Optisches Multi-Gigabit-Ethernet Software-definierte Fahrzeuge: ZF setzt auf Glasfaser für zukünftige Bordnetze

ZF hat seinen Hochleistungsrechner ProAI für optisches Multi-Gigabit-Ethernet in Automobilanwendungen weiterentwickelt. Dank neu entwickelter Halbleiter und Steckverbinder lassen sich Daten nun auch über automobiltaugliche Glasfasern nach IEEE 802.3cz übertragen. Der Automobilzulieferer hält den Serieneinsatz bereits 2026 für denkbar.

Schnelle Datenübertragung dank Glasfaseranschluss? Was im Büro oder zu Hause bereits zum Einsatz kommt, ist in der Automobilbranche noch in der Erprobung. Dabei kann optisches Multi-Gigabit-Ethernet für verschiedene Fahrzeugklassen erhebliche Vorteile bringen, wie hohe Datenübertragungsraten, größere Übertragungsdistanzen oder Gewichtsersparnisse. Tests haben die Einsatztauglichkeit dieser Technologie für Pkw, Lkw, Busse und Shuttles bewiesen. „Diese ultraschnelle Übertragung ist eine Schlüsseltechnologie für künftige Bordnetze software-definierter Fahrzeuge“, unterstreicht Oliver Briemle, Leiter Cross-Domain Computing bei ZF. Die Technologie ermöglicht sowohl Kurz- als auch Langstreckenübertragungen von bis zu 40 Metern. Ein Serieneinsatz ist laut ZF bereits im kommenden Jahr möglich.

Wie funktioniert optische Datenübertragung?

Optische Datenübertragung kommt in vielen Kommunikationssystemen, einschließlich der Automobilindustrie, zum Einsatz. Sie basiert auf der Übertragung von Lichtsignalen durch Glasfaser- oder Kunststofffaserkabel. Glasfaserkabel sind aufgrund der hohen Bandbreite und niedrigen Verluste dafür prädestiniert. Die Lichtausbreitung in diesen Fasern basiert auf dem Prinzip der Totalreflexion. Wenn Licht in die Faser eintritt, wird es an den Grenzflächen zwischen Kern und Mantel der Faser reflektiert, wodurch es im Kern gefangen bleibt und sich entlang der Faser ausbreitet.

Glas- statt Polymerphasern

Optische Datenübertragungssysteme sind nicht komplett neu in der Automobilbranche. beispielsweise MOST, kurz für Media Oriented Systems Transport, dass sich aus diversen Gründen nicht durchsetze. Hier wurden Polymerfasern als physikalische Schicht zur Datenübertragung eingesetzt. Im Gegensatz dazu basieren die neuen Standards, wie das optische Multi-Gigabit-Ethernet nach IEEE 802.3cz-2023 auf Glasfasern. Welche Vorteile bietet optisches Multi-Gigabit Ethernet nun konkret?

• Hohe Datenübertragungsraten: Der Standard unterstützt Datenübertragungsraten von 2,5 Gbit/s, 5 Gbit/s, 10 Gbit/s, 25 Gbit/s und 50 Gbit/s. Diese hohen Geschwindigkeiten sind entscheidend, um die wachsenden Datenmengen zu bewältigen, die durch moderne Anwendungen wie ADAS und AD, Infotainment und vernetzte Dienste entstehen.

• Erhöhte Übertragungsdistanz: Die neuen Standards ermöglichen eine deutlich größere Übertragungsdistanz im Vergleich zu älteren optischen Systemen oder kupferbasierten Datenübertragungssystemen. Optisches Multi-Gigabit-Ethernet kann Daten über Entfernungen von bis zu 40 Metern übertragen, was sowohl für Kurz- als auch für Langstreckenanwendungen in aller Art von Fahrzeugen geeignet ist.

• Gewichtsersparnis: Im Vergleich mit Kupferkabeln spart der Einsatz von Glasfaser deutlich Gewicht ein, was wiederum zur Reduzierung des Flottenverbrauchs beiträgt.

• Zuverlässigkeit und Langlebigkeit: Die Verwendung von Glasfasern (OM3) gemäß dem Standard IEEE 802.3cz-2023 verbessert die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit der Datenübertragungssysteme. Glasfasern sind nicht anfällig für elektromagnetische Störungen und bieten eine stabile Datenübertragung auch unter herausfordernden Umweltbedingungen. Eine galvanisch getrennte Datenkommunikation zwischen verschiedenen Spannungsniveaus lässt sich damit ebenfalls realisieren. Zudem sind sie widerstandsfähiger gegenüber Alterungsproblemen, was eine langfristige Nutzung ermöglicht.

• Energieeffizienz: Optische Datenübertragungssysteme, die auf dem Standard IEEE 802.3cz-2023 basieren, sind energieeffizienter als herkömmliche Kupfer-basierte Systeme. Sie benötigen weniger Energie für die Datenübertragung, was zu einer Reduzierung des Gesamtenergieverbrauchs im Fahrzeug führt. Dies ist besonders wichtig für moderne Automobile, bei denen die Energieeffizienz eine entscheidende Rolle spielt.

• Skalierbarkeit und Zukunftssicherheit: Optisches Multi-Gigabit-Ethernet ist zukunftssicher und skalierbar, denn es ist möglich, neue Hochleistungsrechner, elektronische Steuergeräte und Multi-Domain-Rechner auf höhere Datenübertragungsgeschwindigkeiten aufzurüsten, ohne dass die bestehenden optischen Verkabelungskomponenten geändert werden müssen. Dies erleichtert die Integration neuer Technologien und Funktionen in zukünftige Fahrzeuggenerationen und stellt sicher, dass die Systeme den steigenden Anforderungen gerecht werden.

• Geringere Kosten durch hohe Produktionsvolumen: Die im Standard IEEE 802.3cz-2023 spezifizierten OM3-Glasfasern sind weltweit verbreitet und werden bereits in großen Mengen produziert. Auch die heutigen hohen Produktionsvolumen der VCSEL (Laserdioden) und Photodioden für den Einsatz in den spezifizierten Wellenlängen sind sehr hoch. Das führt zu Kosteneinsparungen bei der Herstellung.

• Verbesserte Kommunikationskanäle: Das optische Multi-Gigabit-Ethernet bietet nahezu ideale Kommunikationskanäle mit geringer Komplexität der physikalischen Schicht. Dies führt zu einer geringeren Equalization-Komplexität, keiner Echokompensation und somit zu einem geringeren Stromverbrauch, geringerer Latenz und insgesamt kostengünstigeren Lösungen. Ein speziell dedizierter Operations-, Administrations- und Wartungskanal sorgt zudem für hohe Zuverlässigkeit und effizientes Link-Management.

 (se)

Standards

KD und Keysight forcieren das Testen von optischem Multigigabit Automotive Ethernet

Testfahrten im öffentlichen Raum

Deutschlandweite Genehmigung für Level-4-Testfahrten

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