Tempos atrás, a rede serial de um veículo era única, e deveria atender todas as necessidades da arquitetura. Hoje, conforme mostrado no item 2.1.3.2, Redes de
comunicação, o conceito de redes seriais evoluiu para sistemas de redes múltiplas,
com características distintas, tanto de velocidade, como confiabilidade e flexibilidade, e aplicadas a grupos de funções com especificações semelhantes, o que explica o grande número de protocolos existentes, alinhado ainda com as estratégias de diversificação do produto (da versão básica à completa) e de reuso.
Como qualquer tecnologia, esta evolução está trazendo vantagens e desvantagens.
• Menor custo médio por nó por veículo: por tornar a arquitetura mais flexível, as vantagens de cada tipo de rede podem ser mais bem aproveitadas para cada tipo de aplicação no veículo, o que pode trazer uma redução no custo médio por nó (29);
• Maior facilidade em gerenciar requisitos de velocidade: é o mesmo conceito apresentado no item acima, porém sob o ponto de vista da velocidade de comunicação, isto é, com a utilização de múltiplas redes, cada sistema (ou grupo de sistemas) poderá contar com redes de comunicação cujas velocidades de comunicação sejam específicas para cada tipo de função ou aplicação, evitando assim o subaproveitamento ou a sobrecarga da rede serial, como ocorre com sistemas de rede única (29);
• Oportunidades de particionamento por áreas funcionais, ou por criticidade de dados, ou por método de comunicação ou por subsistema: aumenta-se a flexibilidade da arquitetura, podendo adequá-la ou combiná-la a outros fatores externos que podem ir desde vantagens comerciais até vantagens técnicas e de integração de um fornecedor, por exemplo (29);
• Maior interação entre os subsistemas: uma vantagem na utilização de redes seriais é a maior interação entre os sistemas de chassis, motor e carroceria. Isto facilita a relação entre montadoras e fornecedores de acessórios ou sistemas especiais, pois as interfaces disponíveis podem ser mais facilmente exploradas por estes parceiros, o que resulta também numa maior facilidade em se adicionar novas funções e expandir as arquiteturas atuais (36);
• Redução da complexidade na manufatura: a redução da quantidade de fios nos chicotes elétricos, e a redução na proliferação de chicotes, para atenderem todas as opções de funções desejadas, são fatores intensamente buscados nos projetos de arquitetura. As redes seriais proporcionam esse tipo de resultado, que melhoram inclusive o roteamento destes chicotes, uma vez que, com a diminuição da quantidade de fios, o diâmetro dos chicotes também diminui, diminuindo seu peso e aumentando sua flexibilidade (36);
• Aumento da confiabilidade: chicotes elétricos complexos possuem centenas de conectores, terminais e segmentos de fios, o que eleva a probabilidade de uma
falha elétrica. Com o uso de redes seriais, o número destes elementos diminui, diminuindo também o potencial de falha dos sistemas elétricos (36);
• Menor tempo para diagnóstico: em sistemas discretos e com poucos módulos inteligentes, são raras as estratégias de diagnósticos em seus componentes o que, somado à enorme quantidade de fios, relés, terminais e conectores, tornam a busca por uma falha elétrica muito penosa e demorada (36). Nos sistemas com redes seriais, os módulos possuem esta inteligência e somado à vantagem da interação entre sistemas, estratégias elaboradas de diagnóstico podem ser estabelecidas, facilitando e diminuindo o tempo para diagnóstico dos sistemas elétricos.
Desvantagens deste tipo de estratégia (29):
• Necessidade de recursos adicionais: cada diferente rede empregada exige um “recurso” específico de engenharia, seja qual for a fase do projeto, desde o desenvolvimento da arquitetura, integração, validação até a fase de suporte à produção e diagnóstico;
• Necessidade de suportar diferentes protocolos: devido ao fato da otimização das aplicações seriais, cada rede utiliza um protocolo diferente. Isto representa um aumento na complexidade de gerenciamento de recursos, uma vez que demandam múltiplas ferramentas de desenvolvimento, bases de dados e de diagnóstico;
• Aumento da complexidade no compartilhamento de dados entre as redes: a disponibilidade de dados entre as redes se torna mais complicada, o que pode resultar em entraves na alocação das funções nas redes ou até na necessidade de adição de um módulo de gateway (ou ponte) entre as redes, aumentando, entre outros, custo, tempo de desenvolvimento e integração, diminuindo a confiabilidade;
• Manutenção mais complicada: quanto mais complexa for a arquitetura de rede, mais complexa será a manutenção e o diagnóstico de problemas, (apesar das vantagens já expostas em relação a utilização de sistemas discretos, quanto à redução do número de conectores e circuitos).
