在面向包的通讯网络中传输数据的方法和通讯网络上的相应设置的用户设备

摘要

本发明涉及一种用于特别是在机动车的面向包的通讯网络(1)中传输数据的方法以及设计一种设置用于执行该方法的用户设备。在方法中，能够在通讯网络(1)中传输没有数据包(8)的保证的传输时间和具有数据包(7)的保证的最大传输时间的数据包，其中在进行具有保证的传输时间的数据传输(6)时，在数据传输(6)之前借助于从数据的发送器到数据的接收器(2，L)的预留询问(4)预留一定的服务质量，并且其中在获得通过发送器(2，T)发送的预留询问(4)的确认(5)之后才启动具有保证的传输时间的数据传输。此外设置，所选择的、应当在保证的传输时间内传输的数据直接地作为数据包(8)的数据流(6)发送并且在启动数据流(6)之后再发送预留询问(4)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在尤其机动车的面向包的通讯网络中传输数据 的方法，其中能够在通讯网络中传输没有数据包的保证的传输时间和具有 数据包的保证的最大传输时间的数据包、面向包的通讯网络尤其能够为根 据以太网AVB标准的网络。

具有数据包的保证的最大传输时间的方法提出：在数据传输之前借助 于从数据的发送器到数据的接收器的预留询问沿着通讯连接、即通讯网络 中的数据包的路线预留一定的服务质量、尤其最大的传输时间。首先在确 认用于在通讯连接上传输的数据率的预留询问之后在网络中的发送器和 接收器之间保证该服务质量，使得首先在获得预留询问的确认之后通过发 送器启动以保证的数据包传输时间进行数据传输。在经由设置在发送器和 接收器之间的通讯连接中的交换器转发预留询问之后，最后通过设置用于 数据的接收器发送预留询问的正面的确认。

背景技术

预留询问包括优选包括数据流的数据流和等待时间、即最大的传输时 间、例如呈服务质量等级的形式的传输时间作为所要求的服务质量的参 数，其中用于发送数据的发送器希望设有所述数据率，其中所述服务质量 等级还预设最大的传输时间。

没有保证的数据包传输时间发送的背景数据流量不需要实现预留。因 此，为这样发送的数据包事先不在面向包的通讯网络中发送预留询问。

在机动车中，除了用于数据包的时间上保证的传输时间之外，在多种 应用的范围内，网络的启动时间也是重要的。将需要用于直到可以经由该 网络在网络启动之后发送数据的时间称作为启动时间。在此始于其中网络 事先是非活跃的状态。然后必须结束全部所要求的配置、同步和其他的启 动机制。因此，除了启动相应的控制设备之外，启动负责的网络控制器和 构件或初始化与面向包的通讯网络(也简称网络)中的另外的网络用户的 通讯属于网络的启动。在此，重要的临界点是网络用户的时间上的同步， 所述同步首先实现时间控制的网络、如MOST、FlexRay和例如根据AVB 标准的以太网的通讯。

经典的机动车通讯网络例如是MOST和FlexRay。这实现大约100ms 的启动时间。在FlexRay中这表示：在100ms之后，已经能够发送可用的 消息。在MOST中，然后典型地还跟随网络配置的确定，使得可用的消息 通常在500ms之后才能够被发送。然后，可以发送数据、例如在数据流的 范围内的同步的数据流。

在机动车中的通讯网络的常见的应用中，当停放的车辆经由远程控制 (无锁进入)开锁时，通常已经能够启动网络的启动，因为能够始于下述 内容，驾驶员在上车之后或者出发或者以其他方式访问机动车的需要网络 通讯的功能。由于上车时间，在该情况下，由于网络中的所提出的预留询 问引起的延长的启动时间也不会是较大的问题。

然而证实为有问题的是下述情况：其中车辆的驾驶员在更长的时间期 间完全非主动地坐于关闭的车辆中，例如因为其睡觉，并且然后突然启动 车辆并且出发。在启动车辆之前，全部控制设备由于更长的非活跃时间而 不再是活跃的。在启动汽车之后，相应地必须在小于两秒中能够听到常见 的要求、例如停车辅助的警告铃声和/或在小于两秒中可见倒车照相机的视 频图像。

