车用分散式网络管理系统及方法与流程

本发明是有关于一种网络管理系统及方法，且特别是有关于一种车用分散式网络管理系统及方法。

背景技术：

先进车辆网络辅助系统(Advanced Driver Assistance System，ADAS)是目前基于行车安全议题以及智能化车辆发展所推出的一种智能车辆整合解决方案。目前，ADAS被导入应用于高阶车款，其可提供驾驶人关于车辆工作参数以及车外环境参数的相关信息，整合驾驶人的驾驶命令辅助车辆进行智能化的行驶、偏移或停止，更可预先提供警示信息，让驾驶提早采取因应措施。

为了提供更安全且更智能化的车辆行驶功能，先进车辆网络辅助系统通常涵盖了盲点侦测系统(Blind Spot Detection System)、倒退停车辅助系统(Backup Parking Aid System)、后方碰撞警示系统(Rear Crash Collision Warning System)、车道偏离警示系统(Lane Departure Warning System)、缓解撞击刹车系统(Collision Mitigation System)、适路性车灯系统(Adaptive Front-lighting System)、夜视系统(Night Vision System)、主动车距控制巡航系统(Adaptive Cruise Control System)、碰撞预防系统(Pre-Crash System)、停车辅助系统(Parking Aid System)、前方车辆冲突系统(Forward Collision Warring System)以及轮胎气压警报系统(Tire Pressure Monitoring System)等具有不同功能的子系统，未来亦不排除具有更多功能的子系统加入。

先进车辆网络辅助系统通常必须透过车用网络的各个节点来传输所有感测器数据以及执行电子控制单元的命令，因而一旦电子控制单元发生故障，将导致其原本所执行的任务无法正常运作，反而降低了车辆行驶的安全性。更重要的是，目前的车用网络并无完善的错误侦测、错误分析以及容错功能，其通常是通过额外的备援硬件来执行故障电子控制单元的任务，如此不仅需大幅耗费硬件成本，且当备援硬件也一并损坏时，则同样落入任务无法正常运作的情 况。

技术实现要素：

本发明的目的是在于提供一种车用分散式网络管理系统及方法，其可提供错误侦测、错误分析以及容错的备援(redundancy)功能。

根据本发明一实施方式是在提供一种车用分散式网络管理系统，其设置于互相网络连接的多个电子控制单元上，车用分散式网络管理系统包含多个数据配置模块、多个数据定义模块、多个分散式节点状态广播模块、多个任务转移模块、多个任务过载模块以及多个任务负载平衡模块。各数据配置模块分别设于各电子控制单元，其用以针对多个网络信息执行一重新配置动作。各数据定义模块分别设于各电子控制单元且分别连接各数据配置模块，各数据定义模块用以针对网络信息执行一预定义动作。各分散式节点状态广播模块分别设于各电子控制单元，其用以从各电子控制单元中选择一电子控制单元进行一任务分配动作。各任务转移模块分别设于各电子控制单元，其用以从各电子控制单元中选择一电子控制单元进行一任务转移动作。各任务过载模块分别设于各电子控制单元，其用以从各电子控制单元中选择一电子控制单元进行一任务过载动作。各负载平衡模块分别设于各电子控制单元，其用以从各电子控制单元中选择一电子控制单元进行一任务负载平衡动作。其中，一电子控制单元透过一分散式节点状态广播模块执行任务分配动作而可命令其余电子控制单元，而当任一电子控制单元故障而无法执行一任务时，另一电子控制单元透过一任务转移模块、一任务过载模块及一任务负载平衡模块分别执行一任务转移动作、一任务过载动作及一任务负载平衡动作，使其余电子控制单元支援执行此任务。

根据前述车用分散式网络管理系统的一实施例，其中各电子控制单元是遵循一记号传递(Token Passing)网络协议。各数据配置模块的各重新配置动作是定义各网络信息的一来源及一目的地。各数据定义模块的各预定义动作是定义各网络信息的一种类及一定名编号。电子控制单元中的一部分电子控制单元是分别用以执行网络信息中一命令数据并接收网络信息中一感测数据，电子控制单元中的另一部分电子控制单元是分别用以处理感测数据并输出命令数据。

根据本发明另一实施方式是在提供一种车用分散式网络管理系统，其包含多个电子控制单元、一可携电子控制单元、多个数据配置模块、多个数据定义 模块、多个分散式节点状态广播模块、多个任务转移模块、多个任务过载模块以及多个任务负载平衡模块。电子控制单元互相网络连接。可携电子控制单元可拆卸地网络连接于电子控制单元。各数据配置模块分别设于各电子控制单元及可携电子控制单元，各数据配置模块用以针对多个网络信息执行一重新配置动作。各数据定义模块分别设于各电子控制单元及可携电子控制单元且分别连接各数据配置模块，各数据定义模块用以针对网络信息执行一预定义动作。各分散式节点状态广播模块分别设于各电子控制单元及可携电子控制单元，各分散式节点状态广播模块选择可携电子控制单元进行一任务分配动作。各任务转移模块分别设于各电子控制单元及可携电子控制单元，可携电子控制单元透过一任务转移模块进行一任务转移动作。各任务过载模块分别设于各电子控制单元及可携电子控制单元，可携电子控制单元透过一任务过载模块进行一任务过载动作。各负载平衡模块分别设于各电子控制单元及可携电子控制单元，可携电子控制单元透过一任务负载平衡模块进行一任务负载平衡动作。其中，可携电子控制单元透过一分散式节点状态广播模块执行任务分配动作而可命令电子控制单元；而当任一电子控制单元故障而无法执行一任务时，可携电子控制单元透过一任务转移模块、一任务过载模块及一任务负载平衡模块来分别执行任务转移动作、任务过载动作及任务负载平衡动作使其余电子控制单元支援执行此任务。

根据前述车用分散式网络管理系统的一实施例，其中可携电子控制单元的数量可为多个。可携电子控制单元可为一智能手机、一平板电脑或一智能手表。各电子控制单元及可携电子控制单元间的网络连接是遵循一记号传递(Token Passing)网络协议。各数据配置模块的各重新配置动作是定义各网络信息的一来源及一目的地。各数据定义模块的各预定义动作是定义各网络信息的一种类及一定名编号。电子控制单元中的一部分电子控制单元是分别用以执行网络信息中一命令数据并接收网络信息中一感测数据，电子控制单元中的另一部分电子控制单元是分别用以处理感测数据并输出命令数据。

根据本发明又一实施方式是在提供一种车用分散式网络管理方法，其步骤包含一数据配置步骤、一数据定义步骤、一分散式节点状态广播步骤、一任务转移步骤、一任务过载步骤以及一任务负载平衡步骤。数据配置步骤是对多个节点所传输的多个网络信息进行一重新配置动作。数据定义步骤是对各网络信 息进行一预定义动作。分散式节点状态广播步骤是从各节点中选择一节点进行一任务分配动作。任务转移步骤是从各节点中选择一节点进行一任务转移动作。任务过载步骤是从各节点中选择一节点进行一任务过载动作。任务负载平衡步骤是从各节点中选择一节点进行一任务负载平衡动作。

根据前述车用分散式网络管理方法的一实施例，其中数据配置步骤中重新配置动作是定义各网络信息的一来源及一目的地。数据定义步骤中预定义动作是定义各网络信息的一种类及一定名编号。节点中的一部分节点是分别用以执行网络信息中一命令数据并接收网络信息中一感测数据，节点中的另一部分节点是分别用以处理感测数据并输出命令数据。

根据本发明又一实施方式是在提供一种车用分散式网络管理方法，其包含一第一步骤、一第二步骤、一第三步骤以及一第四步骤。第一步骤针对于多个节点中传输的多个网络信息执行一重新配置动作及一预定义动作。第二步骤从各节点中定义出一主导节点。第三步骤侦测各节点中故障的一节点。第四步骤使主导节点根据其余各节点的一任务可负载量并定义出至少一空闲节点，以将故障的节点的一任务分配给空闲节点。

根据前述车用分散式网络管理方法的一实施例，其还包含一第五步骤及一第六步骤。第五步骤使主导节点根据其余各节点的各任务可负载量并定义出一超载节点。第六步骤中，若超载节点超出一任务超载量，则使主导节点将任务超载量平均分配至主导节点及其余各节点。车用分散式网络管理方法的步骤还包含一第七步骤及一第八步骤。第七步骤使故障的一节点修复为一还原载点。第八步骤使主导节点将第四步骤中分配给空闲节点的任务重新归还至还原载点来执行。第一步骤中重新配置动作定义各网络信息的一来源及一目的地。第一步骤中预定义动作是定义各网络信息的一种类及一定名编号。节点中的一部分节点是分别用以执行网络信息中一命令数据并接收网络信息中一感测数据，节点中的另一部分节点是分别用以处理感测数据并输出命令数据。

因此，本发明所提出车用分散式网络管理系统及其方法，其利用设于电子控制单元上的数据配置模块、数据定义模块、分散式节点状态广播模块、任务转移模块、任务过载模块以及任务负载平衡模块来达成分散式网络的容错能力。其中，电子控制单元已经网络连结形成分散式网络中的各个节点，透过数据配置模块及数据定义模块先对分散式网络中传递的网络信息重新进行配置 及预定义，接着并可透过分散式节点状态广播模块来选出其中一电子控制单元来作为主导，其可命令其他电子控制单元进行任务分配的动作。故其中若有电子控制单元出现故障的情况时，主导的电子控制单元将可透过任务转移模块、任务过载模块以及任务负载平衡模块来达成分散式网络来提供将故障电子控制单元的原本任务进行任务转移、任务过载以及任务负载平衡的功能，借此完成具有容错能力的车用分散式网络。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

图1是绘示依照本发明一实施方式的一种车用分散式网络管理系统的示意图；

图2是绘示车用分散式网络管理系统中感测端电子控制单元及处理端电子控制单元的方块图；

图3是绘示车用分散式网络管理系统的运作流程图；

图4A是绘示图3中数据配置步骤的示意图；

图4B是绘示图3中数据定义步骤的示意图；

图4C是绘示图3中分散式节点状态广播步骤的示意图；

图5是绘示本发明另一实施方式的一种车用分散式网络管理系统的示意图；

图6A是绘示车用分散式网络管理系统进行任务转移的示意图；

图6B是绘示车用分散式网络管理系统进行任务过载的示意图；

图6C是绘示车用分散式网络管理系统进行任务负载平衡的示意图；

图6D是绘示车用分散式网络管理系统进行任务备援的示意图；

图6E是绘示图6D中车用分散式网络管理系统进行任务备援一实施例的示意图；

图7是绘示车用分散式网络管理系统新增可携电子控制单元的架构图；

图8是绘示车用分散式网络管理系统新增备用节点以及找出故障节点的流程图。

具体实施方式

请参照图1及图2，其中图1是绘示依照本发明一实施方式的一种车用分散式网络管理系统示意图，图2是绘示车用分散式网络管理系统中感测端电子控制单元以及处理端电子控制单元的方块图。车用分散式网络管理系统100由多个感测器S、多个感测端电子控制单元200及多个处理端电子控制单元300互相网络连结而成，因此感测端电子控制单元200及处理端电子控制单元300视为车用分散式网络的各个节点，使网络信息传输于感测端电子控制单元200及处理端电子控制单元300中。

各感测端电子控制单元200上设置一数据配置模块210、一数据定义模块220、一分散式节点状态广播模块230、一任务转移模块240、一任务过载模块250以及一任务负载平衡模块260。感测端电子控制单元200是用以连结感测器S而接收网络信息中的感测数据。

各处理端电子控制单元300上设置一数据配置模块310、一数据定义模块320、一分散式节点状态广播模块330、一任务转移模块340、一任务过载模块350以及一任务负载平衡模块360。处理端电子控制单元300是连结感测端电子控制单元200，处理端电子控制单元300分析处理感测数据并输出网络信息中的命令数据给感测端电子控制单元200。

前述的感测端电子控制单元200及处理端电子控制单元300的硬件以及网络连接方式为本技术领域中所已知的技术，在此不再多加赘述。且感测端电子控制单元200中的数据配置模块210、数据定义模块220、分散式节点状态广播模块230、任务转移模块240、任务过载模块250以及任务负载平衡模块260与处理端电子控制单元300的数据配置模块310、数据定义模块320、分散式节点状态广播模块330、任务转移模块340、任务过载模块350以及任务负载平衡模块360具有相同的执行功能。

其中数据配置模块210、310用以针对网络信息执行一重新配置动作。这里所指的重新配置动作是定义各网络信息的来源及目的地，且此重新配置动作可于线上直接执行，而不须再对网络信息进行重新编码。

数据定义模块220、320用以针对网络信息执行一预定义动作。这里所指的预定义动作是定义各网络信息的种类及定名编号，意即对于网络信息是先对其定名编号后再加以区别其种类。

感测端电子控制单元200内的分散式节点状态广播模块230以及处理端电子控制单元300内的分散式节点状态广播模块330可用以从各感测端电子控制单元200及各处理端电子控制单元300中共同选择一作为主导的感测端电子控制单元200或是处理端电子控制单元300，使其可对其余处理端电子控制单元300进行一任务分配动作。

任务转移模块240、340可用以进行一任务转移动作。

任务过载模块250、350可用以进行一任务过载动作。

任务负载平衡模块260、360可用以进行一任务负载平衡动作。

当所有网络信息都已经透过数据配置模块210、310及数据定义模块220、320动态处理使其线上重新配置并预定义后，分散式节点状态广播模块230、330所选择主导的感测端电子控制单元200或处理端控制单元300将会开始进行任务分配的动作。接着，任一处理端电子控制单元300故障而无法处理感测数据并输出命令数据时，主导的感测端电子控制单元200或处理端电子控制单元300也会将其任务指派给其他正常运作的处理端电子控制单元300。

然而在此要强调的是，前述感测端电子控制单元200内的分散式节点状态广播模块230以及处理端电子控制单元300内的分散式节点状态广播模块330是互相协同作用，也就是说，所有的分散式节点状态广播模块230以及分散式节点状态广播模块330是选择任一感测端电子控制单元200或任一处理端电子控制单元300来作为主导，以命令所有的感测端电子控制单元200以及处理端电子控制单元300。

请参照图3，其是绘示车用分散式网络管理系统100的运作流程图，并请一并参照图1及图2。车用分散式网络管理方法包含以下步骤：一数据配置步骤S01、一数据定义步骤S02、一分散式节点状态广播步骤S03、一任务转移步骤S04、一任务过载步骤S05以及一任务负载平衡步骤S06。

数据配置步骤S01是对多个节点的所传输的多个网络信息进行重新配置动作。更详细地说，数据配置步骤S01是由图1的车用分散式网络管理系统100中的数据配置模块210、310来执行。节点意指各感测端电子控制单元200及各处理端电子控制单元300。

数据定义步骤S02是对各网络信息进行预定义动作。更详细地说，数据定义步骤S02是由图1的车用分散式网络管理系统100中的数据定义模块220、 320来执行。

分散式节点状态广播步骤S03是从各节点中选择一节点进行任务分配动作。更详细地说，分散式节点状态广播步骤S03是由图1的车用分散式网络管理系统100中的分散式节点状态广播模块230、330来执行。前述已提及，透过分散式节点状态广播模块230、330所选出的感测端电子控制单元200及处理端电子控制单元300，做为主导其余节点的感测端电子控制单元200及处理端电子控制单元300所使用。

任务转移步骤S04是从各节点中选择一节点进行任务转移动作。更详细地说，任务转移步骤S04是由图1的车用分散式网络管理系统100中的任务转移模块240、340来执行。在此，任务转移步骤S04是于侦测到任一处理端电子控制单元300产生故障情形时，透过主导的感测端电子控制单元200或处理端电子控制单元300将故障的处理端电子控制单元300的原本任务进行任务转移，而使另一处理端电子控制单元300来处理。

任务过载步骤S05是从各节点中选择一节点进行任务过载动作。更详细地说，任务过载步骤S05是由图1的车用分散式网络管理系统100中的任务过载模块250、350来执行。同样的，任务过载步骤S05是于侦测到任一处理端电子控制单元300产生故障情形时，透过被选出而当作主导的感测端电子控制单元200或处理端电子控制单元300对故障的处理端电子控制单元300的原本任务进行任务过载，而使另一处理端电子控制单元300来处理。

任务负载平衡步骤S06是从各节点中选择一节点进行任务负载平衡动作。更详细地说，任务负载平衡步骤S06是由图1的车用分散式网络管理系统100中的任务负载平衡模块260、360来执行。同样的，任务负载平衡步骤S06是于侦测到任一处理端电子控制单元300产生故障情形时，透过主导的感测端电子控制单元200或处理端电子控制单元300对故障的处理端电子控制单元300的原本任务进行任务过载，而使另一处理端电子控制单元300来处理。

在任务转移步骤S04、任务过载步骤S05及任务负载平衡步骤S06中，主导的感测端电子控制单元200或处理端电子控制单元300将会根据其余未故障的处理端电子控制单元300或感测电子控制单元200的一任务可负载量，决定由哪一个处理端电子控制单元300来容错执行已故障的处理端电子控制单元300的任务。简单地说，亦即主导节点将故障节点的任务分配给空闲节点来加 以执行。

请再参照图4A至图4C，其中图4A是绘示图3中数据配置步骤S01的示意图。图4B是绘示图3中数据定义步骤S02的示意图。图4C是绘示图3中分散式节点状态广播步骤S03的示意图。

如图4A所示，数据配置模块210、310将会分别执行图3中的数据配置步骤S01，使各节点的感测端电子控制单元200及处理端电子控制单元300将会储存有不论是来源或目的地的网络信息所对应的重新配置文字夹。数据配置步骤S01可于线上直接被执行，而不须再对所有的网络信息进行重新编码。

如图4B所示，数据定义模块220、320将会分别执行图3中的数据定义步骤S02，使各节点的感测端电子控制单元200及处理端电子控制单元300将会给予所有的网络信息一标头(header)，其中包含了信息定名(message ID)以及种类(type)。

如图4C所示，分散式节点状态广播模块230、330将会同时执行图3中的分散式节点状态广播步骤S03，使各节点的感测端电子控制单元200及处理端电子控制单元300根据记号(Token Passing)的拓朴网络协议来运作，选出主导节点的感测端电子控制单元200或处理端电子控制单元300，其能根据其余各节点的感测端电子控制单元200及处理端电子控制单元300的状态来产生命令。各节点的感测端电子控制单元200及处理端电子控制单元300如何根据记号传递网络协议进行运作为本技术领域的通常知识，在此不再多加赘述。图中所绘示由处理端电子控制单元300来做为主导，且感测端电子控制单元200及处理端电子控制单元300的数量仅为示意所使用，并不做任何限制。

请同时参照图1、图2及图5，其中图5是绘示本发明另一实施方式的一种车用分散式网络管理系统的示意图。在本实施方式中，车用分散式网络管理系统100将多个感测器S及多个处理端电子控制单元300直接透过网络连结而成，而不包含图1所示的感测端电子控制单元200。

这是由于在图1的实施方式中，感测器S并不具有判断网络地址的功能，无法判断要将其感测数据传送至哪一个处理端电子控制单元300，所以必须在车用分散式网络管理系统100额外设置感测端电子控制单元200。借此，被选出来当作主导的处理端电子控制单元300或感测端电子控制单元200所进行的任务分配动作才有办法执行。

而在图5的实施方式当中，假如感测器S本身已具有判断网络地址的功能，例如网络摄影机(IP Camera)，感测器S即能够根据主导的处理端电子控制单元300所进行的任务分配动作，将感测数据传递给被命令执行的处理端电子控制单元300。

请参照图6A至图6E，其中图6A至图6D是分别绘示车用分散式网络管理系统100进行任务转移、任务过载、任务负载平衡及任务备援的示意图，而图6E是绘示图6D中车用分散式网络管理系统100进行任务备援一实施例的示意图。

如图6A所示，车用分散式网络管理系统100中各分别包含四感测端电子控制单元200及四处理端电子控制单元300，在此假设每一感测端电子控制单元200所输出的感测数据分别由对应的一处理端电子控制单元300来进行分析处理。而可看到四处理端电子控制单元300原本具有的任务负载量分别为60％、90％、90％及40％，则其任务可负载量分别为40％、10％、10％及60％。但一处理端电子控制单元300故障后，则其负责的40％任务负载量转移至原本具有60％任务负载量的处理端电子控制单元300，使其任务负载量变成100％。

如图6B所示，四处理端电子控制单元300原本具有的任务负载量分别为80％、90％、90％及40％，但一处理端电子控制单元300故障后，则其负责的40％任务负载量转移至原本具有80％任务负载量的处理端电子控制单元300，使其任务负载量超载而变成120％。

如图6C所示，其是承接图6B任务过载后的情况，在此假设故障的处理端电子控制单元300维修后，具有120％任务负载量的处理端电子控制单元300将图6B中故障处理端电子控制单元300原本执行的40％任务负载量还原，使修复完成的处理端电子控制单元300执行其原本任务。

如图6D所示，假设在车用分散式网络管理系统100新增一可携电子控制单元400以作为备援之用。五处理端电子控制单元300原本具有的任务负载量分别为70％、90％、90％、40％及0％，但一处理端电子控制单元300故障后，则其负责的40％任务负载量转移至原本具有0％任务负载量的处理端电子控制单元300，借此达到任务备援的功能。

前述于图6D中作为备用的可携电子控制单元400，在图6E所示的实施例中，可为一智能手机500。智能手机500可拆卸地网络连接感测端电子控制单 元200及处理端电子控制单元300。由于数据配置模块、数据定义模块、分散式节点状态广播模块、任务转移模块、任务过载模块以及任务负载平衡模块可透过软件方式达成，例如APP，故此智能手机内500同样可包含数据配置模块、数据定义模块、分散式节点状态广播模块、任务转移模块、任务过载模块以及任务负载平衡模块(未图示)，因此可作为主导节点或空闲节点来使用。当然在本实施例当中可携电子控制单元并不限定为智能手机500，其可为智能手表或平板电脑等可携式的智能电子装置。

图7是绘示车用分散式网络管理系统100的架构图。车用分散式网络管理系统100的感测端电子控制单元200、处理端电子控制单元300以及可携电子控制单元400透过一有线交换器600及一无线交换器700来进行网络信息传递。在此特别说明，图7所绘示的感测端电子控制单元200及处理端电子控制单元300皆是透过有线交换器600来连接，是基于车载系统架设上的讯号传递速度以及成本考量。而可携电子控制单元400为了方便即时扩充，故还可透过无线交换器700来连接感测端电子控制单元200及处理端电子控制单元300。此外，分析后的网络信息更可透过连接有线交换器600及一无线交换器700的一显示器800来加以显示，以提供驾驶更多智能行车信息。这里所指的网络连接是指乙太网络或Wifi网络，有线交换器600及无线交换器700则可为网络路由器。

请一并参照图7及图8，其中图8是绘示车用分散式网络管理系统100新增备用节点以及找出故障节点的流程图。步骤S31，新增备用节点，当可携电子控制单元400作为新增备用节点加入时，其他所有现存节点将会被告知加入的可携电子控制单元400信息。以及步骤S33，找出故障节点，根据讯号传递找出故障节点。在步骤31及步骤33后皆会执行步骤S32，选出主导节点，以决定任务分配及记号传递顺序的一致性。步骤S34，进行容错，由主导节点进行任务转移、任务过载、任务负载平衡及任务备援等任务分配，提供配对数据及讯号传递给所有节点。

因此，由前述的车用分散式网络管理系统及其方法步骤，数据配置模块、数据定义模块、分散式节点状态广播模块、任务转移模块、任务过载模块以及任务负载平衡模块可分别达到任务转移、任务过载以及任务负载平衡的功能，克服已知车用网络无法完整进行错误分析以及容错备援的缺陷。

此外，车用分散式网络管理系统能随意新增可携电子控制单元来作为主导节点或空闲节点。更重要的是，利用随处可得的智能手机可作为可携电子控制单元而随插即用，同样可提供车用分散式网络进行网络信息动态设定的数据配置动作及数据定义动作，而命令原本车内的处理端电子控制单元执行任务转移、任务过载以及任务负载平衡的功能，借此达到备援的功能。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。