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图 1-Reach 技术图

2 汽车以太网技术现状分析 2.1 汽车以太网技术联盟

目前推动汽车以太网技术应用发展的组织包括：OPEN（One-Pair Ether-Net SIG）联盟，主要致力于汽车以太网的推广和使用。联盟通过推动单对非屏蔽双绞线以太网传输技术的标准化和汽车以太网标准的完善，逐步实现汽车以太网技术标准开放体系的创建。IEEE（电气和电子工程师协会）根据汽车行业的需求，对汽车以太网的物理层和上层通信协议进行标准化。其中，IEEE 802.3主要负责定义传输物理层的标准，IEEE 802.1主要负责定义第二层数据链路中的标准。AVNu联盟专注于汽车以太网的上层协议。该联盟是一个旨在创建可互操作生态系统的社区，通过认证使用开放标准来满足不同应用的精确定时和低延迟通信要求。（Open）是汽车电子软件标准的联盟。从AUTO-SAR 4.0版本开始，包含了汽车以太网相关的内容，主要是DoIP协议。新版本已经支持车载AVB、SOME/IP协议。

2.2 汽车以太网技术的优势 2.2.1 低成本高带宽

在智能网联汽车的浪潮下，自动驾驶系统、智能座舱系统以及车辆大数据采集等引发了车辆对总线带宽需求的爆发式增长。新一代汽车需要高扩展性、高带宽、易于与其他控制器或系统交互的车载网络技术，同时还要有助于降低功耗、线束重量和成本。汽车以太网技术是针对上述需求非常有利的解决方案，以-Reach技术为例，其可以在提供更高宽带性能的同时，实现线束重量减轻30%，通信连接成本降低80%。

2.2.2 支持多种应用场景的协议

典型车载网络技术支持的通信协议较为单一，而车载以太网技术则可提供包括TCP/IP、AVB、SOME/IP、DOIP等多种协议。AVB作为传统以太网功能的扩展，基于新增的精确时钟同步、流预留、队列控制等协议，可以提高传统以太网音视频传输的实时性，是一种极具发展潜力的网络音视频实时传输技术。车载时间敏感网络（TSN，Time-on-IP）是AVB的进一步扩展，TSN引入了时间触发以太网的概念福州股票配资，可以满足汽车控制数据传输的超低时延要求，可用于自动驾驶数据、车辆控制指令传输等实时性要求较高的场景。SOME/IP（Time-on-IP）定义了一种面向服务的通信传输方式，与CAN/LIN等传统总线面向信号的通信方式有显著区别，是新一代面向服务的汽车网络架构（SOA）的关键通信技术。此外，具有1Gbit通信标准的高速汽车以太网将实现POE（Power Over Ether-net）功能和节能以太网（ ，EEE-E）功能。POE功能可以在双绞线上发送数据的同时，为网络的终端设备提供电力，从而无需为终端提供外部电源，也降低了线束的复杂性。

2.2.3 无线功能

无线网络WiFi技术的发展，是以太网如何适应新需求、发掘新潜力的最好例子之一。与IEEE-Reach类似，WiFi技术也有针对汽车行业的变体，即汽车无线接入技术（WAVE）；WAVE在通信规范.11p中进行了详细描述，.11-2012中也收录了相关章节进行定义。汽车以太网技术的推广将成为WAVE普及的最佳载体。在智能交通领域，V2X也将为WAVE技术提供重要的应用场景。

2.2.4 可扩展性强

以太网的可持续更新和兼容扩展技术是使其在互联网技术发展中保持活力的关键因素之一。以太网在完成了标准以太网（）、快速以太网（）和千兆以太网（）的演进和迭代之后，仍在不断更新和扩展自身，既完成了带宽的持续扩展，又保持了与原有协议的兼容性。将以太网技术应用到汽车领域，为汽车引入了一种稳定的高带宽通信技术，也为汽车带来了一种潜在的应用场景的扩展能力。

2.3 汽车以太网发展趋势 2.3.1 汽车以太网技术应用

作为一种新兴的汽车网络技术，车载以太网在汽车上的普及不会一蹴而就贵阳股票配资，也不会在短时间内完全取代现有的车载网络技术。车载以太网技术进入汽车领域后，会逐渐融合一些子系统，最终推动汽车网络架构的演进。如图2所示福州股票配资，目前车载以太网技术可预见的应用可以概括为以下几个阶段：

图2：汽车以太网技术应用发展路径

第一阶段将推广应用针对车辆诊断功能（OBD）和ECU软件更新的DOIP协议。以ECU软件更新为例，相比传统基于CAN的刷新（1Mbps），写入带宽可提升100倍，将大幅提高车辆诊断和软件更新的时效性，降低生产和服务成本。

