连载一:车载以太网时间敏感性网络应用场景和实现难点

时间:2024-01-29    浏览:117

与传统车载网络相比,车载以太网可以达到百兆千兆甚至更好的传输速度,能够支持高数据带宽和高通信速率,非常适合汽车中的ADAS、车载娱乐等系统,并逐渐成为汽车主干网络。随着以太网通信协议的发展,它可以在保留传统以太网优势的同时,克服传输不确定性的缺点,并且其点对点的工作方式使得网络规划更加灵活,可以通过不同的拓扑结构满足各个子网实时性、冗余性和成本的需求。


为了在以太网上提供同步化低延迟的实时流媒体服务,IEEE 802.3工作组在2005年11月成立AVB工作组,制定了一系列音视频传输技术的协议,使得基于以太网的实时音视频传输技术得以走向市场。AVB组制定的以太网音视频桥接技术(Ethernet Audio/Video Bridging,以下简称AVB)是一项新的IEEE 802标准,其在传统以太网的基础上,通过保障带宽、限制延迟和精准时钟同步,为网络提供完美的服务质量,以支持各种基于音频、视频的网络多媒体应用。AVB关注于增强传统以太网的实时音视频性能,同时又保持了100%向后兼容传统以太网,是极具发展潜力的下一代网络音视频实时传输技术。


为了更准确地反映AVB的持续发展,IEEE AVB任务组名称在2012年11月正式更改为“时间敏感网络(Time Sensitive Network,简称TSN)小组”。TSN任务组基于最初的AVB标准架构,并致力于开发更强的功能以实现超低时延的控制网络。虽然AVB和TSN这两个词通常可以互换使用,但是TSN协议簇里提出了许多新的概念和功能,以支持更多的应用领域。时间敏感网络(TSN)不是单一的标准,而是由一个系列标准组成。


下表是一系列TSN协议标准,然而并不是所有的协议都适用于车载场景。其中IEEE 802.1 AS、IEEE 802.1 Qbv、IEEE 802.1 CB、IEEE 802.1 Qci、IEEE 802.1 Qbu、IEEE 802.1 Qch、IEEE 802.1 Qcc和IEEE 802.1 Qcr被认为适用于车载场景。前四项标准是其中最常用,也最可能成为第一批应用于车载的TSN协议。这些协议可以保证车载网络的时间同步,确定性传输和可靠性。然而在汽车这一典型的物理信息系统中,系统通信网络的复杂性、启动时间要求、功能安全和信息安全等多方面因素都迫使这些标准协议及其参数设计需要被进一步研究和优化。