作者：Henry Martel

(資料圖)

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隨著更多新技術應用于汽車行業，無人駕駛車輛的生態系統將相互作用，它們將自動優化路線、過程和方向，幾乎不需要人為干預。

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工業物聯網(IIoT)和工業4.0 技術一直是正在進行中的制造業數字化革命背后的驅動力。先進網絡技術、機器學習(ML)和人工智能(AI)的引入，為新型智能運營開啟了大門。

然而，參與數字化轉型的公司往往會遇到問題。集成IIoT 和工業4.0 智能涉及融合信息技術(IT)和運營技術(OT)網絡，但這些網絡是分離的，并且運行方式也有根本性的差異。

工業網絡集成面臨的挑戰

IT 系統運營通常涉及硬件和軟件平臺的標準化，重點是用戶體驗和隱私。OT 系統的運營通常側重于使用單個控制和過程來運行機器的功能。正確地融合兩種網絡是有益的，但如果整合不當，則可能會帶來長期不利影響。

雖然有些公司在IT 和OT 網絡集成方面取得了巨大成功，但也有許多公司失敗了。事實是，從傳統環境升級到智能工廠可能需要一個漫長而艱巨的過程，在新融合的網絡中可能充滿了代價高昂的挫折、延遲和不確定性。

IT 和OT 網絡融合的戰略規劃

有人說“防守是最好的進攻。”在集成領域中，避免失敗的最佳方法是通過戰略規劃、協作和驗證。毫無疑問，整合過程的最佳工具是戰略規劃。經過深思熟慮的戰略規劃將節省時間和資源，并將使I T 和O T 網絡的融合變得更容易。

應該根據網絡的不同情況定制戰略規劃。它應包括特定于網絡的特定項目和配置需求。然而，除了戰略規劃外，還應包括以下基本原則，它們可以幫助引導用戶完成集成過程。

實施的成敗通常取決于網絡集成的組織和規劃水平。在汽車行業，總線網絡通常用于車內通信協議，控制器局域網(CAN)是其中最常見的。CAN 總線是一種輕型多主機串行協議，它將多個發動機控制單元集成在一起，形成了一個允許集中通信的骨干網。

在車輛中，這種聯網方式非常適合于防抱死制動系統(ABS)、節氣門和轉向控制等關鍵系統。

除CAN 外，車輛通信中還使用了其它幾種總線協議。每個協議都遵循國際標準組織(ISO 11898 和ISO 8802)為車輛指定的版本。每個協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議包括：

? 局域互聯網(LIN)：主要用于小型電機應用，如車門后視鏡、天窗控制和座椅定位系統。

·SAE J1939 ：用于重型機械、拖拉機、農業和林業。

? 控制器局域網靈活數據范圍(C A N -F D)：C A N 協議的擴展版本。允許更大規模的數據傳輸，有效負載從8 位增加到64 位。

? Flex ray ：使用兩個獨立的數據通道進行容錯。

? 媒體導向系統傳輸總線(MOST)：用于信息娛樂和多媒體網絡技術，可配置為菊花鏈或環形拓撲。

以太網在工業應用中的優勢

總線技術對車內通信至關重要。然而，隨著汽車行業的發展，新興技術開始應用到較新的車輛上，總線系統的先天不足，無法支持這些新技術所需的帶寬要求。需要一種協議來處理從大量相互連接的ECU 上所生成的數據，同時為未來技術提供增長和可擴展性的空間。

以太網提供應用所需的帶寬，如激光雷達、雷達、GPS、緊急制動檢測、碰撞警告、車到萬物(V2X)技術等。由于其靈活性，再加上數據傳輸能力可以擴展到超過10GB，使得以太網成為汽車行業的理想選擇。以太網在企業以及使用各種協議和行業標準管理數據的工業網絡環境中，也有著良好的成功記錄。

以太網的另一個主要優點是其靈活的配置方式。它還支持使用多種數據管理工具來優化網絡內的數據流量。典型的以太網數據管理配置包括：

? 拓撲：以太網可以配置為星形、網狀、環形、總線或樹形拓撲，以支持流量并為車輛網絡提供冗余。

? 虛擬局域網(VLAN)：VLAN 使用被稱為I E E E802.1q 標簽的標識符，將網絡分割成小型子網或虛擬LAN 段。然后使用這些VLAN 將物理連接或物理分離的網絡設備邏輯分組到更小的子網中。

? 服務質量(QoS)：QoS 用于管理數據流量，并通過將高性能應用設置為較高的優先級，來確保關鍵應用程序的性能。

開放式系統互聯(OSI)模型

標準以太網使用傳輸控制協議/ 互聯網協議(T C P /I P)來處理數據。在20 世紀70 年代和80 年代初采用T C P / I P 協議之前，7 層開放系統互聯(O S I)模型被用作協議標準。以太網協議仍然使用OSI 模型，各層分別為：

? 第1層- 物理層：定義與網絡的物理連接。這包括電纜類型、射頻鏈路(IEEE 802.11 無線規范)引腳布局、電壓和連接器。

? 第2層- 數據鏈路層：從物理層提供同步和糾錯。有兩個子層- 媒體訪問控制(MAC)和邏輯鏈路控制(LLC)。大多數交換機在這個級別上運行，包括E C U 和微處理器。總線技術(包括CAN、LIN等)運行在IOS模型的第1 層和第2 層。

? 第3層- 網絡層：執行網絡IP 路由功能。

? 第4層- 傳輸層：提供數據傳輸協議， 如TCP /UDP 連接和無連接通信。

? 第5層- 會話層：建立、管理和終止協作應用程序之間的連接。

? 第6層- 表示層：定義數據壓縮和加密。

? 第7層- 應用層：指定應用程序如何訪問網絡，如電子郵件、網絡瀏覽器和游戲。

工業無人駕駛的未來

以太網改善了商用和乘用車的駕駛員體驗，也為工業應用的巨大增長打開了大門。以太網、機器人和人工智能等技術的結合，對無人駕駛車輛，特別是工業無人駕駛車輛產生了巨大影響。

先進的工業無人駕駛車輛采用了最好的技術，并增加了汽車中不常見的額外功能層。為特定目的或特定行業定制機器，包括機械臂、提升門、液壓平臺、切割工具，并且可由位于世界另一端的駕駛員遠程操縱。工業無人駕駛車輛通常出現在公路、農場、礦山、大型建筑工地以及由人類來履行職責太危險的地方。在這些情況下，為無人駕駛車輛提供動力的標準技術至關重要。

工業無人駕駛車輛的未來將是令人振奮的。5G 和高速無線等技術將為新的應用打開大門。對于乘用車和商用車，增強現實和虛擬現實(A R / V R)應用將提供道路狀況和天氣數據的實時通知。

在工業領域，將出現自動駕駛生態系統。該生態系統可以提供一個基于云應用的新框架，驅動完全自動駕駛的“自我感知”車輛、機器人和各種其它自動化機器。這種新的智能水平將使IAV 能夠根據從其他IAV 收集的數據做出自己的決策。

隨著更先進的功能被引入車輛網絡，傳統總線系統無法滿足新技術通信所需的帶寬需求。由于以太網的靈活性以及在企業和工業網絡環境中的成功經驗，車輛制造商決定將其作為車輛通信的標準協議。

工業車輛制造商正在利用以太網帶來的機遇。隨著更多的技術被應用到汽車中，整個社區或無人駕駛車輛生態系統將相互作用。無人駕駛車輛將決定哪些路線、流程和方向是最好的，而操作時幾乎無需人機交互。