ES2948394T3 - Redes de área local inalámbricas para vehículos - Google Patents

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Stephen Mccann
Michael Peter Montemurro
James Randolph Winter Lepp
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Abstract

En algunos ejemplos, un vehículo incluye una pluralidad de controladores de red, una red de área local inalámbrica (WLAN) WI-FI a través de la cual al menos un primer controlador de red y un segundo controlador de red de la pluralidad de controladores de red deben comunicarse, en donde un enlace entre el primer controlador de red y el segundo controlador de red a través de la WLAN WI-FI hay un enlace sincronizado. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Redes de área local inalámbricas para vehículos
Campo técnico
La invención se refiere a un vehículo y a un método relacionado con un vehículo.
Antecedentes
En un vehículo, unidad de control electrónico (ECU) puede referirse a un sistema integrado que controla uno o más subsistemas en el vehículo. Tradicionalmente, las ECUs se conectan mediante conectores cableados con comunicaciones de datos realizadas a través de un bus de campo. Un vehículo puede incluir potencialmente una gran cantidad de ECUs.
El documento EP2988467 A1 describe una autenticación inalámbrica fuera de banda para una red de área con controlador de una máquina móvil, tal como un tractor. La red de área con controlador comprende una unidad de control electrónico, ECU, de ordenador de a bordo y una ECU de pasarela equipada con funcionalidad inalámbrica para permitir comunicaciones inalámbricas a través de una red inalámbrica 26. La ECU del ordenador de a bordo y la ECU de pasarela pueden transferir (y sincronizar) uno o más tipos de datos, tales como datos operativos de campo, datos de firmware/calibración, datos de registro y/o datos multimedia (por ejemplo, de un sensor, tal como una cámara). Seunghwan Lee et al, "Performance of WLAN 802.11B Standard at In-Vehicle Environment", Actas de la 6.a conferencia internacional sobre telecomunicaciones de ITS, 2006, páginas 1110 - 1113, analiza el rendimiento de la comunicación WLAN IEEE 802.11b entre un punto de acceso y un equipo móvil para una comunicación en el vehículo entre ECUs del vehículo y un controlador central de la carrocería para implementar un sistema de control inalámbrico del vehículo.
Compendio
En consecuencia, se proporciona un vehículo según se detalla en la reivindicación 1 y un método según se detalla en la reivindicación 12 y un medio de almacenamiento legible por máquina no transitorio según se detalla en la reivindicación 14. En las reivindicaciones dependientes se proporcionan características ventajosas.
Breve descripción de los dibujos
Se describen con respecto a las siguientes figuras algunas implementaciones de la presente exposición.
La figura 1 es un diagrama de bloques de un vehículo que incluye ECUs y controladores de red de las ECUs que se interconectan mediante una red de área local inalámbrica del vehículo, según algunos ejemplos.
La figura 2 es un diagrama de bloques de un controlador de red según algunos ejemplos.
La figura 3 es un diagrama de bloques de un ejemplo de disposición que incluye una red de área local inalámbrica para vehículos y buses de campo, según otros ejemplos.
A lo largo de los dibujos, números de referencia idénticos designan elementos similares, pero no necesariamente idénticos. Las figuras no se han representado necesariamente a escala y el tamaño de algunas partes puede haberse exagerado para ilustrar más claramente el ejemplo que se muestra. Además, los dibujos proporcionan ejemplos y/o implementaciones consistentes con la descripción; sin embargo, la descripción no se limita a los ejemplos y/o implementaciones proporcionados en los dibujos.
Descripción detallada
En la presente exposición, el uso del término "un", "una" o "el/la" pretende incluir también las formas plurales, a menos que el contexto indique claramente lo contrario. Además, el término "incluye", "incluyendo", "comprende", "comprendiendo", "tiene" o "teniendo" cuando se usa en esta exposición especifica la presencia de los elementos indicados, pero no excluye la presencia o adición de otros elementos
Vehículo puede referirse a cualquier tipo de estructura de transporte para transportar carga y/o personas entre ubicaciones físicas diferentes. Los ejemplos de vehículos incluyen cualquiera o alguna combinación de los siguientes: un automóvil, un camión, una embarcación (por ejemplo, un bote, un yate, un barco, etc.), una aeronave, una nave espacial, un vehículo sobre raíles (por ejemplo, un tren), una unidad de transporte de carga (por ejemplo, un contenedor, un remolque, una plataforma, etc.) y otros.
Los ejemplos de unidades de control electrónico (ECUs) que se pueden incluir en un vehículo incluyen cualquiera o alguna combinación de los siguientes: un módulo de control del motor (ECM) para controlar el motor del vehículo, un módulo de control del tren de potencia (PCM) para controlar el tren de potencia del vehículo, un módulo de control de transmisión (TCM) para controlar la transmisión del vehículo, un módulo de control de frenos (BCM o EBCM) para controlar el subsistema de frenos del vehículo, un módulo de control central (CCM) para controlar funcionalidades específicas del vehículo, un módulo de sincronización central (CTM ) para controlar sincronizaciones de subsistemas en el vehículo, un módulo electrónico general (GEM) para controlar el subsistema eléctrico del vehículo, un módulo de control de la carrocería (BCM) para controlar el subsistema de estabilización del vehículo, un módulo de control de suspensión (SCM) para controlar el subsistema de suspensión del vehículo, una unidad de control de puertas para controlar las puertas del vehículo, una unidad de control de dirección asistida para controlar el subsistema de dirección asistida del vehículo, una unidad de control de asientos para controlar los asientos eléctricos del vehículo, una unidad de control de velocidad para controlar la velocidad del vehículo, un sistema de gestión de baterías para gestionar baterías del vehículo, una interfaz hombre-máquina (HMI) para proporcionar una interfaz a través de la cual un humano pueda interactuar con el vehículo, y así sucesivamente.
