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CN119999148A - 用于车载通信的混合有线无线车载网络 - Google Patents

用于车载通信的混合有线无线车载网络 Download PDF

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CN119999148A
CN119999148A CN202280100767.4A CN202280100767A CN119999148A CN 119999148 A CN119999148 A CN 119999148A CN 202280100767 A CN202280100767 A CN 202280100767A CN 119999148 A CN119999148 A CN 119999148A
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CN
China
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wireless
frame
wired
ingress
node
Prior art date
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Application number
CN202280100767.4A
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English (en)
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弗朗西斯科·冯斯·卢伊斯
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Shenzhen Yinwang Intelligent Technology Co ltd
Original Assignee
Shenzhen Yinwang Intelligent Technology Co ltd
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Abstract

本发明涉及一种用于车载通信的混合有线无线车载网络(in‑vehicle network，IVN)，所述混合有线无线IVN包括两个或两个以上区域节点。每个区域节点包括：一个或多个第一有线入端口，其中，所述一个或多个第一有线入端口用于从至少一个其它区域节点接收至少一个有线入口帧；第一无线入端口，其中，所述第一无线入端口用于从任何其它区域节点接收至少一个无线入口帧；第一处理电路，其中，所述第一处理电路用于处理所述至少一个有线入口帧和/或所述至少一个无线入口帧，以生成至少一个处理后的有线帧和/或至少一个处理后的无线帧；一个或多个第一有线出端口，其中，所述一个或多个第一有线出端口用于将所述至少一个处理后的有线帧发送到至少一个其它区域节点；第一无线出端口，其中，所述第一无线出端口用于将所述至少一个处理后的无线帧发送到任何其它区域节点。

Description

用于车载通信的混合有线无线车载网络
技术领域
本发明涉及一种用于车辆中的车载通信的混合有线无线车载网络(in-vehiclenetwork，IVN)。本发明提出了用于IVN(例如，用于IVN的区域节点之间的主干基础设施通信)的通信技术。本发明还提供了一种用于IVN的通信方法。
背景技术
传统的IVN是完全且仅仅通过有线技术部署的，例如，通过主要由铜制成的物理电缆部署。在该有线环境中，异构组网和通信技术可以在车辆内共存：本地互连网络(LocalInterconnect Network，LIN)、控制器局域网(Controller Area Network，CAN)、FlexRay、面向媒体的系统传输(Media Oriented System Transport，MOST)、汽车以太网(例如，100Base-T1、1000Base-T1)、移动行业处理器接口(Mobile Industry ProcessorInterface，MIPI)等，以满足在速度、数据量、端到端延迟、协议等方面的各种组网要求。
虽然无线技术也存在于车辆中，例如在汽车门禁系统或胎压监测系统中，但无线技术并未集成到IVN主干基础设施中(例如，既没有Wi-Fi，也没有蓝牙或5G)。
发明内容
鉴于上述，本发明旨在提供一种汽车IVN，所述汽车IVN提供了一种可靠且在故障后仍能操作的方案，所述方案具有成本效益和可扩展性。
本发明的另一个目的是提供通信冗余，例如，通过无线技术而不是有线技术来提供。
此外，本发明的目的还在于提供一种以硬件为中心的方案。本发明的进一步目的在于提供硬件协处理器和/或硬件加速器，所述硬件协处理器和/或硬件加速器用于内联处理和/或动态地处理不同通信技术的帧，以实现可靠IVN所需的冗余级别。
此外，本发明的目的是提供一种方案，所述方案旨在最大化性能和能效(相对于CPU/GPU)，同时保证灵活性和可配置性。
本发明的另一个目的是提供一种故障后仍能操作的IVN，所述IVN能够满足集成在车辆中的安全相关应用所需的任何ASIL A-D要求。
这些和其它目的通过独立权利要求中描述的本发明的方案实现。有利的实现方式在从属权利要求中进一步明确。
本发明提出了一种混合有线无线IVN，其中有线通信技术和无线通信技术相结合。例如，本发明提出了应用于IVN主干基础设施的无线技术，作为区域节点之间的冗余、多样化辅助链路或信道，补充了基于有线技术的区域节点之间的主链路。
