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車聯(lián)網(wǎng)：不僅僅是趨勢
全球汽車行業(yè)正處于數(shù)十年來較大的轉(zhuǎn)型之中，同時存在兩個并發(fā)的大趨勢-驅(qū)動技術(shù)的根本變化和汽車網(wǎng)絡(luò)。實際上，“ 趨勢 ”一詞在這里不夠用，因為在實現(xiàn)全自動或部分自動駕駛的道路上，車輛聯(lián)網(wǎng)是必不可少的基本步驟。實際上，即使在不考慮自動駕駛的情況下，連接性對于OEM來說也已起著決定性的作用，它是新業(yè)務(wù)和服務(wù)模式的關(guān)鍵。
有許多用例，它們強(qiáng)調(diào)了在所有領(lǐng)域中不斷推動這一概念的重要性。這是因為車輛網(wǎng)絡(luò)是各種技術(shù)的總稱，這些技術(shù)共同決定了汽車發(fā)展的新高度。這里一個特別的方面是，一些概念和創(chuàng)新深入挖掘了數(shù)十年歷史的車輛架構(gòu)的基因，并對其進(jìn)行了重新思考。
這很重要，因為只有采用與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)不同的解決方案才能應(yīng)對實現(xiàn)完全聯(lián)網(wǎng)和自動化車輛的挑戰(zhàn)。下面將更詳細(xì)地考慮三個主題。首先是內(nèi)部通信，其特點是汽車以太網(wǎng)和新的汽車架構(gòu)的出現(xiàn)。
第二種是外部通信，其形式為新的移動通信標(biāo)準(zhǔn)5G及其對天線技術(shù)的改變。
最后，還有網(wǎng)絡(luò)安全問題，這是車輛聯(lián)網(wǎng)趨勢持續(xù)成功的關(guān)鍵考慮因素。畢竟，只有內(nèi)部和外部網(wǎng)絡(luò)都建立在安全的基礎(chǔ)上，安全的自動駕駛愿景才能成為現(xiàn)實。
其基本思想是將車輛分為幾個區(qū)域。這將使得在區(qū)域內(nèi)合并對連接至關(guān)重要的安全相關(guān)控制單元，以及通過區(qū)域段的信息流路由。一種可行的方法是將車輛分為兩個到六個區(qū)域，每個區(qū)域都有單獨的分區(qū)處理單元，這些單元通過環(huán)形拓?fù)潆娎|互連。這產(chǎn)生了冗余，從而即使在模塊之一或連接電纜出現(xiàn)故障的情況下，車輛也可以繼續(xù)運(yùn)行。車輛每個單獨區(qū)域中的計算機(jī)將處理區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)處理，并將相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送到主計算機(jī)。主計算機(jī)連接到云，以進(jìn)行進(jìn)一步的分析。
與隨時間發(fā)展的傳統(tǒng)車輛架構(gòu)相比，多區(qū)域布局的可擴(kuò)展性和優(yōu)化的結(jié)構(gòu)使其與眾不同。在發(fā)生數(shù)據(jù)的地方對其進(jìn)行收集，匯總，然后通過汽車以太網(wǎng)將其發(fā)送到主計算機(jī)。這樣可以大大降低系統(tǒng)復(fù)雜性。另一個優(yōu)點是，將來可以由區(qū)域內(nèi)的各個軟件解決方案映射當(dāng)前由硬件使用控制單元處理的功能。當(dāng)今的車輛可以安裝100多個相互依存復(fù)雜的控制單元。使用多區(qū)域體系結(jié)構(gòu)可以大大減少該數(shù)目。
前面提到的汽車以太網(wǎng)是增加內(nèi)部通信帶寬，同時降低系統(tǒng)復(fù)雜性的又一個里程碑。更大的帶寬是必需的，因為自動駕駛汽車必須通過自己的傳感器（不斷生成數(shù)據(jù)）和執(zhí)行器來獨立映射行駛功能，而不依賴于其他道路使用者或基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)。因此，車輛需要一個敏捷的神經(jīng)系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)分發(fā)到部署在車輛中的處理單元。這可以以汽車以太網(wǎng)的形式獲得。
這項源自IT世界的技術(shù)被認(rèn)為是面向未來的，可在車輛內(nèi)實現(xiàn)大帶寬和快速信號處理。當(dāng)前提供高達(dá)10 Gbps的汽車數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。拉斯維加斯的CES 2019展示了針對此問題的首個解決方案。
一個重要的方面是，汽車以太網(wǎng)必須具有故障安全性和運(yùn)行可靠性。如前所述，解決方案是使用冗余線束，以補(bǔ)償部分故障并確保整個系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行。以太網(wǎng)的一項關(guān)鍵任務(wù)是將安全關(guān)鍵數(shù)據(jù)從車輛傳感器快速傳輸?shù)教幚韱卧员悖ɡ纾┸囕v能夠在城市交通中獨立運(yùn)行。
