JP7338586B2 - 車載ネットワークシステム - Google Patents

Description

本開示は、車載ネットワークシステムに関する。

下記特許文献１には、複数の回線によって相互に接続され、データの送受信を行う複数の制御部と、制御部間で送受信されるデータを中継する中継装置（ゲートウェイＥＣＵ）と、を備える車載ネットワークシステムが開示されている。この車載ネットワークシステムでは、データ毎に送信の優先度が予め定められており、中継装置でデータの滞留が発生している場合に、優先度が所定以上のデータを優先的に中継する。これにより、優先度の高いデータを優先的に転送し、データの転送遅れを抑制している。

特開２０１８－０７０１２１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術によれば、中継装置で所定の優先度のデータが集中して受信された場合、当該優先度のデータについて、充分に転送遅れを抑制できない虞がある。

本開示は、上記の点に鑑みてなされたものであり、複数の中継装置を中継するデータについて、データの転送遅れを抑制することができる車載ネットワークシステムを提供することを目的とする。

本開示の第１態様の車載ネットワークシステムは、受信したデータを一時的に保持し、保持している前記データを中継優先度が高い順に中継する複数の中継装置と、前記複数の中継装置に含まれる第１中継装置に保持されている前記データ毎に、中継されずに保持されている保持時間を測定する測定部と、測定された前記保持時間が、所定の閾値を超えている前記データである滞留データについて、当該滞留データの中継優先度を上げるように、前記複数の中継装置のうち、前記第１中継装置とは別の中継装置であって、前記滞留データを中継可能な第２中継装置に要求する要求部と、を有する。

本開示の第１態様の車載ネットワークシステムによれば、各中継装置は、受信したデータを一時的に保持し、保持しているデータを中継優先度が高い順に送信する。従って、所定の中継装置にデータが集中し、データの滞留が発生しても、相対的に優先度の高いデータを優先して中継するため、優先度の高いデータの転送遅れを抑制することができる。

ところで、中継装置に所定の優先度のデータが集中して受信された場合、優先度に基づいてデータを転送するだけでは、当該所定の優先度のデータ群の転送遅れを抑制することができない場合がある。一方、複数の中継装置を中継してデータの送受信が行われる場合、一つの中継装置でデータの滞留が発生しても、他の中継装置において、当該データの転送を優先的に行えば、通信経路全体における当該データの転送時間を短縮することができる。

そこで、第１中継装置では、受信したデータ毎に、中継されずに保持されている保持時間を測定する。そして、測定された保持時間が、所定の閾値を超えているデータである滞留データについて、中継優先度を上げるように、第１中継装置とは別の中継装置であって、滞留データを中継する第２中継装置に要求する。これにより、第１中継装置で滞留しているデータが、第２中継装置で優先的に中継されることにより、通信経路全体における当該滞留データの転送時間が短縮される。その結果、第１中継装置に所定の優先度のデータが集中して受信された場合でも、データの転送遅れを抑制することができる。

本開示の第２態様の車載ネットワークシステムは、第１態様に記載の構成において、前記閾値は、前記データ毎に設定されている。

本開示の第２態様の車載ネットワークシステムによれば、データ毎に保持時間の閾値が設定されるため、データの種類に応じて滞留の有無を的確に判断することができる。これにより、データの転送遅れを効果的に抑制することができる。

本開示の第３態様の車載ネットワークシステムは、第１態様又は第２態様に記載の構成において、前記要求部は、前記滞留データの中継優先度が前記第１中継装置において最大値である場合に、前記第２中継装置における前記滞留データの中継優先度を上げるように要求する。

本開示の第３態様の車載ネットワークシステムによれば、第１中継装置で最も優先度の高いデータが滞留した場合に、当該滞留データについて、第２中継装置で中継優先度を上げるように要求する。これにより、第１中継装置で優先度の高いデータが集中して受信され、滞留が発生した場合でも、第２中継装置で優先して中継することでデータの転送遅れを抑制できる。

本開示の第４態様の車載ネットワークシステムは、第１態様～第３態様の何れか１態様に記載の構成において、前記第１中継装置において、前記滞留データの中継優先度が最大値未満である場合に、前記滞留データの中継優先度を上げる設定部を更に有する。

本開示の第４態様の車載ネットワークシステムによれば、第１中継装置において滞留しているデータの中継優先度が最大値未満である場合に、当該滞留データの中継優先度を上げて、第１中継装置で優先的に中継させることができる。これにより、データの滞留が発生しやすい傾向にある中継優先度の低いデータについて、転送遅れが抑制される。すなわち、データの中継優先度が最大値未満であるデータは、第１中継装置で当該データよりも中継優先度の高いデータが受信された場合、中継が後回しにされる。そのため、第１中継装置に保持される時間が増大し、データの滞留が発生しやすい傾向にある。そこで、データの中継優先度が最大値未満であるデータについて滞留が生じた場合に、第１中継装置における中継優先度を上げることで転送遅れを抑制することができる。

本開示の第５態様の車載ネットワークシステムは、第４態様に記載の構成において、前記第１中継装置において、前記滞留データの中継優先度を上げた場合に、前記滞留データとは別の前記第１中継装置が保持するデータの前記保持時間が前記閾値を超えるか否かを判定する相対判定部を更に有し、前記滞留データの中継優先度を上げた場合に保持時間が前記閾値を超えるデータである滞留予備データが存在する場合、前記滞留データの中継優先度を上げずに維持する。

本開示の第５態様の車載ネットワークシステムによれば、第１中継装置において、中継優先度が最大値未満である滞留データについて、滞留データの中継優先度を上げることで第１中継装置の別のデータに滞留が生じる場合は、優先度を上げずに維持する。これにより、相対的に優先度の低いデータについては、第１中継装置の別のデータに滞留を生じない場合にのみ中継を優先させることができ、第１中継装置全体の転送遅れを効果的に抑制することができる。

