随着汽车电子的快速发展，车内ECU数量的持续增加，带宽需求也随之不断增长。对此，汽车制造商的电子系统、线束系统等成本也在提高。

而相比于传统总线技术，车载以太网不仅可以满足汽车制造商对带宽的需求同时还能降低车内的网络成本，是未来整车网络架构设计的趋势。目前，车载以太网主要用于诊断、车载信息娱乐系统（IVI）以及驾驶辅助系统。

车载以太网是一种用以太网连接车内电子单元的新型局域网技术，与传统以太网使用4对非屏蔽双绞线电缆不同，车载以太网在单对非屏蔽双绞线上可实现100Mbit/s，甚至1Gbit/s的传输速率，同时还满足汽车行业对高可靠性、低电磁辐射、低功耗、带宽分配、低延迟以及同步实时性等方面的要求。

当前车载以太网有三大代表性成果：博通公司的BroadR-Reach技术、AVnu联盟的AVB/TSN技术和TTTech公司的TTEthernet技术。

1. 2011年博通公司在一对非屏蔽双绞线（传统以太网使用4对双绞线）上重新实现了以太网的物理层电气规范，支持100Mbps的传输速度，25m的传输距离和车内使用环境，简称Broad-Reach技术，如果IVN全部使用博通以太网技术，预计车内互联的成本降低80%，线缆重量减少30%。BroadR-Reach技术已经应用在2014和2015款宝马，捷豹路虎部分车型中，但Broadr-Reach技术没有改变以太网MAC层协议，高速降低了碰撞机会，但延时的不确定性仍然存在，不易适用于时间苛刻的领域。

图：BroadR-Reach 系统图

2.AVnu联盟的AVB、TSN技术在传统以太网的基础上，通过保障带宽、限制延迟、精确时钟同步、提供完美的服务质量QoS，以支持响应时间介于时间触发的实时网络与异步传输的以太网之间，对时间敏感的各种实时音、视频网络多媒体应用，目前仍处于标准完善中。

图：AVB 协议集

3.TTTech公司的TTEthernet技术以时间触发机制和时钟同步机制为基础，实现了硬实时、软实时和没有实时性要求的不同数据并行传输，同时也支持安全性和可用性标准，可用于汽车ADAS、车载多媒体以及汽车线控等领域。

图：TTEthernet 协议控制框架

2011年，博通、宝马和哈曼这几家公司联合创建了OPEN联盟，现在发展到300多家会员。博通将其BroadR-Reach专利汽车以太网技术免费放在这个联盟里，联盟里的任何会员都可以免费下载和使用。

2013年，第一台采用汽车以太网的汽车——宝马X5（四个摄像头拼接的环视）量产。

2014年，IEEE出了新的规范802.3 100BASE-T1（802.3 100BASE-T是传统以太网规范，1代表1对线），和OPEN联盟中的规范完全一样，这意味着BroadR-Reach成为了真正的国际标准。

2015年，宝马全系列（7系、5系、3系和i系电动车）、捷豹、路虎和大众的帕萨特都集成了汽车以太网技术，而且宝马车里已经不是单纯的环视，而是整车系统都基于汽车以太网来设计。

2016年更是有更多车型采用了这个技术。Broadcom现在已经出货1900万颗以太网芯片。

车载以太网标准化方面，IEEE802.3和IEEE802.1工作组，AUTOSAR、OPEN联盟以及AVnu联盟起到了主要了推动作用。

1.IEEE
其中IEEE802.3制定的局域网标准代表了业界主流的以太网标准，车载以太网技术是在IEEE802.3基础上开始研制的，因此IEEE是目前最为重要的车载以太网国际标准化机构。为了满足车内的要求，涉及到IEEE802和802.1两个工作组内的多个新规范的制定和原有规范的修订，包括PHY规范，AVB规范，单线对数据线供电等。

另外AVB中有关AV的传输、定时同步等规范还需要IEEE的其他技术委员会的标准化，如IEEE1722、IEEE1588。

2.OPEN联盟
OPEN联盟于2011年11月由博通（Broadcom）、恩智浦（NXP）以及宝马（BMW）公司发起成立的开放产业联盟，旨在推动将基于以太网的技术标准应用于车内联网。其主要标准化目标是制定 100Mbit/s BroadR-R 的物理层标准、制定OPEN的互通性要求。

3.AUTOSAR

AUTOSAR 是由汽车制造商、供应商以及工具开发商发起的联盟，旨在制定一个开放的、标准化的车用软件架构，目前AUTOSAR 规范已经包含车用 TCP/UDP/IP协议栈。

