用于时间触发通信协议的智能星形耦合器以及使用时间触发协议在网络内的节点之间进行通信的方法技术

本发明专利技术涉及一种连接到使用基于时隙的时间触发协议的网络中 的多个节点的星形耦合器。本发明专利技术还涉及一种包括具有至少一个节点 的集群的网络。而且，本发明专利技术涉及一种使用时间触发协议来在网络中 的节点之间进行通信的方法。为了提供一种能增加带宽并且能以低传 输延迟来进行通信的星形耦合器，提出一种星形耦合器(11)，其包 括开关(22)，该开关具有多个输入支路和输出支路，其中，提供了 用于控制开关(22)的开关控制器；该耦合器还包括用于导出协议定 时的相关信息的装置(14，15)，该信息用于在某个时隙将数据选择 性地传送到至少一个预定输出端。

【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与使用基于时隙的时间触发协议的网络中的多 个节点相连接的星形耦合器。本专利技术还涉及一种包括集群的网络，其 中集群包括至少一个节点。而且，本专利技术涉及一种使用时间触发协议 来在网络中的节点之间进行通信的方法。
技术介绍
可靠的自动通信网络通常依赖于基于按照预定TDMA机制的传 播方法的TTP/C或FlexRay之类的时间触发通信协议。提出了时间 触发协议来用于例如汽车工业中的分布式实时通信系统。在SEA world congress 2001 中的FlexRay — A Communication System for advanced automate Control Systems，，中描述了这种通信协议。在这些系统中，媒体访问协议基于时间触发复用方法(time triggered multiplex method)，比如在系统设计期间预先定义的具有 稳定通信时间调度的TDMA (时分多址)。该通信调度对每个通信 节点定义了在一个通信周期内可传送数据的时间点。这种网络可以包 括多个不同的通信集群。每个集群包括至少一个节点，通过各种拓扑 结构将节点互连。对于本专利技术来说，涉及了包含有源星形耦合器的拓 扑结构。有源星形耦合器是连接了多个节点的器件。星形耦合器通常将 在它的一个输入支路上接收到的信息传送到其他全部连接节点或子 网。通常在存在多个，时输入的数据流的情况下，服务最初到来的数 据流。这个概念可以与中央总线监控器相结合。中央总线监控器通常 包含用来获得通信集群调度的功能减小的协议引擎。中央总线监控器 执行各种保护措施来防止发生干扰正常通信的故障。它通常只是在通信调度的每个时隙期间传送预定支路的信息，从而保护信道免于发生 非法通信。总线监控器具有独立时间基准并且配备有调度器，使得仅 在为通信节点保留的时隙(具有在这些时隙之前和之后的较短容限区 域)内对媒体进行正确访问。如果总线包括中央总线监控器，总线建 立尝试在为其保留的时间段以外的时间来访问数据总线的通信节点， 则中央总线监控器将停止这种访问、报告这种状态并且永久阻止该通信节点的进一步访问。因此，确保了通信节点的故障沉默(fail silent) 特性。通过使用中央总线监控器，可以阻止经常在其分配时隙以外的 时间进行发送的单个故障节点(也被称为混串音(babbling idiot))。传统星形耦合器概念被应用于单个网络集群中。星形耦合器在 物理层上传送数据，由此全部连接的节点接收网络的任何输出支路上 的相同数据。从协议方面来看，总线或星形拓扑结构之间没有区别。 因此，在集群中可用的总带宽被时间触发协议所允许的带宽限制。然而，下一代高速协议允许更高的带宽，但是需要在标准化、 研发和现场测试方面的额外努力。具有服务更多节点的高带宽设备的 集群在很多情况下比服务较少节点的低带宽设备的集群更有可能具 有由较高传输速度引起的故障，并且由于故障传播，将更容易受到攻 击。对于这种带宽需要的另一个看上去容易的方案是定义分别的集 群，并且通过使用网关将这些集群互连。然而，传统网关还必须使用 复杂算法来对附接的时间触发通信集群进行同步，甚至必须接受通信 消息的显著增加的传播延迟。当前，由于这些限制，安全相关应用中 的时间关键(time-critical)通信不能通过网关进行。因此，在其中进 行安全相关应用操作的汽车网络中应用传统网关是不可行的。已知的星形耦合器概念能断开一个或多个连接支路与集群的余 下支路的连接，但是不支持单独并联支路的分离操作。US 2005/0094674 Al描述了有源星形耦合器，其中多个通信节 点通过点到点连接而相连。利用在星形耦合器中的分配单元把由通信 节点发送的数据传送到其他全部通信节点。