En algunos ejemplos, se utilizan buses de campo para interconectar las ECUs. Los ejemplos de buses de campo incluyen un bus de Red de Interconexión Local (LIN), un bus de Red de Área con Controlador (CAN), un bus FlexRay, un bus de Protocolo Activado por Tiempo (TTP), un bus ZigBee u otros.
Una red en un vehículo debe tener ciertas características para un rendimiento fiable del vehículo, incluidas una latencia baja (o latencia limitada) y una alta fiabilidad en la entrega de datos en el momento oportuno. Ciertas ECUs de un vehículo están relacionadas con la seguridad, como las ECUs que controlan el subsistema de frenos, el motor, la dirección asistida, la transmisión y otros subsistemas críticos del vehículo. Si los datos no se comunican oportunamente a través de la red del vehículo a las ECUs que controlan los subsistemas relacionados con la seguridad, entonces se puede producir una pérdida del control del vehículo que derive en accidentes.
Además de baja latencia y alta fiabilidad, la red de un vehículo también debe brindar seguridad (para reducir la probabilidad de que un pirata informático ataque los subsistemas del vehículo), redundancia para proteger contra fallos de una parte de la red, un alcance de comunicación reducido para evitar quedar comprometido por un pirata informático y otras características (expuestas más adelante).
La figura 1 es un diagrama de bloques de un vehículo 100 que incluye una red de área local inalámbrica (WLAN) 106 de un vehículo a la que se acoplan de forma inalámbrica varias ECUs 102, 104 y 120. Aunque en la figura 1 se representan tres ECUs, se observa que el vehículo 100 puede incluir menos o más de tres ECUs en otros ejemplos.
La WLAN 106 del vehículo puede ser una WLAN WI-FI (o más simplemente, una "red WI-FI") que incluye puntos de acceso (APs) inalámbricos 108 a los que las ECUs 102, 104 y 120 pueden conectarse de forma inalámbrica. AP se refiere a un dispositivo de red con el que puede asociarse un dispositivo inalámbrico para llevar a cabo comunicaciones de datos a través de un enlace inalámbrico entre el dispositivo inalámbrico y el AP. Las comunicaciones en una red WI-FI pueden estar de acuerdo con los estándares 802.11 del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE).
En algunos ejemplos, la red WI-FI puede ser una red de alta frecuencia y alto caudal, tal como según el estándar IEEE 802.11ay (Próxima Generación de 60 GHz), el estándar IEEE 802.11ad (Microondas WI-FI/WiGig), el estándar IEEE 802.11 aj (Caudal Muy Alto para Admitir Bandas de Frecuencia de Ondas Milimétricas Chinas (60 GHz y 45 GHz)) y otros. Tal como se usa aquí, una red WI-FI de "alta frecuencia" puede operar usando una portadora a una frecuencia superior o igual a 10 Gigahercios (GHz), en algunos ejemplos. Una red WI-FI de "alto caudal" puede transmitir datos a una velocidad de datos superior a una especificada, por ejemplo, 10 megabits por segundo (Mbps).
Alternativamente, una red WI-FI también puede operar usando señales de luz para comunicar datos de forma inalámbrica como una red de alta frecuencia y alto caudal. El grupo IEEE 802.11 bb (Comunicación por Luz) del IEEE 802.11 está desarrollando una propuesta para comunicaciones por luz en redes WI-FI.
El uso de las tecnologías IEEE 802.11ay, 802.11 aj y 802.11 bb puede proporcionar conexiones inalámbricas con bajos niveles de interferencia (y, por lo tanto, de congestión). En el caso de las comunicaciones por luz, la luz puede ser bastante direccional y cualquier objeto opaco puede mitigar la interferencia, es decir, la luz no suele atravesar paredes para interferir con otra red. En el caso del IEEE 802.11ay y el IEEE 802.11aj (60 GHz), se envían señales a baja potencia y con antenas direccionales. Como resultado de las transmisiones direccionales y las características de propagación de la frecuencia portadora de 60 GHz, se puede reducir la interferencia de redes cercanas.
Las capacidades de alto caudal, junto con otras características nuevas, de las tecnologías anteriores para implementar la red WI-FI 106 permiten proporcionar baja latencia y un comportamiento determinista para aplicaciones en vehículos. Esta es una desviación de la WLAN 802.11 tradicional, en la que la latencia y el comportamiento no determinista han impedido que la WLAN 802.11 se usase para aplicaciones sensibles al tiempo.
En algunos ejemplos, los APs 108 de la red WI-FI 106 están conectados a nodos 110 de red de la LAN 106 del vehículo. Los nodos 110 de red pueden incluir conmutadores, enrutadores, puentes, pasarelas y otros. Los nodos 110 de red se utilizan para transportar datos entre APs 108 y también entre un AP y otro destino, que puede estar fuera del vehículo 100. En otros ejemplos, los nodos 110 de red se pueden omitir y los APs 108 se pueden conectar entre sí.
Cada ECU 102, 104 o 120 incluye o está conectada a un controlador de red correspondiente. Por ejemplo, la ECU 102 está asociada a un controlador 112 de red, la ECU 104 está asociada a un controlador 114 de red y la ECU 120 está asociada a un controlador 122 de red. "Controlador de red" puede referirse a un dispositivo (por ejemplo, un chip de circuito integrado, un dispositivo electrónico, etc.) que puede usarse para llevar a cabo comunicaciones a través de la red WI-FI 106. El controlador de red puede implementarse usando un circuito de procesamiento de hardware, que puede incluir cualquiera o alguna combinación de lo siguiente: un microprocesador, un núcleo de un microprocesador multinúcleo, un microcontrolador, un dispositivo de circuito integrado programable, una matriz de puertas programables o cualquier otro circuito de procesamiento de hardware. Alternativamente, el controlador de red puede implementarse como una combinación de un circuito de procesamiento de hardware e instrucciones legibles por máquina (software y/o firmware) ejecutables en el circuito de procesamiento de hardware.
