恒润科技自成立伊始一直专注于车载网络技术的研究与应用,在原有商用或工业以太网协议基础上针对车用功能特点

讨论车载以太网之前我们先来看看以太网的发展过程及现状,1963年“The Intergalactic Computer Network”的概念被认为是现代Internet的起源;1969年“The Advanced Research Projects Agency Network ”是第一个执行TCP/IP的网络,也是“global Internet”的起源;经过50多年的发展,以太网技术经历了多次技术突破与革新,传输介质涵盖了光纤、双绞线、无线等,带宽已经达到10Gbit/s;尽管以太网取得了巨大的进步,但以太网与生俱来的“simpler, faster, and cheaper”的特点始终伴随着以太网的进步,如今以太网已经完全融入了人们的所有生活;

前言:AVnu联盟与恒润科技

1 起源

起源于Xerox公司的一个实验网,该实验网络的目的是把几台个人计算机以3M的速率连接起来。由于该实验网络的突出表现,DEC,Intel,Xerox三家公司最终在1980年发布了第一个以太网协议标准建议书。

该建议书的核心思想是:在一个10M带宽的共享物理介质上,把最多1024个计算机和其他数字设备进行连接,当然,这些设备之间的距离不能太大(最大2.5公里)

时间来到2010年,以太网与生俱来的特点以及给人们生活带来的巨大变化引起了汽车及汽车电子行业的注意, “The OPEN Alliance (One-Pair Ether-Net) Special Interest Group ”应运而生专门从事以太网在车辆应用的研究;2015年左右随NXP、Broadcom等芯片制造商完成车载以太网物理层芯片的研发和量产,以太网“上车”的愿望得以落实,车载以太网依旧继承了“simpler, faster, and cheaper”的特点,并且将其与车辆的要求进行了进一步结合。在原有商用或工业以太网协议基础上针对车用功能特点进行协议开发,使用低成本UTP(Unshielded Twisted Pair一对非屏蔽双绞线)作为物理层介质,100Mb/s的传输带宽比原有车载网络CAN总线理论带宽高出100倍,未来将使用1000Mb/s带宽,这些都是“simpler, faster, and cheaper”的延续。

AVnu联盟通过对符合IEEE标准的设备进行一致性与互操作性的认证,使以太网成为一种确定性网络技术,保证网络设备在各应用领域(如专业A/V、汽车、工业控制及消费电子)的互操作性。AVnu组织与其他标准机构、联盟一起,为基于802.1音视频桥接(Audio Video Bridging,AVB)/时间敏感网络(Time Sensitive Networking,TSN)标准的确定性网络开拓一条可行路径,便于设计者及工程师在具体产品中应用这些标准。

2 发展

2013年国内车载以太网对于汽车电子行业及整车厂而言都是个新鲜事物,绝大多数从业者对车载以太网应用都处在观望当中,长春精钰电子股份有限公司针对车载以太网在国内整车的应用进行研究,并初步确立了基于AVB协议实现车内高清影音娱乐系统;

恒润科技自成立伊始一直专注于车载网络技术的研究与应用,包括CAN、CANFD、LIN、FlexRay、MOST。针对车载以太网技术,恒润科技早已加入AutoSAR组织、OPEN联盟。为了便于及时、全面地了解AVB技术,2016年10月,恒润科技又加入了AVnu联盟。凭借自身多年来传统车载网络技术的积累、强大的新型总线研发团队以及经验丰富的国外合作伙伴,恒润科技专注于为客户提供最先进、最专业的车载以太网及AVB技术解决方案。

2.1 共享式总线以太网

早期的以太网标准是采用同轴线作为传输介质,网络是一种串联式共享总线网络如图 1所示。

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图1 共享总线以太网

网络中所有主机的收发都依赖于同一套物理介质,即共享介质。同一时刻只能有一台主机在发送,各主机通过遵循CSMA/CD规则来保证网络的正常通讯。该网络模式有一个致命缺陷那就是:电缆上的设备是串连的,单点的故障可以导致这个网络的崩溃。

IEEE的标准为:10Base5,10Base2。

10 →传输速度为10Mbps

Base →传输信号调制方式为基带调制

5/2 →传输距离为500/200米。

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概要

2.2 交换式以太网

80年代末期,非屏蔽双绞线(UTP)出现,并迅速得到广泛的应用。UTP的巨大优势在于:

