Abstract

Till Steinbach,
Ethernet-basierte Fahrzeugnetzwerkarchitekturen für zukünftige Echtzeitsysteme im Automobil,
Springer Vieweg : Wiesbaden, October 2018.
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Abstract: Das Fahrzeugkommunikationsnetzwerk von Automobilen befindet sich derzeit in einem starken Wandel. Neue Anwendungen aus den Bereichen der Fahrerassistenzsysteme und des Infotainments sowie insbesondere das automatisierte und autonome Fahren haben einen weit h"oheren Bedarf an leistungsf"ahigen Kommunikationsverbindungen, als die bisher im Automobil eingesetzten Technologien garantieren k"onnen. Dies gilt insbesondere f"ur neue Sensorik wie beispielsweise Kameras, Radar und Laser-Scanner, welche die Umwelt mit einem hohen Detailgrad aufzeichnen und daf"ur h"ohere Bandbreiten als bisherige Systeme "ubertragen m"ussen. Echtzeit-Ethernet ist die favorisierte L"osung f"ur die Herausforderungen zuk"unftiger Fahrzeugnetzwerke; es wurden jedoch, trotz des Bekenntnisses grosser Automobilhersteller zu Automotive-Ethernet, bisher keine umfassenden und auf realistischen Datenverkehrsmodellen basierenden Architekturanalysen durchgef"uhrt. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zum Design und zur Bewertung neuer Ethernet-basierter Fahrzeugnetzwerkarchitekturen. Sie liefert Werkzeuge f"ur die simulationsbasierte Analyse und Beurteilung von Netzwerkarchitekturen und evaluiert anhand konkreter Anwendungen, beispielsweise aus dem Bereich der Sensorfusion, und realistischer auf realen Verkehrsdaten aufbauender Szenarien m"ogliche Netzwerkdesigns und Konfigurationen. Dabei wird auch der schrittweiser "Ubergang von Legacy-Technologien hin zu einem rein Echtzeit-Ethernet-basierten Fahrzeugnetzwerk ber"ucksichtigt. Ein schrittweise Migrationspfad ist eine wichtige Anforderung f"ur einen erfolgreichen Einsatz im Automobil. Auf Basis der hierbei aus analytischen Modellen sowie Simulationsstudien und einem realen Fahrzeugprototyp gewonnenen Erkenntnisse werden Designempfehlungen f"ur die Entwicklung zuk"unftiger Ethernet-basierter Fahrzeugnetzwerke ausgesprochen. Methodisch kommt in der vorliegenden Arbeit insbesondere die Netzwerksimulation zum Einsatz. F"ur die Bewertung neuer Fahrzeugnetzwerkarchitekturen werden Werkzeuge zur Simulation und Analyse zuk"unftiger heterogener Echtzeit"=Ethernet"=Backbones entwickelt. Damit stellt die Arbeit eine leistungsf"ahige Open-Source-Simulationsumgebung f"ur die Analyse zuk"unftiger Fahrzeugnetzwerke bereit, welche in Forschung und Entwicklung frei verwendet und weiterentwickelt werden kann. Mithilfe eines Prototypfahrzeugs werden die in der Simulation sowie in analytischen Modellen untersuchten Aspekte in einer realen Fahrzeugumgebung "uberpr"uft. Die Untersuchung im Prototyp weist die Realisierbarkeit der entwickelten Ans"atze nach und zeigt auf, an welcher Stelle Herausforderungen und Handlungsbedarfe bei der Implementierung der entwickelten Konzepte bestehen. Die Ergebnisse der Untersuchung f"uhren zu Designempfehlungen und Best Practices f"ur zuk"unftige Backbone-Netzwerke im Automobil. Diese umfassen unter anderem das Kommunikationsdesign, den Einsatz von Echtzeitverkehrsklassen, die Optimierung von Hintergrunddatenverkehr und die Entwicklung geeigneter Netzwerktopologien. Es wird gezeigt, dass sich die im Backbone-Netzwerk erreichbaren Kennzahlen unter Einhaltung der Designempfehlungen um ein Vielfaches verbessern lassen.

Themes: Time-Sensitive Networking

 

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