JP2008306648A - データ中継装置及びデータ中継方法並びに通信ネットワークシステム - Google Patents

Abstract

【課題】異なるネットワーク間でデータを中継する時の遅延を抑制する。
【解決手段】ゲートウェイ１００は、ＣＡＮネットワークのＥＣＵから受信したメッセージを受信する通信周期をデータ送信周期測定部１０５によって測定して、次にメッセージを受信するタイミングを推定し、送信スロット決定部１０６によって、推定された受信タイミングに所定時間を加算した時刻を含むスロットを、ＦｌｅｘＲａｙネットワークのＥＣＵに向けて送信するスロットとして決定し、当該送信スロットにて、受信したメッセージを転送する。
【選択図】図１

Description

本発明は、第１のネットワークと第２のネットワークとの間で送受信されるデータを中継するデータ中継装置及びデータ中継方法並びに通信ネットワークシステムに関する。

車両に搭載される通信ネットワークシステムのプロトコルの１種として、時分割多重通信型のＦｌｅｘＲａｙ（Daimler Chrysler AGの登録商標）と呼ばれる通信プロトコルが知られている。このＦｌｅｘＲａｙは、高い信頼性を確保しながら最大１０Ｍｂｐｓ程度の通信速度を実現するものであり、分散型リアルタイム制御システムの信頼性向上及びネットワークの帯域幅確保並びに遅延量の確定についての問題を解決する観点から、車両走行に直接関わる部分の電子化制御（例えばＸ−ｂｙ−ｗｉｒｅ）を実用化する上での重要な技術として注目されている。

ＦｌｅｘＲａｙでは、データ転送方式としてタイムトリガ方式を採用しており、ネットワーク上の各ノードのフレーム送信のタイミングが予めスケジューリングされる。ＦｌｅｘＲａｙの一通信周期はコミュニケーション・サイクルと呼ばれ、このコミュニケーション・サイクルには、一通信周期の中で１つのフレームを送信する時間区分として自ノードに割り当てられたデータ転送帯域スロットの長さが固定長とされた静的通信区間（スタティック・セグメント）と、スロットの長さが可変長とされた動的通信区間（ダイナミック・セグメント）とが定義されている。ＦｌｅｘＲａｙでは、ネットワーク上の各ノードが、ネットワーク内における共通の時間認識であるグローバルタイム（絶対時刻情報）にしたがって、各コミュニケーション・サイクル内のスタティック・セグメントやダイナミック・セグメントにおいて自ノードに割り当てられたスロットのタイミングを認識し、当該スロット内で、他ノードに転送すべきフレームを送信するようになっている。このため、ネットワーク上の各ノードは、クロック同期によって他のノードとの間の時間認識のずれを吸収するようにしている。

以上のように、ＦｌｅｘＲａｙでは、ネットワーク上の各ノードが予めスケジューリングされた送信タイミングでフレームを送信するタイムトリガ方式を採用しているため、ノード間での送信フレームの衝突は想定されていない。このため、ＦｌｅｘＲａｙのフレーム・フォーマットには、車載用の通信ネットワークシステムのプロトコルとして広く普及しているＣＡＮ（Controller Area Network）等のイベントドリブン方式のデータ転送方式におけるフレームで定義されているようなＡＣＫ情報は定義されておらず、ネットワーク上の各ノードは、フレームの受信エラーを送信側ノードに通知する機能を備えていない。

そのため、通信プロトコルとしてＦｌｅｘＲａｙを採用したＦｌｅｘＲａｙネットワークシステムにおいては、ＣＡＮの通信プロトコル用に設計されてきた既存の制御ソフトウェアとその開発技術資産とをそのまま継承することができない。

このような問題に対して、ゲートウェイを介して、ＦｌｅｘＲａｙネットワークに、通信プロトコルとしてＣＡＮを採用したＣＡＮネットワークを接続し、ＣＡＮ用に設計された既存のＥＣＵ（Electronic Control Unit）を、ＦｌｅｘＲａｙネットワーク用の新規に設計されたＥＣＵからであっても通信可能にする方法が一般的である（例えば、特許文献１等参照。）。
特開２００５−３２８１１９号公報

しかしながら、ＦｌｅｘＲａｙネットワークにおいては、タイムトリガ方式を採用しているために、ＦｌｅｘＲａｙネットワークを構成するＥＣＵは、静的に割り当てられたスロット内でしかフレームを送信することができない。このため、ゲートウェイは、ＣＡＮネットワークからメッセージを受信完了しても、ＦｌｅｘＲａｙネットワークにおいて割り当てられている自己のスロットの期間となるまで当該メッセージを送信することができなかった。このために、ＣＡＮネットワークのＥＣＵからメッセージが送信された時刻から、当該メッセージがＦｌｅｘＲａｙネットワークのＥＣＵまでに到達するまでの遅延時間が長くなり、通信効率の低下を招くという可能性がある。

そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、異なるネットワーク間でデータを中継する時の遅延を抑制することができるデータ中継装置及びデータ中継方法並びに通信ネットワークシステムを提供することを目的とする。

本発明は、第１のネットワークに接続された第１のノードと、第１のネットワークとは異なる第２のネットワークに接続された第２のノードとの間で送受信されるデータを中継するデータ中継装置において、第２のネットワークは、一通信周期内に、１つのフレームを送信する時間区分であるスロットの長さが固定長とされた静的通信区間と、スロットの長さが可変長とされた動的通信区間とを有し、当該第２のネットワーク上の各ノードが、少なくとも静的通信区間において自ノードに割り当てられたスロット内で他ノードに転送すべきフレームを送信する時分割多重通信型のネットワークに適用される。

本発明に係るデータ中継装置は、上述の課題を解決するために、第１のノードから受信したメッセージを受信する通信周期を測定して、次にメッセージを受信するタイミングを推定し、推定された受信タイミングに所定時間を加算した時刻を含むスロットを、第２のネットワークを介して第２にノードに向けて送信するスロットとして決定し、決定された送信スロットにて、第１のノードから受信したメッセージを第２のノードに転送するようにした。

本発明によれば、受信タイミングを推定して第１のノードから受信したメッセージを第２のネットワークを介して第２にノードに向けて送信するスロットとして決定するので、異なるネットワーク間でデータを中継する時の遅延を抑制することができ、効率的な通信を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

まず、第１の実施形態として示す通信ネットワークシステムについて説明する。

［通信ネットワークシステムの構成］
通信ネットワークシステムは、例えば図１に示すように、通信プロトコルとしてＣＡＮを採用したＣＡＮネットワーク（第１のネットワーク）の通信バス１Ｃ上にＣＡＮ用のＥＣＵ１０Ａ，１０Ｂ（第１のノード）が接続されるとともに、通信プロトコルとしてＦｌｅｘＲａｙを採用したＦｌｅｘＲａｙネットワーク（第２のネットワーク）の通信バス１Ｆ上にＦｌｅｘＲａｙ用のＥＣＵ１０Ｃ，１０Ｄ（第２のノード）が接続され、さらに、通信バス１Ｃ，１Ｆを接続することによってＥＣＵ１０Ａ，１０ＢとＥＣＵ１０Ｃとの間で送受信されるデータを中継するゲートウェイ１００が設けられて構成される。

ＣＡＮネットワークは、車載用の通信ネットワークシステムのプロトコルとして広く普及しているＣＡＮ（Controller Area Network）に準拠してデータの授受を行うＥＣＵ１０Ａ，１０Ｂを備えている。このＣＡＮは、ある情報を送信するイベント発生時にデータの授受が行われるイベントドリブン方式のデータ転送方式を採用している。

この通信ネットワークシステムにおいて、ＦｌｅｘＲａｙネットワークのゲートウェイ１００、ＥＣＵ１０Ｃ，１０Ｄは、通信バス１Ｆを介してデータの授受を行うための通信プロトコルとして、タイムトリガ型の通信プロトコルに準拠した処理を行う。このタイムトリガ型の通信プロトコルとしては、ＦｌｅｘＲａｙプロトコルが挙げられる。

ＦｌｅｘＲａｙプロトコルによって規定しているデータ転送の仕組みは、ゲートウェイ１００，ＥＣＵ１０Ｃ，１０Ｄごとに所定の期間（スロット）でのみデータ転送を許可するというものである。ＦｌｅｘＲａｙでのデータ転送は、通信ネットワークシステムの稼動中に繰り返されるコミュニケーション・サイクルを単位として行われる。コミュニケーション・サイクルは、図２１に示すように、スタティック・セグメントと、ダイナミック・セグメントと、シンボル・ウィンドウと、ネットワーク・アイドルタイムの４つのセグメントから構成される。このコミュニケーション・サイクルが繰り返されるごとに、ゲートウェイ１００，ＥＣＵ１０Ｃ，１０Ｄは、コミュニケーション・サイクル内の自己のスロットにてデータ転送を行う機会が与えられる。この通信ネットワークシステムにおいては、ゲートウェイ１００，ＥＣＵ１０Ｃ，１０Ｄが同期を取って動作する必要があるが、次の通信周期、奇数サイクルによる通信周期、偶数サイクルによる通信周期、サイクル０による通信周期などを認識して同期を取る。

このスロットは、ゲートウェイ１００，ＥＣＵ１０Ａ，１０Ｂに割り当てられる。したがって、ゲートウェイ１００，ＥＣＵ１０Ａ，１０Ｂは、自己がデータ転送をすることができるスロットＩＤが自己のアドレスとなる。すなわち、ゲートウェイ１００，ＥＣＵ１０Ａ，１０Ｂのうちでデータ転送をすることができるスロットは、通信ネットワークシステムにおいて１つのノードだけである。したがって、データ受信側のノードは、データ受信時のスロットのＩＤを識別することによって、データ送信元を識別できる。

スタティック・セグメントは、一定のフレームサイズでデータ転送を行う期間である。このスタティック・セグメントは、複数のスタティック・スロットに区分されて構成される。スタティック・スロットは、ゲートウェイ１００，ＥＣＵ１０Ａ，１０Ｂが１フレームを送信する時間区分（帯域）である。全てのスタティック・スロットの時間は等しく、各スロット内で送信されるフレームの長さも等しい。

ダイナミック・セグメントは、可変フレームサイズでデータ転送を行う期間である。このダイナミック・セグメントは、複数のダイナミック・スロットから構成される。ダイナミック・スロットは、ダイナミック・セグメントにおいて１フレームを送信する時間区分であり、その長さや数が、フレーム長や数の変化に柔軟に対応できるように可変とされ、最小のスロット単位であるミニスロットの整数倍の長さに設定される。

シンボル・ウィンドウは、ネットワークのスタートアップ時やウェイクアップ時などにオプションとして使用される領域である。また、ネットワーク・アイドルタイムは、エラー訂正や、詳細を後述するクロック同期の同期補正量算出などで使用される領域である。

なお、以下に説明する通信ネットワークシステムにおける主な通信仕様としては通信周期であるこのコミュニケーション・サイクルが１０ｍｓｅｃ、スタティック・セグメントの最大スロット数は１００、ダイナミック・セグメントは無いものとして説明する。

ゲートウェイ１００は、図２に示すように、ＣＡＮネットワークの通信バス１Ｃに接続されたＣＡＮ通信制御部１０１と、ＣＡＮネットワークから受信したＣＡＮメッセージをＦｌｅｘＲａｙ用のＦｌｅｘＲａｙメッセージへと変換するＣＡＮ−ＦｌｅｘＲａｙデータ変換処理部１０２と、ＦｌｅｘＲａｙネットワークの通信バス１Ｆに接続されたＦｌｅｘＲａｙ通信制御部１０３と、受信したＣＡＮメッセージの中から特定メッセージを検出する特定データ検出部１０４と、ＥＣＵ１０Ａ，１０ＢがＣＡＮメッセージを送信する通信周期を測定するデータ送信周期測定部１０５と、ＦｌｅｘＲａｙネットワークに向けてＦｌｅｘＲａｙメッセージを送出する送信スロットを決定する送信スロット決定部１０６とを備える。

ＣＡＮ通信制御部１０１は、ＣＡＮネットワークの通信バス１Ｃを介して、ＥＣＵ１０Ａ，１０Ｂのそれぞれから送信されてきたＣＡＮメッセージを受信する。ＣＡＮ通信制御部１０１は、受信したＣＡＮメッセージをＣＡＮ−ＦｌｅｘＲａｙデータ変換処理部１０２に供給する。一方、ＣＡＮ通信制御部１０１は、ＦｌｅｘＲａｙネットワークから送信されて変換されたＣＡＮメッセージをＣＡＮネットワークに送信する。

