ErfindungsgebietField of invention
Die vorliegende Offenbarung betrifft drahtlosen Datentransfer in einer Autonomfahrzeugumgebung.The present disclosure relates to wireless data transfer in an autonomous vehicle environment.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Ein autonomes Auto besteht aus verschiedenen Arten von Sensoren. Hinzufügen zusätzlicher Sensoren und Systeme zu einem existierenden Fahrzeug ist eine mühsame Angelegenheit. In Fällen von Hardware-Versagen/Beschädigungen sind Erstausrüster (Original Equipment Manufacturer - OEM) im Hinblick auf Platzbedarf, Verkablung und deren Änderung oder Aufrüsten des Fahrzeugs gemäß Kundenbedürfnissen großen Schwierigkeiten beim Platzieren der Fahrzeugsensoren ausgesetzt. Als eine Lösung dafür sollten Sensoren und Systeme ein Plug-and-Play-Protokoll unterstützen, das effiziente Verkablung und leichte Wartung aufweist.An autonomous car consists of various types of sensors. Adding additional sensors and systems to an existing vehicle is a tedious task. In cases of hardware failure/damage, Original Equipment Manufacturers (OEMs) face great difficulties in placing the vehicle sensors in terms of space, wiring and modifying or upgrading the vehicle according to customer needs. As a solution to this, sensors and systems should support a plug-and-play protocol that features efficient wiring and easy maintenance.
Ferner benötigt Erschaffen einer drahtlosen Umgebung für autonome Fahrzeuge bzw. Autonomfahrzeuge ein Softwaresystem zum Steuern von Datenfluss durch ein zentrales Drahtlosmodul. Aktuelle Softwaresysteme sind im Hinblick auf einen festen Satz von Sensoren und Fahrstufen designt. Hinsichtlich Software können keine Modifikationen vorgenommen werden, sofern Sensoren und SAE-Fahrstufen betroffen sind [Die Vereinigung von Automobilingenieuren (Society of Automobile Engineers - SAE) definiert sechs Fahrstufen, die von keiner Automatisierung bis zu vollständiger Fahrautomatisierung reichen]. Wenn sich ein Sensor verschlechtert, würden sich die meisten der Merkmale verschlechtern und das System würde nicht mehr funktionieren. Hinzufügen von mehr Sensoren zu einem aktuellen System würde die Fahrstufen nicht verbessern.Furthermore, creating a wireless environment for autonomous vehicles requires a software system to control data flow through a central wireless module. Current software systems are designed with a fixed set of sensors and driving levels in mind. No modifications can be made to software as far as sensors and SAE driving levels are concerned. [The Society of Automobile Engineers (SAE) defines six driving levels ranging from no automation to full driving automation]. If one sensor degrades, most of the features would degrade and the system would stop working. Adding more sensors to a current system would not improve the driving levels.
Die existierenden fahrzeuginternen Datentransfersysteme sind im Hinblick auf einen festen Satz von Sensoren und Fahrstufen designt. Hinsichtlich Software können keine Modifikationen vorgenommen werden, sofern Sensoren und SAE-Fahrstufen betroffen sind. Wenn sich ein Sensor verschlechtert, würden sich die meisten der Merkmale verschlechtern und das System würde nicht mehr funktionieren. Hinzufügen von mehr Sensoren zu einem aktuellen System würde die Fahrstufen nicht verbessern. Ferner weisen die DSRC (Dedicated Short-Range Communication) oder die WAVE-Kommunikation (Wireless Access in Vehicular Environment - WAVE), die in fahrzeuginterner Kommunikation verwendet werden, ihren eigenen Nachteil auf. Für Fahrzeugdatentransfer fehlt noch immer eine drahtlose Umgebung mit Fahrzeugautomatisierungskonzepten auf dem Automobilgebiet und es gibt Spielraum zum Verbessern der Nutzung von Sensoren und Systemen in einem Autonomfahrzeug. Für Datentransfer zwischen Steuereinheiten in dem Fahrzeug konzentrieren sich bestehende Drahtlosdatenprotokolle und Module nicht auf Fehlerdetektion, Angriffssicherheit und Diagnose von Daten.The existing in-vehicle data transfer systems are designed with a fixed set of sensors and driving levels in mind. Regarding software, no modifications can be made as far as sensors and SAE driving levels are concerned. If one sensor deteriorates, most of the features would deteriorate and the system would stop working. Adding more sensors to a current system would not improve the driving levels. Furthermore, DSRC (Dedicated Short-Range Communication) or WAVE (Wireless Access in Vehicular Environment - WAVE) communication used in in-vehicle communication have their own disadvantage. For vehicle data transfer, a wireless environment with vehicle automation concepts is still lacking in the automotive field and there is room to improve the utilization of sensors and systems in an autonomous vehicle. For data transfer between control units in the vehicle, existing wireless data protocols and modules do not focus on fault detection, attack resistance and diagnosis of data.
