(57)【要約】      （修正有）【課題】利用可能帯域幅の最適化のために、エコー除去を用いて、伝送路における反射の影響を軽減する双方向伝送を提供する。【解決手段】伝送路によって第１のトランシーバと第２のトランシーバとの間でデータを双方向に伝送する段階は、タイムスロット内で双方向通信フェーズの間に第１のトランシーバと第２のトランシーバとの間で通信する段階を含む。タイムスロットは、第１のトランシーバが第２のトランシーバにデータを伝送する複数のアップストリームタイムスロットと、第２のトランシーバが第１のトランシーバにデータを伝送する複数のダウンストリームタイムスロットであって、アップストリームタイムスロットより短い複数のダウンストリームタイムスロットと、隣接するアップストリームおよびダウンストリームタイムスロットを分離する複数のアイドルタイムスロットとを含む。【選択図】図４
2020150544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
データを双方向に伝送するネットワーキングシステムであって、
第１の端部および第２の端部を含む伝送路を有する通信媒体と、
双方向通信フェーズの間に、前記伝送路から電磁信号を受信し、前記伝送路に電磁信号を伝送するように構成される第１の双方向インタフェースによって前記第１の端部に近接して前記伝送路に結合される第１のトランシーバを有する第１のノードと、
前記双方向通信フェーズの間に、前記伝送路に電磁信号を伝送し、前記伝送路から電磁信号を受信するように構成される第２の双方向インタフェースによって前記第２の端部に近接して前記伝送路に結合される第２のトランシーバを有する第２のノードと
を備え、
前記第１のノードおよび前記第２のノードは、前記双方向通信フェーズの間、
前記第１のトランシーバが、前記第２のトランシーバにデータを伝送する複数のアップストリームタイムスロットと、
第２のトランシーバが、前記第１のトランシーバにデータを伝送する複数のダウンストリームタイムスロットであって、前記複数のアップストリームタイムスロットより短い複数のダウンストリームタイムスロットと、
隣接するアップストリームおよびダウンストリームタイムスロットを分離する複数のアイドルタイムスロットと
を有するタイムスロット内で通信するように構成される、
ネットワーキングシステム。
【請求項２】
前記第１のノードはさらに、
センサから収集されたデータを提供するように構成されるポートと、
前記双方向通信フェーズの間に前記第１のトランシーバによる前記伝送路へのアクセスのタイミングを制御するように構成される第１の媒体アクセスコントローラと
を備え、
前記第２のノードはさらに、
前記双方向通信フェーズの間に前記第２のトランシーバによる前記伝送路へのアクセスのタイミングを制御するように構成される第２の媒体アクセスコントローラを備える、
請求項１に記載のネットワーキングシステム。
【請求項３】
前記第１のノードの前記ポートと通信し、前記双方向通信フェーズの間に収集された前記データの少なくとも一部を収集するように構成される前記センサをさらに備える、請求項２に記載のネットワーキングシステム。
【請求項４】
前記複数のアップストリームタイムスロットの間、前記第１のトランシーバは、収集された前記データの少なくともいくつかを含むデータを前記第２のトランシーバに伝送する、請求項２または３に記載のネットワーキングシステム。
【請求項５】
前記第１の媒体アクセスコントローラおよび前記第２の媒体アクセスコントローラは、少なくとも部分的に前記伝送路の終端特性に基づく前記複数のアイドルタイムスロットの最小期間を提供するように構成される、請求項２から４のいずれか一項に記載のネットワーキングシステム。
【請求項６】
前記第１の端部は、前記第１の端部からの反射を少なくとも８０％に減少させるように構成されるインピーダンスで終端され、前記第２の端部は、前記第２の端部からの反射を少なくとも８０％に減少させるように構成されるインピーダンスで終端される、請求項５に記載のネットワーキングシステム。
【請求項７】
前記第１の媒体アクセスコントローラおよび前記第２の媒体アクセスコントローラは、前記第１の端部または前記第２の端部からの反射が、前記第１の端部と前記第２の端部との間のラウンドトリップにわたって少なくとも２回伝搬するのに十分長い前記最小期間を提供するように構成される、請求項６に記載のネットワーキングシステム。
【請求項８】
前記第１の媒体アクセスコントローラおよび前記第２の媒体アクセスコントローラは、設定フェーズの間に、前記第１のトランシーバおよび前記第２のトランシーバのそれぞれにより情報を交換するように構成され、前記設定フェーズは、前記複数のアップストリームタイムスロットまたは前記複数のダウンストリームタイムスロットの選択された期間、または前記複数のアップストリームタイムスロットと前記複数のダウンストリームタイムスロットとの間の選択されたタイムスロット比のうち少なくとも１つを示す値を、前記第２のノードと前記第１のノードとの間で伝送する段階を有する、請求項２から７のいずれか一項に記載のネットワーキングシステム。
【請求項９】
前記第１のノードは、前記第１のトランシーバを用いて送信および受信を行うためのタイムスロットを決定するための第１のタイミング信号を提供するように構成される第１のタイミングモジュールを含み、前記第２のノードは、前記第２のトランシーバを用いて送信および受信を行うタイムスロットを決定するための第２のタイミング信号を提供するように構成される第２のタイミングモジュールを含む、請求項８に記載のネットワーキングシステム。
【請求項１０】
前記第１のノードおよび前記第２のノードは、前記設定フェーズの間に、前記第１のタイミングモジュールと前記第２のタイミングモジュールとを同期するように構成される、請求項９に記載のネットワーキングシステム。
【請求項１１】
