2023年1月3日
ソフトウェアデファインド車両のためのソフトウェアデファインドネットワーキング
マーベル、オートモーティブビジネスユニット、マーケティング担当バイスプレジデント、アミール・バー・ニヴ、ソナタス、および最高マーケティング責任者、ジョン・ハインライン、マーベル、オートモーティブビジネスユニット、SW担当副社長、サイモン・エーデルハウス著
ソフトウェアデファインド車両（SDV）は、自動車業界における最新かつ最も興味深いメガトレンドのひとつである。 以前のブログ で述べたように、この新しいアーキテクチャーとビジネス・モデルが成功する理由は、すべての利害関係者にメリットをもたらすからである：
- OEM（自動車メーカー）は、アフターマーケットサービスや新たなアプリケーションから新たな収入源を得るだろう。
- 車の所有者は、車の機能や特徴を簡単にアップグレードできる。
- モバイル通信事業者は、新しいアプリケーションによる車両データ消費の増加から利益を得るだろう。
ソフトウェアデファインド車両とは何か？ 正式な定義はないが、この用語は、柔軟性と拡張性を可能にするため、車両設計におけるソフトウェアの使用方法の変化を反映している。 ソフトウェアデファインド車両をよりよく理解するためには、まず現在のアプローチを検証する必要がある。
今日の自動車機能を管理する組込み制御ユニット（ECU）にはソフトウェアが含まれているが、各ECUのソフトウェアは他のモジュールと互換性がなく、孤立していることが多い。 更新が必要な場合、車両の所有者はディーラーのサービスセンターに出向かなければならず、所有者は不便を強いられ、メーカーにとってはコストがかかる。
ソフトウェアデファインドの車両は、いくつかの点で現状を変える：
- ソフトウェアデファインド車両は、ECUソフトウェアを動的に再構成し、プログラム制御できるようになるため、より簡単かつ頻繁に更新できるようになる。
- これまで個々の機能を管理していたECUを統合して複数のタスクを管理できるようになり、車両が簡素化される。
前回は、車両内のイーサネットベースのネットワークが、再プログラミングや新しいアプリケーションへの容易な適応を可能にする利点を説明した。 これがソフトウェアデファインドネットワーク（SDN）だ。
ソフトウェアデファインドネットワークとは何か？
SDN はネットワークのコントロールプレーンをデータプレーンやフォワーディングプレーンから切り離し、物理的にオンプレミスのネットワーキング機器（この場合は車載ネットワーキング機器）からクラウドに移動させる。 この物理的な分離により、集中制御機能の確立が可能になり、自動車の場合、OEMはサービスセンターに出向くことなく、5Gセルラー経由で顧客のすべての車載ネットワークを管理することができる。 OEMはさらに、ユーザーデファインドアプリケーションとトラフィック転送ポリシーを組み込むことができる。SDNのおかげで、これらのアプリケーションと関連する帯域幅とセキュリティのニーズを認識するために、必要に応じてプログラミングすることができる。
車載SDNの実用化
2つの新しい潜在的なアプリケーションについて議論し、SDN がこれらのアプリケーションをどのようにサポートできるかを分析しよう：
アプリケーション1： 「車を傷つける犯人を捕まえろ」 このような状況を何度聞いたことがあるだろうか、あるいは経験したことがあるだろうか。 駐車場で誰かが誤って車に傷をつけたり、悪意を持って鍵で車に傷をつけたりする。 もしその車が、被害を与えた車の人物の顔やナンバーを捉えることができたとしたら？ OEMが車のオーナーにオンデマンドで提供できるクールな機能ではないだろうか？ 価格が適正であれば、人気のアプリケーションになるかもしれない。 このアプリケーションは、加速度センサーと、場合によってはマイクを使って、車をひっかいたり、ぶつけたり、ぶつけたりしたときに生じるノイズを検出する。 クルマが引っ掻きや衝突を識別すると、クルマの周囲にあるすべてのカメラが作動する。 その後、車はビデオストリームを中央ストレージに記録する。 このビデオは後に、保険や裁判を通じて修理費を回収するために、所有者が必要に応じて使用することができる。
アプリケーション2： 「車泥棒の記録」 このアプリケーションでは、システムが侵入の試みを検出すると、すべての内部および外部カメラが中央ストレージにビデオを録画し、直ちにクラウドにアップロードする。 これは、車泥棒が後でストレージを改ざんしようとした場合に備えてのことだ。 並行して、ユーザーは電話で警告信号やアラートを受け取るので、ビデオストリームを見たり、車内のサウンドシステムに接続して自分の声で泥棒を脅かすこともできる。
車載 SDN がどのようにこれらの提案されたアプリケーションをサポートできるかを説明するために、図 1 に示すように、中央のコンピュート、ストレージ、5G モデム（テレマティクスコントロールユニット、TCU とも呼ばれる）を含む高レベルのゾーンアーキテクチャを考えてみよう。
図1 – セントラルコンピュート、ストレージ、5Gモデムを備えたゾーナルアーキテクチャ
このようなアーキテクチャーを持つ自動車の通常運転では、選択されたカメラからのビデオストリームが中央演算処理装置に送られ、そこで機械学習（ML）を使って視覚分析が実行され、レーダーやライダーなどの他のセンサーからのデータがビデオと融合される。 そして中央演算装置は、衝突のない空間、車線の境界、車両が操縦すると予想されるその他の障害物に基づいて、車両の進路を計算する。 コリドーとも呼ばれるこれらのスペースは、SLAM（Simultaneous Location and Mapping）アルゴリズムを使って計算される。 SLAMアルゴリズムは、クラウドから継続的に更新されSSDに保存される高精細マップを使用する。
これらの特定のタスクのために、車載ネットワークは次のように構成されている：
