Während vollständig vernetzte, softwaredefinierte Fahrzeuge (Software-Defined Vehicles, SDVs) zunehmend in den Mittelpunkt rücken, müssen In-Vehicle-Networking-Technologien kontinuierlich weiterentwickelt werden, um die steigende Datennachfrage zu erfüllen und gleichzeitig Kosten- und Betriebseffizient zu bleiben. 10BASE-T1S bietet eine kostengünstige, skalierbare Lösung für Automotive-Ethernet, die darauf ausgelegt ist, In-Vehicle-Networking-Architekturen (IVN) zu vereinfachen und eine stabile Datenkommunikation sicherzustellen. Dieser Artikel verdeutlicht die Grundlagen von 10BASE-T1S, seine besonderen Eigenschaften und wie die Leistung effektiv getestet werden kann.
Wichtige Merkmale der 10BASE-T1S
10BASE-T1S, standardisiert in IEEE 802.3cg-2019, ist eine Single-Pair-Ethernet-Technologie (SPE), die Multi-Drop-Netzwerktopologien ermöglicht. Im Gegensatz zu Punkt-zu-Punkt-Ethernet-Standards erlaubt 10BASE-T1S den Anschluss mehrerer Knoten über ein einzelnes verdrilltes Adernpaar, wodurch die Komplexität der Verkabelung und die Systemkosten reduziert werden.
Die wichtigsten Merkmale von 10BASE-T1S umfassen:
- 10 Mbit/s Datenrate, die für Fahrzeugsensoren, Aktoren und Steuergeräte geeignet ist
- Differential Manchester Encoding (DME) für verbesserte Signalqualität und Takterkennung
- Unterstützung von mindestens 8 Knoten auf einem gemeinsamen Bus
- Multi-Drop-Topologie, wodurch dedizierte Ethernet-Switches entfallen
- Physical Layer Collision Avoidance (PLCA)-Protokoll zur Gewährleistung eines deterministischen Zugriffs auf das Netzwerk
10BASE-T1S-Signalisierung
Das in 10BASE-T1S eingesetzte Differential Manchester Encoding (DME) sorgt für ein robustes Signal, indem es Daten mit einem garantierten Taktwechsel in jeder Bitperiode kodiert. Dies verbessert die Synchronisation und verringert die Anfälligkeit für elektromagnetische Störungen (EMI), wodurch es sich gut für Anwendungen im Automobilbereich eignet, bei denen die Zuverlässigkeit der Signale entscheidend ist.
10BASE-T1S Multi-Drop-Topologie
Im Gegensatz zu herkömmlichen Punkt-zu-Punkt-Ethernet-Verbindungen ermöglicht 10BASE-T1S, dass sich mehrere Geräte ein gemeinsames, individuell verdrilltes Adernpaar teilen. Diese busartige Architektur reduziert die Anzahl der erforderlichen Anschlüsse und Kabel erheblich, was sowohl das Gewicht als auch die Systemkosten deutlich senkt.
Die Implementierung von Multi-Drop-Netwerken bringt jedoch Herausforderungen mit sich, wie Signalreflexionen und Zugriffsverzögerungen, die sorgfältig über das PLCA-Protokoll gesteuert werden müssen.
Das PLCA-Protokoll verstehen
Der Mechanismus zur Physical Layer Collision Avoidance (PLCA) gewährleistet einen deterministischen Zugriff auf den gemeinsamen Bus, indem Zeitfenster (Time Slots) jedem einzelnen Knoten zugewiesen werden. Dadurch entfallen die Verzögerungen, wie sie bei herkömmlichem, kollisionsbasiertem Ethernet auftreten. Das PLCA-Protokoll funktioniert wie folgt:
- Ein Beacon Signal startet den Kommunikationszyklus.
- Die Knoten erhalten in einer Rotationsreihenfolge sogenannte Transmit Opportunities (TOs).
- Hat ein Knoten Daten zu senden, überträgt er diese sofort beim Empfang eines TO.
- Wenn keine Daten vorliegen, wird das TO übersprungen, was die Effizienz erhöht.
PLCA sorgt für vorhersehbare Latenzen und verringert Wiederholungen aufgrund von Kollisionen – ideal für zeitkritische Automotive-Anwendungen.
So testet man 10BASE-T1S: Ein Fallbeispiel
Die Prüfung von 10BASE-T1S-Netzwerken erfordert einen ganzheitlichen Ansatz, um Zuverlässigkeit, Signalqualität sowie Konformität mit IEEE- und OPEN-Alliance-Standards sicherzustellen. GRL bietet hochmoderne Testlösungen zur Validierung von 10BASE-T1S, darunter:
1. PMA-Tests (Physical Medium Attachment Layer)
- Sender- (Tx) und Empfänger- (Rx) Tests zur Bewertung von Signalqualität, Jitter und Bitfehlerraten
- Stresstests mit Störquellen zur Beurteilung der Störfestigkeit
2. PCS- (Physical Coding Sublayer) und PLCA-Protokolltests
- Validierung der Frame-Struktur zur Einhaltung der PLCA-Zeitanforderungen
- Interoperabilitätstests zur Sicherstellung der Funktionalität mit Produkten unterschiedlicher Anbieter
3. Leistungstests im Multi-Drop-Netzwerk
- Analyse von Reflexionen und Impedanz zur Erkennung von Signalqualitätsprobleme
- Messung von Latenz und Durchsatz zur Bewertung der realen Leistungsfähigkeit
10BASE-T1S-Tests bei GRL weiterentwickeln
Mit der zunehmenden Einführung von 10BASE-T1S ist eine problemlose Prüfung entscheidend, um die Integration in Fahrzeugnetzwerke sicherzustellen. GRL bietet branchenführendes Fachwissen und Lösungen, um Ingenieure bei der Validierung ihrer 10BASE-T1S-Implementierungen zu unterstützen.
Treffen Sie uns beim kommendenAutomotive Ethernet Summit China 2025 in Shanghai (1.-2. April) , um mehr über unsere neuesten Testdienstleistungen und -lösungen zu erfahren.
