車聯網
萬物聯網帶動OTA需求 技術搭服務配套不可少
物聯網風潮大舉擴散,除了各種聯網消費性電子產品需要不斷進行韌體更新,以添加新功能或防堵安全漏洞外,汽車、工業設備走向聯網之後,也出現同樣的需求。有鑑於此,Over the Air(OTA)更新成為一個各家科技業者都必須思考的問題。但由於OTA更新功能不只需要一定的技術能力,更是一個必須長期經營服務,因此硬體業者很難光靠自己的力量發展出符合客戶需求的OTA整體解決方案,也使得專業OTA廠商成為一個進入門檻相當高的新興行業。
OTA更新處處是細節
科絡達執行長吳柏儀(圖1)指出,在萬物聯網的風潮帶動下,OTA更新勢必成為大多數聯網裝置都必須支援的功能,從聯網車、產業用設備到消費性電子產品,都需要OTA更新。但OTA其實牽涉到很複雜的技術,而且這項業務本身是個服務,因此進入門檻其實很高。包含科絡達在內,目前全世界也僅有8家專門經營OTA業務的業者。
圖1 科絡達執行長吳柏儀指出,OTA是一門技術加上服務的生意。服務對專業OTA廠商來說非常關鍵。
就技術面來說,一般提到OTA更新,業界多半都認為只要透過有線/無線網路把新版本的韌體檔案傳送到目標設備,然後刷新設備上的韌體映像檔,事情就結束了。但OTA更新其實沒有那麼單純,很多硬體設備用來存放韌體的記憶體空間其實很小,因此,OTA的Agent程式碼要寫得非常精簡,這就是一個技術考驗。
此外,檔案壓縮也是OTA的關鍵技術之一,一般硬體設備的韌體更新可能只有數十KB,但如果是車載資訊娛樂系統的更新,因為牽涉到圖資這類大型檔案,因此每次更新的檔案大小可能動輒數百MB,等未來高解析地圖(HD Map)普及後,GB等級的資料更新,將成為家常便飯。但檔案越大,傳輸失敗的機率也越高,如果沒有良好的壓縮技術,OTA失敗的機率會很高。
為了減少需要傳輸的檔案大小,還有一種名為差分更新的技術。例如原本設備上的韌體版本1.0大小為2GB,韌體版本2.0則是4GB,按照一般的OTA思維,就是把4GB的檔案全部下載到目標裝置,然後把韌體刷新到2.0版本。但如果1.0版本跟2.0版本之間有2GB檔案內容是完全重複的,為何要重複傳輸?差分更新就是針對這個問題所發展出來的技術,支援此功能的OTA Agent會掃描跟比對新舊韌體版本間的差異,然後只下載新的檔案,進行部分更新。
最後,對於汽車跟產業/工業類設備,理想的OTA更新必須做到無縫轉移,不能讓設備或車輛為了更新韌體而停止運作。這意味著設備上的記憶體必須切割成兩個區塊,在舊版本韌體持續執行的同時,新版本韌體已經下載並安裝在另一個區塊,安裝就緒並確認無誤之後,設備就可以直接切換到新版韌體繼續運行。保留舊版本備份還有另一個好處,萬一新版本韌體切換過去之後出現問題,設備還可以直接回溯,回去用比較穩定的舊版韌體。
吳柏儀指出,上面所提到的OTA功能,對專業OTA廠商來說都很基本,因為這是車廠、工業設備跟部份消費性電子產品客戶所需要的。但一般來說,半導體廠商提供的OTA方案,大概都只具備最陽春的功能,有些則已經支援記憶體切割這類比較先進的功能,但還是不夠完整。因此,對設備製造商來說,半導體業者提出的OTA方案基本上是不能用的。而這也是像科絡達這種專業OTA廠商能夠生存的利基。
事實上,目前很多晶片商雖然也投入資源研發OTA功能,但團隊規模通常不大,科絡達則有數十名工程師專注在OTA的研發上,因此在解決方案的細膩程度上完全不同。另一方面,要做OTA,最重要的是要釐清終端產品到底有哪些環節或子系統需要OTA,進而開發出對應的全套方案。
在某些產業,晶片商是不太會直接跟設備製造商接觸的,例如汽車產業,晶片商是Tier 3供應商,主要面對的是生產汽車子系統的Tier 2或Tier 1業者,但真正主導OTA規畫的是車廠。科絡達在汽車領域,主要往來的是車廠,因此對車廠的OTA需求,常常比晶片商來得更深入,也因為這樣,才能開發出車廠想要的OTA方案。
