CN111385061B - 车内通信的限定定时分析 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“车内通信的限定定时分析”。一种车辆以及用于在车辆内进行车辆通信的方法涉及用于传输消息的发送控制器以及用于接收消息的接收控制器。车辆包括一个或多个开关，用于将消息从发送控制器转发到接收控制器。发送控制器和一个或多个开关中的每个包括用于传输消息的出口端。处理器执行限定定时分析，以将消息从发送控制器传输至接收控制器期间的总等待时间确定为消息遇到的每个出口端处的每个出口端等待时间的总和。采取动作以避免或减轻传输期间的总等待时间超过消息的最后期限，并且限定定时分析包括执行迭代过程并确定下界(LB)、上界(UB)和中值。

Description

车内通信的限定定时分析
背景技术
本公开涉及车内通信的限定定时分析。
车辆(例如，汽车、卡车、建筑设备、农场设备、自动化工厂设备)通常包括多个控制器，这些控制器被称为电子控制单元(ECU)。ECU可在多跳网络配置中彼此通信，其中消息从传输ECU到接收ECU的传输可涉及使用一个或多个中间以太网开关来转发消息。因此，与传输ECU和每个中间开关相关联的每个出口端处的消息所经历的排队延迟可能使定时分析(即，确定发生消息的总延迟)复杂化。因此，希望提供车内通信的限定定时分析。
发明内容
在一个示例性实施方案中，车辆包括用于传输消息的发送控制器以及被配置为接收消息的接收控制器。车辆还包括一个或多个开关，该一个或多个开关被配置为将消息从发送控制器转发到接收控制器。发送控制器和一个或多个开关中的每个包括用于传输消息的出口端。处理器执行限定定时分析，以将消息从发送控制器传输至接收控制器期间的总等待时间确定为消息遇到的每个出口端处的每个出口端等待时间的总和。采取动作以避免或减轻传输期间的总等待时间超过消息的最后期限，并且限定定时分析包括执行迭代过程并确定下界(LB)、上界(UB)和中值。
除本文所述的特征中的一个或多个之外，处理器为发送控制器、接收控制器或第三控制器的一部分。
除本文所述的特征中的一个或多个之外，处理器确定下界(LB)和上界(UB)的初始值。
除本文所述的特征中的一个或多个之外，处理器被配置为将迭代过程中的每次迭代的中值计算为：
Figure BDA0002092039930000021
除本文所述的特征中的一个或多个之外，处理器被配置为将迭代过程中的每次迭代的给定第j个出口端的出口端等待时间wi,j的初始值计算为：
Figure BDA0002092039930000022
其中
i为消息的索引，Ti为消息的周期，并且Ci为消息的每次传输的传输时间。
除本文所述的特征中的一个或多个之外，基于计算得出的迭代的中值等于计算得出的迭代的出口端等待时间wi,j的初始值，将消息的出口端等待时间wi,j确定为中值。
除本文所述的特征中的一个或多个之外，基于计算得出的迭代的中值不等于计算得出的迭代的出口端等待时间wi,j的初始值，在迭代过程中的下一次迭代之前调整下界(LB)或上界(UB)的初始值。
除本文所述的特征中的一个或多个之外，避免传输期间的总等待时间超过消息的最后期限的动作包括在用于转发消息的一个或多个开关中的一个处丢弃队列中在消息之前的另一个消息。
除本文所述的特征中的一个或多个之外，减轻传输期间的总等待时间超过消息的最后期限的动作包括降低通过消息的通信提供的车辆的服务的服务级别。
除本文所述的特征中的一个或多个之外，接收控制器基于消息控制车辆的操作。
在另一个示例性实施方案中，用于在车辆中进行车内通信的方法包括从车辆的发送控制器传输消息，以便由接收控制器接收；以及使用一个或多个开关在发送控制器和接收控制器之间转发消息。发送控制器和一个或多个开关中的每个包括用于传输消息的出口端。该方法还包括执行限定定时分析，以将消息从发送控制器传输至接收控制器期间的总等待时间确定为消息遇到的每个出口端处的每个出口端等待时间的总和。执行限定定时分析包括执行迭代过程以及确定下界(LB)、上界(UB)和中值。采取动作以避免或减轻传输期间的总等待时间超过消息的最后期限。
除本文所述的特征中的一个或多个之外，执行限定定时分析由发送控制器、接收控制器或第三控制器完成。
除本文所述的特征中的一个或多个之外，该方法还包括确定下界(LB)和上界(UB)的初始值。
