¿Qué es Automotive Ethernet?
Automotive Ethernet es una variante del protocolo Ethernet desarrollada específicamente para los vehículos. Ethernet es un protocolo ampliamente extendido en la capa física del modelo de capas ISO/OSI, que se utiliza en aplicaciones estáticas como las redes de edificios y empresas. Automotive Multi Gigabit Ethernet es una variante especialmente desarrollada para los vehículos, que alcanza velocidades de transmisión de datos de 2,5 a 10 gigabits por segundo y se encuentra definida en el estándar IEEE 802.3ch-2020.
Creación de Automotive Multi Gigabit Ethernet
Como consecuencia del uso de sistemas modernos de asistencia a la conducción, desde hace años aumenta continuamente la cantidad de datos que se han de procesar en los vehículos. El breve tiempo de reacción de estos sistemas se garantiza mediante la recopilación de una extensa información sobre el entorno del vehículo a través de sensores y cámaras. Cuantos más datos se recojan sobre la situación actual del tráfico, más rápidamente detectarán los sistemas el peligro y evitarán las situaciones peligrosas. Para la transmisión de los datos a una unidad de control se necesitan estándares de transmisión con una velocidad elevada. Actualmente, esta velocidad está en el rango de cientos de Mbit/s o incluso Gbit/s. Las tecnologías de transmisión de datos acreditadas en el sector de la automoción como CAN, MOST o FlexRay ya no son suficientes para cumplir estos exigentes requisitos. A lo largo de los años, han surgido soluciones propietarias de alto rendimiento como, por ejemplo, APIX o GMSL, también conocidas como tecnologías SerDes (Serialiser/Deserialiser). Como alternativa a estos desarrollos exclusivamente automovilísticos, se tuvo la idea de desarrollar protocolos de la tecnología de redes general para los requisitos especiales de los vehículos, y de este modo surgió Automotive Ethernet.
Diferencias entre Automotive Ethernet y Ethernet convencional
El estándar Ethernet «normal» con una velocidad de transmisión de datos de 10 Gbit/s (IEEE 802.3ae-2002) se definió ya en el año 2002, y requiere conexiones con fibra de vidrio. Los estándares Ethernet de 10 Gbit/s para el uso de los cables de cobre habituales aparecieron en 2004 en el «IEEE 802.3ak» para los cables de cobre twin axiales y en 2006 en el «IEEE 802.3an» para los cables de par trenzado. En el caso de los cables de par trenzado, la denominación también es «10GBASE-T» y requiere la transmisión a través de cuatro pares de hilos dobles trenzados, al igual que en el estándar anterior 1000BASE-T (1 Gbit/s). La velocidad de transmisión de 10 Gbit/s como máximo se reparte en los cuatro pares con 2,5 Gbit/s en cada uno. Esta velocidad de transmisión se alcanza en un funcionamiento Full Dúplex. Esto significa que se pueden transmitir simultáneamente 10 Gbit/s en ambas direcciones del trayecto de comunicación. Sin embargo, para el uso en vehículos se aplican requisitos más estrictos que para la instalación en edificios. Los cables utilizados deben ser ligeros, económicos y mecánicamente resistentes, además de ofrecer una gran seguridad funcional. Asimismo, la comunicación en el vehículo tiene que ser absolutamente fiable y, a ser posible, realizarse en tiempo real. Ethernet en su forma original no es adecuado para estos requisitos, y por ese motivo se desarrolló Automotive Ethernet. Al principio surgió como la variante de 100 Mbit/s «100BASE-T1» del estándar propietario BroadR-Reach de Broadcom, después apareció una variante de 1 Gbit/s «1000BASE-T1» y finalmente, con «10GBASE-T1» (IEEE 802.3ch-2020) llegó también una versión con capacidad de Multigigabits. Para alcanzar las velocidades de transmisión de datos más bajas, como 2,5 Gbit/s y 5 Gbit/s, el estándar 10GBASE-T1 tiene implementados lo que se denominan parámetros de escalado, con los que se puede reducir la velocidad de transmisión. Así, para las velocidades de 2,5 Gbit/s, 5 Gbit/s y 10 Gbit/s se aplican los mismos requisitos para los componentes del tramo de transmisión. Automotive Ethernet apuesta por un solo par trenzado, que se reconoce por la abreviatura «T1». Esto es posible, entre otras cosas, porque las longitudes de enlace en los vehículos son significativamente más cortas que en las redes de los edificios. Los conectores 8P8C utilizados habitualmente en la tecnología de redes no son adecuados para el uso automovilístico, debido a su número de contactos y a los requisitos para su estabilidad mecánica. Se utilizan conectores especiales que están optimizados para el uso en automoción en lo que se refiere a robustez, rendimiento y costes. Como alternativa a la transmisión eléctrica, en 2023 se publicó el estándar Automotive Multi Gigabit Ethernet «IEEE 802.3cz-2023» para la transmisión de 2,5 Gbit/s hasta 50 Gbit/s a través de cables de fibra óptica.
Ámbitos de aplicación de Automotive Ethernet
La arquitectura de la red de a bordo está pasando cada vez más de ser una arquitectura basada en dominios a una arquitectura basada en zonas con controladores zonales. Antes, las unidades de control se diseñaban según sus tareas específicas y se distribuían por el vehículo, lo cual tenía como consecuencia mazos de cables complejos con más de 100 unidades de control en algunas ocasiones. Los SoC modernos permiten agrupar los datos de los sensores en zonas del vehículo que son gestionadas por potentes controladores zonales. Esto reduce el número y la longitud de los cables, con lo cual disminuye también el peso y el coste de producción.
La conexión entre el ordenador central y los controladores zonales se denomina conexión «Backbone» y requiere un gran ancho de banda. Las soluciones SerDes actuales alcanzan velocidades de transmisión de datos similares a Automotive Ethernet, pero debido a su transmisión asimétrica, están optimizadas para aplicaciones como pantallas y cámaras. Por eso, Automotive Multi Gigabit Ethernet, que permite una transmisión Full Dúplex, es una tecnología adecuada para estas conexiones Backbone en los vehículos modernos.