本发明的第一方面提供了一种用于车辆中的车载通信的混合有线无线IVN，所述混合有线无线IVN包括：两个或两个以上区域节点，其中，每个区域节点包括：一个或多个第一有线入端口，其中，所述一个或多个第一有线入端口用于从至少一个其它区域节点接收至少一个有线入口帧；第一无线入端口，其中，所述第一无线入端口用于从任何其它区域节点接收至少一个无线入口帧；第一处理电路，其中，所述第一处理电路用于处理所述至少一个有线入口帧和/或所述至少一个无线入口帧，以生成至少一个处理后的有线帧和/或至少一个处理后的无线帧；一个或多个第一有线出端口，其中，所述一个或多个第一有线出端口用于将所述至少一个处理后的有线帧发送到至少一个其它区域节点；第一无线出端口，其中，所述第一无线出端口用于将所述至少一个处理后的无线帧发送到任何其它区域节点。
混合有线无线IVN这一术语可以由第一方面的特征定义。例如，混合有线无线IVN这一术语可以指包括一个或多个第一有线入端口和第一无线入端口的IVN，其中，所述一个或多个第一有线入端口用于从至少一个其它区域节点接收至少一个有线入口帧，所述第一无线入端口用于从任何其它区域节点接收至少一个无线入口帧。
至少一个有线入口帧和/或至少一个无线入口帧的处理可以是内联的。区域节点可以通过硬件引擎在硅中合成，这些硬件引擎可以集成到网络SoC架构中。网络SoC架构在设备级别上可以符合软件定义网络(software defined networking，SDN)概念，从入端口到出端口分布在组网设备的控制面和数据面。
有利的是，有线和无线网络协议的内联处理可以用于构建一个可靠的网络，所述网络利用基于硬件的数字电路实现的多样性和冗余性。
每个区域节点可以是部分或完全自主的。每个区域节点可以是有线和无线核心计算方案，所述方案能够部分或独占地在硬件中进行编排和执行。可以参与混合有线无线IVN的每个硬件引擎都能够在没有软件干预的情况下运行。混合有线无线IVN也可以称为混合有线无线处理方案。在该上下文中的软件可以是由通过源代码描述并以特定的机器指令序列汇编的给定算法的CPU执行软件。
本发明的本方案可以应用于任何类型的组网设备，例如，物联网(internet ofthings，IoT)设备、交换机、智能网络接口卡(network interface card，NIC)、路由器或网关。
本发明的IVN可以在商用组网产品和/或组网SoC设备中实现。尽管本发明尤其涉及汽车应用，但不限于汽车应用。
在所述第一方面的一种实现方式中，所述两个或两个以上区域节点中的至少一个区域节点的所述第一处理电路还用于复制所述接收到的至少一个有线入口帧和/或复制所述接收到的至少一个无线入口帧，以生成至少一个复制的有线帧和/或至少一个复制的无线帧，所述一个或多个第一有线出端口和/或所述第一无线出端口还用于将所述至少一个复制的有线帧和/或所述至少一个复制的无线帧发送到任何其它区域节点。
在所述第一方面的一种实现方式中，所述两个或两个以上区域节点中的至少一个区域节点的所述第一处理电路还用于内联执行和/或在存储器中执行所述接收到的至少一个有线入口帧的所述复制和/或所述接收到的至少一个无线入口帧的所述复制。
一旦主机CPU在系统初始化阶段通过在作为系统存储器映射的一部分并且主机CPU可访问的硬件引擎的配置寄存器上写入而配置了硬件引擎，则接收到的至少一个有线入口帧的复制和/或接收到的至少一个无线入口帧的复制可以在没有软件干预的情况下执行。接收到的至少一个有线入口帧的复制和/或接收到的至少一个无线入口帧的复制可以通过作为硬件引擎的一部分、基于组合电路和时序电路两者的数字逻辑来执行。
在所述第一方面的一种实现方式中，所述两个或两个以上区域节点中的至少一个区域节点的所述第一处理电路还用于消除接收到的至少一个复制的有线帧和/或接收到的至少一个复制的无线帧。
在所述第一方面的一种实现方式中，所述两个或两个以上区域节点中的至少一个区域节点的所述第一处理电路还用于同时处理至少一个有线入口帧和至少一个无线入口帧。
在所述第一方面的一种实现方式中，所述混合有线无线IVN还包括一个或多个中心计算节点，其中，每个中心计算节点包括：一个或多个第二有线入端口，其中，所述一个或多个第二有线入端口用于从至少一个区域节点接收至少一个有线入口帧；第二无线入端口，其中，所述第二无线入端口用于从所述两个或两个以上区域节点中的任何区域节点接收至少一个无线入口帧；第二处理电路，其中，所述第二处理电路用于处理所述至少一个有线入口帧和/或所述至少一个无线入口帧，以生成至少一个处理后的有线帧和/或至少一个处理后的无线帧；一个或多个第二有线出端口，其中，所述一个或多个第二有线出端口用于将所述至少一个处理后的有线帧发送到至少一个区域节点；第二无线出端口，其中，所述第二无线出端口用于将所述至少一个处理后的无线帧发送到任何区域节点。
在所述第一方面的一种实现方式中，所述两个或两个以上区域节点中的每个区域节点还用于将所述至少一个处理后的有线帧发送到至少一个中心计算节点和/或将冗余的处理后的无线帧发送到至少一个中心计算节点。
在所述第一方面的一种实现方式中，每个区域节点是车辆接口单元。
在所述第一方面的一种实现方式中，每个区域节点是区域控制器或区域网关控制器。
在所述第一方面的一种实现方式中，每个区域节点的所述第一处理电路包括用于对帧进行归一化的帧归一化器，其中，所述帧归一化器用于将所述接收到的至少一个有线入口帧和/或所述至少一个无线入口帧转换为归一化帧。
在所述第一方面的一种实现方式中，每个区域节点的所述第一处理电路还包括用于对帧进行交换和网关处理的动作处理级，所述动作处理级包括有线无线网关硬件引擎，其中，所述有线无线网关硬件引擎用于：生成所述至少一个复制的有线帧和/或生成所述至少一个复制的无线帧，和/或消除所述至少一个复制的有线帧和/或消除所述至少一个复制的无线帧。
在所述第一方面的一种实现方式中，每个区域节点的所述第一处理电路还包括用于对帧进行排队的入口排队处理级；环回路径用于将有线帧交换的输出帧环回至所述入口排队处理级，以将所述输出帧转换成所述至少一个复制的无线帧。
在所述第一方面的一种实现方式中，每个区域节点的所述第一处理电路还包括用于对帧进行中间排队的中间排队处理级；所述环回路径还用于将所述有线帧交换的所述输出帧环回至所述中间排队处理级，以将所述输出帧转换成所述至少一个复制的无线帧。
在所述第一方面的一种实现方式中，每个区域节点的所述第一处理电路还包括流量整形处理级；所述环回路径还用于将所述流量整形处理级的输出帧环回至所述入口排队处理级和/或所述中间排队处理级。