逻辑拓扑依旧是总线的,但物理拓扑变为星形,使得网络布线变得简单。

a) 价格低廉,只有同轴电缆的几分之一。

b) 制作简单,成功率高。

c) 收发使用不同的线缆,为实现全双工奠定了物质基础;

d) 网络由共享式总线以太网向交换式以太网转变。

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图2 交换式以太网

交换式以太网具有以下特点

a) 扩展了网络带宽。

b) 分割了网络冲突域,使得网络冲突被限制在最小的范围内。

c) 交换机作为更加智能的交换设备,能够提供更多用户所要求的功能:优先级、虚拟网、远程检测……

而作为车载以太网重要组织——AVnu组织也认证了2014年10月基于英伟达K1处理器以商用100base-TX介质完成了由4只高清(分辨率1920*1080)显示器组成的基于AVB协议的系统,对AVB协议、高清传输,多屏互动进行技术可行性验证。目前市面上比较成熟的解决方案是基于UTP(100base-T1)介质的Demo样车搭建,这样可以验证车载以太网物理层的相关标准。

随着消费者对汽车互联性和娱乐舒适性的需求呈爆炸式增长,汽车制造商非常有必要在车内构建一套标准的、易于部署的A/V网络系统。IEEE 802.1 音频/视频桥接工作组与IEEE 1722 二层传输协议工作组,已经针对时间敏感数据开发了一系列的网络增强型功能,用于促进高可靠性的音频与视频应用。AVnu联盟采纳了这些标准,并给出了车载应用的建议。同时,联盟内部的汽车验证测试小组(Certification Test Subgroup,CDS)也开发了对应的认证测试规范。本文大致描述了这些新技术内容以及它们在车载应用中的优势。

2.3 以太网发展历程

40年以来,以太网速度的迅速提高,从10Mbps向100Mbps、1000Mbps、10000Mbps并到40G/100G。并且技术的发展,以太网正从局域网走向广域网。

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图3 以太网技术发展历程

以太网相关标准规范:

a) IEEE802.3 以太网标准

b) IEEE802.3u 100BASE-T快速以太网标准

c) IEEE802.3z/ab 1000Mb/s千兆以太网标准

d) IEEE802.3ae 10GE以太网标准

e) IEEE802.3ba 40G/100G以太网标准

以太网速度的迅速提高

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介绍

3 以太网基础

随车载以太网技术的日益成熟,花样繁多的应用随之而来。车载以太网的组网方式相对简单,星型拓扑和线性拓扑的方式都能够完成组网。星型拓扑以“switch”为中心,节点之间的可用通讯带宽更高,延时和抖动更小,减少节点会导致 “Switch”口的浪费,增加节点需要不同的“switch”硬件支持;线性拓扑由节点之间“手拉手”的方式组成,可以方便的增加和减少节点,但可用带宽减小、延迟和抖动增加;

过去的十年中,消费者的需求推动了汽车音视频功能的大幅度增长。曾经只出现在豪华轿车中的功能,如DVD播放、倒车摄像头与导航等,如今也成为了许多主流汽车的标配。越来越多的资源及选项,使得后座娱乐系统(Rear SeatEntertainment,RSE)变得越来越复杂。面对如此多变的需求,如何构建一个通用的汽车网络架构成为需要迫切解决的问题。

3.1 以太网地位

以太网是一种局域网通信技术,在OSI七层模型定义于物理层和数据链路层,在TCP/IP四层模型中处于网络接口层。在网络中,。OSI七层模型制定的过于庞大复杂招致许多批评,而技术员自己开发的TCP/IP四层模型更贴近实用,获得了更广泛的推广。

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图4 OSI七层模型

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图5 TCP/IP模型

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当几乎全球的OEM都认为车辆通信带宽低、采取CAN网络构建车内网络时,车载多媒体的应用带来巨大挑战(如带宽、QoS、可扩展性、成本、规模经济、开放等)。什么是可以同时满足技术、成本要求的多媒体应用解决方案呢,目前还有许多争论。

3.2  以太网帧组成

由历史原因,以太网帧格式多达5种,实际使用中,今天的大多数TCP/IP应用都是用Ethernet II帧格式(IEEE802.3-1997改回了对这一格式的兼容),而交换机之间的BPDU(桥协议数据单元)数据包则是IEEE802.3/LLC的帧,VLAN Trunk协议如802.1Q和Cisco的CDP(思科发现协议)等则是采用IEEE802.3SNAP的帧。

