CN109263581A - 一种用于无人驾驶车辆的实时通信控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于车辆无人驾驶领域，公开了一种用于无人驾驶车辆的实时通信控制方法，每个实时以太网智能通信节点通过单对双绞线和交换机互连，构成实时以太网车载网络；网络中至少存在一个实时以太网智能节点为主节点，在每个通信周期内通过单播请求帧轮序各个实时以太网智能节点，协调各个从站，分配总线使用权，实现实时通信；其余配置为从节点，每个节点有唯一的节点号；从节点在收到主节点发送来的请求帧发送一个回复帧，把自己需要发送的数据广播到网络上。本发明网络中的每个节点都会有一次收取/发送数据，即使面对不断增加的车载传感器，也不会降低其实时性，适应未来无人驾驶车辆的发展趋势。

Description

一种用于无人驾驶车辆的实时通信控制方法

技术领域

本发明属于车辆无人驾驶领域，尤其涉及一种用于无人驾驶车辆的实时通信控制方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：

业内常用的现有技术包括：LIN总线、CAN总线、FLERAY总线、MOST总线；LIN总线网络为单个主节点和多个从节点构成，可连接节点数少，信号无需仲裁，依靠标识符判断，标识符长度长，速率最高达20kbps，传输距离短；CAN总线网络为多个节点构成，采用仲裁方式通信，可连接节点数较多，实时性低，速率最高达1Mbps；FLERAY总线和MOST总线都是采用时间触发的通信方式，实时性高，实现较复杂，成本高，目前应用相对较少；CAN总线的性能稳定和价格便宜，现有技术成熟，所以业内常以CAN总线作为车载网络***，常常与LIN总线配合使用。

随着汽车电子技术的快速发展，未来的汽车发展将向着主动安全与智能驾驶及最终实现无人驾驶的方式转变。无人驾驶是通过计算机技术、电子通信技术、传感技术等集环境感知、实时控制和精准执行等环节基础上的跨行业、跨学科的综合技术，同时代表着一个国家的科研实力和工业现代化，是加速经济的发展，推进工业现代化步伐的关键一环，有着重要的战略意义。

但是现有的主流车载通信总线却限制着无人驾驶的进程，即使不断的改进，通过多个LIN结合CAN的通信方式解决了大量数据高速通信的需要，其优先权仲裁的传输机制存在严重的滞后性，通信周期内优先权较低的信号在通信周期被高优先权的不断的后置，实时性得不到保障，会造成无法挽回的灾难性后果，对生命安全是极大的威胁。

综上所述，现有技术存在的问题是：

现有技术中，总线“空闲”或“繁忙”状态未知，容易发生冲突，造成信号的错误；

当错误信号产生后，会重新发送，大量占用总线资源，甚至造成堵塞；

(2)采用优先权仲裁的传输机制存在严重的滞后性，数据得不到有效的传输；

(3)面对不断增多的车载传感器，数据量不断递增，实时性不断衰减；

(4)网络中可连接节点数少，传输速率低；

(5)现有技术中实时性高，性能较优的总线成本高，应用领域受限。

解决上述技术问题的难度和意义：

难度在于：上述技术问题的根本原因在于自身的局限性。由于早期总线通信的开发内容是为早期的有人驾驶服务的，只需满足车载电器的传输即可，无需考虑辅助驾驶和实时性，其硬件电路设计较为简单，网络节点数受到物理特性的限制；软件协议受限，无法实现更新迭代；如果要进行二次开发，其提升也是收益甚微的，并不能满足未来无人车辆的需求，故需要寻求一种新的通信架构。

解决现有技术后带来的意义：

使得车载实时以太网在车载网络通信领域的应用更近一步，推动了车载实时以太网在无人车辆的应用和不断完善。车载实时以太网性能优异，具有通信强实时性，传输速率高，可接入节点多，架构实现简单，面对众多车型适应性高，成本低等特点，满足现阶段智能辅助驾驶的通信需求，更可通过不断的更新迭代满足无人驾驶的苛刻的通信条件。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于无人驾驶车辆的实时通信控制方法。本发明以提高***中网络通信的实时性，确保在每个周期中每个信号能在传输周期内不互相冲突，有序传输，并且都能至少接收/发送一次，保障了通信的实时性实现，满足无人驾驶车辆对复杂环境感知的通信需求。

本发明是这样实现的，一种用于无人驾驶车辆的实时通信控制方法，网络由多个实时以太网智能通信节点构成，每个实时以太网智能通信节点通过单対双绞线和交换机实现互连，构成实时以太网车载网络；网络中至少存在一个实时以太网智能节点为主节点，再每个通信周期内通过单播请求帧轮序各个实时以太网智能节点，从而协调各个从站，合理分配总线使用权，避免冲突，实现实时通信；其余配置为从节点，每个节点有唯一的节点号，以“1”为起始编号，用来区分网络中的设备，同时降低编写程序的复杂性；从节点在收到主节点发送来的请求帧会发送一个回复帧，即把自己需要发送的数据广播到网络上。

