基于以太网AVB的车载网络时钟同步问题分析

基于以太网AVB的车载网络时钟同步问题分析

良好的时钟同步是车载网络可靠运行的关键。主要是因为在时间节点上必须具有精确的时间点信息，特别是与安全功能相关的时间点信息。对于车载网络系统，在车辆完全起动之前必须完成时钟初始化任务，同时为了避免车辆点火后的时间延迟长，该初始化时间必须非常短。而车辆的高级辅助驾驶系统需要高带宽通信（如以太网音频视频桥接AVB），但其相应的IEEE 802.1 AS时间同步协议不符合车载网络的快速同步启动要求。因此，提出了几种缩短时钟初始化时间的方法，并以以太网音频视频桥接技术为例，对这几种新同步方法进行详细的理论分析和仿真模拟。①在标准IEEE 802.1 AS的同步方法中，相邻帧的传输速率根据起始节点与第二个信息传输同步帧之间的时间进行计算，这增加了同步启动时间。通过修改计算相邻帧速率的同步帧大小，减少从最高级主时钟发送到低级时钟的分组数目来改善协议，不需要等待下一个同步帧的传输，从而减少同步启动时间；②为了进一步减少建立时钟优先级时间，根据起始节点与第一个信息传输同步帧之间的时间计算相邻帧的传输速率，利用硬件设备将时间信息即时插入到分组中，之后将获得的消息直接接入网络控制器或物理层中；③在车载网络启动时忽略延迟机制的时间消耗，将车辆之前的信息存储在闪存驱动器中。

仿真结果表明：与原始标准相比，方法3所需的车载网络同步启动时间只需原来标准协议时间的2.5%。与标准IEEE 802.1 AS时间同步协议相比，新时间同步协议的初始化时间减少了40倍，且不会显著影响同步误差，即新方法能够减少基于以太网的车载网络同步启动时间。

Aboubacar Diarra et al. Emerging Technologies& Factory Automation.IEEE, 2015.

编译：赵唤