Die Technologie "Automotive TSN-Netzwerke" adressiert die Anforderungen an dynamische Fahrzeugnetze durch neue Fahrerassistenzsysteme und Sensoren. Im Fokus steht die sichere Rekonfiguration von Datenströmen in Echtzeitnetzen. Entwickelt am Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetze (IDA) der TU Braunschweig, ermöglicht diese Lösung eine dynamische Anpassung von Netzwerkparametern in Echtzeit, basierend auf aktuellen Anwendungen, Betriebsmodi und Fahrzeugbedingungen. Die Architektur besteht aus einer zentralen Netzwerkmanagementeinheit und verteilten Ressourcenmanagement-Clients. Dies ermöglicht eine effiziente Koordination von Datenströmen und sichere Rekonfigurationen.
Fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (Advanced Driver Assistance Systems, ADAS) und autonomes Fahren erfordern eine Vielzahl neuer, hochauflösender Sensoren, die hohe Anforderungen an die fahrzeuginternen Kommunikationsnetze stellen. Dazu gehören ein hoher Bandbreitenbedarf und ein dynamisches Kommunikationsprofil, verursacht durch Umwelt- und Situationseinflüsse, denen das Fahrzeug im Betrieb ausgesetzt ist. Neben der hohen Bandbreite und dem dynamischen Verhalten der Datenverbindungen muss das Fahrzeugnetzwerk effizient, kostengünstig und leicht sein und gleichzeitig den Sicherheitsanforderungen genügen.
Um vorhandene Netzressourcen flexibel und effizient nutzen zu können, ist eine sichere, verlustfreie und zuverlässige Rekonfiguration von Datenströmen im laufenden Betrieb erforderlich.
Die Rekonfiguration der dynamischen und ressourcenintensiven Datenverbindungen ist jedoch mit den derzeitigen Netzwerkkonfigurationsmechanismen der TSN-Standards auf Paketebene nicht möglich. Diese Mechanismen sind zu langsam und erreichen nicht die Geschwindigkeit, die zur Durchführung einer Rekonfiguration innerhalb einer Paket Deadline erforderlich ist. Solche Datenverbindungen können nur dann verlustfrei und zuverlässig zur Laufzeit rekonfiguriert werden, wenn die Anwendungseigenschaften der Datenströme berücksichtigt werden.
Als Lösungsansatz hat das Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetze (IDA) der Technischen Universität Braunschweig ein zentrales Netzwerkmanagement entwickelt, das unter der Technologie "Automotive TSN Networks" vorgestellt wird und eine schnelle, zuverlässige und sichere Rekonfiguration von In-Vehicle-Netzwerken auf Basis des aktuellen Betriebsmodus, der Eigenschaften der laufenden Anwendungen und des globalen Fahrzeugzustands ermöglicht. Hierbei wird der durch die Anwendungsdatenübertragung entstehende Slack für die Rekonfiguration ausgenutzt.
Die Architektur besteht aus einem zentralen Ressource Manager, dem Ressource Management Clients bei jedem Netzwerkteilnehmer gegenüberstehen. Die zentrale Steuereinheit überwacht und steuert die Anwendungen und die Nutzung der Netzwerkressourcen. Der globale Überblick ermöglicht eine effiziente Koordination der Datenströme und eine schnelle Reaktion auf Netzwerkprobleme. Ebenfalls können zentrale Entscheidungen zur sicheren Rekonfiguration von Netzwerkparametern unter Berücksichtigung der laufenden Applikationen und des aktuellen Systemzustandes schnell getroffen werden. Darüber hinaus ist eine dynamische Verschiebung von Datenströmen im Netzwerk möglich Hierdurch können ungenutzte Netzwerkkapazitäten gebündelt und für neue Datenverbindungen zur Verfügung gestellt werden.
Diese Technologie wurde im Rahmen des Trendausblicks am 27. September 2023 im Transformations-Hub Leitungssatz von Dominik Stöhrmann vom Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetze (IDA) der TU Braunschweig vorgestellt.
