Rede dinâmica NXP no software

Informações do produto

Especificações

• Nome do produto: Sistema de rede de veículos definido por software
• Fabricante: Semicondutores NXP
• Tipo de rede: Definido por software
• Características: Configuração de rede dinâmica, atualizações over-the-air, adaptabilidade em tempo real

Instruções de uso do produto

Configuração de rede dinâmica

• O Sistema de Rede de Veículos Definido por Software permite a configuração dinâmica da rede, permitindo adaptabilidade em tempo real durante a operação e em cenários variáveis. Esse recurso garante que as prioridades da rede possam ser ajustadas conforme as condições evoluem.

Atualizações Over-the-Air

• Ao longo do ciclo de vida do veículo, utilize atualizações remotas para implementar melhorias de software, novos recursos e melhorias funcionais. Esse processo garante que seu veículo permaneça atualizado com os avanços mais recentes.

Abordagem padronizada

• Atenda com eficiência a diversos requisitos seguindo uma abordagem bem estruturada e padronizada para configuração e reconfiguração de rede. Este método simplifica o processo e aumenta a confiabilidade geral do sistema.

INTRODUÇÃO

• Os veículos definidos por software (SDV) de hoje e de amanhã têm requisitos de rede cada vez mais complexos e dinâmicos.
• Esses requisitos evoluem não apenas enquanto o veículo está em operação, mas também à medida que o software é atualizado, modificado ou implantado.
• Entretanto, a complexidade é inimiga da escalabilidade, confiabilidade e implementação eficiente.
• A padronização da configuração e reconfiguração da rede apresenta vantagens consideráveistages para a indústria automotiva.

CARACTERÍSTICAS

Configuração de rede para o SDV

• Os veículos modernos são programados tanto quanto são construídos. Os automóveis tradicionais tinham características e capacidades fixas, definidas pelos componentes físicos montados na linha de produção. Em contraste, os veículos atuais são altamente adaptáveis, com atributos fundamentais – incluindo a dinâmica de condução – determinados por software e controlados por semicondutores em conjunto com peças mecânicas.
• Os SDVs não são apenas programáveis, mas, ainda mais importante, continuamente reprogramáveis. Ao longo do ciclo de vida do veículo, atualizações remotas (OTA) permitem melhorias de software, novos recursos e melhorias funcionais.
• Esse nível de adaptabilidade depende inteiramente de uma rede robusta a bordo do veículo. Cada componente deve ser capaz de enviar e receber dados, seja continuamente ou sob demanda. As demandas de rede variam amplamente entre os diferentes sistemas do veículo.
• Alta largura de banda e baixa latência são cruciais para funções críticas de segurança, como sistemas de detecção de colisões. Em contraste, outros sistemas, como indicadores de direção, exigem apenas comunicação intermitente de baixa largura de banda, com alguma tolerância à latência.
• Atender a esses diversos requisitos de forma eficiente exige uma abordagem bem estruturada e padronizada para configuração e reconfiguração de rede.

Por que os SDVs dependem da configuração dinâmica

• A configuração dinâmica da rede permite adaptabilidade em tempo real, tanto durante a operação quanto em outros cenários. À medida que as condições mudam, as prioridades da rede podem se ajustar.
• Embora cabos físicos e switches Ethernet continuem essenciais, as redes SDV são principalmente definidas por software, permitindo reconfiguração perfeita como um recurso de design inerente.
• Essa capacidade de reconfiguração permite a otimização dos componentes de hardware dos veículos em modelos específicos. Isso pode ajudar a obter melhor consumo de energia e se adaptar a diversas condições de direção.
• Isso aumentará a tolerância a falhas, com componentes monitorados em tempo real e dispositivos reconfigurados para ajudar a mitigar eventuais falhas. Isso permitirá que programas de manutenção preditiva identifiquem peças ou sistemas de veículos que provavelmente precisarão de atenção.
• E auxiliará na personalização e customização de um veículo para seu usuário.
• Os requisitos de rede variam de acordo com a operação atual do veículo, exigindo configuração automatizada e sensível ao contexto.
• Projeto e construção: As peças serão instaladas e conectadas em rede em momentos e horários diferentestages dos processos de design, prototipagem, produção e testes.
• Ao dirigir: Diferentes estados e circunstâncias de condução exigirão a ativação, desativação e priorização de diferentes componentes, por exemploampou seja, ao estacionar em ruas urbanas movimentadas, ao dirigir em rodovias abertas ou em diferentes horários do dia e condições climáticas. Se uma falha for detectada, a melhor estratégia para mitigá-la é implementada.
• Na garagem: Os mecânicos precisarão ser capazes de testar, substituir e reparar componentes com segurança, tanto isoladamente quanto em conjunto com o restante dos sistemas do veículo.
• Em casa: Enquanto o veículo estiver estacionado na garagem do proprietário, muitos componentes estarão desligados ou inativos. Mas outros, como os usados ​​para carregar a bateria, acessar as portas e garantir a segurança, precisarão estar operacionais.
• A capacidade de configurar e reconfigurar de forma rápida, segura e automática a infraestrutura de rede de um veículo é fundamental para o desenvolvimento de SDVs.
• No entanto, alcançar essa flexibilidade é desafiador no cenário automotivo atual. Os fabricantes de equipamentos originais (OEMs) e seus fornecedores selecionarão uma ampla gama de componentes para atender aos requisitos de design, gerenciar custos e integrar as melhores tecnologias da categoria.
• Embora essa flexibilidade seja essencial, a heterogeneidade resultante nos componentes da rede introduz desafios significativos para a configuração e reconfiguração da rede.

