面向車載通信的TSN網(wǎng)絡(luò)原型（上） | 原型概述

作者 | 止于至善小編 | 吃不飽

時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）技術(shù)是車載網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)高可靠性和低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)通信關(guān)鍵技術(shù)之一。TSN協(xié)議族非常龐大且復(fù)雜，全面理解和掌握這些協(xié)議是設(shè)計(jì)者普遍面臨的問(wèn)題；此外，在車載網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，汽車行業(yè)缺少TSN技術(shù)應(yīng)用的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。因此，相關(guān)技術(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)用、測(cè)試驗(yàn)證等方法需要進(jìn)一步探索。

新型技術(shù)快速落地過(guò)程中，概念原型驗(yàn)證（proof of concept，POC）或構(gòu)建系統(tǒng)原型（System Prototype），是一種普遍的方法。系統(tǒng)原型對(duì)實(shí)際系統(tǒng)還原度越高，對(duì)后續(xù)新技術(shù)的可行性與必要性驗(yàn)證越充分，最終達(dá)成實(shí)際項(xiàng)目的工程應(yīng)用。同時(shí)，具有項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)性小，沉沒(méi)成本低等特點(diǎn)。

北匯信息致力于為汽車客戶提供全面而成熟的車載TSN網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用解決方案，主要涵蓋TSN技術(shù)的設(shè)計(jì)、仿真、原型構(gòu)建、測(cè)試驗(yàn)證及工具鏈應(yīng)用等工程服務(wù)領(lǐng)域。

本文將重點(diǎn)闡述，北匯信息依據(jù)客戶定制化需求，TSN網(wǎng)絡(luò)原型構(gòu)建相關(guān)的工程服務(wù)內(nèi)容。

01中央式架構(gòu)通信應(yīng)用場(chǎng)景

中央式架構(gòu)是汽車電子架構(gòu)的終極目標(biāo)，車載電子系統(tǒng)是典型的分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)，需要滿足硬實(shí)時(shí)、軟實(shí)時(shí)與嚴(yán)格實(shí)時(shí)等功能需求。

因此，新架構(gòu)中的網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)會(huì)有如下特點(diǎn)：

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)特點(diǎn)

接入層：網(wǎng)絡(luò)端口類型豐富，且資源充足； 匯聚層：多采用環(huán)網(wǎng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)高可靠性； 核心層：具體實(shí)現(xiàn)與HPC硬件平臺(tái)相關(guān)；

數(shù)據(jù)流特點(diǎn)

傳感器數(shù)據(jù)：Sensor -> HPC； 控制指令：HPC -> Actuator； 軟件進(jìn)程數(shù)據(jù)交互：分布式系統(tǒng)之間；
02PoleLink TSN 原型
北匯信息構(gòu)建了一套TSN網(wǎng)絡(luò)原型，目的通過(guò)可視化的方式展現(xiàn)TSN技術(shù)，在車載網(wǎng)絡(luò)中的工程應(yīng)用作用與效果。同時(shí)，兼顧自駕系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信QoS約束，及DDS-TSN 基礎(chǔ)軟件架構(gòu)的可行性驗(yàn)證需求。03網(wǎng)絡(luò)原型拓?fù)湓O(shè)計(jì)


04通信應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)原型涵蓋了中央式架構(gòu)典型的網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用場(chǎng)景，如下所示：

時(shí)間同步場(chǎng)景

LiDAR, Camera, Switch等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或設(shè)備實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步

關(guān)鍵與重要數(shù)據(jù)流的網(wǎng)絡(luò)傳輸QoS約束

傳感器數(shù)據(jù)傳輸Sensor -> HPC：Camera視頻流使用CBS整形

傳感器數(shù)據(jù)傳輸Sensor -> HPC：LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)流使用TAS整形

控制數(shù)據(jù)傳輸HPC -> Actuator：HPC大燈控制流使用TAS整形

以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)設(shè)計(jì)

HPC大燈控制流使用CB實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)鏈路冗余

LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)流使用CB實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)鏈路冗余

05
通信數(shù)據(jù)流定義
06
通信協(xié)議應(yīng)用
原型系統(tǒng)中涉及的主要網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議如下：

TSN protocol

gPTP, Qav, Qbv, CB, 1722

其它通信協(xié)議

DDS

07原型系統(tǒng)硬件列表

08原型全景展示
09結(jié)論

TSN網(wǎng)絡(luò)原型使用了gPTP、Qav、Qbv、CB、1722等TSN協(xié)議，及DDS上層通信協(xié)議；綜合考慮了中央式架構(gòu)中網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用場(chǎng)景，選擇了網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)中代表性的數(shù)據(jù)流，完成TSN技術(shù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用的場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)。

其中，TSN網(wǎng)絡(luò)原型的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流特性與數(shù)量，TSN協(xié)議應(yīng)用范圍，傳感器、執(zhí)行器、TSN交換機(jī)等硬件選型，可依據(jù)實(shí)際項(xiàng)目中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)傳輸需求進(jìn)行調(diào)整與適配。

后續(xù)系列篇中，我們將以TSN網(wǎng)絡(luò)原型為基礎(chǔ)，展示網(wǎng)絡(luò)通信worse case發(fā)生時(shí)，TSN技術(shù)如何保證網(wǎng)絡(luò)通信Qos及其效果驗(yàn)證，期待您的持續(xù)關(guān)注。