车载网络的特点范文
时间：2023-12-13 16:30:53
车载网络的特点篇1
1．1MOST网络发展历史
1MOST网络技术是一个由MOST合作组织制定的以通信协议为基础的汽车多媒体信息传输网络技术，其采用光纤线或双绞线作为物理传输介质，实现车内多媒体设备的互联互通。1996年，梅赛德斯以其D2B系统为基础，并与宝马和SMSC合作，开始对MOST进行讨论，并且决定和其他汽车生产商共同进行开发。1998年，宝马、奔驰、别克和SMSC以德国民法合伙人的方式成立了MOST合作组织，之后奥迪很快也加入了该组织。MOST合作组织成立后便致力于协议的快速标准化工作，并迅速地将实际系统搭载于汽车上。图1是2000年ITS世界代表大会上，MOST组织展览厅内奥迪、宝马、梅塞德斯和大众的相关车型［5］，而现在已经有140种车型应用了MOST网络技术。MOST组织已经了三代MOST网络技术规范，分别为MOST25、MOST50和MOST150，而下一代网络带宽能够达到1～5Gbps的网络规范也正在研发当中。虽然每一代MOST网络规范都有些不同，但是其基本特点没有变化，接下来将对其进行详述。
1．2MOST网络基本特点
MOST网络是一个点到点的光纤/电气闭环同步网络，它由一个时间主节点和若干个时间从节点构成，在传输数据信号的同时也传输时钟信号［6，7］。该网络中最多有64个节点，节点之间的最大距离为10米。它相对于传统的车载信息娱乐系统方案而言具有使用线束更少更轻、网络抗电磁干扰能力更强、应用的添加和删除更为方便等优点。图2是MOST网络与OSI网络模型的对比图，图中功能块层完成了网络中设备节点的应用功能和系统功能。网络服务应用套接字层与网络服务基础层共同组成了网络服务功能，控制报文的收发与流数据信道的连接和释放等都由该服务完成。MOST智能网络接口控制器层主要负责套接字管理、智能器件管理、网络保护模式设置和硬件应用看门狗定时器设置等。而物理层则由光学物理层和电气物理层组成，MOST网络信号可以在光纤线或双绞线中进行传输。在MOST网络上，帧是数据传输的基本单元，每个帧又分为三个数据域，分别用于传输控制字节、流数据与异步数据。因为数据帧定时发送，其频率为44．1KHz或48KHz。所以网络中传输的相邻数据帧的相同数据域构成了用于传输对应信息的连续信道，即控制信道、流数据信道和异步数据信道。
1．3MOST网络研究现状
从MOST网络技术产生至今，国内外许多科研人员对其进行了深入的研究。文献［8］首先将MOST网络技术引入到了国内，文中对MOST网络技术进行了综述，较详细地介绍了MOST网络的功能特点、MOST网络的基本结构和MOST网络的设备组成等，并对MOST网络的发展和应用进行了讨论。文献［9］设计并实现了MOST网络的主控制器，为MOST网络技术在国内的发展提供了理论和实践的基础。文献［10］设计了MOST网络音频播放节点，为原型节点的开发做了铺垫，随后文献［11］和文献［12］实现了音频流媒体数据传输和播放功能。文献［13］实现了基于MOST网络的DVD节点，而文献［14］实现了基于MOST网络的收音机节点。文献［15－17］对基于MOST网络的车载语音接口进行了研究，实现了通过语音控制MOST网络。文献［18－22］以各自的设计思想实现了MOST网络与CAN网络的网关，文献［23］使用静态段和控制报文实现了MOST网络和FlexRay网络的网关，这些网关使整车的网络可以进行完整可信的通信，增强了整车的功能性、舒适性和安全性。文献［24］对MOST网络服务进行了改进，使MOST网络服务可以被事件驱动，并使用层次状态机，MOST网络程序的开发变得更加的容易。文献［25］提出了基于FSM模型的车载MOST网络管理系统，该系统可以增强车载MOST网络的灵活性、健壮性和容错性，满足车载信息娱乐系统对即插即用工作方式的需求。而文献［26］则提出了MOST网络连接管理策略，该策略可以有效地提高MOST网络带宽利用率。文献［27－30］在电源管理和能量优化方面对MOST网络进行了深入的研究，使MOST网络可以集中唤醒进入睡眠状态的节点，并且降低了系统的总功耗。
1．4MOST网络未来趋势
MOST网络技术历经15年的发展已经取得了一定的成果，在未来的前进道路上它将会在以下三方面取得进步。首先，MOST组织在其定期的MOSTInformative里提到MOST网络会在拓扑结构方面增加星型、链型和树形等拓扑结构，改善环型网络拓扑结构如果断开则整个网络不可用的缺点。然后，在降低成本方面，MOST150网络使用的是光纤线进行信号传输，在保证传输速率150Mbps的前提下可以在物理层增加非屏蔽双绞线(6类双绞线)和同轴电缆作为传输介质，这样可以拓宽其市场，使更多的车型可以搭载MOST网络。最后，在兼容以太网络方面，车载以太网络技术是MOST网络技术的强劲竞争对手，虽然MOST150网络规范已经提出每个设备节点会有以太网络MAC地址，并提供以太网络数据信道来传输以太网络帧，但是仍有上层软件兼容等许多问题需要解决。而据悉，一汽、比亚迪、长城等车厂都在积极地研究MOST网络，MOST网络技术即将迎来在国内的大发展。
2IDB-1394网络技术I
DB-1394网络技术是IEEE-1394技术的汽车版本，其传输速率可高达400Mbps，它的高带宽确保了音视频娱乐应用的高保真传输，并且可以更迅速的传输到想要播放的终端。除此之外，其即插即用的特性，也正符合了消费者对于产品的需求，没有过多繁杂且不必要的操作。IDB-1394为了满足信号的高速传输需求，并且同时考虑到车上的电磁干扰环境，所以其采用光纤线作为物理传输介质，但是为了降低成本，其使用铜导线作为物理传输介质的技术标准IDB-1394Cu也在实验当中。IDB-1394还提供数字传输内容保护DTCP(DigitalTransmissionCon-tentProtection)技术，其可以有效地保护版权，防止传输内容的泄露［31］。目前人们对于IDB-1394网络技术的关注度越来越高，并且期望其在将来的市场上能够得到更广泛的应用。虽然它拥有灵活的协议栈，但是现在只有少数日系车厂支持IDB-1394网络技术，并且在许多方面它仍需要提高。
3车载以太网络技术
在以太网络发展的30多年里，它凭借低廉的价格、强大的数据传输能力和良好的可扩展性等优点，成为了应用最为普遍的局域网络技术［32，33］。随着工业以太网络技术的发展和应用，人们对于以太网络逐渐产生了实时性的要求，这样便产生了实时以太网络RTE(RealTimeEthernet)［34］。2011年单对非屏蔽双绞线通信技术的问世，并且汽车驾驶员辅助、娱乐和通信等各方面应用的涌现，因此以宝马公司为首，人们为了提高车载网络的带宽和通用性，以实时以太网络协议为前提，以单对非屏蔽双绞线通信技术为基础，提出了车载以太网络技术。
3．1实时以太网络协议
虽然传统以太网络有众多优点，但是它并不能进行实时数据的传输，不符合车载网络的要求。时间触发以太网络TTEth-ernet(TimeTriggeredEthernet)［35，36］是一种基于时间触发的实时以太网络，它结合了决策、容错和实时性，时间触发信息可以在预定的时间内传输，该网络适用于刹车线控和转向线控等方面。而以太网络音视频桥(EthernetAudio/VideoBridging，EthernetAVB)技术则是更具发展潜力的网络音视频实时传输技术，相比于TTEthernt技术更适合用于车载多媒体系统，因为它可以提供精准时间同步、媒体流量整形、接收控制以及非实时设备鉴定，在保障实时数据流传输的同时，兼容传统以太网数据的传输。并且它是一项新的IEEE802．1标准，在传统以太网络的基础上，为实时音视频流数据传输提供高可靠、低延迟和低成本的实现方案，弥补了传统以太网络传输实时数据的缺陷。EthernetAVB协议栈主要包括5个协议，分别为精准时间同步协议PTP(PrecisionTimeProtocol)，流预留协议SRP(StreamReservationProtocol)，队列及转发协议QFP(QueuingandFor-wardingProtocol)，音视频桥接传输协议AVBTP(Audio/VideoBridgingTransportProtocol)和实时传输协议RTP(Real-timeTransportProtocol)。EthernetAVB协议栈PTP:它以IEEEP1588V2为原型，将原来的IP路由协议应用到只有两层结构的局域以太网络中。主要包括两个方面，一个方面是主时钟的选择，另一方面是同步机制，即时间补偿和时钟频率匹配。PTP通过最佳主时钟算法来选择PTP域的一个主时钟，并以它为根建立一个用于同步的生成树，每一个时间敏感的设备节点都要与主时钟同步。在本地网络中，同时定义一些潜在主时钟，当访问主时钟失败时，自动切换到其中一个潜在主时钟并建立相应的生成树，以保证网络时钟同步。主时钟确定后，通过时间戳机制来发送同步信息［37］，并通过传统以太网络数据包传递时间戳，当含有时间戳的消息进出需要时钟同步的端口时，会与本地时钟进行对比，利用相应的路径延迟补偿算法对本地时钟进行匹配。匹配后的从节点再发送含有时间戳的信息，与下一个从节点进行时间同步匹配。SRP:为了保证数据传输和转发的服务质量，降低时延和抖动，SRP根据网络拓扑的带宽情况，预先锁定传输路径，并且预留一部分带宽，确保音视频流设备间端到端的带宽可用性。SRP使用信号协议SP(SignalingProtocol)和功能扩展的IEEE802．1多注册协议MRP(MultipleRegistrationProtocol)交换音视频流的带宽描述消息，并对带宽资源进行预留［38］。
