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Die
Erfindung betrifft ein Steuergerät
für ein Kommunikationsnetz
mit Kommunikationsmitteln zum Empfangen und/oder Senden von zumindest
einer in dem Kommunikationsnetz gemäß einem Kommunikationsprotokoll
aufgebauten und übertragenen Botschaft,
die jeweils zumindest Nutzdaten aufweist, wobei die zumindest eine
Botschaft in eine generische Form überführt wird. Die Erfindung betrifft
weiterhin ein Kommunikationssystem, insbesondere zum Einsatz in
einem Kraftfahrzeug, mit zumindest einem derartigen Steuergerät. Ferner
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Steuergerätes der
oben genannten Art.
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Die
steigende Anzahl elektronisch realisierter Kraftfahrzeug-Steuerungsfunktionen
und deren zunehmende Kopplung untereinander, führen zu einer deutlich wachsenden
Komplexität
und zu entsprechenden Schwierigkeiten bei der Entwicklung und Beherrschung
der gesamten Fahrzeugelektronik. Die wachsende Komplexität solcher
Steuerungssysteme ist beispielsweise bedingt durch die Zunahme an
Systemfunktionen mit übergeordnetem
Charakter, wie z.B. Bordnetzmanagement, Systemdiagnose, Fahrzeugdatenspeicher
und dergleichen, sowie einem wachsenden Bedarf an weiteren Schnittstellen
für übergeordnete
Fahrzeugfunktionen. Zudem besteht der Wunsch, in Kraftfahrzeugen,
wie z.B. Personenkraftwagen, vermehrt Funktionalitä ten bezüglich Mobilität, Kommunikation,
Information, Sicherheit und Unterhaltung bereitzustellen. Hinzu kommen
die Tendenz zu immer mehr parallel zu entwickelnden Baureihen und
zur Verkürzung
der Entwicklungszeiten sowie die Forderung nach flexibler Reaktion
auf externe Marktanforderungen. Es ist daher wünschenswert, die elektronische
Infrastruktur von Kraftfahrzeugen zukünftig auf eine flexible, standardisierte
und offene Basis zu stellen, mit der solchen Entwicklungen in vertretbarem
Aufwand Rechnung getragen werden kann.
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Datenverarbeitungsgestützte elektronische Steuerungssysteme
haben sich in der Vergangenheit so entwickelt, dass jeder elektronisch
zu realisierenden Funktion ein eigenes Steuergerät zugeordnet wurde, wie z.B.
eines zur Motorsteuerung, eines für ein Anti-Blockier-System,
eines für
eine Türschließanlage
und/oder eine elektrische Wegfahrsperre etc. Diese einzelnen Steuergeräte werden
zu einem Steuergeräteverbund
(nachfolgend als Kommunikationsnetz bezeichnet) vernetzt, z.B. mittels
eines CAN-, MOST- oder FlexRay-Datenbusses, wobei es in einem solchen
herkömmlichen
Steuergeräteverbund
kaum, oder nur schwache, Wechselwirkungen zwischen den von den einzelnen
Steuergeräten
ausgeübten
Funktionen gibt. Diese Systemauslegung stellt damit physikalische
Steuergeräte
und nicht deren logische Funktionen in den Mittelpunkt.
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In
modernen Kraftfahrzeugen ist häufig
eine Mehrzahl an Kommunikationsnetzen anzutreffen, wobei diese sowohl
auf der gleichen als auch auf unterschiedlichen Technologien basieren
können.
Dabei besteht zunehmend der Wunsch bzw. das Erfordernis, Daten zwischen
den verschiedenen Kommunikationsnetzen bzw. deren Steuergeräten auszutauschen.
Um den Datenaustausch möglich
zu machen, sind spezielle Steuergeräte mit so genannter Gateway-Funktionalität bekannt,
mit deren Hilfe eine universelle Umsetzung von Daten zwischen verschiedenen
Kommunikationsnetzen vereinfacht realisiert werden kann. Derartige
Gateways oder Gateway-Steuergeräte stellen
damit Bindeglieder zwischen den Kommunikationsnetzen dar, welche
Daten und Ereignisse eines Kommunikationsnetzes zeitnah auf andere
Kommunikationsnetze transferieren. Die wesentliche Aufgabe besteht
dabei darin, kom munikationsprotokollspezifische Daten des einen
Kommunikationsnetzes in die kommunikationsprotokollspezifischen
Daten des anderen Kommunikationsnetzes umzusetzen. Neben einem Weiterleiten
von Botschaften (dem sog. Routen), welche kommunikationsprotokollspezifische
Daten und Nutzdaten aufweisen, kann im Gateway auch eine inhaltliche
Veränderung
der Nutzdaten vorgenommen werden.
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Die
Funktonalität
eines Gateways kann beispielsweise in einem herkömmlichen Steuergerät in Form
einer Software realisiert sein. Die Funktionalität kann auch von spezialisierten
Steuergeräten,
welche ausschließlich
für diesen
Zweck ausgebildet sind, übernommen
werden. Ebenso ist die Gateway-Funktionalität in Steuergeräte mit anderen
Primärfunktionen
integrierbar. Das Steuergerät,
dem die Rolle des Gateways zufällt,
ist dabei mit einem oder mehreren Kommunikationsnetzen eines Kommunikationssystems
verbunden, um die Daten zwischen den verschiedenen Kommunikationsnetzen
transferieren zu können.
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Für unterschiedliche
zu übertragende
Daten können
allgemein unterschiedliche Übertragungsmedien
und Bandbreiten notwendig sein. Die Inhalte werden im Rahmen von
Botschaften übertragen,
welche kommunikationsprotokollspezifische Daten und die Inhalte
umfassende Nutzdaten aufweisen. Demzufolge können in einem Kommunikationssystem mehrere
gleichartige Kommunikationsnetze (z.B. mit gleicher oder auch unterschiedlicher Übertragungstaktrate)
und/oder unterschiedliche Kommunikationsnetze gleichzeitig zum Einsatz
kommen.