进一步，所述实时以太网智能通信节点为可搭载实时以太网协议的控制器，多节点互连构成实时以太网车载网络，是控制方法实现的载体，用于整车的控制通信。

进一步，所述主节点为通过实时以太网协议配置为具有协调通信功能的实时以太网智能节点；主节点在每次通信周期都会向网络上的其它实时以太网智能节点单播一个请求帧，轮询网络上实时以太网智能节点，有效的协调各个实时以太网智能节点合理的使用总线，避免了传输信号的冲突和省略总线冲突检测的时间，增强了实时性和稳定性。

进一步，所述单播为主节点发送的请求帧的接收方式，请求帧包含了编号信息；网络上的每个从节点都有对应的编号，当主节点发过来请求帧时，只有编号一致的节点才接收请求帧，其它节点不接收；从节点接收到请求帧后，随后将回复帧广播到网络上，网络上的数据有序的传输。

进一步，所述广播为从节点接收到主节点发过来的请求帧后上传到网络上的回复帧，该帧没有指定的编号，无需对应的节点接收，网络上的每个节点都可以接收。

进一步，所述回复帧为实时以太网智能节点采集到的车上传感器上数据，并传到网络上，为每个节点提供数据信息，感知外部环境，实现对整车的控制。

进一步，所述从节点为实时以太网智能节点，每个节点有唯一的节点号，以“1”为起始编号，用来区分网络中的设备，同时降低编写程序的复杂性，节点数最多不超过“239”；此类节点不具备协调控制能力，只承担数据的接收和发送，且只有在接收到请求帧后才发送数据到网络上，即回复帧。

进一步，所述请求-回复就完成了一次信息交互，以此类推，扫描完网络中的所有节点，即一个通讯周期。网络中的每个节点都会有一次收取/发送数据，而且不会与其他设备互相冲突，保证了信息传输的实时性和准确性。

本发明的另一目的在于提供一种实现所述用于无人驾驶车辆的实时通信控制方法的计算机程序。

本发明的另一目的在于提供一种终端，所述终端至少搭载实现所述用于无人驾驶车辆的实时通信控制方法的控制器。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的用于无人驾驶车辆的实时通信控制方法。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

本发明利用主节点控制，对总线进行有序的使用，总线状态可控，避免了信息的冲突，大大减少了信息的出错率；

本发明利用主节点控制，网络中的通信节点可灵活接入，且不影响其它节点的正常使用和不破坏网络的稳定性，节点数最多可接入239个，是现有总线的几十倍，性能优越；

本发明的通信方式可支持不同的总线拓扑方式，如总线型，星形、总线星形混合型，总线拓扑方式多样。

本发明摒弃了仲裁的裁决方式，缩短了信息交互时间，大大提高了实时性，同时降低了硬件成本；

本发明的通信速率最低可为10M,最高可达千兆级别，是普通总线的十几倍甚至几百倍；

本发明网络中的每个节点都会有一次收取/发送数据，即使面对不断增加的车载传感器，也不会降低其实时性，适应未来无人驾驶车辆的发展趋势。

与现有技术对比，有着较强的优势，如下表所示：

附图说明

图1是本发明实施例提供的用于无人驾驶车辆的实时通信控制方法流程图。

图2是本发明实施例提供的用于无人驾驶车辆的实时通信控制***图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

现有技术中，总线“空闲”或“繁忙”状态未知，容易发生冲突，造成信号的错误。

下面结合具体分析对本发明的应用作进一步描述。

本发明实施例提供的用于无人驾驶车辆的实时通信控制方法中，网络由多个实时以太网智能通信节点构成，每个实时以太网智能通信节点通过单対双绞线和交换机实现互连，构成实时以太网车载网络；网络中至少存在一个实时以太网智能节点为主节点，再每个通信周期内通过单播请求帧轮序各个实时以太网智能节点，从而协调各个从站，合理分配总线使用权，避免冲突，实现实时通信；其余配置为从节点，每个节点有唯一的节点号，以“1”为起始编号，用来区分网络中的设备，同时降低编写程序的复杂性；从节点在收到主节点发送来的请求帧会发送一个回复帧，即把自己需要发送的数据广播到网络上。主从实时以太网智能通信节点***框图如图2所示，实时通信的传输控制方法如图1所示。