在所述第一方面的一种实现方式中，每个区域节点的所述第一处理电路还用于：确定所述入口排队处理级的内部入口排队状态，确定所述中间排队处理级的内部中间排队状态和/或确定出口排队处理级的内部出口排队状态，基于所述内部入口排队状态、所述内部中间排队状态和/或所述内部出口排队状态识别所述两个或两个以上区域节点中的一个或多个区域节点处的至少一处流量拥塞。
在所述第一方面的一种实现方式中，每个区域节点的所述第一处理电路还用于根据所述内部入口排队状态、所述内部中间排队状态和/或所述内部出口排队状态对拥塞帧进行重路由，以缓解所述两个或两个以上区域节点中的一个或多个区域节点处的所述流量拥塞。
在所述第一方面的一种实现方式中，每个区域节点的所述第一处理电路还用于：在对所述拥塞帧进行重路由时，将至少一个安全关键帧优先于至少一个非安全关键帧。
在所述第一方面的一种实现方式中，每个区域节点的所述第一无线出端口还用于将至少一个拥塞帧发送到任何其它区域节点，从而跳过所述两个或两个以上区域节点中的至少一个拥塞区域节点。
在所述第一方面的一种实现方式中，每个区域节点的所述第一处理电路还用于：基于所述内部入口排队状态、所述内部中间排队状态和/或所述内部出口排队状态确定所述至少一处流量拥塞已得到解决，在所述至少一处流量拥塞已得到解决的情况下停止对帧进行重路由，以恢复正常路由状态。
上述实现方式提供了以下优点：
有利的是，混合有线无线IVN是能够处理有线帧和无线帧的芯片组。有线帧和无线帧的处理可以完全在硬件中进行。有线帧和无线帧的处理可以改善可靠性、可扩展性、成本、性能和/或能耗等KPI，并因此在这些KPI之间实现出色的平衡。
有利的是，从入端口到出端口，有线帧和无线帧的处理可以是以硬件为中心的，优选地，CPU干预很少或没有CPU干预，除非在系统初始化阶段，主机CPU配置了每个硬件引擎的配置寄存器。
有利的是，混合有线无线IVN提供了一种具有专用硬件的架构，可实现无干扰(Freedom-from-Interference，FFI)和超低延迟。
有利的是，由于资源的重用、环回路径以及与组网处理算法(例如，汽车GW控制器和/或SoC)的架构适配，混合有线无线IVN的物理实现在成本方面得到优化。
有利的是，混合有线无线IVN用于以线速(即利用硬件并行和流水线)在同一组网SoC中执行内联有线和无线网络融合。
有利的是，有线帧和无线帧的隧道传输可以由集成在组网SoC设备中的专用硬件数字电路执行。
有利的是，有线帧和无线帧的帧复制和可靠性消除(frame replication andelimination for reliability，FRER)算法可以由集成在组网SoC设备中的专用硬件数字电路执行。
有利的是，混合有线无线IVN的简单、模块化架构提供了一种具有成本效益的硬件方案。
有利的是，混合有线无线IVN提供了基于存储器映射(因而基于在启动时和/或初始化时可由主机CPU访问的可配置寄存器)的自主、可配置的有线和无线网络SoC方案。
有利的是，混合有线无线IVN是一种组网SoC方案，所述网络SoC方案可以通过寄存器(即CPU在初始化时可访问的存储器映射)进行满配置。
有利的是，混合有线无线IVN可以是纯硬件方案，所述纯硬件方案嵌入在组网设备(例如交换机)的数据路径中以内联执行所有网络处理，基于网络帧的接收，并且实现线速性能，由于并行、流水线、环回和帧优先级仲裁的优化，因此可以实现几乎为零的延迟。
有利的是，混合有线无线IVN的以硬件为中心的计算架构，即无软件的数字电路，提供的性能高于以软件为中心的架构。
有利的是，上述实现方式提供了自动化、加速处理，使得时间具有确定性，即严格控制时间，因此QoS更好，例如延迟更低。
有利的是，上述实现方式提供了具有超参数化IP核(即硬件引擎)的灵活架构，该架构旨在提供完成任何计算请求的灵活性。
有利的是，上述实现方式提供了硬件加速，从而改进了并行和流水线技术的利用。
有利的是，本发明的混合有线无线IVN的可扩展架构提供了一种可移植到不同类型的组网设备的架构。可扩展架构在端口数量、协议和线速处理方面具有可扩展性。
有利的是，上述实现方式提供了一种构造复杂性较低的方案，从而在将有线和无线处理算法从以软件为中心的实现方式移植到以硬件为中心的实现方式时，自然而然地消除复杂性。
有利的是，本发明提供的定制方案可以面向ASIC设计，以提供比CPU或GPU方案更低的功耗。
有利的是，本发明的方案可以通过无线通信替代基于铜或光纤的通信，从而减轻重量。
有利的是，本发明的方案可以通过集成在SoC中的定制IP核，用以硬件为中心的方案的实现方式来替代网络原语的以软件为中心的实现方式。
有利的是，本发明的方案提供了由硬件并行和流水线驱动的帧的内联处理。
有利的是，本发明的方案可以提供基于存储器映射(即在启动时可由主机CPU访问的可配置寄存器)的自主、可配置的有线无线协处理器。
有利的是，本发明的方案可以有效地将有线和无线处理核作为HW数字电路或IP核沿给定组网设备的转发数据路径适配到给定组网设备的架构中。
有利的是，本发明的方案是可移植的，并且可被许多垂直行业采用，例如：汽车、云计算和数据中心、工业和智能制造、家庭办公LAN、(I)IoT设备、智能NIC设备。
有利的是，本发明的方案提供了一种架构，可在组网设备中高效地集成内联有线和无线计算，同时在KPI(例如，成本、性能和能量)之间实现出色的平衡，并对适应于任何网络协议的帧数据进行自动位操作和/或处理。
本发明的第二方面提供了一种用于混合有线无线IVN的方法，所述混合有线无线IVN用于车辆中的车载通信，所述方法包括：一个或多个第一有线入端口从至少一个其它区域节点接收至少一个有线入口帧；第一无线入端口从任何其它区域节点接收至少一个无线入口帧；第一处理电路处理所述至少一个有线入口帧和/或所述至少一个无线入口帧，以生成至少一个处理后的有线帧和/或至少一个处理后的无线帧；一个或多个第一有线出端口将所述至少一个处理后的有线帧发送到至少一个其它区域节点；第一无线出端口将所述至少一个处理后的无线帧发送到任何其它区域节点。
第二方面的方法及其实现方式实现了与上述第一方面的混合有线无线IVN及其相应实现方式相同的优点和效果。
