静态车载以太网交换机报文转发方法、系统及计算机与流程

1.本发明涉及数据处理技术领域，特别涉及一种静态车载以太网交换机报文转发方法、系统及计算机。


背景技术：

2.随着汽车的电子化、智能化以及网络化的快速发展，车内电子系统的规模和复杂性日益增强。其中，车载以太网的技术有望成为未来智能汽车的主干网络。并且随着tsn中无缝冗余技术的引入，车载以太网对于网络故障具备了更强的容错能力。
3.然而，现有的车内电子系统中的冗余链路会导致其内部的二层网络出现环路，并且在报文采用传统的转发机制进行发送的过程中，容易出现广播风暴等问题，从而导致网络工作失效。现有技术虽然在tsn中的无缝冗余协议中引入了新的转发方法，可以消除网络中冗余链路带来的转发问题，然而却需要交换机的硬件支持，同时也会导致网络流量出现不稳定的现象，因此无法应用于现有的车载网络中。
4.因此，如何在车载以太网中快速、高效以及可靠地转发报文成为一大问题。


技术实现要素：

5.基于此，本发明的目的是提供一种静态车载以太网交换机报文转发方法、系统及计算机，以实现在车载以太网中快速、高效以及可靠的转发报文。
6.第一方面，本发明的实施例提出了一种静态车载以太网交换机报文转发方法，所述方法包括：
7.构建网络拓扑模型，所述网络拓扑模型包括总网络，所述总网络包括若干网络节点，所述网络节点包括交换机；
8.通过所述交换机识别车载以太网发出的报文中的vlan id信息，并根据所述vlan id信息为各个vlan的数据流分别设置对应的转发规则；
9.根据所述报文中的vlan id信息识别出对应的报文类型，并根据所述报文类型和所述转发规则向预设对应的报文目标端口静态转发报文数据。
10.本发明的有益效果是：通过构建网络拓扑模型，从而能够实现信息之间的交互，进一步的，识别出车载以太网发出的报文中的vlan id信息，并为各个vlan的数据流分别设置对应的转发规则，从而能够制定出与各个vlan的数据流匹配的转发规则，最后根据上述车载以太网发出的报文中的vlan id信息识别出对应的报文类型，并根据上述报文类型和上述转发规则向预设对应的报文目标端口静态转发报文数据，从而能够直接将报文数据发送至报文目标端口，进而能够实现在车载以太网中快速、高效以及可靠的转发报文。
11.在本技术的实施例中，所述构建网络拓扑模型的步骤包括：
12.分别获取星型网络、环形网络以及并型子网络；
13.按照预设程序将所述星型网络、所述环形网络以及所述并型子网络组合成所述网络拓扑模型。
14.在本技术的实施例中，所述通过所述交换机识别车载以太网发出的报文中的vlan id信息，并根据所述vlan id信息为各个vlan的数据流分别设置对应的转发规则的步骤包括：
15.通过所述交换机实时接收所述车载以太网发出的所述报文，所述报文包括mac地址、vlan以及长度信息，所述vlan包括所述vlan id信息以及所述数据流；
16.识别出每一所述报文中的所述vlan对应的vlan id信息，并根据所述vlan id信息按照预设程序设置对应的转发规则，以使所述vlan的数据流根据所述转发规则进行转发。
17.在本技术的实施例中，所述根据所述报文中的vlan id信息识别出对应的报文类型，并根据所述报文类型和所述转发规则向预设对应的报文目标端口静态转发报文数据的步骤包括：
18.根据接收到的所述vlan id信息识别出对应的报文类型，所述报文类型包括控制报文、视频报文、音频报文以及同步报文；
19.在所述交换机内预设多种所述报文目标端口，并使每种所述报文目标端口与每种所述报文类型一一对应；
20.根据所述报文类型并按照所述转发规则向对应的所述报文目标端口静态转发报文数据。
21.在本技术的实施例中，所述根据所述报文中的vlan id信息识别出对应的报文类型，并根据所述报文类型和所述转发规则向预设对应的报文目标端口静态转发报文数据的步骤之后，所述方法包括：
22.将所述总网络中的全部所述网络节点划归至同一所述vlan中；
23.通过mac地址自学习将多个子网络组合成所述总网络，并将mstp引入至所述总网络中。
24.第二方面，本技术实施例提出了一种静态车载以太网交换机报文转发系统，所述系统包括：
