Tο δίκτυο των σύγχρονων αυτοκινήτων [part 1]

Mercedes Can Bus 2003

Καθώς τα ηλεκτρονικά εξακολουθούν να κατέχουν μεγάλο μερίδιο στον τομέα της αυτοκινητοβιομηχανίας, ο αριθμός των ηλεκτρονικών συστημάτων που χρησιμοποιούνται στα οχήματα τόσο στο κινητήρα όσο και στα περιφερειακά αυξάνεται συνεχώς.

Τέτοια συστήματα  λειτουργούσαν στο παρελθόν  σε μεγάλο βαθμό αυτόνομα, όμως σήμερα συνδυάζονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν ένα διασυνδεδεμένο δίκτυο με μεγάλης ταχύτητας ανταλλαγή δεδομένων. Παλαιοτέρα μόνο στα “μεγάλα/ακριβά” αυτοκίνητα υπήρχε η δυνατότητα δικτύωσης. Η δικτύωση  κυριαρχεί πλέον και στην κατηγορία των μικρών αυτοκινήτων.

Τα βασικά συστήματα λειτουργίας του οχήματος όπως το σύστημα διαχείρισης του κινητήρα ανταλλάσει  δεδομένα με άλλα συστήματα (π.χ. σύστημα αντιμπλοκαρίσματος φρένων, ABS). Λειτουργίες άνεσης (π.χ. μονάδες ηλεκτρικών παραθύρων ) είναι επίσης ελεγχόμενα από δικτυωμένα συστήματα. Νέες λειτουργίες – π.χ. η περαιτέρω ανάπτυξη του ACC (Adaptive Cruise Control) για τη λειτουργία stop and go – απαιτούν δεδομένα από διάφορους τομείς του οχήματος.

Με άλλα λόγια, όλα τα ηλεκτρονικά ελεγχόμενα συστήματα σε ένα όχημα πρέπει να επικοινωνούν μεταξύ τους. Η μεταφορά δεδομένων σε διάφορους τομείς του οχήματος  υπόκειται σε διαφορετικές απαιτήσεις και έχουν καθοριστεί πολλά συστήματα επικοινωνίας για αυτή τη λειτουργία. Η πολυπλοκότητα των ηλεκτρικών / ηλεκτρονικών συνεχίζεται αμείωτη. Παρακάτω θα σας εξηγήσουμε τις  βασικές αρχές της δικτύωσης.

Βασικές αρχές δικτύωσης

Με την τεράστια ταχύτητα με την οποία η τεχνολογία των υπολογιστών εξελίσσεται, ο αριθμός των ηλεκτρονικών συστημάτων σε χρήση αυξάνεται όλο και περισσότερο. Ωστόσο, αυτό σημαίνει επίσης ότι η πολυπλοκότητα ενός συνολικού συστήματος (το όχημα στην περίπτωση αυτή) είναι ανάλογο με  την αύξηση των ηλεκτρονικών. Τα  επιμέρους συστήματα όπως η διαχείριση του κινητήρα έχουν βελτιωθεί τα τελευταία χρόνια όμως,  οι καινοτομίες επιτυγχάνονται κυρίως μέσω της αλληλεπίδρασης μεταξύ των διαφόρων επιμέρους συστημάτων. Τα επιμέρους συστατικά θα πρέπει να δικτυωθούν ώστε το πλήθος των πληροφοριών που διαχειρίζεται τα επιμέρους συστήματα να μπορούν να χρησιμοποιηθούν αλλού σε ολόκληρο το σύστημα. Ανάλογα με τις απαιτήσεις χρησιμοποιούνται διαφορετικά συστήματα επικοινωνιών (π.χ. αξιοπιστίας της μεταφοράς, ανοχές σφάλματος, το κόστος).

Τοπολογία δικτύων.

automotive network in depth analysis part 1 (1)Δίκτυο νοείται ένα σύστημα στο οποίο μία ομάδα από στοιχεία μπορούν να ανταλλάσσουν πληροφορίες μεταξύ τους  μέσω ενός μέσου μεταφοράς. Εάν τα στοιχεία που απεικονίζονται ως κόμβοι και οι σχέσεις επικοινωνίας ως γραμμές, η εικόνα που δημιουργείται για  ένα δίκτυο είναι  πολλοί κόμβοι που σχετίζονται με διάφορους  άλλα κόμβους συνδεδεμένοι μεταξύ τους. Τα συστήματα – εξαρτήματα που απαρτίζουν ένα δίκτυο τα ονομάζουμε στελέχη του δικτύου.  Στα οχήματα, πολύπλοκες μονάδες ελέγχου όπως αυτά για το σύστημα διαχείρισης του κινητήρα (Motronic ή ηλεκτρονικός έλεγχο ντίζελ, EDC), το ηλεκτρονικό πρόγραμμα ευστάθειας (ESP), το σύστημα ελέγχου μετάδοσης (σαζμάν)  ή οι μονάδες στις  πόρτες μπορεί να είναι στελέχη  του δικτύου.

