導(dǎo)言：作為寫作愛好者，不可錯(cuò)過(guò)為您精心挑選的10篇車載網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。

篇1

中圖分類號(hào)：TP31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）04（c）-0154-04

隨著汽車工業(yè)與電子工業(yè)的不斷發(fā)展，各種車載電子產(chǎn)品越來(lái)越多地進(jìn)入到汽車?yán)?，從而提高了汽車的智能化程度和乘車的舒適性。然而由于沒有統(tǒng)一的平臺(tái)接口，使得這些車載電子產(chǎn)品沒有通用性和兼容性，也無(wú)法方便實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的維修升級(jí)。為此，我們首次提出了車載電子處理單元（EPU，Electronic Processing Unit）的概念，EPU實(shí)際就是一臺(tái)開放式可擴(kuò)展的車載電腦公共平臺(tái)，但它有別于普通的車載電腦，EPU只集成了基本硬件功能和系統(tǒng)操作平臺(tái)，其他電子產(chǎn)品（如倒車攝像頭等）作為擴(kuò)展功能模塊掛接在EPU擴(kuò)展的CAN網(wǎng)絡(luò)或EtherCAT網(wǎng)絡(luò)上，并通過(guò)開放式的通信協(xié)議，將這些擴(kuò)展功能模塊與EPU組成一個(gè)完整的車載電子處理單元系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互用、資源共享。車載電子處理單元公共平臺(tái)的開放性和可擴(kuò)展性體現(xiàn)在各擴(kuò)展功能模塊以及各種軟件的自由添加更換，它允許第三方，包括汽車擴(kuò)展功能模塊制造商在其上開發(fā)軟件或硬件產(chǎn)品，以提供更加豐富，更為強(qiáng)大，更加實(shí)時(shí)的功能和特性。

1 車載電子處理單元系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

車載電子處理單元系統(tǒng)主要是由車載電子處理單元（EPU）、CAN網(wǎng)絡(luò)和EtherCAT網(wǎng)絡(luò)組成，其系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。其他可擴(kuò)展、可增減的擴(kuò)展功能模塊通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)或EtherCAT網(wǎng)絡(luò)與車載電子處理單元（EPU）連接，組成一個(gè)完整的車載電子處理單元系統(tǒng)。

1.1 車載電子處理單元（EPU）

車載電子處理單元（也稱為基本系統(tǒng)）是車載電子處理單元系統(tǒng)中的核心部件。車載電子處理單元（EPU）包括主控制板、電源、觸摸液晶顯示器和揚(yáng)聲器幾部分。主控制板以中央處理器（CPU）為核心，集成了基本的硬件功能模塊，包括DDR3存儲(chǔ)器、FLASH存儲(chǔ)器、固態(tài)硬盤、擴(kuò)展了USB接口、OTG接口、SD卡、標(biāo)準(zhǔn)RJ45接口，并內(nèi)置了WIFI模塊、藍(lán)牙模塊、麥克風(fēng)、AM/FM收音模塊、GPS模塊和蜂鳴器，同時(shí)還擴(kuò)展了OBD-II接口以及以太網(wǎng)接口和CAN總線接口。主控制板通過(guò)OBD-II接口與電子控制單元（ECU）連接，以獲取汽車運(yùn)行和故障數(shù)據(jù)。因此，車載電子處理單元（EPU）已在汽車上實(shí)現(xiàn)了基本的車載電腦功能，通過(guò)在其上安裝相應(yīng)的公共軟件系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)如：GPS導(dǎo)航、影音播放、AM/FM收音以及車載辦公等功能。

車載電子處理單元主控制板采用了CortexTM-A9架構(gòu)的飛思卡爾i.MX6Q四核處理器芯片作為主處理器。i.MX6Q是飛思卡爾新推出的一款汽車級(jí)的處理器芯片，專用于車載娛樂(lè)系統(tǒng)。它基于ARM CortexTM-A9架構(gòu)，40nm工藝制程，最高運(yùn)行頻率可達(dá)1.2GHz，具有ARMv7TM、Neon、VFPV3和Trustzone支持。處理器內(nèi)部為64/32位總線結(jié)構(gòu)，32/32KB一級(jí)緩存，1M二級(jí)緩存，可以實(shí)現(xiàn)12000DMIPS（每秒運(yùn)算12億條指令集）的高性能運(yùn)算能力，并自帶3D圖形加速引擎，88M的圖像多邊形生成率，像素填充率為1.066G 像素/秒，2D圖形加速，最大支持4096x4096 pixels分辨率。視頻編碼支持MPEG-4/H.263/H.264，達(dá)到1080p@30fps，解碼MPEG2/VC1/Xvid等視頻達(dá)到1080p@30fps，支持高清HDMI TV輸出。

1.2 車載電子處理單元系統(tǒng)的CAN網(wǎng)絡(luò)

對(duì)于數(shù)據(jù)通訊量較小、成本要求較低、實(shí)時(shí)性要求較高的擴(kuò)展功能模塊（如超聲波倒車?yán)走_(dá)、中控鎖模塊、胎壓監(jiān)測(cè)模塊、防盜防劫持報(bào)警模塊、遙控接收等功能模塊），車載電子處理單元（EPU）通過(guò)CAN總線接口c它們相連接，組成CAN網(wǎng)絡(luò)；CAN網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率在1Mbps以下。

⑴CAN網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

CAN（Controller Area Network）即控制器局域網(wǎng)絡(luò)，可以歸屬于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇，通常稱為CAN bus，即CAN總線，是目前國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的開放式現(xiàn)場(chǎng)總線之一。與一般的通信總線相比，CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性，它在汽車領(lǐng)域上的應(yīng)用最為廣泛，世界上一些著名的汽車制造廠商，都采用了CAN總線來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)與各檢測(cè)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)間的數(shù)據(jù)通信。

CAN總線的特點(diǎn)：

多主機(jī)方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可以在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活；

網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)（信息）可分成不同的優(yōu)先級(jí)，可以滿足不同的實(shí)時(shí)要求；

采用非破壞性位仲裁總線結(jié)構(gòu)機(jī)制，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)；

可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)（成組）及全局廣播幾種傳送方式接收數(shù)據(jù)；

直接通信距離長(zhǎng)；

抗干擾能力強(qiáng)；

采用總線結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，可掛接多個(gè)節(jié)點(diǎn)，接口簡(jiǎn)單；

采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)；

每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低；

通信介質(zhì)可采用雙絞線，同軸電纜和光導(dǎo)纖維，一般采用廉價(jià)的雙絞線即可，無(wú)特殊要求；

節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下，具有自動(dòng)關(guān)閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上的其他操作不受影響。

⑵車載電子處理單元的CAN總線接口

如圖2所示是車載電子處理單元（EPU）的CAN總線接口，該接口采用ISO1050芯片，它是一款隔離型的CAN總線驅(qū)動(dòng)器，可提高CAN網(wǎng)絡(luò)抗干擾能力。

⑶擴(kuò)展功能模塊的CAN總線接口

如圖3所示是擴(kuò)展功能模塊的CAN總線接口，CAN總線接口電路是由CAN總線收發(fā)器MCP2515芯片和CAN總線驅(qū)動(dòng)器ISO1050芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖中功能電路是指實(shí)現(xiàn)某個(gè)具體功能的電路，CPU控制功能電路的運(yùn)行，獲取功能電路的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與其他模塊的通訊。

1.3 車載電子處理單元系統(tǒng)的EtherCAT網(wǎng)絡(luò)

對(duì)于數(shù)據(jù)通訊量較大、處理能力較強(qiáng)、實(shí)時(shí)性要求較高的擴(kuò)展功能模塊（如倒車攝像頭、行車攝像頭、車內(nèi)攝像頭、數(shù)字功放、數(shù)字電視、GSM模塊、3G模塊、4G模塊、CD/DVD播放器、汽車黑匣子等功能模塊），車載電子處理單元（EPU）系統(tǒng)通過(guò)EtherCAT實(shí)時(shí)以太網(wǎng)接口與它們相連接，組成EtherCAT網(wǎng)絡(luò)。EtherCAT網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到100Mbps，且實(shí)時(shí)性高。車載電子處理單元用作EtherCAT的主站，而各擴(kuò)展功能模塊作為從站掛接在EtherCAT網(wǎng)絡(luò)上。

⑴EtherCAT網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

EtherCAT是一種實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，它充分利用了以太網(wǎng)的全雙工特性。使用主從模式介質(zhì)訪問(wèn)（MAC），主站發(fā)送以太網(wǎng)幀給各從站，從站從數(shù)據(jù)幀中抽取數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)插入數(shù)據(jù)幀中。主站使用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)物理層器件，從站使用專用EtherCAT從站控制器ESC（EtherCAT Slave Controller）。

EtherCAT的主要特點(diǎn)：

通信方式靈活，可實(shí)現(xiàn)主/從、從/從通訊；

通信周期短，實(shí)時(shí)性高；

通訊實(shí)時(shí)性采用分布時(shí)鐘機(jī)制實(shí)現(xiàn)，同步時(shí)間快；

可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)（成組）及全局廣播等多種傳送方式接收數(shù)據(jù)；

直接通信距離長(zhǎng)；

通信速率為100Mb/s；

可掛接節(jié)點(diǎn)數(shù)量多；

兼容TCP/IP。

從以太網(wǎng)的角度來(lái)看，一個(gè)EtherCAT網(wǎng)段就是一個(gè)以太網(wǎng)設(shè)備，它接收和發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)的ISO/IEC8802.3以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀。但是，這種以太網(wǎng)設(shè)備并不局限于一個(gè)以太網(wǎng)控制器及相應(yīng)的微處理器，它可由多個(gè)EtherCAT從站組成，如圖4所示是一個(gè)非冗余的EtherCAT網(wǎng)絡(luò)。這些從站可以直接處理接收的報(bào)文，并從報(bào)文中提取或插入相關(guān)的用戶數(shù)，然后將該報(bào)文傳輸?shù)较乱粋€(gè)EtherCAT從站。最后一個(gè)EtherCAT從站發(fā)回經(jīng)過(guò)完全處理的報(bào)文，并由第一個(gè)從站作為響應(yīng)報(bào)文將其發(fā)送給主站。

⑵車載電子處理單元（主站）的EtherCAT網(wǎng)絡(luò)接口

EtherCAT主站使用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)控制器，如圖5所示。通信控制器完成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路的介質(zhì)訪問(wèn)控制（MAC，Media Access Control）功能，物理層芯片PHY是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)編碼、譯碼和收發(fā)，它們之間通過(guò)一個(gè)MII（Media Independent Ineterface）接互數(shù)據(jù)。MII是標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)物理層接口，定義了與傳輸介質(zhì)無(wú)關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)電氣和機(jī)械接口，使用這個(gè)接口將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層和物理層完全隔離開，提高通信的可靠性。因此，車載電子處理單元作為EtherCAT網(wǎng)絡(luò)的主站，i.MX6Q CPU已集成了以太網(wǎng)通信控制器芯片和MII接口，可以與PHY直接連接。

⑶擴(kuò)展功能模塊（從站）的EtherCAT網(wǎng)絡(luò)接口

擴(kuò)展功能模塊作為EtherCAT從站設(shè)備，需要實(shí)現(xiàn)EtherCAT通信和應(yīng)用控制兩部分電路，如圖6所示，其硬件結(jié)構(gòu)主要由物理層器件、從站控制器ESC 、CPU和相應(yīng)功能電路四部分組成。其中，從站物理層包括PHY芯片和光纖接口電路；從站通信控制器芯片ESC負(fù)責(zé)處理EtherCAT網(wǎng)絡(luò)通訊，并使用雙端口實(shí)現(xiàn)與EtherCAT主站或其他從站的數(shù)據(jù)通信，從站CPU可直接從ESC讀取控制指令或讀寫數(shù)據(jù)，因此，EtherCAT網(wǎng)絡(luò)與從站CPU響應(yīng)時(shí)間無(wú)關(guān)，從站CPU性能選擇取決于功能模塊的控制任務(wù)需求，可以使用8位、16位的單片機(jī)及32位的高性能CPU，功能電路是指擴(kuò)展功能模塊的具體實(shí)現(xiàn)電路，它與從站CPU相連并直接由CPU負(fù)責(zé)控制操作。

2 車載電子處理單元系統(tǒng)通訊協(xié)議

由EtherCAT數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)可知，EtherCAT子報(bào)文數(shù)據(jù)域長(zhǎng)度為32～1486 字節(jié)，此長(zhǎng)度作為車載電子處理單元系統(tǒng)應(yīng)用層協(xié)議定義的范圍，如圖7所示是EtherCAT網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層協(xié)議的基本格式，格式先定義了11位數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、并預(yù)留了1位保留位、4位數(shù)據(jù)類型，這三部分共計(jì)16位，占用2個(gè)字節(jié)，接著是8位功能碼，剩余為數(shù)據(jù)域，其最大可使用字節(jié)長(zhǎng)度為1486-3=1483字節(jié)。