En la argumentación subsiguiente, se supone que el controlador 112 de red está incluido en la ECU 102, el controlador 114 de red está incluido en la ECU 104 y el controlador 122 de red está incluido en la ECU 120. En ejemplos alternativos, el controlador 112, 114 y/o 122 de red pueden estar separados de, pero conectados a, la ECU 102, 104 y/o 120 correspondiente.
La ECU 102 de ejemplo se usa para controlar un subsistema 116 de frenos del vehículo 100. La ECU 104 de ejemplo se usa para controlar una cámara 118 del vehículo 100. La ECU 120 de ejemplo se usa para controlar otro subsistema (no mostrado).
El uso de la red WI-FI 106 (incluso sobre distancias cortas en el vehículo 100) puede proporcionar un ahorro de costes en la fabricación, instalación y mantenimiento del vehículo, por ejemplo debido a la eliminación de un entramado de cableado convencional y los costes de mano de obra asociados a su instalación. Por ejemplo, al usar la red WI-FI 106, se pueden omitir cables que interconectan (algunas) ECUs.
Para rutas de comunicación más largas en un vehículo, la ruta se puede diseñar usando prismas, lentes, espejos y varias formas de reflectores. Los haces de luz utilizados para las comunicaciones de datos pueden ser estrechos o anchos, según los transductores ópticos utilizados y los niveles de aislamiento físico especificados. De manera correspondiente, los haces milimétricos utilizados para comunicaciones de datos también pueden ser estrechos o anchos según los transductores y el aislamiento del sistema.
En algunos ejemplos, cada ECU puede actuar como una estación IEEE 802.11 (por ejemplo, cada ECU tiene un chip de comunicaciones IEEE 802.11, en forma de un controlador de red respectivo dentro de ella) y se conecta a un AP IEEE 802.11, que a su vez está conectado a la red a través de un puente o conmutador.
Se observa que las conexiones inalámbricas forman una WLAN para automóviles y no funcionan como enlaces de punto a punto individuales en una configuración de estrella y concentrador. Por lo tanto, el tráfico de la cámara 118 puede fluir directamente a otra ECU (por ejemplo, 120), a través de la red WI-FI 106.
En algunos ejemplos, un requisito reglamentario del automóvil puede especificar que una cámara retrovisora debe activarse y transmitir vídeo a una pantalla de visualización antes de los 2 segundos (u otra duración) tras el encendido. Esto se puede lograr, en algunos ejemplos, usando cualquiera de las siguientes técnicas.
(1) Una solución WLAN de Experiencia de Conectividad Optimizada (OCE) proporcionada por la Alianza WI-FI. La OCE se basa en el IEEE 802.11 ai, lo que permite tiempos de establecimiento de conexión menores y optimizados.
(2) La cámara en una red IEEE 802.11 puede funcionar en un modo de ahorro de energía, y cuando la cámara se reactiva, un mensaje de activación de acuerdo con el IEEE 802.11ba (Wake Up Radio) puede informar a la ECU 104 de que hay una sesión de vídeo disponible. Esta señal de activación reactiva entonces el controlador de red de la ECU 104 desde un estado de menor potencia a un estado de mayor potencia.
Además, también se pueden conectar otros dispositivos a la ECU 104, de modo que un enlace pueda incluir varias fuentes de datos combinadas desde un área del vehículo 100 a otra área del vehículo 100.
Enlace sincronizado
Puede establecerse un enlace entre controladores de red a través de la red WI-FI 106. "Enlace" se refiere a una conexión lógica a través de la red WI-FI 106 entre controladores de red. De acuerdo con algunas implementaciones de la presente exposición, el enlace entre controladores de red es un enlace sincronizado. Un enlace sincronizado es un enlace que acopla múltiples dispositivos que tienen relojes (descritos más adelante) que están sincronizados entre sí. Obsérvese que un primer controlador de red puede mantener un enlace sincronizado con muchos otros controladores de red.
Como se muestra adicionalmente en la figura 1, el controlador 112 de red incluye un transceptor inalámbrico 130, el controlador 114 de red incluye un transceptor 132 y el controlador 122 de red incluye un transceptor 134. Un transceptor incluye un transmisor y un receptor para transmitir y recibir, respectivamente, señales. En ejemplos según la figura 1, los transceptores 130, 132 y 134 son transceptores inalámbricos que pueden comunicar señales inalámbricas.
Además, los controladores 112, 114 y 122 de red incluyen relojes 136, 138 y 140 respectivos. "Reloj" se refiere a un dispositivo que produce una señal oscilante que controla la temporización de una circuitería. Los controladores de red están sincronizados entre sí si sus respectivos relojes están sincronizados, es decir, los flancos de transición de los relojes están alineados entre sí en el tiempo (dentro de cierta tolerancia especificada).
En algunos ejemplos, la red WI-FI 106 puede incluir un reloj maestro 124. Los otros relojes (por ejemplo, 136, 138 y 140) del vehículo 100 se pueden sincronizar con el reloj maestro 124. El reloj maestro 124 se puede incluir en un nodo de red, tal como en un conmutador u otro tipo de nodo de red. Alternativamente, el reloj maestro 124 puede incluirse en una ECU que se designa como ECU central (por ejemplo, la ECU 120) o una ECU que se designa como ECU de reloj maestro.
El reloj maestro 124 se puede generar internamente en el vehículo 100, por ejemplo basándose en un oscilador del vehículo 100. Alternativamente, el reloj maestro 124 se puede generar basándose en información de una fuente externa, tal como satélites del GNSS (Sistema Global de Navegación por Satélite), un reloj atómico y otros.
