IEEEオートモーティブ・イーサネットの最新規格のひとつ「10BASE-T1Sイーサネット」とは？

Thought Leadership Article 10BASE-T1Sが 自動車通信用 イーサネット・リンクに 必要とされる理由 著者：Fionn Hurley、 マーケティング・マネージャ 概要 OEMは優れた技術的ソリューションの実現を重視する一方で、 新しいIEEEオートモーティブ・イーサネット規格が次々と出現 車両のパーソナライゼーション、サービスの販売、無線（OTA） していますが、その最新規格の1つが10BASE-T1Sイーサネッ アップグレードなどの機能を通じて、新たな販売後収益の流れを トです。本稿では、自動車の電気／電子（E/E）アーキテクチャ 加えることができます。業界は、ゾーン・アーキテクチャと呼ば の変化を決定付ける自動車産業の傾向について述べ、新しい れる共通の新しいアーキテクチャの方向に進みつつあり、他産業、 10BASE-T1S規格がこの新しいアーキテクチャの導入をどのよ とりわけIT分野の技術や事例を利用することに目を向けていま うにサポートし、実現するのかを解説します。 す。その結果、今や自動車は、実質的に車輪の付いたコンピュー タになろうとしています。 新たな機会を提供するメガトレンド ドメインベース・アーキテクチャが機能によって接続を決定して 現在、自動車産業は最も革命的な時代の1つを経験しています。 いたのと異なり、ゾーン・アーキテクチャは物理的な位置によっ 自動車メーカーは、パーソナライゼーション、電化、自律化、ネッ て接続を決定します。この変更は、車両に搭載する電子制御ユ トワーク化といったいくつかの重要なメガトレンドに対するソ ニット（ECU）の数を大幅に減らし、最大で1km1のハーネス配 リューションを早急に提供する必要に迫られています。OEMは、 線を不要にします。さらに、このアーキテクチャはハードウェア 新たな機能に対応するために、E/Eアーキテクチャを大幅に変更 とソフトウェアを分離して、サービス指向アーキテクチャ（SOA） する必要に迫られるでしょう。この大変革には難しい技術的課題 を提供します。多くのOEMが、プラットフォームの統合化を容 が伴いますが、OEMにとっては、E/Eアーキテクチャをドメイ 易にして、より機能横断的な能力を実現するエンドtoエンド・ソ ンベースのソリューションから脱却させることを考える機会でも リューションを提供することを目標に、ソフトウェアを自社のも あります。ドメインベースのソリューションは、幾世代ものプラッ のとするための多大な投資を行っています2。このスケーラブル トフォームに繰り返し行われてきたアドオンによって、扱いにく なソフトウェア・プラットフォームのアプローチは、変動要素を いものになっています。この大幅なアーキテクチャ変更により、 最小限に抑え、新たな収益への流れを作る機会を提供して、長期 Rear Middle Front 100/1000/2500... Left Zone Left Zone Left Zone Mbps Ethernet 10BASE-T1S Super Ethernet Computer Sensor and Actuators Rear Middle Front Right Zone Right Zone Right Zone 図1. 自動車のゾーン・アーキテクチャ VISIT ANALOG.COM/JP

的な研究開発投資削減への道を開くと共に、複数の車種に対応し X 既存技術（例えばCAN(FD)など）よりも高速の通信 ながら開発時間を短縮します。 X FlexRayのような従来型車載ネットワーキング技術に代わる これらの革命的なアーキテクチャの変化には多くの課題が伴い、 後継技術 多くのOEMは、全体的な組織構造を変革して、個々のグループ X ECU用としてはコスト効率やエネルギー効率があま良くない が特定分野の機能だけを提供するという体制を廃し、より統合化 100BASE-T1の代替技術 された機能横断的な組織へと移行することを強いられました。 X 単純な冗長センサー回路の接続に対応できる能力 自動車産業は急速にイーサネット・デバイスの主要な消費者とな りつつあり、自動車へのイーサネット導入の広範な展開は、これ 10BASE-T1Sとは らの新しいアーキテクチャの導入を成功させる重要な柱の1つと 10BASE-T1S仕様は、2020年2月に発表されたIEEE 802.3cg 見なされています。