一般情况下，把整个带宽的75%预留给时间敏感的音视频流数据，剩下的25%用来传输传统的以太网络数据。SRP包含注册和预留两部分，流预留服务中，把流服务的提供者定义为Talker，接受者定义为Listener。Talker对音视频流所需带宽资源进行协商预留，Listener则注册并接收所需的音视频流。Talker初始时广播一个提供声明，表示自己能够提供流数据并说明其属性，使接受者知道Talker的存在以及数据已经准备好发送了。消息传播的过程中，会沿途收集信道的服务质量信息，而收集到的信息分为两种。当信道已经准备好了，则反馈一个正的提供声明注册消息，表示通信路径已经准备好了，可以发送数据;当反馈一个负的提供声明注册消息时，则不可以发送。Listener也可以发送请求声明，广播想要接收的信息，消息传播的过程中，沿途运载资源分配结果信息，该信息也分为正负两种情况，正的请求声明表示能够接收到信息，负的请求声明表示信道没有准备好。同样，Talker和Listener也可以根据自身情况使用MRP信号机制，撤销提供或者请求信息来结束信道锁定和预留。SRP内部周期性的状态机维护着Talker及Listener的注册信息，能够动态地对网络节点状态进行监测并更新其内部注册信息数据库，以适应网络拓扑的动态改变。QFP:它是AVB协议栈中的伴随协议，大部分实现在交换机中，负责数据传输的处理和转发机制，确保传统的以太网络数据流量不会干扰到实时音视频流。QFP主要包括三个部分，流量整形、优先级划分和队列管理。为了避免时间敏感的音视频流数据和普通数据对带宽的竞争，EthernetAVB交换机拥有若干个输入输出队列，音视频流数据和普通数据分别进入不同的队列，所有的交换机和网桥都使用优先级传输选择算法，并且赋予音视频流数据最高的优先级。交换机进行队列转发时，音视频流数据总是优先于传统以太网数据进行转发。还有一种基于可信因子的整形算法，用来处理不同的音视频实时数据(A类音视频流和B类音视频流)的转发，只有当可信因子大于或等于0并且信道中没有冲突的报文时才可以进行传输。当该报文进行传输时，可信因子会以一个发送斜率减少，同样，当一个实时报文在队列中等待时，可信因子会以一个闲置斜率增加，这样只要信道一空闲它就会被传输。另外，AVBTP主要负责对EthernetAVB实时流数据进行打包，同时负责流的建立、控制以及结束。而RTP在基于IP的三层应用上利用EthernetAVB的性能，通过桥接及路由在局域网内提供时间同步、延迟保障和带宽预留的服务，以保障实时音视频流的传输。
3．2单对非屏蔽双绞线
2005年AVnu联盟成立，使得EthernetAVB得到市场效益的推动，这主要集中在车载网络和消费电子领域。但是传统以太网络的物理层并不能达到车载网络对通信介质的要求，因此2011年OPEN联盟成立，该联盟专门为车载以太网络提供物理层介质，其倡导采用全双工的单对非屏蔽双绞线进行通信。为单对非屏蔽双绞线和传统屏蔽线缆，相比之下单对非屏蔽双绞线做出了两个方面的改进:一方面是减少了线束，使成本比传统电缆降低80%，重量轻30%，从而有效提高汽车燃油效率［39］;而另一方面则是频率从200MHz降低到了50MHz，使其无需屏蔽就具有抗电磁干扰的能力。另外，单对非屏蔽双绞线还可以实现电力传输，在文献［40］中作者应用博通系列芯片验证了双绞线实现电力传输的情况。虽然在理论上单对非屏蔽双绞线通信技术满足了车载网络对于布线的苛刻要求，但目前并没有关于它应用到具体车型的测试或者验收报告，车载以太网络的进一步发展仍然需要许多技术的不断完善。
4三种车载多媒体网络对比
这三种车载多媒体网络各有其突出优点:MOST网络技术可以传输多种数据类型，物理层可以使用不同的传输介质，拥有成熟的技术规范和大量的支持厂商;IDB-1394网络技术数据传输速率最高，在芯片内部提供数字传输内容保护技术，并且相对其他两种技术而言所需芯片更少;车载以太网络技术来源于传统以太网络，具有更广泛的应用空间，并且其拓扑结构最为灵活。
5结语
本文对现有的主流车载多媒体网络技术进行了综述。首先在发展历史、基本特点、研究现状和未来趋势等四方面对MOST网路技术进行了论述。然后简单介绍了IDB-1394网络技术的特点和现状，接着从实时以太网络协议和单对非屏蔽双绞线两方面论述了车载以太网络技术发展的前提和基础。最后对三种网络技术进行了比较。车载多媒体网络技术正在向着更高带宽、更小延迟和更加灵活的方向发展，而三种车载多媒体网络技术的竞争还将继续下去。可以预见，车载多媒体网络技术的发展将极大地推动自动驾驶和车载信息系统等领域技术的发展，从而人们可以享受到更加舒适便捷的车载服务。
车载网络的特点篇2
关键词：智能网联汽车；网络架构；以太网
中图分类号：U285，TN91 文献标识码：A 文章编号：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
汽电子部件的增多、汽车智能网联化的发展、用户对汽车娱乐系统功能需求的提高，使得汽车上有大量的数据需要传输，采用传统的汽车网络架构方案已不能满足需求。
1 汽车网络介绍
汽车网络，是指将汽车上的所有电子传感器、电子执行器、电子控制单元（ECU）连接在一起的通信形式。汽车功能简单、每辆汽车上ECU数量少的情况下，可通过点对点通讯。随着汽车功能的增多，汽车上传感器、执行器、ECU数量增多，点对点通信已不满足需求。1991年，第一辆取代点对点通信，通过CAN总线传输的车载网络在奔驰S级汽车上诞生。经过二十多年的发展，几乎每辆汽车上都装配有车载总线网络，车载总线网络以CAN、LIN总线网络为主，部分高端汽车搭载MOST、FlexRay总线等。
2 传统汽车网络架构
2.1 传统汽车网络总线类型
车载总线按照传输类型不同分为CAN、LIN、MOST、FlexRay。
CAN（Controller Area Network），汽车最常用的车载总线类型，具有低成本、可靠的错误检测和处理机制、基于仲裁式发送方式、最大传输8Byte数据等特点，可应用于车身电子部件控制、发动机控制、底盘电子控制等。
CAN FD（CAN with Flexible Data rate）是CAN的升级，CAN FD总线弥补了CAN总线带宽的制约缺陷。CAN FD数据场部分最大传输速率5Mbps，最大数据长度64Byte。
LIN（Local Interconnect Network）总线，是一种低成本、低速率的主从式串行通信总线。在不需要CAN总线带宽和多功能的场合，如电动门窗、座椅调节、电动天窗、电动雨刮、部分传感器信号采集等，使用更低成本的LIN总线是对CAN总线通信的一种补充。
FlexRay起源于“X-By-Wire”的一种基于“时间触发”协议的高性能、高可靠性实时总线。FlexRay报文最大可传254Byte数据，可以在精确的时间内（可达1us）发送至目标地址。FlexRay总线传输速率可达10M，主要应用于对安全实时性要求较高的线控转向、线控刹车等系统。
Most （Media Oriented System Transport）是面向媒体系统的传输总线，采用光纤作为传输介质，最大传输速率150Mbps，传输可靠性低，主要应用于娱乐系统（CD/DVD、导航等）。
2.2 传统汽车网络架构类型
