在時槽系統中用於提供介質判優的系統節點和方法
2023-04-30 10:47:26 2
專利名稱：在時槽系統中用於提供介質判優的系統節點和方法
技術領域：
本發明涉及用於多節點分布式通信系統的通信協議，並更具體地(但不排它地)涉及用於汽車應用中的這些協議。
背景技術：
在汽車應用中，在用於多節點布線通信系統的通信協議領域中，都知道兩個現有的協議TTP/C(用於安全臨界分布式實時控制系統的時間觸發通信協議)和byteflight(用於機動車中安全關鍵應用的協議，結合時間和優先權控制總線訪問)。
FlexRay是目前發展的通信協議，規定使用用於靜態段的TDMA(時分多路訪問)方案以及FTDMA(靈活分時多路訪問)布置如用於動態段的byteflight。FlexRay協議要求滿足以下介質訪問方案(MAS)要求MAS 1在無故障條件下，介質判優方案應允許靜態(預先安排進度)和動態(運行時確定)介質判優。
MAS 2判優方案應基於周期性循環原理。
MAS 3判優方案應貫徹避免衝突原理(假設無故障訂戶)。
MAS 4判優方案應允許在系統使用期中每個用戶有較大的振蕩器頻率漂移。
因此，目前沒有滿足FlexRay全部MAS要求的已知布置。
從而，需要用於提供介質判優的系統、節點和方法，其中，所述系統、節點和方法可緩解上述缺點。
發明內容
根據本發明的第一方面，提供一種如權利要求1所述的用於提供介質判優的系統。
根據本發明的第二方面，提供一種如權利要求2所述的節點。
根據本發明的第三方面，提供一種如權利要求3所述的用於提供介質判優的方法。
通信時槽優選包括靜態通信時槽。每個靜態通信時槽使用預定數量的時槽。
通信時槽優選包括動態通信時槽。每個動態通信時槽使用動態分配數量的時槽。
優選地，在不發生幀傳輸的動態通信時槽中，動態分配數量的時槽數量為一個時槽。
發生幀傳輸的每個動態通信時槽優選分為交替的匹配和不匹配的時槽，匹配時槽是有效的傳輸時槽。
以此方式，提供用於在周期性循環的通信方案內進行介質判優的系統、節點和方法。通信抖動被較好地確定和處理，並且，較大的振蕩器頻率漂移基本上被補償。
現在，結合附圖並藉助實例來描述根據本發明的用於提供介質判優的系統、節點和方法，在附圖中圖1為示出本發明的時間層次的組合時間圖；圖2為示出圖1時間層次的靜態段的結構和判優的時間圖；
圖3為示出圖1時間層次的動態段的結構以及判優原理的時間圖；以及圖4為示出處理對稱故障的程序的組合時間圖。
具體實施例方式
多節點布線通信系統(未示出)，如汽車中的『線控剎車』系統，包括許多節點，其中，每個節點布置為向系統的其它節點發送數據，並從其它節點接收數據。
本發明的節點(未示出)已經訪問兩個不同粒度的時基。可根據微片刻而定義高粒度的時基。微片刻在不同節點中定義相位和頻率不同步的時基。根據宏片刻定義低粒度的第二時基。宏片刻在所有同步的節點中在精度p內定義相位和頻率同步的時基。宏片刻由多個微片刻構成，並且滿足其持續時間比精度p更大的條件。在歐洲專利EP22116573中公布例如用於FlexRay的滿足此假設的同步方法。
介質判優區分兩個截然不同的相位初始不同步啟動相位和後續的同步操作相位。兩個相位在以下方面不同-在初始啟動相位中，節點沒有全系統同步時間的信息，即，不建立宏片刻時基。
-在同步操作相位中，節點具有全系統同步時間的信息，即，建立宏片刻時基。
在不同步的啟動相位中，因以下兩個原因之一而不需要介質判優。首先，節點集成到已經可操作的簇中，在此情況下，在節點處於同步操作相位之前都不發生第一傳輸。其次，簇不是可操作的，在此情況下，不存在其它的發送器，即，不需要介質的判優。
現在參照圖1，示出根據本發明的時間層次的組合時間圖。為了滿足要求「MAS 2」(判優方案應基於周期性循環原理)，在臨時的循環通信周期5中發生同步操作相位內的傳輸。
通信周期5實際上是系統所有節點都共享的時基。
通信周期5由通信周期(CP)、操作無通信周期以及網絡空閒時間(NIT)7構成，其中，通信周期(CP)由兩個段靜態段10和動態段50(在此段中發生傳輸)組成。靜態和動態段10和50分別滿足MAS 1的要求(提供靜態和動態介質判優)靜態段10通過靜態時槽11、12、13、18而細分為圖1所示的許多靜態時槽。
