Ethernet unterwegs
Ethernet Audio/Video Bridging in der Automobiltechnik
Fortsetzung des Artikels von Teil 4
QoS wichtig für Kameraanwendungen
Viele Fahrerassistenzsysteme in modernen Fahrzeugen nutzen Kameras als Datenquelle. Eine Anbindung derKameras über Ethernet ist dabei prinzipiell möglich, allerdings wird dafür ein bestimmtes Mindestmaß an Übertragungsqualität (QoS; Quality of Service vorausgesetzt), z.B. hinsichtlich der Echtzeit-Fähigkeit. Ethernet war allerdings nie für Echtzeit-Anwendungen ausgelegt, erst die neue Spezifikation Ethernet AVB (Audio/Video-Bridging) erfüllt diese Anforderung. Ethernet AVB wurde ursprünglich für professionelle Audio- und Videoanwendungen entwickelt, scheint aber auch für Infotainment-Netzwerke im Automobilbereich geeignet zu sein.
Mittels Ethernet AVB kann ein einziges Netzwerk Multimedia-Anwendungen und nicht zeitkritischen Datenverkehr übertragen, indem innerhalb des Netzwerks eine AVB-Cloud erstellt wird. Zeitkritischer Datenverkehr wird innerhalb der AVB-Cloud gehalten, in der alle Geräte AVB-Fähigkeit unterstützen müssen. Um eine Verbindung zwischen zwei AVB-Geräten herzustellen, wird ein erweitertes LLDP (Link Layer Discovery Protocol) ausgeführt. Danach wird 802.1 als Präzisionszeitprotokoll (Precision Time Protocol; PTP) verwendet, um sicherzustellen, dass die Verbindungsverzögerung unter zwei Mikrosenkunden liegt.
Das A/V-Bridging-System basiert auf den folgenden drei Spezifikationen:
IEEE 802.1as Time Synchronization (Zeitsynchronisation): 802.1as basiert auf der Spezifikation IEEE 1588 Time Synchronisation, bei der UDP-Pakete (User Datagram Protocol) über IP zur Synchronisation des Netzwerks verwendet werden, indem eine gemeinsame 8-kHz-Taktquelle bereitgestellt wird. Um die Synchronisation mit dem Rest des Netzwerks zu erreichen, muss jeder Knoten festlegen, welche Taktquelle er verwenden soll. Alle Knoten führen dazu den Algorithmus Best Master Clock aus. Wenn der Knoten ein Master für viele der Knoten im Ring ist, wird eine präzise Quelle, etwa GPS, verwendet. Wenn der Knoten nicht als ein Master fungiert, extrahiert er die Zeit vom Netzwerk mit Hilfe des Protokolls 1588. Wenn keine Zeit aus dem Netzwerk extrahiert werden kann, wird der lokale On-Board-Oszillator verwendet. Der Master ist dafür verantwortlich, allen Slaves im Netzwerk seine Positionen mitzuteilen. Erhält ein Slave vom Master diese Information nicht, erklärt er sich selbst zum Master. Um Master und Slaves zu synchronisieren, führt 1588 das PTP aus, basierend auf IP-Multicasting. Der Switch muss PTP-Pakete identifizieren und mit einem Zeitstempel versehen. In der Eingangsrichtung leitet der Switch die eingehenden PTP-Pakete direkt an den Prozessor-Port. Der Synchronisationsprozess ist in zwei Phasen unterteilt. Zunächst wird die Verzögerungszeit zwischen Master und Slaves berechnet und korrigiert. Um diese Funktion auszuführen, überträgt der Master in festgelegten Intervallen (typ. alle 10 ms) kontinuierlich eine eindeutige Nachricht an den Slave. Die zweite Phase des Synchronisationsprozesses ist die Verzögerungsmessung. Der Slave sendet eine Verzögerungsanforderung an den Master, die zurückgesandt wird, Dann wird die Verzögerung der Rundreise an Hand der Zeitstempel berechnet. Es wird hier angenommen, dass die Verzögerung zwischen Master und Slave immer symmetrisch ist.
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IEEE 802.1Qat Stream Reservation (Stream-Reservierung): Die Spezifikation 802.1Qat ermöglicht es, per SRP (Stream Reservation Protocol) Bandbreite und Puffer für bestimmte Verkehrsmuster zu reservieren. Auch SRP wird in zwei Abschnitten durchgeführt: Registrierung und Reservierung. Empfänger registrieren sich für einen Stream und Sender reservieren die erforderlichen Ressourcen, um den Stream bereitzustellen (Bild 3). Ein Empfänger sendet zunächst eine Registrierungsmeldung, die über die Bridges in der AVB-Cloud verbreitet wird, bis sie beim Sender eintrifft. Ist die Identität des Senders keiner der durchlaufenen Bridges bekannt, leiten sie die Meldung über alle Ports weiter. Neben dem Weiterleiten der Regis-trierungsmeldung nimmt jede Bridge einen temporären Eintrag in ihre Datenbank vor, um die zugehörige Reservierungsmeldungsantwort ggf. wieder zurückzuleiten. SRP begrenzt die maximal zugewiesene Übertragungskapazität auf etwa 75 Prozent, um ausreichend Reserve für zukünftigen Datenverkehr mit hoher Priorität zu schaffen. Die Aufhebung der Registrierung erfolgt auf dieselbe Weise wie Reservierungen, in diesem Fall wird die reservierte Ressource freigegeben, sobald die Verlassensmeldung über die Bridges verbreitet wird.
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