MOST Konsumerelektronik trifft Automobilelektronik

Zur nahtlosen Übertragung großer Mengen von Audio-, Video- und Kontrolldaten zwischen elektronischen Geräten und Automobilsystemen ist ein flexibles und leistungsfähiges Kommunikationsnetz im Fahrzeug notwendig. Für diese Aufgabe wurde die Technologie MOST (Media Oriented Systems Transport) geschaffen.

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FAULHABER Antriebssysteme

Der Konsument von heute pflegt einen digitalen Lebensstil, bei dem er seine Unterhaltungsgeräte immer und überall dabei haben möchte, sei es zu Hause, im Büro oder im Auto. Da wir immer mehr Zeit im Auto verbringen, stellt sich die Aufgabe, das Auto in unseren digitalen Lebensstil zu integrieren. Die Entwickler neuer Fahrzeuge müssen sich mit vielen verschiedenen Schnittstellen zur externen Welt auseinandersetzen. Die Geräte, die diese digitalen Verbindungen ermöglichen, müssen störungsfrei interagieren, um sicherzustellen, dass der Fahrer nicht abgelenkt wird. Um störungsfrei große Mengen an Audio-, Video-, und Kontrollinformationen zwischen Schnittstellen übertragen zu können, benötigt das Fahrzeug ein flexibles und leistungsfähiges Kommunikationsnetz.

Netzwerk statt Einzelverdrahtung

In den späten 70-er Jahren wurden in vielen Autos, auch der gehobeneren Klassen, separate Verstärker und Radios verwendet. Im Laufe der Jahre kamen Audioprodukte, wie Kassetten- und CD-Spieler dazu. Telefone und Navigationssysteme folgten und heutzutage sind Video- und Internetanschluss in Minivans, SUVs und Luxusfahrzeugen zum Standard geworden. Aktuelle Fahrzeuge haben bereits ein Dutzend oder mehr Geräte, die mit dem Fahrer und Beifahrer über eine begrenzte Zahl von visuellen und Audioschnittstellen interagieren müssen. Hier kommt die MOST-Technologie für den Transport von Audio-, Video- und Steuerungsinformationen hoher Bandbreite zwischen verschiedenen Subsystemen im Fahrzeug zum Einsatz. Die MOST-Technologie ermöglicht den Insassen den Zugang zu Telematik- und Informationsdiensten im Fahrzeug.

Die Notwendigkeit von Kompatibilität steigt mit der Anzahl von Geräten im Auto. Folglich steigt auch die Anzahl von Verbindungen exponentiell, die für die Steuerung nötig sind (Bild 1). Daher ist es von Vorteil, die Komponenten über ein Netzwerk zu verbinden, anstatt einfache Einzelverbindungen zwischen ihnen zu schaffen.

Alle aktuellen Fahrzeuge, die ein Hochgeschwindigkeitsnetzwerk verwenden, nutzen MOST als Infrastruktur, um eine ordentliche Interaktion und Koordination zwischen den verschiedenen beteiligten Subsystemen zu gewährleisten. MOST wurde von der Automobilindustrie entwickelt, um die schwierigen Umweltanforderungen im Fahrzeug zu erfüllen. Es ist eine robuste und zuverlässige Technologie, die sich bestens dafür eignet, große Mengen an Streaming- und Paketinformationen effizient und in Einheit mit den nötigen Steuerungsinformationen zu übertragen. Aktuelle MOST-Implementierungen verwenden Plastic Optical Fiber (POF) wegen des geringen Gewichtes, der niedrigen Kosten und der Vorteile hinsichtlich der elektromagnetischen Interferenz. Da MOST objektorientiert ist lassen sich auch andere Übertragungsmedien wie Kupferdraht oder Glasfaser einsetzen. Tatsächlich wurde auch schon ein elektrischer Physical Layer von der MOST Cooperation standardisiert.

Mit MOST wir alles einfacher

Die steigende Zahl an Anwendungen benötigt eine höhere Bandbreite und bringt vermehrte elektromagnetische Emissionen sowie steigendes Gewicht und Volumen für die Verkabelung mit sich. Die MOST-Technologie stellt sich diesen Herausforderungen.

Bild 2 zeigt den Vergleich zwischen zwei tatsächlich in Produktion befindlichen Systemen eines europäischen Fahrzeugherstellers. Diese typische Anwendung hat ein Mensch-Maschine Interface, das einen CD-Spieler, ein Radio und ein Telefon steuert. Im ersten Fahrzeug wurden konventionelle Kupferkabel verwendet, die in einem neueren Modell durch ein MOST-Netzwerk ersetzt wurden. Die Länge der Verbindungen wurde verringert, da einige benachbarte Geräte nicht an eine Zentraleinheit zurück verbunden werden mussten.

Zudem wurden weniger Kabel verwendet, da jede Verbindung mit optischen Fasern nur eine physikalische Faser benötigte. Dieses System ist wesentlich weniger anfällig für elektromagnetische Interferenz. Die geringere Zahl an Kabeln bedeutet eine höhere Zuverlässigkeit, geringeres Gewicht und Platzersparnis. Da das MOST-System synchron ist, sind die elektromagnetischen Emissionen leichter zu beherrschen, da sie in bekannten Frequenzen auftauchten und direkte Einflussnahme möglich ist.

Diese Implementierung verwendet ein konventionelles Radio, aber aufgrund des modularen Designs von MOST wäre es ein leichtes, ein Satellitenradio oder ein Unterhaltungssystem für die hinteren Beifahrer anstatt oder zusätzliche zu den eingesetzten Komponenten hinzuzufügen.

