作者：Henry Martel

(資料圖)

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隨著更多新技術(shù)應(yīng)用于汽車(chē)行業(yè)，無(wú)人駕駛車(chē)輛的生態(tài)系統(tǒng)將相互作用，它們將自動(dòng)優(yōu)化路線、過(guò)程和方向，幾乎不需要人為干預(yù)。

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工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)和工業(yè)4.0 技術(shù)一直是正在進(jìn)行中的制造業(yè)數(shù)字化革命背后的驅(qū)動(dòng)力。先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)和人工智能(AI)的引入，為新型智能運(yùn)營(yíng)開(kāi)啟了大門(mén)。

然而，參與數(shù)字化轉(zhuǎn)型的公司往往會(huì)遇到問(wèn)題。集成IIoT 和工業(yè)4.0 智能涉及融合信息技術(shù)(IT)和運(yùn)營(yíng)技術(shù)(OT)網(wǎng)絡(luò)，但這些網(wǎng)絡(luò)是分離的，并且運(yùn)行方式也有根本性的差異。

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)集成面臨的挑戰(zhàn)

IT 系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)通常涉及硬件和軟件平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)化，重點(diǎn)是用戶體驗(yàn)和隱私。OT 系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)通常側(cè)重于使用單個(gè)控制和過(guò)程來(lái)運(yùn)行機(jī)器的功能。正確地融合兩種網(wǎng)絡(luò)是有益的，但如果整合不當(dāng)，則可能會(huì)帶來(lái)長(zhǎng)期不利影響。

雖然有些公司在IT 和OT 網(wǎng)絡(luò)集成方面取得了巨大成功，但也有許多公司失敗了。事實(shí)是，從傳統(tǒng)環(huán)境升級(jí)到智能工廠可能需要一個(gè)漫長(zhǎng)而艱巨的過(guò)程，在新融合的網(wǎng)絡(luò)中可能充滿了代價(jià)高昂的挫折、延遲和不確定性。

IT 和OT 網(wǎng)絡(luò)融合的戰(zhàn)略規(guī)劃

有人說(shuō)“防守是最好的進(jìn)攻?！痹诩深I(lǐng)域中，避免失敗的最佳方法是通過(guò)戰(zhàn)略規(guī)劃、協(xié)作和驗(yàn)證。毫無(wú)疑問(wèn)，整合過(guò)程的最佳工具是戰(zhàn)略規(guī)劃。經(jīng)過(guò)深思熟慮的戰(zhàn)略規(guī)劃將節(jié)省時(shí)間和資源，并將使I T 和O T 網(wǎng)絡(luò)的融合變得更容易。

應(yīng)該根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的不同情況定制戰(zhàn)略規(guī)劃。它應(yīng)包括特定于網(wǎng)絡(luò)的特定項(xiàng)目和配置需求。然而，除了戰(zhàn)略規(guī)劃外，還應(yīng)包括以下基本原則，它們可以幫助引導(dǎo)用戶完成集成過(guò)程。

實(shí)施的成敗通常取決于網(wǎng)絡(luò)集成的組織和規(guī)劃水平。在汽車(chē)行業(yè)，總線網(wǎng)絡(luò)通常用于車(chē)內(nèi)通信協(xié)議，控制器局域網(wǎng)(CAN)是其中最常見(jiàn)的。CAN 總線是一種輕型多主機(jī)串行協(xié)議，它將多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元集成在一起，形成了一個(gè)允許集中通信的骨干網(wǎng)。

在車(chē)輛中，這種聯(lián)網(wǎng)方式非常適合于防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)、節(jié)氣門(mén)和轉(zhuǎn)向控制等關(guān)鍵系統(tǒng)。

除CAN 外，車(chē)輛通信中還使用了其它幾種總線協(xié)議。每個(gè)協(xié)議都遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO 11898 和ISO 8802)為車(chē)輛指定的版本。每個(gè)協(xié)議都有自己的帶寬限制和特殊用途。

