车载以太网电缆未来可期

车载以太网是一种用以太网连接车内电子单元的新型局域网技术。与普通的以太网使用4对非屏蔽双绞线（UTP）电缆不同，车载以太网在单对非屏蔽双绞线上可实现100Mbit/s甚至1Gbit/s的数据传输速率，同时还应满足汽车行业对高可靠性、低电磁辐射、低功耗、带宽分配、低延迟以及同步实时性等方面的要求。 

车载以太网的物理层采用了博通公司的BroadR-Reach技术，BroadR-Reach的PHY技术支持车载网络单对绞线布线，具有较短的信道到达目标（在UTP上为15米），同时能够进行双向传输，并已经由OPEN联盟标准化了，因此有时也称车载以太网为BRR或OABR车载以太网的MAC层采用IEEE 802.3的接口标准，无需做任何适配即可无缝支持广泛使用的高层网络协议（如TCP/IP）。

主要核心技术：

❶ 物理层PHY

车载以太网使用单对非屏蔽电缆以及更小型紧凑的连接器，使用非屏蔽双绞线时可支持15m的传输距离（对于屏蔽双绞线可支持40m），这种优化处理使车载以太网可满足车载EMC要求。100M车载以太网的PHY采用了1G以太网的技术，通过使用回声抵消在单线对上实现双向通信。车载以太网的物理层与标准的100BASE-TX的物理层主要区别有：

❖ 与100BASE-TX所使用的扰频器相比，车载以太网数字信号处理器（DSP）采用了高度优化的扰频器，可以更好地分离信号，比100BASE-TX系的频谱效率更高。

❖ 车载以太网的信号带宽为66.7MHz，只有100BASE-TX系统的一半。较低的信号带宽可以改善回波损耗，减少串扰，并确保车载以太网可满足汽车电磁辐射标准要求。

❷ “一对数据线供电”PoDL 

以太网供电PoE技术是2003年推出的，可通过标准的以太网线缆提供15.4W的供电功率。在一条电缆上同时支持供电与数据传输，对进一步减少车上电缆的重量和成本很有意义。由于常规的PoE是为4对电缆的以太网设计的，因此专门为车载以太网开发了PoDL，可在一对线缆上为电子控制单元ECU的正常运行提供12VDC或者5VDC供电电压。 

❸ 先进电缆诊断ACD

ACD功能可以通过分析反射信号的幅度和延迟来检测电缆的故障位置，这对于实现车载以太网连接的高度可靠性至关重要。 

❹ 高能效以太网

当关闭引擎时，车上电子单元并不是全部关闭，这时需要用电池供电，而电池的电量又是有限的，这种情况下可采用高效能以太网技术通过关闭不在用的网络以降低耗电量。 

❺ 时间同步

车内某些应用需要实现不同传感器之间的时间同步，或者在执行某次测量时需要知道不同节点的时刻，这就需要在全部参与测试的节点间做到同步，某些精度甚至需要达到亚微秒级别。车载以太网采用了IEEE 802.1AS的定时同步标准，该标准通过IEEE 1588V2的Profile从而用一种更简单快速地方法确定主时钟，规定了广义的精确时间协议（gPTP）。 

❻ 时间触发以太网

车内的许多控制要求通信延迟要在微秒级。在传统以太网中，只有当现有的包都处理完后才会处理新到的包，即使是在Gbit/s的速率下也需要几百微秒的延迟，满足不了车内应用的需求。为了解决这一问题，IEEE 802.3工作组开发了一种高优先级的快速包技术，使得快速包可插入到正在处理的包队列中被优先处理以保证延迟在微秒级范围内。

❼ 音视频桥接AVB

为了满足车内音视频应用的低延迟和可保证的带宽要求，可在车内使用IEEE802工作组开发的AVB相关标准。

AVB技术提供了优先级、流预留协议（SRP）、流量整形协议（FQTSS）等核心功能。AVB在车内的应用案例有唇同步多媒体播放、在线导航地图等汽车联网应用、ADAS以及诊断功能等。

IEEE同时还制定了AVB的传输协议，包括：

❖ IEEE 1722-2011：桥接局域网中的时间敏感应用第二层传输协议标准，也被称为音视频传输协议（AVTP）。

❖ IEEE 1733-2011：桥接局域网中的时间敏感应用第三层传输协议标准。由于该协议是一个第三层协议，预计不会被汽车行业广泛采用。

为了提升AVB的适应性，满足工业等更多应用场景，IEEE AVB任务组已更名为“时间敏感性网络”TSN工作组，现在是IEEE802.1五大任务组之一，致力于开发实现超低时延的控制网络。

车载电子变得日益复杂，越来越多的传感器、控制器以及接口对带宽的要求越来越高，车内不同的计算单元和不同的域之间彼此通信的需求越来越强。这种复杂性直接导致了对车内连线使用上的增长。车内线束已成为继引擎和底盘之外车内第三大成本支出的部分，生产环节中布置配线的人工成本占整车的50%。同时，车内线束在重量上也是继底盘和引擎之外占第三位的部分。 

据全球著名咨询公司预测，到2020年，全球将部署4亿个车载以太网端口;到2022年，车载以太网端口将超过所有其他以太网端口总和。另到2020年，对于低端车型每辆车将有6~40个节点，而豪华车和混动/电动车型上将会有50~80个节点，有40%的已售车上使用车载以太网，到2025年，渗透率将增加到80%。