Ethernet V1(1980)

这是最原始的一种格式,是由Xerox PARC提出的3Mbps以太网标准的封装格式,后来在1980年由DEC,Intel和Xerox标准化形成Ethernet V1标准。

Ethernet V2/Ethernet II (ARPA,1982)

由DEC,Intel和Xerox在1982年公布其标准,主要更改了EthernetV1的电气特性和物理接口,在帧格式上并无变化;Ethernet V2出现后迅速取代Ethernet V1成为以太网事实标准;Ethernet V2帧头结构为6字节的目标地址+6字节的源地址+2字节的协议类型字段+数据,如图 6所示。

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图6 Etherne V2以太网帧格式

RAW 802.3(Novell,1983)

私有协议,不仅仅做技术的人有个性,技术公司有时候也很有个性,1983年Novell发布其划时代的Netware/86网络套件时采用的私有以太网帧格式,该格式以当时尚未正式发布的802.3标准为基础(实力强,有时候就是任性);但是当两年以后IEEE正式发布802.3标准时情况发生了变化,IEEE在802.3帧头中又加入了802.2 LLC(Logical Link Control)头,这使得Novell的RAW 802.3格式跟正式的标准互不兼容,该格式中将Ethernet V2格式中的type字段改为length字段,因为RAW 802.3帧只支持IPX/SPX一种协议。

IEEE802.3/802.2 LLC(1985)

这是IEEE 正式的802.3标准,它由Ethernet V2发展而来。它将Ethernet V2帧头的协议类型字段替换为帧长度字段(取值为0000-05dc;十进制的1500),如此一来丧失了与Ethernet V2的兼容性,并且导致只能封装一种上层服务,即LLC;并加入802.2 LLC头用以标志上层协议,LLC头中包含DSAP,SSAP以及Crontrol字段。

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图7 LLC以太网帧格式

IEEE802.3/802.2 SNAP(1985)

这是IEEE为保证在802.2 LLC上支持更多的上层协议同时更好的支持IP协议而发布的标准,与802.3/802.2 LLC一样802.3/802.2 SNAP也带有LLC头,但是扩展了LLC属性,新添加了一个2Bytes的协议类型域(同时将SAP的值置为AA),从而使其可以标识更多的上层协议类型;另外添加了一个3Bytes的OUI字段用于代表不同的组织,RFC 1042定义了IP在802.2网络中的封装方法和ARP协议在802.2 SANP中的实现。

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图8 802.3 SNAP以太网帧格式

SFD:开始定界符

DSAP:目标服务访问点

SSAP:源服务器访问点

Control:控制信息

现有车型网络都是以网关控制器为网络核心的架构,如果沿用这样的网络架构车载以太网应用后车载网络架构会有什么样的变化?

以前,由于不确定性大,车辆多媒体传输避免使用基于包交换式的网络。如今IEEE802.1音频视频桥接工作组与IEEE1722 AVTP工作组为汽车内低时延、高可靠性传输需求提供了一种基于标准的实现方法。AVB协议可被应用在多种物理层上,本篇文章将主要介绍以太网上的AVB应用。车内线缆的简化及可靠的硬线解决方案,使得基于有线以太网的AVB协议能够很好地应用于车载环境中。

3.3 双绞线传输

双绞线由两根绝缘铜导线相互缠绕而成。两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起,可降低信号干扰的程度,每一根导线在传输中辐射的电波也会被另一根线上发出的电波抵消。把一对或多对双绞线放在一个绝缘套管中便成了双绞线电缆,在局域网中常使用4对双绞线组成以太网电缆。

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图9 双绞线

实际应用中,我们常使用的网线是非屏蔽双绞线,绝缘套管中无屏蔽层,该线缆价格低廉,用途广泛。该线缆一般采用铜合金制做,也有采用纯铜制造,纯铜的双绞线较软,成本较高。

