用于运行通信系统的单元的方法与流程

本发明涉及一种用于运行通信系统的第一通信单元的方法、一种用于运行通信系统的第二通信单元的对应的方法以及一种用于运行通信系统的方法。本发明还涉及一种第一通信单元、一种第二通信单元和一种通信系统。此外，本发明涉及一种计算机程序和一种机器可读的存储介质，其上储存有所述计算机程序。

背景技术：

1、在分配式系统中的许多应用场景中，对在两个或两个以上的通信伙伴之间的通信延迟的估计是重要的。于是在不同的安全关键的系统中，通信延迟例如不应超过特定的阈值，以便还确保数据的现实性。针对这些系统，准确地估计通信延迟是次要的，因为出于安全原因，仅最坏情况的延迟或数据的最大时效(alter)才是决定性的。

2、已知一些方法，在这些方法中，借助于通信参与者的时间同步以及消息中的时间戳来查明通信延迟。这能够以不同的方式进行，例如通过将所有参与者同步到外部的时间信号(gps或报时信号发送器)或者借助于时间同步消息的双向交换以及对平均延迟的估计(网络时间协议、精确时间协议)来进行。

3、这两种估计的共同之处在于，它们在所有的通信参与者中以通过所述方法所同步化的、即带到共同的时基的时钟为前提。数据发送器给其消息设置其当前的系统时间的时间戳。消息的接收器而后查明其系统时间与所附的时间戳的差值，以便查明通信延迟。

技术实现思路

1、按照第一方面，本发明的主题是按照权利要求1所述的用于运行通信系统的第一通信单元的方法，以便借助于第二通信单元来查明由通信系统的第一通信单元传输给第二通信单元的数据包的延迟时间的最大值。

2、按照第二方面，本发明的主题是按照权利要求4所述的用于运行通信系统的第二通信单元的方法，以便借助于第二通信单元来查明由通信系统的第一通信单元传输给第二通信单元的数据包的延迟时间的最大值。

3、按照第三方面，本发明的主题是按照权利要求10所述的用于运行包括第一通信单元和第二通信单元的通信系统的方法，以便借助于第二通信单元来查明由第一通信单元传输给第二通信单元的数据包的延迟时间的最大值。

4、按照第四方面，本发明的主题是按照权利要求11所述的第一通信单元。

5、按照第五方面，本发明的主题是按照权利要求12所述的第二通信单元。

6、按照第六方面，本发明的主题是按照权利要求13所述的通信系统，其具有按照第五方面的第一通信单元和按照第六方面的第二通信单元。

7、按照另一方面，本发明的主题是按照权利要求14所述的一个计算机程序或多个计算机程序以及一种按照权利要求15所述的机器可读的存储介质。

8、“通信单元”在本发明的范畴内能够理解为一种单元，其构造用于接收和发送无线地或有线地传输的消息或数据包。

9、通信单元尤其包括至少一个处理器、至少一个具有计算机程序代码的存储介质和至少一个通信接口。如此配置计算机程序代码，使得该计算机程序代码连同至少一个处理器和至少一个通信接口引起了，按照根据本发明的第一和/或第二方面所述的方法来运行通信单元。通信接口能够是软件接口和/或硬件接口，其构造用于，无线地或有线地接收和/或发送数据包或消息。

10、这就是说，换言之，通信单元构造用于无线的和/或有线的通信。无线通信例如能够包括无线电通信、尤其移动无线电通信和/或wlan通信和/或近场通信。有线通信例如能够是借助于总线系统、如can/fd、flexray或以太网所进行的通信。

11、通信单元中的每个通信单元能够是移动式或固定式装置的一部分。能够想到的是，通信单元中的一个通信单元、尤其第一通信单元布置在移动式装置处、例如车辆处。也能够想到的是，通信单元中的一个通信单元、尤其第二通信单元布置在移动式装置旁边并且例如是云计算系统或服务器后端的一部分。

12、第一通信单元优选能够直接或间接地与尤其布置在车辆处的传感器单元连接，以便接收由该传感器单元产生的传感器数据。第一通信单元例如能够构造为尤其车辆的连接单元，该连接单元优选与车辆的一个或多个构造成数据提供单元的控制器无线地或有线地连接或能连接。

