JP2016201633A - スイッチングハブ及び通信ネットワーク - Google Patents

Abstract

【課題】車両に搭載される階層型の通信ネットワークを構成するスイッチングハブに対して、動的に識別子としてのＩＤ番号を持たすことができるようにする。【解決手段】階層型の通信ネットワーク１を構成する各スイッチングハブ（スイッチ）１１〜１７は、ポートＰ０から受信したＩＤ番号を、当該スイッチの識別子として自身のメモリ３０に記憶する第１の手段と、ポートＰ０以外の各ポートＰｍ（ｍは１以上の整数）について、そのポートのポート番号と前記受信したＩＤ番号とを所定の規則で組み合わせることにより、そのポートから送信するＩＤ番号を生成し、その生成したＩＤ番号を、当該ＩＤ番号を生成するのに用いたポート番号のポートから送信する第２の手段と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載される階層型の通信ネットワークを構成するスイッチングハブに関する。

車両に搭載されるイーサネット（Ethernet：登録商標）の通信ネットワークにおいて、ネットワークスイッチ（以下単に、スイッチという）として採用される可能性のあるレイヤ２のスイッチングハブは、ＭＡＣアドレスを持たず、ＩＰアドレスも持たないことが一般的である。このため、スイッチングハブそのものを個別に識別することが困難である。そして、各スイッチングハブを個別に識別できないと、例えば、マスタ装置から各スイッチングハブに対して、コンフィグ設定の書き換えや故障情報の読み出しなどを個別に指示することができない。このような問題の解決策として、例えばレイヤ３スイッチを用いる方法、つまりスイッチに静的にＩＰアドレスを持たせる方法があるが、スイッチの品番管理が複雑になりコストアップを招く。また、レイヤ３スイッチそのものも、レイヤ２スイッチ（レイヤ２のスイッチングハブ）に比べて高価となる。

また例えば、特許文献１には、複数のスイッチノードによってフレームデータを振り分ける技術が記載されている。

特開２０１１−２４９９７９号公報

特許文献１の技術では、識別子を持たないスイッチングハブに対して、動的に識別子を持たすことができない。このため、スイッチングハブに対して個別に指示を与えることができない。

そこで、本発明は、車両に搭載される階層型の通信ネットワークを構成するスイッチングハブに対して、動的に識別子としてのＩＤ番号を持たすことができるようにすることを目的としている。

第１発明のスイッチングハブは、車両に搭載される階層型の通信ネットワークを構成するスイッチングハブである。そして、このスイッチングハブは、当該スイッチングハブの識別子としてのＩＤ番号を記憶するためのメモリと、第１の手段と、第２の手段と、を備える。

第１の手段は、当該スイッチングハブの特定のポートから受信したＩＤ番号を、当該スイッチングハブの識別子として前記メモリに記憶する。
第２の手段は、当該スイッチングハブのポートのうち、前記特定のポート以外の各々について、そのポートのポート番号と前記受信したＩＤ番号とを予め定められた規則で組み合わせることにより、そのポートから送信するＩＤ番号を生成する。そして、その生成したＩＤ番号を、当該ＩＤ番号を生成するのに用いたポート番号のポートから送信する。

このスイッチングハブを用いて階層型の通信ネットワークを構成する際には、上位階層のスイッチングハブにおける上記特定のポート以外のポートを、下位階層のスイッチングハブにおける上記特定のポートに接続すれば良い。このように接続すれば、最上位階層のスイッチングハブにおける上記特定のポートへ、ＩＤ番号の開始値を入力することで、各スイッチングハブのメモリに、異なるＩＤ番号をそれぞれ記憶させることができる。

よって、通信ネットワークを構成するスイッチングハブの各々に対して、動的に識別子としてのＩＤ番号を持たすことができる。また、このため、通信ネットワークにおけるマスタ装置が、スイッチングハブにそれぞれ記憶されたＩＤ番号を用いて、各スイッチングハブへ個別に所定の処理の実行を指示することができるようになる。

なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態の通信ネットワークの構成を示す構成図である。 通信ネットワークにおける各装置の動作内容を示すラダーチャートである。 イーサネットフレームの構造を示す説明図である。 ＩＤテーブルの説明図である。

以下に、本発明が適用された実施形態の通信ネットワークについて説明する。
［本実施形態の構成］
図１に示す実施形態の通信ネットワーク１は、乗用車等の車両に搭載された階層型のイーサネットネットワークであり、車両内の通信システムを構成している。

