1.引言
以太网作为一种局域网（LAN）技术自1973年发明以来，已经历40多年的发展历 程，成为当前应用最为普遍的局域网技术。以太网主要由IEEE 802.3工作组负责标准化， 以太网从最初支持 10Mbit/s 的吞吐量开始，经过不断的发展，支持快速以太网
（100乂切打）、千兆以太网（1Gbit/s）、万兆以太网（10Gbit/s）及100Gbit/s。同时， 为了适应应用的多样化，以太网速率打破了以10倍为一级来提升的惯例，开始支持2.5、 5、25及400Gbit/s的速率。以太网技术不仅支持双绞线的铜线传输介质，也支持光纤传 输。随着城域以太网论坛（MEF）不断将以太网技术作为交换技术和传输技术广泛应用 于城域网建设，以太网已经不仅仅局限于局域网应用，可以更广泛地应用到城域网（MAN） 和广域网（WAN）的领域。
在进入汽车领域之前，以太网已经获得了广泛的应用，同时还具有技术成熟、高度 标准化、带宽高以及低成本等优势。随着近年来汽车电子化的快速发展，车内电子产品 数量逐年增加，复杂性日益提高。以太网所具有的技术优势可以很好地满足汽车制造商 对车内互联网络的需求。但由于车内电磁兼容的严格要求，以太网直到近些年才取得了 技术突破从而得以应用到汽车内。
目前，主流的车载以太网的技术标准是基于博通公司的BroadR-Reach（BRR）技术， IEEE已经完成对100Mbit/s车载以太网技术的标准化，正在对1Gbit/s传输速度的车载 以太网进行标准化。车载以太网在车内将主要应用在对带宽需求较高的系统上（见图1）， 如高级驾驶辅助系统（ADAS）、车载诊断系统（OBD）以及车载信息娱乐系统等。与传 统的车载网络不同，车载以太网可以提供带宽密集型应用所需的更高数据传输能力，未 来其将在车内具有广泛的应用前景。
2.车载以太网技术
2.1什么是车载以太网
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。与普通的以太网 使用4对非屏蔽双绞线（UTP）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的数据传输速率，同时还应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。
车载以太网的物理层采用了博通公司的BroadR-Reach技术，BroadR-Reach的物理 层（PHY）技术已经由单线对以太网联盟（One-pair Ethernet Alliance， OPEN）标准化， 因此有时也称车载以太网为 BroadR-Reach（BRR）或 OABR（Open Alliance BroadR-Reach）。
车载以太网的MAC层采用IEEE 802.3的接口标准，无需做任何适配即可无缝支持 广泛使用的高层网络协议（如TCP/IP）。
2.2车载以太网主要技术
深港澳国际车展车载以太网及其支持的上层协议的技术架构如图2所示。车载以太网主要涉及OSI 的1、2层技术，本文分别介绍车载以太网各主要技术。
（1）物理层PHY
车载以太网使用单对非屏蔽电缆以及更小型紧凑的连接器，使用非屏蔽双绞线时可 支持15m的传输距离（对于屏蔽双绞线可支持40m），这种优化处理使车载以太网可 满足车载EMC要求。100M车载以太网的PHY采用了 1G以太网的技术，通过使用回声 抵消在单线对上实现双向通信。车载以太网的物理层与标准的100BASE-TX的物理层主 要区别有：
・与100BASE-TX所使用的扰频器相比，车载以太网数字信号处理器（DSP）采用了 高度优化的扰频器，可以更好地分离信号，比100BASE-TX系的频谱效率更高。
・车载以太网的信号带宽为66.7MHz，只有100BASE-TX系统的一半。较低的信号 带宽可以改善回波损耗，减少串扰，并确保车载以太网可满足汽车电磁辐射标准要求。
（2）“一对数据线供电” PoDL
以太网供电PoE技术是2003年推出的，可通过标准的以太网线缆提供15.4W的供 电功率。在一条电缆上同时支持供电与数据传输，对进一步减少车上电缆的重量和成本 很有意义。由于常规的PoE是为4对电缆的以太网设计的，因此专门为车载以太网开发 了 PoDL，可在
一对线缆上为电子控制单元ECU的正常运行提供12VDC或者5VDC供电 电压。
（3）先进电缆诊断ACD
ACD功能可以通过分析反射信号的幅度和延迟来检测电缆的故障位置，这对于实现 车载以太网连接的高度可靠性至关重要。
（4）高能效以太网
当关闭引擎时，车上电子单元并不是全部关闭，这时需要用电池供电，而电池的电 量又是有限的，这种情况下可采用高效能以太网技术通过关闭不在用的网络以降低耗电 量。
（5）时间同步
车内某些应用需要实现不同传感器之间的时间同步，或者在执行某次测量时需要知 道不同节点的时刻，这就需要在全部参与测试的节点间做到同步，某些精度甚至需要达 到亚微秒级别。车载以太网采用了 IEEE 802.1AS的定时同步标准，该标准通过IEEE 1588V2 的Profile从而用一种更简单快速地方法确定主时钟，规定了广义的精确时间协议（gPTP）。
