車載網絡的特點范文

導語：如何才能寫好一篇車載網絡的特點，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：車載電子處理單元（EPU） CAN網絡 EtherCAT網絡 擴展功能模塊

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

[1] 郇極，劉艷強.工業以太網現場總線EtherCAT驅動程序設計及應用[M].北京：北京航空航天大學出版社，2007，29（11）：79-82.

篇2

針對車載網絡通信中存在車輛隱私性保護問題，提出一個K匿名鏈隱私保護機制。在查詢節點處構建k匿名空間，并將包含此k個車輛的最小邊界矩陣作為位置數據進行轉發，轉發過程中構造一條匿名鏈來混淆身份信息與位置信息的一一對應關系，從而大大降低被攻擊成功的概率。通過對該機制安全性及仿真實驗結果的分析，該機制能很好地保護車載網絡中車輛的位置隱私，提高了車載網絡通信的安全性及隱私性。

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?？??；谝陨咸攸c，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：

[1]常促宇，向勇，史美林.車載自組網的現狀與發展[J].通信學報，2007，28（11）：116-126.

篇3

關鍵詞：車載、移動應急指揮、功能要求、系統設計技術要點

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。

g、要有充分的車輛平衡性設計 為了保證行車安全，必須嚴格控制載車平臺的最大總質量、質心高度及前后橋、左右輪的負載均衡。

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關鍵詞：智能網聯汽車；網絡架構；以太網

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.

[2]IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks-Time-Sensitive Application in Bridged Local Area Networks. IEEE802.1AS.2011.

篇5

【關鍵詞】移動式 圖像 傳輸 防汛搶險 應用

1 前言

通信技術的飛速發展，為社會各個行業提供了前所未有的通信保障方案，解決了先前難以處理的問題。例如個人移動通信業務，從單方接收數據的傳呼發展到了如今的雙方、甚至多方的視頻語音通話，短短十余年的發展，已經深刻改變了人們的生活和行為方式。另一方面，社會各領域也對通信技術提出了更高的要求。在治河實踐中，通信保障日益重要，信息化程度的高低已經成為衡量黃河治理開發和管理現代化水平的重要標志。當下我們不僅要求日常工作的語音、辦公自動化網絡業務，而且要求在現有網絡基礎上實現視頻會議、遠程會商等業務功能。事業的需求和技術的進步互相促進，將黃河治理與開發事業推向了一個新的高度。

山東黃河通信網經過幾十年的建設，有了長足的發展，基本建成了寬帶網絡干支線、語音平臺、視訊平臺等功能較完備的寬帶通信網絡，為目前黃河防汛指揮、調度及日常工作提供了重要的信息通信保障，基本滿足了山東治黃事業對信息傳輸“通達性、正確性、安全性、實時性”的要求。

2 系統的結構與特點

該系統通過寬帶多媒體接入設備，解決車載設備到中心站及黃河專用通信網內音視頻信號的傳輸。在濼口機務站機房放置一端設備，連接到機房內網絡交換機。將用戶端設備安裝在車內，并安裝好吸頂天線。車內電源通過逆變器給車載用戶端設備供電?？赏ㄟ^網線和電話線接筆記本電腦和電話。

系統主要技術特點：覆蓋范圍廣、繞射能力強、抗干擾能力強、抗衰落能力強、傳輸速率高、采用無線寬帶擾碼加密技術、全數字信號處理，系統可靠性、穩定性、保密性強。

3 系統實際情況分析

現在多采用的5.8GHz寬帶無線接入系統一般為固定使用，僅可在固定時進行圖像和語音數據傳輸，從而使拍攝場景有較大的局限性。而該系統采用LP3300寬帶多媒體接入設備，可以實時不間斷地傳遞語音及高清晰的動態視頻圖像，解決了在移動中傳輸圖像和語音數據的問題，且傳輸效果較好，移動速度可達80km/h以上。當黃河出險地點范圍廣、戰線長時，利用該系統，可以靈活、機動地深入到出險現場一線，根據需要移動跟拍險情狀況，并將拍攝畫面及時傳送至搶險決策機構。