本開示の第６態様の車載ネットワークシステムは、第５態様に記載の構成において、前記設定部は、前記滞留予備データの前記第１中継装置における中継優先度が前記滞留データの前記第１中継装置における中継優先度以上であった場合に前記滞留データの中継優先度を上げずに維持し、前記滞留予備データの前記第１中継装置における中継優先度が前記滞留データの前記第１中継装置における中継優先度よりも低かった場合に前記滞留データの中継優先度を上げるように構成されている。

本開示の第６態様の車載ネットワークシステムによれば、滞留データの中継優先度を上げた場合に、滞留予備データの中継優先度が滞留データ以上である場合は、優先度を上げずに維持する。これにより、本来、滞留データと比較して中継優先度が高い、又は、同等の中継優先度を有するデータを優先して中継させる。一方、滞留予備データの中継優先度が滞留データより低い場合は、滞留データの中継を優先させることで、滞留データの転送遅れを抑制する。これにより、第１中継装置におけるデータの転送遅れを効果的に抑制することができる。

本開示の第７態様の車載ネットワークシステムは、第１態様～第６態様の何れか１態様に記載の構成において、前記複数の中継装置の各々は、受信した各種データを中継優先度毎に先着順に送信する。

本開示の第７態様の車載ネットワークシステムによれば、受信した各種データを中継優先度毎に先着順に送信する。これにより、各中継装置で中継優先度が上げられたデータは、それまで同等の中継優先度であった別のデータに割り込むことで優先的に中継される。一方、同一の中継優先度を有するデータ同士は、先着順によって、先に受信されたデータが優先的に中継される。このため、比較的中継優先度が高いデータ群に本来中継優先度が低く設定されたデータが割り込んだ場合でも、先着順に中継されることで、本来中継優先度の高いデータの転送が遅れることが抑制される。その結果、本来中継優先度の高いデータの転送を優先しつつ、それよりも中継優先度の低いデータの転送遅れも抑制することができる。

本開示の第８態様の車載ネットワークシステムは、第１態様～第７態様の何れか１態様に記載の構成において、前記要求部は、前記第２中継装置が複数存在する場合、全ての前記第２中継装置に対して、当該第２中継装置における前記滞留データの中継優先度を上げるように要求する。

本開示の第８態様の車載ネットワークシステムによれば、第１中継装置は、第２中継装置が複数ある場合、第１中継装置から全ての第２中継装置に対して、滞留データの中継優先度を上げるように要求する。これにより、特定の第２中継装置に対して要求する場合と比較して、要求に際し、特定のアドレスを有するデータを生成することが不要となる。これにより第１中継装置の処理負担が低減され、第１中継装置の過負荷による遅延を抑制することができる。

本開示の第９態様の車載ネットワークシステムは、第１態様～第７態様の何れか１態様に記載の構成において、前記要求部は、前記複数の中継装置のうち、前記第１中継装置とは別の中継装置であって、前記滞留データの送信方向の上流側及び下流側の少なくとも一方に接続された前記第２中継装置に対して、当該第２中継装置における前記データの中継優先度を上げるように要求する。

本開示の第９態様の車載ネットワークシステムによれば、第１中継装置で滞留している滞留データについて、当該滞留データ送信方向一方側又は他方側に接続された第２中継装置に対して、滞留データの中継優先度を上げるように要求する。すなわち、第１中継装置は、通信経路において、第１中継装置と隣接する第２中継装置について、滞留データの中継優先度を上げるように要求する。これにより、滞留データの通信経路と無関係な別の第２中継装置にまで、要求に係るデータが送信されることを排除することができる。その結果、中継装置を繋ぐ回線の負担が低減し、回線の過負荷による遅延を抑制することができる。

本開示によれば、車載ネットワークシステムにおけるデータの転送遅れを抑制することができる。

開示の技術の実施形態に係る車載ネットワークシステムの概略構成を示すブロック図である。 実施形態に係るゲートウエイＥＣＵのハードウェア構成を示すブロック図である。 実施形態に係るゲートウエイＥＣＵの機能構成を示すブロック図である。 実施形態に係るゲートウエイＥＣＵの中継テーブルの一例である。 実施形態に係る車載ネットワークシステムによるデータの通信経路の一例である。 実施形態に係る中継優先処理の流れを示すフローチャートである。 実施形態に係る第２ゲートウエイで中継優先処理を実行する前の中継テーブルの一例である。 実施形態に係る第２ゲートウエイで中継優先処理を実行した後の中継テーブルの一例である。 実施形態に係る中継優先度変更処理の流れを示すフローチャートである。 実施形態に係る第１ゲートウエイで中継優先度変更処理を実行する前の中継テーブルの一例である。 実施形態に係る第１ゲートウエイで中継優先度変更処理を実行した後の中継テーブルの一例である。 実施形態に係る車載ネットワークシステムによるデータの通信経路の他の一例である。

以下、本開示の実施形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一または等価な構成要素および部分には同一の参照符号を付与している。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

（概要）
図１は、本実施形態に係る車載ネットワークシステム１０の概略構成を示す図である。この図に示されるように、車載ネットワークシステム１０は、車両１２に搭載された複数のＥＣＵ１４（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）間のデータ通信を可能にするものである。

車載ネットワークシステム１０は、中継装置としての複数のゲートウエイＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１４を含んでいる。本実施形態では、ゲートウエイＥＣＵ２０として、第１ゲートウエイＥＣＵ２０Ａ、第２ゲートウエイＥＣＵ２０Ｂ、第３ゲートウエイＥＣＵ２０Ｃを有している。これらのゲートウエイＥＣＵ２０は、それぞれが以下に説明する中継機能を有しており、本発明における「第１中継装置」及び「第２中継装置」を構成する。