Die vorliegende Offenbarung schafft eine drahtlose Umgebung für jegliches Fahrzeug, um dieses autonom zu machen, zusammen mit Plug-and-Play-Sensoren unter Verwendung eines Drahtlosmoduls zum Steuern von fahrzeugweitem Datentransfer. Das Drahtloskommunikationsprotokoll für die obige Umgebung ist für Automobilindustrieanwendungen designt, unter Verwendung von bestehenden CAN-Protokollmerkmalen, die Fehlerdetektion, Angriffssicherheit und Diagnose von Daten in einer Fahrzeugumgebung unterstützen werden.The present disclosure provides a wireless environment for any vehicle to become autonomous, along with plug-and-play sensors using a wireless module to control vehicle-wide data transfer. The wireless communication protocol for the above environment is designed for automotive applications, using existing CAN protocol features that will support fault detection, attack resistance, and diagnostics of data in a vehicle environment.
Kurze Beschreibung der begleitenden ZeichnungenBrief description of the accompanying drawings
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
Die vorliegende Offenbarung wird ferner unter Bezugnahme auf
Das Modul (1) befindet sich in Kommunikation mit mindestens einem Fahrzeugsensor oder einem Zentralmodul (2). Das Zentralmodul (2) befindet sich in Kommunikation mit einer Mehrzahl von Fahrzeugsensoren. Die Fahrzeugsensoren (3) können zum Zwecke dieser Offenbarung beliebige vorhandene Fahrzeugsensoren oder Plug-and-Play-Sensoren sein. Diese Sensoren können einen Analog-Digital-Kanal bzw. A/D-Kanal (13) und ein Filter mit endlicher Impulsantwort bzw. FIR-Filter (14) zum Antworten auf die Eingaben aufweisen.The module (1) is in communication with at least one vehicle sensor or a central module (2). The central module (2) is in communication with a plurality of vehicle sensors. The vehicle sensors (3) may be any existing vehicle sensors or plug-and-play sensors for the purposes of this disclosure. These sensors may have an analog-to-digital (A/D) channel (13) and a finite impulse response (FIR) filter (14) for responding to the inputs.
In einem Beispiel kann, um den Fahrzeugsensor (3) plug-and-play zu machen, das elektromagnetische Ladekonzept verwendet werden, wobei die Abdeckungen oder Puffer, in denen die Sensoren platziert sind, aus Ladeschlitzen bestehen. Der Ladebehälter (16) für den Plug-and-Play-Sensor kann einen Lade-IC (10), eine Batterie (11) und einen USB-Verbinder (12) zum Verbinden mit dem Zentralmodul (2) enthalten. Durch Verwendung der Fahrzeugsensoren als Plug-and-Play-Vorrichtungen ist das System ausgelegt zum Anpassen an ein vorhandenes Fahrzeug, um somit die Automatisierungsstufe des vorhandenen Fahrzeugs zu erhöhen.In one example, to make the vehicle sensor (3) plug-and-play, the electromagnetic charging concept may be used, wherein the covers or bumpers in which the sensors are placed consist of charging slots. The charging container (16) for the plug-and-play sensor may contain a charging IC (10), a battery (11) and a USB connector (12) for connecting to the central module (2). By using the vehicle sensors as plug-and-play devices, the system is designed to adapt to an existing vehicle, thus increasing the automation level of the existing vehicle.
Der Transfer von Daten kann durch 1:1-Kommunikation erfolgen, wobei jeder Sensor (3) ein Drahtlosmodul (5) umfasst, das Daten über ein drahtloses Netzwerk (4) an das Modul (1) sendet.The transfer of data can be carried out by 1:1 communication, whereby each sensor (3) comprises a wireless module (5) that sends data to the module (1) via a wireless network (4).
Optional kann der Transfer von Daten durch N:1 -Kommunikation erfolgen, wobei jeder Sensor (3) mit einem Mikro-USB integriert sein kann und mit dem Zentralmodul (2) über einen Kommunikationskanal verbunden sein kann, der in einem Beispiel ein USB-Kabel sein kann. Das Zentralmodul (2) sammelt Daten von verschiedenen Sensoren und überträgt diese über das drahtlose Netzwerk (4). Das Zentralmodul kann eine elektronische Rechenvorrichtung oder ein Smartphone mit dessen persönlichem drahtlosen Hotspot/Tethering und einer Steuerungsanwendungssoftware sein.Optionally, the transfer of data can be done by N:1 communication, where each sensor (3) can be integrated with a micro USB and connected to the central module (2) via a communication channel, which in one example can be a USB cable. The central module (2) collects data from various sensors and transmits them via the wireless network (4). The central module can be an electronic computing device or a smartphone with its personal wireless hotspot/tethering and a control application software.