ＣＡＮ−ＦｌｅｘＲａｙデータ変換処理部１０２は、ＣＡＮネットワークから受信したＣＡＮメッセージをＦｌｅｘＲａｙメッセージへと変換する。このとき、ＣＡＮ−ＦｌｅｘＲａｙデータ変換処理部１０２は、特定データ検出部１０４によって検出された後述する特定メッセージに各種情報を付加する変換処理を行う。ＣＡＮ−ＦｌｅｘＲａｙデータ変換処理部１０２は、変換したＦｌｅｘＲａｙメッセージをＦｌｅｘＲａｙ通信制御部１０３に供給する。一方、ＣＡＮ−ＦｌｅｘＲａｙデータ変換処理部１０２は、ＦｌｅｘＲａｙネットワークから送信されたＦｌｅｘＲａｙメッセージをＣＡＮメッセージに変換することもできる。

特定データ検出部１０４は、ＥＣＵ１０Ａ，１０ＢのそれぞれからＣＡＮ通信制御部１０１によってＣＡＮメッセージを受信した際に、受信したＣＡＮメッセージに特定データが含まれているかを判別する。なお、特定データとは、ＥＣＵ１０Ａ，１０Ｂのそれぞれから送信されたＣＡＮメッセージのうち、ＦｌｅｘＲａｙ用のＥＣＵ１０Ｃ，１０Ｄに転送する必要があるデータである。特定データ検出部１０４は、特定データを検出すると、その旨をデータ送信周期測定部１０５に通知する。

データ送信周期測定部１０５は、ＣＡＮネットワークのＥＣＵ１０Ａ，１０ＢからＣＡＮメッセージを送信する通信周期を測定して、次にＣＡＮメッセージを受信するタイミングを推定する。データ送信周期測定部１０５は、ＥＣＵ１０Ａ，１０ＢからＣＡＮメッセージを受信する毎に測定した通信周期の移動平均値を、当該ＥＣＵ１０Ａ，１０ＢからＣＡＮメッセージを受信する通信周期として求めて、当該通信周期に基づいて次にメッセージを受信するタイミングを推定する。データ送信周期測定部１０５によって推定された次回の受信タイミングは、送信スロット決定部１０６に通知される。

送信スロット決定部１０６は、データ送信周期測定部１０５によって推定された受信タイミングに所定時間を加算した時刻を含むスロットを、ＥＣＵ１０Ａ，１０Ｂから受信したメッセージをＦｌｅｘＲａｙネットワークを介してＥＣＵ１０Ｃ，１０Ｄに向けて送信するスロットとして決定する。

ＦｌｅｘＲａｙ通信制御部１０３は、ＦｌｅｘＲａｙネットワークの通信バス１Ｆを介して、ＣＡＮ−ＦｌｅｘＲａｙデータ変換処理部１０２によってＦｌｅｘＲａｙ用に変換されたＦｌｅｘＲａｙメッセージを送信する。このとき、ＦｌｅｘＲａｙ通信制御部１０３は、送信スロット決定部１０６によって決定された送信スロットにて、ＥＣＵ１０Ａ，１０Ｂから受信したＣＡＮメッセージを変換したＦｌｅｘＲａｙメッセージをＦｌｅｘＲａｙネットワークのＥＣＵ１０Ｃ，１０Ｄに転送する。

このような通信ネットワークシステムは、例えば下記の表に示すような通信速度等の諸元が設定されている。なお、この例では、ＣＡＮネットワークにおけるＥＣＵ１０Ａ，１０Ｂの何れかによって舵角センサ情報を含むＣＡＮメッセージが送信され、当該舵角センサ情報をＦｌｅｘＲａｙネットワークのＥＣＵ１０Ｃ，１０Ｄで受信するものである。また、通信ネットワークシステムにおけるＥＣＵ１０Ａ，１０Ｂの何れかでは、舵角センサ情報の他のヨーレートセンサ情報を含むＣＡＮメッセージを送信する。これらの複数の情報のうち、舵角センサ情報は、最も優先度が高く、遅延を短くすることが望ましい。

このようなゲートウェイ１００は、ＣＡＮ用のＥＣＵ１０Ａ，１０Ｂのそれぞれから送信されてきたＣＡＮメッセージのうち、特定データが含まれると判定されたＣＡＮメッセージをＦｌｅｘＲａｙネットワークに変換し、データ送信周期測定部１０５及び送信スロット決定部１０６によって決定された送信スロットにて、ＦｌｅｘＲａｙネットワークを送信する。

このゲートウェイ１００は、図３に示すように、ＣＡＮネットワークからＣＡＮメッセージａを受信すると、送信周期の測定を開始し、ＣＡＮネットワークａに続くＣＡＮネットワークｂを受信した時に、データ送信周期測定部１０５によって送信周期が決定される。この送信周期は、送信スロット決定部１０６に通知される。なお、ＣＡＮメッセージａに含まれる特定データは、当該ＣＡＮメッセージから読み出されてＦｌｅｘＲａｙメッセージａ’に格納されて送信される。このＦｌｅｘＲａｙメッセージａ’の送信スロットは、予め設定されたゲートウェイ１００用の送信スロットである。また、ＣＡＮメッセージｂは、ＦｌｅｘＲａｙメッセージｂ’に変換されてゲートウェイ１００用の送信スロットにて送信される。

ＣＡＮメッセージｂを受信した後に求められた送信周期に基づいて、ＥＣＵ１０Ａ，１０Ｂの送信スロット決定部１０６は、ＣＡＮメッセージを受信した時刻から所定時間後にゲートウェイ１００の送信スロットが来るような送信スロットを決定する。このとき、データ送信周期測定部１０５は、ＣＡＮメッセージｂを受信した時の送信周期から、次にＣＡＮメッセージを受信する時刻を推定し、送信スロット決定部１０６は、当該推定受信時刻から所定の時間を加算した時刻に該当する送信スロットを決定する。この決定された送信スロットのスロットＩＤは、ＦｌｅｘＲａｙ通信制御部１０３によって、ＥＣＵ１０Ｃ，１０Ｄに送信される。これにより、決定された送信スロットにてゲートウェイ１００がＦｌｅｘＲａｙメッセージを送信可能な状態となる。

