电力线通信汽车网络的制作方法
【专利说明】电力线通信汽车网络
[0001]优先级和交叉引用
[0002]本申请要求享有于2013年12月19日提交的、主题为“Powerline Communicat1nAutomotive Network”的序列号61/918，511的临时提交的美国专利申请的权益，该申请在此全文通过引用并入本文。
技术领域
[0003]本发明总体涉及一种用于利用交通工具中的电力分布网络在交通工具子系统之间进行通信的装置和设备。
【背景技术】
[0004]现代交通工具(包括但不限于汽车、公交车、火车和飞机)由组多元件构成，诸如传感器、开关、致动器、电动机、显示器和娱乐功能。例如，图1示出了示例性的交通工具组件，包括交通工具10、主布线线束(局部)20、镜面电动机30、驾驶员门控制器40、窗户电动机50、驾驶员门锁传感器节点和窗户开关节点(内侧)60、乘客门控制器70、窗户电动机80、乘客门锁传感器节点和窗户开关节点(内侧)90、镜面加热器100、前门120以及乘客门IlOo
[0005]在1983年中研发了 CAN(控制器局域网络)总线以允许不同的交通工具模块通信。CAN总线使用四个专用布线，以及集电极开路接口，因此在电学上限制了其可以在总线上支持的装置的数目。在现代交通工具中，可以存在多于70个必须连接的节点，并且CAN总线需要多个桥接的CAN网络以便于超过电学限制。这导致额外的复杂性、花费和重量。
【发明内容】
[0006]一个实施例是包括实施第一通信协议的通信接口的电力线通信(PLC)设备，其包括通过交通工具的电力分布布线进行通信的收发器。第一通信协议包括电力线通信汽车网络(PLCAN)定界符类型(DT) (PLCAN-DT)，以及在框架控制中的PLCAN变量长度字段，其包括有效载荷长度、使用的符号数目、PHY组块(block)大小以及使用的副本数目，其中在网络中使用广播寻址以传输消息。
[0007]另一实施例是包括通过交通工具的电力分布布线以第一通信协议传输电力线通信(PLC)消息的方法。以第一通信协议传输电力线通信(PLC)消息包括传输PLC汽车网络(PLCAN)定界符类型，传输在交通工具的电力分布布线之上重复传输PLC消息的次数，向第一用户传输第一有效载荷，以及向第二用户传输第二有效载荷。
【附图说明】
[0008]为了更完整理解本发明及其优点，现在结合附图参考以下说明书，其中:
[0009]图1示出了包括交通工具组件的示例性交通工具；
[0010]图2示出了电力线通信(PLC)收发器体系结构的框图；
[0011]图3示出了根据一个实施例的电力线通信汽车网络(PLCAN)帧格式的示例；
[0012]图4示出了根据一个实施例的PLCAN MAC协议数据单元(MPDU)帧控制组块的示例；
[0013]图5示出了根据一个实施例的用于PLCAN MPDU帧控制组块的定界符类型的表格；
[0014]图6A和图6B示出了根据一个实施例的用于PLCAN MPDU帧控制组块的字段的表格；
[0015]图7示出了根据一个实施例的具有固定宽度有效载荷的多用户MPDU的示例；
[0016]图8示出了根据一个实施例的具有可变宽度有效载荷的多用户MPDU的示例；
[0017]图9示出了典型PLC信号的时序图；以及
[0018]图10示出了根据一个实施例的示出了多用户确认的PLCAN信号的时序图。
【具体实施方式】
[0019]以下详细讨论实施例的制造和使用。然而应该知晓的是本公开提供了可以实施在大量各种具体上下文中的许多可应用的创新性概念。所述的具体实施例仅是对于制造和使用本发明的具体方式的示意说明，并且并未限制本发明的范围。
[0020]将相对于具体上下文中的实施例描述本公开，也即用于经由交通工具的现有电力布线而在控制器之间通信的电力线通信(PLC)网络的方法和设备。
[0021]如上所述，现代交通工具包括需要相互通信的许多元件，诸如传感器、开关、致动器、电动机、显示器和娱乐功能。在一些情形中，这些装置可以根据功能和/或位置而在方便的组件中连接在一起。例如，所有门致动器(例如门锁致动器)、开关(例如窗户升/降开关90)、以及乘客门(例如110)的电动机(例如窗户电动机80)均方便地连接至乘客门组件控制模块(例如70)。乘客门组件控制模块(例如70)典型地由微处理器(包括CPU)、存储器、晶体、以及专用于子系统元件的接口/驱动器构成。门控制模块也包含用以在其他子组件之间通信的通信控制器。例如，用以打开和闭合乘客窗户的开关(例如60)可以位于驾驶员的门上并且由驾驶员门组件控制模块(例如40)控制。在该示例中，乘客门模块和驾驶员门模块必须相互通信以完成该动作。
[0022]根据本公开，电力线通信(PLC)网络用于经由交通工具现有的电力布线而在交通工具中所有控制器之间进行通信。在本公开中，网络协议称为电力线通信汽车网络(PLCAN) ο
[0023]图2示出了 PLC收发器体系结构的框图。用于PLC的普通技术在共存并且可共同操作的标准中规定，诸如HomePlug Green PHY规范，HomePlug?AV规范和IEEE Std1901-2010?( “标准”)，其通过引用在此并入本文。HomePlug Green PHY?规范用于插入式电动交通工具DC充电系统，并且标准也用于家庭中以及由公司实体使用。因此，PLCAN应该与所包含的标准共存并协作以避免任何潜在的不利相互作用并且最大化应用机会。
[0024]HomePlug Green PHY(HPGP)小型-强健正交频分多路复用(OFDM)(小型R0B0)模式限定了 136八位帧控制PHY协议数据单元(Prou)有效载荷，并且使用正交相移键控(QPSK)调制，917载波，7.56微秒的防护间隔，1/2涡轮卷积编码，并且重复消息五次(使用强健OFDM) ROBO交织器，有时称作“副本”功能)。指定该方式以提供最大的通信强健性并且噪音频道中最长的可能范围。因为其是小型以及强健的PPDU，其通常用于设置网络，交换网络管理消息，并且用于网络信标通信。因为PLC是联网技术，装置的数目受限于网络可寻址性，例如对于总共4，096个装置而言，HomePlug Green PHY可以局部地寻址28(或256)个装置和24(或16)个网络。如在任何网络中，局部节点的实际数目由于数据速率和延迟而受限于协议实际可以支持的业务量，但是这在汽车应用的范围内是良好的。
[0025]然而，交通工具应用具有这些标准并未预期的不同需求集合。在PLCAN应用中，没有隐藏的节点，网络大小和配置结构是高度稳定的，因此信道噪音特性和阻抗是高度稳定的，并且业务负载是高度可预测的。因此，展示了对于该应用优化了通信的创新性改变，并且也减小了每个汽车工业需求的成本和重量。
[0026]在优选实施例中，小型ROBO模式在合适的时刻由PLCAN使用以与标准PLC网络通话(相互操作)。然而，为了在交通工具控制模块之间通信，使用了由新MPDU帧控制定界符类型(DT)、PLCAN-DT (参见图4和图5)构成的PLCAN协议。PLCAN-DT并未与标准PLC协议兼容。如果需要，则交通工具可以在协议之间切换。例如，当交通工具停放时可以使用PLC可兼容协议，但是当交通工具移动时可以使用PLCAN。在一些实施例中，协议的选择可以取决于交通工具的位置，其可以基于交通工具的位置数据。协议自身也可以取决于交通工具的需求而改变。例如，如果后视相机需要传输图像，则可以需要更高性能的通信，这可以要求使用其他通信协议参数。网络也可以使用网络ID和/或时分多址(TDMA)或频分多址(FDMA)技术以建立具有不同的数据速率或延迟需求的独立网络。例如，具有其子组件的交通工具本体子系统、发动机控制子系统、娱乐子系统和防碰撞子系统可以具有不同的网络需求，通过在交通工具电力分布系统内建立它们自有的私用网络而最佳的寻址。
[0027]图3示出了根据一个实施例的PLCAN帧格式的示例。PLCAN帧格式包括帧控制组块和MDPU有效载荷。图4示出了根据一个实施例的PLCAN帧控制组块的示例。所示PLCAN帧控制组块包括五个字段。这些字段是定界符类型(DT_PLCAN)、访问字段(ACCESS)、短网络标识符(SNID)、变量字段(VF-PLCAN)以及PLCAN帧控制组块校验序列(FCCS_PLCAN)。图5示出了根据一个实