車載イーサネット CAN 違いとは｜用途と特徴をわかりやすく解説

車載ネットワークの進化が進む中、車載イーサネットとCANの違いに注目が集まっています。従来のCANはエンジン制御やエアバッグシステムなど、安全性が重視される領域で長年使用されてきた通信技術です。

一方で、車載イーサネットはADASや自動運転システムに対応するために開発され、膨大なデータを高速かつリアルタイムに処理できる点が特徴です。

この記事では、車載イーサネットとCANの違いを歴史、用途、通信速度、特長といった観点から詳しく比較し、それぞれの技術が果たす役割や今後の可能性について解説します。

車載ネットワークの基礎から具体的な技術仕様まで、詳しく知りたい方に最適な内容をお届けします。

記事のポイント

車載イーサネットとCANの歴史的背景や技術的な違い
それぞれの用途や対応する車載システムの特徴
通信速度やデータ処理能力の違いによる適用範囲
車載ネットワーク設計における導入課題と展望

カメラ向け車載イーサネットとCANの違いの前に基礎知識とその必要性
カメラ向け車載イーサネットとCANの違いや技術的特徴と導入の課題

カメラ向け車載イーサネットとCANの違いの前に基礎知識とその必要性

車載イーサネットは、車載カメラや各種センサーが生み出す膨大なデータを効率的に処理するために、車両内通信の次世代基盤として注目されています。

自動運転やADAS（先進運転支援システム）の発展に伴い、高解像度カメラが生成する1秒間に数Gbpsに及ぶデータを、低遅延かつ信頼性をもって伝送する技術が必要不可欠です。

従来のCANやFlexRay、LINは特定の用途で効果を発揮するものの、車載イーサネットはこれらを統合し、高帯域幅と拡張性を兼ね備えた柔軟な通信環境を提供します。

また、JPEG XSやTSN（Time-Sensitive Networking）といった最新技術を組み合わせることで、リアルタイム性や安全性を確保しつつ、システム全体の効率を向上させる点も魅力です。

本記事では、車載イーサネットの基本概念からカメラ設計の要点、導入時の技術仕様とその課題までを詳しく解説します。

車載イーサネットとは何か？カメラ向けの基本概念の解説

車載イーサネットは、従来のイーサネット技術を自動車内部の通信ネットワークに応用した技術であり、特に車載カメラの運用において大きな影響を与えています。この技術は、車内の電子制御ユニット（ECU）、センサー、そして複数の高解像度カメラを接続し、迅速かつ大量のデータ伝送を可能にします。

車載カメラと車載イーサネットの関係：高解像度の車載カメラは、ADAS（先進運転支援システム）や自動運転システムの中核を担っています。たとえば、1080pまたは4Kの解像度で毎秒30～60フレームを送信する場合、1台のカメラだけで100～400 Mbpsの帯域幅が必要となります。車載イーサネットは、このような大量のデータを処理するために最適化されています。

高い帯域幅と低遅延：車載イーサネットは100BASE-T1（100 Mbps）や1000BASE-T1（1 Gbps）などの規格を採用しており、車載カメラが生成する高解像度映像データをリアルタイムで伝送します。また、遅延が少ない通信が可能で、重要なタイムクリティカルデータ（障害物検出や道路標識認識など）の伝送に最適です。

他の通信技術との比較：従来のCANバスやFlexRayでは、車載カメラのような高帯域幅の要求には対応できません。たとえば、CANバスの最大速度は1 Mbps程度であり、複数台のカメラが生成するデータには対応しきれません。一方、車載イーサネットは最大10 Gbpsの速度まで対応することが可能で、将来的なデータ量の増加にも柔軟に対応します。

映像データの効率的な処理：車載イーサネットは、映像データを圧縮しないまま送信することも可能です。これは、高品質な画像が必要な場合に有効であり、たとえば自動運転車が周囲の車両や障害物を正確に認識する際に役立ちます。また、複数のカメラの映像を同時に送信し、統合的に処理するための通信基盤としても優れています。

拡張性と統合性：車載イーサネットは、車内ネットワークの統合と拡張性を向上させます。たとえば、追加の車載カメラを接続する際、既存のネットワーク構造に最小限の変更で対応できるため、設計およびコスト面でのメリットがあります。また、AVB（Audio Video Bridging）やTSN（Time-Sensitive Networking）といったプロトコルを用いることで、データの優先順位付けや同期を効率的に行えます。

車載イーサネットは、高解像度車載カメラからの大量のデータ伝送を支える通信技術として不可欠です。その高速性、低遅延性、拡張性により、カメラを活用したADASや自動運転システムの進化を支える基盤となっています。

車載イーサネットの遅延：その課題と現状

1. 遅延の具体的影響

高解像度カメラからのデータは、一般的に数百Mbps〜1Gbpsに達します。この膨大なデータを迅速に処理するには、低遅延の通信技術が必要です。
遅延が数ミリ秒に達すると、車両の制御や障害物回避のタイミングに遅れが生じる可能性があります。この遅延が、秒速10m以上で移動する車両においては数センチ〜数十センチの誤差に繋がることになります。

2. 遅延の要因：車載イーサネットの遅延は以下の要因に左右されます：

データ転送プロセスのオーバーヘッド：パケット分割や再構築に時間がかかる。
ネットワークの負荷：複数のデバイスが同時に通信を行う場合、パケット衝突やキューイングが発生。
プロトコルの種類：一般的なイーサネットでは、タイムクリティカルな通信を想定していないため、遅延のばらつきが発生する可能性があります。

遅延を克服する技術的アプローチ

1. タイムクリティカル通信の導入：車載イーサネットでは、TSN（Time-Sensitive Networking）がタイムクリティカルなデータの送信に対応しています。

TSNでは、通信の遅延を数百マイクロ秒まで抑え、特定のデータパスに優先順位を付けることが可能です。
タイムスケジュールを使用して、データパケットが決められたタイミングで到着するように制御します。

2. 高速イーサネットの採用：従来の車載イーサネット（100BASE-T1）は十分な速度を提供できませんが、1Gbpsの転送速度を持つ1000BASE-T1を使用することで、映像データの伝送をさらに効率化できます。

3. ハードウェアの最適化

専用コントローラ：遅延を最小化するために、TSN対応の専用ハードウェアを使用します。
高速スイッチング：ネットワーク内のパケットルーティングを高速化することで、データ到達時間を短縮します。

通信技術	最大遅延	帯域幅	カメラ利用時の適性
CAN	数ミリ秒	最大1 Mbps	遅延が小さいが帯域幅不足
FlexRay	数百マイクロ秒	最大10 Mbps	一部リアルタイム処理に適する
車載イーサネット（TSN利用時）	数百マイクロ秒	最大1 Gbps（1000BASE-T1）	カメラデータに最適

遅延低減の工夫

映像圧縮技術：映像データを圧縮し転送量を抑えることで、遅延を削減できます。例えば、H.265などの圧縮技術を活用します。
優先度設定：カメラの映像データを他のデータよりも優先的に転送する仕組みを構築します。
複数経路の活用：通信経路を冗長化し、遅延が生じた場合にバックアップ経路を使用することで、影響を最小限に抑えます。