以下、第１ゲートウエイＥＣＵ２０、第２ゲートウエイＥＣＵ２０、第３ゲートウエイＥＣＵ２０を、それぞれ第１ＧＷ２０Ａ、第２ＧＷ２０Ｂ、第３ＧＷ２０Ｃと称する。また、各々のゲートウエイＥＣＵ２０を区別する必要が無い場合は、単にＧＷ２０と称する。

各々のＥＣＵ１４（Ａ～Ｅ）と各ＧＷ２０は、それぞれ外部バス２２（Ａ～Ｇ）を介して接続されている。各ＥＣＵ１４で生成又は取得されたデータは、ＧＷ２０を中継して送信先のＥＣＵ１４に転送される。例えば、図５に示すように、ＥＣＵ１４ＡからＥＣＵ１４Ｂへ送信されたデータは、第１ＧＷ２０Ａ及び第２ＧＷ２０Ｂで中継されることにより外部バス２２Ａ、外部バス２２Ｂ、外部バス２２Ｃを介してＥＣＵ１４Ｂで受信される。このように、各ＧＷ２０は複数のポートを有しており、複数のポートに外部バス２２を介して各ＥＣＵ１４が接続されている。各ＧＷ２０は、何れかのポートに入力されるデータを他の何れかのポートに中継する中継装置である。

本実施形態の外部バス２２では、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）プロトコルによる通信が行われている。各ＥＣＵ１４の間で送受信されるデータは、ＣＡＮプロトコルに基づく通信フレームとして送受信される。通信フレームは、データの種類等に応じてＣＡＮプロトコルにおける通信調停用のフレームＩＤを有している。なお、外部バス２２の通信方式はＣＡＮに限らず、ＣＡＮ－ＦＤ（ＣＡＮ Ｗｉｔｈ Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｄａｔａ Ｒａｔｅ）、イーサネット（登録商標）等を適用してもよい。

以下、各ＥＣＵ１４及びＧＷ２０について詳述する。

各ＥＣＵ１４は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ストレージ、通信Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒ Ｆａｃｅ）及び入出力Ｉ／Ｆを含んで構成されている。ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ストレージ、通信Ｉ／Ｆ及び入出力Ｉ／Ｆは、内部バスを介して相互に通信可能に接続されている。

また、各ＥＣＵ１４は、入出力Ｉ／Ｆを介して車両１２の制御に要する、又は車両１２を構成する図示しない補器類と接続されている。補器類には、例えば、車速センサやシフトポジションセンサ、ステアリングの操舵角センサ等車両に搭載される各種センサや、イグニッションスイッチ等の各種スイッチが含まれている。また、補器類が接続されるＥＣＵ１４は、エンジンＥＣＵ、ブレーキＥＣＵ、ステアリングＥＣＵ、トランスミッションＥＣＵ、ボデーＥＣＵ、メータＥＣＵ、エアコンＥＣＵ、ＰＣＳ（Ｐｒｅ－Ｃｒａｓｈ Ｓａｆｅｔｙ）－ＥＣＵ、又は、ＬＫＡ（Ｌａｎｅ Ｋｅｅｐｉｎｇ Ａｓｓｉｓｔ）－ＥＣＵ、エアコンＥＣＵ、マルチメディアＥＣＵ、スマートキーＥＣＵ等各種ＥＣＵが存在する。

なお、車両１２がＨＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）車、ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、及び燃料電池車（ＦＣＶ：Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ） の場合には、エンジンＥＣＵの代わりに、それぞれ、エンジン又は駆動用モータの出力を制御するＨＶ－ＥＣＵ、及び、駆動用モータの出力を制御するＥＶ－ＥＣＵを用いればよい。

（ゲートウエイＥＣＵ）
図２は、中継装置としての各ＧＷ２０のハードウェア構成を示すブロック図である。
図２に示すように、ＧＷ２０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２０１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２０２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２０３、ストレージ２０４、通信Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒ Ｆａｃｅ）２０５及び入出力Ｉ／Ｆ２０６を含んで構成されている。ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３、ストレージ２０４、通信Ｉ／Ｆ２０５及び入出力Ｉ／Ｆ２０６は、内部バス２０７を介して相互に通信可能に接続されている。

ＣＰＵ２０１は、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、各部を制御したりする。すなわち、ＣＰＵ２０１は、ＲＯＭ２０２からプログラムを読み出し、ＲＡＭ２０３を作業領域としてプログラムを実行する。ＣＰＵ２０１は、ＲＯＭ２０２またはストレージ２０４に記録されているプログラムにしたがって、上記各構成の制御および各種の演算処理を行う。本実施形態では、ＲＯＭ２０２には、ＧＷ２０で受信したデータを中継する通信プログラムが格納されている。

ＲＯＭ２０２は、各種プログラムおよび各種データを格納する。ＲＡＭ２０３は、作業領域として一時的にプログラムまたはデータを記憶する。

ストレージ２０４は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）またはフラッシュメモリ等の記録装置により構成され、オペレーティングシステムを含む各種プログラム、および各種データを格納する。

通信Ｉ／Ｆ２０５は、他のＥＣＵ１４と通信するためのインタフェースであり、ＣＡＮプロトコルによる通信規格が用いられる。通信Ｉ／Ｆ２０５は、外部バス２２に対して接続されている。

入出力Ｉ／Ｆ２０６は、車両１２に搭載される補器類と通信するためのインタフェースである。図２に図示した入出力Ｉ／Ｆ２０６には、補器類が接続されていないが、ＥＣＵ１４に接続されている各種センサをＧＷ２０の入出力Ｉ／Ｆ２０６に接続してもよい。