一些比較流行的總線協(xié)議包括：

? 局域互聯(lián)網(wǎng)(LIN)：主要用于小型電機(jī)應(yīng)用，如車(chē)門(mén)后視鏡、天窗控制和座椅定位系統(tǒng)。

·SAE J1939 ：用于重型機(jī)械、拖拉機(jī)、農(nóng)業(yè)和林業(yè)。

? 控制器局域網(wǎng)靈活數(shù)據(jù)范圍(C A N -F D)：C A N 協(xié)議的擴(kuò)展版本。允許更大規(guī)模的數(shù)據(jù)傳輸，有效負(fù)載從8 位增加到64 位。

? Flex ray ：使用兩個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)通道進(jìn)行容錯(cuò)。

? 媒體導(dǎo)向系統(tǒng)傳輸總線(MOST)：用于信息娛樂(lè)和多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可配置為菊花鏈或環(huán)形拓?fù)洹?/p>

以太網(wǎng)在工業(yè)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)

總線技術(shù)對(duì)車(chē)內(nèi)通信至關(guān)重要。然而，隨著汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展，新興技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用到較新的車(chē)輛上，總線系統(tǒng)的先天不足，無(wú)法支持這些新技術(shù)所需的帶寬要求。需要一種協(xié)議來(lái)處理從大量相互連接的ECU 上所生成的數(shù)據(jù)，同時(shí)為未來(lái)技術(shù)提供增長(zhǎng)和可擴(kuò)展性的空間。

以太網(wǎng)提供應(yīng)用所需的帶寬，如激光雷達(dá)、雷達(dá)、GPS、緊急制動(dòng)檢測(cè)、碰撞警告、車(chē)到萬(wàn)物(V2X)技術(shù)等。由于其靈活性，再加上數(shù)據(jù)傳輸能力可以擴(kuò)展到超過(guò)10GB，使得以太網(wǎng)成為汽車(chē)行業(yè)的理想選擇。以太網(wǎng)在企業(yè)以及使用各種協(xié)議和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)管理數(shù)據(jù)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，也有著良好的成功記錄。

以太網(wǎng)的另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是其靈活的配置方式。它還支持使用多種數(shù)據(jù)管理工具來(lái)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)流量。典型的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)管理配置包括：

? 拓?fù)洌阂蕴W(wǎng)可以配置為星形、網(wǎng)狀、環(huán)形、總線或樹(shù)形拓?fù)?，以支持流量并為?chē)輛網(wǎng)絡(luò)提供冗余。

? 虛擬局域網(wǎng)(VLAN)：VLAN 使用被稱為I E E E802.1q 標(biāo)簽的標(biāo)識(shí)符，將網(wǎng)絡(luò)分割成小型子網(wǎng)或虛擬LAN 段。然后使用這些VLAN 將物理連接或物理分離的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備邏輯分組到更小的子網(wǎng)中。

? 服務(wù)質(zhì)量(QoS)：QoS 用于管理數(shù)據(jù)流量，并通過(guò)將高性能應(yīng)用設(shè)置為較高的優(yōu)先級(jí)，來(lái)確保關(guān)鍵應(yīng)用程序的性能。

開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)模型

標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)使用傳輸控制協(xié)議/ 互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(T C P /I P)來(lái)處理數(shù)據(jù)。在20 世紀(jì)70 年代和80 年代初采用T C P / I P 協(xié)議之前，7 層開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)(O S I)模型被用作協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。以太網(wǎng)協(xié)議仍然使用OSI 模型，各層分別為：

? 第1層- 物理層：定義與網(wǎng)絡(luò)的物理連接。這包括電纜類型、射頻鏈路(IEEE 802.11 無(wú)線規(guī)范)引腳布局、電壓和連接器。