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Die
derzeit im Einsatz befindlichen Gateway-Steuergeräte sind
prinzipiell dazu geeignet, Botschaften von einem Kommunikationsnetz
auf Botschaften eines anderen Kommunikationsnetzes zu übertragen.
Die Gateway-Funktionalität
wird unter Einbeziehung spezieller Kenntnisse eines Kommunikationsnetzes
und dessen Übertragungstechnologie realisiert
und jeweils entsprechend angepasst. Die unterschiedlichen Botschaften
sind dem Gateway-Steuergerät
vollständig
bekannt, inklusive sämtlicher
Eigenschaften zur Identifizierung der darin enthaltenen Daten. Weiterhin
müssen
herkömmliche Gateway-Steuergeräte über Informationen über die Art
und Weise des Auf- und Abbaus einer Kommunikationsverbindung zwischen
zwei oder mehreren Steuergeräten
verfügen.
Aufgrund der Vielzahl an unterschiedlichen Kraftfahrzeugen und Baureihen besteht
jedoch das Problem, dass in der Regel unterschiedliche Kommunikationsnetztypen,
-topologien und somit verschiedene kommunikationsnetzspezifische
Protokolle und Botschaften im Einsatz sind. Zur Umsetzung der Botschaften
benötigt
das Gateway-Steuergerät
dazu jeweils bus- und protokollspezifische Informationen. Dadurch
ergeben sich zwangsläufig
Anpassungen an neue Bussysteme und/oder Protokolle, wodurch ein
großer Änderungsaufwand
der Gateway-Steuergeräte
und eine damit einhergehende Fehlerquelle die Folge ist.
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Aus
der
US 6,334,081 B1 ist
ein Steuergerät für ein automobiles
Kommunikationsnetz bekannt, bei welchem die auf einer Busleitung übertragenen und
gemäß einem
busspezifischen Kommunikationsprotokoll aufgebauten Botschaften
in eine generische Form überführt werden.
Zum Umwandeln in eine generische Form werden hierbei fahrzeug- bzw.
steuergerätspezifische
Informationen berücksichtigt
und die von einem Steuergerät übertragenen
Daten durch Skalierung in eine für
eine Applikation lesbare generische Form gewandelt.
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Aus
der
DE 101 19 472
A1 ist ferner eine Schnittstelle für die Datenübertragung zwischen zwei Bussystemen
in einem Kraftfahrzeug bekannt. Aufgabe der Schnittstelle ist es,
Nachrichten von einem Bussystem in das zweite Bussystem bei voller
Interoperabilität
der Bussysteme zu ermöglichen.
Die Schnittstelle erlaubt es, an das zweite Bussystem anzuschließende Geräte ohne
Rücksicht
auf die Gegebenheiten des ersten Bussystems zu entwickeln. Ermöglicht wird
dies durch das Vorsehen von Klassifikationseinrichtungen zum Klassifizieren
der von einer Empfängereinrichtung
empfangenen Nachricht in eine von mehreren vorgegebenen Klassen.
Eine Übersetzungseinrichtung
dient dazu, anhand einer, für
jede Klasse vorgegebenen, Vorschrift eine Nachricht in eine auf
dem zweiten Bussystem zu sendende Nachricht zu übersetzen. Anhand der Klassifizierung
wird jede Nachricht entsprechend ihrem technischen Bedeutungsgehalt
umgesetzt.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Steuergerät für ein Kommunikationsnetz,
insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, anzugeben, welches
einen flexibleren Einsatz in sich starken Änderungen unterworfenen Kommunikationsnetzen
bzw. -systemen zulässt.
Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zum Betreiben eines derartigen Steuergerätes anzugeben.
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Diese
Aufgaben werden mit einem Steuergerät gemäß den Merkmalen des Patenanspruches
1, mit einem Kommunikationssystem gemäß den Merkmalen des Patentanspruches
15 sowie mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen
des Patentanspruches 18 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich jeweils aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Der
Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht in einer konsequenten
Trennung von übertragenen,
kommunikationsnetzspezifischen Botschaften und den in den Botschaften
enthaltenen Nutzdaten. Der Begriff der Nutzdaten ist dabei so zu verstehen,
dass diese auch eine „leere
Menge" enthalten
können,
so dass die Botschaft im Ergebnis lediglich kommunikationsprotokollspezifische
Informationen umfasst. Dies erleichtert die Anbindung neuer Kommunikationsnetze
mit ihren Regeln und Protokollen erheblich, da in universeller Weise
die Funktionen eines universellen Gateways genutzt werden können. Das
Steuergerät
mit Gateway-Funktionalität wird
dazu in mehrere logische Teileinheiten aufgeteilt, so dass eine
Trennung zwischen dem Informationsgehalt einer Botschaft und der
bzw. den diese Information übertragenen
Botschaften in dem Kommunikationsnetz realisiert ist. Die Kommunikation
im so genannten Gateway-Kern bzw. Gateway-Rechner des Steuergeräts erfolgt
unter Verwendung eindeutiger Nachrichtenschlüssel. Der Gateway-Kern benötigt deshalb
keine Kenntnis über
die Art und Weise, wie eine Botschaft in dem Kommunikationsnetz übertragen
und empfangen wird, sondern arbeitet mit abstrakten Nachrichten-Objekten.
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Bei
einem gattungsgemäßen Steuergerät sind deshalb
zur Überführung der
zumindest einen Botschaft, welche jeweils zumindest Nutzdaten aufweisen,
in eine generische Form Identifikationsmittel zum Identifizieren
der zumindest einen kommunikationsprotokollspezifischen Botschaft
(z.B. anhand deren Nutzdaten) und zum Wandeln in zumindest eine generische
Nachricht vorgesehen, die neben den unveränderten Nutzdaten der Botschaft
oder Botschaften einen eindeutigen Nachrichtenschlüssel aufweist. Ferner
sind Transformationsmittel zur weiteren Behandlung der generischen
Nachrichten anhand derer eindeutigen Nachrichtenschlüssel vorgesehen.
