Τα δίκτυα εντός οχήματος αρχίζουν να μεταναστεύουν από αρχιτεκτονικές τομέα σε αρχιτεκτονικές ζωνών, μια προσέγγιση που θα απλοποιήσει και θα επιταχύνει την επικοινωνία σε ένα όχημα χρησιμοποιώντας λιγότερα πρωτόκολλα, λιγότερη καλωδίωση και τελικά χαμηλότερο κόστος.

Οι ζωνικές αρχιτεκτονικές θα χωρίσουν τα οχήματα σε ζώνες που είναι πιο διαχειρίσιμες και ευέλικτες, αλλά θα χρειαστεί χρόνος. Υπάρχει τόση πολλή τεχνολογία παλαιού τύπου στα οχήματα σήμερα που οι αυτοκινητοβιομηχανίες πρέπει να υποστηρίζουν μια συλλογή πρωτοκόλλων αλφαβήτου. Για παράδειγμα, τα οχήματα ενδέχεται να υποστηρίζουν κινητές συσκευές Bluetooth, USB, LTE για ψυχαγωγία, μαζί με ορισμένα πρωτόκολλα που έχουν αναπτυχθεί εσωτερικά. Για τις κάμερες, το MIPI είναι το κυρίαρχο πρωτόκολλο. Και για έλεγχο σε πραγματικό χρόνο του ADAS, των ECU και της σύντηξης αισθητήρων, πιθανότατα θα υποστηρίζουν δίκτυα περιοχής ελεγκτή (CAN), τοπικά δίκτυα διασύνδεσης (LIN), Ethernet και άλλα.

Ένα από τα βασικά στοιχεία για την ενεργοποίηση αυτής της αλλαγής είναι η ταχύτερη επικοινωνία. Πριν από αρκετά χρόνια, το 93% των δικτύων αυτοκινήτων λειτουργούσαν με ταχύτητες κάτω των 100 Mbps, και πολλά από αυτά δεν είναι πιθανό να αλλάξουν από τη μια μέρα στην άλλη. Στην πραγματικότητα, είναι πιθανό ότι το 10/100/1000BASE-T1 Ethernet αυτοκινήτου και τα λεωφορεία χαμηλής ταχύτητας, όπως το CAN και οι παραλλαγές του, θα συνεχίσουν να εξυπηρετούν τις περισσότερες επικοινωνίες χαμηλής ταχύτητας. Ωστόσο, ταχύτητες πολλών gigabit θα προστεθούν στα οχήματα με την πάροδο του χρόνου για γρήγορη μετακίνηση δεδομένων, καθώς τα αυτοκίνητα αρχίζουν να παίρνουν πιο συνεπείς αποφάσεις με βάση τα δεδομένα από τις διάφορες ζώνες.

Εικ. 1: Σύγκριση διαφόρων τύπων τεχνολογιών δικτύου αυτοκινήτων. Πηγή: Keysight

«Η αυτοκινητοβιομηχανία αναμένει ότι το Automotive Ethernet δεν θα αντικαταστήσει όλη την παλαιού τύπου συνδεσιμότητα», δήλωσε ο Jae Yong, αρχιτέκτονας λύσεων και σχεδιαστής για τις τεχνολογίες Automotive Ethernet στο Παρακολούθηση. «Αντίθετα, θα συνεχίσουμε να βλέπουμε έναν συνδυασμό διαφορετικών πρωτοκόλλων και μεθόδων επικοινωνίας. Το γιγάντιο σμήνος αστεριών στην επάνω δεξιά γωνία του Σχήματος 1 είναι το πιο δυναμικό και εκεί συμβαίνει πολλή καινοτομία. Όπως γνωρίζουμε από τη φυσική, οι υψηλότεροι ρυθμοί baud αυξάνουν τις ηλεκτρικές παρεμβολές, τις πηγές θορύβου, τις ανακλάσεις, τις εξασθενήσεις και άλλες απώλειες που επηρεάζουν τα σήματα και τα δεδομένα που μεταφέρονται μέσα σε αυτά τα σήματα. Όσο πιο γρήγοροι είναι οι ρυθμοί δεδομένων, τόσο πιο δύσκολο και κρίσιμο είναι να δοκιμάσετε πριν από την ανάπτυξη. Αναμένουμε ότι το Automotive Ethernet πολλαπλών gigabit θα οδηγήσει τις ανάγκες επικοινωνίας υψηλότερης ταχύτητας με βάση τα πρότυπα IEEE 802.3ch και IEEE 802.3cy. Για παράδειγμα, υπάρχει ένα νέο πρότυπο multigigabit οπτικού Ethernet για αυτοκίνητα που κυκλοφόρησε πρόσφατα από την ομάδα IEEE 802.3cz. Είναι μια ενδιαφέρουσα εποχή για τη δικτύωση της αυτοκινητοβιομηχανίας και θα πρέπει να περιμένουμε πολλές προκλήσεις και καινοτομίες».

Άλλοι συμφωνούν, αναφέροντας την ταχύτερη επικοινωνία περισσότερο ως μια εξελικτική κατεύθυνση παρά ως μια άμεση αλλαγή. Ωστόσο, τα πλεονεκτήματα αυτής της αλλαγής είναι σημαντικά.

