Ethernet für Multimediadienste im Automobil

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Micrel Inc.

Folgen einer „Store-and-Forward“-Architektur

Alle heutigen Ethernet-Switches basieren auf einer „Store-and-Forward“-Architektur, bei der das gesamte Datenpaket gespeichert und verarbeitet wird, bevor es weitergeleitet wird. Durch die Analyse des gesamten Pakets wird eine Reihe von Funktionen wie Virtual LAN (VLAN) und Prioritätsklassifikation ermöglicht.

Die Folge einer „Store-and-Forward“-Architektur ist jedoch ein unbestimmtes Latenzverhalten. Dies wird in den Latenzzeitmessungen in der Tabelle dargestellt, bei denen ein 5-Port-Switch KSZ8995MAI von Micrel als Beispiel benutzt wird.

Die durch einen Ethernet-Switch hervorgerufene Latenzzeit ist direkt proportional zur Paketgröße und begründet durch die „Store-and-Forward“-Architektur. Die Gesamtlatenzzeit kann daher nach der nachstehenden Gleichung berechnet werden:

Gesamtlatenz = (Paketgröße x 8)/Rate + Weiterleitungsverzögerung.

Hinweise für das Design eines Ethernet-Ringnetzwerks

Die Weiterleitungsverzögerung im Switch ist normalerweise gering, konstant und unabhängig von der Paketgröße. Hieraus können folgende Hinweise für das Design eines Ethernet-Ringnetzwerks für zeitkritische Anwendungen abgeleitet werden:

• Die Festlegung der Paketgröße in einem Netzwerk sorgt für eine konstante Switch-Latenzzeit.

Die Switch-Latenzzeit kann durch die Reduzierung der Paketgröße auf ein Minimum reduziert werden.

Die gesamte Latenzzeit von Knoten zu Knoten ist trotz ihrer Bedeutung weniger kritisch als Latenzzeitschwankungen, die als „Jitter“ bezeichnet werden. Konstante Latenzzeiten können in einem Netzwerk kompensiert werden. Schwankungen können dagegen nicht kompensiert werden, was sich unmittelbar in einer reduzierten Genauigkeit bei Echtzeitanwendungen bemerkbar macht.

Priorität und Servicequalität

Moderne Fahrzeuge haben viele Ähnlichkeiten mit dem Heim, wo jedes Zimmer separat Multimediadienste, bekannt als „Triple Play“ (Sprache, Video und Daten), bereitstellen muss. Das Auto wird bald dem gleichen Modell folgen, wobei jeder der vier oder mehr Sitze einem Zimmer gleichkommen wird.

Um die Servicequalität bei Verzögerungen sensitiver Audio-/Videoübertragungen zu garantieren, wurden mit dem Standard IEEE 802.1p ein Prioritätsschemata für die Übertragung von Datenpaketen über Ethernet-Netzwerke eingeführt.

Latenzkritische Pakete können differenziert und ihre Reihenfolge entsprechend der Priorität geändert werden. Die entsprechende Priorität wird mithilfe eines 3-Bit-802.1p-Codes in einem 8021.q-VLAN-Tag festgelegt, der jedem Paket hinzugefügt wird (Bild 1).

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