每個靜態時槽11、12、13、18由一組連續的時間間隔組成，所述時間間隔稱作微時槽。例如，靜態時槽11由微時槽組20構成，其中，微時槽組20包括微時槽21、22、23和28。每個靜態時槽具有相同數量(v)的微時槽。微時槽定義作為介質判優基礎的時間網格，時間網格在後面進一步描述。
每個微時槽包括至少兩個宏片刻的組。例如，微時槽22包括宏片刻組30，其中，宏片刻組30包括宏片刻31和32。
每個宏片刻包括一組微片刻。例如，宏片刻32包括微片刻組40。
動態段50通過動態時槽51、52、53、58而細分為圖1所示的許多動態時槽。
每個動態時槽51、52、53、58由微時槽組60的許多微時槽組成。
然而，與靜態時槽不同，每個動態時槽可以是不同的長度，因此可由不同數量的微時槽組成。在此實例中，動態時槽51由微時槽61和62組成，但是，每個動態時槽所用的微時槽數量按後述方式進行動態分配。
如以上結合靜態段10所述地，動態段50的每個微時槽由至少兩個宏片刻的組構成。例如，微時槽63包括宏片刻組70，其中，宏片刻組70包括宏片刻71和72。
每個宏片刻包括一組微片刻。例如，宏片刻71包括微片刻組80。
應該理解，微片刻組80是與微片刻組40相同的時間框架的一部分，它們是系統的所有微片刻，並且相似地，宏片刻組30是與宏片刻組70相同的時間框架的一部分，它們是系統的所有宏片刻。
所有微時槽都由相同數量的宏片刻構成。在每個微時槽內的指定瞬間稱作微時槽動作點。微時槽動作點與微時槽內的兩個連續宏片刻的邊界相吻合。
藉助幀優先權和時槽計數方案而執行兩個段的判優。在節點中分配唯一幀優先權，所述唯一幀優先權稱作以1開始的幀標識符。幀標識符確定在通信相位內何時發送幀。每個節點保留時槽計數器，在每個通信周期開始時，時槽計數器從1開始計數。
現在參照圖2，圖2示出靜態段，如圖1所示靜態段，的結構和判優原理。
對靜態段的每個靜態時槽分配範圍從1到g(靜態時槽的總數)的唯一時槽ID。第一時槽110具有編號n，隨後的第二時槽120具有編號n+1。所有的靜態通信時槽是相同的持續時間，該持續時間是所選擇的整數個微時槽乘以微時槽持續時間。在圖2的實例中，第一時槽具有從時槽111(u)到時槽118(u+11)的12個微時槽；並且，第二時槽具有從時槽121(u+12)到時槽128(u+23)的12個微時槽。靜態時槽的持續時間選擇得使靜態時槽總是適於通過時槽ID/幀ID關係而傳輸與靜態時槽有關的幀。
如果時槽計數器等於將要發送幀的幀標識符，就發生幀傳輸。在圖2的實例中，將在第一靜態時槽110內傳輸具有幀ID n的第一幀130，並且，將在第二靜態時槽120內傳輸具有幀ID n+1的第二幀140。
在各個靜態時槽的第一微時槽內的微時槽動作點開始幀傳輸。從而，在微時槽111的微時槽動作點(在各個微片刻112和113之間的過渡)開始第一幀130的幀傳輸。相似地，在微時槽121的微時槽動作點(在各個微片刻122和123之間的過渡)開始第二幀140的幀傳輸。
在每個靜態時槽的終點，時槽計數器加1。由於時槽計數器與是否發生介質訪問以及何時訪問無關地增加，因此，在時槽內的任何幹擾不妨礙不受影響時槽內的判優的意義上，靜態段內的判優不受通信故障的影響。
現在再參照圖3，圖3為示出動態段的結構和相關判優原理的時間圖。
動態段細分為許多動態通信時槽。第一動態時槽210具有編號m，隨後的第二時槽220具有編號m+1。相似地，第三、第四和第五時槽230、240和250分別具有編號m+2、m+3和m+4。
每個動態時槽都至少由一個微時槽組成。準確的數目取決於應保證無衝突恢復的故障類型對於無故障假設，為一個微時槽；對於與一次傳輸有關的故障，為兩個微時槽。
對於上述靜態情況，如果時槽計數器等於將要發送幀的幀標識符，就發生幀傳輸。在各個動態時槽的第一微時槽內的微時槽動作點開始再一次的幀傳輸。然而，與靜態情況不同，幀傳輸還必須在微時槽動作點結束。如果幀因其數據長度而不在微時槽動作點結束，那麼，發送器必須通過產生忙信號而延長傳輸。這避免接收器太早的空閒檢測。