この推定受信時刻に加算する所定時間は、１個のＣＡＮメッセージを受信するために要する時間以上であることが望ましく、所定時間が短いほど、ＣＡＮメッセージを受信してからＦｌｅｘＲａｙメッセージを送信するまでの遅延を抑制することができる。しかし、所定時間を短くするほど、ＣＡＮメッセージを受信した時刻が推定受信時刻からずれた場合に、決定された送信スロットがすぎている可能性がある。一方、所定時間が長いほど、安定して遅延を短くできる。

その後、推定受信時刻の近傍にてＣＡＮメッセージｃを受信した場合、ゲートウェイ１００は、当該ＣＡＮメッセージｃの受信後の所定時間後の変更済の送信スロットにて、ＣＡＮメッセージｃを変換したＦｌｅｘＲａｙメッセージｃ’を送信することができる。これによって、変更前の送信スロットのままである場合には、次のコミュニケーション・サイクルの送信スロットにて送信する必要があったものの、変更後の送信スロットによって、次のコミュニケーション・サイクルまで待つ必要なく、ＦｌｅｘＲａｙメッセージｃ’を送信することができる。

また、ＦｌｅｘＲａｙメッセージｃ’を送信する処理の後には、ＣＡＮメッセージｃを受信した時刻に基づいて、新たな送信周期を演算し、次にＣＡＮメッセージを受信する推定受信時刻を決定し、次にＦｌｅｘＲａｙメッセージを送信する送信スロットを決定して、ＥＣＵ１０Ｃ，１０Ｄに通知する。その後に、ＣＡＮメッセージｄを受信した場合でも、ＣＡＮメッセージｃの場合と同様に、短い待ち時間でゲートウェイ１００の送信スロットが到来して、当該送信スロットにてＦｌｅｘＲａｙメッセージｄ’を送信することができる。

このように、ゲートウェイ１００用の送信スロットを変更する処理は、例えば、図４に示すように、１つのコミュニケーション・サイクル（「Ｎ」）内に、番号「１」のＥＣＵ、ゲートウェイ１００「Ｇ」、番号「２」〜「７」のＥＣＵの順番で送信スロットが割り当てられている場合に、番号「４」のＥＣＵが使用していた送信スロットをゲートウェイ１００用の送信スロットに変更する場合、ゲートウェイ１００は、番号「４」のＥＣＵが使用していた送信スロットのスロットＩＤを含む通知を他のＥＣＵに通知する。これに対し、番号「２」〜「４」のＥＣＵは、自信のスロットＩＤをずらして、コミュニケーション・サイクル（Ｎ＋１）においては、ゲートウェイ１００用の送信スロットを変更することができる。

このような通信ネットワークシステムにおいては、図５に示すように、ＣＡＮネットワークにおけるあるＥＣＵから等間隔のタイミングｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４で特定データを送信する場合であっても、ＣＡＮネットワークにおける他のＥＣＵとの調停によって、実際にＣＡＮネットワークにＣＡＮメッセージが送信されるタイミングがずれてしまう。このようなずれがＣＡＮネットワークで発生すると、ゲートウェイ１００は、例えば図６に示すように、タイミングｔ１にて送信されるべきＣＡＮメッセージａ１が、他のＥＣＵから送信されるＣＡＮメッセージｘにて、時刻ｔ１からずれて送信された場合には、当該ＣＡＮメッセージａ１の送信時刻に基づいて推定される推定受信時刻がタイミングｔ２からずれてしまう。そして、タイミングｔ２にてＣＡＮメッセージａ２を受信した後、ＣＡＮメッセージａ１の受信時刻に基づいて推定した推定受信時刻後の送信スロットにてＦｌｅｘＲａｙメッセージａ２’を送信することになる。一方、図７に示すように、タイミングｔ１でＣＡＮメッセージａ１を受信し、タイミングｔ２を推定受信時刻とし、タイミングｔ２にてＣＡＮメッセージａ２を受信した場合には、当該タイミングｔ２から所定時間を加算した時の送信スロットにてＦｌｅｘＲａｙメッセージａ２’を送信することができる。

図６を参照して説明したように、所定のタイミングｔ１からずれた時刻でＣＡＮメッセージａ１を受信した場合に、大きな転送遅延を発生させないためには、図８に示すように、タイミングｔ１からずれた受信遅れ期間を考慮して、推定受信時刻を決定する。すなわち、データ送信周期測定部１０５は、以前のＣＡＮメッセージの送信周期から、タイミングｔ１でＣＡＮメッセージａ１を受信することを推定し、タイミングｔ１から遅れてＣＡＮメッセージａ１を受信した場合には、当該遅延分だけ、次にＣＡＮメッセージを受信するタイミングを早く推定する。これによって、次のＣＡＮメッセージの推定受信時刻をタイミングｔ２とすることができ、ＣＡＮメッセージａ２の受信時刻から所定時間後の送信スロットにてＦｌｅｘＲａｙメッセージａ２’を送信することができる。

つぎに、上述したように動作するゲートウェイ１００の動作手順の一例を、図９に示すフローチャートを参照して説明し、当該ゲートウェイ１００からの通知によってＥＣＵ１０Ｃ，１０Ｄの送信スロットを変更する処理を図１０を参照して説明する。

ゲートウェイ１００は、ＣＡＮネットワークからＣＡＮメッセージを受信する度に、ステップＳ１において、当該受信したＣＡＮメッセージがＦｌｅｘＲａｙネットワークに転送すべき特定データを含むＣＡＮメッセージであるか否かを判定する。この判定処理は、ＦｌｅｘＲａｙ通信制御部１０３によってＣＡＮメッセージを受信した時に、特定データ検出部１０４によって行われる。なお、本例においては、舵角センサ情報をＦｌｅｘＲａｙネットワークに転送する特定データであると判定する。特定データ検出部１０４によって特定データを含み、ＦｌｅｘＲａｙネットワークに転送するＣＡＮメッセージであると判定した場合には、処理をステップＳ２に進め、ＦｌｅｘＲａｙネットワークに転送する必要がないＣＡＮメッセージであると判定した場合には、処理を終了する。