技术实现思路
由于带宽和延迟限制，本专利技术的目的在于提供一种星形耦合器， 其能够增加带宽并且能以低传播延迟来传送相关数据。 由独立权利要求的特征解决了本专利技术的目的。特别地， 一种星形耦合器解决了上述目的，该星形耦合器连接了使用基于时隙的时间触发协议的网络内的多个节点，其中星形耦合 器包括具有多个输入支路和输出支路的开关，其中开关控制器控制该开关，该星形耦合器还包括用于导出协议定时的相关信息的装置，该 信息被用于在特定时隙内将数据选择性地传送到至少一个预定输出i山顺。本专利技术是基于上述想法而提供了一种所谓的开关式星形耦合器 或智能星形耦合器，能容易对这种星形耦合器进行配置，使得它将在 任意端口处的输入数据分配给其他全部端口。本专利技术的智能星形耦合 器包括传统有源星形耦合器(例如，像同步节点)的全部特征并使用 用于容错的多个冗余耦合器。通过使用本专利技术的开关式智能星形耦合器，因为通信流的一部 分可以并行传送而不会相互干扰，所以提供了较高的总可用带宽。因 为通信流可以被分开并且输入数据可以被选择性地传送出去，所以还 能提供防止故障传播的更好的保护。使用基于时隙的时间触发协议在网络内的节点之间进行通信的 方法解决了上述目的，该方法包括步骤在星形耦合器的输入支路处 接收输入数据；对数据内的通信元素进行解码并且从通信元素得到通 信集群调度；将通信集群调度提供给开关控制器并且根据时隙来控制 具有多个输入支路和输出支路的开关，其中根据开关控制器，开关可 以将每个输入支路连接到一个或多个输出支路，其中多个输入支路在相同时隙内可以是激活的。在各个从属权利要求中论述了本专利技术的更多的有利的实现方式 和实施例。本专利技术提供了一种能增加集群的可用带宽而无需对其他包含的部件的硬件或软件进行修改的智能有源星形耦合器。因此，有可能向 单个通信集群分配更多的应用而不必借助不同的通信域上的复杂的方案，并且也不必将这些应用与昂贵的网关进行互连。而且，通过不 使用任何网关减小了传播延迟。根据本专利技术，开关被添加到有源星形耦合器，该开关由开关控 制器控制。开关控制器从协议引擎和通信调度单元接收信息。该信息包括哪些输入支路在哪个时隙被连接到哪些输出支路。因此，如果n 个支路附加到智能信息耦合器，则通信集群的数据通信量明显地增加 了几乎n倍。而且，本专利技术完全与通信集群向后兼容。还增大了对通 信媒体的保护，由此完全可用于安全相关应用中。通过将不同集群逻 辑组合成单个集群，还进一步解决了以简单而直观的方式将多个时间 触发集群彼此连接的难题。这对于FlexRay协议尤其适用。智能星形耦合器几乎包括了在中央总线监控器中所包含的全部 功能。因此，本专利技术的星形耦合器可以集成到中央总线监控器中。然 而，它优选地可以单独运行，或者甚至可以替代中央总线监控器。本专利技术的星形耦合器的一个最重要部件在于星形耦合器包括用 于导出在通信调度中的位置的装置。而且，在建立通信调度之前，应 当在广播模式下运行(先到先得)。具体地说，当星形耦合器能比集 群中的其他节点更快地得到通信集群调度时是有利的，但是这并不是 必须的特征。进一步有利之处是根据时隙数目来切换开关。然而，有些协议 具有像周期数之类的附加标识，周期数可用于在不同周期的相同时隙 内将输入支路与输出支路进行不同的连接。因此，连接的切换对于不 同的周期数可能是不同的。