Nach der Übergabe
einer Nachricht an das Transformationsmittel, welches den oben erwähnten Gateway-Kern
bzw. Gateway-Rechner umfasst, erfolgt eine Kommunikation somit bevorzugt
unter Verwendung der eindeutigen Nachrichtenschlüssel, welche jeweils einer
Nachricht zugeordnet sind. Der Vorteil dieser Vorgehensweise besteht,
wie erläutert,
darin, dass das Transformationsmittel keine Kenntnis über die
Art der Botschaftsübertragung
in dem Kommunikationsnetz benötigt.
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Ein
derartiges Steuergerät
weist deshalb den besonderen Vorteil auf, dass das Behandeln von
generischen Nachrichten, die unveränderte Nutzdaten einer oder
mehrerer Botschaften umfassen, unabhängig davon erfolgen kann, von
welchem Kommunikationsnetz die identifizierte Botschaft stammt.
Das erfindungsgemäße Steuergerät kann deshalb
in einem Kommunikationssystem eingesetzt werden, welches eine Vielzahl
an technologisch unterschiedlichen Kommunikationsnetzen aufweist.
Dabei ist grundsätzlich
sichergestellt, dass eine Behandlung durch das erfindungsgemäße Steuergerät stattfindet. Zweckmäßigerweise
sind deshalb die Kommunikationsmittel dazu ausgebildet, Botschaften
von auf unterschiedlichen Protokollen arbeitenden Kommunikationsnetzen
zu empfangen und/oder zu senden. Die Kommunikationsmittel stellen
damit eine physikalische Verbindung zwischen dem erfindungsgemäßen Steuergerät und dem
einen oder den mehreren Kommunikationsnetzen her.
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Je
nach Übertragungstechnologie
eines Kommunikationsnetzes können
einzelne Botschaften, genauer die darin enthaltenen Nutzdaten, Segmente
einer Gesamtbotschaft darstellen. In einer Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung ist das Steuergerät
dazu ausgebildet, eine De-Segmentierung durchzuführen, bei der die Nutzdaten
mehrerer der Botschaften in einer generischen Nachricht zusammengefasst
werden und mit einem eindeutigen Nachrichtenschlüssel versehen werden. Das Steuergerät ist ferner
dazu ausgebildet, eine Segmentierung durchzuführen, bei der die Nutzdaten
einer generischen Nachricht auf mehrere kommunikationsprotokollspezifische
Botschaften aufgeteilt werden. Nachdem gemäß der Erfindung eine strikte
Trennung zwischen den Nachrichteninhalten (Nutzdaten) und der Übertragung
einer Botschaft vorgenommen wird, wird die Segmentierung bzw. De-Segmentierung
bevorzugt durch das Identifikationsmittel bewerkstelligt. Dies ist
deshalb vorteilhaft, da dieser Vorgang in unmittelbaren Zusammenhang
mit dem Erstellen bzw. Wandeln der generischen Nachricht steht.
Alternativ ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass die Funktionalität zur Segmentierung
und/oder De-Segmentierung in einer für das Identifikationsmittel
zugänglichen
Applikation integriert ist. Die Applikation kann hierbei in dem
Steuergerät
selbst oder in einer anderen Einrichtung des Kommunikationsnetzes
enthalten sein.
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Es
ist weiterhin bevorzugt, wenn das Identifikationsmittel und/oder
das Transformationsmittel das Timing der Botschaften im Falle des
Empfangs überwacht
und im Falle zu versendender Botschaften treibt.
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In
einer anderen Ausgestaltung weisen die Kommunikationsmittel Mechanismen
zum Auf- und/oder Abbau einer dedizierten Verbindung mit einem anderen
Steuergerät
oder mehreren anderen Steuergeräten
eines Kommunikationssystems, welches mehrere Kommunikationsnetze
umfasst, auf. Es kann sich hierbei beispielsweise um eine 1:1-Verbindung
handeln, bei der ein Steuergerät über das
erfindungsgemäße Steuergerät mit einem
anderen Steuergerät
kommuniziert. Es kann sich jedoch auch um eine 1:n oder auch um
eine n:1-Verbindung handeln, bei welcher die Inhalte einer oder
mehrerer Botschaften eines Steuergerätes über das erfindungsgemäße Steuergerät an mehrere
Steuergeräte übertragen
werden. In der zuletzt genannten Variante werden Informationen aus
Botschaften, welche von mehreren Steuergeräten stammen, an ein Steuergerät übertragen.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Transformationsmittel
zur Umsetzung der Nutzdateninhalte von einer generischen Nachricht
in eine andere generische Nachricht ausgebildet. Mit anderen Worten
bedeutet dies, dass der Nutzdateninhalt einer Nachricht transformiert
werden kann. Eine solche Transformation kann eine arithmetische
Rechenoperation, das Hinzufügen
zu den oder auch das Entfernen eines Teils der Nutzdaten umfassen.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Transformationsmittel
dazu ausgebildet, ein Routing einer generischen Nachricht nach für deren
Nutzlasten nachrichtenspezifisch definierten Regeln durchzuführen. So
können
beispielsweise durch Steuergeräte
eines Kommunikationsnetzes erfasste Informationen an Steuergeräte eines
anderen Kommunikationsnetzes weitergegeben werden, welche diese
zur be stimmungsgemäßen Ausführung ihrer Applikation
benötigen.
Das Routing nach gegebenenfalls erfolgter Transformation muss dabei
nicht notwendigerweise zwischen zwei unterschiedlichen Kommunikationsnetzen
erfolgen. So können
beispielsweise durch ein Steuergerät eines Kommunikationsnetzes
an das erfindungsgemäße Steuergerät übertragene
Nutzdaten in dem Transformationsmittel transformiert und an ein
Steuergerät
des gleichen Kommunikationsnetzes zurück übertragen werden.