在CAN 2.0B總線協(xié)議規(guī)范中， 定義了一種具有29位標(biāo)識(shí)符ID的擴(kuò)展幀格式。電子處理單元系統(tǒng)的CAN網(wǎng)絡(luò)使用這種擴(kuò)展格式數(shù)據(jù)幀，并對(duì)CAN報(bào)文的29位標(biāo)識(shí)符ID和8字節(jié)數(shù)據(jù)域做出了具體定義。其中，標(biāo)識(shí)符ID 定義為ID28為1位保留位，ID27-ID20為8位目的地址，ID19-ID12為8位源地址， ID11-ID8為4位數(shù)據(jù)類型，ID7-ID0為8位功能碼，數(shù)據(jù)域第一字節(jié)分為三部分：先定義2位的段標(biāo)識(shí)，接著是3位保留位，再是3位數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，第2字節(jié)為8位分段編號(hào)/數(shù)據(jù)，根據(jù)段標(biāo)識(shí)的不同，該字節(jié)可作為段編號(hào)或數(shù)據(jù)使用，后48位（共6字節(jié)）為數(shù)據(jù)，這樣每幀最多可傳送7字節(jié)的數(shù)據(jù)。由于分段編號(hào)占用8位，最多可分256段，而分段數(shù)據(jù)每幀最多可傳送6字節(jié)，這樣CAN報(bào)文數(shù)據(jù)長(zhǎng)度最多為6*256=1536字節(jié)，大于EtherCAT網(wǎng)絡(luò)單幀傳送數(shù)據(jù)最大值1483字節(jié)，從而解決了EtherCAT網(wǎng)絡(luò)與CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)互傳的問(wèn)題。

3 車載電子處理單元系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

車載電子處理單元系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分為車載電子處理單元、EtherCAT網(wǎng)絡(luò)和CAN網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展功能模塊三種類型。其中，車載電子處理單元操作系統(tǒng)使用Linux3.0.35+QT4.8.5，并首先移植了IGH開源源碼ethercat-1.5.2主站協(xié)議棧，再按車載電子處理單元系統(tǒng)通訊協(xié)議要求設(shè)計(jì)通訊程序、系統(tǒng)界面和應(yīng)用程序。各擴(kuò)展功能模塊根據(jù)實(shí)際功能需求選取相應(yīng)性能CPU芯片，并按車載電子處理單元系統(tǒng)通訊協(xié)議要求設(shè)計(jì)通訊程序和相應(yīng)功能設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。

4 結(jié)語(yǔ)

該文提出了一種開放式可擴(kuò)展的車載電腦公共平臺(tái)系統(tǒng)：車載電子處理單元（EPU）系統(tǒng)，它規(guī)范了車載電子產(chǎn)品的連接接口和通訊協(xié)議，結(jié)束車載電子產(chǎn)品五花八門，雜亂無(wú)章的局面，并為汽車電子工業(yè)提供了全新的商機(jī)和更加廣闊的發(fā)展空間，對(duì)未來(lái)汽車的發(fā)展和汽車電子工業(yè)的發(fā)展具有積極的推動(dòng)作用，車載電子處理單元（EPU）系統(tǒng)項(xiàng)目在實(shí)際實(shí)施中取得了良好的效果。

參考文獻(xiàn)

篇2

一、引言

為了實(shí)現(xiàn)很多系統(tǒng)的信息共享，很多汽車廠商把車上的各控制單元通過(guò)網(wǎng)線連接起來(lái)，形成車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。當(dāng)車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障引起電控發(fā)動(dòng)機(jī)故障時(shí)，如何少走彎路，快速判斷故障原因，找出故障所在，不僅是學(xué)校在校師生教學(xué)的難點(diǎn)，也是很多汽車修理廠技師面臨的一個(gè)難題。本文以通用車系（雪佛蘭科魯茲）為例，介紹基于車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障的電控發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷方法和思路。

二、通用車系（雪佛蘭科魯茲）車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的特點(diǎn)

通用雪佛蘭科魯茲車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要包括高速GMLAN、低速GMLAN、底盤擴(kuò)展總線、線性互聯(lián)網(wǎng)(LIN)四部分。由于發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)屬于高速GMLAN范疇，故本文只討論高速GMLAN。高速GMLAN通過(guò)網(wǎng)線（雙絞線）把車身控制模塊、電子控制模塊、動(dòng)力轉(zhuǎn)向控制模塊、自動(dòng)變速器控制模塊、發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊串聯(lián)在一起，網(wǎng)絡(luò)兩端的電子控制單元內(nèi)，有終端電阻，目的是防止信號(hào)反射造成信號(hào)干擾，如圖所示。電子控制單元串聯(lián)使各模塊能實(shí)現(xiàn)快速信息傳輸和共享，但相比電子控制單元并聯(lián)，有個(gè)明顯的缺陷：如果其中一個(gè)控制模塊損壞或某一段網(wǎng)線出現(xiàn)故障（開路）會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無(wú)法傳輸信息而癱瘓。在雪佛蘭科魯茲發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊K20正常工作與否受車身控制模塊K9控制，由高速GMLAN網(wǎng)絡(luò)示意圖可知，如果車身控制模塊K9、電子控制模塊、動(dòng)力轉(zhuǎn)向控制模塊、自動(dòng)變速器控制模塊或他們之間的網(wǎng)線故障均會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)工作。

三、通用車系（雪佛蘭科魯茲）車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（高速GMLAN）故障現(xiàn)象

對(duì)于通用車系（雪佛蘭科魯茲）車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，一般都有一些明顯的故障特征：其一，整個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)不工作或多個(gè)控制單元ECU有故障，導(dǎo)致起動(dòng)機(jī)不能運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。其二，通過(guò)專用的故障診斷設(shè)備與個(gè)別或多個(gè)控制單元ECU通信，現(xiàn)象變現(xiàn)為無(wú)法與診斷設(shè)備連接通訊。

四、通用車系（雪佛蘭科魯茲）車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障的故障診斷與排除的方法

當(dāng)人們通過(guò)上述故障現(xiàn)象初步判斷出是車載網(wǎng)絡(luò)故障引起發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)故障時(shí)，可以通過(guò)下面步驟作進(jìn)一步判斷，并進(jìn)行故障排除：第一，通過(guò)測(cè)量終端電阻的方法確定是否為車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障。由通用雪佛蘭科魯茲高速GMLAN網(wǎng)絡(luò)示意圖可知，網(wǎng)絡(luò)兩端的電子控制單元內(nèi)，有終端電阻。通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷接口的4和16號(hào)腳，可以測(cè)量終端電阻的阻值，正常應(yīng)為60Ω左右；如果測(cè)出的阻值大于60歐姆（120歐姆左右），則可以確定為該網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)網(wǎng)線開路或者某電子控制單元損壞導(dǎo)致內(nèi)部開路[1]。第二，通過(guò)專用的故障診斷設(shè)備讀取網(wǎng)絡(luò)上各發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制模塊數(shù)據(jù)確定故障范圍。由通用雪佛蘭科魯茲高速GMLAN網(wǎng)絡(luò)示意圖可知，如果讀不到某個(gè)控制單元的數(shù)據(jù)，則可以判斷該控制單元之前的控制單元及其網(wǎng)絡(luò)線有問(wèn)題。舉個(gè)例子：如果通過(guò)專用的故障診斷設(shè)備不能讀取Q6控制電磁閥總成（自動(dòng)變速器控制單元）的數(shù)據(jù)，則說(shuō)明該控制單元之前的控制單元（包括車身控制模塊、電子制動(dòng)控制模塊、動(dòng)力轉(zhuǎn)向控制模塊）及其網(wǎng)絡(luò)線都可能有問(wèn)題。通過(guò)再進(jìn)一步讀取身控制模塊、電子制動(dòng)控制模塊、動(dòng)力轉(zhuǎn)向控制模塊的數(shù)據(jù)，這時(shí)，如果身控制模塊、電子制動(dòng)控制模塊都可以讀到數(shù)據(jù)，則可以把故障范圍鎖定在動(dòng)力轉(zhuǎn)向控制模塊及其網(wǎng)線上[2]。第三，通過(guò)萬(wàn)用表測(cè)通斷、示波器讀取波形或更換控制單元的方法確定故障點(diǎn)。通過(guò)步驟2，人們可以把故障范圍縮小到某個(gè)控制單元及其網(wǎng)絡(luò)線，那到底是控制單元故障還是其網(wǎng)絡(luò)線故障，還需進(jìn)一步判斷。一種方法是直接更換控制模塊，如果故障消除，則說(shuō)明是控制模塊故障；另一種方法是通過(guò)萬(wàn)用表測(cè)量或通過(guò)示波器讀取波形的方法來(lái)判斷網(wǎng)絡(luò)線是否正常，如果網(wǎng)線正常則是控制單元故障[3]。

五、結(jié)束語(yǔ)

總之，裝載有車載網(wǎng)絡(luò)的發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的診斷是十分復(fù)雜的，需要人們?cè)趯W(xué)習(xí)工作中不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，這樣才能夠提高故障診斷效率，達(dá)到事半功倍的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]譚本忠.通用車系維修經(jīng)驗(yàn)集錦[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社出版.

篇3

為了在提高性能與控制線束數(shù)量之間尋求一種有效的解決途徑，在20世紀(jì)80年代初，出現(xiàn)了一種基于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的車內(nèi)信息交互方式———車載網(wǎng)絡(luò)。

車載網(wǎng)絡(luò)采取基于串行數(shù)據(jù)總線體系結(jié)構(gòu)，這是業(yè)界的共識(shí)。在各種串行數(shù)據(jù)總線中，最常見的是PC機(jī)上的串口UART，因此最早的車載網(wǎng)絡(luò)是在UART的基礎(chǔ)上建立的，如通用汽車的E&C、克萊斯勒的CCD、福特的ACP、豐田的BENA等車載網(wǎng)絡(luò)都是UART在汽車上的應(yīng)用實(shí)例。UART在汽車上的成功應(yīng)用，標(biāo)志著汽車電器系統(tǒng)在融入汽車電子之后，再一次向汽車網(wǎng)絡(luò)化方向邁進(jìn)。

由于汽車具有強(qiáng)大的產(chǎn)業(yè)背景，隨后車載網(wǎng)絡(luò)由借助通用微處理器/微控制器集成的通用串行數(shù)據(jù)總線，逐漸過(guò)渡到根據(jù)汽車具體情況，在微處理器/微控制器中定制專用串行數(shù)據(jù)總線，如CAN、LIN、Byteflight和FlexRay等都是為汽車定制的專用串行數(shù)據(jù)總線。20世紀(jì)90年代中期，美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)(SAE)下屬的汽車網(wǎng)絡(luò)委員會(huì)，為了規(guī)范車載網(wǎng)絡(luò)的研究設(shè)計(jì)與生產(chǎn)應(yīng)用，按網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率將車用總線劃分為A、B、C三類。車載網(wǎng)絡(luò)的分類標(biāo)志著業(yè)界已接納車載網(wǎng)絡(luò)這一全新的技術(shù)，并使其進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。

現(xiàn)代車載網(wǎng)絡(luò)顯示了在現(xiàn)代汽車中從復(fù)雜的動(dòng)力系統(tǒng)到簡(jiǎn)單的座椅、車燈、車門控制，從集成了全球定位系統(tǒng)(GPS)的車載導(dǎo)航儀到單一的音響喇叭，處處可見網(wǎng)絡(luò)的蹤跡，網(wǎng)絡(luò)已成為各汽車電器/汽車電子之間的信息紐帶。

產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展迅速

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車上的應(yīng)用，不但增強(qiáng)了汽車的性能，而且減少了線束的用量。2003年6月在南京菲亞特下線的“派力奧·周末風(fēng)”，由于采用了汽車整體車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，從而減少了23的線束，降低元件重量2.8千克。在“派力奧·周末風(fēng)”中，車載網(wǎng)絡(luò)將前照燈照明、前/后窗自動(dòng)玻璃清洗控制、轉(zhuǎn)向燈控制、后風(fēng)窗雨刮器、內(nèi)部照明系統(tǒng)、單點(diǎn)觸電動(dòng)窗自動(dòng)升降、電子防盜系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連為一體。

由于車載網(wǎng)絡(luò)不但增強(qiáng)了汽車性能，而且還降低了整車汽車電器/汽車電子系統(tǒng)的成本。為此收集了一些數(shù)據(jù)，希望從這些數(shù)據(jù)中能反映出車載網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過(guò)程和現(xiàn)狀。

