专利名称：在控制局域网网络结构中监控网络节点的运行状态的方法
技术领域：
本发明涉及汽车控制局域网(CAN)网络的网络监控方法，并尤其涉及对CAN网络 中的网络节点的运行状态进行监控的方法。
背景技术：
CAN是德国博世公司在1986年为解决汽车中众多测量控制部件之间的数据交换 而开发的一种串行数据通信总线，发展到现在，如今的CAN网络系统在汽车产业中已经起 到了不可替代的作用。对于可充电双模式混合动力汽车来讲，其电子控制模块众多，网络通信复杂，整车 CAN通信网络分为动力网络与车身网络，对可靠性要求很高。现有的CAN网络中，大多无主 动监控功能，不能及时发现总线节点故障及网络性能异常等情况，对于一般功能简单、系统 交互量少、可靠性要求不高的网络结构可能影响不大，但是对于混合动力汽车的复杂网络 结构及大数据量可靠性要求高的网络，则存在很大的风险，使得对所有模块的运行状态的 实时监控不能得到保障，从而便需要一种新的CAN网络监测方法来对整个网络的状态进行 实时监控，从而能够即时了解整个汽车各个模块和组件的运行状态，在最大程度上避免系 统故障带来的危害。
发明内容
由于现有的CAN网络监测方法在对数目日益增多且网络通讯越发复杂的网络节 点进行监控时实时性不能得到保证，本发明提出了一种对网络中的至少一个网络节点的运 行状态进行监控的方法。本发明提供了一种用于在控制局域网网络结构中监控网络节点的运行状态的方 法，其中所述控制局域网网络结构包括一个网络管理节点以及一个或多个网络节点，所述 网络管理节点和所述网络节点之间通过动力网总线进行连接，该方法包括所述网络管理 节点向所述一个或多个网络节点中的至少一个网络节点周期性地发送时钟报文，并计算在 每个时间周期内从所述至少一个网络节点的每一个网络节点接收的数据帧数；所述至少一 个网络节点响应于所述网络管理节点发送的时钟报文，计算自身在每个时间周期内向所述 动力网总线发送的数据帧数，并将所述发送的数据帧数发送到所述网络管理节点；所述网 络管理节点接收所述发送的数据帧数，并利用所述发送的数据帧数和所述接收的数据帧数 来计算所述至少一个网络节点中的每一个网络节点在至少一个时间周期内的丢包率；以及 所述网络管理节点根据所述丢包率来判断所述至少一个网络节点中的每一个网络节点的 运行状态。通过本发明所提出的监测网络丢包的方法以及在此基础上对网络中各个网络节 点的运行状态进行监控的方法，能够对网络的实时丢包状况进行计算，并从而实现对网络 中各个网络节点的运行状态的实时监控，确保了汽车在各种工作模式下信息交互的实时性 和准确性。
图1是根据本发明的一种实施方式的CAN网络结构图；以及图2是根据本发明的网络节点运行状态监控方法的流程图。
具体实施例方式一般的汽车CAN网络包括一个起主控作用的网络管理节点以及多个其它的网络 节点，在本发明的一种实施方式中，如图1所示，汽车CAN网络可以包括动力电池管理器、 车载充电器或外部充电器、电机控制器、发动机电子控制单元(ECU)、传动ECU、主控制器和 DC/DC变换器等。其中动力电池管理器为网络管理节点，其余的模块则是所述其它的网络节 点，包括动力电池管理器在内的各个模块之间通过动力网总线来互相耦合。以下将结合图 1所示的CAN网络结构对本发明的内容进行详细的描述，需要指出的是，本实施方式中所列 出的各个模块只是为了对实施方式进行说明，并不起限制作用，从而本发明的内容也不限 于这种网络结构。如图2所示，本发明提供了一种用于在控制局域网网络结构中监控网络节点的运 行状态的方法。根据本发明提供的方法，网络管理节点向一个或多个网络节点中的至少一 个网络节点周期性地发送时钟报文，并计算在每个时间周期内从所述至少一个网络节点的 每一个网络节点接收的数据帧数(步骤210)；所述至少一个网络节点响应于所述网络管理 节点发送的时钟报文，计算自身在每个时间周期内向所述动力网总线发送的数据帧数，并 将所述发送的数据帧数发送到所述网络管理节点(步骤220)；所述网络管理节点接收所述 发送的数据帧数，并利用所述发送的数据帧数和所述接收的数据帧数来计算所述至少一个 网络节点中的每一个网络节点在至少一个时间周期内的丢包率(步骤230)；以及所述网络 管理节点根据所述丢包率来判断所述至少一个网络节点中的每一个网络节点的运行状态 (步骤240)。在步骤210中，网络管理节点向一个或多个网络节点中的至少一个网络节点周期 性地发送时钟报文，并计算在每个时间周期内从所述至少一个网络节点的每一个网络节点 接收的数据帧数，其中时间周期为10ms-50ms。其中所述时钟报文是一种CAN数据报文(CAN 数据报文为用来传输各个ECU内部的实际信号的报文)。