[發(fā)明專利]面向時間敏感網(wǎng)絡(luò)的車載通訊架構(gòu)多目標優(yōu)化方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310107217.1
• 申請日: 2023-02-14
• 公開（公告）號: CN116112440B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張旭東;鄒淵;孫文景;溫雅;楊小龍;趙柯鑫;商一凡;李圓圓
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: H04L47/125
• 分類號: H04L47/125;H04L67/12;H04L41/14;H04L41/142;H04L45/12
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 王愛濤

本發(fā)明公開一種面向時間敏感網(wǎng)絡(luò)的車載通訊架構(gòu)多目標優(yōu)化方法及系統(tǒng)，涉及車載通訊架構(gòu)優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域，先建立用于對車載以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進行優(yōu)化的多目標優(yōu)化模型，多目標優(yōu)化模型包括以骨干網(wǎng)負載均衡為目標的第一目標函數(shù)、以ZCU的Switch端口數(shù)合理為目標的第二目標函數(shù)和以信息流端到端延時最低為目標的第三目標函數(shù)，然后利用多目標優(yōu)化算法對多目標優(yōu)化模型進行優(yōu)化求解，得到車載以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的優(yōu)化方案，從而針對面向時間敏感網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域?功能域電子電氣架構(gòu)，進行了以負載均衡、網(wǎng)絡(luò)端口數(shù)合理和信息流端到端延時最低為優(yōu)化目標的多目標優(yōu)化，優(yōu)化效果好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及車載通訊架構(gòu)優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種面向時間敏感網(wǎng)絡(luò)的車載通訊架構(gòu)多目標優(yōu)化方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著車輛向智能化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展，車輛功能變得更加復(fù)雜，控制器之間需要更大的通訊帶寬來傳輸越來越復(fù)雜的信息，軟件定義、數(shù)據(jù)驅(qū)動車輛推動了新型電子電氣架構(gòu)的發(fā)展，新型電子電氣架構(gòu)逐步從基于域控制器的電子電氣架構(gòu)（Domain?basedArchitectures）演化到基于區(qū)域-功能域控制器的電子電氣架構(gòu)（Zone-Domain?basedArchitectures）。區(qū)域-功能域控制器的電子電氣架構(gòu)將車輛分成多個區(qū)域，分布于整車各處的區(qū)域控制器（Zone?Control?Unit，ZCU）負責(zé)對轄管的傳感器和執(zhí)行器進行信息采集和控制，但是ZCU并不進行復(fù)雜功能處理，而是將信息通過骨干網(wǎng)絡(luò)傳至對應(yīng)的域控制器（Domain?Control?Unit，DCU）進行決策運算。此時，一個既能保證傳輸?shù)脱訒r又能實現(xiàn)傳輸?shù)拇_定性、安全性的通訊網(wǎng)絡(luò)是該架構(gòu)實施的基礎(chǔ)。引入時間敏感網(wǎng)絡(luò)（Time?sensitivenetwork，TSN）的以太網(wǎng)在目前被認為是具有最優(yōu)潛力的解決方案。TSN定義了一個IEEE標準化協(xié)議組，是一種確保以太網(wǎng)流量實時傳輸?shù)臋C制，其主要特點是能夠滿足多種信息流的需求，如低延遲、低抖動和高可靠性等。

目前存在以線束成本最低、線束質(zhì)量最好和線路負載最小作為優(yōu)化目標，將CAN、以太網(wǎng)、LIN和LVDS的總線長度作為變量，使用NSGA-II進行電子電氣架構(gòu)多目標優(yōu)化的方法。然而該方法的架構(gòu)側(cè)重于傳統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)，TSN的引入為車載通訊架構(gòu)設(shè)計提出了新問題，即TSN的流量調(diào)度機制讓信息流的端到端延時成為優(yōu)化的重點。基于IEEE?802.1Qbv協(xié)議的流量調(diào)度機制是TSN實現(xiàn)低延時的核心機制，通過調(diào)度算法確定所有數(shù)據(jù)幀在端口的傳輸順序和傳輸時間，生成門控制列表（GCL）是實現(xiàn)TSN確定性和低延時的關(guān)鍵。針對流量調(diào)度問題這個NP-Hard問題，在可接受時間內(nèi)獲得可行的調(diào)度方案是評估架構(gòu)合理性的基礎(chǔ)。目前存在很多的使用整數(shù)線性規(guī)劃、啟發(fā)式算法等方法求解流量調(diào)度問題，然而以上方法主要通過改進求解策略以提高調(diào)度效果減少延時，而忽略了車載通訊架構(gòu)本身對延時的影響，進一步降低延時需要考慮車載通訊架構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。

車載網(wǎng)絡(luò)中眾多傳感器和控制器的連接關(guān)系構(gòu)成了車載通訊架構(gòu)。車載通訊架構(gòu)對成本、網(wǎng)絡(luò)負載分布和網(wǎng)絡(luò)延時有著直接影響。在引入TSN的區(qū)域-功能域架構(gòu)中，傳感器的分布位置與功能具有很強的相關(guān)性，單純的按照距離將傳感器與ZCU就近連接不一定能夠獲得最好的傳輸效果。因此通過多目標優(yōu)化算法高效求解傳感器、ZCU和DCU的連接，形成低成本、低延時的車載通訊架構(gòu)是電子電氣架構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的關(guān)鍵。

基于此，亟需一種面向時間敏感網(wǎng)絡(luò)的車載通訊架構(gòu)多目標優(yōu)化技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種面向時間敏感網(wǎng)絡(luò)的車載通訊架構(gòu)多目標優(yōu)化方法及系統(tǒng)，針對面向時間敏感網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域-功能域電子電氣架構(gòu)，進行了以負載均衡、網(wǎng)絡(luò)端口數(shù)合理和信息流端到端延時最低為優(yōu)化目標的多目標優(yōu)化，優(yōu)化效果好。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種面向時間敏感網(wǎng)絡(luò)的車載通訊架構(gòu)多目標優(yōu)化方法，包括：