13、第一和第二通信单元能够借助于一个或多个通信连接部或通信路径相互连接或者能连接。在此，通信连接部或通信路径能够构造为无线的或有线的通信连接部或者构造为无线的或有线的通信路径。也能够想到的是，通信连接部或通信路径在第一与第二通信单元之间包括至少两个先后跟随的通信区段，其中，第一通信区段构造成无线的通信连接部并且第二通信区段构造成有线的通信连接部。

14、用于运行第一通信单元的方法包括尤其借助于通信接口、第一通信单元来接收至少一个由第二通信单元发送给第一通信单元的令牌消息的步骤。令牌消息包括代表了令牌消息的参考时间的时间信息。令牌消息例如能够构造为无线地或有线地传输的数据包。

15、令牌消息的参考时间是配属于令牌消息的时间或配属于令牌消息的时间点。参考时间例如能够是产生或者尤其可能发送令牌消息的时间或时间点。令牌消息的参考时间优选借助于第二通信单元来查明。参考时间能够对应于配属于第二通信单元的或者被第二通信单元所包括的时钟的当前的时钟时间、或者第二通信单元在产生或尤其可能发送令牌消息的时间点的系统时间。

16、时间信息是被令牌消息所包括的信息，其代表了令牌消息的参考时间。能够想到的是，时间信息包括参考时间或者由参考时间构成。时间信息例如能够包括时间戳或者构造为时间戳。参考时间、尤其时间戳，能够以加密的或未加密的形式被时间信息所包括。也能够想到的是，时间信息借助于配属于参考时间的数字代码和/或字母代码、尤其配属于参考时间的计数器信息来代表参考时间、尤其时间戳。这具有的优点是，第一通信单元作为潜在的攻击者无法推断出第二通信单元处的参考时间。因此使得攻击者修改参考时间变得困难。于是例如能够防止参考时间的值被攻击者提高，以便伪装更小的延迟时间。

17、用于运行第一通信单元的方法能够包括借助于配属于第一通信单元的或者被第一通信单元所包括的存储介质来储存时间信息的步骤。所述方法也能够包括用最后接收的和/或较新近的时间信息来代替所储存的时间信息的步骤。所述方法还能够进一步包括将所接收的和/或所储存的时间信息复制或添加到有待发送的数据包的步骤。在此尤其未经改变地或未经修改地储存和/或添加和/或复制时间信息。也能够想到的是，所接收的时间信息以借助于第一通信单元在使用预先给定的或能预先给定的适配规则的情况下所查明的经适配的形式来储存和/或添加给数据包，其中，经适配的时间信息借助于第二通信单元在使用预先给定的或能预先给定的相反的适配规则的情况下转变为时间信息。

18、用于运行第一通信单元的方法还进一步包括借助于第一通信单元将下述数据包发送给第二通信单元的步骤，该数据包具有被至少一个所接收的令牌消息所包括的时间信息，以便借助于第二通信单元、基于被数据包所包括的时间信息来查明从第一通信单元传输给第二通信单元的数据包的延迟时间的最大值。多个数据包优选时间上间隔开地、尤其周期性地借助于第一通信单元发送给第二通信单元。在此，数据包分别包括被第二通信单元的所接收的令牌消息所包括的时间信息。

19、数据包借助于通信连接部从第一通信单元传输给第二通信单元。数据包包括时间信息，尤其以相对于令牌消息在内容和/或格式方面未被改变的方式，并且优选包括用户数据。用户数据能够尤其包括由传感器单元间接或直接地提供给第一通信单元的传感器数据、例如音频和/或视频数据。根据由数据包所包括的时间信息能够借助于第二通信单元根据用户数据的延迟时间的最大值来查明数据包的延迟时间的最大值。

20、数据包的延迟时间是用于将数据包从第一通信单元传输给第二通信单元所需的时间。数据包的延迟时间尤其是用于将用户数据借助于数据包从第一通信单元传输给第二通信单元所需的时间或持续时间。两个时间上先后跟随的所发送的数据包的延迟时间能够依赖于通信系统的一个或多个状态和/或特性而不同。