前記第２のノードはさらに、収集された前記データの少なくとも一部を処理するように構成されるコンピューティングデバイスと通信する通信ポートを備える、請求項２から１０のいずれか一項に記載のネットワーキングシステム。
【請求項１２】
前記第２のノードは、収集された前記データの少なくとも一部を前記コンピューティングデバイスにルーティングするように構成されるネットワーキングスイッチを備える、請求項１１に記載のネットワーキングシステム。
【請求項１３】
前記第１の媒体アクセスコントローラおよび前記第２の媒体アクセスコントローラは、全てのダウンストリームタイムスロットが同一の期間を有し、全ての前記複数のアップストリームタイムスロットが前記同一の期間を有する通信セッションを提供するように構成される、請求項２から１２のいずれか一項に記載のネットワーキングシステム。
【請求項１４】
請求項１に記載のネットワーキングシステムが、車両の異なる部分に配置されているデバイス間でデータを伝送するように構成される、車両。
【請求項１５】
伝送路に電磁信号を伝送し、前記伝送路から電磁信号を受信するそれぞれの双方向インタフェースによって、前記伝送路によって第１のトランシーバと第２のトランシーバとの間でデータを双方向に伝送する方法であって、方法は、
前記第１のトランシーバと前記第２のトランシーバとの間で情報が交換される設定フェーズの間に前記第１のトランシーバと前記第２のトランシーバとの間で通信する段階であって、前記情報は、アップストリームタイムスロットまたはダウンストリームタイムスロットの選択された期間、またはアップストリームタイムスロットとダウンストリームタイムスロットとの間の選択されたタイムスロット比とのうち少なくとも１つを示す値を含む、通信する段階と、
双方向通信フェーズの間、前記値に従って決定されるタイムスロット内で、前記第１のトランシーバと前記第２のトランシーバとの間で通信する段階であって、
前記タイムスロットは、
前記第１のトランシーバが前記第２のトランシーバにデータを伝送する複数のアップストリームタイムスロットと、
第２のトランシーバが前記第１のトランシーバにデータを伝送する複数のダウンストリームタイムスロットであって、前記複数のアップストリームタイムスロットより短い複数のダウンストリームタイムスロットと、
隣接するアップストリームおよびダウンストリームタイムスロットを分離する複数のアイドルタイムスロットと
を含む、通信する段階と
を備える、方法。
【請求項１６】
前記第１のトランシーバを含む第１のノードのポートによって収集されたデータを受信する段階をさらに備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
複数のアップストリームタイムスロットの間に、収集された前記データの少なくとも一部を含むデータを、前記第１のトランシーバから前記第２のトランシーバに伝送する段階をさらに備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記双方向通信フェーズの間に前記第１のトランシーバと前記第２のトランシーバとの間で通信する段階は、前記伝送路の第１の端部または第２の端部からの反射が、前記第１の端部と前記第２の端部との間のラウンドトリップにわたって少なくとも２回伝搬するのに十分長い前記複数のアイドルタイムスロットの最小期間に対するアイドルタイムスロットの間に待機する段階を含む、請求項１５から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記設定フェーズの間に、前記第１のトランシーバを用いて送信および受信を行うタイムスロットを決定する第１のタイミング信号と、前記第２のトランシーバを用いて送信および受信を行うタイムスロットを決定する第２のタイミング信号とを同期する段階をさらに備える、請求項１５から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
同期する前記段階は、前記第２のタイミング信号を前記第１のタイミング信号に固定する段階を含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本願は、２０１９年３月１１日に提出された米国特許仮出願番号第６２／８１６，７６７に基づく優先権および利益を主張するものであり、当該出願はその全体の開示が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、制約された環境における双方向通信の管理に関する。
【背景技術】
【０００３】
有線媒体による通信は、規格化されたプロトコルに基づいて規定され得る。ＩＥＥＥ  ８０２．３  ｗｏｒｋｉｎｇ  ｇｒｏｕｐにより規定されるように、そのようなプロトコルの１つは、イーサネット（登録商標）である。これらの規格は、物理的な通信媒体と関連する物理（ＰＨＹ）層（層１とも既知である）、論理リンク制御（ＬＬＣ）サブレイヤの下方におけるデータリンク層（層２とも既知である）のサブレイヤである媒体アクセス制御（ＭＡＣ）層の態様をカバーする。イーサネット規格の様々なバージョンは、異なる速度で動作し、異なる種類の物理的通信媒体を用いるように設計される。例えば、１秒に１００ＭＢｉｔで動作するイーサネット（「１００ＢＡＳＥ−ＴＸ」と呼ばれる）のいくつかのバージョンは、方向（アップストリーム及びダウンストリーム）ごとに別個のツイストペア伝送路を含むケーブルと共に用いるように設計されている。１秒に１Ｇｂｉｔで動作するイーサネット（「１０００ＢＡＳＥ−Ｔ１」と呼ばれる）のいくつかのバージョンは、アップストリーム及びダウンストリーム方向の両方に用いられる単一のツイストペア伝送路と共に用いるように設計され、アップストリーム及びダウンストリーム方向に対して均等に共有されている利用可能帯域幅の最適化のために、エコー除去を用いて、伝送路における反射の影響を軽減する。 
【０００４】