除本文所述的特征中的一个或多个之外，该方法还包括将迭代过程中的每次迭代的中值计算为：
Figure BDA0002092039930000031
除本文所述的特征中的一个或多个之外，该方法还包括将迭代过程中的每次迭代的给定第j个出口端的出口端等待时间wi,j的初始值计算为：
Figure BDA0002092039930000032
其中
i为消息的索引，Ti为消息的周期，并且Ci为消息的每次传输的传输时间。
除本文所述的特征中的一个或多个之外，该方法还包括基于计算得出的迭代的中值等于计算得出的迭代的出口端等待时间wi,j的初始值，将消息的出口端等待时间wi,j确定为中值。
除本文所述的特征中的一个或多个之外，该方法还包括基于计算得出的迭代的中值不等于计算得出的迭代的出口端等待时间wi,j的初始值，在迭代过程中的下一次迭代之前调整下界(LB)或上界(UB)的初始值。
除本文所述的特征中的一个或多个之外，采取动作以避免传输期间的总等待时间超过消息的最后期限包括在被配置为转发消息的一个或多个开关中的一个处丢弃队列中在消息之前的另一个消息。
除本文所述的特征中的一个或多个之外，采取动作以减轻传输期间的总等待时间超过消息的最后期限包括降低通过消息的通信提供的车辆的服务的服务级别。
除本文所述的特征中的一个或多个之外，该方法还包括接收控制器基于消息控制车辆的操作。
从以下结合附图的详细描述中，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见。
附图说明
其他特征、优点和细节仅以示例的方式显示在以下详细描述，该详细描述参考以下附图，其中：
图1为根据一个或多个实施方案的车辆的框图，该车辆包括用于执行车内通信的限定定时分析的***；
图2示出了根据一个或多个实施方案的用于执行限定定时分析的示例性车内通信；
图3为根据一个或多个实施方案的执行车内通信的限定定时分析的方法的处理流程；并且
图4示出了根据一个或多个实施方案的用于讨论车内通信的限定定时分析的方面的示例性业务流。
具体实施方式
以下描述在本质上仅为示例性的，并非旨在限制本公开、其应用或用途。应当理解，在整个附图中，相应的附图标记指示类似的或对应的部件和特征。
如前文所述，车辆可包括彼此通信的多个ECU。例如，ECU可用于车辆的自动操作或用于增强的车辆***(例如，防撞、自适应巡航控制、自动制动)。为了控制一个或多个车辆操作，两个或更多个ECU可彼此通信。另外，如前文所述，车辆的ECU之间的通信可通过涉及使用以太网开关来转发消息的多跳网络。因此，传送消息的总时间必须考虑发送ECU和接收ECU之间与传输ECU和每个以太网开关相关联的排队延迟。
由ECU交换的许多消息可具有最后期限，使得确定端到端延迟(即，消息在发送ECU和接收ECU之间行进的总时间)是确定是否满足最后期限的重要方面。如果不满足或将不满足最后期限，则发送ECU或不同的控制器可采取若干动作中的一项。动作可取决于消息涉及的车辆操作的类型(例如，信息娱乐***、安全***)。一个示例性动作是通知操作员(例如，驾驶员)与消息相关联的服务已经降级或不可用。该动作可适用于与信息娱乐或其他非关键***相关联的消息。另一个示例性动作是丢弃其他消息以减少与特定消息的传递相关联的延迟。该动作可适用于具有相对高的优先级的消息。确定端到端延迟的现有方法(即，执行定时分析)涉及使用递归公式。因此，限定执行时间以执行定时分析是困难的。本文详述的***和方法的实施方案涉及车内通信的限定定时分析。将进一步详细介绍基于伪二进制搜索的定时分析技术。
根据一个示例性实施方案，图1为车辆100的框图，该车辆100包括用于执行车内通信的限定定时分析的***。图1所示的车辆100为汽车101。示例性车辆100包括一组ECU110-1至110-n(通常称为110)和以太网开关120-1至120-x(通常称为120)。车辆100还可包括一个或多个传感器130(例如，雷达***、激光雷达***和相机)。一个或多个ECU 110可处理来自传感器130的数据。此外，ECU 110可执行自动驾驶或控制车辆100的操作的各个方面(例如，制动、转向)。虽然图1中示出了ECU 110、以太网开关120和传感器130的示例性位置，但是根据一个另选的实施方案，任何部件的位置和相对布置可以不同。ECU 110可包括处理电路和其他部件。ECU 110的处理电路可包括专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享、专用或组)以及执行一个或多个软件或固件程序的存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他合适的部件。