Die Aktuatoren (9) des vorhandenen Fahrzeugsystems können sich ferner in Kommunikation mit einem Verbinderkasten (8) befinden, der ein Drahtlosmodul (6) und ein Übertragungs-/Empfangsmodul (7) zum Erleichtern von Datentransfer umfasst. Das Übertragungs-/Empfangsmodul enthält die Liste der auszutauschenden Daten.The actuators (9) of the existing vehicle system may further be in communication with a junction box (8) comprising a wireless module (6) and a transmission/reception module (7) for facilitating data transfer. The transmission/reception module contains the list of data to be exchanged.
Die Offenbarung stellt ferner ein System bereit, das es erlaubt, verschiedene Sensorsysteme zu kombinieren, um die Fahrautonomie zu erhöhen. Beispielsweise können Kamerasysteme, wenn mit Ultraschallsystemen kombiniert, Merkmale, wie etwa automatisches Parken und Rückfahrunfallvermeidung, liefern. Basierend auf der verfügbaren Anzahl von Sensoren und dem durch die Sensoren jeweils unterstützten Merkmal kann eine Stufe von Fahrautonomie angenommen werden. In einem Beispiel sei angenommen, dass 8 Ultraschallsensoren (USS) ein Warnsystem unterstützen, das für für Nahkollisionen relevante Objekte einen Alarm auslöst, und 12 USS Parkassistenz bieten. Falls in einem Fahrzeug nur 4 Seiten-USS aus den 12 verfügbar sind, würde die Software nur beim Zeigen von Parkstellplätzen assistieren, aber nicht beim Einparken helfen; das soll heißen, dass sich das System auf der Grundlage der verfügbaren Sensoren von einer SAE-Stufe auf eine andere anpasst. Die Faktoren, die über Anpassungsfähigkeit entscheiden, beinhalten unterschiedliche Arten von Sensorsystemen, Anzahl von benötigten Sensoren, Qualität von Sensoren und Verschlechterungsfaktoren für Sensoren.The disclosure further provides a system that allows different sensor systems to be combined to increase driving autonomy. For example, camera systems, when combined with ultrasonic systems, can provide features such as automatic parking and back-up collision avoidance. Based on the number of sensors available and the feature supported by each sensor, a level of driving autonomy can be assumed. In an example, assume that 8 ultrasonic sensors (USS) support a warning system that triggers an alarm for objects relevant to close collisions and 12 USS provide parking assistance. If only 4 side USS out of the 12 are available in a vehicle, the software would only assist in pointing parking spaces but not assist in parking; that is, the system adapts from one SAE level to another based on the available sensors. The factors that determine adaptability include different types of sensor systems, number of sensors required, quality of sensors, and degradation factors for sensors.
Mit Bezug auf
In einem Beispiel befinden sich die Sensoren 200a 200b 200c 200d in Kommunikation mit dem Zentralmodul. Das Zentralmodul ist dafür ausgelegt, Sensordaten zu sammeln und Sensorlisten (300) zu iterieren. 301 ist die Sensorverbindungstabelle, die die Konnektivität des Sensors prüft, das heißt, ob sich die Sensoren 200a bis 200d in Kommunikation mit dem Zentralmodul befinden oder nicht.In an example, sensors 200a, 200b, 200c, 200d are in communication with the central module. The central module is designed to collect sensor data and iterate sensor lists (300). 301 is the sensor connection table that checks the connectivity of the sensor, that is, whether or not sensors 200a to 200d are in communication with the central module.
Sie iteriert weiterhin eine Sensorausfalltabelle 302, die über den Funktionsstatus des Sensors informiert, das heißt, ob der Sensor seine Funktion durchführt oder versagt, diese durchzuführen. Das Zentralmodul iteriert weiter eine Sensorverschlechterungstabelle 303, die auf Verschlechterung hin prüft, das heißt, dass sich die Fahrzeugsensoren in Kommunikation mit dem Zentralmodul befinden, aber nicht funktionieren. Ferner prüft eine Sensordatentabelle 304 im Hinblick auf Datenverfügbarkeit von dem Sensor. Ein Abbildungsmerkmal (305) von Sensorverfügbarkeit wird dann extrahiert, das, auf der Grundlage der Verfügbarkeit der Fahrzeugsensoren in dem Fahrzeug, über die Verfügbarkeit eines Merkmals eine Aussage macht. In einem Beispiel sei angenommen, dass ein Surround-View-System 12 Ultraschallsensoren (USS), 4 Kameras, 0 Radar und 0 Lidar verwendet. Gemäß der Verfügbarkeit der USS und der Kamera in dem Fahrzeug detektiert das Zentralmodul, ob das Merkmal in dem aktuellen Fahrzeug verfügbar ist oder nicht und assistiert dem Fahrer dementsprechend.It further iterates a sensor failure table 302 that informs about the functional status of the sensor, i.e. whether the sensor performs its function or fails to perform it. The central module further iterates a sensor degradation table 303 that checks for degradation, i.e. that the vehicle sensors are in communication with the central module but not functioning. Furthermore, a sensor data table 304 checks for data availability from the sensor. A sensor availability mapping feature (305) is then extracted that, based on the availability of the vehicle sensors in the vehicle, makes a statement about the availability of a feature. In an example, assume that a surround view system uses 12 ultrasonic sensors (USS), 4 cameras, 0 radar and 0 lidar. According to the availability of the USS and the camera in the vehicle, the central module detects whether the feature is available in the current vehicle or not and assists the driver accordingly.