（6）时间触发以太网
车内的许多控制要求通信延迟要在微秒级。在传统以太网中，只有当现有的包都处 理完后才会处理新到的包，即使是在Gbit/s的速率下也需要几百微秒的延迟，满足不了 车内应用的需求。为了解决这一问题，IEEE 802.3工作组开发了一种高优先级的快速包 技术，使得快速包可插入到正在处理的包队列中被优先处理以保证延迟在微秒级范围内。
（7）音视频桥接AVB
为了满足车内音视频应用的低延迟和可保证的带宽要求，可在车内使用IEEE802工 作组开发的AVB相关标准。
AVB技术提供了优先级、流预留协议（SRP）、流量整形协议（FQTSS）等核心功能。 AVB在车内的应用案例有唇同步多媒体播放、在线导航地图等汽车联网应用、ADAS以 及诊断功能等。
IEEE同时还制定了 AVB的传输协议，包括：
•IEEE 1722-2011：桥接局域网中的时间敏感应用第二层传输协议标准，也被称为音 视频传输协议（AVTP）。
•IEEE 1733-2011：桥接局域网中的时间敏感应用第三层传输协议标准。由于该协议 是一个第三层协议，预计不会被汽车行业广泛采用。
为了提升AVB的适应性，满足工业等更多应用场景，IEEE AVB任务组已更名为“时 间敏感性网络” TSN工作组，现在是IEEE802.1五大任务组之一，致力于开发实现超低时 延的控制网络。
2.3车载以太网发展趋势
车载电子变得日益复杂，越来越多的传感器、控制器以及接口对带宽的要求越来越 高，车内不同的计算单元和不同的域之间彼此通信的需求越来越强。这种复杂性直接导 致了对车内连线使用上的增长。在车载以太网进入汽车应用之前，车内已有多种不同的 标准技术在应用，包括LIN、CAN、FlexRay、欧拉怎么样MOST以及LVDS等。几乎每个汽车电子器 件都有其特定的线缆和通信要求，这必然导致车内复杂的连线，车内线束已成为继引擎 和底盘之外车
内第三大成本支出的部分，生产环节中布置配线的人工成本占整车的50%。 同时，车内线束在重量上也是继底盘和引擎之外占第三位的部分。降低线束重量的技术 将会直接改善燃油使用的经济性。车载以太网承载在单线对非屏蔽双绞线的传输介质上， 使用更小巧紧凑的连接器，将可减少高达80％的车内连接成本和高达30％的车内布线 重量。
据全球着名的咨询公司弗若斯特沙利文公司(Frost & Sullivan)和Strategy Analysis 预测，到2020年，全球将部署4亿个车载以太网端口；到2022年，全球部署的全部车 载以太网端口将超过所有其他已部署的以太网端口总和。Frost & Sullivan还预测，到2020 年，对于低端车型每辆车上将有宝马730li6~40个车载以太网节点，而豪华车型和混合/电动车型 上将会有50~80个车载以太网节点，有40%的已售车上使用车载以太网；到2025年， 车载以太网的市场渗透率将增加至80%。
截止到2016年3月底，车载以太网领域里最为重要的OPEN联盟成员已增长到300 个，包括汽车领域里众多的汽车厂商、一级供应商、芯片商、技术公司以及研究机构等。 中国车企和供应商也在积极关注并逐渐采用OPEN联盟的技术，在OPEN联盟中已有一 汽集团、北汽、长城、泛亚、华晨、恒润、航盛以及中国信息通信研究院等十几家中国 成员。全世界
采用OABR瑞虎7试驾技术的主流汽车制造商的数量正在增长，截止到2015年10月 底，已有多个车型上采用了车载以太网，包括宝马公司的X3、X4、X5、X6、i3、i8、6系 以及7系、捷豹的XJ和XF、以及大众的帕萨特等。
3.车载以太网标准化
在车载以太网的标准化方面，如下4个标准化组织或联盟起到了主要的推动作用， 它们是IEEE 802.3和IEEE802.1工作组、汽车开放系统架构联盟AUTOSAR、OPEN联盟以 及AVnu联盟，标准化情况汇总见图3。
3.1IEEE
IEEE 802.3 制定的局域网标准代表了业界主流的以太网技术，车载以太网技术是在 IEEE802.3基础上开发研制的，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IEEE 802.3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，雷贝斯托AVB中有关AV的传输、定时同步等规范还需IEEE的其他技术委员会的标准 化，如 I
EEE1722、IEEE1588 等。
3.2OPEN
OPEN联盟于雪铁龙是哪个国家的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。相 关单位可通过签署OPEN联盟的规范允可协议成为其成员，参与其相关规范的制定活动。
OPEN的主要标准化目标有：
•制定100Mbit/s BroadR-R的物理层标准并将其推广成为开放的产业标准。
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