今天给大家介绍的是恩智浦应用RTaW-Pegase软件设计汽车以太网架构冗余的一个应用案例,下图所示的Zonal网络架构很方便可以做到冗余,尤其是在以太网主干结构(高亮部分),IEEE 802.1 CB是无缝冗余TSN标准,支持丢帧的零恢复时间。该演示为网络不同位置具备CB功能的各种拓扑结构的模型,能够量化这些差异,RTaW-Pegase呈现的数据有助于网络和安全团队开发高性价比的冗余方案。
1.冗余网络配置
1.1 4个具有CB交换机,不具有CB功能的Talker和Listener
优点:
① 可以使用现有的终端节点
② 主干网络的硬错误或软错误受到保护
硬错误指持续时间较长的错误,如棕色线所示
软错误指间歇性错误,如CRC错误帧
棕色线和蓝色线是数据包的冗余路径
③ S-B或S-Y的故障受到保护
缺点:
① 主干带宽是冗余流的两倍+:“+”是由于添加的6字节R-Tag和可能的4字节S-Tag
② 从Talker到Listener的连接不受保护
③ S-A,T-1,S-Z和L-1的故障不受保护
1.2 6个CB交换机,非CB Talker和Listener
优缺点与上一种方式相似,唯一的不同是主干增加了S-C和S-D,通过建模观察在受保护的主干结构上增加连接数的软错误影响。
1.3 非CB交换机,CB双宿主Talker和Listener
优点:
① 可用现有的交换机
② 整条路径上的硬错误和软错误受到保护:棕色线和蓝色线(虚线不表示数据流)
③ 任何单个交换机的故障受到保护
④ 蓝色(线或交换机)路径上所有故障都受到保护
⑤ 棕色路径上所有故障都受到保护
⑥ 主干带宽是冗余流的网络#1的一半,虚线不表示也不可用
缺点:
① 需要(具备双以太网端口的)双宿主终端节点
② 终端节点复制帧&消除复制
③ T-1和L-1的故障不受保护
1.4 非CB交换机,CB单宿主Talker和Listener
优点:
① 可以使用现有的交换机&终端节点新软件
② 主干线上的硬错误和软错误受到保护:交换机间的棕色线和蓝色线
③ 从Talker到Listener连接上的软错误受到保护:由于双传输,短期内受到保护
缺点:
端到端带宽是冗余流的两倍+:“+”是由于添加的6字节R-Tag和可能的4字节S-Tag
终端节点复制帧&消除复制
S-A,T-1,S-Z和L-1的故障不受保护
1.5 混合类型交换机,混合类型的Talker和Listener
与上一种方式的优缺点非常相似,唯一的不同在于S-Z移除复制帧,这意味着S-Z到L-1的连接不再受保护,但可以使用现有的无任何软件变更的ECU。通过建模观察到Listener未受保护的连接上的软错误影响,只要T-1根据802.1CB创建棕色和蓝色帧,就能支持该混合交换机。
2.Soft Error Rate建模
2.1 用于软错误的错误率模型
软错误只限于因为CRC错误导致的丢帧
假设所有连接上的误码率(BER)相同且随着时间改变保持恒定
CRC错误彼此独立,即没有错误“脉冲”
100BASE-T1指定误码率BER≤10-10,PHY在实际中更出色,因此测试采用10-12的误码率率
可以看到,100BASE-T1误码率=10-12,同一连接上2个CRC错误之间的平均间隔约为18h13m(负载20%)和3h38m(负载100%,最小帧的大小)
2.2 帧复制解决方案:需求&单点故障
连接上不受保护的传输 → 软错误的单点故障
2.3 执行帧复制—数据包损失率
Listener没有接收到任何副本时,数据包丢失
该数据在不考虑连接速度的情况下假定误码率同样为10-12
2.44E-8表示2.44x10-8
2.4 执行帧复制—2个数据包损失的平均时长
假设传输时间为1ms,帧大小为最小值(例如执行器信息)
该数据在不考虑连接速度的情况下假定误码率相同
标明的时间用来表示具备上述低连接利用率的一个流
3.Hard error&成本
3.1 成本因素—组件
创建冗余主干结构:
①从菊链式网络中创建环形网:成本等于在网络中的1个额外连接;
②添加无缝冗余:关键数据路径桥中的802.1CB支持,关键流的主干带宽加倍,成本等于根据CB要求所需(如关键流的带宽以及数量)而变化。
第一个和最后一个链路的冗余:
①使用双宿主终端节点,可保持主干带宽和负载和之前相同成本=每个关键终端节点的1个额外连接,有更多CPU周期仅为关键流运行802.1CB
②使用短期冗余单宿主终端节点节省额外连接成本,主干带宽仍然加倍,成本=有更多CPU周期仅为关键流运行802.1CB和冗余帧传输
3.2 成本因素—针对执行器及其数据流
转向、刹车、加速等都是执行器,它们需要在传感器融合后做出决定:躲避障碍物或者减速。执行器一般来说是非常低带宽的设备,过去通过CAN和LIN网络执行,因此对以太网主干上这些流的带宽加倍是完全可行的,甚至在单个链路上短暂给带宽加倍也是可行的。
4.总结
如示例中所述,持续的硬错误更容易被看到和计划这些错误的可能性和影响(线路、软件和芯片)取决于应用程序;
间歇性软错误更难评估,但已显示误码率的影响。1000BASE-T1支持FEC,导致误码率分析变得更加困难,100BASE-T1展示的数字被认为是1000BASE-T1一个很好的经验法则;
冗余不是零成本的,现在最大的成本可能是额外的主干带宽。因此,只对那些绝对需要冗余的数据流应用冗余,与传感器流相比,在执行器上应用冗余似乎更实用;
从Talker到Listener的端到端保护结果是最高完整性的通信;
双宿主和短期冗余针对软错误提供了非常高的鲁棒性,其中多宿主还可以防止单个硬错误进出ECU;
使用IEEE 802.1CB允许开发从“无冗余”迁移到“最佳冗余”,中间有渐进步骤(固件更新);
这允许冗余使用现有的ECU,而无需一次性重写/重新设计所有内容。
编辑:jq
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原文标题:RTaW-Pegase应用案例 | 汽车以太网冗余(IEEE802.1CB)实际用例
文章出处:【微信号:Hongketeam,微信公众号:广州虹科电子科技有限公司】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。
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