En algunos ejemplos, la sincronización de las temporizaciones de los relojes del vehículo 100 puede ser acorde al estándar IEEE 802.1AS (también denominado "Protocolo de Tiempo de Precisión Generalizado").
En otros ejemplos, la sincronización de las temporizaciones de los relojes del vehículo 100 puede emplear técnicas diferentes.
La sincronización de los relojes de los controladores de red permite que operaciones de las ECUs se alineen en el tiempo entre sí, para proporcionar retardos de transmisión consistentes entre las ECUs.
Clase de acceso en tiempo real
De acuerdo con algunas implementaciones de la presente exposición, se puede definir una clase de acceso en tiempo real (o múltiples clases de acceso en tiempo real) para comunicar datos a través de la red WI-FI 106 del vehículo 100.
El IEEE 802.11 permite la definición de clases de acceso para distinguir diferentes tipos de tráfico que se comunicarán a través de una red WI-FI. Una clase de acceso también puede definir reglas de acceso al medio para la transmisión. Una clase de acceso en tiempo real (denominada AC_RT) según algunas implementaciones de la presente exposición se puede asociar a datos sensibles al tiempo que se comunicarán a través de la red WI-FI 106. La clase de acceso en tiempo real está asociada a un portador de WLAN en tiempo real utilizado para transportar tráfico de la clase de acceso en tiempo real.
Se observa que el tráfico puede cambiar dinámicamente entre diferentes clases de acceso, que se pueden configurar durante el aprovisionamiento de la red WI-FI 106.
La figura 2 muestra un controlador 200 de red de ejemplo, que puede ser cualquiera de los controladores 112, 114 y 122 de red de la figura 1. El controlador 200 de red incluye un reloj 202 y un transceptor 204, similares a los descritos en relación con la figura 1.
Además, el controlador 200 de red puede incluir una cola 206 de espera de AC_RT para almacenar temporalmente datos de acuerdo con la clase de acceso en tiempo real. Se pueden proporcionar diferentes colas de espera (no mostradas) para otras clases de acceso en el controlador 200 de red. Los datos almacenados temporalmente en la cola 206 de espera de AC_RT se pueden comunicar por medio de un enlace sincronizado 201 a través de la red WI-FI 106 entre controladores de red.
En algunos ejemplos, el enlace sincronizado 201 a través del cual se comunican datos de la cola 206 de espera de AC_RT, puede ser independiente o estar separado de otros enlaces lógicos utilizados para transportar datos de otras clases de acceso. Esto es para evitar que el tráfico síncrono (según la clase de acceso en tiempo real) se mezcle con tráfico asíncrono (por ejemplo, según las clases de acceso heredadas, AC_VI, AC_VO, etc.) en el mismo enlace lógico.
En otros ejemplos, si las capacidades de ancho de banda y temporización de la red WI-FI 106 que utiliza tecnologías de alta frecuencia y alto caudal son suficientes, entonces el tráfico de AC_RT y el tráfico de AC heredadas pueden compartir el mismo enlace, pero la red WI-FI 106 que utiliza tecnologías de alta frecuencia y alto caudal tendría que gestionarse con cuidado para garantizar que el tráfico de AC_RT mantenga su objetivo de amplitud operativa (por ejemplo, si la interferencia se convierte en un problema, es posible que el tráfico que no sea de AC_RT deba descartarse o almacenarse temporalmente).
En otros ejemplos con múltiples clases de acceso en tiempo real, el controlador 200 de red puede incluir múltiples colas 206 de espera de AC_RT respectivas.
En ejemplos en los que se definen múltiples clases de acceso en tiempo real, el IEEE 802.1Qbv proporciona un planificador 208 que tiene en cuenta el tiempo para que el tráfico de diferentes clases de acceso en tiempo real pueda transportarse a través de un enlace lógico. Por ejemplo, diferentes clases de acceso en tiempo real (por ejemplo, AC_RT0, AC_RT1) pueden mapearse con diferentes prioridades respectivas, como las prioridades de la tecnología de Redes Sensibles al Tiempo (TSN) IEEE 802.1. Las diferentes prioridades permiten que el planificador 208 seleccione datos almacenados temporalmente de múltiples colas 206 de espera de AC_RT para su transmisión por el enlace sincronizado.
De manera más general, el controlador 200 de red se puede configurar con parámetros de acceso a los medios para permitir que el controlador 200 de red transmita datos de acuerdo con una clase de acceso en tiempo real a través del enlace sincronizado 201.
Latencia
El controlador 200 de red incluye además una lógica 210 de segmentación y una lógica 212 de reensamblaje. La lógica 210 de segmentación divide datos de la cola 206 de espera de AC_RT en paquetes (también denominados unidades de datos de protocolo o PDUs) de un tamaño especificado (tamaño de segmentación). Los datos divididos pueden ser transmitidos por el controlador 200 de red en paquetes respectivos que tienen el tamaño de segmentación. Los datos de los paquetes recibidos (según los recibe el controlador 200 de red) pueden ser reensamblados por la lógica 212 de reensamblaje.
Si se desea una latencia más baja, se puede reducir el tamaño de segmentación. Por otro lado, si se puede tolerar una latencia más alta, se puede aumentar entonces el tamaño de segmentación.
En algunos ejemplos, la segmentación y el reensamblaje realizados por la lógica 210 de segmentación y la lógica 212 de reensamblaje pueden ser acordes al IEEE 802.11 ay, 802.11 aj u 802.11 bb. En otros ejemplos, se pueden emplear otras técnicas de segmentación y reensamblaje.
Seguridad
En algunos ejemplos, se puede implementar un esquema de seguridad IEEE 802.11 (por ejemplo, el Acceso WI-FI Protegido II o WPA2 o cualquier protocolo IEEE 802.11 configurado para usar una Red de Seguridad Robusta (RSN)) usando una lógica 214 de seguridad en el controlador 200 de red, donde el esquema de seguridad puede proporcionar un nivel de seguridad sobre un enlace mayor que el de muchas tecnologías por cable.
