具有过滤功能的CAN转以太网网关及基于该网关的数据传输方法

摘要

本发明公开了一种具有过滤功能的CAN转以太网网关及基于该网关的数据传输方法。本发明的具有过滤功能的CAN转以太网网关包括：过滤模块，用于根据上位机的配置生成红黑树模型，并利用所述的红黑树筛选接收到的CAN报文；传送网关模块，用于将筛选后的CAN报文转发至以太网。本发明的网关设置有过滤模块，利用过滤模块对接收到的CAN报文进行筛选，传送网关模块仅转发经过筛选后的CAN报文，从而减少的流量消耗，且以红黑树模型的方式组织查找的数据结构，能够通过搜索红黑树，快速判断出接收到的CAN报文是否有匹配的配置，完成筛选。

说明书

技术领域

本发明涉及网络数据交换领域，具体涉及一种具有过滤功能的CAN转以 太网网关及基于该网关的数据传输方法。

背景技术

近年来，计算机控制和通讯技术的飞速发展引起自动化领域的深刻变革， 并逐步形成了网络化、全开放、全分布的自动控制体系系统。在当今电子通讯 与自动化领域，工业设备联网己成为一种趋势。伴随通信技术的发展，设备资 源的有效利用、设备间的协同工作以及远程距离传输与远程监控等技术得到越 来越多的重视。

现场总线是指以工厂内的测量和控制机器间的数字通讯为主的网络，也称 现场网络，将传感器、各种操作终端和控制器间的通讯及控制器之间的通讯进 行特化的网络。现场总线是把网络化、信息化的概念彻底引用到控制领域和工 厂的控制中，构建完整的控制网络和信息网络。它和传统集散控制相比，具有 全开放、全分散、和互操作等优点。CAN(controllerAreaNetwork)现场总线是一 种支持分布式控制系统或实时性控制的串行通信网络，具有成本低、可靠性高、 抗干扰能力和实时性强等特性，是最普及的工业现场总线之一。CAN是串行 通信协议，其应用范围覆盖从高速网络到低成本的多路互联。在汽车电子行业 受到广泛应用。

车辆数据离线分析是一种通过离线分析来检测车辆状况的方法。离线分析 首先需要采集汽车内部数据，将这些数据离线存储，即存储到车外的存储介质 上。而采集车辆数据的做法是将采集设备作为一个节点连接入汽车内部的 CAN网络（控制器局域网，Controller Area Network），就可以采集到CAN网 络上的报文，进而得到汽车内部数据。随着汽车电子的快速发展，为及时的跟 进车况信息，CAN产品在机动车上的应用越来越广泛。

对于数据的存储传统采用闪存的方式，这种方式需要定期将设备从车中取 出连接电脑导出数据，比较不方便。而随着蜂窝网络技术和云存储技术的不断 发展，成本的不断降低，使得人们可以考虑采用云端存储的方式。云端存储就 需通过无线网络将数据发送到服务器上，而承担该任务的往往是带有3G网络 连接的智能设备。而智能设备往往不带有CAN接口，因此这中间需要使用CAN 转以太网网关将CAN报文转换成以太网报文，智能设备接收到包装在以太网 报文里的CAN报文再将其转发到云服务器上。

市场上已经有很多CAN转以太网网关，但这些产品都只有网关功能，将 所接收到的所有CAN报文均进行转发。车辆内的信号有几百个，并且车辆工 程师每次需要收集分析的信号可能只有几个，而前面提及的应用背景是通过 3G网络来转发CAN报文，如果对于所有的报文都进行转发，会浪费很大一部 分流量。因此需要对转发的报文进行过滤。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种具有过滤功能的CAN转以太网 网关及基于该网关的数据传输方法。

一种具有过滤功能的CAN转以太网网关，包括：

过滤模块，用于根据上位机的配置生成红黑树模型，并利用所述的红黑树 筛选接收到的CAN报文；

传送网关模块，用于将筛选后的CAN报文转发至以太网。

CAN转以太网网关可简单的认为是报文格式转换器，将接收到的CAN报 文进行封装，得到适合以太网传输的报文，并转发至以太网，再通过与以太网 连接的3G网络设备上传至服务器，供用户使用。本发明的网关设置有过滤模 块，利用过滤模块对接收到的CAN报文进行筛选，传送网关模块仅转发经过 筛选后的CAN报文，从而减少的流量消耗。且以红黑树模型的方式组织查找 的数据结构，能够通过搜索红黑树，快速判断出接收到的CAN报文是否有匹 配的配置，完成筛选。本发明中红黑树模型中的节点个数与需要转发的报文ID 的个数相同。且上位机的配置不同，生成的红黑树模型也不同。

所述的上位机的配置包括需要转发的CAN报文的报文ID。

在不同的应用条件下，并不是所有的CAN报文都是有用的，且不同的应 用情况下，感兴趣的CAN报文种类也可能不一样。因此，可以根据应用需要， 从大量CAN报文中选择若干个感兴趣的CAN报文。需要转发的CAN报文的 报文ID的个数为根据应用需要设定。

所述的红黑树模型中各个节点以CAN报文的报文ID作为Key。

报文ID与CAN报文为一一对应关系，以CAN报文的报文ID作为Key， 通过报文ID查找根据CAN报文能够减少数据量，提高查询效率，生成红黑 树模型，能够快速的查找到各个CAN报文的信息。