传统汽车网络架构以CAN总线为主， LIN总线为辅，如图1，典型双CAN网段汽车网络架构，分车身CAN（B-CAN）和动力底盘CAN（P-CAN），B-CAN和P-CAN通过网关进行数据交互，B-CAN选用LIN网络作为辅助网络。
部分汽车动力底盘系统网络选用FlexRay总线，娱乐系统网络选用MOST总线。如图2，车辆主网络架构分为车身CAN（B-CAN）、动力底盘CAN（P-CAN）和一路MOST总线，P-CAN、B-CAN和MOST网段通过网关进行数据交互。MOST总线实现娱乐系统数据传输，FlexRay总线作为动力底盘CAN的补充，实现线控转向控制功能。
3 智能网联汽车网络架构
3.1 智能网联汽车的特点
智能网联汽车的特点是智能化和网联化。智能网联汽车的目地是增强乘员的舒适性、优化乘员的安全性、提供最现代的信息娱乐服务及更便利的汽车服务。
智能化，分为：对外界环境感知的智能化（含行人监测、路标监测、前方车辆碰撞预警等）、对驾驶员状态感知智能化（驾驶疲劳监测等）、车辆控制的智能化（自适应巡航、自动泊车）、娱乐信息系统的智能化、汽车软件升级智能化等。感知智能化意味着车辆上配备更多智能化的探测设备，如：高清摄像头、毫米波雷达、激光雷达。车辆控制智能化意味着车辆有大量的控制相关的精准数据需要交互。娱乐信息系统智能化意味着车辆上有更多高清音视频数据。
网联化即车联网：可通过网联化实现智能交通、大数据、云等。网联化意味着将汽车众多的车辆行驶状态数据、车辆故障数据、车辆采集的外界环境感知数据通过无线网络传输给外界媒体或云端。3GPP会议上定义的5G三大场景：eMBB（3D/超高清视频等大流量移动宽带业务），mMTC（大规模物联网业务） 和 URLLC（无人驾驶、工业自动化等需要低时延高可靠连接的业务）。以及工信部[2016]450号文件《关于同意车载信息服务产业应用联盟开展智能交通无线电技术频率研究批复》，中国将5905-5925MHz作为LTE-V2X的研究实验工作频段。意味着汽车的网联之路是必然趋势。
3.2 智能网联汽车对传统汽车网络架构的挑战
汽车的智能网联化意味着车辆上有高于传统汽车百倍、千倍、万倍的数据需要传输，需要更高带宽的车载网络来适应大数据传输。传统的CAN总线常用传输速率500kbps，最大传输速率1Mbps；新型CANFD总线最大传输速率5Mbps； FlexRay总线，传输速率可达10Mbps，但价格昂贵，除了奥迪、宝马，多数汽车厂商未使用；MOST总线采用价格昂贵的光纤，仅宝马等少数车厂应用。急需一种廉价、可靠、高带宽的车载网络，解决大数据传输问题。
3.3 应用于智能网联汽车的新型总线以太网
引进并改进成熟民用以太网，承担汽车大数据传输，成为必然趋势。如图4，未来智能网联汽车的网络架构将以以太网作为主网络，娱乐系统和辅助驾驶系统选用以太网充当子网络，兼容传统动力底盘系统CAN（P-CAN）及车身舒适系统CAN（B-CAN）子网络。辅助驾驶系统选用以太网传输高清摄像头、高精度雷达的大数据，娱乐系统选用以太网传输音视频影音数据。车辆的相关数据（车辆状态数据、道路环境高清视频数据、雷达数据）可通过Telematics模块或V2X（Car2X）方式等传输到外界云端、基站、数据控制中心等。车辆的娱乐系统控制器可通过Wi-Fi、蓝牙等方式下载音视频，使乘客在汽车上就可以享受家庭影院的效果[1] 。
3.4 基于以太网的汽车网络架构应用发展过程
以太网在汽车网络架构上的引进是一个由点到面发展的过程，可分两代进行发展。
第一代智能网联汽车网络架构如图5所示，在辅助驾驶系统和娱乐系统中引进汽车以太网，应用以太网传输高清摄像头、雷达、音视频数据，动力底盘系统和车身系统使用传统CAN、CAN-FD进行数据交互。使用中央网关进行辅助驾驶、娱乐系统、动力底盘系统、车身系统间数据交互，中央网关兼有CAN、CAN-FD、Ethernet数据转换功能。Telematics模块布置在娱乐系统域，具有4G、5G网络收发功能，可通过Telematics模块下载或上传车载数据。用于实现智能交通功能的V2X模块布置在PTCAN，V2X模块可通过LTE-V2X网络接收基站或其它车辆发生的DSRC或ITS数据。
第二代智能网联汽车网络架构如图6所示，在第一代智能网联汽车网络架构基础上引入动力底盘域网关、车身域网关。动力底盘系统和车身系统通过动力底盘域网关、车身域网关实现和其它网段、域之间的数据交互，域网关兼有CAN、CAN-FD、Ethernet数据转换功能。中央网关仅需支持Ethernet数据交互功能即可。
3.5 汽车以太网传输协议
智能网联汽车网络架构对以太网的应用主要在三方面：主网络、辅助驾驶、娱乐系统。其中辅助驾驶和娱乐系统主要传输AV数据（Audio Video数据），主网络主要传输各域、各网段间交互的汽车数据。按照OSI参考模型，结合汽车应用特性，智能网联汽车以太网应用到的协议标准如下，如图7所示：
辅助驾驶、娱乐系统传输AV数据，数据间需要同步，选用汽车AVB（Audio Video Broadcasting）协议模型，两层以太网协议模型（主要包括Layer1、Layer2）。其中Layer1物理层选用百兆快速以太网，应用BroadRCReach技术采用一对5类非屏蔽双绞线。layer2数据链路层选用AVB特有的IEEE1722、IEEE802.1Qav、IEEE802.1Qat、IEEE802.1AS协议。802.1Qat流预留协议，解决网络中A/V实时流量与普通异步TCP流量之间的竞争问题。IEEE802.1Qav队列及转发协议，确保传统的异步以太网数据流量不会干扰到实时音视频流。IEEE1722，音视频传输协议，定义了局域网内提供实时音视频流服务所需的二层包格式，A/V流的建立、控制及关闭协议等。对应于OSI参考模型的3-7层，用于放置A/V音视频流数据，即IEEE1722数据流中的数据内容。IEEE802.1AS，高精度的时钟同步协议，实现A/V音视频流间的时钟同步[2，3，4]。
主网络，传输各域、各网段间交互的车辆状态数据。选用七层以太网模型，其中Layer1物理层选用百兆快速以太网，应用BroadRCReach技g采用一对5类非屏蔽双绞线。layer2数据链路层应用通用IEEE802.3协议。Layer3-7不仅应用TCP/IP协议簇中的IPv4、UDP、TCP、ARP、ICPM，还增加了汽车特有的DoIP、SOME/IP、DHCP、UDS、XCP协议。其中DoIP实现以太网协议的诊断通讯，SOME/IP实现基于以太网协议的动态处理及软件架构，DHCP协议实现动态主机IP分配，UDS实现汽车诊断功能，XCP完成基于以太网的标定功能。
3.6 新型汽网络架构所面临的挑战
新型汽车网络架构在满足大数据传输需要的同时，使越来越多的汽车电子部件暴露在外。更广阔的外延带来更好的应用和体验，也带来了更多的攻击入口。如何进行系统综合防护及防护功能的划分，成为汽车网络未来需要解决的问题。建立建全智能网联汽车信息安全管理需求，制定智能网联汽车信息安全技术标准和信息安全测试规范，建立智能网联汽车信息安全应急响应体系，成为未来智能网络汽车需要长远解决的问题，需要政府、企业都要积极应对的一场旷日持久战。
未来更高清视频数据的传输，需要采用千兆及千兆以上以太网传输，千兆以太网对汽车电磁兼容性问题是未来汽车技术需要解决的。
4 结语
智能网联汽车网络未来会迎来众多挑战，但任何问题和困难都阻挡不了汽车科技的进步与技术的发展。相反，挑战会促进汽车技术的进步、汽车安全法规的完善，给用户一个更舒适、更先进的驾车体验和乘车感知。
参考文献：
[1]Assuring Performance， Quality， Reliability and Security of Automotive Ethernet ， Matthias Montag， SPIRENT Communications.
[2]IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks-Time-Sensitive Application in Bridged Local Area Networks. IEEE802.1AS.2011.
[3]IEEE Standard for Layer 2 Transport Protocol for Time-Sensitive Application in Bridged Local Area Net-works. IEEE 1722.2011.