在步骤220中，所述至少一个网络节点根据所述网络管理节点发送的时钟报文来 计算自身在每个时间周期内向动力网总线发送的数据帧数，并且所述至少一个网络节点将 各自在每个时间周期内发送的数据帧数的计算结果发送到所述网络管理节点。而所述至少一个网络节点将发送的数据帧数发送到所述网络管理节点的步骤则 可通过发送网络管理报文的方式来实现，其中，所述网络管理节点向所述至少一个网络节 点发送网络管理报文，该网络管理报文请求所述至少一个网络节点中的每一个网络节点将 自身在每个时间周期内所发送的数据帧数发送到所述网络管理节点。其中所述网络管理报 文为管理整车各个ECU的报文，比如用于对各个ECU进行休眠唤醒的报文、请求各个模块上 传统计数据的报文等等。网络管理节点也可以每隔M个(比如1-10个)时间周期发送一次网络管理报文， 并要求各个网络节点上传各自在之前M个时间周期的每个时间周期中发送的数据帧数。
所述网络节点响应于所述网络管理报文将各自在所要求的每个时间周期内发送 的数据帧数发送到网络管理节点。在步骤210和220中，网络管理节点除了通过所述时钟报文来启动各个网络节点 对自身发送的数据帧数进行计算之外，还可以利用所述时钟报文将各个网络节点的时间与 系统时间统一，并使得各个网络节点的时间周期长度与网络管理节点一致，从而在统计各 个时间周期的发送数据帧数或接收数据帧数时不存在时间上的偏差。在本发明的一种实施方式中，时钟报文可以启动各个网络节点对自身发送的数据 帧数进行计算，并在随后接收到网络管理节点的网络管理报文后，再将所计算的数据帧数 发送到网络管理节点。在步骤230中，所述网络管理节点接收所述发送的数据帧数，并利用各个网络节 点在至少一个时间周期内发送的数据帧数和自己在相同数目的时间周期内接收的数据帧 数来计算所述至少一个网络节点中的每一个网络节点在所述至少一个时间周期内的丢包率。在该步骤中，不但可以计算各个网络节点在一个时间周期内的丢包率，也可以计 算各个网络节点在多个时间周期内的丢包率。网络管理节点根据各网络节点发送的数据帧数及网络管理节点实际接收到的数 据帧数进行对比，算出各个网络节点在一个时间周期内的丢包率或在多个时间周期内的丢 包率。若在此工作模式下，某个网络节点没有工作，则不对其丢包率进行统计，并使用0%填 充丢包率统计报文中相应数据字节。在该步骤中，所述丢包率是通过下式计算得到的丢包率=(N个时间周期内发送的数据帧数的累计-N个时间周期内接收的数据帧 数的累计)/N个时间周期内发送的数据帧数的累计，其中N的范围为1-5。在步骤MO中，所述网络管理节点根据所述丢包率来判断所述至少一个网络节点 中的每一个网络节点的运行状态。车辆在各种工作模式下对各个模块的状态进行监控。实时监测在线模块数量，并 可对离线模块的进行等级划分，给出一般性网络系统故障与严重性网络系统故障的区分。在该步骤中，可以通过对网络丢包率的范围0-1进行划分等级来实现对网络节点 的运行状态的监控，其中可以按照如下规则来划分等级如果一个网络节点的丢包率小于 0. 1，则判断该网络节点的运行状态为正常状态；如果一个网络节点的丢包率大于或等于 0. 1且小于0. 3之间，则判断该网络节点的运行状态为一般警告状态；如果一个网络节点的 丢包率大于或等于0. 3且小于0. 5之间，则判断该网络节点的运行状态为严重警告状态；如 果一个网络节点的丢包率大于或等于0. 5，则判断该网络节点的运行状态为离线状态。此外，除了上述步骤，所述网络节点运行状态监控方法还可包括所述网络管理节 点在计算所述丢包率之后请求所述至少一个网络节点中的每一个网络节点将自身在每个 时间周期内所发送的数据帧数的计算结果清除。结合图1进行说明，作为网络管理节点的动力电池管理器负责动力网内的网络丢 包监测。动力电池管理器根据车辆系统时钟(动力电池管理器提供)统计各电控单元在每 个时间周期内发送的数据帧数，与网络管理节点在同一时间周期内接收到的数据帧数进行 对比，得出每个时间周期内的网络丢包率，并由此来判断各个模块的网络允许状态。
在车辆处于放电模式时，向动力电池管理器发送数据帧数的电控单元包括电机控 制器、发动机E⑶、传动E⑶、DC/DC变换器、主控制器等。在车辆处于充电模式时，向动力电池管理器发送数据帧数的电控单元包括DC/DC 变换器、车载充电器(或外部充电器)等。通过本发明所提出的对网络中各个网络节点的运行状态进行监控的方法，能够对 网络的实时丢包状况进行计算，并从而实现对网络状态的实时监控，确保了汽车在各种工 作模式下信息交互的实时性和准确性，并能够即时了解整个汽车各个模块和组件的运行状 态，从而在最大程度上避免系统故障带来的危害。