車載イーサネットは他の技術に比べ、依然として遅延の課題が存在しますが、TSNや1Gbps通信、優先度設定などの技術を組み合わせることで、その遅延を実用範囲内に抑えることが可能です。

これらの技術を適切に採用すれば、車載カメラが必要とするリアルタイム性を十分に満たす通信環境を実現できます。

自動運転に対する車載カメラの重要性及び車載イーサネットのメリットとデメリット

自動運転技術の実現において、車載カメラは非常に重要なセンサーとして機能します。以下のような具体的な役割があります：

環境認識：車載カメラは、歩行者、車両、信号、標識などを認識するために利用されます。これにより、安全な車両の動作が可能となります。
高解像度データの生成：現在の車載カメラは4K解像度を超えるものも登場しており、1秒間に約1Gbpsものデータを生成することが可能です。このデータをリアルタイムで処理するには高速通信が必要です。
LiDARやレーダーとの補完：車載カメラはLiDARやレーダーが得意としない色や文字情報の認識を担当し、これらのセンサーを補完します。

車載イーサネットのメリット

高帯域幅：車載イーサネットは最大1Gbps（1000BASE-T1）の通信速度を実現できます。これにより、車載カメラが生成する膨大なデータをリアルタイムで転送可能です。
柔軟なネットワーク構築：車載イーサネットは、複数のセンサーやECUを1つのネットワークで効率的に接続でき、従来の複雑な配線を簡略化します。
低遅延通信：TSN（Time-Sensitive Networking）技術を使用することで、遅延を数百マイクロ秒に抑え、リアルタイム性が求められる自動運転の制御に対応可能です。
標準化：車載イーサネットは国際的な規格に基づいており、他の通信技術との相互運用性が高いです。これにより、異なるメーカー間での部品の統一が進みます。
コスト削減：高速通信が可能であるにもかかわらず、従来のFlexRayやMOSTなどに比べ、導入コストが低減する場合があります。

車載イーサネットのデメリット

遅延の課題：一部の状況では、車載イーサネットの遅延が数ミリ秒に達する可能性があります。これは、タイムクリティカルなデータ処理において致命的になる場合があります。
専用ハードウェアの必要性：車載イーサネットを導入するには、専用のコントローラやスイッチング機器が必要であり、初期設計の手間が増える可能性があります。
帯域幅の制限：1Gbpsの帯域幅があるものの、将来的に車載カメラの解像度やフレームレートがさらに向上した場合、追加の帯域幅が必要になる可能性があります。
プロトコルの学習コスト：TSNなどの高度なプロトコルを使用するには、エンジニアに新たな知識が求められるため、教育コストが発生します。
セキュリティリスク：イーサネットはオープンな標準規格であるため、適切な暗号化やアクセス制御が行われない場合、サイバー攻撃のリスクが高まります。

車載カメラと車載イーサネットの相互補完

自動運転の精度を向上させるためには、車載カメラがリアルタイムで取得したデータを処理する高速で信頼性の高い通信技術が必要です。車載イーサネットは以下の点でこの要求に応えます：

大量データの伝送能力：高解像度カメラが生成するデータをスムーズに処理。
リアルタイム制御：低遅延通信により、車両制御システムが迅速に反応可能。
システム全体の統合：カメラ以外のセンサー（LiDAR、レーダー）と一元的に接続し、効率的なネットワークを構築。

自動運転の進化において、車載カメラは車両の「目」として不可欠な役割を担っています。このカメラが生み出す膨大なデータを効率よく管理し、遅延なく処理するためには、車載イーサネットが欠かせません。しかし、遅延やセキュリティといった課題も無視できません。これらを克服するための技術開発が今後の焦点となるでしょう。

車載イーサネットには、映像やデータの伝送を効率化するために圧縮機能をサポートする仕組みがあります。ただし、この圧縮機能にはカメラ映像に対して一定の影響があり、適切な活用が求められます。

車載イーサネットの圧縮機能と車載カメラへの影響

車載カメラが生成する映像データは、4K解像度（3840×2160ピクセル）であれば1フレームあたり約12MBのデータ量を持ちます。30fps（1秒間に30フレーム）で映像を取得する場合、約3.6Gbpsの帯域幅が必要です。このデータ量をそのまま伝送することは現実的ではないため、車載イーサネットでは圧縮機能を活用して効率化します。

圧縮技術の種類と特性

JPEG XS
- 遅延：1ミリ秒未満（フルHD解像度の場合）
- 圧縮率：最大10:1（ほぼ劣化なし）
- 特徴：低遅延で品質を保つため、自動運転車に最適。
- 使用例：車載カメラのリアルタイム映像伝送。
H.265（HEVC）
- 遅延：50～100ミリ秒
- 圧縮率：50:1（品質は設定に依存）
- 特徴：高圧縮率だが、遅延が大きくリアルタイム性が求められる用途には不向き。

圧縮のメリット

帯域幅の節約
- 非圧縮：4K映像1台分で3.6Gbps
- 圧縮（JPEG XS、10:1）：360Mbpsに低減
- 車載カメラが複数台（例：12台）搭載された場合、圧縮なしでは43.2Gbpsが必要になるが、圧縮後は4.3Gbpsで済む。
コスト削減：1Gbpsの車載イーサネットで運用可能になり、10Gbps以上の高帯域設備を導入せずに済む。
低遅延性：非圧縮データ並みの応答性を維持できるため、自動運転のリアルタイム処理を妨げない。

圧縮のデメリットと具体的影響

映像品質の劣化：高圧縮率（例：50:1）では、細かい部分がぼやける可能性あり。たとえば、車載カメラが歩行者の手信号を検知する場合、重要なディテールが失われる可能性があります。
遅延の増加：圧縮（H.265）と解凍に50～100msかかる場合、緊急時のブレーキ判断が遅れるリスクがあります。この遅延は時速60kmで走行している車両では約1.7～3.3mの反応遅れに相当します。
システム負荷：圧縮処理を行うハードウェアが発熱や消費電力の増加を引き起こす可能性あり。例えば、H.265コーデックを動作させるエンコーダは最大10Wの電力を消費することがあります。

圧縮と非圧縮の比較表

項目	非圧縮	圧縮（JPEG XS）	圧縮（H.265）
帯域幅（4K、30fps）	3.6Gbps	360Mbps	72Mbps
遅延	<1ms	~1ms	50～100ms
映像品質	最高品質	高品質	圧縮率による劣化
システム負荷	低負荷	中負荷	高負荷
使用例	AI処理や緊急判断	自動運転リアルタイム	記録用映像や遠隔監視

車載カメラへの影響

リアルタイム性 圧縮技術が進化し、JPEG XSのような低遅延技術により、カメラから取得した映像データをAIが迅速に処理可能になりました。たとえば、歩行者の突然の飛び出しに対応する際、遅延が1ms未満であれば、非圧縮データと同等の応答性を実現できます。
品質管理 車載カメラが交差点で識別する標識や信号機の詳細は、低圧縮率（5:1程度）で伝送することが望ましい。一方で、後方監視や周辺車両の確認用データは、高圧縮率でも実用的です。
複数カメラ運用 高解像度カメラが10台以上搭載される場合、非圧縮データでは帯域幅が不足します。圧縮によって1Gbpsの車載イーサネットで効率よく管理できます。

