【導讀】隨著汽車電動化
、智能化、網聯化的快速發展
，車內電子係統規模和複雜性日益增強，智能化係統如車道偏離警告、主動避撞等係統越來越普遍。這些係統在應用時對車載網絡的實時性

、帶寬和可靠性提出了更高的要求。同時
，針對未來智能汽車電子電氣架構，車載網絡也需要新型的通信技術支持。

車載以太網發展趨勢，常用TSN協議種類和現狀

隨著汽車電動化、智能化
、網聯化的快速發展，車內電子係統規模和複雜性日益增強，智能化係統如車道偏離警告、主動避撞等係統越來越普遍。這些係統在應用時對車載網絡的實時性、帶寬和可靠性提出了更高的要求。同時
，針對未來智能汽車電子電氣架構，車載網絡也需要新型的通信技術支持。

與傳統車載網絡相比
，車載以太網可以達到百兆千兆甚至更好的傳輸速度，能夠支持高數據帶寬和高通信速率，非常適合汽車中的ADAS
、chezaiyuledengxitong，bingzhujianchengweiqichezhuganwangluo。suizheyitaiwangtongxinxieyidefazhan，takeyizaibaoliuchuantongyitaiwangyoushidetongshi，kefuchuanshubuquedingxingdequedian
，bingqieqidianduidiandegongzuofangshishidewangluoguihuagengjialinghuo
，keyitongguobutongdetuopujiegoumanzugegeziwangshishixing、冗餘性和成本的需求。

為了在以太網上提供同步化低延遲的實時流媒體服務
，IEEE 802.3工作組在2005年11月成立AVB工作組
，製定了一係列音視頻傳輸技術的協議
，使得基於以太網的實時音視頻傳輸技術得以走向市場。AVB組製定的以太網音視頻橋接技術（Ethernet Audio/Video Bridging
，以下簡稱AVB）是一項新的IEEE 802標準，其在傳統以太網的基礎上
，通過保障帶寬、限製延遲和精準時鍾同步
，為網絡提供完美的服務質量，以支持各種基於音頻、視頻的網絡多媒體應用。AVB關注於增強傳統以太網的實時音視頻性能
，同時又保持了100%向後兼容傳統以太網
，是極具發展潛力的下一代網絡音視頻實時傳輸技術。

為了更準確地反映AVB的持續發展
，IEEE AVB任務組名稱在2012年11月正式更改為“時間敏感網絡（Time Sensitive Network
，簡稱TSN）小組”。TSN任務組基於最初的AVB標準架構，並致力於開發更強的功能以實現超低時延的控製網絡。雖然AVB和TSN這兩個詞通常可以互換使用

，但是TSN協議簇裏提出了許多新的概念和功能，以支持更多的應用領域。時間敏感網絡（TSN）不是單一的標準，而是由一個係列標準組成。

下表是一係列TSN協議標準，然而並不是所有的協議都適用於車載場景。其中IEEE 802.1 AS、IEEE 802.1 Qbv、IEEE 802.1 CB
、IEEE 802.1 Qci、IEEE 802.1 Qbu
、IEEE 802.1 Qch、IEEE 802.1 Qcc和IEEE 802.1 Qcr被認為適用於車載場景。前四項標準是其中最常用，也最可能成為第一批應用於車載的TSN協議。這些協議可以保證車載網絡的時間同步，確定性傳輸和可靠性。然而在汽車這一典型的物理信息係統中，係統通信網絡的複雜性

