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
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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
【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。
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。
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
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007154071A JP2008306648A (ja) | 2007-06-11 | 2007-06-11 | 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 |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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2007
- 2007-06-11 JP JP2007154071A patent/JP2008306648A/ja active Pending
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