上記の説明は、この技術分野に関連する一般的なバックグラウンドとして差し出されており、それが含む情報のいずれかが、本特許出願に対する先行技術を構成していることを認めると解釈されるべきではない。
【発明の概要】
【０００５】
１つの態様において、一般的に、データを双方向に伝送するためのネットワーキングシステムは、第１の端部および第２の端部を有する伝送路を備える通信媒体と、双方向通信フェーズの間に、伝送路に電磁信号を伝送して、伝送路からの電磁信号を受信するように構成される第１の双方向インタフェースによって、第１の端部に近接して伝送路に結合される第１のトランシーバを有する第１のノードと、双方向通信フェーズの間に、伝送路に電磁信号を伝送して、伝送路からの電磁信号を受信するように構成される第２の双方向インタフェースによって、第２の端部に近接して伝送路に結合される第２のトランシーバを有する第２のノードとを備える。第１のノードおよび第２のノードは、双方向通信フェーズの間、タイムスロット内で通信するように構成され、当該タイムスロットは、第１のトランシーバが第２のトランシーバにデータを伝送する複数のアップストリームタイムスロットと、第２のトランシーバが第１のトランシーバにデータを伝送する複数のダウンストリームタイムスロットであって、アップストリームタイムスロットより短い複数のダウンストリームタイムスロットと、隣接するアップストリームおよびダウンストリームタイムスロットを分離する複数のアイドルタイムスロットとを含む。
【０００６】
態様は、以下の特徴のうち１または複数を含み得る。
【０００７】
第１のノードはさらに、センサから収集されたデータを提供するように構成されるポートと、双方向通信フェーズの間に第１のトランシーバによる伝送路へのアクセスのタイミングを制御するように構成される第１の媒体アクセスコントローラとを備え、第２のノードはさらに、双方向通信フェーズの間に第２のトランシーバによる伝送路へのアクセスのタイミングを制御するように構成される第２の媒体アクセスコントローラを備える。
【０００８】
ネットワーキングシステムはさらに、第１のノードのポートと通信し、双方向通信フェーズの間に収集されたデータの少なくとも一部を収集するように構成されるセンサを備える。
【０００９】
複数のアップストリームタイムスロットの間、第１のトランシーバは、収集されたデータの少なくともいくつかを含むデータを第２のトランシーバに伝送する。
【００１０】
第１および第２の媒体アクセスコントローラは、少なくとも部分的に伝送路の終端特性に基づくアイドルタイムスロットの最小期間を提供するように構成される。
【００１１】
第１の端部は、第１の端部からの反射を少なくとも８０％に減少させるように構成されるインピーダンスで終端され、第２の端部は、第２の端部からの反射を少なくとも８０％に減少させるように構成されるインピーダンスで終端される。
【００１２】
第１および第２の媒体アクセスコントローラは、第１の端部または第２の端部からの反射が、第１の端部と第２の端部との間のラウンドトリップにわたって少なくとも２回伝搬するのに十分長い最小期間を提供するように構成される。
【００１３】
第１の媒体アクセスコントローラおよび第２の媒体アクセスコントローラは、設定フェーズの間に、第１のトランシーバおよび第２のトランシーバのそれぞれにより情報を交換するように構成され、設定フェーズは、アップストリームタイムスロットまたはダウンストリームタイムスロットの選択された期間のうち少なくとも１つ、またはアップストリームタイムスロットとダウンストリームタイムスロットとの間の選択されたタイムスロット比を示す値を、第２のノードと第１のノードとの間で伝送する段階を有する。
【００１４】
第１のノードは、第１のトランシーバを用いて送信および受信を行うためのタイムスロットを決定するための第１のタイミング信号を提供するように構成される第１のタイミングモジュールを含み、第２のノードは、第２のトランシーバを用いて送信および受信を行うタイムスロットを決定するための第２のタイミング信号を提供するように構成される第２のタイミングモジュールを含む。
【００１５】
第１のノードおよび第２のノードは、設定フェーズの間に、第１のタイミングモジュールと第２のタイミングモジュールとを同期するように構成される。
【００１６】
第２のノードはさらに、収集されたデータの少なくとも一部を処理するように構成されるコンピューティングデバイスと通信する通信ポートを備える。
【００１７】
第２のノードは、収集されたデータの少なくとも一部をコンピューティングデバイスにルーティングするように構成されるネットワーキングスイッチを備える。
【００１８】
第１の媒体アクセスコントローラおよび第２の媒体アクセスコントローラは、全てのダウンストリームタイムスロットが同一の期間を有し、全てのアップストリームタイムスロットが同一の期間を有する通信セッションを提供するように構成される。
【００１９】
車両は、車両の異なる部分に配置されるデバイス間でデータを伝送するように構成されるネットワーキングシステムを備える。
【００２０】
別の態様において、一般的に、方法は、電磁信号を伝送路に伝送するそれぞれの双方向インタフェースを通じて、伝送路によって第１のトランシーバと第２のトランシーバとの間でデータを双方向に伝送することと、電磁信号を伝送路から受信することとに用いられる。方法は、第１のトランシーバと第２のトランシーバとの間で情報が交換される設定フェーズの間に、第１のトランシーバと第２のトランシーバとの間で、アップストリームタイムスロットまたはダウンストリームタイムスロットの選択された期間のうち少なくとも１つを示す値を含む情報、あるいはアップストリームタイムスロットとダウンストリームタイムスロットとの間の選択されたタイムスロット比を通信する段階と、双方向通信フェーズの間、値に従って決定されるタイムスロット内で第１のトランシーバと第２のトランシーバとの間で通信する段階とを備える。タイムスロットは、第１のトランシーバが第２のトランシーバにデータを伝送する複数のアップストリームタイムスロットと、第２のトランシーバが第１のトランシーバにデータを伝送する複数のダウンストリームタイムスロットであって、アップストリームタイムスロットより短い複数のダウンストリームタイムスロットと、隣接するアップストリームおよびダウンストリームタイムスロットを分離する複数のアイドルタイムスロットとを含む。