、啟動時間要求
、功能安全和信息安全等多方麵因素都迫使這些標準協議及其參數設計需要被進一步研究和優化。

常用TSN協議的應用場景

在汽車領域，TSN可以應用於以下場景：

車載信息娛樂係統：TSN可用於傳輸車載娛樂係統中的音頻、視頻等多媒體數據，確保數據的實時傳遞和同步
，在車內提供更好的娛樂體驗。具體場景如圖所示，高清地圖和定位信息通過 T-BOX 經過中央網關傳遞給車機 HUT 和儀表；HUT 車(che)機(ji)上(shang)的(de)多(duo)媒(mei)體(ti)視(shi)頻(pin)流(liu)通(tong)過(guo)網(wang)關(guan)傳(chuan)輸(shu)到(dao)兩(liang)個(ge)後(hou)座(zuo)的(de)娛(yu)樂(le)屏(ping)
，要(yao)求(qiu)在(zai)兩(liang)個(ge)屏(ping)上(shang)同(tong)步(bu)播(bo)放(fang)同(tong)一(yi)個(ge)視(shi)頻(pin)內(nei)容(rong)。由(you)於(yu)數(shu)據(ju)要(yao)求(qiu)帶(dai)寬(kuan)大(da)，要(yao)求(qiu)快(kuai)速(su)冗(rong)餘(yu)切(qie)換(huan)和(he)精(jing)準(zhun)時(shi)鍾(zhong)同(tong)步(bu)
，所(suo)以(yi)需(xu)要(yao)用(yong)到(dao)802.1AS-Rev
，802.1CB
，802.1Qci，802.1Qbv等協議。

高級駕駛輔助係統（ADAS）：TSN可用於實現ADAS係統中不同模塊之間的實時數據交換，例如傳感器數據的傳輸、決策和控製命令的傳遞。確保這些數據的時間同步和確定性傳輸，保證傳感器融合或決策規劃算法正常工作。雷達、激光雷達、超聲波
、攝(she)像(xiang)頭(tou)等(deng)環(huan)境(jing)感(gan)知(zhi)傳(chuan)感(gan)器(qi)數(shu)據(ju)融(rong)合(he)
，對(dui)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)帶(dai)寬(kuan)要(yao)求(qiu)很(hen)大(da)，傳(chuan)感(gan)器(qi)數(shu)據(ju)融(rong)合(he)尤(you)其(qi)是(shi)采(cai)用(yong)後(hou)端(duan)數(shu)據(ju)融(rong)合(he)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，要(yao)求(qiu)來(lai)自(zi)不(bu)同(tong)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)數(shu)據(ju)可(ke)以(yi) 實時同步傳輸到中央計算平台。對於安全相關的多媒體數據流；傳輸周期小於 10ms；傳輸時延小於 1ms；不允許有數據丟失的情況。所以會用到802.1AS-Rev
，802.1Qbv
，802.1Qbu。

智能網聯汽車跨域通信：在zai新xin型xing汽qi車che電dian子zi電dian氣qi架jia構gou背bei景jing下xia
，車che載zai以yi太tai網wang作zuo為wei骨gu幹gan網wang絡luo連lian接jie各ge區qu域yu控kong製zhi器qi如ru圖tu所suo示shi。算suan力li共gong享xiang是shi一yi個ge典dian型xing的de場chang景jing，例li如ru區qu域yu控kong製zhi器qi使shi用yong中zhong央yang計ji算suan平ping台tai的de算suan力li實shi現xian車che輛liang控kong製zhi的de計ji算suan。在zai此ci場chang景jing中zhong涉she及ji到dao不bu同tong帶dai寬kuan和he不bu同tong實shi時shi性xing要yao求qiu的de流liu量liang傳chuan輸shu。TSN能滿足不同類型流量的通信需求，為了實現骨幹網絡中通信能力的最優分配
，達到低延時，高可靠和確定性的傳輸，可能用到的TSN協議有802.1AS-Rev，802.1CB，802.1Qci，802.1Qbv，802.1Qbu等。

隨著自動駕駛和智能交通技術的發展
，TSN在汽車領域的應用還將繼續擴展。

常用TSN協議的實現難點

TSN協議車載應用的實現難點如下：

1. 缺乏成熟的協議功能性能仿真平台，現有的如OMNet++，RTaW和TSN System在功能和車載場景適配上都有局限
，無法真實模擬車載場景進行仿真。

2. 車載以太網交換機和端節點芯片對協議的支持和開放程度有限。

3. 缺乏針對車載的TSN協議相關測試標準，且行業沒有係統級的TSN網絡測試方案。

4. TSNxieyifuzadugao

，zaifuzadewangluochangjingxiacanshushejikunnan，hebutongjiaohuanjidepeizhifangfagebuxiangtong，xuyaozidonghuadeshejihepeizhifangfalaijiangdijishushixiandenanduhesuoxuchengben。