イーサネットは、必要なスケーラビリティを 規格の一部として策定されました。10BASE-T1Sは、オートモー 提供して複数の速度グレードをサポートする、実績と信頼性を備 ティブ・イーサネット・エコシステムに欠けていた機能を提供し えた伝送媒体であり、サービスベースのアーキテクチャをサポー て真のイーサネット–エッジ間接続を可能にし、ゾーン・アーキ トすると共に、成熟した安全およびセキュリティ用のビルディン テクチャのニーズに対応します。 グ・ブロックを備えています。イーサネットは明確に定義され十 他のオートモーティブ・イーサネット技術と異なる10BASE-T1S 分に理解されたOSIモデルであり、複雑な自動車用ネットワーク の画期的かつユニークな側面は、マルチドロップ・トポロジをサ 全体の管理を容易にします。 ポートしていることです。このトポロジでは、すべてのノードが 同じシールドなしツイスト・ペア・ケーブルで接続されます。こ 自動車産業固有の側面 のバス実装は、各ノードに1つのイーサネットPHYしか必要とし イーサネットの基本概念の多くは他の産業のものを利用できます ない最適化されたBOMを提供し、他のイーサネット技術に付き が、自動車用E/Eアーキテクチャには、新たな技術開発を必要と もののスイッチやスター・トポロジを実装する必要がなくなりま する固有の条件がいくつかあります。自動車用として重要な点の す。この規格では、少なくとも8個のノードをサポートすること 1つは車体重量を減らすことで、これはその車種の走行距離に直 が仕様規定されており（さらに多くのノードもサポート可能）、 接影響します。現在使われているケーブル・ハーネスは、車体サ 最大25mのバス長が可能でなければなりません。 ブシステムの中で重量のかさむもの上位3種の1つに数えられて います（最大約60kg）3。従来のイーサネット・ケーブルではデー Zonal ECU タ伝送に4組の差動ペアが使われていましたが、これでは重量 がかさむ上に配線も複雑になるので、オートモーティブ・アプリ 10BASE-T1S Shared Network ケーションに適しているとは言えません。この問題を解決すべく、 Node Node Node Node ............ Node Node 1本のツイスト・ペア・ケーブルでイーサネット伝送を行えるよ 0 1 2 3 N-1 N うに、新しいIEEE規格が開発されました。これと、ゾーン・アー 図2. 10BASE-T1Sのバス・トポロジ キテクチャによって実現されたケーブル・ハーネス長の短縮を組 み合わせることによって、大幅なケーブルの短縮と重量削減が可 この規格のもう1つの新側面は物理層衝突回避（PLCA）機能で、 能になりました。 これは、その名の通り、共有ネットワーク上での衝突を避けるた めのものです。この実装では、主にネットワーク上のノード数と 10BASE-T1Sに対するニーズの要因 伝送されるデータ量によって確定的遅延の最大値が決まります。 ゾーン・アーキテクチャという概念の発展と共に、この新しい 各ノードには送信の機会が1回ずつ割り当てられます。その時点 アーキテクチャの利点をフル活用するには、エッジ部分にあるセ で送信すべきデータがノード上にない場合、そのノードは送信の ンサーやアクチュエータまでのすべてにイーサネット接続できる 機会を次のノードに渡すので、使用可能な10Mbpsを非常に高 必要のあることが明らかになりました。FlexRayやCANといっ い効率で利用することができます。 た既存の従来型接続技術では、プロトコルの変換が必要です。通 ACカップリングされたシステムの場合は、10BASE-T1Sネット 常、これはゲートウェイ内に実装されますが、コスト、複雑さ、 ワークで電源を供給することも可能です。これによってさらなる 遅延を増大させる可能性があります。100BASE-T1などの既存の ケーブルの節約とコネクタ・サイズの小型化が可能になり、配 オートモーティブ・イーサネット技術は、ポイントtoポイントの 線とコネクタに関する複雑さが緩和されることで信頼性も向上し スイッチング接続を使用する必要があるので、エッジ接続アプリ ます。