導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇車載網絡的特點，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，并希望這些內容能為您提供靈感和參考。

篇1

中圖分類號：TP31 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（c）-0154-04

隨著汽車工業與電子工業的不斷發展，各種車載電子產品越來越多地進入到汽車里，從而提高了汽車的智能化程度和乘車的舒適性。然而由于沒有統一的平臺接口，使得這些車載電子產品沒有通用性和兼容性，也無法方便實現對產品的維修升級。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實際就是一臺開放式可擴展的車載電腦公共平臺，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操作平臺，其他電子產品（如倒車攝像頭等）作為擴展功能模塊掛接在EPU擴展的CAN網絡或EtherCAT網絡上，并通過開放式的通信協議，將這些擴展功能模塊與EPU組成一個完整的車載電子處理單元系統，從而實現數據互用、資源共享。車載電子處理單元公共平臺的開放性和可擴展性體現在各擴展功能模塊以及各種軟件的自由添加更換，它允許第三方，包括汽車擴展功能模塊制造商在其上開發軟件或硬件產品，以提供更加豐富，更為強大，更加實時的功能和特性。

1 車載電子處理單元系統總體結構

車載電子處理單元系統主要是由車載電子處理單元（EPU）、CAN網絡和EtherCAT網絡組成，其系統總體結構如圖1所示。其他可擴展、可增減的擴展功能模塊通過CAN網絡或EtherCAT網絡與車載電子處理單元（EPU）連接，組成一個完整的車載電子處理單元系統。

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）是車載電子處理單元系統中的核心部件。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存儲器、FLASH存儲器、固態硬盤、擴展了USB接口、OTG接口、SD卡、標準RJ45接口，并內置了WIFI模塊、藍牙模塊、麥克風、AM/FM收音模塊、GPS模塊和蜂鳴器，同時還擴展了OBD-II接口以及以太網接口和CAN總線接口。主控制板通過OBD-II接口與電子控制單元（ECU）連接，以獲取汽車運行和故障數據。因此，車載電子處理單元（EPU）已在汽車上實現了基本的車載電腦功能，通過在其上安裝相應的公共軟件系統，可實現如：GPS導航、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的處理器芯片，專用于車載娛樂系統。它基于ARM CortexTM-A9架構，40nm工藝制程，最高運行頻率可達1.2GHz，具有ARMv7TM、Neon、VFPV3和Trustzone支持。處理器內部為64/32位總線結構，32/32KB一級緩存，1M二級緩存，可以實現12000DMIPS（每秒運算12億條指令集）的高性能運算能力，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，達到1080p@30fps，解碼MPEG2/VC1/Xvid等視頻達到1080p@30fps，支持高清HDMI TV輸出。

1.2 車載電子處理單元系統的CAN網絡

對于數據通訊量較小、成本要求較低、實時性要求較高的擴展功能模塊（如超聲波倒車雷達、中控鎖模塊、胎壓監測模塊、防盜防劫持報警模塊、遙控接收等功能模塊），車載電子處理單元（EPU）通過CAN總線接口c它們相連接，組成CAN網絡；CAN網絡的數據傳輸速率在1Mbps以下。

⑴CAN網絡的特點

CAN（Controller Area Network）即控制器局域網絡，可以歸屬于工業現場總線的范疇，通常稱為CAN bus，即CAN總線，是目前國際上應用最廣泛的開放式現場總線之一。與一般的通信總線相比，CAN總線的數據通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性，它在汽車領域上的應用最為廣泛，世界上一些著名的汽車制造廠商，都采用了CAN總線來實現汽車內部控制系統與各檢測和執行機構間的數據通信。

CAN總線的特點：

多主機方式工作，網絡上任意一個節點均可以在任意時刻主動地向網絡上的其他節點發送信息，而不分主從，通信方式靈活；

網絡上的節點（信息）可分成不同的優先級，可以滿足不同的實時要求；

采用非破壞性位仲裁總線結構機制，當兩個節點同時向網絡上傳送信息時，優先級低的節點主動停止數據發送，而優先級高的節點可不受影響地繼續傳輸數據；

可以點對點、一點對多點（成組）及全局廣播幾種傳送方式接收數據；

直接通信距離長；

抗干擾能力強；

采用總線結構組網，可掛接多個節點，接口簡單；

采用短幀結構，每一幀的有效字節數為8個；

每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施，數據出錯率極低；

通信介質可采用雙絞線，同軸電纜和光導纖維，一般采用廉價的雙絞線即可，無特殊要求；

節點在錯誤嚴重的情況下，具有自動關閉總線的功能，切斷它與總線的聯系，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總線驅動器，可提高CAN網絡抗干擾能力。

⑶擴展功能模塊的CAN總線接口

如圖3所示是擴展功能模塊的CAN總線接口，CAN總線接口電路是由CAN總線收發器MCP2515芯片和CAN總線驅動器ISO1050芯片來實現。圖中功能電路是指實現某個具體功能的電路，CPU控制功能電路的運行，獲取功能電路的實時數據，并通過CAN網絡實現與其他模塊的通訊。

1.3 車載電子處理單元系統的EtherCAT網絡

對于數據通訊量較大、處理能力較強、實時性要求較高的擴展功能模塊（如倒車攝像頭、行車攝像頭、車內攝像頭、數字功放、數字電視、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）系統通過EtherCAT實時以太網接口與它們相連接，組成EtherCAT網絡。EtherCAT網絡的數據傳輸速率可達到100Mbps，且實時性高。車載電子處理單元用作EtherCAT的主站，而各擴展功能模塊作為從站掛接在EtherCAT網絡上。

⑴EtherCAT網絡的特點

EtherCAT是一種實時工業以太網技術，它充分利用了以太網的全雙工特性。使用主從模式介質訪問（MAC），主站發送以太網幀給各從站，從站從數據幀中抽取數據或將數據插入數據幀中。主站使用標準的以太網物理層器件，從站使用專用EtherCAT從站控制器ESC（EtherCAT Slave Controller）。

EtherCAT的主要特點：

通信方式靈活，可實現主/從、從/從通訊；

通信周期短，實時性高；

通訊實時性采用分布時鐘機制實現，同步時間快；

可以點對點、一點對多點（成組）及全局廣播等多種傳送方式接收數據；

直接通信距離長；

通信速率為100Mb/s；

可掛接節點數量多；

兼容TCP/IP。

從以太網的角度來看，一個EtherCAT網段就是一個以太網設備，它接收和發送標準的ISO/IEC8802.3以太網數據幀。但是，這種以太網設備并不局限于一個以太網控制器及相應的微處理器，它可由多個EtherCAT從站組成，如圖4所示是一個非冗余的EtherCAT網絡。這些從站可以直接處理接收的報文，并從報文中提取或插入相關的用戶數，然后將該報文傳輸到下一個EtherCAT從站。最后一個EtherCAT從站發回經過完全處理的報文，并由第一個從站作為響應報文將其發送給主站。

⑵車載電子處理單元（主站）的EtherCAT網絡接口

EtherCAT主站使用標準的以太網控制器，如圖5所示。通信控制器完成以太網數據鏈路的介質訪問控制（MAC，Media Access Control）功能，物理層芯片PHY是實現數據編碼、譯碼和收發，它們之間通過一個MII（Media Independent Ineterface）接互數據。MII是標準的以太網物理層接口，定義了與傳輸介質無關的標準電氣和機械接口，使用這個接口將以太網數據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網絡的主站，i.MX6Q CPU已集成了以太網通信控制器芯片和MII接口，可以與PHY直接連接。

⑶擴展功能模塊（從站）的EtherCAT網絡接口

擴展功能模塊作為EtherCAT從站設備，需要實現EtherCAT通信和應用控制兩部分電路，如圖6所示，其硬件結構主要由物理層器件、從站控制器ESC 、CPU和相應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負責處理EtherCAT網絡通訊，并使用雙端口實現與EtherCAT主站或其他從站的數據通信，從站CPU可直接從ESC讀取控制指令或讀寫數據，因此，EtherCAT網絡與從站CPU響應時間無關，從站CPU性能選擇取決于功能模塊的控制任務需求，可以使用8位、16位的單片機及32位的高性能CPU，功能電路是指擴展功能模塊的具體實現電路，它與從站CPU相連并直接由CPU負責控制操作。

