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Sind wir bereit für die Zukunft?

15. Mai 2019, 9:51 Uhr | Von Dr. Kirsten Matheus, BMW

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

SOP von 1000BASE-T1 wird in Kürze erwartet

Die Ethernet-basierte Kommunikation folgt einer strikten Protokollschichttrennung. Dadurch ist Ethernet sehr flexibel und geeignet für den Datenaustausch in einer Vielzahl von Branchen. Sie unterstützt von Haus aus Service-basierte Kommunikation und bietet Sicherheit auf dem neuesten Stand der Technik. Seit der Einführung von 100BASE-TX-Ethernet im Jahr 2008 in der Automobilindustrie für Flash und Diagnose wurden die Möglichkeiten in Bezug auf Datenraten und QoS deutlich erweitert. Bei 100BASE-T1 (100 Mbit/s über ein einziges ungeschirmtes Twisted-Pair-Kabel, UTP) fand der Start of Production (SOP) 2013 statt. Der erste SOP von 1000BASE-T1 (1 Gbit/s über ein einziges UTP-Kabel) wird in Kürze erwartet. Seit 2015 werden in Autos zudem QoS-Protokolle aus dem Standard Audio Video Bridging (AVB) eingesetzt.

Die in einem Ethernet-basierten Netzwerk verwendeten Switches ermöglichen eine topologische Flexibilität und Erweiterung des Netzwerks, ohne die verfügbare Bandbreite zu beeinträchtigen. Dies ist ein großer Unterschied zu herkömmlichen IVN-Technologien wie CAN oder FlexRay. Bei diesen beiden wird die verfügbare Datenrate einfach auf alle Teilnehmer verteilt. Die Netzwerkgröße ist somit begrenzt (zusätzlich auch wegen physikalischer Einschränkungen), und Erweiterungen, z.B. zu einem anderen CAN-Netzwerk, müssen über Gateways realisiert werden. Um die verfügbare Datenrate in den angeschlossenen CAN-Netzwerken nicht unnötig zu belasten, muss zudem in Gateway-Tabellen genau festgehalten sein, welche Nachricht in welchem angeschlossenen Netzwerk benötigt wird, um nur die relevanten Nachrichten weiterzuleiten. Ethernet-Switches beherrschen diese Funktionalität inhärent. Sie muss also in einem Ethernet-basierten Netzwerk nicht zusätzlich bereitgestellt werden.

Erste Muster von 10-Mbit/s-Ethernet

Bisher war Ethernet vor allem mit höheren Datenraten verbunden. Neben den bestehenden 100-Mbit/s- und 1-Gbit/s-Standards steht ein Standard für 2,5-, 5- und 10-Gbit/s-Ethernet kurz vor der Fertigstellung für den automobilen Einsatz (2,5, 5, 10GBASE-T1). Zwei neue Projekte befassen sich mit noch höheren Datenraten von 25 Gbit/s und mehr. Mehr als 90 Prozent der Kommunikation im Auto erfordert heute jedoch Datenraten (weit) unter 10 Mbit/s. Es ist weder kosten- noch energieeffizient, diese Kommunikationsanforderungen mit 100-Mbit/s-Netzen zu erfüllen. Der weiterhin andauernde Einsatz von Gateways zwischen Ethernet und Legacy-Netzwerken verhindert eine nahtlose Kommunikation, die echte Änderungen wie eine zonale und/oder Service-basierte Architektur ermöglichen würde.

Das IEEE hat daher auch eine automobiltaugliche 10-Mbit/s-Ethernet-Version (10BASE-T1S) standardisiert, für die noch 2019 Muster verfügbar sein werden. Darüber hinaus hat die Industrieautomatisierungsbranche neue QoS-Möglichkeiten in den jetzt als Time Sensitive Networking TSN (anstelle von AVB) bezeichneten Standards initiiert.

Der 10BASE-T1S-Standard hat verschiedene Besonderheiten, um mit älteren Technologien konkurrieren zu können. Neben der Switched-Topologie der bisher genannten Ethernet-Geschwindigkeitsstufen unterstützt er eine lineare Bustopologie für mindestens bis zu acht Teilnehmer und 25 m Verbindungslänge. Dies reduziert die Anzahl der benötigten Transceiver-ICs. Darüber hinaus ermöglichen zwei weitere Schnittstellen, die derzeit in der OPEN Alliance definiert werden, entweder den Einsatz von kleinen Prozessoren mit SPI-Schnittstelle (der Anschluss an Prozessoren mit Standard-MII-Schnittstelle ist immer möglich) oder den Einsatz eines sehr kleinen analogen Transceivers, dessen Komplexität (und damit Kosten!) mit der eines CAN-Transceivers vergleichbar ist.

Im letzteren Fall müssen die Prozessoren um die digitalen PHY-Elemente erweitert werden. Dies ist mit dem Konzept der heute integrierten CAN-Controller vergleichbar, wenn ggf. auch mit etwas mehr Rechenleistung.