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图10 非屏蔽双绞线

在一些高要求场合中,我们还使用屏蔽双绞线,绝缘套管中外层由铝铂包裹,以减小辐射,价格相对较高。

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图11 屏蔽双绞线

双绞线标准

CAT-1/2/3/4:1/2/3/4类双绞线,目前已淘汰

CAT-5:5类双绞线,可用于100M以太网传输

CAT-5e/6:超5类/6类双绞线,可用于1,000M以太网传输

CAT-6A:超6类双绞线,可用于10,000M以太网传输

CAT-7:7类双绞线,可用于更高标准(大于等于10,000M)以太网传输必须对双绞线进行屏蔽。

接口类型与线序定义

以太网常见接口类型采用RJ45水晶头,如图 8所示。

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图12 RJ45水晶头

以太网线缆接口线序包括两种568B与568A两种,所以在实际应用中以太网线缆分为直连线缆(两头都是568B或568A,常见的都是采用568B)与交叉线缆(一头是568B另一头是568A)。以太网线采用8种线色来进行区分,其中橙白、橙为一对双绞线,绿白、绿为一对双绞线,蓝白、蓝为一对双绞线,棕白、棕为一对双绞线,在100M以太网中只需要橙白、橙、绿白、绿为两对双绞线。

bob体育黑平台网 ,直连网线,常用于不同种设备连接,定义如下表 1。

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表1 直连网线定义

交叉网线,常用于同种设备连接,如两台计算机,定义如下表 2。

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表2 交叉网线定义

在实际应用中,有部分小企业为了节省成本,使用一根网线,把以太网以及电话线都通过一根网线来完成。及橙白、橙、绿白、绿为两对双绞线用于传输以太网数据,在使用蓝白、蓝或者棕白、棕这两对双绞线传输电话语音。

在实际中,我们还会见到某些网络设备厂商用两个水晶头制造console线,这类线缆外形与网线一样,可不能做为网线使用,仅用于管理设备,这类console线缆采用的是RS232串行通信协议。

Auto MDI/MDIX双绞线自适应

现在,几乎大部分厂家都会对设备的以太网口采用双绞线自适应设计即自动检测连接到自己接口上的双绞线类型(直通线或交叉线),并自动进行调节。

所以,实际使用过程中,两台同种设备免去了必须使用交叉线,异构设备必须使用直通线的烦恼。

优势,增加了分布功能之间的通讯带宽。增加了扩充网段的可能;劣势,分布式功能通过不同ECU实现,增加了复杂程度。可扩展性导致ECU在网络部分的接插件数量增加;

AVnu联盟的主要市场目标是将AVB成功地应用于车内的音视频流中。本白皮书概括了车内网络使用AVB技术的特点及优势。

3.4 光纤概述

是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。微细的光纤封装在塑料护套中,使得它能够弯曲而不至于断裂。

光在光导纤维的传导损耗比电在电线传导的损耗低得多,光纤被用作长距离的信息传递的介质。

光纤分为单模光纤与多模光纤,

单模光纤的几何尺寸可以与光波长相比拟,即纤芯的几何尺寸与光信号波长相差不大时,一般为5~10um,光纤只允许一种模式在其中传播,单模光纤具有极宽的带宽,特别适用于大容量、长距离的光纤通信

多模光纤纤芯的几何尺寸远大于光波波长,一般为50um、62.5um;光信号是以多个模式方式进行传播的;多模光纤仅用于较小容量、短距离的光纤传输通信

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图13 单模与多模光纤工作模式

光缆概述

是由多根光纤和塑料保护套管及塑料外皮构成,一般用于户外铺设。

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图14 光缆示意图

光纤跳线

带有连接器与保护层的光纤一般被称为光纤跳线,一般用于设备内部板卡与设备插座或者室内两台设备短距离链接。

光纤跳线颜色一般分类。

黄色:单模光纤

橙色:多模光纤

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图15 光纤实物图

光纤跳线连接器分类

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图15 光纤跳线连接器

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一、以太网AVB概览

域控制架构会有什么样的影响?

AVB是以太网开放标准套件的增强部分。通过网络时间同步功能和时间敏感流的相关传输协议,为网络内处理视听数据提供了服务质量保证。在车载环境中,它能够满足更普遍的时间敏感网络需求,使得在单一网络中同时处理信息娱乐、车身控制、辅助驾驶,甚至安全相关的功能成为可能。

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为了做到这些,AVB使用了许多重要的概念。“优先级”:指明部分数据流的时间敏感性,有别于一般性的尽力传输型(best

effort)数据。“预留”:是指在网络内预先设置一个固定大小的确定带宽,用来处理高优先级流量。通过“网络时间”,连同严格的时延需求,传输同步数据包,使音视频能够同步播放。AVB技术还包含标准流量整形与转发规则。此外,AVB技术可用于发现、枚举、控制的标准化方法,使得系统能够快速、简单地完成搭建与配置。