消費性設備OTA需求五花八門
除了汽車跟產業用設備之外,現在絕大多數的消費性聯網裝置也都支援OTA功能。以科絡達自己的經驗為例,像智慧電視、智慧音箱、家庭閘道器、智慧穿戴裝置的OTA服務,都有跟客戶合作的實例。
吳柏儀表示,基本上,只要是聯網裝置,就會需要OTA功能。不只是為了提供新的功能,同時也是為了讓系統更安全。這個概念業界普遍都能接受,因此該公司在這方面有相當多的客戶。
不過,消費性產品五花八門,對OTA的需求差異很大。有些只需要應用軟體更新,有些則需要對作業系統等底層軟體/韌體進行更新,這使得OTA解決方案的設計需要非常有針對性。像小米手環的OTA更新方案,就是科絡達跟小米合作開發的。
事實上,OTA這門生意不只賣技術,更要賣服務。如果沒有幫客戶打造能滿足其特定需求的OTA方案,是不太可能作成生意的。因此,OTA廠商不只是技術公司,更要是一家服務公司,才有能力提供對的方案給客戶。
在消費性領域,科絡達最常遇到的問題是本地端設備上搭載的記憶體空間不夠大,因為消費性產品常常有很嚴格的成本考量,不太會搭載太多記憶體空間。因此,除了負責OTA功能的Agent要寫得非常精簡之外,還會使用很多其他技術,例如串流。
在記憶體空間不足的情況下,本地端只下載一部分必要的軟體程式碼,至於資料或是塞不進記憶體的部分,則是在需要的時候呼叫伺服器,用串流的方式提供。不過,吳柏儀還是建議,考量到OTA需求,硬體製造商在記憶體容量方面,還是要多考慮。本機端的記憶體容量不是現在夠用就好,還要為將來的OTA需求做些準備。
導入區塊鏈提高安全性
展望未來,資安會是所有聯網設備都必須面對的問題。OTA業者身為產業生態系中的一份子,自然也要有所準備。針對資安問題,科絡達的想法是利用區塊鏈(Blocktrain)技術來增加對抗駭客攻擊的防禦能力。
以汽車ECU更新為例,目前的資安防護手段是使用公開金鑰(PKI),只要駭客攻破PKI,就可以任意更新汽車的ECU,這是相當危險的情況。但如果改用區塊鏈,加上所有的車輛都聯網,當一台汽車遇到駭客攻擊,被植入有問題的韌體時,因為Hash值無法跟其他汽車的韌體串接起來,因此受到攻擊的車輛馬上就可以知道自己遭到攻擊,並向後台提出警告,要求提供正常的韌體版本。
吳柏儀透露,以區塊鏈為基礎的汽車OTA更新,目前正在進行概念驗證(PoC),倘若進展順利,很快就會提供給車廠進行測試跟驗證。
車聯網進入熱身賽 2021年4G C-V2X商用開跑
2021年將會是4G C-V2X商用元年。C-V2X標準與技術陸續到位,2018年即有豐田(TOYOTA)、福特(Ford)與通用汽車(GM)陸續宣布聯網汽車量產時程,甚至於2019年MWC展會上,吉利亦宣布將於2021年量產V2X車款,正式為車聯網發展擘畫新時代藍圖。
資策會MIC資深產業分析師兼產業創新研究組組長鄭兆倫表示,2021年4G C-V2X將正式進入商用元年,此現象可從整體車聯網產業的供給端和需求端分析。從供給端來看,包含晶片、模組與設備皆有相關商用方案,晶片商如高通(Qualcomm)、華為、聯發科與英特爾(Intel)已各發表4G C-V2X商用產品;其中,高通甚至於MWC展會中,宣布將提供4G C-V2X SoC方案,內建處理器、通訊等晶片,提供整合度更高的車聯網方案。
此外,車聯網的發展,可說是電信業者面對行動網路(或通話)市場逼近飽合階段的下一個出海口,如何增加車聯網用戶數量來獲得更大的營收,建立良好的商業模式則非常關鍵。過去汽車產業將車聯網應用聚焦於車用娛樂應用(如觀看影片、上網),諸多功能透過手機分享即能實現,其效果不彰。若以加強行車安全功能為出發點,則車聯網的重要性就更能突顯出來,而這須進行聯網、開通eSIM功能,得面對基礎建設、收費機制制定等問題,背後成本與商業模式建立還須一段時間的醞釀,但不可否認,車聯網的潛在商機備受電信業者與車廠關注。