在将音频和/或视频信号也作为控制数据传输时，网络中的同步传输 是重要的，所述同步的传输例如借助用于音频和视频传输的传输、经由根 据AVB标准的以太网来进行是可行的。由于以太网AVB标准的广泛的标 准化和灵活的构造引起在所述标准在机动车的使用中的增加的兴趣，在所 述机动车中根据2011年的标准化但是如今还没有在显著的范围内使用。 以太网AVB标准的主要优点是，当应将数据作为流数据传输时确保用于 要传输的数据的服务质量(QoS-服务质量)。通过标准IEEE 802.1Qat的流 预留协议MSRP(多流预留协议)，因此必须事先预留通讯网络的并且尤 其将各个数据包从发送器抓饭至接收器的交换器的资源。通过这种预留能 够保证：借助IEEE 1722或IEEE 1733-传输协议传输的数据在接收器中以 保证的最大延迟到达。

该保证是服务的质量的一部分。因此，上述传输协议确保在经由通讯 网络传输数据或流数据时，数据包的最大的延迟。在不应用所述传输协议 或类似的协议的情况下，不能够确定达到时间。该到达时间例如对于音频 和视频数据是尤其重要的。在背景数据流或者不太重要的、非时间关键的 或不太时间上与借助于其他数据包传输的数据有关联的情况下存在的数 据中这不是重要的，使得对于该数据不需要预留。相应地，对于这种数据 也不发送预留询问。

相反，只要发送应当以保证的传输时间传输的数据以便实现或确保特 定的应用，根据以太网AVB标准运行的过程既不能够绕开也不能够显著 地加速。只要设置预留询问没有命中，那么在以太网AVB标准的范围内 首先完全不能够传输数据，直到预留具有期望的服务质量的传输。

借助数据传输的与另外的通讯网络相比耗费差不多的该服务质量保 证考虑下述情况：以太网本身是灵活的进而在应用中尤其良好地适合于多 种通讯类型的网络。但是相反于机动车中的常见的网络、例如FlexRay或 MOST，网络的启动、即直到可以以保证的服务质量(QOS)进行数据源 的可行的数据传输的时间显著更慢。此外，当不能够达到期望的服务质量 时，通过预留询问动态构成的、对于通讯网络中的资源的询问沿着期望的 通讯连接也引起拒绝。这因此同义于数据传输是不可行的。

出于该理由，在需要移动质量的用于数据传输的机动车网络中，应用 通讯网络FlexRay和MOST，尤其由于在车辆中固定预设的固定的网络拓 扑而能够在传输时间临界的、例如实时时间临界的数据的传输中为保证服 务质量以显著更快的反应时间实现所述通讯网络。由于其灵活性也对于机 动车中的使用而是期望的以太网AVB标准与通常使用在机动车中的这两 个通讯网络形成竞争，并且在使用在机动车时、例如在取代通讯网络 FlexRay和/或MOST时也应当至少支持在延迟时间和消息偏差方面的要 求。

在启动网络之前，例如FlexRay网络的数据传输在其静态部分中被完 全地规划，即数据传输已经在设计时被确定。由此，FlexRay网络中的通 讯能够在任何时间预测。这在制造汽车、例如其系列或具体型号之前一次 性地确定。但是至少在车辆的通讯网络中的全部网络用户的软件升级之前 在车辆的使用寿命期间具有储备。

发明内容

本发明的目的在于，实现用于特别是实时临界的数据和/或用于在启 动通讯网络时在通讯网络中传输的数据的数据传输的快速启动，所述通讯 网络根据以太网AVB标准或者与其相关的标准工作并且其中为了保证特 定的服务质量尤其必须发送预留询问。

所述目的在前述类型的方法中借助权利要求1的特征实现。在此尤其 提出：尤其在启动之后对于通讯网络的快速的通讯能力的所选择的数据、 尤其实时临界数据和/或在启动通讯网络时发送的数据直接地、即在没有发 送预留询问和等待预留询问的确认的情况下作为没有保证的传输时间的 数据包的数据流发送，尽管所选择的数据根据本发明为应当以保证的传输 时间传输的数据。然后根据本发明，用于该数据的预留询问在启动数据流 之后才再发送。