图2示出了根据一个或多个实施方案的针对其执行限定定时分析的示例性车内通信。传输ECU 110-T和接收ECU 110-R示出为具有三个中间以太网开关120-1、120-2和120-3。ECU 110和以太网开关120可共享用于通信的总线210，而非出于说明目的所示的那样互连。指示以太网开关120-3内的消息队列。消息M-1至M-x按优先级排列，使得M-1为以太网开关120-3的出口端的最高优先级的消息，并且M-x为消息队列中的最低优先级的消息。来自ECU 110-T→120-1→120-2→120-3→110-R的路径为示例性消息(例如，M-2)的一个示例性路径，但是其他消息可采用不同的路径。例如，在以太网开关120-3的队列中示出的消息可采用不同的路径，使得例如M-1可被发送到不同的以太网开关120或ECU 110而不是ECU110-R。
ECU 110-T和ECU 110-R之间的消息(例如，M-2)的总等待时间可以被指定为wk。给定的第i个消息的总等待时间wk为消息遇到的每个j出口端的出口端等待时间wi,j的总和(即，ECU 110-T处的等待时间以及ECU 110-T和ECU 110-R之间的每个以太网开关120)。在图2所示的示例性情况中，总等待时间wk必须考虑ECU 110-T的出口端的排队延迟(即，出口端等待时间wi,j)至以太网开关120-3的出口端的排队延迟。即，每个排队延迟可被表示为wi,j，其中i为给定消息的索引，并且j为给定出口端的索引。如前文所述，先前使用递归计算来确定总等待时间wk。如参考图3所详述，根据一个或多个实施方案限定确定总等待时间wk的过程。具体地，上界(UB)和下界(LB)用于收敛于总等待时间wk。
图3为根据一个或多个实施方案的执行车内通信的限定定时分析的方法的处理流程300。处理流程300可在发送消息的ECU 110处执行，或者在中央ECU 110处执行，该ECU110可不参与通信本身，但是确定车内通信的延迟。根据一个另选实施方案，多于一个ECU110也可执行这些处理。如本文所详述，对于正在计算总等待时间wk的消息(即，索引i)所遍历的每个端口(即，每个索引j)，在每个框处执行处理，除框340处的处理和框345处的处理的一部分之外。在框310处，设置LB和UB的初始值包括将LB的初始值设置为清除总线210并且在消息之间重置所花费的已知时间。可使用来自以下公式的现有上界分析技术获得(在框310)特定消息(索引i)和出口端120(索引j)的上界UB的初始值：
Figure BDA0002092039930000061
Figure BDA0002092039930000062
Figure BDA0002092039930000063
Figure BDA0002092039930000064
在公式中，Ci为第j个出口端120处第i个消息的传输时间。具有索引k<i的消息的优先级大于消息i的优先级。公式3中的总线带宽为总线210的带宽。
在框320处，计算中值和出口端等待时间wi,j包括实现以下公式：
Figure BDA0002092039930000071
/>
Figure BDA0002092039930000072
在公式6中，i为消息的索引，Ti为消息的周期(即，消息必须重复的频率)。在框330处，检查出口端等待时间wi,j(在公式6中)是否被计算为与中值(在公式5中)相同。如果是，则处理包括在框340处将中值提供为出口端等待时间wi,j。