從標準組織角度出發,鄭兆倫認為,C-V2X標準於3GPP R14~16版本已經非常成熟;其次、綜觀業界生態圈組織,5GAA可說是車聯網C-V2X發展的重要組織,而在5GAA中,已可看到許多通訊產業的廠商加入其中,包含電信商、設備商,整體生態圈已相當成熟了,故於2021年進入C-V2X商用元年勢在可期。
針對車聯網需求端的發展態勢,鄭兆倫分析,這部分發展應會較為緩慢,初期應聚焦於停車位指引、事故支援(E-call)、事故通知周邊車輛、周邊路況通報等應用逐一累加上去,讓消費者有足夠的時間習慣車聯網Nice to Have的功能,接受汽車價格與功能同步提升的好處,而後加強C-V2X的功能,如幫助駕駛者控制車距。
除了消費者使用習慣改變,提升車聯網需求發展外,另外一方面則面臨「總體經濟」影響,意味著即便技術成熟、消費者想買,但卻因為GDP成長率不夠,使得消費變得保守,如2018大陸汽車市場下滑,即可看出端倪。
以標準與產業發展狀況來看,5G C-V2X標準預計將於2019年年底或2020年初正式底定,過程中4G投資如何回收,勢必將延後5G C-V2X商用時間;其次,聯網技術受限於頻譜資源供應問題,預計主要發展車聯網國家於2020年左右,才逐步確立車聯網專用頻段;最後,C-V2X技術的投入,不光只限於汽車本身,就連周邊通訊設備、基地台與電信網路皆需同步更新,不失為一項鉅額投資。基於此,2021年可說是4G C-V2X商轉合理時間點,先以4G C-V2X試水溫,於2021年也應看到市售汽車搭載V2X功能出現。
Molex完成賴爾德互連車輛解決方案業務收購
Molex Electronic Technologies近日宣布完成對賴爾德有限公司(Laird)旗下互連車輛解決方案(CVS)部門的收購,賴爾德由安宏國際投資公司管理的基金所持有。CVS專業從事汽車天線系統、智慧設備整合和車輛連接設備的設計、開發與交付工作。
Molex執行長Joe Nelligan表示,這一策略舉措可以為我們在解決方案上的願景提供支援,在日新月異的汽車市場上拓展我們的實力。在憑藉賴爾德CVS來拓展Molex的汽車業產品組合的過程中,我們將為那些構建下一代智慧車輛的領先汽車業OEM帶來更大的價值。我們期待與新的同事更加緊密的合作,歡迎他們與Molex一起開展業務。
汽車產業對於跨越硬體、軟體與服務的端對端網路無縫通訊與整合存在著巨大的需求。此次收購使Molex可以繼續進行策略性的擴張,在現有能力的基礎上來服務於開發敏捷互連車輛技術的客戶,這些技術都整合了Molex的10Gbps汽車乙太網路平台以及其他的互連行動解決方案。
對於此次收購,賴爾德CVS部門總裁Steven Brown表示說,作為在快速成長並且充滿了活力的市場上的一個業務部門,我們非常高興能夠加入Molex,這家實力強大的公司具備了全球規模與全球性資源,從而不斷的創新與投資,在互連車輛領域發揮出CVS的巨大潛力。作為Molex的一份子,我們致力於幫助推動產業向前發展,走向一個道路上都由智慧車輛和無人駕駛汽車所主宰的未來。
專訪愛德萬機電整合事業處/新產品事業處副總經理蘇勇鴻 高效解決方案克服IoT測試挑戰
愛德萬機電整合事業處/新產品事業處副總經理蘇勇鴻表示,IoT基本上是一個很廣義的名詞,涵蓋各種應用市場,例如車聯網、行動通訊、AR/VR、醫療等領域。而為能大量生產IoT產品,自動化測試需求持續增加,除了單顆IC測試之外,也有越來越多的模組需要測試。然而,不論是何種IoT產品、元件或模組等,除了要有傳輸功能、夠高的安全防護,另一個要點便是低功耗,也就是夠省電,也因此,量測儀器商便須針對這些測試需求推出更高效的解決方案。
為此,愛德萬日前便宣布於該公司旗下的V93000單一可擴充平台,新搭載FVI16浮動電源VI供應器,使其性能再升級。據悉,FVI16可用於測試汽車以及工業用或消費性行動充電應用的電源與類比IC,包括成長快速的電動車和快充市場。新電源供應模組能提供250瓦高脈衝功率,直流電供應最高可達40瓦,充足的電源供給使機台能在測試新一代元件的同時,兼顧穩定而重複的量測工作。