4.AVnu

AVnu 联盟是由博通联合思科、哈曼和英特尔成立，致力于推广IEEE 802.1的AVB标准和时间同步网络（TSN）标准，建立认证体系，并解决诸如精确定时、实时同步、带宽预留以及流量整形等重要的技术和性能问题。

OSI（Open System Interconnection）七层网络模型定义了网络互联的七层框架，其中每一层都运行不同的协议。只有统一通信规范时，才能实现网络互联化。而车载以太网参考OSI分层结构，规定了每一层的功能及协议。

车载以太网及其支持的上层协议架构如下图所示，车载以太网主要涉及OSI的1、2层技术，同时车载以太网同时支持AVB、TCP/IP、DOIP、SOME/IP等多种协议或应用形式。因此，车载以太网协议通常被认为是一个4层协议系统：应用层、传输层、网络层、数据链路层，每一层都具有不同的功能。

图1 车载以太网框架

其中，AVB 是对传统以太网功能的扩展，通过增加精确时钟同步、带宽预留等协议增强传统以太网音视频传输的实时性，是极具发展潜力的网络音视频实时传输技术；SOME／IP（Scalable Service－Oriented MiddlewarE on IP）则规定了车载摄像头应用的视频通信接口要求，可应用于车载摄像头领域，并通过API实现驾驶辅助摄像头的模式控制。

作为AVB协议的扩展，车载时间敏感网络（TSN， Time－Sensitive Networking）则引入时间触发式以太网的相关技术，能高效的实现汽车控制类信息的传输。此外，1Gbit 速率通信标准的车载以太网同时还支持 POE（Power Over Ethernet）功能和高效节能以太网（EEE， Energy－Efficient Ethernet）功能，POE 功能可在双绞线传输数据的同时为连接的终端设备供电，省去了终端外接电源线，降低了供电的复杂度。

车载以太网常见的拓扑结构有星型（star-based），菊花链型（daisy-chain）和树型（tree-structure）。这些结构在交换式以太网中支持 IEEE 802.3 和 IEEE 802.1Q 标准。

图：星型拓扑结构

星型拓扑结构管理方便，极易扩展，安装维护成本低，但由于要专用的网络设备（如交换机）作其核心节点，对核心设备的负担较重，可靠性要求高，各站点的分布处理能力较低。

图：菊花链型结构

菊花链型结构由星型结构的基础网络构成，通过菊花链或串行的方式增加下一个节点。菊花链型拓扑结构容易扩展，各站点可以分布处理，网络设备的负担相对较轻，但节点之间的通讯相对较复杂，安装维护成本较高。

图：树型结构

结合以上两种拓扑结构实现了树型结构，在汽车网络中权衡了良好的分布处理性能和安装维护成本。上图为一种树型结构车载以太网实施方法。

伴随着车载以太网技术的不断成熟，它将带来更高的带宽和更低的延迟。并且，在OPEN联盟、AVnu等组织的推动下，车载以太网将会成为车载网络骨干，不专注于一个特定的应用领域，会集成动力总成、盘底、车身、多媒体、辅助驾驶等子系统，形成一个域级别的汽车网络。

不过，尽管车载以太网被定义为下一代车载局域网络技术，但短期内无法全部取代现有车载网络，其在汽车行业上的应用需要一个循序渐进的技术演进过程。依据车载以太网在汽车网络上的应用过程，大致可分为3个阶段的演进过程：局部网络阶段、子网络阶段、多子网络阶段。

• 在局域网阶段，车载以太网技术可以单独应用于子系统，实现子系统功能，如基于DoIP协议的OBD诊断、基于IP协议的摄像头等；

• 在子网阶段，可以集成一些子系统，构建车载以太网子系统，实现各个子系统的功能，如基于AVB协议的多媒体娱乐和显示系统、ADAS系统等；

• 在多子网阶段，集成了多个子网，车载以太网作为车载主干网，集成了整车各领域的功能，如动力、底盘、车身、娱乐等。形成车载以太网架构，实现车载以太网在车载局域网中的全面应用。

以太网作为最有可能也最有前途成为下一代汽车网络的标准发展迅速，尤其是 BroadR-Reach、AVB 和 TTEthernet，这背后不乏 AVnu联盟、OPEN SIG 等组织的推动。每种技术在汽车环境都有相对优势和弱点，但是最终是否采用这些策略将取决于经济的部件、实施成本以及标准设备的可用性。

遗憾的是这些联盟及组织中罕有国内汽车制造商及半导体公司的身影，与车载以太网相关的中文文献也较之匮乏。国外已有车载以太网相关产品投入应用，国内也应将大力开展对车载以太网相关技术的研究，制定符合我国汽车电子系统车载以太网产品，及相关标准规范，提高我国的汽车电子系统的综合水平。

文章来源于 公众号 汽车行业洞察