因此本发明提出：所选择的数据的数据流在存在该数据的情况下立即 被发送，而没有等待预留询问的确认(预留答复)，所述确认能够持续几 百ms至几秒。因此，根据本发明，节约等待时间，其中由于该预设在传 输协议的范围内不保证本身期望的服务质量。这然后对于数据流但是通过 再发送预留询问来补充，使得至少对于数据流的多个数据包能够实现保证 的传输时间。

即使发送没有保证的传输时间的该数据流的第一数据包，在实际中总 传输通常比当首先发送预留询问并且对此等待确认时相比是更快速的。因 此，该方法尤其适合于特别是时间临界的数据，所述数据尽可能应当以实 时传输。借助该解决方案，以太网AVB标准或者类似工作的标准类似于 在机动车中通常使用的网络FlexRay和MOST的作用方式。根据本发明， 因此实时时间临界的数据的发送能够显著被加速，使得后续地通过应用以 太网AVB传输协议的根据本发明的变型形式满足来自汽车领域中的特殊 的要求，即使所缺乏的服务质量保证首先假设：在不存在服务质量保证的 情况下初始化数据流不产生期望的结果。

关于此点要注意的是，所提出的方法，即使其专门尤其适合于在机动 车中的通讯网络中使用，也不限制于该应用情况，而是当依据前述标准使 用以太网AVB传输协议且尤能够传输尤其时间临界的数据时，能够普遍 地应用。在此，典型的应用情况也能够是生产设备中的自动化技术。

根据本发明，当例如现有的数据流应当获得改变的服务质量而没有在 此中断数据流时，也能够应用稍后的再预留。

根据本发明尤其提出：在获得再发送的预留询问的确认之后，将数据 流重新声明为具有数据包的保证的传输时间的数据流。通过再声明所谓的 “在空中”自该时间点起然后保证进而也可靠地遵守数据流的数据包的保 证的传输时间。然而，在其中能够根据标准的以太网AVB标准首先以传 输数据启动的时间点，已经将多个数据作为数据流的数据包来发送，所述 数据包尽可能本身不包含保证的服务质量(尽管这当前刚好是可行的)， 然而与其中首先等待预留询问的确认的情况相比，在典型的应用中，刚好 在可校验的通讯网络中、如受限数量的用户的机动车的通讯网络中，所述 数据包通常整体上更快速地达到。简单地，根据本发明例如在数据流的数 据包的报头中进行再声明，其中数据流的还未发送的数据包优选已经在发 送器中再声明，使得在获得数据包的确认之后通过发送器仅还传输具有保 证的数据包的数据流。

根据所提出的方法的一个优选的改进形式还能够提出：数据流的数据 包沿着通讯连接(通讯路线或通讯路径)在交换器中重新声明，在所述交 换器中接收并且朝发送器沿着通讯连接再次发送数据包。因为交换器通常 总归必须评估数据流的数据包的报头的部分，所以交换器例如借助其控制 装置访问报头并且能够在报头中相应地转变数据流的数据包的识别。当交 换器从用于所述数据流的数据包的发送器获得预留询问时，这才能够已经 有意义地根据本发明进行，因为对于交换器已经已知：所述数据原本应当 以期望的保证的传输时间或服务质量来传输。然而最晚，当交换器通过接 收器获得预留询问的确认时，才能够进行上述内容，因为在之后在通讯网 络中已知：为了以相应的服务质量进行传输在任何情况下都存在资源。

在文本中，根据本发明尤其有利的是，数据包包含数据流的表示，所 述识别符也包含在再发送的预留询问和预留询问的确认中，使得每个交换 器都能够将数据流的数据包所识别为所属于所述预留询问或确认。

为了在相应的标准中能够也在没有接受确认消息的情况下发送数据 流，根据本发明能够提出：所选择的数据的数据流首先被声明为没有数据 包的保证的传输时间的数据。这实现也在标准化的网络中、尤其以太网 AVB网络中实现本发明的实现方案，在所述以太网AVB网络中在获得对 于预留询问的确认之后才能够启动带有保证的传输时间的数据的数据传 输。由此，因此在没有影响标准或者损害标准的情况下可以实现本发明。

在根据本发明的思想一个尤其简单的实施方式中，在以太网AVB标 准的范围中能够应用另外的传输协议，所述传输协议不保证数据包的传输 时间，因此在以太网AVB标准的情况下例如为根据标准IEEE 1722或IEEE 1733的传输协议或者类似的传输协议。