Je mehr Komponenten angeschlossen werden, umso höher steigen Kosten und Gewicht des Systems bei konventioneller Verkabelung. Außerdem müssen die Geräte, die den Inhalt wiedergeben (Displays und Verstärker), neu entwickelt werden, um mehr Eingänge aufzunehmen. Mit MOST muss der Anwender nur zusätzliche Stecker in die Faser oder Unshielded Twisted Pair Kabel (UTP) einfügen, die sich schon in seinem vorhandenen Kabelbaum befinden. Die daraus resultierenden, bedeutenden Gewichtseinsparungen ermöglichen es den Automobilherstellern, leichtere und kraftstoffeffizientere Fahrzeuge zu entwickeln. Die Verbindung zwischen zwei Geräten benötigt nur eine einzige optische Faser oder ein einziges UTP Kupferkabel, um alle Audio- und Videodaten und Steuerungsinformationen zu transportieren.

Der kleine Unterschied: synchrone Datenübertragung

Ein weiterer Aspekt, worin sich MOST von anderen Technologien wie Ethernet, USB oder IEEE 1394/Firewire abhebt, ist die synchrone Natur des Netzwerks. Alle Geräte, die miteinander verbunden sind, laufen synchron zu einem gemeinsamen Takt. Es ist keine Pufferung oder Abtastratenwandlung notwendig, wenn Signaldaten zwischen den Komponenten übertragen werden. In einem synchronen Netzwerk kann ein Entwickler nahezu die gesamte nominale Bandbreite verwenden, ohne die Quality of Service (QoS) für Audio- und Videoübertragung herunterzusetzen. Dies reduziert die Kosten für alle beteiligten Geräte.

Paketvermittlungsnetze dagegen berücksichtigen Kollisionen von Paketen und wiederholte Übertragungsversuche, die das Netzwerk mit zunehmender Auslastung in der Effizienz degradieren lassen. Dies führt zum Verlust von Frames, wobei sichtbare und hörbare Störungen entstehen. In einem Paketvermittlungsnetz kann ein Entwickler nur ca. 50% oder weniger der Bandbreite nutzen, bevor das Netzwerk aufgrund wiederholter Übertragungsversuche gesättigt ist und keine weiteren Daten durchkommen.

Mit MOST dagegen kann ein Entwickler mehr als 95% der Bandbreite nutzen, ohne Einbußen in der QoS hinnehmen zu müssen. Veränderungen in der Netzwerkauslastung beeinflussen diese nicht. Die synchrone Natur von MOST bringt auch die Übertragung des Systemtakts an alle Teilnehmer mit sich und gewährleistet die Synchronität von Audio und Video. Sie reduziert „wow and flutter“, Artefakte, auf die das menschliche Ohr sehr empfindlich reagiert.

Zusammen mit MOST entstand eine neue Architektur, die sich den Herausforderungen der Echtzeitvernetzung, mit denen der Systemdesigner konfrontiert ist, stellt. Der von SMSC entwickelte Intelligent Network Interface Controller (INIC) ermöglicht es einem MOST-Netzwerk ohne externe Intervention aufzustarten. Zudem erhalten in Hardware realisierte Steuerungsmechanismen die Integrität des Netzwerkes, selbst wenn eines der angebundenen Geräte ein Problem hat. Mit INIC wird das Netzwerk zu einer autonomen Einheit. Die einzelnen Applikationen können sich Zeit lassen, aufzustarten und ihre Funktionalität im Netzwerk anzumelden. Sie müssen nicht in das Management des Netzwerks eingreifen.

INICs vereinfachen darüber hinaus das Systemdesign mittels eines einheitlichen Interfaces zu den Anwendungen, das unabhängig von der Netzwerkgeschwindigkeit oder von den verwendeten Physical Layers ist. Dieses Interface heißt MediaLB und ist eine Hochgeschwindigkeits-Datenverbindung zwischen ICs. Als Weiterentwicklung von I2C und I2S ermöglicht es einen Datentransfer von 50 Mbps zwischen ICs auf einer Leiterplatte. Das MOST-Netzwerk selbst kann mit 25 Mbps, 50 Mbps, 150 Mbps oder mehr laufen, sowie über Faser oder Kupferkabel. Jedes davon kann einen anderen INIC verwenden, der für die jeweilige Geschwindigkeit und physikalische Verbindung ausgelegt ist. Die Anwendungen verwenden jedoch die gleiche INIC API und MediaLB, um mit allen INICs zu kommunizieren. Daher muss man sehr wenig verändern, wenn man zu einer anderen Netzwerkgeschwindigkeit wechselt.

MOST ermöglicht ein vollständig digitales System, in dem die einzigen analogen Signale, die erforderlich sind, direkt am Anwenderinterface vorkommen (Lautsprecher und Videodisplay). Der größte Teil der Daten (Musik, Video CDs und DVDs, usw.) ist in digitalem Format gespeichert. Wenn ein Systemansatz verwendet wird, um ein MOST-System zu designen, können erhebliche Kosteneinsparungen realisiert werden, da duplizierte Komponenten vermieden werden und die Funktionen in einzelne, wenige Chips integriert sind.

MOST wurde auf breiter Basis von der Automobilindustrie angenommen und wird in etwa 45 Fahrzeugmodellen, die derzeit auf der Straße sind, verwendet, was mehreren Mio. Fahrzeugen entspricht und wiederum mehreren 10 Mio. Geräten. Europäische Fahrzeughersteller waren die ersten, die MOST eingeführt haben, jedoch haben mittlerweile japanische und koreanische Hersteller signalisiert, dass auch sie MOST einführen werden.

*Henry Muyshondt ist zuständig für den Bereich Technical Liaison der MOST Cooperation

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