Das Modul (1) überträgt die von dem Fahrzeugsensor oder dem Zentralmodul empfangenen Daten über ein Drahtlosnetzwerk und ist ausgelegt zum Anpassen auf der Grundlage der Anzahl von in dem Fahrzeug funktionierenden Fahrzeugsensoren. Somit agiert das Modul als eine Schnittstelle zu dem Drahtlosnetzwerk und hilft bei Übertragung und Empfang von Daten. Daten von dem Sensor werden über das Drahtlosmodul an das Drahtlosnetzwerk gesendet.The module (1) transmits the data received from the vehicle sensor or the central module via a wireless network and is designed to adapt based on the number of vehicle sensors functioning in the vehicle. Thus, the module acts as an interface to the wireless network and helps in transmitting and receiving data. Data from the sensor is sent to the wireless network via the wireless module.
Um Kommunikation zwischen den Sensoren und der Steuereinheit herzustellen, wird eine Architektur des Datentransferprotokolls, das für Drahtloskommunikation in einer Autonomfahrzeugumgebung verwendet wird, offenbart. Dasselbe schließt die Merkmale von Fehlerdetektion, Angriffssicherheit und Diagnose von Daten ein.To establish communication between the sensors and the control unit, an architecture of the data transfer protocol used for wireless communication in an autonomous vehicle environment is disclosed. The same includes the features of fault detection, attack resistance and diagnostics of data.
Es sei angemerkt, dass die folgende Beschreibung voraussetzt, dass der Durchschnittsfachmann mit Netzwerkprotokollstacks, dem Open Systems Interconnect-Modell bzw. OSI-Modell, den verschiedenen Abstraktionsschichten - Physical, Data Link, Network, Transport, Session, Presentation und Application - und deren Implementation vertraut ist. Es wird ferner vorausgesetzt, dass der Durchschnittsfachmann mit den Standards des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802.15.4 und 802.15.3 für ein drahtloses persönliches Gebietsnetz (Wireless Personal Area Network - WPAN) mit niedriger bzw. hoher Datenrate vertraut ist. Dasselbe ist im Stand der Technik bestens bekannt. Daher erübrigt sich der Kürze wegen die Beschreibung desselben.It should be noted that the following description assumes that one of ordinary skill in the art is familiar with network protocol stacks, the Open Systems Interconnect or OSI model, the various abstraction layers - Physical, Data Link, Network, Transport, Session, Presentation and Application - and their implementation. It is further assumed that one of ordinary skill in the art is familiar with the Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802.15.4 and 802.15.3 standards for low and high data rate wireless personal area network (WPAN), respectively. This is well known in the art and therefore description thereof is omitted for the sake of brevity.
Die vorliegende Offenbarung beabsichtigt, ein Personal Area Network (PAN) mit Merkmalen eines Zigbee-Netzwerks einzuschließen. Das Zigbee-Protokoll basiert auf IEEE 802.15.4, einem technischen Standard, der den Betrieb eines niederratigen drahtlosen Personal Area Network (LR-WPAN bzw. Low-Rate-WPAN) definiert. Es spezifiziert die Bitübertragungsschicht (Physical Layer) und Medienzugangssteuerung (Media Access Control) für LR-WPANs und wird durch die IEEE 802.15-Arbeitsgruppe gepflegt. Das Zigbee-Netzwerk basiert auch auf 802.15.4. Zigbee ist ein kostengünstiger und Niederleistungs-Drahtlos-PAN-Standard, der dafür gedacht ist, die Bedürfnisse von Sensoren und Steuerungsvorrichtungen zu erfüllen. Zigbee-IP (Network Layer) routet Standard-IPv6-Verkehr bzw. Internet-Protokoll-v6-Verkehr unter Verwendung von 6LoWPAN-Header-Compression über IEEE 802.15.4. Dies ist eine standardbasierte drahtlose Technologie, die zum Ermöglichen von kostengünstigen Niederleistungs-Drahtlos-Netzwerken für Maschine-Maschine (Machine-to-Machine - M2M) und Internet-of-Things (loT) entwickelt wurde. Zigbee ist für Niederleistungsanwendungen mit niedriger Datenrate gedacht und ist ein offener Standard.The present disclosure intends to include a personal area network (PAN) with features of a Zigbee network. The Zigbee protocol is based on IEEE 802.15.4, a technical standard that defines the operation of a low-rate wireless personal area network (LR-WPAN). It specifies the physical layer and media access control for LR-WPANs and is maintained by the IEEE 802.15 working group. The Zigbee network is also based on 802.15.4. Zigbee is a low-cost and low-power wireless PAN standard intended to meet the needs of sensors and control devices. Zigbee IP (Network Layer) routes standard IPv6 traffic or Internet Protocol v6 traffic using 6LoWPAN header compression over IEEE 802.15.4. This is a standards-based wireless technology designed to enable low-cost, low-power wireless networking for machine-to-machine (M2M) and Internet of Things (loT). Zigbee is intended for low-power, low-data-rate applications and is an open standard.