这当然引起：所选择的数据的数据流首先作为纯的背景数据流量处 理。因此，根据本发明的一个改进形式也能够有利地提出：将传输协议用 于传输数据流，所述传输协议也实现带有数据包的保证的传输时间的数据 的传输，其中通过在数据流的数据包的报头中设定标识符来确定，该数据 流(首先)为不需要预留的数据，即不带有数据包的保证的传输时间的传 输的数据，和/或为不应首先在发送预留询问和接收对于预留询问做出所属 的确认之后发送的数据。

但是具有在报头中的这种标识符的数据包然后能够应在交换器中获 得优选的处理，例如根据具有服务质量保证的相应的预留发送的数据。这 能够至少在通讯网络中对此还有资源可用期间进行。此外，简化下述传输 协议的应用，所述传输协议除带有数据包的保证的传输时间的传输数据之 外也允许没有数据包的保证的传输时间的传输数据、允许更简单地将所选 择的数据的数据流的数据包转换或再声明成具有数据包的保证的传输时 间的数据流。

根据本发明，在以太网AVB标准的范围内尤其利用根据IEEE 1722 或IEEE 1733的传输协议或者相应的传输协议所选择的数据的数据流通过 专用的VLAN ID或者多点传送发送器地址的定义来表征，所述定义一方 面在没有事先获得对于预留询问的确认的情况下允许发送数据并且另一 方面能够在交换器中作为指示器用于：处理和转发具有高优先权的数据， 例如相应的数据包，所述数据包以保证的传输时间来传输。由此在还没有 保证用于所述数据流的服务质量期间，也改进在所选择的数据包的数据流 的启动的无摩擦且快速的数据传输。

能够通过下述方式实现尤其是实时临界数据的数据传输的进一步加 速：通讯网络例如在生产和/或启动运转时被静态地预配置，类似于这在 FlexRay网络中是这种情况。由此也能够绕开由于这种数据的在先的预留 询问。在系统启动后必须快速提供的数据流对于优选本身封闭的或者仅可 限定地扩展的通讯网络、例如根据AVB标准的机动车中的以太网网络的 系统制造商而言是已知的，使得能够适当地预配置电子控制单元 (ECU-Electronic Control Unit)、主要为用于沿着通讯连接转发数据包的交 换器，并且从一开始为该专用的数据流提供相应的服务质量。

除了该调整之外，能够配置或者允许根据本发明的通讯网络，使得在 系统启动时完全不通过电子控制设备(ECU)传输未预配置的(计划的) 数据流量。这确保用于对于系统启动所需的数据包的尤其快速的传输的资 源。

因此，根据本发明这能够通过下述方式实现：尤其在通讯网络启动时 例如在静态的预配置中不传输未计划的数据流量，直到配置了通讯网络并 且为普通的通讯而被授权。

相应地，本发明也涉及一种通讯网络上的用户设备，尤其是机动车的 通讯网络，其中用户设备尤其能够是通讯网络的发送器、接收器和/或交换 器，所述用户设备具有发送接收装置和计算单元，其中计算单元设置用于 根据通讯协议在通讯网络上执行通讯。补充地，根据本发明，计算单元还 通过程序代码器设置用于执行上述方法或其一部分。

本发明还涉及一种具有程序代码器的计算机程序产品，所述计算机程 序产品适合于，在计算单元上运行时，使所述计算单元设置用于执行上述 方法或其一部分。

附图说明

本发明的其他的优点、特征和应用可行性也从实施例和附图的下面的 描述中得出。在此，全部所描述的和/或以附图的方式示出的特征本身或者 以任意的组合形成本发明的主题，而与其在权利要求和其引用关系中的总 结无关。附图示出：

图1示出根据以太网AVB标准以数据包的保证的传输时间在通讯网 络上进行通讯的流程图，以及

图2示出根据本发明的方法的相应的流程，在所述方法中直接在不等 待相应的预留确认的情况下发送数据流。

具体实施方式

根据本发明，在图1中示意地示出面向包的通讯网络1，所述通讯网 络尤其能够根据以太网AVB标准工作。也称作为结点的不同的网络用户2 经由适当的数据线路3彼此连接，使得其能够在彼此间交换数据。