25.构建模块，用于构建网络拓扑模型，所述网络拓扑模型包括总网络，所述总网络包括若干网络节点，所述网络节点包括交换机；
26.处理模块，用于通过所述交换机识别车载以太网发出的报文中的vlan id信息，并根据所述vlan id信息为各个vlan的数据流分别设置对应的转发规则；
27.转发模块，用于根据所述报文中的vlan id信息识别出对应的报文类型，并根据所述报文类型和所述转发规则向预设对应的报文目标端口静态转发报文数据。
28.其中，上述静态车载以太网交换机报文转发系统中的所述构建模块具体用于：
29.分别获取星型网络、环形网络以及并型子网络；
30.按照预设程序将所述星型网络、所述环形网络以及所述并型子网络组合成所述网络拓扑模型。
31.其中，上述静态车载以太网交换机报文转发系统中的所述处理模块具体用于：
32.通过所述交换机实时接收所述车载以太网发出的所述报文，所述报文包括mac地址、vlan以及长度信息，所述vlan包括所述vlan id信息以及所述数据流；
33.识别出每一所述报文中的所述vlan对应的vlan id信息，并根据所述vlan id信息按照预设程序设置对应的转发规则，以使所述vlan的数据流根据所述转发规则进行转发。
34.其中，上述静态车载以太网交换机报文转发系统中的所述转发模块具体用于：
35.根据接收到的所述vlan id信息识别出对应的报文类型，所述报文类型包括控制报文、视频报文、音频报文以及同步报文；
36.在所述交换机内预设多种所述报文目标端口，并使每种所述报文目标端口与每种所述报文类型一一对应；
37.根据所述报文类型并按照所述转发规则向对应的所述报文目标端口静态转发报文数据。
38.其中，上述静态车载以太网交换机报文转发系统还包括执行模块，所述执行模块具体用于：
39.将所述总网络中的全部所述网络节点划归至同一所述vlan中；
40.通过mac地址自学习将多个子网络组合成所述总网络，并将mstp引入至所述总网络中。
41.第三方面，本技术实施例提出了一种计算机，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上面所述的静态车载以太网交换机报文转发方法。
42.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
43.图1为本发明第一实施例提供的静态车载以太网交换机报文转发方法的流程图；
44.图2为本发明第二实施例提供的静态车载以太网交换机报文转发方法的流程图；
45.图3为本发明第二实施例提供的静态车载以太网交换机报文转发方法中的网络拓扑模型的结构示意图；
46.图4为本发明第二实施例提供的静态车载以太网交换机报文转发方法中的静态转发报文数据示意图；
47.图5为本发明第二实施例提供的静态车载以太网交换机报文转发方法中的报文的结构示意图；
48.图6为本发明第三实施例提供的静态车载以太网交换机报文转发系统的结构框图。
49.如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
50.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
51.需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
52.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
53.现有的车内电子系统中的冗余链路会导致其内部的二层网络出现环路，并且在报文采用传统的转发机制进行发送的过程中，容易出现广播风暴等问题，从而导致网络工作失效。现有技术虽然在tsn中的无缝冗余协议中引入了新的转发方法，可以消除网络中冗余链路带来的转发问题，然而却需要交换机的硬件支持，同时也会导致网络流量出现不稳定的现象，因此无法应用于现有的车载网络中。
54.请参阅图1，所示为本发明第一实施例提供的静态车载以太网交换机报文转发方法，该静态车载以太网交换机报文转发方法主要运用在自动驾驶领域的车载以太网内，以实现在车载以太网中快速、高效以及可靠的转发报文。
55.具体的：该静态车载以太网交换机报文转发方法，具体包括以下步骤：
