Какво е Automotive Ethernet?
Automotive Ethernet е вариант на Ethernet протокола, разработен специално за автомобили. Ethernet е широко разпространен протокол на физическото ниво в модела от слоеве ISO/OSI, използван в статични приложения като сградни и корпоративни мрежи. Automotive Multi Gigabit Ethernet е вариант, разработен специално за автомобили, който постига скорости на данни от 2,5 до 10 гигабита в секунда и е дефиниран в стандарта IEEE 802.3ch-2020.
Възникване на Automotive Multi Gigabit Ethernet
Благодарение на модерните системи за подпомагане на водача количеството данни, които трябва да се обработват в автомобилите, от години непрекъснато се увеличава. Краткото време за реакция на тези системи се гарантира от регистрирането на обширна информация за заобикалящата среда на автомобила с помощта на сензори и камери. Колкото повече данни се събират за текущата пътна обстановка, толкова по-рано системите могат да открият опасности и да предотвратят опасни ситуации. Стандартите за високоскоростен пренос са необходими за преноса на данни към контролния блок. Към момента той е в диапазона от стотици Mbit/s до Gbit/s. Доказаните технологии за пренос от автомобилната индустрия, като CAN, MOST или FlexRay, вече не са достатъчни, за да отговорят на тези високи изисквания. През годините възникват многобройни много високоефективни проприетарни решения, като APIX или GMSL, известни също като SerDes технологии (сериализатор/десериализатор). Като алтернатива на тези чисто автомобилни разработки възниква идеята за разработване на протоколи от общата мрежова технология за специалните изисквания в автомобилите, което довежда до появата на Automotive Ethernet.
Разлики между Automotive Ethernet и обикновения Ethernet
„Нормалният“ Ethernet стандарт със скорост на пренос на данните от 10 Gbit/s (IEEE 802.3ae-2002) е дефиниран още през 2002 година и изисква оптични връзки. Стандартите за 10 Gbit/s Ethernet за използване на обикновени медни кабели се появяват през 2004 г. в „IEEE 802.3ak“ за Twin axiale медни кабели и през 2006 г. в „IEEE 802.3an“ за Twisted Pair кабели. В случая на Twisted Pair кабелите името е „10GBASE-T“ и предвижда пренос по четири двойки проводници от усукани двойни жила, точно както при предходния стандарт 1000BASE-T (1 Gbit/s). Скоростта за пренос на данни от максимум 10 Gbit/s се разделя на всичките четири двойки с по 2,5 Gbit/s всяка. Скоростта за пренос на данни се постига в режим пълен дуплекс. Това означава, че 10 Gbit/s могат да се предават едновременно в двете посоки на комуникационния участък. При употребата в автомобили обаче се прилагат по-строги изисквания, отколкото за монтаж в сгради. Използваните кабели трябва да са леки, изгодни, механично устойчиви и с високо ниво на функционална безопасност. Освен това комуникацията в автомобила трябва да се осъществява абсолютно надеждно и по възможност в реално време. Ethernet в оригиналната си форма не е подходящ за тези изисквания. Ето защо е разработен Automotive Ethernet. Първоначално възникнал като 100 Mbit/s вариант „100BASE-T1“ от проприетарния стандарт BroadR-Reach на Broadcom, се появява 1 Gbit/s вариант „1000BASE-T1“ и накрая с „10GBASE-T1“ (IEEE 802.3ch-2020) също и мултигигабитовата версия. За да се постигнат по-ниските скорости на данни като 2,5 Gbit/s и 5 Gbit/s, в стандарта 10GBASE-T1 са внедрени така наречените параметри за мащабиране, с които скоростта за пренос на данни може да се намалява. Следователно същите изисквания към компонентите на комуникационния канал се прилагат за скорости от 2,5 Gbit/s, 5 Gbit/s и 10 Gbit/s. При това Automotive Ethernet залага само на една Twisted Pair двойка проводници, разпознаваема от съкращението „-T1“. Това е възможно, защото дължините на връзките в автомобилите са значително по-къси, отколкото в сградните мрежи. Обичайно използваните при мрежовата технология конектори 8P8C не са подходящи за използване в автомобили поради броя на контактите и изискванията за механична стабилност. Използват се специални конектори, които са оптимизирани за използване в автомобили по отношение на здравина, производителност и цена. Като алтернатива на електрическия пренос през 2023 г. беше публикуван Automotive Multi Gigabit Ethernet стандартът „IEEE 802.3cz-2023“ за пренос на 2,5 Gbit/s до 50 Gbit/s чрез оптични проводници.
Области на приложение на Automotive Ethernet
Архитектурата на бордовата мрежа все повече се развива от базирана на домейн към базирана на зони архитектура със зонови контролери. В миналото контролните блокове бяха проектирани според специфичните им задачи и разпределени в целия автомобил, което водеше до сложни кабелни снопове с понякога над 100 контролни блока. Съвременните SoC позволяват групирането на сензорните данни в зони на автомобила, управлявани от мощни зонови контролери. Това намалява броя и дължината на проводниците, което намалява теглото и производствените разходи.
Връзката между централния главен компютър и зоновите контролери се нарича Backbone връзка, и изисква широка честотна лента. Настоящите SerDes решения постигат скорости за пренос на данни, подобни на автомобилния Ethernet, но са оптимизирани за приложения като дисплеи и камери поради техния асиметричен пренос. Затова Automotive Multi Gigabit Ethernet, който позволява пълен дуплексен пренос, е технология, подходяща за такива Backbone връзки в съвременните автомобили.