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Für eine optimierte
Datenübertragung
weist das erfindungsgemäße Steuergerät ein Kontrollmittel zum
Steuern von Identifikationsmittel und Transformationsmittel auf.
So kann dieses Kontrollmittel über Kommandos
auf andere Komponenten des Steuergerätes zu Steuer- und Kontrollzwecken
einwirken.
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Ferner
kann ein Distributionsmittel vorgesehen sein, das einen Kommunikations-Dienst zwischen dem
Identifikationsmittel, dem Transformationsmittel und dem Kontrollmittel
ausbildet und das dazu eingerichtet ist, generische Nachrichten und/oder
Nachrichten zu Steuer- und Kontrollzwecken zwischen diesen auszutauschen.
Es kann beispielsweise mehrere gleichartige Instanzen der Komponenten
miteinander verbinden. Insbesondere erlaubt das Distributionsmittel
den Austausch von Nachrichten und Kommandos, oder auch Referenzen
hierauf, zwischen den an das Distributionsmittel angeschlossenen
Komponenten.
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In
einer weiteren Ausgestaltung sind die in dem Transformationsmittel
vorliegenden Nutzdaten einer generischen Nachricht durch eine Applikation veränderbar.
Die Applikation kann beispielsweise in dem erfindungsgemäßen Steuergerät oder auch
in einer separaten Einrichtung davon integriert sein. Durch die
Applikation ist beispielsweise die Transformation der in den Nachrichten
enthaltenen Nutzdaten auf besonders einfache Weise möglich, da
eine Applikation in Form leicht änderbarer
Software bereitstellbar ist. Zur Änderung der Funktionalität des erfindungsgemäßen Steuergerätes muss
dann nicht in den wesentlich sensibleren Teil der Gateway-Funktionalität eingegriffen
werden.
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Es
ist weiterhin denkbar, kommunikationsnetz- oder protokollspezifische
Informationen in dem Steuergerät
hardware-technisch zu realisieren oder im Rahmen einer speicherbaren
Konfiguration statisch oder flexibel in einem Speicher zu hinterlegen.
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Ein
erfindungsgemäßes Kommunikationssystem,
insbesondere in einem Kraftfahrzeug, weist zumindest ein Kommunikationsnetz
auf, das eine Mehrzahl an miteinander kommunizierenden Steuergeräten enthält. Ferner
ist zumindest ein erfindungsgemäßes Gateway-Steuergerät vorgesehen,
welches mit einem oder mehreren der Kommunikationsnetze zum Aufbau
einer Kommunikation zwischen zumindest zwei der Steuergeräte des Kommunikationssystems
verbunden ist, wobei das Gateway-Steuergerät in der
oben beschriebenen Weise ausgebildet ist. Als Kommunikationsnetze
kommen insbesondere ein CAN-, MOST-, FlexRay-Firewire- oder Lin-Busse
in Frage, welche jeweils auf Basis jeweiliger Kommunikationsprotokolle
arbeiten. Weiterhin kann gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung des Kommunikationssystems die Funktionalität des Gateway-Steuergerätes in zumindest
ein Steuergerät
eines der Kommunikationsnetze integriert sein. Es ist auch möglich, dass
ein erfindungsgemäßes Kommunikationssystem
mehrere der erfindungsgemäß ausgebildeten
Gateway-Steuergeräte
aufweist.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Betreiben eines Steuergerätes
mit Gateway-Funktionalität
in einem Kommunikationssystem mit einer Vielzahl von Steuergeräten sind
die gleichen Vorteile verbunden, wie sie vorstehend in Verbindung
mit dem erfindungsgemäßen Steuergerät beschrieben wurden.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird zumindest eine kommunikationsprotokollspezifische Botschaft,
welche kommunikationsprotokollspezifische Daten und Nutzdaten aufweist,
empfangen. Sodann wird eine generische Nachricht gebildet, welche einen
eindeutigen Nachrichtenschlüssel
und die Nutzdaten der zumindest einen Botschaft oder Referenz auf
die Nutzdaten der zumindest einen Botschaft umfasst. Schließlich wird
die generische Nachricht an ein Transformationsmittel des Steuergerätes zur
weiteren Behandlung der generischen Nachricht weitergeleitet.
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Dabei
können
zur Generierung des eindeutigen Nachrichtenschlüssels Informationen eines Headers
der kommunikationsprotokollspezifischen Botschaft herangezogen werden.
Hierdurch ist insbesondere eine besonders einfache Zuordnung einer generischen
Nachricht zu einem bestimmten Kommunikationsnetz sowie zu einem
bestimmten Steuergerät
möglich
bzw. nachvollziehbar.
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Bevorzugt
bleiben die aus der Botschaft oder den Botschaften identifizierten
Nutzdaten beim Schritt des Bildens der generischen Nachricht unverändert. Der
Begriff „unverändert" ist in diesem Zusammenhang
so zu verstehen, dass keine inhaltliche Veränderung der Nutzdaten im Sinne
einer Rechenoperation oder Datenmanipulation erfolgt. Im Rahmen
einer De-Segmentierung der Nutzdaten mehrerer Botschaften können diese
allerdings hintereinander (in beliebiger Reihenfolge) als Nutzdaten
einer generischen Nachricht angeordnet werden.
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Die
weitere Behandlung der generischen Nachricht umfasst erfindungsgemäß ein Routen
zu einem der Steuergeräte
des Kommunikationssystems. Zusätzlich
oder alternativ kann in einem anderen Verfahrensschritt eine Transformation
der Nutzdaten einer generischen Nachricht als weitere Behandlung
vorgesehen sein.
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Das
Bilden der generischen Nachricht umfasst ein Umwandeln bzw. einen
Austausch eines Headers der kommunikationsprotokollspezifischen Nachricht
in den eindeutigen Nachrichtenschlüssel.
