Soluciones de red de alta velocidad para la próxima generación de vehículos conectados

En respuesta a la creciente adquisición de datos y necesidades computacionales, las redes en el vehículo tendrán que pasar por algunos cambios radicales.

La inclusión de un número cada vez mayor de sensores integrados, combinada con la adopción de una gran cantidad de nuevas tecnologías multimedia con uso intensivo de datos, planteará grandes desafíos para el hardware de red incorporado en nuestros vehículos. Habrá implicaciones en términos de soportar un ancho de banda adecuado, así como el peso del cableado, la complejidad del sistema y el costo general.

En la década de 1980, el automóvil promedio tenía solo un puñado de unidades de control electrónico (ECU), mientras que hoy puede haber fácilmente más de cien presentes. El advenimiento de los sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS) y el infoentretenimiento en el vehículo (IVI) ya han dado lugar a un aumento sustancial en la sobrecarga de datos de los modelos de vehículos. Al principio, esto se observó principalmente en los modelos de lujo, pero ahora ha proliferado aún más en modelos de gama media y economía.

La migración hacia la conducción semiautónoma, con una gama mucho mayor de características que se agregan en consecuencia a las capacidades ADAS inicialmente disponibles, significa que esto todavía es solo el comienzo.

Pronto se requerirá una amplia gama de nuevas funcionalidades, en particular un mayor uso de cámaras (con resoluciones de píxeles aumentadas), además de otras formas de tecnología de imágenes (como LiDAR) y varios mecanismos de reconocimiento de señales de tráfico. Además de tales desarrollos, existen varios protocolos inalámbricos que se utilizarán para proporcionar conectividad de vehículo a vehículo (V2V) y de vehículo a infraestructura (V2I) que también deben tenerse en cuenta. Todo esto tendrá una gran demanda de datos en la red de comunicaciones de soporte.

Muchos sistemas automotrices son, por supuesto, críticos para el tiempo. Los efectos del momento inadecuado pueden conducir a situaciones potencialmente mortales. El control de estabilidad del vehículo y la prevención de colisiones son ejemplos clásicos de que la puntualidad de la transmisión de información es de primordial importancia para garantizar la seguridad de los pasajeros y otros usuarios de la carretera.

También debe tenerse en cuenta que el arnés de cables actualmente constituye la segunda parte más pesada de un vehículo moderno (después del chasis en sí) y también se encuentra entre los más caros.

Por lo tanto, es esencial encontrar una manera de implementar el ahorro de peso y costos, ya que conducirá a una reducción en el precio del vehículo y a mejoras significativas en la economía de combustible. Esto aumentará su atractivo para los clientes y lo ayudará a cumplir con una legislación ambiental cada vez más estricta. Los ingenieros automotrices reconocen que se pueden obtener grandes ventajas operativas si la infraestructura de comunicación de datos se puede optimizar. Idealmente, esto se centrará en un solo protocolo que lo abarque todo (aunque es cierto que esto llevará tiempo para que suceda). Debido a las velocidades de datos aceleradas que puede entregar y su funcionamiento determinista, Ethernet se está convirtiendo en el protocolo principal para la futura actividad de redes en el vehículo.

El surgimiento de Ethernet automotriz

Ethernet es un bus de comunicación que ha sido el incondicional del mundo de la tecnología de la información durante casi 3 décadas. En los últimos años, por las razones ya descritas, también ha comenzado a presenciar una fuerte aceptación del diseño dentro de la industria automotriz mundial, con soporte de velocidades de hasta 10 Gbps (y una provisión para ser más alta que esto en el futuro). Ofrece una solución ligera, económica y escalable, mediante el uso de un único cableado de par trenzado sin blindaje (UTP), lo que lo hace muy atractivo desde el punto de vista automotriz.

Además de operar a velocidades elevadas y respetar las restricciones de costo, espacio y peso ya descritas, otro de los atributos clave de Ethernet es el hecho de que es una tecnología madura y estable. Se beneficia de la presencia de una amplia gama de proveedores de sistemas y componentes con una larga experiencia creada al servir a los sectores empresariales de comunicación de datos empresariales y automatización de fábricas. A lo largo de los años, se han desarrollado numerosas funciones de seguridad y algoritmos de autenticación para Ethernet debido a su uso generalizado en centros de datos y entornos industriales. Esto les ha dado a los ingenieros una ventaja cuando se trata de cumplir con las exigentes demandas relacionadas con las redes de producción de vehículos.

Sin embargo, en otros aspectos, la Ethernet automotriz es bastante distinta.

Tiene que lidiar con entornos mucho más duros que las implementaciones de Ethernet convencionales, como los altos niveles de temperatura y la exposición a interferencias electromagnéticas (EMI). Además, también debe ser lo suficientemente robusto como para no verse afectado por la influencia de vibraciones, golpes o altos grados de humedad.

Cualquier sistema de red en el vehículo que se base en tecnología Ethernet necesitará emplear puertas de enlace automotrices con acceso a plataformas de conectividad en la nube que integren varios elementos de hardware y software con protocolos automotrices heredados (como LIN, CAN, FlexRay, LVDS, etc. ) Molex ha desarrollado tecnologías multi-Gigabit para mantener los datos fluyendo sin problemas dentro de los vehículos y al interactuar con la nube, evitando así la acumulación de cuellos de botella en la red.

Conectividad V2V / V2I

Posteriormente, se han demostrado los sistemas de red Ethernet de 10 Gbps que pueden ofrecer la conectividad V2V / V2I de extremo a extremo necesaria para hacer frente a grandes cantidades de datos capturados del sensor y al mismo tiempo entregar contenido de video 4K a las pantallas del asiento trasero del vehículo. Estos sistemas están formados por puertas de enlace Molex Ethernet (con soporte de protocolo heredado incorporado, como CAN, LIN, LVDS, etc.) y módulos de medios, junto con conectores y cables con protección EMI con clasificación IP67 / IP69K.

Como resultado de una mayor conectividad del vehículo, se abrirán posibles superficies de ataque y puntos de entrada. Los algoritmos de seguridad empleados por el sistema Molex son administrados por una suite Blackberry QNX. Esto ofrece una arquitectura de microkernel con técnicas criptográficas de curva elíptica (ECC) Certicom para las comunicaciones entre los sistemas a bordo y los servicios en la nube conectados. El sofisticado servicio de clave pública que se emplea garantiza que se mantenga una comunicación segura y autenticada entre todas las ECU y periféricos constituyentes dentro de la red, y así protege contra la amenaza potencial de ataques de denegación de servicio (DoS) u otro tipo de violación de seguridad.

Conclusión

Las arquitecturas de red automotrices actuales simplemente no pueden mantenerse al día con las enormes demandas que ahora se les imponen. Los protocolos tradicionales ya están luchando por cumplir con los requisitos de ancho de banda de la multitud de sensores y subsistemas necesarios para ADAS e IVI. A medida que avanzamos hacia una mayor autonomía del vehículo, sus deficiencias se harán aún más evidentes. Dado que las funciones de cámara, radar y LiDAR generarán cantidades mucho mayores de datos, una proporción considerable de la cual deberá ser respondida en tiempo real, Ethernet ahora es reconocida como la mejor manera de avanzar.

El desarrollo de la conducción autónoma de vehículos claramente necesita una nueva arquitectura para soportar los crecientes requisitos de ancho de banda causados ​​por el aumento de las resoluciones de los sensores y la mayor conectividad del vehículo. La redundancia de todos los componentes y subsistemas críticos también será necesaria para garantizar la seguridad continua de los ocupantes del vehículo. Las plataformas de red Ethernet de 10 Gbps de extremo a extremo que Molex está demostrando ahora son capaces de mostrar la cartera integral de productos de la compañía dirigida directamente a la nueva generación de vehículos conectados que los fabricantes ahora buscan desarrollar.

Autor: Simon Holt, Mouser Electronics