近兩年在中國(guó)生產(chǎn)，價(jià)格在8萬(wàn)元～20萬(wàn)元之間，采用車載網(wǎng)絡(luò)的轎車、SUV情況。價(jià)格在20萬(wàn)元以下的轎車屬于普及型轎車，但車載網(wǎng)絡(luò)卻在近兩年在中國(guó)生產(chǎn)的普及型轎車中占據(jù)了相當(dāng)大的比重，說(shuō)明車載網(wǎng)絡(luò)已在轎車中進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，它不再是高檔轎車獨(dú)享的專用高級(jí)技術(shù)。說(shuō)明CAN總線已成為普及型轎車車載網(wǎng)絡(luò)的主流。

在車載網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過(guò)程中，通信介質(zhì)已日益引起關(guān)注，目前POF已得到大量應(yīng)用。此前德國(guó)寶馬汽車公司宣布在2002年3月上市的最高級(jí)新款轎車“BMW7”系列中采用了50米POF。它表明大量采用POF車載網(wǎng)絡(luò)的汽車已經(jīng)開始進(jìn)入實(shí)用階段。

數(shù)據(jù)通信對(duì)速度的要求是永無(wú)止境的。在車載網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過(guò)程中，介質(zhì)的通信速度是制約車載網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和發(fā)展的一個(gè)重要因素。POF在汽車上的成功應(yīng)用，不但推動(dòng)了以Byteflight、FlexRay和MOST等現(xiàn)有的以POF為介質(zhì)的高速車載網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，而且為下一代車載網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展創(chuàng)造了條件。隨著人類生活空間的拓展，IT融合于汽車之中是未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)，而作為IT裝置之間實(shí)施信息交互媒介的網(wǎng)絡(luò)，將會(huì)有更多類似于IEEE1394、Bluetooth等IT領(lǐng)域應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)向汽車滲透。

中國(guó)機(jī)會(huì)

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，面對(duì)中國(guó)巨大的轎車市場(chǎng)，世界上各大汽車制造商紛紛與國(guó)內(nèi)汽車制造廠合作生產(chǎn)轎車，并且所生產(chǎn)轎車的技術(shù)含量正逐漸與世界同步。據(jù)相關(guān)資料報(bào)道，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的轎車中，汽車電子在汽車中所占的比例及其汽車電子的技術(shù)含量已超過(guò)世界轎車的平均水平。

目前國(guó)際汽車工業(yè)廣泛采用系統(tǒng)開發(fā)、項(xiàng)目平臺(tái)、全球采購(gòu)、模塊化供貨等運(yùn)作方式。最近上海、浙江、廣東已在不同程度上起動(dòng)了汽車電子產(chǎn)業(yè)。政府的支持、市場(chǎng)的需求為中國(guó)汽車電子的發(fā)展提供了良好平臺(tái)。車載網(wǎng)絡(luò)是典型的實(shí)時(shí)嵌入式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，而中國(guó)擁有較多的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員，提供了大量的人才儲(chǔ)備。這是中國(guó)汽車電子的發(fā)展機(jī)遇，也是具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)車載網(wǎng)絡(luò)在中國(guó)的發(fā)展機(jī)遇。

在“十五”國(guó)家電動(dòng)汽車重大科技專項(xiàng)支持下，由清華大學(xué)與北京客車廠等單位開發(fā)的燃料電池城市客車、天津清源電動(dòng)車輛股份有限公司等單位合作研發(fā)的XL純電動(dòng)轎車、由奇瑞汽車公司等合作單位研發(fā)的純電動(dòng)轎車都采用了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的車載網(wǎng)絡(luò)。目前中國(guó)科學(xué)院電工研究所汽車電子應(yīng)用技術(shù)研究組在電動(dòng)汽車重大科技專項(xiàng)支持下，專注于具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的車載網(wǎng)絡(luò)CAN總線塑膠光纖集線器的研發(fā)。賽弗CC6450BY采用了CAN總線標(biāo)志著車載網(wǎng)絡(luò)在中國(guó)自有品牌汽車中的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程開始了。

而車載網(wǎng)絡(luò)作為連接車內(nèi)機(jī)械、電器和電子信息的紐帶，是整車的核心技術(shù)，而國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)的現(xiàn)狀將注定具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的車載網(wǎng)絡(luò)的大量運(yùn)用還需要汽車企業(yè)和相關(guān)技術(shù)開發(fā)商付出大量的努力。

串行數(shù)據(jù)總線特點(diǎn)

在計(jì)算機(jī)技術(shù)中，數(shù)據(jù)總線分為并行數(shù)據(jù)總線和串行數(shù)據(jù)總線，串行數(shù)據(jù)總線是將數(shù)據(jù)按bit流的方式通過(guò)一根或多根通信介質(zhì)實(shí)施信息交互的一種數(shù)據(jù)通信方式，它的特點(diǎn)是占用信道少、信息容量大。

日常生活中最常見的電視機(jī)紅外線遙控、以太網(wǎng)、ADSL、USB、RS232等都屬于串行數(shù)據(jù)總線范疇。它和電氣信號(hào)連接方式的本質(zhì)區(qū)別是信息容量大。由于串行數(shù)據(jù)總線占用信道少，因此它是內(nèi)嵌微處理器/微控制器智能零部件或設(shè)備與外界實(shí)施信息交互的主要方式，在通用微處理器/微控制器中一般集成了一種或數(shù)種串行數(shù)據(jù)總線。

·車載網(wǎng)絡(luò)的分類

車載網(wǎng)絡(luò)的分類有兩種方式：一種是基于傳統(tǒng)的SAE總線分類，另一種是新型專用總線。

傳統(tǒng)的SAE總線分類：A類面向傳感器/執(zhí)行器控制的低速網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸位速率通常只有1Kbps-10Kbps，主要應(yīng)用于電動(dòng)門窗、座椅調(diào)節(jié)、燈光照明等控制；B類面向獨(dú)立模塊間數(shù)據(jù)共享的中速網(wǎng)絡(luò)，位速率一般為10Kbps-100Kbps，主要應(yīng)用于電子車輛信息中心、故障診斷、儀表顯示、安全氣囊等系統(tǒng)，以減少冗余的傳感器和其他電子部件；C類面向高速、實(shí)時(shí)閉環(huán)控制的多路傳輸網(wǎng)，最高位速率可達(dá)1Mbps，主要用于懸架控制、牽引控制、先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制、ABS等系統(tǒng)，以簡(jiǎn)化分布式控制和進(jìn)一步減少車身線束。

篇4

關(guān)鍵詞：位置隱私；匿名空間；K匿名鏈；Chord；車載網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào)：TP393.08

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

車載網(wǎng)絡(luò)（Vehicular Network）指的是依賴于能夠靈活移動(dòng)的載具而存在的移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)（Ad Hoc Network），它創(chuàng)造性地將自組織網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于車輛間通信，使司機(jī)能夠在超視距的范圍內(nèi)獲得其他車輛的狀況信息（如車速、方向、位置、剎車板壓力等）、實(shí)時(shí)路況[1]及本地化的服務(wù)信息[2]。車載網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)非常多，成員分布區(qū)域廣，流動(dòng)性大，車載網(wǎng)絡(luò)的信息發(fā)送本質(zhì)上是以廣播的形式發(fā)送，同時(shí)由于車輛網(wǎng)絡(luò)的相對(duì)局部性，車載網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的建立的關(guān)系往往持續(xù)時(shí)間非常短，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓浅？?。基于以上特點(diǎn)，車載網(wǎng)絡(luò)非常容易受到安全攻擊，而且相對(duì)來(lái)說(shuō)，車載網(wǎng)絡(luò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全性攻擊是非常敏感的，車載網(wǎng)絡(luò)的安全性直接關(guān)系到車輛駕駛的交通安全性。所以在部署車載網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程中，車載網(wǎng)絡(luò)的安全性必須得到充分的保障。

隨著車載網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的不斷發(fā)展，在道路交通變得更加便利的同時(shí)，車載網(wǎng)絡(luò)中車輛隱私性保護(hù)問(wèn)題越來(lái)越受到關(guān)注。如果允許第三人利用車載網(wǎng)絡(luò)收集車輛行駛信息，駕駛員的個(gè)人隱私必定會(huì)受到侵害。所以隱私性保護(hù)是車載網(wǎng)絡(luò)中非常重要的問(wèn)題。對(duì)于隱私性保護(hù)在車載網(wǎng)絡(luò)中的研究，目前已經(jīng)有很多研究方案：利用群簽名的方案[3]、基于ID的簽名的方案[4]、基于假名的簽名方案[5]、假數(shù)據(jù)方案[6]、基于空間變換的匿名方案[7]、基于匿名鏈的位置隱私保護(hù)方案[8]等。其中，假名簽名方案已經(jīng)得到一定范圍的認(rèn)可，但大多數(shù)假名簽名方案都采用預(yù)置一定數(shù)量的假名，每個(gè)假名僅使用一段時(shí)間就更換，使用完后需要向證書授權(quán)機(jī)構(gòu)（Certificate Authority， CA）請(qǐng)求一組新的假名，這在降低效率的同時(shí)大大增加了竊聽的概率；基于匿名鏈的位置隱私保護(hù)方案只是隱藏了身份信息和位置息的關(guān)聯(lián)關(guān)系，保留了精確的位置數(shù)據(jù)，這就大大增加了被惡意攻擊者攻擊成功的概率。

本文所討論的車載網(wǎng)絡(luò)指的是狹義上的車載網(wǎng)絡(luò)，即完全由交通車輛形成的車載網(wǎng)絡(luò)。主要針對(duì)車載網(wǎng)絡(luò)中車輛間的網(wǎng)絡(luò)通信隱私性保護(hù)問(wèn)題，提出一種新的K匿名鏈隱私保護(hù)機(jī)制，以增強(qiáng)車載網(wǎng)絡(luò)通信的隱私性及安全性。

為了解決車載網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的隱私性保護(hù)問(wèn)題，徐建等[8]提出基于匿名鏈的位置隱私保護(hù)方法，但是這種方法只是隱藏了身份信息和位置信息的關(guān)聯(lián)關(guān)系，保留了精確的位置數(shù)據(jù)，無(wú)法滿足高匿名性的要求。為了解決這個(gè)問(wèn)題，本文提出一種K匿名鏈機(jī)制，主要由兩部分組成：移動(dòng)車輛和LBS服務(wù)器。移動(dòng)車輛可分為發(fā)送者節(jié)點(diǎn)、轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)和接收者節(jié)點(diǎn)。發(fā)送者節(jié)點(diǎn)先構(gòu)建K匿名空間，并將此匿名空間連同查詢信息一起發(fā)送到轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)上形成一條通向接收者匿名鏈，由接收者向LBS服務(wù)器[11]發(fā)起查詢，經(jīng)LBS服務(wù)器處理得到的候選結(jié)果集直接發(fā)送給發(fā)送者，由移動(dòng)車輛對(duì)候選結(jié)果進(jìn)行求精。圖2表示K匿名鏈機(jī)制原理。

圖2中Chord環(huán)上的節(jié)點(diǎn)（AD1～AD6）稱為簇頭節(jié)點(diǎn)，其中AD2、AD6分別為AD1的后繼和前驅(qū)節(jié)點(diǎn)，S代表發(fā)送者節(jié)點(diǎn)，R代表接收者節(jié)點(diǎn)，整個(gè)Chord環(huán)就是由簇頭節(jié)點(diǎn)及其前驅(qū)或后繼節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。在上文中已經(jīng)提及到，Chord環(huán)上的節(jié)點(diǎn)并不代表單一用戶，而是表示了一簇車輛，例如以AD2為簇頭節(jié)點(diǎn)的簇包含Node3、Node4、Node5三個(gè)簇成員。

以圖2為例，當(dāng)發(fā)送者節(jié)點(diǎn)S提出查詢請(qǐng)求并要求k為4時(shí)，首先會(huì)通知本簇的簇頭節(jié)點(diǎn)AD1，之后AD1通知簇中成員Node1、Node2和S共同構(gòu)建k=4的匿名集合，形成匿名空間；接下來(lái)AD1會(huì)在其后繼簇中隨機(jī)選擇n個(gè)簇，并向該n個(gè)簇的簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送選擇節(jié)點(diǎn)信息。如圖2中以AD2、AD3為簇頭節(jié)點(diǎn)的簇為被選擇的后繼簇。簇頭節(jié)點(diǎn)AD2、AD3依據(jù)節(jié)點(diǎn)間的連通性分別從本簇中選擇若干個(gè)簇成員作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，如圖2，發(fā)送者節(jié)點(diǎn)S會(huì)根據(jù)AD2返回的簇成員節(jié)點(diǎn)的信息計(jì)算其與簇成員節(jié)點(diǎn)間的連通性，從而可以選擇Node3作為S的下一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。同樣，Node3會(huì)選擇Node4作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，Node4選擇Node6作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。之后通過(guò)簇頭節(jié)點(diǎn)將這些轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的信息發(fā)送給AD1，AD1再將這些節(jié)點(diǎn)信息發(fā)送給S。S通過(guò)得到的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的地址信息以及公鑰對(duì)其進(jìn)行反向加密，由S確定構(gòu)建匿名鏈的順序，并且這個(gè)順序只有S知道，之后S根據(jù)這個(gè)順序?qū)D(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的構(gòu)建匿名鏈。匿名鏈構(gòu)建完成后，AD1將K匿名空間及查詢請(qǐng)求一并發(fā)送到匿名鏈上進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，最后由接收者R向LBS服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求。經(jīng)處理過(guò)的查詢請(qǐng)求由LBS服務(wù)器直接發(fā)送給AD1，然后由AD1發(fā)送給S，由S自己對(duì)查詢結(jié)果進(jìn)行求精。至此，整個(gè)K匿名鏈機(jī)制查詢過(guò)程完成。

