在未來的發(fā)展中，汽車網絡將從不同協議的異構網絡轉向分層且同質化的以太網網絡，在這種新情況下，反映真實車輛網絡的實驗室測試臺將需要能夠在車內通信驗證過程中支持它們的分析工具，在記錄流量的同時進行過濾和解析。

案例

背景

01

汽車領域向以太網融合

如今，汽車內部的技術正變得越來越復雜和緊密。汽車內最新的應用程序和功能在帶寬、延遲、同步、高實用性、QoS方面有所提升，同時也降低了成本要求。一直以來在汽車上使用最多的傳統協議（即CAN、LIN、MOST、FlexRay等）無法滿足這一趨勢。在這種情況下，以太網明顯地引領著IVN--車內網絡的發(fā)展，因為與上述其他協議相比，它有著如下優(yōu)勢：

圖1 汽車行業(yè)中常用協議的簡單對比

正如許多其他部門（航空航天、鐵路、工業(yè)自動化等）一樣，汽車領域向以太網的融合也是著眼于現實的要求。根據MarketsAndMarkets預計，汽車以太網市場將從2019年的16億美元增長到2024年增長到44億美元。同樣地，Frost & Sullivan的數據顯示，到2022年，汽車以太網端口的總數量預計將高于所有其他以太網端口的總數。

02

汽車IVN架構演變

從歷史上看，汽車中的電子系統被劃分為幾個 "域" (主要為動力系統、底盤、車身、舒適性和診斷等)。但近年來又出現了一些新的 "域"，如信息娛樂、駕駛員輔助、車內體驗、C-V2x、霧和云后端等。

在傳統方法中，每個域都有一個獨立的控制系統，該系統基于一個專門的ECU（電子控制單元），并負責各個域內特定的主要功能。如今，各個域之間有了更多的互動和依賴性，但它們通常仍然有獨立的控制系統。此外，由于遺留問題，在最古老的域內，通信仍然基于非以太網協議。因此，“中央網關+域控制器”是未來車輛最常用的架構之一。

圖2 "中央網關+域控制器”架構

如圖2所示，這種基于新型架構的中央網關需要一個基于主干網的以太網（所謂的"融合主干網"），連接分布在汽車上的所有不同域。這個中央網關是一種以太網多端口路由器/交換機，具有額外的車輛控制層面功能。同時，有一個特定的域網關將每個域與以太網主干網連接起來。當域內的協議也是以太網時，該域網關將成為域交換機，因為它以某種方式作為常規(guī)以太網交換機運行。

在未來的發(fā)展中，汽車線束將從不同協議的異質網絡（CAN, LIN, MOST, FlexRay等）轉變?yōu)榉謱拥摹⑼|性的以太網網絡。

主要

挑戰(zhàn)

某個專注于汽車E/E系統領域的公司正在研發(fā)一個新的域網關，用于將駕駛員輔助和信息娛樂域連接到車內的融合主干網絡。這兩個域正在使用同一個域網關，因為它們都屬于同一個汽車宏觀功能，即ADAS（高級駕駛輔助系統）服務。

這些域內使用的協議是支持AVB（音頻視頻橋接）的以太網。因此，在這種情況下，域網關扮演著一個多端口以太網交換機的角色，具有特定的和應用定制的功能，如以太網AVB支持。

以太網上的AVB是對IEEE802.1規(guī)范的一組延伸，它支持本地以太網網絡傳輸時間和丟失敏感的音頻/視頻數據。

圖3 多端口以太網域網關

在該域網關的驗證過程中 ，在真實反映車輛網絡的實驗室測試平臺上，往往會在以下方面遇到困難：

1

在測試平臺上記錄流量，從而為域網關的模擬模型盡可能提供更多真實流量。

2

在特定條件下記錄的幀/數據包。舉個例子，假設在IEEE802.1AS平面上，一個特定的時間標記之后記錄所有IEEE802.1Qat 幀是有必要的。Qat和AS是對一對IEEE802.1規(guī)范的擴展，定義了流保留和定時同步。