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In
einem anderen Verfahrensschritt ist vorgesehen, dass das Senden
der generischen Nachricht ein Wandeln derselben in eine oder mehrere
kommunikationsspezifische Botschaft oder Botschaften umfasst. Dies
kann beispielsweise im Rahmen des Routens erfolgen, wobei das Umwandeln
der generischen Nachricht in eine oder mehrere kommunikationsspezifische
Botschaft oder Botschaften durch das Identifikationsmittel erfolgt.
Beim Versenden einer generischen Nachricht erfolgt die Umwandlung
somit in umgekehrter Reihenfolge als beim Empfangen. Hierzu kann
die Nachricht in einzelne Botschaften segmentiert werden. Eine kommunikationsprotokollspezifische Übertragung
der Botschaft oder der Botschaften erfolgt, sobald eine entsprechende
Verbindung mit dem als Empfänger
bestimmten Steuergerät
aufgebaut wurde.
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In
einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dem Identifikationsmittel
des Steuergerätes
von dem Transformationsmittel die Nachricht direkt oder den eindeutigen
Nachrichtenschlüssel
der zur versendenden Nachricht zu übergeben. In beiden Varianten
wird das Identifikationsmittel in die Lage versetzt, die der Nachricht
zugeordneten Nutzdaten zu identifizieren und in die zu versendende
Botschaft oder Botschaften zu integrieren.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht eines Kraftfahrzeuges, welches mit einem erfindungsgemäßen Kommunikationssystem
ausgestattet ist,
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2 eine
schematische Darstellung der Kommunikationsarchitektur des erfindungsgemäßen Steuergerätes,
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3 eine
schematische Darstellung der Architektur eines Identifikationsmittels
eines erfindungsgemäßen Steuergerätes,
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4 den
Ablauf einer Kommunikation innerhalb des erfindungsgemäßen Steuergeräts, und
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5 einen
weiteren Ablauf einer Kommunikation innerhalb des erfindungsgemäßen Steuergeräts.
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In
den Ausführungsbeispielen
sind gleiche oder gleichwirkende Bestandteile jeweils mit gleichen Bezugszeichen
versehen.
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In 1 ist
ein Kraftfahrzeug 200 dargestellt, welches beispielhaft
zwei Kommunikationsnetze 10, 20 aufweist. Dem
Kommunikationsnetz 10 sind die Steuergeräte 11, 12, 13, 14 zugeordnet.
Dem Kommunikationsnetz 20 sind die Steuergeräte 11, 22, 23 zugeordnet.
Die Summe der Kommunikationsnetze und der daran jeweils angeschlossenen
Steuergeräte
bilden das Kommunikationssystem des Kraftfahrzeuges aus. Die Vernetzung
zu einem Kommunikationssystem ermöglicht einen Austausch von
Informationen, wie z.B. dynamischer Fahrdaten (z.B. Geschwindigkeit,
Motordrehzahl, Außentemperatur), Fahrzeugzuständen (z.B.
Schließzustand
der Türen, Tankinhalt,
Diagnoseinformationen), Multi-Media-Inhalten (z.B. DVD-/Videodaten,
Rückfahrkamerabilder)
oder beliebiger anderer Kommunikationsinhalte (z.B. Ansagen des
Navigationsgerätes,
Telefongespräche)
zwischen den Steuergeräten.
Während
es sich bei dem Steuergerät 11 um
ein Steuergerät
mit Gateway-Funktionalität
handelt, stellen die übrigen Steuergeräte Einrichtungen
zum Erfassen von Geschwindigkeit, Motordrehzahl, Außentemperatur, Schließzustand
der Türen,
Tankinhalt, Diagnoseinformationen, DVD-/Videodaten, Kamerabilder,
Ansagen des Navigationsgerätes
und dergleichen dar.
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Jedes
der Kommunikationsnetze 10, 20 verfügt über eine
Busleitung 15 bzw. 24, an die die jeweiligen Steuergeräte der Kommunikationsnetze
angeschlossen sind. Die Kommunikationsnetze 10, 20 können auf
Basis einer identischen Netzwerkphysik bzw. Topologie (z.B. einer
Ringtopologie) basieren, sie können
jedoch auch unterschiedlicher Art sein. Bei den Kommunikationsnetzen
kann es sich um Bussysteme wie z.B. CAN, MOST, FlexRay, Firewire, Lin
oder andere handeln.
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Obwohl
in 1 lediglich zwei Kommunikationsnetze dargestellt
sind, könnte
ein Kraftfahrzeug auch eine sehr viel größere Anzahl an Kommunikationsnetzen
aufweisen. Dabei können
mehrere gleichartige Kommunikationsnetze ein und desselben Typs und/oder
unterschiedliche Kommunikationsnetze gleichzeitig zum Einsatz kommen.
Die Gesamtheit sämtlicher
Kommunikationsnetze und der daran ange schlossenen Steuergeräte bildet
ein Kommunikationssystem 100 im Sinne der Erfindung.
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Die
Kommunikation zwischen Steuergeräten eines
Kommunikationsnetzes erfolgt gemäß einem kommunikationsnetzspezifischen
Protokoll. Arbeiten die beiden in 1 dargestellten
Kommunikationsnetze 10, 20 mit unterschiedlichen
Protokollen, so ist ein Datenaustausch zwischen den Steuergeräten 12, 13, 14 des
Kommunikationsnetzes 10 und den Steuergeräten 22, 23 des
Kommunikationsnetzes 20 nicht unmittelbar, sondern lediglich
unter Zwischenschaltung des Steuergerätes 11 mit erfindungsgemäßer Gateway-Funktionalität möglich.