2 車載電子處理單元系統通訊協議

由EtherCAT數據幀結構可知，EtherCAT子報文數據域長度為32～1486 字節，此長度作為車載電子處理單元系統應用層協議定義的范圍，如圖7所示是EtherCAT網絡應用層協議的基本格式，格式先定義了11位數據長度、并預留了1位保留位、4位數據類型，這三部分共計16位，占用2個字節，接著是8位功能碼，剩余為數據域，其最大可使用字節長度為1486-3=1483字節。

在CAN 2.0B總線協議規范中， 定義了一種具有29位標識符ID的擴展幀格式。電子處理單元系統的CAN網絡使用這種擴展格式數據幀，并對CAN報文的29位標識符ID和8字節數據域做出了具體定義。其中，標識符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位數據類型，ID7-ID0為8位功能碼，數據域第一字節分為三部分：先定義2位的段標識，接著是3位保留位，再是3位數據長度，第2字節為8位分段編號/數據，根據段標識的不同，該字節可作為段編號或數據使用，后48位（共6字節）為數據，這樣每幀最多可傳送7字節的數據。由于分段編號占用8位，最多可分256段，而分段數據每幀最多可傳送6字節，這樣CAN報文數據長度最多為6*256=1536字節，大于EtherCAT網絡單幀傳送數據最大值1483字節，從而解決了EtherCAT網絡與CAN網絡數據互傳的問題。

3 車載電子處理單元系統軟件設計

車載電子處理單元系統軟件設計分為車載電子處理單元、EtherCAT網絡和CAN網絡擴展功能模塊三種類型。其中，車載電子處理單元操作系統使用Linux3.0.35+QT4.8.5，并首先移植了IGH開源源碼ethercat-1.5.2主站協議棧，再按車載電子處理單元系統通訊協議要求設計通訊程序、系統界面和應用程序。各擴展功能模塊根據實際功能需求選取相應性能CPU芯片，并按車載電子處理單元系統通訊協議要求設計通訊程序和相應功能設計應用程序。

4 結語

該文提出了一種開放式可擴展的車載電腦公共平臺系統：車載電子處理單元（EPU）系統，它規范了車載電子產品的連接接口和通訊協議，結束車載電子產品五花八門，雜亂無章的局面，并為汽車電子工業提供了全新的商機和更加廣闊的發展空間，對未來汽車的發展和汽車電子工業的發展具有積極的推動作用，車載電子處理單元（EPU）系統項目在實際實施中取得了良好的效果。

參考文獻

篇2

一、引言

為了實現很多系統的信息共享，很多汽車廠商把車上的各控制單元通過網線連接起來，形成車載網絡系統。當車載網絡系統故障引起電控發動機故障時，如何少走彎路，快速判斷故障原因，找出故障所在，不僅是學校在校師生教學的難點，也是很多汽車修理廠技師面臨的一個難題。本文以通用車系（雪佛蘭科魯茲）為例，介紹基于車載網絡系統故障的電控發動機故障診斷方法和思路。

二、通用車系（雪佛蘭科魯茲）車載網絡系統的特點

通用雪佛蘭科魯茲車載網絡系統主要包括高速GMLAN、低速GMLAN、底盤擴展總線、線性互聯網(LIN)四部分。由于發動機電控系統屬于高速GMLAN范疇，故本文只討論高速GMLAN。高速GMLAN通過網線（雙絞線）把車身控制模塊、電子控制模塊、動力轉向控制模塊、自動變速器控制模塊、發動機控制模塊串聯在一起，網絡兩端的電子控制單元內，有終端電阻，目的是防止信號反射造成信號干擾，如圖所示。電子控制單元串聯使各模塊能實現快速信息傳輸和共享，但相比電子控制單元并聯，有個明顯的缺陷：如果其中一個控制模塊損壞或某一段網線出現故障（開路）會導致整個網絡系統無法傳輸信息而癱瘓。在雪佛蘭科魯茲發動機電控系統中，發動機控制模塊K20正常工作與否受車身控制模塊K9控制，由高速GMLAN網絡示意圖可知，如果車身控制模塊K9、電子控制模塊、動力轉向控制模塊、自動變速器控制模塊或他們之間的網線故障均會影響發動機電控系統工作。

三、通用車系（雪佛蘭科魯茲）車載網絡系統（高速GMLAN）故障現象

對于通用車系（雪佛蘭科魯茲）車載網絡系統發生故障時，一般都有一些明顯的故障特征：其一，整個車載網絡不工作或多個控制單元ECU有故障，導致起動機不能運轉，進而影響發動機起動。其二，通過專用的故障診斷設備與個別或多個控制單元ECU通信，現象變現為無法與診斷設備連接通訊。

四、通用車系（雪佛蘭科魯茲）車載網絡系統故障的故障診斷與排除的方法

當人們通過上述故障現象初步判斷出是車載網絡故障引起發動機電控系統故障時，可以通過下面步驟作進一步判斷，并進行故障排除：第一，通過測量終端電阻的方法確定是否為車載網絡系統故障。由通用雪佛蘭科魯茲高速GMLAN網絡示意圖可知，網絡兩端的電子控制單元內，有終端電阻。通過發動機故障診斷接口的4和16號腳，可以測量終端電阻的阻值，正常應為60Ω左右；如果測出的阻值大于60歐姆（120歐姆左右），則可以確定為該網絡出現網線開路或者某電子控制單元損壞導致內部開路[1]。第二，通過專用的故障診斷設備讀取網絡上各發動機電子控制模塊數據確定故障范圍。由通用雪佛蘭科魯茲高速GMLAN網絡示意圖可知，如果讀不到某個控制單元的數據，則可以判斷該控制單元之前的控制單元及其網絡線有問題。舉個例子：如果通過專用的故障診斷設備不能讀取Q6控制電磁閥總成（自動變速器控制單元）的數據，則說明該控制單元之前的控制單元（包括車身控制模塊、電子制動控制模塊、動力轉向控制模塊）及其網絡線都可能有問題。通過再進一步讀取身控制模塊、電子制動控制模塊、動力轉向控制模塊的數據，這時，如果身控制模塊、電子制動控制模塊都可以讀到數據，則可以把故障范圍鎖定在動力轉向控制模塊及其網線上[2]。第三，通過萬用表測通斷、示波器讀取波形或更換控制單元的方法確定故障點。通過步驟2，人們可以把故障范圍縮小到某個控制單元及其網絡線，那到底是控制單元故障還是其網絡線故障，還需進一步判斷。一種方法是直接更換控制模塊，如果故障消除，則說明是控制模塊故障；另一種方法是通過萬用表測量或通過示波器讀取波形的方法來判斷網絡線是否正常，如果網線正常則是控制單元故障[3]。

五、結束語

總之，裝載有車載網絡的發動機電控系統的診斷是十分復雜的，需要人們在學習工作中不斷地總結經驗，這樣才能夠提高故障診斷效率，達到事半功倍的效果。

參考文獻：

[1]譚本忠.通用車系維修經驗集錦[M].北京：機械工業出版社出版.

篇3

為了在提高性能與控制線束數量之間尋求一種有效的解決途徑，在20世紀80年代初，出現了一種基于數據網絡的車內信息交互方式———車載網絡。

車載網絡采取基于串行數據總線體系結構，這是業界的共識。在各種串行數據總線中，最常見的是PC機上的串口UART，因此最早的車載網絡是在UART的基礎上建立的，如通用汽車的E&C、克萊斯勒的CCD、福特的ACP、豐田的BENA等車載網絡都是UART在汽車上的應用實例。UART在汽車上的成功應用，標志著汽車電器系統在融入汽車電子之后，再一次向汽車網絡化方向邁進。

由于汽車具有強大的產業背景，隨后車載網絡由借助通用微處理器/微控制器集成的通用串行數據總線，逐漸過渡到根據汽車具體情況，在微處理器/微控制器中定制專用串行數據總線，如CAN、LIN、Byteflight和FlexRay等都是為汽車定制的專用串行數據總線。20世紀90年代中期，美國汽車工程師協會(SAE)下屬的汽車網絡委員會，為了規范車載網絡的研究設計與生產應用，按網絡的傳輸速率將車用總線劃分為A、B、C三類。車載網絡的分類標志著業界已接納車載網絡這一全新的技術，并使其進入產業化階段。