David Fritz, αντιπρόεδρος υβριδικών και εικονικών συστημάτων στο Λογισμικό Siemens Digital Industries, επισημαίνει την Automotive Ethernet ως τον πιθανό ηγέτη σε αυτόν τον τομέα. «Το εύρος ζώνης θα υποστηρίξει πολύ σύντομα όλες τις υλοποιήσεις της αυτονομίας L4 και L5. Επιπλέον, τα πλαίσια CAN μπορούν να μεταδοθούν μέσω του δικτύου Ethernet, επιτρέποντας στις πύλες να διαχειρίζονται τοπικά ζωνικά δίκτυα CAN και CAN FD που υποστηρίζουν υπάρχουσες ECU. Οι πτυχές βάρους και ισχύος του Automotive Ethernet είναι πολύ ανώτερες από τα συμβατικά δίκτυα CAN. Η Can FD αναδεικνύεται ως ανταγωνιστής του Ethernet και η κριτική επιτροπή είναι ακόμα έξω στην οποία θα επικρατήσει. Ωστόσο, μια υπόδειξη είναι ότι βλέπουμε παρόχους αισθητήρων, ενεργοποιητών και ECU να υποστηρίζουν άμεσα το Automotive Ethernet λόγω των ιδιοτήτων που αναφέρονται παραπάνω.

Το Automotive Ethernet είναι η εδραιωμένη επιλογή. «Ένας από τους στόχους εδώ είναι η αντικατάσταση ιδιόκτητων λύσεων, αντί να χρησιμοποιηθούν όσο το δυνατόν περισσότερες τυποποιημένες τεχνολογίες δικτύωσης —πρωτόκολλα, ελεγκτές και PHY—», δήλωσε ο Robert Schweiger, διευθυντής του ομίλου λύσεων αυτοκινήτων στο Κυματισμός φωνής. «Η μείωση της ποικιλίας των διαφορετικών τεχνολογιών δικτύωσης για τη δημιουργία μιας πιο ομοιογενούς αρχιτεκτονικής δικτύου είναι ένας άλλος στόχος. Για να το κάνετε αυτό, απαιτείται μόχλευση του Automotive Ethernet, π.χ. 10BASE-T1, 100BASE-T1, 1000BASE-T1, 10G BASE-T1."

Κλειδί για τις ζωνικές αρχιτεκτονικές θα είναι μια σημαντική αύξηση στο συνολικό εύρος ζώνης και την αποτελεσματικότητα του δικτύου εντός του οχήματος, σημείωσε ο Schweiger, με τη ζωνική αρχιτεκτονική να βασίζεται κυρίως στο Automotive Ethernet, ASA Motion-Link/MIPI A-PHY, MIPI CSI2, MIPI DSI, POF, CAN και LIN. "Φυσικά, αυτό μπορεί να διαφέρει από OEM σε OEM, με ορισμένες ιδιόκτητες λύσεις να βρίσκονται ακόμα στο μείγμα."

Εικ. 2: Η ζωνική αρχιτεκτονική απλοποιεί την παραδοσιακή προσέγγιση τομέα. Πηγή: Marvell

Τίποτα δεν αλλάζει από τη μια μέρα στην άλλη στον σχεδιασμό του αυτοκινήτου, φυσικά. Οι κύκλοι σχεδιασμού συνήθως διαρκούν τουλάχιστον αρκετά χρόνια και τα σχέδια για ορισμένα εξαρτήματα και υποσυστήματα ενδέχεται να παραμείνουν στην αγορά για πολύ περισσότερο από αυτό. Ως αποτέλεσμα, το τοπίο του δικτύου της αυτοκινητοβιομηχανίας θα συνεχίσει να είναι ένα μείγμα πρωτοκόλλων και σχημάτων που εξαρτώνται από την εφαρμογή. Ορισμένες θα εξυπηρετούν εφαρμογές που δεν είναι σε πραγματικό χρόνο, όπως το infotainment και η παρακολούθηση της συμπεριφοράς των επιβατών στην καμπίνα. Άλλα πρωτόκολλα θα υποστηρίζουν την ασφάλεια και άλλες εφαρμογές σε πραγματικό χρόνο.

«Για παράδειγμα, οι οδηγοί θα ειδοποιούνται εάν τα παιδιά ή τα κατοικίδια αφεθούν χωρίς επίβλεψη καθώς ο οδηγός φεύγει από το όχημα», σημείωσε ο Kevin Kershner, αρχιτέκτονας λύσεων και σχεδιαστής, Automotive SerDes Technologies στο Keysight. «Οι OEM εργάζονται για να απλοποιήσουν τον σχεδιασμό εφαρμογών σε πραγματικό χρόνο αυξάνοντας παράλληλα την απόδοση και την ταχύτητα επικοινωνίας, ειδικά στην αυτόνομη οδήγηση».

Επιπλέον, οι ηλεκτρικές και ηλεκτρονικές (E/E) αρχιτεκτονικές στην αυτοκινητοβιομηχανία εξελίσσονται για να υποστηρίζουν όλο και πιο περίπλοκες απαιτήσεις, συμπεριλαμβανομένου του ρόλου των συστημάτων υποβοήθησης οδηγού που βασίζονται σε αισθητήρες (ADAS) και των εφαρμογών αυτόνομης οδήγησης (AD).

«Πλούσια τεχνολογία οθόνης υπάρχει μέσα και γύρω από το όχημα, συμπεριλαμβανομένων των πάνελ ταμπλό υψηλής ανάλυσης, των πλαϊνών καθρεπτών και των επιλογών ενημέρωσης και ψυχαγωγίας συγκρίσιμες με τις υπηρεσίες καταναλωτικών ηλεκτρονικών συσκευών», δήλωσε ο Kershner. "Πολλοί αισθητήρες, συμπεριλαμβανομένων των καμερών, του lidar και του ραντάρ, καταγράφουν τα δεδομένα υψηλής ανάλυσης και στη συνέχεια τα μεταδίδουν ή τα συγκεντρώνουν με άλλα δεδομένα αισθητήρων για περαιτέρω επεξεργασία από μια εφαρμογή ADAS/AD."

Όσον αφορά τα συστήματα κάμερας surround-view, πολλές κάμερες μπορούν επίσης να τροφοδοτήσουν βίντεο σε οθόνες μέσα στο όχημα. «Εδώ, είναι οι απαιτήσεις της εφαρμογής που καθοδηγούν την επιλογή E/E, συμπεριλαμβανομένου του συνολικού αριθμού αισθητήρων και του εύρους ζώνης που απαιτείται για τη μεταφορά των δεδομένων», είπε. «Αυτό σημαίνει ότι η επιλογή της τεχνολογίας επικοινωνίας εξαρτάται πραγματικά από την εφαρμογή. Οι λειτουργίες χαμηλής ταχύτητας δεν πρέπει να χρησιμοποιούν «υπερβολικά σχεδιασμένα» λεωφορεία υψηλής ταχύτητας λόγω του κόστους, της πολυπλοκότητας και της κατανάλωσης ενέργειας των συσκευών υψηλότερης ταχύτητας. Ορισμένες τεχνολογίες είναι από σημείο σε σημείο, ενώ άλλες υποστηρίζουν την αποτελεσματικότητα των κόμβων πολλαπλών σταγόνων. Ορισμένες ζεύξεις υψηλής ταχύτητας είναι συμμετρικές, υποστηρίζοντας αμφίδρομη επικοινωνία μεταξύ κόμβων υπολογιστών υψηλής ισχύος. Αντίθετα, άλλα είναι σχεδιασμένα να είναι ασύμμετρα για να υποστηρίζουν εφαρμογές που απαιτούν υψηλή απόδοση σε μία μόνο κατεύθυνση (π.χ. έξοδος κάμερας κατάντη, εντολή και έλεγχος ανάντη).

Από τον τομέα στην αρχιτεκτονική των ζωνών
Τα ECU είναι βασικά δομικά στοιχεία για οχήματα. Ελέγχουν διάφορες λειτουργίες όπως η λειτουργία του κινητήρα, η μετάδοση, το φρενάρισμα έκτακτης ανάγκης και άλλες λειτουργίες παρακολούθησης, όπως η πίεση των ελαστικών και ο έλεγχος του κλίματος στην καμπίνα. Σε αντίθεση με μια αρχιτεκτονική ζωνών, μια αρχιτεκτονική τομέα ομαδοποιεί διάφορες λειτουργίες σε τομείς χωρίς να λαμβάνει υπόψη τη φυσική θέση αυτών των τομέων. Στις αρχιτεκτονικές τομέα, τα ECU που υποστηρίζουν κάθε τομέα μπορεί να είναι απλωμένα μέσα στο όχημα. Ως αποτέλεσμα, ενδέχεται να χρειαστούν μακριές καλωδιώσεις για τη σύνδεση σε αυτούς τους τομείς.

Παραδοσιακά, οι OEM χρησιμοποιούσαν αρχιτεκτονική τομέα στα σχέδιά τους. Τα πρωτεύοντα πρωτόκολλα δικτύου που χρησιμοποιούνται σε μια αρχιτεκτονική τομέα είναι το δίκτυο περιοχής ελεγκτή (CAN) και το τοπικό δίκτυο διασύνδεσης (LIN), και τα δύο έχουν χρησιμοποιηθεί από OEM για την εκτέλεση ελέγχου σε πραγματικό χρόνο διαφόρων λειτουργιών. Το CAN (ISO 11898-1:2003) είναι ένα σειριακό πρωτόκολλο δικτύου που υποστηρίζει τρεις διαφορετικές ταχύτητες:

• Χαμηλή ταχύτητα — 125 Kbps σε μήκος διαύλου 500 μέτρων (μέγιστο)
• Υψηλή ταχύτητα — 1 Mbps σε μήκος λεωφορείου 40 μέτρων (μέγιστο)
• Ευέλικτη ταχύτητα δεδομένων (CAN FD) — 15 Mbps σε μήκος διαύλου 10 μέτρων (μέγιστο)

Το CAN έχει αποδειχθεί αξιόπιστο και σχετικά χαμηλό κόστος για την υποστήριξη κατανεμημένων συσκευών ελέγχου και πολυπλεξίας σε πραγματικό χρόνο, συμπεριλαμβανομένων των ECU. Το LIN (ISO 17987-2), το οποίο συμπληρώνει το CAN, είναι επίσης ένα σειριακό πρωτόκολλο δικτύου. Υποστηρίζει χαμηλότερη ταχύτητα δεδομένων 19.2 Kbit/s και χρησιμοποιείται συνήθως στον έλεγχο φωτός καμπίνας, όπως η μείωση της έντασης του φωτός.

