Co je to Automotive Ethernet?
Automotive Ethernet je varianta protokolu Ethernet vyvinutá speciálně pro vozidla. Ethernet je široce používaný protokol na fyzické vrstvě v modelu vrstvy ISO/OSI, který se používá ve statických aplikacích, jako jsou sítě budov a firem. Automotive Multi Gigabit Ethernet je varianta vyvinutá speciálně pro vozidla, dosahuje rychlosti přenosu dat 2,5 až 10 gigabitů za sekundu a je definována ve standardu IEEE 802.3ch-2020.
Vznik Automotive Multi Gigabit Ethernet
Množství dat z moderních asistenčních systémů řidiče, která je třeba zpracovávat v motorových vozidlech, se již několik let neustále zvyšuje. Krátká reakční doba těchto systémů je zajištěna sběrem rozsáhlých informací o okolí vozidla pomocí senzorů a kamer. Čím více údajů o aktuální situaci na silnici je shromážděno, tím dříve mohou systémy rozpoznat nebezpečí a předcházet nebezpečným situacím. K přenosu dat do řídicí jednotky jsou zapotřebí vysokorychlostní přenosové standardy. Tato rychlost se aktuálně pohybuje v rozmezí stovek Mbit/s až Gbit/s. Osvědčené přenosové technologie z automobilového průmyslu, jako jsou CAN, MOST nebo FlexRay, již nezvládají plnit tyto vysoké požadavky. V průběhu let se objevila řada vysoce výkonných proprietárních řešení, jako je APIX nebo GMSL, známých také jako technologie SerDes (Serializer/Deserializer). Jako alternativa k těmto vývojům pro čistě automobilový průmysl vznikla myšlenka vyvinout protokoly z obecné síťové technologie pro speciální požadavky v motorových vozidlech, což vedlo ke vzniku Automotive Ethernetu.
Rozdíly mezi Automotive Ethernetem a běžným Ethernetem
„Normální“ standard Ethernetu s přenosovou rychlostí 10 Gbit/s (IEEE 802.3ae-2002) byl definován již v roce 2002 a stanovuje připojení optickými vlákny. Standardy pro Ethernet o rychlosti 10 Gbit/s pro použití běžných měděných kabelů se objevily v roce 2004 ve standardu „IEEE 802.3ak“ pro dvouosé měděné kabely a v roce 2006 ve standardu „IEEE 802.3an“ pro kroucenou dvojlinku. V případě kabelů s kroucenou dvojlinkou je označení také „10GBASE-T“ a umožňuje přenos prostřednictvím čtyř párů kroucených dvojlinek, stejně jako u předchozího standardu 1000BASE-T (1 Gbit/s). Maximální přenosová rychlost 10 Gbit/s je rozdělena mezi všechny čtyři páry po 2,5 Gbit/s. Rychlost přenosu dat je dosažena při plně duplexním provozu. To znamená, že 10 Gbit/s lze přenášet současně v obou směrech komunikační sítě. Pro použití ve vozidlech však platí přísnější požadavky než pro instalaci v budovách. Použité kabely by měly být lehké, levné, mechanicky odolné a s vysokou úrovní funkční bezpečnosti. Kromě toho musí být komunikace ve vozidle naprosto spolehlivá a musí probíhat pokud možno v reálném čase. Ethernet ve své původní podobě není pro tyto požadavky vhodný. Z tohoto důvodu byl vyvinut Automotive Ethernet. Nejdříve vznikla varianta „100BASE-T1“ se 100 Mbit/s z proprietárního standardu BroadR-Reach společnosti Broadcom, poté se objevila varianta „1000BASE-T1“ s rychlostí 1 Gbit/s a nakonec multigigabitová verze „10GBASE-T1“ (IEEE 802.3ch-2020). Aby bylo možné dosáhnout nižších přenosových rychlostí, jako je 2,5 Gbit/s a 5 Gbit/s, zavádí standard 10GBASE-T1 tzv. parametry škálování, které lze použít ke snížení přenosové rychlosti. Stejné požadavky proto platí pro součásti přenosového spoje pro rychlosti 2,5 Gbit/s, 5 Gbit/s a 10 Gbit/s. Automotive Ethernet využívá pouze jeden kroucený pár vodičů, který poznáte podle zkratky „-T1“. To je možné mimo jiné proto, že délky spojů ve vozidlech jsou výrazně kratší než v sítích budov. Konektory 8P8C, které se běžně používají v síťových technologiích, nejsou vhodné pro použití v automobilech, a to kvůli počtu kontaktů a požadavkům na mechanickou stabilitu. Používají se speciální konektory, které jsou z hlediska robustnosti, výkonu a nákladů optimalizovány pro použití v automobilech. Jako alternativa k elektrickému přenosu byl v roce 2023 zveřejněn standard pro Automotive multigigabitový Ethernet „IEEE 802.3cz-2023“ pro přenos 2,5 Gbit/s až 50 Gbit/s optickými kabely.
Oblasti použití Automotive Ethernet
Architektura palubní sítě se stále více vyvíjí od architektury založené na doméně k architektuře založené na zóně se zónovými řadiči. V minulosti byly řídicí jednotky navrženy podle svých specifických úkolů a rozmístěny ve vozidle, kdy vznikaly složité kabelové svazky s více než 100 řídicími jednotkami. Moderní SoC umožňují sdružovat data ze senzorů do zón vozidla, které jsou spravovány výkonnými zónovými řadiči. Tím se snižuje počet a délka kabelů, což snižuje hmotnost a výrobní náklady.
Spojení mezi centrálním hlavním počítačem a zónovými řadiči se nazývá páteřní linka, která vyžaduje velkou šířku pásma. Současná řešení SerDes dosahují podobných přenosových rychlostí jako Automotive Ethernet, ale díky asymetrickému přenosu jsou optimalizována pro aplikace, jako jsou displeje a kamery. Automotive Multi Gigabit Ethernet, který umožňuje plně duplexní přenos, je proto vhodnou technologií pro takové páteřní linky v moderních vozidlech.
