用于模拟网络中的传播时间的方法与流程

应该测试在网络中的在发送器与接收器之间的通信。当该网络不能如它在之后应该被使用的那样建立时，这是困难的。换言之，理论网络不适合于测试。这例如可能是这样的情况，即，不是理论网络的所有元件都提供使用或者应该监视在发送器与接收器之间交换的消息。这样的监视通常需要改变网络，而这又改变网络的特性、例如消息的传播时间。监视的另一种可能性是，例如所有发送器和接收器连接到一个中央网关上。那么，所述网关在发送器与接收器之间传输消息并且可以监视所有消息。这种以星型拓扑形式的结构通常不是理论网络的结构并且改变例如消息的传播时间。

技术实现要素：

本发明的任务是进一步改进现有技术。

方法，在所述方法中在实际网络中模拟理论网络的传播时间，其中，理论网络的拓扑结构包括一定数量的发送器和一定数量的接收器，并且其中实际网络的拓扑结构包括所述发送器和所述接收器中的一个或多个，其中，在实际网络的拓扑结构中的在第一发送器与第一接收器之间的路径不同于在理论网络的拓扑结构中的在第一发送器与第一接收器之间的路径，其中，在实际网络中，由具有至少两个网络接口的网关经由第一网络接口接收第一发送器的至少一个第一消息、将其延迟一个延时并且将其经由第二网络接口发送到通向第一接收器的路径上，其中，第一消息的路径按照实际网络的拓扑结构来确定并且所述消息的延时按照理论网络的拓扑结构这样确定，使得第一消息在实际网络中的传播时间基本上等于第一消息在理论网络中的传播时间。

按照本发明，消息的传播时间应该如它们在理论网络中被预期的那样在实际网络中被模拟。在此，理论网络包括至少一定数量的发送器和至少一定数量的接收器，这些发送器和接收器相互连网。附加地可以包含其它网络元件、如转发元件(例如路由器或交换机)。发送器、接收器和其它网络元件的连接结构是任意的。理论网络例如可以是网状网络或者树型拓扑结构。消息的发送器和接收器以下一般也称为网络参与者。为了模拟理论网络的传播时间，在实际网络中连接有一个或多个发送器和一个或多个接收器，这些发送器和接收器与理论网络的发送器和接收器相同。在此，第一消息在实际网络中在没有由网关造成的延时的情况下从第一发送器到第一接收器的传播时间比在理论网络中更短。在理论网络中的传播时间从理论网络的拓扑结构中确定，也就是说，从网络元件和连接所述网络元件的线路确定。不仅线路而且网络元件都为消息在理论网络中的传播时间作贡献。那么，第一消息在实际网络中的第一延时可以这样选择，使得第一消息在实际网络中的传播时间基本上等于第一消息在理论网络中的传播时间。因此，从第一消息通过第一发送器发出直到第一消息通过第一接收器接收的持续时间与第一发送器和第一接收器是安装在实际网络中还是安装在理论网络中无关。因此，可以测试第一发送器与第一接收器之间的通信，尽管第一发送器与第一接收器之间的网络的拓扑结构不同。通过仿真理论网络的不同的拓扑结构，可以更快地评估所述拓扑结构以及网络参与者和段耦合元件的不同的配置的优点和缺点。例如可以发现在通信中的瓶颈或高负荷的网络线路。通过所述网关模拟不同的消息经过理论网络所具有的传播时间。通过模拟不同的理论网络的传播时间可以高效地比较或模拟或仿真这些网络。

应该注意到的是，在实际网络中和理论网络中的传播时间的基本相同性理解为，所述传播时间的区别小于10％。优选所述传播时间的区别小于1％。

有利的是，理论网络的拓扑结构对于所述网关是已知的。那么，所述网关可以基于理论网络的拓扑结构为第一消息确定经过理论网络的路径、确定所述路径的传播时间并且这样延迟第一消息，使得第一消息在实际网络中的传播时间基本上等于第一消息在理论网络中的传播时间。

在本发明的一种有利的实施方式中，在理论网络的拓扑结构中的在第一发送器与第二接收器之间的路径不同于在理论网络的拓扑结构中的在第一发送器与第一接收器之间的路径，其中，在实际网络中，由所述网关接收第一发送器的至少一个第二消息、将其延迟一个第二延时并且将其发送到通向第二接收器的路径上，其中，第二消息的路径按照实际网络的拓扑结构来确定并且第二消息的延时按照理论网络的拓扑结构这样确定，使得第二消息在实际网络中的传播时间基本上等于第二消息在理论网络中的传播时间。

按照本发明，所述网关能够不同地延迟不同的消息。因此，可以根据在理论网络中的路径长度为在实际网络中的消息来确定延时。在这样的特殊情况下不延迟消息，即，从理论网络的拓扑结构中得出小于零的延时。

在本发明的一种有利的设计方案中，在理论网络中的网络元件的处理时间对于所述网关是已知的。

在理论网络中的网络元件的处理时间已知时，第一消息经过理论网络的传播时间能够通过累加在第一消息经过理论网络的路径上的网络元件的各处理时间来确定。在此，例如交换机、集线器和路由器被看作是网络元件。所述处理时间是消息的接收与发送之间的时间。网络元件的处理时间常常由制造商已知或者能够以本领域技术人员已知的方法、例如通过对结构相同或类似的装置的测量来确定。

在本发明的一种有利的设计方案中，在理论网络中的各网络元件之间的传播时间对于所述网关是已知的。

在已知在理论网络中的各网络元件之间的传播时间时，第一消息经过理论网络的传播时间能够通过累加在理论网络中的在第一消息经过理论网络的路径上的各网络元件之间的传播时间来确定。通过结合各网络元件的已知的处理时间与在理论网络中的各网络元件之间的已知的传播时间，能够进一步加强在理论网络中的传播时间的确定。

在一种有利的设计方案中，所述理论网络至少部分是以太网络、CAN网络和/或FlexRay网络。

在另一种有利的设计方案中，由所述网关将第一消息的副本发送给第三接收器。

通过创建副本并且收集副本，消息交换能够在更迟的时刻上被推测。当从多个消息中收集副本时，可推测性更加准确。

在另一种有利的设计方案中，由所述网关对第一消息就至少一个特征进行校验并且根据所述校验将第一消息的副本发送给第三接收器。

通过校验第一消息，所述网关可以确认，副本的发送是否是必要的。以这种方式，仅复制如下的消息，所述消息的特征与规定用于校验的过滤器相匹配。要校验的特征例如可以是发送器或接收器的IP地址、消息的大小、消息的时刻、消息ID或在消息中的密钥。通过减少要复制的消息来提高所述方法的效率。

在本发明的一种有利的设计方案中，第一消息在由所述网关接收之后并且在由所述网关发送给第二接收器之前由所述网关改变。

在本发明的一种有利的设计方案中，第一消息的改变涉及第一消息从第一协议到第二协议的转变。

当第一发送器和第一接收器经由不同的协议通信时，第一消息所发送的协议的转变例如是有利的。发送器例如可以经由以太网将第一消息作为UDP/IP消息进行发送，而接收器等待FlexRay消息。于是，所述网关可以相应地改变第一消息。总线协议例如可以是根据CAN标准、LIN标准或者FlexRay标准的协议。网络协议例如可以是根据以太网格式或者根据MOST格式的协议。

在本发明的另一种有利的设计方案中，第一消息的改变涉及所述消息的内容的改变。

通过这样改变第一消息，例如可以仿真在理论网络中的网络元件的故障。因此，例如可以改变或删去消息的个别位或者添加附加的位。

在本发明的一种有利的设计方案中，所述网关确定在理论网络中的网络元件和/或网络线路的负荷，并且在网络元件和/或网络线路的负荷高时附加地增加第一消息的延时。

因此，除了从经过理论网络的路径中产生的传播时间以外，所述网关确定从在理论网络中的网络元件和/或网络线路的负荷中产生的延迟时间。这样的由所述负荷造成的延迟时间例如可以通过如下方式产生，即，网络元件可以一次仅执行一个任务并且由此其它任务、例如第一消息的编辑必须等待直到第一任务结束。当在理论网络中的网络线路(该网络线路位于在第一路线的路径上)上传输第三消息并且第一消息的传输必须等待直到第三消息的传输结束时，可能产生其它的延迟时间。为了使第一消息在实际网络中的传播时间基本上等于第一消息在理论网络中的传播时间，因此第一消息的延时必须通过所述网关来增加，以便补偿由于网络元件和/或网络线路的负荷而增加的在理论网络中的传输时间。

在另一种有利的设计方案中，第三消息经由第三网络接口由所述网关接收，第三消息在理论网络中的路径由所述网关确定，并且当第三消息在理论网络中导致第一消息的附加的延时的时候，增大第一消息的延时。

因此，针对两个不同的消息，所述网关确定所述消息在理论网络中的路径是否重叠并且在理论网络中的网络元件和/或网络线路的由第三消息造成的负荷是否导致第一消息的附加的延时。这样的确定在另一方向中也是可能是，也就是说，确定在理论网络中的网络元件和/或网络线路的由第一消息造成的负荷是否导致第三消息的附加的延时。尤其在大型网络中有利的是，准确地确定在理论网络中的网络元件和/或网络线路的在时间上的负荷，也就是说，确定第三消息在哪个时刻导致在理论网络中的哪些网络元件和/或网络线路的负荷。相应地，可以在时间上划分第一消息经过理论网络的路径并且识别出所述路径的重叠。

在此，延迟哪个消息例如可以依赖于消息的优先级。因此，基本上同时接收两个消息的网络元件在理论网络中将首先处理具有较高优先级的消息并且然后才处理具有较低优先级的消息。在实际网络中的网关模拟这样的特性并且比具有较高的优先级的消息相应更高地延迟具有较低优先级的消息。

在本发明的另一种有利的设计方案中，由所述网关仿真在理论网络内部的第四消息，并且当第四消息在理论网络中导致第一消息的附加的延时的时候，增大第一消息的延时。

通过经由所述网关仿真其它消息，可以调整在理论网络内部的网络流。被仿真的消息尤其可以通过在理论网络中的网络元件和/或网络线路的由所述消息造成的负荷来仿真。于是，在理论网络中的网络元件和/或网络线路的负荷可能导致第一消息的附加的延时。

因此，所述网关不仅可以仿真接收器而且可以仿真发送器。因此，当设置在理论网络中的接收器在实际网络中不作为真实的网络参与者存在时，网络参与者也可以成功地发送消息。于是，给不存在的接收器的消息由所述网关接收并且不被转发。网络参与者同样可以接收规定的消息，即使设置在理论网络中的发送器在实际网络中不作为真实的网络参与者存在。所述网关在这种情况下这样配置，即，所述网关创建被仿真的发送器的消息并且将其发送给接收器。当设置在理论网络中的发送器和接收器在实际网络中不作为真实的网络参与者存在时，所述网关仍然可以仿真在网络参与者之间的网络流并且在确定在实际网络中真实发送的消息的延时的时候考虑网络的负荷。

附图说明

以下在参考附图的情况下更详细地阐述本发明。在此，用一样的附图标记来标记相同类型的部件。所示出的实施方式是强烈示意性的，也就是说，距离以及侧向和竖直的延伸尺寸不是按比例的，并且只要没有另外说明，彼此也不具有任何能推导出的几何关系。

其中：

图1示出理论网络的示意图，

图2示出具有按照本发明的网关的实际网络的示意图，

图3示出另一实际网络的示意图，

图4示出另一理论网络的示意图，

图5示出另一实际网络的示意图，

图6示出另一理论网络的示意图，

图7示出具有按照本发明的网关并且具有监控单元的实际网络的示意图，

图8示出在不同的网络中的传播时间的比较。

具体实施方式

在图1中示出理论网络的示意图。在该理论网络中，第一网络参与者10经由第一网络线路4与第一网络元件22连接，并且第二网络参与者12经由第二网络线路6与第二网络元件连接。第三网络线路26将第一网络元件22与第二网络元件24相互连接。从第一网络参与者10发送给第二网络参与者12的第一消息在理论网络中由第一网络参与者10经由第一网络线路4输送至第一网络元件22，从那里经由第三网络线路26输送至第二网络元件24，并且进一步经由第二网络线路6输送至第二网络参与者12。

图2的图示出具有按照本发明的网关的实际网络的示意图。第一网络参与者10经由第一网络线路4连接到按照本发明的网关2上以及第二网络参与者12经由第二网络线路6连接到按照本发明的网关上。所述网关2为每个网络线路提供一个网络接口，相应的网络线路连接到所述网络接口上。为了通过实际网络来模拟理论网络，将理论网络的拓扑结构配置到所述网关2中。于是，所述网关2在实际网络中代替理论网络的网络部分20。在图1中的理论网络的例子中，由所述网关代替的网络部分由第一网络元件22、第二网络元件24和第三网络线路26组成。在理论网络中的路径和延时对于所述网关2是已知的，并且所述网关2可以在实际网络中这样延迟消息，使得消息在实际网络中的传播时间基本上等于消息在理论网络中的传播时间。第一网络参与者和第二网络参与者在实际网络中和在理论网络中是类似的、有利地是结构相同的或者是一样的。以下，网络参与者在理论网络中和在实际网络中被相同地设置。

从第一网络参与者10发送给第二网络参与者的第一消息在实际网络中首先由第一网络参与者10经由第一网络线路4传输给网关2，并且然后由网关2经由第二网络线路6传输给第二网络参与者12。在此，所述网关2缓存第一消息并且这样延迟通向第二网络参与者12的传输，使得第一消息在实际网络中的传播时间基本上等于第一消息在理论网络中的传播时间。因此，从第一消息通过第一网络参与者10发出直到第一消息通过第二网络参与者12接收的持续时间与第一网络参与者10和第二网络参与者12是安装在实际网络中还是安装在理论网络中无关。因此，所述网关2模拟经过理论网络的传播时间。在图1中示出理论网络的一个例子，该理论网络的传播时间由按照本发明的网关2来模拟。理论网络原则上可以任意设计并且包含多个网络元件、网络线路和网络参与者。

在图3中示出另一理论网络的示意图。以下仅阐述与图1的图的区别。第三网络元件28经由第五网络线路27与第二网络元件24连接。第三网络参与者14经由第四网络线路8与第三网络元件28连接。因此，从第一网络参与者10发送给第三网络参与者14的第二消息在理论网络的拓扑结构中必须经过经由第一网络线路4、所述三个网络元件和连接它们的网络线路以及第三网络线路8到第三网络参与者14的路径。因此，第二消息从第一网络参与者10到第三网络参与者的路径和传播时间不同于第一消息从第一网络参与者10到第二网络参与者12的路径和传播时间。

图4示出另一实际网络的示意图。下面仅阐述与图2的图的区别。第三网络参与者14经由第四网络线路8与网关2连接。在实际网络中从第一网络参与者10发送给第三网络参与者14的第二消息经由第一网络线路4由网关2接收，必要时对其进行延迟并且经由第四网络线路8发送给第三网络参与者14。图3中的理论网络的由图4中的实际网络中的网关所代替的网络部分20相比于图1和2的例子扩展了第三网络元件28和在第二网络元件与第三网络元件之间的第五网络线路。所述网关可以从理论网络的已知的拓扑结构中并且必要时从其它信息、如网络元件的处理时间或在各网络元件之间的传播时间为在实际网络中发送的消息确定适当的延时。在此，第二消息的路径(即，可能经由哪个网络线路发送第二消息)由网关2按照实际网络的拓扑结构来确定，并且第二消息的延时按照理论网络的拓扑结构这样确定，使得第二消息在实际网络中的传播时间基本上等于第二消息在理论网络中的传播时间。一种示例性的理论网络在图3中示出，所述延时可以根据该理论网络的拓扑结构来确定。

因此，从第二网络参与者12发送给第三网络参与者14的第三消息在图3的理论网络的拓扑结构中必须经过经过从第二网络参与者12经由第二网络线路6、第二网络元件24、第五网络线路27、第三网络元件28和第四网络线路8到第三网络参与者14的路径。这导致这些元件的附加的负荷并且可能因此导致第一消息的附加的延时。例如，当第二网络元件24接收第一消息时，它可能正忙于处理第三消息，并且因此当第二网络元件已经结束第三消息的处理时，它可以才处理第一消息。当实际网络中的网关在它已经将第一消息发送给第二网络参与者之前接收第三消息时，所述网关将识别出第二网络元件24的这样的负荷并且这样延迟第一消息，使得在实际网络中的传播时间基本上等于在理论网络中的增大的传播时间，如所述网关在图4中示出的那样，它代替图3的理论网络的上述网络部分20。

图5示出另一理论网络的示意图。下面仅阐述与图3的图的区别。第四网络参与者16经由第六网络线路9与第三网络参与者14连接。因此，从第一网络参与者10发送给第四网络参与者16的第四消息在理论网络的拓扑结构中必须经过经由第一网络线路4、所述三个网络元件和连接它们的网络线路以及第四网络线路8到第三网络参与者14并且从那里经由第六网络线路9到第四网络参与者16的路径。在这种情况下，图5中的理论网络的由图6中的实际网络中的网关2代替的网络部分20与图3和4的例子中的被代替的网络部分20一样。

在图6中示出另一实际网络的示意图。以下仅阐述与图4的图的区别。第四网络参与者16经由第六网络线路9与第三网络参与者14连接。从第一网络参与者10发送给第四网络参与者16的第四消息经由第一网络线路4由网关2接收，必要时对其进行延迟并且经由第四网络线路8发送到通向第四网络参与者的路径上。所述网关2根据实际网络的拓扑结构为第四消息确定路径并且按照理论网络为第四消息确定延时，从而第二消息在实际网络中的传播时间基本上等于第二消息在理论网络中的传播时间。

图7示出另一理论网络的示意图，在该理论网络中，由图6中的网关2代替的网络部分20不同于图5中的网络部分。以下仅阐述与图5的图的区别。第五网络参与者32经由第七网络线路29与第一网络元件22连接。第二网络元件24构成为第六网络参与者30的部分。图7中的理论网络的由图6中的实际网络中的网关代替的网络部分20扩展了第五网络参与者32、第六网络参与者30和第七网络线路29。因此，从第五网络参与者32发送给第三网络参与者14的第五消息在理论网络的拓扑结构中必须经过经由第七网络线路29、第一网络元件22、第三网络线路26、第二网络元件24、第五网络线路27、第三网络元件28和第四网络线路8到第三网络参与者14的路径。如果第一消息应同时从第一网络参与者10传输给第二网络参与者，则产生附加的延时，因为两个消息都必须经由第一网络元件22、第三网络线路26和第二网络元件24传输。在图6中的实际网络中，所述网关2仿真理论网络的被代替的网络部分20，并且因此也仿真第五网络参与者32。所述网关相应地确定网络元件和网络线路的由第五消息造成的负荷以及确定第一消息和第五消息的由此引起的延时，并且这样选择第一和第五消息的延时，使得消息在实际网络中的传播时间基本上等于消息在理论网络中的传播时间。

从第六网络参与者30发送给第五网络参与者32的第六消息仅在实际网络中被仿真并且既不由网关2接收也不由网关2发送。尽管如此，由网关2确定在被代替的网络部分20中的网络元件和网络线路的由第六消息造成的负荷，并且考虑由此导致的对其它消息的附加的延时。

在图8中示出另一实际网络的示意图。以下仅阐述与图6的图的区别。监控单元40经由第七网络线路42连接到网关2上。所述网关2可以将由网关接收和/或发送的消息的副本发送给监控单元40。这可以对于所有消息或者在过滤之后对于被选择的消息发生。这样的过滤例如可以基于消息的特性、如发送器、接收器、大小、标识符或类似的特性。通过存储消息的副本，能够实现推测网络流并且发现在通信中的问题。在本发明的一种变型方案中，监控单元40也可以同网关2构成一个单元。

图9示出消息的不同的传播时间的比较。沿着水平方向描绘时间T。第一传播时间N1示例性地针对图1的实际网络的设计方案表示第一消息的传播时间。在此，第一消息从第一网络参与者10通过网关2发送至第二网络参与者12，其中，所述网关2按照本发明延迟第一消息。在第一时间段T11内，将第一消息从第一网络参与者10传输给网关2，由网关2在第二时间段T12内对其进行处理和延迟并且在第三时间段T13内传输给第二网络参与者12。因此，第一消息在图1的实际网络中从第一网络参与者10到第二网络参与者12的传播时间是所述三个时间段T11、T12、T13的总和。

第二传播时间N2示例性地针对在图2中示出的理论网络表示第一消息从第一网络参与者10到第二网络参与者12的传播时间。第一消息首先由第一网络参与者10在第四时间段T1内传输给第一网络元件22。第一网络元件22在第五时间段T2内处理第一消息并且在第六时间段T3内将第一消息传输给第二网络元件24。第二网络元件24在第七时间段T4内处理第一消息并且在第八时间段T5内将第一消息传输给第二网络参与者12。因此，第一消息在图2的理论网络中从第一网络参与者10到第二网络参与者12的传播时间是所述五个时间段T1、T2、T3、T4、T5的总和。于是通过网关2这样选择第一消息的延时并且因此这样选择第二时间间隔的长度，使得第一传播时间N1的时间段的总和基本上等于第二传播时间N2的时间段的总和。