آشنایی با استانداردها و 8 کلاس شبکه مالتی پلکس
استانداردهای شبکه مالتی پلکس
شبکه مالتی پلکس یک شبکه انتقال داده بین سیستم‌ها و واحدهای کنترل الکترونیکی در خودرو است. بدیهی است که پیاده سازی چنین شبکه‌ای به تمهیدات سخت افزاری و نرم افزاری ویژه‌ای جهت انتقال داده‌ها و فرمان‌ها نیاز دارد.
از ابتدای پیدایش ایده شبکه مالتی پلکس و تحقق سیستم‌های اولیه تا کنون، شبکه‌ها و پروتکل‌های مختلفی بکار گرفته شده‌اند که هر کدام حوزه کاربرد، مزایا، معایب و محدودیت‌های خاص خود را دارند. در این مقاله به بررسی و تشریح معروفترین و کاربردی‌ترین کلاس‌های شبکه مالتی پلکس می‌پردازیم.
طبقه بندی و تعریف کلاس های شبکه مالتی پلکس
با رونق گرفتن شبکه مالتی پلکس و نصب آن بر روی انواع خودروها، استانداردهای گوناگونی جهت کاربردهای مختلف شبکه مالتی پلکس در خودرو توسط سازمان‌های استاندارد به ثبت رسیده است. استفاده از سیستم مالتی پلکس برای انتقال داده ها در سیستم‌های الکترونیکی خودرو از طریق گذرگاه انتقال داده‌ها به اواخر سال ۱۹۷۰ میلادی باز می‌گردد.
ابتدا امید بر آن بود که یک پروتکل بتواند تمام نیازمندی‌های خودرو را پوشش دهد اما با توجه به طیف گسترده نیازمندی‌ها و کاربردهای مختلف سیستم‌های خودرو، این ایده به طبقه بندی کلاس‌ها توسط SAE (Society Automotive Engineer) انجامید. در سال ۱۹۹۵ میلادی نیاز به وجود باس‌های چندگانه (Multiple BUS) در خودرو پدیدار شد. در پیدایش این نیاز، مسئله هزینه نقش ویژه‌ای داشت.
بر طبق تقسیم‌بندی موسسه SAE حداقل ۸ شبکه داخلی خودرو یا IVN (In-Vehicle Network) تا سال ۲۰۱۳ ضروری است.شبکه های مالتی پلکس عبارتند از:
- کلاس A یا (A Class)
- کلاس B یا (B Class)
- کلاس C یا (C Class)
- کلاس عیب‌یابی/ آلایند‌ه‌ها یا (Emissions/ Diagnostics)
- کلاس موبایل مدیا یا (Mobile Media)
- کلاس وایرلس Wireless
- کلاس باس ایمن SAFETY BUS
- کلاس X-BY-WIRE
برخی منابع، کلاس‌های SAE را به ۴ گروه تقسیم بندی می‌کنند و ۵ کلاس آخر را در یک گروه به نام کلاس D قرار می‌دهند.
در ادامه به بررسی هریک از این کلاس‌ها می‌پردازیم؛
کلاس A
پرتکل‌های تعریف شده در کلاس A شبکه مالتی پلکس برای انتقال اطلاعات به منظور ارتباط گره‌های ساده و غیر هوشمند با مصارف عمومی در محدوده الکتریکی و الکترونیکی بدنه خودرو مانند سوئیچ‌ها، کنترل موقعیت صندلی، شیشه بالابر برقی، قفل مرکزی، کنترل موقعیت آینه و … مورد استفاده قرار می‌گیرند.
به دلیل اینکه اطلاعات تبادل شده و میزان بروزرسانی این گونه اطلاعات نسبتا پایین است، نرخ ارسال داده‌ها برای پرتکل‌های موجود در این کلاس کمتر از 10Kb/s است.
مدار فرستنده – گیرنده (Transceiver) در کلاس A کوچکتر و ارزان‌تر از انواعی است که در سایر پروتکل‌ها استفاده می‌شود.
تنها پروتکل استاندارد کلاس A پروتکل (Local Interconnect Network) LIN نام دارد. این پروتکل حاصل همکاری ۵ شرکت خودروساز Audi, Daimler-Chrysler, BMW, Volvo, Volks Wagen و شرکت سازنده قطعات نیمه هادی Motorola و شرکت Volcano Communication Technologies است که اولین کاربرد تحت توسعه‌ی آن در خودرو در سال ۲۰۰۱ محقق شد.
