Sicher, einfach und schnell im Auto kommunizieren

Autos sind nicht nur beliebte Fortbewegungsmittel. Sie sind auch komplexe Systeme. Bis zu 80 elektronische Steuergeräte können heutzutage in modernen Fahrzeugen stecken. Doch die eingebauten Systeme sprechen nicht immer dieselbe Sprache. Kommunikationsschwierigkeiten zwischen den einzelnen Fahrzeugsystemen können Neuentwicklungen in der Automobilbranche bremsen und die Produktionskosten erhöhen. Zudem steigt die Vernetzung des Fahrzeugs mit dem Internet und mobilen IP-basierten Endgeräten kontinuierlich.

Das Forschungsprojekt »Sicherheit in Eingebetteten IP-basierten Systemen«, kurz SEIS, setzt genau dort an. Mittels Internet-Technologie im Auto sollen die einzelnen, in das Fahrzeug eingebauten Teilsysteme in Zukunft besser miteinander in Kontakt treten und eine einfache Entwicklung von Funktionen für ein komfortables, sicheres und zuverlässiges Fahren ermöglicht werden. Bisher kommunizieren die Steuergeräte über unterschiedlichste Übertragungstechnologien miteinander. Das könnte in Zukunft schrittweise geändert werden. Eine einheitliche Technologie hilft, die einzelnen Teilsysteme untereinander zu vernetzen. Mithilfe des IP wird eine einheitliche Kommunikation ermöglicht und eine gemeinsame Plattform für den Austausch von Daten geschaffen.

IP als einheitliches Kommunikationsprotokoll

© Foto Fraunhofer ESK

Zusammen mit fünf anderen Forschungseinrichtungen und zwölf Unternehmen der deutschen Automobilindustrie untersucht das Fraunhofer ESK das Internet-Protokoll als einheitliche Technologie im Fahrzeug. Im Schwerpunkt beschäftigt sich das Münchener Institut vor allem mit den Themen Echtzeitverhalten der IP-Technologie für sicherheits- und nicht sicherheitskritische Fahrzeuganwendungen sowie Netzwerkmanagement für IP/Ethernet-basierte Endgeräte und Switch-Komponenten. Das Netzwerkmanagement ist dabei für die Einhaltung bestimmter QoS-Merkmale und bestimmter Eigenschaften der funktionalen Sicherheit verantwortlich. Das Fraunhofer ESK kann von seiner langjährigen Erfahrung in den Bereichen Übertragungstechnologien und Netzwerkmanagement profitieren. Vorherige Untersuchungen automobiler Bussysteme und IP- bzw. Ethernet-basierter Netzwerke erleichtern die Erforschung der internetbasierten Technologie im Auto. Die zunächst betrachteten Anwendungen von Ethernet- bzw. IP-basierten Topologien sind Multimedia-Audio und -Video sowie videobasierte Fahrerassistenzsysteme. In diesen Bereichen werden hohe Datenraten verlangt. Die Anforderungen hinsichtlich Echtzeit und garantierte Übertragungszeiten sind relativ niedrig. Ethernet als Schicht-2-Protokoll mit kupferbasierten Leitungen bietet den Vorteil der skalierbaren Bandbreite von 10 bzw. 100 Megabit bis zu 1 Gigabit pro Sekunde. Über Audio- und Videoanwendungen hinaus wird die Eignung von IP/Ethernet auch für Steuerungsaufgaben untersucht. Hier sind die Anforderungen an Echtzeit und garantierter Übertragung weitaus höher und damit schwieriger umzusetzen, da herkömmliches Ethernet nicht deterministisches Verhalten besitzt.

Vereinfachung der Bordnetzkommunikation

Insgesamt bringt die Internet-Technologie im Fahrzeug eine Reihe von Vorteilen mit sich. Aktuell müssen die Fahrzeugdomänen mit unterschiedlichen Bussystemen über Gateways verbunden werden. Eine Vereinheitlichung der Übertragungstechnologie macht das Kommunikationssystem im Auto jedoch weitaus homogener und beherrschbarer. Zudem steigt die Chance auf Wiederverwendung von Protokollstacks und Applikationen auf mehreren Steuergeräten, was sowohl den Entwicklungsaufwand reduziert als auch die Qualität der Software erhöht. Eine weitere wesentliche Vereinfachung stellt die Integration von IP-basierten Netzen, z. B. Internet, OEM-Netz und mobilen Geräten wie Smartphone und MP3-Player, dar. Aus technischer Sicht ist dann ein Gateway unnötig, da auch die fahrzeuginternen Systeme auf IP basieren. Eine nahtlose Integration von neuen Geräten in die Internet-basierte Fahrzeug-Technologie ist somit möglich. Hinsichtlich der Sicherheit muss an dieser Stelle natürlich gewährleistet werden, dass die internen Geräte und Netze nicht von außen gestört oder manipuliert werden können. Erste Anwendung findet die Ethernet-Technologie im Fahrzeug mit dem Diagnosezugang über IP (DoIP), wodurch bereits Automotive-taugliche Ethernet-Komponenten vorhanden sind und für weitere Anwendungen verwendet werden können.

Kostenreduktion

Die Einführung der IP-Kommunikation bietet in mehrfacher Hinsicht Kostenvorteile:

  • Günstige Verkabelung im Vergleich zu teuren Technologien wie Kabel und Stecker für hochbitratiges Video
  • Verwendung von Standard-Bausteinen für Ethernet
  • Wiederverwendung von Software-Komponenten
  • Reduktion des Entwicklungsaufwands
  • Keine Notwendigkeit für Gateways

Das Verbundprojekt SEIS ist Teil des eNOVA-Strategiekreises Elektromobilität und wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Hightech-Strategie der Bundesregierung und des Forschungsförderungsprogramms IKT2020 gefördert.