机载网络、车载网络、TSN

2023-05-16

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首先说明,车载网络指车内网络,不是车联网。当前车内网络总线种类繁多、布线成本高,而且线缆总重量很大。有种说法是,车内最重的,除了引擎和底盘,就是线缆了。而且,随着汽车技术的发展,高级辅助驾驶系统(ADAS,Advanced Driver Assistance Systems)、车载娱乐、车联网应用等都引入了新的流量。随着车内电子电气架构革新,车载网络以太化、基于交换式以太构建车内骨干网络,成为了大趋势

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车载网络对时延有要求的流量,相对笼统的讲,一类是控制流量,当然这里也分与驾驶安全息息相关的控制(不论是人的主动控制,亦或是ADAS的控制),和例如控制开个天窗啊之类的、如果时延大最多影响用户体验的控制;还有一类是传感信息、媒体类的流量,同样地,既有来自如激光雷达、毫米波雷达、视频摄像头的流量,这些与安全相关,也有车载娱乐相关的音视频流量。显而易见的是,这些流量的特征和需求各异,有的占带宽大、有的占带宽小,有的是周期性的、有的是事件触发的,有的要求有界低时延和极高可靠性,有的仅要求一定的有界时延。因此,仅仅是普通的以太化车载网络,不足以满足上述需求,TSN自然而然地成为了首选。另外,AVB已经是当前汽车上几种音视频方案的选项之一,所以也为向TSN的过渡打下了一定的基础。

汽车这个行业相比于制造业的变化,不绝对严谨的讲,可能还是快一点点的。纵观历史,也有像CAN总线这种,起源于车上,目前已经成为最广泛应用的现场总线之一。TSN用于车载网的讨论,起步时间虽然比TSN用于工业自动化网络晚一点点,但从目前业界的态势来看,TSN有望先在车载网络中应用落地,进而推进TSN产业链的成熟度,反过来也促进TSN在工业的应用。

讲远了,我们回到机载网络,其大背景与车载网络十分相似。早在二十一世纪的第一个十年,一个叫做航空电子全双工交换式以太网(AFDX,Avionics Full Duplex Switched Ethernet)的技术已经在民用客机上落地。目前为止,空客A380、A350,波音B787都使用了AFDX。AFDX的思路就是用以太构建飞机上的骨干网,混合承载多种流量。通过对流量的源端整形,在网络设备上使用优先级调度,运用**确定性网络演算(DNC,Deterministic Network Calculus)**技术计算出所有流量的时延上界——该上界满足各流量相应的需求,这是飞机通过有关当局适航验证的必要条件之一。值得一提的是,TSN中,使用CBS、ATS等方案保障时延,也依赖于网络演算技术计算精准的时延上界。

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有了AFDX作为成功案例,机载网络准备“拥抱”TSN也就显得顺理成章。相对于AFDX,TSN可以提供更多更灵活的调度机制和更丰富的功能。

TSN在车载和机载网络的发展,让我们拭目以待。

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