值得說(shuō)明的，是簇中成員節(jié)點(diǎn)的身份信息由簇頭節(jié)點(diǎn)來(lái)維護(hù)，并復(fù)制到所有的簇成員節(jié)點(diǎn)中，簇與簇之間通過(guò)簇頭獲知所有各個(gè)簇中成員節(jié)點(diǎn)的身份信息。為了加強(qiáng)系統(tǒng)的容錯(cuò)性，簇頭節(jié)點(diǎn)由簇成員節(jié)點(diǎn)周期性地輪流承擔(dān)負(fù)載，當(dāng)簇頭節(jié)點(diǎn)的負(fù)載達(dá)到一定的閾值就會(huì)引發(fā)簇頭節(jié)點(diǎn)的選舉，閾值由簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送或接收到的信息數(shù)量來(lái)測(cè)量。同樣，操作的通信開銷也是通過(guò)傳播的信息量來(lái)測(cè)量[12]，其數(shù)量級(jí)為O（log N），其中N為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的總數(shù)目。

3安全性分析

本文提出的K匿名鏈機(jī)制中的K匿名空間隱藏了發(fā)送者的真實(shí)位置，而匿名鏈則隱藏了車輛身份信息與位置信息的關(guān)聯(lián)關(guān)系。因此，攻擊者的目標(biāo)是獲取發(fā)送者的真實(shí)的位置信息及其匿名鏈隱藏的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

假設(shè)攻擊者是一個(gè)全局攻擊者，即攻擊者可以獲取LBS服務(wù)器數(shù)據(jù)，并且在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)內(nèi)有同伙惡意節(jié)點(diǎn)。在一個(gè)包含n個(gè)車輛及c個(gè)惡意節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)中，為了簡(jiǎn)化討論本文只考慮一種靜態(tài)模型，即不考慮車輛的加入或者離開。在構(gòu)造匿名鏈過(guò)程中，一些惡意節(jié)點(diǎn)可能被選為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，這些惡意節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)匿名鏈中轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的順序以及匿名鏈所允許的最大長(zhǎng)度K值推測(cè)出攻擊者想要的信息。下面分別從發(fā)送者節(jié)點(diǎn)和接收者節(jié)點(diǎn)角度來(lái)分析K匿名鏈的安全性。

由以上分析可知，匿名鏈最大長(zhǎng)度K取值越大，相應(yīng)的j與x的取值范圍將增大，從而能夠分別提高發(fā)送者節(jié)點(diǎn)及接收者節(jié)點(diǎn)的匿名程度，增加了惡意節(jié)點(diǎn)的攻擊難度。從以上公式可看出，發(fā)送者節(jié)點(diǎn)的匿名程度明顯高于接收者節(jié)點(diǎn)的匿名程度。這主要是由于發(fā)送者節(jié)點(diǎn)在發(fā)送查詢請(qǐng)求前形成了K匿名空間，隱藏了發(fā)送者節(jié)點(diǎn)的真實(shí)位置。同樣，惡意節(jié)點(diǎn)的數(shù)量會(huì)導(dǎo)致匿名程度的變化。當(dāng)匿名鏈最大長(zhǎng)度一定時(shí)，惡意節(jié)點(diǎn)數(shù)量增加會(huì)導(dǎo)致發(fā)送者節(jié)點(diǎn)和接收者節(jié)點(diǎn)的匿名程度下降；反之，它們的匿名程度會(huì)提高。

4仿真實(shí)驗(yàn)與分析

5結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)當(dāng)前匿名鏈對(duì)移動(dòng)車輛隱私性保護(hù)不足，提出了一種K匿名鏈機(jī)制。對(duì)發(fā)送連續(xù)位置查詢請(qǐng)求的車輛進(jìn)行了K匿名保護(hù)，并通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)傳遞包含查詢節(jié)點(diǎn)在內(nèi)的K匿名空間及其查詢請(qǐng)求構(gòu)建匿名鏈。在保證查詢節(jié)點(diǎn)K匿名的條件下，隱藏了其身份信息與位置信息的關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而提高了車載網(wǎng)絡(luò)中車輛的匿名強(qiáng)度。通過(guò)對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，在同等條件下，K匿名鏈機(jī)制的匿名效果要明顯好于匿名鏈的匿名效果，進(jìn)一步完善了車載網(wǎng)絡(luò)的安全性。

參考文獻(xiàn)：

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關(guān)鍵詞：地鐵；無(wú)線視頻傳輸系統(tǒng)WLAN；AP天線

中圖分類號(hào)：TD65 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 研究背景

2006年6月，天津地鐵1號(hào)線正式開通試運(yùn)營(yíng)。2008年8月為配合北京奧運(yùn)會(huì)的安全召開地鐵公司在車廂內(nèi)加裝了相應(yīng)的電視監(jiān)視系統(tǒng)，但是根據(jù)實(shí)際需要，指揮行車的調(diào)度員無(wú)法在線實(shí)時(shí)觀看到列車內(nèi)的圖像信息，在車廂內(nèi)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)無(wú)法第一時(shí)間掌握現(xiàn)場(chǎng)情況，這就迫切要求天津地鐵1號(hào)線采取無(wú)線視頻傳輸技術(shù)將圖像傳送到控制中心，為指揮行車提供可靠的安全保障。

2 基于AP天線的WLAN性能方案

2.1 系統(tǒng)功能及軌旁AP布設(shè)策略

無(wú)線視頻傳輸系統(tǒng)即WLAN系統(tǒng)是實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)作為傳輸網(wǎng)絡(luò)的延伸，為天津地鐵1號(hào)線提供地面與列車之間的通信，無(wú)線視頻傳輸系統(tǒng)車地?zé)o線通信能夠保證列車在高速行駛的情況下，能夠以有效帶寬不低于10Mbps的速率在列車和運(yùn)營(yíng)控制中心服務(wù)器間雙向傳輸視頻影像，同時(shí)保證車載AP同軌旁AP切換時(shí)做到“0”丟包。

目前基于WLAN在隧道內(nèi)的覆蓋方式有兩種：一種是AP的信號(hào)通過(guò)漏纜進(jìn)行傳輸，還有一種是AP信號(hào)通過(guò)天線進(jìn)行無(wú)線傳播，本次研究的是采用信號(hào)通過(guò)天線進(jìn)行無(wú)線傳播的方式。在沿軌道設(shè)置無(wú)線接入點(diǎn)（AP）、設(shè)置控制中心的無(wú)線控制器，以及車載的無(wú)線單元和天線?？刂浦行臒o(wú)線控制器通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與軌道無(wú)線接入點(diǎn)相連，在列車上設(shè)置車載無(wú)線網(wǎng)橋，以達(dá)到在全線范圍內(nèi)實(shí)時(shí)無(wú)縫的列車與地面間的圖像和數(shù)據(jù)傳遞，并實(shí)現(xiàn)快速切換。

在區(qū)間和站臺(tái)根據(jù)無(wú)線信號(hào)覆蓋的要求設(shè)置分布式數(shù)據(jù)接入交換單元，實(shí)現(xiàn)與車載數(shù)據(jù)控制單元之間的無(wú)線數(shù)據(jù)通信。各軌旁AP通過(guò)光纖收發(fā)器，以100M光纖與車站交換機(jī)相連接，經(jīng)車站數(shù)據(jù)控制器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，通過(guò)通信傳輸系統(tǒng)提供的通道與控制中心連接。

2.2 無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

車地?zé)o線雙向數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)寬帶傳輸網(wǎng)重要組成部分，無(wú)線雙向數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)采用AP架構(gòu)組網(wǎng)方案，主要組成包括有無(wú)線管理交換機(jī)、無(wú)線管理工作站、鋪設(shè)在軌旁及車輛段的無(wú)線基站（AP）和天線、車載無(wú)線網(wǎng)橋及天線以及車載交換機(jī)等部分，方案符合WLAN 802.11a標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)線雙向數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)中無(wú)線系統(tǒng)硬件包括有AP和無(wú)線管理交換機(jī)。無(wú)線管理交換機(jī)和AP之間不需直接互聯(lián)，可以透過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)（可由交換機(jī)、路由器或其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成）互通。

軌旁AP在直線隧道一般每間隔200米布設(shè)一個(gè)，在彎道或地面根據(jù)實(shí)際情況采用每間隔50米、100米布設(shè)一個(gè)，AP采用定向天線，雙向無(wú)線雙向數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)為802.11a。

2.3 車載局域網(wǎng)

車載局域網(wǎng)絡(luò)由車載無(wú)線單元、車載交換機(jī)組成，車載視頻控制器、車載監(jiān)控設(shè)備等接入該網(wǎng)絡(luò)。車載無(wú)線單元提供移動(dòng)列車與軌旁AP的實(shí)時(shí)無(wú)縫連接，用以實(shí)現(xiàn)車載視頻設(shè)備與控制中心和車站的連接。車載交換機(jī)采用工業(yè)交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)各節(jié)車廂互聯(lián)，每趟列車車頭車尾分別設(shè)置無(wú)線網(wǎng)橋，同軌旁AP實(shí)現(xiàn)互相冗余的車地?zé)o線通信。

在地鐵列車車頭、車尾分別安裝一臺(tái)10端口工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，與車輛提供的以太網(wǎng)接口構(gòu)成列車內(nèi)小型局域網(wǎng)，為車載信息顯示及車載圖像監(jiān)控提供傳輸通道。車載局域網(wǎng)采用鏈網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在車頭、車尾設(shè)置兩套獨(dú)立的無(wú)線接收裝置，保證在局域網(wǎng)發(fā)生斷點(diǎn)故障時(shí)順利切換。

3 技術(shù)難點(diǎn)分析

3.1 網(wǎng)絡(luò)鏈路分析

軌旁AP與車載AP之間無(wú)線使用 802.11a用于覆蓋列車運(yùn)行沿線。12路1M監(jiān)控流，從列車通過(guò)無(wú)線信號(hào)至分布式數(shù)據(jù)接入交換單元再經(jīng)車站上傳至控制中心。同時(shí)無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)必須提供滿足系統(tǒng)功能需求，并留有需求帶寬25%以上的冗余量，根據(jù)以上帶寬計(jì)算分析，總帶寬需求為12Mbps+3Mbps=15Mbps，因此，車地?zé)o線雙向數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)必須提供15Mbps的有效帶寬。

3.2 越區(qū)切換要求

由于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)承載的是視頻信號(hào)，視頻顯示不能出現(xiàn)明顯斷點(diǎn)、失幀、抖動(dòng)、馬賽克等，故要求列車即使在高速運(yùn)行下，也要保持無(wú)線鏈路不能中斷。當(dāng)車載AP從一個(gè)軌旁AP的覆蓋范圍移動(dòng)到下一個(gè)軌旁AP的覆蓋范圍時(shí)，將發(fā)生切換。小區(qū)之間的無(wú)線切換操作是自動(dòng)的，并且對(duì)于列車操作來(lái)說(shuō)是透明的。

通常802.11a的越區(qū)切換時(shí)間在500ms到2s之間（包括重新鑒權(quán)和其他以安全為目的額外開銷），在切換期間，車載AP可能與軌旁AP失去連接（也就是說(shuō)，通信中斷）。為達(dá)到零切換時(shí)間，采用WLAN基于預(yù)測(cè)的切換技術(shù)（簡(jiǎn)稱，WHFT）。WHFT算法與標(biāo)準(zhǔn)802.11a切換算法的不同在于：WHFT允許車載AP在與舊AP（如APn）脫離前與新AP（如APn+1）建立連接，即在中斷前連接。再加上相鄰AP彼此重疊足夠的區(qū)域，就能夠?qū)崿F(xiàn)零切換時(shí)間。所有與切換有關(guān)的處理，在列車運(yùn)行在相鄰AP重疊區(qū)域內(nèi)都會(huì)完成，而重疊區(qū)域的大小應(yīng)該按照列車全速運(yùn)行來(lái)設(shè)計(jì)，最快切換時(shí)延可以小于5ms，可以做到“0”丟包切換。

