DE-102024003637-A1 - Verfahren zum Betrieb eines Datennetzwerks eines Kraftfahrzeugs, Computerprogrammprodukt, Datennetzwerk sowie Kraftfahrzeug

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zum Betrieb eines Datennetzwerkseines Kraftfahrzeugs, wobei das Datennetzwerk eine Mehrzahl an Steuergeräten sowie wenigstens einen zwischengeschalteten Ethernet-Switch aufweist, wobei in dem Datennetzwerk Datenpakete von oder zu den Steuergeräten gesendet werden, wobei das Datennetzwerk in verschiedene Segmente eingeteilt wird, wobei den jeweiligen Segmenten spezifische VLAN-IDs zugewiesen werden, wobei die Steuergeräte derart konfiguriert sind, dass sie in einem oder in mehreren Segmenten arbeiten.

Inventors

• Julian Müller
• Hartmut Guenther
• Dongdong Yu
• Janosch Schwarz
• Oliver Glodd

Assignees

• Mercedes-Benz Group AG

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241107

Claims (8)

1. Verfahren zum Betrieb eines Datennetzwerks (4) eines Kraftfahrzeugs (2), wobei das Datennetzwerk (4) eine Mehrzahl an Steuergeräten (ECU1 - ECU6) sowie wenigstens einen zwischengeschalteten Ethernet-Switch (6.1, 6.2, 8.1, 8.2) aufweist, wobei in dem Datennetzwerk Datenpakete (12.1, 12.2, 12.3) von oder zu den Steuergeräten (ECU1 - ECU6) gesendet werden, dadurch gekennzeichnet , dass das Datennetzwerk (4) in verschiedene Segmente (A-J) eingeteilt wird, wobei den jeweiligen Segmenten spezifische VLAN-IDs (1 - 127) zugewiesen werden, wobei die Steuergeräte (ECU1 - ECU6) derart konfiguriert sind, dass sie in einem oder in mehreren Segmenten (A-J) arbeiten.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass der wenigstens eine Ethernet-Switch (6.1, 6.2, 8.1, 8.2) VLAN-Grenzen in den an ihn angeschlossenen Steuergeräten (ECU1 - ECU6) erkennt und beim Routing von Datenpaketen (12.1, 12.2, 12.3) durchsetzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , dass das Datennetzwerk (4) wenigstens einen VLAN-fähigen Router aufweist, wobei der Router über ihn laufende Datenpakete (12.1, 12.2, 12.3) mithilfe wenigstens einer VLAN-Zugangsliste steuert.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Datennetzwerk (4) redundante Kommunikationsverbindungen aufweist, wobei mithilfe von VLAN-IDs ein Routing über nur eine der Kommunikationsverbindungen stattfindet.
5. Verfahren nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet , dass der wenigstens eine Ethernet-Switch (6.1, 6.2, 8.1, 8.2) mithilfe einer Lernmethode die redundanten Kommunikationsverbindungen lernt und mehr als einen Pfad zu einem Steuergerät (ECU1 - ECU6) definiert.
6. Computerprogrammprodukt, mit einem computerlesbaren Speichermedium, auf dem Befehle eingebettet sind, die, wenn sie von wenigstens einer Recheneinheit ausgeführt werden, bewirken, dass die wenigstens Recheneinheit dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen.
7. Datennetzwerk (4) mit wenigstens einem Computerprogrammprodukt nach Anspruch 6 .
8. Kraftfahrzeug (2) mit wenigstens einem Datennetzwerk (4) nach Anspruch 7 .