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Der
Datenaustausch zwischen zwei Steuergeräten erfolgt hierbei unter Verwendung
sogenannter Botschaften, welche jeweils kommunikationsprotokollspezifische
Daten und Nutzdaten aufweisen. Einzelne Botschaften können dabei
Segmente einer Botschaftssequenz oder Gesamtbotschaft darstellen, wie
dies beispielsweise bei einer paketorientierten Datenübertragung
der Fall ist. Um eine Kommunikation zwischen Steuergeräten eines
Kommunikationssystems zu vereinfachen und insbesondere zukünftige Entwicklungen
auf einfache Weise integrieren zu können, ist das erfindungsgemäße Gateway-Steuergerät 11 in
mehrere logische Teileinheiten unterteilt, welche eine strikte Trennung
zwischen dem Informationsgehalt einer Botschaft und dem zur Übertragung genutzten
physikalischen Prinzip vornimmt.
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Das
Vorgehen und die Funktion des erfindungsgemäßen Gateway-Steuergerätes 11 werden besser
aus der 2 ersichtlich. Das Steuergerät 11 ist
im Ausführungsbeispiel
an unterschiedliche Kommunikationsnetze 10.1, 10.2, 10.3 und 10.4 angeschlossen.
Wie bereits erläutert,
können
dabei mehrere Kommunikationsnetze des gleichen Typs an das Steuergerät 11 angeschlossen
werden. Ein Identifikationsmittel 41, welches im Ausführungsbeispiel eine
der Anzahl der unterschiedlichen Kommunikationsnetze entsprechende
Anzahl an Nachrichten-Wandlern 41.1, 41.2, 41.3 und 41.4 aufweist,
ist über
jeweilige Kommunikationsmittel 40.1, 40.2, 40.3, 40.4 mit
den Kommunikationsnetzen physikalisch verbunden.
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Das
Identifikationsmittel übernimmt
mehrere Aufgaben. Zum einen stellt es eine Schnittstelle zu den
physikalischen Kommunikationsnetzen her und beinhaltet zu diesem
Zweck Mechanismen zum Auf- und Abbau von dedizierten Verbindungen
zwischen Steuergeräten
des gesamten Kommunikationsnetzes. Eine weitere Aufgabe besteht
darin, aus den über
das Kommunikationsmittel 40 empfangenen Botschaften die
Nutzdaten zu identifizieren. Die Identifikation von Nutzdaten kann
dabei einem Bereinigen der Botschaft um protokollspezifische Inhalte
gleichgesetzt werden. Die derart aufbereiteten Nutzdaten werden
mm in ein für
ein Transformationsmittel 42 des Steuergerätes 11 „verständliches" Format gewandelt.
Die Wandlung besteht darin, dass die von Protokollinhalten bereinigten
Nutzdaten mit einem eindeutigen Nachrichtenschlüssel versehen werden, wodurch
eine generische Nachricht bereitgestellt ist. Der Nachrichtenschlüssel kann
dabei beispielsweise aus den protokollspezifischen Informationen
der empfangenen Botschaft oder Botschaften generiert werden. Er
kann jedoch auch unabhängig
davon generiert werden.
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Sofern
sich eine Botschaftssequenz oder Gesamtbotschaft aus einer Mehrzahl
an Botschaften zusammensetzt, besteht die Aufgabe des Identifikationsmittels 41 weiterhin
darin, eine De-Segmentierung der um die Protokollinhalte bereinigten
Nutzdaten vorzunehmen, bevor die mit einem eindeutigen Nachrichtenschlüssel versehene
Nachricht an das Transformationsmittel 42 übertragen
wird. Beim Übertragen
der mit einem eindeutigen Nachrichtenschlüssel versehenen Nachricht,
muss die De-Segmentierung
noch nicht vollständig
abgeschlossen sein. Zur Übertragung
der Gesamtinhalte ist dann die Erstellung einer Mehrzahl an mit
eindeutigen Nachrichtenschlüsseln
versehenen generischen Nachrichten notwendig.
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Das
Transformationsmittel 42, welches einen Gateway-Kern oder
Gateway-Rechner 47 neben weiteren Einrichtungen umfasst,
kommuniziert somit ausschließlich
unter Verwendung von Nachrichten mit eindeutigen Nachrichtenschlüsseln. Dies
bedeutet, das Transformationsmittel 42 hat keine Kenntnis über die
Art und Weise, wie eine Botschaft über ein Kommunikationsnetz
an das Steuergerät 11 übertragen
wurde, und operiert stattdessen lediglich mit den generischen Nachrichten.
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Das
Transformationsmittel 42, insbesondere der Gateway-Kern 47,
ist für
eine Transformation und/oder ein Routing der Nutzdaten einer jeweiligen generischen
Nachricht zuständig.
Eine Identifikation der generischen Nachrichten erfolgt ausschließlich anhand
der eindeutigen Nachrichtenschlüssel,
wobei ein Routing der zugehörigen
Nutzlast gegebenenfalls nach für
die Nutzlast nachrichtenspezifisch definierten Regeln erfolgen kann.
Eine Transformation der Nutzlast einer generischen Nachricht kann
dabei eine oder mehrere arithmetische Rechenoperationen erfassen.
Die Transformation kann auch das (teilweise) Entfernen von Inhalten
der Nutzdaten und/oder das (teilweise) Hinzufügen von Inhalten, z.B. aus Speichern,
zu den Nutzdaten umfassen. Die Transformation kann durch den Gateway-Kern 47 selbst oder
durch eine Applikation 45 erfolgen. Die Applikation, welche
beispielsweise in dem Gateway-Steuergerät 11 ausgebildet sein
kann, ist dabei über
einen Applikations-Nachrichten-Wandler 46 an
das Transformationsmittel 42 angeschlossen. In einer dem Identifikationsmittel 41 entsprechenden
Weise übernimmt
der Applikations-Nachrichten-Wandler 46 die Aufgabe,
generische Nachrichten in ein für
die Applikation verständliches
Datenformat zu wandeln und umgekehrt. Das Routen einer generischen
Nachricht kann zwischen unterschiedlichen Nachrichten-Wandlern 41.1, 41.2, 41.3, 41.4, 46 oder,
gegebenenfalls nach Transformation der Nutzlast, zwischen demselben
Nachrichten-Wandler erfolgen.