3.3 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)抗干擾能力分析

由于無(wú)線信號(hào)在傳播過(guò)程中會(huì)存在多個(gè)通過(guò)不同路徑到達(dá)接收點(diǎn)的信號(hào)分量，使得到達(dá)接收點(diǎn)的信號(hào)分量在相位和幅度上發(fā)生了變化。當(dāng)所有在接收點(diǎn)的信號(hào)分量疊加后，合成信號(hào)的幅度就會(huì)減小或增加，同時(shí)導(dǎo)致嚴(yán)重的符號(hào)間干擾，其結(jié)果是產(chǎn)生多徑衰落，造成通信的不穩(wěn)定。而地鐵沿線很容易產(chǎn)生多徑信道。IEEE 802.11a要求采用正交頻分復(fù)用（OFDM）的技術(shù)，將高速數(shù)據(jù)流分配到數(shù)十個(gè)相互正交的子載波上，而在每個(gè)子載波上是窄帶調(diào)制，使得信號(hào)傳輸對(duì)于多徑效應(yīng)具有選擇性衰落。其次，在高速移動(dòng)環(huán)境中，由于發(fā)送機(jī)與接收機(jī)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致接收信號(hào)的頻率偏移，出現(xiàn)誤碼。根據(jù)理論計(jì)算，2.4GHz的802.11a應(yīng)用頻段所引起的頻偏在±250Hz以內(nèi)，這就要求提供的系統(tǒng)頻率容量達(dá)到±1kHz即可正常使用。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在地鐵隧道內(nèi)設(shè)置AP天線，在列車內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的交換設(shè)備，可以構(gòu)建成天津地鐵1號(hào)線無(wú)線視頻傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可用性。對(duì)于需要傳輸15M帶寬以及具有抗干擾能力的的需求，需要在軟件上采用正交頻分復(fù)用，確保系統(tǒng)的可靠性。

參考文獻(xiàn)

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2車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的故障診斷的一般程序

1）基本檢查。檢查汽車蓄電池的靜態(tài)電壓、各接頭之間的連接情況、相關(guān)的保險(xiǎn)絲以及發(fā)動(dòng)機(jī)與車身的搭鐵情況等。2）連接專用診斷儀，與出現(xiàn)故障的各電控系統(tǒng)進(jìn)行通訊，并讀取故障碼。3）如有故障碼，按故障碼提示進(jìn)行檢查。在CAN系統(tǒng)故障碼與其它故障碼同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先對(duì)CAN系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷。如故障診斷設(shè)備它具有對(duì)控制單元ECU進(jìn)行CAN系統(tǒng)的故障診斷和支持監(jiān)視器功能，通過(guò)診斷設(shè)備的這個(gè)功能可以用來(lái)幫助判斷故障位置。4）檢查控制模塊的電源供應(yīng)及搭鐵回路是否良好。5）檢查CANBUS數(shù)據(jù)總線的兩根線路是否良好，最好用多通道示波器對(duì)其進(jìn)行波形檢測(cè)，如不正常再用萬(wàn)用表進(jìn)行檢查是否斷路、短路。6）拔下控制模塊線束接頭，對(duì)控制模塊CANBUS數(shù)據(jù)總線接口兩端的數(shù)據(jù)傳遞終端電阻進(jìn)行檢測(cè)，如不符要求，則控制模塊內(nèi)部不良。7）在拔下控制模塊線束接頭，檢查CANBUS數(shù)據(jù)總線接口的接觸情況，并使該控制模塊不接入車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的情況下，觀察故障現(xiàn)象的變化，如故障消失，則控制模塊硬件損壞或內(nèi)部軟件故障如未進(jìn)行相應(yīng)編程、設(shè)定等。8）先對(duì)該控制模塊進(jìn)行重新設(shè)定，如故障不能消失，則更換新模塊再視情進(jìn)行重新編程設(shè)定。

3車內(nèi)局域網(wǎng)系統(tǒng)故障診斷、排除的相關(guān)要點(diǎn)

1）熟悉每個(gè)類型的汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的特點(diǎn)。車載網(wǎng)絡(luò)采用的大多是局域網(wǎng)（局域網(wǎng)是指在一個(gè)特定的局部單位內(nèi)連接的網(wǎng)絡(luò)），其可用的傳輸介質(zhì)主要有同軸電纜、雙絞線、光纖電纜和無(wú)線電。在汽車上會(huì)同時(shí)有多個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)存在，通過(guò)利用網(wǎng)關(guān)將這些局域網(wǎng)連接起來(lái)從而形成互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。因此網(wǎng)關(guān)是用來(lái)連接不同類型的網(wǎng)絡(luò)從而能實(shí)現(xiàn)不同類型網(wǎng)絡(luò)之間協(xié)議相互轉(zhuǎn)換的設(shè)備。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，車載網(wǎng)絡(luò)分星型網(wǎng)、總線網(wǎng)、環(huán)型網(wǎng)。星型網(wǎng)絡(luò)是以一臺(tái)中央處理器為中心，中央處理器與每臺(tái)入網(wǎng)機(jī)器有一個(gè)物理連接鏈。星型網(wǎng)絡(luò)又有用普通導(dǎo)線傳輸數(shù)據(jù)的普通星型網(wǎng)絡(luò)和用光纖傳輸數(shù)據(jù)的光學(xué)星型網(wǎng)絡(luò)，但都只能在一個(gè)部件或總成上使用。如寶馬7系列轎車被動(dòng)安全系統(tǒng)的Byteflignt就采用光學(xué)星型網(wǎng)絡(luò)（參見后述故障實(shí)例中的介紹）。環(huán)型網(wǎng)絡(luò)是指控制單元通過(guò)網(wǎng)絡(luò)部件連到一個(gè)環(huán)行物理鏈路中，其優(yōu)點(diǎn)是信息在網(wǎng)絡(luò)中傳輸實(shí)時(shí)性好、傳輸數(shù)據(jù)量大及抗干擾能力強(qiáng)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只與其他2個(gè)節(jié)點(diǎn)有物理連接；缺點(diǎn)是一個(gè)節(jié)點(diǎn)故障可能影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，可靠性較差，網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充時(shí)要調(diào)整對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)重新排序，在增加功能時(shí)需添加控制單元，相對(duì)比較復(fù)雜?？偩€型網(wǎng)絡(luò)由總線連接入網(wǎng)控制單元，可以使用同軸電纜、雙絞線、光纖電纜作為網(wǎng)線，以雙絞線最為常見。車載局域網(wǎng)的應(yīng)用非常多，如可以應(yīng)用在動(dòng)力控制系統(tǒng)、車身系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、信息系統(tǒng)，它們可以是采用不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、不同的傳輸介質(zhì)、不同的傳輸協(xié)議的各自獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)；也可以設(shè)置網(wǎng)關(guān)，將它們連接為一體形成車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。網(wǎng)關(guān)主要功能是從一個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)讀取所接收的信息，并翻譯信息，向其它局域網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息。車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一個(gè)比較復(fù)雜的系統(tǒng)，所以維修時(shí)，我們要通過(guò)對(duì)汽車車載網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系結(jié)構(gòu)的熟悉，如果能偶將其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基本框圖會(huì)出來(lái)時(shí)最好的。

篇7

Abstract: in this paper, the car mobile emergency command platform application analysis, functional requirements, system design and product selection points are discussed.

Keywords: car, mobile emergency command, function requirements, system design key points

中圖分類號(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

1、 需求及現(xiàn)狀分析 近年來(lái)政府各部門，軍隊(duì)，武警，公安，石油石化、煤炭等行業(yè)都高度重視應(yīng)急指揮能力的建設(shè)，車載移動(dòng)應(yīng)急指揮平臺(tái)作為固定指揮所功能的延伸與完善具有機(jī)動(dòng)性高、生存能力強(qiáng)、部署方便迅速、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)，在各類突發(fā)事件的應(yīng)急指揮中扮演著越來(lái)越重要的角色。一個(gè)現(xiàn)代化的車載移動(dòng)應(yīng)急指揮平臺(tái)不僅是一個(gè)指揮調(diào)度中心，而且是一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心、通訊中心、監(jiān)控中心、數(shù)據(jù)中心、信息制作中心。車載移動(dòng)應(yīng)急指揮平臺(tái)可以說(shuō)是系統(tǒng)內(nèi)各類信息的綜合應(yīng)用點(diǎn)，包括數(shù)據(jù)庫(kù)的集成應(yīng)用、各部門數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用、實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及圖像的顯示、指揮決策系統(tǒng)的結(jié)果輸出及（包括使用通訊工具調(diào)度指令）等。

由于車載移動(dòng)應(yīng)急指揮平臺(tái)系統(tǒng)組成復(fù)雜、設(shè)備種類繁多、通訊手段多樣（幾乎涉及到通訊的全領(lǐng)域）、電磁環(huán)境復(fù)雜、設(shè)備密度大、系統(tǒng)間抗干擾要求高。目前不少此類系統(tǒng)平臺(tái)存在以下問(wèn)題：1、整體規(guī)劃設(shè)計(jì)不當(dāng)，造成布局不合理，使用操作不便；2、在整車選型時(shí)沒有考慮車輛動(dòng)力與配載配重問(wèn)題，造成整車超重或者車后部過(guò)重，影響車輛駕駛的操控性和機(jī)動(dòng)性和平穩(wěn)性3、設(shè)備性能搭配不合理，綜合布線不規(guī)范，造成整個(gè)系統(tǒng)效率低下4、沒考慮到在設(shè)備密度大、電子環(huán)境復(fù)雜的情況下各子系統(tǒng)間相互干擾的問(wèn)題造成各子系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，抗干擾性能低下

2、系統(tǒng)要求 車載移動(dòng)應(yīng)急指揮平臺(tái)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)一旦發(fā)生緊急事件，可迅速部署到突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)的二級(jí)安全區(qū)域，短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星、移動(dòng)3G等的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入，在指揮車內(nèi)就可以對(duì)突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行視頻和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)狀況，可現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)語(yǔ)音直接指揮，并可以把現(xiàn)場(chǎng)的圖像及數(shù)據(jù)同步回傳到后方總部，與總部進(jìn)行電話、傳真及視頻會(huì)議等形式的溝通。具體歸納為以下功能：

a、通過(guò)車載或便攜無(wú)線自組網(wǎng)系統(tǒng)或衛(wèi)星系統(tǒng)、移動(dòng)3G系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)連接，以及與現(xiàn)場(chǎng)各類技術(shù)人員的無(wú)線通話；提供與突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)和電話接入功能

b、提供突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控；

c、提供突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)；

d、通過(guò)衛(wèi)星等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)車載移動(dòng)應(yīng)急指揮平臺(tái)與后方總部的電話、傳真、視頻對(duì)話功能；

e、現(xiàn)場(chǎng)落實(shí)應(yīng)急預(yù)案；

f、能夠獨(dú)立提供動(dòng)力和電源，具備一定的野外生存能力

3、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及產(chǎn)品選型原則 車載移動(dòng)應(yīng)急指揮平臺(tái)一般由衛(wèi)星通信、短波通信、超短波通信、微波通信、現(xiàn)場(chǎng)音視頻圖像采集、綜合指揮調(diào)度、無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)、集中控制、裝載車輛以及安全保障等子系統(tǒng)組成。

在整個(gè)車載移動(dòng)應(yīng)急指揮平臺(tái)的設(shè)計(jì)一般都是根據(jù)國(guó)家和相關(guān)行業(yè)的技術(shù)規(guī)范以及用戶的具體需求進(jìn)行整體設(shè)計(jì)和載車改造的，系統(tǒng)的實(shí)際使用效果很大程度上取決于最初的規(guī)劃設(shè)計(jì)和產(chǎn)品的選擇。由于應(yīng)急指揮有其特殊性，在設(shè)計(jì)及產(chǎn)品選型中要注意以下要點(diǎn)

a、整個(gè)系統(tǒng)要能夠統(tǒng)一組網(wǎng)，兼容互聯(lián)。在設(shè)計(jì)選型是要考慮到各個(gè)子系統(tǒng)相互之間，各子系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間能夠?qū)崿F(xiàn)同一組網(wǎng)，兼容互聯(lián)的能力。實(shí)現(xiàn)各個(gè)子系統(tǒng)之間，子系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)之間功能相互兼容不沖突，充分發(fā)揮整個(gè)系統(tǒng)的效能。

b、要有極高的可靠性。要考慮到車載使用環(huán)境（震動(dòng)、溫度、濕度、空間、重量）對(duì)產(chǎn) 品選型的限制，在整體設(shè)計(jì)時(shí)考慮系統(tǒng)穩(wěn)定性、產(chǎn)品電源適應(yīng)性、減震、散熱、輕量化、隔音隔熱、防濕熱、防霉菌、防煙霧。選擇經(jīng)過(guò)大量實(shí)際應(yīng)用檢驗(yàn)過(guò)的，性能不斷改進(jìn)后的，適應(yīng)車載及野外使用且低能耗的產(chǎn)品。

c、要有極高的安全性。設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮車體物理安全（防雷、漏電和過(guò)壓保護(hù)、抗砸，防水等）、網(wǎng)絡(luò)通信安全、信息安全、設(shè)備及人身安全。

d、要有極高的電磁兼容性車載移動(dòng)應(yīng)急指揮平臺(tái)具有設(shè)備繁雜、連接復(fù)雜、工作頻率覆蓋寬、型號(hào)形式多、結(jié)構(gòu)空間小的特點(diǎn)。要做到：

