Quo vadis Automotive Ethernet?

Die Automobilindustrie befindet sich in einem tiefgreifenden Wandel. Fortschritte in Bereichen wie autonomes Fahren, fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (ADAS), Infotainment und Fahrzeugkonnektivität erfordern leistungsstarke und zuverlässige Kommunikationsnetzwerke im Fahrzeug. Automotive Ethernet etabliert sich dabei als eine Schlüsseltechnologie, um diese Anforderungen zu erfüllen. Dieser Blogbeitrag befasst sich mit der Entwicklung von Automotive Ethernet Standards und ihrer Rolle in modernen Fahrzeugen.

Ursprung und Motivation

Traditionelle Fahrzeugnetzwerke wie CAN (Controller Area Network), LIN (Local Interconnect Network) und FlexRay erfüllten lange Zeit die Anforderungen der Automobilbranche. Sie boten jedoch nur begrenzte Datenübertragungsraten von maximal 10 Mbit/s, was mit der zunehmenden Anzahl von Sensoren, Kameras und Steuergeräten in modernen Fahrzeugen problematisch wurde. Ethernet, ein Standard, der ursprünglich für lokale Netzwerke in der IT entwickelt wurde, versprach die nötige Bandbreite und Flexibilität, um die steigenden Anforderungen der Automobilbranche zu erfüllen.

Was ist Automotive Ethernet überhaupt?

Automotive Ethernet ist eine spezielle Adaption des Standard-Ethernet-Protokolls, welche speziell für die anspruchsvolle Umgebung moderner Fahrzeuge entwickelt wurde. Es basiert auf der gleichen Kerntechnologie, die auch den meisten kabelgebundenen Computernetzwerken zugrunde liegt, enthält jedoch entscheidende Änderungen, um den Anforderungen der Automobilindustrie gerecht zu werden. Dazu gehören Mechanismen zur Verringerung elektromagnetischer Störungen (EMI), Time-Sensitive Networking (TSN) für die Kommunikation in Echtzeit und erhöhte Robustheit, um extremen Temperaturen, Vibrationen und Feuchtigkeit standzuhalten.

EMI, oder elektromagnetische Interferenz, bezieht sich auf Signalstörungen, die durch andere elektronische Komponenten in einem Fahrzeug verursacht werden. Automotive Ethernet minimiert dieses Risiko durch den Einsatz von speziell entwickelten Kabeln und Steckern, die das Rauschen reduzieren und eine zuverlässige Datenübertragung gewährleisten. TSN wiederum ermöglicht es dem Ethernet, zeitkritische Daten zu verarbeiten, indem es die Uhren zwischen den Geräten synchronisiert und dem wichtigen Datenverkehr Priorität einräumt. Dadurch wird sichergestellt, dass wichtige Systeme – wie Bremsen, Lenkung oder ADAS – Daten mit minimaler Latenz und maximaler Zuverlässigkeit empfangen.

BroadR-Reach, 10BASE-T1S und die Einführung von 100BASE-T1

Der entscheidende Türöffner für Automotive Ethernet war die Entwicklung des 10BASE-T1S-Standards, welcher weit vor 100BASE-T1 eingeführt wurde. Dieser Standard lieferte einen überzeugenden Proof of Concept, dass Ethernet im Automobilumfeld praktikabel ist. Obwohl 10BASE-T1S im Vergleich zu heutigen Standards relativ niedrige Übertragungsgeschwindigkeiten bot, demonstrierte es dennoch die Eignung von Ethernet, um bestehende Standards wie CAN und LIN abzulösen.

Der nächste wichtige Schritt war dann die Standardisierung durch das IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), das 2015 den 100BASE-T1-Standard einführte. Dieser Standard ermöglichte eine Datenübertragungsrate von 100 Mbit/s über zwei einzeln verdrillte Kupferkabel und erfüllte die strengen Anforderungen der Automobilindustrie an elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) und Zuverlässigkeit. 100BASE-T1 erwies sich seinerzeit als ideal für die Vernetzung von Sensoren, Kameras und ECUs in modernen Fahrzeugen. Der Standard wurde allgemein als BroadR-Reach bekannt (ursprünglich von Broadcom als Marke geschützt).

Der Schritt zu 1000BASE-T1 und Multi-Gigabit Ethernet

Mit dem Aufkommen von ADAS und autonomen Fahrfunktionen stiegen die Bandbreitenanforderungen in Fahrzeugnetzwerken weiter rapide an. Dies führte zur Entwicklung von 1000BASE-T1, einem Standard, der Übertragungsraten von bis zu 1 Gbit/s ermöglicht. 1000BASE-T1 wurde 2016 von der IEEE standardisiert und erfüllt die Anforderungen von Systemen, die große Datenmengen in Echtzeit verarbeiten müssen, wie z.B. Kamerasysteme und LiDAR-Systeme.