【００２１】
態様は、以下の特徴のうち１または複数を含み得る。
【００２２】
方法はさらに、第１のトランシーバを含む第１のノードのポートによって収集されたデータを受信する段階を備える。
【００２３】
方法はさらに、複数のアップストリームタイムスロットの間に、収集されたデータの少なくとも一部を含むデータを、第１のトランシーバから第２のトランシーバに伝送する段階を備える。
【００２４】
双方向通信フェーズの間に第１のトランシーバと第２のトランシーバとの間で通信する段階は、伝送路の第１の端部または第２の端部からの反射が、第１の端部と第２の端部との間のラウンドトリップにわたって少なくとも２回伝搬するのに十分長いアイドルタイムスロットの最小期間に対するアイドルタイムスロットの間に待機する段階を含む。
【００２５】
方法はさらに、設定フェーズの間に、第１のトランシーバを用いて送信および受信を行うタイムスロットを決定する第１のタイミング信号と、第２のトランシーバを用いて送信および受信を行うタイムスロットを決定する第２のタイミング信号とを同期する段階を備える。
【００２６】
同期する段階は、第２のタイミング信号を第１のタイミング信号に固定する段階を含む。
【００２７】
態様は、以下の利点のうち１または複数を有し得る。
【００２８】
イーサネットは、特定の動作要件（例えば、電磁ノイズ要件、および／または温度要件）が満たされるべきであり、特定の物理的制約（例えば、ケーブルの長さ）が想定され得る自動車の環境などの制約された環境で動作可能な通信形態の例である。しかしながら、いくつかの以前のイーサネットプロトコルは、いくつかの制約された環境におけるより良い最適化を実現するための課題を示す特性を有していた。本明細書に説明される様々な技術のいくつかの実装は、これらの潜在的課題、および以下に説明される例の一部または全てを軽減することができる。
【００２９】
いくつかのイーサネットプロトコルは、ポイントツーポイントリンクにおけるアップストリーム及びダウンストリーム通信のための別個の通信媒体（例えば、別個の伝送路）を用いて動作するように構成される。しかしながら、自動車などの環境において、全てのリンクに対する伝送路の数を２倍にすることから発生し得る追加の重量は、重みの制約を満たすのに悪影響を及ぼす可能性がある。例えば、自動車内の数百個のノードに用いされるケーブルの総重量は、約１００キログラムまたはそれより多くてよい。本明細書に説明されるいくつかの実装は、リンクの両端のノード間の共有通信媒体を用いる。
【００３０】
いくつかのイーサネットプロトコルは、共有通信媒体（例えば、ポイントツーポイント伝送路）において利用可能帯域幅を均等に分割する対称リンクを用いて動作するように構成される。自動車などの環境において、伝送すべきデータの量が他のノード（例えば、制御ノード、または制御ノードからダウンストリームに制御情報を送信するノード）よりはるかに大きいいくつかのノード（例えば、センサノードまたはセンサノードからアップストリームにセンサデータを送信するノード）があり得る。従来のイーサネットシステムにおいて、コンポーネントは、アップストリームの方向とダウンストリームの方向との両方にバランスの取れた帯域幅容量を提供するように構成される。ネットワーキングシステムが、より大きいキャパシティが必要な方向の要件に対応するように設計されているので、典型的に、他の方向においては未使用の帯域幅容量がある。 
【００３１】
現在の開示において、典型的なバランスの取れた帯域幅容量の設計から逸脱し、その代わりに全体の利用可能帯域幅の不均等な（または「非対称」）分割を確立するオプションを提供するシステムが説明される。いくつかの実装において、この不均等な分割は、以下にさらに詳細に説明されるように、いかに帯域幅が分割されるかを示す他のノード情報をノードのうち１つが送信することを可能にする設定フェーズの間の通信により容易になり得る。 
【００３２】
いくつかのイーサネットプロトコルは、時間分割多重を用いて、ポイントツーポイントリンクの両端のノード間の共有通信媒体によって帯域幅を分割するように構成される。そのようなプロトコルにおいて、エコー除去は典型的に、インピーダンスが完全に整合されたロードにより終端されていない伝送路の端部間の反射からのエコーにより歪められることなく、アップストリーム及びダウンストリーム通信用の交互のタイムスロットが互いに隣接することを可能にするために用いられる。しかしながら、自動車などの環境において、重量、コスト、電力消費、および／またはそのようなエコー除去回路を用いることから発生する複雑さが増大すると、有害な場合がある。エコー除去の代わりに、いくつかの実装は、能動的タイムスロット間にアイドルタイムスロットを組み込み、顕著な歪みを回避するのに十分低い振幅に低下するように端部間で十分な回数の反射を伝搬されることを許容する。自動車の環境においてサイズが制約されることは、複数の必要なラウンドトリップ距離を移動する反射に必要な時間を保証し、その結果として発生するアイドルタイムスロットは十分小さいので、比較的に少ない量の利用可能帯域幅を消費する。
【００３３】
いくつかの場合において、エコー除去は、信号強度を２倍にする（例えば、１‐Ｖ信号とその反射が伝送路の２Ｖに加えられる）ために、通信回路において十分なマージンを許容することを要求する。エコー除去に対する必要を回避することによる別の利点は、追加の信号強度マージンを用いて規格信号振幅を増大させる（例えば、１．０Ｖの代わりに１．５Ｖ）ことが可能であることであり得る。この追加の信号強度は、顕著なレベルの電磁ノイズを有し得る自動車などの環境において顕著な改善であり得る。