現代車載網絡顯示了在現代汽車中從復雜的動力系統到簡單的座椅、車燈、車門控制，從集成了全球定位系統(GPS)的車載導航儀到單一的音響喇叭，處處可見網絡的蹤跡，網絡已成為各汽車電器/汽車電子之間的信息紐帶。

產業化進展迅速

網絡技術在汽車上的應用，不但增強了汽車的性能，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”，由于采用了汽車整體車載網絡技術，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”中，車載網絡將前照燈照明、前/后窗自動玻璃清洗控制、轉向燈控制、后風窗雨刮器、內部照明系統、單點觸電動窗自動升降、電子防盜系統通過網絡連為一體。

由于車載網絡不但增強了汽車性能，而且還降低了整車汽車電器/汽車電子系統的成本。為此收集了一些數據，希望從這些數據中能反映出車載網絡的發展過程和現狀。

近兩年在中國生產，價格在8萬元～20萬元之間，采用車載網絡的轎車、SUV情況。價格在20萬元以下的轎車屬于普及型轎車，但車載網絡卻在近兩年在中國生產的普及型轎車中占據了相當大的比重，說明車載網絡已在轎車中進入產業化階段，它不再是高檔轎車獨享的專用高級技術。說明CAN總線已成為普及型轎車車載網絡的主流。

在車載網絡的發展過程中，通信介質已日益引起關注，目前POF已得到大量應用。此前德國寶馬汽車公司宣布在2002年3月上市的最高級新款轎車“BMW7”系列中采用了50米POF。它表明大量采用POF車載網絡的汽車已經開始進入實用階段。

數據通信對速度的要求是永無止境的。在車載網絡的發展過程中，介質的通信速度是制約車載網絡應用和發展的一個重要因素。POF在汽車上的成功應用，不但推動了以Byteflight、FlexRay和MOST等現有的以POF為介質的高速車載網絡的產業化應用，而且為下一代車載網絡的發展創造了條件。隨著人類生活空間的拓展，IT融合于汽車之中是未來發展的必然趨勢，而作為IT裝置之間實施信息交互媒介的網絡，將會有更多類似于IEEE1394、Bluetooth等IT領域應用的網絡向汽車滲透。

中國機會

隨著中國經濟的高速發展，面對中國巨大的轎車市場，世界上各大汽車制造商紛紛與國內汽車制造廠合作生產轎車，并且所生產轎車的技術含量正逐漸與世界同步。據相關資料報道，近年來在國內生產的轎車中，汽車電子在汽車中所占的比例及其汽車電子的技術含量已超過世界轎車的平均水平。

目前國際汽車工業廣泛采用系統開發、項目平臺、全球采購、模塊化供貨等運作方式。最近上海、浙江、廣東已在不同程度上起動了汽車電子產業。政府的支持、市場的需求為中國汽車電子的發展提供了良好平臺。車載網絡是典型的實時嵌入式網絡系統，而中國擁有較多的嵌入式系統開發人員，提供了大量的人才儲備。這是中國汽車電子的發展機遇，也是具有自主知識產權車載網絡在中國的發展機遇。

在“十五”國家電動汽車重大科技專項支持下，由清華大學與北京客車廠等單位開發的燃料電池城市客車、天津清源電動車輛股份有限公司等單位合作研發的XL純電動轎車、由奇瑞汽車公司等合作單位研發的純電動轎車都采用了具有自主知識產權的車載網絡。目前中國科學院電工研究所汽車電子應用技術研究組在電動汽車重大科技專項支持下，專注于具有自主知識產權的車載網絡CAN總線塑膠光纖集線器的研發。賽弗CC6450BY采用了CAN總線標志著車載網絡在中國自有品牌汽車中的產業化進程開始了。

而車載網絡作為連接車內機械、電器和電子信息的紐帶，是整車的核心技術，而國內汽車工業的現狀將注定具有自主知識產權的車載網絡的大量運用還需要汽車企業和相關技術開發商付出大量的努力。

串行數據總線特點

在計算機技術中，數據總線分為并行數據總線和串行數據總線，串行數據總線是將數據按bit流的方式通過一根或多根通信介質實施信息交互的一種數據通信方式，它的特點是占用信道少、信息容量大。

日常生活中最常見的電視機紅外線遙控、以太網、ADSL、USB、RS232等都屬于串行數據總線范疇。它和電氣信號連接方式的本質區別是信息容量大。由于串行數據總線占用信道少，因此它是內嵌微處理器/微控制器智能零部件或設備與外界實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種串行數據總線。

·車載網絡的分類

車載網絡的分類有兩種方式：一種是基于傳統的SAE總線分類，另一種是新型專用總線。

傳統的SAE總線分類：A類面向傳感器/執行器控制的低速網絡，數據傳輸位速率通常只有1Kbps-10Kbps，主要應用于電動門窗、座椅調節、燈光照明等控制；B類面向獨立模塊間數據共享的中速網絡，位速率一般為10Kbps-100Kbps，主要應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，以減少冗余的傳感器和其他電子部件；C類面向高速、實時閉環控制的多路傳輸網，最高位速率可達1Mbps，主要用于懸架控制、牽引控制、先進發動機控制、ABS等系統，以簡化分布式控制和進一步減少車身線束。

篇4

關鍵詞：位置隱私；匿名空間；K匿名鏈；Chord；車載網絡

中圖分類號：TP393.08

文獻標志碼：A

0引言

車載網絡（Vehicular Network）指的是依賴于能夠靈活移動的載具而存在的移動自組織網絡（Ad Hoc Network），它創造性地將自組織網技術應用于車輛間通信，使司機能夠在超視距的范圍內獲得其他車輛的狀況信息（如車速、方向、位置、剎車板壓力等）、實時路況[1]及本地化的服務信息[2]。車載網絡的特點是網絡節點非常多，成員分布區域廣，流動性大，車載網絡的信息發送本質上是以廣播的形式發送，同時由于車輛網絡的相對局部性，車載網絡中網絡節點之間的建立的關系往往持續時間非常短，網絡拓撲變化非常快。基于以上特點，車載網絡非常容易受到安全攻擊，而且相對來說，車載網絡對網絡安全性攻擊是非常敏感的，車載網絡的安全性直接關系到車輛駕駛的交通安全性。所以在部署車載網絡的過程中，車載網絡的安全性必須得到充分的保障。

隨著車載網絡服務的不斷發展，在道路交通變得更加便利的同時，車載網絡中車輛隱私性保護問題越來越受到關注。如果允許第三人利用車載網絡收集車輛行駛信息，駕駛員的個人隱私必定會受到侵害。所以隱私性保護是車載網絡中非常重要的問題。對于隱私性保護在車載網絡中的研究，目前已經有很多研究方案：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]、假數據方案[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方案[8]等。其中，假名簽名方案已經得到一定范圍的認可，但大多數假名簽名方案都采用預置一定數量的假名，每個假名僅使用一段時間就更換，使用完后需要向證書授權機構（Certificate Authority， CA）請求一組新的假名，這在降低效率的同時大大增加了竊聽的概率；基于匿名鏈的位置隱私保護方案只是隱藏了身份信息和位置息的關聯關系，保留了精確的位置數據，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絡指的是狹義上的車載網絡，即完全由交通車輛形成的車載網絡。主要針對車載網絡中車輛間的網絡通信隱私性保護問題，提出一種新的K匿名鏈隱私保護機制，以增強車載網絡通信的隱私性及安全性。

為了解決車載網絡環境中的隱私性保護問題，徐建等[8]提出基于匿名鏈的位置隱私保護方法，但是這種方法只是隱藏了身份信息和位置信息的關聯關系，保留了精確的位置數據，無法滿足高匿名性的要求。為了解決這個問題，本文提出一種K匿名鏈機制，主要由兩部分組成：移動車輛和LBS服務器。移動車輛可分為發送者節點、轉發節點和接收者節點。發送者節點先構建K匿名空間，并將此匿名空間連同查詢信息一起發送到轉發節點上形成一條通向接收者匿名鏈，由接收者向LBS服務器[11]發起查詢，經LBS服務器處理得到的候選結果集直接發送給發送者，由移動車輛對候選結果進行求精。圖2表示K匿名鏈機制原理。

