一种用于车载网络通信保障的动态时间环方法技术

本发明专利技术公开了一种用于车载网络通信保障的动态时间环方法，涉及汽车电子网络控制系统的实时网络管理技术领域，包括以下具体步骤：将车载网络中的节点构成具有一定工作半径的通信时间环；计算瞬时网络负载率UT(tk)；确定节点感知网络的工作状态；确定时间环FlexRay状态监测帧；动态调整通信时间环工作半径大小。本发明专利技术优点在于：实现具有网络负载自适应的车载网络在线监测，进而满足高可靠性、低带宽消耗的实时车载网络通信保障需要，保障网络通信的可靠性和安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于车载网络通信保障的动态时间环方法
本专利技术涉及汽车电子网络控制系统的实时网络管理
，更具体涉及一种用于车载网络通信保障的动态时间环方法。
技术介绍
随着汽车电子化、智能化和信息化的发展，越来越多的汽车电控系统(ECU，ElectronicControlUnit)被应用到汽车上，使得汽车电气系统日益复杂。由于系统间通信具有数据量大、类型复杂和实时性高等特点，汽车ECU网络化成为了必然趋势。这也使得汽车网络成为典型的安全关键系统。未来汽车电子控制系统传输的数据量和实时性要求越来越高，因此必须要保证汽车网络的安全性和可靠性。它不仅要求汽车的硬件节点本身性能可靠，更需要能够实时监控网络状态的网络管理系统。OSEK(OpenSystemandtheCorrespondingInterfacesforAutomotiveElectronics)网络管理(NetworkManagement，NM)是重要的分布式网络安全保障机制，能够保证网络运行的安全性和可靠性。至今为止，已经有一些学者针对OSEK网络管理进行了相关的研究。OSEK网络管理分为直接网络管理和间接网络管理，WeiChengjiong将网络负载率作为判决条件，提出了节点动态选择直接与间接网络管理的方法，对于OSEK间接网络管理的研究较少，大多数的学者主要集中在OSEK直接网络的研究，而OSEK直接网络管理的核心是逻辑环机制。逻辑环稳定运行是网络管理功能实现的基础，所以大多数的学者主要集中在如何快速的构建逻辑环，赫勃等采用直接网络管理节点的分组管理和合并的策略，实现网络管理逻辑环的快速构建；而在逻辑环稳定的运行情况下，定时器取值的大小对网络管理系统的实时性有一定的影响，所以杨洁亮等在逻辑环稳定运行的情况下采用自适应算法动态的设置定时器的取值以提高NM的实时性。以上的研究都是针对网络管理系统的优化问题，在实际的网络中不仅存在网络管理消息，还存在用户消息，并且网络管理消息的加入还会对用户消息传输的实时性造成影响，严重时会导致用户消息丢帧，同时因为现有网络定时器固定不变，并不能保证网络通信效率。因此，如何提高网络管理系统自身性能的同时还能保证用户消息传输的实时性，从而不受干扰，这是非常有必要的，对保证网络运行的安全性和可靠性非常有意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于如何实现网络负载自适应车载网络状态在线监测，以保证车载网络通信的安全可靠。本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的，具体技术方案如下：一种用于车载网络通信保障的动态时间环方法，包括以下具体步骤：步骤1：将车载网络中的节点构成通信时间环；步骤2：根据所建立的通信时间环，节点在收到监测消息的同时计算瞬时网络负载率UT(tk)；步骤3：根据所计算的网络负载率UT(tk)，确定当前节点感知的网络工作状态；步骤4：根据当前节点感知的网络工作状态，确定时间环Flexray状态监测帧的内容；步骤5：根据时间环Flexray状态监测帧的内容，节点协同调整定时器的值，调整通信时间环工作半径大小。