beta deaktivieren. Wäre beispielsweise noch Host 18-epsilon aktiv, würde der Netz-Manager 20 diesen auch deaktivieren, bevor er Switch-Einrichtung 14-S2/beta herunterfährt .
Zunächst wird Host 18-pi deaktiviert, indem ein SNMP-SET-Paket an den Switch-Manager 22-tau gesendet wird, wobei das Objekt IfAdminStatus für Port S3-2 auf FALSE gesetzt wird. Die FSM des Ports wechselt in den Zustand HOST-SHUTDOWN, deaktiviert den PHY und wartet in diesem Zustand, bis auch von Host 18-pi keine NLPs mehr gesendet werden. Danach wechselt der Zustand nach DOWN, und der Netz-Manager 20 wird darüber informiert, dass der Knoten an Port 53- 2 deaktiviert wurde. Danach sendet Host 18-alpha ein weiteres SNMP-SET Paket an Host 18-beta, um analog Port S2-4 zu deaktivieren. Dadurch wird die Switch-Einrichtung 14-S3/tau heruntergefahren.
Zuletzt sendet Host 18-alpha ein SNMP-Paket an sich selbst, um Port Sl-4 zu deaktivieren. Jetzt wird Switch-Einrichtung
14-S2/beta ebenfalls heruntergefahren, und der gesamte Ast 34 ist deaktiviert .
Die Fig. 6 zeigt einen schematischen Aufbau eines einfachen Netzwerksystems 10 beziehungsweise eines Teils eines Netzwerksystems 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Dieser Teil umfasst den Netz-Manager (Netzwerk-Manager) 20 und eine Anordnungaus Switch-Einrichtung 14, Netzwerk-Komponenten 16 sowie der diese verbindenden Signalleitungen 36 der entsprechenden Netzwerk-Segmente 26. Die als Steuergeräte des entsprechenden Kraftfahrzeugs ausgebildeten Netzwerk-Komponenten 16 (16-1, 16-2) weisen als Energy-Detect-Module ausgebildete erste Ak- tivierungseinrichtungen 38 auf. Die Switch-Einrichtung 14 weist den Switch-Manager 22, den Switch 24, eine Spannungsversorgung 40 und die als Energy-Detect-Modul ausgebildete zweite Aktivierungseinrichtung 42 auf. Der Switch-Manager 22 ist zur Steuerung von Switch 24 und Spannungsversorgung 40 mit jeder dieser Komponenten signaltechnisch verbunden. Mittels entsprechendem Multiplex-Verfahren werden die Signale und die Versorgungsleistung zusammengefasst (gebündelt), der zweiten Aktivierungseinrichtung 42 zugeführt und von dort simultan über die Signalleitung ( en ) 36 übertragen.
Die Netzwerk-Komponente ( n ) 16 oder zumindest die ihr zugeordnete (n) erste Aktivierungseinrichtung ( en ) 38 ist/sind dabei vom zentralen Netzmanager 20 mittels der Switch-Einrichtung 14 über die mindestens eine Signalleitung 36 des Netzwerk-Segments 26 mit elektrischer Energie versorgbar. Dazu weist die Switch-Einrichtung 14 die Spannungsversorgung 40 auf.
Die Anordnung aus versorgender Switch-Einrichtung 14, versorgter Netzwerk-Komponente 16, erster und zweiter Aktivierungseinrichtung 38, 42 sowie der diese verbindenden Signalleitung 36 ermöglicht mittels Multiplex-Verfahren eine Energieversorgung simultan zur wechselseitigen Signalübertragung zwischen der ersten und der zweiten Aktivierungseinrichtung 38, 42 über die Signalleitung 36.
Die als Steuergeräte ausgebildeten Netzwerk-Komponenten 16 besitzen keine eigene Spannungsversorgung, sondern werden über die als Ethernet-Leitung ausgebildete Signalleitung 36 durch die Spannungsversorgungseinheit 40 versorgt. Die Netzwerk-Komponenten 16 sind abgeschaltet ("Zero Power ") . Im ersten Schritt kontaktiert der Netzwerkmanager 20 den Switch-Manager 22 der Switch-Einrichtung 14 und aktiviert die über das Ethernet eingekoppelte Spannungsversorgung 40 für die Netzwerk-Kompo- nenten 16-1 und 16-2. Netzwerk-Komponenten 16-1, 16-2 werden jetzt versorgt, sind aber weiterhin in einem Ruhezustand ("Low Power "). Netzwerk-Komponente 16-3 wird nicht mit Spannung versorgt ("Zero Power ") .
