今天給大家介紹的是恩智浦應用RTaW-Pegase軟件設計汽車以太網架構冗余的一個應用案例，下圖所示的Zonal網絡架構很方便可以做到冗余，尤其是在以太網主干結構（高亮部分），IEEE 802.1 CB是無縫冗余TSN標準，支持丟幀的零恢復時間。該演示為網絡不同位置具備CB功能的各種拓撲結構的模型，能夠量化這些差異，RTaW-Pegase呈現(xiàn)的數據有助于網絡和安全團隊開發(fā)高性價比的冗余方案。

1.冗余網絡配置

1.1 4個具有CB交換機，不具有CB功能的Talker和Listener

優(yōu)點：

① 可以使用現(xiàn)有的終端節(jié)點

② 主干網絡的硬錯誤或軟錯誤受到保護

硬錯誤指持續(xù)時間較長的錯誤，如棕色線所示

軟錯誤指間歇性錯誤，如CRC錯誤幀

棕色線和藍色線是數據包的冗余路徑

③ S-B或S-Y的故障受到保護

缺點：

① 主干帶寬是冗余流的兩倍+：“+”是由于添加的6字節(jié)R-Tag和可能的4字節(jié)S-Tag

② 從Talker到Listener的連接不受保護

③ S-A，T-1，S-Z和L-1的故障不受保護

1.2 6個CB交換機，非CB Talker和Listener

優(yōu)缺點與上一種方式相似，唯一的不同是主干增加了S-C和S-D，通過建模觀察在受保護的主干結構上增加連接數的軟錯誤影響。

1.3 非CB交換機，CB雙宿主Talker和Listener

優(yōu)點：

① 可用現(xiàn)有的交換機

② 整條路徑上的硬錯誤和軟錯誤受到保護：棕色線和藍色線（虛線不表示數據流）

③ 任何單個交換機的故障受到保護

④ 藍色（線或交換機）路徑上所有故障都受到保護

⑤ 棕色路徑上所有故障都受到保護

⑥ 主干帶寬是冗余流的網絡#1的一半，虛線不表示也不可用

缺點：

① 需要（具備雙以太網端口的）雙宿主終端節(jié)點

② 終端節(jié)點復制幀&消除復制

③ T-1和L-1的故障不受保護

1.4 非CB交換機，CB單宿主Talker和Listener

優(yōu)點：

① 可以使用現(xiàn)有的交換機&終端節(jié)點新軟件

② 主干線上的硬錯誤和軟錯誤受到保護：交換機間的棕色線和藍色線

③ 從Talker到Listener連接上的軟錯誤受到保護：由于雙傳輸，短期內受到保護

缺點：

端到端帶寬是冗余流的兩倍+：“+”是由于添加的6字節(jié)R-Tag和可能的4字節(jié)S-Tag

終端節(jié)點復制幀&消除復制

S-A，T-1，S-Z和L-1的故障不受保護

1.5 混合類型交換機，混合類型的Talker和Listener

與上一種方式的優(yōu)缺點非常相似，唯一的不同在于S-Z移除復制幀，這意味著S-Z到L-1的連接不再受保護，但可以使用現(xiàn)有的無任何軟件變更的ECU。通過建模觀察到Listener未受保護的連接上的軟錯誤影響，只要T-1根據802.1CB創(chuàng)建棕色和藍色幀，就能支持該混合交換機。

2.Soft Error Rate建模

2.1 用于軟錯誤的錯誤率模型

軟錯誤只限于因為CRC錯誤導致的丟幀

假設所有連接上的誤碼率（BER）相同且隨著時間改變保持恒定

CRC錯誤彼此獨立，即沒有錯誤“脈沖”

100BASE-T1指定誤碼率BER≤10-10，PHY在實際中更出色，因此測試采用10-12的誤碼率率

可以看到，100BASE-T1誤碼率=10-12，同一連接上2個CRC錯誤之間的平均間隔約為18h13m（負載20%）和3h38m（負載100%，最小幀的大小）

2.2 幀復制解決方案：需求&單點故障

連接上不受保護的傳輸 → 軟錯誤的單點故障

2.3 執(zhí)行幀復制—數據包損失率

Listener沒有接收到任何副本時，數據包丟失

該數據在不考慮連接速度的情況下假定誤碼率同樣為10-12

2.44E-8表示2.44x10-8

2.4 執(zhí)行幀復制—2個數據包損失的平均時長

假設傳輸時間為1ms，幀大小為最小值（例如執(zhí)行器信息）

該數據在不考慮連接速度的情況下假定誤碼率相同

標明的時間用來表示具備上述低連接利用率的一個流

3.Hard error&成本

3.1 成本因素—組件

創(chuàng)建冗余主干結構：

①從菊鏈式網絡中創(chuàng)建環(huán)形網：成本等于在網絡中的1個額外連接；

②添加無縫冗余：關鍵數據路徑橋中的802.1CB支持，關鍵流的主干帶寬加倍，成本等于根據CB要求所需（如關鍵流的帶寬以及數量）而變化。

第一個和最后一個鏈路的冗余：

①使用雙宿主終端節(jié)點，可保持主干帶寬和負載和之前相同成本=每個關鍵終端節(jié)點的1個額外連接，有更多CPU周期僅為關鍵流運行802.1CB

②使用短期冗余單宿主終端節(jié)點節(jié)省額外連接成本，主干帶寬仍然加倍，成本=有更多CPU周期僅為關鍵流運行802.1CB和冗余幀傳輸

3.2 成本因素—針對執(zhí)行器及其數據流

轉向、剎車、加速等都是執(zhí)行器，它們需要在傳感器融合后做出決定：躲避障礙物或者減速。執(zhí)行器一般來說是非常低帶寬的設備，過去通過CAN和LIN網絡執(zhí)行，因此對以太網主干上這些流的帶寬加倍是完全可行的，甚至在單個鏈路上短暫給帶寬加倍也是可行的。

4.總結

如示例中所述，持續(xù)的硬錯誤更容易被看到和計劃這些錯誤的可能性和影響（線路、軟件和芯片）取決于應用程序；

間歇性軟錯誤更難評估，但已顯示誤碼率的影響。1000BASE-T1支持FEC，導致誤碼率分析變得更加困難，100BASE-T1展示的數字被認為是1000BASE-T1一個很好的經驗法則；

冗余不是零成本的，現(xiàn)在最大的成本可能是額外的主干帶寬。因此，只對那些絕對需要冗余的數據流應用冗余，與傳感器流相比，在執(zhí)行器上應用冗余似乎更實用；

從Talker到Listener的端到端保護結果是最高完整性的通信；

雙宿主和短期冗余針對軟錯誤提供了非常高的魯棒性，其中多宿主還可以防止單個硬錯誤進出ECU；

使用IEEE 802.1CB允許開發(fā)從“無冗余”遷移到“最佳冗余”，中間有漸進步驟（固件更新）；

這允許冗余使用現(xiàn)有的ECU，而無需一次性重寫/重新設計所有內容。

編輯：jq