上記の通信プログラムを実行する際に、ＧＷ２０は、上記のハードウェア資源を用いて、各種の機能を実現する。ＧＷ２０が実現する機能構成について説明する。

図３は、ＧＷ２０の機能構成の例を示すブロック図である。
図３に示すように、ＧＷ２０は、機能構成として、測定部２１０、要求部２２０、設定部２３０、相対判定部２４０を有する。また、ＧＷ２０は、ＲＯＭ２０２に通信プログラムが記憶され、ストレージ２０４に図４に示すような中継テーブルが記憶されている。各機能構成は、ＣＰＵ２０１がＲＯＭ２０２またに記憶された通信プログラムを読み出し、実行することにより実現される。

中継テーブルは、Ｉ／Ｆ２０５で受信したＣＡＮの通信フレームに関する情報をバッファに記憶するための格納方式の一例である。バッファは、例えば、ストレージ２０４に設けられる。バッファは、ＥＣＵ１４（Ａ～Ｅ）の間で中継されるデータを外部バス２２から受信し、送信先のＥＣＵ１４（送信元以外の何れか１つ又は複数）に接続される回線に出力するまでの間に一時的に保持するメモリ又はデータ保持部である。

図４は、バッファに記憶される中継テーブルの一例である。中継テーブルは、各種通信フレームを受信した順に格納しており、通信フレーム毎にフレームＩＤ、中継元のバス、中継先のバス、保持時間の閾値、保持時間の測定値、中継優先度等の情報が記憶される。中継元のバス及び中継先のバスは、外部バス２２Ａ～２２Ｇにそれぞれ対応する１～７の数字を用いて記憶されている。また、保持時間とは、受信した通信フレームがＧＷ２０で中継されずに保持されている時間であり、通信フレームがバッファで保持されている時間である。

保持時間の閾値は、フレームＩＤ毎に予め設定された値であり、例えば、車両の各種制御に影響が生じないように設定される時間である。保持時間の測定値は、後述する測定部２１０で測定された保持時間である。中継優先度は、受信した通信フレームのフレームＩＤによって定められる値であり、各通信フレームを出力する優先順位を示している。本実施形態では、一例として、フレームＩＤが「０ｘ１００～０ｘ２００」の通信フレームを中継優先度「低」のデータとし、フレームＩＤが「０ｘ２０１～０ｘ２９９」の通信フレームを中継優先度「中」のデータとし、フレームＩＤが「０ｘ３０１以上」の通信フレームを中継優先度「高」のデータとしている。なお、中継優先度は、「高」「中」「低」の三段階に限らず、必要に応じて適宜設定することができる。

通信プログラムが実行されると、バッファに格納された通信フレームが優先中継ルールに従って出力される。優先中継ルールとは、各通信フレームがバッファから出力される、すなわち、ＧＷ２０から送信先のＥＣＵ１４に送信される順番を決定するためのルールである。本実施形態では、バッファに格納された通信フレームを、「高」、「中」、「低」の順に中継優先度が高い順に中継する。また、同一の中継優先度を有する通信フレームが複数存在する場合、各通信フレームは、ＧＷ２０で受信された順番に、すなわち、先着順に送信される。

測定部２１０は、受信した通信フレームがバッファで保持される保持時間を測定するためのカウンタ機能を有している。

要求部２２０は、ＧＷ２０に滞留データが存在している場合に、車載ネットワークシステム１０を構成する別のＧＷ２０に対して滞留データに対応する通信フレームの中継優先度を上げるように要求する機能を有する。
ＧＷ２０に滞留データが存在しているか否かの判断は、後述する中継優先処理及び中継優先度変更処理の実行に伴い、測定部２１０で測定された保持時間が、対応する保持時間の閾値を超えているか否かを判断することにより行われる。つまり、中継テーブル上で所定のフレームＩＤについて、測定部２１０で測定された保持時間が閾値を超えている場合、ＧＷ２０で当該フレームＩＤに対応するデータが滞留データとして存在していると判断する。一方、所定のフレームＩＤについて、測定部２１０で測定された保持時間が閾値以下である場合、ＧＷ２０では、当該フレームＩＤにおいて滞留データが存在していないと判断する。
要求部２２０は、上記判断によってＧＷ２０に滞留データが存在している場合に、当該ＧＷ２０と外部バス２２を介して通信可能に接続された全てのＧＷ２０に対して滞留データに対応するフレームＩＤの中継優先度を上げるように要求する。例えば、第１ＧＷ２０Ａで所定のフレームＩＤのデータが滞留データとして存在している場合、第２ＧＷ２０Ｂ及び第３ＧＷ２０Ｃに対して当該フレームＩＤの中継優先度を上げるように要求する。このように、特定の送信先を指定しない要求は、送信先のアドレスを含まない通信フレームによって実現可能である。従って、ＧＷ２０の処理負担が低減されるという利点がある。一方、要求部２２０は、滞留データを中継しない、すなわち、滞留データの通信経路上に配置されないＧＷ２０に対しても要求を行い得るため、データ通信量が増加した場合に、データ同士の衝突の発生等により、回線の負担が増加する可能性がある。従って、回線の負荷を低減させる観点では、滞留データの送信方向の上流側及び下流側の少なくとも一方に接続された別のＧＷ２０に対して、当該別のＧＷ２０における滞留データの中継優先度を上げるように要求してもよい。

設定部２３０は、中継優先処理及び中継優先度変更処理の実行に伴い、滞留データの存在するフレームＩＤについて、当該フレームＩＤの中継優先度が最大値未満である場合に、中継優先度を上げる機能を有する。