原则上，通讯如下进行：设有附图标记T的节点2(会话器)在以太 网AVB标准的范围内希望将数据流(Stream流)发送给另外的、设有附 图标记L的节点2(收听器)，为此，数据流穿过数据线路3经由设置在 发送器T和接收器L之间的交换器Sx转发，所述交换器也形成通讯网络 1的节点2。通讯能够不经由切换进行、经由一个或多个连接在中间的交 换器进行。

在以太网AVB标准中实现用于传输数据的方法，在所述方法中能够 在通讯网络1中传输没有数据包的保证的传输时间和具有数据包的保证的 传输时间的数据包，而与是否针对传输使用标准的以太网标准或者以太网 AVB标准无关。

在图1中通过在节点2下方示出的、虚线的轴线沿时间的方向示意简 化地示出用于根据按照传输协议IEEE 1722或IEEE 1733的以太网AVB 标准进行具有从数据的发送器T到数据的接收器L的保证的传输时间的数 据传输的方法流程。

当必须将网络用户或节点2作为发送器T将需要特定质量的数据发 送给另一网络用户或节点2作为接收器L时，必须事先通过交换所谓的 MSRP消息来检查是否在通讯网络1中充分提供资源、例如数据率，以便 能够确保数据传输的特定的质量。为此，当发送器希望传输具有数据包的 保证的传输时间的数据流是，发送器T在原本的数据传输之前发送预留询 问4，所述预留询问通过下一用户、在所示出的实例中为交换器Sx接收。

预留询问4包含特别是数据流的数据率和所要求的服务质量作为参 数。基于该信息，交换器Sx检查器是否能够以所要求的质量处理这种数 据流。如果交换器Sx能够在通讯网络1中提供所需要的资源，那么所述 交换器将预留询问4转发给通讯网络1中的下一用户，所述下一用户能够 是另一交换器Sx，或者也如在此缩短示出的通讯连接那样能够是数据流 的通过接收器T响应的接收器L。

如果潜在的接收器L接收预留询问4并且接收器也希望接收数据流 6，那么所述接收器生成预留询问4的确认5，所述接收器经由通讯网络1、 即交换器Sx将所述预留询问发送回发送器T。即使发送器T获得该确认5， 那么其应当根据AVB标准802.1Qat开将数据流6作为具有保证的传输时 间的AVB数据流发送。数据流6的发送时间上还连接于预留询问4的发 送和预留询问4的确认5的接收。这在图5中相应地通过箭头表明的时间 方向示出。

通过双线表明的数据流6在点状的区域6中更准确地示出。该数据流 由各个数据包7构成，所述数据包以特定的时间顺序、例如125μs发送。

在代表数据流6的方框中，将发送器T的数据包用数字1、2、3至n 顺序编号。数据流6的传输(即数据流的通讯连接)刚好经由交换器Sx 进行，所述交换器也将预留询问4转发给接收器L并且在此确认为了传输 期望的质量而提供的资源。

因此，数据包7作为具有保证的传输时间的数据包(AVB数据包) 发送并且在保证的传输时间之后在接收器L中可用。根据本发明提出的通 讯网络1完全能够也执行所述标准方法。

如能够在图1中得出，当然在预留询问4启动之后启动发送原本的数 据流6之前经过典型大于100ms至几秒的显著的时间，因为必须等待经由 一个或多个交换器SX将预留询问4传输至接收器L，所述接收器然后才 在其方面在通过交换器Sx正面确认的资源中确认并且在所述发送器启动 原本的数据传输之前，在通讯网络1中将预留询问4的相应的确认5经由 网络发送回发送器T。

这在实时临界的数据中和/或也在启动通讯网络1中在设置通讯网络 1至用于数据传输准备就绪而持续一段时间期间是不利的，在启动通讯网 络中必须将所述实时关键的数据作为用于设置网络的配置数据来传输，其 中所述持续的一段时间例如在应用机动车中的应用中不总是以该形式提 供。