1）對(duì)電臺(tái)等通信設(shè)備要采用屏蔽性能優(yōu)良的接插件和屏蔽電纜；

2）電源線和信號(hào)線分開布線，信號(hào)線按高低頻分離的方法實(shí)現(xiàn)三線分離；

3）高頻電纜走線盡量短而且相互不交叉，各類電臺(tái)的高頻饋線相隔不小于50-70mm；

4）車載發(fā)電機(jī)供電電纜與其他電纜之間間隔不小于300mm，且線徑截面積要大；

5）利用電磁干擾的距離衰減特性，根據(jù)設(shè)備不同工作頻率，按照模擬、數(shù)字、射頻不同區(qū)域安裝的方式，合理布局設(shè)備與器件的安裝；

e、要有極好的可維修性 設(shè)備和系統(tǒng)部署要便于維修維護(hù)，部件要具備標(biāo)準(zhǔn)化可互換性，主要設(shè)備和系統(tǒng)要具有自檢和預(yù)警功能。

f、要具備良好的保障性設(shè)計(jì) 可迅速的開設(shè)、開通、撤收及轉(zhuǎn)移。

篇8

中圖分類號(hào)：TP315 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-4311（2012）08-0139-02

0引言

傳統(tǒng)的車載監(jiān)控終端普遍通過(guò)SMS短信息業(yè)務(wù)向監(jiān)控中心傳送數(shù)據(jù)，通信很頻繁，幾秒鐘一次，費(fèi)用很高。另外，短信利用信道命令時(shí)隙來(lái)傳送，沒有專門的數(shù)據(jù)通道，所以在命令時(shí)隙繁忙的時(shí)候很可能出現(xiàn)信息延時(shí)或丟失的情況，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。為了解決這一問(wèn)題，引入了GPRS技術(shù)，GPRS技術(shù)具有按流量計(jì)費(fèi)、永遠(yuǎn)在線、接入迅速、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)忍攸c(diǎn)，而且傳輸速度達(dá)到了115kb/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了GSM網(wǎng)絡(luò)的9.6kb/s，其高效的傳輸速率為以后的功能擴(kuò)展提供了有利條件，如音頻傳輸，視頻監(jiān)控等功能。

1車輛監(jiān)控系統(tǒng)工作原理及流程

首先，車載終端設(shè)備上的GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)采集模塊采集到GPS定位數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)拆包后得到車輛的坐標(biāo)位置、時(shí)間等有效信息，該信息被重新封裝后，由GPRS無(wú)線通信模塊發(fā)送到GPRS無(wú)線通信網(wǎng)上。GPRS網(wǎng)絡(luò)根據(jù)相應(yīng)的協(xié)議在車載終端和和監(jiān)控中心之間建立一條數(shù)據(jù)通路。監(jiān)控中心通過(guò)GIS數(shù)據(jù)庫(kù)和WebGTS技術(shù)把傳送來(lái)的車輛位置信息顯示在電子地圖上。同時(shí)，監(jiān)控終端可以通過(guò)該數(shù)據(jù)通路向車載終端發(fā)送控制指令和調(diào)度信息。

2基于GPRS的通信平臺(tái)的設(shè)計(jì)與研究

2.1 車載監(jiān)控終端的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作流程車載監(jiān)控終端由中央處理單元、GPRS模塊、GPS模塊、鍵盤、液晶顯示等部分組成。如圖1所示。

GPS模塊接收衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航電文，得出當(dāng)前車輛的經(jīng)緯度、速度及GPS衛(wèi)星時(shí)間等信息。中央處理單元將這些的信息和車輛狀態(tài)信息一起封裝，再通過(guò)GPRS模塊傳送到GPRS網(wǎng)絡(luò)，最后傳送到監(jiān)控中心。另外，GPRS模塊也可以通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)接收來(lái)自監(jiān)控中心的調(diào)度信息和控制命令。

2.2 車載監(jiān)控終端GPRS通信鏈路的建立

2.2.1 GPRS系統(tǒng)工作原理GPRS是在GSM基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，它采用分組交換技術(shù)，能兼容GSM網(wǎng)絡(luò)并能更加有效的在網(wǎng)絡(luò)上高速傳輸數(shù)據(jù)和信令。

GPRS在工作時(shí)，通過(guò)對(duì)路由的管理來(lái)進(jìn)行尋址及建立數(shù)據(jù)連接，這里主要涉及到發(fā)送數(shù)據(jù)的路由建立。車載終端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)單元（PDU）經(jīng)過(guò)SNDC處理，生產(chǎn)SNDC數(shù)據(jù)單元，再經(jīng)過(guò)LLC層生產(chǎn)LLC幀，然后發(fā)送到GSM網(wǎng)絡(luò)中該車載終端所在的SGSN，SGSN再把數(shù)據(jù)傳送到GGSN，GGSN把數(shù)據(jù)解封，轉(zhuǎn)換格式，最后傳送到監(jiān)控中心。

2.2.2 建立GPRS通信鏈路該設(shè)計(jì)使用的GPRS無(wú)線通信模塊是西門子MC 35 GPRS MODEM，通過(guò)串口與中央處理單元進(jìn)行連接。它們之間的通信協(xié)議是AT指令集。

硬件之間通過(guò)串口進(jìn)行通訊，串口驅(qū)動(dòng)層主要實(shí)現(xiàn)打開、關(guān)閉、讀、寫操作。對(duì)串口的讀寫如下：

讀串口：

int ReadComm(void* pData, int nLength)

{

DWORD dwNumRead; // 串口收到的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

ReadFile(hComm, pData, (DWORD)nLength, &dwNumRead, NULL);

return (int)dwNumRead;

}

寫串口：

int WriteComm(void* pData, int nLength)

{

DWORD dwNumWrite; // 串口發(fā)出的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

WriteFile(hComm, pData, (DWORD)nLength, &dwNumWrite, NULL);

return (int)dwNumWrite;

}

然后在串口函數(shù)的基礎(chǔ)上編寫GPRS模塊驅(qū)動(dòng)函數(shù)。微控制器通過(guò)串口控制GPRS模塊，進(jìn)行設(shè)置等操作。通過(guò)微控制器發(fā)送AT指令給GPRS模塊，檢測(cè)設(shè)備是否正常，并且對(duì)GPRS設(shè)備進(jìn)行初始化。

檢查設(shè)備是否正常代碼：

??????

WriteComm("AT\r", 3);

ReadComm(ans, 128);//ans為數(shù)組名

if (strstr(ans, "OK") == NULL)

return FALSE;

??????

設(shè)置PDU模式：

WriteComm("AT+CMGF=0\r", 10);

ReadComm(ans, 128);

PPP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)。GGSN與GPRS模塊之間的通信遵守PPP協(xié)議。其過(guò)程遵守LCP（Link Control Protocol）、PAP（Password Authentication Protocol）、IPCP（Internet Protocol Control Protocol）等協(xié)議。其中LCP協(xié)議用于建立、構(gòu)造、測(cè)試鏈路的連接。PAP協(xié)議處理密碼驗(yàn)證。IPCP協(xié)議用于設(shè)置網(wǎng)絡(luò)協(xié)議環(huán)境，并分配IP地址。一旦協(xié)商完成，鏈路就已經(jīng)創(chuàng)建。登錄GGSN并傳輸數(shù)據(jù)。GPRS模塊用AT指令通信。

實(shí)現(xiàn)GPRS模塊GPRS通信的控制指令如下：

AT+CGATT=1，若反饋OK，則表明成功。GPRS模塊只有連接到GPRS網(wǎng)絡(luò)后，才能使用GPRS的相關(guān)服務(wù)。

AT+CGDCONT=1， “IP”， “CMNET”，GPRS模塊開通TCP/IP服務(wù)；反饋OK。1是標(biāo)識(shí)符，IP表明GPRS模塊和網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)是以IP包的形式進(jìn)行的。CMNET是中國(guó)移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)。

AT+CGQREQ，協(xié)商Qos服務(wù)質(zhì)量，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置。

ATD*9***1#，通過(guò)AT指令進(jìn)行撥號(hào)，若返回CONNECT，則進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸模式，這時(shí)數(shù)據(jù)是以PPP幀的格式進(jìn)行傳輸?shù)?，GPRS模塊也應(yīng)該以PPP幀格式進(jìn)行回答。然后就進(jìn)入PPP協(xié)商會(huì)話階段，當(dāng)成功協(xié)商后，將會(huì)動(dòng)態(tài)分配到一個(gè)固定虛擬IP地址。然后通過(guò)GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)（GGSN）就可以連接到網(wǎng)絡(luò)上了。

3監(jiān)控中心的通信服務(wù)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1通信服務(wù)器的設(shè)計(jì)監(jiān)控中心是通信平臺(tái)的核心，通信服務(wù)器負(fù)責(zé)上傳接收到的車輛終端GPS數(shù)據(jù)和的下達(dá)指令。在GPRS通信網(wǎng)絡(luò)上，通信服務(wù)器采用TCP/IP協(xié)議和車載終端進(jìn)行連接。TCP是面向連接的通信協(xié)議，通信雙方以全雙工方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，提高了通信效率。TCP采用超時(shí)重傳和捎帶確認(rèn)機(jī)制，適用于對(duì)安全性，可靠性較高的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。

通信服務(wù)器主要完成三項(xiàng)工作。與車載終端通信，收發(fā)無(wú)線數(shù)據(jù)信息；加密發(fā)往車載終端和解密發(fā)往監(jiān)控終端的數(shù)據(jù)幀和通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換；修改數(shù)據(jù)庫(kù)。因此通信服務(wù)器主要有兩個(gè)功能，數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)傳輸。

3.2 服務(wù)器端GPRS通信協(xié)議GPRS通信協(xié)議的格式如表1所示。其中信息內(nèi)容包括：車輛的經(jīng)度、維度、GPS時(shí)間、車輛狀態(tài)等信息。

4通信性能與分析

通過(guò)實(shí)際測(cè)試，驗(yàn)證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和成功率。數(shù)據(jù)傳輸有一定時(shí)延，時(shí)延包括GPS信號(hào)在GPRS模塊中的處理時(shí)間，GPRS數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸時(shí)間，接收端處理時(shí)間三部分。當(dāng)車載終端在盲區(qū)時(shí)或信息繁忙時(shí)可能出現(xiàn)信息丟失或延時(shí)。實(shí)驗(yàn)時(shí)隨機(jī)取點(diǎn)500個(gè)，通信時(shí)延和成功率如表2所示。實(shí)驗(yàn)表明成功率達(dá)到了98.8%。

5結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，該車載監(jiān)控終端的GPRS數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性可靠，實(shí)時(shí)性好。該平臺(tái)具有覆蓋范圍廣，操作簡(jiǎn)單，通信費(fèi)用低，傳輸速度快等優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果。該車載監(jiān)控終端可廣泛應(yīng)用與物流，銀行運(yùn)鈔車，出租汽車等領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)：

[1]高旭巍,吳振宇.采用GPRS技術(shù)的車載衛(wèi)星定位系統(tǒng).公路交通科技[J].2005,22(8):127-130.