相対判定部２４０は、中継優先処理及び中継優先度変更処理の実行に伴い、特定のフレームＩＤの中継優先度を上げた場合に、バッファ内の他のフレームＩＤに滞留データが存在するか否かを相対的に判定する機能を有する。
上記判定は、一例として、測定部２１０によって経験的に得られた測定値に基づいて判定される。すなわち、所定のフレームについて中継優先度を一旦上げた状態にし、その際にバッファ内に格納された別のフレームＩＤのデータに滞留データが存在するか否かを判定する。
また、上記判定は、上記測定値に基づく判定に限らず、ＧＷ２０の処理速度とデータ入力の周期から公知の待ち行列理論（キューイング理論）を用いて解析的に判定することもできる。すなわち、特定のフレームＩＤについて中継優先度を上げた条件を待ち行列理論に当てはめる。そして、バッファ内の各通信フレームの保持時間を予測し、当該予測値が対応する保持時間の閾値を超えるか否かによって滞留データが存在するか否かを予測的に判定する。

（作用並びに効果）
次に、ＧＷ２０の作用についてＧＷ２０で実行される処理の流れと共に説明する。
図６は、各ＧＷ２０で実行される中継優先処理の流れを示すフローチャートである。ＧＷ２０は、所定の制御周期毎に中継優先処理を実行する。本実施形態では、一例として、図５に示されるように、ＥＣＵ１４Ａから送信されたデータがＥＣＵ１４Ｂで受信されるまでに第２ＧＷ２０Ｂで滞留データが存在する場合について説明する。

（中継優先処理）
Ｓ１０１において、ＣＰＵ２０１は、中継テーブル上の通信フレームのうち、一つを選択して、選択した通信フレームの保持時間を測定し、Ｓ１０２に移行する。ここで、ＣＰＵ２０１が始めてステップＳ１０１の処理を行う場合、ＣＰＵ２０１は、例えば、中継テーブルにおいて、フレームＩＤの昇順又は降順の最初の通信フレームを選択する。或いは、昇順又は降順の最初の通信フレームの代わりに、ＣＰＵ２０１は、中継順で、最も早い通信フレームを選択しても良い。或いは、ＣＰＵ２０１は、ランダムに通信フレームを選択しても良い。

Ｓ１０２において、ＣＰＵ２０１は、測定された保持時間が中継テーブルにおいてフレームＩＤ毎に設定された閾値を超えるか否かを判断する。すなわち、中継テーブルに滞留データが存在するか否かを判断する。Ｓ１０２において、保持時間が閾値を超えていると判断した場合、ＣＰＵ２０１は、Ｓ１０３に移行する。Ｓ１０２において、保持時間が閾値を超えていないと判断した場合、ＣＰＵ２０１は、Ｓ１０９に移行する。

Ｓ１０３において、ＣＰＵ２０１は、保持時間が閾値を超えている通信フレームについて、中継優先度が最大値であるか否かを判断する。換言すると、通信フレームの中継優先度が「高」であるか否かを判断する。Ｓ１０３において中継優先度が最大値であると判断された場合、ＣＰＵ２０１は、Ｓ１０４に移行する。Ｓ１０３において、中継優先度が最大値ではないと判断された場合、ＣＰＵ２０１は、Ｓ１０５に移行する。

Ｓ１０４において、ＣＰＵ２０１は、外部バス２２で通信可能に接続された別のＧＷ２０に滞留データとして判断された通信フレームの中継優先度を上げるように要求し、Ｓ１０９に移行する。

Ｓ１０５において、ＣＰＵ２０１は、自己のＧＷ２０で滞留データとして判断された通信フレームの中継優先度を上げた場合に、中継テーブル上の他の通信フレームの保持時間を算定する。そして、Ｓ１０５の処理が終了すると、ＣＰＵ２０１は、Ｓ１０６に移行する。

Ｓ１０６において、ＣＰＵ２０１は、算定された他の通信フレームの保持時間に基づいて、中継テーブル上の他の通信フレームに滞留予備データが存在するか否かを判定する。滞留予備データとは、算定された他の通信フレームの保持時間が閾値を超えるデータであり、滞留データの中継優先度を上げた場合に、新たに生じる滞留データのことである。Ｓ１０６は、算定された他の通信フレームの保持時間が閾値以内であるか否かを判定する。算定された他の通信フレームの保持時間が閾値以内である場合、Ｓ１０６において滞留予備データは存在しないと判定し、ＣＰＵ２０１は、Ｓ１０７に移行する。算定された他の通信フレームの保持時間が閾値を超える場合、Ｓ１０６において滞留予備データが存在すると判定され、ＣＰＵ２０１は、Ｓ１０８に移行する。

Ｓ１０７において、ＣＰＵ２０１は、滞留データである通信フレームの中継優先度を上げる。これにより、滞留データは、当初の中継優先度よりも上位の中継優先度の区分に割り込むことができるため、中継される順番が繰り上がり、保持時間が短くなる。Ｓ１０７の処理のあと、ＣＰＵ２０１は、Ｓ１０９の処理に移行する。

一方、Ｓ１０６で滞留予備データが存在すると判定され、Ｓ１０８に移行すると、ＣＰＵ２０１は、滞留予備データと判定された他の通信フレームの中継優先度が滞留データの中継優先度以上であるか否かを判断する。Ｓ１０８で、滞留予備データの中継優先度が滞留データの中継優先度以上であると判断すると、Ｓ１０９に移行する。Ｓ１０８で、滞留予備データの中継優先度が滞留データの中継優先度未満であると判断すると、Ｓ１０７に移行して、滞留データである通信フレームの中継優先度を上げる。