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In
dem Transformationsmittel 42 können zeitliche Anforderungen
an die Nachrichten, wie z.B. die Überwachung oder Einhaltung
von ausgangs- oder eingangsseitigen Zykluszeiten für Nachrichtenobjekte
implementiert werden. Hierzu kann beispielsweise eine sogenannte „Timing-Engine" 48 vorgesehen
sein. Die in diesem Zusammenhang verwendeten Zykluszeiten sind von
den Zeiten der Botschaften auf dem jeweiligen Kommunikationsnetz
abhängig. Das
eigentliche Timing der Botschaften wird allerdings von dem jeweiligen
Nachrichten-Wandler 41.1, 41.2, 41.3, 41.4 des
Identifikationsmittels 41 überwacht.
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Dem
Transformationsmittel 42 kann darüber hinaus ein Kontrollmittel 43 zugeordnet
sein, welches auf die beschriebenen Komponenten des Steuergerätes einwirken
kann. Das Kontrollmittel 43 kann weiterhin dazu ausgebildet
sein, Analysen bzw. Diagnosen der Komponenten des Steuergerätes sowie
der jeweiligen Kommunikation zwischen den Komponenten vorzunehmen.
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Ein
Distributionsmittel 44 stellt eine Verbindung zwischen
dem Transformationsmittel 42 und dem Identifikationsmittel 41,
zwischen dem Applikations-Nachrichten-Wandler 46 und dem Transformationsmittel 42 sowie
weiterhin zwischen dem Kontrollmittel 43 und dem Identifikationsmittel 41 bzw.
dem Transformationsmittel 42 her. Die Bindegliedfunktion ermöglicht es
dem Distributionsmittel die Verbindung wieder zu lösen. Dies
könnte
beispielsweise dynamisch erfolgen, z.B. unter Eingriff des Kontrollmittels 43 erfolgen.
Weiterhin kann das Kontrollmittel 43 zu Kontroll- und Steuerzwecken
Daten in die Distributionsmittel einspeisen.
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Die
beschriebene Architektur unterscheidet somit zwischen bus- bzw.
kommunikationsnetzbezogenen Botschaften auf der einen und generischen Nachrichten
auf der anderen Seite. Diese Trennung zwischen der Übertragung
als einzelne Botschaft oder als Botschaftssequenz (welche die Identifikation,
den Empfang und den Zusammenbau sowie bei der Versendung die Zerteilung
umfasst) und der getrennten davon unabhängigen abstrakten Umsetzung
auf generische Nachrichten unter Verwendung von eindeutigen Nachrichtenschlüsseln, erlaubt
einen modularen, flexiblen und wiederverwendbaren Aufbau des Gateway-Steuergerätes. Damit
ist eine Partitionierung der Gateway-Funktionalität möglich, in
dem auf unterschiedlichen Kommunikationsprotokollen basierende Botschaften über das
Identifikationsmittel in generische Nachrichten gewandelt und zur
weiteren Behandlung an das Transformationsmittel, genauer den Gateway-Kern, übergeben
werden.
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Die
beschriebene Architektur ist unabhängig davon, ob die Transformations-
oder Routing-Regeln für
den oder die Gateway-Kerne fest aufgeprägt, d.h. in Hardware realisiert,
oder in Form von Software flexibel änderbar sind. Dies gilt in ähnlicher
Weise auch für
das Identifikationsmittel. Es ist unerheblich, ob kommunikationsnetz- oder protokollspezifische
Informationen in diesem hardwaretechnisch codiert oder in Form von
Software in einem Speicher des Steuergerätes flexibel hinterlegt sind.
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In
einer anderen, in der Figur nicht dargestellten, Variante ist die
Aufteilung des Identifikationsmittels 41 in eine Mehrzahl
an Nachrichten-Wandlern lediglich optional. Mit anderen Worten bedeutet
dies, es könnte
auch eine andere Anzahl an Identifikationsmitteln 41 vorgesehen
sein (z.B. ein einziges), welches die für die Kommunikation mit unterschiedlichen
Kommunikationsnetzen erforderlichen Funktionalitäten in sich vereint.
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In
einer anderen, ebenfalls nicht dargestellten, Variante, kann das
Transformationsmittel 42 eine Mehrzahl an Gateway-Kernen 47 für das Routing und/oder
die Transformation umfassen.
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Insbesondere
könnte
ein erfindungsgemäßes Kommunikationssystem
mit einer Mehrzahl an erfindungsgemäßen Gateway-Steuergeräten ausgebildet
sein. In einer derartigen Variante könnte das Kontrollmittel als
verteilte Instanz in die einzelnen Gateway-Steuergeräte verteilt
werden.
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Der
Ablauf des Verfahrens der Wandlung einer Botschaft in eine generische
Nachricht und umgekehrt, wird aus den 3 und 4 deutlich.
Vor der eigentlichen Umsetzung von Botschaften in Nachrichten ist
der bestimmungsgemäße Betrieb
zumindest eines Kommunikationsnetzes von Nöten. Dabei hat gegebenenfalls
ein statischer oder dynamischer Aufbau von Kommunikationsverbindungen zwischen
den Steuergeräten
des Kommunikationssystems zu erfolgen. Gegebenenfalls sind sogar Maßnahmen
zur Aufrechterhaltung der Kommunikationsverbindungen oder auch zu
deren Abbau, wenn dies durch das Kommunikationssystem gefordert
ist, notwendig.
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Unter
der Voraussetzung, dass diese Bedingungen erfüllt sind, ist der Ablauf beim
Empfang einer Botschaft durch das Identifikationsmittel 41 wie
folgt. Durch das Kommunikationsmittel 40 wird eine an der Busleitung 15 des
Kommunikationsnetzes 10 anliegende Botschaft detektiert.
