车载以太网技术发展与测试方法研究

2019-12-24田丽媛

网络安全技术与应用 2019年10期

关键词：测试方法以太网车载

◆王鑫田丽媛

车载以太网技术发展与测试方法研究

◆王鑫田丽媛指导老师

（长春工业大学吉林 130000）

随着信息技术的快速发展，以太网技术在汽车领域获得了广泛应用，而且发展前景十分广阔。本文分析了车载以太网技术的内涵，针对性地指出了其在车载中的具体应用，以期获得预期的发展与测试效果。

车载；以太网；发展；测试

近年来，汽车电子产品的数量不断增多，车内电控系统的规模也逐渐增大，且功能各不相同，对车载网络提出了不同的要求，比如成本低、安全性能高等，以往传统的CAN总线已经无法满足车载新需求。同时，智能汽车的出现也使得驾驶者的期待越来越高，需要新型的车载总线，车载以太网得到了人们的广泛关注，实现了快速程序刷新以及视频、音频等功能。

1 车载以太网内涵

随着科学技术的快速发展，车辆开始广泛采用车联网系统、云服务以及大数据等新兴技术，当前的车载总线无法满足车载测试需求，亟须可扩展、可开放且兼容性较强的车载网络系统。车载以太网主要利用了汽车内部电子单元与以太网技术，在传输数据信息时只需要利用但对非屏蔽双绞线即可实现，运行速率较高，且电磁辐射低，降低了功耗，更好满足了车载的实时性与同步性。车载属于下一代的车载局域网络技术，具备明显的总结优势，在通信网络方面得到了广泛采用，解决了当前的总线技术难题。

2 车载以太网协议结构

车载以太网属于协议簇，分为多个不同层次，包括传输层、网络层、应用层以及数据链路层等方面，且每层均具备高层应用程序。一是物理层，采用BroadR-Reach技术，其采用了标准的MAC层接口，可以与以太网类型相同的数据链路层实现逻辑分层，以相同的方式运行高层协议软件。利用BroadR-Reach技术可以将MAC层数据转换为三元信号，在低频率范围内实现数据传输，在降低运行成本的基础上加快数据的传输效率。同时，类似于其他车载网络系统，BroadR-Reach还可以实现电流隔离，达到额定标准数值。BroadR-Reach技术可以同时在以太网节点上发送与接收数据信息，采用回音抵消以及混合电缆等特殊技术方法，相较传统车载网络，BroadR-Reach系统更为复杂，测试工程人员无法在开发以太网期间实现移植。二是AVB协议簇，随着驾驶辅助领域中信息技术的广泛应用，汽车系统中需要传输更多的音频数据信息，以太网音视频桥接技术得到了广泛应用。AVB具备较高的服务水平，可以及时传输数据信息，可以通过AVB协议部署于汽车中，实现了同步协议、排队协议、音视频传输协议等功能。三是TCP/IP协议簇，其属于网络结构中的核心组成部分，属于OSI模型的传输层，在上方软件与下方硬件之间位于重要连接点的位置，主要在互联网中利用高层软甲提供重要服务，为网络层协议与高层应用需求搭建桥梁，TCP/IP属于两个关键传输协议，可以实现主机之间的计时通信，包括传输控制协议与用户数据协议等两个方面。四是应用层协议，主要指的是用户与网络之间的交互界面，覆盖了OSI参考模型的第5层至第7层，期间技术人员在结合用户需求的基础上提供多种应用协议，包括流媒体服务、通信控制、超文本传输协议以及连接管理等方面。

3 车载以太网测试

随着汽车数量的不断增加，人们对其性能及要求水平也在不断提升，为了进行完善的测试，需要汽车车载系统具备较高的品质、可靠性以及安全性，加快研发速度，从而可以及时发现问题，并采取针对性的解决措施，以有效降低运行成本。

3.1 传统以太网与车载以太网测试的区别

以太网主要用于家庭与工作单位中，属于有线网络标准，最为常用的技术方法。传统以太网与车载以太网测试技术存在较大差异，比如在传统的IT行业中，人们对以太网的一致性要求较低，且并未出台完善的测试标准，而车载以太网的测试要求较高，由专门的组织结构设定，参数信息更为完善。

3.2 车载以太网测试

车载功能逐渐增大，且变得更为复杂，为了在保证覆盖率的基础上，实现标准测试，降低运行成本，相关技术人员应综合采用功能测试、网络安全测试以及一致性测试等方法，根据国际通用的V模型设计以太网流程，实车测试、部件测试以及系统测试等均属于车载以太网的测试阶段，且内容大体一致，其中一致性测试主要包括互操作性能、稳定性以及标准一致性等方面，而性能测试则主要模拟真实的通信场景，综合采用多种度量与功能测试方法，比如抖动、服务质量、延迟以及时间同步等方面。部件测试包括OEM自定义测试以及AVnu定义测试，系统测试则分为网络管理、网络诊断、刷写测试以及网关路由测试等方面。除此之外，实车测试主要为OEM定义测试内容，包括以太网相关测试流程，在整个车载测试期间综合采用网络安全以及以太网基础测试方法。

4 车载以太网技术的发展趋势

4.1 以太网通用技术

在当前汽车行业中，其采用的车载网络技术无法保证外部设备与网络服务要求，这主要因为其使用的车载标准只适用于汽车领域，范围较窄，比如汽车内部网络通信协议、局域互联网络、控制局域网络等方面。同时，以太网的成熟性与开放性更强，将其应用至汽车领域中可以有效降低成本费用，获得预期的测试效果。比如在汽车领域中应用以太网物理层面的车辆诊断标准，其主要以以太网为中心，采用了IP协议方法，可以实时更新车载诊断系统与电子控制单元，摒弃了以往CAN总线的测试方法。同时，在以往CAN测试过程中，数据上传需要较长时间，而采用以太网技术后，可以在较短时间内边完成千兆字节数据的传输工作。由此看出，以太网技术可以减少数据的传输时间，在降低服务与生产成本的基础上，获得预期的测试效果。

4.2 高层对带宽应用需求增大

当前电子技术在汽车行业中获得了广泛应用，车载设备中开始广泛采用大量的智能电子产品，且云理念的兴起也使得智能视觉技术以及高级驾驶辅助系统在车载系统中广泛采用，比如测试驾驶员意图、检测车道偏离情况以及信息娱乐现代化信息平台等方面，这些均可看出汽车电子市场发展前景良好。同时，车载子系统的数量不断增多，数据信息的共享功能也更为完善，摄像头的分辨率越来越高，可以满足车载系统的多样化需求。调查显示，在带宽方面无法很好地使用车载网络系统，且CAN等车在网络标准也处于停滞不前的发展阶段，应采用更为先进的新兴技术。MOST总线带宽性能良好，使用了多台共享设备，属于常规架构，且以太网采用星形连接方式，可以为各链接网络提供专项带宽，提高了测试性能。

4.3 以太网的开放与互联扩展性能

随着高级驾驶辅助系统的日益复杂，汽车行业需要简单且标准的测试方法，以隔离各子系统，在满足互操作性与重用性的基础上，将车载系统看作开展网络的管理运营活动，而以太网可以更好满足上述要求，因此应将以太网作为车载主干网络，并广泛应用至各个领域，尤其有效应用至带宽需求量较大的领域中。以太网具备较强的扩展性与开放灵活性，可以更好远程处理信息符号，车载网络与Web应用程序主要利用车载网络接口连接过渡，增大了与外界交流的频率，且交流变得更为通畅。比如当前我国发展速度较快的基础数据传输以及汽车应用等系统。