因此，本发明补充地提出一种用于传输数据的方法，所述方法能够在 所选择的、尤其实时临界的数据中应用。该方法下面参考图2详细描述。

所基于的面向包的通讯网络1是已经参考图1阐述的通讯网络1，使 得在此不用重新描述网络用户2(发送器T、交换器SX、接收器L)。

除了用于传输具有保证的传输时间的数据包7的上述方法，在以太网 AVB网络中能够在任何时候发送所谓的背景数据流量，即发送没有数据包 8的保证的传输时间的所传递的数据包8。本发明利用该可行性并且提出： 为必须尤其快速传输的所选择的数据将数据流6标记为没有保证的传输时 间的数据包8(背景数据包)，即使由于寻求尤其快速的数据传输本身需要 协商特殊的质量。

为此，单体IEEE 1722或IEEE 1733传输协议，例如能够确定用于数 据的其他的传输协议。替选地，也还能够通过设定特定的标识符(标记) 在IEEE 1722/IEEE 1733传输协议的范围内在数据包8的报头中确定其不 是需要预留的AVB数据流量，即不是具有数据包7的保证的传输时间的 传输。这在保持以太网AVB标准的情况下能够通过专用的VLAN ID或者 例如多点传送发送器地址定义来进行。

作为网络用户或节点2结合到通讯网络1中的电子控制设备(ECU) 优选通过静态的预配置公布：对于报头中具有该标识符的数据包8而言不 需要预留以便转发或发送或接收数据流量。为此，在网络用户2、尤其交 换器Sx中、例如在表格中或在其他适合的存储区域中存储事先限定的标 识符并且限定动作。发送器T因此能够立即传输或发送具有这样标记的数 据包8的数据流，其中该数据包通过通讯连接的交换器Sx也立即朝接收 器L转发。

因为在该传输中不协商数据包8的保证的传输时间，所以例如能够以 一定的延迟开始传输并且在传输进行中也改变没有传输保证的传输时间 的数据包8的时间间隔。这在图2中通过第一数据包8在遇到数据流6的 情况下的相对大的间隔来示出。当交换器Sx识别数据中的标识符并且优 选转发相应标识的数据包时，以能够造成这种延迟。

为了消除该不确定性并且使用其中发送具有保证的传输时间的数据 包7的以太网AVB标准或者类似的标准的优点，时间上紧随数据流6启 动通过发送器再发送预留询问4，根据常规的预留询问4通过交换器Sx 接收、检查所述预留询问并且在可以提供所要求的资源的情况下转发给接 收器L。所述接收器检查器是否希望接收数据流，并且在正面结束的检查 之后向回发送预留询问4的确认5。所述确认在交换器Sx中接收，所述 交换器由于直接遇到数据流6而已经存在没有保证的传输时间的数据包8 并且被转发给接收器L，其中数据流6的数据包8和预留询问的确认5的 认证能够经由与数据流6相关联的认证来识别。

因此，交换器Sx对此过渡至：一旦在交换器Sx中存在预留询问4 的相应的确认5，没有以保证的传输时间接收的数据包8再声明为具有保 证的传输时间的数据包7。在图2中，该过程对于由还由发送器T作为没 有保证的传输时间的数据包发送的第二数据包是这种情况。

此外，交换器SX将预留询问2的确认5转发给接收器T，所述接收 器在发送数据流6的第三数据包之前获得所述确认。因此，所述数据包同 样作为具有保证的传输时间的数据包7发送。自该时间点起，传输又类似 于正常的以太网AVB标准进行，其中数据的传输借助所提出的方法整体 上是更快速的，因为取消在图1中示出的直到发送数据流6启动时的等待 时间。

替选地，根据本发明当然能够提出：将以太网AVB标准调节成，使 得数据同样表示为具有保证的传输时间的数据包8并且尽管如此在获得对 预留询问4的确认消息5之前能够进行数据的发送。根据前述情况，然后 在获得预留询问4的确认5之后保证在整个传输路径上的数据质量。

由此能够尤其在重新启动(启动)通讯网络1的情况下尤其快速地传 输时间临界的数据，其中在传输过程启动时根据本发明并行地进行数据的 传输和本身寻求的服务质量的预留。

对此尤其有利的是，通讯网络1至少对于在这种情况下通常出现的通 讯路径静态地被预配置，因为然后当还不能够保证服务质量时，优选处理 没有保证的传输时间的数据包8是可行的。