Typischerweise benötigen Zigbee-Anwendungen keine hohe Bandbreite. Diese Technologie kann je nach Anforderungen einer Anwendung bei Frequenzen von 868 MHz, 902-928 MHz und 2,4 GHz betrieben werden; wohingegen die Datenrate von 250 kBps am besten für Zweiwegekommunikation zwischen einigen Sensorknoten und Controllern geeignet ist.Typically, Zigbee applications do not require high bandwidth. This technology can operate at frequencies of 868 MHz, 902-928 MHz and 2.4 GHz depending on the requirements of an application; whereas the data rate of 250 kBps is best suited for two-way communication between a few sensor nodes and controllers.
Ferner schließt die vorliegende Offenbarung Ultra Wideband(UWB)-Technologie gemäß IEEE 802.15.3a ein. UWB ist eine schnelle und sichere Niederleistungsfunktechnologie, die zum Bestimmen eines Standorts mit präziser Genauigkeit, die durch keine andere drahtlose Technologie erreicht wird, verwendet wird. Obgleich ähnlich zu Bluetooth, ist sie genauer, zuverlässiger und effektiver. UWB wurde ebenfalls durch die IEEE 802.15-Arbeitsgruppe standardisiert. Der UWB-Frequenzbereich liegt zwischen 3,1 und 10,6 GHz. UWB kann die relative Position anderer Vorrichtungen in der Sichtlinie bis zu 200 Meter bestimmen. UWB bietet eine Lösung mit viel höherer Bandbreite. Anfangs wurden Netzwerkgeschwindigkeiten angeboten, jedoch sind Geschwindigkeiten von bis zu 100 Mbps wahrscheinlicher.The present disclosure further includes Ultra Wideband (UWB) technology as defined by IEEE 802.15.3a. UWB is a fast and secure low power radio technology used to determine location with precise accuracy unmatched by any other wireless technology. Although similar to Bluetooth, it is more accurate, reliable and effective. UWB was also standardized by the IEEE 802.15 working group. The UWB frequency range is 3.1 to 10.6 GHz. UWB can determine the relative position of other devices in the line of sight up to 200 meters. UWB offers a much higher bandwidth solution. Network speeds were initially offered, but speeds of up to 100 Mbps are more likely.
UWB verwendet sehr leistungsarme Kurzpulsfunksignale zum Transfer von Daten über ein breites Spektrum von Frequenzen. Dieses breite Spektrum von Frequenzen macht es tolerant gegenüber Störungen, was es für eine störungsbelastete Automobilumgebung attraktiv macht. Zusätzlich kann UWB auch Mehrfachzugriff unterstützen. Diese Merkmale machen UWB besonders geeignet für Anwendungen mit einem drahtlosen Personal Area Network (WPAN). In einem UWB-Netzwerk wird das drahtlose Medium unter Mobilvorrichtungen gemeinsam genutzt. Daher sollte der Mehrfachzugang zu dem Kanal durch einen Medienzugangssteuerung-Mechanismus bzw. MAC-Mechanismus auf eine effektive und geordnete Weise koordiniert werden. Da ein drahtloser Kanal üblicherweise fehleranfällig ist, sollten Fehlerkontrolltechniken in MAC angewandt werden, um ein gewisses Niveau von zuverlässiger Lieferung für die höheren Netzwerkschichten zu ergeben.UWB uses very low power short pulse radio signals to transfer data over a wide range of frequencies. This wide range of frequencies makes it tolerant to interference, making it attractive for a noisy automotive environment. In addition, UWB can also support multiple access. These features make UWB particularly suitable for wireless personal area network (WPAN) applications. In a UWB network, the wireless medium is shared among mobile devices. Therefore, multiple access to the channel should be coordinated by a media access control or MAC mechanism in an effective and orderly manner. Since a wireless channel is usually error prone, error control techniques should be applied in MAC to provide a certain level of reliable delivery for the higher network layers.