圖2中Chord環上的節點（AD1～AD6）稱為簇頭節點，其中AD2、AD6分別為AD1的后繼和前驅節點，S代表發送者節點，R代表接收者節點，整個Chord環就是由簇頭節點及其前驅或后繼節點構成。在上文中已經提及到，Chord環上的節點并不代表單一用戶，而是表示了一簇車輛，例如以AD2為簇頭節點的簇包含Node3、Node4、Node5三個簇成員。

以圖2為例，當發送者節點S提出查詢請求并要求k為4時，首先會通知本簇的簇頭節點AD1，之后AD1通知簇中成員Node1、Node2和S共同構建k=4的匿名集合，形成匿名空間；接下來AD1會在其后繼簇中隨機選擇n個簇，并向該n個簇的簇頭節點發送選擇節點信息。如圖2中以AD2、AD3為簇頭節點的簇為被選擇的后繼簇。簇頭節點AD2、AD3依據節點間的連通性分別從本簇中選擇若干個簇成員作為轉發節點，如圖2，發送者節點S會根據AD2返回的簇成員節點的信息計算其與簇成員節點間的連通性，從而可以選擇Node3作為S的下一個轉發節點。同樣，Node3會選擇Node4作為轉發節點，Node4選擇Node6作為轉發節點。之后通過簇頭節點將這些轉發節點的信息發送給AD1，AD1再將這些節點信息發送給S。S通過得到的轉發節點的地址信息以及公鑰對其進行反向加密，由S確定構建匿名鏈的順序，并且這個順序只有S知道，之后S根據這個順序對轉發節點的構建匿名鏈。匿名鏈構建完成后，AD1將K匿名空間及查詢請求一并發送到匿名鏈上進行轉發，最后由接收者R向LBS服務器發送請求。經處理過的查詢請求由LBS服務器直接發送給AD1，然后由AD1發送給S，由S自己對查詢結果進行求精。至此，整個K匿名鏈機制查詢過程完成。

值得說明的，是簇中成員節點的身份信息由簇頭節點來維護，并復制到所有的簇成員節點中，簇與簇之間通過簇頭獲知所有各個簇中成員節點的身份信息。為了加強系統的容錯性，簇頭節點由簇成員節點周期性地輪流承擔負載，當簇頭節點的負載達到一定的閾值就會引發簇頭節點的選舉，閾值由簇頭節點發送或接收到的信息數量來測量。同樣，操作的通信開銷也是通過傳播的信息量來測量[12]，其數量級為O（log N），其中N為移動節點的總數目。

3安全性分析

本文提出的K匿名鏈機制中的K匿名空間隱藏了發送者的真實位置，而匿名鏈則隱藏了車輛身份信息與位置信息的關聯關系。因此，攻擊者的目標是獲取發送者的真實的位置信息及其匿名鏈隱藏的關聯關系。

假設攻擊者是一個全局攻擊者，即攻擊者可以獲取LBS服務器數據，并且在移動節點內有同伙惡意節點。在一個包含n個車輛及c個惡意節點的網絡中，為了簡化討論本文只考慮一種靜態模型，即不考慮車輛的加入或者離開。在構造匿名鏈過程中，一些惡意節點可能被選為轉發節點，這些惡意節點可以根據匿名鏈中轉發節點的順序以及匿名鏈所允許的最大長度K值推測出攻擊者想要的信息。下面分別從發送者節點和接收者節點角度來分析K匿名鏈的安全性。

由以上分析可知，匿名鏈最大長度K取值越大，相應的j與x的取值范圍將增大，從而能夠分別提高發送者節點及接收者節點的匿名程度，增加了惡意節點的攻擊難度。從以上公式可看出，發送者節點的匿名程度明顯高于接收者節點的匿名程度。這主要是由于發送者節點在發送查詢請求前形成了K匿名空間，隱藏了發送者節點的真實位置。同樣，惡意節點的數量會導致匿名程度的變化。當匿名鏈最大長度一定時，惡意節點數量增加會導致發送者節點和接收者節點的匿名程度下降；反之，它們的匿名程度會提高。

4仿真實驗與分析

5結語

本文針對當前匿名鏈對移動車輛隱私性保護不足，提出了一種K匿名鏈機制。對發送連續位置查詢請求的車輛進行了K匿名保護，并通過轉發節點傳遞包含查詢節點在內的K匿名空間及其查詢請求構建匿名鏈。在保證查詢節點K匿名的條件下，隱藏了其身份信息與位置信息的關聯關系，從而提高了車載網絡中車輛的匿名強度。通過對仿真實驗結果的分析，在同等條件下，K匿名鏈機制的匿名效果要明顯好于匿名鏈的匿名效果，進一步完善了車載網絡的安全性。

參考文獻：

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關鍵詞：地鐵；無線視頻傳輸系統WLAN；AP天線

中圖分類號：TD65 文獻標識碼：A

1 研究背景

2006年6月，天津地鐵1號線正式開通試運營。2008年8月為配合北京奧運會的安全召開地鐵公司在車廂內加裝了相應的電視監視系統，但是根據實際需要，指揮行車的調度員無法在線實時觀看到列車內的圖像信息，在車廂內出現問題時無法第一時間掌握現場情況，這就迫切要求天津地鐵1號線采取無線視頻傳輸技術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 系統功能及軌旁AP布設策略

無線視頻傳輸系統即WLAN系統是實時傳輸系統作為傳輸網絡的延伸，為天津地鐵1號線提供地面與列車之間的通信，無線視頻傳輸系統車地無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的速率在列車和運營控制中心服務器間雙向傳輸視頻影像，同時保證車載AP同軌旁AP切換時做到“0”丟包。

目前基于WLAN在隧道內的覆蓋方式有兩種：一種是AP的信號通過漏纜進行傳輸，還有一種是AP信號通過天線進行無線傳播，本次研究的是采用信號通過天線進行無線傳播的方式。在沿軌道設置無線接入點（AP）、設置控制中心的無線控制器，以及車載的無線單元和天線。控制中心無線控制器通過傳輸網絡實現與軌道無線接入點相連，在列車上設置車載無線網橋，以達到在全線范圍內實時無縫的列車與地面間的圖像和數據傳遞，并實現快速切換。

在區間和站臺根據無線信號覆蓋的要求設置分布式數據接入交換單元，實現與車載數據控制單元之間的無線數據通信。各軌旁AP通過光纖收發器，以100M光纖與車站交換機相連接，經車站數據控制器對數據進行處理后，通過通信傳輸系統提供的通道與控制中心連接。

2.2 無線傳輸網絡結構

車地無線雙向數據傳輸網絡是整個寬帶傳輸網重要組成部分，無線雙向數據傳輸網絡采用AP架構組網方案，主要組成包括有無線管理交換機、無線管理工作站、鋪設在軌旁及車輛段的無線基站（AP）和天線、車載無線網橋及天線以及車載交換機等部分，方案符合WLAN 802.11a標準。無線雙向數據傳輸網絡中無線系統硬件包括有AP和無線管理交換機。無線管理交換機和AP之間不需直接互聯，可以透過IP網絡（可由交換機、路由器或其它網絡設備組成）互通。

軌旁AP在直線隧道一般每間隔200米布設一個，在彎道或地面根據實際情況采用每間隔50米、100米布設一個，AP采用定向天線，雙向無線雙向數據傳輸網絡的無線系統采用標準為802.11a。

2.3 車載局域網

車載局域網絡由車載無線單元、車載交換機組成，車載視頻控制器、車載監控設備等接入該網絡。車載無線單元提供移動列車與軌旁AP的實時無縫連接，用以實現車載視頻設備與控制中心和車站的連接。車載交換機采用工業交換機，實現各節車廂互聯，每趟列車車頭車尾分別設置無線網橋，同軌旁AP實現互相冗余的車地無線通信。

在地鐵列車車頭、車尾分別安裝一臺10端口工業以太網交換機，與車輛提供的以太網接口構成列車內小型局域網，為車載信息顯示及車載圖像監控提供傳輸通道。車載局域網采用鏈網結構，在車頭、車尾設置兩套獨立的無線接收裝置，保證在局域網發生斷點故障時順利切換。

3 技術難點分析

3.1 網絡鏈路分析

軌旁AP與車載AP之間無線使用 802.11a用于覆蓋列車運行沿線。12路1M監控流，從列車通過無線信號至分布式數據接入交換單元再經車站上傳至控制中心。同時無線傳輸網絡必須提供滿足系統功能需求，并留有需求帶寬25%以上的冗余量，根據以上帶寬計算分析，總帶寬需求為12Mbps+3Mbps=15Mbps，因此，車地無線雙向數據傳輸網必須提供15Mbps的有效帶寬。