圧縮機能は、車載イーサネットにおいてデータ伝送を効率化する重要な技術ですが、遅延や品質への影響を理解し、用途に応じた適切な設定が求められます。JPEG XSのような低遅延圧縮技術の活用により、リアルタイム性を保ちつつ、膨大なデータ量を効率的に管理することが可能です。

自動運転における車載カメラの活用には、この圧縮技術の選択が安全性と性能を左右する重要な要素となります。

カメラ認識における低遅延の重要性の評価

車載イーサネットの利点である高帯域幅と低遅延は、自動運転車の性能と安全性において欠かせない要素です。特に車載カメラから得られる映像データを即座に処理する能力は、事故を防ぎ、安全な運転を実現する鍵となります。

遅延が運転に与える影響

車両が時速100km（約27.8m/s）で走行している場合、わずか10msの遅延でも27.8cm進む計算になります。この遅延が大きくなると、以下のような危険性が発生します。

30ms遅延：83.4cm進行し、歩行者や障害物を検知しても停止が間に合わない可能性が高まります。
100ms遅延：2.78m進行し、特に市街地での事故リスクが急増します。
300ms遅延：8.34m進行し、交差点での飛び出し検知が事実上不可能となります。

これらの数値からもわかる通り、わずかな遅延が重大な事故に繋がることは明らかです。

車載カメラにおける低遅延技術の重要性

車載イーサネットと低遅延技術を活用することで、これらのリスクを最小限に抑えることができます。

リアルタイム性の確保：車載イーサネットは、カメラの高解像度映像データを即座に処理できる能力を持ちます。例えば、JPEG XS圧縮技術では、遅延を1ms以下に抑えつつ、帯域幅を10分の1（例：4K映像、30fpsで360Mbps）に軽減可能です。
TSN（Time-Sensitive Networking）の導入：イーサネット上での優先度制御により、車載カメラやLiDAR、レーダーといったデータを遅延なく統合します。これにより、タイムクリティカルなシステムの動作が保証されます。
圧縮技術の最適化：高圧縮のH.265では遅延が50～100msに達する一方、JPEG XSを採用すれば画質を保ちながら遅延を1ms未満に抑えられます。これにより、高速走行時でも障害物を的確に検知可能です。

低遅延の具体的な効果

前方障害物の検知：交差点での飛び出しや、急な障害物をリアルタイムで検知し、緊急停止を実現します。
周囲認識と車線維持：低遅延のカメラ映像を活用し、車線逸脱を防ぎつつ、周囲車両の動きを正確に把握します。
高速道路での安全性向上：時速120km（約33.3m/s）でも、10msの遅延を1ms以下に短縮することで、33.3cmから3.3cmに進行距離を抑制し、安全な運転を確保します。

車載イーサネット導入のメリットと課題

メリット
- 高帯域幅：非圧縮4K映像で最大3.6Gbpsに対応。
- 柔軟性：複数カメラやセンサーを同一ネットワークで統合可能。
- 拡張性：次世代の通信技術に適応可能。
課題
- 高コスト：導入時のネットワーク設計やハードウェア更新にコストがかかる。
- 実装の複雑さ：TSNやAVBの活用には高度な設計が必要。

低遅延性能は、自動運転車において安全性を確保するための重要な要素です。わずか10msの遅延でも高速走行中には危険を招く可能性がありますが、JPEG XSやTSNといった低遅延技術を活用することで、これを1ms未満に抑えることが可能です。

車載イーサネットを通信基盤として採用することで、安全で効率的なデータ処理を実現し、自動運転車の発展に貢献します。

JPEG XSの技術的詳細と原理

JPEG XSは、映像圧縮技術の中でも特に低遅延と高画質保持を追求した規格で、車載カメラなどのリアルタイム性が求められるシステムで利用されます。その原理と仕組みについて以下で詳しく説明します。

JPEG XSは、従来の圧縮規格（JPEG、H.264など）と異なり、次のような特徴を持つ圧縮原理を採用しています。

1. Wavelet変換：JPEG XSのコアとなる技術は、**離散ウェーブレット変換（DWT: Discrete Wavelet Transform）**です。この変換は、画像を周波数成分に分解し、人間の目にあまり感知されない細かい部分のデータを削減します。

メリット: DCT（Discrete Cosine Transform）ベースのJPEGと比べ、ブロックノイズが発生せず、圧縮後も滑らかな画質が保たれます。
動作: 入力画像を低周波成分と高周波成分に分解し、低周波成分に多くのビットを割り当てることで、画質を劣化させずに圧縮します。

2. 低遅延構造：JPEG XSは、フレーム全体をエンコード・デコードする従来の方法ではなく、ラインベース処理を採用しています。

ラインベース処理: 映像データをフレーム単位ではなく、ライン（画像の1行）単位で処理するため、エンコードやデコードにかかる時間が大幅に短縮されます。
遅延: 圧縮と復元の遅延が1ms未満に抑えられるため、自動運転でのリアルタイム性を損ないません。

3. ロスレス圧縮とロス圧縮：JPEG XSは、ロスレス（データを一切劣化させない）からロス圧縮（ある程度の画質劣化を伴う）まで柔軟に対応します。圧縮率は10:1まで可能で、4K映像を約360Mbpsに圧縮し、帯域幅を大幅に削減します。

TSN（Time-Sensitive Networking）の技術的詳細と原理

TSNは、イーサネット規格に基づき、リアルタイム通信を可能にする一連のプロトコル群の総称です。その技術的な原理を以下に示します。

1. 時間同期（Time Synchronization）：TSNの基本機能として、ネットワーク内のすべてのデバイス間で時間を高精度に同期させる仕組み（IEEE 802.1AS）が実装されています。

動作: 各デバイスにタイムスタンプを付与し、データが正確な順序で処理されるようにします。
精度: 時間同期の精度は1マイクロ秒以下で、複数センサーからのデータを統合する際の時間ズレを最小限に抑えます。

2. 帯域幅予約（Stream Reservation Protocol: SRP）：TSNでは、特定のデータフローに帯域幅を予約できます（IEEE 802.1Qat）。

動作: 車載カメラなどの重要なデータに帯域幅を優先的に割り当て、他の通信が混雑してもリアルタイム性が維持されます。

3. キュー管理と優先制御（Credit-Based Shaper: CBS）：TSNは、データを優先度に応じて送信する仕組みを採用しています（IEEE 802.1Qav）。

動作: カメラデータのようなタイムクリティカルな通信は高優先度のキューに割り当てられ、遅延を抑えます。
遅延: タイムクリティカルな通信の遅延を1ミリ秒以下に制御します。

4. 冗長性と信頼性（Frame Replication and Elimination for Redundancy: FRER）：TSNは、複数経路に同じデータを送信し、冗長性を確保する仕組み（IEEE 802.1CB）を提供します。