附图说明以下将参考附加的示例图来具体说明本专利技术，其中-图1示出了包括在本专利技术中使用的集群内的多个子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种星形耦合器（１１），其与使用基于时隙的时间触发协议的汽车网络内的多个节点（ｎ）连接，其中该网络内的信息流基于预定通信调度，该通信调度确定哪个节点（ｎ）在预定时隙中进行发送，其中星形耦合器（１１）包括具有多个输入支路和输出支路的开关（２２），其中支路连接到至少一个节点（ｎ），开关控制器（２３）被提供来控制开关（２２）；该星形耦合器（１１）还包括用于导出协议定时的相关信息的装置（２４，２５），该信息用于在特定时隙中将输入的数据选择性地传送到至少一个预定输出支路。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.9.6 EP 06120214.91. 一种星形耦合器(11)，其与使用基于时隙的时间触发协议的汽车网络内的多个节点(n)连接，其中该网络内的信息流基于预定通信调度，该通信调度确定哪个节点(n)在预定时隙中进行发送，其中星形耦合器(11)包括具有多个输入支路和输出支路的开关(22)，其中支路连接到至少一个节点(n)，开关控制器(23)被提供来控制开关(22)；该星形耦合器(11)还包括用于导出协议定时的相关信息的装置(24，25)，该信息用于在特定时隙中将输入的数据选择性地传送到至少一个预定输出支路。2. 根据权利要求1所述的星形耦合器，其中在单个时隙内，开 关(22)将星形耦合器(11)的两个或多个输入支路并行切换到两个 或多个输出支路。3. 根据权利要求1或2所述的星形耦合器，其中开关(22)根 据通信调度将每个输入支路切换到该开关(22)的一个或多个输出支 路。4. 根据权利要求1-3之一所述的星形耦合器，其中星形耦合器 (11)包括协议引擎(24)，该协议引擎用于对通信数据中的通信元素进行解码并且导出在集群通信调度中的位置。5. 根据权利要求1-4之一所述的星形耦合器，其中协议引擎 (24)被耦合到一个输出支路，其中在将数据输出到同一支路的情况下，开关装置(28)禁用各个输出支路。6. 根据权利要求1-4之一所述的星形耦合器，其中协议引擎 (24)被耦合到具有nX(n+l)矩阵的开关(22)的附加输出支路，从而能够将每个输出支路与协议引擎(24)连接起来。7. 根据权利要求1-6之一所述的星形耦合器，其中星形耦合器 (ll)包括位于输入支路上的用于检测某个输入支路上的数据流量的活动检测单元(26)，其中活动检测单元(26)耦合到开关控制器(23), 用于提供用于控制开关(22)的活动信息。8. 根据权利要求7所述的星形耦合器，其中只要没有建立通信 调度，活动信息就被用来控制开关(22)。9. 根据权利要求1-8之一所述的星形耦合器，其中星形耦合器 (11)包括至少一个位整形单元(27)，该位整形单元(27)被布置在活动检测单元(26)之前或之后的输入支路处或者输出支路处，用 于再生通信元素。10. 根据权利要求l-9之一所述的星形耦合器，其中星形耦合器 (11)包括通信调度单元(25)，该通信调度单元(25)包括在预定时隙期间哪个输入支路需要连接到哪个输出支路的信息和/或活动检 测单元(26)将要被用在哪些时隙中的信息。11. 根据权利要求l-10之一所述的星形耦合器，其中开关(22) 被实现为模拟纵横开关或使用时钟的数字纵横开关，其中数字纵横开 关与FIFO单元相结合来使用，其中位整形单元(27)被布置在开关(22)之前。12. 根据权利要求1-10之一所述的星形耦合器，其中使用了包 括存储器的存储器开关，该存储器用于存储全部输入数据并且读取输 出数据。13. 根据权利要求l-12之一所述的星形耦合器，其中开关(22) 被分配到单个通信信道，其中在网络中有多个信道的情况下，...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗朗茨·翁格曼，安德烈斯·范瓦格宁根，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL