[发明专利]用于补偿非对称延迟的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在数据传输系统的发送用户和接收用户之间通过数据传输系统的网络结构传输编码在信号中的数据的方法。编码在信号中的数据在具有特定结构的数据帧中以位的方式串行传输。在接收用户中扫描编码在信号中的数据的每一位。该信号由于通过网络结构的传输而被非对称地延迟。本发明还涉及一种按照权利要求15的前序部分，设置在数据传输系统的网络结构中的任意点上的装置。此外，本发明还涉及按照权利要求17的前序部分传输编码在信号中的数据的系统。此外，本发明还涉及按照权利要求20的前序部分用于传输编码在信号中的数据的数据传输系统的用户，按照权利要求22的前序部分用于传输编码在信号中的数据的数据传输系统的接收用户的通信控制器，按照权利要求24的前序部分用于传输编码在信号中的数据的数据传输系统的接收用户的通信控制器的发送接收单元，以及按照权利要求26的前序部分设置在用于传输编码在信号中的数据的数据传输系统的网络结构中的有源星形。

背景技术

借助通信系统和例如按照总线系统形式的通信连接来联网控制设备、传感器和执行器，在过去几十年中越来越多地应用于现代汽车的制造以及机械制造，尤其是在机床领域，和自动化领域。就此可以实现通过将功能分配给多个控制设备的协作效应。人们将其称为分布式系统。

这种数据传输系统的不同用户之间的通信越来越多地通过总线系统进行。总线系统上的通信往来、访问和接收机制以及错误处理都通过协议调节。公知的协议例如是FlexRay协议，其中目前基于FlexRay协议规范v2.1。FlexRay是指快速的、确定的和容错的总线系统，尤其是用在汽车中。FlexRay协议根据时分多路存取(TDMA)的原理工作，其中向用户或待传输的消息分配固定的时隙，在这些时隙中用户或待传输的消息能够独家访问通信连接。时隙以固定的周期重复，从而可以精确预测消息通过总线传输的时刻，并确定的进行总线访问。

为了最佳地使用总线系统的带宽来传输消息，FlexRay将周期分为静止部分和动态部分。固定的时隙位于总线周期开始时的静止部分中。在动态部分中动态地预定时隙。其中只能短暂地独家访问总线，也就是在至少一个所谓最小时隙的持续时间内独家访问总线。仅当在一个最小时隙内进行了总线访问，该时隙才被延长所需的时间。由此仅当带宽也被实际需要时才消耗带宽。

FlexRay通过一个或两个物理上分开的线路通信，该线路分别具有最大10Mbit/sec的数据率。当然FlexRay还可以用更低的数据率运行。两个信道在此相当于物理层，尤其是所谓的OSI(开放系统体系)层模型的物理层。信道主要用于冗余地以及容错地传输消息，但是还可以传输不同的消息，由此数据率加倍。还可以考虑由通过两个线路传输的信号之差来得出通过连接线路传输的信号。物理层构成为，使得物理层可以通过线路对信号进行电的以及光学的传输，或者在其它路径上传输。

为了实现同步的功能和通过两个消息之间的小间距优化带宽，用户在通信网络中需要共同的时基，即所谓的全局时间。为了时钟同步，在周期的静止部分中传输同步消息，其中借助符合FlexRay规范的特殊算法校正用户的本地时钟，使得所有本地时钟都与全局时钟同步。

在通过这种总线系统传输数据或消息时会使脉冲失真，因为下降(高到低)和上升(低到高)边缘在传输路径上会被不同强度地延迟。如果在接收器中用接收器中具有的扫描时钟(所谓的采样率)对发送的脉冲多次(例如每一位n次)扫描，则扫描点的位置(即在n个扫描值中恰好选择一个)决定数据是被正确还是错误地扫描了。这在扫描时刻是信号的边缘以及有关于此还要在扫描时钟的多个周期内分析发送器的多个二进制数据值(位)时，尤其困难。在此除了脉冲失真之外，发送器和接收器之间的时钟频率偏差也是问题。在此可以预先处理待扫描的信号，以例如过滤掉短暂的干扰。这种过滤可以是按照时间顺序用多数判决(所谓的选举)来分析多个扫描信号。已经表明，不考虑不同传输路径上的非对称延迟而刚性地确定扫描时刻会产生问题。

信号的上升边缘和下降边缘之间的延迟也称为脉冲失真或非对称延迟。非对称延迟可以存在系统的和随机的原因。在FlexRay协议中，系统的延迟仅对上升边缘有影响，因为在下降边缘同步。随机延迟既对上升边缘又对下降边缘有影响，并且通过噪声过程或EMV抖动引起。原则上可以说，信号通过具有有源和无源网络元件(例如连接线路，传输器，扼流圈，通信控制器，发送接收装置或电平转换器(所谓的收发器)，有源星形等)的网络结构传输会产生非对称的延迟，因为上升信号边缘和下降信号边缘被网络结构不同地传播。