如果框330处的检查确定计算得出的出口端等待时间wi,j与计算得出的中值不相同，则在框350处再次检查出口端等待时间wi,j是否小于中值。如果计算得出的出口端等待时间wi,j小于中值(在框350处)，则在框360处将上界(UB)设置为出口端等待时间wi,j的值，并且在框320处执行另一次迭代，该迭代从计算中值和出口端等待时间wi,j开始。如果计算得出的出口端等待时间wi,j不小于中值(在框350处)，则在框370处计算在中值之前释放的消息的最后完成时间θ。参考图4进一步讨论最后完成时间θ。在框380处，检查最后完成时间θ是否大于中值(在框320处计算得出)。如果最后完成时间θ大于中值，则在框390处将上界(UB)设置为中值，并且在框320处，从计算中值和出口端等待时间wi,j开始执行另一次迭代。如果最后完成时间θ不大于中值，则在框385处将下界(LB)设置为出口端等待时间wi,j，并且在框320处，从计算中值和出口端等待时间wi,j开始执行另一次迭代。
一旦获得了介于通信ECU 110之间所有出口端(即，传输ECU 110和中介以太网开关120)的出口端等待时间wi,j(在框340处)，则计算每个出口端(即，每个j)的出口端等待时间wi,j的总和(在框340处)，以获得消息(即，针对相关i)的总等待时间wk。在框345处，避免或减轻延迟是指如果总等待时间wk不符合给定消息的最后期限，则可以采取动作。如前文所述，消息可与最后期限相关联，使得总等待时间wk有助于确定消息是否将在最后期限内到达接收者ECU 110。例如，给定消息的最后期限可以基于其优先级。另外，如前文所述，总等待时间wk不满足最后期限的指示可导致通知或其他动作。在框345处避免延迟包括修改消息队列(例如，丢弃一个或多个其他消息)以确保满足最后期限。在框345处减轻延迟，降低了通过消息提供的服务的级别。如果消息在最后期限内到达接收者ECU 110，如图3所示的过程所确定的，消息可用于控制车辆的操作的方面(例如，防撞、自动制动、信息娱乐)或车辆的自动操作。
图4示出了根据一个或多个实施方案的用于讨论车内通信的限定定时分析的方面的示例性出口端的示例性业务流。具体地，利用图4所示的示例性消息M1、M2、M3和M4来说明最后完成时间θ的确定。图4中的表格表示每个消息的周期Ti和每个消息的传输时间Ci。示例性中值为5.1。时间值(Ti、Ci、中值)可为任何时间单位，诸如例如毫秒(ms)。如果不存在任何其他消息(即，如果不存在需要考虑的队列)，则该表的最后一列表示每个消息的传输时间。仅示出中值5.1之前的传输时间。因此，例如，针对消息M4，除0之外，未示出7，该消息的周期为7。相反，仅示出0，因为它在中值5.1之前。
根据该信息，可导出图4底部所示的时间线。基本上，最后一列中列出的最后(即，粗体)传输时间为每个消息的目标时间，但是由于干扰消息M1的传输，消息M2可以不在时间4处传输，并且由于干扰消息M2的传输，消息M3可以不在时间5处传输。相反，在消息M1的传输时间之后传输消息M2，并且在消息M2的传输时间之后传输消息M3。如图4所示，所有消息均由6.5传输。这是示例性情况的最后完成时间θ的值。
虽然已经参考示例性实施方案描述了以上公开，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离其范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物替换其元件。此外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本公开的教导内容。因此，本公开并非旨在限制所公开的特定实施方案，而是将包括落在其范围内的所有实施方案。

Claims (10)

1.一种车辆，包括：
发送控制器，所述发送控制器被配置为传输消息；
接收控制器，所述接收控制器被配置为接收所述消息；
一个或多个开关，所述一个或多个开关被配置为将所述消息从所述发送控制器转发至所述接收控制器，其中，所述发送控制器和所述一个或多个开关中的每个包括用于传输所述消息的出口端；和
处理器，所述处理器被配置为执行限定定时分析，以将所述消息从所述发送控制器传输至所述接收控制器期间的总等待时间确定为所述消息遇到的所述出口端中的每个处的每个出口端等待时间的总和，其中，采取动作以避免或减轻传输期间的总等待时间超过所述消息的最后期限，并且所述限定定时分析包括执行确定总等待时间的下界(LB)、上界(UB)和中值的迭代过程。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述处理器为所述发送控制器、所述接收控制器或第三控制器的一部分，并且所述接收控制器基于所述消息来控制所述车辆的操作。
