Kfz-Bordnetze, Teil 2 Ethernet für Multimediadienste im Automobil

In Fahrzeugen werden zunehmend Multimediadienste angeboten, für die sich Ethernet als Übertragungslösung anbietet. Dabei spielt Ethernet seine Vorteile bei der Bereitstellung von Leistungen in Echtzeit und bei der Servicequalität (QOS) aus. Und auch hinsichtlich Lebensdauer und Support kann es punkten.

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Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG

IBR Leiterplatten GmbH & Co. KG

Micrel Inc.

Im Verlauf der letzten 30 Jahre hat sich das Auto von einem einfachen mechanischen Gerät zu einer komplexen elektrischen Einrichtung gewandelt. Im Jahr 1980 entfielen weniger als 1% der Fahrzeugkosten auf seine elektronische Ausrüstung. Diese Zahl erhöhte sich bis zum Jahr 1990 auf 7% und bis 2007 auf 22% (Quelle: Under the Hood: Silicon in autos driving patent plans; EETimes, September 2007).

Die Nachfrage nach mehr Sicherheit und Komfort stieg ebenfalls rasch, was an der steigenden Zahl an Mikrocontrollern, die in Navigations-, Informations- und Unterhaltungssystemen, Kameras und Sensoren eingesetzt werden, erkennbar ist.

Der moderne Verbraucher erwartet den gleichen Service in seinem Auto, wie er ihn im Büro oder zuhause vorfindet. E-Mail, Musik, Spiel- und Videofunktionalität, gekoppelt mit erhöhter Sicherheit, sind die durchschnittlichen Erwartungen eines Automobilkunden.

Daher ist ein einfaches IP-basierendes Netzwerk, mit dem das Fahrzeug auf das World Wide Web zugreifen kann, der Schlüssel zum Verkaufserfolg. Dies ist etwa das Ziel des Autoherstellers BMW, der bereits demonstriert hat, dass ein IP-basiertes Netzwerk sensitive Echtzeitanwendungen gleichzeitig mit datensensitiven Multimediaanwendungen implementieren kann.

Leistung in Echtzeit – Servicequalität (QoS)

Ethernet war ursprünglich nicht dazu konzipiert, Daten für Echtzeitanwendungen wie Audio, Sprache oder Video zu übertragen. Die Industrie setzt jedoch seit geraumer Zeit Ethernet erfolgreich als Datenübertragungsbasis für zeitkritische Steuernetzwerke ein.

Sprach- und Video-Dienste in Heim und Büro wandeln sich ebenfalls rapide von herkömmlichen leitungsvermittelten Netzwerken mithilfe des Ethernet zu IP-basierten, paketvermittelten Netzwerken.

Der Schlüssel für diesen IP-Erfolg ist die Fähigkeit, solche Dienste mit einer gleichen oder verbesserten Qualität zu einem wesentlich niedrigeren Preis bereitzustellen. Der Schlüssel zur Sprach- und Videoqualität über Paket-Netzwerke ist ein Netzwerkpfad mit geringer Latenz. Länger anhaltende oder diskontinuierliche Unterbrechungen im Fluss dieser zeitkritischen Dienstleistungen setzen die Sprach- und Bildqualität beachtlich herab.

Ringtopologien verursachen erhöhte Latenzzeiten

Ethernet-Netzwerke bevorzugen in Automobilanwendungen in der Regel die Ringtopologie. Ein Problem beim Einsatz von Ringtopologie-Netzwerken für Echtzeitanwendungen im Ethernet sind erhöhte Latenzzeiten. Sie entstehen dadurch, dass die Daten jeden Knoten des Rings passieren müssen, bevor sie ihr Endziel erreichen.

Für industrielle Steuernetzwerke wird eine Echtzeitleistung im Allgemeinen durch Zeit-Multiplexing der Kommunikation im Netzwerk zwischen den Knoten erreicht. Die kritische isochrone Datenübertragung wird am Anfang des Zyklus vorgenommen, gefolgt von nichtkritischem TCP-IP-Datenverkehr. Dieses Zeitmultiplexverfahren weist viele Ähnlichkeiten mit dem MOST-Netzwerk auf, das in Automobilanwendungen zum Einsatz kommt.

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