Es ergeben sich folgende Aktivierungs-Szenarien:
Aktivierung der Netzwerk-Komponente 16-1 durch den Netz (werk) - manager 20 :
Der Netzmanager 20 aktiviert die Netzwerk-Komponente 16-1, indem er den Switch-Manager 22 der Switch-Einrichtung 14 kontaktiert und den Port, an dem die Netzwerk-Komponente 16-1 angeschlossen ist, einschalten lässt. Die Netzwerk-Komponente 16-1 ist mit ihrer ersten Aktivierungseinrichtung 38 ausgestattet und wird durch die Aktivität auf der entsprechenden Leitung 36 geweckt. Der weitere Ablauf ist dann wie zuvor beschrieben.
Aktivierung der Netzwerk-Komponente 16-2 durch einen Benutzer: Die Netzwerk-Komponente 16-2 wird durch einen Benutzer (z. B. mittels Tastendruck) aktiviert. Dies ist möglich, da die Komponente 16-2 bereits durch die Spannungsversorgung 40 über die Signalleitung 36 versorgt wird. Hierbei ist zu beachten, dass nur die Spannungsversorgung 40 und die zweite Aktivierungseinrichtung 42 aktiviert sein müssen. Der Switch 24 (Ethernet- Switch) könnte erst infolgedessen aktiviert werden. Der prinzipielle Ablauf ist dabei wie zuvor beschrieben. Die Switch- Einrichtung 14 kann durch die zweite Aktivierungseinrichtung 42 die Link-Aktivität erkennen und ihren entsprechenden Port aktivieren. Damit ist die Kommunikationsverbindung aufgebaut.
Aktivierung der Netzwerk-Komponente 16-3 durch den Netzmanager 20. Der Netzmanager 20 kommuniziert mit dem Switch-Manager 22 der Switch-Einrichtung 14 und veranlasst die Aktivierung der Netzwerk-Komponente 16-3. Der Switch-Manager 22 aktiviert daraufhin die Einkopplung der Versorgungsspannung auf eine Leitung des entsprechenden Netzwerk-Segments 26 an der Spannungsver- sorgung 40. Die Netzwerk-Komponente 16-3 wird sofort aktiviert, sobald sie mit Spannung versorgt wird. Mit anderen Worten ist für diesen Fall diese Netzwerkkomponente 16-3 gleich ihrer ersten Aktivierungseinrichtung 38, und das Netzwerkfunktions-Kontroll- signal 30 wird durch die Aufnahme der Energieversorgung über die Signalleitung 36 gebildet. In diesem Fall benötigt die Netz- werkkomponente 16-3 keine als Energy-Dectect-Modul ausgebildete Aktivierungseinrichtung .
Die Fig. 7 zeigt schließlich ein entsprechendes, durch Aufnahme der Energieversorgung ausgebildetes Netzwerkfunktions-Kon- trollsignal 30, nämlich die ansteigende Flanke 44, und der
Energieversorgung aufmodulierte Datenübertragungssignale 46.
Die Figuren 8 - 10 zeigen drei beispielhafte Ausführungsformen der Aktivierungseinrichtung 38. Auch andere Realisierungen sind jedoch möglich.