図１に示すように、通信ネットワーク１は、複数のスイッチングハブ（以下、スイッチという）１２〜１７と、複数の電子制御装置（以下、ＥＣＵという）２０〜２７とを備える。ＥＣＵは、「Electronic Control Unit」の略である。

各ＥＣＵ２０〜２７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するマイコン（図示省略）の機能を備える。また、ＥＣＵ２０〜２７のうちのＥＣＵ２０は、通信ネットワーク１におけるマスタＥＣＵである。そして、マスタＥＣＵ２０はスイッチ１１を備えている。マスタＥＣＵ２０は、例えばセントラルゲートウェイである。

スイッチ１１〜１７は、イーサネットスイッチのうちのレイヤ２スイッチであり、イーサネット規格を用いた通信を行う。このため、スイッチ１１〜１７は、データに含まれるＭＡＣアドレスを利用して宛先となる装置を特定し、この宛先となる装置が接続されている通信線にデータを中継する。また、各スイッチ１１〜１７は、当該スイッチの識別子としてのＩＤ番号を記憶するためのメモリ３０と、当該スイッチの動作を司るＩＣやマイコン等からなる処理部（図示省略）を備える。メモリ３０は、例えば揮発性のＲＡＭであるが、書き換え可能な不揮発性メモリであっても良い。

通信ネットワーク１においては、当該通信ネットワーク１を構成する全ての装置（この例ではスイッチ及びＥＣＵ）がイーサネット規格を用いてデータのやり取りを行う。そして、各装置は、マスタＥＣＵ２０を最上位階層（１番目階層）の装置としてツリー状に接続されることにより、階層型のイーサネットネットワークを構成している。

即ち、マスタＥＣＵ２０に備えられたスイッチ１１のポートＰ１は、通信線４１を介して４、スイッチ１２のポートＰ０に接続されている。また、スイッチ１１のポートＰ２は、通信線４２を介して、スイッチ１３のポートＰ０に接続されており、スイッチ１１のポートＰ３は、通信線４３を介して、スイッチ１４のポートＰ０に接続されている。

スイッチ１２のポートＰ１，Ｐ２は、通信線４４，４５を介してＥＣＵ２１，２２にそれぞれ接続されており、スイッチ１４のポートＰ１，Ｐ２は、通信線４８，４９を介してＥＣＵ２４，２５にそれぞれ接続されている。また、スイッチ１３のポートＰ１は、通信線４６を介して、ＥＣＵ２３に接続されており、スイッチ１３のポートＰ２は、通信線４７を介して、スイッチ１５のポートＰ０に接続されている。

スイッチ１５のポートＰ１は、通信線５０を介して、スイッチ１６のポートＰ０に接続されており、スイッチ１５のポートＰ２は、通信線５１を介して、スイッチ１７のポートＰ０に接続されている。そして、スイッチ１６のポートＰ１は、通信線５２を介して、ＥＣＵ２６に接続されており、スイッチ１７のポートＰ１は、通信線５３を介して、ＥＣＵ２７に接続されている。

このように、スイッチ１２〜１４は、２番目階層の装置になっており、スイッチ１５とＥＣＵ２１〜２５は、３番目階層の装置になっており、スイッチ１６，１７は、４番目階層の装置になっており、ＥＣＵ２６，２７は、５番目階層の装置になっている。

［本実施形態の処理］
このような構成の通信ネットワーク１においては、各スイッチ１１〜１７が、自身の識別子としてのＩＤ番号を動的に記憶するようになっている。この際の処理の手順について図２を用いて説明する。尚、図２における説明では、スイッチ１１，１２の動作について説明するが、他のスイッチ１３〜１７の動作も、スイッチ１１，１２について説明する動作と同様である。また、ＥＣＵ２１，２２の動作についても説明するが、他のＥＣＵ２３〜２７の動作も、ＥＣＵ２１，２２について説明する動作と同様である。

例えば、車両のイグニッションスイッチがオンされたこと等の起動条件が成立すると、通信ネットワーク１の各装置に電源が供給されて、各装置が起動する。
そして、マスタＥＣＵ２０は、電源供給により起動すると、当該マスタＥＣＵ２０内のスイッチ１１のポートＰ０に、ＩＤ付与指示とＩＤ番号とを含んだイーサネットフレームを（以下、ＩＤ付与フレームともいう）送信する（Ｓ１００）。