优选地，所述步骤1将车载网络中的节点构成通信时间环的具体步骤为：车载网络中的节点都按照Flexray节点消息发送系数ωi从小到大的顺序循环发送FlexRay状态监测帧，构成车载网络节点状态监测时间环，其中，i为第i个节点，节点数量为N，则节点消息发送系数ωi根据如下公式计算：式中，为任意一个消息mij的发送周期且mij∈Mi(1≤j≤q)，Mi为网络节点数为N的Flexray网络中对应节点i(1≤i≤N)的消息集合，q为节点i对应的消息个数，mij为节点i的第j个消息，T为网络监测窗口长度，T是所有用户消息传输周期的最小公倍数；时间环的大小由时间环的工作半径来度量，若时间环半径为Rt，则时间环中连续两个FlexRay状态监测帧发送间隔Time_out为：式中，N为Flexray网络节点数。优选地，所述步骤2中所述瞬时网络负载率UT(tk)的具体公式为：式中，B为网络通信波特率，C为动态段消息系数，C＝Ldyn+Lst/Ldyn，Ldyn为动态段长度，Lst为静态段长度，T为网络监测窗口长度，等于网络中所有用户消息传输周期的最小公倍数，Mtk为区间[tk-T,tk]内网络中发送用户消息的集合，Li为集合中任意一用户消息的长度。优选地，所述步骤3根据所计算的网络负载率UT(tk)，确定当前节点感知的网络工作状态的方法为：将所计算的的网络负载率UT(tk)代入公式(4)，根据如下公式(4)确定当前节点感知的网络工作状态：式中，Threshold1为第一阀值、Threshold2为第二阀值，其中，第一阈值在[0.24，0.27]区间取值，第二阈值在[0.28，0.31]区间取值，三种工作模式下对应的时间环工作半径分别为Rt1、Rt2和Rt3，且Rt1<Rt2<Rt3；其中，通信时间环工作模式包括：Message_Idle、Message_Normal、Message_Busy，Message_Idle表示网络负载较轻，Message_Normal表示网络负载正常，Message_Busy表示网络负载较重。优选地，所述步骤4中所述FlexRay状态监测帧包括：FlexRay状态监测帧的前两个字节为监测消息标识MessageID，其中，第1个字节为基地址base_ID，第2个字节为发送所述监测消息的节点地址sendnode_adress，第3个字节为接收所述监测消息的节点地址receivenode_adress，第4个字节为所述监测消息的操作码，第5～10个字节为所述监测消息的可选数据部分，其中，第9个字节的0～1bit分别表示节点准备请求更改时间环工作模式标志位RES_F和执行更改动态时间环工作模式标志位ACK_F，则RES_F置“1”，否则置“0”，ACK_F置“1”，否则置“0”，第10个字节的0～2bit分别作为时间环三种工作状态Message_Idle、Message_Normal、Message_Busy的标志位，用I_F，N_F，B_F表示，当时间环处于某种工作模式时，则所述监测消息中表示为该工作模式状态的标志位置“1”，其余置“0”。优选地，所述步骤5中所述动态调整通信时间环工作半径大小的具体步骤为：步骤5.1：在车载网络中的节点内部定义变量，变量包括感知网络当前工作状态变量SN，当前时间环工作模式对应的状态变量TN，请求更改时间环工作模式变量VPrep，且节点内部包括定时器；步骤5.2：车载网络中的节点监测到消息后，即，获得FlexRay状态监测帧，其中，FlexRay状态监测帧包括节点准备请求更改时间环工作模式标志位RES_F和执行更改动态时间环工作模式标志位ACK_F，读取FlexRay状态监测帧中RES_F和ACK_F，如果ACK_F＝“1”，节点执行更改时间环工作模式；根据监测消息中的时间环工作状态标志位调节定时器值到对应的时间环工作模式，并将所有节点内部当前时间环工作模式状态变量TN更新为监测消息中时间环工作状态标志位所表示的状态，将VPrep置“0”，执行步骤5.2；如果ACK_F＝“0”且RES_F＝“0”，节点将VPrep置“0”，执行步骤5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于车载网络通信保障的动态时间环方法，其特征在于，包括以下具体步骤：步骤1：将车载网络中的节点构成通信时间环；步骤2：根据所建立的通信时间环，节点在收到监测消息的同时计算瞬时网络负载率UT(tk)；步骤3：根据所计算的网络负载率UT(tk)，确定当前节点感知的网络工作状态；步骤4：根据当前节点感知的网络工作状态，确定时间环Flexray状态监测帧的内容；步骤5：根据时间环Flexray状态监测帧的内容，节点协同调整定时器的值，调整通信时间环工作半径大小。