一例として、図７は、第２ＧＷ２０Ｂにおいて、中継優先処理が実行される前の中継テーブルを示す図である。この図では、フレームＩＤ「０ｘ２２０」の通信フレームがＥＣＵ１４ＡからＥＣＵ１４Ｂに送信されているデータである。フレームＩＤ「０ｘ２２０」では、保持時間の閾値が１０ｍｓであるのに対し、測定値が１５ｍｓであるため、保持時間が閾値を超えている。従って、第２ＧＷ２０Ｂでは、フレームＩＤ「０ｘ２２０」の通信フレームが滞留データとして存在する。

第２ＧＷ２０Ｂでは、Ｓ１０３でフレームＩＤ「０ｘ２２０」の滞留データについて、中継優先度が最大値であるか否かが判断される。フレームＩＤ「０ｘ２２０」滞留データは中継優先度が「中」であるため、最大値ではない。従って、Ｓ１０５に移行する。Ｓ１０５では、第２ＧＷ２０Ｂで滞留データの中継優先度を上げた場合における他の通信フレームの保持時間を算定するために、一旦、フレームＩＤ「０ｘ２２０」の中継優先度を「中」から「高」に上げる。そして、中継テーブル上の全ての通信フレームについて保持時間を測定する。

図８は、Ｓ１０５の処理に伴って、フレームＩＤ「０ｘ２２０」の中継優先度を「中」から「高」に上げた場合の第２ＧＷ２０Ｂの中継テーブルを示す図である。この図に示されるように、フレームＩＤ「０ｘ２２０」の中継優先度を「中」から「高」に上げた場合でも、他のフレームＩＤでは、測定された保持時間が閾値以内に保たれているため、滞留予備データが存在しない。従って、Ｓ１０７により、フレームＩＤ「０ｘ２２０」の中継優先度を「中」から「高」に上げた状態を維持する。これにより、フレームＩＤ「０ｘ２２０」の保持時間が、１５ｍｓから１２ｍｓに短縮されている。

但し、フレームＩＤ「０ｘ２２０」においては、中継優先度を「高」に変更しても、保持時間の閾値である１０ｍｓを超えているため、所定の制御周期毎に繰り返される次回の中継優先処理では、Ｓ１０３からＳ１０４に移行する。そして、Ｓ１０４で、他のＧＷ２０（第１ＧＷ２０Ａ及び第３ＧＷ２０Ｃ）にフレームＩＤ「０ｘ２２０」の通信フレームの中継優先度を上げるように要求する。

図６に戻って、Ｓ１０９では、ＣＰＵ２０１は、中継テーブル上の全ての通信フレームについて中継優先処理が終了したか否かを判断する。Ｓ１０９において、全ての通信フレームについて中継優先処理が終了したと判断した場合は、処理を終了する。Ｓ１０９において、中継優先処理が終了していない通信フレームがあると判断した場合は、Ｓ１０１に戻って処理を繰り返す。例えば、ＣＰＵ２０１は、中継テーブル上の通信フレームのうち、フレームＩＤの昇順又は降順、或いは、通信フレームの中継順で、次の通信フレームを選択し、Ｓ１０１からの処理を繰り返す。なお、Ｓ１０１に戻って処理を繰り返す場合は、新たに中継テーブルに格納された通信フレームを含めてもよい。

（中継優先度変更処理）
図９は、各ＧＷ２０で実行される中継優先度変更処理の流れを示すフローチャートである。ＧＷ２０は、所定の制御周期毎に中継優先度変更処理を実行する。本実施形態では、一例として、図５に示されるように、ＥＣＵ１４Ａから送信されたデータがＥＣＵ１４Ｂで受信されるまでに第２ＧＷ２０Ｂで滞留データが存在する場合について説明する。上述したとおり、本実施形態では、第２ＧＷ２０Ｂから第１ＧＷ２０ＡへフレームＩＤ「０ｘ２２０」の通信フレームの中継優先度を上げるように要求する情報が送信される。これに伴い、第１ＧＷ２０Ａでは、図９に示す中継優先度変更処理が実行される。

Ｓ１１０において、第２ＧＷ２０Ｂから要求を受信すると、第１ＧＷ２０ＡのＣＰＵ２０１は、Ｓ１１１に移行する。Ｓ１１１～Ｓ１１５において、ＣＰＵ２０１は、図６に示す中継優先処理のフローチャートにおけるＳ１０３～Ｓ１０７の処理を同様の処理を実行する。Ｓ１１５までの処理を実行すると、ＣＰＵ２０１は、処理を終了する。

一例として、図１０は、第１ＧＷ２０Ａにおいて、中継優先度変更処理が実行される前の中継テーブルを示す図である。この図では、第２ＧＷ２０Ｂで滞留データとされたフレームＩＤ「０ｘ２２０」の保持時間の測定値が４ｍｓであり、閾値である１０ｍｓを超えていない。

第１ＧＷ２０Ａでは、Ｓ１１１で、フレームＩＤ「０ｘ２２０」の通信フレームについて、中継優先度が最大値であるか否かが判断される。フレームＩＤ「０ｘ２２０」の通信フレームは中継優先度が「中」であるため、最大値ではない。従って、Ｓ１１３に移行する。Ｓ１１３では、第１ＧＷ２０ＡでフレームＩＤ「０ｘ２２０」の通信フレームについて中継優先度を上げた場合における他の通信フレームの保持時間を算定するために、一旦、フレームＩＤ「０ｘ２２０」の中継優先度を「中」から「高」に上げる。そして、中継テーブル上の全ての通信フレームについて保持時間を測定する。