权利要求
1.一种用于在控制局域网网络结构中监控网络节点的运行状态的方法，其中所述控制 局域网网络结构包括一个网络管理节点以及一个或多个网络节点，所述网络管理节点和所 述网络节点之间通过动力网总线进行连接，其特征在于，该方法包括所述网络管理节点向所述一个或多个网络节点中的至少一个网络节点周期性地发送 时钟报文，并计算在每个时间周期内从所述至少一个网络节点的每一个网络节点接收的数 据帧数；所述至少一个网络节点根据所述网络管理节点发送的时钟报文来计算自身在每个时 间周期内向所述动力网总线发送的数据帧数，并且所述至少一个网络节点将所述发送的数 据帧数发送到所述网络管理节点；所述网络管理节点接收所述发送的数据帧数，并利用所述发送的数据帧数和所述接收 的数据帧数来计算所述至少一个网络节点中的每一个网络节点在至少一个时间周期内的 丢包率；以及所述网络管理节点根据所述丢包率来判断所述至少一个网络节点中的每一个网络节 点的运行状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个网络节点将所述发送的数据帧数发 送到所述网络管理节点包括所述网络管理节点向所述至少一个网络节点发送网络管理报文，该网络管理报文请求 所述至少一个网络节点中的每一个网络节点将自身在每个时间周期内所发送的数据帧数 的计算结果发送到所述网络管理节点；所述至少一个网络节点中的每一个网络节点将自身在每个时间周期内所发送的数据 帧数的计算结果发送到所述网络管理节点。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述网络管理节点对所述至少一个网络节点 中的每一个网络节点在多个时间周期内的丢包率进行计算。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述网络管理节点是动力电池管理器。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述网络节点包括下列中的至少一者充电 器、电机控制器、发动机电子控制单元、传动电子控制单元、主控制器和DC/DC变换器。
6.根据权利要求1或2所述的方法，该方法还包括所述网络管理节点在计算所述丢包率之后请求所述至少一个网络节点中的每一个网 络节点将自身在每个时间周期内所发送的数据帧数的计算结果清除。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述时间周期可以为10ms-50ms。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述丢包率是通过下式计算得到的丢包率=(N个时间周期内发送的数据帧数的累计-N个时间周期内接收的数据帧数的累计)/N个时间周期内发送的数据帧数的累计，其中N的范围为1-5。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中根据所述丢包率来判断所述至少一个网络节 点中的每一个网络节点的运行状态包括对丢包率按从0到1划分等级，以判断所述至少一个网络节点中的每一个网络节点的 运行状态。
10.根据权利要求9所述的方法，其中如果一个网络节点的丢包率小于0. 1，则判断该网络节点的运行状态为正常状态； 如果一个网络节点的丢包率大于或等于0. 1且小于0. 3，则判断该网络节点的运行状 态为一般警告状态；如果一个网络节点的丢包率大于或等于0. 3且小于0. 5，则判断该网络节点的运行状 态为严重警告状态；如果一个网络节点的丢包率大于或等于0.5，则判断该网络节点的运行状态为离线状态。
全文摘要
本发明提供了CAN网络中的网络节点的运行状态的监控方法。该方法包括网络管理节点向一个或多个网络节点中的至少一个网络节点周期性地发送时钟报文，并计算在每个时间周期内从至少一个网络节点的每一个网络节点接收的数据帧数；至少一个网络节点根据网络管理节点发送的时钟报文来计算自身在每个时间周期内向动力网总线发送的数据帧数，并且至少一个网络节点将发送的数据帧数发送到网络管理节点；网络管理节点接收发送的数据帧数，并利用发送的数据帧数和所述接收的数据帧数来计算至少一个网络节点中的每一个网络节点在至少一个时间周期内的丢包率；以及网络管理节点根据丢包率来判断至少一个网络节点中的每一个网络节点的运行状态。
文档编号H04L12/28GK102111305SQ200910259958
公开日2011年6月29日 申请日期2009年12月23日 优先权日2009年12月23日
发明者宋俊俊, 王柯, 王超 申请人:比亚迪股份有限公司