3.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述处理器被配置为确定所述下界(LB)和所述上界(UB)的初始值，所述处理器被配置为将所述迭代过程中的每次迭代的所述中值计算为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，
所述处理器被配置为将所述迭代过程中的每次迭代的给定第j个所述出口端的所述出口端等待时间wi,j的初始值计算为：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
i为所述消息的索引，Ti为所述消息的周期，并且Ci为所述消息的每次传输的传输时间，基于计算得出的所述迭代的所述中值等于计算得出的所述迭代的所述出口端等待时间wi,j的所述初始值，将所述消息的所述出口端等待时间wi,j确定为所述中值，并且基于计算得出的所述迭代的所述中值不等于计算得出的所述迭代的所述出口端等待时间wi,j的所述初始值，在所述迭代过程中的下一次迭代之前调整所述下界(LB)或所述上界(UB)的所述初始值。
4.根据权利要求1所述的车辆，其中，避免传输期间的所述总等待时间超过所述消息的所述最后期限的所述动作包括在被配置为转发所述消息的所述一个或多个开关中的一个处丢弃队列中在所述消息之前的另一个消息。
5.根据权利要求1所述的车辆，其中，减轻传输期间的所述总等待时间超过所述消息的所述最后期限的所述动作包括降低通过所述消息的通信提供的所述车辆的服务的服务级别。
6.一种用于在车辆中进行车内通信的方法，所述方法包括：
从所述车辆的发送控制器传输消息，以便由接收控制器接收；
使用一个或多个开关在所述发送控制器和所述接收控制器之间转发所述消息，其中，所述发送控制器和所述一个或多个开关中的每个包括用于传输所述消息的出口端；
执行限定定时分析，以将所述消息从所述发送控制器传输至所述接收控制器期间的总等待时间确定为所述消息遇到的所述出口端中的每个处的每个出口端等待时间的总和，其中，所述执行所述限定定时分析包括执行确定总等待时间的下界(LB)、上界(UB)和中值的迭代过程；以及
采取动作以避免或减轻传输期间的所述总等待时间超过所述消息的最后期限。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括所述接收控制器基于所述消息控制所述车辆的操作，其中所述执行所述限定定时分析由所述发送控制器、所述接收控制器或第三控制器完成。
8.根据权利要求6所述的方法，还包括确定所述下界(LB)和所述上界(UB)的初始值，将所述迭代过程中的每次迭代的所述中值计算为：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，
将所述迭代过程中的每次迭代的给定第j个所述出口端的所述出口端等待时间wi,j的初始值计算为：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
i为所述消息的索引，Ti为所述消息的周期，并且Ci为所述消息的每次传输的传输时间，基于计算得出的所述迭代的所述中值等于计算得出的所述迭代的所述出口端等待时间wi,j的所述初始值，将所述消息的所述出口端等待时间wi,j确定为所述中值，并且基于计算得出的所述迭代的所述中值不等于计算得出的所述迭代的所述出口端等待时间wi,j的所述初始值，在所述迭代过程中的下一次迭代之前调整所述下界(LB)或所述上界(UB)的所述初始值。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述采取所述动作以避免传输期间的所述总等待时间超过所述消息的所述最后期限包括在被配置为转发所述消息的所述一个或多个开关中的一个处丢弃队列中在所述消息之前的另一个消息。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述采取所述动作以减轻传输期间的所述总等待时间超过所述消息的所述最后期限包括降低通过所述消息的通信提供的所述车辆的服务的服务级别。
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