Die Bedeutung von Automotive Ethernet (100BASE-T1 / 1000BASE-T1) und seinem wachsenden Einsatz in Telematik-Gateways

(Bildquelle: iWave Systems)

Der Ethernet-Standard für Fahrzeuge (Automotive Ethernet), 100 Base-T1 (IEEE 802.3bw) und 1000 Base-T1 (IEEE 802.3bp), wurde entwickelt, um den Durchsatz zu erhöhen und die Kosten in Fahrzeugnetzwerken zu senken. Das Wachstum der Fahrzeugtechnologien, einschließlich ADAS, Infotainment, Diagnose und Sensornetzwerke, hat zu einem höheren Volumen an übertragenen und erzeugten Daten geführt. Herkömmliche Netzwerke wie CAN, CAN-FD, LIN und FlexRay sind nicht in der Lage, die erforderlichen Geschwindigkeiten zu erreichen.

Das Ethernet-Protokoll für Kraftfahrzeuge, 100BASE-T1, verwendet ein einziges Paar ungeschirmter, verdrillter Leitungen für den Datenaustausch in beide Richtungen. Im Gegensatz zu 10BASE-T und 100BASE-TX, die dedizierte Paare für Senden und Empfangen zuweisen, führt 100BASE-T1 eine physikalische Vollduplex-Schnittstelle ein, die beide Funktionen auf demselben Paar ermöglicht. Durch die Verwendung gemeinsam genutzter Medien werden nicht nur die Materialkosten gesenkt, sondern auch die Kraftstoffeffizienz verbessert, indem das Gesamtgewicht der Kabel im Fahrzeug verringert wird.

Ethernet-Kabel für Fahrzeuge sind kürzer, um den schwierigen Umgebungsbedingungen in Fahrzeugen standzuhalten. Darüber hinaus verwenden sie ein spezielles Signalcodierungsverfahren, um eine maximale Datenmenge bei minimaler Bandbreitennutzung effizient zu übertragen.

100BASE-T1 verwendet einen besonderen Kodierungsansatz, der 4-Bit-zu-3-Bit (4B3B), 3-Bit-zu-2-Ternärpaar (3B2T) und dreistufige Puls-Amplituden-Modulation (PAM3) umfasst. Diese Kodierungsstrategie wird eingesetzt, um die Emissionen im Vergleich zu Fast Ethernet zu minimieren. Der 100BASE-T1-PHY verwaltet alle wichtigen Scrambling- und Kodierungsprozesse, bevor die Daten über das ungeschirmte Twisted-Pair-Kabel übertragen werden.

Vergleich von Ethernet und Automotive Ethernet.

Der Unterschied zwischen Ethernet und Automotive Ethernet ergibt sich in erster Linie aus der physikalischen Schicht. Während Standard-Ethernet auf zwei Twisted-Pair-Kabeln basiert, die getrennte Pfade für Senden und Empfangen bieten, verwendet Automotive Ethernet einzelne Twisted-Pair-Kabel für eine Vollduplex-Kommunikation.

Das Standard-Ethernet im Automobilbereich wurde durch seine Abhängigkeit von zwei Twisted-Pair-Kabeln behindert, was eine praktische Einschränkung in Bezug auf Platzbedarf und Installationskomplexität darstellte. Darüber hinaus erfüllte es nicht die strengen Grenzwerte für Strahlungsemissionen gemäß CISPR 25 Klasse 5, was seine Integration in die Automobilindustrie weiter erschwerte, in der strenge Normen für die elektromagnetische Verträglichkeit für die Gewährleistung der zuverlässigen Leistung elektronischer Komponenten in Fahrzeugen von größter Bedeutung sind.

Automotive Ethernet in Fahrzeugnetzwerken bietet mehrere Vorteile:

• Reduzierung des Kabelgewichts und der Kosten im Vergleich zu herkömmlichen CAN/LIN-Kabelbäumen
• Erhöhte Datenraten und Durchsätze durch Zusammenführung mehrerer CAN-Busse zu einer zentralen Verbindung
• Kommunikation mit geringer Latenz und minimalen Verzögerungen
• Erleichtert die Neukonfiguration für unterbrechungsfreie Verbindungen
• Ermöglicht die Wiederverwendung von Internetprotokoll(IP)-Softwaretechnologien aus anderen Branchen
• Skalierbarkeit in Fahrzeugnetzen
• Integration erweiterter Sicherheitsfunktionen zur Verbesserung der Datensicherheit

(Bildquelle: iWave Systems)

Automotive-Ethernet-Integration im Telematik-Gateway von iWave.

Telematik-Gateways spielen eine zentrale Rolle als Kommunikations- und Datenverarbeitungszentrale in der modernen zonalen Fahrzeugarchitektur. Durch die Kombination der Funktionen eines Legacy-Gateways, das den Datenaustausch zwischen verschiedenen Steuergeräten ermöglicht, und einer Telematikeinheit, die für die Datenaufzeichnung, Diagnose und externe Netzwerkkommunikation zuständig ist, ist das Telematik-Gateway eine vielseitige Komponente.

Diese Plattform ermöglicht einen reibungslosen Datenaustausch zwischen mehreren elektronischen Steuergeräten (ECUs) und Servern und fungiert als Brücke, die ältere CAN-Netzwerke mit dem Automotive-Ethernet-Netzwerk verbindet. Das Telematik-Gateway beinhaltet drahtlose Vernetzungsmodule für LTE und Wi-Fi. Es ist ein grundlegender Architekturbaustein in der sich entwickelnden Landschaft der Steuergeräte- und Fahrzeugnetztopologien.

Die Einführung von 100BASE-T1 als Gateway-Technologie treibt die Entwicklung der Vernetzung im Fahrzeug weiter voran und ermöglicht die Weiterentwicklung von Automobilsystemen. Trotz der beträchtlichen Vorteile, die das Automotive Ethernet mit sich bringt, ist die Branche nach wie vor tief in alten Netzen wie CAN verwurzelt, was eine vollständige Umstellung unwahrscheinlich macht. Die zukünftige Landschaft wird eine Mischung aus traditionellen und neuen Technologien sein, die sowohl nicht-ethernet- als auch ethernet-basierte Steuergeräte und Gateways umfasst.