Dlaczego sieć Ethernet to dobry wybór w motoryzacji
Protokół komunikacyjny Ethernet cieszy się długą historią sukcesów w branży IT. Został opracowany w 1973 roku i ustandaryzowany przez Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) w 1985 roku. Od tamtej pory zdominował lokalne sieci komputerowe używane w biznesie, skutecznie odpierając wszystkie konkurencyjne technologie, takie jak Token Ring. Okazał się być wszechstronnym i odpornym standardem, który przez dziesięciolecia był motorem postępu w komunikacji. W różnych wersjach sieci Ethernet dane przesyłane są przez kable koncentryczne, światłowodowe i nieekranowaną skrętkę, a prędkości ich transferu wzrosły z 10 Mb/s do ponad 100 Gb/s. Po kilku dekadach stosowania Ethernet jest dziś dopracowanym i doskonale rozumianym protokołem.
Kiedy architektura sieciowa w pojazdach zaczęła łączyć coraz więcej zasobów obliczeniowych, w naturalny sposób zwrócono się w stronę Ethernetu. W 2016 roku IEEE opublikował pierwszy standard motoryzacyjnej sieci Ethernet – IEEE 802.3bw lub 100Base-T1. O ile przepustowość 100 Mb/s jest porównywalna z wprowadzonym w 1995 roku 100Base-TX, to w wersji motoryzacyjnej występują kluczowe różnice.
Oba standardy działają w oparciu o nieekranowaną skrętkę, w której dwa miedziane przewody są skręcone ze sobą na całej długości kabla. W efekcie emitują one mniejsze promieniowanie elektromagnetyczne i nie zakłócają pracy innych przewodów lub podzespołów, a przy tym są odporne na zakłócenia z innych źródeł.
Standard 100Base-TX używa dwóch par przewodów, podczas gdy motoryzacyjny system Ethernet wykorzystuje tylko jedną, co od razu zmniejsza masę i koszty. Para jest „zrównoważona”, co oznacza, że sygnały mają równe napięcia z przeciwnym znakiem. Sygnały nadawania i odbioru są prowadzone w jednej parze, a nie w oddzielnych parach, tak jak jest to w standardzie 100Base-TX.
Standard 100Base-TX ma również specyfikację pracy w zasięgu maksymalnie 100 metrów, której trzymały się kolejne standardy Ethernet. W przypadku motoryzacyjnej sieci Ethernet specyfikacja pracy w zasięgu wynosi zaledwie 15 metrów. Oczywiście, aplikacje samochodowe nie wymagają większej odległości do obsługi komponentów sieciowych w pojeździe, ale ten mniejszy zasięg pozwala na zastosowanie lżejszego okablowania.
Przyszłość motoryzacyjnej sieci Ethernet
Standard IEEE 802.3bw o przepustowości 100 Mb/s pozwala obsługiwać wiele podstawowych funkcji w pojazdach, dlatego jest obecnie szeroko stosowany. Z biegiem czasu przybywać będzie jednak strumieni wideo o wyższej rozdzielczości i danych zbieranych z wielu czujników na wspólnych kablach, dlatego konieczne będą wyższe prędkości.
Wkrótce po zakończeniu prac nad standardem IEEE 802.3bw IEEE zatwierdził standard 802.3bp, czyli 1000Base-T1, umożliwiający uzyskanie gigabitowych prędkości przez ekranowaną lub nieekranowaną skrętkę. Standard ten ma wiele cech wspólnych ze swoim poprzednikiem, ale zapewnia prawie 10-krotnie wyższą częstotliwość rzędu 600 MHz. Kable są więc bardziej podatne na zakłócenia elektromagnetyczne, a inżynierowie muszą brać to pod uwagę przy projektowaniu systemów, w razie potrzeby stosując niezbędne ekranowanie. Szerokość pasma w tym standardzie powinna wystarczyć do obsługi następnych dwóch lub trzech generacji platform.
W 2020 roku IEEE opracował standard 802.3ch zapewniający łączność w sieci Ethernet z prędkościami 2,5 Gb/s, 5 Gb/s i 10 Gb/s również na odległość do 15 metrów. Ekranowane skrętki będą obsługiwać te prędkości, ale częstotliwości powyżej 7 GHz mogą wymagać użycia ekranowanych przewodów równoległych w celu zminimalizowania zakłóceń elektromagnetycznych (EMI).
Kluczową zaletą Ethernetu jest jego elastyczność i łatwość rekonfiguracji. W przypadku awarii router Ethernet może przekierować ruch danych. Pozwala to zapewnić nieprzerwaną łączność głównych układów obliczeniowych w pojeździe.
W sieciach samochodowych ważne jest również to, że miedziane przewody Ethernet oprócz pakietów danych przenoszą również energię elektryczną (tzw. Power over Data Lines, PoDL). Zapewnia to moc do 500 mA, która jest wystarczająca do obsługi określonych czujników, takich jak zoptymalizowana kamera satelitarna. Jedną parą przewodów można dzięki temu poprowadzić wszystko, co jest niezbędne do pracy czujników, jednocześnie ograniczając masę i upraszczając architekturę.
Aptiv dostarcza zarówno jednostki centralne, jak i układy połączeń w pojazdach, dlatego do transmisji danych podchodzimy w wyjątkowy sposób, co widać zresztą w naszej Architekturze Systemu Inteligentnego Pojazdu (SVA™) w układach E/E następnej generacji. Wymaga ona solidnej podstawy do obsługi wszystkich podzespołów aktywnego układu bezpieczeństwa przy jednoczesnym ograniczeniu masy pojazdu i zachowaniu otwartych dróg innowacji. Motoryzacyjna sieć Ethernet zapewnia dziś jedną z najbardziej obiecujących platform to budowy pojazdów spełniających te wymagania.
Więcej informacji na temat standardów transmisji danych, które będą napędzać innowacje w branży motoryzacyjnej, można znaleźć w naszej dokumentacji (white paper).