车载网络的特点篇3
目前国内高校车辆工程专业网络通信类课程教学普遍存在以下问题:
(1)课时比重偏低,缺乏对新概念、新技术的介绍;
(2)设备陈旧,缺乏实用性实验的开设;
(3)科研活动参与率低,未形成完善的创新培养体系;因此,在培养体系、课程平台、教学模式等方面对车辆工程专业网络通信类课程进行全新的探讨,既可以作为对“机电结合,特色分流”交叉教学的补充和深化,也可以通过车辆工程专业“以点带面,见贤思齐”,带动其他专业学生对网络通信类课程的兴趣和创新能力的培养。
2培养体系的改革
现有网络通信类的课程教学以车载CAN和LIN网络理论的认识为主,实验教学则以演示性和验证性内容为主。但是,传统的车载网络已失去原有的主导地位。针对“以车为本兼顾网络”的原则,需要逐步扩大网络通信类的广度和深度,鼓励学生立足本专业课程,学科交叉,勇于探索。通过车辆工程专业导论和认知实习,重点在于拓宽学生视野,初步建立学生对车载网络知识体系的感性认识。展示本专业前期积累的各项成果,如飞思卡尔智能小车等,为后续知识体系交叉学习打下基础。在验证、巩固和加深理论教学的基础上,选择车辆相对独立、功能简单,但系统结构较为完整的网络通信类实验项目,力求学生能在课程实验中能加深对车载网络通信理论知识的理解,掌握车载网络算法优化等方面的基本技能。以课程设计、竞赛的形式,选择适当的课题展开具有实际工程应用的综合训练。围绕汽车行业生产、研发过程中具有实际工程意义的问题进行选择,力求实现能正常运行的实验室样机,提高学生在车载网络通信及优化方面的综合能力。
3课程平台的改革
围绕培养体系的三个层次,对车辆工程专业的课程体系进行了创新性规划,在专业基础课中增设网络通信类基础课程,整合优化成“大机械类基础课程平台”,并配合车辆工程专业主干课,适当增设专业特色选修课,引导学生进行机械设计方向和车载网络通信方向的分流。在先修机械类、通信类公共课程的基础上,以学生的专业兴趣为主要依据,搭建“车载网络特色课程平台”。对原有的课程体系进行调整,既要增设网络通信类课程,还要兼顾原有机电类课程的设置。相互支撑,构建车载网络特色课程群,通过车辆机械与电子信息学科体系的交叉,实现创新型、综合型人才培养的目标。
3.1基础平台
通过增设通信原理、计算机网络等基础课程,结合相应的课程实习,将通信网络类课程融入到基础课程平台中。以主题会议、专家报告等方式向低年级学生介绍行业前沿技术以及网络在汽车中具体应用,形成直观的认知,增强学生的兴趣。由于总课时的限制,通信网络类基础课程以小课时、重实践、多交叉的形式进行调整。由于机械类课程在车辆工程总课时中占有较大的比重,因此网络通信类的课程根据“不同方向不同要求”的原则进行压缩。在总课时不变的前提下,压缩课时量,以增设相关网络通信课程。需要注意的是,在总学时不变的前提条件下,如果不进行专业分流,势必会造成机械类课程与电子信息类课程在学时分配上发生冲突。面向高年级学生进行专业分流,形成车辆与通信互为支撑、优势互补的格局。创新性的将部分学生引导到车载网络通信方向,有效缓解机械与通信类课时冲突的问题。
3.2特色平台
围绕新能源汽车、车载网络等汽车行业重点研究方向,设置课题研究小组,由教授或副教授担任负责人,配备2-3位中级职称的教师和实验室教师,团队结构合理,知识体系交叉,阶梯分工明确形成结构合理的学术团队。鼓励不同专业方向的学生进行自由组合,选择部分动手能力强的学生参加科研课题研究,为学生的科技创新提供支持。创新平台的课程覆盖了车辆、机械、通信等领域,涉及汽车电子、新能源和通信网络等多个方向,满足车辆工程本科专业学生的兴趣要求。团队结构合理,知识体系交叉,阶梯分工明确;对部分优秀本科生,仿照研究生的培养方式实行导师指导的培养制度,进入实验室协助配合研究生完成相应的课题研究,实现导师负责、研究生协助的双导师培养制度。
4教学模式的构建
教师在课程中的教学质量直接影响到学生的学习兴趣和创新能力的培养。网络通信类课程的改革,要求教师同时具备车辆工程和网络通信的知识,既能将教学内容从机械知识结构拓展到网络通信领域,也能够将网络通信领域的最新技术应用到车辆工程中。但我国高校中在机械工程和电子信息领域中的“双师型”教师数量明显不足,缺乏具有实践经验的中高级技术人员。为了充实教学队伍,可以聘请汽车行业有经验的技术人员作为兼职教师。同时,支持和鼓励教师深入企业学习新技术。鼓励学生将新想法、新创意,以发明专利、科技创新竞赛的形式实现。对构思新颖的选题给予必要的科研经费和指导,同时设定创新学分,进一步推动创新研究。
5结语
根据车辆工程专业的特点和现有培养方式的不足,对网络通信类课程教学进行改革创新,取得了一定的成果。教学改革三年来,主办部级飞思卡尔智能车竞赛一项,获得省级大学生创新项目2项,校级大学生创新项目6项。针对培养体系、课程平台、教学模式的改革研究,对网络通信类课程进行了深入的探讨。通过不同学科知识体系之间的交叉,培养学生实践能力和创新能力,充分发挥教师和学生的积极性,对提高车辆工程人才的综合素质水平起到了促进的作用。
车载网络的特点篇4
【关键词】物联网；车联网；系统架构
1.引言
国际上现有的对于车联网的研究某种意义上来说是由通常所说的Telematics发展而来的，Telematics是指应用无线通信技术的车载电脑系统。随着电脑和网络技术应用到汽车上，正在形成称之为Telema-
tics的新的电脑市场。Telematics是无线通信技术、卫星导航系统、网络通信技术和车载电脑的综合产物，被认为是未来的汽车技术之星。
Telematics特点在于应用了如通讯网路、卫星与广播等无线通信手段。而且终端设备可以下载应用系统或更新软体等，所耗的成本较低。但是，Telematics系统主要功能仍以行车安全与车辆保全为主。而且，Telematics最多只能是点对点的连接方式，而且大部分服务依赖于车辆驾乘人员与服务中心的坐席人员之间的语音通话，完全没有严格意义上的组网的概念，所以不能称之为完整意义上的车联网系统。
为实现真正意义上的车联网，在研究了当下车联网技术的新发展和对现有国内外车联网产品进行分析总结的基础上，本文首先对已经存在的和即将产生车辆的应用、服务做了一个详细的梳理和分类。然后，本文对现有的可供车联网领域使用的无线通讯手段做了分析，另外本文还做了基于车辆使用环境的通讯手段选择分析。
基于车辆的移动特性，这个车联网必然是一个基于无线通信技术的网络。所以本章首先对基于车辆使用环境的无线通信技术选择做一个总结，最后基于以上所有工作，本文提出了一个改进的车联网系统架构，以期实现车与路、车与车主、车主与车主、车主与第三方服务商的有效连接，从而构成实际意义上的车联网（如图1所示）。
总的来说，该框架可以解读为，综合利用多种通讯手段将车辆与服务实时连接起来。车辆作为终端节点，利用车载车联网终端设备，接入到车联网，以获取包括语音服务通讯服务、定位服务、导航服务、车辆服务中心连接服务（Telematics Service Provider）、移动互联网接入、车辆第三方信息管理服务、车辆紧急救援、车辆数据和管理服务、车载娱乐服务在内的多种服务。
2.车辆自组网
要解决车辆之间的组网问题，车辆作为典型的移动物体，Ad Hoc网络便天然的成为了首选。Ad Hoc是一种没有有线基础设施支持的移动网络，网络中的节点均由移动主机构成，通过移动主机之间自由组网实现通信。网络中的终端地位平等，可以在任何时刻、任何地点不需要现有信息基础网络设施的支持，快速构建起一个移动通信网络。Ad Hoc网络最初应用于军事领域，对它的研究始于战场环境下分组无线网数据通信项目。
3.车辆接入互联网
3.1 通过移动通信网接入互联网
