L'importance de la technologie des réseaux
dans l'industrie automobile
Sonatus J’ai assisté au congrès Automotive Ethernet qui s’est tenu fin mars à Munich, en Allemagne, et qui a réuni plus de 1 000 participants, intervenants et exposants venus de 26 pays. Cet événement a su canaliser l’énergie qui anime l’écosystème de l’Ethernet automobile. Depuis que je me suis plongé dans l’univers des technologies automobiles, l’idée selon laquelle « le logiciel est en train de dévorer le monde » ne cesse de résonner dans mon esprit ; cependant, je serais peut-être enclin à reformuler cette phrase ainsi : « le réseau est en train de dévorer le monde ». Dans les véhicules, les fonctions logicielles résidant dans des composants isolés sont désormais exposées à d’autres fonctions logicielles, certaines centralisées, d’autres dans le cloud et d’autres encore potentiellement situées dans des véhicules voisins. Les implications pour les services et les applications sont profondes. Cela exerce une pression énorme sur le réseau en termes de qualité de service, de bande passante, de fiabilité, de sécurité, de consommation d’énergie et de coût. L’Automotive Ethernet Congress a été l’occasion de voir comment ce monde « dévoré » pourrait voir le jour grâce à l’application de la technologie Ethernet. Voici trois points clés à retenir :
1. La mise en place de réseaux de véhicules performants sera cruciale
La technologie Ethernet est la norme pour l'Internet filaire, tant public que privé. Cependant, le réseau embarqué traditionnel repose sur plusieurs technologies alternatives, notamment CAN et Flexray. Ces technologies présentent des caractéristiques adaptées aux réseaux embarqués, alliant un faible coût à des performances déterministes. Toutefois, alors que l'on cherche à intégrer l'Internet et les technologies cloud dans les véhicules, ces réseaux traditionnels posent des problèmes liés à la taille maximale de trame (MTU), à la bande passante, à l'efficacité, à la redondance et à la qualité de service (QoS).
Le PHY 10BASE-T1S résout les problèmes liés aux PHY Ethernet existants tout en fournissant la couche MAC Ethernet à des calculateurs à faible coût, assurant ainsi une connectivité au niveau de la couche réseau dans l'ensemble du véhicule sans recourir à des passerelles ni à des mécanismes de tunneling. L'architecture orientée services peut désormais s'étendre directement à l'ensemble des calculateurs au sein d'une architecture plate pouvant intégrer des services cloud et des services liés aux véhicules connectés.
La norme 10BASE-T1S spécifie l'utilisation d'une seule paire torsadée, à l'instar de la norme 10BASE-T en semi-duplex. Elle peut fonctionner en CSMA/CD, mais dispose également d'un mécanisme TDMA très efficace en termes de bande passante. Ce mode est appelé PLCA (PHY Level Collision Avoidance, prévention des collisions au niveau physique). L'avantage du PLCA réside dans le fait que la période d'accès dédiée à une station est très courte (20 bits), mais qu'elle s'étend à la longueur réelle des données lorsqu'il y a des données à envoyer. Une station attend que sa période d'accès arrive, puis transmet. Une fois que la station a transmis, la fenêtre de transmission de la station suivante s'ouvre pendant 20 bits ; s'il n'y a rien à transmettre, seuls 20 bits sont gaspillés. Il n’y a pas de période de recul aléatoire ; les performances du réseau dans le pire des cas sont donc déterministes si le nombre de nœuds est connu. Un réseau à 8 nœuds est très efficace (99,5 %) lorsque tous les nœuds doivent transmettre ; son efficacité se situe entre 78,3 % et 98,7 % pour des trames de taille minimale à maximale lorsqu’un seul nœud transmet.
À mesure que la couche réseau s'étend aux calculateurs (ECU) plus économiques, le logiciel embarqué d'Sonatus garantit la configuration adéquate de ces réseaux afin de répondre aux exigences de bande passante, de qualité de service (QoS) et d'alimentation de leurs applications.