附图说明
结合所附附图，下面具体实施例的描述将阐述上述各个方面及其实现方式，在附图中：
图1示出了本发明实施例提供的包括两个或两个以上区域节点的混合有线无线IVN。
图2示出了本发明另一个实施例提供的包括两个或两个以上区域节点的混合有线无线IVN。
图3示出了本发明实施例提供的用于有线和无线组网的简化SoC网络架构。
图4示出了本发明实施例提供的用于有线和无线组网的符合SDN的SoC网络架构。
图5示出了本发明实施例提供的组网SOC设备的框图。
图6示出了本发明实施例提供的组网SOC设备的框图。
图7示出了本发明实施例提供的有线无线网关硬件引擎。
图8示出了本发明实施例提供的帧复制和帧消除的时序图。
图9示出了本发明实施例提供的混合有线无线IVN中的帧操作。
图10示出了本发明实施例提供的包括两个或两个以上区域节点的混合有线无线IVN。
图11示出了根据本发明实施例的一种方法。
具体实施方式
图1示出了本发明实施例提供的包括两个或两个以上区域节点的混合有线无线IVN。
混合有线无线IVN 1000可以用于车辆1001中的车载通信。混合有线无线IVN 1000可以包括两个或两个以上区域节点100。两个或两个以上区域节点100中的每个区域节点100可以包括一个或多个第一有线入端口110，其中，该一个或多个第一有线入端口110用于从至少一个其它区域节点100接收至少一个有线入口帧。每个区域节点100还可以包括第一无线入端口，该第一无线入端口用于从任何其它区域节点100接收至少一个无线入口帧。此外，每个区域节点100可以包括第一处理电路130，其中，该第一处理电路130用于处理至少一个有线入口帧和/或至少一个无线入口帧，以生成至少一个处理后的有线帧和/或至少一个处理后的无线帧。此外，每个区域节点100可以包括一个或多个第一有线出端口120，其中，该一个或多个第一有线出端口120用于将至少一个处理后的有线帧发送到至少一个其它区域节点100。每个区域节点100还可以包括第一无线出端口121，其中，该第一无线出端口121用于将至少一个处理后的无线帧发送到任何其它区域节点100。
图2示出了本发明另一个实施例提供的包括两个或两个以上区域节点100的混合有线无线IVN 1000。混合有线无线IVN 1000可以用于车辆1001中的车载通信。
如图2所示，例如，混合有线无线IVN 1000可以包括四个区域节点100。两个或两个以上区域节点100中的每个区域节点100可以包括一个或多个第一有线入端口110，其中，该一个或多个第一有线入端口110用于从至少一个其它区域节点100接收至少一个有线入口帧。每个区域节点100还可以包括第一无线入端口，该第一无线入端口用于从任何其它区域节点100接收至少一个无线入口帧。此外，每个区域节点100可以包括第一处理电路130，其中，该第一处理电路130用于处理至少一个有线入口帧和/或至少一个无线入口帧，以生成至少一个处理后的有线帧和/或至少一个处理后的无线帧。此外，每个区域节点100可以包括一个或多个第一有线出端口120，其中，该一个或多个第一有线出端口120用于将至少一个处理后的有线帧发送到至少一个其它区域节点100。每个区域节点100还可以包括第一无线出端口121，其中，该第一无线出端口121用于将至少一个处理后的无线帧发送到任何其它区域节点100。
此外，如图2所示，例如，混合有线无线IVN可以包括一个中心计算节点200。中心计算节点200可以包括一个或多个第二有线入端口210，其中，该一个或多个第二有线入端口210用于从至少一个区域节点100接收至少一个有线入口帧。中心计算节点200还可以包括第二无线入端口211，其中，该第二无线入端口211用于从四个区域节点100中的任何区域节点100接收至少一个无线入口帧。此外，中心计算节点200可以包括第二处理电路230，其中，该第二处理电路230用于处理至少一个有线入口帧和/或至少一个无线入口帧，以生成至少一个处理后的有线帧和/或至少一个处理后的无线帧。此外，中心计算节点200可以包括一个或多个第二有线出端口220，其中，该一个或多个第二有线出端口220用于将至少一个处理后的有线帧发送到至少一个区域节点100。中心计算节点200还可以包括第二无线出端口221，该第二无线出端口221用于将至少一个处理后的无线帧发送到任何区域节点100。
图2中的四个区域节点100中的每个区域节点100还可以用于将至少一个处理后的有线帧发送到中心计算节点200和/或将冗余的处理后的无线帧发送到中心计算节点200。
例如，图2中的四个区域节点100中的至少一个区域节点100可以从传感器单元接收至少一个有线入口帧。然后，四个区域节点100中的至少一个区域节点100可以处理至少一个有线入口帧，以生成至少一个处理后的有线帧和/或至少一个处理后的无线帧。然后，例如，一个或多个第一有线出端口120可以将至少一个处理后的有线帧发送到至少一个其它区域节点100。此外或可替代地，第一无线出端口121可以将至少一个处理后的无线帧发送到任何其它区域节点100。
图2中的其余三个区域节点100中的至少一个区域节点100的第一处理电路130还可以用于复制接收到的至少一个有线入口帧和/或复制接收到的至少一个无线入口帧，以生成至少一个复制的有线帧和/或至少一个复制的无线帧。
其余三个区域节点100中的至少一个区域节点100的一个或多个第一有线出端口120和/或第一无线出端口121还可以用于将至少一个复制的有线帧和/或至少一个复制的无线帧发送到任何其它区域节点100。
图2中的两个或两个以上区域节点100中的至少一个区域节点100的第一处理电路130还可以用于内联执行和/或在存储器中执行接收到的至少一个有线入口帧的复制和/或接收到的至少一个无线入口帧的复制。接收到的至少一个有线入口帧的复制和/或接收到的至少一个无线入口帧的复制可以通过基于组合电路和时序电路两者的数字逻辑来执行。
图2中的两个或两个以上区域节点100中的至少一个区域节点100的第一处理电路130还可以用于消除接收到的至少一个复制的有线帧和/或接收到的至少一个复制的无线帧。