Das erste Schaltungskonzept (Schaltplan in Fig. 8) ist in der Lage, Spannungspulse auf einer Signalleitung 36, die signaltechnisch mit den Eingängen IN_P und IN_N (siehe Fig. 8) verbunden ist, zu detektieren und mittels des elektrischen Ausganges ED (siehe Fig. 8) die zugehörige Netzwerkkomponente 16 zu aktivieren. Die erste Aktivierungseinrichtung 38 weist in dieser beispielhaften Ausführung einen geringen Ruhestrombedarf auf. Diese beispielhafte Realisierung der Aktivierungseinrichtung 38 besteht aus einem Differenzverstärker, gebildet aus den Bauteilen Tl -T4, Rl - R9, der das differentielle Signal der Signalleitung 36 vorverstärkt und in ein massebezogenes Signal umsetzt. Darauf folgen mehrere Verstärkerstufen (in der Bei- spielschaltung zwei Stufen, bestehend aus den Bauteilen T5-T6, R10-R13, C3-C4), welche das massebezogene Signal weiter verstärken und dabei die Pulsbreite erhöhen. Der damit erhaltene konstante Ausgangspegel bei einem periodischen Auftreten von Eingangspulsen dient der Aktivierung der zugehörigen Netz- werkkomponente 16. Das zweite Schaltungskonzept (Schaltplan in Fig. 9) ist in der Lage, Kommunikationssignale auf der Signalleitung 36, die signaltechnisch mit den Eingängen IN_P und IN_N (siehe Fig. 9) verbunden ist, zu detektieren und mittels des elektrischen Ausganges ED (siehe Fig. 9) die zugehörige Netzwerk-Komponente 16 zu aktivieren. Die erste Aktivierungseinrichtung 38 weist in dieser beispielhaften Ausführung außer Driftströmen keinen Ruhestrombedarf auf. Diese beispielhafte Realisierung der Aktivierungseinrichtung 38 besteht aus einem Übertrager (Li), um das differentielle Eingangssignal in ein massebezogenes Signal umzusetzen. Der darauf folgende Brückengleichrichter (D1-D4) in Verbindung mit dem nachgeschalteten Filter (R1-R3, C3) liefert bei Kommunikati- onsaktivität einen konstanten Pegel an Transistor Tl. Dieser Pegel wird durch eine VerstärkerSchaltung (in der Beispielschaltung bestehend aus T1-T2 , R4-R6) verstärkt und dazu genutzt, die zugehörige Netzwerkkomponente 16 zu aktivieren. Das dritte Schaltungskonzept (Schaltplan in Fig. 10) ist in der Lage, Kommunikationssignale auf der Signalleitung 36, die signaltechnisch mit den Eingängen IN_P und IN_N (siehe Fig. 10) verbunden ist, zu detektieren und mittels des elektrischen Ausganges ED (siehe Fig. 10) die zugehörige Netzwerkkomponente 16 zu aktivieren. Die erste Aktivierungseinreichung 38 weist in dieser beispielhaften Ausführung außer Driftströmen keinen Ruhestrombedarf auf und kann mit sehr wenigen Komponenten realisiert werden. Diese beispielhafte Realisierung der Aktivierungseinrichtung 38 besteht aus einem MOSFET Tl, der über eine geringe Schwellenspannung verfügt. Durch Kommunikationsaktivität auf den Signalleitungen 36 wird dieser MOSFET leitend, wobei der resultierende Stromfluss einen Spannungsabfall an Widerstand Rl hervorruft. Diese Spannung wird durch eine nachgeschaltete Verstärkerstufe (in der Beispielschaltung bestehend aus T2, R4-R5, C3) verstärkt und dazu genutzt, die zugehörige Netz- werk-Komponente 16 zu aktivieren. Die Widerstände R2 und R3 sind sehr hochohmig, um eine Entkopplung der Signalleitungen 36 gegenüber der Versorgungsspannung und Masse zu gewährleisten.

Claims

Verfahren zur Aktivierung mindestens einer temporär inaktiven Netzwerk-Komponente (16) eines Netzwerksystems (10) für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine zentrale Netzwerkeinrichtung (12) des Netzwerksystems (10) über einen Pfad innerhalb des Netzwerksystems (10) mit der Netzwerk-Komponente (16) signaltechnisch verbunden ist, der zumindest teilweise über ein Netzwerk-Segment (26) des Netzwerksystems (10) führt, wobei das Netzwerk-Segment (26) die Netzwerk-Komponente (16) und eine ihr zugeordnete erste Aktivierungseinrichtung (38) unverzweigt mit einer im Pfad angeordneten Switch-Einrichtung (14) und einer ihr zugeordneten zweiten Aktivierungseinrichtung (42) signaltechnisch verbindet und wobei die zentrale Netzwerkeinrichtung (12) die erste Aktivierungseinrichtung (38) mittels der Switch-Einrichtung (14) durch Senden eines Netzwerkfunktions-Kontrollsignals (30) anspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zentrale Netzwerkeinrichtung (12) zumindest während der Aktivierung die Netzwerk- Komponente (16) oder zumindest die erste Aktivierungseinrichtung (38) mittels der Switch-Einrichtung (14) über mindestens eine Signalleitung (36) des Netzwerk-Segments (26) zusätzlich mit elektrischer Energie versorgt.
Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Energieversorgung simultan zur wechselseitigen Signalübertragung zwischen der ersten und der zweiten Aktivierungseinrichtung (38, 42) über die Signalleitung (36) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste Aktivierungseinrichtung (38) die Netzwerk-Komponente (16) nach Erhalt des Netzwerkfunktions-Kontrollsignals (30) aktiviert und der zweiten Aktivierungseinrichtung (42) anschließend ihrerseits ein weiteres Netzwerkfunktions- Kontrollsignal (30) zur Bestätigung der Aktivierung zusendet .
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zweite Aktivierungseinrichtung (42) die Switch-Einrichtung (14) nach Erhalt des weiteren Netzwerkfunktions-Kontrollsignals (30) in einen Sende-/Empfangszustand bringt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Netzwerksystem (10) ein Ethernet-Netzwerk ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Netzwerksystem (10) eine von der zentralen Netzwerkeinrichtung (12), der mindestens einen Switch-Einrichtung (14) und den Netzwerk-Komponenten (16) gebildete Baum-Topologie aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Netzwerk-Komponente (16) und/oder die zentrale Netzwerkeinrichtung (10) ein Steuergerät einer Fahrzeug-Komponente ist oder zumindest Teil eines solchen Steuergerätes ist.
Netzwerksystem (10) eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, bevorzugt zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das zur Aktivierung mindestens einer temporär inaktiven Netzwerk-Komponente (16) geeignet ist, g e k e n n z e i c h n e t du r c h , eine zentrale Netzwerkeinrichtung (12) , die über einen Pfad innerhalb des Netzwerksystems (10) mit der Netzwerk-Komponente (16) signaltechnisch verbunden ist, wobei der Pfad zumindest teilweise über ein Netzwerk-Segment (26) des Netzwerksystems (10) führt und das Netzwerk-Segment (26) die Netzwerk-Komponente (16) und eine ihr zugeordnete erste Aktivierungseinrichtung (38) unverzweigt mit einer im Pfad angeordneten Switch-Einrichtung (14) und einer ihr zugeordneten zweiten Aktivierungseinrichtung (42) signaltechnisch verbindet, und wobei die erste Aktivierungseinrichtung (38) von der zentralen Netzwerkeinrichtung (12) durch Senden eines Netzwerkfunktions-Kontrollsignals (30) mittels der Switch-Einrichtung (14) ansprechbar ist.
Netzwerksystem nach Anspruch 9, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Netzwerk-Komponente (16) oder zumindest die ihr zugeordnete erste Aktivierungseinrichtung (38) von der zentralen Netzwerkeinrichtung (12) mittels der Switch-Einrichtung (14) über mindestens eine Signalleitung (36) des Netzwerk-Segments (26) mit elektrischer Energie versorgbar ist.
Netzwerksystem nach Anspruch 10, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Anordnung aus versorgender Switch-Einrichtung (14), versorgter Netzwerk-Komponente (16), erster und zweiter Aktivierungseinrichtung (38, 42) sowie der diese verbindenden Signalleitung (36) eine Energieversorgung simultan zur wechselseitigen Signalübertragung zwischen der ersten und der zweiten Aktivierungseinrichtung (38, 42) über die Signalleitung (36) ermöglicht .
Netzwerksystem nach einem der Ansprüche 9 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Netzwerksystem (10) ein Ethernet-Netzwerk ist.
Netzwerksystem nach einem der Ansprüche 9 bis 12, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine von der zentralen Netzwerkeinrichtung (12), der mindestens einen Switch-Einrichtung (14) und den Netzwerk-Komponenten (16) gebildete Baum-Topologie.
Kraftfahrzeug mit einem Netzwerksystem (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 13.
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