从百兆到千兆——TE Connectivity谈汽车以太网连接

作者: 产品中心  发布:2020-04-01

OFweek通信网,当人们谈论以太网时,首先涌入我脑海中的形象是有线和连接电脑或笔记本的RJ-45 接头。由于以太网的普遍性,许多人都对其存在熟视无睹,就像接通电源一样接通以太网。而随着无线技术的普及,还有许多人或许认为以太网和这一切无关视线不及之处,似乎就不存在。但是,无线路由器背后联接的仍然是以太网线以太网总是在那里。

万物互联的时代已经悄然而至,物联网正在深刻地影响着我们的生活。其中,智能网联汽车是整个智能交通、乃至物联网时代中最具变革的产物。

使用Wi-Fi或蜂窝技术接入互联网的人们,他们真的在使用以太网吗?答案很可能是肯定的。以太网是数据中心的主宰技术。让我们不要忘记,依赖于以太网回传的无线回传技术正在增长。

智能网联汽车从硬件层面由各个传感器、运算器以及执行机构组成,这其中会存在巨大的计算量。原有的CAN总线系统架构已经远远无法适应新的数据传输需求,这时汽车以太网当仁不让,成为新一代汽车主干网络。我们看到,百兆以太网架构已经被绝大部分整车厂所接受和应用,而下一个目标则是从百兆到千兆的升级,这才是汽车以太网真正发挥实力的战场。

网络真的改变了世界。Metcalfe(以太网发明人)定律表明:联网的价值和接入网络用户数的平方成正比。这一定律适用于所有网络、所有接入用户和接入设备包括工具价值、经济价值和社会价值都是如此。而作为占统治地位的联网技术,以太网帮助释放了这样的价值。

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所以看一下你的电视的背后,也许它连接的就是以太网网口。看一下你的安全系统的背后,也许以太网口就在那里。当你下次在商店购物或在线购物时,看一下收银机是否经由以太网连接。想想你所应用的社交网络的背后,你每一次传送孩子的照片给父母吧以太网就在那里。

如果将智能网联汽车比作一个人,那么汽车以太网将组成新一代的神经网络,为各个脏器传递命令。本文将深度解析汽车以太网在智能网联汽车中的具体应用,以及TE Connectivity 的汽车以太网连接解决方案。

以太网将继续在传统的联网方面发挥重要作用,802.3工作组物理层新标准的不断演进即证明了这一点。这创造了巨大的知识产权财富,人们正在寻求用现有技术创造新的应用。从量的角度来看,其中一个最激动人心的应用就是汽车以太网的发展。其中有两种努力正在酝酿:一是在车载环境中提供1G/秒的连接,另一个是为各个汽车子系统提供电力。这些都基于现有的以太网技术。每当想到人们将在汽车中使用网络、并为现有整个以太网生态系统增添新内涵的时候,我就开始感到无比激动。

新一代主干网络—为智能网联汽车而生

人们将使用现有以太网技术扩展应用。更重要的演进方向应该是整个以太网生态系统如何演进来支持所有这些新应用。在一些用例中,以太网的应用可能是自洽的,较少和其他网络产生关联。但我们曾经说过,把以太网连接到更广大的网络中将增加网络的整个价值。因此,我似乎看不到更快、更新的物理层以太网的发展会有尽头。

这几年,两场汽车工业最大的变革正在同时进行,其一是汽车电动化,另一个就是汽车的智能化和网联化。而后者,正是得益于物联网时代的到来。这种互联的意义,已经远远超过了我们熟知的初始阶段:如全球定位、汽车收音机、汽车蓝牙和WiFi连接;而是拔高到了另一个维度,即:汽车本身正成为物联网的一部分,成为一个超级移动终端!

对于以太网未来发展面临的挑战,首先需要认识到以太网的持续成功为以太网的发展带来了新的力量派别和新的观点。在IEEE,75%成员意见 一致才能产生技术决策。因此,建立共识将始终是一个挑战。人们需要认识到,仅有一个好的创意是不够的,至少75%的成员认为它是个好创意才行。

在万物互联的时代,智能网联汽车将会成为一个驰骋在道路上的移动办公室、移动信息娱乐中心,它会和其他的“人-车-路-云”紧密联系在一起。几乎所有的传统汽车公司和新兴科技公司都在为此不懈努力,如:特斯拉、谷歌、蔚来、百度乃至优步、Facebook都置身其中。2018年1月,国家发改委颁布《智能汽车创新发展战略》,更体现了来自国家层面对其的重视和信心。

以太网联盟认为,其存在价值就在于建立共识。为此,联盟将在今年10月15日在美国加利福尼亚州Santa Clara市举办第五届技术论坛,其主题就是以太网的未来。论坛将有数个小组讨论来探讨以太网未来所面临的挑战包括有线无线的融合、车载以太网、在单一波长中通过光技术与以太网的结合以更经济的方式传输100G、以及SDN等。

我们先举个例子:为了实现高级驾驶辅助功能,智能网联汽车需要获得远距离的汽车视野以及360度全车身的环境感知,如果仅仅获得和汽车驾驶员相同的视野距离是不够的。一般而言,人类驾驶员需要1-5秒的时间来计划和应对突发事件的发生,如紧急刹车。而高级驾驶辅助系统的主要作用,就是提高驾驶安全性并且减轻驾驶员的负担。由此,智能网联汽车需要尽可能全面地获得信息,以用于预测性判断,这些信息包括:当前交通状况和路况、天气、温度、湿度以及交通管制、限速等因素,然后根据这些信息规划出最佳路线、速度、行车轨迹以及能源使用分配。