Καθώς η βιομηχανία κινείται προς την ενσωμάτωση περισσότερου λογισμικού και ηλεκτρονικών για την υποστήριξη οχημάτων που καθορίζονται από λογισμικό και αυτόνομης οδήγησης, η ζήτηση για επικοινωνία υψηλότερης ταχύτητας αυξάνεται. Αν και οι απόψεις ποικίλλουν, ορισμένοι ειδικοί προτείνουν ότι η μελλοντική αυτόνομη οδήγηση θα απαιτούσε ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων στην περιοχή των 50 Gbps για την υποστήριξη διαφόρων λειτουργιών ADAS και ECU σε πραγματικό χρόνο. Σήμερα, το Ethernet είναι ικανό για 100 Gbps, με τη δυνατότητα να φτάσει tera bit ανά δευτερόλεπτο τα επόμενα χρόνια, σύμφωνα με την Ethernet Alliance.

Αυτό μπορεί να αλλάξει καθώς εξελίσσονται νέες τεχνολογίες και νέες δυνατότητες. Τα τελευταία χρόνια, τα δίκτυα αυτοκινήτων μετακινούνται από την αρχιτεκτονική των ζωνών που βασίζονται σε τομείς στην αυτοκινητοβιομηχανία που βασίζεται σε Ethernet.

Ο Amir Bar-Niv, αντιπρόεδρος μάρκετινγκ για την αυτοκινητοβιομηχανία στη Marvell, είπε ότι το συνολικό βάρος των ιμάντων καλωδίων σε ένα ηλεκτρικό όχημα βρίσκεται ακριβώς πίσω από το βάρος ενός κινητήρα και ενός πλαισίου αυτοκινήτου. Η μείωση του μήκους και του αριθμού των καλωδίων μειώνει το συνολικό βάρος ενός οχήματος, αυξάνει την απόδοση καυσίμου (ή αυτονομία σε ένα ηλεκτρικό όχημα) και απλοποιεί τη διαδικασία κατασκευής.

Υπάρχει επίσης μια προσπάθεια απλοποίησης των επικοινωνιών. Επί του παρόντος, τα μεμονωμένα δίκτυα πρέπει να υποστηρίζουν ένα εύρος εύρους ζώνης και μια ποικιλία διαφορετικών πρωτοκόλλων. Το ADAS, για παράδειγμα, θα οδηγήσει στην ανάγκη αύξησης του εύρους ζώνης των πρωτοκόλλων δικτύωσης.

Η ασύρματη επικοινωνία μπορεί να βοηθήσει, εν μέρει επειδή πολλά από αυτά έχουν αναπτυχθεί και τελειοποιηθεί εκτός της αυτοκινητοβιομηχανίας. «Επειδή τα ασύρματα πρωτόκολλα συνήθως δεν είναι ειδικά για το αυτοκίνητο, θα ενσωματωθούν περαιτέρω για να επιτρέψουν την υποστήριξη ηλεκτρονικών συσκευών καταναλωτή», δήλωσε ο Bernhard Rill, διευθυντής συνεργασιών αυτοκινήτων, γραμμή επιχειρήσεων αυτοκινήτων στο Μπράτσο εξήγησε. «Σε όλο τον κλάδο, υπάρχει δουλειά για να καθοριστεί πώς αυτά τα ασύρματα πρωτόκολλα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για μελλοντικές περιπτώσεις χρήσης ειδικών για το αυτοκίνητο. Τα αυτοκίνητα χρησιμοποιούν μεγάλο όγκο δικτύων σήμερα, υποκινώντας μια τάση ενοποίησης της επικοινωνίας. Υπάρχει μεγάλη έμφαση στη δικτύωση όταν πρόκειται για αρχιτεκτονικές Η/Ε. Οι κατασκευαστές OEM αυτοκινήτων αναζητούν δίκτυα CAN-FD και Ethernet όπως το 10BASE-T1S. Επιπλέον, το διαλειτουργικό Ethernet κορμού 2.5 Gbps πρέπει να σκληρυνθεί για χρήση μαζικής παραγωγής και οι συνδέσεις υψηλής ταχύτητας θα χρησιμοποιούν PCIe για συνεκτικά σχέδια πυριτίου».

Ζωνική έναντι αρχιτεκτονικής τομέα
Η ιδέα της ζωνικής αρχιτεκτονικής που χρησιμοποιεί Ethernet υψηλότερης ταχύτητας κερδίζει δυναμική επειδή είναι απλούστερη και ευκολότερη στην κατασκευή σε σύγκριση με την αρχιτεκτονική τομέα. Αυτή η τεχνολογική προσέγγιση χρησιμοποιεί πολλαπλούς ζωνικούς διακόπτες για τον έλεγχο διαφόρων λειτουργιών.