在協議層麵的實現難點如下：

1. 針對IEEE 802.1Qbv的時間窗口設計與對齊：需要同時考慮各個流量的優先級
、帶寬需求、時序要求和鏈路傳輸延時等因素綜合設計。

2. 針對IEEE 802.1CB冗餘路徑選擇和冗餘幀的處理：baowendefuzhihuizhanyongduogelujingdedaikuanziyuan，xuyaojinxingkekaoxinghedaikuanliyonglvzhijiandequanheng。shejirongyulujingshixuyaokaolvrongyulujingzhijiandetiaoshuchabunengguoda，fouzekenenghuidaozhiwangluozhongfashengguzhanghuozhelianluduanlieshichuxianbaowentufahuoluanxudeqingkuang。

3. 針對 IEEE 802.1AS同步啟動時間和冗餘同步方案：xitongzaiqidongdaotongbuwanchengdeshijianhetongbushixiaohouruheyizuikuaisuduqiehuandaobeiyongshizhonghuobeiyongrongyulianlu，tongshibaozhengtongbujingdudewendingshizaichezaiyingyongshidenandian。

4. 針對IEEE 802.1Qci監控和過濾參數的配置：在複雜的車載網絡中，正確設計監控和過濾參數使通信網絡對可預見和不可預見的異常具備足夠的彈性是比較困難的。

基於英飛淩AURIX™的解決方案

針對上述實現難點，同濟大學開發了基於英飛淩AURIX™ TC3xx的時間敏感性網絡演示係統。

係統的整體結構如圖所示，由一個主控節點N1，兩個視頻轉發節點N2和N3

，一個音頻節點N4以及兩個帶攝像頭的樹莓派節點組成。其中N2節點同時還是車模的控製節點。N1-N4每個節點都包含以太網交換機和主控MCU TC3x7。四節點組成的主幹網絡通過1000BASE-T1連接形成環形網絡。

視頻流由兩個樹莓派節點生成並傳輸至N2和N3
，並最終根據設計的路徑到達PC，並在上位機上顯示。音頻文件存儲在上位機中，由上位機發往N4音頻節點
，通過音頻模塊和音響實現播放。控製報文以以太網的格式從上位機發出，到達N2節點後轉換成CAN報文，並發送給車模節點，實現車門和車燈的控製。

IEEE 802.1AS是網絡的基礎，用於所有節點的時間同步。其中N2的TC377為wei全quan局ju的de主zhu時shi鍾zhong節jie點dian，其qi他ta節jie點dian交jiao換huan機ji和he控kong製zhi器qi均jun以yi該gai節jie點dian時shi間jian為wei參can考kao進jin行xing時shi間jian同tong步bu。同tong時shi通tong過guo上shang位wei機ji可ke以yi動dong態tai的de對dui上shang述shu既ji定ding的de音yin視shi頻pin流liu量liang和he控kong製zhi流liu量liang進jin行xingTSN協議的配置，例如IEEE 802.1Qbv、IEEE 802.1CB
、IEEE 802.1Qci和基於TC3係xi列lie實shi現xian的de端duan節jie點dian分fen時shi調tiao度du機ji製zhi。除chu此ci之zhi外wai上shang位wei機ji還hai能neng控kong製zhi網wang絡luo中zhong幹gan擾rao流liu量liang的de生sheng成cheng，通tong過guo視shi頻pin卡ka頓dun的de直zhi觀guan感gan受shou和he視shi頻pin流liu實shi時shi端duan到dao端duan延yan時shi散san點dian圖tu，端duan和he橋qiao中zhong應ying用yongTSN協議後的實際效果和性能可以被清晰直觀的反應。

整個係統實物如圖所示：

下一篇我們將結合IEEE 802.1AS
，IEEE 802.1Qbv，IEEE 802.1CB協議標準，深入解析基於英飛淩AURIX™ TC3xx的時間敏感性網絡演示係統如何解決上述難點。

敬請期待……

本文轉載自：英飛淩汽車電子生態圈

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