ETHERNET IN AUTOMOTIVE: THE CASE OF IEEE AUDIO VIDEO BRIDGING

Modern vehicles are equipped with more than 100 embedded systems, called Electronic Control Unit (ECU), which handle the functioning of the vehicle itself. Engine Control Module (ECM), Powertrain Control Module (PCM), Brake Control Module (BCM), General Electric Module (GEM) are some examples of ECU. With the growing num- ber of ECU, the needs of the automotive networks change. More often the traffic generated in a functional domain is required by an- other functional domain to be processed, or even just shown to the driver. For instance, the ECU used to monitoring the engine temperature send traffic information to those unit in charge of starting the cooling procedure if needed. At the same time, that traffic is required to be shown directly to the driver on the state of the engine, in real-time. This is a classic example of a traffic flow shared among two different functional domain (powertrain e infotainment). Point- to-point connections are not effectual (for maintenance complexity, cable weight, consequent increasing of fuel consumption etc..). For this reason, switched solutions, like switched-Ethernet solutions, are considered promising. Among all the Ethernet-based protocols, both, the scientific community and the automotive industry, think that the IEEE Audio Video Bridging (AVB) standard is a promising candidate. However, although the support to multimedia is largely provide by a number of communication protocols, including AVB, Ethernet-based networks do not provide support to deterministic control traffic, here called schedule traffic. The contribution of this dissertation is twofold: first an investigation on AVB, in realistic automotive scenarios, even comparing AVB to others communication protocol currently used in automotive, is presented. Second, two novel solutions, called AVB ST and AVB P, that extend AVB providing support to schedule traffic are proposed.

I veicoli moderni sono equipaggiati con più di 100 sistemi embedded, detti Electronic Control Unit (ECU), che gestiscono il funzionamento del veicolo stesso. Sono ad esempio ECU i seguenti dispositivi: Engine Control Module (ECM), Powertrain Control Module (PCM), Brake Control Module (BCM), General Electric Module (GEM), e altri an- cora. Con l’incremento del numero di ECU, crescono e si evolvono le esigenze delle reti in automotive. Sempre più spesso il traffico generato in un dominio funzionale è richiesto, per essere elaborato o più semplicemente mostrato all’utente, da un altro dominio. Si pensi ad esempio alle ECU dedite a monitorare la temperatura del motore per avviare procedure di raffreddamento in caso di necessità. Le informazioni rilevate da questi sistemi sono però allo stesso tempo richieste anche per informare, in tempo reale, il guidatore sullo stato del motore stesso. Questo `e un classico esempio di condivisione da parte di due domini funzionali differenti (powertrain e infotainment) di un flusso di traffico. Le connessioni punto-punto non sono più valide (per complessità di manutenzione, peso dei cavi, conseguente incremento nel consumo di carburante ecc..). Per questo le soluzioni switched, ed in particolare Ethernet switched, sono considerate promettenti. Tra tutti i protocolli Ethernet-based, in particolare, lo standard IEEE Au- dio Video Bridging (AVB) ha suscitato un notevole interesse sia presso la comunità scientifica che presso l’industria automobilistica. Tuttavia, sebbene il supporto a traffico di tipo multimediale sia ormai largamente disponibile con molti protocolli di comunicazione, ivi compreso AVB, le reti Ethernet-based non forniscono supporto per la trasmissione di traffico di controllo o deterministico, detto traffico schedulato. Il contributo di questo lavoro di tesi `e duplice: viene presentata un’indagine sul protocollo AVB, in realistici scenari automotive, confrontando AVB anche con altri protocolli di comunicazione attualmente impiegati in automotive, e vengono presentate due soluzioni innovative, chiamate AVB ST e AVB P, che migliorano AVB rendendolo capace di fornire supporto al traffico schedulato.