Principais desafios da configuração de rede não padronizada:

• Interoperabilidade: Padrões de configuração proprietários de diferentes OEMs e fornecedores criam ineficiências, exigindo adaptações de software adicionais ou até mesmo componentes físicos extras.
• Problemas de integração surgem quando os componentes exigem intermediários para se comunicar, adicionando complexidade que pode afetar a confiabilidade e a segurança.
• Escalabilidade: Os OEMs se beneficiam de arquiteturas eletrônicas/elétricas (E/E) e de software padronizadas que podem ser reutilizadas em diversos modelos de veículos. Componentes que exigem configurações exclusivas para peças específicas dificultam essa escalabilidade, reduzindo a eficiência e aumentando a sobrecarga de engenharia.
• Esforço e custo de integração: Configurações personalizadas aumentam os custos, pois aumentam o tempo de validação e teste. Esses custos se estendem à manutenção, pois quaisquer alterações na arquitetura do SDV podem exigir validação repetida para garantir compatibilidade e confiabilidade.
  Segurança cibernética: Configurações inconsistentes introduzem vulnerabilidades desconhecidas, expandem a superfície de ataque do veículo e complicam os esforços de mitigação de ameaças. A padronização é essencial para aplicar políticas de segurança uniformes em toda a rede.

Um modelo de configuração comum

• A indústria automotiva se beneficiaria consideravelmente de um modelo comum de configuração de rede, um protocolo e uma linguagem universais que pudessem ser usados ​​para programar conexões de rede em todos os dispositivos. Isso não requer nenhuma alteração nos componentes utilizados. Como discutido, impor tais restrições seria totalmente contrário aos interesses de fabricantes e consumidores. Em vez disso, trata-se de mudar a forma como esses componentes são conectados, configurados e reconfigurados. Seguindo o espírito da arquitetura SDV, ela se concentra muito mais em software do que em hardware.
• De muitas maneiras, os benefícios de um modelo de configuração comum são o reflexo das desvantagenstages do nosso ambiente atual não padronizado.
• Onde a interoperabilidade é atualmente um desafio, com um modelo padronizado, ela se torna ágil e integrada, independentemente de os componentes serem de um ou vários fabricantes. A escalabilidade e a reutilização de código são possibilitadas porque as configurações de software de rede são escritas em um padrão comum e utilizam os mesmos protocolos. Os custos de desenvolvimento e o tempo de lançamento no mercado são reduzidos, uma vez que a validação, os testes e a garantia da conformidade com os diversos padrões do setor seriam simplificados devido à redução da complexidade dos projetos de rede. Da mesma forma, a segurança cibernética não é apenas simplificada, mas também mais eficaz devido à maior visibilidade em toda a rede.