Nesta configuração, os módulos eletrônicos do veículo são divididos em grupos, de acordo com sua funcionalidade e localização. Isto significa que módulos com tipos de trabalho similares localizados próximos uns aos outros serão agrupados em uma rede, chamada de rede nível 1, com suas características próprias de velocidade e formato de dados. As diversas redes nível 1 poderão ser interligadas por outra rede, chamada nível 2, para possibilitar a troca de informações entre as redes e para cumprir as funções de diagnóstico unificado em um único padrão. Como a quantidade de informações em transito nesta rede é menor, uma velocidade mais baixa de comunicação poderá ser adotada (37).
Na grande maioria dos veículos de hoje, existem basicamente duas redes principais: uma de alta velocidade, para trem-de-força (powertrain), e uma de baixa velocidade para os módulos de carroceria (body), como mostra a Figura 21 (37). Porém, com a constante demanda por banda de transmissão mais largas e complexidade de topologias e funções, este número deverá crescer num futuro próximo, tendo em vista que quanto maior o número de nós em uma rede e maior o comprimento da rede, menor será sua velocidade efetiva (37).
Figura 21 - Topologia típica de um veículo atual (37)
Em sistemas multi-rede, a conexão entre elas é necessária para serviços de diagnóstico e atualização de software. Devido às várias vantagens de um sistema baseado em barramentos, uma idéia lógica seria utilizar um barramento dedicado para este propósito:
Figura 22 - Topologia de uma arquitetura com quatro redes Nível 1, uma rede Nível 2 e quatro switches inteligentes (gateways simples) (37)
No sistema multi-rede da Figura 22 (37), quatros “switches” inteligentes (constituído de um microcontrolador de baixo custo que suporte comunicação com duas redes) interligam todas as redes à rede de diagnóstico, sendo um “switch” para cada partição de rede. Neste exemplo, considera-se que todas as informações a serem disponibilizadas para a rede de conectividade global já estejam disponíveis serialmente, isto é, o papel dos “switches” inteligentes é tão somente a “tradução” de uma informação (conversão do dado de um protocolo para outro) vinda de um barramento serial para outro barramento.
O principal problema é que na falha de um “switch”, os diversos módulos de uma sub-rede ficarão sem comunicação com a rede de diagnóstico.
Uma solução mais cara, porém tolerante a falha, é sugerida na Figura 23 (37), onde a comunicação da rede de diagnóstico é disponibilizada diretamente em cada módulo, através da adição de um “transceiver” em cada. Neste caso, na falha da rede principal de módulos não relacionados à segurança, os módulos poderiam se comunicar através da rede secundária de diagnósticos, apesar de apresentar alguma degradação na comunicação.
Figura 23 - Topologia de uma arquitetura tolerante à falha com quatro redes Nível 1 e uma Nível 2 (37)
Dependendo da robustez desejada e do custo a ser assumido, a arquitetura pode evoluir para sistemas redundantes com tolerância a falhas, onde todos os agrupamentos de módulos são conectados a, no mínimo, duas redes distintas, onde uma falha na rede principal de algum subsistema não afeta as redes principais dos demais subsistemas, conforme mostrado na Figura 24 (37):
Figura 24 - Topologia de uma arquitetura tolerante à falha com oito redes Nível 1, duas Nível 2 e quatro switches inteligentes (gateways simples) (37)
As possibilidades são inúmeras, e sua escolha dependerá de diversos fatores além de custo, como mostrado na sessão 2.2.2.2 Considerações de engenharia.