傳統圖像傳輸系統的車載臺設備只能在天線安裝的60°可輻射范圍內進行信號接收，從而進行圖像傳輸，如果對天線端設備角度稍有偏差，就會影響信號接收，導致圖像傳輸系統無法使用。而移動式圖像傳輸系統通過安裝全向天線，在規定半徑范圍內360°均可接收車載臺傳送的圖像信息。

單兵系統小巧、靈活，通過技術人員將其與移動式圖像傳輸系統相連接，將車載主設備的輸出口與用戶端設備音視頻接口相連接；攝像機和副設備隨身攜帶；在離開車載系統200m處進行實時攝像，畫面通過車載多媒體設備和單兵系統傳至中心站和黃河通信專網系統中。通過單兵系統可以拍攝現場條件較惡劣、地形環境較復雜的圖像，可靈活機動地完成搶險任務。

4 實踐與應用情況

現在多采用的5.8GHz寬帶無線接入系統僅可在固定時進行圖像和語音數據傳輸，從而使拍攝場景有較大的局限性。而該系統采用LP3300寬帶多媒體接入設備，通過實際性能測試，可以實時不間斷地傳遞語音及高清晰的動態視頻圖像，解決了在移動中傳輸圖像和語音數據的問題，且傳輸效果較好，移動速度可達80km/h以上。當黃河出險地點范圍廣、戰線長時，利用該系統，可以靈活、機動地深入到出險現場一線，根據需要移動跟拍險情狀況，并將拍攝畫面及時傳送至搶險決策機構。

傳統圖像傳輸系統的車載臺設備只能在天線安裝的60°可輻射范圍內進行信號接收，從而進行圖像傳輸，如果對天線端設備角度稍有偏差，就會影響信號接收，導致圖像傳輸系統無法使用。而移動式圖像傳輸系統通過安裝全向天線，在規定半徑范圍內360°均可接收車載臺傳送的圖像信息。

根據黃河通信專網戰線長，通信站點多的特點，在沿黃微波站機房內安裝多臺接入端主設備及室外天線，并聯入當地微波站點的網絡中和連接當地的語音電話，將車載主設備的IP地址設置為當地微波站點專用通信網段，通過單兵系統由人員隨身攜帶進行實地攝像，其拍攝畫面通過單兵系統、車載多媒體設備傳至通信專網系統中，同時就可將車載攝像機拍攝的防汛情況和搶險現場實時圖像上傳至黃河專用通信網絡系統中。各級領導均可使用聯入網絡系統的電腦通過瀏覽器或監控軟件看到遠在幾公里或幾百公里外的實時圖像，并可與現場人員進行通話，使各級領導及時地掌握情況和進行指揮。

5 結語

移動式圖像傳輸系統的應用，在黃河防汛搶險現場指揮和信息傳輸中發揮著重要作用，進一步提高現代化應用水平，提升了黃河防汛抗旱和搶險現場指揮調度決策的準確性、時效性、科學性，為推進科技治河進程奠定良好的基礎。

篇6

系統組成

系統由攝像機、云臺、車載顯示器和車載處理單元組成。攝像機攝像機安裝臺機車的車頂，由攝像頭和高倍變焦鏡頭組成。利用高倍變焦鏡頭的放大功能將遠處人工看不到或看不清楚的圖像清晰地采集下來，傳輸給車載處理單元，并顯示在車載顯示器上。云臺攝像機安裝在機車車頂的云臺上，其作用是在機車進入鐵軌的彎道時，通過控制云臺的轉向，使攝像機始終能采集鐵軌上的圖像。車載處理單元接收攝像機的圖像，顯示并自動識別鐵軌圖像和鐵軌上的目標，根據目標特性進行預警或報警；同時根據圖像控制云臺轉向，使攝像機始終能拍攝到前方鐵軌的圖像。車載處理單元還前方圖像通過H.264壓縮后，保存在車載處理單元的存儲器上，方便以后的查詢和分析。車載顯示器車載顯示器顯示前方的圖像和分析結果，當線路上有特殊情況時，自動報警并提示機車乘務員，乘務員采取相應措施。無線網絡接口和無線視頻接口（預留）預留的無線網絡接口在地面高速無線網絡建成后，可以將車上的圖像信息傳輸到地面，方便地面查看。預留的無線視頻接口可以使用便攜攝像頭將故障時的機車內部圖像通過無線網絡接口傳輸到地面，方便地面進行故障診斷和分析。