56.步骤s10，构建网络拓扑模型，所述网络拓扑模型包括总网络，所述总网络包括若干网络节点，所述网络节点包括交换机；
57.在本实施例中，首先要构建出一个关于车载以太网的网络拓扑模型，以实现基于车载以太网的网络拓扑模型中的信息交互。具体的，该网络拓扑模型包括总网络，该总网络包括若干网络节点，且该网络节点包括交换机，使用时，各个网络节点能够通过其内部的交换机实现信息的识别与交互。
58.步骤s20，通过所述交换机识别车载以太网发出的报文中的vlan id信息，并根据所述vlan id信息为各个vlan(虚拟局域网)的数据流分别设置对应的转发规则；
59.进一步的，在本实施例中，使用时，用户可通过车载以太网实时发送报文，对应的，上述网络拓扑模型中的交换机能够识别出传输至该网络拓扑模型中的报文，并进行解析，以获取到上述报文中的vlan id信息，可以理解的是，本实施例提供的每个报文的内部均预设有一个对应的vlan id信息，并将该vlan id信息作为每个报文的身份，以方便识别出每个报文。
60.因此，本实施例通过交换机识别出每个报文中的vlan id信息，并根据该vlan id信息为各个vlan(虚拟局域网)的数据流分别设置对应的转发规则，其中，通过交换机分别设置对应的转发规则是通过上述交换机内部预设的程序自动完成的。
61.步骤s30，根据所述报文中的vlan id信息识别出对应的报文类型，并根据所述报文类型和所述转发规则向预设对应的报文目标端口静态转发报文数据。
62.更进一步的，最后再通过交换机根据实时接收到的上述报文中的vlan id信息识别出对应的报文类型，即相当于识别出每个报文的内容与作用，并根据每个报文的报文类型和上述预设的转发规则向预设对应的报文目标端口静态转发报文数据，从而能够实现在车载以太网中快速、高效以及可靠的转发报文。
63.使用时，通过构建网络拓扑模型，从而能够实现信息之间的交互，进一步的，识别出车载以太网发出的报文中的vlan id信息，并为各个vlan的数据流分别设置对应的转发规则，从而能够制定出与各个vlan的数据流匹配的转发规则，最后根据上述车载以太网发出的报文中的vlan id信息识别出对应的报文类型，并根据上述报文类型和上述转发规则
向预设对应的报文目标端口静态转发报文数据，从而能够直接将报文数据发送至报文目标端口，进而能够实现在车载以太网中快速、高效以及可靠的转发报文。
64.需要说明的是，上述的实施过程只是为了说明本技术的可实施性，但这并不代表本技术的静态车载以太网交换机报文转发方法只有上述唯一一种实施流程，相反的，只要能够将本技术的静态车载以太网交换机报文转发方法实施起来，都可以被纳入本技术的可行实施方案。
65.综上，本发明上述实施例当中的静态车载以太网交换机报文转发方法能够根据识别出的报文类型和设置好的转发规则向预设对应的报文目标端口静态转发报文数据，从而能够直接将报文数据发送至报文目标端口，进而能够实现在车载以太网中快速、高效以及可靠的转发报文。
66.请参阅图2，所示为本发明第二实施例提供的静态车载以太网交换机报文转发方法，具体包括以下步骤：
67.步骤s11，分别获取星型网络、环形网络以及并型子网络；按照预设程序将所述星型网络、所述环形网络以及所述并型子网络组合成所述网络拓扑模型。
68.在本实施例中，需要说明的是，本实施例提供的网络拓扑模型是混合型网络，具体的，如图3所示，为了便于实施，首先会分别获取星型网络、环形网络以及并型子网络，其中，在图3中需要指出的是，图中的左边部分为高可靠性和高性能要求的子网，并采用并型网络；图中的中间部分对可靠性有一定要求但性能要求稍低，采用环型网络；图中的右上侧为星型网络，可应用于信息娱乐等无冗余需求的场合。
69.步骤s21，通过所述交换机实时接收所述车载以太网发出的所述报文，所述报文包括mac地址、vlan以及长度信息，所述vlan包括所述vlan id信息以及所述数据流；识别出每一所述报文中的所述vlan对应的vlan id信息，并根据所述vlan id信息按照预设程序设置对应的转发规则，以使所述vlan的数据流根据所述转发规则进行转发。