用于增加自動車輛的舒適性和便利性的其他數(shù)據(jù)來自外部，通過天線。它還必須滿足特定要求，以便可以將外部數(shù)據(jù)快速傳遞到車輛中的計算機(jī)。這將我們帶入第二個主題或趨勢：外部溝通。
外部交流：車輛是網(wǎng)絡(luò)世界的一部分
天線在聯(lián)網(wǎng)車輛中起著決定性的作用。為了與其他車輛和基礎(chǔ)設(shè)施實現(xiàn)順暢的聯(lián)網(wǎng)，它們必須提供高性能，大范圍的傳輸，同時還必須將信號快速傳輸?shù)杰囕v中的處理單元。
天線技術(shù)的挑戰(zhàn)基本上是，新5G移動通信標(biāo)準(zhǔn)的推出將頻帶從現(xiàn)在的7 GHz以下擴(kuò)展到將來的52.6 GHz。高頻信號的較高衰減會導(dǎo)致范圍減小，這又因無方向性天線的發(fā)送和接收信號能力有限而導(dǎo)致問題。
解決方案是使用多個定向天線，而不是具有全向輻射方向圖的天線。這些天線即使在車輛行駛時，也可以在特定方向上連續(xù)控制波束，以增加射程。這對于從道路上的其他車輛接收信號并傳輸車輛自身的信號是必要的。此外，它們必須相互連接并與車輛的計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。這又需要上述汽車以太網(wǎng)來進(jìn)行快速數(shù)據(jù)傳輸。
另一個挑戰(zhàn)涉及帶寬主題。例如，由于可用帶寬僅為每秒幾兆比特，因此當(dāng)前以高度處理的形式發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)。現(xiàn)在這已經(jīng)足夠了，但考慮到自動駕駛的未來用例是不夠的，因為在某些情況下必須接收和發(fā)送未處理的傳感器數(shù)據(jù)才能映射新的智能功能。
天線必須覆蓋更大的頻率范圍，以提供必要的帶寬。這需要擴(kuò)展現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，并且目前各個小組正在對此進(jìn)行研究。在5.9 GHz頻帶中，美國，歐洲和中國地區(qū)為此分配了不同的帶寬。尤其是在歐洲和中國，隨著安全相關(guān)應(yīng)用的推出，這些功能已得到充分利用，而5G V2X的帶寬不足或沒有帶寬。
OEM廠商目前正在研究一種壓縮數(shù)據(jù)的方式，以使5.9 GHz頻帶中的可用帶寬足夠。在歐洲也存在緊張情況，其中60 GHz頻段的頻率范圍保留給V2X。該范圍在技術(shù)上要求很高。存在物理問題，因為氧分子的共振頻率在該范圍內(nèi)。當(dāng)這些分子開始振蕩時，它們會從無線電波中吸收能量，使射程降至幾米，并極大地限制了應(yīng)用范圍，例如不同車輛與基礎(chǔ)設(shè)施之間的通信。
這是一個事實的驚人說明，在不斷發(fā)展的道路上和旅途中的網(wǎng)絡(luò)會受到天線技術(shù)新組件開發(fā)中眾多細(xì)節(jié)的影響，這對于外部通信至關(guān)重要。
網(wǎng)絡(luò)安全：始終在線，但安全
安全性是整個車輛網(wǎng)絡(luò)持續(xù)成功的非常重要的因素。網(wǎng)絡(luò)犯罪分子早就將網(wǎng)絡(luò)車輛以及未來的自動車輛指定為潛在的攻擊目標(biāo)。基本上，攻擊的可能性會隨著與外界的接口數(shù)量的增加而增加。這意味著OEM和供應(yīng)商必須快速靈活地應(yīng)對新的威脅情況。
快速，可靠和輕松地對車輛進(jìn)行更新的一種方法是空中固件（FOTA），這意味著可通過移動通信接口更新軟件。此方法可能潛在地允許通過修補(bǔ)程序，要集成的新功能以及要更新的密碼算法來連續(xù)快速地糾正弱點。
通過這種方法，配備有移動通信接口的控制單元充當(dāng)后端與車輛中要更新的設(shè)備之間的中介。它通過無線接口接收所有軟件包，并將它們分發(fā)到目標(biāo)設(shè)備。另外，充當(dāng)主設(shè)備的處理單元監(jiān)視并協(xié)調(diào)整個更新過程。
這里的決定性方面是，必須實施FOTA流程，以使其不成為攻擊的網(wǎng)關(guān)。這樣做的先決條件是，例如通過使用TLS協(xié)議進(jìn)行加密，對無線接口進(jìn)行加密保護(hù)。為此所需的密鑰和證書必須使用機(jī)密和防操作的方法加載到設(shè)備中，并存儲在設(shè)備中受保護(hù)的內(nèi)存區(qū)域中。
專用硬件安全模塊（HSM）對于實現(xiàn)安全存儲和實現(xiàn)加密算法的安全執(zhí)行非常重要。當(dāng)設(shè)備軟件啟動時，可以通過安全的安裝過程和安全檢查來防止未經(jīng)授權(quán)安裝操縱軟件。通過這兩種方法，都可以使用數(shù)字簽名來驗證軟件的真實性。必須在批量生產(chǎn)中禁用開發(fā)接口（例如UART，USB或JTAG），或者使用加密方法對其進(jìn)行保護(hù)，以防止設(shè)備滲透。
最后，應(yīng)該指出的是，汽車網(wǎng)絡(luò)的大趨勢由許多部分組成，每個部分都提出了自己的特殊挑戰(zhàn)。作為供應(yīng)商，我們與制造商協(xié)作幫助應(yīng)對挑戰(zhàn)，從而開啟汽車歷史的新篇章。
本文內(nèi)容來自:EEtimes