除此之外,該產品還具備更高的儀器通道密度,能做到細密精微的系統設置以配合該公司旗下A級測試接頭,進而降低測試成本;且還具備16通道加上4象限作業,使電源供應得以在高電流測試時達到單片測試卡最高155安培的測試。至於在高電壓測試方面,該產品則能達到單卡+180伏特,浮動電壓範圍 +200伏特的功能;另外還具有整合快速電流限流保護設定,能防護載板硬體、探針卡接腳與待測物插座,以免元件毀損造成短路。
愛德萬機電整合事業處/新產品事業處副總經理蘇勇鴻(右2)表示,如何滿足效能、尺寸及電源,是IoT測試須克服的挑戰。
低延遲通訊進駐車聯網 V2X提升隊列行駛卡車安全性
圖1 2014年內陸運輸運具分配比例
資料來源:歐盟統計局
隊列行駛(Platooning)意即兩輛以上卡車彼此緊跟行駛,能有效改善這些問題,兩輛卡車成一直線行駛可節省燃油並提升安全性,而逾兩輛卡車隊列行駛,則可獲得加乘效益。一輛卡車的燃料消耗中,與空氣阻力相抗的油耗高達25%;卡車間距越近,越能有效節省燃料。若隊列行駛系統上路,五輛卡車在高速公路隊列行駛,可減少10%碳排放。
歐洲卡車以隊列方式駕駛已行之有年,好處包括增進能源效率、行車安全、增進共事氛圍等。若卡車駕駛能藉助技術縮短彼此車距,對於碳排放、燃料用量、安全性以及運輸效率方面皆大有裨益。
V2X通訊提升車隊安全
藉由安全、互通的無線通訊網路,卡車以及其他車輛能持續彼此「對話」,於隊列行駛時共享安全性、移動能力和周遭環境資訊。聯網車輛可使用無線通訊「對話」,彼此知會交通號誌、道路施工區域、收費站、學區及其他道路基礎建設。此外,聯網車輛可在出現安全隱憂時警示駕駛。例如其他車輛車距過近或位於駕駛視線死角等,讓駕駛即時反應,避免危險發生。
隊列行駛系統比照自動駕駛車,採用高階自駕技術,能比人類更快做出反應。車對車(V2V)通訊技術搭載雷達、感測器資料以及驅動器,反應時間比人類快25倍,可讓駕駛更放心,在某些情況中可稍事休息讓車輛自行駕駛。然而,現階段的隊列行駛技術仍須駕駛保持警覺,隨時準備接手駕駛。變換車道、駛離快車道等動作需要各隊列卡車駕駛成員手動行駛,隊列行駛系統與基礎架構以及全體車輛進行通訊,提醒跟車駕駛在必要時掌控路況(圖2)。
圖2 在道路行駛的卡車隊列
車聯網提供更佳隊列行駛
為了讓卡車隊列能緊連行駛,經實證的技術需結合新技術,創造安全可靠的系統解決方案:
1.安全可靠且低延遲的V2V通訊不可或缺,協助駕駛在無法反應的極近距離內行駛。IEEE 802.11p短距無線通訊技術(DSRC)已證實可滿足此類要求。
2.雷達和全球導航衛星系統(GNSS)是判定車距並偵測其他車輛切車的必備技術。
3.攝影鏡頭技術為必備功能,用於準確校準及對齊隊列卡車。前導卡車可透過通訊技術,將前方路況傳輸給後方卡車。
4.感測器融合平台整合感測器(雷達、攝影鏡頭等)以及導航系統蒐集之資訊,將需執行的動作傳導至自駕技術。
5.車輛須安裝自駕技術,以啟用自動加速、減速、轉向等功能。
6.蜂巢式通訊有助於隊列行駛規畫服務,例如可集合各營運業者的卡車於特定高速公路隊列行駛。混合式車聯網(V2X)解決方案搭配V2V通訊可用於實作,為隊列行駛卡車、車隊營運業者和基礎架構提供連線能力,實現環保行車新浪潮。
7.合適的隊列行駛系統,是奠基於安全穩固的架構,以及硬體電子元件與軟體部署,才能滿足高功能安全性與安全標準。
卡車OEM業者有意最快在2022~2023年推出隊列行駛,為此半導體商紛紛推出具有完備的先進駕駛輔助系統(ADAS)及自動駕駛系列解決方案,亦提供合適技術並協同開發所需方案,積極推動隊列行駛的發展。
V2X技術發揮隊列行駛最大價值
