Press "Enter" to skip to content

Проблемы и будущие возможности автомобильного Ethernet

Сегодняшние достижения в области подключенных и автономных автомобилей создают проблемы, которые должны решаться инфраструктурой транспортных средств. Информационные развлечения, ADAS, объединение датчиков и автономность вождения — все это требует сетевых подключений в автомобиле и соединений со сверхвысокой пропускной способностью. Но традиционные автомобильные сети, такие как CAN, CAN-FD, LIN, MOST и FlexRay, не обеспечивают необходимую пропускную способность для поддержки всех устройств и приложений подключенных – и, в конечном итоге, автономных автомобилей.

Множество датчиков и электронных блоков управления (ECU), которые должны быть подключены, наряду с требованиями к все более высокой пропускной способности, требуют соединений с высокой пропускной способностью и масштабируемости для обеспечения более гибкой архитектуры. Автомобильный Ethernet  (Automotive Ethernet), один из вариантов на сегодняшнем рынке, был представлен в 2008 году. 100Base-TX-Ethernet был развернут в автомобильном секторе для подключения бортовых диагностических интерфейсов (OBD), что позволяет создать единый диагностический порт, на котором выполняется диагностика по интернет-протоколу (DoIP) и быстрая загрузка программного обеспечения (со значительно улучшенными скоростями передачи данных).

Однако, поскольку требования к более высокой пропускной способности и большему количеству приложений возрастают, автомобильный Ethernet может оказаться не самым лучшим решением.

Существует три ключевых вызова для автомобильного Ethernet:

  • Много гигабитная передача данных в автомобиле в ближайшем будущем, в то же время нацеленность на более высокие цифры (более 100G) в долгосрочной перспективе.
  • Надежность электромагнитной совместимости (включая режимы «отказоустойчивый») в шумной автомобильной среде.
  • Недорогой, легкий жгут проводов для поддержки всех устройств в «центре обработки данных на колесах» с наиболее оптимизированной и экономически эффективной архитектурой.

Сражение пропускных способностей

Автомобильные Ethernet 100Base-T1 и 1000Base-T1 используют IEEE Audio Video Bridging (AVB) для потоковых приложений в реальном времени и чувствительных ко времени сетей (TSN) для детерминированного поведения. Конечно, протоколы AVB и TSN увеличивают издержки (и задержку) и требуют большой вычислительной мощности. Есть цена, которую нужно заплатить (сложность разработки и стоимость решения) всякий раз, когда кто-то хочет упростить и пакетировать аудиоданные или видеоданные с высокой пропускной способностью и передавать эти потоковые данные через программные стеки.

Автономные и подключенные автомобили предъявляют новые требования к автомобильным сетям

Ethernet 100Base-T1 и даже 1000Base-T1 не обеспечивают достаточную пропускную способность для подключения камер и графических дисплеев с высоким разрешением для автономного вождения, поскольку в некоторых случаях требования к ней очень значительны. Хотя автомобильный Ethernet с более высокой пропускной способностью находится в стадии разработки, ему, вероятно, потребуется более надежная кабельная система для обработки электромагнитных помех (EMI). EMI является серьезной проблемой, поскольку электронные системы становятся все более зависимыми от соображений безопасности. Это усугубляется растущими потребностями в пропускной способности автомобиля — более высокие скорости передачи данных создают более высокий риск ошибок обработки данных, вызванных помехами.

Автомобильная сеть Ethernet использует амплитудно-импульсную модуляцию (PAM) для модуляции физического уровня (PHY), такой как PAM-3 и, в конечном итоге, PAM-4. PAM — это аналоговая схема импульсной модуляции, в которой передаваемая информация кодируется по амплитуде самих импульсных сигналов. Количество возможных амплитуд напрямую влияет на количество битов данных, передаваемых каждой амплитудой.

Автомобильный Ethernet использует прямое исправление ошибок (FEC) для обеспечения достоверности передаваемых данных. Однако добавление избыточных битов данных увеличивает издержки канала и снижает эффективную полосу пропускания, что является ключевым фактором при планировании пропускной способности системы. Кроме того, решения на основе FEC могут реагировать только на постепенные профили шума, что делает их непригодными для обработки мгновенных шумов от событий электромагнитных помех.

HDBaseT

Еще один вариант удовлетворения потребностей высокоскоростного подключения в автомобиле — это технология HDBaseT, разработанная компанией Valens. HDBaseT Automotive решает эти проблемы, используя модуляцию PAM-16 в сочетании с быстрым адаптивным шумоподавлением, которое может быть автоматически активировано только при необходимости («как раз вовремя»). Кроме того, локальная повторная передача пакетов используется для обработки любых мгновенных шумовых атак. Таким образом, канал работает без ошибок в оптимальной рабочей точке с нулевой потерей пакетов.

HDBaseT Automotive может передавать собственные данные Ethernet (100 МБ / 1 Гбит / 2,5 Гбит / с) по одному проводу не экранированной витой пары (UTP). И это можно сделать, обеспечивая исключительную надежность электромагнитной совместимости (ЭМС). Поскольку жгут проводов не экранирован, не возникает никаких сложностей, связанных с заземлением, и существует большая гибкость в отношении повторного использования устаревших многоконтактных разъемов (таких как MQS), даже для 1 GbE. Поскольку наборы микросхем передают стандартный интерфейс Ethernet PHG Ethernet / SGMII MAC на обоих концах канала, для систем на базе Ethernet выше физического уровня изменений не происходит, что упрощает общую архитектуру и снижает занимаемую площадь и потребности в энергии.

Наконец, HDBaseT Automotive позволяет объединять дополнительные интерфейсы (такие как видео, аудио, PCIe, USB и так далее) по одному каналу, сокращая количество необходимых проводов в автомобиле. Для PCIe и других интерфейсов HDBaseT Automotive уже поддерживает пропускную способность 16 Гбит / с по UTP с дополнительными интерфейсами в дорожной карте, такими как CSI-2.

Подключенный автомобиль — это реальность. С правильной технологией мы можем преодолеть проблемы сегодняшнего подключения.

Оставьте комментарий

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *