MOST

Unterhaltung und Information im Auto – ein Blick in die Zukunft

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Netzwerkarchitektur für die gesamte Kommunikation im Auto

Wie sähe es aus, wenn die zukünftige Netzwerkarchitektur im Auto wieder von Anfang an entwickelt werden würde? Die Evolution von MOST begann mit der Übertragung von Audiodaten. MOST ist ein synchrones Netzwerk, weil diese Architektur die höchste Audioqualität bei minimalem Aufwand liefert. Die erste MOST Generation startete als Unterhaltungsnetzwerk und wurde nach ein paar Jahren zu einem Infotainment-Netzwerk erweitert, weil Navigationssysteme entwickelt und Autos mit dem Internet verbunden wurden.

Mit dem Ziel, eine Netzwerkarchitektur für die gesamte Kommunikation im Auto und nicht nur den Transport von Internetdaten zu definieren, sollten einige Echtzeit-Fähigkeiten ergänzt werden. Angenommen, einige Ereignisse oder Befehle müssen in Echtzeit über das Netzwerk verschickt werden, werden diese kurzen Kontrollmitteilungen im Kommunikationskanal in eine Warteschlange gestellt, wobei die Latenz wahrscheinlich länger wird, als es für solche Kontrollaufgaben akzeptabel ist. Folglich benötigt man Mechanismen, um größere Pakete aufzuteilen, damit Echtzeitnachrichten zwischendurch in den Kommunikationskanal gelassen werden, um eine akzeptable Latenz zu ermöglichen.

Eine typische Herangehensweise, die in einer Zahl von industriellen Ethernetversionen eingesetzt wird, ist die Aufteilung der Übertragungszeit in Zeitfenster und die weitere Unterteilung dieser in Bereiche für Echtzeit- und bestmöglicher Kommunikation. Damit ist die Kommunikation immer noch Paket-basiert, aber es gibt klar definierte Zeiten zwischendurch, in denen Echtzeitkommunikation möglich ist. Damit ist garantiert, dass Echtzeit-Kontrollnachrichten eine Chance haben, um durch den Kanal zu gelangen und eine garantierte maximale Latenz wird erreicht.

Ist die Übertragung in Zeitframes aufgeteilt dann ist es naheliegend einen weiterern Bereich für synchrones und isochrones Datenstreaming zu definieren. Das bietet den einfachsten und effektivsten Weg, um Audiodaten in höchster Qualität zu übertragen oder um garantierte Bandbreite für Videoströme bereitzustellen.

Im MOST Netzwerk der nächsten Generation wird die Übertragungsgeschwindigkeit erhöht, aber die zugrundeliegenden Architekturprinzipien werden beibehalten. Der Basis-Zeitrahmen bleibt bei 20 µs, aber die Zahl der Bytes pro Rahmen wird entsprechend der Netzwerkgeschwindigkeit erhöht. Bei einer Geschwindigkeit von etwa 5 Gbit/s werden die MOST Frames mehr als 10 KByte enthalten. Das erlaubt die Erweiterung bestehender Kanäle und die Ergänzung neuer Kanäle.

Weitere Audio- und Videokanäle mit viel höherer Bandbreite können für die Übertragung unkomprimierter Videodaten ergänzt werden. Denkbare Erweiterungen der bestehenden Kanäle könnten beispielsweise ein zweiter Kontrollkanal sein, der für Systemmanagement reserviert ist, oder ein separater Ethernetkanal, um vertrauenswürdigen und nicht vertrauenswürdigen IP-Verkehr in einem vollkommen geschützten und Hacker-sicheren Bereichen voneinander zu trennen.

Die nächste MOST Generation wird auch zwei weitere einmalige Eigenschaften von MOST beibehalten und erweitern: Routing-Fähigkeiten und applikationsspezifische Schnittstellen. Applikations- und datenspezifische Schnittstellen wie I2S für Audio oder TSI für Video erlauben die Datenübermittlung an Geräte auf höchst effektive Art und Weise. Keine CPU muss Pakete filtern und keine Software-Stacks sind dazwischen.

Die kommenden Schnittstellencontroller werden alle geläufigen datenspezifischen Schnittstellen unterstützen und sie werden zudem Mehrzweck-Schnittstellen wie PCIe, USB oder MediaLB haben. Für neue Datentypen werden Applikationsschnittstellen für unkomprimiertes Video, wie beispielsweise YUV oder MIPI, MII/GMII Schnittstellen für die Ethernet-Kommunikation ergänzt. Die kommenden Netzwerk-Controller werden auch flexible Routing-Fähigkeiten zwischen Schnittstellen und Netzwerk, aber auch zwischen unterschiedlichen Schnittstellen haben.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich die zukünftige Netzwerkkommunikation in Fahrzeugen mit einer Netzwerkgeschwindigkeit von 5 Gbit/s an die steigenden Bandbreite-Anforderungen anpassen wird. Für den Physical Layer stehen dem Hersteller optische und elektrische Varianten zur Auswahl. Für den optischen Physical Layer wird Glasfaser in Betracht gezogen. Als elektrischer Physical Layer ist Koaxialkabel die bevorzugte Lösung, da es neue Funktionalitäten wie die bidirektionale Datenübertragung und Stromversorgung über dasselbe Kabel bietet. Dank der Multiplex-Architektur mit leistungsfähigen Schnittstellen, Multiprotokoll-Kanälen, Synchronizität und niedriger Netzwerklatenz ist die MOST Architektur bereit für die Zukunft.

* Rainer Klos ist Director Engineering bei Microchip Technology und Administrator der MOST Cooperation. Er arbeitet seit 1995 an der Entwicklung von Netzwerkstandards, ICs, Software und Tools für MOST.

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