3.2 越區切換要求

由于無線網絡承載的是視頻信號，視頻顯示不能出現明顯斷點、失幀、抖動、馬賽克等，故要求列車即使在高速運行下，也要保持無線鏈路不能中斷。當車載AP從一個軌旁AP的覆蓋范圍移動到下一個軌旁AP的覆蓋范圍時，將發生切換。小區之間的無線切換操作是自動的，并且對于列車操作來說是透明的。

通常802.11a的越區切換時間在500ms到2s之間（包括重新鑒權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，通信中斷）。為達到零切換時間，采用WLAN基于預測的切換技術（簡稱，WHFT）。WHFT算法與標準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彼此重疊足夠的區域，就能夠實現零切換時間。所有與切換有關的處理，在列車運行在相鄰AP重疊區域內都會完成，而重疊區域的大小應該按照列車全速運行來設計，最快切換時延可以小于5ms，可以做到“0”丟包切換。

3.3 無線網絡抗干擾能力分析

由于無線信號在傳播過程中會存在多個通過不同路徑到達接收點的信號分量，使得到達接收點的信號分量在相位和幅度上發生了變化。當所有在接收點的信號分量疊加后，合成信號的幅度就會減小或增加，同時導致嚴重的符號間干擾，其結果是產生多徑衰落，造成通信的不穩定。而地鐵沿線很容易產生多徑信道。IEEE 802.11a要求采用正交頻分復用（OFDM）的技術，將高速數據流分配到數十個相互正交的子載波上，而在每個子載波上是窄帶調制，使得信號傳輸對于多徑效應具有選擇性衰落。其次，在高速移動環境中，由于發送機與接收機之間的相對運動，會導致接收信號的頻率偏移，出現誤碼。根據理論計算，2.4GHz的802.11a應用頻段所引起的頻偏在±250Hz以內，這就要求提供的系統頻率容量達到±1kHz即可正常使用。

結語

通過在地鐵隧道內設置AP天線，在列車內設置相應的交換設備，可以構建成天津地鐵1號線無線視頻傳輸系統，實現系統的可用性。對于需要傳輸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用，確保系統的可靠性。

參考文獻

篇6

2車載網絡系統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電壓、各接頭之間的連接情況、相關的保險絲以及發動機與車身的搭鐵情況等。2）連接專用診斷儀，與出現故障的各電控系統進行通訊，并讀取故障碼。3）如有故障碼，按故障碼提示進行檢查。在CAN系統故障碼與其它故障碼同時出現時，應優先對CAN系統進行故障診斷。如故障診斷設備它具有對控制單元ECU進行CAN系統的故障診斷和支持監視器功能，通過診斷設備的這個功能可以用來幫助判斷故障位置。4）檢查控制模塊的電源供應及搭鐵回路是否良好。5）檢查CANBUS數據總線的兩根線路是否良好，最好用多通道示波器對其進行波形檢測，如不正常再用萬用表進行檢查是否斷路、短路。6）拔下控制模塊線束接頭，對控制模塊CANBUS數據總線接口兩端的數據傳遞終端電阻進行檢測，如不符要求，則控制模塊內部不良。7）在拔下控制模塊線束接頭，檢查CANBUS數據總線接口的接觸情況，并使該控制模塊不接入車內網絡系統的情況下，觀察故障現象的變化，如故障消失，則控制模塊硬件損壞或內部軟件故障如未進行相應編程、設定等。8）先對該控制模塊進行重新設定，如故障不能消失，則更換新模塊再視情進行重新編程設定。

3車內局域網系統故障診斷、排除的相關要點

1）熟悉每個類型的汽車網絡系統的特點。車載網絡采用的大多是局域網（局域網是指在一個特定的局部單位內連接的網絡），其可用的傳輸介質主要有同軸電纜、雙絞線、光纖電纜和無線電。在汽車上會同時有多個局域網絡存在，通過利用網關將這些局域網連接起來從而形成互聯網絡。因此網關是用來連接不同類型的網絡從而能實現不同類型網絡之間協議相互轉換的設備。根據網絡結構，車載網絡分星型網、總線網、環型網。星型網絡是以一臺中央處理器為中心，中央處理器與每臺入網機器有一個物理連接鏈。星型網絡又有用普通導線傳輸數據的普通星型網絡和用光纖傳輸數據的光學星型網絡，但都只能在一個部件或總成上使用。如寶馬7系列轎車被動安全系統的Byteflignt就采用光學星型網絡（參見后述故障實例中的介紹）。環型網絡是指控制單元通過網絡部件連到一個環行物理鏈路中，其優點是信息在網絡中傳輸實時性好、傳輸數據量大及抗干擾能力強，每個節點只與其他2個節點有物理連接；缺點是一個節點故障可能影響整個網絡，可靠性較差，網絡擴充時要調整對整個網絡重新排序，在增加功能時需添加控制單元，相對比較復雜。總線型網絡由總線連接入網控制單元，可以使用同軸電纜、雙絞線、光纖電纜作為網線，以雙絞線最為常見。車載局域網的應用非常多，如可以應用在動力控制系統、車身系統、安全系統、信息系統，它們可以是采用不同的網絡結構、不同的傳輸介質、不同的傳輸協議的各自獨立的網絡；也可以設置網關，將它們連接為一體形成車載網絡系統。網關主要功能是從一個局域網絡讀取所接收的信息，并翻譯信息，向其它局域網絡發送信息。車載網絡系統是一個比較復雜的系統，所以維修時，我們要通過對汽車車載網絡之間的關系結構的熟悉，如果能偶將其網絡結構的基本框圖會出來時最好的。

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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：S611文獻標識碼：A 文章編號：

1、 需求及現狀分析 近年來政府各部門，軍隊，武警，公安，石油石化、煤炭等行業都高度重視應急指揮能力的建設，車載移動應急指揮平臺作為固定指揮所功能的延伸與完善具有機動性高、生存能力強、部署方便迅速、功能強大等特點，在各類突發事件的應急指揮中扮演著越來越重要的角色。一個現代化的車載移動應急指揮平臺不僅是一個指揮調度中心，而且是一個計算機網絡中心、通訊中心、監控中心、數據中心、信息制作中心。車載移動應急指揮平臺可以說是系統內各類信息的綜合應用點，包括數據庫的集成應用、各部門數據的綜合應用、實時監控數據及圖像的顯示、指揮決策系統的結果輸出及（包括使用通訊工具調度指令）等。

由于車載移動應急指揮平臺系統組成復雜、設備種類繁多、通訊手段多樣（幾乎涉及到通訊的全領域）、電磁環境復雜、設備密度大、系統間抗干擾要求高。目前不少此類系統平臺存在以下問題：1、整體規劃設計不當，造成布局不合理，使用操作不便；2、在整車選型時沒有考慮車輛動力與配載配重問題，造成整車超重或者車后部過重，影響車輛駕駛的操控性和機動性和平穩性3、設備性能搭配不合理，綜合布線不規范，造成整個系統效率低下4、沒考慮到在設備密度大、電子環境復雜的情況下各子系統間相互干擾的問題造成各子系統運行不穩定，抗干擾性能低下

2、系統要求 車載移動應急指揮平臺應能實現一旦發生緊急事件，可迅速部署到突發事件現場的二級安全區域，短時間內實現衛星、移動3G等的無線網絡接入，在指揮車內就可以對突發事件現場進行視頻和數據的實時監控，及時掌握現場狀況，可現場通過無線數據語音直接指揮，并可以把現場的圖像及數據同步回傳到后方總部，與總部進行電話、傳真及視頻會議等形式的溝通。具體歸納為以下功能：

a、通過車載或便攜無線自組網系統或衛星系統、移動3G系統實現與突發事件現場的網絡連接，以及與現場各類技術人員的無線通話；提供與突發事件現場的網絡和電話接入功能

b、提供突發事件現場的實時視頻監控；

c、提供突發事件現場的實時采集數據；

d、通過衛星等技術手段實現車載移動應急指揮平臺與后方總部的電話、傳真、視頻對話功能；

e、現場落實應急預案；

f、能夠獨立提供動力和電源，具備一定的野外生存能力

3、系統設計及產品選型原則 車載移動應急指揮平臺一般由衛星通信、短波通信、超短波通信、微波通信、現場音視頻圖像采集、綜合指揮調度、無線寬帶網絡、集中控制、裝載車輛以及安全保障等子系統組成。

