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自動車用イーサネットÜbersystem:Stephen Jackson氏インタビュー(その2)

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 New Hampshire大学Inter-Operability LabのBob Noseworthy氏はTSNについてこう述べている。「待ち時間を究極に最小にするため、IEEE 802.1QbvはTime Aware Shaperを規定している。Time Aware Shaperはスイッチ内を流れるトラフィックの異なる優先順位に対して停止信号として機能し、指定時刻に作動するトラフィック用のゲート(traffic gate)を定めている」。[13] Volker Goller氏はTime Aware Shaperの目的はイーサネットのトラフィックを別のクラスに分けることでトラフィック干渉を防ぐことであると言った。[9] これにより、各トラフィックのクラスがネットワークを使う設定時間が確実になる。従って、ある時間にどのクラスのトラフィックがネットワークを使えるのか、スイッチは把握していなければならない。Time Aware Shaperの実行には、Siemen’s Profitnetに使われているような高度に複雑なアルゴリズムが必要である。[15]
 TSNはスケジュールと関わるが、これは時間に敏感な重要な部分であり、高速のフレームが到着前にどこへ行く必要があるのかを明確にする! 前を走る車が止まると、ADASは衝突する前に車を止める必要がある。次々に来るデータフレームがスムーズに流れるよう、周期的なキューと転送(cyclic queuing and forwarding)がフレームを常に動かし続ける (IEEE 802.1Qch)。[17,18]それぞれのキューに関連のゲートがある。キューは設定されたタイムスケールに従ってフレームを送信する。(IEEE 802.1Qbv)。[17,18]  あらかじめ空にできるフレーム(preemptible frames)間に高速のメッセージを差し挟むことはIEEE 802.1Qbu and 802.3br によって規定されている。高速のフレームは、図3にあるように送信の最中にあらかじめ空にできるフレーム(preemptible frames)を一時中断することができる(IEEE 802.3br)。[17,18]
 TSN(Time Sensitive Networking)は他にも実行可能である。IEEE 802.1 規格全てを見てほしい。Steveが言ったとおり、TSNにより自動車用イーサネットはダイナミックかつ確定系(deterministic) になることが可能である。メッセージは常に時間的制約のある時間に敏感な方法で届くので、当然、信頼性が高い。自動車用イーサネットがすぐに全ての配信用ハーネスに取って代わるかもしれないという、必要な経済的利便性がある。[1] その成果を見るのが楽しみである! 自動車用イーサネットの運営組織はIEEE[19]、OPEN Alliance[20]、AVNU Alliance[21]、University of New Hampshire Inter-Operability Laboratory [22]である。OPEN Allianceに関連するIEEE規格は無料。OPEN Allianceの会費は2018年7月16日付で無料になった。AVNU Alliance 会員は無料ではない。New Hampshire大学Interoperability Labは自動車用イーサネットの基本的な試験を開発した。
 自動車用イーサネット100BASE-T1は、10BASE-T や100BASE-TXよりEMIの影響を受けにくいと専門家は言うが[23]、シールドされていない2本のツイストペア線がうまく機能して厳しい試験に合格すると言えるのだろうか? Texas Instruments社のDonovan Porter氏は「重畳と特別なエンコーディング、スクランブル用スキームという基本的な原理を使えば、100BASE-T1はイーサネット規格10BASE-Tや100Base-TXと比べて電磁波干渉(EMI)やケーブル敷設の重要性、コスト、配置スペースを減らせる」と書いている。[23] 自動車用イーサネットの基本的な試験プロトコルは、New Hampshire 大学Interoperability LaboratoryおよびOEM によって規定され、要素が規格に適合するかどうか決定されている。試験では、信号がどのように低下し、注入ノイズがフレームにどう影響するかを見る。試験メーカーは試験プロトコル用に試験パッケージを開発し[24-27]、自動車イーサネット上のPAM 3(Pulse Amplitude Modulation 3)信号用に優秀なデコードプロブラムを作って、試験時の問題解決を支援している。自動車用イーサネットはPAM3を使ってツイストペア・チャンネルでの動作に必要な帯域を減らし[28]、Broadcom社によればPAM3を使うことによってEMIを低減し、コストをかけずに低品質な伝送線にさえ積極的なEMCフィルタが可能となる。
 この記事を書くにあたり多くの人々の助けを得た。多大な時間を割いて確定系イーサネット(deterministic Ethernet) が自動車市場にとってどんなにすばらしいかを説明してくれたStephen Jackson、SteveのインタビューをセッティングしてくれたKeysight Technologies社のDavid Paul。またRhode and Schwartz社のJackie Manciniには自動車用イーサネットが関わる変更範囲を理解するのにお世話になった。皆に感謝申し上げる。