随着全国范围的移动通信网络的建成，特别是3G移动通信网络的全面覆盖，以上问题似乎有了一个解决方案。在我国GSM、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA等是主要移动网络。其中，GSM为第二代移动通讯技术。3G是第三代移动通信技术，是下一代移动通信系统的通称。3G系统致力于为用户提供更好的语音、文本和数据服务。与现有的技术相比较而言，3G技术的主要优点是能极大地增加系统容量、提高通信质量和数据传输速率。此外利用在不同网络间的无缝漫游技术，可将无线通信系统和Internet连接起来，从而可对移动终端用户提供更多更高级的服务。考虑到移动通讯网络的覆盖范围和车辆的移动特性。移动通信网，无论是第二代通讯网络还是第三代通讯网络都天然的是车联网的最重要的网络基础。某种意义上，车联网终端设备在通讯的角度看，基本可以认为是一个等同于手机的移动通信终端。在我国，第三代移动通讯网布局日益完善，分别是中国电信的CDMA2000，中国联通的WCDMA，中国移动的TD-SCDMA。第三代移动通讯网络，在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2Mbps（兆比特/每秒）、384kbps（千比特/每秒）以及144kbps的传输速度（此数值根据网络环境会发生变化）。基本可以满足车联网各项应用的数据传输需求。利用好移动通讯网络，就可以在车辆的移动特性和车联网应用数据的实时传输特性之间做到完美衔接。以下是我国使用的三种3G移动通信网的主要技术参数。
如何实现车载车联网终端设备接入3G移动通信网，一般来说可以通过在终端上设计一个3G通讯模块来实现。以WCDMA为例，WCDMA（宽带码分多址）是一个ITU（国际电信联盟）标准，它是从码分多址（CDMA）演变来的，从官方看被认为是IMT-2000的直接扩展，与现在市场上通常提供的技术相比，它能够为移动和手提无线设备提供更高的数据速率。WCDMA采用直接序列扩频码分多址（DS-CDMA）、频分双工（FDD）方式，码片速率为3.84Mcps，载波带宽为5MHz.基于Release 99/Release 4版本，可在5MHz的带宽内，提供最高384kbps的用户数据传输速率。W-CDMA能够支持移动/手提设备之间的语音、图象、数据以及视频通信，速率可达2Mb/s（对于局域网而言）或者384Kb/s（对于宽带网而言）。输入信号先被数字化，然后在一个较宽的频谱范围内以编码的扩频模式进行传输。窄带CDMA使用的是200Hz宽度的载频，而W-CDMA使用的则是一个5MHz宽度的载频。
W-CDMA由ETSI NTT DoCoMo作为无线介面为他们的3G网路FOMA开发。后来NTTDocomo提交给ITU一个详细规范作为一个象IMT-2000一样作为一个候选的国际3G标准。国际电信联盟（ITU）最终接受W-CDMA作为IMT-2000家族3G标准的一部分。后来W-CDMA被选作UMTS的无线介面，作为继承GSM的3G技术或者方案。误解尽管名字跟CDMA很相近，但是W-CDMA跟CDMA关系不大。多大多小要看不同人的立足点。在行动电话领域，术语CDMA可以代指码分多址扩频复用技术，也可以指美国高通（Qual-
comm）开发的包括IS-95/CDMA1X和CDMA2000
（IS-2000）的CDMA标准族。
3.2 通过无线局域网接入互联网
在城市中，随着无线局域网技术的日益成熟及覆盖范围的增加，通过在车载车联网终端设备上集成相关通讯模块，在特定的使用环境中车辆也可以使用基于IEEE802.11的短距离无线通讯技术以接入互联网。如IEEE802.11b、IEEE802.11a和HIPERLAN2等。将来，车辆的相关技术参数可以通过车辆网终端发送到相关服务提供商处，由专业人员读取信息后可以实现对车辆状态的实时管理。另外，乘员的个人电脑、PDA等，可以借助于车联网终端作为互联网接入点，有效实现移动办公。
需要注意的是IEEE802.11客观上存在一些全新的技术难题，为此IEEE802.11协议规定了一些至关重要的技术机制如下。
（1）CSMA/CA协议
我们知道总线型局域网在MAC层的标准协议是CSMA/CD，即载波侦听多路存取/冲突检测（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）。但由于无线产品的适配器不易检测信道是否存在冲突，因此802.11全新定义了一种新的协议，即载波侦听多路存取/冲突避免CSMA/CA（with Collision Avoidance）。一方面，载波侦听--查看介质是否空闲；另一方面，冲突避免--通过随机的时间等待，使信号冲突发生的概率减到最小，当介质被侦听到空闲时，优先发送。不仅如此，为了系统更加稳固，IEEE802.11还提供了带确认帧ACK的CSMA/CA。在一旦遭受其他噪声干扰，或者由于侦听失败时，信号冲突就有可能发生，而这种工作于MAC层的ACK此时能够提供快速的恢复能力。
（2）RTS/CTS协议
RTS/CTS协议即请求发送/允许发送协议，相当于一种握手协议，主要用来解决“隐藏终端”问题。“隐藏终端”（Hidden Stations）是指，基站A向基站B发送信息，基站C未侦测到A也向B发送，故A和C同时将信号发送至B，引起信号冲突，最终导致发送至B的信号都丢失了。“隐藏终端”多发生在大型单元中（一般在室外环境），这将带来效率损失，并且需要错误恢复机制。当需要传送大容量文件时，尤其需要杜绝“隐藏终端”现象的发生。WaveLAN802.11提供了如下解决方案。在参数配置中，若使用RTS/CTS协议，同时设置传送上限字节数--一旦待传送的数据大于此上限值时，即启动RTS/CTS握手协议：首先，A向B发送RTS信号，表明A要向B发送若干数据，B收到RTS后，向所有基站发出CTS信号，表明已准备就绪，A可以发送，其余基站暂时“按兵不动”，然后，A向B发送数据，最后，B接收完数据后，即向所有基站广播ACK确认帧，这样，所有基站又重新可以平等侦听、竞争信道了。
（3）信道重整
当传送帧受到严重干扰时，必定要重传。因此若一个信包越大时，所需重传的耗费（时间、控制信号、恢复机制）也就越大；这时，若减小帧尺寸--把大信息包分割为若干小信包，即使重传，也只是重传一个小信包，耗费相对小得多。这样就能大大提高WirelessLAN产品在噪声干扰地区的抗干扰能力。当然，作为一个可选项，用户若在一个“干净”地区，也可以关闭这项功能。
（4）多信道漫游
人类是无限追求自由的，随着移动计算设备的日益普及，我们希望出现一种真正无所羁绊的网络接入设备。WaveLAN802.11就是这样的一种设备。传输频带是在接入设备AP（Access Point）上设置的，而基站不须设置固定频带，并且基站具有自动识别功能，基站动态调频到AP设定的频带，这个过程称之为扫描（Scan）。IEEE802.11定义了两种模式：被动扫描和主动扫描。被动扫描是指，基站侦听AP发出的指示信号，并切换到给定的频带；主动扫描是指，基站提出一个探视请求，接入点AP回送一个包含频带信息的响应，基站就切换到给定的频带。WaveLAN802.11采用的是主动扫描，并且能结合天线接收灵敏度，以信号最佳的信道确定为当前传输信道。这样，当原来位于接入点AP（A）覆盖范围内的基站漫游到接入点AP（B）时，基站能自适应，重新以AP（B）为当前接入点。
参考文献
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[2]张登银等.新型网络模拟器NS-3研究[J].计算机技术与发展,2009(11).
[3]Chul-Su Kim等.Development of Open Telematics Service Based on Gateway and Framework[J].ICACT,2006(2).
[4]中华人民共和国通信行业标准YD/T1292-
2003《基于H.248的媒体网关控制协议技术要求》.