【００３４】
他の特徴および利点は、以下の説明から、そして図面および特許請求の範囲から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
開示は、添付の図面と共に読まれた場合に、以下の詳細な説明から最もよく理解される。一般的な実施によると、図面の様々な特徴は縮尺通りにはなっていないことを留意されたい。これに対して、様々な特徴の寸法は、明確さのために任意に拡張または縮小されている。
【００３６】
【図１】例示的な車両の概略図である。
【００３７】
【図２】車両における通信ネットワークの例示的な通信リンクの概略図である。
【００３８】
【図３】通信ネットワークにおけるアップストリームノードとダウンストリームノード間の例示的な通信パターンのプロット図である。
【００３９】
【図４】通信ネットワークにおける双方向通信用の例示的な手順のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図１は、本開示の実施形態によって、本明細書に説明される様々な態様、特徴および要素が実装される車両１００の例を示す絵図である。車両１００は、車両１００における異なるサブシステム間の通信を可能にする通信ネットワーク（または簡単に「ネットワーク」）を含む。ネットワークは、様々なネットワークトポロジのいずれかを有し得る。いくつかの実装において、いくつかのノードは、異なるノードが接続されているバスなどの共有通信媒体によって接続され得る。いくつかの実装において、特定のノード（例えば、センサノード）は、ポイントツーポイントリンクにわたって他のノード（例えば、スイッチノード）に接続される。図１の例において、ネットワークは、車両１００内の複数の領域にわたって通信および制御を提供するように構成されている複数のネットワークセグメントを含む。前部ゾーンネットワークセグメント１０２Ａは、ネットワークセグメント１０２Ａに対するゲートウェイとして機能するスイッチ１０４Ａを含み、中部ゾーンネットワークセグメント１０２Ｂは、ネットワークセグメント１０２Ｂに対するゲートウェイとして機能するスイッチ１０４Ｂを含み、後部ゾーンネットワークセグメント１０２Ｃは、ネットワークセグメント１０２Ｃに対するゲートウェイとして機能するスイッチ１０４Ｃを含む。この例において、前部ゾーンネットワークセグメント１０２Ａと後部ゾーンネットワークセグメント１０２Ｃとはそれぞれ、ネットワーク経由で車両１００の様々なサブシステムに制御機能を提供する制御モジュール１０６Ａと１０６Ｂとを含む。例えば、制御モジュール１０６Ａは、スイッチ１０４Ａによってネットワークに制御モジュール１０６Ａを結合するネットワークコントローラ１０８に接続される。ネットワークコントローラ１０８は、以下にさらに詳細に説明されるように、通信プロトコル（例えば、イーサネットタイププロトコル）を用いて通信するように構成される。この例において、中部ゾーンネットワークセグメント１０２Ｂは、様々なセンサ装置と通信できるが、専用の制御モジュールは含まないように構成される。
【００４１】
制御モジュールは、例えば、システムオンチップ（ＳｏＣ）あるいは１または複数のプロセッサコアを含む他の電子回路を用いて実装され得る。所定のプロセッサコアは、中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィクス処理装置（ＧＰＵ）などの特定用途向け装置、および／または他の形態の処理回路などの汎用ユニットとして構成され得る。例えば、制御モジュールは、１または複数の特定用途向けプロセッサ、１または複数のデジタル信号プロセッサ、１または複数のマイクロプロセッサ、１または複数のコントローラ、１または複数のマイクロコントローラ、１または複数の集積回路、１または複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、１または複数のフィールドプログラマブルゲートアレイ、１または複数のプログラマブルロジックアレイ、１または複数のプログラマブルロジックコントローラ、１または複数のステートマシン、またはこれらの任意の組み合わせを用いて実装され得る。制御モジュールは、制御モジュールにより、または制御モジュールに関連して用いるべく、格納されているコードに基づいてプログラムを実行し得て、当該格納されているコードは、例えば、機械可読命令、あるいはそれと関連する任意の情報を収容、格納、通信または搬送することができる任意の有形の非一時的なコンピュータ使用可能媒体またはコンピュータ可読媒体を備えるストレージモジュールに格納されるコードを含む。例えば、ストレージモジュールは、１または複数のソリッドステートドライブ、１または複数のメモリカード、１または複数のリムーバブルメディア、１または複数のリードオンリメモリ、１または複数のランダムアクセスメモリ、ハードディスク、フロッピーディスク、光ディスク、磁気または光カード、または電子情報を格納するのに適切な任意の種類の非一時的媒体を含む１または複数のディスク、またはこれらの任意の組み合わせを含む揮発性または不揮発性メモリの任意の形を含み得る。 
【００４２】
