Highspeed-Fahrzeugvernetzung
HDBaseT – Anschnallen, Connected Car gibt Gas
Das Fahrzeug hat sich zu einem digitalen Begleiter im alltäglichen Leben entwickelt. Doch bisherige Bordnetzansätze werden den erforderlichen Datenraten nicht mehr gerecht. Kann HDBaseT die Datenengpässe beseitigen?
Das Auto zählt mittlerweile zu einer Erweiterung des digitalen Lebens. Zahlreiche Displays, Kameras, Sensoren, Kommunikationsmittel und Unterhaltungsmöglichkeiten prägen das heutige Fahrerlebnis. Doch wie bei einem Smartphone ohne Empfang und Netzwerkverbindung, sind die modernen Infotainment- und Fahrerassistenzsysteme (Advanced Driver Assistance Systems, ADAS) im Kraftfahrzeug von der Infrastruktur abhängig. Ein modernes Netzwerk im Fahrzeug, beispielsweise Automotive Ethernet, verspricht eine optimale Vernetzung.
Oftmals kommen Bordnetze aufgrund der Bandbreiten-, Latenz- und Verkabelungsbedürfnisse trotzdem an ihre Grenzen. Die erhöhte Anzahl von Sensoren und Steuergeräten erfordern Verbindungen mit hoher Bandbreite sowie skalierbare und flexible Netzwerk-Architekturen. Der Mehraufwand für echtzeitfähige Anwendungen, der zusätzliche Strombedarf, die begrenzte Bandbreite, der Mangel an nativen Schnittstellen für zusätzliche Anwendungen, die komplexe Verkabelung mit abgeschirmten Leitungen und die hohe Komplexität bei Installation, Konfiguration und Wartung stellen sehr hohe Anforderungen für bereits eingeführte Bordnetze dar – wie beispielsweise Automotive Ethernet.
HDBaseT stellt als neue, leistungsstarke Verbindungstechnik mit flexibler Architektur für die In-Car-Vernetzung eine zukunftsfähige Alternative dar. Die nachfolgenden Erläuterungen veranschaulichen, wie HDBaseT den erhöhten Herausforderungen der Vernetzung begegnet.
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Mehr Bandbreite und mehr Stabilität
Eine hohe Datenübertragungsbandbreite ist für heutige und künftige Automobile erforderlich. Zum einen nimmt die Anzahl der im Auto vorhandenen, hochauflösenden Displays stetig zu und zum anderen liefern zahlreiche Sensoren eine Menge an Daten, gerade hinsichtlich des automatisierten (bis autonomen) Fahrens. Zudem sind zahlreiche Steuergeräte an Bord, die nahtlos miteinander kommunizieren. Dies erfordert Datenraten von mehreren Gbit/s bei gleichzeitig hoher Zuverlässigkeit der Übertragung.
Die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) ist eine Grundvoraussetzung beim Einsatz dieser Technik im Fahrzeug. Bei hohen Datenraten ist eine strikte Einhaltung von EMV-Richtlinien unabdingbar, um eine ungewollte Beeinflussung von Geräten im Fahrzeug auszuschließen. HDBaseT Automotive bewältigt die stetig steigende Anforderung an die Bandbreite innerhalb der Fahrzeuge ohne Verschlechterung der Qualität durch ein deterministisches System mit definierter Latenz.
Die HDBaseT-Plattform gewährleistet Stromversorgung und das Tunneln (Bild 1) von bis zu 6 Gbit/s über eine einfache, ungeschirmte Verkabelung mit bis zu 15 m Länge.
Verkabelung und Rausch-Unempfindlichkeit
Der Kabelbaum ist eine große Kosten-, Platz- und Gewichtskomponente im Auto. Die Übertragung von HDBaseT Automotive erfolgt über ein einziges, ungeschirmtes Twisted Pair Kabel (UTP). Das Design und die Architektur sind entsprechend vereinfacht. Es ist kostengünstig, einfach zu installieren und ermöglicht die Nutzung von einfachen Steckverbindern. Durch den Einsatz weiterer Paare wird die Bandbreite verdoppelt, verdreifacht oder sogar vervierfacht. Da es sich zudem um ein ungeschirmtes Kabel handelt, entfällt die Erdung, was sich erneut positiv auf das Design auswirkt.
HDBaseT Automotive nutzt das Pulsamplitudenmodulationsverfahren PAM-16, mit dem es mehr Informationen in jedem übertragenen Signal verpacken kann als mit binären oder ternären Modulationstechniken. Auf der anderen Seite bedingt diese erhöhte Datenrate eine höhere Anfälligkeit gegenüber Störungen und Rauschen. Die spezifische Signalverarbeitung bei HDBaseT führt allerdings zu einer Rauschunempfindlichkeit.
HDBaseT eliminiert das Rauschen durch entsprechende Mechanismen. Zu den „chirurgischen“ Werkzeugen zählen eine dedizierte Infrastruktur für Rauschunterdrückung und darauf abgestimmte Algorithmen und Filter. HDBaseT Automotive ist daher in der Lage, jede Interferenz zuzuordnen und sich anzupassen. Es kann elektromagnetische Kompatibilität gewährleisten, ohne benachbarte Systeme zu beeinflussen und entwickelt gleichzeitig eine Immunität gegenüber nicht einzuordnenden Interferenzen.
Latenz und nativer Zeittakt
Die Stabilität und ein hoher Durchsatz können ineffektiv sein, wenn die resultierende Signallaufzeit zu lang ist. Die Latenz ist ein wichtiger Aspekt im fahrzeugseitigen Netzwerk angesichts der zunehmenden Anzahl an Anwendungen, die nahezu keine Reaktionszeit zulassen. Eine verzögerte Übertragung von Inhalten führt beim Infotainment zu einem ärgerlichen Ruckeln in der Videowiedergabe. Beim automatisierten oder autonomen Fahren kann es schnell zu einer lebensbedrohenden Verkehrssituation führen. Darüber hinaus erfordern komplexe und konvergente Systeme über die Echtzeitübertragung hinaus eine Synchronisation der verschiedenen Elemente (beispielsweise Sensoren). HDBaseT Automotive stellt Echtzeit-Anwendungen mit nahezu null Latenz bereit – mit weniger als 10 μs Verzögerung per Hop über einen HDBaseT-Link.
HDBaseT wurde entwickelt, um das Tunneln von zeitkritischen Anwendungen zu optimieren. Es ermöglicht den nativen Zeittakt jeder Anwendung an jedem terminierten Endknoten präzise wiederherzustellen. Eingebaute Mechanismen auf verschiedenen Netzwerkschichten ermöglichen das Verhalten. Mit einer definierten Latenz stellt sich HDBaseT als deterministisches Übertragungssystem dar. Darüber hinaus kann es zeitempfindliche Protokolle wie AVB (Audio Video Bridging) und TSN (Time Sensitive Networking) über Ethernet tunneln.
- HDBaseT – Anschnallen, Connected Car gibt Gas
- Historisch gewachsene Netzarchitektur
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