次のステップＳ２においては、データ送信周期測定部１０５によって、ＣＡＮネットワークから送信されている舵角センサ情報の送信周期を決定する。このとき、データ送信周期測定部１０５は、前回に舵角センサ情報を受信した時刻と、今回に舵角センサ情報を受信した時刻との差を新たに計測した送信周期とする。当該新たな送信周期と前回に舵角センサ情報を受信した時に計測した送信周期の７個の蓄積値とを用いて、データ送信周期測定部１０５は、８個の送信周期のうち、最大値の送信周期と最小値の送信周期とを除いた６個の送信周期の平均値を舵角センサ情報の送信周期とする。

次のステップＳ３においては、データ送信周期測定部１０５によって、次回に舵角センサ情報を含むＣＡＮメッセージを受信する受信タイミングを推定する。今回に受信した舵角センサ情報の受信タイミングが、今回に受信すると推定していた受信タイミングよりも遅かった場合には、今回の舵角センサ情報の受信タイミングに、ステップＳ２にて決定した送信周期を加算して、当該遅延時間だけ早めたタイミングを次回の受信タイミングとする。今回に受信した舵角センサ情報の受信タイミングが、今回に受信すると推定していた受信タイミングと同じ又は早かった場合には、今回の舵角センサ情報の受信タイミングに、ステップＳ２にて決定した送信周期を加算したタイミングを次回の受信タイミングとする。

次のステップＳ４においては、送信スロット決定部１０６により、次回に舵角センサ情報を受信した時にＦｌｅｘＲａｙネットワークに転送するための送信スロットを決定する。ここで、上記表１に示したように、舵角センサ情報はＣＡＮメッセージ内で優先度が最も高い情報であるので、推定受信時刻に加算する所定時間（時間的余裕：Ｎ）を短く設定する。

この時間的余裕：Ｎである所定時間は、舵角センサ情報の送信処理がＣＡＮネットワークにおいてどれだけ遅延するかによって決定されるものである。すなわち、ＣＡＮネットワークにおいて優先度が高い情報は、他の情報と送信タイミングが重複しても、他のＥＣＵとの調停によって送信が遅れることはなく、通信バス１Ｃにて他の情報が送信中である場合のみに送信タイミングが遅延する。したがって、優先度が最も高い舵角センサ情報の遅延時間は、ＣＡＮメッセージの１個分であり、所定時間をＣＡＮメッセージの１個分に設定すればよい。これにより、図１１に示すように、前回の受信タイミングｔ１にて舵角センサ情報を含むＣＡＮメッセージａ１を受信した時に推定した推定受信時刻に、１個のＣＡＮメッセージ分の時間的余裕：Ｎを加算した時刻の直後に開始する送信スロットを、ゲートウェイ１００の送信スロットとすることができる。図１２に示すように、仮に、舵角センサ情報を送信する送信タイミングで他のＣＡＮメッセージｘが送信中である場合であっても、１個のＣＡＮメッセージ分の時間内には舵角センサ情報を含むＣＡＮメッセージを受信でき、舵角センサ情報の受信直後の送信スロットにて舵角センサ情報をＦｌｅｘＲａｙネットワークに転送することができる。

仮に、時間的余裕：Ｎを０（無し）とした場合には、図１３に示すように、特定データが定期的にＣＡＮネットワークに送信されている場合には、ゲートウェイ１００への受信遅延が無く、当該ＣＡＮメッセージの受信直後の送信スロットにて特定データをＦｌｅｘＲａｙネットワークに転送することができる。しかし、図１４に示すように、ＣＡＮネットワークにおいて、優先度に基づいた調停が行われて、特定データに受信遅延が発生した場合、当該受信遅延によってゲートウェイ１００の送信スロットが通過してしまい、特定データを受信しても次のコミュニケーション・サイクルでしか送信できない問題がある。したがって、ＣＡＮネットワークにおいて優先度が最も高い情報については、時間的余裕：Ｎ（ＣＡＮネットワークの個数）を「１」としたが、２番目に優先度が高い情報については時間的余裕：ＮであるＣＡＮネットワークの個数を２個にすればよい。

このように、送信スロット決定部１０６は、特定データのＣＡＮネットワークにおける優先度に基づいて、推定受信時刻に加算する所定時間（時間的余裕：Ｎ）を調整し、当該推定受信時刻に所定時間を加算した時刻の直後の送信スロットをゲートウェイ１００の送信スロットに決定する。

次のステップＳ５において、ゲートウェイ１００は、ＦｌｅｘＲａｙ通信制御部１０３によって、ステップＳ４にて決定した送信スロットをＦｌｅｘＲａｙネットワークのＥＣＵ１０Ｃ，１０Ｄに通知する（通知手段）。これによって、ＥＣＵ１０Ｃ，１０Ｄでは、後述の図１０で説明するように、送信スロットの変更を行う。

次に、ゲートウェイ１００は、ステップＳ６において、ＣＡＮ通信制御部１０１によって、舵角センサ情報を含むＣＡＮメッセージを受信し、ステップＳ７において、ＣＡＮ−ＦｌｅｘＲａｙデータ変換処理部１０２によって、当該舵角センサ情報をＦｌｅｘＲａｙメッセージにデータフォーマットを変換し、ステップＳ８においてＦｌｅｘＲａｙ通信制御部１０３からＦｌｅｘＲａｙメッセージを送信して、処理を終了する。

ＦｌｅｘＲａｙネットワークに接続されたＥＣＵは、上述したようにゲートウェイ１００が動作し、ステップＳ５においてゲートウェイ１００の送信スロットが通知されると、図１０に示すような処理を行う。なお、以下の説明では、図４に示したように、コミュニケーション・サイクル（Ｎ）においてはゲートウェイ１００に先頭から２番目の送信スロットが割り当てられている状況において、コミュニケーション・サイクル（Ｎ＋１）にてゲートウェイ１００に先頭から５番目の送信スロットを割り当てる例について説明する。また、図４では、各コミュニケーション・サイクルの先頭から末尾までの８個の送信スロットに、スロットＩＤ「１」〜「８」が割り当てられているものとする。