動作: ネットワーク障害が発生しても、他の経路を使って通信が継続します。
信頼性: 冗長経路の活用により、データ損失リスクをゼロに近づけます。

JPEG XSとTSNは、自動運転における車載カメラの高効率通信を支える重要技術です。JPEG XSは高品質を維持しながらデータ量を圧縮し、TSNはリアルタイム性と信頼性を保証します。この二つを統合することで、次世代の車載通信システムは、安全性とパフォーマンスの両立を実現します。

車載イーサネットの規格とその詳細

車載イーサネットの普及に伴い、さまざまな規格が開発されており、それぞれが特定の機能や要件に対応しています。以下では、主な規格を列挙し、その役割と詳細を解説します。

1. AVB（Audio Video Bridging）

概要：AVBは、音声や映像データをリアルタイムで高品質に伝送するための規格です。もともとプロオーディオや産業用途で使用されていましたが、車載カメラや車内エンターテインメントシステムにおいても重要な役割を果たしています。

特徴

タイムクリティカル通信: タイムスタンプを用いてデータの遅延を最小限に抑えます（遅延は最大2ms程度）。
帯域幅予約: 音声や映像データの帯域をあらかじめ確保し、他の通信データに干渉されないようにします。
用途: 車載カメラの映像伝送、車内エンターテインメント、音声システムなど。

2. TSN（Time-Sensitive Networking）

概要：TSNは、イーサネット通信のリアルタイム性を強化するための規格群で、自動運転やADAS（先進運転支援システム）のような高度な通信要件に対応します。

特徴

時間同期: ネットワーク全体で1マイクロ秒以下の精度でデバイスを同期。
帯域幅予約: 重要な通信データに優先的な帯域幅を割り当てます。
冗長性: ネットワーク障害時にもデータが確実に届く仕組み（フレーム複製）を備えています。
用途: 車載カメラのリアルタイム映像処理、センサー融合、制御システムの同期通信。

3. IEEE 802.1Q

概要：IEEE 802.1Qは、イーサネットフレームにタグを追加することで、通信データに優先順位を付ける技術です。車載ネットワークでは、タイムクリティカルなデータの優先度を管理するために使用されます。

特徴

VLANタグ: 通信データを分類し、重要なデータに優先的にリソースを割り当てる。
用途: 車載カメラやセンサーからの重要データの効率的な伝送。

4. IEEE 802.3bw（100BASE-T1）

概要：100BASE-T1は、自動車向けに最適化されたイーサネット規格で、1対のツイストペアケーブルを用いてデータを伝送します。

特徴

通信速度: 最大100Mbps。
ケーブルの軽量化: ツイストペアケーブル1本で通信を実現し、車両の軽量化に寄与。
用途: 車載カメラやセンサー、低帯域幅の通信データの伝送。

5. IEEE 802.3bp（1000BASE-T1）

概要：1000BASE-T1は、車載イーサネットの高速通信を実現するために開発された規格です。

特徴

通信速度: 最大1Gbps。
低遅延: 高帯域幅の通信データをリアルタイムで処理可能。
用途: 高解像度車載カメラやADASシステム。

6. IPネットワーク規格（DoIP: Diagnostics over IP）

概要：DoIPは、車両の診断機能をIPベースで行うための規格です。これにより、外部デバイスが車両内部のセンサーや制御システムにアクセスできます。

特徴

通信プロトコル: 標準的なIPプロトコルを使用。
用途: 車両診断やメンテナンスデータの収集。

これらの規格の標準化により、車載イーサネットは、カメラ映像やセンサー情報など、リアルタイム性と高帯域幅を求める自動運転やADASの基盤技術として広く普及しています。標準化の進展が、次世代車両の開発を大きく前進させるカギとなります。

現在の車載ネットワークにおける車載イーサネットの役割

現在の車載ネットワークにおいて、車載イーサネットは次世代車両の通信インフラとして不可欠な役割を果たしています。従来のCAN（Controller Area Network）、FlexRay、そしてLIN（Local Interconnect Network）などのプロトコルと併用され、それぞれの技術の強みを活かしつつ、全体の通信効率を最大化しています。

車載イーサネットと従来技術の補完的役割

従来の車載ネットワークは、それぞれが特定の用途に特化していました。

LIN（Local Interconnect Network）
- 用途: 車両内で低速かつコスト効率が求められる通信に使用されます。
- 速度: 最大20kbps程度で、シート調整モーターや窓の開閉、ライト制御などの非緊急な制御に最適。
- 特徴: マスター-スレーブ方式を採用し、シンプルでコストパフォーマンスに優れます。
CAN（Controller Area Network）
- 用途: ECU間の通信など、制御に信頼性が必要な場面で使用。
- 速度: 最大1Mbps程度。エンジン制御やブレーキ制御、カメラでバックする際のハンドルの角度データの転送などなどに使用、
- 特徴: 高い信頼性を持つ一方で、帯域幅が狭く、データ量の多い用途には不向き。
FlexRay
- 用途: タイムクリティカルな通信が求められるミッション・クリティカルなシステムで使用。
- 速度: 最大10Mbps程度。車両安定制御システム（ESC）やエアバッグ制御に使用。
- 特徴: 高速かつ冗長性を持つが、コストが高く設計が複雑。

これらのプロトコルはそれぞれに特化した強みを持つ一方で、車載カメラやLiDARなどが生成する膨大なデータには対応しきれない場合があります。そこで、車載イーサネットがその役割を担います。

車載イーサネットの具体的な役割と事例

車載カメラのデータ伝送
- データ量: 1台の高解像度カメラが生成するデータは、約200Mbps～1Gbps。
- 車載イーサネット（例：1000BASE-T1）は、これらの高帯域幅データを効率的に処理し、複数カメラの同時運用を可能にします。
ADAS（先進運転支援システム）の通信基盤
- 要求: センサー融合においてリアルタイム性と高精度の時間同期が必須。
- 技術: TSN（Time-Sensitive Networking）を活用して、数マイクロ秒単位の精密な時間制御を実現。
エンターテインメントシステムのサポート
- 車内ディスプレイやスピーカーシステムでは、AVB（Audio Video Bridging）が用いられ、遅延の少ない高品質な音声・映像伝送を実現。
従来プロトコルのサポート
- 車載イーサネットは、CAN、LIN、FlexRayといった従来プロトコルと連携するハブとして機能。これにより、全体のネットワークが統合され、シンプル化します。

通信効率とコスト削減

車載イーサネットの導入により、ネットワーク全体の効率とコスト構造が大幅に改善します。

通信の一元化: 各プロトコルで分散していた通信を、車載イーサネットを中核とするハイブリッドネットワークで統合。
軽量化: ツイストペアケーブルの採用により、従来の専用配線よりも軽量化され、車両全体のエネルギー効率も向上。
コスト効率: 長期的には、統一規格の導入により設計と保守コストが削減されます。

