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2018年1月10日

自動車の車内ネットワークとその応用を大きく変えるイーサネット

マーベル、オートモーティブ・アプリケーション＆アーキテクチャ担当シニアダイレクター、クリストファー・マッシュ著

現在自動車で使われている車載ネットワークは、いくつかの異なるデータネットワーキングプロトコルの組み合わせに基づいており、そのうちのいくつかは何十年も前から使われている。 パワートレインと関連機能を担当するCAN（コントローラエリアネットワーク）、主に時間的制約のない乗員／ドライバーの快適性（空調制御、環境照明、シート調整など）に使用されるLIN（ローカルインターコネクトネットワーク）、インフォテインメント用に開発されたMOST（メディアオリエンテッドシステムトランスポート）、ABS（アンチロックブレーキ）、EPS（エレクトロニックパワーステアリング）、車両安定機能用のFlexRay™がある。 

異なるプロトコルを使用する結果、インフラ内でのデータ転送にはゲートウェイが必要となる。 その複雑さゆえの結果、自動車メーカーにはコストがかかる。 また、それぞれのネットワークに必要なワイヤーハーネスが車両重量を増やすため、燃費にも影響する。 ワイヤーハーネスはエンジン、シャシーに次いで3番目に重く、3番目に高価な部品である。 さらに、これらのゲートウェイには待ち時間の問題があり、迅速な対応が求められるセーフティクリティカルなアプリケーションに影響を与える。 

自動車に搭載される電子制御ユニット（ECU）の数は増加の一途をたどっており、高級車では150個以上、標準車でも80～90個に迫るECUが搭載されることもある。 同時に、より高度な車両自律性に向けて、先進運転支援システム（ADAS）の実装をサポートするデータ集約型アプリケーションも登場している。 このため、HDカメラやLiDAR技術の導入が進み、データレートと帯域幅全体が大幅に増加している。 

その結果、車載ネットワーキングが展開される上で、第一に使用されるトポロジーの点で、第二にそれが依存する基本技術の点で、根本的に変わる必要がある。 

現在、車内のネットワーキング・インフラはドメインベースのアーキテクチャである。 ボディコントロール、インフォテインメント、テレマティクス、パワートレインなど、主要機能ごとにドメインが分かれている。 これらのドメインでは、多くの場合、異なるネットワークプロトコルが混在している（例えば、CAN、LINなどが関係している）。 

ネットワークが複雑化するにつれ、このドメインベースのアプローチが効率的でなくなってきていることは、自動車エンジニアにとって明らかだ。 その結果、今後数年間は、現在のドメインベースのアーキテクチャからゾーンベースのアーキテクチャへの移行が必要になるだろう。

 ゾーン配置とは、車両内のECUの位置（ゾーン）に基づいて、異なる従来のドメインからのデータが同じECUに接続されることを意味する。 この配置により、必要なワイヤーハーネスが大幅に削減され、それによって重量とコストが削減され、ひいては燃費の向上につながる。 イーサネット技術は、ゾーンベースの車載ネットワークへの移行において極めて重要な役割を果たす。 

イーサネットテクノロジーがサポートする高速データレートに加え、イーサネットは世界的に認知されているOSI通信モデルに準拠している。 イーサネットは、データ通信や産業オートメーション分野ですでに広く導入されている、安定した、長い歴史を持ち、よく理解された技術である。 他の車載ネットワークプロトコルと異なり、イーサネットには、さらなるスピードグレードをターゲットとする明確な開発ロードマップがある。一方、CANやLINなどのプロトコルは、すでにアプリケーションがその能力を超え始めている段階に達しており、問題を軽減する明確なアップグレードの道はない。 

将来的には、イーサネットが車内でのすべてのデータ転送の基盤となり、異なるプロトコル間のゲートウェイ（ハードウェアコストとそれに伴うソフトウェアのオーバーヘッド）の必要性を減らす共通のプロトコル・スタックを提供することが期待されている。 その結果、すべてのプロトコルとデータ形式が一貫した、車両全体で単一の均質なネットワークが実現する。 これは、車載ネットワークがスケーラブルであることを意味し、高速（たとえば10G）と超低遅延を必要とする機能に対応できるようにする一方で、低速機能のニーズにも対応できるようにする。 イーサネットPHYは、画像センシングデータを伝送するための1Gbpsデバイスであれ、自律走行に使用される新しいクラスの低データレートセンサーに必要な10Mbps動作のものであれ、特定のアプリケーションと帯域幅の要求に応じて選択される。 

ゾーンアーキテクチャの各イーサネットスイッチは、すべての異なるドメインアクティビティのデータを伝送することができる。 すべての異なるデータドメインはローカルスイッチに接続され、イーサネットバックボーンがデータを集約し、その結果、利用可能なリソースをより効果的に使用できるようになり、同じコアプロトコルを使用しながら、必要に応じて異なる速度をサポートできるようになる。 この均質なネットワークは、車内で "どこにいても、どんなデータでも "提供し、ネットワークを通じて利用可能なさまざまな領域のデータを組み合わせることで、新しいアプリケーションをサポートする。 

マーベルは、2017年夏にAEC-Q100準拠の88Q5050セキュアギガビットイーサネットスイッチ 、イーサネットベースの車載ネットワーキングとゾーンアーキテクチャの進展をリードしている。 このデバイスは、標準的なイーサネット実装に関連するOSIレイヤー1～2（物理レイヤーとデータレイヤー）の機能を扱うだけでなく、ディープパケットインスペクション（DPI）など、OSIレイヤー3、4以降（ネットワークレイヤー、トランスポートレイヤー以上）に位置する機能も備えている。 トラステッドブート機能との組み合わせにより、車載ネットワーク・アーキテクトは、ネットワーク・セキュリティの確保に不可欠な主要機能を利用できる。 主要機能を備えた自動車ネットワークアーキテクト

Tags: 車載イーサネット,イーサネット,イーサネットネットワーク

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