图2中的四个区域节点100中的至少一个区域节点100的第一处理电路130还可以用于同时处理至少一个有线入口帧和至少一个无线入口帧。
从图2中可以看出，例如，每个区域节点100是车辆接口单元。可替代地，每个区域节点100可以是区域控制器或区域网关控制器。
每个区域节点可以由以硬件为中心的有线和无线处理引擎组成。每个区域节点可以集成在由特定硬件引擎以全自动方式处理的网络SoC中，旨在保持SW中可实现的相同灵活性水平，但由于通过专用和定制的硬件数字电路而不是CPU或NoC等通用硬件处理单元来实现，因此可以提高性能，即实现超低延迟。
图3示出了本发明实施例提供的用于有线和无线组网的简化SoC网络架构。
从图3中可以看出，例如，简化SoC网络架构可以包括四个第一有线入端口110，该四个第一有线入端口110用于从至少一个其它区域节点100接收至少一个有线入口帧。例如，简化SoC网络架构还可以包括第一无线入端口111，其中，该第一无线入端口111用于从任何其它区域节点100接收至少一个无线入口帧。
图3中的简化SoC网络架构可以包括第一处理电路130，其中，该第一处理电路130用于处理至少一个有线入口帧和/或至少一个无线入口帧，以生成至少一个处理后的有线帧和/或至少一个处理后的无线帧。
此外，如图3所示，例如，简化SoC网络架构可以包括两个第一有线出端口120和第一无线出端口121，该两个第一有线出端口120用于将至少一个处理后的有线帧发送到至少一个其它区域节点100，该第一无线出端口121用于将至少一个处理后的无线帧发送到任何其它区域节点100。
图3中的每个区域节点100的第一处理电路130可以包括用于对帧进行归一化的帧归一化器310。帧归一化器310可以用于将接收到的至少一个有线入口帧和/或至少一个无线入口帧转换为归一化帧。
图3中的每个区域节点100的第一处理电路130可以包括用于对帧进行过滤和管控的匹配处理级370。
图3中的每个区域节点100的第一处理电路130还可以包括用于对帧进行交换和网关处理的动作处理级320。动作处理级320可以包括有线无线网关硬件引擎321，其中，该有线无线网关硬件引擎321用于从至少一个有线入口帧和/或至少一个无线入口帧生成至少一个复制的有线帧和/或从至少一个有线入口帧和/或至少一个无线入口帧生成至少一个复制的无线帧。有线无线网关硬件引擎321可以用于消除至少一个复制的有线帧和/或消除至少一个复制的无线帧。
每个区域节点100的第一处理电路130还可以包括流量整形处理级360。
图4示出了本发明实施例提供的用于有线和无线组网的符合SDN的SoC网络架构。
从图4中可以看出，例如，简化SoC网络架构可以包括四个第一有线入端口110，该四个第一有线入端口110用于从至少一个其它区域节点100接收至少一个有线入口帧。例如，简化SoC网络架构还可以包括第一无线入端口111，其中，该第一无线入端口111用于从任何其它区域节点100接收至少一个无线入口帧。
图4中的简化SoC网络架构可以包括第一处理电路130，其中，该第一处理电路130用于处理至少一个有线入口帧和/或至少一个无线入口帧，以生成至少一个处理后的有线帧和/或至少一个处理后的无线帧。
此外，如图4所示，例如，简化SoC网络架构可以包括两个第一有线出端口120和第一无线出端口121，该两个第一有线出端口120用于将至少一个处理后的有线帧发送到至少一个其它区域节点100，该第一无线出端口121用于将至少一个处理后的无线帧发送到任何其它区域节点100。
图4中的每个区域节点100的第一处理电路130可以包括用于对帧进行归一化的帧归一化器310。帧归一化器310可以用于将接收到的至少一个有线入口帧和/或至少一个无线入口帧转换为归一化帧。
图4中的每个区域节点100的第一处理电路130可以包括用于对帧进行过滤和管控的匹配处理级370。
图4中的每个区域节点100的第一处理电路130还可以包括用于对帧进行交换和网关处理的动作处理级320。动作处理级320可以包括有线无线网关硬件引擎321，其中，该有线无线网关硬件引擎321用于生成至少一个复制的有线帧和/或生成至少一个复制的无线帧。有线无线网关硬件引擎321可以用于消除至少一个复制的有线帧和/或消除至少一个复制的无线帧。
每个区域节点100的第一处理电路130还可以包括流量整形处理级360，如图4所示。
可以看出，图4中用于有线和无线组网的符合SDN的SoC网络架构被划分为控制面和数据面。如图4所示，例如，符合SDN的SoC网络架构可以通过CAN灵活数据速率(CANFlexible Data Rate，CAN-FD)、汽车以太网、LIN和/或FlexRay接收至少一个有线入口帧。此外，符合SDN的SoC网络架构可以通过Wi-Fi接收至少一个无线入口帧。此外，例如，符合SDN的SoC网络架构可以通过CAN-FD和/或汽车以太网将至少一个处理后的有线帧发送到至少一个其它区域节点，并且可以通过Wi-Fi将至少一个处理后的无线帧发送到任何其它区域节点100。
图5示出了本发明实施例提供的组网SOC设备的框图。图6示出了本发明实施例提供的组网SOC设备的框图。图7示出了本发明实施例提供的有线无线网关硬件引擎。
从图5至图7中可以看出，每个区域节点100可以包括一个或多个第一有线入端口110和第一无线入端口111，其中，该一个或多个第一有线入端口110用于从至少一个其它区域节点100接收至少一个有线入口帧，该第一无线入端口111用于从任何其它区域节点100接收至少一个无线入口帧。此外，每个区域节点100可以包括第一处理电路130，其中，该第一处理电路130用于处理至少一个有线入口帧和/或至少一个无线入口帧，以生成至少一个处理后的有线帧和/或至少一个处理后的无线帧。每个区域节点100还可以包括一个或多个第一有线出端口120和第一无线出端口121，其中，该一个或多个第一有线出端口120用于将至少一个处理后的有线帧发送到至少一个其它区域节点100，该第一无线出端口121用于将至少一个处理后的无线帧发送到任何其它区域节点100。
图5至图7中的每个区域节点100的第一处理电路130可以包括用于对帧进行归一化的帧归一化器310。帧归一化器310可以用于将接收到的至少一个有线入口帧和/或至少一个无线入口帧转换为归一化帧。