Ωστόσο, ένας αισθητήρας σε ένα κύκλωμα κλιματισμού που απλώς προετοιμάζει και ψηφιοποιεί μια μετρούμενη τιμή μπορεί επίσης να λειτουργήσει ως ένα στέλεχος  δικτύου και κάνει τα  μετρούμενα σήματα διαθέσιμα στα άλλα στελέχη  του δικτύου. Το μεταφορικό μέσο μέσω του οποίου η επικοινωνία λαμβάνει χώρα αναφέρεται ως ένα BUS  ή ένα Data Bus. Τοπολογία του δικτύου είναι κατανοητό ότι είναι η δομή που αποτελείται από κόμβους δικτύου και συνδέσεις. Αυτό δείχνει απλώς ποιοι κόμβοι διασυνδέονται, αλλά δεν απεικονίζουν βασικές λεπτομέρειες, όπως το μήκος της σύνδεσης. Κάθε στέλεχος του δικτύου πρέπει να διαθέτει τουλάχιστον μία σύνδεση σε κάποιον άλλο στέλεχος  του δικτύου, προκειμένου να συμμετάσχει στην επικοινωνία του δικτύου. Οι διαφορετικές απαιτήσεις γίνονται από την τοπολογία του δικτύου για μια ποικιλία εφαρμογών δικτύου επικοινωνίας, ενώ η τοπολογία καθορίζει μερικά από τα χαρακτηριστικά του συνολικού δικτύου. Όλες οι τοπολογίες του δικτύου βασίζονται στις τέσσερις βασικές τοπολογίες δικτύων.

  • Τοπολογία αστέρα
  • Τοπολογία δαχτυλιδιού
  • Τοπολογία πλέγματος
  • Τοπολογία διαύλου ( BUS)

Τοπολογία αστέρα

automotive network in depth analysis part 1 (6)Η τοπολογία αστέρα αποτελείται από ένα Master στέλεχος (repeater, hub) στο οποίο όλοι τα άλλα  στελέχη συνδέονται  μέσω μιας ενιαίας σύνδεσης (. Σχήμα 2).Ένα δίκτυο με αυτή την τοπολογία είναι επομένως εύκολο να επεκταθεί, εφόσον υπάρχει διαθέσιμη ελεύθερη χωρητικότητα (συνδέσεις, καλώδια). Την δυνατότητα επεξεργασίας των δεδομένων την έχουν τα  Slave στελέχη  ενώ τα  Master  χρησιμοποιούνται μόνο για τη διασύνδεση. Αν ένα στέλεχος Slave χαλάσει  ή μια συνδετική γραμμή με το master  είναι ελαττωματική , το υπόλοιπο του δικτύου συνεχίζεται να λειτουργεί.  Ωστόσο, εάν το Master χαλάσει το σύνολο του δικτύου καταρρέει. Στον τομέα της αυτοκινητοβιομηχανίας, η τοπολογία αστέρα δεν χρησιμοποιείται σε συστήματα που έχουν να κάνουν με την ασφάλεια του οχήματος όπως επικοινωνία συστημάτων πέδησης ή διεύθυνσης διότι αμφισβητείται η  σταθερότητα στη λειτουργία τους.

Τοπολογία δακτυλιδιού

automotive network in depth analysis part 1 (7)Στην τοπολογία δακτυλιδιού, κάθε κόμβος συνδέεται με δύο γείτονές του. Αυτό δημιουργεί ένα κλειστό δακτύλιο (. Σχήμα 3). Μια διάκριση μπορεί να  γίνει ανάμεσα σε μονόκλινα και δίκλινα δαχτυλίδια .Σε ένα δαχτυλίδι, μεταφορά δεδομένων είναι μονής κατεύθυνσης από τον ένα σταθμό στον επόμενο. Τα δεδομένα ελέγχονται όταν παραλαμβάνονται .Εάν τα δεδομένα δεν προορίζεται για το σταθμό επαναλαμβάνεται (λειτουργία repeater), ενισχύονται και αναμεταδίδονται στον επόμενο σταθμό. Τα δεδομένα ότι μεταφέρεται ως εκ τούτου αναμεταδίδονται από τον ένα σταθμό στον επόμενο στην δακτυλίδι  μέχρι να φτάσει στον προορισμό του ή φτάνει πίσω στο σημείο προέλευσής του, όπου τότε θα πρέπει να απορρίπτεται. Ως τη στιγμή που ένα σταθμός σε ένα δαχτυλίδι αποτύχει, η μεταφορά  δεδομένων διακόπτεται και το δίκτυο καταρρέει εντελώς.

