监控机动车中基于以太网的通信网路的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于监控机动车中基于以太网的通信网络的方法，以及一种为执行该方法而相应设置的网络节点，例如以控制设备的形式。该方法尤其用于监控通信网络中的错误和/或网络拓扑的变化。为此提出，对在两个尤其设计成电子控制设备并且通过通信网络彼此连接的网络节点之间的通信连接进行监控。
【背景技术】
[0002]基于以太网的通信根据所谓OSI层模型实现，其中每个层都针对确定的任务，这些任务必须通过用于对通信进行功能化的相应层的实体(Instanz)(设备和软件)来实施。在此，层的每个实体相应于标准化的网络协议提供服务，该服务可以使用位于其上的实体，而不必对其进行照顾，通过这种方式和利用这样的技术手段，处于之下的实体解决位于其上的任务。在不同的层之间定义作为相应的接口。
[0003]在最下面的两个层，即物理层(Physical layer)和数据链路层(Data LinkLayer)根据OSI层模型用于物理数据传输，其中，最下面的层(物理层)提供用于激活或者去激活物理连接的辅助手段，并且处于倒数第二位的层(数据链路层)控制对传输媒体的访问，尤其是通过媒体访问控制(MAC-Media Access Control) ο数据链路层也识别哪些参与设备作为具有其明确MAC地址的网路节点参与到通信中。因此，该层基本上也适合用于在参与通讯的网络节点方面对网络进行监控。
[0004]OSI层模型的之上的层以分级的方式准备在物理数据传输时传输的数据，以分配到不同的应用中。在本发明的框架内对此不进一步探讨。
[0005]因为对通信网络中的参与者的监控基本上在网络中仅仅可以获得其地址、也就是其MAC地址或者其他明确的识别特征，那么在基于以太网的通信系统中，访问潜力可能在于，在OSI层模型的最下层(物理层)中的两个控制设备或网络节点之间的连接可以被分开，而无需连接在其之间的设备参与到实际的网络通信中来并且具有自身的MAC地址。这样的设备因此已经不能在数据链路层被识别到。
[0006]这种类型的、能够插入通信系统中的OSI层模型的物理层中的网络分析器被形容为Tap(Test Access Point测试访问点)，其能够例如通过回路接通到电缆连接中而直接加入到网络连接中。该Taps在该连接上反映全双工数据交换并且将其例如输出给连接到Tap上的、能够读取数据的分析单元或者数据收集位置。由于纯数据映像功能，Tap是通信网络的无源组件，其不具有MAC或者IP地址，并且不允许连接到Tap上的传感器在通信网络中的反向通信。这种类型的Tap因此在网络中本身不能作为通信参与者被识别到，并且也是不可定址的。
[0007]这刚好在与安全重大相关的应用中，如在机动车中存在的应用中呈现出一定的危险趋势。当例如通过驾驶员辅助系统评估的数据被传输时，必须确定数据是否被被动读取。这样的被动读取可以对机动车的通信系统的有目的的访问有所准备，例如通过已知使用的钥匙或者网络地址。
【发明内容】
[0008]因此，本发明的目的在于识别在机动车的通信网络中的干涉，还有对技术的物理层的干涉，在该物理层上仅仅展开物理数据交换。
[0009]该目的根据本发明通过具有权利要求1所述的特征的方法实现。在开头所述类型的方法中提出，信号在通信网络的优选地各两个网络节点之间的渡越时间被双向和循环地测量，并且评估信号渡越时间中的变化。
[0010]根据本发明的概念的背景在于，尽管Taps作为数据包复制器在网络中不作为本来的网络节点、也就是网络通信的参与者出现并且进而不能在数据链路层中识别出来，然而其为了复制数据包并且通过Tap导出信号而需要确定的信号渡越时间，它相对于在两个网络节点之间的直接电缆连接延长了渡越时间。