图5至图7中的每个区域节点100的第一处理电路130还可以包括用于对帧进行排队的入口排队处理级330。环回路径400可以用于将有线帧交换350的输出帧环回至入口排队处理级330，以将输出帧转换成至少一个复制的无线帧。
图5至图7中的每个区域节点100的第一处理电路130可以包括用于对帧进行过滤和管控的匹配处理级370。
在图5至图7中，每个区域节点100的第一处理电路130还可以包括用于对帧进行中间排队的中间排队处理级340。环回路径400还可以用于将有线帧交换350的输出帧环回至中间排队处理级340，以将输出帧转换成至少一个复制的无线帧。
图5至图7中的每个区域节点100的第一处理电路130还可以包括用于对帧进行交换和网关处理的动作处理级320。动作处理级320可以包括有线无线网关硬件引擎321，其中，该有线无线网关硬件引擎321用于生成至少一个复制的有线帧和/或生成至少一个复制的无线帧。有线无线网关硬件引擎321可以用于消除至少一个复制的有线帧和/或消除至少一个复制的无线帧。环回路径400还可以用于将动作处理级320的输出帧环回至入口排队处理级330和/或中间排队处理级340。
图5至图7中示出的每个区域节点100的第一处理电路130可以包括用于出口排队的出口排队处理级380。
在图5至图7中，每个区域节点100的第一处理电路130还可以包括流量整形处理级360。环回路径400还可以用于将流量整形处理级360的输出帧环回至入口排队处理级330和/或中间排队处理级340。
根据该实施例，混合有线无线IVN 1000可以作为模块化、可配置和超参数化构建块嵌入到网络SoC架构中。
新的构建块可以插入到SoC设备的动作处理级320的网关块中，作为负责执行所需的有线无线处理的IP核。图5示出了有线无线隧道传输的流程。图5还示出了帧复制和可靠性消除(frame replication and elimination for reliability，FRER)算法的流程。有线无线隧道传输和FRER算法可以利用在网络SoC设备中实现的环回路径400。
图7描述了通过多个处理级的组网流程。作为FRER算法的一部分，示出了有线到无线的帧复制操作。所示的组网流程可以完全通过专用硬件合成。
图8示出了本发明实施例提供的帧复制和帧消除的时序图。
在图8中，两个或两个以上区域节点100中的至少一个区域节点100的第一处理电路130可以用于复制接收到的至少一个有线入口帧和/或复制接收到的至少一个无线入口帧，以生成至少一个复制的有线帧和/或至少一个复制的无线帧。第一无线出端口121可以用于将至少一个复制的有线帧和/或至少一个复制的无线帧发送到任何其它区域节点100。
此外，图8中的两个或两个以上区域节点100中的至少一个区域节点100的第一处理电路130可以用于内联执行和/或在存储器中执行接收到的至少一个有线入口帧的复制和/或接收到的至少一个无线入口帧的复制。
此外，图8中的两个或两个以上区域节点100中的至少一个区域节点100的第一处理电路130可以用于消除接收到的至少一个复制的有线帧和/或接收到的至少一个复制的无线帧。
如图8所示，可配置的硬件引擎可以负责嵌入到组网设备中的内联有线和无线处理。图8示出了有线和无线FRER算法的示例，其中，混合有线无线IVN中的一个或多个区域节点100可以配备一个或多个第一有线入端口110、第一无线入端口111、一个或多个第一有线出端口120和第一无线出端口121。这些冗余端口110、111、120和121可以用于建立可靠通信。
图8示出了包括以下步骤的方法900：
步骤901：通过无线复制和消除有线以太网帧。进程OK。
步骤902：通过无线复制和消除有线CAN帧。进程OK。
步骤903：通过无线复制有线以太网帧，但有线传输有缺陷。由于具有冗余无线帧，进程OK。
图9示出了本发明实施例提供的混合有线无线IVN中的帧操作。
图9示出了用于执行任何给定帧的操作(例如，有线帧和无线帧的复制和/或消除)的硬件引擎。如图9所示，该操作也可以通过硬件处理器和/或硬件协处理器直接内联执行。
可替代地或此外，例如，硬件引擎可以用于执行任何给定帧的操作以及从一个网络协议到另一个网络协议(有线或无线)的封装和/或解封装。如图9所示，该操作也可以通过硬件处理器和/或硬件协处理器直接内联执行。
此外，图9示出了在负载均衡或网络拥塞场景下使用的复制和重路由的概念。复制和/或重路由可以通过数字电路在运行时执行、动态地执行和/或自动执行。在图9所示的示例中，复制从VIU1经过作为中间跳的VIU2路由到VIU3的有线帧，并且通过硬件引擎生成新的无线帧，该新的无线帧跳过VIU2这一跳直接从VIU1路由到VIU3。在图9中，示出了在VIU2过载/拥塞(例如，内部队列已满并因此丢弃入口帧)情况下的负载均衡或网络拥塞缓解的示例。因此，在图9所示的示例中，由于上述复制策略，可以保证从VIU1发送到VIU3的信息实际到达VIU3。因此，解决了上述在VIU2中观察到的网络拥塞问题，并提高了IVN的可靠性。
图10示出了本发明实施例提供的包括两个或两个以上区域节点的混合有线无线IVN。
根据图10所示的实施例，每个区域节点100的第一处理电路130还可以用于确定入口排队处理级330的内部入口排队状态，确定中间排队处理级340的内部中间排队状态和/或确定出口排队处理级380的内部出口排队状态。每个区域节点100的第一处理电路130可以用于基于内部入口排队状态、内部中间排队状态和/或内部出口排队状态识别四个区域节点100中的一个或多个区域节点100处的至少一处流量拥塞。
图10中的每个区域节点100的第一处理电路130还可以用于根据内部入口排队状态、内部中间排队状态和/或内部出口排队状态对拥塞帧进行重路由，以缓解两个或两个以上区域节点100中的一个或多个区域节点100处的流量拥塞。每个区域节点100的第一处理电路130还可以用于：在对拥塞帧进行重路由时，将至少一个安全关键帧优先于至少一个非安全关键帧。
每个区域节点100的第一无线出端口121可以用于将至少一个拥塞帧发送到任何其它区域节点100，从而跳过两个或两个以上区域节点100中的至少一个拥塞区域节点100。