ポイントtoポイント実装ではすでにPoDL（Power over ケーションをイーサネットへ移行させるためのシステム・コスト Data Lines）の使用が可能になっていますが、マルチドロップ・ 上の要求を満たしていませんでした。以上のような経緯で、この トポロジをサポートするためのIEEE規格強化の一環として、規格 問題への対応をIEEEに求める声が上がりました。主な条件の一 化が進められています。 部を以下に挙げます4。 自動車産業における10BASE-T1Sの用途は広く、様々なセンサー やアクチュエータを使用することで、車体、快適性、インフォテ イメント、そして目下議論されているADASなどの領域におい て、多くの機能を実現することができます。 2 10BASE-T1Sが自動車通信用イーサネット・リンクに必要とされる理由

まとめ 現在、自動車用E/Eアーキテクチャは革命的な変化の途上に 著者について あります。ゾーン型E/Eアーキテクチャへの移行も目前です。 Fionn Hurley 10BASE-T1Sはこれまで欠けていた機能を提供し、最適化され アナログ・デバイセズのオートモーティブ・キャビン・エ たイーサネット–エッジ間接続によってこの移行を支援します。 レクトロニクス・グループ（アイルランド、リメリック）の このような動きを前進させるには、越えるべきハードルがまだい マーケティング・マネージャ。2007年からアナログ・デバ くつかあります。例えば、イーサネット接続はモジュール実装時 イセズに勤務。前職はRF設計エンジニア。アイルランドの のコンポーネントのコストと複雑さを増すと考えられています。 ユニバーシティ・カレッジ・コークで電気および電子工学 10BASE-T1Sは、システム・コストを削減し、シグナル・チェー の学士号を取得。 ンを様々な形で分割することを可能にする様々な製品オプション 連絡先：fionn.hurley@analog.com を提供することによって、これらの懸念を直接解決します。アナ ログ・デバイセズは、標準化活動へ積極的に参加し、OEMと密 接な関係を保ちながらそのシステム条件が満たされるようにする EngineerZone® ことを通じて、10BASE-T1Sの導入促進に積極的に取り組んでい ます。 オンライン・サポート・コミュニティ アナログ・デバイセズのオンライン・サポート・コミュ アナログ・デバイセズが提供する10BASE-T1S製品と、オート ニティに参加すれば、各種の分野を専門とする技術者と モーティブ・アプリケーションへの10BASE-T1Sの導入促進計画 の連携を図ることができます。難易度の高い設計上の問 については、弊社へお問い合わせください。 題について問い合わせを行ったり、FAQを参照したり、 ディスカッションに参加したりすることが可能です。 参考資料 1 Cariad. May 2021. 2 R yan Fletcher.“ The Case for an End-To-End Automotive- Visit ez.analog.com Software Platform.” McKinsey & Company, January 2020. 3 D an Scott.“ Wiring Harness Development in Today’s ＊英語版技術記事はこちらよりご覧いただけます。 Automotive World.” Siemens, July 2020. 4 1 0Mb/s Single Twisted Pair Ethernet Call for Interest. IEEE 802.3 Ethernet Working Group. VISI T A N A L O G . C O M /JP お住いの地域の本社、販売代理店などの情報は、analog. ©2021 Analog Devices, Inc. All rights reserved. com/jp/contact をご覧ください。 本紙記載の商標および登録商標は、各社の所有に属します。 Ahead of What’s Possibleはアナログ・デバイセズの商標です。 オンラインサポートコミュニティEngineerZoneでは、アナ ログ・デバイセズのエキスパートへの質問、FAQの閲覧がで きます。 T23158-8/21