図１１は、Ｓ１１３の処理に伴って、フレームＩＤ「０ｘ２２０」の中継優先度を「中」から「高」に上げた場合の第１ＧＷ２０Ａの中継テーブルを示す図である。この図に示されるように、フレームＩＤ「０ｘ２２０」の中継優先度を「中」から「高」に上げた場合でも、他のフレームＩＤでは、測定された保持時間が閾値以内に保たれており、滞留予備データが存在しない。従って、Ｓ１１５により、フレームＩＤ「０ｘ２２０」の中継優先度を「中」から「高」に上げた状態を維持する。これにより、フレームＩＤ「０ｘ２２０」の保持時間が、４ｍｓから２ｍｓに短縮されている。

以上説明した通り、図５～図１１に示す本実施形態の一例では、ＥＣＵ１４ＡからＥＣＵ１４Ｂに送信されたデータを第１ＧＷ２０Ａ及び第２ＧＷ２０Ｂで中継する。第１ＧＷ２０Ａ及び第２ＧＷ２０Ｂにおいて優先処理及び中継優先度変更処置が実行されることにより、フレームＩＤ「０ｘ２２０」の通信フレームの中継に要する時間（保持時間）が合計で５ｍｓ短縮されている。

このように、本実施形態では、車載ネットワークシステム１０を構成する複数のＧＷ２０（Ａ～Ｃ）は、受信したデータを一時的に保持し、保持しているデータを中継優先度が高い順に送信する。その結果、所定のＧＷ２０にデータが集中し、データの滞留が発生しても、相対的に優先度の高いデータを優先して中継するため、優先度の高いデータの転送遅れを抑制することができる。

ところで、車両に搭載されるＥＣＵの増加に伴い、ＥＣＵ間で伝達されるデータを中継するゲートウエイＥＣＵも増加傾向にある。複数のゲートウエイＥＣＵを中継してデータの転送が行われる場合には、車載ネットワークの通信状態によってはゲートウエイＥＣＵに保持される中継時間が長くなることで、データの転送に遅れを生じる場合がある。

中継装置としてのゲートウエイＥＣＵに所定の優先度のデータが集中して受信された場合、優先度に基づいてデータを転送するだけでは、当該所定の優先度のデータ群の転送遅れを抑制することができない場合がある。一方、複数のゲートウエイＥＣＵを中継してデータの送受信が行われる場合、一つのゲートウエイＥＣＵでデータの滞留が発生しても、他のゲートウエイＥＣＵにおいて、当該データの転送を優先的に行えば、通信経路全体における当該データの転送時間を短縮することができる。

ここで、各ＧＷ２０（Ａ～Ｃ）では、受信したデータ毎に、中継されずに保持されている保持時間を測定する。そして、測定された保持時間が、所定の閾値を超えているデータである滞留データについて、中継優先度を上げるように、自己のＧＷ２０とは別のＧＷ２０に要求する。これにより、自己のＧＷ２０で滞留しているデータが、別のＧＷ２０で優先的に中継されることにより、通信経路全体における当該滞留データの転送時間が短縮される。その結果、自己のＧＷ２０に所定の優先度のデータが集中して受信された場合でも、データの転送遅れを抑制することができる。

また、上記実施形態によれば、データとしての通信フレーム毎に保持時間の閾値が設定されるため、通信フレームの種類に応じて滞留の有無を的確に判断することができる。これにより、データの転送遅れを効果的に抑制することができる。

また、自己のＧＷ２０で最も優先度の高いデータが滞留した場合に、当該滞留データについて、別のＧＷ２０で中継優先度を上げるように要求する。これにより、自己のＧＷ２０で優先度の高いデータが集中して受信され、滞留が発生した場合でも、別のＧＷ２０で優先して中継することでデータの転送遅れを抑制できる。

更に、自己のＧＷ２０において滞留しているデータの中継優先度が最大値未満である場合に、当該滞留データの中継優先度を上げて、自己のＧＷ２０で優先的に中継させることができる。これにより、データの滞留が発生しやすい傾向にある中継優先度の低いデータについて、転送遅れが抑制される。すなわち、データの中継優先度が最大値未満であるデータは、自己のＧＷ２０で当該データよりも中継優先度の高いデータが受信された場合、中継が後回しにされる。そのため、第１中継装置に保持される時間が増大し、データの滞留が発生しやすい傾向にある。そこで、データの中継優先度が最大値未満であるデータについて滞留が生じた場合に、自己のＧＷ２０における中継優先度を上げることで転送遅れを抑制することができる。

また、自己のＧＷ２０において、中継優先度が最大値未満である滞留データについて、滞留データの中継優先度を上げることで自己のＧＷ２０の別のデータに滞留が生じる場合は、優先度を上げずに維持する。これにより、相対的に優先度の低いデータについては、自己のＧＷ２０の別のデータに滞留を生じない場合にのみ中継を優先させることができ、自己のＧＷ２０全体の転送遅れを効果的に抑制することができる。

一方、滞留データの中継優先度を上げた場合に、滞留予備データの中継優先度が滞留データ以上である場合は、優先度を上げずに維持する。これにより、本来、滞留データと比較して中継優先度が高い、又は、同等の中継優先度を有するデータを優先して中継させる。一方、滞留予備データの中継優先度が滞留データより低い場合は、滞留データの中継を優先させることで、滞留データの転送遅れを抑制する。これにより、自己のＧＷ２０におけるデータの転送遅れを効果的に抑制することができる。

また、上記実施形態では、受信した各種データを中継優先度毎に先着順に送信する。これにより、各ＧＷ２０で中継優先度が上げられたデータは、それまで同等の中継優先度であった別のデータに割り込むことで優先的に中継される。一方、同一の中継優先度を有するデータ同士は、先着順によって、先に受信されたデータが優先的に中継される。このため、比較的中継優先度が高いデータ群に本来中継優先度が低く設定されたデータが割り込んだ場合でも、先着順に中継されることで、本来中継優先度の高いデータの転送が遅れることが抑制される。その結果、本来中継優先度の高いデータの転送を優先しつつ、それよりも中継優先度の低いデータの転送遅れも抑制することができる。