例如恩智浦的RoadLINK V2X解決方案能為隊列行駛提供合適的核心通訊技術,採用IEEE 802.11p WiFi通訊標準,將無線連結的延遲率低至數毫秒,並整合了壅塞控制標準(DCC),供高密度隊列行駛使用。RoadLINK採用安全元件,控制憑證並使用加密演算法進行驗證以及對稱、非對稱加密/解密。恩智浦預期,各品牌在歐盟Ensemble計畫提出隊列行駛計畫時,將採用上述功能,有鑑於此,該公司設計多種安全機制,將安全通訊期間的延遲率降至數毫秒,展現此解決方案符合隊列行駛效能。
舉例而言,道路測試時,隊列行駛卡車間的車距可縮短至7公尺(23英呎),或是在0.3秒內以時速80公里(時速50英里)速度行駛。人類平均反應時間約1秒,而RoadLINK解決方案搭載完整電子設備系統原型(網路閘道、感測器融合、路徑規畫ECU、低階控制ECU等),反應速度比人類快25倍,可實現短車距隊列行駛。
General Motors、Volkswagen、Toyota等各大車商皆採用IEEE 802.11p技術,遠勝3GPP組織指定的即將推出的5G LTE-V Rel 14行動網路技術。製造商和模組製造商須花費數年驗證LET-V,以供日後用於生產模型。
如前文所述,雷達和攝影鏡頭感測技術對隊列駕駛不可或缺,為此,半導體商發展SiGe製程技術,以及外型規格小巧、經濟效益極高的RF CMOS技術,聚焦中短距離的周遭景象,而RF CMOS技術尤其適用於偵測可能切換車道的車輛。如恩智浦的視覺處理器以支援OpenCV的開放平台為基礎,搭載專用硬體加速管線。
而感測器融合平台則整合各種感測器資訊(圖3),用於執行區域模式、路徑規畫、動作控制。如恩智浦的BlueBox自動駕駛車開發平台可支援正常模式、安全模式和仲裁模式(恩智浦與DAF、TNO、Ricardo攜手投入EcoTwin III隊列卡車行駛),此多功能開發及原型製作平台可直接交叉編譯。舉例來說,PC上以Simulink模型為基礎的設計支援百度Apollo自動駕駛平台,並包含經ASIL認證的處理器等異質運算處理器,讓客戶在投入產品開發前評估安全概念。且該公司的安全專家以及SafeAssure功能性安全計畫也支援前述技術。
圖3 安全感測器融合技術
現今技術可讓卡車隊列行駛兼具高效能與功能安全性,以功能安全性及安全設計為本,並融合802.11p V2V通訊技術--感測器(雷達、視覺、GPS)及感測器融合技術。
縮短卡車隊列間距並盡可能降低風阻,不僅可節省兩位數的燃料消耗,同時也減少等量的二氧化碳排放。歐盟出資的共伴計畫(Companion Project)顯示,若歐洲150萬輛卡車中,25%採隊列行駛(假定每輛車可節省5%燃料),則每年可減少近10億公升燃料及大量二氧化碳排放。卡車間的距離越小,隊列行駛時就能節省越多能源。卡車駕駛穩定性提高並趨於同步,結合內建的先進輔助駕駛技術,交通安全和流量可望提升。
荷蘭基礎建設與環境部部長Melanie Schultz van Haegen於2016年「歐盟卡車隊列駕駛挑戰」落幕時表示,隊列行駛技術已做好上路準備,且將迎接移動能力的新時代。透過協力合作,將可享受智慧移動能力帶來的商機,因此也期盼歐盟可重視智慧移動、智慧運輸系統以及連網自駕等議題。恩智浦的自動化駕駛和V2X解決方案搭配BlueBox開發平台,提供主要建構模組,確保卡車隊列行駛安全無虞。
(本文作者皆任職於恩智浦半導體)
中國物聯網硬體布建將飽和 服務供應成未來商機
近日研究單位IDC發布了「 2018年上半年全球物聯網支出指南」,其中小幅下調了對中國物聯網市場支出的預測;IDC預計,到2022年中國物聯網市場支出預計將達2552.3億美元,占全球同期總支出的24.3%,僅次於美國(占比25.2%),位列全球第二。該報告同時預期,中國物聯網的硬體設備支出比重將逐漸下降,在未來,該如何轉型為服務供應商將是硬體設備製造商的重大考驗。
IDC中國物聯網研究經理盧春生預期,未來5年中國物聯網市場將從規模建設期,轉為進入優化提升期;也就是說大規模的設備部署即將結束。因此硬體支出的比重將逐步下降,而服務支出將進入高速成長期。對於物聯網相關業者而言,該如何從硬體製造商轉型為服務供應商,將成為未來的主要挑戰。
與2017年下半年的預測相比,IDC小幅上調了硬體支出,降低了軟體支出,儘管總體支出小幅下降,但年復合增長率仍然高達13.2%。硬體支出上調的主要原因,在於物聯網基礎設施相關支出略高於此前預期,軟體支出下降主要在於越來越多的企業開始基於開源軟體平台進行定制化開發,軟體採購支出轉化為軟體開發服務支出。
IDC提到,儘管目前硬體設備仍然是中國物聯網市場最大的支出,但是服務支出的成長更為迅速。預計到2021年,服務支出將超過硬體,成為物聯網市場第一大支出。服務支出的成長主要源於物聯網運維服務支出,以及軟體定制化開發服務支出的持續增加。
另一方面,IDC透過對20個產業的持續追蹤研究,並分析指出製造業的升級轉型,依舊是決定中國物聯網市場發展的最關鍵因素。在未來5年主流應用場景中,車聯網場景的成長速度最快,然而支出最大的依然是製造業。
物聯網不僅是智慧製造的關鍵技術,也是製造業企業實現數位轉型的重要途徑;借助物聯網技術實現產品數據的高效採集和整合分析,企業可以為產品提供遠程故障診斷、預測性運維等加值服務,並通過數據價值深度發掘實現數據變現新的收入成長,變產品製造商為綜合服務提供商。在中國政府產業升級政策和企業數位轉型浪潮的推動下,工業物聯網支出將持續高速成長。
滿足V2I應用需求 802.11ax巧扮連網橋梁
汽車無線連結能力必須符合下列三大條件,首先是速度必須夠快,支援享受豐富刺激多媒體服務所需的資料傳輸速率;其次,在要求更為嚴苛的環境中(與消費性電子產業相比),維持高穩定度;最後則是安全性必須提高,才能保護傳輸/接收的資料。
汽車聯網須滿足三大要素
路上有越來越多的車輛使用高階無線連結能力,資料耗用量因而大增,取得足量的可用空中媒體成為一大技術挑戰。每一台車都需要與其他鄰近車輛共用網路,而在車輛堵塞率高的地區,可能必須與數百台車共用網路。
其中一個解決辦法,就是透過使用LTE/5G通訊技術。然而,這個方法是否有經濟可行性仍不確定,因為它仰賴使用獲得授權的無線網路。這可能會造成財務支出增大,並對不同服務相關的商業模式產生不利影響。
現在,新興的802.11ax Wi-Fi標準儼然成為替代解決方法。此標準已針對高使用者密度的狀況最佳化,相較於先前的Wi-Fi技術,顯然有更優異的能力與增進更多的頻譜效率。由於採用正交頻分多址(OFDMA)調變,其可同時處理大量的資料串流。此外,其多通道MIMO(MU-MIMO)能力可大幅提高整體覆蓋率。
具OFDMA功能 802.11ax實現車聯網應用
藉由使用802.11ax,可透過更符合經濟效益(相較於透過採用蜂巢網路)的方式來運用車對路(V2I)通訊。此外,該標準支援低延遲操作,這代表駕駛人(或車輛的ADAS系統)可即時發現潛在問題(如車前意外),原因在於其可在鄰近車輛或基礎設施之間傳輸資訊;之後駕駛人或相關系統即可採取適當回應,進而避免危險發生。此連結能力也同樣可運用在車載資通訊/分析活動。
從眾多散布在現代化車輛中的不同感應器取得的所有資料均可安全傳回雲端(以便製造商確認效能指標、評估提供下一次維護的時間,或找出任何急需解決的顯著問題)。車輛如同802.11ax基地台(STA),可將此類資料上傳至任何鄰近的802.11ax存取點(AP),而不會發生目前應用現況中因其他車輛皆競相爭用AP頻寬所致的延遲問題。空間、頻率及時間重複使用均可受惠於802.11ax所支援的OFDMA與MU-MIMO技術,媒體可與其他各方共用,而非只是彼此爭用。
802.11ax連結能力的另一項功能是在車輛出廠後,可提供車輛韌體無線更新。汽車製造商總是持續改進其車款;因此,車廠希望在每台車輛的生命週期中推出每個新功能時,都能即時實施部署。