- カメラやセンサーからの映像を中央演算処理装置にストリーミングする。
- ダウンロードしたHDマップをTCUからSSDストレージに（バーストで）ルーティングする。
- SSDからセントラルコンピュータへHDマップデータをルーティングする。
- 車のステアリング、アクセル、ブレーキシステムへの指令をネットワーク経由でルーティングする。
- ステアリング、アクセル、ブレーキの各コマンドを最優先するネットワーク・スイッチとゲートウェイを使用して、車両のスムーズな操作を可能にするQoS（Quality of Service）をサポートする。
では、説明した機能が、私たちの潜在的な新しいアプリケーションにどのように適用されるかを見てみよう。 車が駐車され、"Catch the Car Scratcher "機能が起動されると、車載ネットワークは日常運転で使用されるものとは異なるデータルーティング用に設定される：
- 加速度センサーとローカルマイクからのデータは、セントラルコンピュータ（車内にあれば別の低消費電力コントローラ）に送られる。
- セントラルコンピュータが振動や引っかき音を検知すると、すべてのカメラをオンにする。 ネットワークはビデオストリームをSSDストレージにルーティングし、ビデオフレームのドロップアウトを防ぐためにネットワーク内のトラフィックをバランスさせる。
- 並行して、セントラルコンピュータはTCUを通じてクラウド（および車の所有者）に警告通知を送信し、カメラの画像をアップロードすることもできる。
「車泥棒の記録」アプリケーションの場合、車載ネットワークは別の方法で構成される：
- この機能を作動させると、例えば車庫入れの際、車の各コーナーに設置されたカメラが（消費電力を抑えるために）低解像度の映像を連続的にセントラルプロセッサーに送信し、侵入者を検知する。 車の警報システムはまた、セントラルコンピュータに通知メッセージを送信する。
- 侵入が検知された場合、カメラはHDビデオストリームをセントラルコンピュータに送信するように設定されている。
- セントラルコンピュータはビデオストリームを圧縮し、SSDストレージに書き込む。
- SSDストレージと証拠映像が窃盗犯に盗まれるリスクを避けるため、SSDストレージからの映像ストリームはTCUを介して同時にクラウドにアップロードされる。
- TCUはまた、警報をすぐに調査できるように車両所有者に警報を送信する。
これらのアプリケーションは、車載 SDN がどのように新しく異なるアプリケーションに対応できるかを説明するために使用する簡素化された例である。 実際の構成はもっと複雑で、異なるイーサネットレイヤー、サービス品質、ロードバランシング、全体的なネットワークパフォーマンスの最適化をサポートする必要があるだろう。 さらに、サービス自体もプロビジョニングしなければならない。 これらの要件は、多くの場合イーサネット標準そのものによって満たされ、他の場合には特別な目的のソフトウェアによって満たされる。
SonatusソフトウェアがSDN機能を管理
Sonatusの車両インフラ管理ソフトウェアがその例である。 Sonatus Network Configuration Manager は、車載イーサネットネットワークの構成とパフォーマンスを最適化し、車内、車外、車内の通信を動的に制御する。これは、これらのシナリオで説明されているサービスを動的に提供するために必要なものである。 同様に、Sonatusのサービス指向アーキテクチャ (SOA) とサービス品質 (QoS) 管理ソフトウェアにより、サービスの追加と設定を動的に行うことができる。 カメラやマイクなどの新しいデータソースの接続を容易にし、上記のような機能を追加し、ミッションクリティカルなデータを確実に優先させる。 これらのソフトウェアコンポーネントは、アプリケーションの管理を容易にし、新機能の迅速かつ信頼性の高い展開を促進する役割を果たす。
車載SDNを強化するマーベルのスイッチと機能
車載イーサネットは車載SDNを実現する重要な要素の一つであり、上記のシナリオを実現するためにはエンドツーエンドのイーサネットネットワークが必要である。 Marvell® Brightlane™ Automotive Ethernet ポートフォリオ は、スイッチ、PHY、ブリッジの3つの製品カテゴリを使用して、このようなエンドツーエンドのイーサネットネットワークの設計と実装をサポートする。
- Brightlaneスイッチファミリは、複数のポート数オプションと、802.1AE MACsec、Trusted Boot、ディープパケットインスペクション（DPI）による高いセキュリティを備えている。 スイッチはさらに、タイムセンシティブネットワーキング(TSN)と802.1BAオーディオビデオブリッジング(AVB)規格による決定論的ネットワーキング要件をサポートする。
- BrightlaneイーサネットPHYファミリは、802.3ch準拠のマルチギグPHYを含め、100BASE-T1から10GBASE-T1までの車載イーサネット規格をフルサポートしている。 Brightlane PHYは、さらに802.1AE MACsecと802.1AS PTP (Precision Time Protocol)をサポートしている。 すべての Brightlane PHY は、AEC-Q100 Automotive Standardに準拠している。
- Brightlaneマルチギガビット・イーサネット・ブリッジは、MIPIアライアンスによって定義されたCSI-2インターフェースを介して、車載グレードのカメラやその他のデバイスに直接接続する。 802.3ch 10/5/2.5GBASE-T1規格のイーサネット物理層部分を実装している。
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