また、自己のＧＷ２０は、車載ネットワークシステム１０上に別のＧＷ２０が複数ある場合、自己のＧＷ２０を除く全てのＧＷ２０に対して、滞留データの中継優先度を上げるように要求する。これにより、特定のＧＷ２０に対して中継優先度を上げるように要求する場合と比較して、要求に際し、特定のアドレスを有するデータを生成することが不要となる。これにより自己のＧＷ２０では処理負担が低減され、自己のＧＷ２０の過負荷による遅延を抑制することができる。

［補足説明］
上記実施形態では、車両１２に搭載されたＥＣＵ１４ＡからＥＣＵ１４Ｂに伝達されるデータの通信経路について説明した。上記実施形態では、データの中継が第１ＧＷ２０Ａと第２ＧＷ２０Ｂの２つのＧＷ２０を中継する場合について作用効果を説明したが、本発明は３つ以上のゲートウエイＥＣＵを中継する場合でも、同様の作用効果を発揮する。例えば、図１２に示されるように、ＥＣＵ１４ＣからＥＣＵ１４Ｄに伝達されるデータのように、第１ＧＷ２０Ａ、第２ＧＷ２０Ｂ、第３ＧＷ２０Ｃの３つのＧＷ２０を中継するデータの通信経路においても同様の作用効果を奏することができる。

また、上記実施形態において示されたＧＷ２０の数は一例であり、必要に応じて２つ又は４つ以上のＧＷを適宜設定することができる。

なお、上記各実施形態でＣＰＵがソフトウェア（プログラム）を読み込んで実行した中継優先処理及び中継優先度変更処理を、ＣＰＵ以外の各種のプロセッサが実行してもよい。この場合のプロセッサとしては、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の製造後に回路構成を変更可能なＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）、及びＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が例示される。また、中継優先処理及び中継優先度変更処理を、これらの各種のプロセッサのうちの１つで実行してもよいし、同種又は異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡ、及びＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ等）で実行してもよい。また、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路である。
また、上記各実施形態では、中継優先処理及び中継優先度変更処理のプログラムがＲＯＭまたはストレージに予め記憶（インストール）されている態様を説明したが、これに限定されない。プログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）メモリ等の記録媒体に記録された形態で提供されてもよい。また、プログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。

１０ 車載ネットワークシステム
１２ 車両
２０ ゲートウエイＥＣＵ（中継装置、第１中継装置、第２中継装置）
２１０ 測定部
２２０ 要求部
２３０ 設定部
２４０ 相対判定部

Claims (9)

1. 受信したデータを一時的に保持し、保持している前記データを中継優先度が高い順に中継する複数の中継装置と、
   前記複数の中継装置に含まれる第１中継装置に保持されている前記データ毎に、中継されずに保持されている保持時間を測定する測定部と、
   測定された前記保持時間が、所定の閾値を超えている前記データである滞留データについて、当該滞留データの中継優先度を上げるように、前記複数の中継装置のうち、前記第１中継装置とは別の中継装置であって、前記滞留データを中継可能な第２中継装置に要求する要求部と、
   を有する車載ネットワークシステム。
2. 前記閾値は、前記データ毎に設定されている、
   請求項１に記載の車載ネットワークシステム。
3. 前記要求部は、前記滞留データの中継優先度が前記第１中継装置において最大値である場合に、前記第２中継装置における前記滞留データの中継優先度を上げるように要求する、
   請求項１又は請求項２に記載の車載ネットワークシステム。
4. 前記第１中継装置において、前記滞留データの中継優先度が最大値未満である場合に、前記滞留データの中継優先度を上げる設定部を更に有する、
   請求項１～請求項３の何れか１項に記載の車載ネットワークシステム。
5. 前記第１中継装置において、前記滞留データの中継優先度を上げた場合に、前記滞留データとは別の前記第１中継装置が保持するデータの前記保持時間が前記閾値を超えるか否かを判定する相対判定部を更に有し、
   前記滞留データの中継優先度を上げた場合に保持時間が前記閾値を超えるデータである滞留予備データが存在する場合、前記滞留データの中継優先度を上げずに維持する、
   請求項４に記載の車載ネットワークシステム。
6. 前記設定部は、前記滞留予備データの前記第１中継装置における中継優先度が前記滞留データの前記第１中継装置における中継優先度以上であった場合に前記滞留データの中継優先度を上げずに維持し、前記滞留予備データの前記第１中継装置における中継優先度が前記滞留データの前記第１中継装置における中継優先度よりも低かった場合に前記滞留データの中継優先度を上げるように構成されている、
   請求項５に記載の車載ネットワークシステム。
7. 前記複数の中継装置の各々は、受信した各種データを中継優先度毎に先着順に送信する、
   請求項１～請求項６の何れか１項に記載の車載ネットワークシステム。
8. 前記要求部は、前記第２中継装置が複数存在する場合、全ての前記第２中継装置に対して、当該第２中継装置における前記滞留データの中継優先度を上げるように要求する、
   請求項１～請求項７の何れか１項に記載の車載ネットワークシステム。
9. 前記要求部は、前記複数の中継装置のうち、前記第１中継装置とは別の中継装置であって、前記滞留データの送信方向の上流側及び下流側の少なくとも一方に接続された前記第２中継装置に対して、当該第２中継装置における前記データの中継優先度を上げるように要求する、
   請求項１～請求項７の何れか１項に記載の車載ネットワークシステム。