標準解讀丨ISO 21111 《道路車輛車載以太網》系列標準解讀
隨著汽車智能化、網聯化快速發展，汽車電子也將更為復雜，其對車載網絡的帶寬、可靠性需求也日益提高。車載以太網不僅具備了適應ADAS、影音娛樂、汽車網聯化等所需要的帶寬，而且還具備了支持未來更高性能的潛力（如自動駕駛時代所需要的更大數據傳輸），將有望成為汽車主干網絡。ISO 21111《道路車輛車載以太網》系列標準，是一套全面涵蓋車載以太網各項技術的標準集合，不僅包含了與車載以太網緊密相關（比如通用物理實體、以太網部件和物理層系統）的技術規范，而且面向技術人員提供一致性測試規程，旨在全方位保障車載以太網系統的功能性、可靠性以及兼容性。該系列標準共分為11個部分，每一部分的文件結構都嚴格遵循ISO/IEC 7498-1和ISO/IEC 10731中規定的開放系統互連（OSI）參考模型，展現了高度的規范化和系統化。
（ISO 21111系列標準文件結構——參考OSI模型）
一車載以太網通用信息和定義
ISO 21111-1標準在ISO 21111系列標準中扮演著重要的基石角色，它明確界定了車載以太網系列標準中使用的專業術語，概括性地闡述了車載以太網的核心標準。重要的是，該標準向技術人員說明了ISO 21111系列標準與ISO/IEC/IEEE 8802-3:2017及其后續修正案之間的互補關系（例如ISO/IEC/IEEE 8802-3：2021規定了MII與GMII接口，而ISO 21111-2則針對用于1 Gbit/s傳輸的RGMII接口進行規定），詳細描述了ISO 21111文件中車載以太網物理層（物理層組件除外）各部分之間的內在聯系，為相關技術人員和學習者提供了一個清晰、系統的技術規范框架，助力他們更高效地理解并掌握車載以太網系列標準。
（ISO 21111系列標準中車載以太網物理層各部分關系）
二通用物理實體要求
ISO 21111-2標準在ISO/IEC/IEEE 8802-3標準的基礎上進行了重要補充，特別是針對車載以太網中通用物理實體的技術標準進行了完善（例如該標準補充了簡化吉比特介質獨立接口（RGMII）以及喚醒和同步鏈路睡眠功能的通用要求）。在RGMII接口方面，ISO 21111-2標準介紹了RGMII接口框架，提供了涉及接口電信號電壓、時序以及常規參數規定，并描述了GMII信號到RGMII電信號的映射關系。在喚醒和同步鏈路睡眠功能方面，ISO 21111-2標準界定了通用物理實體電源狀態轉換的服務原語、事件與算法，提供了不同算法的時間要求。三1 Gbit/s光纖物理層實體的要求和一致性測試規程
ISO 21111-3標準通過明確塑料光纖（GEPOF）實體的相關服務接口的內在關系，概述喚醒與同步鏈路睡眠管理實體（WUSME）子層、快速轉發實體（FFME）子層和調解子層的各項參數、相關功能及其狀態圖，為1 Gbit/s傳輸速率下車載以太網系統的實施提供了標準化的基礎指南。一致性測試規程是確保車載以太網系統符合標準要求的重要步驟。ISO 21111-3標準針對傳輸介質為GEPOF的物理層實體，制定了一套詳盡的一致性測試規程。這套測試規程涵蓋了測試模式與回環、必要功能以及可選功能三大測試組別。通過對1 Gbit/s傳輸速率下光纖物理層實體的必要功能與可選功能進行一致性測試，可以達到保障車載以太網系統功能性的目的。
1 Gbit/s光纖物理層實體測試項劃分情況：
四1 Gbit/s光纖以太網部件的通用要求和測試規程
ISO 21111-4標準介紹了1 Gbit/s傳輸速率下光纖以太網組件（例如1000BASE-RHC組件）構成，描述了接頭連接器和電纜連接器的尺寸標準、機械編碼和電纜接頭的通用要求，提供了POF與POF電纜的相關規定。技術人員可參考上述規定進行用于1-Git/s傳輸速率的車載以太網部件的研發工作。為了考量1 Gbit/s傳輸速率下光纖以太網組件在各種環境條件下的工作壓力，ISO 21111-4標準提供了涉及頭部連接器、電纜連接器、POF、POF電纜以及光信道的測試規程。在實際應用中，以太網部件需要依據此標準進行生產和測試，以確保產品的質量和性能符合ISO 21111系列標準要求。
1 Gbit/s光纖物理層實體測試項劃分情況：
五1 Gbit/s光纖物理層系統要求和一致性測試規程
ISO 21111-5標準規定了1 Gbit/s傳輸速率下光纖物理層系統的四項關鍵技術要求（例如塑料光纖（GEPOF）的鏈路狀態、連接質量、信道質量以及在氣候負荷下的通信可靠性）。面向技術人員提供了氣候負荷下高低衰減信道、鏈路狀態時間和信道質量的互操作性測試規程，以及涉及高低衰減通道、光學IUT發射器測量與喚醒和同步鏈路睡眠的一致性測試規程，旨在保障車載以太網系統的性能和穩定性。