کلاس B
کاربرد پروتکل‌های کلاس B شبکه مالتی پلکس در انتقال اطلاعات غیر بحرانی با سرعت 10Kb/s تا 125Kb/s است با کاربردهایی از قبیل:
- اطلاعات نمایش دهنده آمپر
- سرعت خودرو
- داده‌های مرتبط با آلاینده‌های موتور
- تهویه مطبوع
استاندارد جهانی در این کلاس، پروتکل CAN (Controller Area Network) است که بیشترین کاربرد را در شبکه مالتی پلکس داشته و بزرگترین استاندارد برای شبکه‌های داخلی خودرو محسوب می‌شود. نگارش‌های متعددی از CAN وجود دارد:
ISO 11898 با نرخ ارسال داده در حدود 100Kb/s برای استفاده در خودرو سواری
J1939 با نرخ ارسال داده در حدود 250Kb/s برای استفاده در اتوبوس و کامیون
ISO 11519-2 که یک پروتکل دو سیم با سرعت کم با قابلیت Fault Tolerant ( به توانایی ادامه کار بدون توقف یک سیستم هنگامی که در سخت افزار، خرابی رخ می‌دهد گفته می‌شود) است. کاربرد این پروتکل در خودروها در حال گسترش است. موارد اول و دوم از نظر سخت افزار دیجیتال و فرستنده / گیرنده یکسان و مشابه هستند در حالی که ISO 11519-2 کندتر و گران‌تر از ISO 11898 است.
پروتکل مطرح دیگر در این کلاس، پروتکل VAN (Vehicle Area Network) است که توسط فرانسوی‌ها مطرح شد. این پروتکل بسیار شبیه به پروتکل CAN است.
کلاس C
از پروتکل‌های کلاس C در شبکه مالتی پلکس برای انتقال اطلاعات بحرانی بلادرنگ یا Real Time با سیکل زمانی 1ms تا 10ms در زمان تاخیر پیام استفاده می‌شود. کاربردهایی نظیر:
- کنترل موتور
- سیستم کنترل گیربکس
- کنترل تعادل و پایداری خودرو
نرخ ارسال داده‌ها در محدوده 125Kb/s تا 1Mb/s است. لازم به ذکر است که تفاوت عمده بین CAN در کلاس B و CAN در کلاس C در مشخصات گره‌های وصل شونده به شبکه و لایه فیزیکی پروتکل است.
کلاس عیب یابی / آلاینده ها
در این کلاس شبکه مالتی پلکس، پروتکل‌هایی برای عیب یابی بخش‌های مختلف خودرو مطرح شده است و کاربرد آن‌ها در راستای رسیدن به استانداردهای OBD-II (On-Board Diagnosis System II) و … است. اغلب سازندگان خودروهای سواری و کامیون در حال حاظر از ISO 14230 (KWO 2000) استفاده می‌کنند و به طوری که این استاندارد به سرعت به استاندارد عیب یابی تبدیل شده است.
کلاس Mobile Media
از این کلاس در کاربردهای چند رسانه‌ای در خودرو استفاده می‌شود. برای تحقق این کلاس در شبکه مالتی پلکس، حداقل ۲ شبکه و پروتکل متفاوت مورد نیاز است. این زیر کلاس‌ها به نام‌های سرعت پایین یا Low Speed که در انتقال اطلاعات از راه دور کاربرد دارد و سرعت بالا یا High Speed که در ارسال و دریافت جریان بلادرنگ داده‌های صدا و تصویر به طور همزمان کاربرد دارد شناخته می‌شوند. سرعت انتقال داده‌ها برای این کلاس از 250Kb/s تا 100Mb/s است.
کلاس Wireless
محدوده کاربرد این کلاس از شبکه مالتی پلکس تا کنون تعیین نشده است اما در ابتدا برای تلفن‌های موبایل ضروری به نظر می‌رسد. استفاده احتمالی آن ممکن است در وسایلی از جمله دوربین‌ها، پیجرها، اعلام اطلاعات باد تایر و … باشد. بلوتوث یکی از پروتکل‌های بی سیم پیشرو در این کلاس است.
کلاس SAFETYBUS
کاربرد این کلاس شبکه مالتی پلکس در سیستم‌های “کیسه هوای ایمنی” است و می‌تواند ۲ یا تعداد بیشتری باس داشته باشد به گونه‌ای که یکی برای حس کردن و دیگری برای انفجار بکار رود. در حال حاضر جهت گیری شفافی در صنعت به سوی یک پروتکل خاص وجود ندارد.
کلاس X-BY-WIRE
کاربرد این کلاس در سیستم‌های Throttle-by-Wire, Brake-by-Wire و … است. نرخ ارسال اطلاعات از 1Mb/s تا 10Mb/s است. با توجه به سرعت بالای انتقال اطلاعات، استفاده از فیبر نوری الزامی است. در پروتکل‌های این کلاس حداکثر قابلیت اطمینان و قابلیت پردازش بلادرنگ و کارایی ضروری است.