车载网络的特点篇5
【关键词】智能交通 物联网 车辆通信网络 V2V
中图分类号： TP391.9 文献标志码：A
引言
随着城市现代化的快速发展，汽车拥有量的急剧猛增，公路规划建设的不配套，加之交通管理手段的滞后，“城市交通拥堵”问题，无疑是现代城市管理的一大难题。物联网技术是一个跨学科的专业领域，将大量来自完全不同专业领域的技术综合到一起[1]。智能交通与物联网的融合将是今后智能交通的发展趋势。随着智能交通系统的发展，车辆通信网络已经成为该领域的热门网络通信技术，有着广泛的发展前景，路由协议是车辆通信网络中关键的环节之一。
1 移动自组网中――Ad Hoc网络简介
1.1 Ad Hoc网络的基本特点
通过移动IP协议，用户可以在移动的情况下依然保持网络的连接，这种网络的运行要基于预先架设好的网络设施，在全球覆盖范围内采用外地价格昂贵，并且外地经常会有信号衰减和干扰而无法使用[2]。为了减少外地的数量而保持网络的覆盖范围，以及不能依赖预先架设的网络设施的场合仍然能实现临时快速自动组网，Ad Hoc网络（简称MANET）应运而生。
一个MANET网络由一组移动主机组成，这些主机不需要依赖已建立好的基础设施，进行集中控制就可以进行通信。一般利用天线就可以建立主机之间的无线链路从而完成通信。考虑到无线电波的能量限制和频道利用率等情况，一台移动主机不能只以单一跳数的形式直接和其他移动主机进行通信。在这种情况下，必须采用多跳的通信方式[3]。MANET中的每一台移动主机就相当于一台路由器。
1.2 Ad Hoc网络的特点
由于使用无线通信技术，Ad Hoc网络具有无线通信系统的链路质量低、节点通信距离有限、带宽受限制等特点，所以也具有带宽优化、传输质量增强和能量控制等问题。Ad Hoc网络与传统的蜂窝移动通信系统不同，是一种无中心的网络，要求其中的节点通过运行分布式算法来协调它们的行为，如信道接入、路由等。由于使用多跳的通信方式，Ad Hoc网络也面临新问题，如网络配置情况广播、发现和维护路由等[4]。
车辆通信网络是传统的移动自组织网络（MANET）在交通道路上的应用，是一种特殊的移动自组织网络。车辆通信网络作为智能交通系统（Intelligent Transportation System，ITS）的重要组成部分，已经得到学术界和工业界越来越多的重视。其最重要的特点是能进行车与车之间（vehicle-to-vehicle，V2V）和车与路之间（Vehicle-to-Infrastructure，V2I）的信息交换，从而达到车辆与车辆之间、车辆与路边的基础设施之间的实时通信，利用这些信息来提高道路交通的安全与管理效率[5]。
2 车辆通信网络的路由技术
在单跳网络中不存在路由问题，当数据跨过几个节点传输数据时，必须使用路由协议功能[6]。路由是网络层的功能，它为分组传输指定源节点到目的节点的路径。针对移动自组网已经开发出多种基于不同策略的路由协议，将移动自组网分为以下四种两两相对的类型：（1）预选型和随选型；（2）平面型和层次型；（3）GPS辅助型和非GPS辅助型；（4）单路径型和多路径型[7]。本文根据不同的路由策略主要讨论预选型和随选型路由协议。
2.1 预选型路由协议
预选型路由协议也称为主动型路由协议或前应式路由协议。预选型路由协议是表驱动的，需要在每一个节点维护一个或多个路由表。每个节点定期向网络广播拓扑信息，维护路由表的最新路由信息，采用不同数量和内容的路由表和不同的广播策略，形成不同的路由协议：DSDV、WRP、FSR和OLSR等。
2.2 随选型路由协议
随选型路由协议也称为反应式路由协议、按需路由协议、是专门针对移动自组网提出的。随选型路由协议并不事先生成路由，仅在源节点需要时才生成路由。分为路由发现和路由维护两个阶段。该路由协议有：AODV、DSR、TORA和SSA等。
（1）AODV（Ad Hoc On Demand Distance Vector）是采用基于距离矢量算法的一种路由协议，AODV中两个重要协议过程：路由发现和路由维护。在自组网中当一个节点发送数据包给一个目的节点时，采用路由发现过程来动态决定这条路径。AODV的重要特点是每个节点都维持一个基于时间的每一个路由表项利用率的状态信息；AODV通过扩展环方法控制在路由发现规程中RREQ的泛洪式发送。
（2）DSR允许网络节点动态发现经过多条路径的路由，重要的特点是利用了源路由。DSR不使用周期性的路由广播消息，有效减少网络带宽的开销，该协议的所有操作都是按需的，与AODV相似，DSR协议也包含路由发现和路由维护两个重要协议过程。DSR的路由发现过程是一个寻找从源节点到目的节点之间的源路由的过程。
3 车辆通信网络的建模与仿真
利用 OPNET Modeler 仿真平台，建立一个由 9个车辆节点组成的车间通信网络模型。车辆通信网络路由协议的仿真分析比较如下。
（1）图1显示的是两种协议的吞吐量的比较，从图中可以看出AODV协议的吞吐量高于DSR协议。因为AODV协议实现了DSR和DSDV协议的组合，因此与采用源路由的DSR协议相比，AODV协议提高了网络带宽的利用率，在吞吐量特性方面要优于DSR。
（2）图2显示DSR协议的负载明显小于AODV协议，这是由于DSR协议路由负载主要是RREP与RERR分组，用来建立多条到目的节点路由。DSR协议使用了缓存技术和混杂接受方式侦听路由请求分组，从而最大程度地降低了路由负载。而AODV协议路由负载主要是RREQ分组。
（3）图3显示在丢包率方面，开始AODV比DSR的丢包率小，随着仿真时间的变化，AODV和DSR都是稳定维持在一个小的范围内，DSR协议的性能始终保持在一个比较稳定的范围内，而AODV则随着仿真时间的增加而出现明显的增大。
从以上仿真结果分析可以看出，对于车间通信V2V网络，AODV 路由协议在吞吐量、路由负载、丢包率等性能上都比DSR路由协议更适合实际网络的通信要求。
结语
文章建立了智能交通系统多跳场景V2V的无线数据通信场景，使用OPNET Modeler软件进行建模和仿真，对V2V场景的无线网络的总体性能进行了评估。但是，用OPNET Modeler软件来仿真车辆通信网络是理想状况，与实际车辆仿真还是有差距的，未来的研究应该向实地实验发展。
参考文献
[1]邹力.物联网与智能交通[M].北京：电子工业出版社，2012.
[2]吴娇蓉，辛飞飞.交通系统仿真及应用[M].上海：同济大学出版社，2012.
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[4]陈敏.OPNET 网络仿真[M].北京：清华大学出版，2004.3.
[5]曹秀英，耿嘉，沈平.无线局域网安全系统[M].北京：电子工业出版社，2004.3.
[6] Hannes Hartenstein， Kenneth P.Laberteaux.VANET车载网技术及应用[M].北京：清华大学出版社，2013.1.
车载网络的特点篇6
【关键词】监控；无线网络；高速公路
引言
在新世纪的环境条件下，人们的生活水平不断提高，几乎每家每户都有车辆。随着车辆不断增加，我国的高速公路所承担的压力也在不断的提高，高速公路的管理也变得越来越复杂。面对如此窘境，就必须要优化管理方面的体制，无线局域网监控技术在目前高速公路的监管体系中有着举足轻重的作用。传统的监控系统有很多的不完善之处，比如说，网络的覆盖面存在盲区、网络设备的安放会受到很大的限制、消息的实时性比较差以及不能够进行远程控制，这样就会使高速公路的管理效率低下。而无线局域网技术的出现很好的解决了这些问题。
1 无线局域网的概念与特点
1.1 无线局域网概念
无线局域网就是利用无线通信技术与设备在一定范围内组建的网络。英文全名为Wireless Local Area Networks缩写为WLAN。它是把无线通信技术与计算机网络通过一定的科学技术结合到一起所形成的产物。一般可分为独立式无线局域网和非独立式无线局域网，目前，我们所说的无线局域网一般指的都是非独立式无线局域网。它继承了传统局域网的各项功能，并且由于它的传输媒介比较特殊，所受的限制比较小，用户可以在任何地点、任何时间都能连接到网络。此外，无线局域网的特点也受到了很多人士的青睐，它具有较低的成本、较高的可靠性、不受地理环境的限制等许多特点。
1.2 无线局域网的特点
（1）组建网络时比较灵活
与传统的有线网络不同，无线局域网的接入不受网络信息点位置的影响。一旦建成了无线局域网，只要是在无线局域网覆盖的区域，就可以任意的接入网络。
（2）维修、改造的费用低
由于传统的有线网络灵活性很差，而为了适应未来的发展要求，网络规划者不可避免的预设了过多的利用率较低的信息点。而如果出现网络的发展与之前的预定计划不相符合的情况，那么就不得不对网络进行维修和改造，这样毫无疑问会花费更多的费用。庆幸的是，目前无线局域网技术已经得到了快速的发展，它的出现可以很好的避免或减少上述情况的发生。