ＥＣＵは、先ずステップＳ１１において、ゲートウェイ１００から通知されたゲートウェイ１００の送信スロットと、現在の自己の送信スロットとの前後関係を判定する。具体的には、コミュニケーション・サイクル内における時間軸上において、自己の送信スロットが、現在のゲートウェイ１００の送信スロットと通知されたゲートウェイ１００の送信スロットとの間に存在するか否か、及び通知されたゲートウェイ１００の送信スロットに該当する送信スロットを使用しているかを判定する。

図４に示したように、コミュニケーション・サイクル（Ｎ）でのゲートウェイ１００の送信スロットが先頭から２番目のスロットＩＤ「２」の送信スロットであり、次のコミュニケーション・サイクル（Ｎ＋１）でのゲートウェイ１００の送信スロットが先頭から５番目のスロットＩＤ「５」の送信スロットと通知された場合、コミュニケーション・サイクル（Ｎ）においてスロットＩＤ「３」〜「５」の送信スロットを使用しているＥＣＵでは、ステップＳ１１の判定において、ゲートウェイ１００の送信スロットの間にあると判定して、ステップＳ１２に処理を進める。

一方、他のＥＣＵは、ステップＳ１１の条件に該当しないとして、ステップＳ１５に処理を進める。コミュニケーション・サイクル（Ｎ）において、先頭の送信スロットが割り当てられているＥＣＵ、６〜８番目の送信スロットが割り当てられているＥＣＵは、処理をステップＳ１５に進めることになる。このステップＳ１５において、ＥＣＵは、コミュニケーション・サイクル（Ｎ＋１）となっても同じスロットＩＤの送信スロットにてＦｌｅｘＲａｙメッセージの送信を行うことになる。

ステップＳ１２において、ＥＣＵは、ゲートウェイ１００から通知された送信スロットのスロットＩＤが、コミュニケーション・サイクル（Ｎ）での送信スロットに対して大きいか否かを判定する。具体的には、コミュニケーション・サイクル（Ｎ）でゲートウェイ１００に割り当てられている送信スロットのスロットＩＤと、コミュニケーション・サイクル（Ｎ＋１）でゲートウェイ１００に割り当てられている送信スロットのスロットＩＤとの値を比較する。次回のスロットＩＤ＜今回のスロットＩＤである場合には、ステップＳ１３に処理を進め、次回のスロットＩＤ＞今回のスロットＩＤである場合には、ステップＳ１４に処理を進め、次回のスロットＩＤ＝今回のスロットＩＤである場合には、ステップＳ１５に処理を進める。

図４に示す例においてコミュニケーション・サイクル（Ｎ）においてゲートウェイ１００の送信スロットのスロットＩＤは「２」であり、コミュニケーション・サイクル（Ｎ＋１）で通知したゲートウェイ１００の送信スロットのスロットＩＤが「５」である場合、次回のスロットＩＤ「５」＞今回のスロットＩＤ「２」となり、ステップＳ１２から、ステップＳ１４に進める。

ステップＳ１３において、ＥＣＵは、コミュニケーション・サイクル（Ｎ）で設定されていた送信スロットのスロットＩＤよりも一つ後のスロットＩＤを設定して、コミュニケーション・サイクル（Ｎ＋１）においてＦｌｅｘＲａｙメッセージの送信を行うと設定して処理を終了する。

ステップＳ１４において、ＥＣＵは、コミュニケーション・サイクル（Ｎ）で設定されていた送信スロットのスロットＩＤよりも一つ前のスロットＩＤを設定して、コミュニケーション・サイクル（Ｎ＋１）においてＦｌｅｘＲａｙメッセージの送信を行うと設定して処理を終了する。図４に示す例において、スロットＩＤ「３」〜「５」の送信スロットが割り当てられていたＥＣＵは、それぞれ、スロットＩＤ「２」〜「４」に変更して処理を終了する。

ステップＳ１５において、ＥＣＵは、コミュニケーション・サイクル（Ｎ）の送信スロットと同じ送信スロットにて、コミュニケーション・サイクル（Ｎ＋１）においてＦｌｅｘＲａｙメッセージの送信を行うと設定して、処理を終了する。

以上詳細に説明したように、本発明を適用した通信ネットワークシステムによれば、ＣＡＮメッセージの送信周期を推定して、次回の推定受信時刻を求めて、ゲートウェイ１００の送信スロットを決定することができるので、推定受信時刻直後の送信スロットをゲートウェイ１００の送信スロットに設定することによって、ＣＡＮメッセージを受信してから少ない遅延時間でＦｌｅｘＲａｙメッセージを送信することができる。

例えば図１５（ａ）に示すように、時刻ｔ１，ｔ２と１０ｍｓｅｃ間隔でＣＡＮメッセージａ１，ａ２を受信した場合、ゲートウェイ１００の送信スロットが固定されている場合には、図１５（ｂ）に示すように、ＣＡＮメッセージａ１は、４ｍｓｅｃといった遅延後にしかＦｌｅｘＲａｙメッセージａ１’を送信することができず、ＣＡＮメッセージａ２は、２ｍｓｅｃといった遅延後にしかＦｌｅｘＲａｙメッセージａ２’を送信することができず、偶然にしてＣＡＮメッセージａ３の直後に送信スロットが存在した場合にのみ遅延なくＦｌｅｘＲａｙメッセージａ３’を送信できる。

これに対し、本発明を適用したゲートウェイ１００によれば、図１５（ｃ）及び図１６に示すように、時刻ｔ１に受信タイミングを推定した場合には、当該受信タイミングである時刻ｔ１、時刻ｔ２等から所定時間後の送信スロットにてＦｌｅｘＲａｙメッセージａ１’，ａ２’，ａ３’を送信することができる。図１６に示すように、例えば１個分のＣＡＮメッセージの長さが１０８μｓｅｃである場合、推定したＣＡＮメッセージの受信時刻に１０８μｓｅｃを加算して、その直後の送信スロットでＦｌｅｘＲａｙメッセージを送信することができる。これによって、ＣＡＮメッセージを受信してからＦｌｅｘＲａｙメッセージを送信するまでの遅延を２００μｓｅｃといったように、１／１０程度まで極めて短くできる。

つぎに、本発明を適用した他の通信ネットワークシステムについて説明する。

この通信ネットワークシステムは、ＣＡＮメッセージとして最も優先度の高い舵角センサ情報と、２番目に優先度の高いヨーレートセンサ情報とをＦｌｅｘＲａｙネットワークに中継するものである。このような通信ネットワークシステムにおける諸元を表２に示す。

