本發(fā)明涉及用于在網(wǎng)絡(luò)中，具體地基于以太網(wǎng)的運載工具中時間-和安全-重要的網(wǎng)絡(luò)中用于監(jiān)測時鐘同步誤差的方法。

背景技術(shù)：

設(shè)計時間敏感的系統(tǒng)中的一個挑戰(zhàn)是共同時基。原因在于網(wǎng)絡(luò)中的通信設(shè)備對當(dāng)前時間具有不同的視角（view），因為它們通常具有不同的時鐘特性，比如頻率漂移、粒度等，且其時常具有不同的初始時間。該狀況在一些汽車時間-和-安全-重要應(yīng)用中導(dǎo)致無法忍受的時鐘偏差，因為這些應(yīng)用具有目標(biāo)在于具體地相對于整個交通保證安全的小汽車駕駛的強烈要求。因此，對于運載工具中的網(wǎng)絡(luò)而言，需要嚴(yán)格的時間操縱。這對于小汽車內(nèi)的若干設(shè)備和/或電子控制單元的相互作用而言尤其重要，因為它們都必須在相同的時間交接（relay）。因此，遍及整個網(wǎng)絡(luò)使用時間同步機制。

針對建立在基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)中的共同時基已經(jīng)規(guī)定了ieee802.1as時間同步協(xié)議。其基本上作用在用作時間參考的主時鐘上，通過將其時間信息經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)分配到其它設(shè)備，使得其能夠修正且因此同步其內(nèi)部時鐘以便與主時鐘一致。

在重要的汽車應(yīng)用中，操縱重要的數(shù)據(jù)包或報文的設(shè)備必須具有共同的時間感，以避免任何時基抖動（jitter）、意外延時和實際狀況的錯誤解釋，否則這些能夠引起運載工具行為的驚人結(jié)果。因此，必須在運載工具中時間和安全重要的網(wǎng)絡(luò)中在啟動時間以及在運行時間期間建立共同時基。

然而，網(wǎng)絡(luò)并不受到保護以免受能夠負(fù)面地影響時鐘同步的所有種類的誤差。對于一些安全上重要的應(yīng)用，比如專用于自動化或半自動化駕駛的應(yīng)用，必需檢測到這些誤差，以便防止運載工具發(fā)生任何危險行為。然而，不存在用于監(jiān)測在基于以太網(wǎng)的運載工具中網(wǎng)絡(luò)中的同步誤差的機制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供用于連續(xù)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中的同步誤差的時鐘同步監(jiān)測機制。這允許感知能夠負(fù)面地影響系統(tǒng)的任何故障。

本發(fā)明由獨立權(quán)利要求的特征限定。在從屬權(quán)利要求中限定了一些優(yōu)選實施例。本發(fā)明使得網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的敏感設(shè)備每次都能夠感知其相對于基準(zhǔn)時鐘的當(dāng)前時鐘偏差。知曉其時鐘不可接受地偏離基準(zhǔn)時鐘的節(jié)點或設(shè)備能夠比如停止發(fā)送重要數(shù)據(jù)，以便避免系統(tǒng)和小汽車的任何危險行為。

附圖說明

本發(fā)明的實施例以示例且不限制于附圖中的圖的方式圖示，在附圖中，同樣的附圖標(biāo)記指示相似的元件，并且附圖中：

圖1示出運載工具中網(wǎng)絡(luò)的一部分的示例；

圖2示出同步誤差測試報文傳輸?shù)氖纠?/p>

圖3示出同步誤差監(jiān)測機制的第一部分的示例；

圖4示出在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)囊恍┱`差測試應(yīng)答報文的示例；

圖5示出被傳輸?shù)桨踩现匾臄?shù)據(jù)中心的時鐘偏差通知報文的示例；以及

圖6是本發(fā)明的可能實施例的流程圖。

具體實施方式

在以下描述中，引入許多具體細(xì)節(jié)，以提供對于所建議的同步狀態(tài)監(jiān)測機制的實施例的透徹理解，以及實現(xiàn)針對所述實施例的描述。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，能夠在沒有所述具體細(xì)節(jié)中的一個或多個，或者利用其它部件、系統(tǒng)等的情況下實踐這些實施例。在其它情形中，眾所周知的結(jié)構(gòu)或操作未示出，或者未詳細(xì)描述，以避免使所公開的實施例的方面模糊。

圖1示出基于用于說明本發(fā)明的樹型拓?fù)涞倪\載工具中網(wǎng)絡(luò)1的示例。網(wǎng)絡(luò)1包括監(jiān)測節(jié)點2；橋和/或開關(guān)節(jié)點3、4、5；主時鐘6和設(shè)備7、8、9。假設(shè)設(shè)備7、8、9中的任一者是重要數(shù)據(jù)的發(fā)送者。在一些實施例中，也被標(biāo)記為祖時鐘的主時鐘6也被認(rèn)為是重要數(shù)據(jù)的接收者。