在整個車載移動應急指揮平臺的設計一般都是根據國家和相關行業的技術規范以及用戶的具體需求進行整體設計和載車改造的，系統的實際使用效果很大程度上取決于最初的規劃設計和產品的選擇。由于應急指揮有其特殊性，在設計及產品選型中要注意以下要點

a、整個系統要能夠統一組網，兼容互聯。在設計選型是要考慮到各個子系統相互之間，各子系統與現場設備之間能夠實現同一組網，兼容互聯的能力。實現各個子系統之間，子系統與現場之間功能相互兼容不沖突，充分發揮整個系統的效能。

b、要有極高的可靠性。要考慮到車載使用環境（震動、溫度、濕度、空間、重量）對產 品選型的限制，在整體設計時考慮系統穩定性、產品電源適應性、減震、散熱、輕量化、隔音隔熱、防濕熱、防霉菌、防煙霧。選擇經過大量實際應用檢驗過的，性能不斷改進后的，適應車載及野外使用且低能耗的產品。

c、要有極高的安全性。設計時要充分考慮車體物理安全（防雷、漏電和過壓保護、抗砸，防水等）、網絡通信安全、信息安全、設備及人身安全。

d、要有極高的電磁兼容性車載移動應急指揮平臺具有設備繁雜、連接復雜、工作頻率覆蓋寬、型號形式多、結構空間小的特點。要做到：

1）對電臺等通信設備要采用屏蔽性能優良的接插件和屏蔽電纜；

2）電源線和信號線分開布線，信號線按高低頻分離的方法實現三線分離；

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

4）車載發電機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，根據設備不同工作頻率，按照模擬、數字、射頻不同區域安裝的方式，合理布局設備與器件的安裝；

e、要有極好的可維修性 設備和系統部署要便于維修維護，部件要具備標準化可互換性，主要設備和系統要具有自檢和預警功能。

f、要具備良好的保障性設計 可迅速的開設、開通、撤收及轉移。

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中圖分類號：TP315 文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2012）08-0139-02

0引言

傳統的車載監控終端普遍通過SMS短信息業務向監控中心傳送數據，通信很頻繁，幾秒鐘一次，費用很高。另外，短信利用信道命令時隙來傳送，沒有專門的數據通道，所以在命令時隙繁忙的時候很可能出現信息延時或丟失的情況，無法實現實時監控。為了解決這一問題，引入了GPRS技術，GPRS技術具有按流量計費、永遠在線、接入迅速、實時數據傳輸等特點，而且傳輸速度達到了115kb/s，遠遠超過了GSM網絡的9.6kb/s，其高效的傳輸速率為以后的功能擴展提供了有利條件，如音頻傳輸，視頻監控等功能。

1車輛監控系統工作原理及流程

首先，車載終端設備上的GPS衛星數據采集模塊采集到GPS定位數據，數據拆包后得到車輛的坐標位置、時間等有效信息，該信息被重新封裝后，由GPRS無線通信模塊發送到GPRS無線通信網上。GPRS網絡根據相應的協議在車載終端和和監控中心之間建立一條數據通路。監控中心通過GIS數據庫和WebGTS技術把傳送來的車輛位置信息顯示在電子地圖上。同時，監控終端可以通過該數據通路向車載終端發送控制指令和調度信息。

2基于GPRS的通信平臺的設計與研究

2.1 車載監控終端的結構設計與工作流程車載監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模塊接收衛星發送的導航電文，得出當前車輛的經緯度、速度及GPS衛星時間等信息。中央處理單元將這些的信息和車輛狀態信息一起封裝，再通過GPRS模塊傳送到GPRS網絡，最后傳送到監控中心。另外，GPRS模塊也可以通過GPRS網絡接收來自監控中心的調度信息和控制命令。

2.2 車載監控終端GPRS通信鏈路的建立

2.2.1 GPRS系統工作原理GPRS是在GSM基礎上發展而來的，它采用分組交換技術，能兼容GSM網絡并能更加有效的在網絡上高速傳輸數據和信令。

GPRS在工作時，通過對路由的管理來進行尋址及建立數據連接，這里主要涉及到發送數據的路由建立。車載終端產生的數據單元（PDU）經過SNDC處理，生產SNDC數據單元，再經過LLC層生產LLC幀，然后發送到GSM網絡中該車載終端所在的SGSN，SGSN再把數據傳送到GGSN，GGSN把數據解封，轉換格式，最后傳送到監控中心。

2.2.2 建立GPRS通信鏈路該設計使用的GPRS無線通信模塊是西門子MC 35 GPRS MODEM，通過串口與中央處理單元進行連接。它們之間的通信協議是AT指令集。

硬件之間通過串口進行通訊，串口驅動層主要實現打開、關閉、讀、寫操作。對串口的讀寫如下：

讀串口：

int ReadComm(void* pData, int nLength)

{

DWORD dwNumRead; // 串口收到的數據長度

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

return (int)dwNumRead;

}

寫串口：

int WriteComm(void* pData, int nLength)

{

DWORD dwNumWrite; // 串口發出的數據長度

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

return (int)dwNumWrite;

}

然后在串口函數的基礎上編寫GPRS模塊驅動函數。微控制器通過串口控制GPRS模塊，進行設置等操作。通過微控制器發送AT指令給GPRS模塊，檢測設備是否正常，并且對GPRS設備進行初始化。

檢查設備是否正常代碼：

??????

WriteComm("AT\r", 3);

ReadComm(ans, 128);//ans為數組名

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

return FALSE;

??????

設置PDU模式：

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

ReadComm(ans, 128);

PPP協議的實現。GGSN與GPRS模塊之間的通信遵守PPP協議。其過程遵守LCP（Link Control Protocol）、PAP（Password Authentication Protocol）、IPCP（Internet Protocol Control Protocol）等協議。其中LCP協議用于建立、構造、測試鏈路的連接。PAP協議處理密碼驗證。IPCP協議用于設置網絡協議環境，并分配IP地址。一旦協商完成，鏈路就已經創建。登錄GGSN并傳輸數據。GPRS模塊用AT指令通信。

實現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網絡后，才能使用GPRS的相關服務。

AT+CGDCONT=1， “IP”， “CMNET”，GPRS模塊開通TCP/IP服務；反饋OK。1是標識符，IP表明GPRS模塊和網絡之間的數據是以IP包的形式進行的。CMNET是中國移動的網絡接入點。

AT+CGQREQ，協商Qos服務質量，可以根據實際需要進行設置。

ATD*9***1#，通過AT指令進行撥號，若返回CONNECT，則進入數據傳輸模式，這時數據是以PPP幀的格式進行傳輸的，GPRS模塊也應該以PPP幀格式進行回答。然后就進入PPP協商會話階段，當成功協商后，將會動態分配到一個固定虛擬IP地址。然后通過GPRS網關支持節點（GGSN）就可以連接到網絡上了。

3監控中心的通信服務器的設計與實現

3.1通信服務器的設計監控中心是通信平臺的核心，通信服務器負責上傳接收到的車輛終端GPS數據和的下達指令。在GPRS通信網絡上，通信服務器采用TCP/IP協議和車載終端進行連接。TCP是面向連接的通信協議，通信雙方以全雙工方式進行數據傳輸，提高了通信效率。TCP采用超時重傳和捎帶確認機制，適用于對安全性，可靠性較高的數據進行傳輸。

通信服務器主要完成三項工作。與車載終端通信，收發無線數據信息；加密發往車載終端和解密發往監控終端的數據幀和通信協議的轉換；修改數據庫。因此通信服務器主要有兩個功能，數據處理和網絡傳輸。

3.2 服務器端GPRS通信協議GPRS通信協議的格式如表1所示。其中信息內容包括：車輛的經度、維度、GPS時間、車輛狀態等信息。

4通信性能與分析

通過實際測試，驗證了數據傳輸的實時性和成功率。數據傳輸有一定時延，時延包括GPS信號在GPRS模塊中的處理時間，GPRS數據包在網絡中的傳輸時間，接收端處理時間三部分。當車載終端在盲區時或信息繁忙時可能出現信息丟失或延時。實驗時隨機取點500個，通信時延和成功率如表2所示。實驗表明成功率達到了98.8%。