[1] Interview with Stephen Jackson, Solutions Architect Ixia Solutions Group, Keysight Technologies, June 12, 2018, Novi, Michigan.
[2] https://www.wired.com/2012/10/in-car-ethernet/ (Damon Lavrinc 10.16.12 01:00 pm) Retrieved July 1, 2018 9pm ET.
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Deterministic_system Retrieved July 1, 2018 9pm ET .
[4] https://www.cisco.com/c/dam/global/fi_fi/assets/docs/SMB_University_120307_Networking_Fundamentals.pdf
Retrieved July 2, 2018 7:50pm ET.
[5] http://ru6.cti.gr/bouras-old/WP_Simoneau_OSIModel.pdf (Paul Simoneau 2006) Retrieved July 9, 2018, 4:15pm ET.
[6] https://www.computernetworkingnotes.com/ccna-studyguide/osi-seven-layers-model-explained-with-examples.html Retrieved July 9, 2018, 4:17pm ET.
[7] Comment by Ali Ranjbar, LHPES, June 12, 2018, Novi Michigan.
[8] http://www.ieee802.org/1/pages/avbridges.html (November 2012) Retrieved July 1, 2018 9pm ET.
[9] http://www.analog.com/media/en/Other/electronica/Time-Sensitive-Networking-for-Industrial-Applications-Volker-Goller.pdf
(Volker Goller, Analog Devices, 2016) Retrieved July 1, 2018 9pm ET.
[10] http://www.electronicdesign.com/industrial-automation/what-s-difference-between-ethernet-and-time-sensitive-networking
(Volker Goller May 21, 2018) Retrieved July 2, 2018 3pm ET.
[11] http://www.analog.com/ru/technical-articles/a76950-whatrole-will-opc-ua-tsn-and-classic-industrial-ethernet-systems-play-in-the-future.html (Volker Goller, Analog Devices)Retrieved July 2, 2018 3:07pm ET.
[12] https://www.electronicsweekly.com/news/embedded-world-video-interview-analog-devices-tsn-real-time-comms-2017-03/ (Volker Goller, Analog Devices,March 15, 2017) Retrieved July 2, 2018 3:11pm ET.
[13] https://www.networkworld.com/article/3189131/lan-wan/the-growing-importance-of-time-sensitive-networks.html
(Bob Noseworthy, University of New Hampshire Inter-Operability Laboratory) Retrieved July 2, 2018 3:20pm ET.
[14] https://www.sensorsmag.com/components/how-emerging-technologies-are-driving-inside-next-gen-cars (Curtis Donahue, University of New Hampshire Inter-Operability Laboratory, May 31, 2018 12:00am) Retrieved July 2, 2018 3:29pm ET.
[15] https://www.iol.unh.edu/sites/default/files/knowledgebase/UNH-IOL_TSN-Overview.pdf (Bob Noseworthy, University of New Hampshire Inter-Operability Laboratory, November 24,2015) Retrieved July 2, 2018 3:50pm ET.
[16] http://www.ieee802.org/1/pages/tsn.html Retrieved July 3,2018 9:40pm ET.
[17] http://www.ieee802.org/1/files/public/docs2017/tsn-farkasintro-0517-v01.pdf ( Janos Farkas of Ericsson May 15, 2017)Retrieved July 3, 2018 9:50pm ET.
[18] https://drive.google.com/file/d/0B6Xurc4m_PVsZ1lzWWox-S0pTNVE/view (Michael Johas Teener of Broadcom for ISPCS 2015) Retrieved July 15, 2018 10:30pm ET.
[19] www.ieee.org Retrieved July 16, 2018 3:50pm ET.
[20] http://www.opensig.org/ Retrieved July 16, 2018 3:40pm ET.
[21] http://avnu.org/ Retrieved July 16, 2018 7:50pm ET.
[22] https://www.iol.unh.edu/ Retrieved July 16, 2018 8pm ET.
[23] http://www.ti.com/lit/wp/szzy009/szzy009.pdf (Donovan Porter, Systems Engineer ,Texas Instruments 2018) Retrieved July 25, 2018, 4:30pm ET.
[24] Rhode and Schwartz Seminar on Automotive Ethernet Testing presented by Dr. Ernst Flemming, Manager of Oscilloscopes and Alyssa Harder,Oscilloscope Sales Specialist, May 18th, 2018 Southfield, MI.
[25] Teledyne LeCroy Seminar on Automotive Ethernet Testing presented by Mike Hertz, Field Applications Engineer with Teledyne LeCroy May 23, 2018, Farmington Hills, MI.
[26] Keysight Technologies Tech Day & Open House, June 12th 2018, Novi, Michigan.
[27] Tektronix Webinar on Automotive Ethernet Testing presented by Darshan Mehta, Product Manager, Tektronix automotive segment with Tektronix Automotive Solutions group.
[28] http://ieee802.org/3/1TPCESG/public/BroadR_Reach_Automotive_Spec_V3.0.pdf Retrieved July 20, 2018, 10pm ET.

著者紹介 
Candace Suriano氏はGMI Engineering & Management InstituteでBSMEを、Purdue UniversityでMSMEとMSE、University of Daytonで博士号を取得。電磁両立性に関し多数の論文を執筆し、IEEE EMCシンポジウムでいくつかアンテナとプローブのワークショップの議長を務めた。主な専攻は電磁両立性および電磁両立モデルの領域。また、MOM※4 に興味を持つ母(mom)でもある。連絡先はcandacesuriano@gmail.com

図4.自動車用イーサネットの運営組織。
図5.自動車用イーサネットに見られるパルス振幅変調(PAM 3:Pulse Amplitude Modulation)信号

[※訳者注]
1.BSME:Bachelor of Science in Materials Science and Engineering
2.MSME:Master of Science in Materials Science and Engineering
3.MSE:Master of Science in Engineering
4.MOM:Message Oriented Middleware「メッセージ指向ミドルウエア」。異なるプラットフォーム間でアプリケーション同士が双方向に情報をやり取りするためのソフトウェアのこと。