网络技术
在汽车行业中的重要性
Sonatus 3月下旬，我参加了在德国慕尼黑举行的汽车以太网大会，来自26个国家的1000余名与会者、演讲嘉宾和参展商齐聚一堂。此次活动充分展现了推动汽车以太网生态系统发展的蓬勃活力。随着我深入汽车技术领域，"软件正在吞噬世界"这一观点始终萦绕在我脑海中，不过，我或许会将其改写为"网络正在吞噬世界"。 在车辆中，原本驻留在孤立组件中的软件功能，如今正与其他软件功能相互连接——有些功能集中部署，有些位于云端，还有些可能位于邻近的车辆中。这对服务和应用带来的影响是深远的。这给网络带来了巨大的压力，涉及服务质量、带宽、可靠性、安全性、功耗和成本等方面。汽车以太网大会为我们提供了一个机会，让我们得以一窥通过应用以太网技术，这个“被网络吞噬的世界”将如何形成。以下是三点关键收获：
1. 构建高性能的车辆网络将至关重要
以太网技术是公共和私有有线互联网的标准。然而，传统的车载网络由多种替代技术组成，包括CAN和Flexray。这些技术兼具低成本和确定性性能，因此非常适合车载网络；但随着我们将互联网和云技术引入汽车，这些传统网络在最大数据单元（MTU）、带宽、效率、冗余和质量服务（QoS）方面存在问题。
10BASE-T1S PHY 解决了现有以太网 PHY 存在的问题，同时为低成本 ECU 提供了以太网 MAC，从而在无需网关和隧道方案的情况下，实现了整车的网络层互联。这种面向服务的架构现可直接覆盖所有 ECU，形成一种扁平化架构，该架构可集成云服务和联网汽车服务。
10BASE-T1S 规定使用单对双绞线，类似于半双工 10BASE-T。它既可以运行 CSMA/CD，同时也具备一种带宽利用率极高的 TDMA 机制。该模式被称为 PLCA（物理层冲突避免）。 PLCA 的优点在于，分配给每个站的访问时段非常短（仅 20 位），但在有数据需要发送时，该时段会延长至数据的实际长度。每个站等待其访问时段，然后进行传输。一旦该站完成传输，下一站的传输机会便会开启 20 位；如果该站没有数据要发送，则仅浪费 20 位。 由于不存在随机退避期，因此只要已知节点数量，网络的最坏情况性能就是可预测的。当所有节点都需要传输时，一个8节点的网络效率极高（99.5%）；而当仅有一个节点传输时，其效率在最小至最大帧大小的范围内为78.3%至98.7%。
随着网络层逐渐应用于成本更低的电子控制单元（ECU），Sonatus 车载软件可确保这些网络得到正确配置，以满足其应用程序对带宽、服务质量（QoS）和功耗的要求。
2. 汽车制造商需要面向电动汽车时代的节能网络
车辆网络中普遍存在非对称的通信模式。摄像头和显示屏在通信方面具有高度的非对称性：摄像头会传输大量视频数据，但接收的数据却很少（主要是控制数据）；而显示屏则接收大量数据，但传输的数据却很少。这两种情况都需要较高的带宽。
因此，原始设备制造商（OEM）被迫在节点与交换机之间部署高带宽链路，而这些链路中只有单向带宽得到充分利用。物理层（PHY）会消耗能量，这对将能效视为首要考虑因素的电动汽车而言可能是一个问题。在没有任何数据传输的情况下运行物理层，是一种能源浪费。
EEE 是一项为解决此问题而开发的 IEEE 802 技术。其基本思路是在某个时间段内，仅让物理层（PHY）运行其中一部分时间。为了更好地优化以太网以适应非对称数据速率，目前正在提出一种名为 ASA 2.0 的新以太网物理层。为了充分利用这一优化，应根据预期的非对称数据速率对物理层进行配置。 SDN 解决方案非常适合解决这一问题，因为为解决 QoS 和可靠性问题本就需要了解网络流量需求，而这些信息可用于解决电源管理问题。
3. 敏捷软件架构是必不可少的
鉴于以太网交换在现代车辆中的重要性，AutoSAR正在开发一个用于以太网交换机配置的数据模型。该模型采用低级描述方式，主要关注基础交换机对象。因此，需要开发一个应用程序来构建配置并将配置部署到交换机上。在存在多个交换机网络的情况下（例如分区架构），该应用程序将负责为每个交换机构建配置，并据此进行分发。
Sonatus 已通过交换机策略，在单交换机架构和分区架构中演示了交换机配置。虽然Sonatus 理论上可以支持AutoSAR模型，但目前仍采用IEEE YANG模型为交换机生成相应的配置。AutoSAR和IEEE似乎正在开发相互竞争的以太网交换机配置与监控模型标准。预计整个行业将出现多种方法并存的局面，因此要在这个市场中胜出，就需要采用敏捷的软件架构。
通往自动化未来的道路
汽车以太网大会突显了网络技术在汽车行业日益增长的重要性。随着车辆互联化和自动化的程度不断提高，网络的服务质量、带宽、可靠性、安全性、功耗和成本变得愈发关键。随着以太网技术的不断进步，整个行业正朝着更加互联和自动化的未来迈进，汽车制造商需要采用新的架构，以加速向软件定义汽车的转型。
→ 了解有关Sonatus的以太网网络管理器的更多信息，该组件是Sonatus 基础网络服务的一部分。
詹姆斯·墨菲
技术人员，Sonatus
contact@sonatus.com