Angesichts der rasant wachsenden Datenmengen in zukünftigen Fahrzeugen entwickelt sich die Technologie weiter hin zu Multigigabit-Ethernet, mit Standards wie 2.5GBASE-T1 und 10GBASE-T1, die Übertragungsraten von bis zu 10 Gbit/s bieten. Diese Standards sind beispielsweise entscheidend für den Betrieb komplexer Sensor- und Steuersysteme in autonomen Fahrzeugen. Um die Anforderungen als auch die Echtzeitfähigkeit dieser immer komplexer werdenden System zu gewährleisten, sind o.g. Entwicklungen unumgänglich. Dies betrifft nicht nur die Komfort-Funktionen des Fahrzeugs, sondern auch die die Funktionale Sicherheit.

Die Zukunft von Automotive Ethernet

Automotive Ethernet bietet zwar grundlegende Vorteile in der Kommunikation im Fahrzeug, doch seine breite Einführung ist mit beträchtlichen Herausforderungen verbunden. Dazu gehört vor allem die Standardisierung. Die unterschiedlichen Anforderungen des Automobilsektors haben zu konkurrierenden Implementierungen geführt, die Bedenken hinsichtlich der Interoperabilität und der Integrationskonsistenz aufkommen lassen. Darüber hinaus sind die Kosten nach wie vor ein Hindernis, insbesondere für erschwinglichere Fahrzeuge, da die Kosten für Ethernet-Hardware wie Hochgeschwindigkeitsverkabelung und robuste Steckverbinder in der Regel höher sind als die Kosten für ältere Busse wie CAN oder LIN. Hinzu kommt die technische Komplexität: Die Implementierung von Ethernet erfordert die Verwaltung des Echtzeit-Datenflusses, der Signalintegrität und der Timing-Präzision – Faktoren, die eine ausgefeilte Entwicklung, Prüfung und Diagnose erfordern.

Trotz dieser Hürden bleibt die Zukunft vielversprechend. Branchenverbände wie IEEE, Avnu und die Open Networking Foundation setzen sich für einheitliche Standards ein und ebnen damit den Weg für eine leichtere herstellerübergreifende Anpassung. In der Zwischenzeit definieren Fortschritte wie 25 Gb/s PHYs (z.B. IEEE 802.3cy) und die Integration mit 5G die Möglichkeiten in Bezug auf Datendurchsatz und vernetzte Mobilität neu. Da Fahrzeuge zunehmend softwaredefiniert und datengesteuert sind, ist Automotive Ethernet unerlässlich um fortschrittliche Fahrassistenzsysteme und Echtzeit-Kommunikation zwischen Fahrzeugen und ihrer Umgebung (Vehicle-to-Everything, V2X) zu ermöglichen.

dissecto HydraLink: DIE Lösung für Automotive Ethernet

Im Automobilsektor vollzieht sich ein Paradigmenwechsel von Controller Area Network (CAN)-basierten Systemen zu fortschrittlichen Automotive Ethernet-Netzwerken wie BroadR-Reach. Die derzeit auf dem Markt erhältlichen Lösungen sind oft sperrig, teuer und in ihrer Funktionalität eingeschränkt. Genau hier setzt dissecto HydraLink an: ein vielseitiger USB-zu-Automotive-Ethernet-Adapter, der keinen zusätzlichen Media Converter benötigt und ohne separate Stromversorgung auskommt.

HydraLink unterstützt die wichtigsten Ethernet-Standards, was ihn zu einer schlanken, leistungsstarken und kostengünstigen Lösung für Tests, Diagnosen und Entwicklungsumgebungen macht. Mit Gigabit Automotive Ethernet ermöglicht HydraLink eine zuverlässige, nahtlose und vor allem schnelle Verbindung zu vernetzten Fahrzeugen und Embedded-Systemen. Die einfache Handhabung und Plug-and-Play-Funktionalität machen die Integration in bestehende Arbeitsumgebungen zum Kinderspiel.

Mit dissecto HydraLink wird Gigabit Automotive Ethernet einfach und effizient! Mit diesem Interface vermeiden komplizierte Setups, optimieren Ihre Arbeitsabläufe und verbinden sich schnell und reibungslos mit modernen Fahrzeugnetzwerken. Sind Sie an dem Produkt interessiert? Unterstützen Sie unsere Crowdsupply-Kampagne!

Beispiel aus unserem Knowledge-Base-Skript zur DoIP-Konnektivitä (siehe hier):

#PYTHON
from scapy.all import *
from scapy.contrib.automotive.doip import DoIPSocket
from scapy.contrib.automotive.uds import UDS, UDS_RDBI
load_contrib("automotive.doip")
sock = DoIPSocket("169.254.117.238")
pkt = DoIP(source_address=0xe80, target_address=0x4010)/UDS()/UDS_RDBI(identifiers=[0x1000])
resp = sock.sr1(pkt, timeout=1)
resp.show()

Fazit

Die Entwicklung von Automotive Ethernet ist einer der bedeutendsten technologischen Fortschritte in der modernen Fahrzeugindustrie. Von den ersten Anfängen bis hin zu Gigabit- und Multigigabit-Ethernet-Standards hat sich diese Technologie als unverzichtbar erwiesen, um die wachsenden Anforderungen an Datenübertragungsraten und Konnektivität zu erfüllen. Lösungen wie dissecto HydraLink sind ein Beispiel dafür, wie innovative Produkte dazu beitragen können, den Übergang zu diesen neuen Technologien effizienter und zugänglicher zu machen.