70.在本实施例中，使用时，用户可通过车载以太网实时发送报文，因此，本实施例可通过网络拓扑模型中的交换机实时接收上述车载以太网发出的报文，其中，如图5所示，每个报文均包括mac地址、vlan以及长度信息，进一步的，每个vlan均包括与其对应的vlan id信息以及数据流。
71.因此，当上述交换机实时接收到车载以太网发送的报文时，该交换机能够识别出每个报文中的mac地址以及vlan，进一步的，识别出该vlan内部的vlan id信息以及需要传输的数据流，在此基础之上，根据上述识别出的vlan id信息并按照预设程序设置对应的转发规则，以使该vlan的数据流能够根据上述转发规则进行转发。
72.具体的，假设网络中包含控制报文(vlan id 7)、视频报文(vlan id 6)、音频报文(vlan id 5)和同步报文(vlan id 0)。而在使用的过程中，交换机识别到的报文的vlan id为0，则表明该交换机接收到了上述同步报文，因此，进一步根据上述预设的同步报文的转发规则对该报文中的数据流进行转发。
73.步骤s31，根据接收到的所述vlan id信息识别出对应的报文类型，所述报文类型包括控制报文、视频报文、音频报文以及同步报文；在所述交换机内预设多种所述报文目标端口，并使每种所述报文目标端口与每种所述报文类型一一对应；根据所述报文类型并按照所述转发规则向对应的所述报文目标端口静态转发报文数据。
74.具体的，在本实施例中，需要说明的是，因为本实施例公开的每个vlan均包括与其对应的vlan id信息以及数据流。因此，当交换机接收到每个vlan时，会识别出每个vlan中的vlan id信息以及数据流，并立即根据获取到的vlan id信息识别出对应的报文类型。在本实施例中，上述报文类型包括控制报文、视频报文、音频报文以及同步报文。
75.与此同时，本实施例会在上述交换机内预设多种报文目标端口，并使每种报文目标端口与每种报文类型建立一一对应的连接关系，进一步的，在实际的使用过程中，当交换机识别出当前报文的报文类型时，能够根据当前报文类型并按照上述转发规则向对应的报文目标端口静态转发报文数据。
76.更具体的，假设网络中包含控制报文(vlan id 7)、视频报文(vlan id 6)、音频报文(vlan id 5)和同步报文(vlan id 0)。在交换机识别到由摄像头节点发出的vlan id 6的视频报文时，能够将该报文转发到与视频播放节点相连的端口；在交换机识别到由上位机发出的vlan id 5的音频报文时，能够将该报文转发到与音频播放节点相连的端口；在交换机识别到由主控节点发出的vlan id 7的控制报文时，再读取该报文的目标mac地址，并将报文转发到目标mac地址对应节点的相连端口；在交换机识别到由主时钟节点发出的vlan id 0的同步报文时，由于同步报文为广播报文，所以向所有端口转发同步报文，从而能够实现在车载以太网中快速、高效以及可靠的转发报文。
77.在本实施例中，该静态车载以太网交换机报文转发方法还包括：
78.步骤s41，将所述总网络中的全部所述网络节点划归至同一所述vlan中；通过mac地址自学习将多个子网络组合成所述总网络，并将mstp引入至所述总网络中。
79.在本实施例中，为了能够实现基于mstp(多业务传送平台)的整网传输方式，本技术会将上述总网络中的全部网络节点划归至同一vlan中，并通过mac地址自学习将多个子网络组合成所述总网络，最后将上述mstp(多业务传送平台)引入至上述总网络中，并且将所述链路加入到上述总网络中。
80.另外，在本实施例中，还能够利用源mac地址的唯一性，判断交换机只能从p0端口上收到源mac地址为mcu地址的报文，当从p1/p2发出的广播报文通过环型链路回到p2/p1时，交换机判定该报文不需要继续转发并且抛弃，从而解决环型网络广播风暴问题；
81.还可将不同的端口划归到不同的vlan中，而广播报文只能在同一vlan内部传输，同时将网络拓扑模型划分为3个星型网络和一个环型网络，星型和环型局部网络均可转发广播报文，该报文并不会被转发到其它的vlan子网，从而实现子网内部报文广播的能力；
82.对于包含不支持报文复制的交换机的节点，当节点需要同时发送多个vlan报文时，通过预设软件复制原始报文并对应修改vlan的部分编号后分别进行发送，其中，并型和环型子网可以实现点对点的广播情况下的冗余数据的传输。