系統特點

智能化：能夠利用視頻識別技術判斷鐵路線路上的目標，并根據目標特性進行預警或報警。數字化：視頻全數字化采集、處理和傳輸，集視頻采集識別功能、靈活的操作性、網絡功能和遠程管理（預留）等全方面功能于一身。網絡化（預留）：通過WAN網絡，可以傳輸高質量的圖象、聲音、控制信號，非常方便的供管理者隨時隨地查看機車圖象或歷史圖像。安全性：采用數字加密算法保證其傳輸的安全性。可靠性：采用性能可靠、互相兼容的設備組成系統，確保系統長期可靠的運行。靈活實用性：整個系統的設計貫徹以用戶需求為準則，面向用戶，非常的人性化，操作方便、實用性強?？蓴U展性：預留接口，具有較強的兼容性和可擴展性，便于系統的充實完善和升級。

系統關鍵技術

篇7

（接上期）

四、各種工況下的CAN總線電阻和信號電壓值

CAN總線CAN H和CAN L兩根信號線在各種工作條件下的信號電壓是變化的，用轉換接頭在網關處測量CAN_H和CAN L與地之間的電壓，判斷線束的好壞。CAN總線信號在各種工況下的電壓見表2。測量總線電阻和信號電壓，無需使用示波器，省去了昂貴的檢測設備。

五、車載網絡系統故障診斷流程圖

本文車載網絡系統故障診斷流程圖僅適用于CAN總線和UN線，不涉及FlexRay總線和MOST總線，也不涉及環形和星形網絡結構，所用工具和設備為專用診斷儀、萬用表、線束修復箱、電子維修手冊，省去了示波器。對德系車輛進行車載網絡系統故障診斷，根據前面介紹的德系專用診斷儀的特點，按下圖流程進行故障診斷（圖8）。

(1)首先應用專業診斷儀，打開其圖示化的網絡布局圖，觀察該車配置的所有電控單元狀態，判斷診斷儀能否與這些電控單元通信。

(2)讀取事件存儲器列表，確認車載網絡系統是否有故障。

(3)在具體進入下一步故障診斷之前，先檢查蓄電池電壓是否正常，車載網絡電控單元有的在蓄電池電壓低到9V就會停止工作，而有的則在低到7V才停止工作。蓄電池電壓低，會導致不同的電控單元在不同的電壓值停止通信。

(4)新安裝的電控單元會進行學習，導致偶發故障，診斷儀進行讀取時會讀到控制單元不通信的問題，斷開蓄電池導線30s后，將會清除電控單元隨機存儲的學習信息，再用診斷儀重新讀取并清除，消除故障。

(5)選擇診斷儀的汽車自診斷功能，讀取全部事件存儲器，判斷是哪一個電控單元有故障碼，還是有幾個電控單元都有故障碼。

(6)對于有故障碼的電控單元，從易到難、從外到里，先檢查電控單元連接情況，觀察插頭、針腳是否彎曲，是否有異物或出現腐蝕的情況而影響了信號傳輸。

(7)用示波器檢測CAN_H和CAN_L，判斷CAN總線的故障是前述9種故障模式中的哪一種。

(8)有些電控單元需要重新初始化、匹配和編碼，電控單元之間才能協調一致工作，才能進行正常通信。

(9)引發線束間歇性故障的原因，往往是接頭松動、針腳彎曲、導線斷路等原因，但最容易忽略的中央集線器(圖9)，對于斷開點修復要避開集線處100mm(圖10)，集線處松動會導致間隙性故障。