Εικ. 3: Στη σχεδίαση ζωνικής αρχιτεκτονικής, χρησιμοποιούνται πολλαπλοί ζωνικοί διακόπτες διαφορετικών ταχυτήτων για τον έλεγχο διαφόρων λειτουργιών σε ένα όχημα. Πηγή: Keysight

Οι στοίβες μεσαίου λογισμικού που βρίσκονται μεταξύ του λειτουργικού συστήματος και του υλικού θα γίνουν όλο και πιο σημαντικές στην αρχιτεκτονική των ζωνών και πολλές λειτουργίες αυτόνομης οδήγησης όπως ADAS και η πέδηση έκτακτης ανάγκης εκτελούνται από ενδιάμεσο λογισμικό. Η ποιότητα της υπηρεσίας είναι το κλειδί στο ενδιάμεσο λογισμικό, συμπεριλαμβανομένης της ιεράρχησης της κίνησης που είναι κρίσιμη για την αποστολή, σε πραγματικό χρόνο και ευαίσθητη στον χρόνο έναντι ροής μουσικής.

Η Arm's Rill βλέπει σαφείς ενδείξεις ότι οι αρχιτεκτονικές E/E των αυτοκινήτων θα αλλάξουν σε ζωνικές προχωρώντας. Σημείωσε ότι ο Αρμ εργάζεται ενεργά με τους συνεργάτες του οικοσυστήματος για να καθορίσουν πώς μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι ελεγκτές ζώνης και ποιες λειτουργίες μπορούν να φιλοξενηθούν εκεί, συμπεριλαμβανομένων των περιπτώσεων χρήσης ADAS και ψηφιακής καμπίνας εκτός από τις εφαρμογές αμαξώματος. «Δεδομένων των μακρών κύκλων ανάπτυξης στην αυτοκινητοβιομηχανία, η μετάβαση στην αρχιτεκτονική των ζωνών θα πάρει χρόνο».

Ο παράγοντας κληρονομιάς
Ωστόσο, με πολλά από τα παλαιού τύπου πρωτόκολλα δικτύου που χρησιμοποιούνται επί του παρόντος από OEM, η μετατροπή σε ζωνική αρχιτεκτονική με χρήση Ethernet μπορεί να είναι πιο δύσκολη από ό,τι ακούγεται. Οποιαδήποτε νέα σχεδίαση θα πρέπει να λειτουργεί τουλάχιστον εξίσου καλά με τα παλιά μετά την αντικατάσταση των παλαιών πρωτοκόλλων. Η πραγματική πρόκληση είναι η εφαρμογή μιας ομαλής μετάβασης χωρίς να επηρεάζονται οι εισαγωγές νέων προϊόντων. Ως αποτέλεσμα, οι OEM μπορεί να έχουν διαφορετικούς βαθμούς ζωνικής μετατροπής και χρονοδιαγράμματα.

«Οι περισσότερες εφαρμογές έχουν απαίτηση καθυστέρησης και/ή ωφέλιμου φορτίου που υποστηρίζουν τις λειτουργικές πτυχές του οχήματος, όπως η λειτουργία σε πραγματικό χρόνο, π.χ. LIN για υψηλή καθυστέρηση/χαμηλό ωφέλιμο φορτίο, Ethernet για χαμηλή καθυστέρηση/υψηλό ωφέλιμο φορτίο.», δήλωσε ο Ray Notarantonio, ανώτερος διευθυντής του τμήμα εμπειρίας χρήστη οχήματος για την Αμερική στο Infineon Technologies. Γενικά, τα δίκτυα έχουν μέγεθος ανάλογα με αυτές τις ανάγκες και αυτό υποστηρίζει την καλύτερη αναλογία κόστους προς απόδοση ανά εφαρμογή. Διαβεβαιώνει ότι τα δίκτυα ούτε έχουν τελειώσει ούτε υποχρησιμοποιούνται από το σχεδιασμό.

Από την άλλη πλευρά, οι ΚΑΕ που σχεδιάζουν να προχωρήσουν σε μια προσέγγιση οχημάτων που καθορίζεται από λογισμικό θα επιλέξουν μια αρχιτεκτονική ζωνών. «Αυτή η βαριά ζωνοποίηση θα περιελάμβανε την εισαγωγή ενός πολυ-Gb, υψηλής μηχανικής ραχοκοκαλιάς Ethernet που συνδέει περισσότερες ζώνες προσανατολισμένες στην ασφάλεια/ασφάλεια, ικανές να επιτύχουν πλήρη απομόνωση συστημάτων που μοιράζονται τους ίδιους φυσικούς πόρους», σημείωσε ο Meindert van den Beld. Ανώτερος Αντιπρόεδρος και Γενικός Διευθυντής Δικτύωσης Εντός Οχημάτων στο NXP.

Ως εκ τούτου, οι νεοσύστατες επιχειρήσεις ή οι νέοι OEM μπορεί να έχουν μεγαλύτερη ευελιξία στην υιοθέτηση μιας ζωνικής αρχιτεκτονικής από τους OEM με παλαιού τύπου σχέδια.