21、“数据包的延迟时间的最大值”在本发明的范畴内能够理解为时间值或时间数据，其大于或等于、尤其确实大于通信系统中数据包的最大可能的延迟时间。延迟时间的最大值优选代表了能借助于第二通信单元(即使在缺乏用于借助于第二通信单元来查明数据包的实际的延迟时间的可能性时)查明的对延迟时间的估计，其中，数据包的实际的延迟时间小于或等于延迟时间的最大值。这意味着，换言之，延迟时间的最大值能够构造成延迟时间的上限值，该上限值不会被延迟时间超过。因此，最大值也考虑到了在传输数据包时针对关于延迟时间的最坏情况场景的延迟时间。

22、用于运行第二通信单元的方法包括借助于第二通信单元将至少一个令牌消息发送给第一通信单元的步骤。令牌消息包括代表了令牌消息的参考时间的时间信息。

23、按照第二方面的方法还进一步包括借助于第二通信单元来接收由第一通信单元传输给第二通信单元的数据包的步骤。数据包包括由至少一个所发送的令牌消息所包括的时间信息。

24、按照第二方面的方法此外还包括借助于第二通信单元来查明从第一通信单元传输给第二通信单元的数据包的延迟时间的最大值的步骤。在此，基于被数据包所包括的时间信息来查明或计算出延迟时间的最大值。

25、通过按本发明的方法和按本发明的通信单元现在能够以技术上简单且同时特别可靠的方法和方式在通信系统中查明数据包的延迟的最大值，其中，数据包的实际延迟小于或等于最大值。延迟的最大值能够借助于接收数据包的通信单元与在发送数据包的通信单元侧的时钟或系统时间无关地查明。尤其不需要通信单元之间时钟同步或系统时间。由此能够降低发送数据包的通信单元的技术复杂度并且省去耗费的时间同步方法。所提出的方案对安保相关的和/或安全性相关的应用是特别有利的，如例如远程操控车辆，在该远程操控时，数据包的内容的可信度是特别重要的并且超出数据包的延迟时间的阈值就需要将所述系统、例如车辆转移到安全的状态中。所提出的方案尤其能够实现简化通信系统的安全性分析并且简化借助于通信系统所实现的应用。

26、有利的是，按照第一方面的方法包括借助于第一通信单元来接收由第二通信单元尤其时间上与已发送的令牌消息间隔开地发送给第一通信单元的另外的令牌消息的步骤。另外的令牌消息包括代表了另外的令牌消息的参考时间的时间信息。在此，所发送的数据包包括被最后借助于第一通信单元所接收的令牌消息所包括的时间信息。替代地，所发送的数据包也包括被所接收的令牌消息所包括的时间信息，该时间信息代表了最新近的或最新的参考时间。为此，借助于第一通信单元来储存被所接收的令牌消息所包括的时间信息。

27、通过这种设计方案能够减小最大值与实际的延迟时间的偏差。由此能够减少假阳性情形，在假阳性情形下，延迟时间的所查明的最大值超过了预先给定的或能预先给定的阈值，而实际的延迟时间不超过阈值。

28、在此有利的是，令牌消息和另外的令牌消息能够分别包括计数器信息，其中，基于计数器信息来选择代表最新近的参考时间的时间信息。计数器信息尤其被时间信息所包括。也能够想到的是，时间信息构造为计数器信息，或者时间信息由计数器信息构成。

29、计数器信息例如能够包括配属于令牌消息的号码、例如序列号或者构造为这种号码。时间上先后跟随地所发送的令牌消息的计数器信息能够在预先给定的或能预先给定的值域中单调递增。

30、这意味着，换言之，为了提高所述方法的可用性而有利的是，第一通信单元将例如通过到目前为止最高的所接收的时间戳所代表的最新近的时间信息添加给数据包，以便在对令牌消息重新分类时，在从第一通信单元到第二通信单元的通信信道上防止将过时的时间信息、例如过时的时间戳添加给数据包，数据包否则由此将会被错误地分级成太过时。在被加密的时间信息的情况下，在此能够使用保护参考时间的单调性的加密方法，或者使用以未加密的方式传输的单调递增的计数器信息。

31、通过这种设计方案也能够借助于第一通信单元在所加密的时间信息的情况下正确地选择出有待添加给数据包的时间信息并且/或者降低用于传输时间信息的资源。

32、按照第一和/或第二方面所述的方法能够包括针对一个或多个另外的第一通信单元的相应的步骤。在此，借助于另外的第一通信单元来接收尤其相同的至少一个令牌消息并且将下述另外的数据包借助于另外的第一通信单元发送给第二通信单元，该另外的数据包具有被至少一个所接收的令牌消息所包括的时间信息，以便借助于第二通信单元、基于被另外的数据包所包括的时间信息来查明由另外的第一通信单元传输给第二通信单元的另外的数据包的延迟时间的最大值。令牌消息能够在使用广播方法或单播方法的情况下发送给第一通信单元和所述一个或多个另外的第一通信单元。