在不發生消息傳輸或接收的每個動態時槽的終點，時槽計數器加1，即，在傳輸或接收消息的同時，時槽計數器增加的過程被掛起。
依靠程序，全部無故障接收器隱含地與發生傳輸的動態時槽一致，即，全部無故障接收器的時槽計數器匹配無故障發送器的時槽計數器和在幀中傳輸的幀ID。
為了處理故障，每個動態時槽必須由(至少)兩個微時槽組成。第一微時槽稱為匹配微時槽，第二微時槽稱為失配微時槽。進而，第一微時槽的微時槽動作點稱為微時槽匹配動作點，第二微時槽的微時槽動作點稱為微時槽失配動作點。根據以上規則，在微時槽匹配動作點開始幀傳輸，並且，在微時槽動作點(匹配或失配)結束幀傳輸。
關注以下兩種類型的故障a)接收(幀或噪聲)的起點與微時槽動作點不對準。
b)接收的終點與微時槽動作點不對準。
對於以上故障a)，如果在匹配微時槽(即具有匹配動作點的微時槽)開始幀接收，那麼，接收器就與發送器對準，並且不需要時槽校正。然而，如果在失配微時槽(具有失配動作點的微時槽)開始幀接收，那麼，接收器就必須調節其微時槽相位關係，以匹配發送器。為了做到這點，必需評估包含在所接收幀內的幀ID，以便了解是比前一匹配微時槽延遲一個微時槽，還是比下一匹配微時槽提前一個微時槽。
現在再參照圖4，圖4為示出對以上故障b)的處理的組合時間圖，其中，故障b)即為幀接收的終點與微時槽動作點不對準。在動態時槽m的第一微時槽x(標記為310)開始具有幀ID m的幀300。幀300的終點與微時槽邊界317吻合，其中，微時槽邊界317位於微時槽x+5(標記為315)的終點和微時槽x+6(標記為316)的起點之間。
由於幀接收的終點可在匹配或失配微時槽中發生，因此，當幀在與圖4邊界317一樣的微時槽邊界結束時，不清楚微時槽315和316中的哪一個被處理為幀已經在其中結束的微時槽。對於動態段應該理解，這導致不明確下一動態時槽(時槽m+1)將在哪開始。
一組節點可假設幀300已經在微時槽315(x+5)中結束，於是，此節點組採用時線320。根據時線320，由於幀300已經在微時槽x+5(在時線320中標記為321)結束，因此，在匹配微時槽x+7(標記為323)開始下一動態時槽(時槽m+1)之前是一個空的微時槽x+6(標記為322)。
另一組節點可假設幀300已經在微時槽316(x+6)中結束，於是，此節點組採用時線330。根據時線330，由於幀300已經在微時槽x+6(在時線320中標記為331)結束，因此，在匹配微時槽x+8(標記為333)開始下一動態時槽(時槽m+1)之前是一個空的微時槽x+7(標記為332)。
儘管有可能存在兩個在節點內工作的時段，即，根據時線320工作的一組和根據時線330工作的另一組，但是，沒有衝突或判優問題，且沒有組內或組問題。
當傳輸下一幀時，將解決所有節點上的兩個時段320和330。如果發送下一幀的節點根據時線320工作，那麼，在傳輸時，使用時線320的所有節點識別幀在匹配時槽內開始，並且不採取任何措施。使用時線330的所有節點通知幀在失配時槽內開始，並且採取以上對故障a)所詳細描述的適當措施來糾正此問題，於是，系統的所有節點決定採用時線320。
以相似的方式，如果發送下一幀的節點根據時線330工作，那麼，在傳輸時，使用時線330的所有節點不採取任何措施，並且，使用時線320的所有節點將採取以上對故障a)所詳細描述的適當措施，於是，系統的所有節點決定採用時線330。
本領域中技術人員應理解，對以上描述的替代實施例是可能的。例如，與每個段有關的時槽、微時槽和宏片刻的數量可與以上描述的不同。
進而，上述微時槽動作點不必位於每個微時槽的第一和第二宏片刻之間的邊界，但是，例如，上述微時槽動作點可布置在具有至少三個宏片刻的微時槽的第二和第三宏片刻之間。
應理解，基於上述全系統同步時基的用於無衝突綜合靜態和動態介質判優的方法提供以下優點-提供用於靜態(預先安排進度)和動態(運行時確定)介質判優的封閉性概念，-提供周期性循環通信方案-提供有限制的和確定性的通信抖動，以及-能補償較大的振蕩器頻率漂移。
權利要求
