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Automotive Ethernet Congress 2021

Ist Technologievielfalt vorteilhaft für das Fahrzeugnetz?

12. März 2021, 14:00 Uhr | Stefanie Eckardt

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Geprüfte Sicherheit auf allen Ebenen

Eine wichtige Rolle auf dem AEC spielte das Thema Test und Validierung. Dr. Nik Dimitrakopoulos und Jithu Abraham stellten zunächst mit Trigger & Decode eine patentierte Lösung von Rohde&Schwarz vor, die Ingenieure bei der Fehlersuche unterstützen soll. Trigger & Decode ist hauptsächlich für den Einsatz zwischen einer Kommunikationsverbindung von zwei Steuergeräten gedacht, die 100 BASE-T1 oder 1000BASE-T1 übertragen. Der Anwender kann zu Debugging-Zwecken auf bestimmte Ereignisse wie den Start eines MAC-Frames, bestimmte MAC-Adressen oder sogar auf Reed-Solomon-FEC-Fehler triggern.

Zukünftige automatisierte Fahrzeuge dürfen nicht mehr nur ausfallsicher sein, sondern das System muss weiterarbeiten – auch wenn eine Komponente ausfällt. Hier kommt Redundanz ins Spiel. In einem IVN muss Redundanz nicht nur für die Datenebene, die die Steuersignale trägt, sondern auch für die Zeitsynchronisationsebene aufgebaut werden. Avik Bhattacharya ging in seinem Vortrag »Validierungsmethoden für die Redundanz auf Daten- und Synchronisationsebene in einem IVN« auf die IEEE TSN-Standards 802.1CB für die Redundanz auf Datenebene und 802.1AS-2020 für die Redundanz auf Zeitsynchronisationsebene als Lösung für die Bereitstellung von Redundanz in IVN angenommen. Er betonte, dass die Übernahme der Standards allein nicht ausreicht, sondern die Implementierungen auf die verschiedenen Ausfallszenarien abgestimmt werden müssen. Bhattacharya erklärte: »Die in diesen IEEE-Standards vorgeschlagenen Techniken sollten in der Lage sein, das System in Szenarien wie Ausfall der Netzwerkverbindung oder Ausfall des Netzwerkknotens, der zum Einen Quelle aber auch ein Weiterleiter der Daten oder Zeitinformationen sein kann betriebsbereit zu halten.« Der Vortrag fokussierte sich auf Methoden, in denen die die Ausfallszenarien auf Systemebene simuliert werden, um die Effektivität der realen Implementierungen zu validieren. Die Session Test und Validierung wurde durch Vorträge aus dem Hause Nexperia und Spirent vervollständigt.

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Zusammenspiel von KI und EMV

Um die Sicherheit im Betrieb zu gewährleisten, ist die Elektromagnetische Verträglichkeit unabdingbar. Weil Ethernet immer weiter in das Design integriert wird, dient die Technologie als Rückgrat der kritischen Anwendung. Daher ist es notwendig, dass das Ethernet-Gerät die Datenverbindungen aufrechterhält und alle Ethernet-Frames ohne Frame-Drop oder Verfälschung durch elektromagnetisches Rauschen überträgt, um den unterbrechungsfreien Betrieb kritischer Applikationen zu gewährleisten. Bei der elektromagnetischen Störfestigkeit lässt sich das Rauschen in zwei Arten unterteilen: periodisches Rauschen und transientes Rauschen. Periodisches Rauschen kann das System einfacher erkennen und sich mit Hilfe der vorhandenen DSP- und Analog-Technik anpassen. Transientes Rauschen hingegen ist ein schnelles Rauschen mit hoher Amplitude, das nur für kurze Zeit auftritt und daher für bestehende Designs schwieriger zu handhaben ist. Weil Automotive Ethernet immer mehr in den Multi-Gigabit-Bereich vordringt, wird das transiente Rauschen die Bandbreite des zu übertragenen Signals weiter einschränken. Aus diesem Grund ist es wichtig, Maßnahmen zu entwickeln, um transientes Rauschen zu erkennen und ihm entgegenzuwirken. Weil transientes Rauschen wie erwähnt nicht vorhersehbar ist, muss man aber in der Lage sein, sein Vorhandensein festzustellen. Hier ist künstliche Intelligenz hilfreich. Sie dient als Rückgrat im Erkennungs- und Entschärfungssystem. Dance Wu und Cliff Fung haben in ihrem Vortrag »Verbesserung der elektromagnetischen Störfestigkeit von High-Speed-Ethernet-Transceivern mit künstlicher Intelligenz« erörtert, wie sich KI nutzen lässt, um die elektromagnetische Immunität zu verbessern.

Warum Dienste-orientierte Architektur?

In seiner Keynote stellte Ricardo Gonzales de Oliveira von Bosch Chancen und Herausforderungen Service-orientierter Architekturen (SOA) vor. »Wie jeder weiß, sind diese weder neu noch sehr kompliziert. Und mit der Einführung von Ethernet im Fahrzeug wurde eine Dienste-basierte Kommunikation auch in die Realität umgesetzt«, betonte der Netzwerkexperte. Allerdings ist die Automobilindustrie noch weit davon entfernt, das volle Potenzial zu nutzen. Gonzales de Oliveira gab mit seiner Präsentation einen Überblick über Herausforderungen beispielsweise die Umstellung von Signal-orientierter auf Service-orientierte Kommunikation, die Migration Signal-basierter Effektketten, dass es keine einheitliche Definition für die Bezeichnung und die Attribute von Services gibt und letztendlich wie sich SOA sinnvoll integrieren lassen – ohne einen Rattenschwanz an Kosten nach zu ziehen.

Nach der Keynote stand die Session PHY und Switch im Mittelpunkt, die mit dem Vortrag »Design-In und Inbetriebnahme eines Automotive Ethernet PHY in einer kundenspezifischen Applikation« von Ralf Eckhardt und Thorsten Lorenzen von Texas Instruments startete. Der Vortrag verdeutlichte, dass bei der Implementierung eines Ethernet PHYs viele Schritte durchlaufen werden müssen, die Fehlerpotenzial aufweisen. Denn wenn einer dieser Schritte nicht richtig ausgeführt wird, kann das erhebliche Auswirkungen auf die Funktionsweise und Qualität des Systems haben. Das beginnt mit der Definition, reicht über die Komponentenplatzierung und Layout-Überlegungen für das Routing bis hin zur Inbetriebnahme des Gesamtsystems. Diese erklärte Eckhardt Schritt für Schritt und zeigte auf, welche Werkzeuge und Voraussetzungen hilfreich sind.

Martin Miller von Microchip Technology identifizierte in seiner Präsentation zeitkritische Automobilanwendungen, die sich für 10BASE-T1S eignen. Er erörterte nicht nur, wie bestehende Implementierungen, die auf Legacy-Netzwerken basieren, mit relativ kleinen Änderungen portiert werden können, sondern zeigte auch die Auswirkungen von Physical Layer Collision Avoidance (PLCA) auf den Einsatz von Standardprotokollen (802.1AS) für Streaming und Synchronisation auf skizziert. Abschließend stellte Miller die Messergebnisse von Proof-of-Concept-Systemen vor.

Der virtuelle siebte Automotive Ethernet Congress wurde durch drei Workshops, eine Ausstellung, zwei Showrooms und einem Netzwerk-Karussell abgerundet. So es die Entwicklungen in der Corona-Pandemie zulassen, wird der achte Automotive Ethernet Congress im Frühjahr 2022 als Präsenzveranstaltung stattfinden.