（3）安装时方便、快捷
在传统的有线网络建设过程中，施工时不得不进行网络布线工作，网络布线不仅耗费的时间长，而且甚至有可能要掘地挖墙，工作量极大。而无线局域网在建立的过程中不需要进行网络布线工作，它只需要安装一个或多个接入点AP设备，就能够使这个接入点附近的区域内都充满网络。
2 高速公路监控系统中无线局域网技术的应用方案
基于无线局域网的高速公路监控系统主要由三部分组成：控制中心、路侧设备以及车载系统，这三者缺一不可。车载系统的主要功能是拍摄高速公路上突发事故的现场情况；路侧设备的主要功能是把现场情况准确、及时、清楚地传输到控制中心。虽然传统的固定摄像技术有很多的不完善之处，但是车载系统中的无线视频传输功能很好的弥补了它的不足之处。这样，对于高速公路上发生的突发事故，事故的现场情况就可以在第一时间内传输至控制中心，这样就可以进行远程指挥。具体的监控实施方案主要有以下几点：
2.1 对整个路段建立无线网络
在搭建沿路无线网络的过程中，要选择合适的地段来安放无线路由设备，使形成的无线局域网能够覆盖整个路段。这样就能够让用户随时随地的使用电脑、手持设备等，使这个区域内的通信畅通无阻。无线路由设备安放地点的选择要结合具体的公路状况来定，比如说要根据公路的弯度、坡度、山体遮挡以及路侧建筑物高低情况来综合考虑设备的安放地点。为了要达到无线局域网覆盖全路段的要求，工作人员在安装天线之前，要观察公路的状况、调整天线安装的角度、计算天线的覆盖范围，并且使高速公路上的带宽强度大于1Mbps。
2.2 实现对无线视频监控信号的实时传输
无线局域网在传输信号的过程中，容易受到很多因素的干扰，从而使传输数据或视频发生错误。虽然IEEE802.11通过MAC层重传机制增加了传输时数据的可靠性，但是随之带来的问题是，对于一些实时性要求较高的视频传输，它有一定的局限性。无线信道一旦受到外界条件的干扰，很可能会增加传输时的错误率。错误率增加，重传次数就会相应的增加，那么在此过程中的时延也会增加，当时延超出限制范围时，就会使传输的视频数据部分或全部丢失，导致视频质量下降。基于以上问题，我国对于视频的传输已经研发出了一些新的算法与编码技术，目的就是为了把无线视频传输过程中所带来的失真效果最小化，提高传输视频的质量。
2.3 建立WIFI电话系统
高速公路上沿路建好的无线网络，除了用于传输视频数据之外，还可以用于建立WIFI电话。这样，工作人员之间就可以使用这个WIFI电话系统相互联系，不仅方便快捷，而且节省了很多的开销。最重要的是，它可以满足实时性的要求，这一点在高速公路上遇到突发事故时非常重要。
2.4 采集道路的气象信息
道路气象采集管理部门在获取气象信息的过程中，首先是通过气象信息采集设备获取气象信息，然后再通过无线通讯设备把采集到的气象数据传输至气象中心，在这个过程中，无线通讯技术不可或缺。并且在传输时气象数据的格式要和气象观测中心的服务器有很好的兼容性。为了在恶劣的气象状况下有一个事故应急措施，那么就必须要有相应的气象信息的支撑，路段监控中心通过VPN虚拟专用网络，在省高速公路气象服务中心的帮助下，就可以基本上获得全省的气象状况，从而进一步获得某一路段的具体气象状况。然后通过交通管理部门具体分析，判断这一路段是否可以通行，如果允许通行，还要通过信息设备来最新的气象预警和限速情况。最后再把具体的路况信息发到省交通管理中心，用其他的相关信息设备车辆诱导信息，以引导车辆选择正确的行驶路段。
2.5 建立车载移动监控体系
车载网络的特点篇7
关键词:城市轨道交通;FHSS;车地无线通信;维护检测
城市轨道交通信号系统是集行车指挥和列车运行控制为一体的非常重要的机电系统，直接关系到城市轨道交通的运营安全、运营效率和服务质量。上海轨道交通信号系统均采用了CBTC(基于通信的列车自动控制)技术，其中一部分的CBTC制式是采用FHSS(跳频展频)技术。对于采用IEEE802 ．11FHSS技术的CBTC车地无线通信系统，目前国内及国际上均没有测试仪表和工具能对其无线性能进行有效检测，从而导致在工程建设中无法便捷地对采用FHSS技术的车地无线通信系统的无线性能进行验收测试，在运营维护期间无法便捷地进行维护和故障诊断。因此，针对FHSS制式的车地无线通信系统维护检测平台的研究是非常必要的。
1FHSS技术特点
目前上海在建和新建的轨道交通CBTC信号系统中，部分线路采用了FHSS技术。FHSS技术是IEEE802 ．11 初期采用的一种技术，其工作频段为2 ．4GHz，共使用79 个信道，每个信道带宽为1MHz。采用FHSS技术的CBTC信号系统，在通信过程中其载频会不断地跳变，因此能提高其抗干扰能力。但同时，由于载频不断变化，因此很难对其无线信号进行跟踪，从而对其无线性能质量进行评估缺乏有效的手段。
2 用户面临的实际问题
全国范围内已经有多条地铁线路的CBTC车地无线通信系统使用了FHSS技术。也遇到过由于缺乏FHSS技术性能质量评价手段，而难以对故障进行检测和诊断的问题。主要表现在:① 虽然出现大量的车地通信数据包故障，但是无法找到具体原因和位置，单纯依靠检查轨旁设备和车载设备的工作状态均未发现异常;② 在某些疑似故障区段进行定点长时间检测却未发现异常。经过前期调研和技术分析，在出现CBTC车地无线通信故障的线路上密集布放AP(无线接入点)，且有双网冗余覆盖。监测发现轨旁AP和车载设备的工作状态均很稳定，理论上接收到的无线信号应该也是稳定的，这与用户反映的问题不符。使用频谱仪对线路现场进行测量后得到的频谱图如图1 所示。从图1 中可以看出，对于FHSS的跳变信号，普通频谱仪无法区分信号来源，也无法给出具体某个车地无线链路的连续场强，很难判断其信号的覆盖质量。通过对FHSS设备进行研究发现，其车载设备具有监控接口，可以使用计算机串口与其连接;通过发送特定命令，可以查询当前设备所在无线网络的相关信息，其中就包括了场强信息和漫游状态信息。因此，可以利用连续查询的方式，采集这些关键参数，来帮助分析无线网络的质量。对首次测试得到的信息进行后期的人工整理和分析，完成了无线场强覆盖图，并发现了问题的根本原因。图2 为根据首次测试采集数据完成的某线路无线场强覆盖图。经过整理的漫游状态信息见表1 。可以看出，车载设备在原关联轨旁AP场强较低时才向新的轨旁AP发起漫游，而列车所在区间的其他轨旁AP的场强远高于原AP，这导致的结果是漫游次数比较少，但每次漫游前的一段时间，列车均在与场强较差的AP保持通信。由此判断导致该问题的原因可能是列车的车载AP设置的漫游门限值过低，导致漫游太晚。在讨论以后，测试人员调整了车载AP的漫游门限:Parameters:RoamingDecisionRSSIThreshold=60 85JoiningDecisionRSSIThreshold=76 90 然后进行了第二次动态测试。图3 为根据第二次测试采集数据完成的无线场强覆盖图。经过整理的漫游状态信息见表2 。可以看出，经过调整，车载设备的漫游次数增加了;在发现轨旁AP场强轻微减弱时，车载设备就漫游到了无线覆盖质量更好的临近AP，保证了车地无线通信始终工作在较强的无线网络环境里。借助FHSS车载设备的监控端口，采集到了FHSS制式无线网络的关键参数，并依靠这些关键参数成功解决了用户的实际问题。最终确认车地无线网络的丢包率从原来的5 ．7%减少到0 ．3%，成功解决了丢包率高的问题。
3FHSS制式车地无线通信维护建议
通过以上案例可以认为，为了达到对FHSS制式车地无线通信系统的性能质量进行检测评估和故障诊断的目的，可以设计一个维护检测平台用以针对CBTCFHSS制式车地无线通信系统进行检测评估，其主要技术能力应包括无线性能测试和网络性能测试两个部分。
4 维护检测平台的设计构想
无线性能测试主要是对FHSS无线信号质量进行性能检测，这类检测的主要内容即为RSSI场强测试。该测试不仅包括了车载设备当前所在服务小区的场强值，也应包括相同时刻邻小区的场强值。同时，由于列车是在整个区间进行动态运行，必然存在车载设备在多个地面AP之间的连续切换漫游的情况，因此漫游切换成功率、漫游切换时间等技术参数的测试和评估也非常重要。网络性能测试主要是对FHSS制式车地无线通信系统作为地铁信号系统业务承载时工作能力的检测评估，这类检测的主要项目应包括IP网络丢包率、时延等技术参数的测试和评估。同时，如果能考察相同位置和区域里RSSI场强、漫游和网络性能的相应关系，则可以更加有效地确定无线性能质量，更加准确地找出问题，并提出有效的处理意见。最后，维护检测平台还应具备自动的数据处理能力，可以快速方便地实现数据回放、数据分析、报表生成等功能，较快地帮助用户将测试结果转化为检测分析和故障诊断的依据。维护检测平台的设计目标分解见表3 。维护检测平台的主要组成部分应包括:1)接口模块。主要包括测试配置模块，其主要作用是对维护检测平台设备的对外采集接口进行选择及参数配置(包括串口和以太网口)。串口的主要工作是与FHSS车载设备的监控端口互联，以太网口的主要工作是与CBTC车载网络设备的网口互联。2)检测模块。①FHSS无线性能测试模块，其主要作用是与FHSS车载设备进行信令交互，以便快速查询和采集无线性能数据;② 网络性能测试模块，其主要作用是与CBTC车载网络设备连接，以便与地面服务器通信，进行网络性能的同步测试。3)数据处理模块。① 数据导入模块，其主要作用是将地面AP参数配置信息、检测模块检测到的原始信息导入测试数据分析模块，并进行必要的设定;② 测试数据分析模块，其主要作用是对测试原始数据进行处理分析，按照要求绘制曲线，分类统计;③ 结果导出模块，其主要作用是将测试数据分析模块绘制的曲线或统计的结论输出成文件。整个研究过程应该基本按照以上模块的功能设计，完成软硬件的开发和整合，然后进行各模块的独立测试和协同测试，最终形成维护检测平台。
5 结语
CBTC信号系统车地无线通信系统的性能直接影响列车的安全、高效运行。本文着眼于对车地无线通信系统性能的检测，设计了一套集采集、测试、分析、结果输出于一体的针对CBTC的FHSS制式的维护检测平台方案，便于对信号系统工程建设质量进行有效判定，便于后期维护和故障诊断，以此满足工程验收及运营维护的需要。
参考文献
［1 ］GASTMS．802 ．11 无线网络权威指南［M］．南京:东南大学出版社，2007 ．
车载网络的特点篇8
【关键词】车辆监控系统；GPRS；网络通讯技术；
中图分类号：K826文献标识码： A
一、前言
随着人们生活水平的不断提高，车辆已成为人们日常生活中不可或缺的重要组成部分。随着车辆数量呈指数态势增长，对车辆的合理规范化的实时高效管理，已成为提高人们生活质量，保障人们出行安全顺利的必然要求。基于GPRS的车辆监控系统应运而生，改善了人们的生活质量。
二、车辆监控系统的设计概述
车辆定位监控系统作为ITS的一部分，其主要功能是对移动车辆进行实时定位跟踪，并实现对车辆的调度指挥。该系统由车载设备、通讯网络、监控中心三部分组成，车载设备通过接收到的GPS信息，解算出车辆当前的经度、纬度、速度、航向和其他信息(时间、状态)等，然后通过移动通讯网络传送至监控中心，监控中心在接到车辆上传的信息后，根据车辆的当前状况科学的进行调度和管理从而提高运营效率。从以上车辆定位监控系统功能需求，不难分析出来该系统需要借助的技术和手段：全球定位技术，移动通信技术和地理信息系统(GIS)技术。
三、车辆监控系统的硬件设计
1、车载终端处理器芯片
车载模块的处理器选择芯唐M0516处理器，车载终端内部通讯包括MCU与GPS模块、GPRS模块、以及周边模块的数据传输。内部数据传输都通过串口完成。以下代码为初始化串口中断，并使能收发中断，中断服务函数：
Void init_ 1315(PFN_DRVUART_CALLBACK GPS_
INT_HANDLE)
{SYSCLK->PWRCON.XTIL12M_EN=l；／*设置串口l功能引脚*／
DrvGPI()_lnitFunction(E_FUNc_UARTO)；／*6串口通信设置*／
sParam．u32BaudRate=9 600：
sParam．u8cDataBits=DRVUART_DATABITS_8；
sParam．u8cStopBits=DRVUART_STOPBllS_l；
sParam．u8cParity=DRVUART_PARITY_NONE；
sParam．u8cRxTriggerl.evel=DRVUART_FIFO_1BYTES；
while(DrvUART_Open(UART_PORTO,&sParam)!=E_SUCCESS)；
DrvUART_EnableInt(UART_P()RTO,DRVUART_RDAINT，GPS_INT_HANDLE)；
}
MCU通过响应串口的中断，完成车载终端内部数据传输过程。
2、系统的硬件构成
整个系统由车载移动单元，监控中心，通讯网络组成。移动用户板采用移动单元的主控单片机，GPRs模块采用wAVECOM公司的聊sMO QuIK Q2406B模块。GPS接收机采用Jupiter GPS模块，GPS模块和GPRs模块均采用串行通讯方式实现与单片机的通讯，数据传输控制简单可靠。移动用户板将GPS接收机接收的定位信息进行处理后传送给GPRS模块，然后由GPRS模块无线发送出去。
四、车辆监控系统的软件设计
车载系统程序的初始化主要包括GPS模块的初始化，GPRS模块的初始化，显示模块的初始化以及特殊功能寄存器的初始化。GPS的初始化主要是设置接收数据的格式和串 口通信协议，数据格式设为为NMEA-0183，串口通信协议设为波特率4800bps，1个开始位，8位数据位，1个停止位，无校验位。
GPRS的设置要复杂一些，单片机通过发送AT指令设置和控制GPRS模块，主要的设置有：设置通信波特率，可以使用AT+CGDCONT=115200命令，把波特率设置为115200bps或其它合适的波特率。设置接入网关，通过AT+CGDCONT=1，“CM．mⅡ”命令设置GPRS接入网关为移动梦网。设置移动终端的类别，通过AT+CGCLASS=“B”设置移动终端的类别为B类，即同时监控多种业务，但只能运行一种业务，即在同一时间只能使用GPRS上网，或者使用GSM的语音通信。测试GPRS服务是否开通，使用AT+CGACT=1，l命令激活GPRS功能。如果返回OK，则GPRS连接成功；如果返回ERROR，则意味着GPRS失败，这时应检查一下SM卡的GPRS业务是否已经开通，GPRS模块天线是否安装正确等问题。系统初始化完毕后，程序进入到循环等待中断阶段，当有外部中断和串口中断时进行相应的中断处理。GPs模块有数据输入时引起串口中断，进入相应的中断处理程序，由于NMEA-0183协议的每一条语句均已字符‘$’开始，因此只要判断收到的第一个字符是否是‘$’，将收到的数据进行校验，读出需要的定位信息。
五、监控中心的通讯服务器设计
监控中心是系统的核心，决定了整个系统功能的升级。除了接收GPS定位信号，并在电子地图上匹配，还包括所有入网用户的信息管理、跟踪监控、报警处理、数据备份以及车辆调度等功能。其中通讯服务器是整个车辆监控系统的通信枢纽，负责车载数据的上传和中心控制指令的下达，在GPRS通信线路上，系统采用TCP/IP协议和车载终端进行连接。
TCP是面向连接的通信协议，是一个双向连接传输模式；考虑到TCP能提供错误监测、数据复原及数据重送等机制适于对信息的安全性、可靠性要求较高数据通信特点，所以我们选用的GPRS IP Modem内嵌完整TCP/IP协议栈。通讯服务器主要完成4项工作：和车载终端通信，收发无线数据信息；加密发往车载终端和解密发往监控终端的数据帧和通信协议的转换；和监控终端通信，收发数据帧；完成对数据库的修改。因此通信服务器可以设计成由网络传输子系统和数据处理子系统组成。网络子系统主要负责通讯服务器与车载终端的通信和通讯服务器与监控终端的通信；数据处理子系统主要负责数据帧的加密解密和数据库存储等工作。
六、GPRS在车辆监控系统中的应用
1、基于GPRS的GPS车辆监控系统，其开发技术难度有限。正因为GPRS由GSM发展而来，在开发基于GPRS技术的车辆监控系统时，可以借鉴许多基于GSM体制的系统研制开发中已积累的经验，甚至可以直接采用许多已有技术成果。
2、有着良好的设备及服务支持。GPRS不仅被欧洲的第二代移动通信系统GSM支持，同时也被北美的IS一136支持。它的高数据率足以满足大多数3G多媒体宽带业务，现有的GSM运营商仅需对原有网络进行部分改造即可开展GPRS业务，这种业务即可以得到现有GSM运营商的支持，而在时间上还较3G提前几年。当3G真正到来时，对于那些没有3G运营权的运营商来说，GPRS仍不失为竞争的业务。目前中国移动即已经开始试运行GPRS服务。各大通讯公司也已纷纷推出各自的GPRS终端产品。
3、 先期投入少。由于GPRS是由GSM发展而来，其继承了采用GSM方式所具有的所有优点、并先天即具有向下兼容能力，现有的工作于GSM／SMS方式的车辆监控设备也无需抛弃，仅需部分改造、甚至无需改造即可并入采用GPRS体制的系统之中。同时也可以利用GSM／SMS服务作为其补充，在未开通GPRS地区实施GPS车辆监控服务。采用GPRS方式为GPS车辆监控系统的通讯平台，同样具有采用GSM／SMS体制覆盖广阔的优点，同样因其构建于已有公用网络之上，系统新建之初既无需通讯网络建设投资、运营之时又元需通讯网络维护投资。由于GPRS面对的是广大的普通用户，其通讯终端的价格必然不高，因此车载终端的成本也不会很高。这在最大限度上维护了车辆监控服务商、用户、开发商的利益。
七、结语
在车辆监控系统中使用GPRS通讯技术，使监控系统具有实时性、高效性、准确性等特点，从而提高了对车辆监管的效率。本文所论述的设计方法简便，算法快速准确，具有较好的市场价值和一定的应用前景。
参考文献