Δαχτυλίδι μπορεί επίσης να συσταθεί με τη μορφή ενός διπλό δακτύλιο (π.χ. FTTI), στην οποία η μεταβίβαση των δεδομένων είναι αμφίδρομη. Σε αυτή την τοπολογία, η αποτυχία ενός σταθμού ή μιας σύνδεσης μεταξύ δύο σταθμοί μπορούν να ξεπεραστεί, δεδομένου ότι όλα τα δεδομένα μεταφέρονται σε όλους τους  σταθμούς στο δαχτυλίδι. Ωστόσο, εάν αρκετοί σταθμοί ή συνδέσεις αποτύχουν , δεν μπορεί να αποκλειστεί μια δυσλειτουργία.

Τοπολογία πλέγματος ( mesh)

automotive network in depth analysis part 1 (5)Σε μια τοπολογία πλέγματος , κάθε κόμβος συνδέεται σε έναν ή περισσότερους άλλους κόμβους (. Σχήμα 4). Σε ένα πλήρες κύκλωμα βρόχου , κάθε κόμβος είναι συνδεδεμένος με κάθε άλλο κόμβο. Αν μια λειτουργία ή  σύνδεση αποτύχει, είναι δυνατό να αλλάξει η διαδρομή ώστε να ολοκληρωθεί η αποστολή των δεδομένων. Αυτό το είδος του δικτύου έχει ως εκ τούτου υψηλό βαθμό σταθερότητας. Ωστόσο, το κόστος της δικτύωσης και μεταφορά του μηνύματος είναι υψηλό. Τα Radio δίκτυα αποτελούν ένα είδος τοπολογίας πλέγματος ,αφοί οι  μεταδόσεις από κάθε σταθμό  λαμβάνονται από κάθε άλλο σταθμό που είναι εντός εμβέλειας. Μια τοπολογία πλέγματος μοιάζει με την τοπολογία BUS   στην ανταλλαγή μηνυμάτων και με  αστέρα κατά  τη μεταφορά δεδομένων, καθώς κάθε σταθμός λαμβάνει όλες τις  μεταδόσεις από κάθε άλλο σταθμό και όλες οι δυσλειτουργίες μπορούν να ξεπεραστούν.

Τοπολογία διαύλου BUS

automotive network in depth analysis part 1 (4)Αυτή η τοπολογία του δικτύου αναφέρεται επίσης  ως ένας γραμμικός δίαυλος. Το βασικό στοιχείο μιας  τοπολογίας  bus είναι ένα καλώδιο με το οποίο όλα οι  κόμβοι συνδέονται μεταξύ τους (Σχήμα. 5). Αυτή η τοπολογία καθιστά εξαιρετικά εύκολο να προστεθούν και άλλες μονάδες στο δίκτυο. Οι πληροφορίες μεταδίδονται από τις επιμέρους μονάδες του Bus , στη μορφή των λεγόμενων μηνυμάτων και διανέμονται πάνω σε  ολόκληρο το δίκτυο. Τα στελέχη έχουν την δυνατότητα να  μεταδίδουν και να λαμβάνουν μηνύματα. Εάν ένα στέλεχος  αποτύχει, τα δεδομένα που αναμένεται από αυτό το στέλεχος  δεν είναι πλέον διαθέσιμα  προς τα υπόλοιπα στελέχη στο δίκτυο. Ωστόσο, τα  υπόλοιπα στελέχη μπορούν να συνεχίσουν να ανταλλάσσουν πληροφορίες. Ένα  δίκτυο με  τοπολογία bus  μπορεί να αποτύχει εντελώς, αν η κύρια γραμμή είναι ελαττωματική (οφείλεται σε μια διακοπή καλωδίου, για παράδειγμα).

Υβριδικές τοπολογίες

Υβριδικές τοπολογίες είναι ένας συνδυασμός από  διαφορετικές τοπολογίες δικτύου. Παραδείγματα τέτοιος συνδυασμός είναι:

  • Αστέρας και bus: Πολλά  δίκτυα αστέρα  διασυνδέονται ως BUS (. Σχήμα 7).
  • Δαχτυλίδι και αστέρας: Πολλά δίκτυα αστέρα συνδέεται με το κύριο αστέρα (Σχήμα 8). Τα στελέχη  του δικτύου αστέρι συνδέονται με τη μορφή ενός δακτυλίου σε αυτό το κύριο κόμβο.

…to be continued, soon!

automotive network in depth analysis part 1 (2)

Ετικέτες

Δημήτρης Κωσταρέλος

To μεράκι του είναι να εκπαιδεύει κόσμο στην τεχνολογία οχημάτων στο "Ε-STC - Κέντρο Τεχνικής Εκπαίδευσης και Υποστήριξης". Δώσε του ένα αυτοκίνητο και στο λύνει σε... χρόνο dt!

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *

Back to top button
Close
Close