本篇文章末尾处的技术概览介绍了关于标准的独立部分以及相关技术的更多细节。

二、汽车市场的AVB优势

  • 简化的线缆,更轻的重量与更高的可靠性

网络式布线方法降低了车内线束成本及设计复杂性。减少连接器数量可增加可靠性,减轻重量,提高燃油效率。

随着CAN网络和基本控制信息传输技术的广泛应用,在车辆内实现多路或者是基于网络的控制通信,已经非常常见。而由于信息娱乐系统内音视频内容的不断扩充,继续使用点对点的专用连接,如使用带屏蔽的LVDS线缆,已经无法满足需求。

  • 一个健壮的生态系统

AVB的制定者选择以太网作为底层传输路径,不仅仅是由于语音技术的原因,还在于以太网技术鲁棒性好,易于扩展,且应用广泛。制定者们决定基于这些优势开创一个开放的、标准的技术。开放标准能够孕育出强壮的、有竞争力的生态系统,现在已经有许多供应商在他们的产品中部署了AVB系统。此外,AVnu CDS定义了AVB使用说明,并开发了相关的认证程序。这将允许OEM制定一致性与互操作性需求,且这些需求可以由诸多Tire1实现。供应商反过来也可以构建他们的解决方案,而不只是依赖于单一的技术提供商。

此种方法与之前的车载解决方案形成了鲜明的对比。车载信息娱乐网络技术此前一直是以MOST为主,但MOST技术的不开放性阻碍了其应用和发展。早在2008年11月,Hansen报告就指出,“今日的业内人士相信:相比CAN、LIN与FlexRay,MOST远远不够开放。”此报告继续预言“如果没有更多的开放性和强大的购买能力,MOST可能在几年内让路给它的替代者,如以太网。”这个预言正在被证实,MOST正被更开放的新技术所取代。

  • 互操作性认证

除具备开放性的特点外,AVB技术因归属于IEEE标准,从而拥有一套健壮的、严格的一致性与互操作性标准。这些C&I标准是由各自协议实现一致性声明定义的。AVnu C&I将IEEE PICS延伸到了汽车应用领域。

鉴于AVB认证可保证不同产品间的相互兼容性,OEM可与不同供应商共同构建一个丰富的、不断成长并能快速达到质量要求的生态体系。

  • 可预测性和高可靠性

AVB核心协议:优先级,预留,流量整形与时间同步,允许设计师在汽车环境中构建可预测的并且满足可靠性要求的网络。

IEEE802.1Q队列与转发协议是保证可预测性的关键。它优先调度高优先级数据,同时保证时间敏感信息不会被低优先级数据干扰。

带宽预留指的是为音视频流预留端到端的可用带宽,并保证这条带宽能够一直被该流数据使用,直到被明确释放。同时为了满足快速启动需求,带宽预留可以进行预先静态配置。车载应用场景中默认要求,系统能为特殊的数据配置静态预留带宽。

IEEE802.1Q流预留协议更加灵活。它允许终端对带宽的动态预留或释放,使得OEM无需执行大量的网络改动,便可对于每种不同的可选包或者未来车辆进行配置、可靠传输音视频流。但车载应用场景不强制要求支持SRP。

  • 多对多灵活配置

构建一个能处理大量数据与控制信号的车内网络极具挑战性。网络需要保证从多种源到多个目的地的音视频数据及时交付,如在呼入电话事件中进行程序静音,传递如警告提示和路线规划导航命令等信息。这需要网络一开始就配置好预留带宽来处理这些需求。

实际上,在车载应用场景中并不需要通过SRP实现动态带宽预留。能满足多对多通信需求才是汽车制造商从点对点传输系统转移到网络式A/V系统的一个最根本的原因。

  • 低时延

许多车载应用有非常严格的时延要求,典型例子是行驶记录仪、驾驶辅助摄像头、蓝牙麦克风、各种声音源。同样重要的还有外部系统所强加的约束,例如汽车免提设备需要确认移动蜂窝网络的延时需求。对于这些应用,AVB协议都能够满足最严格的时延要求。

  • 精确同步

车载音视频网络的最终目的是在终端如实的呈现音视频流,为车辆用户提供高质量的视听环境。另外,汽车制造商也可借此来搭建一个能够传输不同类型数据、包含多个源节点和播放节点的灵活网络。