In der vorliegenden Offenbarung besteht die Kommunikationsprotokollarchitektur aus einer Network Layer, die Standardverkehr gemäß Internet-Protokoll-Version 6 über IEEE 802.15.4 (IPV6/Zigbee IP Network Layer) routet. Die Medienzugangssteuerung-Schicht bzw. MAC-Schicht (Medium Access Control - MAC) in der vorliegenden Netzwerkarchitektur ist eine Kombination von CAN-MAC-Schicht (Control Area Network - CAN) und einer MAC-Schicht gemäß IEEE 802.15. 3a, um Merkmale von beiden einzuschließen. Die CAN-MAC ist für Message Framing, Arbitrierung, Eingangsbestätigung, Fehlerdetektion und Signalisierung verantwortlich. Innerhalb der CAN-MAC-Schicht wird entschieden, ob der Bus frei zum Starten einer neuen Übertragung ist oder ob ein Empfang gerade startet. Die IEEE 802.15.3a-Medienzugangssteuerung(MAC) hilft bei kurzreichweitigen Anwendungen mit hohen Datenraten zum Koordinieren des Zugangs zu dem drahtlosen Medium unter den Sensorvorrichtungen. Ferner umfasst die Offenbarung die Bitübertragungsschicht (PHY) gemäß IEEE 802.15.3a, die höhere Bitraten über kurze Reichweiten mit geringer Leistungsaufnahme und hoher Kapazität beinhaltet.In the present disclosure, the communication protocol architecture consists of a network layer that routes standard Internet Protocol version 6 traffic over IEEE 802.15.4 (IPV6/Zigbee IP Network Layer). The medium access control (MAC) layer in the present network architecture is a combination of a CAN-MAC (Control Area Network - CAN) layer and a MAC layer according to IEEE 802.15.3a to include features of both. The CAN-MAC is responsible for message framing, arbitration, receipt acknowledgment, error detection, and signaling. Within the CAN-MAC layer, it is decided whether the bus is free to start a new transmission or whether a reception is just starting. The IEEE 802.15.3a media access control (MAC) helps in short-range, high data rate applications to coordinate access to the wireless medium among the sensor devices. The disclosure further includes the physical layer (PHY) according to IEEE 802.15.3a, which includes higher bit rates over short ranges with low power and high capacity.
Wir beziehen uns auf
Das Anwendungsgerüst hängt von dem Benutzer ab, der gewählt hat, dass spezielle Anwendungen mit dem Protokoll interagieren können. Dies repräsentiert, wie Endpunkte implementiert werden, wie Datenanfragen und Datenbestätigung für diesen bestimmten Benutzer ausgeführt werden.The application framework depends on the user who has chosen to allow specific applications to interact with the protocol. This represents how endpoints are implemented, how data requests and data confirmation are performed for that particular user.
Als Nächstes ist eine Netzwerkschicht (24) vorhanden, die Standardverkehr gemäß Internet-Protokoll-Version 6 über IEEE 802.15.4 routet. Diese ist für Routing und Herstellen von anderen Netzwerktopologien, wie etwa eine Mesh-Topologie, verantwortlich. Eine Mesh-Topologie ist eine Netzwerkaufsetzung bei der jeder Computer und jede Netzwerkvorrichtung mit einem/einer anderen verschaltet ist. Diese Topologieaufsetzung erlaubt es, dass die meisten Übertragungen selbst dann verteilt werden, wenn eine der Verbindungen ausfällt. Es ist eine Topologie, die üblicherweise für drahtlose Netzwerke verwendet wird.Next, there is a network layer (24) that routes standard Internet Protocol version 6 traffic over IEEE 802.15.4. This is responsible for routing and establishing other network topologies, such as a mesh topology. A mesh topology is a network setup in which every computer and network device is interconnected with another. This topology setup allows most transmissions to be distributed even if one of the links fails. It is a topology commonly used for wireless networks.
Die MAC-Schicht in der vorliegenden Netzwerkarchitektur ist eine Kombination einer CAN-MAC-Schicht (25) und einer MAC-Schicht (26) gemäß IEEE 802.15.3a, um die Merkmale von beiden einzuschließen. Die CAN-MAC ist für Message Framing, Arbitrierung, Eingangsbestätigung, Fehlerdetektion und Signalisierung verantwortlich. Innerhalb der CAN-MAC-Schicht wird entschieden, ob der Bus frei zum Starten einer neuen Übertragung ist oder ob ein Empfang gerade startet. Die IEEE 802.15.3a-Medienzugangssteuerung(MAC) hilft bei kurzreichweitigen Anwendungen mit hohen Datenraten zum Koordinieren des Zugangs zu dem drahtlosen Medium unter den Sensorvorrichtungen. Ferner umfasst die Offenbarung die Bitübertragungsschicht (27) gemäß IEEE 802.15.3a, die höhere Bitraten über kurze Reichweiten mit geringer Leistungsaufnahme und hoher Kapazität beinhaltet.The MAC layer in the present network architecture is a combination of a CAN-MAC layer (25) and a MAC layer (26) according to IEEE 802.15.3a to include the features of both. The CAN-MAC is responsible for message framing, arbitration, receipt acknowledgement, error detection and signaling. Within the CAN-MAC layer, it is decided whether the bus is free to start a new transmission or whether a reception is just starting. The IEEE 802.15.3a media access control (MAC) helps in short-range, high data rate applications to coordinate access to the wireless medium among the sensor devices. Furthermore, the disclosure includes the physical layer (27) according to IEEE 802.15.3a, which includes higher bit rates over short ranges with low power and high capacity.