第二阶段，推动智能座舱、智能辅助驾驶功能的推广使用。随着以太网技术的不断完善和行业氛围的形成，汽车以太网技术将以独立节点或基于SOME/IP、AVB等协议的小规模子系统形式量产，例如采用高清以太网摄像头的环绕式泊车系统、基于以太网传输的多屏互动的高清智能座舱系统等。

第三阶段，上述阶段更加侧重于个别指定子系统，在前两阶段积累的基础上，将以以太网作为汽车的骨干网络，集成动力总成、底盘控制、车身控制、数字座舱等，形成跨域汽车以太网，并逐步引入TSN、Giga Mbps超高速汽车以太网等技术。

2.3.2 基于域控制器的混合汽车网络拓扑

汽车电子电器网络架构的演进方向表明以太网将取代CAN作为高速骨干网络，基于域控制器（ ）构建的网络拓扑将成为子网体系。如图3所示，在该拓扑中，以太网为主干网络，将整车域控制器系统（车身域、底盘域、动力域、信息娱乐域、辅助驾驶域）高速连接起来。域控制器除了完成专用的控制逻辑外，还将作为子网关西安股票配资，实现跨域数据交互功能。面向域控制器的网络拓扑改变了传统整车网络架构中控制器之间点对点的交互模式。在新的架构中，例如：在车身域内部，各控制器基于CAN、LIN总线完成数据交互（类似传统汽车网络架构），而在信息娱乐域，娱乐域控制器与其子部件之间的通信将通过以太网实现；如果某个域需要与其他控制器进行跨信息交互，则必须通过以太网路由通过车辆域网关来完成。

图3 以以太网为骨干网络的混合汽车网络拓扑示意图

2.3.3 汽车以太网带宽扩展

为应对不同场景的通信带宽需求，汽车以太网在-T1的基础上进行了扩展，目前正式发布的汽车以太网技术标准包括：汽车以太网.3bw（-T1）、汽车以太网.3bp（-T1）、汽车以太网.3cg（-T1S:Pair）及千兆Mbps级别的汽车以太网.3ch（Multi-Gig）。

值得注意的是，相较于100M汽车以太网和千兆快速以太网，10M汽车以太网采用的是总线型拓扑结构，如图4所示。该拓扑结构可以支持25m总线传输。10M汽车以太网的上述特点可以应用于动力系统、底盘系统、车身系统、音响系统、超声波雷达等大部分车辆功能系统。未来当技术成熟时，或将取代现有的车辆CAN总线系统。

图4 10M以太网总线拓扑图

汽车以太网技术的 3 个挑战

虽然OPEN、IEEE、AVNU等组织积极推动汽车以太网标准的制定，但各项规范标准的丰富和量产仍需一段时间；尽管、NXP、等汽车芯片供应商在汽车以太网的研发投入上保持高增长，但相较于传统的CAN/LIN通信技术，市场上其他配套的开发和测试技术尚处于早期阶段。[8][9]因此，构建当前完整的技术标准体系、形成配套的产业供应链，是汽车以太网推广普及的重要挑战。此外，随着汽车以太网的推出，新的汽车网络拓扑结构和更丰富的应用场景将给汽车带来新的信息安全挑战，相关的应对策略也值得汽车行业从业者进一步思考。

4 结论

智能网联汽车浪潮已至，ADAS技术的快速革新、高品质数字座舱、OTA远程升级、5G通信技术的运用，驱动着车载网络带宽需求的爆发式增长。高带宽的汽车以太网可以很好的满足以上需求，而针对未来更高性能的要求，还可以扩展支持超高千兆位带宽、超低时延TSN时间敏感型以太网技术等。显然，汽车以太网将成为构建新一代汽车高速通信网络架构的基石，相比上个世纪末CAN通信技术给汽车行业带来的变革，将更具革命性。当然，汽车以太网技术的发展也面临着刚刚起步的产业配套发展、新的信息安全风险等诸多挑战，让我们一起期待汽车以太网技术的发展吧。

参考

[1]李海宁.基于AVB的汽车混合网络分析与设计[D].重庆邮电大学,2016.

[2]孟祥坤,张启鹏,张宏伟.车载以太网技术发展及测试方法研究[J].汽车电气,2019,(05):40-44.

[3]孟超.基于以太网骨干网的域集中式网络架构设计与验证[D].吉林大学，2018.

[4]吴晨晓. 汽车网络通信总线现状及发展[J]. 汽车实用技术, 2019, (02): 203-204.

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