«Η εισαγωγή της ζωνικής αρχιτεκτονικής εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από μεμονωμένες στρατηγικές OEM», δήλωσε ο Sam Gold, διευθυντής μάρκετινγκ προϊόντων για RenesasΟμάδα λύσεων υπολογιστών υψηλής απόδοσης, αναλογικής και ισχύος. «Οι νέοι παίκτες είναι πιο ελεύθεροι να τροποποιήσουν τις υπάρχουσες αρχιτεκτονικές ή είναι ακόμη σε θέση να ξεκινήσουν από το μηδέν για να εφαρμόσουν νέες αρχιτεκτονικές. Από την άλλη πλευρά, οι καθιερωμένοι OEM μπορεί να αντιμετωπίσουν ισχυρές εξαρτήσεις παλαιού τύπου και να έχουν μια τεράστια ποικιλία μοντέλων αυτοκινήτων με ισχυρή αλληλεξάρτηση. Αυτό οδηγεί στο γεγονός ότι μπορούν να εφαρμοστούν μόνο οριακές ή εξελικτικές αλλαγές της τοπολογίας ή της αρχιτεκτονικής του δικτύου. Ο γενικός στόχος μείωσης του κόστους, της πολυπλοκότητας και του βάρους της πλεξούδας είναι κοινός από όλους τους OEM. Εδώ, επίσης, η πτυχή της αυτοματοποιημένης έναντι της χειροκίνητης κατασκευής της ζώνης είναι ένας μεγάλος παράγοντας κόστους».

Ζωνικές ανησυχίες για την ασφάλεια
Η ασφάλεια παραμένει μια μεγάλη ανησυχία στην αυτοκινητοβιομηχανία, και ενώ η αρχιτεκτονική των ζωνών θεωρητικά είναι ευκολότερη στην αστυνόμευση, το στάδιο μετασχηματισμού στο οποίο μπορεί να υπάρχει συνδυασμός CAN, LIN, Ethernet και άλλων τεχνολογιών μπορεί να δημιουργήσει νέα τρωτά σημεία. Αυτό σημαίνει πολύ περισσότερη δουλειά από την πλευρά των OEM για τη μείωση του κινδύνου επιθέσεων στον κυβερνοχώρο.

«Η πολυπλοκότητα είναι το νέο φυσιολογικό, καθώς η αυτοκινητοβιομηχανία προσαρμόζεται για να ανταποκρίνεται σε όλο και πιο περίπλοκες οθόνες και απαιτήσεις συνδεσιμότητας», δήλωσε η Carrie Browen, υπεύθυνη προϊόντων επιχειρηματικής γραμμής αυτόνομων οχημάτων στην Keysight. «Καθώς τα δίκτυα μέσα στο όχημα γίνονται πιο γρήγορα και πιο περίπλοκα, απαιτούν υψηλότερο επίπεδο δοκιμών για να διασφαλιστεί η συνεπής λειτουργικότητα. Δεν είναι απλώς μια πολυτέλεια, αλλά μια αναγκαιότητα να διασφαλιστεί ότι κάθε διεπαφή προστατεύεται από απειλές στον κυβερνοχώρο. Με περισσότερες συνδέσεις στο αυτοκίνητο μέσω CAN, Bluetooth, Automotive Ethernet, SerDes, ασύρματης, κινητής τηλεφωνίας, για παράδειγμα, υπάρχει μεγαλύτερη πιθανότητα αλλοίωσης των πληροφοριών και ως διεπαφή πιθανής απειλής. Επομένως, η συμμόρφωση με τους κανονισμούς (ISO/SAE 21434 και UN-R155) και η επικύρωση των ίδιων των δικτύων είναι απαραίτητη κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού, της επικύρωσης και της παραγωγής.»

Ο Notarantonio της Infineon συμφώνησε. «Η ασφάλεια του δικτύου είναι στάνταρ στα οχήματα εδώ και πολλά χρόνια. Τα μηνύματα επαληθεύονται με μονάδες ασφαλείας υλικού και αποκλειστικό λογισμικό σε ασφαλή τομέα. Τα δίκτυα CAN και CAN-FD ήταν από τα πρώτα που πρόσθεσαν ασφάλεια, και αυτό έχει επεκταθεί μόνο από τότε. Γίνονται επιλογές σήμερα για την προστασία νέων δικτύων όπως το Ethernet σε οχήματα, ορισμένα επιλέγουν MACSEC άλλα IPSEC, αλλά τίποτα δεν μένει ανασφαλές.»

Ταυτόχρονα, με όλο και περισσότερη συνδεσιμότητα με το όχημα, τα δίκτυα αυτοκινήτων πρέπει να σχεδιάζονται με υποχρεωτική διαχείριση κινδύνων στον κυβερνοχώρο.

«Οι OEM θα πρέπει να αναπτύξουν μια άμυνα σε βάθος, αλλά και να επιτρέψουν την ευελιξία κρυπτογράφησης», δήλωσε ο Gold της Renesas. «Η άμυνα σε βάθος θα πρέπει να λαμβάνει υπόψη την προστασία της εξωτερικής επικοινωνίας του οχήματος (π.χ., TLS, έλεγχος ταυτότητας εξωτερικού I/F) και την προστασία της εσωτερικής επικοινωνίας (π.χ. IDS/IPS, TLS, MACsec, IPsec, SecOC.) Τα αρχεία καταγραφής ασφαλείας από τους παραπάνω μηχανισμούς προστασίας μπορεί να αναλυθεί από ένα κέντρο επιχειρήσεων ασφαλείας οχήματος που μπορεί, εάν είναι απαραίτητο, να αναπτύξει ενημερώσεις κώδικα ασφαλείας μέσω υλικολογισμικού over-the-air για τον μετριασμό των απειλών στον κυβερνοχώρο στα δίκτυα αυτοκινήτων οχημάτων. Η ευελιξία κρυπτογράφησης θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι υποστηρίζει ενημερώσεις πρωτοκόλλου δικτύου αυτοκινήτων λόγω του μεγαλύτερου μήκους κλειδιού ή/και της βλάβης κρυπτοσυστημάτων. Η μετακβαντική κρυπτογράφηση εξετάζεται ως αλγόριθμος επόμενης γενιάς. Θα πρέπει να καθοριστούν κατάλληλες αρχιτεκτονικές για την αποφυγή συμφόρησης ασφαλείας (π.χ. κατανεμημένη επεξεργασία ασφάλειας).