1 Gbit/s光纖物理層實體測試項劃分情況
六100Mbit/s電氣物理層實體的技術要求和一致性測試規程
ISO 21111-6標準規定了100Mbit/s傳輸速率下物理層實體高級功能（例如喚醒和睡眠功能）的技術要求，為以太網物理層實體的功能設計提供了具體的標準規范。針對喚醒和睡眠功能，此標準規定了喚醒與睡眠功能的服務原語和接口、供電時序狀態和命令定義（例如用于請求斷電、通過不活躍鏈路和活躍鏈路發送喚醒信號的三種命令）。依據ISO 21111-6標準提供的100Mbit/s傳輸速率下電氣物理層實體的測試規程，技術人員可對PHY控制、PCS以及PMA三項內容進行一致性測試工作，確保物理層實體可以與其他車載設備正常連接，實現數據的穩定傳輸。
100Mbit/s電氣物理層實體測試項劃分情況
七100Mbit/s電氣物理層系統要求和測試規程
ISO 21111-7標準包含100Mbit/s電氣物理層系統要求和測試規程。該標準尚未發布。
八100Mbit/s電氣以太網傳輸媒介、組件及其測試規程
通信信道質量可對車載以太網數據傳輸效率產生直接影響。由此，ISO 21111-8標準明確規定了獨立通信信道（SCC）、電纜和連接器的單信道特性等多種以太網通信信道相關技術標準，一定程度上提高100Mbit/s傳輸速率下以太網傳輸媒介的通信質量。此外，ISO 21111-8標準詳細介紹了此類測試所需的設備（例如矢量網絡分析儀（VNA）和時域反射計（TDR）），特別說明了使用VNA時的注意事項和參數設置，并具體描述關于電纜、連接器和完整通信信道（WCC）的測試程序以及測試的預期結果，保證以太網傳輸媒介與組件能夠滿足100Mbit/s傳輸速率下車載以太網的實際應用需求。
九數據鏈路層的技術要求和一致性測試規程
ISO 21111-9標準包含了與以太網交換機相關的多個關鍵指標的標準規范，比如地址解析（ADDR）、虛擬局域網（VLAN）、服務質量（QOS）、音頻/視頻橋接（AVB）以及時間同步（TIME）等。該標準為技術人員提供了一套以太網交換機的典型配置集，方便對以太網交換機的配置時間進行檢測。關于設備級數據鏈路層的一致性測試規程，在《OPEN TC11半導體開關測試規范-第一版》中進行了詳盡的描述。
十應用于網絡層的技術要求和一致性測試規程
ISO 21111-10標準聚焦于網絡層與傳輸層的一致性測試規程，涵蓋了車載以太網中網絡層與傳輸層的協議。其中，網絡層包含地址解析協議（ARP）、互聯網控制消息協議第4版（ICMPv4）、互聯網協議第4版（IPv4）以及IPv4鏈路本地地址的動態配置等一系列測試組。傳輸層測試規程包括用戶數據報協議（UDP）和傳輸控制協議（TCP）相關用例。
100Mbit/s電氣物理層實體測試項劃分情況
十一從應用層到會話層的一致性測試規程
ISO 21111-11標準包含車載以太網應用層到會話層的一致性測試規程。通過指定應用層SOME/IP協議與會話層中動態主機配置協議版本4（DHCPv4）的測試系統拓撲結構以及相關CTC配置內容的具體說明，實現從應用層到會話層一致性測試工作的標準化。
應用層與會話層測試項劃分情況
趙秋俊，中汽研科技 智能通信平臺總監ISO 21111《道路車輛車載以太網》系列標準旨在規范車載以太網通信要求，幫助行業建立統一的車載以太網通信設計要求和試驗方法。該標準從基本概念到具體實施細節，從硬件到軟件層面，均面向技術人員提供了詳盡的技術規范。該標準的制定將有效提升汽車行業、相關企業產品的車載以太網設計和驗證水平，進一步加速車載以太網技術落地。未來，中汽研科技將繼續深耕車載以太網標準和技術研究工作，積極與整車及零部件企業合作，推動車載以太網認證實驗室建設，依托先進的測試設備和卓越的測試能力提供高水平車載網絡測試服務，助力客戶提升產品質量和市場競爭力。同時，中汽研科技將積極聯合行業力量，共同探索和推進車載網絡新技術的應用和落地。
專家介紹
趙秋俊，中汽研科技智能通信平臺總監，天津市汽車芯片標準檢測創新聯合會軟件技術委員會主任，主要負責車載軟件、車載網絡以及人機交互測試技術研究、標準化工作研究和科研課題研究，牽頭搭建了“云-管-端”一體化軟件網絡交互測試評價體系。主導或參與省部級及以上重點科研課題研究項目5項，主持或參與百萬級市場開發項目30余項，參與起草國行團標及研究報告15余項，發表學術論文10余篇，申請/授權發明專利8項，計算機軟件著作權10余項。
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