Diese wird als zu einer gateway-relevanten Botschaft zugehörig identifiziert und
durch das Identifikationsmittel entweder als Einzelbotschaft oder
Segment einer Gesamtbotschaft empfangen. Im letzteren Fall ist gegebenenfalls durch
eine De-Segmentierungseinrichtung 71 eine De-Segmentierung
der Mehrzahl an Botschaften notwendig, wobei das entsprechende Timing
des Kommunikationsnetzes zur Entsprechung des Kommunikationsprotokolls
berücksichtigt
wird. Nachdem die Nutzdaten aus der Botschaft oder der Mehrzahl
an Botschaften isoliert wurden, erfolgt die Generierung eines eindeutigen
Nachrichtenschlüssels
durch einen Botschaft-Nachrichten-Wandler 70, welcher beispielsweise
durch die Verwandelung der protokollspezifischen Daten der Botschaft
oder der Botschaften erfolgen kann. Anhand des eindeutigen Nachrichtenschlüssels wird
die zugehörige
unveränderte Nutzlast
der Nachricht nach Weitergabe an den Gateway-Kern 47 identifiziert. Von
dem Identifikationsmittel 41 wird somit im Rahmen einer
generischen Nachricht 60 der Nachrichtenschlüssel 61 sowie
die unveränderten
Nutzdaten 62 übergeben.
Die Nutzlast der Nachricht muss zum Zeitpunkt der Weitergabe an
das Transformationsmittel 42 noch nicht vollständig empfangen
worden sein. Im Gateway-Rechner 47 erfolgt schließlich eine
weitere Behandlung der Nutzdaten 62 unter Verwendung des eindeutigen
Nachrichtenschlüssels 61.
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Beim
Versenden einer Botschaft erfolgt das beschriebene Vorgehen in umgekehrter
Reihenfolge. Nutzdaten 62' und
der Nachrichtenschlüssel 61 werden
an das Identifikationsmittel 41 übertragen. Die Übertragung
erfolgt dabei durch interne oder externe Ereignisse des Gateway-Rechners.
Die Überwachung
bzw. Übermittlung
kann unter Kontrolle des Kontrollmittels 43 aus 2 erfolgen.
Ein Nachrichten-Botschaft-Wandler 73 verwandelt
die Nachricht, genauer deren Nutzlast, ausgehend von dem eindeutigen
Nachrichtenschlüssel,
unter Verwendung protokollspezifischer Informationen in eine oder
mehrere Botschaften, wobei gegebenenfalls noch eine Segmentierung
der Nutzdaten (Block 74) erfolgt, so dass die nunmehr vorliegende Botschaft
oder Botschaften über
das Kommunikationsmittel 40 an das Kommunikationsnetz 10 übergeben
werden kann bzw. können.
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Etwas
anschaulicher wird dieser Sachverhalt aus der 4 deutlich.
Eine Botschaft-Sequenz,
bestehend aus n Botschaften 50, wird durch das Identifikationsmittel 41 identifiziert.
Jede der Botschaften 50 weist einen Header 51 sowie
Nutzdaten 52 auf. Im Rahmen der De-Segmentierung und Wandlung
in beispielhaft zwei generische Botschaften 60 werden die
Nutzdaten von i Botschaften in der in der Figur oberen generischen
Nachricht 60 und die Nutzdaten der übrigen Botschaften 50 in
der unteren generischen Nachricht 60 angeordnet. Das Anordnen
kann dabei beispielsweise in der Reihenfolge des Empfangs der Botschaften 50 durch
das Identifikationsmittel 41 erfolgen. Der Nutzdatenbereich 62 der Nachrichten 60 weist
jeweils lediglich die Nutzdaten 52 der Botschaften 50 in
unveränderter
Form und bereinigt um jegliche protokollspezifischen Inhalte auf. Jeder
der generischen Nachrichten 60 wird schließlich ein
eindeutiger Nachrichtenschlüssel 61 zugeordnet.
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Die
derart aufbereiteten generischen Nachrichten 60 werden
an das Transformationsmittel 42, genauer den Gateway-Kern
weitergegeben, welcher diese im Ausführungsbeispiel arithmetischen
Rechenoperationen unterzieht. So wird beispielsweise ein Teil der
Nutzdaten mit einer Konstante c multipliziert, ein anderer Bereich
unverändert
belassen und ein weiterer Bereich quadriert bzw. einer Division
unterzogen.
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Die
derart transformierten bzw. modifizierten generischen Nachrichten 60 werden
zurück
an das Identifikationsmittel 41 übertragen. Eine der beiden generischen
Nachrichten 60 (in der Figur die obere) wird dem Schritt
einer Segmentierung unterzogen, so dass die ursprünglich generische
Nachricht 60 in zwei Botschaften 50 aufgeteilt
wird. Die Aufteilung erfolgt dabei kommunikationsprotokollspezifisch
im Hinblick auf das Kommunikationsnetz, in welches die Botschaften 50 eingespeichert
werden sollen. Das gleiche Vorgehen erfolgt so mit der zweiten,
unteren generischen Nachricht 60, wobei in diesem Fall
auf eine Segmentierung verzichtet wird, was bei spielsweise aufgrund
anderer kommunikationsprotokollspezifischer Erfordernisse möglich ist.
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Der
Vorteil der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, dass das
Gateway-Steuergerät mit allen
Arten von Kommunikationsnetzen betreibbar ist, sofern eine Zuordnung
von Botschaften bzw. Botschaftssequenzen eindeutig zu generischen
Nachrichten und umgekehrt möglich
ist. Das erfindungsgemäße Steuergerät lässt sich
nicht nur in der beschriebenen automobilen Anwendung einsetzen, sondern
ist grundsätzlich
im Bereich von Kommunikationssystemen und Kommunikationsnetzen heranziehbar.