車両の領域のいずれかにおいて、含まれ得るセンサ装置の種類の例は、イメージング／ナビゲーションセンサ１１０Ａ（例えば、ビデオカメラ、レーダー、ＬｉＤＡＲ、測距装置または他の近接センサ、速度センサ、加速度計、赤外線検知、音響検知（超音波センサを含む）、ＧＰＳなど）と環境／ユーザインタフェースセンサ１１０Ｂ（例えば、マスエアフロー、エンジンの速度、加速、ブレーキ、トラクション、酸素、燃料の温度、圧力、電圧、ステアリングホイール位置、着座位置、視線追跡など）とを含む。イメージング／ナビゲーションセンサ１１０Ａは、通信ブリッジ１１２Ａによってネットワークにデータを提供し、環境／ユーザインタフェースセンサ１１０Ｂは、通信ブリッジ１１２Ｂによってネットワークにデータを提供する。以下にさらに詳細に説明されるように、これらの通信ブリッジは、制御モジュールのうち一方または両方に、潜在的に大量のセンサデータを容易に伝送するように通信プロトコルにより構成され得る。この例が１または複数のスイッチを介して２つまたはそれより多くのポイントツーポイントリンクによって制御モジュールのうち１つに接続されるいくつかのセンサを示す一方、他のセンサは、あらゆる介在スイッチを経ることなく単一ポイントツーポイントリンクによって制御モジュールに接続され得て、介在スイッチは、車両ネットワークにわたって大量のデータを移動することを回避し、潜在的にネットワークの輻輳を低減する「エッジ処理」に用いられ得る。
【００４３】
典型的に、１または複数の制御モジュールにデータを提供するように、および／または１または複数の制御モジュールにより制御されるように構成されることもできる車両の多くのサブシステムがある。例えば、これらのサブシステムの一部は、車両のシャーシ、車輪またはパワートレイン（例えば、駆動源、サスペンション、駆動シャフト、車軸および排気システムを含む）に関連し得る。内燃エンジン、電動モータ、または内燃エンジンと電動モータとの組み合わせなどの駆動源は、１または複数の車輪に推進力として運動エネルギーを提供するよう動作可能であり得る。ネットワークと通信する多くの運転者制御（例えば、パワーアップ／点火、ステアリング、加速、およびブレーキ）およびディスプレイ、または他のユーザインタフェース入出力要素もあり得る。また、自動車以外の代替的種類の車両は、航空機用のプロペラなどの他の種類の推進のためのサブシステムを含む他のサブシステムを含み得る。これらのサブシステムの様々なモジュールのいずれかは、１または複数の制御モジュールに送信される、または１または複数の制御モジュールから送信される信号に基づいて少なくとも部分的に制御される電子的に制御可能なモジュールであり得る。異なるネットワークセグメントにおいてこれらのサブシステムと関連付けられる通信ノードは、パワートレイン、車輪、またはその両方などの他のサブシステムと通信し、例えば、車両１００を加速、減速、ステアリング、あるいは制御するなど、車両１００を制御する。
【００４４】
ネットワークの異なるノードを接続する様々な種類の通信媒体があり得る。スイッチと通信ブリッジとは、エンコードされた信号（例えば、適切なプロトコルによって伝送された波の振幅および／または位相を用いてエンコードされた信号）を伝送するためのケーブルにより相互接続され得る。いくつかの場合において、異なる種類のノード間には異なる種類のケーブルがあり得て、その一部は、長さ、帯域幅容量、および／またはシールド材料などの異なる物理的特性を有し得る。例えば、１つの種類のケーブル１１４は、センサブリッジとスイッチとの間で用いられ得て、別の種類のケーブル１１６は、異なるスイッチ間で用いられ得る。ケーブルは、電気配線および／または光ファイバなどの１または複数の通信媒体を含み得る。スイッチと通信ブリッジは、層状プロトコルスタックにおける特定の通信プロトコルによって適切な機能を供給する回路を含むように構成され得る。例えば、ＰＨＹ層プロトコルは、通信媒体に信号を伝送する回路と通信媒体から信号を受信する回路とを含むトランシーバにより用いられ得る。いくつかの実装において、別個の伝送器回路と受信器回路とがあり、伝送器または受信器が通信媒体に積極的にアクセスするかを制御する回路がある。ＭＡＣ層は、トランシーバによる通信媒体へのアクセスを制御する媒体アクセスコントローラにより用いられ得る。媒体アクセスコントローラ、および／またはトランシーバのタイミングを制御する他の回路（例えば、ＭＡＣ層および／またはＰＨＹ層の片方または両方における回路）は、スイッチ１０４Ｂと通信ブリッジ１１２Ｂとの間にリンク１１８を構成し、大量のセンサデータをアップストリームに効率的に流すための利用可能帯域幅の不均等な分割を提供することができる。電力を供給するケーブルなど、他の種類のケーブルも車両１００に含まれ得る。例えば、制御スイッチ、制御モジュール、センサは、電力供給ネットワークによってパワートレインから電力を受信するように構成され得る。
【００４５】
図２は、図１の車両１００などの制約された環境におけるネットワークの２つのノード間の通信リンクの例を示す概略図である。電気伝送路２００（例えば、一緒にツイストされた絶縁材料により囲まれた２つの導線を含むツイストされたペア）は、ダウンストリームノード２０２Ａとアップストリームノード２０２Ｂとの間に共有ポイントツーポイント接続を提供する。ダウンストリームノード２０２Ａは、伝送路２００の端部に（または端部に近接して）結合されるトランシーバ２０４Ａを含み、アップストリームノード２０２Ｂは、伝送路２００の端部に（または端部に近接して）結合されるトランシーバ２０４Ｂを含む。各トランシーバは、伝送路２００に電磁信号（例えば、電圧信号）を伝送するように構成される伝送器回路と、伝送路２００から電磁信号を受信するように構成される受信器回路とを含む双方向インタフェースを含む。伝送路２００にトランシーバを結合するトランシーバおよびインタフェース回路は、いくつかの実装において、物理層規格に従うように構成されるＰＨＹデバイス内に統合される。ダウンストリームノード２０２Ａは、トランシーバ２０４Ａを制御するように構成される媒体アクセスコントローラ２０６Ａを含み、アップストリームノード２０２Ｂは、トランシーバ２０４Ｂを制御するように構成される媒体アクセスコントローラ２０６Ｂを含む。この例において、ダウンストリームノード２０２Ａは、ブリッジにより直接的に、または１または複数のスイッチにより１または複数の追加リンクにより間接的にセンサ２１０と通信し、アップストリームノード２０２Ｂは、ネットワークコントローラにより直接的に、または１または複数のスイッチにより１または複数の追加リンクにより間接的にプロセッサ２１２（制御モジュール内のプロセッサなど）と通信する。 