5結語

經過實驗數據分析，該車載監控終端的GPRS數據傳輸穩定性可靠，實時性好。該平臺具有覆蓋范圍廣，操作簡單，通信費用低，傳輸速度快等優點，達到了預期的結果。該車載監控終端可廣泛應用與物流，銀行運鈔車，出租汽車等領域。

參考文獻：

[1]高旭巍,吳振宇.采用GPRS技術的車載衛星定位系統.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境下，更易發生事故導致財產損失及人身傷害。事故發生典型場景有：1.直線行駛車輛與側方駛離停車位/社區出入口車輛、側方停靠車門突然開啟車輛發生碰撞；2.直線行駛車輛與側方并線車輛、前方逆轉方向車輛發生碰撞。安全輔助系統可實現上述場景中車輛行車狀態自動識別與信息互動警示，減免意外事故發生。

一、系統方案設計

系統由車載終端、參考節點、協調器節點和數據服務器構成。車載終端負責收集/處理車輛行車狀態信息，作為網絡移動節點對車輛進行跟蹤定位輔助；參考節點位于區域固定位置，起網絡定位參考作用；協調器節點建立網絡，負責處理節點位置信息并將信息傳輸至數據服務器；數據服務器可接入互聯網，實現計算機終端對網絡的遠程訪問與控制。系統無線通信采用ZigBee網型拓撲網絡，置于道路側的協調器節點為網絡核心，主導無線網絡的建立與配置管理。協調器節點與車載終端、參考節點采用自組織方式組建無線通信網絡。

主要功能原理如下：車輛啟動后車載終端開始工作，并通過總線系統收集車輛車速/輪速/轉向燈開關/倒車開關/車門開關等信號以及GPS系統定位信息，經過微處理器計算車輛行駛狀態與位置信息。車載終端搜索并加入附近區域協調器節點建立的網絡，借助參考節點輔助定位，通過網絡向區域內其他車輛發送本車行駛狀態與位置信息。其他車輛終端微處理器分析獲取信息，識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建議駕駛操作。

二、系統硬件設計

1.車載終端設計：系統需滿足大量實時數據收發與低功耗要求，同時為實現硬件平臺功能可擴展性，設計采用MCU模塊+HMI模塊方案。MCU模塊負責車輛狀態信息采集與處理、數據無線通信等；HMI模塊負責人機交互功能例如語音播報等。模塊間通過RS485總線連接。

MCU模塊采用LPC2366微處理器與CC2431射頻芯片構建硬件平臺，結構如圖1所示。MCU模塊由負責數據采集與處理的CPU模塊、存儲數據的儲存模塊、采集車輛狀態參數的CAN總線接口模塊、負責數據收發的射頻模塊和電源管理模塊組成，射頻模塊與CPU模塊是系統核心。CPU模塊自動采集CAN總線接口模塊傳來信號，經調制電路由CPU處理，處理與分析結果通過ZigBee網絡傳輸。LPC2366集成CAN控制器與CAN電平轉換芯片TJA1040T相連，接收車輛狀態參數。TJA1040T是NXP公司推出的用于汽車電子的高性能CAN收發器。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現無線信號收發，利用內置定位引擎基于RSSI技術，根據接收信號強度與已知網絡參考節點位置計算車輛終端位置，實現車輛定位信息的多路輸入輔助。CPU模塊設計有RS232接口可用于連接獨立GPS模塊，GPS模塊采用聯發科技GS-92m，擁有SIRF3電路，具有20個衛星信號通道，熱啟動模式平均定位時間為1s，具有搜星快速、接收能力強等特點。數據采集模塊包含4路模擬量采集通道與8路開關量采集通道，用于擴展終端系統實用性。

2.協調器/參考節點設計：節點采用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。電源模塊用于為協調器節點的其它功能模塊供電，保證節點正常運行。RF模塊用于數據的無線收發與傳送。協調器晶振模塊是兩個不同頻率晶振，用于無線收發數據和休眠狀態。

3.數據服務器設計：數據服務器與網絡通過以太網接口連接，采用RTL8019AS網絡芯片，實現遠程數據傳輸。服務器采用三星S3C44BO芯片，芯片規格為16/32Bit RISC。內部集成USB設備端與主機端，可提供點對點連接，USB接口芯片采用ISP1161。

三、系統軟件設計

1.車載終端軟件設計：車載終端上電硬件初始化，CPU模塊通過SPI接口發送初始化指令，使CC2431進入工作狀態，搜索其通信范圍內是否存在網絡并申請入網。終端成功入網后等待輪詢信息并發送應答信息到協調器。LPC2366完成初始化后對采集到的CAN總線的數據以及開關量或模擬量進行解析，數據依次進行協議封裝，并將分析結果實時通過CC2431傳送至協調器節點。

2、參考節點軟件設計：參考節點上電初始化，申請加入網絡。搜索信號，接收并判斷數據是否發給自身，是則從數據包中提取RSSI值，不是則丟棄。接收某一車載終端節點數據達到10次時計算平均值。將平均值運用定位算法計算出本節點與該車載終端節點間的距離。將自身坐標信息和移動節點與本節點間的距離值發送給協調器和該車載終端節點。

3.協調器節點的軟件設計：協調器節點負責無線網絡建立、網絡參數設定、網絡信息管理與維護等功能。協調器節點上電完成協調器硬件和協議棧的初始化后，開始進行信道能量檢測與信道掃描。選擇空閑信道中能量最強的作為所建立的無線網絡的信道，從而建立無線網絡并生成無線網絡編號PAN ID和配置無線網絡參數。建立ZigBee無線網絡成功后，協調器節點進入監聽狀態，如有子節點申請入網，則允許子節點加入并為其分配無線網絡地址，建立綁定文件。

四、總結

本文介紹一種車輛安全輔助系統，車輛間以ZigBee模塊為基礎，實現車輛實時行車狀態信息的無線發送，在局部區域內完成車車通信，預先提醒駕駛員附近車輛行車狀況并適時調整駕駛操作以避免安全風險。系統通信采用網狀網絡拓撲，具有可靠性強、組網靈活性高、自愈能力強等優點，適用于網域內動態移動變化的節點間通信與監測應用。

參考文獻

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

篇10

中圖分類號：U285，TN91 文獻標識碼：A 文章編號：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、汽車智能網聯化的發展、用戶對汽車娛樂系統功能需求的提高，使得汽車上有大量的數據需要傳輸，采用傳統的汽車網絡架構方案已不能滿足需求。

1 汽車網絡介紹

汽車網絡，是指將汽車上的所有電子傳感器、電子執行器、電子控制單元（ECU）連接在一起的通信形式。汽車功能簡單、每輛汽車上ECU數量少的情況下，可通過點對點通訊。隨著汽車功能的增多，汽車上傳感器、執行器、ECU數量增多，點對點通信已不滿足需求。1991年，第一輛取代點對點通信，通過CAN總線傳輸的車載網絡在奔馳S級汽車上誕生。經過二十多年的發展，幾乎每輛汽車上都裝配有車載總線網絡，車載總線網絡以CAN、LIN總線網絡為主，部分高端汽車搭載MOST、FlexRay總線等。

2 傳統汽車網絡架構

2.1 傳統汽車網絡總線類型

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、可靠的錯誤檢測和處理機制、基于仲裁式發送方式、最大傳輸8Byte數據等特點，可應用于車身電子部件控制、發動機控制、底盤電子控制等。

CAN FD（CAN with Flexible Data rate）是CAN的升級，CAN FD總線彌補了CAN總線帶寬的制約缺陷。CAN FD數據場部分最大傳輸速率5Mbps，最大數據長度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合，如電動門窗、座椅調節、電動天窗、電動雨刮、部分傳感器信號采集等，使用更低成本的LIN總線是對CAN總線通信的一種補充。

FlexRay起源于“X-By-Wire”的一種基于“時間觸發”協議的高性能、高可靠性實時總線。FlexRay報文最大可傳254Byte數據，可以在精確的時間內（可達1us）發送至目標地址。FlexRay總線傳輸速率可達10M，主要應用于對安全實時性要求較高的線控轉向、線控剎車等系統。