将来に向けた重要性

自動運転や電動化の進展に伴い、以下のような未来の通信要件を満たすには車載イーサネットの存在が不可欠です。

リアルタイム処理: 自動運転システムでは、カメラやLiDARからのデータ伝送遅延が事故につながる可能性があります。車載イーサネットの低遅延性が安全性を支えます。
スケーラビリティ: 今後のセンサーやECU増加に対しても、柔軟なネットワーク設計が可能です。

車載イーサネットは、LINやCAN、FlexRayといった従来技術を補完しつつ、次世代車両の通信基盤として、欠かせない存在になっています。これにより、自動運転や電動化の課題を解決するための重要な一歩を支えています。

カメラ向け車載イーサネットとCANの違いや技術的特徴と導入の課題

車載イーサネットは、車載カメラなどの高度なデバイスが生成する膨大なデータを効率的に処理し、自動運転やADAS（先進運転支援システム）を支える次世代通信基盤として注目されています。

一方、従来のCANは、長年にわたりエンジン制御やエアバッグなどの安全性を重視した通信技術として活用されてきました。

本記事では、両者の歴史や技術的特長、主な用途、通信速度やデータ量の違いを比較し、車載イーサネットの設計ポイントや技術仕様に触れながら、自動車通信技術の進化を探ります。

特に車載カメラの低遅延要件や膨大な帯域幅を満たすための技術を中心に、その導入課題や将来展望を解説します。

車載イーサネットとCANの違い：詳細な比較

車載ネットワークの発展に伴い、従来から使用されてきたCAN（Controller Area Network）と、新世代の通信技術である車載イーサネットの役割が明確になってきました。ここでは、歴史、用途、データ量、特長を軸にその違いを詳しく解説します。

①歴史

CANの歴史 CANは1980年代、Bosch社によって開発されました。当時は電子制御ユニット（ECU）の数が増加しており、車両内の通信を簡素化する手段が求められていました。これに応える形でCANは誕生し、その信頼性の高さから世界中の自動車メーカーで採用され、現在も標準的な技術として使用されています。
車載イーサネットの歴史 一方、車載イーサネットは2000年代後半、ADAS（先進運転支援システム）や自動運転技術の台頭により必要性が生まれました。これらの技術には、CANでは対応しきれない膨大なデータ通信が要求されるため、新たな通信基盤として車載イーサネットが開発され、現在は高級車や電動車両に導入が進んでいます。

②主な用途

CANの用途 CANは、低速かつタイムクリティカルな通信を必要とするシステムに適しています。例えば、エンジン制御、トランスミッション、エアバッグ、車両のドア制御など、データ量が少なくても安全性が求められる用途で活躍しています。
車載イーサネットの用途 一方で、車載イーサネットは高帯域幅が求められる用途に特化しています。車載カメラやLiDARセンサーが生成するリアルタイム映像や、センサーフュージョンのようなデータ量の多い通信が必要な分野で使用されています。例えば、自動運転車では1秒あたり数Gbpsのデータを扱う必要があり、これに対応できるのが車載イーサネットです。

③データ量と通信速度：車載ネットワークにおいて、データ量と通信速度は大きな違いを生む要素です。

CAN
- 最大通信速度：1Mbps（CAN FDの場合は最大8Mbps）。
- データペイロード：8バイト（CAN FDでは64バイト）。
- 特徴：低速通信だが、高い信頼性と低コストで運用可能。
車載イーサネット
- 最大通信速度：100Mbps（100BASE-T1）から1Gbps（1000BASE-T1）、さらに10Gbpsにも対応可能。
- データペイロード：TCP/IPプロトコルにより、理論的には無制限。
- 特徴：膨大なデータをリアルタイムで処理可能。

車載カメラが生成する映像データは、1台あたり数百Mbpsの帯域幅を必要とします。CANではこれに対応することが難しい一方、車載イーサネットは複数のカメラを同時に接続し、スムーズにデータ伝送を行えます。

④ その他の特長

CANの特長
- リアルタイム性: 優先度の高いデータを先に送信する仕組みで、タイムクリティカルな通信が可能。
- コスト: ケーブルや回路設計が簡素で、コストが低い。
- 信頼性: ノイズ耐性が高く、車両内での安定した通信が可能。
車載イーサネットの特長
- 高い帯域幅: 映像データやセンサーデータなどの大量通信に対応。
- 標準化: TCP/IPプロトコルを活用するため、互換性が高い。
- タイムクリティカルな通信: TSN（Time-Sensitive Networking）により、低遅延で高精度の同期が可能。
- 拡張性: ECUやセンサーの増加に柔軟に対応できる。

技術的な解説

CANの技術的概要：CANは、メッセージベースの通信を採用しており、送信するデータに「識別子（ID）」を付与します。この識別子に基づき、優先度の高いメッセージが先に処理されます。物理層は2本のツイストペアケーブルで構成され、エラー検出と再送機能を備えています。これは、エンジン制御やエアバッグシステムなど、非常に重要な安全機能を支えるための基盤です。

車載イーサネットの技術的概要：車載イーサネットは、TCP/IPプロトコルに基づいたパケット通信を採用しています。物理層にはシングルペアツイストケーブルを使用し、AVB（Audio Video Bridging）やTSN（Time-Sensitive Networking）を活用してリアルタイム性を保証します。これにより、車載カメラの映像データやLiDARセンサーからの情報を低遅延で処理可能です。

車載イーサネットとCANの比較表

項目	車載イーサネット	CAN
開発時期	2000年代後半	1980年代
主な用途	高帯域幅が必要なアプリケーション（車載カメラ、LiDAR、AI処理など）	エンジン制御、エアバッグ、ドア制御、低速通信
通信速度	最大1Gbps （1000BASE-T1）、さらに10Gbpsにも対応可能	最大1Mbps （CAN FDでは最大8Mbps）
データ量の取り扱い	理論上無制限（TCP/IPプロトコルに基づく）	最大ペイロード8バイト（CAN FDで64バイト）
リアルタイム性	TSNによる高精度な同期で保証	優先度ベースのリアルタイム通信
拡張性	高い（ECUやセンサー増加にも対応可能）	限られる（ノード増加で通信効率が低下）
標準化	TCP/IP、AVB、TSNなど国際標準に基づく	独自のプロトコル（主にISO11898）
コスト	高い（ケーブルや機器が高価）	低い（シンプルな設計と低コストの部品）
ノイズ耐性	高い（差動信号伝送を使用）	非常に高い（車載環境での長期使用に実績あり）
主なプロトコル	TCP/IP、UDP、AVB、TSN	独自フレームフォーマット
通信方式	パケット通信	メッセージベース通信
エラー検出機能	CRC（Cyclic Redundancy Check）や再送機能	エラーフラグ、再送機能が標準装備
物理層	シングルペアツイストケーブル（100BASE-T1など）	2本のツイストペアケーブル
適用システムの例	自動運転、ADAS、センサーフュージョン	エンジン、トランスミッション、エアバッグ
消費電力	高い（高速通信による電力消費増加）	低い（低速通信のため効率的）