以上需求的关键就是同步。

从技术上来说,同步有两个基本目的:

  • 首先,在源设备上为采样数据提供一个共同的时间基准,并在一个或多个目的设备上以相同的周期呈现这些数据。

  • 其次,实现多条流之间相互同步。

AVB通过IEEE802.1AS精准时钟协议实现同步。它为网络内的所有节点提供了一个共同的时间参考基准,这个基准称为“wall clock”。而IEEE1722 音视频传输协议提出了“presentation time”这个概念,它从“wall clock”衍生而来,允许发送节点定义数据包在接收端的呈现时间。

网络节点保持各自的本地时钟,同时通过交换时戳信息,它们计算自身与网络时间的差别。接收端通过对原采样时钟的重建,不但实现了内容的精确与低抖动交付,也使得同一AVB网络可同时容纳不同采样速率的数据以及多种不同类型的设备。

  • 快速启动

车载多媒体系统最重要的需求之一就是提供“early audio”与“early video”。系统必须能够快速启动并在车辆启动后准备好能随时呈现音视频。音频通常用来播放安全报警,视频用于播放后视摄像头图像。这两种应用场景由NHTSA(美国高速公路安全管理局)强制要求:车辆启动后2秒内可用。

为了满足这些需求,AVnu联盟对汽车应用进行了特殊定义,简化车载以太网AVB产品的启动过程。具体来说,通过使用预配置固定时钟树来实现快速网络时间同步,通过流量的预先配置来消除动态AVB流预留带来的时延。

  • 可扩展的通用拓扑

与MOST共享网络带宽不同,AVB网络仅在源节点与目的节点之间消耗带宽。即使在相同的网络带宽下,相比MOST网络,这种方式将允许更多的数据在AVB网络上传输,也更易扩展星型拓扑或树形拓扑。另外,多播服务的使用,即一对多传输,也进一步提高了带宽使用率。

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图1 MOST环形拓扑。所有节点都会监测到来自其他节点的流量。

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图2 AVB架构示例。车前部的摄像头信号只传输至驾驶辅助模块。

此外,设计者也可以灵活选择兼容速度。例如,一个给定的车辆设计能方便地混合并匹配高带宽1000Mbps链路与低带宽100Mbps链路。各种组织的大量技术投入保证了这种互操作性,同时带来了更高速度的可能性,如10Gbps甚至100Gbps。相比之下,三种现行的MOST速率—MOST25,MOST50,MOST150并不是兼容的。整个MOST网络只能使用同样的速率,灵活性低,对低带宽要求的设备需要付出不必要的成本才能满足高带宽设备的通信要求。

三、AVB以太网使用案例

l Lip-synced多媒体播放

在汽车环境中通过不同的多媒体设备提供AV内容的真正Lip-synced播放,是AVB以太网的一个核心车载应用。

无论来自前方中控已安装的DVD播放器,还是来自外部无线移动设备的音视频内容,都能同时在多个前座与后座显示屏、车辆功放,甚至是连接的耳机上播放,确保能为所有乘客提供愉快的视听体验。

下图示例,两个RSE显示器播放DVD视频,同时音频通过另一通道传输到功放。AVB技术能保证这三个设备之间的精确同步。

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图3 带有多条音视频传输路径的DVD播放器

  • 连接车辆应用

在互联车辆内,外部数据的可用性和依赖性都很高。无论传输的是音视频流,在线地图导航,传入车内的外部互联网媒体信息,或者是从车内发出的各种远程数据和服务请求,对网络带宽的要求都是很高的。

能够通过单一网络传输上述数据以及内部音视频数据,并且同时满足不同数据的不同QoS需求是AVB以太网的一个强大优势。

  • 高级驾驶辅助系统

许多现代的高级驾驶辅助系统都能通过灵活的高带宽AVB网络实现。

例如:一组互连的摄像头能提供同步的360°车辆环境的环视图像,这个图像可以与更多的传感器数据在同一网络中同步传输,最终用于驾驶员提醒,来提高乘员与行人的安全性。

  • 线缆诊断

汽车厂商迫切希望能直接在装配流水线上和售后服务站通过车辆诊断排查车辆问题。

以太网PHY拥有强大的物理层诊断能力,包括:自动检测与补偿交换对,线缆断路;检测并补偿链路阻抗不匹配造成的带宽降低。利用这些建立的并检验过的以太网诊断,可以更快地发现并定位装配与服务问题。