ここで、イーサネットフレームは、例えば図３に示すように、プリアンブル、宛先ＭＡＣアドレス、送信元ＭＡＣアドレス、タイプ、データ、およびＦＣＳ（Frame Check Sequence）から構成される。それらのうち、データの領域に、このイーサネットフレームがＩＤ付与のためＩＤ付与フレームであることを示すＩＤ付与インジケータの領域と、スイッチに付与するＩＤ番号の格納領域であるＩＤ領域とが、設けられている。例えば、ＩＤ付与インジケータは１ビットであり、このＩＤ付与インジケータが“１”であることが、ＩＤ付与指示に相当している。このため、ＩＤ付与インジケータが“１”であるイーサネットフレームが、ＩＤ付与フレームということになる。また例えば、ＩＤ領域としては２バイトが用意されている。

そして、マスタＥＣＵ２０において、スイッチ１１のポートＰ０に入力されるＩＤ付与フレーム中のＩＤ番号（詳しくは、ＩＤ領域に格納されるＩＤ番号）としては、ＩＤ番号の開始値として「０」がセットされる。尚、本実施形態において、ＩＤ番号は十進数の番号である。

スイッチ１１は、ポートＰ０から受信したイーサネットフレーム内のＩＤ付与インジケータを確認し（Ｓ１１０）、ＩＤ付与インジケータが“１”であれば、第１の動作と、第２の動作とを行う。

〈第１の動作〉
スイッチ１１は、ポートＰ０（特定のポートに相当）から受信したイーサネットフレーム（この場合、ＩＤ付与フレーム）に含まれているＩＤ番号を、自身のメモリ３０に自身のＩＤ番号として記憶する（Ｓ１２０）。

〈第２の動作〉
スイッチ１１は、自身のポートＰｎ（ｎは０以上の整数）のうち、ポートＰ０以外の各ポートＰ１〜Ｐ３について、そのポートのポート番号と、受信したＩＤ番号とを、予め定められた規則で組み合わせることにより、そのポートから送信するＩＤ番号を生成する（Ｓ１３０）。具体的には、ポートＰｎのポート番号であるｎは、ＩＤ番号と同様に十進数の番号である。そして、例えば、上記規則は、「対象のポートのポート番号を下位桁の数値とし、受信したＩＤ番号を上位桁の数値として、その２つの数値を並べて表される十進数のＩＤ番号を生成する」という規則である。そして更に、スイッチ１１は、各ポートＰ１〜Ｐ３について生成した各ＩＤ番号を、そのＩＤ番号を生成するのに用いたポート番号の各ポートＰ１〜Ｐ３からそれぞれ送信する（Ｓ１４０）。具体的には、生成したＩＤ番号を含むＩＤ付与フレームを、そのＩＤ番号を生成するのに用いたポート番号の各ポートＰ１〜Ｐ３からそれぞれ送信する。

スイッチ１１のポートＰ１から送信されたＩＤ付与フレームは、スイッチ１２のポートＰ０に入力される。
スイッチ１２も、スイッチ１１と同様に、ポートＰ０から受信したイーサネットフレーム内のＩＤ付与インジケータを確認し（Ｓ２１０）、ＩＤ付与インジケータが“１”であれば、前述した第１の動作と第２の動作とを行う。

このため、スイッチ１２も、ポートＰ０から受信したＩＤ付与フレームに含まれているＩＤ番号を、自身のメモリ３０に、自身のＩＤ番号として記憶する（Ｓ２２０）。更に、スイッチ１２も、自身のポートＰ０〜Ｐ２のうち、ポートＰ０以外の各ポートＰ１，Ｐ２について、そのポートのポート番号と、受信したＩＤ番号とを上記の規則で組み合わせることにより、そのポートから送信するＩＤ番号を生成する（Ｓ２３０）。そして、各ポートＰ１，Ｐ２について生成した各ＩＤ番号（詳しくは、生成した各ＩＤ番号を含むＩＤ付与フレーム）を、そのＩＤ番号を生成するのに用いたポート番号の各ポートＰ１，Ｐ２からそれぞれ送信する（Ｓ２４０）。

スイッチ１２のポートＰ１から送信されたＩＤ付与フレームは、ＥＣＵ２１によって受信され、また、スイッチ１２のポートＰ２から送信されたＩＤ付与フレームは、ＥＣＵ２２によって受信される。

ＥＣＵ２１，２２の各々は、受信したイーサネットフレーム内のＩＤ付与インジケータを確認する。そして、この場合にはＩＤ付与インジケータが“１”であため、ＥＣＵ２１，２２は、受信したイーサネットフレームがＩＤ付与フレームであると判断して、その受信したイーサネットフレームを破棄する（Ｓ３１０）。