啟用監(jiān)測節(jié)點2以計算網(wǎng)絡(luò)1內(nèi)的節(jié)點中的一些之間的同步誤差。橋和/或開關(guān)3、4、5也能夠被用于同步誤差計算，這意味著如將在下文進一步描述的那樣，若干節(jié)點能夠在時鐘同步監(jiān)測機制的不同階段中充當(dāng)監(jiān)測節(jié)點。

圖2示出測試報文，其也被標(biāo)記為同步誤差測試報文10。同步誤差測試報文10從監(jiān)測節(jié)點2被傳輸?shù)矫恳粋€相鄰節(jié)點。

在圖2中所示的示例中，監(jiān)測節(jié)點2向橋和/或開關(guān)3、4、5，以及向主時鐘6發(fā)送同步測試報文10。在該示例中假設(shè)監(jiān)測節(jié)點2同時發(fā)送所有測試報文10。監(jiān)測節(jié)點2存儲這些報文的發(fā)送時間。如果測試報文不被同時發(fā)送，則監(jiān)測節(jié)點2將保存每一個測試報文10的傳輸時間。

圖3示出監(jiān)測機制的更詳細(xì)的示例。在此，橋和/或開關(guān)3、4、5也向每一個相鄰的節(jié)點傳輸同步誤差測試報文10。橋和/或開關(guān)3、4、5中的每一個存儲測試報文10的發(fā)送時間。

例如以監(jiān)測節(jié)點2開始，監(jiān)測節(jié)點2在時間t=t_test處向橋和/或開關(guān)3、4、5以及向主時鐘6同時發(fā)送同步誤差測試報文10。

橋和/或開關(guān)3在時間t=t1處接收測試報文，橋和/或開關(guān)4在時間t=t2處接收來自監(jiān)測節(jié)點2的測試報文10，橋和/或開關(guān)5在時間t=t3處接收測試報文10，并且主時鐘6在時間t=tref處接收測試報文10。橋和/或開關(guān)3、4、5以及主時鐘6的接收時間根據(jù)其內(nèi)部時鐘或本地時鐘限定。

根據(jù)優(yōu)選實施例，當(dāng)旨在傳輸同步誤差測試報文10時，監(jiān)測節(jié)點2上的輸出端口必須是空閑的。

同步誤差測試報文10的傳輸能夠具體地以恒定頻率周期性地執(zhí)行。優(yōu)選地，必須設(shè)置防護頻帶。在每個端口上，在給定周期i中防護頻帶時間的開始處，不允許傳輸除了同步誤差測試報文之外的其它流量。為了確保在同步誤差測試報文10的傳輸時間點處端口是空閑的，建議將防護頻帶持續(xù)時間設(shè)置為大于或等于通過監(jiān)測節(jié)點2傳輸?shù)淖铋L以太網(wǎng)幀的傳輸延遲。

再次參考圖3，接收同步誤差測試報文10的每一個節(jié)點生成時間戳且存儲該時間戳。時間戳根據(jù)內(nèi)部時鐘或本地時鐘生成，且能夠或者在軟件中確定或者通過位于節(jié)點的物理層（phy）或以太網(wǎng)媒體訪問控制器（mac）中的任一者中的硬件時間戳單元（tsu）確定。

圖4示出也被標(biāo)記為應(yīng)答報文11的同步誤差測試應(yīng)答報文的傳輸?shù)氖纠?。已?jīng)接收到測試報文10的每一個節(jié)點向其接收到的測試報文10所來自的節(jié)點發(fā)送應(yīng)答報文11。每一個應(yīng)答報文11包含時間戳，這是測試報文10的接收時間。這意味著，現(xiàn)在將接收時間告知測試報文10的發(fā)送者。

然而，接收時間基于測試報文10的接收者的本地時間確定?，F(xiàn)在假設(shè)，接收應(yīng)答報文11的每一個節(jié)點接收其之前發(fā)送的其同步誤差測試報文10的不同接收時間。然后能夠計算不同節(jié)點之間的同步誤差。例如，監(jiān)測節(jié)點2可計算以下項：

－橋和/或開關(guān)3（標(biāo)記為b1）和橋和/或開關(guān)4（標(biāo)記為b2）之間的同步誤差（e）：e（b1→b2）=t1-t2；

-橋/開關(guān)3（b1）和橋/開關(guān)5（b3）之間的同步誤差（e）：e（b1→b3）=t1-t3；

-橋/開關(guān)4和橋/開關(guān)5之間的同步誤差（e）：e（b2→b3）=t2-t3；

-橋/開關(guān)3和主時鐘6之間的同步誤差（e）：e（b1→mc）=t1-tref；

-橋/開關(guān)4和主時鐘6之間的同步誤差（e）：e（b2→mc）=t2-tref；以及

-橋/開關(guān)5和主時鐘6之間的同步誤差（e）：e（b3→mc）=t3-tref。

當(dāng)然，橋和/或開關(guān)3、4、5能夠以類似方式計算相鄰節(jié)點的時間偏差。

圖5示出一些時鐘偏差通知報文，也標(biāo)記為偏差報文12，其被傳輸?shù)郊僭O(shè)為重要數(shù)據(jù)發(fā)送者的節(jié)點或設(shè)備7、8、9。為了描述重要數(shù)據(jù)的發(fā)送者如何確定其相對于基準(zhǔn)時鐘的時鐘偏差的原理，給出以下示例：