説明補足

通信速度の違い
車載イーサネットの通信速度（最大10Gbps）は、CAN（最大1Mbps）を大きく上回ります。このため、複数の車載カメラやLiDARセンサーからの膨大なデータをリアルタイムで処理する必要があるシステムには車載イーサネットが不可欠です。
コストと適用性
CANは低コストで信頼性が高いため、小型車やベーシックモデルでよく使用されます。一方、車載イーサネットはコストが高いものの、自動運転やADASといった高機能な車両において、そのコストに見合う性能を発揮します。
標準化と相互運用性
車載イーサネットは標準化された技術を基盤とするため、異なるメーカーやシステム間での相互運用性が高く、長期的な普及を見据えた設計となっています。
ノイズ耐性
両者とも車載環境での使用を想定して設計されていますが、車載イーサネットは特に高周波数におけるノイズ対策が強化されており、精密なデータ伝送が可能です。

CANはそのシンプルさと信頼性から、エンジン制御やブレーキなどの分野で引き続き重要な役割を果たしますが、車載イーサネットは、複雑でデータ量の多い次世代のアプリケーションに対応する技術として急速に普及しています。この両者を適切に使い分けることで、車載ネットワークの効率化と高度化が可能となるのです。

車載イーサネットプロトコルの技術仕様: 深い技術的解説

車載イーサネットは、従来の通信技術（CAN、FlexRayなど）の限界を超え、膨大なデータ処理が求められる現代の車載ネットワークに対応する通信基盤として進化してきました。

その技術は、物理層、通信プロトコル、QoS（サービス品質）、およびセキュリティといった多層的な要素で構成されています。以下で深い技術的な側面を詳細に説明します。

1. 物理層（PHY）の設計

車載イーサネットの物理層は、シングルペアツイストケーブルを活用することが主流です。この設計は車載環境に最適化されています。

100BASE-T1と1000BASE-T1
- 100BASE-T1は最大100Mbps、1000BASE-T1は最大1Gbpsの通信速度を提供します。
- 両者は片方向あたり62.5MHz（100BASE-T1）および625MHz（1000BASE-T1）の周波数帯域で動作し、高効率な信号伝送を実現します。
- 高速信号処理のための技術として、**パルス振幅変調（PAM3/PAM5）**が使用されます。これにより、ノイズ耐性を維持しつつ高帯域幅通信が可能です。
ケーブル設計
- シングルペアツイストケーブルは、従来のツイストペアケーブルよりも軽量でコストが低いです。
- 最大15mのケーブル長をサポートし、電磁干渉（EMI）を最小限に抑えます。
- シールドケーブルを使用することで、ノイズが多い車両環境でも通信の信頼性を高めています。

2. 通信プロトコルの構造

車載イーサネットの通信プロトコルは、時間制約のあるデータを効率的に処理するために設計されています。主なプロトコルであるAVBとTSNを深掘りします。

AVB（Audio Video Bridging）
- IEEE 802.1Qav規格に基づき、オーディオ・ビデオデータの優先転送を実現します。
- AVBのコア技術である**帯域予約（SRP: Stream Reservation Protocol）**は、トラフィックの予測可能性を向上させます。これにより、映像データの遅延を2ms以内に抑えることが可能です。
- AVBは、ネットワーク内の全ノードが共有するグローバルタイムクロックに依存します。クロック同期精度は1マイクロ秒未満に達し、映像と音声の同期性を確保します。
TSN（Time-Sensitive Networking）
- TSNはIEEE 802.1Qbv（Time-Aware Shaping）や802.1Qbu（Frame Preemption）などの規格群で構成されています。
- 802.1Qbvでは、タイムウィンドウを指定して優先トラフィックを処理し、通信遅延を50マイクロ秒以下に抑えます。
- 802.1CB（フレーム冗長化）では、同じデータを複数ルートで送信することにより、通信の冗長性と信頼性を向上させます。これにより、物理的な障害が発生しても通信が維持されます。

3. QoS（サービス品質）の保証

車載イーサネットでは、QoSの保証が非常に重要です。特に、自動運転やADAS（先進運転支援システム）では、リアルタイム通信が必須です。

優先度スケジューリング
- TSNは、通信データに優先度を割り当てることで、車載カメラやLiDARのような重要なデータを最優先で処理します。
- 優先度設定は、最大7段階のキューを持つIEEE 802.1Q標準に準拠しています。
データフロー制御
- IEEE 802.1Qbb（Priority-based Flow Control）は、ネットワークの混雑時に優先トラフィックを維持しながら、低優先度トラフィックを抑制します。
- これにより、帯域幅の競合を回避し、重要なデータのスムーズな伝送を実現します。

4. セキュリティ技術

車載イーサネットは、高度なセキュリティ機能を備えています。これらの機能は、車両のサイバー攻撃リスクを最小限に抑えるために必要です。

暗号化と認証
- データ通信は、TLS（Transport Layer Security）を使用して暗号化されます。
- 通信ノード間の認証は、802.1X規格に基づいて実施され、正当なデバイスだけがネットワークにアクセス可能です。
IDS（侵入検知システム）
- ネットワーク内の異常トラフィックを検出するためのIDSが組み込まれています。
- 特に、自動運転システムにおいて、外部からの不正データ挿入を防ぐ重要な役割を果たします。

車載イーサネットは、10Gbps級通信（10BASE-T1）への対応、次世代の自動運転システムとの統合、さらには車両間通信（V2V）や車両-インフラ通信（V2I）への展開が期待されています。

技術的には、低遅延通信をさらに最適化するための量子化誤差低減技術や、ネットワークトポロジー最適化アルゴリズムが研究されています。これにより、さらなる信頼性と効率性が実現される見込みです。

車載イーサネットの進化は、未来のモビリティ革命の鍵となるでしょう。

車載イーサネットにおける通信速度と物理層の特性

車載イーサネットは、自動車内の高度なデータ通信を実現する技術として注目されています。その中でも、通信速度や物理層（PHY）の特性は、特に車載カメラを用いたシステムの性能に直結する重要な要素です。本記事では、物理層技術を中心に、通信速度や信頼性を車載カメラの実例を交えて解説します。

車載イーサネットの通信速度：用途に応じた柔軟性

車載イーサネットが選ばれる理由の一つは、広範な通信速度の対応力です。以下に、代表的な通信速度とその用途を挙げます。

100Mbps（100BASE-T1）：主にセンサーデータや制御信号の中程度の帯域幅を必要とするアプリケーションに適しています。例えば、リアカメラによる映像伝送では十分な速度を提供します。
1Gbps（1000BASE-T1）：高解像度カメラや複数のカメラを同時に扱う場合に対応可能です。例えば、360度の車両周囲監視カメラでは、4台のカメラから合計4Gbpsの帯域が必要となるため、複数のギガビットチャンネルが用いられます。
10Gbps（10GBASE-T1）：8Kカメラや高精度センサーが登場する次世代車両では、10Gbps以上の通信が要求されると予測されています。この技術により、リアルタイムのデータ解析が可能になります。