上記の処理により、図１に示すように、スイッチ１１のメモリ３０にはＩＤ番号として「０」が記憶される。
そして、スイッチ１１において、ポートＰ１からは、ＩＤ番号として「１」を含むＩＤ付与フレームが送信され、ポートＰ２からは、ＩＤ番号として「２」を含むＩＤ付与フレームが送信され、ポートＰ３からは、ＩＤ番号として「３」を含むＩＤ付与フレームが送信される。尚、図１において、下向きの矢印内に記載された数値は、ＩＤ付与フレーム内のＩＤ番号を示している。

このため、スイッチ１２のメモリ３０には、ＩＤ番号として「１」が記憶され、スイッチ１３のメモリ３０には、ＩＤ番号として「２」が記憶され、スイッチ１４のメモリ３０には、ＩＤ番号として「３」が記憶される。

そして、スイッチ１２において、ポートＰ１からは、ＩＤ番号として「１１」を含むＩＤ付与フレームが送信され、ポートＰ２からは、ＩＤ番号として「１２」を含むＩＤ付与フレームが送信される。

また、スイッチ１３において、ポートＰ１からは、ＩＤ番号として「２１」を含むＩＤ付与フレームが送信され、ポートＰ２からは、ＩＤ番号として「２２」を含むＩＤ付与フレームが送信される。

また、スイッチ１４において、ポートＰ１からは、ＩＤ番号として「３１」を含むＩＤ付与フレームが送信され、ポートＰ２からは、ＩＤ番号として「３２」を含むＩＤ付与フレームが送信される。

スイッチ１３のポートＰ２から送信されるＩＤ付与フレームは、スイッチ１５のポートＰ０に入力されるため、スイッチ１５のメモリ３０にはＩＤ番号として「２２」が記憶される。

そして、スイッチ１５において、ポートＰ１からは、ＩＤ番号として「２２１」を含むＩＤ付与フレームが送信され、ポートＰ２からは、ＩＤ番号として「２２２」を含むＩＤ付与フレームが送信される。

このため、スイッチ１６のメモリ３０には、ＩＤ番号として「２２１」が記憶され、スイッチ１７のメモリ３０には、ＩＤ番号として「２２２」が記憶される。
そして、スイッチ１６において、ポートＰ１からは、ＩＤ番号として「２２１１」を含むＩＤ付与フレームが送信される。また、スイッチ１７において、ポートＰ１からは、ＩＤ番号として「２２２１」を含むＩＤ付与フレームが送信される。

尚、ＥＣＵ２１〜２７の各々は、自身よりも１つ上位の階層に配置されたスイッチからのＩＤ付与フレームを受信することとなるが、それはＩＤ付与フレームであるため破棄することとなる。

［本実施形態による効果］
上記のスイッチ１１〜１７によれば、図１のように階層型の通信ネットワーク１を構成した状態で、その各スイッチ１１〜１７に対して動的に識別子としてのユニークなＩＤ番号を持たすこと（換言すれば、ＩＤ番号を付与すること）ができる。本実施形態の技術は、レイヤ２スイッチに対して、フレームを識別する機能（Ｓ１１０又はＳ２１０）と、前述の第１及び第２の動作を行う機能（Ｓ１２０〜Ｓ１４０又はＳ２２０〜Ｓ２４０）とを付加するだけで良い。このため、レイヤ３レベルのＩＰルーティング機能は不要である。

また、スイッチ１１〜１７は、自身のポートから送信するＩＤ番号を、前述の規則で生成するため、各スイッチ１１〜１７に割り当てられるＩＤ番号が直感的に分かりやすいという利点がある。

そして、本実施形態によれば、通信ネットワーク１における何れかの装置が、スイッチ１１〜１７にそれぞれ記憶されたＩＤ番号を用いて、各スイッチ１１〜１７へ個別に所定の処理の実行を指示することができるようになる。尚、各スイッチ１１〜１７へ指示する所定の処理としては、例えば、コンフィグ設定の書き換えや、故障情報の読み出しや、省電力制御への移行などが考えられる。コンフィグとは、コンフィグレーション（configuration）の略であり、スイッチの機能に関する設定全般を示す。そして、コンフィグ設定としては、例えば、オートネゴシエーション機能の有／無や、記憶するエラー情報の種別や、省電力モードの有効／無効などの設定が考えられる。

