{"id":25516,"date":"2024-12-10T10:09:27","date_gmt":"2024-12-10T09:09:27","guid":{"rendered":"https:\/\/www.md-elektronik.com\/?p=25516"},"modified":"2024-12-10T10:21:07","modified_gmt":"2024-12-10T09:21:07","slug":"automotive-ethernet","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.md-elektronik.com\/de\/automotive-ethernet\/","title":{"rendered":"Automotive Ethernet"},"content":{"rendered":"\n

Was ist Automotive Ethernet?<\/strong><\/h2>\n

Automotive Ethernet ist eine speziell f\u00fcr Fahrzeuge entwickelte Variante des Ethernet-Protokolls. Ethernet ist ein weit verbreitetes Protokoll auf der physischen Ebene im ISO\/OSI-Schichtmodell, das in statischen Anwendungen wie Geb\u00e4ude- und Firmennetzwerken eingesetzt wird. Automotive Multi Gigabit Ethernet ist eine speziell f\u00fcr Fahrzeuge entwickelte Variante, die Datenraten von 2,5 bis 10 Gigabit pro Sekunde erreicht und im Standard IEEE 802.3ch-2020 definiert ist.<\/p>\n

Entstehung des Automotive Multi Gigabit Ethernet<\/h2>\n

Durch moderne Fahrassistenzsysteme steigen die zu verarbeitenden Datenmengen in Kraftfahrzeugen seit Jahren kontinuierlich an. Die kurze Reaktionszeit dieser Systeme wird durch die Erfassung von umfangreichen Informationen \u00fcber die Umgebung des Fahrzeugs durch Sensoren und Kameras garantiert. Je mehr Daten \u00fcber die aktuelle Situation im Stra\u00dfenverkehr gesammelt werden, desto fr\u00fcher k\u00f6nnen die Systeme Gefahren erkennen und gef\u00e4hrliche Situationen verhindern. F\u00fcr die \u00dcbertragung der Daten zu einer Steuereinheit werden \u00dcbertragungsstandards mit hoher Geschwindigkeit ben\u00f6tigt. Diese liegt mittlerweile im Bereich von hunderten Mbit\/s bis zu Gbit\/s. Die bew\u00e4hrten \u00dcbertragungstechnologien aus der Fahrzeugbranche, wie CAN, MOST oder FlexRay reichen nicht mehr aus, um diese hohen Anforderungen zu erf\u00fcllen. Es entstanden \u00fcber die Jahre zahlreiche sehr performante, propriet\u00e4re L\u00f6sungen wie zum Beispiel APIX oder GMSL, auch als SerDes-Technologien (Serialiser\/Deserialiser) bezeichnet. Alternativ zu diesen rein automobilen Entwicklungen entstand die \u00dcberlegung, Protokolle aus der allgemeinen Netzwerktechnik f\u00fcr die besonderen Anforderungen in Kraftfahrzeugen zu entwickeln, woraus Automotive Ethernet entstand.<\/p>\n

Unterschiede zwischen Automotive Ethernet und herk\u00f6mmlichem Ethernet<\/h2>\n