以太网市场还会持续演进,一直会有新的初创企业涌现。成功的厂商将具有一些基本特质。首先,他们需要认识到开放的产业标准将带来新的应用空间尽管以太网在许多新应用中会取得成功,但这些新的应用的实现可能是困难的。其次,他们需要执行力。以太网产业成为一种全球性的现象,产品的推出需要及时。

智能网联汽车需要进行一系列车内和车外的连接,从而达成上述目的。我们需要通过一系列传感器,诸如:高清摄像头、毫米波雷达、激光雷达等,以及车外天线,如:全球定位天线、4G/5G天线、V2X天线等协同配合,将大量数据传递给域控制器等超高速运算机构进行计算,然后通过中央网关,将各种决策传递给各个执行机构,同时也传递到云端和后台,对整个区域内的汽车和相关设施、甚至行人进行智能管理。

尽管如此,以太网最大的优势在于其卓越社区的存在。我们这些社区中的人们不希望看到以太网像恐龙一样灭绝,因此随时准备理解以太网持续演进的需求并为之而努力。

这其中蕴含着整车高速通信架构的革命性变化,也意味着原来的CAN、LIN、MOST或者FlexRay总线架构,已经无法满足这种巨量运算的需求。

那么什么样的汽车主干网络会是智能网联汽车的选择呢?

从百兆到千兆--汽车以太网主干网络

对于新一代的智能网联汽车之主干网络而言,需要满足如下几点要求:

高带宽:目前CAN总线速率只能达到1Mbps,未来总线需要达到100Mbps,甚至1Gbps的速率,并有趋势进一步提升。从百兆到千兆,已成共识。

低延时:新的主干网络需要满足毫秒级的延时表现,保证时间敏感事件可以在最短的时间被传送成功,从而不影响功能表现。

高安全、可靠性:新的总线需要承受汽车严苛的工况环境,在抗冲击、震动、高低温环境中达到汽车级需求,同时对电磁干扰有很强的免疫力。

低成本:相对于CAN总线所使用的非屏蔽双绞线和简单的连接器结构,新主干网系统在成本上不能有明显增加。

轻量化:尽量使用小型化、小线径、轻量化设计,不能过于增加整车重量。此项对于电动汽车而言,尤为关键。

汽车以太网技术能够有效应对上述需求,广大整车厂、系统供应商及芯片厂商都在不遗余力地推广汽车以太网作为新一代汽车主干网络。

汽车以太网是一种用以太网连接车内电子单元的局域网技术。与传统以太网使用2对或者4对非屏蔽双绞线来传输不同,汽车以太网的物理层采用了博通公司的BroadR-Reach技术,在物理层只需要一对非屏蔽双绞线即可实现100Mbps甚至1Gbps的传输速率。该技术同时支持了15米的有效传输距离,通过回声抵消技术(Echo Cancellation)实现全双工通信,并且满足了汽车EMC的要求。另外一个巨大优势是,汽车以太网实现了PoDL(Power Over Data Lines)技术,即单对数据线供电,其可在一对双绞线上为设备提供12VDC/300mA的电源,这将帮助车企减少额外的电源传输线束,从而减轻重量、降低成本。

汽车以太网可以支持多种上层通信协议或应用形式,如:TSN,AVB,TCP/IP,DOIP,SOME/IP等。尤其是TSN时间敏感网络(Time Sensitive Networking)协议首次引入了时间触发以太网的相关技术,能高效地实现关键通信信息及时传输,极大提高了安全性和可靠性。相对于传统以太网协议的事件触发机制,其有极大可能造成关键通信延迟,TSN通过时间与同步(IEEE 802.1AS)、流量调度、讯框优先适用、流量控制等协议,奠定了汽车以太网下一代汽车主干网络的地位。

目前汽车以太网标准化方面存在多个组织,其既相互竞赛,也多有合作,主要有:IEEE 802.1和802.3工作组,OPEN联盟、AVnu联盟以及汽车开放系统架构联盟AUTOSAR。TE也积极参与各个标准的制定工作,比如:在OPEN联盟中,TE就是TC9工作组的主席,参与物理层标准的制定工作。

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TE汽车以太网连接解决方案-MATEnet连接系统

为应对市场对于汽车以太网的强烈需求,TE开发了一套专门应对汽车以太网的连接解决方案

  • MATEnet连接系统。

MATEnet连接产品线是一套全面的以太网连接解决方案,其支持目前百兆乃至将来千兆级别的车内主干网络连接需求,是构建具有中等规模数据吞吐量和低延时传输要求的下一代汽车主干网的最经济、最高效的解决方案。

MATEnet连接产品专为IEEE和OPEN联盟汽车以太网协议要求开发,该产品线依靠汽车级、小型化、久经验证的NanoMQS端子和TE优秀的高频产品设计能力,为客户提供了具备高带宽、高EMC应对灵活性、汽车级可靠性、高性价比、良好的可制造性的丰富解决方案。

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