これらの速度選択肢により、車載イーサネットは現在および将来の車載ネットワーク要件に柔軟に対応できます。

物理層（PHY）の構造と信号伝送の仕組み

物理層（PHY）は、データを物理的に送受信する部分であり、車載イーサネットの性能に大きく寄与します。以下に、主要な規格を説明します。

100BASE-T1
- 最大通信速度：100Mbps。
- ケーブル：非シールドツイストペア（UTP）。
- 周波数帯域：62.5MHz。
  この規格は、軽量で取り回しのしやすい配線を可能にします。
1000BASE-T1
- 最大通信速度：1Gbps。
- ケーブル：シールドツイストペア（STP）または非シールド。
- 周波数帯域：600MHz以上。
  車載カメラの高解像度映像伝送に最適化されています。
ノイズ対策と耐性
車載環境は電磁干渉（EMI）が多発する過酷な環境です。これを克服するために、以下の技術が用いられます：
- 差動信号伝送：2本のツイストペアケーブルで信号を送り、外部ノイズを相殺。
- PAM（パルス振幅変調）：信号対雑音比（SNR）を最大化し、データ誤りを最小限に抑えます。

物理層（PHY）とは何か？

車載イーサネットにおいて、物理層（PHY）は、デジタルデータを物理的な信号に変換し、ケーブルを介して送受信するための基盤技術を指します。この層は、ネットワークの最も低い部分に位置し、送信先との間でデータが確実かつ正確に伝達されることを保証します。

PHYの主な役割は次の通りです：

デジタルデータを電気信号に変換
車載カメラなどから送られるデジタルデータを、ケーブルを介して送れる電気信号に変換します。
ケーブル上の信号を受信・再構成
ケーブルから受信した信号をデジタルデータに戻し、適切な形式で上位層に渡します。
信号の品質維持
ケーブルの長さや外部ノイズの影響を最小限に抑える仕組みを提供し、データの整合性を保ちます。

PHYの重要性

物理層は車載イーサネットの性能を左右します。たとえば、PHYの設計が適切でなければ、高速通信が可能でも信号劣化やデータエラーが発生し、車載カメラのリアルタイムデータ処理が妨げられます。車載環境に特化したPHYは、耐ノイズ性、遅延削減、高速化の3つの面で重要な進化を遂げています。

車載イーサネットにおけるPHY規格の具体例：以下は代表的なPHY規格とその特徴です：

100BASE-T1
- 通信速度：最大100Mbps
- ケーブル：単一ツイストペア（非シールド）
- 主な用途：駐車支援カメラやセンサーの接続
  低コストと軽量なケーブルで、車両内の短距離通信に適しています。
1000BASE-T1
- 通信速度：最大1Gbps
- ケーブル：シールドまたは非シールドツイストペア
- 主な用途：高解像度カメラ、ADASシステム
  高帯域幅を提供し、車載カメラのリアルタイム処理に対応します。
10GBASE-T1（次世代）
- 通信速度：最大10Gbps
- ケーブル：高周波対応のシールドツイストペア
- 主な用途：8Kカメラ、多層LiDARデータ伝送
  将来的には、完全自動運転車の大容量通信に使用されると予測されています。

PHYの技術的な特性

ノイズ耐性：車両内部にはエンジンやモーター、その他の電子機器が発する電磁干渉（EMI）が多く存在します。
- PHYは差動信号を用いて、信号とノイズを分離。
- パルス振幅変調（PAM）を採用し、信号対雑音比（SNR）を最大化。
遅延と信号同期：車載カメラの場合、遅延が100msを超えると、安全性能が損なわれます。PHYは低遅延技術を採用し、遅延を1ms未満に抑えます。
ケーブル長：物理層の性能により、最大100m以上のケーブル長をカバー可能。これにより、車両の大型化や複数カメラの接続が容易になります。

車載カメラにおけるPHYの影響

具体的な例として、1080pカメラ（30fps）を用いた映像伝送を考えます。

この場合、未圧縮データの帯域幅は約500Mbps。1000BASE-T1の物理層を使用することで、リアルタイムで高品質な映像伝送が可能です。一方、信号損失を防ぐためにエコーキャンセリングや信号イコライゼーション技術が物理層に実装されています。

また、車両が高速で走行中に車載カメラが連続データを送信しても、PHYのタイムクリティカルな信号処理能力により、認識や制御が遅れることはありません。

物理層（PHY）は、車載イーサネットを支える土台として、その性能や信頼性が車載カメラの機能に直接影響を与えます。現在の技術進歩により、さらなる高速化と低遅延が可能になり、自動運転やADASの実現を加速させています。

車載カメラの実例：データ量と物理層の選択

車載カメラの役割は多岐にわたり、駐車支援や車線維持、交差点監視などで利用されます。それぞれの用途で求められるデータ量と通信特性を以下に示します。

データ量の計算例
- 1080pカメラ（30fps、8ビットカラー）
  未圧縮の場合、1920×1080×30×8=497Mbps1920 \times 1080 \times 30 \times 8 = 497Mbps。このため、1000BASE-T1が適用されることが多いです。
- 4Kカメラ（60fps、12ビットカラー）
  未圧縮では約6.8Gbpsの帯域が必要です。これには将来的な10GBASE-T1が対応します。
遅延の影響
車載カメラの映像が遅延する場合、時速60kmの車両では100msの遅延で約1.7mの走行距離誤差が生じます。この誤差は危険回避において致命的です。車載イーサネットは、遅延を1ms以下に抑えることでこうしたリスクを軽減します。

車載イーサネットの物理層技術：未来への展望

現在、物理層のさらなる進化が進められています。

10BASE-T1S
最大10Mbpsの速度で複数のセンサーを効率的に接続可能。次世代のセンサーフュージョンに適しています。
10GBASE-T1
次世代自動車向けに開発されており、8K映像データや多層LiDARデータのリアルタイム処理を可能にします。

物理層技術は、車載カメラや他の高帯域幅センサーを支える基盤として重要な役割を果たしています。これにより、自動運転やADASの精度と安全性が一層向上するでしょう。

車載イーサネットの物理層は、車載カメラの要求に応じて進化を遂げています。軽量配線、高速通信、低遅延を実現することで、自動運転車の信頼性と安全性を支える基盤となるでしょう。

車載カメラにおける車載イーサネット設計のポイント

車載カメラは、先進運転支援システム（ADAS）や自動運転技術における重要なコンポーネントです。これらのカメラから送られる映像データを迅速かつ正確に処理するために、車載イーサネットは欠かせない技術となっています。以下に、設計の際に考慮すべきポイントについて、具体的な仕様や技術の根拠を交えながら解説します。

車載カメラのデータ特性

車載カメラは、自動車の前方、後方、側面、内部の映像を撮影し、リアルタイムで制御システムに供給します。この映像データは次のような特性を持ちます：

データ量が膨大：高解像度カメラ（例：4K解像度、60fps）の未圧縮データレートは、次の計算で求められます：
- 4K解像度：3840×2160ピクセル
- 1ピクセルあたりのデータ：24ビット（3バイト、RGB）
- 1フレームのデータ量：3840×2160×3 = 約24MB
- 60fpsのデータレート：24MB×60 = 1440MB/s ≈ 11.5Gbps
このため、圧縮技術（例：JPEG XS）を適用し、約1/10の圧縮率でデータ量を約1.2Gbpsまで低減することが一般的です。それでもなお、複数台のカメラが使用される場合には、総データレートが数Gbpsに達します。
低遅延性の要求：映像データの伝送遅延が発生すると、車両制御における意思決定が遅れ、危険を引き起こす可能性があります。例えば、5msの遅延が発生した場合、時速100kmで走行中の車両は約14cm進みます。このわずかな遅延でも衝突回避や障害物検知において致命的な影響を与える可能性があります。