Dieses Gesamtarchitektur-Drahtloskommunikationsprotokoll für die obige Umgebung ist für Automobilindustrieanwendungen designt, unter Verwendung von bestehenden CAN-Protokollmerkmalen, die Fehlerdetektion, Angriffssicherheit und Diagnose von Daten in einer Fahrzeugumgebung unterstützen werden.This overall architecture wireless communication protocol for the above environment is designed for automotive applications, using existing CAN protocol features that will support fault detection, attack resistance and diagnostics of data in a vehicle environment.
Zur Übertragung von Daten zwischen den Vorrichtungen (Sensoren), an dem Übertragungsende (400), besteht der erste Schritt darin, eine Anfangsprüfung (401) durchzuführen, ob das Modul über eine Übertragungsanfrage verfügt. Falls ja, werden alle vorhandenen Interrupts und Errorflags zurückgesetzt (402) und es wird geprüft, ob das Modul frei ist (403). Falls nicht, wird es wiederum von vorhandenen Interrupts befreit (402). Auf dieses folgt Warten auf Übertragung von Daten (405) und parallel dazu Prüfen auf irgendeine zu übertragende Hochprioritätsnachricht (404) (CAN-Arbitrierung - die ausgelöst wird, wenn zwei oder mehr Knoten Daten zur selben Zeit übertragen. Der Arbitrierungsprozess priorisiert Daten auf der Grundlage davon, welcher Knoten die Daten transferiert). Auf dieses folgt Prüfen des Erfolgs der Übertragung von Daten mit einer Eingangsbestätigung vom Empfänger (406). Falls die Datenübertragung mit einer Eingangsbestätigung erfolgreich ist (407), wird der globale Interrupt EIN-geschaltet (Anfrageleitung freigeschaltet), was anzeigt, dass der Sender frei für eine nächste Übertragung ist, und alle Interrupts und Errorflags für die vorhandene Übertragung zurückgesetzt werden (408). Dies markiert das Ende der Übertragung der Nachricht (412). Falls die Datenübertragung nicht erfolgreich ist (409), wird ein Fehler (Error) ausgelöst und eine Arbitrierungsanfrage wird lanciert, um die Priorität dieser Nachricht zu erhöhen, um diese erneut zu übertragen (410), Errorflags werden auf Fehlerdetektion gesetzt (411) und der aktuelle Übertragungsprozess endet [Ende der Übertragung (412)].To transfer data between devices (sensors), at the transmit end (400), the first step is to perform an initial check (401) if the module has a transfer request. If so, all existing interrupts and error flags are reset (402) and it is checked if the module is free (403). If not, it is again freed from existing interrupts (402). This is followed by waiting for data to be transferred (405) and in parallel checking for any high priority message (404) to be transmitted (CAN arbitration - which is triggered when two or more nodes are transferring data at the same time. The arbitration process prioritizes data based on which node is transferring the data). This is followed by checking the success of the transfer of data with an acknowledgement of receipt from the receiver (406). If the data transfer is successful with an acknowledgement (407), the global interrupt is turned ON (request line cleared), indicating that the sender is free for a next transmission, and all interrupts and error flags for the existing transmission are reset (408). This marks the end of the transmission of the message (412). If the data transfer is not successful (409), an error is raised and an arbitration request is launched to increase the priority of this message to retransmit it (410), error flags are set to error detection (411) and the current transmission process ends [end of transmission (412)].
