赫千科技开拓应用于汽车的全光网络通信架构

汽车盖世汽车 2023-05-16 10:02

随着汽车技术的不断向前发展，用户对汽车的智能化、自动化、网联化的需求也在不断提升。毫无疑问，拥有良好用户体验的汽车将赢得购车用户的追捧，促使汽车制造商不断增加新的服务以满足用户的需求，而不断增加的服务实施需要大量的ECU安装车内以完成预设功能，这些ECU将会增加网络端口数量和车内传输的数据量，海量的数据传输使得传统的车载通信总线无法满足要求。

现阶段，尽管车载以太网总线已经被应用于车内进行数据传输，但是车载以太网总线的传输带宽仍然是100Mbps，最大传输不超过1Gbps，其传输媒介仍然采用铜。然而，伴着在ADAS、自动驾驶、车载娱乐的全面发展要求更多传感器接收越来越多的低延迟和确定性的数据传输、高分辨率视频流量的传输以及5G 等更快的无线连接技术促使智能汽车能够相互交换传感器和控制信息等，使得车载网络的通信带宽需求呈爆炸式增长，导致了现阶段1Gbps的车载以太网传输带宽难以满足不断增加的车载网络数据的传输需求。

为了支撑更高传输带宽，弥补现有车载以太网采用非屏蔽铜双绞线进行传输数据的弊端，抓住用户需求中的痛点，赫千科技将传统以非屏蔽铜双绞线作为车载以太网的传输媒介替换为以光纤作为车载以太网总线传输，打造全光网络的通信架构在整车网络进行应用，如图1所示。采用全光网络的通信架构，能够支持更高带宽（>25Gbps）、更低延迟、更低成本、更长寿命，更短的开发周期。

图1赫千科技全光网络通信架构示意图

√ 为何采用光纤以太网？

尽管光纤与金属铜线在车载以太网中都能够作为传输介质，但是采用光纤作为传输介质相比金属铜线，更具有优势，具体体现在以下几个方面：

■ 采用光纤具有更优越的EMC性能

由于金属铜线作为导体在进行加工过程中，很难精确的保证每根铜线的加工工艺、纯度都完全相同或后续在双绞线制作过程中存在差异，可能会导致两根非屏蔽铜双绞线的长度或阻抗存在差异。在这种情况下，差分信号经过铜双绞线进行传输的过程中将产生时间偏差或信号幅度偏差，如图2所示。尽管信号发送端的信号在发出一个精确的差分信号，但差分信号在通过存在差异的单对铜非屏蔽双绞线时，从差分信号模式转化为共模模式的能量变化将会发生，使得在接收端中产生信号差模能量的减少，从而形成了非必要的共模干涉，使得采用铜线传输车载以太网总线存在电磁干扰，导致对车内ECU、执行器产生严重影响。但是，采用光纤作为传输介质，由于光的传输特性，并不会产生EMC方面的问题，不会对车内的ECU、执行器产生影响。因此，相比于铜线作为传输介质，采用光纤作为传输介质具备更优异的EMC性能。

图2 车载网络中电磁干扰产生示意图

■ 采用光纤具有更低的成本

EMC 认证是 TIER-1 和 OEM 平台验证的关键步骤之一，通信速率超过 100 Mbps 的铜链路需要复杂且昂贵的解决方案以符合 OEM 严格的 EMC 规范：高质量屏蔽、受控双绞线、复杂的直插式连接器等。相比铜，采用光纤作为传输介质并不会产生EMC问题，光纤通信端口可以更容易地通过EMC验证，能够降低线束和连接器的成本。另外，还能够节约开发和调试阶段的资源使用，缩短开发周期，降低人力和物料成本。

■ 采用光纤通信使得PHY连接器具有更小尺寸

相比铜线制成的非屏蔽双绞线通信，采用光纤通信时，物理层芯片设计无需考虑昂贵的EMC安全电路设计以及合适的电磁组件，因此光纤通信中的物理层芯片设计比铜双绞线通信的物理层要简单，使PHY连接器具备更小的尺寸。

√ 赫千科技自研高速光纤TSN集中式架构

赫千科技独立研发的高速光纤TSN集中式网关架构的应用使得基于集中式网关架构能够以超高带宽、超低的延迟、低成本、确定性的通过光纤进行传输海量车载网络通信数据，最大支持传输10Gbps的传输速率并且具有优异的EMC性能；

主要应用包括 ADAS系统、自动驾驶系统、360°环视系统、车载信息娱乐系统、BMS系统和集中式计算架构，当这些系统都采用光纤进行通信时，车载网络俨然成为全光网络通信的集中式架构。

图3为赫千科技自研的高速光纤TSN集中式架构的一种配置方案，采用4个域TSN网关通过塑料光纤相互连接，并可以通过光纤连接至中央计算单元进行数据处理，其中，域TSN网关A接入4个GMSL的摄像头，域TSN网关B接入ETH摄像头、ETH激光雷达、ETH4D 毫米波雷达，域TSN网关D接ETH摄像头、ETH补盲激光雷达。高速光纤TSN集中式架构最大支持10Gbps的传输速率，采用塑料光纤进行传输，同时也支持采用铜线进行传输。

图3赫千科技自研的高速光纤TSN集中式架构的一种配置方案

高速光纤TSN集中式架构以10G TSN Switch作为核心单元，扩展出10G Fiber、10G electronic、1G POF以及100/1000Base-T1等网络接口。TSN交换单元支持IEEE802.1 AS，IEEE802.1Qav，IEEE802.1Qbv的TSN协议，以及二层交换机相关标准协议。TSN交换单元还支持多路GMSL摄像头/以太网摄像头/激光雷达/4D毫米波雷达等传感器的接入，传感器采集的图像或点云数据通过以太网1722封包后由10G TSN Switch进行转发，传送至终端网关进行图像帧缓存、缩放、混合等处理，最终输出至显示接口。

综上所述，采用光纤作为车载以太网总线通信的传输媒介，相比于铜双绞线，能够具有传输更高的带宽、更低的延时、更优异的EMC性能、更低成本等优点。相信在不久的将来，在赫千科技等优秀企业的推动下，基于车载以太网的全光网络通信架构将会在车辆广泛应用，进一步给用户带来更良好的体验。

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