车载以太网与传统以太网区别

1973年，年仅27岁的鲍勃梅特卡夫（Bob Metcalfe）发明了当今局域网使用最广泛的协议之一——以太网，这让他年纪轻轻就一跃成为“计算机先驱”。

可以从上图看出，以太网上多个设备共享带宽，由于以太网的发明时间太早，并没有考虑实时信息的传输问题，所有的发送端永远是尽最大可能发送数据帧。这样带来一个问题，来自不同设备的数据流就会在时间上产生重叠，为此以太网络使用CSMA/CD（载波监听多路访问及冲突检测）技术，也就是发送数据之前先监听信道。如果信道空闲，站点就可以发送数据；如果信道忙，则站点不能发送数据。

但是，如果两个站点都检测到信道是空闲的，并且同时开始传送数据，那么这几乎会立即导致冲突。另外，站点在监听信道时，听到信道是空闲的，但这并不意味着信道真的空闲，因为其他站点的数据此时可能正在信道上传送，但由于传播时延，信号还没有到达正在监听的站点，从而引起对信道状态的错误判断。尽管CSMA可以发现冲突，但它并没有先知的冲突检测和阻止功能，致使冲突发生频繁。以太网默认的转发机制叫做“Best Effort”，即尽力而为。也就是说当数据包抵达端口后，本着先入先出的原则转发。当网络的流量稀疏，这本不是一个问题。但在实际环境中，大量的数据包极有可能在一瞬间抵达端口。当然，端口可以在一定程度上缓存并延时转发，但我们一方面是不能容忍过大的延时转发，另一方面交换机的物理端口缓存也非常小，不可能有效解决大量数据包瞬间抵达的问题。想要对所有的数据包进行排序，就离不开对数据的缓冲（Buffer）。但一旦采用缓冲的机制就又会带来新的问题—极大的“延时”。

换句话说，传统以太网技术仅仅是解决了许多设备共享网络基础设施和数据连接的问题，但却并没有很好的实现设备之间实时、确定和可靠的数据传输。这对于实时性要求不高的场景还可以接受，但是车载使用环境许多有着强实时性要求，例如，底盘系统延迟不超过5毫秒，最好是2.5毫秒或1毫秒，为此，传统以太网是无法直接应用到车辆上的。

以太网上车首先是从座舱影音娱乐开始的，随着音视频娱乐大量进入汽车座舱，2006年，IEEE802.1工作组成立AVB音频视频桥接任务组。

为了解决音频视频网络中数据实时同步传输的问题，AVB提出了三项措施：

1、依靠QoS来“尽可能”保障可靠交付；

2、所有数据包需要有“时间戳”(Time Stamp)，数据抵达后根据数据包头的“时间戳”进行回放。因此各个网络终端设备必需进行“时钟同步”也就是通常所说的时钟校准；

3、数据包被转发时需采用队列协议按序转发，从而尽可能做到低延时；

通过”三板斧“，AVB成功解决了音频视频网络中数据实时同步传输问题，并受到来自汽车和工业等领域人士的关注。2012年，AVB任务组在其章程中扩大了时间确定性以太网的应用需求和适用范围，并同时改名为TSN任务组。

TSN相对AVB来说最强的地方在于保证高可靠性的机制-802.1CB协议。

对于非常重要的数据，802.1CB会多发送一个数据备份，这个备份会沿着最远离主数据路径交集的路径传输。如果两个数据都接收到，在接收端把冗余帧消除，如果只接受到一帧数据，那么就进入后备模式。利用FrameReplication and Elimination帧复制和消除，确保无论发生链路故障、电缆断裂以及其他错误，均能强制实现可靠的通讯。此选项确保关键流量的复本在网络中能以不相交集的路径进行传送，只保留首先到达目的地的任何封包，从而实现无缝冗余，达到超高的可靠性，这对于实现L4以上的无人驾驶数据冗余传输是非常必要的。

至此，一个可以满足低延迟，超高可靠性的车载网络技术-车载以太网就诞生了！

原文作者：SOA开发者

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