為了實現以上需求，所采用的分析工具不僅需要能夠記錄流量，還需要在記錄數據包的同時保存一個時間戳，并能夠實時過濾和解析網絡部分的基本流量。

虹科

解決方案

在關鍵系統中，必須能夠在幀級別分析網絡通信以進行測試和取證。此外，這種分析的有效性將受到基礎設施將幀與公共時間參考相關聯的能力的限制。為滿足汽車行業(yè)的需求，虹科推出了一款高度專業(yè)化的分析工具RELY-REC，可用于無縫捕捉以太網流量，并能記錄所有存儲信息的時間戳。這個獨立的設備嵌入了所有的邏輯，使用與所分析網絡相同的 PTP 時序參考，可用于監(jiān)控、過濾、記錄時間戳并以一種低消耗而緊湊的格式捕獲最復雜的以太網流量。

圖4 虹科RELY-REC實物圖

在本案例中，虹科RELY-REC將以TAP 模式安裝在 "被測網絡 "的網絡鏈接中，允許通過其服務端口，同步遠程檢索記錄流量（PCAP格式）。該設備的主要優(yōu)勢之一是它對任何應用的適應性，這要歸功于其基于 SFP 模塊的多媒體多速率以太網端口，以支持汽車領域使用的多數擴展接口。

圖5 虹科RELY-REC的TAP配置

另外，虹科RELY-REC還包括一個強大的觸發(fā)工具，允許根據嵌套條件（AND、OR）定義觸發(fā)器并將多個動作連接到觸發(fā)器。它支持多種輸入類型條件（模擬/數字輸入信號、警報和來自第三方系統的信號、時間表、同步丟失、數據包檢查），連接到輸出操作（流量記錄、電子郵件通知、SNMP 陷阱、系統日志消息、警報輸出）。

圖6 觸發(fā)菜單中的 RELY-REC 條件和動作配置示例

為了簡化對存儲流量的訪問，虹科RELY-REC支持用于存儲優(yōu)化和高效監(jiān)控的可配置過濾器。這些過濾器可以由最終用戶根據Wireshark語義進行定制，也可以使用基于第 2 層和第 3 層的預定義字段。此外，虹科RELY-REC 允許同時遠程訪問通過服務端口存儲在內部的記錄。設備中可用的帶時間戳的事件日志簡化了觸發(fā)器與相應記錄的關聯。

案例

總結

以太網融合已經成為現實，汽車網絡領域同樣如此。因此，在汽車網絡中驗證和集成新設備的需求逐漸顯現，并在查看網絡中傳輸的實時流量、即時過濾流量、收集實時數據等方面提出了更高的要求。一些主要的測試需求如下：

1) 驗證協議符合性和互操作性的符合性測試

2) 用于汽車堆棧和組件的TCP/UDP/IP一致性測試

3) 主要用于驗證基于應用性能的數據平面，以及較低層次的同步平面的準確性和行為的協議驗證和性能測試

4) 中央網關和域網關以太網交換功能測試；AVB功能，獲得預期的數據包丟失、損失、帶寬和每個服務類別的延遲服務（Qos）的預期數據包丟失、帶寬和延遲，鏈路故障后的切換和收斂時間，在某些節(jié)點行為不當的情況下的行為等。

虹科RELY-REC是一款能夠檢查、時間戳和記錄常規(guī)以太網和高可用性以太網流量的設備，能夠滿足上述的所有要求。此外，該設備還能夠升級為TSN功能。

虹科RELY-REC的關鍵特性

多介質多速率端口

帶有數據包檢查和時間戳的事件日志的高級觸發(fā)工具

可定制的過濾器，用于確定記錄的流量

同步遠程流量檢索

記錄為PCAP格式，與Wireshark應用程序兼容

可使用時間敏感型網絡（TSN）功能