83.需要指出的是，本发明第二实施例所提供的方法，其实现原理及产生的一些技术效果和第一实施例相同，为简要描述，本实施例未提及之处，可参考第一实施例中相应内容。
84.综上，本发明上述实施例当中的静态车载以太网交换机报文转发方法能够根据识别出的报文类型和设置好的转发规则向预设对应的报文目标端口静态转发报文数据，从而能够直接将报文数据发送至报文目标端口，进而能够实现在车载以太网中快速、高效以及可靠的转发报文。
85.请参阅图6，所示为本发明第三实施例提供的静态车载以太网交换机报文转发系统，该系统具体包括：
86.构建模块12，用于构建网络拓扑模型，所述网络拓扑模型包括总网络，所述总网络包括若干网络节点，所述网络节点包括交换机；
87.处理模块22，用于通过所述交换机识别车载以太网发出的报文中的vlan id信息，并根据所述vlan id信息为各个vlan的数据流分别设置对应的转发规则；
88.转发模块32，用于根据所述报文中的vlan id信息识别出对应的报文类型，并根据所述报文类型和所述转发规则向预设对应的报文目标端口静态转发报文数据。
89.其中，上述静态车载以太网交换机报文转发系统中的所述构建模块12具体用于：
90.分别获取星型网络、环形网络以及并型子网络；
91.按照预设程序将所述星型网络、所述环形网络以及所述并型子网络组合成所述网络拓扑模型。
92.其中，上述静态车载以太网交换机报文转发系统中的所述处理模块22具体用于：
93.通过所述交换机实时接收所述车载以太网发出的所述报文，所述报文包括mac地址、vlan以及长度信息，所述vlan包括所述vlan id信息以及所述数据流；
94.识别出每一所述报文中的所述vlan对应的vlan id信息，并根据所述vlan id信息按照预设程序设置对应的转发规则，以使所述vlan的数据流根据所述转发规则进行转发。
95.其中，上述静态车载以太网交换机报文转发系统中的所述转发模块32具体用于：
96.根据接收到的所述vlan id信息识别出对应的报文类型，所述报文类型包括控制报文、视频报文、音频报文以及同步报文；
97.在所述交换机内预设多种所述报文目标端口，并使每种所述报文目标端口与每种所述报文类型一一对应；
98.根据所述报文类型并按照所述转发规则向对应的所述报文目标端口静态转发报文数据。
99.其中，上述静态车载以太网交换机报文转发系统还包括执行模块42，所述执行模块42具体用于：
100.将所述总网络中的全部所述网络节点划归至同一所述vlan中；
101.通过mac地址自学习将多个子网络组合成所述总网络，并将mstp引入至所述总网络中。
102.本发明第四实施例提供了一种计算机，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一实施例或者第二实施例提供的静态车载以太网交换机报文转发方法。
103.综上所述，本发明上述实施例当中的静态车载以太网交换机报文转发方法、系统及计算机通过构建网络拓扑模型，从而能够实现信息之间的交互，进一步的，识别出车载以太网发出的报文中的vlan id信息，并为各个vlan的数据流分别设置对应的转发规则，从而能够制定出与各个vlan的数据流匹配的转发规则，最后根据上述车载以太网发出的报文中的vlan id信息识别出对应的报文类型，并根据上述报文类型和上述转发规则向预设对应的报文目标端口静态转发报文数据，从而能够直接将报文数据发送至报文目标端口，进而能够实现在车载以太网中快速、高效以及可靠的转发报文。
104.在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
105.计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
106.应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
107.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
108.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。