車載イーサネットの技術と物理層の要件

車載イーサネットは、車載カメラの膨大なデータ量と低遅延性を実現するために必要な技術です。その中核となるのが物理層（PHY）とプロトコル層の選択です。

物理層（PHY）の選択

100BASE-T1
- 最大通信速度：100Mbps
- ケーブル仕様：シングルツイストペア（STP）
- 使用例：低解像度カメラやバックアップ用途のカメラ
1000BASE-T1
- 最大通信速度：1Gbps
- ケーブル仕様：シングルツイストペア（STP）
- 使用例：高解像度カメラ（例：1080p、4K）や主要なADAS用途のカメラ
10GBASE-T1（次世代技術）
- 最大通信速度：10Gbps
- ケーブル仕様：シングルツイストペア（高帯域幅対応のシールドケーブル）
- 使用例：複数のカメラやLiDARなどの膨大なデータを統合処理する用途

ノイズ耐性

車両環境では、エンジンやモーター、その他の電子機器から発生する電磁干渉（EMI）が通信に影響を与える可能性があります。車載イーサネットPHYには次のようなノイズ耐性技術が組み込まれています：

差動信号伝送：ツイストペアケーブルを使用して信号ノイズを相殺。
EMC規格準拠：ISO 7637やISO 11452に基づく設計で、高電磁環境下でも安定した通信を保証。

設計ポイント

1. 帯域幅とトポロジーの選択

帯域幅要件：複数の4Kカメラが同時に動作する場合、データ量は1台あたり1.2Gbps×5台＝6Gbpsとなるため、スイッチやルーターには10Gbps以上の処理能力が必要です。
ネットワークトポロジー：スター型トポロジーを採用し、中央スイッチを介してすべてのカメラを接続。これにより、ネットワークの信頼性と冗長性を確保。

2. 遅延の管理

タイムクリティカルな通信：TSN（Time-Sensitive Networking）を使用して、カメラデータを優先制御。TSNはタイムスロット制御を可能にし、0.1ms以下のスイッチング遅延を実現。
ネットワーク全体の遅延計算例：
- カメラのエンコード遅延：1ms
- PHY伝送遅延：0.5ms
- スイッチング遅延：0.3ms
- 合計：1.8ms → 設計目標の5ms以内。

3. 消費電力とPoE：PoE+（IEEE 802.3at）を使用して、1台あたり20Wのカメラを給電可能。スイッチは150W以上の電源供給能力を持つモデルを選定。

4. 冗長性と安全性：デュアルネットワーク構成：主要カメラは2つの独立したスイッチに接続することで、1系統の障害時にもデータ伝送を維持。

5. 耐環境性

動作温度範囲は-40°C ～ +85°Cに対応した部品を採用。
コネクタはISO 16750準拠で、振動や衝撃への耐性を強化。

車載カメラの設計には、帯域幅、遅延、ノイズ耐性、消費電力など、多くの要因を考慮する必要があります。

例えば、車載イーサネットにおける1000BASE-T1やTSNの技術を適切に使用することで、4K/60fpsの高解像度映像データをリアルタイムで伝送しつつ、設計目標である低遅延性（5ms以下）を確保できます。これにより、ADASや自動運転システムに必要な信頼性と性能を実現します。

安全性とセキュリティ：車載イーサネットのリスク管理

車載イーサネットの普及に伴い、安全性とセキュリティの重要性が高まっています。高性能な通信が可能になる一方で、サイバー攻撃のリスクも増大します。

車載イーサネットのセキュリティを確保するためには、データ暗号化や認証プロトコルの導入が必要です。たとえば、カメラが送信する映像データが改ざんされると、運転支援システムに誤った指示が送られる可能性があります。これを防ぐために、エンドツーエンドでのデータ保護が求められます。

また、セキュリティソフトウェアだけでなく、ハードウェアベースのセキュリティも重要です。これにより、通信の信頼性を向上させ、サイバーリスクを最小限に抑えることができます。

車載イーサネットの導入における技術的課題

車載イーサネットの導入にはいくつかの課題があります。その一つが、既存の車載ネットワークとの互換性です。多くの車両はCANやFlexRayを中心に構築されており、これらとの統合が技術的なハードルとなっています。

また、車載カメラなどの新しいデバイスを追加する際のコスト増加も課題です。特に、高帯域幅を持つ通信システムを導入する場合、ケーブルやスイッチング機器のコストが上昇する傾向にあります。

さらに、車載イーサネットの高度なプロトコルや規格に対応できる技術者の確保も重要です。これらの課題を克服するには、段階的な導入や標準化の推進が鍵となります。

車載イーサネットの未来：次世代通信技術への展望

車載イーサネットは、次世代の通信技術において重要な位置を占めると考えられています。特に、自動運転やコネクテッドカーの普及に伴い、データ量はますます増加していくでしょう。

今後は、10Gbps以上の通信速度を実現する技術や、AIを活用したネットワーク最適化が進むと予想されます。これにより、車載カメラから得られる膨大な映像データをリアルタイムで処理し、より安全で効率的な運転が可能となります。

また、衛星通信や5Gとの連携により、車載イーサネットは車両外部との通信でも活用されるようになります。これにより、車両のインフラ接続がさらに拡大し、新たなサービスやビジネスモデルの創出が期待されます。

車載イーサネットとCANの違い：技術と用途の比較のまとめ

本記事のまとめを以下に列記します。

車載イーサネットは高帯域幅通信を実現し、CANは低速で信頼性重視の通信に適する
車載イーサネットはADASや自動運転向けに設計され、CANはエンジン制御やエアバッグで活躍
車載イーサネットはTCP/IPプロトコルを採用し、CANは独自のメッセージベース通信を採用
車載イーサネットの通信速度は最大10Gbpsで、CANは最大1Mbpsに留まる
車載イーサネットは低遅延の通信技術TSNを活用し、リアルタイム性を保証
車載イーサネットはカメラやLiDARなどの大量データを効率的に伝送可能
CANは配線が簡素で低コスト、車載イーサネットは高コストだが拡張性に優れる
車載イーサネットは標準化された技術を基盤とし、CANは独自規格を採用
車載イーサネットはノイズ耐性が高周波に強く、CANは車載環境全般で実績がある
車載イーサネットは高解像度カメラのリアルタイム映像伝送に適する
CANは低データ量の制御信号やタイムクリティカルなタスクに適する
車載イーサネットはネットワーク統合が進めやすく、拡張性が高い
CANは信頼性が高く、既存車両で長く使用されている
車載イーサネットは高性能なセキュリティ機能を備え、サイバー攻撃に対応可能
車載イーサネットは将来的な通信需要の増加に対応できる柔軟性を持つ