Ethernet

Ethernet ist eine der am weitesten verbreiteten Hochgeschwindigkeitsschnittstellen zu Hause und im Büro und entwickelt sich zu einem vorherrschenden Kommunikationsprotokoll für Fahrzeuge. Einige Fahrzeuge verwenden Ethernet zur Übertragung einer Vielzahl von Hochgeschwindigkeitsdaten; Automobilanwendungen wie Radar- und Lidar-Module verwenden Single-Pair-Ethernet-Technologie. Single-Pair-Ethernet verwendet den Ethernet-Standard, aber die Daten werden über ein einziges verdrilltes Leiterpaar übertragen, was ein geringeres Kabelgewicht und niedrigere Kosten im Fahrzeug ermöglicht.

Ethernet ist ein paketisiertes System, bei dem Pakete zwischen Knoten auf verschiedenen Teilen der Netzwerkinformationen übertragen. Ethernet ist ebenso wie ein CAN-Bus bidirektional, und die Geschwindigkeit jeder einzelnen Verbindung nimmt mit steigender Anzahl von Knoten im System ab. Bei Single-Pair-Ethernet ist die Geschwindigkeit jeder einzelnen Verbindung auf eine bestimmte Geschwindigkeit (10 Mbit/s, 100 Mbit/s, 1 Gbit/s) begrenzt, und es dürfen keine dynamischen Geschwindigkeitsänderungen auf der Verbindung auftreten. Dennoch kann Single-Pair-Ethernet Daten über eine Verbindung bis zu 1.000-mal schneller als ein CAN-Bus übertragen. Der Wechsel zu Single-Pair-Ethernet würde die Datenübertragungsgeschwindigkeit über einen CAN-Bus optimieren. Da Ethernet jedoch höhere Kosten pro Knoten hat, wird es wahrscheinlich keinen CAN-Bus ersetzen – sondern erweitern.

In einigen Fahrzeugen wird heutzutage Single-Pair-Ethernet für datenintensive Anforderungen wie Backup-Kameras und Radar verwendet. So sind beispielsweise der DP83TC812S-Q1 und der DP83TG720S-Q1 von Texas Instruments (TI) Single-Pair-Ethernet-Physical-Layer (Phys), die gemäß den Automobilstandards Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802.3bw und 802.3bp des Automotive Council-Q100 der Güte 1 und 2 abgeschirmt sind und einen Loopback-Testmodus zur Erleichterung der Systemdiagnose enthalten. Um Video über ein Ethernet-Netzwerk zu übertragen, muss das Video, selbst wenn nur ein Videokanal übertragen wird, an der Quelle komprimiert und dann am Ziel dekomprimiert werden, um im Gegensatz zur FPD-Link™ -Technologie, die den unkomprimierten Transport von Videodaten ermöglicht, eine Überschreitung der Ethernet-Bandbreitenbeschränkungen zu vermeiden. Bei Anwendungen wie Backup-Kameras muss die Kamera mit einem Prozessor mit relativ hoher Leistung ausgestattet sein, der das Bild ausreichend komprimiert, um es in das Ethernet-Netzwerk einzubinden.

Der Bedarf an einem leistungsstarken Prozessor wiederum bedeutet, dass die Kamera physisch größer und teurer wird. Die Kamera weist eine höhere Verlustleistung auf als ein Ansatz, bei dem nicht viel Bildverarbeitung erforderlich ist. Ein weiterer Nachteil dieser Lösung ist, dass die Videokomprimierung und -Dekomprimierung die Latenzzeit der Verbindung erhöhen. Wenn mehrere Kameras oder andere Videoquellen das gleiche Ethernet-Netzwerk nutzen, besteht ein Kompromiss zwischen dem Komprimierungsgrad (und der entsprechenden Videoqualität) und der Anzahl der unterstützten Videokanäle. Es ist möglich, diese Einschränkung zu verringern, indem mehrere Netzwerke innerhalb des Fahrzeugs in einer hierarchischen Konfiguration eingerichtet werden. Es gibt ein Netzwerk, das sich ausschließlich mit Motorsteuerung und Diagnose beschäftigt, ein zweites Netzwerk, das das Rücksitzunterhaltungsprogramm und das Audiosystem übernimmt, und ein anderes Netzwerk, das Fahrerassistenzfunktionen wie Bildverarbeitungskameras übernimmt. Letztlich bietet Single-Pair-Ethernet eine höhere Kapazität als der CAN-Bus zur Übertragung von Daten wie Radar und Lidar, was zu Lasten der größeren Komplexität geht. Es ist jedoch immer noch schwer, Anwendungen mit der höchsten Bandbreite wie Video zu verarbeiten.