【技术特征摘要】
1.一种用于车载网络通信保障的动态时间环方法，其特征在于，包括以下具体步骤：步骤1：将车载网络中的节点构成通信时间环；步骤2：根据所建立的通信时间环，节点在收到监测消息的同时计算瞬时网络负载率UT(tk)；步骤3：根据所计算的网络负载率UT(tk)，确定当前节点感知的网络工作状态；步骤4：根据当前节点感知的网络工作状态，确定时间环Flexray状态监测帧的内容；步骤5：根据时间环Flexray状态监测帧的内容，节点协同调整定时器的值，调整通信时间环工作半径大小。2.根据权利要求1所述的一种用于车载网络通信保障的动态时间环方法，其特征在于，所述步骤1将车载网络中的节点构成通信时间环的具体步骤为：车载网络中的节点都按照Flexray节点消息发送系数ωi从小到大的顺序循环发送FlexRay状态监测帧，构成车载网络节点状态监测时间环，其中，i为第i个节点，节点数量为N，则节点消息发送系数ωi根据如下公式计算：式中，为任意一个消息mij的发送周期且mij∈Mi(1≤j≤q)，Mi为网络节点数为N的Flexray网络中对应节点i(1≤i≤N)的消息集合，q为节点i对应的消息个数，mij为节点i的第j个消息，T为网络监测窗口长度，T是所有用户消息传输周期的最小公倍数；时间环的大小由时间环的工作半径来度量，若时间环半径为Rt，则时间环中连续两个FlexRay状态监测帧发送间隔Time_out为：式中，N为Flexray网络节点数。3.根据权利要求1所述的一种用于车载网络通信保障的动态时间环方法，其特征在于，所述步骤2中所述瞬时网络负载率UT(tk)的具体公式为：式中，B为网络通信波特率，C为动态段消息系数，C＝Ldyn+Lst/Ldyn，Ldyn为动态段长度，Lst为静态段长度，T为网络监测窗口长度，等于网络中所有用户消息传输周期的最小公倍数，为区间[tk-T,tk]内网络中发送用户消息的集合，Li为集合中任意一用户消息的长度。4.根据权利要求1所述的一种用于车载网络通信保障的动态时间环方法，其特征在于，所述步骤3根据所计算的网络负载率UT(tk)，确定当前节点感知的网络工作状态的方法为：将所计算的的网络负载率UT(tk)代入公式(4)，根据如下公式(4)确定当前节点感知的网络工作状态：式中，Threshold1为第一阀值、Threshold2为第二阀值，其中，第一阈值在[0.24，0.27]区间取值，第二阈值在[0.28，0.31]区间取值，三种工作模式下对应的时间环工作半径分别为Rt1、Rt2和Rt3，且Rt1<Rt2<Rt3；其中，通信时间环工作模式包括：Message_Idle、Message_Normal、Message_Busy，Message_Idle表示网络负载较轻，Message_Normal表示网络负载正常，Message_Busy表示网络负载较重。5.根据权利要求1所述的一种用于车载网络通信保障的动态时间环方法，其特征在于，所述步骤4中所述FlexRay状态监测帧包括：FlexRay状态监测帧的前两个字节为监测消息标识MessageID，其中，第1个字节为基地址base_ID，第2个字节为发送所述监测消息的节点地址sendnode_adress，第3个字节为接收所述监测消息的节点地址receivenode_adress，第4个字节为所述监测消息的操作码，第5～10个字节为所述监测消息的可选数据部分，其中，第9个字节的0～1bit分别表示节点准备请求更改时间环工作模式标志位RES_F和执行更改动态时间环工作模式标志位ACK_F，则RES_F置“1”，否则置“0”，ACK_F置“1”，否则置“0”，第10个字节的0～2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王跃飞，郭中飞，刘白隽，陈迪，司梦柯，丁贤伟，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34