Υιοθέτηση OEM
Αν και είναι δύσκολο να προβλεφθεί πότε ακριβώς οι OEM θα υλοποιούν 100% δίκτυα Ethernet, οι περισσότεροι OEM κινούνται προς τη χρήση Ethernet σε τρέχοντα και μελλοντικά σχέδια. Το Bar-Niv της Marvell πρότεινε ότι το ποσοστό υιοθεσίας θα επιταχυνθεί τα επόμενα χρόνια.

Εικ. 4: Η υιοθέτηση ζωνικής αρχιτεκτονικής αναμένεται να επιταχυνθεί τα επόμενα χρόνια. Πηγή: Marvell

Στην πραγματικότητα, η υιοθεσία έχει ήδη ξεκινήσει. Η BMW ήταν από τις πρώτες που ενσωμάτωσε το Ethernet στα οχήματά της. Το 2021, παρουσίασε το Gigabit Ethernet στο μοντέλο παραγωγής BMW iX. Σήμερα, το Ethernet χρησιμοποιείται σε όλα τα μοντέλα παραγωγής.

Η Hyundai, όπως και όλοι οι άλλοι OEM, ανέφερε ότι χρησιμοποιεί το υβριδικό μοντέλο CAN και Ethernet. Το Kona και το Santa Fe είναι παραδείγματα μοντέλων που χρησιμοποιούν Ethernet για υποστήριξη OTA. Η Mercedes-Benz χρησιμοποιεί συνδυασμό Ethernet και CAN/LIN. Το 2013, τα 222 μοντέλα της (S-Class) χρησιμοποιούσαν CAN και LIN 2.1 για τα περισσότερα χειριστήρια ενώ χρησιμοποιούσαν Ethernet για τα φώτα σηματοδότησης. Μέχρι το 2020, η σειρά μοντέλων 223 (S-Class) της Mercedes-Benz χρησιμοποιούσε Ethernet για επικοινωνία μεταξύ μεγάλων τομέων. Ξεκινώντας από το 2024, η Audi θα εισαγάγει μια εντελώς νέα αρχιτεκτονική E/E (E3) βασισμένη στην αποκεντρωμένη Premium Platform Electric, η οποία θα επεκτείνει την τεχνολογία Ethernet χρησιμοποιώντας έναν κορμό υψηλής ταχύτητας.

Ενώ οι περισσότεροι OEM ενσωματώνουν Ethernet στα σχέδιά τους, τα μοντέλα της Toyota δεν υποστηρίζουν Ethernet αυτήν τη στιγμή.

Εν τω μεταξύ, οι ΚΑΕ των ΗΠΑ κινούνται προς ζώνες αρχιτεκτονικές. «Μέρος της προσέγγισης των ζωνών είναι η σύνδεση των υπολογιστικών κέντρων υψηλής απόδοσης με όλες τις λειτουργίες που κάνουν ένα αυτοκίνητο αυτοκίνητο και το κάνει ενσωματώνοντας περισσότερες λειτουργίες σε μια ενιαία ζώνη», παρατήρησε ο Notarantonio της Infineon. «Η ενσωμάτωση μπορεί να βοηθήσει στη μείωση του κόστους υλικού και της πολυπλοκότητας της καλωδίωσης».

Επιπλέον, αυτοί οι OEMS κινούνται πέρα ​​από την απλή προσθήκη μιας λειτουργίας ή την προσθήκη ενός ECU, καθώς αυτό συμβάλλει σημαντικά στην πολυπλοκότητα της πλεξούδας καλωδίων και του λογισμικού, είπε.

Στην Ιαπωνία οι στόχοι είναι παρόμοιοι. Αλλά εκεί, οι OEM έχουν επιλέξει αρχιτεκτονικές που βασίζονται σε domain για να κατασκευάσουν τα οχήματά τους. «Σε κάθε περίπτωση, επιτρέπουν τις περισσότερες ενημερώσεις στους κεντρικούς κόμβους και περιορισμένες ενημερώσεις σε ζώνες ή τομείς, αλλά τα οχήματα που καθορίζονται από λογισμικό είναι ο μελλοντικός δρόμος για τη μείωση της πολυπλοκότητας του λογισμικού και της καλωδίωσης», είπε ο Notarantonio.

Μελλοντικό όραμα
Με βάση αυτό που κάνουν οι OEM σήμερα, είναι ασφαλές να υποθέσουμε ότι οι ζωνικές αρχιτεκτονικές θα συνεχίσουν να αποκτούν δυναμική. Εκτός από την απλοποίηση του σχεδιασμού του αυτοκινήτου, μια ζωνική αρχιτεκτονική αυτοκινήτου δημιουργεί νέες ευκαιρίες για την αλυσίδα εφοδιασμού.