［各スイッチに処理の実行を指示する場合の具体例］
車載環境は静的であるため、通信ネットワーク１を構成する各スイッチ１１〜１７が前述の第１及び第２の動作によって記憶することとなるＩＤ番号は、予め論理的に正しく推測することができる。

このため、例えばマスタＥＣＵ２０に、通信ネットワーク１を構成する各スイッチ１１〜１７と、それらのＩＤ番号との、対応関係を示すＩＤテーブル（図４参照）を記憶させておくことができる。マスタＥＣＵ２０は、そのＩＤテーブルを参照することで、各スイッチ１１〜１７のＩＤ番号を検索することができる。

そして、マスタＥＣＵ２０は、スイッチ１１〜１７の何れかに所望の処理を実行させる場合には、例えば下記の動作を行えば良い。
マスタＥＣＵ２０は、通信ネットワーク１内の全ての装置に伝達されるイーサネットフレームにおけるデータの領域に、処理の実行を指示するスイッチのＩＤ番号と、そのスイッチに実行させる処理の内容を示すコマンドとを、含ませることで、処理指示フレームを作成する。そして、マスタＥＣＵ２０は、作成した処理指示フレームを、例えばスイッチ１１のポートＰ０に入力することで、その処理指示フレームを全ての装置に伝達させる。

一方、各スイッチ１１〜１７は、下記の動作を行うようになっていれば良い。
即ち、各スイッチ１１〜１７は、受信したイーサネットフレームにおけるデータの領域に、上記コマンドが含まれおり、且つ、自身のメモリ３０に記憶されているＩＤ番号と同じＩＤ番号が含まれていれば、その受信したコマンドが示す処理を実行すればよい。

［他の実施形態１］
各スイッチ１１〜１７が、ポートから送信するＩＤ番号を生成するための規則は、例えば、「ポート番号を示す所定ビット数（例えば４ビット）の２進数データを、受信したＩＤ番号を示す２進数データ列の下位のビット列として付加する」といった規則でも良い。

［他の実施形態２］
マスタＥＣＵ２０は、車外の装置（例えば故障診断などを行うためのツール）でも良い。その場合、図１において、マスタＥＣＵ２０よりも下位階層（即ち２番目階層以降）の装置が車載通信ネットワークを構成することとなる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得る。また、前述の数値も一例であり他の値でも良い。
例えば、上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言によって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。また、上述したスイッチ１１〜１７及び通信ネットワーク１の他、例えばスイッチ１１〜１７としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、スイッチングハブへのＩＤ番号付与方法など、種々の形態で本発明を実現することもできる。

１…通信ネットワーク、１１〜１７…スイッチングハブ（スイッチ）、３０…メモリ

Claims (4)

1. 車両に搭載される階層型の通信ネットワーク（１）を構成するスイッチングハブ（１１〜１７）であって、
   当該スイッチングハブの識別子としてのＩＤ番号を記憶するためのメモリ（３０）と、
   当該スイッチングハブの特定のポートから受信したＩＤ番号を、当該スイッチングハブの識別子として前記メモリに記憶する第１の手段（Ｓ１２０，Ｓ２２０）と、
   当該スイッチングハブのポートのうち、前記特定のポート以外の各々について、そのポートのポート番号と前記受信したＩＤ番号とを予め定められた規則で組み合わせることにより、そのポートから送信するＩＤ番号を生成し、その生成したＩＤ番号を、当該ＩＤ番号を生成するのに用いたポート番号のポートから送信する第２の手段（Ｓ１３０，Ｓ１４０，Ｓ２３０，Ｓ２４０）と、
   を備えることを特徴とするスイッチングハブ。
2. 請求項１に記載のスイッチングハブにおいて、
   前記ＩＤ番号と前記ポート番号は、十進数の番号であり、
   前記規則は、前記ポート番号を下位桁の数値とし、前記受信したＩＤ番号を上位桁の数値として、その２つの数値を並べて表される十進数のＩＤ番号を生成する規則であること、
   を特徴とするスイッチングハブ。
3. 請求項１又は請求項２に記載のスイッチングハブを複数用いて構成されて、車両に搭載される階層型の通信ネットワーク。
4. 請求項３に記載の通信ネットワークであって、
   当該通信ネットワークを構成する複数の前記スイッチングハブにそれぞれ記憶された前記ＩＤ番号を用いて、前記スイッチングハブに個別に所定の処理の実行を指示するマスタ装置（２０）を備えること、
   特徴とする通信ネットワーク。

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