[发明专利]时间触发网络中的集群耦合器

说明书

技术领域

本发明涉及一种时间触发网络中的集群耦合器，该集群耦合器用于连接基于相同协议操作的集群。另外，本发明涉及一种具有多个集群的触发网络，所述多个集群通过集群耦合器耦合。本发明还涉及一种用于在不同的集群之间进行通信的方法。

背景技术

可靠的自动通信网络依赖于TTP/C或FlexRay之类的时间触发通信协议，这些时间触发通信协议基于根据预定TDMA方案的广播方法。提出时间触发协议来分配在例如汽车工业中所使用的实时通信系统。在“FlexRay-A Communication system for advanced automotiveControl Systems”SEA World Congress 2001中描述了这种通信协议。在这些系统中，介质访问协议基于时间触发复用方法，诸如具有在系统设计期间预先定义的静态通信调度的TDMA(时分多址)。该通信调度为每一通信节点定义了在通信周期内可传送数据的时间。

这种网络可包括多个不同的通信集群。每个集群包括至少一个节点。一个集群内的多个节点可通过各种拓扑互连。星形耦合器通常应用于提高一个集群内的节点数量，其中网关被用于使集群互连。将多个节点分到多个集群或域中是公知的方案，用于并行处理不同的应用域。这意味着，同一集群内的节点或应用可通信，其中，运行在其它集群中的节点上的其它应用可并行通信。然而，如果需要在不同集群内的不同节点上所运行的应用之间进行数据交换，那么，集群之间的附加数据交换也将是必须的。因为现存的域已经各自地随时间演化而不需要紧密的相互作用，所以它们被大不相同的通信协议局部优化并以之工作。因此，当前的网络是高度异质的，并且仅可通过服务于不同协议栈的网关来相连接。网络的异质特性将导致与延迟、抖动、和容错性相关的域间通信受到严重限制。

克服由于延迟、抖动、和容错性而导致的该限制的第一方案可以使用单个协议，优选的是使用一个符合较高要求的协议，即，FlexRay协议，其可被应用于不同的集群以实现更加同质的网络，从而将集群更紧密地互连起来，并且提供与延迟、抖动、和容错性相关的更好的端到端性能。这将在系统分割方面带给系统设计者更大的灵活性，这是因为运行在不同节点上的紧密相关的功能并不必须被映射到同一集群中的节点。这降低了一个集群内的节点的数量，从而降低了所需带宽和在每个集群中故障的可能性，并且通过将较小的应用域分为多个集群而改善了故障保护。

传统上，网关被用于连接集群。通常，网关可在端到端数据路径中加入显著的延迟和抖动，这是因为其包括用于每一个所连接的集群的通信协议栈。其还增加了端到端的路径出现故障的可能。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供用于在集群之间进行通信的集群耦合装置、网络和方法，所述集群耦合装置、网络和方法能够耦合多个基于同一时间触发协议来进行操作的集群，以实现在没有消息缓冲或帧延迟的情况下有选择地转发数据。

通过独立权利要求的特征来实现该目的。

本发明的集群耦合器包括开关，该开关具有多个输入端口和输出端口。而且，集群耦合器包括协议引擎。该开关与协议引擎相连接，并且与集群耦合器中的集群端口相连接。而且，还存在开关控制单元，其从协议引擎接收同步数据并且控制所述开关。开关控制单元包括用于所述开关的互连调度，该互连调度限定了在预定时隙所述开关的哪个输入端口与所述开关的哪个输出端口相连接。所述协议引擎在启动时和在工作期间使集群同步。本发明的集群耦合器的先决条件是所连接的集群基于使用时隙的同一时间触发协议来进行操作。进一步的先决条件是时隙长度和帧长度彼此一致。

本发明基于通过使用集群耦合器来使集群互连的思想，其中，集群与另一集群相连的互连基于包括在开关控制单元中的互连调度。基于时隙控制所述开关的配置。因此，通过根据由协议引擎和/或互连调度所提供的同步信息来控制开关，可在不在集群耦合器中提供任何缓冲装置的情况下，智能地连接集群之间的以及协议引擎和集群之间的数据流。所述开关配置可针对每一时隙而改变。本发明应用了连接集群的无缓冲开关，该无缓冲开关由开关控制单元中所包括的互连调度进行控制。互连调度仅通过一个协议引擎或其简化版本与集群的定时同步，其中，该协议引擎通过监视集群的业务来导出所述定时。每一集群均包括其自身的集群调度，该集群调度限定了在哪个时隙哪个节点可传送。通过在启动时和工作期间由协议引擎来使集群彼此同步，可使所连接的集群的集群调度与开关控制单元的互连调度同步。所述开关被用于使集群在启动期间和之后与协议引擎同步。