Cada ECU (u otro dispositivo) que se conecta a la red WI-FI 106 emplea un protocolo de seguridad y credenciales (por ejemplo, una contraseña, una clave, etc.) para conectarse a esa red WI-FI 106. El protocolo de seguridad o bien puede basarse en estándares o bien puede ser privativo.
Es posible que una sola red WI-FI 106 utilice varios protocolos de seguridad al mismo tiempo, suponiendo nuevamente que un servidor de autenticación también puede admitir los múltiples protocolos de seguridad.
Un dispositivo (cualquiera de los nodos 110 de red, por ejemplo) en la red WI-FI 106 puede actuar como servidor de autenticación (posiblemente ubicado junto con una de las ECUs primarias), de modo que se pueden gestionar ECUs y dispositivos que se conectan a y desconectan de la red WI-FI 106. El servidor de autenticación también puede autenticar los controladores de red en las ECUs. En otros ejemplos, se pueden utilizar mecanismos como la Introducción de Red del Protocolo de Aprovisionamiento de Dispositivos (DPP) de la Alianza WI-FI o una Clave Pública de Establecimiento Inicial Rápido de Enlace (FILS) (definida en el IEEE 802.11 ai) para permitir que las ECUs se autentiquen a través de una WLAN. Los dispositivos se pueden aprovisionar con un par de clave pública/clave privada firmado por una Autoridad de Certificación (CA) en la que confía el vehículo para llevar a cabo la autenticación. En otros ejemplos, los dispositivos también se pueden aprovisionar con una frase de contraseña que les permita autenticarse.
Aprovisionamiento
Una nueva ECU (u otro dispositivo, tal como un controlador de red) colocado en el vehículo 100 puede ser aprovisionado por un servidor de aprovisionamiento (por ejemplo, cualquiera de los nodos 110 de red) con requisitos o parámetros para operar a través de la red WI-FI 106. El aprovisionamiento se puede lograr de muchas maneras, utilizando protocolos tales como el DPP. Esto se puede lograr en el momento del ensamblaje del dispositivo o ECU, o cuando se añade un dispositivo o ECU al vehículo 100. Alternativamente, un dispositivo o ECU se puede aprovisionar de forma remota, tal como a través de un enlace celular u otro enlace inalámbrico.
Cada ECU (u otro dispositivo) que se une a la red WI-FI 106 del vehículo se puede asociar a un perfil que se aprovisiona y configura para la red WI-FI 106. En algunos ejemplos, un perfil puede incluir información relacionada con la potencia de transmisión, el uso del ancho de banda de la red, la admisión de un protocolo de Control de Acceso al Medio (MAC) y otros. El perfil también puede incluir información relacionada con una operación de la ECU u otro dispositivo. Por ejemplo, para una cámara, el perfil puede especificar una resolución de la imagen.
Se puede utilizar una técnica fuera de banda (tal como el DPP) para aprovisionar el perfil con la ECU (u otro dispositivo). Después de que la ECU (u otro dispositivo) se haya aprovisionado con el perfil, la ECU (u otro dispositivo) después de iniciarse (por ejemplo, encendido, reinicialización, etc.) se configura correctamente para conectarse a la red WI-FI 106. Una vez que una ECU (o dispositivo) está aprovisionada, la misma puede configurar una conexión segura con la red WI-FI 106.
También hay otras formas de aprovisionar ECUs (u otros dispositivos), por ejemplo, utilizando una técnica manual o conectando una ECU (u otro dispositivo) a una red externa (por ejemplo, en un garaje o planta de fabricación).
Ahorro de energía
Puede implementarse un ahorro de energía en las ECUs (u otros dispositivos) en la red WI-FI 106. Dado que se utiliza una tecnología inalámbrica, las ECUs (u otros dispositivos) se pueden alimentar con baterías (o se pueden alimentar con otras fuentes de energía alternativas). En algunos ejemplos se pueden usar esquemas de ahorro de energía IEEE 802.11.
En otros ejemplos, el propio vehículo 100 puede proporcionar entradas ambientales. Por ejemplo, cuando el vehículo 100 está parado, señales de un(os) sensor(es) 150 de a bordo pueden indicar a las ECUs (u otros dispositivos, como los controladores de red) que pueden permanecer en un estado de bajo consumo de energía hasta que el vehículo 100 comience a moverse de nuevo. Dicha información de ahorro de energía se puede transmitir a través de una red/bus de alimentación, usando un esquema como las radiocomunicaciones de reactivación [wake-up radio] definido por el IEEE 802.11ba o por otro método.
Un controlador de red dentro de una primera ECU puede apagarse cuando el vehículo 100 está apagado, y un controlador de red dentro de una segunda ECU puede encenderse cuando el vehículo 100 está apagado.
Descubrimiento
Cuando o bien se añade o bien se elimina una ECU (o dispositivo) de la red WI-FI 106 del vehículo, se puede llevar a cabo un proceso de descubrimiento. El proceso de descubrimiento se puede llevar a cabo en respuesta a cualquiera de los siguientes: 1) cuando todas las ECUs se encienden (por ejemplo, el vehículo 100 se enciende), 2) una vez que el vehículo 100 ya está encendido (y posiblemente en movimiento), o 3) una reinicialización (o reconfiguración) del sistema.
El proceso de descubrimiento puede funcionar de acuerdo con la tecnología de alta frecuencia y alto caudal utilizada por la red WI-FI 106, tal como mediante el uso del IEEE 802.11 bb, en el que dispositivos de comunicación por luz pueden encontrar y descubrir otros dispositivos en sus proximidades. Alternativamente, el proceso de descubrimiento se puede realizar en una capa superior (por ejemplo, usando la capa MAC IEEE 802.11 para encontrar/descubrir dispositivos que están conectados físicamente a la WLAN, pero que requieren sincronización y descubrimiento a nivel de paquetes).