【００４６】
センサにより収集されるデータの量と、データが制御モジュールまたはプロセッサなどのネットワークにおけるアップストリームノードに到達するのに必要な速度とによって、ネットワークの少なくとも一部のリンクが、アップストリーム方向において利用可能帯域幅に著しく大きい共有と、ダウンストリーム方向においてより小さい共有とを提供するように構成されることは有効である。そのため、ノード２０２Ａおよび２０２Ｂにより用いられるプロトコルは、示されるように、ダウンストリームノード２０２Ａからアップストリームノード２０２Ｂに帯域幅のより大きい共有を提供するように設計され得る。図３は、アップストリームノード３０２Ａとダウンストリームノード３０２Ｂとの間の通信パターン３００の例を示すラダー図である。センサデータ３０４は、センサ装置などのダウンストリームノードで受信され、アップストリームに送信される際に、ストレージデバイス（例えば、揮発性および／または不揮発性メモリ）において一時的に格納またはバッファされるか、または顕著な量のセンサデータ３０４のうちいずれのストレージも必要とすることなく直接ストリーミングされ得る。いくつかの場合において、センサ装置は、センサデータが効率的な方式でアップストリームに送信される（例えば、そうでなければ未使用であろう帯域幅を浪費することなく）双方向通信の間に、センサデータ３０４の少なくとも一部を収集する。
【００４７】
ダウンストリームノード３０２Ｂがセンサデータ３０４を受信した後、リンク設定フェーズがあり、この例においては最初の期間３０６にわたって発生する。ダウンストリームノード３０２Ｂは、この例においてリンク設定を開始（３０８）するが、他の例において、アップストリームノード３０２Ａはリンク設定を開始してよい。いくつかの実装において、ノードは、「マスタ」ノードとして動作する１つのノード（例えば、ダウンストリームノード）と、「スレーブ」ノードとして動作する別のノード（アップストリームノード）とで構成され、マスタノードはリンク設定を開始する。設定フェーズは、リンクの様々な特性が確立されている「ハンドシェイク」プロトコルによって進められ得る。この例において、それらの特性は、ダウンストリームおよびアップストリームタイムスロットの交互のセットの期間を含む。タイムスロット情報３１０は、アップストリームタイムスロットとダウンストリームタイムスロットとの選択された期間を示す値を含む。代替的に、タイムスロット期間のうち１つ（例えば、より長いアップストリームタイムスロット）は予め定められ得て、他のタイムスロット期間（例えば、より短いダウンストリームタイムスロット期間）は、マスタノードにより決定され、スレーブノードに送信され得る。代替的に、マスタノードは、アップストリームタイムスロットとダウンストリームタイムスロットとの間の選択されたタイムスロット比を決定および送信し得る。比は、いくつかの場合においては帯域幅の均等な分割（すなわち１：１のタイムスロット比）を含む異なる場合に異なるレベルの帯域幅を共有する（例えば、２：１，５０：１，１００：１，１０００：１など）ことを可能にするように構成可能であり得る。比は、異なるリンクに対して異なり得て、および／または同一リンクによる異なるセッションに対して変化し得る。
【００４８】
他のリンク構成は、設定フェーズの間に実行され得る。例えば、マスタノードは、トレーニングシーケンスでエンコードされた信号をスレーブノードに送信し得る。また、ノードは、同期手順を実行し、１つのノードのタイミングモジュールを、他のノードのタイミングモジュールに同期し得る。例えば、スレーブノードは、スレーブタイミングモジュール２１４Ｂ（例えば、トランシーバ２０４Ｂにより用いられるクロック）のタイミング信号を、マスタタイミングモジュール２１４Ａ（例えば、トランシーバ２０４Ａにより用いられるクロック）のタイミング信号に固定する手順を実行し得る。クロックの固定は、クロックの周波数の固定を含み得る。いくつかの実装において、設定フェーズは、安全上の理由から、車両内の通信のレイテンシを減少させ、迅速な応答を可能にすべく、最小動作（例えば、確認応答メッセージまたは他の不要な通信の数を減らす）を含む。 
【００４９】
この例において、リンクがアクティブである期間は、タイムスロットの３つの種類に分割される。ダウンストリームタイムスロット３１２は、制御モジュールから送信されるコマンドおよび制御情報に対して十分な帯域幅を提供するために十分長い期間を有する。アップストリームタイムスロット３１６は、センサ装置からセンサデータを送信するために帯域幅の顕著な共有（例えば、いくつかの場合、帯域幅の９０％より多い、または帯域幅の９９％より多い）を確保するのに十分長い期間を有する。いくつかの実装において、アップストリーム帯域幅は１０Ｇｂｐｓであり、ダウンストリーム帯域幅は１００Ｍｂｐｓである。ダウンストリームおよびアップストリームタイムスロットは交互であり、異なる種類のタイムスロットの各々の間にアイドルタイムスロット３１４を有する。センサデータ３０４は、場合によってはネットワークにわたって１または複数の追加リンクを介して、各アップストリームタイムスロットの後にアップストリームノード２０２Ｂからプロセッサ２１２に送信され得るか、あるいは、セッションが終了した後または予め定められた数のタイムスロットもしくは予め定められ量の時間の後に送信されるべきセンサデータ３０４をバッファし得る。
【００５０】