[0011]例如在计算机联网时，通常的以太网作为内部的或者甚至外部的网络(互联网)通常不是静态的，从而在两个网络节点之间的信号渡越时间即使在常规的运行中也许可以经常变化，而机动车网络被构造为静态的，因为控制设备和网络节点通常仅仅在故障的情况下被更换，并且这仅仅可以在对此进行授权的车间中实现。相反，在静态的通信网络中，例如在机动车中存在的网络中，渡越时间不会波动，不考虑例如因为通常的图像波动或者取决于温度的渡越时间区别的小的、不重要的偏差。本发明利用了该特性，从而通过确定在两个网络节点之间的信号渡越时间中的变化来识别:在网络(网络拓扑)的静态构造中、也许在最底层(物理层)上是否出现干涉。例如根据阈值或者其他的标准，则可以评估信号渡越时间中的确定的变化，从而确定信号渡越时间中的变化并由此在总体上对通信网络进行监控。例如可以通过物理层的参数(PHY parameters物理参数)和布线类型(铜，光缆等等)来计算信号渡越时间。在具有Cat5e线缆的吉比特以太网系统中，在物理层(PHY)的两个连接的实体之间产生大约400ns的延迟。
[0012]该监控根据本发明双向地、也就是说在通信网络的每个通信方向上以及循环地、也就是说以预设的或者可预设的时间间隔实现，从而可靠地确定该变化。循环测量也允许进行区分:是否例如因为设备老化而发生了变差的信号渡越时间增加，或者是否在之前在较长的时间段上基本恒定的信号渡越时间时出现了断续的信号渡越时间变换。后一种情况意味着在两个网络节点之间的信号连接的断开，并且可以相应地作为监控情况报告。
[0013]在提出的方法的一个优选实施例中可以提出，为了测量信号在两个网络节点之间的信号渡越时间，一个网络节点(后续也称为发射网络节点)向另外的网络节点(后续也称为接收网络节点)发送询问信息，该询问消息包含询问信息的发送时间，并且另外的(接收)网络节点对接收时间进行记录。
[0014]发送时间在询问消息中的结合能够以发送时间戳h的形式实现，其由(发射)网络节点的发送消息的发送接收器直接在发送之前产生并且仍结合到该询问消息中。由此，以类似的方式实现了对信号(数据包)的实际信号渡越时间的测量。相关于实际的发送以可能方式发生的系统错置在考虑渡越时间的变化时被放弃，因为在此相应地考虑两个信号渡越时间之间的差。
[0015]接收时间的记录可以优选地由此实现，即在另外的(接收)网络节点中产生接收时间戳t2，从而通过接收时间戳t2和输出时间戳t i的时间值的差来求出渡越时间。另外的(接收)网络节点因此可以直接确定从一个(发射)网络节点至另外的(接收)网络节点的信号渡越时间，并且在循环测量时确定和评估变化。
[0016]发送和接收网络节点的角色根据本发明总是可以调换的，因为询问信息能够循环地和双向地发送，也就是说，在两个网络节点之间的每个通信方向上发送。询问信息也可以在两个方向上并行地发送。就此而言，本发明有意识地涉及在通信网络中的“一个”网络节点和“另一个”网络节点。该关系涉及从确定的网络节点出发在确定的时间点对信号渡越时间的测量，而不必使一个物理网络节点总是相应于这个发送询问信息的“一个”网络节点。
[0017]根据提出的、用于测量信号渡越时间的方法的一个优选的改进方案，另外的(接收)网络节点将询问消息的接收时间、特别地即接收时间戳t2以应答信息的形式发送给一个(原始发射)网络节点。由此在原始发射和原始接收网络节点中都能实现该评估。
[0018]为了在测量循环的框架中还能实现信号渡越时间的双向测量，根据提出的方法的根据本发明的变体方案，在测量信号渡越时间时可以提出，另外的(接收)网络节点记录发送给一个(原始的发射)网络节点的应答消息的发送时间，例如以应答时间戳t3的形式，其可以类似于输出时间戳^地产生，并且以后续应答信息的形式发送给一个(原始的发射)网络节点。
[0019]一个(原始的询问消息发送)网络节点然后(例如也以应答接收时间戳t4的形式)记录后续应答消息的接收时间，从而也能够通过后续应答消息的接收时间点和发射时间点之间的差求出在网络节点之间的双向通信连接的另一通信方向中的渡越时间。
[0020]通过对多个获得的测量值的优选统计评估，例如可以形成渡越时间的平均值并且求出典型的波动范围。一旦该值在统计上明显对处于该波动范围之外，例如处于高斯分布