Description

Beschrieben werden ein Verfahren zum Betrieb eines Datennetzwerks eines Kraftfahrzeugs, ein Computerprogrammprodukt, ein Datennetzwerk sowie ein Kraftfahrzeug. Verfahren zum Betrieb eines Datennetzwerks eines Kraftfahrzeugs, Computerprogrammprodukte, Datennetzwerke sowie Kraftfahrzeuge der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik bekannt. Moderne Kraftfahrzeuge sind immer stärker vernetzt. Das bedeutet, dass der Bedarf an Datenübertragungskapazität und Netzwerkanschlüssen immer größer wird. Netzwerkinfrastrukturen weisen eine Vielzahl unterschiedlicher Komponenten auf, die die Netzwerktopologie immer komplexer werden lassen und die hierdurch bedingt auch Probleme haben können. Ein bekanntes Problem ist die sog. Netzwerkschleifenbildung, auch als „Switching Loop“ oder „Broadcast Storm“ bekannt. Netzwerkschleifenbildung tritt auf, wenn es in einem Netzwerk mehrere Pfade zwischen verschiedenen Switches gibt, wodurch es vorkommen kann, dass Datenpakete endlos im Netzwerk zirkulieren. Dies kann zu einer Überlastung des Netzwerks führen, da die Pakete immer wieder gesendet werden und die Netzwerkbandbreite vollständig auslasten. Ein typisches Szenario für Netzwerkschleifenbildung ist, wenn zwei oder mehr Switches versehentlich oder aus Redundanzgründen über mehrere Verbindungen miteinander verbunden sind. Ohne Mechanismen zur Schleifenvermeidung können diese Schleifen zu erheblichen Netzwerkproblemen führen, einschließlich der Unfähigkeit, Daten korrekt zu übertragen und einer allgemeinen Verlangsamung des Netzwerks. Desweiteren ist es bekannt, ein Virtual Local Area Network (VLAN) gemäß dem IEEE-Standard 802.1Q zu verwenden. Dies ist eine Methode zur Netzwerksegmentierung, die es ermöglicht, ein physisches Netzwerk in mehrere logische Netzwerke zu unterteilen. Diese Segmentierung erfolgt durch das Hinzufügen eines speziellen Tags zu Datenpaketen, die durch das Netzwerk gesendet werden. Dieses Tag, auch als VLAN-Tag bekannt, enthält Informationen über die VLAN-Zugehörigkeit des jeweiligen Frames. Der IEEE 802.1Q Standard definiert das Format dieses Tags und die Regeln für dessen Verwendung. Ein VLAN-Tag besteht aus einem 4-Byte-Header, der zwischen dem Quell-MAC-Adressfeld und dem Typ/Längenfeld des Ethernet-Frames eingefügt wird. Dieser Header enthält unter anderem ein 12-Bit-Feld, das die VLAN-ID (VID) angibt. Diese VLAN-ID ermöglicht es den Netzwerkgeräten, den Frame dem entsprechenden VLAN zuzuordnen. Aus der US 2011/080915 A1 sind Netzwerktechniken bekannt, die Domänen in einem Ringnetzwerk automatisch virtuelle lokale Netzwerke zuweisen können. In einem Beispiel umfasst ein Verfahren das Empfangen einer Vielzahl von Dateneinheiten, die von einer Vielzahl von Transportknoten auf dem Ringnetzwerk übertragen werden, durch einen Kontrollknoten in einem Ringnetzwerk, wobei jede Dateneinheit Profilinformationen umfasst, und das automatische Zuweisen eines VLAN zu einer von mehreren Domänen, die auf dem Ringnetzwerk auf der Grundlage der Profilinformationen eingerichtet sind. Problematisch ist, dass in modernen Kraftfahrzeugen sporadisch Störungen von wichtigen Systemen aufkommen, da durch die immer komplexer werdende Netzwerkarchitektur und den immer größer werdenden Kommunikationsbedarf Dimensionierung, Komplexität und damit Fehleranfälligkeit der Datennetzwerke in Kraftfahrzeugen steigen. Somit stellt sich die Aufgabe, Verfahren zum Betrieb eines Datennetzwerks eines Kraftfahrzeugs, Computerprogrammprodukte, Datennetzwerke sowie Kraftfahrzeuge der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass diese sicherer, schneller, energiesparender und zuverlässiger sind. Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Datennetzwerks eines Kraftfahrzeugs gemäß Anspruch 1, ein Computerprogrammprodukt gemäß dem nebengeordneten Anspruch 6, ein Datennetzwerk gemäß dem nebengeordneten Anspruch 7 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß dem nebengeordneten Anspruch 8. Weiterführende Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Beschrieben wird ein Verfahren zum Betrieb eines Datennetzwerks eines Kraftfahrzeugs, wobei das Datennetzwerk eine Mehrzahl an Steuergeräten sowie wenigstens einen zwischengeschalteten Ethernet-Switch aufweist, wobei in dem Datennetzwerk Datenpakete von oder zu den Steuergeräten gesendet werden, wobei das Datennetzwerk in verschiedene Segmente eingeteilt wird, wobei den jeweiligen Segmenten spezifische VLAN-IDs zugewiesen werden, wobei die Steuergeräte derart konfiguriert sind, dass sie in einem oder in mehreren Segmenten arbeiten. Durch die Verwendung von VLANs ist es möglich, Netzwerkschleifenbildung innerhalb von automobilen Datennetzwerken zu verhindern, was die Stabilität und Zuverlässigkeit des Datennetzwerks erheblich erhöht. Das Verfahren ist dadurch insbesondere für systemkritische Datenübertragungen besser geeignet als herkömmliche Systeme. Des Weiteren ist es möglich, die Segmentierung zur Schaffung von Domänen zu nutzen, die voneinander isoli