每个区域节点100的第一处理电路130还可以用于基于内部入口排队状态、内部中间排队状态和/或内部出口排队状态确定至少一处流量拥塞已得到解决。此外，每个区域节点100的第一处理电路130可以用于在至少一处流量拥塞已得到解决的情况下停止对帧进行重路由，以恢复正常路由状态。
例如，如图10所示，安全相关信号必须从第一区域节点100(即图10中的A)冗余地发送到第二区域节点(即图10中的B)，该安全相关信号可以集成在安全关键帧(例如，以太网帧)中，并且可以是车辆中实现的ASIL-D功能(例如，电动助力转向(Electric PowerSteering，EPS))的一部分。虽然有线以太网是将安全关键帧从第一区域节点100(即图10中的A)经过几跳发送到第二区域节点100(即图10中的B)的第一链路，但是第一区域节点100内部会生成冗余无线帧，并且该冗余无线帧会直接发送到第二区域节点100，从而跳过第一区域节点100和第二区域节点100之间的有线链路中存在的任何中继或跳。
图11示出了本发明实施例提供的方法800。方法800可以用于混合有线无线IVN1000，该混合有线无线IVN 1000用于车辆1001中的车载通信。方法800可以由两个或两个以上区域节点100中的至少一个区域节点100执行。
方法800包括步骤801：一个或多个第一有线入端口110从至少一个其它区域节点100接收至少一个有线入口帧。
方法800还包括步骤802：第一无线入端口111从任何其它区域节点100接收至少一个无线入口帧。
接收至少一个有线入口帧的步骤801和接收至少一个无线入口帧的步骤802可以并行执行。
方法800还包括步骤803：第一处理电路130处理至少一个有线入口帧和/或至少一个无线入口帧，以生成至少一个处理后的有线帧和/或至少一个处理后的无线帧。
此外，方法800包括步骤804：一个或多个第一有线出端口120将至少一个处理后的有线帧发送到至少一个其它区域节点100。
方法800还包括步骤805：第一无线出端口121将至少一个处理后的无线帧发送到任何其它区域节点。
发送至少一个处理后的有线帧的步骤804和发送至少一个处理后的无线帧的步骤805可以并行执行。
本发明已结合各种实施例作为示例以及实现方式进行描述。但是，根据对附图、本发明和独立权利要求的研究，本领域技术人员在实施所要求保护的主题时，能够理解和实现其它变型。在权利要求书以及说明书中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，且不定冠词“一个”不排除多个。单个元件或其它单元可以满足权利要求书中描述的若干实体或项目的功能。在互不相同的从属权利要求中列举某些措施这一事实本身并不表示这些措施的组合不能在有利的实现方式中使用。

Claims (20)

1.一种混合有线无线车载网络(in-vehicle network，IVN)(1000)，其特征在于，所述混合有线无线IVN(1000)用于车辆(1001)中的车载通信，所述混合有线无线IVN(1000)包括：
两个或两个以上区域节点(100)，其中，每个区域节点(100)包括：
一个或多个第一有线入端口(110)，其中，所述一个或多个第一有线入端口(110)用于从至少一个其它区域节点(100)接收至少一个有线入口帧；
第一无线入端口(111)，其中，所述第一无线入端口(111)用于从任何其它区域节点(100)接收至少一个无线入口帧；
第一处理电路(130)，其中，所述第一处理电路(130)用于处理所述至少一个有线入口帧和/或所述至少一个无线入口帧，以生成至少一个处理后的有线帧和/或至少一个处理后的无线帧；
一个或多个第一有线出端口(120)，其中，所述一个或多个第一有线出端口(120)用于将所述至少一个处理后的有线帧发送到至少一个其它区域节点(100)；
第一无线出端口(121)，其中，所述第一无线出端口(121)用于将所述至少一个处理后的无线帧发送到任何其它区域节点(100)。
2.根据权利要求1所述的混合有线无线IVN(1000)，其特征在于，
所述两个或两个以上区域节点(100)中的至少一个区域节点(100)的所述第一处理电路(130)还用于复制所述接收到的至少一个有线入口帧和/或复制所述接收到的至少一个无线入口帧，以生成至少一个复制的有线帧和/或至少一个复制的无线帧，
所述一个或多个第一有线出端口(120)和/或所述第一无线出端口(121)还用于将所述至少一个复制的有线帧和/或所述至少一个复制的无线帧发送到任何其它区域节点(100)。
3.根据权利要求2所述的混合有线无线IVN(1000)，其特征在于，
所述两个或两个以上区域节点(100)中的至少一个区域节点(100)的所述第一处理电路(130)还用于内联执行和/或在存储器中执行所述接收到的至少一个有线入口帧的所述复制和/或所述接收到的至少一个无线入口帧的所述复制。
4.根据上述权利要求中任一项所述的混合有线无线IVN(1000)，其特征在于，
所述两个或两个以上区域节点(100)中的至少一个区域节点(100)的所述第一处理电路(130)还用于消除接收到的至少一个复制的有线帧和/或接收到的至少一个复制的无线帧。
5.根据上述权利要求中任一项所述的混合有线无线IVN(1000)，其特征在于，
所述两个或两个以上区域节点(100)中的至少一个区域节点(100)的所述第一处理电路(130)还用于同时处理至少一个有线入口帧和至少一个无线入口帧。
6.根据上述权利要求中任一项所述的混合有线无线IVN(1000)，其特征在于，还包括：
一个或多个中心计算节点(200)，其中，每个中心计算节点(200)包括：
一个或多个第二有线入端口(210)，其中，所述一个或多个第二有线入端口(210)用于从至少一个区域节点(100)接收至少一个有线入口帧；
第二无线入端口(211)，其中，所述第二无线入端口(211)用于从所述两个或两个以上区域节点(100)中的任何区域节点(100)接收至少一个无线入口帧；