篇9

引言：車輛在城市交通行駛及起步停車等階段易發(fā)生刮蹭、碰撞，因雨雪霧等天氣造成的路面濕滑及視野受阻環(huán)境下，更易發(fā)生事故導(dǎo)致財(cái)產(chǎn)損失及人身傷害。事故發(fā)生典型場(chǎng)景有：1.直線行駛車輛與側(cè)方駛離停車位/社區(qū)出入口車輛、側(cè)方?？寇囬T突然開啟車輛發(fā)生碰撞；2.直線行駛車輛與側(cè)方并線車輛、前方逆轉(zhuǎn)方向車輛發(fā)生碰撞。安全輔助系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)上述場(chǎng)景中車輛行車狀態(tài)自動(dòng)識(shí)別與信息互動(dòng)警示，減免意外事故發(fā)生。

一、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由車載終端、參考節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)服務(wù)器構(gòu)成。車載終端負(fù)責(zé)收集/處理車輛行車狀態(tài)信息，作為網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)對(duì)車輛進(jìn)行跟蹤定位輔助；參考節(jié)點(diǎn)位于區(qū)域固定位置，起網(wǎng)絡(luò)定位參考作用；協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)建立網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)處理節(jié)點(diǎn)位置信息并將信息傳輸至數(shù)據(jù)服務(wù)器；數(shù)據(jù)服務(wù)器可接入互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)終端對(duì)網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程訪問(wèn)與控制。系統(tǒng)無(wú)線通信采用ZigBee網(wǎng)型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，置于道路側(cè)的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)為網(wǎng)絡(luò)核心，主導(dǎo)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的建立與配置管理。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)與車載終端、參考節(jié)點(diǎn)采用自組織方式組建無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。

主要功能原理如下：車輛啟動(dòng)后車載終端開始工作，并通過(guò)總線系統(tǒng)收集車輛車速/輪速/轉(zhuǎn)向燈開關(guān)/倒車開關(guān)/車門開關(guān)等信號(hào)以及GPS系統(tǒng)定位信息，經(jīng)過(guò)微處理器計(jì)算車輛行駛狀態(tài)與位置信息。車載終端搜索并加入附近區(qū)域協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)建立的網(wǎng)絡(luò)，借助參考節(jié)點(diǎn)輔助定位，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向區(qū)域內(nèi)其他車輛發(fā)送本車行駛狀態(tài)與位置信息。其他車輛終端微處理器分析獲取信息，識(shí)別相鄰接近車輛與本車是否存在行駛路線交叉與匯合，提醒駕駛員注意鄰近車輛行駛路線并適時(shí)建議駕駛操作。

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.車載終端設(shè)計(jì)：系統(tǒng)需滿足大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收發(fā)與低功耗要求，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)硬件平臺(tái)功能可擴(kuò)展性，設(shè)計(jì)采用MCU模塊+HMI模塊方案。MCU模塊負(fù)責(zé)車輛狀態(tài)信息采集與處理、數(shù)據(jù)無(wú)線通信等；HMI模塊負(fù)責(zé)人機(jī)交互功能例如語(yǔ)音播報(bào)等。模塊間通過(guò)RS485總線連接。

MCU模塊采用LPC2366微處理器與CC2431射頻芯片構(gòu)建硬件平臺(tái)，結(jié)構(gòu)如圖1所示。MCU模塊由負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集與處理的CPU模塊、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存模塊、采集車輛狀態(tài)參數(shù)的CAN總線接口模塊、負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)收發(fā)的射頻模塊和電源管理模塊組成，射頻模塊與CPU模塊是系統(tǒng)核心。CPU模塊自動(dòng)采集CAN總線接口模塊傳來(lái)信號(hào)，經(jīng)調(diào)制電路由CPU處理，處理與分析結(jié)果通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸。LPC2366集成CAN控制器與CAN電平轉(zhuǎn)換芯片TJA1040T相連，接收車輛狀態(tài)參數(shù)。TJA1040T是NXP公司推出的用于汽車電子的高性能CAN收發(fā)器。射頻模塊采用Ti公司CC2431，單芯片整合ZigBee射頻前端、微控制器與GPS定位引擎硬件，采用較少電路即可實(shí)現(xiàn)無(wú)線信號(hào)收發(fā)，利用內(nèi)置定位引擎基于RSSI技術(shù)，根據(jù)接收信號(hào)強(qiáng)度與已知網(wǎng)絡(luò)參考節(jié)點(diǎn)位置計(jì)算車輛終端位置，實(shí)現(xiàn)車輛定位信息的多路輸入輔助。CPU模塊設(shè)計(jì)有RS232接口可用于連接獨(dú)立GPS模塊，GPS模塊采用聯(lián)發(fā)科技GS-92m，擁有SIRF3電路，具有20個(gè)衛(wèi)星信號(hào)通道，熱啟動(dòng)模式平均定位時(shí)間為1s，具有搜星快速、接收能力強(qiáng)等特點(diǎn)。數(shù)據(jù)采集模塊包含4路模擬量采集通道與8路開關(guān)量采集通道，用于擴(kuò)展終端系統(tǒng)實(shí)用性。

2.協(xié)調(diào)器/參考節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)：節(jié)點(diǎn)采用CC2430芯片，包括電源模塊、射頻天線RF模塊以及晶振電路等模塊。電源模塊用于為協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的其它功能模塊供電，保證節(jié)點(diǎn)正常運(yùn)行。RF模塊用于數(shù)據(jù)的無(wú)線收發(fā)與傳送。協(xié)調(diào)器晶振模塊是兩個(gè)不同頻率晶振，用于無(wú)線收發(fā)數(shù)據(jù)和休眠狀態(tài)。

3.數(shù)據(jù)服務(wù)器設(shè)計(jì)：數(shù)據(jù)服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)通過(guò)以太網(wǎng)接口連接，采用RTL8019AS網(wǎng)絡(luò)芯片，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。服務(wù)器采用三星S3C44BO芯片，芯片規(guī)格為16/32Bit RISC。內(nèi)部集成USB設(shè)備端與主機(jī)端，可提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，USB接口芯片采用ISP1161。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

1.車載終端軟件設(shè)計(jì)：車載終端上電硬件初始化，CPU模塊通過(guò)SPI接口發(fā)送初始化指令，使CC2431進(jìn)入工作狀態(tài)，搜索其通信范圍內(nèi)是否存在網(wǎng)絡(luò)并申請(qǐng)入網(wǎng)。終端成功入網(wǎng)后等待輪詢信息并發(fā)送應(yīng)答信息到協(xié)調(diào)器。LPC2366完成初始化后對(duì)采集到的CAN總線的數(shù)據(jù)以及開關(guān)量或模擬量進(jìn)行解析，數(shù)據(jù)依次進(jìn)行協(xié)議封裝，并將分析結(jié)果實(shí)時(shí)通過(guò)CC2431傳送至協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。

2、參考節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)：參考節(jié)點(diǎn)上電初始化，申請(qǐng)加入網(wǎng)絡(luò)。搜索信號(hào)，接收并判斷數(shù)據(jù)是否發(fā)給自身，是則從數(shù)據(jù)包中提取RSSI值，不是則丟棄。接收某一車載終端節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)達(dá)到10次時(shí)計(jì)算平均值。將平均值運(yùn)用定位算法計(jì)算出本節(jié)點(diǎn)與該車載終端節(jié)點(diǎn)間的距離。將自身坐標(biāo)信息和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與本節(jié)點(diǎn)間的距離值發(fā)送給協(xié)調(diào)器和該車載終端節(jié)點(diǎn)。

3.協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)：協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建立、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定、網(wǎng)絡(luò)信息管理與維護(hù)等功能。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)上電完成協(xié)調(diào)器硬件和協(xié)議棧的初始化后，開始進(jìn)行信道能量檢測(cè)與信道掃描。選擇空閑信道中能量最強(qiáng)的作為所建立的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的信道，從而建立無(wú)線網(wǎng)絡(luò)并生成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)編號(hào)PAN ID和配置無(wú)線網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。建立ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)成功后，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入監(jiān)聽狀態(tài)，如有子節(jié)點(diǎn)申請(qǐng)入網(wǎng)，則允許子節(jié)點(diǎn)加入并為其分配無(wú)線網(wǎng)絡(luò)地址，建立綁定文件。

四、總結(jié)

本文介紹一種車輛安全輔助系統(tǒng)，車輛間以ZigBee模塊為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)車輛實(shí)時(shí)行車狀態(tài)信息的無(wú)線發(fā)送，在局部區(qū)域內(nèi)完成車車通信，預(yù)先提醒駕駛員附近車輛行車狀況并適時(shí)調(diào)整駕駛操作以避免安全風(fēng)險(xiǎn)。系統(tǒng)通信采用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，具有可靠性?qiáng)、組網(wǎng)靈活性高、自愈能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適用于網(wǎng)域內(nèi)動(dòng)態(tài)移動(dòng)變化的節(jié)點(diǎn)間通信與監(jiān)測(cè)應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]張威奕，陳秀萬(wàn)，李穎，李智慧. 基于GPS和Zigbee融合的無(wú)縫定位方法研究[J].寧夏大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，34（1）：40-44.

篇10

中圖分類號(hào)：U285，TN91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-2550（2017）03-0034-05

Research of the network architecture of the intelligent and connected vehicle

GUO Li-li， JIAN Shao-peng， CHEN Xin， CHEN Xiao-hua

（ BAIC Group New Technology Institute， Beijing101300， China ）

Abstract： The traditional auto network types and network architecture characteristics are analyzed in the paper. The characteristics of intelligent and connected of the vehicle and the challenge to traditional auto network architecture are combined with. The Ethernet network architecture， and how to use the Ethernet network architecture in the intelligent and connected vehicle， and the classification of auto Ethernet application protocol are introduced. The problem of amounts of data transmission in intelligent and connected vehicles is solved.

Key Words： the intelligent and connected vehicle； network architecture； Ethernet

汽電子部件的增多、汽車智能網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展、用戶對(duì)汽車娛樂(lè)系統(tǒng)功能需求的提高，使得汽車上有大量的數(shù)據(jù)需要傳輸，采用傳統(tǒng)的汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案已不能滿足需求。

1 汽車網(wǎng)絡(luò)介紹

汽車網(wǎng)絡(luò)，是指將汽車上的所有電子傳感器、電子執(zhí)行器、電子控制單元（ECU）連接在一起的通信形式。汽車功能簡(jiǎn)單、每輛汽車上ECU數(shù)量少的情況下，可通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊。隨著汽車功能的增多，汽車上傳感器、執(zhí)行器、ECU數(shù)量增多，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信已不滿足需求。1991年，第一輛取代點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，通過(guò)CAN總線傳輸?shù)能囕d網(wǎng)絡(luò)在奔馳S級(jí)汽車上誕生。經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā)展，幾乎每輛汽車上都裝配有車載總線網(wǎng)絡(luò)，車載總線網(wǎng)絡(luò)以CAN、LIN總線網(wǎng)絡(luò)為主，部分高端汽車搭載MOST、FlexRay總線等。

2 傳統(tǒng)汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.1 傳統(tǒng)汽車網(wǎng)絡(luò)總線類型

車載總線按照傳輸類型不同分為CAN、LIN、MOST、FlexRay。

CAN（Controller Area Network），汽車最常用的車載總線類型，具有低成本、可靠的錯(cuò)誤檢測(cè)和處理機(jī)制、基于仲裁式發(fā)送方式、最大傳輸8Byte數(shù)據(jù)等特點(diǎn)，可應(yīng)用于車身電子部件控制、發(fā)動(dòng)機(jī)控制、底盤電子控制等。

CAN FD（CAN with Flexible Data rate）是CAN的升級(jí)，CAN FD總線彌補(bǔ)了CAN總線帶寬的制約缺陷。CAN FD數(shù)據(jù)場(chǎng)部分最大傳輸速率5Mbps，最大數(shù)據(jù)長(zhǎng)度64Byte。

LIN（Local Interconnect Network）總線，是一種低成本、低速率的主從式串行通信總線。在不需要CAN總線帶寬和多功能的場(chǎng)合，如電動(dòng)門窗、座椅調(diào)節(jié)、電動(dòng)天窗、電動(dòng)雨刮、部分傳感器信號(hào)采集等，使用更低成本的LIN總線是對(duì)CAN總線通信的一種補(bǔ)充。

FlexRay起源于“X-By-Wire”的一種基于“時(shí)間觸發(fā)”協(xié)議的高性能、高可靠性實(shí)時(shí)總線。FlexRay報(bào)文最大可傳254Byte數(shù)據(jù)，可以在精確的時(shí)間內(nèi)（可達(dá)1us）發(fā)送至目標(biāo)地址。FlexRay總線傳輸速率可達(dá)10M，主要應(yīng)用于對(duì)安全實(shí)時(shí)性要求較高的線控轉(zhuǎn)向、線控剎車等系統(tǒng)。

Most （Media Oriented System Transport）是面向媒體系統(tǒng)的傳輸總線，采用光纖作為傳輸介質(zhì)，最大傳輸速率150Mbps，傳輸可靠性低，主要應(yīng)用于娛樂(lè)系統(tǒng)（CD/DVD、導(dǎo)航等）。

2.2 傳統(tǒng)汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)類型

傳統(tǒng)汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以CAN總線為主， LIN總線為輔，如圖1，典型雙CAN網(wǎng)段汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，分車身CAN（B-CAN）和動(dòng)力底盤CAN（P-CAN），B-CAN和P-CAN通過(guò)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，B-CAN選用LIN網(wǎng)絡(luò)作為輔助網(wǎng)絡(luò)。