このような通信ネットワークシステムは、上述した推定受信時刻に加算する所定時間である時間的余裕：Ｎを、舵角センサ情報については「１」とし、ヨーレートセンサ情報については「２」とする。このことは、ゲートウェイ１００の送信スロット決定部１０６に設定されている。

図１７に示すように、舵角センサ情報を含むＣＡＮメッセージａ１，ａ２，ａ３を送信し、並列してヨーレートセンサ情報を含むＣＡＮメッセージｂ１，ｂ２，ｂ３を受信したとし、時刻ｔ３において舵角センサ情報を含むＣＡＮメッセージａ３とヨーレートセンサ情報を含むＣＡＮメッセージｂ３との送信タイミングが重複した場合を考える。

ゲートウェイ１００は、時刻ｔ３の前の時刻ｔ１においてＣＡＮメッセージａ２を受信したことによって次の推定受信時刻を時刻ｔ３とし、時刻ｔ３の前の時刻ｔ２においてＣＡＮメッセージｂ２を受信したことによって、次の推定受信時刻を時刻ｔ３としており、次にＣＡＮメッセージを受信するタイミングが時刻ｔ３で重なったとする。この場合、ＣＡＮネットワークにおける優先度は、舵角センサ情報が最も高く、ヨーレートセンサ情報が２番目に高いので、舵角センサ情報とヨーレートセンサ情報とで時間的余裕：Ｎが異なる。したがって、図１８（ａ）に示すように、時刻ｔ３にて舵角センサ情報を含むＣＡＮメッセージａ３を受信し、図１８（ｂ）に示すように、時刻ｔ３にてヨーレートセンサ情報を含むＣＡＮメッセージｂ３を受信しても、舵角センサ情報についての時間的余裕：ＮはＴ１となり、ヨーレートセンサ情報についての時間的余裕：ＮはＴ２となる。このため、図１８（ｃ）に示すように、ＣＡＮメッセージａ３を受信し時間的余裕：Ｎ（Ｔ１）後の時刻ｔ３’後の送信スロットでＦｌｅｘＲａｙメッセージａ３’を送信できる。一方、ＣＡＮメッセージｂ３を受信し時間的余裕：Ｎ（Ｔ２＞Ｔ１）後の時刻ｔ３''後の送信スロットでＦｌｅｘＲａｙメッセージｂ３’を送信できる。

このように、ゲートウェイ１００の送信スロット決定部１０６は、ＣＡＮネットワークから送信されたＣＡＮネットワークに含まれる情報の種類ごとに、当該ＣＡＮメッセージを受信してからＦｌｅｘＲａｙネットワークに送信するまでの時間的余裕代を設定して、情報の種類ごとに送信スロットを決定することができる。これによって、異なる種類の情報間で推定受信時刻が同時に推定されても、送信スロットが重なって決定されることなく、かつ優先度の高い情報を先に中継できる。また、ＣＡＮネットワークにおいて調停された結果、優先度の高いＣＡＮメッセージが先にゲートウェイ１００に到達されることに対応して、先に受信した情報を、先にＦｌｅｘＲａｙネットワークに中継することができる。

更に、図１９に示すように、ＣＡＮメッセージａ１，ａ２，ａ３の送信周期が１０ｍｓｅｃ、ＣＡＮメッセージｂ１，ｂ２，ｂ３の送信周期が８ｍｓｅｃである場合に、ＣＡＮネットワークにおける調停によって、ＣＡＮメッセージａ２、ｂ２といったように連続してゲートウェイ１００がＣＡＮメッセージを受信した場合には、図１９（ａ）のように２ｍｓｅｃといった遅延を発生させることはない。すなわち、上述したように、推定受信時刻が重複した場合には、図２０に示すように、情報の種類ごとに設定した時間的余裕：Ｎによって前後して情報をＦｌｅｘＲａｙネットワークに転送できる。これによって、優先度の高いＣＡＮメッセージａ２については、２００μｓｅｃという短い遅延後にＦｌｅｘＲａｙメッセージａ２’として転送でき、優先度の高いＣＡＮメッセージｂ２については、２５０μｓｅｃという短い遅延後にＦｌｅｘＲａｙメッセージｂ２’として転送できる。

なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

本発明を適用した通信ネットワークシステムの構成を示すブロック図である。 本発明を適用したゲートウェイの内部の機能的な構成を示すブロック図である。 本発明を適用した通信ネットワークシステムにおいて、ＣＡＮメッセージをゲートウェイで中継してＦｌｅｘＲａｙメッセージとして転送するタイミングチャートである。 ゲートウェイの送信スロットを決定する処理の説明図である。 ＣＡＮメッセージが調停によってずれることを説明するための図である。 ＣＡＮメッセージが調停によってずれた時に発生する転送遅延について説明する図である。 ＣＡＮメッセージがずれていないときの転送遅延について説明する図である。 ＣＡＮメッセージが調停によってずれたときのゲートウェイの処理を説明するための図である。 本発明を適用したゲートウェイによってＣＡＮメッセージをＦｌｅｘＲａｙメッセージに変換して中継する処理手順を示すフローチャートである。 ＦｌｅｘＲａｙネットワークに含まれるＥＣＵによって送信スロットを変更する処理手順を示すフローチャートである。 本発明を適用したゲートウェイによって推定受信時刻から所定の時間的余裕を以て送信スロットを決定した時の通信ネットワークシステムの動作を示すタイミングチャートである。 ＣＡＮメッセージの調停によってＣＡＮメッセージの受信タイミングがずれた場合の動作を示すタイミングチャートである。 時間的余裕を「０」にした場合にＣＡＮメッセージをＦｌｅｘＲａｙメッセージに変換して転送する動作を示すタイミングチャートである。 時間的余裕を「０」にした場合にＣＡＮメッセージをＦｌｅｘＲａｙメッセージに変換して転送する場合の他の動作を示すタイミングチャートである。 本発明を適用した通信ネットワークシステムの効果を示すタイミングチャートである。 本発明を適用した通信ネットワークシステムの効果を示すタイミングチャートであって、具体的な転送時間を示す図である。 本発明を適用した通信ネットワークシステムにおいて、情報の優先度に応じて異なる時間的余裕を設定して送信スロットを決定した場合のタイミングチャートである。 本発明を適用した通信ネットワークシステムにおいて、優先度が最も高い舵角センサ情報と、優先度が２番目に高いヨーレートセンサ情報とを転送するタイミングチャートである。 本発明を適用した通信ネットワークシステムの他の効果を示すタイミングチャートである。 本発明を適用した通信ネットワークシステムの他の効果を示すタイミングチャートであって、具体的な転送時間を示す図である。 本発明を適用した通信ネットワークシステムにおけるコミュニケーション・サイクルを説明するための図である。

