自動車は、150年近く前に内燃エンジンが発明されて以来、その技術的進歩においておそらく最大の変化に遭遇している。 自律性のレベルが高まることで、自動車や自動車での移動に対する考え方は大きく変わるだろう。 A地点からB地点に行くだけで、他のことはほとんどしない。そこに到達するまでの間、私たちはやりたいことをやり続けることができるだろう。
実際のところ、現代の自動車にはすでに大量の複雑な電子機器が組み込まれており、快適な乗り心地、エンジンのスムーズかつ効率的な動作、ドライバーと同乗者へのインフォテインメントの提供を実現している。 加えて、私たちが今買い始めているクルマに搭載されている機能や特徴は、もはや固定的なものではない。 エンジン制御システムやインフォテインメント・システムは、車両の寿命が尽きるまで更新が必要な場合が増えている。
このような更新は、イーサネット接続を車載ドメインに初めて導入する上で重要な役割を果たした。 BMWやVWのような大手自動車ブランドは、確立されているがはるかに遅いController Area Network (CAN) バスを使用しようとする代わりに、小型イーサネット・ネットワークを車種のシャーシに設置することによって、サービスセンターの整備士が行うアップロードの速度を劇的に向上させることができることに着目した。 その結果、転送時間は数時間から数分に短縮された。
アップグレード可能(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)の増加に伴い(既存の車載ネットワーク技術に大きな負担をかける)、イーサネットネットワーク自体も拡大している。 これに対して半導体業界は、当初はオフィスという比較的電気的にクリーンな環境向けに開発されたネットワーク規格を、より堅牢で、自動車メーカーの厳しい要件に適したものにするソリューションを開発した。 CAN とMedia Oriented Systems Transport (MOST) バスは、車載電子機器のリアルタイム情報の主要キャリアとして存続してきたが、現在では、イーサネットが車内の主要ネットワークとして進化し、リアルタイム通信と更新タスクの両方に使用されるようになったため、その役割に陰りが見え始めている。
燃費を向上させるために、軽量化を実現することが重要な環境では、通信を1つのネットワーク(特に比較的軽い銅線ケーブル2本で済むもの)で行えることは、運用上大きな利点となります。 さらに、カメラ、レーダー、LiDARトランシーバーなど、ドライバーアシスタンス/半自動運転を目的として車内のあらゆる場所に取り付けられるようになったセンサーの配備が進む中で、小さな接地面積のコネクターは不可欠である。 これは、非シールドのツイストペアケーブルの採用によって支えられている。
画像センシング、レーダー、LiDARの機能はすべて、大量のデータを生成する。 つまり、データ転送容量は、現在そして将来にわたって、車載イーサネットネットワークの重要な要件になるということだ。 業界は、まず100Mビット/秒のトランシーバーを提供し、さらに大容量の標準準拠の1000Mビット/秒トランシーバーを提供することで迅速に対応した。
しかし、より多くの帯域幅を提供するだけでは十分ではない。 自動車メーカーが信頼性の高い制御に必要なリアルタイムの挙動を犠牲にする必要がないように、関連する国際標準化委員会はデータのタイムリーな配信を保証するプロトコルを開発した。 タイムセンシティブネットワーキング(TNS)は、予測可能な時間枠内で確実に配信するために、仮想チャネル上で予約された帯域幅を使用する機能をアプリケーションに提供する。 重要度の低いトラフィックは、従来のイーサネットのベストエフォート型サービスを利用することができる。
業界の先進的な半導体ベンダーであるマーベルは、車載用に最適化されたイーサネット・スイッチにおいて、TCAM(Ternary Content-Addressable Memory)を採用したDPI(Deep Packet Inspection)などの機能により、リアルタイム性能をさらに強化している。 DPIメカニズムにより、ハードウェアはスイッチ入力に到着した各パケットを注意深く調べ、メッセージがどのように処理されるべきかを即座に決定することができる。 パケット検査は、特定のタイプのメッセージをトラップすることでリアルタイムのデバッグ処理をサポートし、プロセッサの介入を回避することで、車両内で発生するアプリケーションの待ち時間を大幅に短縮する。
リモート管理フレームからのサポートは、車載イーサネットにおけるもう一つの重要なプロトコル上の発展である。 これらのフレームにより、システムコントローラがスイッチの状態を直接制御することが可能になる。 例えば、システムコントローラは、I/Oポートが不要になると自動的に電源を落として、貴重なバッテリー寿命を維持するすことができる。
コアとなるイーサネット規格にこうした改良を加え、さらに耐障害性を向上させた結果、自動車を単なる移動手段から、将来的にはデータリッチで自律的なモバイル・プラットフォームへと進化させるという、自動車の継続的で拡張可能な手段が出現した。
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