第二处理电路(230)，其中，所述第二处理电路(230)用于处理所述至少一个有线入口帧和/或所述至少一个无线入口帧，以生成至少一个处理后的有线帧和/或至少一个处理后的无线帧；
一个或多个第二有线出端口(220)，其中，所述一个或多个第二有线出端口(220)用于将所述至少一个处理后的有线帧发送到至少一个区域节点(100)；
第二无线出端口(221)，其中，所述第二无线出端口(221)用于将所述至少一个处理后的无线帧发送到任何区域节点(100)。
7.根据上述权利要求中任一项所述的混合有线无线IVN(1000)，其特征在于，
所述两个或两个以上区域节点(100)中的每个区域节点(100)还用于：
将所述至少一个处理后的有线帧发送到至少一个中心计算节点(200)，和/或
将冗余的处理后的无线帧发送到至少一个中心计算节点(200)。
8.根据上述权利要求中任一项所述的混合有线无线IVN(1000)，其特征在于，
每个区域节点(100)是车辆接口单元。
9.根据上述权利要求中任一项所述的混合有线无线IVN(1000)，其特征在于，
每个区域节点(100)是区域控制器或区域网关控制器。
10.根据上述权利要求中任一项所述的混合有线无线IVN(1000)，其特征在于，
每个区域节点(100)的所述第一处理电路(130)包括用于对帧进行归一化的帧归一化器(310)，
其中，所述帧归一化器(310)用于将所述接收到的至少一个有线入口帧和/或所述至少一个无线入口帧转换为归一化帧。
11.根据上述权利要求中任一项所述的混合有线无线IVN(1000)，其特征在于，
每个区域节点(100)的所述第一处理电路(130)还包括用于对帧进行交换和网关处理的动作处理级(320)，
所述动作处理级(320)包括有线无线网关硬件引擎(321)，其中，所述有线无线网关硬件引擎(321)用于：
生成所述至少一个复制的有线帧和/或生成所述至少一个复制的无线帧，和/或
消除所述至少一个复制的有线帧和/或消除所述至少一个复制的无线帧。
12.根据权利要求11所述的混合有线无线IVN(1000)，其特征在于，
每个区域节点(100)的所述第一处理电路(130)还包括用于对帧进行排队的入口排队处理级(330)；
环回路径(400)用于将有线帧交换(350)的输出帧环回至所述入口排队处理级(330)，以将所述输出帧转换成所述至少一个复制的无线帧。
13.根据权利要求11或12所述的混合有线无线IVN(1000)，其特征在于，
每个区域节点(100)的所述第一处理电路(130)还包括用于对帧进行中间排队的中间排队处理级(340)；
所述环回路径(400)还用于将所述有线帧交换(350)的所述输出帧环回至所述中间排队处理级(340)，以将所述输出帧转换成所述至少一个复制的无线帧。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的混合有线无线IVN(1000)，其特征在于，
每个区域节点(100)的所述第一处理电路(130)还包括流量整形处理级(360)；
所述环回路径(400)还用于将所述流量整形处理级(360)的输出帧环回至所述入口排队处理级(330)和/或所述中间排队处理级(340)。
15.根据上述权利要求中任一项所述的混合有线无线IVN(1000)，其特征在于，
每个区域节点(100)的所述第一处理电路(130)还用于：确定所述入口排队处理级(330)的内部入口排队状态，确定所述中间排队处理级(340)的内部中间排队状态和/或确定出口排队处理级(380)的内部出口排队状态，基于所述内部入口排队状态、所述内部中间排队状态和/或所述内部出口排队状态识别所述两个或两个以上区域节点(100)中的一个或多个区域节点(100)处的至少一处流量拥塞。
16.根据权利要求15所述的混合有线无线IVN(1000)，其特征在于，
每个区域节点(100)的所述第一处理电路(130)还用于根据所述内部入口排队状态、所述内部中间排队状态和/或所述内部出口排队状态对拥塞帧进行重路由，以缓解所述两个或两个以上区域节点(100)中的一个或多个区域节点(100)处的所述流量拥塞。
17.根据权利要求16所述的混合有线无线IVN(1000)，其特征在于，
每个区域节点(100)的所述第一处理电路(130)还用于：在对所述拥塞帧进行重路由时，将至少一个安全关键帧优先于至少一个非安全关键帧。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的混合有线无线IVN(1000)，其特征在于，
每个区域节点(100)的所述第一无线出端口(121)还用于将至少一个拥塞帧发送到任何其它区域节点(100)，从而跳过所述两个或两个以上区域节点(100)中的至少一个拥塞区域节点(100)。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的混合有线无线IVN(1000)，其特征在于，每个区域节点(100)的所述第一处理电路(130)还用于：
基于所述内部入口排队状态、所述内部中间排队状态和/或所述内部出口排队状态确定所述至少一处流量拥塞已得到解决，
在所述至少一处流量拥塞已得到解决的情况下停止对帧进行重路由，以恢复正常路由状态。
20.一种用于混合有线无线车载网络(in-vehicle network，IVN)(1000)的方法，其特征在于，所述混合有线无线IVN(1000)用于车辆(1001)中的车载通信，所述方法包括：
一个或多个第一有线入端口(110)从至少一个其它区域节点(100)接收至少一个有线入口帧；
第一无线入端口从任何其它区域节点(100)接收至少一个无线入口帧；
第一处理电路(130)处理所述至少一个有线入口帧和/或所述至少一个无线入口帧，以生成至少一个处理后的有线帧和/或至少一个处理后的无线帧；
一个或多个第一有线出端口(120)将所述至少一个处理后的有线帧发送到至少一个其它区域节点(100)；
第一无线出端口(121)将所述至少一个处理后的无线帧发送到任何其它区域节点(100)。
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