2 车载以太网协议架构
车载以太网协议是一组多个不同层次上的协议簇,但通常被认为是一个4层协议系统:应用层、传输层、网络层、数据链路层,每一层具有不同的功能。4层结构对应于OSI参考模型,并且提供了各种协议框架下形成的协议簇及高层应用程序,车载以太网及其支持的上层协议的技术架构见图1。
2.1物理层(OABR)
参照OST模型,车载以太网在物理层,即第1、第2层采用了博通公司的BroadR-Reach技术,BroadR-Reach的物理层(PHY)技术由OPEN(一对以太网)联盟推动,因此有时也被称为OPEN联盟BroadR-Reach(OABR)。
BroadR-Reach提供标准以太网的MAC层接口,因而能够使用与其它以太网类型相同的数据链路层逻辑功能及帧格式,能够通过与其他以太网类型相同的方式运行高层协议和软件。
BroadR-Reach利用两组编码和信令方法将MAC层100 Mb/s的数据流转换成66Mhaud/s的三元信号,可使100 Mb/s的数据速率能够在较低的频率范围内实现,从而使得Broad R-Reach以较低的布线成本实现高数据速率。BroadR-Reach在单对非屏蔽双绞线卜传输差分信号,与CAN等其他车载网络类似,同时BroadR-Reach能够为网络提供电流隔离,其接地偏移额定值高达2500V。
BroadR-Reach支持全双工通信,可使一条链路上的两个车载以太网节点能够同时发送和接收数据。BroadR-Reach利用先进的数字信号处理技术实现一条链路上的两个节点能够同时在该链路中发送和接收数据,包括使用混合电缆等特殊设备和回音抵消等技术,使各以太网节点能够区分发送和接收的数据。
以上先进技术在车载以太网上的应用,使得BroadR-Reach物理层与传统车载CAN、LIN、Flexray网络相比,区别巨大且更加复杂,使得车载网络开发、测试工程师的相关经验不易在车载以太网开发测试工作上移植、应用。
2.2 A V B协议簇
汽车在信息娱乐与驾驶辅助领域的快速发展,需要更多的音视频数据在汽车系统中进行传输,因此基于以太网的音视频桥接(AVB)技术得到应用。AVB的高带宽和服务品质,确保数据的及时传递、更高的可靠性与较低的成本、开放的技术标准等特点,非常适合通过AVB协议应用在汽车部署中。AVB协议簇包括为精准时钟定时和同步协议(gPTP)、流预留协议(SRP)、时间敏感流的转发和排队协议(FQTSS)及音视频传输协议(AVBTP)。
2.3 TCP/IP协议簇
TCP/IP协议簇对应OSI模型的传输层,该部分是网络结构的中心部分,是下方硬件相关层和上方软件处理层的重要连接点,TCP/IP协议负责提供一些重要的服务以使高层的软件应用能够在互联网络中起作用,充当高层应用需求和网络层协议之间的桥梁。TCP/IP主要负责主机到主机之间的端到端通信。两个关键的传输协议为用户数据报协议(UDP)和传输控制协议TC P)。
2.4应用层协议
应用层协议是用户与网络的交互界面,负责处理网络特定的细节信息覆盖了OSI参考模型的第5层至第7层。应用层可根据用户需求为用户提供多种应用协议,如超文本传输协议(HTTP)、通信控制(SOME/IP)、服务发现(Service Discovery)、动态主机配置协议(DHCP)、流媒体服务(Stream Media Service)、设备发现、连接管理和控制协议(IEEE 1722.1)等。