符号の説明

１Ｃ，１Ｆ 通信バス
１０ ＥＣＵ
１００ ゲートウェイ
１０１ ＣＡＮ通信制御部
１０２ ＣＡＮ−ＦｌｅｘＲａｙデータ変換処理部
１０３ ＦｌｅｘＲａｙ通信制御部
１０４ 特定データ検出部
１０５ データ送信周期測定部
１０６ 送信スロット決定部

Claims (8)

1. 第１のネットワークに接続された第１のノードと、前記第１のネットワークとは異なる第２のネットワークに接続された第２のノードとの間で送受信されるデータを中継するデータ中継装置において、
   前記第２のネットワークは、一通信周期内に、１つのフレームを送信する時間区分であるスロットの長さが固定長とされた静的通信区間と、前記スロットの長さが可変長とされた動的通信区間とを有し、当該第２のネットワーク上の各ノードが、少なくとも前記静的通信区間において自ノードに割り当てられたスロット内で他ノードに転送すべきフレームを送信する時分割多重通信型のネットワークであり、
   当該データ中継装置は、
   前記第１のノードから受信したメッセージを受信する通信周期を測定して、次にメッセージを受信するタイミングを推定する受信タイミング推定手段と、
   前記受信タイミング受信手段によって推定された受信タイミングに所定時間を加算した時刻を含むスロットを、前記第２のネットワークを介して前記第２にノードに向けて送信するスロットとして決定する送信スロット決定手段と、
   前記送信スロット決定手段によって決定された送信スロットにて、前記第１のノードから受信したメッセージを前記第２のノードに転送する転送手段と
   を備えることを特徴とするデータ中継装置。
2. 前記受信タイミング推定手段は、推定した受信タイミングに対して、実際のメッセージの受信タイミングが遅延した場合には、当該遅延分だけ、次にメッセージを受信するタイミングを早く推定することを特徴とする請求項１に記載のデータ中継装置。
3. 前記送信スロット決定手段によって決定されたデータ中継装置用の送信スロットを他の第２のノードに通知する通知手段を更に備えること特徴とする請求項１に記載のデータ中継装置。
4. 前記受信タイミング推定手段は、前記第１のノードからメッセージを受信する毎に測定した通信周期の移動平均値を、当該第１のノードからメッセージを受信する通信周期として求めて、当該通信周期に基づいて次にメッセージを受信するタイミングを推定することを特徴とする請求項１に記載のデータ中継装置。
5. 前記送信スロット決定手段は、前記第１のネットワークから送信されたメッセージの種類ごとに、当該メッセージを受信してから前記第２のネットワークに送信するまでの時間的余裕代を設定して、前記メッセージの種類ごとに送信スロットを決定することを特徴とする請求項１に記載のデータ中継装置。
6. 第１のネットワークに接続された第１のノードと、
   前記第１のネットワークとは異なる第２のネットワークに接続された第２のノードと、
   前記第１のノードと前記第２のノードとの間で送受信されるデータを中継するデータ中継装置とを備え、
   前記第２のネットワークは、一通信周期内に、１つのフレームを送信する時間区分であるスロットの長さが固定長とされた静的通信区間と、前記スロットの長さが可変長とされた動的通信区間とを有し、ネットワーク上の各ノードが、少なくとも前記静的通信区間において自ノードに割り当てられたスロット内で他ノードに転送すべきフレームを送信する時分割多重通信型のネットワークであり、
   前記データ中継装置は、
   前記第１のノードから受信したメッセージを受信する通信周期を測定して、次にメッセージを受信するタイミングを推定する受信タイミング推定手段と、
   前記受信タイミング受信手段によって推定された受信タイミングに所定時間を加算した時刻を含むスロットを、前記第２のネットワークを介して前記第２にノードに向けて送信するスロットとして決定する送信スロット決定手段と、
   前記送信スロット決定手段によって決定された送信スロットにて、前記第１のノードから受信したメッセージを前記第２のノードに転送する転送手段と
   を備えることを特徴とする通信ネットワークシステム。
7. 前記データ中継装置は、前記送信スロット決定手段によって決定されたデータ中継装置用の送信スロットを他の第２のノードに通知する通知手段を更に備え、
   前記第２のノードは、前記データ中継装置の通知手段から前記データ中継装置用の送信スロットを特定する通知メッセージを受信した場合に、当該データ中継装置用の送信スロットを避けて自己の送信スロットを決定することを特徴とする請求項６に記載の通信ネットワークシステム。
8. 第１のネットワークに接続された第１のノードと、前記第１のネットワークとは異なる第２のネットワークに接続された第２のノードとの間で送受信されるデータを中継するデータ中継方法において、
   前記第２のネットワークは、一通信周期内に、１つのフレームを送信する時間区分であるスロットの長さが固定長とされた静的通信区間と、前記スロットの長さが可変長とされた動的通信区間とを有し、ネットワーク上の各ノードが、少なくとも前記静的通信区間において自ノードに割り当てられたスロット内で他ノードに転送すべきフレームを送信する時分割多重通信型のネットワークであり、
   当該データ中継方法は、
   前記第１のノードから受信したメッセージを受信する通信周期を測定して、次にメッセージを受信するタイミングを推定する受信タイミング推定工程と、
   前記受信タイミング受信手段によって推定された受信タイミングに所定時間を加算した時刻を含むスロットを、前記第２のネットワークを介して前記第２にノードに向けて送信するスロットとして決定する送信スロット決定工程と、
   前記送信スロット決定手段によって決定された送信スロットにて、前記第１のノードから受信したメッセージを前記第２のノードに転送する転送工程と
   を備えることを特徴とするデータ中継方法。

Images