? 第2層- 數(shù)據(jù)鏈路層：從物理層提供同步和糾錯(cuò)。有兩個(gè)子層- 媒體訪問(wèn)控制(MAC)和邏輯鏈路控制(LLC)。大多數(shù)交換機(jī)在這個(gè)級(jí)別上運(yùn)行，包括E C U 和微處理器?？偩€技術(shù)(包括CAN、LIN等)運(yùn)行在IOS模型的第1 層和第2 層。

? 第3層- 網(wǎng)絡(luò)層：執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)IP 路由功能。

? 第4層- 傳輸層：提供數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議， 如TCP /UDP 連接和無(wú)連接通信。

? 第5層- 會(huì)話層：建立、管理和終止協(xié)作應(yīng)用程序之間的連接。

? 第6層- 表示層：定義數(shù)據(jù)壓縮和加密。

? 第7層- 應(yīng)用層：指定應(yīng)用程序如何訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)，如電子郵件、網(wǎng)絡(luò)瀏覽器和游戲。

工業(yè)無(wú)人駕駛的未來(lái)

以太網(wǎng)改善了商用和乘用車(chē)的駕駛員體驗(yàn)，也為工業(yè)應(yīng)用的巨大增長(zhǎng)打開(kāi)了大門(mén)。以太網(wǎng)、機(jī)器人和人工智能等技術(shù)的結(jié)合，對(duì)無(wú)人駕駛車(chē)輛，特別是工業(yè)無(wú)人駕駛車(chē)輛產(chǎn)生了巨大影響。

先進(jìn)的工業(yè)無(wú)人駕駛車(chē)輛采用了最好的技術(shù)，并增加了汽車(chē)中不常見(jiàn)的額外功能層。為特定目的或特定行業(yè)定制機(jī)器，包括機(jī)械臂、提升門(mén)、液壓平臺(tái)、切割工具，并且可由位于世界另一端的駕駛員遠(yuǎn)程操縱。工業(yè)無(wú)人駕駛車(chē)輛通常出現(xiàn)在公路、農(nóng)場(chǎng)、礦山、大型建筑工地以及由人類來(lái)履行職責(zé)太危險(xiǎn)的地方。在這些情況下，為無(wú)人駕駛車(chē)輛提供動(dòng)力的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)至關(guān)重要。

工業(yè)無(wú)人駕駛車(chē)輛的未來(lái)將是令人振奮的。5G 和高速無(wú)線等技術(shù)將為新的應(yīng)用打開(kāi)大門(mén)。對(duì)于乘用車(chē)和商用車(chē)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)(A R / V R)應(yīng)用將提供道路狀況和天氣數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)通知。

在工業(yè)領(lǐng)域，將出現(xiàn)自動(dòng)駕駛生態(tài)系統(tǒng)。該生態(tài)系統(tǒng)可以提供一個(gè)基于云應(yīng)用的新框架，驅(qū)動(dòng)完全自動(dòng)駕駛的“自我感知”車(chē)輛、機(jī)器人和各種其它自動(dòng)化機(jī)器。這種新的智能水平將使IAV 能夠根據(jù)從其他IAV 收集的數(shù)據(jù)做出自己的決策。

隨著更先進(jìn)的功能被引入車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)，傳統(tǒng)總線系統(tǒng)無(wú)法滿足新技術(shù)通信所需的帶寬需求。由于以太網(wǎng)的靈活性以及在企業(yè)和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的成功經(jīng)驗(yàn)，車(chē)輛制造商決定將其作為車(chē)輛通信的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

工業(yè)車(chē)輛制造商正在利用以太網(wǎng)帶來(lái)的機(jī)遇。隨著更多的技術(shù)被應(yīng)用到汽車(chē)中，整個(gè)社區(qū)或無(wú)人駕駛車(chē)輛生態(tài)系統(tǒng)將相互作用。無(wú)人駕駛車(chē)輛將決定哪些路線、流程和方向是最好的，而操作時(shí)幾乎無(wú)需人機(jī)交互。

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