33、按照第一和/或第二方面的方法能够包括针对一个或多个另外的第二通信单元的相应的步骤。在此，令牌消息由第二通信单元发送，并且借助于第一通信单元分别将下述数据包发送给相应的第二通信单元，该数据包具有被相应的所接收的令牌消息所包括的时间信息，以便借助于相应的第二通信单元、基于被相应的数据包所包括的时间信息来查明由第一通信单元传输给相应的第二通信单元的数据包的延迟时间的最大值。

34、有利的是，在按照本发明的第二方面的方法中，此外基于借助于第二通信单元所接收的数据包的接收时间来查明延迟时间的最大值。延迟时间的最大值优选被查明作为在接收时间与由时间信息所代表的参考时间之间的差值。能够想到的是，所述方法包括对以加密的方式传输的时间信息的解密并且/或者将对应的参考时间分配给所传输的时间信息的步骤，以便查明最大值。通过这种设计方案能够特别快速地查明最大值。

35、进一步有利的是，借助于第二通信单元在时间上间隔开地、尤其周期性地将下述令牌消息发送给第一通信单元，该令牌消息分别包括代表了相应的令牌消息的参考时间的时间信息。这意味着，换言之，时间上间隔开地、尤其周期性地所发送的令牌消息分别包括时间信息，其中，时间信息代表了相应的令牌消息的参考时间。时间间距和/或周期预先给定或者能预先给定为静态值或者相对所述方法的运行时间来查明。通过以较小的时间间距发送令牌消息，能够减小最大值与实际的延迟时间的偏差。由此能够减少假阳性情况，在该假阳性情况下，所查明的延迟时间的最大值超过预先给定的或能预先给定的阈值，而实际的延迟时间并未超过阈值。通过以较大的时间间距来发送令牌消息能够减少用于传输令牌消息的资源。

36、在此进一步有利的是，根据下述参量中的至少一个、尤其全部来查明或预先给定时间上间隔开地、尤其周期性地所发送的令牌消息的时间间距、尤其周期：

37、-容错的时间间隔，

38、-超过容错的时间间隔的概率，

39、-令牌消息的和/或数据包的丢失的丢失概率，

40、-令牌消息的传输持续时间，

41、-数据包的传输持续时间，

42、-数据包的时间间距或周期。

43、能够想到的是，两个时间上先后跟随地所发送的令牌消息的时间间距itoken按照不等式

44、itoken＜(ftti-rtt-idata)/(n+1)

45、和

46、plossn+1＜pfail

47、来查明。在此，ftti(容错时间间隔，fault tolerant time interval)指的是预先给定的或能预先给定的容错的时间间隔、尤其在借助于第一通信单元识别到出现了错误与借助于第二通信单元接收了通知错误出现的数据包之间的最大允许的时间间隔。rtt(往返时间，round trip time)指的是由令牌消息从第二通信单元到第一通信单元的传输持续时间和数据包从第一通信单元到第二通信单元的传输持续时间构成的总和，idata指的是在两个时间上先后跟随地借助于第一通信单元所发送的数据包之间的时间间距，n指的是时间上先后跟随地所发送的、没有成功传输给第一通信单元的令牌消息的最大允许的数量。ploss指的是在传输时令牌消息和/或数据包丢失的丢失概率。pfail指的是超过ftti的预先给定的或能预先给定的概率。

48、在此能够想到的是，两个时间上先后跟随地所发送的数据包的时间间距idata按照不等式

49、idata＜(ftti-tdata)/(m+1)

50、和

51、plossm+1＜pfail

52、来查明，在此，tdata指的是数据包从第一通信单元到第二通信单元的延迟时间或传输持续时间。m指的是时间上先后跟随地所发送的、没有成功传输给第二通信单元的数据包的最大允许的数量。

