什么是汽车以太网？
汽车以太网是专门为车辆开发的以太网协议的变体。以太网作为ISO/OSI层模型中物理层的广泛应用协议，常用于建筑物和企业网络等静态场景。汽车多千兆以太网则是专为车辆开发的一种变体，数据传输速率可达每秒2.5至10千兆比特，并已在IEEE 802.3ch-2020标准中进行了定义。
汽车多千兆位以太网的产生
现代驾驶辅助系统使得汽车处理的数据量多年来持续增加。这些系统的短暂响应时间，通过传感器和摄像头对车辆周围环境大量信息的收集得以保障。收集的交通状况数据越多，系统越能提前识别危险并阻止危险情况的发生。将数据传输到控制单元需要高速传输标准。现在这个范围在数百Mbit/s到Gbit/s之间。然而汽车行业中久经考验的传输技术，例如CAN、MOST或FlexRay，已无法满足这些高要求。多年来，业界涌现出众多性能卓越的私有解决方案，例如APIX或GMSL，这些技术亦被称为SerDes技术（串行器/解串器）。除了这些纯粹的汽车研发，人们开始考虑适用于汽车特殊要求的通用网络技术协议，汽车以太网由此而诞生。
汽车以太网与传统以太网的区别
数据传输速率为10 Gbit/s的普通以太网标准（IEEE 802.3ae-2002）早在2002年即已确立，并规定使用光纤连接。针对常规铜电缆的10 Gbit/s以太网标准，则于2004年出现在双轴铜电缆的“IEEE 802.3ak”中，并于2006年出现在双绞线的“IEEE 802.3an”中。在双绞线时，也被称为“10GBASE-T”，要求通过四对双绞线进行传输，与前一代标准1000BASE-T（1 Gbit/s）的传输方式相同。最大10 Gbit/s的数据传输速率被分别分配到每对2.5 Gbit/s的四对线缆上。该数据传输速率在全双工模式中实现。这意味着可以在通信路段的两个方向上同时传输10 Gbit/s的数据。然而应用于车辆中时，其要求远比建筑物内部安装更为严苛。所用电缆需轻便、经济且机械强度高，并具备高水平的功能安全性。此外，车内通信必须绝对可靠，并尽可能实现实时进行。以太网的原始形式无法满足这些要求。因此汽车以太网应运而生。最初源自Broadcom公司私有标准BroadR-Reach的100 Mbit/s变体“100BASE-T1”，随后发展出1 Gbit/s变体“1000BASE-T1”，最终通过“10GBASE-T1”（IEEE 802.3ch-2020）实现了多千兆级别的版本。为实现2.5 Gbit/s和5 Gbit/s等较低数据传输速率，10GBASE-T1标准中引入了所谓的缩放参数，用于降低数据传输速率。因此2.5 Gbit/s、5 Gbit/s及10 Gbit/s三种速度对传输路径部件的要求是一样的。汽车以太网采用一对双绞线，这在“-T1”缩写中有所体现。这主要得益于车内链路长度明显短于建筑物网络中的链路长度。在网络技术中常用的8P8C插拔连接器，由于其触点数量和机械稳定性的要求，并不适合在汽车中使用。采用了专为汽车应用优化的特殊插拔连接器，这些连接器在耐用性、性能和成本方面进行了优化。此外，2023年推出了替代电气传输的汽车多千兆以太网标准“IEEE 802.3cz-2023”，支持通过光纤传输2.5 Gbit/s至50 Gbit/s的数据传输速率。
汽车以太网的应用领域
车载网络架构正从基于域的架构向基于区域且配有区域控制器的架构演变。控制单元过去根据其特定任务设计并分布在车辆中，这导致线束复杂，有时超过100个控制单元。现代SoC使得传感器数据能够在车辆区域内集中，由功能强大的区域控制器管理。此举减少了电缆的数量和长度，从而降低了重量和生产成本。
中央主计算机与区域控制器之间的连接被称为骨干连接，需要高带宽。当前的SerDes解决方案实现了与汽车以太网相近的数据传输速率，但由于其非对称传输特性，因此针对显示器和摄像头等应用进行了优化。因此能够实现全双工传输的汽车多千兆以太网，是现代车辆中此类骨干连接的合适技术。
