用于补偿非对称延迟的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于在数据传输系统的发送用户（１４）和接收用户（３６）之间通过数据传输系统的网络结构（２４－３４）传输编码在信号（１０）中的数据的方法和数据传输系统。编码在信号（１０）中的数据在具有特定结构的数据帧中以位的方式串行传输。在接收用户（３６）中扫描编码在信号中的数据的每一位。该信号（１０）由于通过网络结构（２４－３４）的传输而被非对称地延迟，为了补偿在传输信道的物理层上的非对称延迟，建议在所述网络结构（２４－３４）中的至少一个点上确定该信号（１０）的非对称延迟，并且在所述接收用户（３６）扫描编码在该信号（１０）中的数据位之前，就至少部分地补偿该非对称延迟。为了测量和补偿非对称延迟提出一种测量和补偿装置（５０）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于在数据传输系统的发送用户和接收用户之间通过数据传输系统的网络结构传输编码在信号中的数据的方法。编码在信号中的数据在具有特定结构的数据帧中以位的方式串行传输。在接收用户中扫描编码在信号中的数据的每一位。该信号由于通过网络结构的传输而被非对称地延迟。本专利技术还涉及一种按照权利要求15的前序部分，设置在数据传输系统的网络结构中的任意点上的装置。此外，本专利技术还涉及按照权利要求17的前序部分传输编码在信号中的数据的系统。此外，本专利技术还涉及按照权利要求20的前序部分用于传输编码在信号中的数据的数据传输系统的用户，按照权利要求22的前序部分用于传输编码在信号中的数据的数据传输系统的接收用户的通信控制器，按照权利要求24的前序部分用于传输编码在信号中的数据的数据传输系统的接收用户的通信控制器的发送接收单元，以及按照权利要求26的前序部分设置在用于传输编码在信号中的数据的数据传输系统的网络结构中的有源星形。
技术介绍
借助通信系统和例如按照总线系统形式的通信连接来联网控制设备、传感器和执行器，在过去几十年中越来越多地应用于现代汽车的制造以及机械制造，尤其是在机床领域，和自动化领域。就此可以实现通过将功能分配给多个控制设备的协作效应。人们将其称为分布式系统。这种数据传输系统的不同用户之间的通信越来越多地通过总线系统进行。总线系统上的通信往来、访问和接收机制以及错误处理都通过协议调节。公知的协议例如是FlexRay协议，其中目前基于FlexRay协议规范v2.1。FlexRay是指快速的、确定的和容错的总线系统，尤其是用在汽车中。FlexRay协议根据时分多路存取(TDMA)的原理工作，其中向用户或待传输的消息分配固定的时隙，在这些时隙中用户或待-->传输的消息能够独家访问通信连接。时隙以固定的周期重复，从而可以精确预测消息通过总线传输的时刻，并确定的进行总线访问。为了最佳地使用总线系统的带宽来传输消息，FlexRay将周期分为静止部分和动态部分。固定的时隙位于总线周期开始时的静止部分中。在动态部分中动态地预定时隙。其中只能短暂地独家访问总线，也就是在至少一个所谓最小时隙的持续时间内独家访问总线。仅当在一个最小时隙内进行了总线访问，该时隙才被延长所需的时间。由此仅当带宽也被实际需要时才消耗带宽。FlexRay通过一个或两个物理上分开的线路通信，该线路分别具有最大10Mbit/sec的数据率。当然FlexRay还可以用更低的数据率运行。两个信道在此相当于物理层，尤其是所谓的OSI(开放系统体系)层模型的物理层。信道主要用于冗余地以及容错地传输消息，但是还可以传输不同的消息，由此数据率加倍。还可以考虑由通过两个线路传输的信号之差来得出通过连接线路传输的信号。物理层构成为，使得物理层可以通过线路对信号进行电的以及光学的传输，或者在其它路径上传输。为了实现同步的功能和通过两个消息之间的小间距优化带宽，用户在通信网络中需要共同的时基，即所谓的全局时间。为了时钟同步，在周期的静止部分中传输同步消息，其中借助符合FlexRay规范的特殊算法校正用户的本地时钟，使得所有本地时钟都与全局时钟同步。在通过这种总线系统传输数据或消息时会使脉冲失真，因为下降(高到低)和上升(低到高)边缘在传输路径上会被不同强度地延迟。如果在接收器中用接收器中具有的扫描时钟(所谓的采样率)对发送的脉冲多次(例如每一位n次)扫描，则扫描点的位置(即在n个扫描值中恰好选择一个)决定数据是被正确还是错误地扫描了。这在扫描时刻是信号的边缘以及有关于此还要在扫描时钟的多个周期内分析发送器的多个二进制数据值(位)时，尤其困难。在此除了脉冲失真之外，发送器和接收器之间的时钟频率偏差也是问题。在此可以预先处理待扫描的信号，以例如过滤掉短暂的干扰。这种过滤可以是按照时间顺序用多数判决(所谓的选举)来分析多个扫描信号。已经表明，不考虑不同传输路径上的非对称延迟而刚性地确定扫描时刻会产生问题。-->信号的上升边缘和下降边缘之间的延迟也称为脉冲失真或非对称延迟。非对称延迟可以存在系统的和随机的原因。在FlexRay协议中，系统的延迟仅对上升边缘有影响，因为在下降边缘同步。随机延迟既对上升边缘又对下降边缘有影响，并且通过噪声过程或EMV抖动引起。原则上可以说，信号通过具有有源和无源网络元件(例如连接线路，传输器，扼流圈，通信控制器，发送接收装置或电平转换器(所谓的收发器)，有源星形等)的网络结构传输会产生非对称的延迟，因为上升信号边缘和下降信号边缘被网络结构不同地传播。通过刚性选择每一位的扫描时刻(例如在每一位n个扫描值时在n/2，即在一位的中央)，非对称失真的影响以及通过扫描造成的频率偏差和额外的时间差异都成为问题，并对传输信道提出了高要求。提高边缘陡度以减小非对称延迟虽然对于定时有优点，但是另一方面在技术上要求很高，因此要以更加昂贵的部件为前提，另外数据传输系统的EMV性能也受到不利的影响。因此有时边缘陡度不选择那么高更为有利，但是根据不同的脉冲失真会遇到在一个或另一个位边缘分析出错误数据的危险。此外，在实现FlexRay数据传输系统时，尤其是在包括具有多个星形耦合器和无源部件的网络结构的复杂系统中，已经表明这里出现的非对称延迟时间很长，以至于该延迟时间超过了FlexRay协议预定的时间预算。按照FlexRay协议，用下降BSS(位起始序列)边缘同步扫描计数器，也就是复位到1。在计数器计数状态为5时扫描。在目前在FlexRay中设置的8倍过扫描(所谓的过采样)时，在扫描时刻(第5个扫描值)和第8个扫描值之间还存在3个扫描时钟，这些扫描时钟在通信控制器时钟为80MHz时分别等于12.5ns，加起来就是时间预算37.5ns。该时间预算实际上用于平衡由于从下降边缘陡度到上升边缘陡度的差异而产生的非对称延迟。但是，如果象在复杂的网络拓扑或网络结构中那样非对称延迟超过预定的时间预算，则会导致在第5个扫描时钟(计数器计数状态为5)扫描时会获得错误的值，因为实际应当被扫描的位由于非对称延迟已经出现在更早的时刻，并且由于边缘更换提早而不会再出现。类似的处理也适用于向后的非对称延迟。由此提供等于50ns的4个扫描时钟的时间预算。向前或向后超过时间预算会导致解码错误，也就是会接收错误的数据。-->该解码错误虽然可以通过适当的错误识别算法识别，从而可以重新传输位或者重新传输整个数据帧，作为错误识别算法例如可以采用循环冗余检查(CRC)。但是经常使用错误识别算法的缺点是由此带来的数据传输系统的可用性降低。总之，通过FlexRay协议会做出物理层至少在复杂的网络结构中不能保持的规定。由另一个已经申请但还未公开的德国专利申请102005037263以及另一个已经申请但还未公开的德国专利申请102005060903，描述了如何减小由于传输信号的非对称延迟而导致的解码错误的概率，并且如何提高数据传输系统抵抗非对称延迟的稳定性。在这两种情况下都建议更改接收用户的通信控制器的逻辑层。尤其是在DE102005060903中，建议在接收用户的通信控制器中测量接收信号的非对称延迟，并且不是用固定的扫描时刻，而是在可变时刻扫描编码在接收信号中的数据位，其中最佳的扫描时刻依据所测得的非对称延本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在数据传输系统的发送用户（１４）和接收用户（３６）之间通过数据传输系统的网络结构（２４－３４）传输编码在信号（１０）中的数据的方法，其中编码在信号（１０）中的数据在具有特定结构的数据帧中以位的方式串行传输，在接收用户（３６）中扫描编码在信号中的数据的每一位，该信号（１０）由于通过网络结构（２４－３４）的传输而被非对称地延迟，其特征在于，在所述网络结构（２４－３４）中的至少一个点上确定该信号（１０）的非对称延迟，并且在所述接收用户（３６）扫描编码在该信号（１０）中的数据位之前，就至少部分地补偿该非对称延迟。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE 2006-3-8 102006011059.51.一种用于在数据传输系统的发送用户(14)和接收用户(36)之间通过数据传输系统的网络结构(24-34)传输编码在信号(10)中的数据的方法，其中编码在信号(10)中的数据在具有特定结构的数据帧中以位的方式串行传输，在接收用户(36)中扫描编码在信号中的数据的每一位，该信号(10)由于通过网络结构(24-34)的传输而被非对称地延迟，其特征在于，在所述网络结构(24-34)中的至少一个点上确定该信号(10)的非对称延迟，并且在所述接收用户(36)扫描编码在该信号(10)中的数据位之前，就至少部分地补偿该非对称延迟。