Padrões industriais

• YANG (Yet Another Next Generation) e MIB (Management Information Base) são usados ​​para gerenciamento de rede, mas diferem significativamente em abordagem e escopo. YANG é uma linguagem de modelagem de dados projetada para modelar a configuração e os dados de estado de dispositivos de rede de forma estruturada, normalmente usada com NETCONF para automação e gerenciamento dinâmico. YANG suporta uma ampla gama de serviços de rede e fornece melhor flexibilidade para modelar configurações de rede complexas, permitindo controle e configuração mais granulares. Por outro lado, MIB, usado principalmente com SNMP (Simple Network Management Protocol), oferece uma estrutura estática e predefinida para representar dados de dispositivos de rede. Embora MIB seja amplamente usado no gerenciamento de redes legadas, ele não tem a flexibilidade e extensibilidade de YANG, particularmente quando se trata de lidar com configurações complexas e dinâmicas. YANG é mais adequado para o gerenciamento de rede moderno, especialmente em ambientes que exigem automação e adaptabilidade em tempo real.
• Para casos de uso automotivo, os modelos YANG existentes frequentemente precisam de extensões para atender aos requisitos específicos das redes veiculares. Os modelos YANG tradicionais geralmente são projetados para cenários genéricos de rede e comunicação, mas os sistemas automotivos têm necessidades específicas. A extensão dos modelos YANG permite a integração de requisitos específicos do setor automotivo, possibilitando um gerenciamento mais eficiente das redes veiculares modernas.
• Vários protocolos de gerenciamento são usados ​​com o YANG, incluindo NETCONF, RESTCONF, gNMI e CORECONF. O NETCONF é amplamente utilizado para gerenciamento confiável e abrangente, oferecendo suporte para operações avançadas. O RESTCONF, utilizando métodos HTTP, fornece uma interface mais simples, ideal para webAplicações baseadas em gNMI. O gNMI, baseado em gRPC, é particularmente adequado para casos de uso de alto desempenho, telemetria e streaming. O CORECONF, um protocolo mais leve, oferece uma abordagem simplificada com sobrecarga mínima, tornando-o uma ótima opção para ambientes que exigem alterações de configuração rápidas e em tempo real com demandas de baixa latência. Sua simplicidade e foco em tarefas essenciais de configuração o tornam uma opção atraente para a automação de redes modernas, especialmente quando a facilidade de uso e a eficiência são priorizadas. Embora não seja tão amplamente adotado quanto o NETCONF ou o RESTCONF, o design simples do CORECONF garante que ele ofereça gerenciamento rápido e eficiente para dispositivos de rede.
• O CORECONF utiliza métodos CoAP (Constrained Application Protocol) para acessar dados estruturados definidos em YANG. O CoAP é um protocolo leve, projetado para dispositivos e redes com recursos limitados, comumente usado em aplicações de IoT.
• Opera sobre UDP para menor sobrecarga, priorizando velocidade e eficiência. O CoAP segue um modelo de solicitação/resposta cliente-servidor e utiliza CBOR para codificação compacta de dados. Apesar de utilizar UDP, o CoAP inclui recursos de confiabilidade, como retransmissões e confirmações.
• O CoAP também suporta DTLS para segurança, garantindo comunicação criptografada. Seu design de baixa sobrecarga o torna perfeito para dispositivos menos potentes.
• Em alguns casos, os dados codificados em CBOR podem ser transmitidos diretamente pela Ethernet bruta sem a necessidade de uma pilha TCP/IP. Isso é particularmente útil para dispositivos com recursos limitados que não exigem toda a sobrecarga de uma pilha de rede tradicional.
• Ao ignorar as camadas TCP/IP, esses dispositivos podem se comunicar com mais eficiência, reduzindo a latência e conservando recursos como memória e capacidade de processamento. Essa abordagem é frequentemente usada em aplicações especializadas, como IoT industrial ou sistemas automotivos, onde a comunicação de baixa latência e o consumo mínimo de recursos são essenciais para a operação em tempo real.
• Padronizar o modelo de dados é crucial para garantir consistência e interoperabilidade entre vários sistemas, especialmente em ambientes complexos como redes automotivas ou de IoT.
• Um modelo de dados bem definido fornece uma abordagem unificada para gerenciar configuração, monitoramento e controle, permitindo uma comunicação perfeita entre diferentes componentes. No entanto, a flexibilidade no protocolo de transporte é igualmente essencial. Diferentes dispositivos têm diferentes restrições de recursos, necessidades de comunicação e ambientes de rede. Ao suportar múltiplos protocolos de transporte, o sistema pode se adaptar a esses diversos requisitos, garantindo uma comunicação eficiente e confiável entre uma ampla gama de dispositivos, desde sensores de baixo consumo até controladores de alto desempenho.
• As extensões são adicionadas somente quando os padrões não são suficientes
• Figura 2: Opções de configuração padronizadas.
• (Observação: A padronização começou na OPEN Alliance TC-19)
• Figura 3: Opções padronizadas de monitoramento e diagnóstico.
• (Observação: A padronização começou na OPEN Alliance TC-19)