アイドルタイムスロット３１４の目的は、伝送路２００の不完全に終端された端部からの反射に十分な時間を許容し、十分低い振幅まで弱くすることである。いくつかの他のシステムにおいて、反射は、トランシーバと伝送路との間のインタフェースでエコー除去を実行するなどの他の方法で行われる。しかし、エコー除去を実装するために要求される追加の複雑さ、コスト、および重みは、一部のシステムにおいては適切でない場合がある。様々な環境において用いられる設計である通信プロトコルに対して、反射が消えるのに十分な時間を許容することは常に実用的なわけではない。しかし、伝送路の最大長要件（例えば、５０メートルより短い、または１５メートルに等しいかそれより短い）など環境における特定の制約が事前に想定される場合、その後通信プロトコルはそのようなサイズが制約された環境に最適化され得る。
【００５１】
信号の歪みは、伝送路の不完全に終端された端部からの反射（「エコー」とも呼ばれる）によって、伝送路で通信する場合に発生し得る。例えば、ノードは、特定のインピーダンスにより特徴付けられる伝送路の端部に接続されているトランシーバまたは他の物理層コンポーネントのインタフェースを有し得る。そのインピーダンスが伝送路の特性インピーダンスに実質的に等しい場合、伝送路のその端部は、「インピーダンスが整合された」と言われる。伝送路のインピーダンスが整合された終端により、伝送路の端部に達する信号から反射される電力はほとんどないか、または存在しない。伝送路の一方または両方の端部のインピーダンスが完全に整合されていない場合、伝送路の他の端部に逆方向で伝搬する反射が発生する。エコー除去器は、インタフェースの追加の回路を用いてそのような反射を減じるように設計される。 
【００５２】
エコー除去器なしの実装の場合（例えば、上記の理由から）でも、アップストリーム及びダウンストリームタイムスロット間で十分に長いアイドルタイムスロットを強化することにより、反射により発生する歪みを回避することがまだ可能である。例えば、各ラウンドトリップ（すなわち、伝送路の両端部からの反射）が、その信号の電力をそのラウンドトリップの前にその電力の１０％に減少させ、３回のラウンドトリップは０．１％の電力低減をもたらす。このレベルの電力低減は、サイズが制約された環境において動作するように設計されたいくつかのプロトコルで実現され得て、当該プロトコルは、３０ｍの３回のラウンドトリップに十分長いアイドルタイムスロットを有する、１５メートルまたはそれより短い伝送路の長さを想定する。約５ナノ秒／分と想定される伝送路の伝播時間（真空における光の伝播時間であるおよそ３．３ナノ秒／分よりわずかに大きい）で、アイドルタイムスロットは少なくとも約４５０ナノ秒でなければならない。そのため、プロトコルは、アイドルタイムスロット３１４が約０．５から１．０マイクロ秒であることを許容し得る。
【００５３】
図４を参照すると、本明細書に説明されるように、伝送路によってトランシーバ間でデータを双方向に伝送する手順４００の例である。手順４００は、設定フェーズ４０２の間の第１のトランシーバと第２のトランシーバとの間の通信を含み、設定フェーズ４０２では、第１のトランシーバと第２のトランシーバとの間で情報が交換される（例えば、ＭＡＣ層により）。交換された情報は、タイムスロットの相対期間（例えば、アップストリームタイムスロットまたはダウンストリームタイムスロットの選択された期間のうち少なくとも１つ、あるいはアップストリームタイムスロットとダウンストリームタイムスロットとの間の選択されたタイムスロット比）を示す値を含む。手順４００は、双方向通信フェーズ４０４の間、値に従って決定されるタイムスロット内で、第１のトランシーバと第２のトランシーバとの間で通信することを含む。タイムスロットは、第１のトランシーバが第２のトランシーバにデータを伝送する（４０６Ａ）アップストリームタイムスロットと、第２のトランシーバが第１のトランシーバにデータを伝送する（４０６Ｂ）ダウンストリームタイムスロットとを含む。いくつかの場合において、ダウンストリームタイムスロットはアップストリームタイムスロットより短い。また、隣接するアップストリームとダウンストリームタイムスロットとを分離するアイドルタイムスロットがあり、この間に両方のトランシーバは、伝送路により伝送することなく、アップストリームタイムスロットの後に待機して（４０８Ａ）、ダウンストリームタイムスロットの後に待機する（４０８Ｂ）。所定の量のセンサデータが送信された後など、通信位相４０４の任意の数のラウンドの後の任意の時点において、ＭＡＣ層は、トランシーバ間の通信セッションを終了し得る。
【００５４】
本明細書に説明される技術は、イーサネットプロトコルなど、ＰＨＹ層、ＭＡＣサブレイヤまたは両方において用いられる１または複数のプロトコル、またはポイントツーポイントリンクに用いられる共有通信媒体によって双方向通信を容易にするあらゆる他のプロトコルを含む様々な種類のプロトコルのいずれかと互換性のある方式で実装され得る。伝送路は、様々な制約された環境に適切な特性を有するように選択され得る（例えば、シールド、グランド）様々な種類のケーブルのいずれかを用いて実装され得る。例えば、信号は、１つのワイヤはグランドされており、他のワイヤは所望の電圧信号をもたらすようにグランドワイヤに関して電圧を搬送するシングルエンド構成において、または両方のワイヤがその差が所望の電圧信号をもたらす補償電圧を搬送する差動構成において、１つのペアのワイヤ間の電圧として伝送され得る。
【００５５】
本開示は特定の実施形態に関連して説明されているが、本開示は開示されている実施形態に限定されるものではなく、むしろ、法律の下で認められるような全ての変形および同等な構造を包含するように最も広い範囲の解釈を与える添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれる様々な変形および同等な構成をカバーすることを意図していることを留意されたい。
【図１】
2020150544.tif 000003
【図２】
2020150544.tif 000004
【図３】
2020150544.tif 000005
【図４】
2020150544.tif 000006
【外国語明細書】
2020150544000001.pdf