«Μια πιθανή λύση για τη μείωση της πολυπλοκότητας του δικτύου αυτοκινήτων, η ζωνική αρχιτεκτονική επιτρέπει στους OEM να απλοποιούν τις διαδρομές καλωδίωσης και επικοινωνίας οργανώνοντας τα ηλεκτρονικά συστήματα ενός οχήματος σε ζώνες, με κάθε ζώνη να χειρίζεται συγκεκριμένες λειτουργίες για την επίτευξη εξοικονόμησης κόστους, αυξημένης απόδοσης και βελτιωμένης αξιοπιστίας», σημείωσε ο Mei Ching. (Maggie) Lim, υποστήριξη λύσεων επιχειρηματικής γραμμής αυτόνομων οχημάτων στην Keysight. «Ένας πρωταρχικός στόχος, η μείωση του βάρους και της πολυπλοκότητας της πλεξούδας καλωδίων, έρχεται σε αντίθεση με την απαίτηση για αύξηση της απόδοσης δεδομένων χρησιμοποιώντας τεχνολογίες επικοινωνίας υψηλότερης ταχύτητας».

Επίσης, η απαιτητική λειτουργία καναλιών επικοινωνίας σε μεγαλύτερες αποστάσεις, η χρήση ενσωματωμένων συνδέσμων για τη σύνδεση πολλαπλών τμημάτων δικτύου, θέτει αυστηρές απαιτήσεις για την ηλεκτρική απόδοση. «Αυτό σημαίνει ότι τα αναδυόμενα πρότυπα πρέπει να ορίζουν αυστηρά την επιτρεπόμενη απώλεια καναλιού και οι μέθοδοι δοκιμής πρέπει να επικυρώνουν την απόδοση», είπε ο Lim. «Οι απαιτήσεις εφαρμογής καθορίζουν την επιλογή E/E αρχιτεκτονικής. Η συγκέντρωση διαφόρων αισθητήρων σε μια ενιαία σύνδεση για τη μείωση του βάρους και του κόστους του καλωδίου οδηγεί σε υψηλότερες απαιτήσεις απόδοσης. Η αύξηση της αποτελεσματικότητας και της αξιοπιστίας, καθώς και η μείωση του βάρους, είναι σημαντικοί παράγοντες. Ωστόσο, το εάν η αρχιτεκτονική των ζωνών θα κυριαρχήσει εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, όπως οι τεχνολογικές εξελίξεις, η υιοθέτηση της βιομηχανίας και οι εξελισσόμενες ανάγκες του οικοσυστήματος της αυτοκινητοβιομηχανίας. Το επίπεδο αυτονομίας, οι απαιτήσεις συνδεσιμότητας και το κόστος είναι παράγοντες. Ο κλάδος είναι δυναμικός και η εξέλιξη της αρχιτεκτονικής αυτοκινήτων θα εξαρτηθεί από τις συνεχείς τεχνολογικές εξελίξεις και την επιτυχή εφαρμογή αυτών των αντιλήψεων σε εφαρμογές του πραγματικού κόσμου».

Επιπλέον, οι ζωνικές αρχιτεκτονικές υπόσχονται επεκτασιμότητα, εκτός από την ενοποίηση καλωδίωσης ECU, δικτύου και UTP/STP, συμβάλλοντας στη μείωση του συνολικού κόστους σε σύγκριση με μια αρχιτεκτονική κατανεμημένης/βασισμένης σε τομέα. «Οι αναβαθμίσεις λογισμικού OTA επιτρέπουν στους OEM να παρέχουν πρόσθετες λειτουργίες ή υπηρεσίες κατά τη διάρκεια του κύκλου ζωής ενός οχήματος και οι ζωνικές αρχιτεκτονικές θα βελτιώσουν σημαντικά τη διαδικασία OTA», πρόσθεσε ο Schweiger της Cadence.

Εικ. 5: Στο εγγύς μέλλον, οι αρχιτεκτονικές τομέα και ζωνών θα συνυπάρχουν. Πηγή: Infineon

Ενώ οι ζωνικές αρχιτεκτονικές θεωρούνται ευρέως ως το μέλλον, ο μετασχηματισμός θα πάρει χρόνο. Ορισμένοι OEM χρεώνουν με πλήρη ταχύτητα, ενώ άλλοι συνεχίζουν να υποστηρίζουν αρχιτεκτονικές τομέα. Ως αποτέλεσμα, πιθανότατα θα συνεχίσει να υπάρχει ένα μείγμα πρωτοκόλλων δικτύου που χρησιμοποιούνται στο σχεδιασμό αυτοκινήτων για το άμεσο μέλλον.

Περισσότερες Πληροφορίες
Για τα SDV, το λογισμικό είναι η μεγαλύτερη πρόκληση
Τα ζητήματα θα αυξηθούν εκθετικά καθώς τα οχήματα που καθορίζονται από λογισμικό αποκτούν έλξη.
Πολυπλοκότητα αυτοκινήτου, Ισχύς Εφοδιαστικής Αλυσίδας Απαιτεί Τεχνική Συνεργασία
Οι σχέσεις στο οικοσύστημα της αυτοκινητοβιομηχανίας εκτείνονται σε βαθιές τεχνικές εξελίξεις καθώς η βιομηχανία στρέφεται προς την ηλεκτροκίνηση και την αυτονομία.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://semiengineering.com/auto-network-speeds-rise-as-carmakers-prep-for-autonomy/