Echtzeit-Ethernet als Automotive-Netzwerk

Anbieter zum Thema

Isochrone Paketen haben die höchste Priorität

Die Verkehrstrennung erfolgt über die Prioritätenklasse wie in IEEE-802.1p definiert. Ausgangs-Port-Puffer werden dann in zwei oder mehrere Warteschlangen getrennt, die jeweils einer bestimmten Prioritätsklasse zugeordnet werden. Isochronen Paketen wird die höchste Priorität eingeräumt, während asynchrone Pakete die niedrigste Priorität erhalten. Für die Warteschlangen existiert eine Reihe von Prioritätsweiterleitungs-Algorithmen, darunter auf Guthaben basierende und gewichtete Round-Robin-Methoden. Beide Methoden werden gegenüber einer einfachen strikten Priorität bevorzugt, die in Fällen, bei denen Verkehr mit hoher Priorität hoch ist, den Verkehr mit niedriger Priorität zum Erliegen bringen würde.

Zeitkritische Datenübertragung zu Beginn des Zeitfensters

Echtzeit-Leistung wird durch das Zeit-Multiplexen von Kommunikation innerhalb der AVB-Wolke des Netzwerks erreicht. 802.1as bietet eine synchronisierte 8-kHz-Uhr auf jedem Knoten, mit dem ein 125-µs-Rahmen geschaffen wird. Kritische isochrone Datenübertragung wird zu Beginn des Zeitfensters durchgeführt, gefolgt von nichtkritischem TCP/IP-Verkehr, wenn er nicht den Beginn des nächsten Rahmens verzögert.

Unterschiede zwischen Fahrzeug- und Heimnetzwerk

Das Umfeld der Fahrzeugbranche hat deutliche Unterschiede zu anderen Anwendern des AVB-Standards wie digitales Heim- und professionelles AV, die für gewöhnlich klar definiert sind. Im Gegensatz zu digitalen Heim-Anwendungen, wo die Spezifikation einen garantierten Service zu bieten hat, wenn „irgendjemand“ „irgendetwas“ „immer“ „überall“ verbinden kann, ist ein Fahrzeugnetzwerk in der Regel fest und bekannt mit relativ wenig zusätzlicher Benutzer-Konnektivität, die eine ausreichende Bandbreite und die Vermeidung von Staus garantiert. Daher kann man argumentieren, dass Fahrzeuganwendungen nicht wirklich die Notwendigkeit für IEEE-802.1Qat-Datenfluss-Reservierung und vielleicht nicht einmal den erweiterten Warteschlangen- und Weiterleitungs-Standard IEEE 802.1Qav benötigen. Durch die Optimierung der Ethernet-AVB-Spezifikation für die Bedürfnisse der Fahrzeugindustrie ist dann eine kostengünstige und leistungsstarke Lösung möglich.

White Paper zu AV-Übertragung im Kfz mit Ethernet

BMW hat kürzlich selbst ein Weißbuch veröffentlicht, in dem genau dieses Thema „Audio/Video-Übertragung in Fahrzeugen mit Ethernet“ diskutiert wird. Das Papier legt nahe, dass nur eine Teilmenge der AVB-Spezifikation notwendig ist, die als AVA (Audio-Video-Bridging für Automotive) bezeichnet wird. Hier wird eine Lösung empfohlen, die aus den folgenden Teilen von AVB besteht:

IEEE-1722 AVB-Paket,

PTPv2 Zeit-Synchronisation (IEEE-802.1as).

Der A/V-Bandbreiten-Inhalt von Infotainment-Systemen hat sich deutlich erhöht

Da sich der A/V-Bandbreiten-Inhalt von Infotainment-Systemen erhöht hat, ist die Notwendigkeit für netzwerkbasierte Kommunikation deutlich geworden. Die Nutzung dedizierter Punkt-zu-Punkt-Verbindungen für Audio und Video mit Technologien wie LVDS über geschirmte Kabel ist sowohl unpraktisch als auch teuer in Bezug auf Kabelbäume, Verlegen und Zuverlässigkeit. Ethernet-Netzwerke bieten die niedrigsten Betriebskosten mit bewährter Zuverlässigkeit, wie bereits Verbraucher- und industrielle Steuerungsmärkte bewiesen haben. Die Verwendung von geschirmten Kabeln im Auto ist in der Regel unerwünscht. Dies bringt Komplikationen in Erdungsstrategien, Fragen an die Zuverlässigkeit und Leistung, sowie erhöhte Kosten in der Produktion hervor. Abgeschirmte Kabel können nicht wie die typischen Kabelbäume während der Produktion vor Ort hergestellt werden, sondern müssen vorgefertigt und gekauft werden.

Schnelles Ethernet über ein ungeschirmtes Twisted-Pair-Kabel

Schnelles Ethernet wird spezifiziert, um über ungeschirmtes Twisted-Pair-Kabel, als CAT5 bekannt, betrieben zu werden.

Die typischen Merkmale eines CAT5-Kabels sind in Tabelle 2 dargestellt. Ein standardmäßiges CAN-Kabel weist ähnliche Eigenschaften wie das ungeschirmte, verdrillte CAT5 auf. Tests haben die Machbarkeit einer langfristigen fehlerfreien Übertragung von Ethernet über mehr als 100 m CAN-Kabel bewiesen.

CAN-Kabel sind nur teilweise spezifiziert

Der Hauptunterschied zwischen den beiden Kabeln ist, dass ein CAN-Kabel nur teilweise spezifiziert ist und keine kontrollierte Impedanz oder ein Verdrillungsverhältnis zur Verfügung stellt. Als Folge davon können das EMV-Verhalten und die Signalintegrität nicht garantiert werden, was das CAN-Kabel in der Regel für Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung nicht geeignet macht. CAN-Kabel wird derzeit für Ethernet-On-Board-Diagnose (OBD) verwendet, weil es nicht notwendig ist, die OEM Umgebungsbedingungen, speziell EMI-Emissionen, vollständig zu erfüllen.

Die EMV-Anforderungen müssen eingehalten werden

Damit Ethernet für jede Betriebsanwendung in Erwägung gezogen werden kann, während sich das Fahrzeug bewegt, muss es uneingeschränkt die Bedingungen erfüllen. Die Herausforderung liegt darin, das Standard-Ethernet über ungeschirmte Kabel zu betreiben, während die von den Automobilherstellern definierten EMV-Anforderungen der Automobilhersteller eingehalten werden.

Bild 4 zeigt die typischen Abstrahlungsmerkmale für eine 100-Mbps-Ethernet-Schaltung gegenüber den OEM-FlexRay-Streifenleitungsgrenzen.

(ID:28916680)

Bordnetze