2. Les équipementiers ont besoin de réseaux économes en énergie pour l'ère des véhicules électriques
Les schémas de trafic asymétriques sont omniprésents dans le réseau des véhicules. Les caméras et les écrans présentent une forte asymétrie : une caméra transmet un volume important de données vidéo mais n'en reçoit que très peu (principalement des données de contrôle). Les écrans, quant à eux, reçoivent un volume important de données mais n'en transmettent que très peu. Dans les deux cas, les bandes passantes requises sont élevées.
De ce fait, les équipementiers sont contraints d'installer des liaisons à large bande passante entre les nœuds et les commutateurs, alors que la bande passante n'est pleinement utilisée que dans un seul sens. Les modules PHY consomment de l'énergie, ce qui peut poser problème pour les véhicules électriques, où l'efficacité énergétique est une préoccupation majeure. Faire fonctionner le module PHY sans aucune transmission constitue un gaspillage d'énergie.
L'EEE est une technologie IEEE 802 développée pour résoudre ce problème. Le principe de base consiste à ne faire fonctionner la couche physique (PHY) que pendant une fraction du temps sur une période donnée. Afin d'optimiser davantage l'Ethernet pour les débits de données asymétriques, une nouvelle couche physique Ethernet appelée ASA 2.0 est proposée. Pour tirer parti de cette optimisation, la couche physique doit être configurée en fonction des débits de données asymétriques attendus. Une solution SDN est particulièrement adaptée à ce problème, car les exigences en matière de trafic réseau sont déjà nécessaires pour résoudre les problèmes de qualité de service (QoS) et de fiabilité, et ces informations peuvent être utilisées pour résoudre les problèmes de gestion de l'énergie.
3. Une architecture logicielle agile est indispensable
Soulignant l’importance de la commutation Ethernet dans le véhicule moderne, AutoSAR développe actuellement un modèle de données dédié à la configuration des commutateurs Ethernet. Ce modèle est décrit à un niveau bas et porte sur les objets fondamentaux du commutateur. À ce titre, il est nécessaire de développer une application permettant de créer la configuration et de la déployer sur le commutateur. Dans le cas de réseaux comportant plusieurs commutateurs, comme c’est le cas dans une architecture zonale, l’application serait chargée de créer les configurations pour chaque commutateur et de les distribuer en conséquence.
Sonatus a démontré la configuration des commutateurs via des politiques de commutation, tant dans des architectures à commutateur unique que dans des architectures zonales. Bien qu’il soit possible de prendre en charge le modèle AutoSAR, Sonatus utilise actuellement des modèles IEEE YANG pour générer les configurations appropriées pour les commutateurs. AutoSAR et l’IEEE semblent développer des normes concurrentes pour les modèles de configuration et de surveillance des commutateurs Ethernet. Il est probable que l’on assiste à une coexistence de différentes approches au sein du secteur ; une architecture logicielle agile sera donc nécessaire pour s’imposer sur ce marché.
En route vers un avenir automatisé
Le congrès « Automotive Ethernet Congress » a mis en évidence l’importance croissante des technologies réseau dans le secteur automobile. À mesure que les véhicules deviennent de plus en plus connectés et automatisés, la qualité de service, la bande passante, la fiabilité, la sécurité, la consommation d’énergie et le coût du réseau revêtent une importance de plus en plus cruciale. Grâce aux progrès de la technologie Ethernet, le secteur s’oriente vers un avenir plus connecté et automatisé, et les constructeurs automobiles devront mettre en œuvre de nouvelles architectures afin d’accélérer la transition vers des véhicules définis par logiciel.
→ Découvrez-en davantage sur Ethernet Network Manager d’ Sonatus, un composant des services réseau d’ Sonatus Foundation.
James Murphy
Membre de l'équipe technique, Sonatus
contact@sonatus.com