An dem Empfangsende 500 wird, auf der Grundlage des Datenframes von eingehenden Daten, der Empfang der Nachricht bei Detektion der Startnachricht initiiert (501). Falls der Startdatenframe fehlerfrei ist, wird der Frame akzeptiert (502) und der Datenframe und die Länge werden geprüft (503). Sobald die Daten als gültig betrachtet werden (504), werden sie hinsichtlich Empfängerkriterien geprüft (505) (ob die Nachricht für den Empfänger bestimmt war und ob der Empfänger Daten akzeptieren kann). Falls die Daten als nicht gültig betrachtet werden, wird ein Fehler erzeugt (506). Falls der Empfänger einen leeren Puffer aufweist (507), werden die Daten gesichert. Falls nicht, wird ein Fehler erzeugt (506). Auf dieses folgt Übertragen der Daten zum Verarbeiten (508), Verarbeiten und Initialisieren des Empfängerprozesses nach Abschluss des existierenden Empfangs (509) (eine Eingangsbestätigung erlaubt es einem Knoten, zu bestätigen, dass er eine Nachricht von einem anderen Knoten empfangen hat), was das Ende des Empfangsprozesses markiert (510).At the receiving end 500, based on the data frame of incoming data, reception of the message is initiated upon detection of the start message (501). If the start data frame is error-free, the frame is accepted (502) and the data frame and length are checked (503). Once the data is considered valid (504), it is checked against receiver criteria (505) (whether the message was intended for the receiver and whether the receiver can accept data). If the data is not considered valid, an error is generated (506). If the receiver has an empty buffer (507), the data is saved. If not, an error is generated (506). This is followed by transferring the data for processing (508), processing and initializing the receiver process after completion of the existing reception (509) (an acknowledgement allows a node to acknowledge that it has received a message from another node), which marks the end of the reception process (510).
Mit Bezug auf
Ein Datentransferprotokoll wird für drahtlose Kommunikation über ein Fahrzeug hinweg verwendet, gekennzeichnet durch das Datentransferprotokoll, eine Netzwerkschicht, die Standardverkehr gemäß Internet-Protokoll-Version 6 über IEEE 802.15.4 (24) routet; eine Medienzugangsschicht bzw. MAC-Schicht, wobei die MAC-Schicht eine Kombination aus CAN-MAC (25) und IEEE.802.15.3a-MAC (26) ist; und eine Bitübertragungsschicht, basierend auf IEEE.802.15.3a (27). Das Datentransferprotokoll verwendet mindestens die folgenden CAN-Merkmale: Arbitrierung (404); und Fehlerdetektion (506).A data transfer protocol is used for wireless communication across a vehicle, characterized by the data transfer protocol, a network layer that routes standard Internet Protocol version 6 traffic over IEEE 802.15.4 (24); a media access layer or MAC layer, where the MAC layer is a combination of CAN MAC (25) and IEEE.802.15.3a MAC (26); and a physical layer based on IEEE.802.15.3a (27). The data transfer protocol uses at least the following CAN features: arbitration (404); and error detection (506).
Die vorliegende Offenbarung stellt vorteilhafterweise ein System zum Anpassen an verschiedene SAE-Fahrstufen bereit und erhöht die Robustheit des Fahrzeugs hinsichtlich Sensoraufrüstungen/-ausfällen. Da die Autonomumgebung drahtlos ist, können Over-the-Air-Aufrüstungen vorgenommen werden. Die offenbarten Plug-and-Play-Sensorsysteme reduzieren die Notwendigkeit zum Modifizieren des Fahrzeugs, um die vorliegende Offenbarung zu implementieren. Ferner können mit den Plug-and-Play-Sensoren, zusammen mit dem Zentralmodul, vorhandene Nicht-Autonomfahrzeuge in Autonomfahrzeug verwandelt werden.The present disclosure advantageously provides a system for adapting to different SAE driving levels and increases the robustness of the vehicle with respect to sensor upgrades/failures. Since the autonomous environment is wireless, over-the-air upgrades can be made. The disclosed plug-and-play sensor systems reduce the need to modify the driving vehicle to implement the present disclosure. Furthermore, the plug-and-play sensors, together with the central module, can transform existing non-autonomous vehicles into autonomous vehicles.
Die vorliegende Offenbarung erlaubt optional, dass ein Smartphone als das Zentralmodul agiert, wodurch es dem Drahtlosnetzwerk eines Smartphones erlaubt wird, beim Transformieren eines Fahrzeugs in ein Autonomfahrzeug zu assistieren. Ferner hilft das offenbarte Datentransferprotokoll beim effizienten Transferieren von Daten über Mesh-Vernetzung und Verwenden von CAN-Merkmalen (unter anderem) von Arbitrierung und eingebauter Fehlerdetektion.The present disclosure optionally allows a smartphone to act as the central module, thereby allowing a smartphone's wireless network to assist in transforming a vehicle into an autonomous vehicle. Furthermore, the disclosed data transfer protocol helps in efficiently transferring data via mesh networking and utilizing CAN features of (among others) arbitration and built-in error detection.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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| IN202341006237 | 2023-01-31 | ||
| IN202341006237 | 2023-01-31 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001026068A1 (en) | 1999-10-06 | 2001-04-12 | Sensoria Corporation | Wireless networked sensors |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2001026068A1 (en) | 1999-10-06 | 2001-04-12 | Sensoria Corporation | Wireless networked sensors |
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