車載以太網技術現(xiàn)狀與發(fā)展探究

崔馨宇

摘 要：隨著信息化時代的到來和快速發(fā)展，以太網技術已經成為了汽車領域的重要手段，市場發(fā)展前景廣闊。筆者主要概述了車載以太網的內涵，對車載以太網技術的現(xiàn)狀進行了分析，并闡述了車載以太網技術的發(fā)展趨勢。

關鍵詞：車載以太網 現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢

中圖分類號：U46 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）08（c）-0156-02

隨著我國汽車電子的逐步興起與良好發(fā)展，越來越多的汽車駕駛人對娛樂系統(tǒng)和駕駛輔助系統(tǒng)提出了多樣化需求，于是，現(xiàn)代汽車業(yè)致力于通過以太網技術滿足各車載設備的通信要求，進一步加快了以太網技術在汽車網絡中的發(fā)展進程。

1 車載以太網的內涵

所謂車載以太網，指的是通過以太網技術和汽車內部電子單元互聯(lián)互通。我們最常見的以太網技術主要以四對非屏蔽雙絞線電纜為主，而車載以太網技術在傳輸數(shù)據(jù)時只需要通過單對非屏蔽雙絞線就能夠實現(xiàn)每秒100兆比特更有甚者達到了每秒1吉比特的速率，并且對汽車領域提出的功耗小、電磁輻射小、可靠性高以及同步實時性等要求進行了很好的滿足。

2 車載以太網技術現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，汽車行業(yè)使用最先進的車載以太網技術是非屏蔽雙絞線，能夠實現(xiàn)每秒100兆比特的數(shù)據(jù)傳輸速率。車載以太網技術現(xiàn)已被數(shù)據(jù)中心聯(lián)盟標準化。當前，數(shù)據(jù)中心聯(lián)盟已經將重心放在了加大以太網在車載網絡中的應用層面上，現(xiàn)已應用于汽車娛樂與輔助駕駛系統(tǒng)中，預計到明年以太網將成為汽車行業(yè)的“龍頭”，這是以太網的高靈活性、可擴展性、廉價性所決定的。隨著以太網在汽車行業(yè)中的廣泛應用，使得該行業(yè)獲得了完善多樣的IT技術。

2.1 車載以太網測試解決方案的挑戰(zhàn)

汽車行業(yè)使用以太網時，要求相關開發(fā)人員和測試人員加強技術層面上的規(guī)劃。一，科學確立相適應的網絡架構（圖1）；主網絡在該架構中不再屬于一個總線系統(tǒng)，而將其作為了以全雙工連接為主的交互式網絡。該網絡架構的形成使得分析能力的需求量不斷擴大，比如開放者致力于采用主網絡對各個傳輸數(shù)據(jù)進行一并分析，而這就需要主網絡實現(xiàn)各分支網絡數(shù)據(jù)的同步。二，開發(fā)人員應積極探索先進高效有助于處理巨大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理方法。對于開發(fā)商而言，應解決由于數(shù)據(jù)傳輸速率太快而導致快速數(shù)據(jù)處理負擔增加的問題。能夠滿足該方面需求的千兆以太網雙絞線正在我國如火如荼的開發(fā)中。

2.2 最小化接口對系統(tǒng)性能的影響

相較于常見的總線系統(tǒng)，以太網測試應嚴格按照一定的特殊手段進行，防止影響系統(tǒng)的整體性能。首先，系統(tǒng)設計初期階段，開發(fā)人員應認真分析以太網測試的實際運行效果。其次，選用的以太網測試工具不能對系統(tǒng)有太大的影響。

2.3 透明化的以太網分析方法

對以太網監(jiān)測時，應以透明化的方法為主，并作為接口監(jiān)測網絡，從而防止因時間延時和對故障報文的過濾而對系統(tǒng)造成巨大的影響。對于該狀況可直接在新型的免費自助建站服務平臺上解決。采用DOS路徑設置命令不僅降低了延時率，還具有較高的穩(wěn)定性，有利于對AVB系統(tǒng)的分析。還可選用支持AVB時間同步的交換機，允許AVB協(xié)議，能夠補償因報文傳輸?shù)臅r間延時。不管實際選用的是哪一種方法，最終任務都是對存在具體時間戮的報文數(shù)據(jù)進行科學合理分析。所以應以與物理層相近的數(shù)據(jù)為主。這些時間戮應和其它接口保持同步，因為分析網絡數(shù)據(jù)時并非只有從以太網中獲取相關的數(shù)據(jù)。

一個非激活狀態(tài)的接口也應做到透明化，比如將相應的硬件接口安裝于車輛上，對該車輛進行試駕，就算該硬件接口的應用程序不運行，也要自動切換至單機模式下運行，不然車輛行駛中以太網通信就會中斷。

2.4 帶有仿真的TAP

分析數(shù)據(jù)過程中，測試人員應有針對性發(fā)送部分數(shù)據(jù)報文，以此測試當前網絡的實際狀態(tài)。需要注意的是，這些測試報文并不直接利用物理層來進行發(fā)送，主要通過流控制各類報文的發(fā)送，所以僅以數(shù)據(jù)鏈路層為主要發(fā)送通道。測試報文通常涉及兩方面的效果：一方面，在正常通信的兩個節(jié)點間發(fā)送補充故障數(shù)據(jù)，以此測試網絡狀態(tài)。對于該方面的數(shù)據(jù)可以采用專門的測試軟件來發(fā)送，比如CANoe.IP，或者采用報文發(fā)生器來實時發(fā)送，當此發(fā)生器處于接口的地方時能形成一個定義的總線負載。

