探究以太網(wǎng)技術(shù)在汽車通信中的應(yīng)用

談炎明

（廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣州 511400）

汽車以太網(wǎng)技術(shù)的信息傳輸量大，傳輸效率高，而且信息傳遞可靠，已經(jīng)成為汽車車載通信的主流技術(shù)。OPEN Alliance SIG聯(lián)盟、AVNU聯(lián)盟等紛紛制定了汽車以太網(wǎng)通信協(xié)議，對以太網(wǎng)技術(shù)在汽車車載通信中的應(yīng)用和推廣起到重要推動作用。在汽車以外網(wǎng)技術(shù)的支持下，車載通信效率和質(zhì)量將得到進(jìn)一步提升，從而為行車安全提供保障。

1 汽車通信技術(shù)的發(fā)展

1.1 早期汽車車載通信技術(shù)

汽車車載通信技術(shù)是汽車內(nèi)部電子系統(tǒng)采取的信息通信和交互方式。在上世紀(jì)九十年代及以前，車載通信主要采用點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式。但隨著汽車電子零件數(shù)量的快速增加，汽車功能越來越復(fù)雜，對車載通信的要求也越來越高。簡單的點(diǎn)對點(diǎn)通信無法適應(yīng)汽車車載通信技術(shù)的發(fā)展需要。在上世紀(jì)九十年代前后，汽車串行總線通信技術(shù)得到研究與應(yīng)用，于1987年時推出了第一個CAN總線控制芯片，并于1991年時推出CAN2.0規(guī)范，率先在Benz S系列汽車上得到搭載。自此以后，CAN總線通信技術(shù)在很長一段時間內(nèi)成為汽車車載通信的主流技術(shù)，吊、寶馬、沃爾沃、大眾等汽車品牌均安裝了總線通信系統(tǒng)[1]。

1.2 汽車以太網(wǎng)技術(shù)

隨著汽車通信技術(shù)的發(fā)展以及人們對汽車性能要求的不斷提高，為了滿足復(fù)雜的車載電子系統(tǒng)通信需求，以太網(wǎng)技術(shù)在汽車通信領(lǐng)域逐漸得到應(yīng)用。在汽車智能聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢下，通信帶寬需求快速增長，雷達(dá)、高清攝像頭、智能傳感器等，都會產(chǎn)生較大的信息傳輸量，而且對信息傳輸?shù)膶?shí)效性要求較高，需要有足夠快的信息傳輸速度。在此情況下，上述使用的CAN、FlexRay、MOST總線系統(tǒng)等，都難以滿足要求。采用汽車以太網(wǎng)技術(shù)則可以同時滿足車載通信的大信息量、高速率、高實(shí)時性傳輸要求，是目前汽車通信技術(shù)的重要發(fā)展方向[2]。

2 以太網(wǎng)技術(shù)在汽車通信中的具體應(yīng)用

2.1 OPEN Alliance SIG聯(lián)盟與Broad-Reach技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

為促進(jìn)以太網(wǎng)技術(shù)在汽車通信領(lǐng)域的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)目標(biāo)，許多芯片廠商和汽車生產(chǎn)廠商組成聯(lián)盟，從事汽車以太網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究工作。其中具有代表性的是OPEN Alliance SIG聯(lián)盟和AVNU聯(lián)盟。OPEN Alliance SIG聯(lián)盟是由Broadcom公司組織成立的以太網(wǎng)聯(lián)盟，其目的是促使以太網(wǎng)連接成為一種汽車網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用方式。該聯(lián)盟主要以BroadR-Reach作為技術(shù)開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，聯(lián)盟核心成員為寶馬、飛思卡爾、博通、哈曼等汽車廠商以及其他芯片、零部件制造廠商。BroadR-Reach技術(shù)主要采用1對非屏蔽雙絞線，實(shí)現(xiàn)百兆以太網(wǎng)全雙工功能，其有效通信距離超過15m。該技術(shù)與傳統(tǒng)百兆以太網(wǎng)技術(shù)不同，由于借鑒了千兆以太網(wǎng)技術(shù)，并采用與傳統(tǒng)以太網(wǎng)相同的接口，使其功能性能得到顯著提升，能夠?yàn)橥ㄐ判始翱煽啃蕴峁┍Ｕ?。BroadR-Reach技術(shù)采用特定物理編碼子層和物理媒體層，使用4B3B和3B2T編碼方式，MMI到PAM-3的編碼過程如圖1所示。

圖1 MMI到PAM-3編碼過程

2.2 AVNU聯(lián)盟與AVB/TSN以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

AVNU聯(lián)盟關(guān)于以太網(wǎng)技術(shù)的研究則側(cè)重與以太網(wǎng)技術(shù)在汽車專業(yè)音頻和視頻市場的引入，其主要成員包括英特爾、哈曼、博通、思科等。通過采用面向LAN橋接的IEEE標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)媒體功能的擴(kuò)展。AVNU聯(lián)盟在引入以太網(wǎng)技術(shù)的過程中，根據(jù)汽車的實(shí)際應(yīng)用特點(diǎn)對其進(jìn)行了改進(jìn)，并制定了以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。由AVNU聯(lián)盟制定和推廣的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議為AVB/TSN標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)由兩部分組成，即AVB標(biāo)準(zhǔn)和TSN標(biāo)準(zhǔn)，其中，AVB標(biāo)準(zhǔn)以完成編制，而TSN標(biāo)準(zhǔn)則仍在修訂過程中。AVB標(biāo)準(zhǔn)主要包含IEEE1722標(biāo)準(zhǔn)、802.1AS標(biāo)準(zhǔn)等，通過建立音頻、視頻傳輸機(jī)制，實(shí)現(xiàn)AVB系統(tǒng)時鐘同步功能，使以太網(wǎng)技術(shù)能夠應(yīng)用與車載影音娛樂系統(tǒng)。TSN標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)建目標(biāo)則是提供一種更加可靠的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，其主要應(yīng)用目標(biāo)是主動駕駛和輔助駕駛安全系統(tǒng)。

3 結(jié)束語

綜上所述，以太網(wǎng)技術(shù)在汽車通信中的應(yīng)用范圍越來越廣泛，已經(jīng)成為整車通信的主要方式，而且能夠顯著提升汽車通信的穩(wěn)定性、可靠性和通信效率。通過對汽車通信技術(shù)的發(fā)展以及以太網(wǎng)技術(shù)的研究應(yīng)用情況進(jìn)行研究，可以為汽車通信系統(tǒng)設(shè)計提供參考，也能夠在一定程度上促進(jìn)以太網(wǎng)技術(shù)在汽車通信領(lǐng)域的應(yīng)用推廣。