在來自監(jiān)測節(jié)點2的偏差報文12內(nèi)，傳輸一些時鐘時序偏差。例如，從監(jiān)測節(jié)點2到橋和/或開關(guān)3的偏差報文12包括橋和/或開關(guān)4（b2）和主時鐘6（mc）之間的時鐘時序偏差，其為：

e（b2→mc）=t2-tref，

此外，橋和/或開關(guān)3可以計算每一個重要數(shù)據(jù)發(fā)送者節(jié)點和橋和/或開關(guān)4（b2）之間的同步誤差。例如，對于重要數(shù)據(jù)發(fā)送者節(jié)點7，該誤差被標(biāo)記為e（s7→b2）。然后橋和/或開關(guān)3將向重要數(shù)據(jù)發(fā)送者節(jié)點7發(fā)送e（s7→b2）和e（b2→mc），重要數(shù)據(jù)發(fā)送者節(jié)點7將然后計算其相對于主時鐘的時間偏差。在給定示例中，

e（s7→b2）=ts7-tb2，

其中，ts7限定節(jié)點7已經(jīng)接收到來自橋和/或開關(guān)3的同步誤差測試報文10的時間，以及tb2是橋和/或開關(guān)4已經(jīng)接收到來自橋和/或開關(guān)3的同步誤差測試報文10的時間。

時間數(shù)據(jù)tb2和ts7都是基于每一個設(shè)備的本地時鐘或內(nèi)部時鐘測量的。

因此，重要數(shù)據(jù)發(fā)送者節(jié)點7將接收其自身的與橋和/或開關(guān)4的時鐘偏差以及橋和/或開關(guān)4和主時鐘6之間的同步誤差。因此，其將通過計算兩個誤差的和e（s7→mc）=e（s7→b2）+e（b2→>mc）來算出其時鐘時間與主時鐘6的偏差（e（s7→mc））。

圖6示出示例實施例的流程圖。方法在步驟100中開始，其中，至少監(jiān)測節(jié)點6向每一個相鄰節(jié)點3、4、5、6傳輸測試報文10。進一步地，在步驟100中，橋和/或開關(guān)3、4、5向其如圖3中所示的相鄰節(jié)點傳輸測試報文10。

在步驟101中，接收測試報文10，且每一個接收節(jié)點生成和存儲指示接收時間的時間戳。

在步驟102中，每一個節(jié)點將應(yīng)答報文11發(fā)送回測試報文10的發(fā)送者（圖4），其中，每一個應(yīng)答報文11包含接收測試報文的接收時間。

在步驟103中，監(jiān)測節(jié)點2如上文所描述的那樣計算偏差時間。

在步驟104中，監(jiān)測節(jié)點2向相鄰節(jié)點中的至少一些傳輸計算出的偏差報文12。具體地，監(jiān)測節(jié)點2向與重要數(shù)據(jù)發(fā)送者7、8、9連接的橋和/或開關(guān)3、5發(fā)送相關(guān)的偏差報文12。在步驟104中，橋和/或開關(guān)3、4也在偏差報文12內(nèi)傳輸計算出的偏差中的一些，如圖5中所示。

在步驟105中，重要數(shù)據(jù)發(fā)送者7、8、9接收偏差報文12。在步驟106中，如上文所描述的那樣，重要數(shù)據(jù)發(fā)送者節(jié)點7、8、9計算其相對于主時鐘6的時間的偏差。進一步地，在步驟106中，重要數(shù)據(jù)發(fā)送者節(jié)點7、8、9中的每一個可基于所計算的偏差決定其是保持繼續(xù)發(fā)送重要數(shù)據(jù)還是停止發(fā)送重要數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的益處中的一個是改善運載工具中時間-和安全-重要的網(wǎng)絡(luò)中的可靠性和安全性。例如，在自動化或半自動駕駛應(yīng)用中，駕駛員不控制小汽車，或者對小汽車有有限的控制。在任何有問題的誤差的情況下，本發(fā)明能夠幫助通知駕駛員他或她應(yīng)當(dāng)現(xiàn)在取得車輛的控制，因為車輛不再能夠在沒有任何安全風(fēng)險的情況下自動駕駛。這通過本創(chuàng)造性方法實現(xiàn)，其中，允許時間敏感的設(shè)備獲知其與主時鐘的時間偏差。通過知曉該時鐘誤差，設(shè)備能夠執(zhí)行必要的校正，或者停止作為網(wǎng)絡(luò)的一部分。