Un dispositivo en un vehículo puede buscar un servicio por un identificador de red (por ejemplo, SSID), o el dispositivo puede buscar a través de un Identificador de servicio o valor hash como se especifica en el IEEE 802.11aq.
Cuando se instala un dispositivo en un vehículo, existen varias técnicas posibles para el descubrimiento y el aprovisionamiento. En primer lugar, en el momento en que se instala el dispositivo en el vehículo, el dispositivo se aprovisiona con información de red y credenciales para el vehículo. En segundo lugar, el vehículo se actualiza fuera de banda con la identidad y las credenciales del dispositivo, lo que permite que el dispositivo se conecte al vehículo cuando el mismo se instala. El dispositivo tiene sus credenciales instaladas en la fábrica. En tercer lugar, el vehículo se aprovisiona con credenciales utilizando una CA raíz durante la fabricación. El vehículo se aprovisiona con la información de CA raíz. El vehículo valida las credenciales del dispositivo cuando el dispositivo intenta conectarse por primera vez. Puede haber alguna interacción del usuario con el vehículo para confirmar que se está añadiendo el dispositivo.
Los fabricantes de vehículos pueden decidir si las asociaciones (es decir, sesiones de WLAN) se mantienen entre encendidos y apagados del vehículo 100. Las sesiones de WLAN (por ejemplo, que incluyen claves de seguridad y direcciones de red, tales como direcciones del Protocolo de Internet (IP) o MAC) se pueden mantener actualizando regularmente una memoria caché en una ECU (o varias ECUs), de modo que cuando el vehículo 100 se apague, se almacene para un uso futuro un estado guardado de la configuración del vehículo. En el momento del encendido, el estado guardado permite que todas las ECUs inalámbricas (o más específicamente, los controladores de red en las ECUs) restablezcan rápidamente sus sesiones de WLAN y posiblemente realicen una verificación de integridad rápida (por ejemplo, enviando paquetes ping o keep-alive a través de cada enlace) antes de que se transmitan cualesquiera datos.
La asociación de seguridad de cada ECU (u otro dispositivo) se puede considerar en dos contextos. El primero comienza cuando se añade la ECU (u otro dispositivo) en la planta de ensamblaje, o la misma es añadida por un mecánico, y termina cuando se retira la pieza del vehículo. El segundo es una sesión que existe cuando se activa la llave de encendido y finaliza cuando se apaga el automóvil.
Sin embargo, obsérvese que algunos de los componentes pueden continuar funcionando incluso cuando el vehículo 100 está apagado y, por lo tanto, una cierta parte de la red WI-FI 106 puede tener que permanecer encendida continuamente. Los componentes alimentados continuamente pueden incluir un dispositivo informático central que almacena perfiles de ECU/dispositivo y credenciales para el sistema. Por ejemplo, un vehículo eléctrico tiene una función de prearranque remoto para la característica de climatización, y algunos sistemas antirrobo especifican que diversos componentes electrónicos/enlaces de comunicaciones permanezcan funcionando continuamente.
Todas o la mayoría de las ECUs (u otros dispositivos) se pueden apagar. De manera similar, una parte de la red WI-FI 106 del vehículo se puede apagar (por ejemplo, los APs, los puentes y los conmutadores).
La red WI-FI 106 también puede admitir un enlace de comunicaciones de retorno [backhaul] celular para el bloqueo/desbloqueo remoto del vehículo 100, para admitir una característica de localización del automóvil, para encender o apagar el vehículo 100 de forma remota y otras.
Buses de campo heredados
Además de la red WI-FI 106, el vehículo 100 también puede incluir buses de campo heredados. La figura 3 muestra un ejemplo que incluye buses 302 y 304 de campo conectados a dispositivos heredados 306 y 308 respectivos. Los datos en un bus 302 o 304 de campo pueden ser transportados por la red WI-FI 106 que incluye un AP 310 como se muestra en la figura 3.
Alternativamente, se puede omitir el AP 310, de modo que se pueda establecer un enlace directo entre los controladores 313 y 315 de red a través de la red WI-FI 106.
Una estructura de trama de datos utilizada en un bus 302 o 304 de campo puede transportarse en tramas de datos IEEE 802.11 a través de la red WI-FI 106.
Pasarelas
En algunos ejemplos, se puede usar una pasarela 312 o 314 para encapsular datos, según un formato de datos del bus de campo, en una trama según un formato de datos IEEE 802.11. Cada pasarela 312 o 314 puede incluir o acoplarse a un controlador 313 o 315 de red IEEE 802.11, respectivamente, para comunicarse a través de la red WI-FI 106. En algunos ejemplos, cada pasarela 312 o 314 puede incluir o acoplarse a un conmutador que se conecta al bus 302 o 304 de campo respectivo utilizando un conector de bus de campo adecuado.
De los paquetes de bus de campo se puede copiar información de temporización (por ejemplo, señales de reloj) para que sirva como metadatos o para ayudar con la sincronización de los relojes en la red troncal IEEE 802.11.
Los paquetes de bus de campo se encapsulan en tramas IEEE 802.11 mediante la pasarela 312 o 314, utilizando copias del direccionamiento del bus de campo como metadatos en la red troncal IEEE 802.11. A continuación, las tramas IEEE 802.11 se envían a sus destinos, lo que puede implicar pasar por otra pasarela de regreso a un bus de campo. En otros ejemplos, las tramas IEEE 802.11 pueden enviarse a un destino en la red WI-FI 106, de modo que las tramas no tengan que atravesar otra pasarela.