  • 简要技术概述

想对AVB技术进行深入了解,请参见AVnu官网上可用的技术资源Knowledge Center与Council Material。

IEEE802.1AVB与IEEE1722是技术基础,由AVnu联盟与其他描述不同网络链路互联或桥接技术的IEEE标准共同促进其发展。值得注意的是,AVB标准在不同类型的网络链路上提供的服务并不是相同的,因为每种链路技术有不同的特性。

以下是基本标准:

  • IEEE802.1AS:“Timing and Synchronization for Time-Sensitive Applications in Bridged Local Area Networks.”自动选择一个设备作为主时钟,然后通过桥接局域网或IP子网发送时间信息给其他节点。802.1AS时钟并不用做媒体时钟,而是用作节点间共享时钟参考,传输talker媒体时钟信息给listener。为了在有大量时延抖动的网络中估算发送者实际媒体速率,这种参考移除了固定包交换时延的需求,也无需计算长期运行均值。IEEE802.1AS基于IEEE1588-2008标准衍生而来。

IEEE802.1Q-2012:作为P802.1Qat工程开发,“Virtual Bridged Local Area Networks - Amendment 9:Stream Reservation Protocol ”。允许桥接局域网或IP子网内,talker与listener间建立流预留。

  • IEEE802.1Q-2012:作为P802.1Qav工程开发,“Virtual Bridged Local Area Networks - Amendment 11:Forwarding and Queuing for Time-Sensitive Streams.”描述了一个令牌桶整形网络流量的方法,使得时延与带宽预留流量变得可控。

  • IEEE802.1BA:“Audio/Video Bridging Systems”。定义了在建立AVB系统时,如何应用相关的IEEE802.1与其他标准。

  • IEEE1722:“Layer 2 Transport Protocol for Time-Sensitive Applications in Bridged LANs.”定义了数据封装、呈现时间,用于在音频与视频的终端设备间保证互操作性,且这些设备是由IEEE802网络提供的标准网络服务,并且满足时间敏感应用的QoS需求。

当特殊报文离开和到达接口或PHY时记录精确的时间戳,PTP可以测量并补偿队列和转发传输时延。为了使用802.1AS,期望流包含呈现时间,并结合网络时间形成交叉时戳,用来重建采样时钟。对于采用802.1AS时间并封装呈现时间的流,本质上看,AVB网络支持任意数量的不同的媒体采样速率,还支持时钟源作为目的设备,同步到他们相应的源设备上。AVB网络也提供网络中不同路径间同步的机制。

IEEE802.1Q流预留协议提供带宽预留机制,允许终端节点进行动态的配置路由。SRP在车载应用中不是必须实现的。为了简化终端节点工作并达到快速启动要求,默认认为网络是固定的,即根据传输场景预先配置预留带宽。但是不管是否预先配置流预留,还是使用SRP,都需要使用FQTSS。FQTSS调度时间敏感流数据,保证网络数据的及时交付。普通的非流数据如基于IP的控制或计量报文不能影响预留的AVB流数据。

AVnu车载以太网AVB功能与互操作性规范采用了如下标准并定义了车载应用的配置和选项优化,包括:

  • 固定的预配置802.1AS时钟树,内置时钟冗余

  • 预配置流预留

  • 启动满足NHTSA要求

  • 车载音频AVB流量分类优化

  • 在低成本ECU和终端节点中优化AVB性能机制

  • 线缆诊断

总结

IEEE802.1 AVB工作组定义了车辆信息娱乐系统、驾驶辅助系统应用以太网的关键技术。AVnu联盟提供车载应用的互操作性与认证测试来验证这些需求的实现。在各组织的大量持续投入的背景下,低时延、精确同步的音视频传输技术将为下一代应用提供强大的解决方案。AVB协议是开放的标准,允许各整车厂及供应商使用。

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优势,网络可扩展性好;从功能出发,完整的功能域可由单一供应商实现;劣势,跨域的功能更加复杂;域控制成本造成整车成本增加;

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保持原有网络核心网关控制器不变,在局部增加以太网系统,如:针对信息娱乐系统将“Switch”功能与车机融合,在原有车机主要功能的基础上扩展“Switch”功能,可扩展以太网后头枕显示、数字功放;原仪表“Switch”中可扩展环视、夜视、数字天线。提升车辆智能化程度,减少原车线束,优化功能分配,使以太网在国内上车成为一种可能;

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