SEIS Statusseminar 20. September 2011, München

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1 SEIS Statusseminar 20. September 2011, München Netzwerkmanagement bei IP-basierten Netzwerken im Automobil Vorläufige Ergebnisse des Arbeitspaketes 2.4 N. Balbierer, J. Nöbauer, A. Kern, B. Dremel, A. Camek, P. Heinrich, H. Weiler Seite 1

2 Agenda Netzwerkmanagement: Strukturierung Aufgaben des Netzwerkmanagements Energiemanagement EM heute Teilnetzbetrieb: Verteilter Ansatz Weckmechanismen Zusammenfassung Seite 2

3 Netzwerkmanagement Automobilwelt Aufgaben: Wecken/Schlafenlegen von ECUs mittels periodischer NM-Nachricht Einträge in Fehlerspeichern Diagnoseanfragen Umsetzung: NM-Protokolle der Bussysteme AUTOSAR IT-Welt (ITU/ICT/ ) Aufgaben: Fehlerverwaltung Accounting Konfiguration Leistungsmanagement Umsetzung: SNMP 1) WMI 2) Andere NM-Protokolle 1) Simple Network Management Protocol 2) Windows Management Instrumentation Seite 3

4 Netzwerkmanagement: Strukturierung und Aufgaben IP Netzwerk-Management im Automobil Konfigurations- Management - Erfassung der physikalischen Topologie - Verwaltung von Fahrzeugmodi und entsprechenden Konfigurationen Energie- Management - Energiemodi von ECUs (Ein, Aus, Low-Power) - Netzwerkstart - Teilnetzbetrieb - Optimierung des Energiebedarfs aus Netzwerksicht Safety- und Fehlermanagement - Sicherheitslevels bei der Übertragung von sicherheitskritischen Daten - Fehlererkennung, -behandlung und -behebung in Netzwerken Seite 4

5 Schnittstellen zur Applikation Anwendung 1 Anwendung 2... Anwendung n Netzwerkmanager getcomponentlist getinterfaces getconfiguration getparameter isalive lowenergymodepermission requestpartialnetwork releasepartialnetwork notifyfault writefailurememory readfailurememory resetfailurememory sendsafetymsg receivesafetymsg safetystatusinfo etablishsafetychannel closesafetychannel Konfigurationmanager Energiemanager Safety- und Fehlermanager Seite 5

6 Energiemanagement aus Netzwerksicht Energiemodi von ECUs Ein- und Ausschalten von ECUs Netzwerkstart Teilnetzbetrieb Abschalten nicht benötigter ECUs Reduktion des Energiebedarfs und der CO 2 -Emission Je nach Fahrzeugzustand und Fahrsituation: unterschiedliche Teilnetze Voraussetzung: Selektives Wecken von Steuergeräten Seite 6

7 Teilnetzbetrieb Heute: kein Teilnetzbetrieb Bussysteme (CAN, MOST, FlexRay) Ganzer Bus wacht auf Netzwerkstart Zukünftig bei CAN möglich AUTOSAR: Ab Release 3.2 Unterstützung von Teilnetzbetrieb PNC: Partial Network Cluster Concept Aktiver Teilnetzbetrieb bei CAN Koordination durch zyklische NM-Botschaft SEIS: NM-Konzept für Teilnetzbetrieb bei IP/Ethernet Seite 7

8 Verteiltes EM-Konzept (I): Prinzip Teilnetze Anforderung und Freigabe Knoten eines angeforderten TNs werden geweckt Wecken eines TN Jeder Knoten hat einen Energiemanager ECU B TN1 ECU D TN2 Weckanfrage propagiert durch das Netzwerk ECU A TN1 Switch Ethernet Switch ECU E TN1 ECU C TN2 CAN Gateway Switch ECU F TN3 ECU J TN2 ECU I TN2 ECU H TN1 ECU G TN3 Siehe auch: N. Balbierer, T. Waas, Verteiltes Energiemanagement bei Netzwerken im Automobil, Whitepaper, IT-Anwenderzentrum Regensburg, August Seite 8

9 Verteiltes EM-Konzept (II): Architektur Energiemanager Auf jedem Knoten Kommunikation mit anderen EM Verwaltung der Teilnetze (PnSM) Verwaltung der Netzwerkschnittstellen (EthSM) Ethernet State Machine (EthSM) Abstraktionsschicht (HAL) Applikation Energiemanager (EM) Partial Network State Machine (PnSM) NM-Protokoll IP Protokollstapel Weckmechanismen Ethernet Systemarchitektur Kommunikationsstapel Physikalische Weckmechanismen Unterschiedliche Methoden einen Knoten zu wecken, je nach Hardware Abstrakte Schnittstelle zum EM Siehe auch: N. Balbierer, T. Waas, Verteiltes Energiemanagement bei Netzwerken im Automobil, Whitepaper, IT-Anwenderzentrum Regensburg, August Seite 9

10 Verteiltes EM-Konzept (III): Sequenzdiagramm sd TN-Anforderung Anwendung/ anderer EM Lokaler EM PnSM EthSM HAL Anforderung TN Event Weiterleitung Zustandswechsel Loop i [alle Schnittstellen] [TN ist über Schnittstelle erreichbar] Event Benachrichtigung Weckmechanismus Link aktiv Angeschlossene ECU wacht auf Weiterleitung der Anfrage Warten auf Bestätigungen Bestätigung Seite 10

11 Weckmechanismen (I): Detektion von Link-Aktivität Energy Detect Modul (EDM) Aktivierung der Spannungsversorgung durch EDM Energie aus Linksignal Kein Ruhestrombedarf Bidirektional VBAT Switch Energy Detect Modul (EDM) ED Spannungsversorgung VDD 100 MBit/s FDX Ethernet oder BroadR-Reach ETH+ ETH- VDD Ethernet PHY PWR_LOCK Media Independent Interface (MII) Mikrocontroller (MCU) ECU ECU ECU Seite 11

12 Weckmechanismen (II): Power over Ethernet (PoE) Aktivieren der Spannungseinkopplung auf die Datenleitung Kein Ruhestrombedarf Nur unidirektional VBAT ECU 1 PSE Ethernet / BroadR-Reach TM +Versorgungsspannung ECU 2 PD ECU 2 Versorgungsspannung Netzwerkschnittstelle DATA t Seite 12

13 Zusammenfassung Vorstellung von Netzwerkmanagement bei IPbasierten Netzwerken im Automobil Vergleich der unterschiedlichen Definitionen von NM in der Automobil- und IT-Welt Einteilung in Konfigurationsmanager, Energiemanager, Safety- und Fehlermanager Vorstellung des verteilten Energiemanagement- Konzeptes und zweier exemplarischer Weckmechanismen Seite 13