Der \u201enormale\u201c Ethernet-Standard mit einer Datenrate von 10 Gbit\/s (IEEE 802.3ae-2002) wurde schon im Jahre 2002 definiert, und schreibt Glasfaser-Verbindungen vor. Die 10 Gbit\/s-Ethernet-Standards f\u00fcr die Verwendung von \u00fcblichen Kupferkabeln erschienen 2004 in \u201eIEEE 802.3ak\u201c f\u00fcr Twin-axiale Kupferkabel und 2006 in \u201eIEEE 802.3an\u201c f\u00fcr Twisted-Pair-Kabel. Im Falle der Twisted-Pair-Kabel lautet die Bezeichnung auch \u201e10GBASE-T\u201c und sieht eine \u00dcbertragung \u00fcber vier Paare aus verdrillten Doppeladern vor, genauso wie bei dem Vorg\u00e4nger-Standard 1000BASE-T (1 Gbit\/s). Die Datenrate von maximal 10 Gbit\/s wird auf alle vier Paare mit jeweils 2,5 Gbit\/s aufgeteilt. Die Datenrate wird dabei in Vollduplex-Betrieb erreicht. Das bedeutet, es lassen sich 10 Gbit\/s gleichzeitig in beide Richtungen der Kommunikationsstrecke \u00fcbertragen. F\u00fcr die Anwendung in Fahrzeugen gelten jedoch strengere Anforderungen als beim Einbau in Geb\u00e4uden. Die verwendeten Kabel sollen leicht, g\u00fcnstig, sowie mechanisch belastbar sein und eine hohe funktionale Sicherheit aufweisen. Zudem muss die Kommunikation im Fahrzeug absolut zuverl\u00e4ssig und m\u00f6glichst in Echtzeit stattfinden. F\u00fcr diese Anforderungen ist Ethernet in seiner urspr\u00fcnglichen Form nicht geeignet. Aus diesem Grund wurde Automotive Ethernet entwickelt. Anf\u00e4nglich als 100 Mbit\/s-Variante \u201e100BASE-T1\u201c aus dem propriet\u00e4ren Standard BroadR-Reach von Broadcom entstanden, erschien eine 1 Gbit\/s-Variante \u201e1000BASE-T1\u201c und schlie\u00dflich mit \u201e10GBASE-T1\u201c (IEEE 802.3ch-2020) auch eine Multigigabit-f\u00e4hige Version. Um die niedrigeren Datenraten wie 2,5 Gbit\/s und 5 Gbit\/s zu erreichen, sind im 10GBASE-T1-Standard sogenannten Scaling-Parameter implementiert, mit denen die Datenrate herab geregelt werden kann. F\u00fcr die Geschwindigkeiten 2,5 Gbit\/s, 5 Gbit\/s und 10 Gbit\/s gelten somit dieselben Anforderungen an die Komponenten der \u00dcbertragungsstrecke. Automotive Ethernet setzt dabei auf nur ein Twisted-Pair-Adernpaar, erkennbar an dem K\u00fcrzel \u201e-T1\u201c. Dies ist unter Anderem m\u00f6glich, da die Linkl\u00e4ngen in Fahrzeugen signifikant k\u00fcrzer als in Geb\u00e4udenetzwerken sind. Die \u00fcblicherweise verwendeten 8P8C-Steckverbinder aus der Netzwerktechnik eignen sich aufgrund der Kontaktanzahl und der Anforderungen an die mechanische Stabilit\u00e4t nicht f\u00fcr den Einsatz im Automobil. Es werden spezielle Steckverbinder verwendet, welche auf den Einsatz im Automobil hinsichtlich Robustheit, Performance und Kosten optimiert sind. Alternativ zur elektrischen \u00dcbertragung wurde 2023 der Automotive Multi Gigabit Ethernet Standard \u201eIEEE 802.3cz-2023\u201c f\u00fcr die \u00dcbertragung von 2,5 Gbit\/s bis 50 Gbit\/s \u00fcber Lichtwellenleiter ver\u00f6ffentlicht.<\/p>\n

Anwendungsbereiche von Automotive Ethernet<\/h2>\n

Die Bordnetzarchitektur entwickelt sich zunehmend von einer dom\u00e4nenbasierten zu einer zonenbasierten Architektur mit Zonencontrollern. Fr\u00fcher wurden Steuerger\u00e4te nach ihren spezifischen Aufgaben entworfen und im Fahrzeug verteilt, was zu komplexen Kabelb\u00e4umen mit teilweise \u00fcber 100 Steuerger\u00e4ten f\u00fchrte. Moderne SoC erm\u00f6glichen die B\u00fcndelung der Sensordaten in Fahrzeugzonen, verwaltet von leistungsf\u00e4higen Zonencontrollern. Dies reduziert die Anzahl und L\u00e4nge der Leitungen, was Gewicht und Produktionskosten verringert.<\/p>\n

Die Verbindung zwischen dem zentralen Hauptrechner und den Zonencontrollern wird als Backbone-Verbindung bezeichnet, die hohe Bandbreiten ben\u00f6tigt. Aktuelle SerDes-L\u00f6sungen erreichen \u00e4hnliche Datenraten wie Automotive Ethernet, sind aber aufgrund ihrer asymmetrischen \u00dcbertragung f\u00fcr Anwendungen wie Displays und Kameras optimiert. Automotive Multi Gigabit Ethernet, das Vollduplex-\u00dcbertragung erm\u00f6glicht, ist daher eine geeignete Technologie f\u00fcr solche Backbone-Verbindungen in modernen Fahrzeugen.<\/p>\n

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