53、基于两个时间上先后跟随地所发送的令牌消息的时间间距itoken，令牌消息的周期能够查明为1/itoken。

54、通过这种设计方案提供了对令牌消息的时间间距或周期的参数化，借助于该参数化能够考虑到基于所述方法的应用的要求以及在通信单元之间的通信连接部的特性。

55、在此有利的是，在使用尤其基于线性平均的外推算法和尤其指数的平滑算法的情况下来查明或适配所述时间上间隔开地所发送的令牌消息的时间间距、尤其时间上周期性地所发送的令牌消息的周期。

56、能够想到的是，针对时间间距的外推值itoken,ex按照

57、itoken，ex＝min(itoken)+(1-q)＊[max(itoken)-min(itoken)]

58、来查明。在此，max(itoken)或min(itoken)指的是预先给定的或能预先给定的最大值或最小值，其中，max(itoken)优选对应容错的时间间隔。q指的是由延迟时间的当前或最后查明的最大值与容错的时间间隔构成的商值。

59、基于针对时间间距的这种外推值itoken,ex，能够按照

60、itoken，neu，t+1＝(1-α)＊itoken，neu，t+α＊itoken，ex，t+1

61、来迭代地平滑所适配的时间间距itoken,neu,t，以避免由于单独的异常值所致的强烈波动。在此，优选α、即小于或等于0.5的α指的是预先给定的或能预先给定的权重因子或平滑因子。t指的是迭代步骤。通过这些设计方案能够动态地相对于所述方法的运行时间来查明或适配时间间距。

62、此外还有利的是，令牌消息包括尤其被时间信息所包括计数器信息，其中，代表计数器信息的位的数量优选根据下述参量中的至少一个、尤其所有来查明或预先给定：

63、-令牌消息的时间间距或周期。

64、-数据包的时间间距或周期，

65、-借助于第二通信单元所接收的数据包的最大可能的延迟时间。

66、时间信息在此优选由计数器信息构成。

67、为了实现令牌消息的唯一性，如此设计代表计数器信息的位的数量，使得未经证实地仅利用一半的号码空间。这意味着，在对应于2个位的0至3的号码空间中，借助于第二通信单元仅发送具有计数器信息0和1的令牌消息，直至借助于第二通信单元来接收具有时间参考0或1的数据包。如果借助于第二通信单元来接收具有时间参考0或1的数据包，那么就能够借助于第二通信单元发送具有计数器信息2的令牌消息等。

68、由这种机制可知，代表了计数器信息的位的数量或者用于令牌消息的号码空间的大小会对通信系统的可用性具有影响。为了实现足够的性能，优选考虑到借助于第二通信单元所接收的数据包的最大可能的延迟时间、或者数据包在连接第一和第二通信单元的通信网络中的最大的停留时间。由此能够如此选择代表了计数器信息的位的数量或者用于令牌消息的号码空间的大小，使得延迟的数据包不会错误地被第二通信单元认为是当前的。

69、号码空间的大小n例如能够按照不等式

70、n＞2＊[tmax/min(idata，itoken)-1]

71、来查明。在此，itoken指的是时间上先后跟随地所发送的令牌消息的时间间距，idata指的是时间上先后跟随地所发送的数据包的时间间距，并且tmax指的是借助于第二通信单元所接收的数据包的最大的延迟时间。代表计数器信息的位的数量能够按照

72、

73、利用取整函数来查明。通过这种设计方案能够使用于时间信息的通信的资源最小化，以便将所述方法也使用在具有较小的用户数据量的通信系统、如例如can中。

74、此外还有利的是，按照第二方面的方法包括，当延迟时间的所查明的最大值大于或等于预先给定的或能预先给定的阈值时，将错误消息发送给第一通信单元的步骤。作为对所发送的错误消息的响应，能够控制第一通信单元和/或包括第一通信单元的移动式装置、例如车辆，以便将移动式装置转移到预先给定的或能预先给定的状态中。由此，能够防止由于在传输数据包时、例如在远程操控车辆时的延迟所致的危急的运行状况。

75、一种计算机程序产品或具有程序代码的计算机程序也是有利的，该程序代码储存在机器可读的载体或存储介质、如半导体存储器、硬盘存储器或光学的存储器上并且用于，尤其当在计算机上或者在一个或多个通信单元上实施所述程序产品或程序时，执行、实现和/或操控按照前述实施方式之一所述的一个或多个方法的步骤。