Cada pasarela 312 o 314 también permite que una combinación de dispositivos de bus de campo heredados y dispositivos de bus de campo por encima del 802.11 se conecten a la red WI-FI 106. La red WI-FI 106 es completamente transparente para los dispositivos de bus de campo heredados.
Dongle
En lugar de usar una pasarela 312 o 314, se puede usar en cambio un dongle 316 o 318 para comunicar datos del dispositivo 306 o 308 de bus de campo heredado a través de la red WI-FI 106. Un dongle permite que una estación IEEE 802.11 (el controlador 313 o 315 de red) se conecte directamente a un solo dispositivo de bus de campo heredado y puede conectarse al conector de bus de campo existente en ese dispositivo. Como resultado, el dispositivo de bus de campo heredado no tiene que estar conectado al bus de campo.
El dongle 316 o 318 realiza una conversión entre tramas de bus de campo y tramas IEEE 802.11 de manera similar a una pasarela 312 o 314.
El dongle 316 o 318 puede estar separado de un dispositivo de bus de campo respectivo o, alternativamente, puede estar integrado en el dispositivo de bus de campo. El dongle integrado puede comunicarse a través de la red WI-FI 106, pero no a través de un bus de campo.
Una ventaja de usar un dongle integrado es que el dispositivo 306 o 308 de bus de campo ya no tendría que contar con una interfaz de bus de campo física, lo que simplificaría el dispositivo 306 o 308 de bus de campo.
Como alternativa, un dispositivo (306 o 308) de bus de campo puede incluir una interfaz de bus de campo, así como un dongle integrado.
Gestión
Como se ha indicado anteriormente, un dispositivo 306 o 308 de bus de campo conectado a un bus 302 o 304 de campo respectivo no sabe que sus datos están atravesando algo que no sea el bus de campo. El puente IEEE 802.11 (pasarela o dongle) es transparente para los puntos terminales, incluidos los dispositivos 306 y 308 de bus de campo.
Un bus 302 o 304 de campo puede ser un bus real con múltiples dispositivos de bus de campo, o puede implementarse como un dongle (separado o integrado) para un solo dispositivo de bus de campo.
Suponiendo que los requisitos de ancho de banda y temporización de la red WI-FI 106 sean suficientes para admitir el tráfico del bus de campo, también es posible que la misma red WI-FI 106 pueda transportar tráfico IEEE 802.11 normal al mismo tiempo, previa consideración de que el tráfico del bus de campo heredado use diferentes clases de acceso.
Arquitectura del sistema
La figura 2 muestra varios componentes, incluidos el planificador 208, la lógica 210 de segmentación, la lógica 212 de reensamblaje y la lógica 214 de seguridad. Estos componentes pueden implementarse como circuitos de procesamiento de hardware o como instrucciones legibles por máquina ejecutables en un procesador para realizar tareas. Un procesador puede incluir un microprocesador, un núcleo de un microprocesador multinúcleo, un microcontrolador, un circuito integrado programable, una matriz de puertas programables u otro circuito de procesamiento de hardware. Instrucciones legibles por máquina ejecutables en un procesador puede referirse a las instrucciones ejecutables en un solo procesador o las instrucciones ejecutables en múltiples procesadores.
Un medio de almacenamiento para almacenar instrucciones legibles por máquina puede incluir cualquiera o alguna combinación de lo siguiente: un dispositivo de memoria semiconductor, tal como una memoria de acceso aleatorio dinámica o estática (una DRAM o SRAM), una memoria de solo lectura programable y borrable (EPROM), una memoria de sólo lectura programable y borrable eléctricamente (EEPROM) y una memoria flash; un disco magnético tal como un disco fijo, flexible y extraíble; otro medio magnético, incluida cinta; un medio óptico tal como un disco compacto (CD) o un disco de vídeo digital (DVD); u otro tipo de dispositivo de almacenamiento. Obsérvese que las instrucciones descritas anteriormente se pueden proporcionar en un medio de almacenamiento legible por ordenador o legible por máquina, o alternativamente, se pueden proporcionar en múltiples medios de almacenamiento legibles por ordenador o legibles por máquina distribuidos en un sistema grande que posiblemente tenga diversos nodos. Dicho medio o medios de almacenamiento legibles por ordenador o legibles por máquina se considera(n) como parte de un artículo (o artículo de fabricación). Artículo o artículo de fabricación puede referirse a cualquier componente individual o múltiples componentes fabricados. El medio o medios de almacenamiento o bien pueden estar ubicados en la máquina que ejecuta las instrucciones legibles por máquina, o bien pueden estar ubicados en un sitio remoto (por ejemplo, una nube) desde el cual pueden descargarse instrucciones legibles por máquina a través de una red para su ejecución.
En la descripción anterior, se exponen numerosos detalles para proporcionar una comprensión del asunto dado a conocer en este documento. Sin embargo, pueden llevarse a la práctica implementaciones sin algunos de estos detalles. Otras implementaciones pueden incluir modificaciones y variaciones con respecto a los detalles descritos anteriormente. Se pretende que las reivindicaciones adjuntas cubran dichas modificaciones y variaciones.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Vehículo (100) que comprende:
una pluralidad de controladores (112, 114, 122, 200) de red que comprenden un primer controlador (122) de red y un segundo controlador (112, 114) de red, en donde el primer controlador de red comprende un primer reloj (140) para producir una primera señal oscilante y el segundo controlador de red comprende un segundo reloj (136, 138) para producir una segunda señal oscilante;
una red de área local inalámbrica, WLAN, (106) a través de la cual se comunicarán al menos el primer controlador de red y el segundo controlador de red,
en el que un enlace entre el primer controlador de red y el segundo controlador de red a través de la WLAN es un enlace sincronizado basado en la alineación, en el tiempo, de flancos de transición de la segunda señal oscilante con información de temporización de un paquete de bus de campo transmitido desde el primer controlador de red al segundo controlador de red a través de un bus de campo.