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

2.2 傳統汽車網絡架構類型

傳統汽車網絡架構以CAN總線為主， LIN總線為輔，如圖1，典型雙CAN網段汽車網絡架構，分車身CAN（B-CAN）和動力底盤CAN（P-CAN），B-CAN和P-CAN通過網關進行數據交互，B-CAN選用LIN網絡作為輔助網絡。

部分汽車動力底盤系統網絡選用FlexRay總線，娛樂系統網絡選用MOST總線。如圖2，車輛主網絡架構分為車身CAN（B-CAN）、動力底盤CAN（P-CAN）和一路MOST總線，P-CAN、B-CAN和MOST網段通過網關進行數據交互。MOST總線實現娛樂系統數據傳輸，FlexRay總線作為動力底盤CAN的補充，實現線控轉向控制功能。

3 智能網聯汽車網絡架構

3.1 智能網聯汽車的特點

智能網聯汽車的特點是智能化和網聯化。智能網聯汽車的目地是增強乘員的舒適性、優化乘員的安全性、提供最現代的信息娛樂服務及更便利的汽車服務。

智能化，分為：對外界環境感知的智能化（含行人監測、路標監測、前方車輛碰撞預警等）、對駕駛員狀態感知智能化（駕駛疲勞監測等）、車輛控制的智能化（自適應巡航、自動泊車）、娛樂信息系統的智能化、汽車軟件升級智能化等。感知智能化意味著車輛上配備更多智能化的探測設備，如：高清攝像頭、毫米波雷達、激光雷達。車輛控制智能化意味著車輛有大量的控制相關的精準數據需要交互。娛樂信息系統智能化意味著車輛上有更多高清音視頻數據。

網聯化即車聯網：可通過網聯化實現智能交通、大數據、云等。網聯化意味著將汽車眾多的車輛行駛狀態數據、車輛故障數據、車輛采集的外界環境感知數據通過無線網絡傳輸給外界媒體或云端。3GPP會議上定義的5G三大場景：eMBB（3D/超高清視頻等大流量移動寬帶業務），mMTC（大規模物聯網業務） 和 URLLC（無人駕駛、工業自動化等需要低時延高可靠連接的業務）。以及工信部[2016]450號文件《關于同意車載信息服務產業應用聯盟開展智能交通無線電技術頻率研究批復》，中國將5905-5925MHz作為LTE-V2X的研究實驗工作頻段。意味著汽車的網聯之路是必然趨勢。

3.2 智能網聯汽車對傳統汽車網絡架構的挑戰

汽車的智能網聯化意味著車輛上有高于傳統汽車百倍、千倍、萬倍的數據需要傳輸，需要更高帶寬的車載網絡來適應大數據傳輸。傳統的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10Mbps，但價格昂貴，除了奧迪、寶馬，多數汽車廠商未使用；MOST總線采用價格昂貴的光纖，僅寶馬等少數車廠應用。急需一種廉價、可靠、高帶寬的車載網絡，解決大數據傳輸問題。

3.3 應用于智能網聯汽車的新型總線以太網

引進并改進成熟民用以太網，承擔汽車大數據傳輸，成為必然趨勢。如圖4，未來智能網聯汽車的網絡架構將以以太網作為主網絡，娛樂系統和輔助駕駛系統選用以太網充當子網絡，兼容傳統動力底盤系統CAN（P-CAN）及車身舒適系統CAN（B-CAN）子網絡。輔助駕駛系統選用以太網傳輸高清攝像頭、高精度雷達的大數據，娛樂系統選用以太網傳輸音視頻影音數據。車輛的相關數據（車輛狀態數據、道路環境高清視頻數據、雷達數據）可通過Telematics模塊或V2X（Car2X）方式等傳輸到外界云端、基站、數據控制中心等。車輛的娛樂系統控制器可通過Wi-Fi、藍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 基于以太網的汽車網絡架構應用發展過程

以太網在汽車網絡架構上的引進是一個由點到面發展的過程，可分兩代進行發展。

第一代智能網聯汽車網絡架構如圖5所示，在輔助駕駛系統和娛樂系統中引進汽車以太網，應用以太網傳輸高清攝像頭、雷達、音視頻數據，動力底盤系統和車身系統使用傳統CAN、CAN-FD進行數據交互。使用中央網關進行輔助駕駛、娛樂系統、動力底盤系統、車身系統間數據交互，中央網關兼有CAN、CAN-FD、Ethernet數據轉換功能。Telematics模塊布置在娛樂系統域，具有4G、5G網絡收發功能，可通過Telematics模塊下載或上傳車載數據。用于實現智能交通功能的V2X模塊布置在PTCAN，V2X模塊可通過LTE-V2X網絡接收基站或其它車輛發生的DSRC或ITS數據。

第二代智能網聯汽車網絡架構如圖6所示，在第一代智能網聯汽車網絡架構基礎上引入動力底盤域網關、車身域網關。動力底盤系統和車身系統通過動力底盤域網關、車身域網關實現和其它網段、域之間的數據交互，域網關兼有CAN、CAN-FD、Ethernet數據轉換功能。中央網關僅需支持Ethernet數據交互功能即可。

3.5 汽車以太網傳輸協議

智能網聯汽車網絡架構對以太網的應用主要在三方面：主網絡、輔助駕駛、娛樂系統。其中輔助駕駛和娛樂系統主要傳輸AV數據（Audio Video數據），主網絡主要傳輸各域、各網段間交互的汽車數據。按照OSI參考模型，結合汽車應用特性，智能網聯汽車以太網應用到的協議標準如下，如圖7所示：

輔助駕駛、娛樂系統傳輸AV數據，數據間需要同步，選用汽車AVB（Audio Video Broadcasting）協議模型，兩層以太網協議模型（主要包括Layer1、Layer2）。其中Layer1物理層選用百兆快速以太網，應用BroadRCReach技術采用一對5類非屏蔽雙絞線。layer2數據鏈路層選用AVB特有的IEEE1722、IEEE802.1Qav、IEEE802.1Qat、IEEE802.1AS協議。802.1Qat流預留協議，解決網絡中A/V實時流量與普通異步TCP流量之間的競爭問題。IEEE802.1Qav隊列及轉發協議，確保傳統的異步以太網數據流量不會干擾到實時音視頻流。IEEE1722，音視頻傳輸協議，定義了局域網內提供實時音視頻流服務所需的二層包格式，A/V流的建立、控制及關閉協議等。對應于OSI參考模型的3-7層，用于放置A/V音視頻流數據，即IEEE1722數據流中的數據內容。IEEE802.1AS，高精度的時鐘同步協議，實現A/V音視頻流間的時鐘同步[2，3，4]。

主網絡，傳輸各域、各網段間交互的車輛狀態數據。選用七層以太網模型，其中Layer1物理層選用百兆快速以太網，應用BroadRCReach技g采用一對5類非屏蔽雙絞線。layer2數據鏈路層應用通用IEEE802.3協議。Layer3-7不僅應用TCP/IP協議簇中的IPv4、UDP、TCP、ARP、ICPM，還增加了汽車特有的DoIP、SOME/IP、DHCP、UDS、XCP協議。其中DoIP實現以太網協議的診斷通訊，SOME/IP實現基于以太網協議的動態處理及軟件架構，DHCP協議實現動態主機IP分配，UDS實現汽車診斷功能，XCP完成基于以太網的標定功能。

3.6 新型汽網絡架構所面臨的挑戰

新型汽車網絡架構在滿足大數據傳輸需要的同時，使越來越多的汽車電子部件暴露在外。更廣闊的外延帶來更好的應用和體驗，也帶來了更多的攻擊入口。如何進行系統綜合防護及防護功能的劃分，成為汽車網絡未來需要解決的問題。建立建全智能網聯汽車信息安全管理需求，制定智能網聯汽車信息安全技術標準和信息安全測試規范，建立智能網聯汽車信息安全應急響應體系，成為未來智能網絡汽車需要長遠解決的問題，需要政府、企業都要積極應對的一場曠日持久戰。

未來更高清視頻數據的傳輸，需要采用千兆及千兆以上以太網傳輸，千兆以太網對汽車電磁兼容性問題是未來汽車技術需要解決的。

4 結語

智能網聯汽車網絡未來會迎來眾多挑戰，但任何問題和困難都阻擋不了汽車科技的進步與技術的發展。相反，挑戰會促進汽車技術的進步、汽車安全法規的完善，給用戶一個更舒適、更先進的駕車體驗和乘車感知。

參考文獻：

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