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信号(10)的非对称延迟在数据传输之前就确定，并在数据传输期间加以补偿。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述信号(10)的非对称延迟在交货时就确定、存储，和又被调用来进行补偿。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述信号(10)的非对称延迟借助准备采用的数据传输系统来确定、存储，和又被调用来进行补偿。5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，对所述非对称延迟进行估计、建模或测量。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信号(10)的非对称延迟在数据传输期间被确定和补偿。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，确定和补偿所述信号(10)的非对称延迟在时间上尽可能接近地执行，优选连续地进行。8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，对所述非对称延迟进行估计、建模或测量。9.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，借助在所述数据传输系统所使用的传输协议中强制设置的信号(10)从上升到下降边缘或从下降到上升边缘的变换的距离来测量所述非对称延迟。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，测量数据帧的帧起始序列(FSS)的上升边缘(74)和字节起始序列(BSS)的下降边缘(76)之间的距离(72)。11.根据权利要求1至10之一所述的方法，其特征在于，借助所确定的非对称延迟确定合适的延迟值(τ)，以便至少部分地补偿所述非对称延迟，所述延迟值(τ)是由于通过网络结构(24-34)传输而被较弱延迟的信号边缘所必须被延迟的值。12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述延迟值(τ)借助组合学或合适的计算算法通过所确定的非对称延迟来确定。13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，将所确定的延迟值(τ)输入可编程的延迟单元(52)，该延迟单元设置在所述网络结构(24-34)中的任意位置上，但是在任何情况下都在发送用户(14)对将要传输的信号(10)编码之后以及在接收用户(36)对该信号(10)解码之前，通过该延迟单元将由于通过网络结构(24-34)传输而被较弱延迟的信号边缘延迟所述延迟值(τ)。14.根据权利要求1至13之一所述的方法，其特征在于，用至少1ns的精度，优选0.5ns或0.1ns的精度延迟由于通过网络结构(24-34)传输而被较弱延迟的信号边缘。15.一种设置在数据传输系统的网络结构(24-34)中的任意点上的装置(50)，其中该数据传输系统具有多个用户(14，36)，设置在所述用户(14，36)之间的网络结构(24-34)，以及用于通过网络结构(24-34)在发送用户(14)和接收用户(36)之间用具有特定结构的数据帧按照位的方式串行地传输编码在信号(10)中的数据的装置，所述通过网络结构的数据传输使得所述信号(10)发生了非对称延迟，而且在数据传输系统的接收用户(36)中设置用于扫描编码在所述信号(10)中的数据的每一位的装置(60)，其特征在于，所述装置(50)设置在接收用户(36)中的用于扫描的装置(60)之前，并且具有用于测量和部分地补偿所述信号(10)的非对称延迟的装置。16.根据权利要求15所述的装置(50)，其特征在于，所述装置(50)具有用于执行根据权利要求6至14之一的方法的装置。17.一种用于传输编码在信号(10)中的数据的数据传输系统，其中该数据传输系统具有多个用户(14，36)，设置在所述用户(14，36)之间的网络结构(24-34)，以及用于通过网络结构(24-34)在发送用户(14)和接收用户(36)之间用具有特定结构的数据帧按照位的方式串行地传输编码在信号(10)中的数据的装置，所述通过网络结构(24-34)的数据传输使得所述信号(10)发生了非对称延迟，而且在接收用户(36)中设置用于扫描编码在所述信号(10)中的数据的每一位的装...

【专利技术属性】
技术研发人员：AJ罗哈特谢克，
申请(专利权)人：罗伯特博世有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]