2.5 接口/軟件靈活組合的重要性

為了防止以太網測試環(huán)境更改各種測試設置的接口，應采用一個靈活性高的TAP、轉換器以及功能更為齊全的交換機作為接口。該接口應發(fā)揮下列優(yōu)勢：通常狀態(tài)下，如果接口以TAP為主，那么TAP所產生的延時時間只在允許標準內。

要保證各個種類的影音都能夠利用以上接口完成數(shù)據(jù)轉化任務，比如快速以太網、千兆以太網、未來的RTPGE等，不用再像傳統(tǒng)的方法那樣還要使用媒體轉換器。高度重視多包數(shù)據(jù)發(fā)生器使用的軟硬件的品質，在做好網絡分析的同時，對汽車開發(fā)進行可控的激勵也十分有必要。對仿真工具進行使用和分析的過程中，不僅要對OSI協(xié)議參考模型各個數(shù)據(jù)進行深入細致分析，而且還必須懂得相關的操作步驟。應確保異構網絡在接口中的順利運行，對所有總線系統(tǒng)進行同步化。

3 車載以太網技術發(fā)展趨勢

3.1 以太網的通用技術

汽車行業(yè)現(xiàn)行的車載網絡技術對于外部設備和網絡服務連接的封閉要求很難滿足。導致這一現(xiàn)象的主要原因是占據(jù)市場主體地位的車載網絡標準CAN（控制器局域網絡）、LIN（局域互聯(lián)網絡）、FlexRay（汽車內部網絡通訊協(xié)議）和適應媒體領域的系統(tǒng)傳輸標準MOST（面向媒體的系統(tǒng)傳輸）等只適合在汽車領域內使用，應用范圍較窄，而以太網具有顯著的開放性、成熟性等優(yōu)勢，在汽車領域中使用有利于節(jié)約整體應用成本。簡單舉個例子說明，將以太網物理層面上的車輛診斷標準DoIP（通過互聯(lián)網協(xié)議進行診斷通訊）應用到汽車領域中，此標準（ISO 13400）摒棄了以往的CAN總線，將以太網作為核心，并對以IP協(xié)議為基礎的車載診斷系統(tǒng)與ECU（電子控制單元）實施軟件更新。過去采用CAN上傳81兆左右的數(shù)據(jù)時往往會花費10h的時間，而采用以太網上傳1千兆字節(jié)的數(shù)據(jù)僅僅在20min左右就能夠完成。由此不難看出，通過以太網100BASE-TX（使用5類數(shù)據(jù)級非屏蔽雙絞線或屏蔽雙絞線的快速以太網技術）、CAT5（標準5類線纜）的診斷接口與軟件更新不僅能夠縮短傳輸時間，而且還有效降低了生產成本與服務成本。endprint

3.2 高層對帶寬的應用需求越來越大

隨著汽車行業(yè)電子化進程的不斷加快，大量的智能電子產品被應用到車載設備中，而云概念的快速崛起，有效促進了高級駕駛輔助系統(tǒng)和智能視覺技術的應用，如車道偏離檢測、駕駛員意圖預測和信息娛樂設備的現(xiàn)代化信息平臺直接決定了汽車電子的市場發(fā)展前景。在車載子系統(tǒng)數(shù)量的不斷增多下，各子系統(tǒng)更加注重數(shù)據(jù)信息的共享。同時，現(xiàn)代攝像頭的分辨性能越來越高，能夠滿足多樣化的顯示需求。以往使用的車載網絡已經很難在帶寬上適用，而在車載網絡標準中占據(jù)核心地位的CAN、FlexRay也將面臨停滯不前的發(fā)展困境，所以應盡快使用新興技術。MOST總線能夠實現(xiàn)每秒150兆的帶寬，不過其以多設備共享帶寬為常規(guī)架構。相較于MOST，以太網常用的架構是靈活性極高的星形連接，為各鏈路提供了每秒100兆的專項帶寬。

3.3 以太網的開放性與互聯(lián)擴展性能

在ADAS（高級駕駛輔助系統(tǒng)）越來越繁復的情況下，汽車行業(yè)對一種簡單且標準的技術方法顯得無比迫切，隨著各子系統(tǒng)之間逐步隔離，將車載系統(tǒng)作為一個網絡開展相關管理和運營活動，這樣就能夠滿足重用性與互操作性的要求。以太網剛好能夠實現(xiàn)上述需求，所以主干網絡選用以太網再合適不過了，在各領域中都能得到較好的應用，尤其適用對帶寬需求龐大的領域。以太網是一種開放靈活且擴展性能好的帶寬，可對信息進行遠程處理，使得以IP協(xié)議為基礎的WEB應用程序和車載網絡的接口順利進行過渡，車輛與外界的交流互動次數(shù)越來越多、越來越順暢，比如我國最近幾年發(fā)展起來的以Intemet為基礎的汽車應用、V2V（車輛之間以無線連接為基礎的數(shù)據(jù)傳輸）等。

4 結語

綜上所述可知，隨著汽車電子的市場份額越來越重，以太網將在下一代汽車車載網絡中得到廣泛應用，與此同時，由于以太網屬于一種已經得到多方認可的IEEE標準，所以其在汽車行業(yè)中的應用會進一步促進該行業(yè)的發(fā)展進程，并發(fā)揮著優(yōu)化完善帶寬、降低應用成本等優(yōu)勢作用。

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