如此一來,車輛的使用年限就可延長,更換週期也會比像智慧型手機之類的產品長上許多。為車輛實施新功能並不需要將車輛駛回經銷商處;在經銷商處實施新功能必須直接透過纜線介面執行,對車主來說不僅極其不便,也會因技師必須親自執行這項作業,而產生必定可觀的成本。定期透過無線更新套用韌體會是更好的選擇;只要有足夠的頻寬和安全性即可。
經由安全可靠的無線平台對所有相關車款同時進行無線更新,對製造商而言有著顯著的後勤與經濟效益。車主對此必然也會欣然接受,因為他們不必抽空把車輛駕回經銷商處進行更新。即使需要在車輛售出之前進行更新(車輛入港等候運送時,或停放在製造廠的車輛存放場時),相較於直接接觸實體的方式,以無線方式更新的好處也顯而易見。由於執行工作所需的人力資源更少,作業效率將會高出許多,同時也可節省可觀的時間成本與費用。
802.11ax提升使用者體驗
現在我們再回到車輛乘員及其需求上。 對於與國內環境現況應用類似的方法,需在車內提供的Wi-Fi端點數量大幅增加,因此,連結能力必須相應進化。相較於前幾代技術,802.11ax存取點具備OFDMA能力,將可連結至更多的手持式裝置。因而可在傳送數位娛樂內容的同時,確保提供良好的使用者體驗,並避免任何讓人沮喪的狀況發生。
為此,802.11ax無線晶片供應商便致力推出相關解決方案,如Marvell旗下的88Q9098,是與AEC-Q100 Grade 2相容的系統單晶片(SoC),包含2×2plus2×2同步雙Wi-Fi,以及雙模式Bluetooth 5/Bluetooth Low Energy(BLE)與802.11p功能,可提供千兆級的資料供應能力(圖1)。
圖1 88Q9098功能方塊圖表
綜上所述,802.11ax通訊協定意味著民眾在住家/辦公室享有的Wi-Fi效能體驗和在車內可獲得的存取體驗,不再有差異。 藉由實施汽車最佳化解決方案,無縫無線連結能力有可能獲得實現,且民眾針對某些生活層面所依賴的服務,也可有效普及化,民眾可隨時隨地皆可獲取到。
(本文作者皆任職於Marvell)
Molex發布汽車連接用混合式系統
電子解決方案製造商Molex最近發布了stAK50h非密封式連接系統,可為汽車車身電子、安全和駕駛輔助、舒適及資訊娛樂設備與模組同時提供訊號和乙太網連接功能。
Molex全球產品經理Scott Marceau表示,當今汽車的功能不斷提升,對連接的需求也與日俱增,因此增加了車載電子元件的複雜性。這一新型的混合式stAK50h連接器系統讓生產商不再需要為訊號和乙太網提供兩套獨立的連接系統,可以對空間和設計上的靈活性進行最佳化。
對於進行設計變更以及發佈新車型的一級汽車製造商來說,USCAR-2合規的stAK50h連接系統可以縮短驗證時間。這種可堆疊的接頭設計無需多位車載設備和模組組態中通常要求的高成本自訂工裝、工程作業和驗證時間。
這種單位到多位的stAK50h連接器系統整合了通孔式非密封式接頭與混合式連接器,滿足汽車應用中廣泛使用的0.50毫米、1.20毫米和2.80毫米尺寸端子的產業標準佔位要求。該混合式系統提供12到56電路的插座,可用於從低電流訊號到高功率應用在內的各種應用。
在汽車的設計中,如果車輛內部的端子設計和連接器介面過於複雜,就可能會造成配對錯誤和連接故障。stAK50h非密封式連接系統的接頭和插座用利用顏色來配對,可以快速識別並且方便組合。連接器定位元件(CPA)閉鎖功能可防止stAK50h連接系統意外脫開。
自駕車炒熱V2X市場 工研院DSRC/C-V2X雙箭齊發
車聯網(V2X)技術最初是應用在道路交通安全,而隨著自駕車的發展車聯網技術更成為產業矚目的焦點,其中DSRC與C-V2X更是目前兩大熱門技術。1999年美國運輸部提出DSRC技術,並推動相關道路安全應用,使得車聯網相關技術越來越蓬勃;由3GPP在2016年發布的C-V2X車聯網技術標準,雖然起步較晚,但隨著5G時代到來,可望提供低延遲、高可靠度的技術支援,使C-V2X市場熱度不斷增溫。而為掌握車聯網市場脈動,工研院同時投入DSRC與C-V2X技術研發,並持續推出應用裝置。
工研院資通所的梁庭榕技術組長指出,美國在早前的研究中發現,約有40%的車禍是無法靠雷達等感測技術加以預防的,因雷達與攝影機這類的感測器,在視線被障礙物遮蔽的情況下,就無法偵測到其他車輛。因而提出車聯網技術規格,希望能藉由車間的通訊標準,傳輸並確認其他車輛的位置,以提升道路安全。
目前,車用網路目前DSRC和C-V2X兩大陣營勢均力敵,DSRC主要分布於美國、日本以及歐洲(ITS-G5),C-V2X則以中國與歐洲為主。雖然不同技術間的整合,將是未來車聯網發展的一大重點。不過,梁庭榕表示,現階段仍以個別技術在安全性與可靠性的提升為主。至少要等到C-V2X規格完善、技術逐漸成熟後,產業才會開始投入DSRC與C-V2X技術的整合,包括統一溝通機制並克服不同技術間訊號干擾的問題。
而看好兩大勢力的發展性,工研院在DSRC與C-V2X都有相對應的研究發展。在DSRC部份,工研院的技術開發已屬成熟,除了硬體模組設計與完整的協定開發,通過美國市場COC PlugFest驗證並拿到OmniAir證明,其也致力於各種應用上的開發。IWCU-D即為工研院研發的DSRC系列裝置,包括路側設備(Roadside Unite, RSU)與車載裝置(Onboard Unit, OBU)等,而隨著標準技術與應用需求的推陳出新,工研院也持續更新規格,預計在2018年底推出OBU 8.0。
此外,工研院也將V2X產品應用於現實生活中,推出道路安全應用系統(iRoadSafe),利用V2V加上RSU的輔助得知道路狀況,再透過CMS加強對路口上所有的用戶進行安全警示。目前已在台灣的四個城市布建道路安全應用系統,包括8個路口與2個高速公路。
在C-V2X的技術發展方面,除了舊有的ITS應用,工研院也持續投入自駕車及5G的相關應用,預計推出IWCU-C NIB 1.0A裝置,技術內容為Uu-based的廣播技術,並在2018年底推出MEC以及5G NR相關的平台。
IoT提升電源量測挑戰 低功耗/大電源皆為未來趨勢
隨著物聯網的發展,基礎儀器所涵蓋的電源量測功能已漸漸不能因應時下廠商的需求。其中,物聯網設備講求低功耗的特性,時常要求電源需長達10年以上;另外也由於車聯網的趨勢帶動,使得大電源的量測需求也在提升當中。
是德科技行銷處資深行銷專案經理郭丁豪表示,在以往,基礎儀器普遍是指電源供應器、示波器、訊號源頻譜分析儀這樣的量測儀器;然而隨著物聯網設備的發展,以往基礎儀器的量測效能已無法滿足新設備的要求。
在以往,電源相關的量測儀器多是屬於基礎儀器的範疇之內,然而由於物聯網設備多對於低功耗的要求更高,因此電源相關的量測儀器的應用範圍與功能都必須要再提升,才能符合物聯網設備的需求。
為了延長電池續航力,製造商必須分析物聯網裝置在運作、閒置、待機和休眠模式下的電流
消耗情況。裝置製造商還需重新建立各種運作條件,例如遠端軟體更新、極限覆蓋條件下的重複傳輸,以及裝置無法連接到伺服器等條件,以充分掌握每一種情境中,分別需要消耗多大電流。
郭丁豪進一步分享,以整體物聯網設備需求來看,除了低功耗的量測需求之外,由2018年開始也出現了許多客戶也提出了大電流的量測需求,該需求主要是來自車輛聯網設備。面對此超低功耗與大電流兩個物聯網設備未來的進展方向,是德科技亦推出相對應的解決方案。
為了克服功耗問題,是德科技依據系統或元件測試低電流分析需求,提供直流電源分析儀(N6705C)以及元件電流波型分析儀(CX3300系列)。另外,物聨網裝置電池壽命最佳化解決方案(X8712A)則能幫忙有效分析耗電狀況。另一方面,CX3300同時滿足低電流量測要求,且具高取樣率,涵蓋100pA到100A的寬廣量測範圍,並提供高達200MHz的頻寬。