部分汽車動(dòng)力底盤系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)選用FlexRay總線，娛樂(lè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)選用MOST總線。如圖2，車輛主網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分為車身CAN（B-CAN）、動(dòng)力底盤CAN（P-CAN）和一路MOST總線，P-CAN、B-CAN和MOST網(wǎng)段通過(guò)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。MOST總線實(shí)現(xiàn)娛樂(lè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸，F(xiàn)lexRay總線作為動(dòng)力底盤CAN的補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)線控轉(zhuǎn)向控制功能。

3 智能網(wǎng)聯(lián)汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

3.1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車的特點(diǎn)

智能網(wǎng)聯(lián)汽車的特點(diǎn)是智能化和網(wǎng)聯(lián)化。智能網(wǎng)聯(lián)汽車的目地是增強(qiáng)乘員的舒適性、優(yōu)化乘員的安全性、提供最現(xiàn)代的信息娛樂(lè)服務(wù)及更便利的汽車服務(wù)。

智能化，分為：對(duì)外界環(huán)境感知的智能化（含行人監(jiān)測(cè)、路標(biāo)監(jiān)測(cè)、前方車輛碰撞預(yù)警等）、對(duì)駕駛員狀態(tài)感知智能化（駕駛疲勞監(jiān)測(cè)等）、車輛控制的智能化（自適應(yīng)巡航、自動(dòng)泊車）、娛樂(lè)信息系統(tǒng)的智能化、汽車軟件升級(jí)智能化等。感知智能化意味著車輛上配備更多智能化的探測(cè)設(shè)備，如：高清攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)。車輛控制智能化意味著車輛有大量的控制相關(guān)的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)需要交互。娛樂(lè)信息系統(tǒng)智能化意味著車輛上有更多高清音視頻數(shù)據(jù)。

網(wǎng)聯(lián)化即車聯(lián)網(wǎng)：可通過(guò)網(wǎng)聯(lián)化實(shí)現(xiàn)智能交通、大數(shù)據(jù)、云等。網(wǎng)聯(lián)化意味著將汽車眾多的車輛行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)、車輛故障數(shù)據(jù)、車輛采集的外界環(huán)境感知數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸給外界媒體或云端。3GPP會(huì)議上定義的5G三大場(chǎng)景：eMBB（3D/超高清視頻等大流量移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)），mMTC（大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)） 和 URLLC（無(wú)人駕駛、工業(yè)自動(dòng)化等需要低時(shí)延高可靠連接的業(yè)務(wù)）。以及工信部[2016]450號(hào)文件《關(guān)于同意車載信息服務(wù)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用聯(lián)盟開展智能交通無(wú)線電技術(shù)頻率研究批復(fù)》，中國(guó)將5905-5925MHz作為L(zhǎng)TE-V2X的研究實(shí)驗(yàn)工作頻段。意味著汽車的網(wǎng)聯(lián)之路是必然趨勢(shì)。

3.2 智能網(wǎng)聯(lián)汽車對(duì)傳統(tǒng)汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的挑戰(zhàn)

汽車的智能網(wǎng)聯(lián)化意味著車輛上有高于傳統(tǒng)汽車百倍、千倍、萬(wàn)倍的數(shù)據(jù)需要傳輸，需要更高帶寬的車載網(wǎng)絡(luò)來(lái)適應(yīng)大數(shù)據(jù)傳輸。傳統(tǒng)的CAN總線常用傳輸速率500kbps，最大傳輸速率1Mbps；新型CANFD總線最大傳輸速率5Mbps； FlexRay總線，傳輸速率可達(dá)10Mbps，但價(jià)格昂貴，除了奧迪、寶馬，多數(shù)汽車廠商未使用；MOST總線采用價(jià)格昂貴的光纖，僅寶馬等少數(shù)車廠應(yīng)用。急需一種廉價(jià)、可靠、高帶寬的車載網(wǎng)絡(luò)，解決大數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題。

3.3 應(yīng)用于智能網(wǎng)聯(lián)汽車的新型總線以太網(wǎng)

引進(jìn)并改進(jìn)成熟民用以太網(wǎng)，承擔(dān)汽車大數(shù)據(jù)傳輸，成為必然趨勢(shì)。如圖4，未來(lái)智能網(wǎng)聯(lián)汽車的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將以以太網(wǎng)作為主網(wǎng)絡(luò)，娛樂(lè)系統(tǒng)和輔助駕駛系統(tǒng)選用以太網(wǎng)充當(dāng)子網(wǎng)絡(luò)，兼容傳統(tǒng)動(dòng)力底盤系統(tǒng)CAN（P-CAN）及車身舒適系統(tǒng)CAN（B-CAN）子網(wǎng)絡(luò)。輔助駕駛系統(tǒng)選用以太網(wǎng)傳輸高清攝像頭、高精度雷達(dá)的大數(shù)據(jù)，娛樂(lè)系統(tǒng)選用以太網(wǎng)傳輸音視頻影音數(shù)據(jù)。車輛的相關(guān)數(shù)據(jù)（車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)、道路環(huán)境高清視頻數(shù)據(jù)、雷達(dá)數(shù)據(jù)）可通過(guò)Telematics模塊或V2X（Car2X）方式等傳輸?shù)酵饨缭贫?、基站、?shù)據(jù)控制中心等。車輛的娛樂(lè)系統(tǒng)控制器可通過(guò)Wi-Fi、藍(lán)牙等方式下載音視頻，使乘客在汽車上就可以享受家庭影院的效果[1] 。

3.4 基于以太網(wǎng)的汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)應(yīng)用發(fā)展過(guò)程

以太網(wǎng)在汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上的引進(jìn)是一個(gè)由點(diǎn)到面發(fā)展的過(guò)程，可分兩代進(jìn)行發(fā)展。

第一代智能網(wǎng)聯(lián)汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖5所示，在輔助駕駛系統(tǒng)和娛樂(lè)系統(tǒng)中引進(jìn)汽車以太網(wǎng)，應(yīng)用以太網(wǎng)傳輸高清攝像頭、雷達(dá)、音視頻數(shù)據(jù)，動(dòng)力底盤系統(tǒng)和車身系統(tǒng)使用傳統(tǒng)CAN、CAN-FD進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。使用中央網(wǎng)關(guān)進(jìn)行輔助駕駛、娛樂(lè)系統(tǒng)、動(dòng)力底盤系統(tǒng)、車身系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交互，中央網(wǎng)關(guān)兼有CAN、CAN-FD、Ethernet數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能。Telematics模塊布置在娛樂(lè)系統(tǒng)域，具有4G、5G網(wǎng)絡(luò)收發(fā)功能，可通過(guò)Telematics模塊下載或上傳車載數(shù)據(jù)。用于實(shí)現(xiàn)智能交通功能的V2X模塊布置在PTCAN，V2X模塊可通過(guò)LTE-V2X網(wǎng)絡(luò)接收基站或其它車輛發(fā)生的DSRC或ITS數(shù)據(jù)。

第二代智能網(wǎng)聯(lián)汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖6所示，在第一代智能網(wǎng)聯(lián)汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基礎(chǔ)上引入動(dòng)力底盤域網(wǎng)關(guān)、車身域網(wǎng)關(guān)。動(dòng)力底盤系統(tǒng)和車身系統(tǒng)通過(guò)動(dòng)力底盤域網(wǎng)關(guān)、車身域網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)和其它網(wǎng)段、域之間的數(shù)據(jù)交互，域網(wǎng)關(guān)兼有CAN、CAN-FD、Ethernet數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能。中央網(wǎng)關(guān)僅需支持Ethernet數(shù)據(jù)交互功能即可。

3.5 汽車以太網(wǎng)傳輸協(xié)議

智能網(wǎng)聯(lián)汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)對(duì)以太網(wǎng)的應(yīng)用主要在三方面：主網(wǎng)絡(luò)、輔助駕駛、娛樂(lè)系統(tǒng)。其中輔助駕駛和娛樂(lè)系統(tǒng)主要傳輸AV數(shù)據(jù)（Audio Video數(shù)據(jù)），主網(wǎng)絡(luò)主要傳輸各域、各網(wǎng)段間交互的汽車數(shù)據(jù)。按照OSI參考模型，結(jié)合汽車應(yīng)用特性，智能網(wǎng)聯(lián)汽車以太網(wǎng)應(yīng)用到的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)如下，如圖7所示：

輔助駕駛、娛樂(lè)系統(tǒng)傳輸AV數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)間需要同步，選用汽車AVB（Audio Video Broadcasting）協(xié)議模型，兩層以太網(wǎng)協(xié)議模型（主要包括Layer1、Layer2）。其中Layer1物理層選用百兆快速以太網(wǎng)，應(yīng)用BroadRCReach技術(shù)采用一對(duì)5類非屏蔽雙絞線。layer2數(shù)據(jù)鏈路層選用AVB特有的IEEE1722、IEEE802.1Qav、IEEE802.1Qat、IEEE802.1AS協(xié)議。802.1Qat流預(yù)留協(xié)議，解決網(wǎng)絡(luò)中A/V實(shí)時(shí)流量與普通異步TCP流量之間的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。IEEE802.1Qav隊(duì)列及轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，確保傳統(tǒng)的異步以太網(wǎng)數(shù)據(jù)流量不會(huì)干擾到實(shí)時(shí)音視頻流。IEEE1722，音視頻傳輸協(xié)議，定義了局域網(wǎng)內(nèi)提供實(shí)時(shí)音視頻流服務(wù)所需的二層包格式，A/V流的建立、控制及關(guān)閉協(xié)議等。對(duì)應(yīng)于OSI參考模型的3-7層，用于放置A/V音視頻流數(shù)據(jù)，即IEEE1722數(shù)據(jù)流中的數(shù)據(jù)內(nèi)容。IEEE802.1AS，高精度的時(shí)鐘同步協(xié)議，實(shí)現(xiàn)A/V音視頻流間的時(shí)鐘同步[2，3，4]。

主網(wǎng)絡(luò)，傳輸各域、各網(wǎng)段間交互的車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)。選用七層以太網(wǎng)模型，其中Layer1物理層選用百兆快速以太網(wǎng)，應(yīng)用BroadRCReach技g采用一對(duì)5類非屏蔽雙絞線。layer2數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)用通用IEEE802.3協(xié)議。Layer3-7不僅應(yīng)用TCP/IP協(xié)議簇中的IPv4、UDP、TCP、ARP、ICPM，還增加了汽車特有的DoIP、SOME/IP、DHCP、UDS、XCP協(xié)議。其中DoIP實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)協(xié)議的診斷通訊，SOME/IP實(shí)現(xiàn)基于以太網(wǎng)協(xié)議的動(dòng)態(tài)處理及軟件架構(gòu)，DHCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)主機(jī)IP分配，UDS實(shí)現(xiàn)汽車診斷功能，XCP完成基于以太網(wǎng)的標(biāo)定功能。

3.6 新型汽網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)所面臨的挑戰(zhàn)

新型汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在滿足大數(shù)據(jù)傳輸需要的同時(shí)，使越來(lái)越多的汽車電子部件暴露在外。更廣闊的外延帶來(lái)更好的應(yīng)用和體驗(yàn)，也帶來(lái)了更多的攻擊入口。如何進(jìn)行系統(tǒng)綜合防護(hù)及防護(hù)功能的劃分，成為汽車網(wǎng)絡(luò)未來(lái)需要解決的問(wèn)題。建立建全智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息安全管理需求，制定智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和信息安全測(cè)試規(guī)范，建立智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息安全應(yīng)急響應(yīng)體系，成為未來(lái)智能網(wǎng)絡(luò)汽車需要長(zhǎng)遠(yuǎn)解決的問(wèn)題，需要政府、企業(yè)都要積極應(yīng)對(duì)的一場(chǎng)曠日持久戰(zhàn)。

未來(lái)更高清視頻數(shù)據(jù)的傳輸，需要采用千兆及千兆以上以太網(wǎng)傳輸，千兆以太網(wǎng)對(duì)汽車電磁兼容性問(wèn)題是未來(lái)汽車技術(shù)需要解決的。

4 結(jié)語(yǔ)

智能網(wǎng)聯(lián)汽車網(wǎng)絡(luò)未來(lái)會(huì)迎來(lái)眾多挑戰(zhàn)，但任何問(wèn)題和困難都阻擋不了汽車科技的進(jìn)步與技術(shù)的發(fā)展。相反，挑戰(zhàn)會(huì)促進(jìn)汽車技術(shù)的進(jìn)步、汽車安全法規(guī)的完善，給用戶一個(gè)更舒適、更先進(jìn)的駕車體驗(yàn)和乘車感知。

參考文獻(xiàn)：

[1]Assuring Performance， Quality， Reliability and Security of Automotive Ethernet ， Matthias Montag， SPIRENT Communications.