Resumindo

• A falta de uma configuração de rede padronizada está adicionando complexidade desnecessária aos fabricantes de veículos no desenvolvimento da próxima geração de veículos definidos por software. Uma abordagem unificada é essencial para garantir escalabilidade, segurança e eficiência.
• Este desafio afeta todo o ecossistema automotivo — fabricantes de equipamentos originais (OEMs), fornecedores de equipamentos eletrônicos e provedores de software. Enfrentá-lo exige um esforço coordenado de toda a indústria para desenvolver e adotar padrões harmonizados de configuração de rede. A padronização não é apenas uma necessidade técnica — é um imperativo estratégico para acelerar a inovação e, ao mesmo tempo, reduzir a complexidade e os custos.
• Há lacunas nas alternativas atuais para configuração de rede em casos de uso específicos do setor automotivo, e é por isso que existe essa variedade de soluções em jogo.
• Mas essas lacunas estão longe de ser intransponíveis. Um esforço conjunto e colaborativo para desenvolver padrões abertos e um impulso paralelo para adotá-los em todo o setor automotivo renderão recompensas valiosas. Todas as empresas do nosso setor serão beneficiadas.
• Figura 4: O S32J100 capacita os fabricantes a criar redes de veículos simplificadas

Rede NXP CoreRide

• Embora um modelo único e padrão para redes dinâmicas continue sendo um desafio para a indústria automobilística, a NXP já simplificou as redes de veículos modernos por meio da introdução da rede NXP CoreRide, com a família S32J de switches Ethernet de alto desempenho em seu núcleo.
• A família S32J compartilha um núcleo de switch comum, o NXP NETC, com os mais recentes microcontroladores e processadores S32 da NXP. O núcleo de switch comum agiliza a integração, proporcionando aos fabricantes soluções de rede mais eficientes, escaláveis ​​e flexíveis.
• Historicamente, o desenvolvimento de ECU envolveu a integração de vários componentes semicondutores e de software de diferentes fornecedores, cada um exigindo configuração e suporte distintos.
• A ausência de padrões comuns levou ao aumento da complexidade, a cronogramas de projeto e desenvolvimento mais lentos e a um maior risco de falhas.
• A rede NXP CoreRide revoluciona esse processo e simplifica o gerenciamento de rede para cada nó na rede do veículo, fornecendo uma abordagem unificada ao gerenciamento de rede.
• Essa abordagem permite que os OEMs projetem e construam arquiteturas de veículos simplificadas e flexíveis que podem se adaptar facilmente a diferentes requisitos em diferentes modelos de veículos e níveis de produção.

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Razvan Petre

• Gerente Sênior de Marketing, NXP Semiconductors
• Razvan Petre lidera a estratégia de produtos para switches Ethernet automotivos, incluindo a inovadora família S32J, na equipe de soluções de rede Ethernet da NXP.
• Com forte foco em inovação, tendências de mercado e necessidades dos clientes, a Razvan desenvolve soluções de rede que atendem às crescentes demandas da indústria automotiva.
• nxp.com/S32J100
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• Número do documento: DYNAMICNETWORKINGA4WP REV 0

Perguntas frequentes

• P: Por que a configuração de rede dinâmica é essencial para veículos definidos por software?
  • A: A configuração dinâmica da rede permite adaptabilidade em tempo real, garantindo que as prioridades da rede possam ser ajustadas com base nas mudanças nas condições durante a operação do veículo.
• P: Quais são os principais benefícios das atualizações remotas para SDVs?
  • A: Atualizações remotas permitem melhorias de software, novos recursos e aprimoramentos funcionais durante todo o ciclo de vida do veículo, mantendo-o atualizado com os últimos avanços.
• P: Como uma abordagem padronizada para configuração de rede beneficia a indústria automotiva?
  • A: A padronização da configuração e reconfiguração da rede oferece vantagens consideráveistages para a indústria automotiva, melhorando a escalabilidade, a confiabilidade e a implementação eficiente.

Documentos / Recursos

Rede dinâmica NXP no software [pdf] Guia do Usuário Redes dinâmicas em software, software

Referências

• Manual do usuário