所述实时以太网智能通信节点为可搭载实时以太网协议的控制器，多节点互连构成实时以太网车载网络，是控制方法实现的载体，用于整车的控制通信。

所述主节点为通过实时以太网协议配置为具有协调通信功能的实时以太网智能节点；主节点在每次通信周期都会向网络上的其它实时以太网智能节点单播一个请求帧，轮询网络上实时以太网智能节点，有效的协调各个实时以太网智能节点合理的使用总线，避免了传输信号的冲突和省略总线冲突检测的时间，增强了实时性和稳定性。

所述单播为主节点发送的请求帧的接收方式，请求帧包含了编号信息；网络上的每个从节点都有对应的编号，当主节点发过来请求帧时，只有编号一致的节点才接收请求帧，其它节点不接收；从节点接收到请求帧后，随后将回复帧广播到网络上，网络上的数据有序的传输。

所述广播为从节点接收到主节点发过来的请求帧后上传到网络上的回复帧，该帧没有指定的编号，无需对应的节点接收，网络上的每个节点都可以接收。

所述回复帧为实时以太网智能节点采集到的车上传感器上数据，并传到网络上，为每个节点提供数据信息，感知外部环境，实现对整车的控制。

所述从节点为实时以太网智能节点，每个节点有唯一的节点号，以“1”为起始编号，用来区分网络中的设备，同时降低编写程序的复杂性，节点数最多不超过“239”；此类节点不具备协调控制能力，只承担数据的接收和发送，且只有在接收到请求帧后才发送数据到网络上，即回复帧。

所述请求-回复就完成了一次信息交互，以此类推，扫描完网络中的所有节点，即一个通讯周期。网络中的每个节点都会有一次收取/发送数据，而且不会与其他设备互相冲突，保证了信息传输的实时性和准确性。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于无人驾驶车辆的实时通信控制方法，其特征在于，所述用于无人驾驶车辆的实时通信控制方法包括：

每个实时以太网智能通信节点通过单对双绞线和交换机互连，构成实时以太网车载网络；

网络中至少存在一个实时以太网智能节点为主节点，在每个通信周期内通过单播请求帧轮序各个实时以太网智能节点，协调各个从站，分配总线使用权，实现实时通信；

其余配置为从节点，每个节点有唯一的节点号，以1为起始编号，区分网络中的设备；从节点在收到主节点发送来的请求帧发送一个回复帧，把自己需要发送的数据广播到网络上。

2.如权利要求1所述的用于无人驾驶车辆的实时通信控制方法，其特征在于，网络由多个实时以太网智能通信节点构成；

所述实时以太网智能通信节点为搭载实时以太网协议的控制器，多节点互连构成实时以太网车载网络，用于整车的控制通信。

3.如权利要求1所述的用于无人驾驶车辆的实时通信控制方法，其特征在于，所述主节点为通过实时以太网协议配置为具有协调通信功能的实时以太网智能节点；

主节点在每次通信周期向网络上的其它实时以太网智能节点单播一个请求帧，轮询网络上实时以太网智能节点，协调各个实时以太网智能节点合理的使用总线。

4.如权利要求1所述的用于无人驾驶车辆的实时通信控制方法，其特征在于，所述单播为主节点发送的请求帧的接收方式，请求帧包括编号信息；网络上的每个从节点都有对应的编号，当主节点发过来请求帧时，只有编号一致的节点才接收请求帧，其它节点不接收；从节点接收到请求帧后，随后将回复帧广播到网络上，网络上的数据有序的传输。

5.如权利要求1所述的用于无人驾驶车辆的实时通信控制方法，其特征在于，所述广播为从节点接收到主节点发过来的请求帧后上传到网络上的回复帧，所述回复帧没有指定的编号，无需对应的节点接收，网络上的每个节点均能接收。

6.如权利要求1所述的用于无人驾驶车辆的实时通信控制方法，其特征在于，所述回复帧为实时以太网智能节点采集到的车上传感器上数据，并传到网络上，为每个节点提供数据信息，感知外部环境，实现对整车的控制；

所述从节点为实时以太网智能节点，每个节点有唯一的节点号，以1为起始编号，用来区分网络中的设备，节点数不超过239；从节点承担数据的接收和发送，且只有在接收到请求帧后才发送数据到网络上。

7.如权利要求1所述的用于无人驾驶车辆的实时通信控制方法，其特征在于，网络中的每个节点均有一次收取/发送数据，不其他设备互相冲突。

8.一种实现权利要求1～7任意一项所述用于无人驾驶车辆的实时通信控制方法的计算机程序。

9.一种终端，其特征在于，所述终端至少搭载实现权利要求1～7任意一项所述用于无人驾驶车辆的实时通信控制方法的控制器。

10.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-7任意一项所述的用于无人驾驶车辆的实时通信控制方法。