1.一種使用連續的通信時槽通過通信協議而提供介質判優的通信系統，所述系統包括多個通信節點，每個節點布置為在動態段50內與其它節點交換數據幀，其中，動態段50包括動態通信時槽，每個動態通信時槽具有通信時槽編號，其中，通信系統的特徵在於多個通信節點中的每一個都包括包括與動態通信時槽有關的連續時槽的時基，所述每個連續時槽包括至少兩個子時槽以及位於至少兩個子時槽中的兩個子時槽之間邊界的傳輸動作點，從而，每個數據幀的傳輸在傳輸動作點開始和結束，以及用於確定通信時槽編號的裝置，其中，如果在時槽終點沒有通信正在進行，該裝置就增加通信時槽編號，並且，如果在時槽終點有通信正在進行，該裝置就暫停增加通信時槽編號。
2.用於多節點分布式通信系統的通信節點，其中，所述系統使用連續的通信時槽並利用通信協議，所述節點布置為在動態段的動態通信時槽內與系統的其它節點交換數據幀，其中，每個動態通信時槽具有通信時槽編號，所述節點的特徵為包括與動態通信時槽有關的連續時槽的時基，其中，每個連續時槽包括至少兩個子時槽以及位於至少兩個子時槽中的兩個子時槽之間邊界的傳輸動作點，從而，每個數據幀的傳輸在傳輸動作點開始和結束，以及用於確定通信時槽編號的裝置，其中，如果在時槽終點沒有通信正在進行，該裝置就增加通信時槽編號，並且，如果在時槽終點有通信正在進行，該裝置就暫停增加通信時槽編號。
3.一種使用動態段的連續動態通信時槽通過通信協議在多節點分布式通信系統中提供介質仲截的方法，所述方法包括以下步驟提供時槽的全系統時基，每個時槽包括至少兩個子時槽以及位於至少兩個子時槽中的兩個子時槽之間邊界的傳輸動作點；在動態通信時槽內，系統的每個節點與其它節點交換數據幀，其中，每個數據幀的傳輸在傳輸動作點開始和結束；以及，所述方法的特徵在於以下步驟如果在時槽終點沒有交換數據幀，每個通信節點就通過增加通信時槽編號而確定通信時槽編號，並且，如果在時槽終點交換數據幀，就暫停增加通信時槽編號。
4.如權利要求1所述的系統、權利要求2所述的節點或權利要求3所述的方法，其中，通信時槽包括靜態通信時槽。
5.如權利要求4所述的系統、節點或方法，其中，每個靜態通信時槽使用預定數量的時槽。
6.如上述任一權利要求所述的系統、節點或方法，其中，每個動態通信時槽使用動態分配數量的時槽。
7.如權利要求6所述的系統、節點或方法，其中，發生幀傳輸的每個動態通信時槽分為交替的匹配和失配時槽，匹配時槽是有效的傳輸時槽。
8.如上述任一權利要求所述的系統、節點或方法，其中，每個節點都包括根據在匹配或失配時槽中是否檢測到通信開始而設定當前通信時槽編號的裝置。
9.如上述任一權利要求所述的系統、節點或方法，其中，每個節點都具有相關的通信時槽編號，並且在其通信時槽編號與相關通信時槽編號不同的動態通信時槽中不能進行傳輸。
10.如上述任一權利要求所述的系統、節點或方法，其中，每個節點都包括用於把傳輸延伸到傳輸動作點的裝置。
11.如權利要求10所述的系統、節點或方法，其中，所述傳輸通過忙信號的傳輸而進行。
12.如上述任一權利要求所述的系統、節點或方法，其中，每個節點都包括根據在動態通信時槽中通信的幀的幀標識符而調節時基的裝置。
全文摘要
多節點通信系統設置有使用靜態(11、12、13、18)(預先安排進度)和動態(51、52、53...)(運行時確定)連續通信時槽的通信協議。系統具有許多分布式通信節點，每個節點布置為在靜態(11、12、13...)和動態(51、52、53...)通信時槽中與其它節點交換數據。每個節點都包括由連續時槽(11、12、13...、51、52、53...)組成的同步時基5。時基5在每個節點中都具有基本相同的容錯。對於靜態通信(10)，每個靜態通信時槽使用預定數量的時槽(20)。對於動態通信，每個動態通信時槽使用動態分配數量的時槽(60)。以此方式，在周期性循環的通信圖案內提供靜態和動態介質判優。通信抖動被較好地確定和處理，並且，補償較大的振蕩器頻率漂移。
文檔編號H04L12/407GK1720697SQ200380105049
公開日2006年1月11日 申請日期2003年11月21日 優先權日2002年12月3日
發明者克利斯託弗·坦普爾, 弗洛裡安·博根博格, 馬賽厄斯·勞施, 曼弗雷德·坦納爾, 託馬斯·維爾茨, 利奧那多·林克, 格雷戈爾·波科爾尼 申請人:飛思卡爾半導體公司