2. Vehículo de la reivindicación 1, en el que el primer reloj (140) está sincronizado con respecto al segundo reloj (136, 138) sobre la base de que los flancos de transición de la segunda señal oscilante estén alineados en el tiempo con la información de temporización del paquete de bus de campo dentro de una tolerancia especificada.
3. Vehículo de la reivindicación 1, en el que cada uno del primer controlador (122, 200) de red y el segundo controlador (112, 114, 200) de red comprende:
una cola (206) de espera respectiva para almacenar datos de acuerdo con una clase de acceso en tiempo real que se va a comunicar entre el primer controlador de red y el segundo controlador de red a través del enlace sincronizado, o
parámetros de acceso a los medios para transmitir datos de acuerdo con una clase de acceso en tiempo real que se va a comunicar entre el primer controlador de red y el segundo controlador de red a través del enlace sincronizado.
4. Vehículo de la reivindicación 1, en donde el primer controlador (122, 200) de red y el segundo controlador (112, 114, 200) de red deben comunicar datos a través del enlace sincronizado (201) protegido por un esquema de seguridad inalámbrico.
5. Vehículo de la reivindicación 1, que comprende además:
un dispositivo para enviar un mensaje de activación al primer controlador de red con el fin de reactivar el primer controlador de red de un estado de menor potencia a un estado de mayor potencia; o
un servidor de autenticación para autenticar controladores de red de la pluralidad de controladores de red; o un servidor de aprovisionamiento para aprovisionar un controlador de red dado de la pluralidad de controladores de red utilizando un perfil del controlador de red dado, en respuesta a la unión del controlador de red dado a la WLAN.
6. Vehículo de la reivindicación 1, que comprende además un sensor (150) para medir datos de movimiento asociados al movimiento del vehículo, y en el que la WLAN debe enviar los datos de movimiento o una indicación basada en los datos de movimiento a por lo menos algunos de la pluralidad de controladores de red para hacer que los por lo menos algunos de la pluralidad de controladores de red entren en un estado de menor potencia para ahorrar energía.
7. Vehículo de la reivindicación 1, en el que un controlador (112, 114, 200) de red dado de la pluralidad de controladores de red debe guardar información de sesión que está disponible durante un ciclo de alimentación del controlador de red dado, el controlador de red dado debe usar la información de sesión guardada cuando se enciende para establecer una sesión representada por la información de sesión guardada, en donde opcionalmente la información de sesión guardada comprende una clave de seguridad y una dirección de red.
8. Vehículo de la reivindicación 1, en el que:
el primer controlador (122, 200) de red debe apagarse cuando el vehículo se apaga, y el segundo controlador (112, 114, 200) de red permanece operativo cuando el vehículo se apaga; o
el primer controlador de red mantiene un enlace sincronizado (201) con múltiples controladores de red.
9. Vehículo de la reivindicación 1, que comprende además:
un dispositivo heredado (306, 308) incapaz de comunicarse directamente a través de la WLAN (106); un dispositivo intermediario (316, 318) para convertir entre datos del dispositivo heredado y datos transportados a través de la WLAN.
10. Vehículo de la reivindicación 9, que comprende además un bus (304) de campo al que está conectado el dispositivo heredado, en el que el dispositivo intermediario comprende una pasarela (312, 314) para conectar el bus de campo a un nodo de red de la WLAN, estando destinada la pasarela a encapsular datos del bus de campo en un paquete transportado por la WLAN.
11. Vehículo de la reivindicación 9, en el que el dispositivo intermediario comprende un dongle (316, 318) conectado directamente al dispositivo heredado, opcionalmente en el que el dongle está integrado en el dispositivo heredado.
12. Método que comprende:
comunicar, mediante una pluralidad de controladores de red en un vehículo, a través de uno o más enlaces sincronizados de una red de área local inalámbrica, WLAN, en donde la pluralidad de controladores de red comprende un primer controlador de red y un segundo controlador de red, y en donde el primer controlador de red comprende un primer reloj que produce una primera señal oscilante y el segundo controlador de red comprende un segundo reloj que produce una segunda señal oscilante que tiene flancos de transición que están alineados en el tiempo con flancos de transición de la primera señal oscilante,
en el que los flancos de transición de la segunda señal oscilante se alinean en el tiempo con flancos de transición de la primera señal oscilante mediante la alineación, en el tiempo, de los flancos de transición de la segunda señal oscilante con información de temporización de un paquete de bus de campo transmitido desde el primer controlador de red al segundo controlador de red a través de un bus de campo.
13. Método de la reivindicación 12, que comprende además:
apagar el primer controlador de red cuando el vehículo está apagado; y mantener el segundo controlador de red encendido y operativo cuando el vehículo está apagado.
14. Medio de almacenamiento legible por máquina no transitorio que almacena instrucciones que, al ejecutarse, hacen que un primer controlador de red en un vehículo:
se comunique con un segundo controlador de red a través de un enlace sincronizado de una red de área local inalámbrica, WLAN, en el vehículo,
en el que la comunicación comprende el intercambio de datos entre el primer y el segundo controladores de red que tienen relojes sincronizados entre sí, y en el que el primer controlador de red comprende un primer reloj para producir una primera señal oscilante y el segundo controlador de red comprende un segundo reloj para producir una segunda señal oscilante que tiene flancos de transición que están alineados en el tiempo con flancos de transición de la primera señal oscilante, en donde los flancos de transición de la segunda señal oscilante están alineados en el tiempo con flancos de transición de la primera señal oscilante al alinearse, en el tiempo, los flancos de transición de la segunda señal oscilante con información de temporización de un paquete de bus de campo transmitido desde el primer controlador de red al segundo controlador de red a través de un bus de campo.
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