作为优选，所述的上位机的配置还包括需要转发的CAN报文的转发次数 阈值。

所述的红黑树模型中的各个节点包括报文ID、对应的CAN报文的转发次 数阈值以及初始值为0的出现次数变量，

所述过滤模块根据转发次数阈值和接收到的CAN报文的出现次数变量， 利用红黑树数据模型筛选接收到的CAN报文。

根据用户配置的次数阈值转发筛选后的CAN报文，当接收次数达到一定 值后才进行转发，实现基于计数的转发频率控制，进一步降低流量消耗。不同 的CAN报文对应的转发次数阈值可以不同，用户可根据实际应用需要设定。

作为优选，所述的转发次数阈值为100～1000。

各个CAN报文所携带的信息的变化快慢决定，为降低流量消耗，应该使 转发的频率降低，但是降低转发频率通过又会导致信息丢失。转发次数阈值过 大容易造成大量信息丢失，过小有会引起流量浪费。因此，为保证降低流量消 耗的同时并避免丢失的信息量过大，实现携带的信息的变化越快的CAN报文 的转发次数阈值应该相对较低，一般可设定转发次数阈值为100～1000。

本发明还提供了一种基于具有过滤功能的CAN转以太网网关的数据传输 方法，包括：

（1）根据上位机的配置生成红黑树模型，并利用所述的红黑树模型筛选 接收到的CAN报文；

（2）将筛选后的CAN报文转发至以太网。

所述的红黑树模型中各个节点以CAN报文的报文ID作为Key。

所述的红黑树模型中的各个节点包括报文ID、对应的CAN报文的转发次 数阈值以及初始值为0的出现次数变量。

所述步骤（1）中的筛选过程如下：

以接收到的CAN报文的报文ID为Key查询所述的红黑树模型：

若未查询到接收到的报文ID，则丢弃该报文ID对应的CAN报文；

若查询到接收到的报文ID，则进行如下操作：

（a）将红黑树模型中该报文ID对应的节点中的出现次数变量加1；

（b）比较出现次数变量与转发次数阈值：

若出现次数小于转发次数阈值，则丢弃；

若出现次数小于转发次数阈值，则保留该报文ID对应的CAN报文。

本发明具有过滤功能的CAN转以太网网关相对于现有的CAN转以太网 网关，设有过滤模块，对接收到的CAN报文进行筛选，从而可根据需要，对 CAN报文进行有针对性的转发，仅转发需要转发的CAN报文，有效降低了流 量消耗，且过滤模块采用红黑树模型，能够提高过滤速率，提高CAN报文的 转发速率，基于该网关的数据传输方法，也能够大大提高数据传输速率。

附图说明

图1本实施例的应用场景；

图2为本实施例的基于该具有过滤功能的CAN转以太网网关的数据传输 方法。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明进行详细说明。

本实施例的具有过滤功能的CAN转以太网网关的应用于汽车通信领域， 其应用环境如图1所示，包括CAN网络、以太网、3G网和因特网（Internet）， CAN网和以太网之间通过CAN转以太网网关连接，以太网和3G网络之间通 过3G网络设备（本实施例中为安卓平台，Android平台）连接，由3G网络设 备将以太网的数据经由3G网络上传至Internet。CAN网络包括用于采集汽车 内部信息的行车电脑（Electronic Control Unit，ECU）和与CAN总线。上位机 在下载程序时与CAN转以太网网关连接，为CAN转以太网网关进行配置。

本实施例的CAN转以太网网关为一种具有过滤功能的CAN转以太网网 关，包括：

过滤模块，用于根据上位机的配置生成红黑树模型，并利用红黑树筛选接 收到的CAN报文；

传送网关模块，用于将筛选后的CAN报文转发至以太网。

上位机的配置包括需要转发的CAN报文的报文ID以及各个需要转发的 CAN报文的转发次数阈值。

过滤模块生成的红黑树模型中各个节点以CAN报文的报文ID作为Key， 各个节点包括报文ID、对应的CAN报文的转发次数阈值以及初始值为0的出 现次数变量，过滤模块根据转发次数阈值和接收到的CAN报文的出现次数变 量，利用红黑树模型筛选接收到的CAN报文。

本实施例中CAN报文的转发次数阈值为100～1000，不同的CAN报文对 应的转发次数阈值不同。

基于该具有过滤功能的CAN转以太网网关的数据传输方法，包括：

（1）根据上位机的配置生成红黑树模型，并利用所述的红黑树模型筛选 接收到的CAN报文，筛选过程如下：

以接收到的CAN报文的报文ID为Key查询所述的红黑树模型：

若未查询到接收到的报文ID，则丢弃该报文ID对应的CAN报文；

若查询到接收到的报文ID，则进行如下操作：

（a）将红黑树模型中该报文ID对应的节点中的出现次数变量加1；

（b）比较出现次数变量与转发次数阈值：

若出现次数小于转发次数阈值，则丢弃；

若出现次数小于转发次数阈值，则保留该报文ID对应的CAN报文。

（2）将筛选后的CAN报文转发至以太网。

本实施例中的CAN转以太网网关中的各个模块可以集成于一体，也可以 分离部署，或进一步拆分成多个子模块。各个模块可以按照实施例描述分布于 实施例的系统中，也可以进行相应变化位于不同于本申请实施例的一个或多个 系统中。

本领域的技术人员应该明白，本申请实施例可提供成为方法、系统、或计 算机程序产品。

本申请实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，可选地， 它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装 置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它 们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。因此，本申请实施例 不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上公开的仅为本发明的具体实施例，但是本发明的保护范围并不局限于 此，任何熟悉本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本 发明的精神和范围，都应涵盖在本实用发明的保护范围之内。