(10)當用診斷儀讀取到多個電控單元出現故障碼后，畫出該車網絡拓撲圖，利用邏輯環進行故障診斷，找到不能通信的電控單元。

(11)在診斷儀不能與車載網絡通信的情況下，確認診斷藍牙接頭針腳是否彎曲、松動，檢查從蓄電池到網關電控單元的電源線路、網關電控單元搭鐵線是否正常。若不正常，予以修復。

(12)用檢查與CAN總線有關的功能，如前照燈、警報功能是否都能工作，來判斷總線系統是否正常。

(13)當檢測不到終端電阻時，需要檢查電控單元的連接是否正常、主保險和主繼電器是否完好、電控單元是否安裝、電控單元接頭是否調換、從蓄電池到電控單元的電源線路是否正常、線束集成處是否松動、電控單元的搭鐵電路是否正常、電控單元內部是否損壞。

(14)如果CAN總線沒有斷路問題，在休眠模式下測量總線靜態電壓，以判斷是否短路，這樣大大節省檢測時間。如果靜態電壓為0，參照CAN總線在各種工況下的信號電壓值（表2），說明總線正常。

(15)依次斷開總線上所有電控單元，用電阻120Q代替，再用診斷儀檢測，看通信是否恢復，從而找到有問題的電控單元。

篇8

關鍵詞：LTE，WLAN，地鐵車地無線通信，視頻監控，旅客信息系統，

中圖分類號：U231+.3 文獻標識碼：A

隨著我國城市化進程不斷加深，城市人口空前膨脹，公共交通已成為困擾各大城市的頑疾，地鐵作為城市公共交通客運系統的重要組成部分，以其大眾化、大運量以及安全、舒適、快捷、準時的特點成為最受歡迎的交通工具。

地鐵列車上的旅客信息系統依托多媒體網絡技術，以車載顯示器為媒介向旅客提供信息服務，包括乘車須知、列車到發時間、各類公告、媒體新聞等信息，在火災、阻塞及恐怖襲擊等非正常情況下，提供動態緊急疏散提示。

車載視頻監控系統則可實時視頻監控各車廂情況，對于發生突發事件時控制中心了解現場情況具有重要意義。

車地無線通信技術實現車載設備與地面設備的互聯互通，完成車地間旅客信息系統和視頻監控系統的數據傳輸，在地鐵行業特定環境下要求該技術具有大帶寬、高穩定性、高抗干擾性等特點。

目前車地通信技術及應用實現方案

WLAN技術是目前應用較多的車地無線通信技術，它是基于IEEE802.11標準的無線局域網，使用2.4GHz或5GHz射頻波段進行無線連接。在地鐵行業中，WLAN技術作為車地無線通信技術，提供地面與列車之間的通信，它能夠保證列車在高速行駛的情況下，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，并能保證最低的延遲，同時保證車載AP同軌旁AP切換時做到“0”丟包。

車地無線傳輸系統包括在車輛段和沿軌道設置的無線接入點(AP)、設置在各站機房內的無線控制器，以及車載的無線單元和天線。 各車站的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現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。在各個車站和控制中心提供與旅客信息系統和視頻監控系統的接口，通過車地無線傳輸系統，將車載旅客信息系統和視頻監控系統和車站及中心的旅客信息系統和視頻監控系統進行互聯。

LTE技術簡述

LTE（Long Term Evolution，長期演進)是由3GPP組織制定的UMTS技術標準的長期演進，LTE系統引入了OFDM和多天線MIMO等關鍵傳輸技術，顯著增加了頻譜效率和數據傳輸速率（峰值速率能夠達到上行50Mbit/s,下行100Mbit/s），支持成對或非成對頻譜，并可配置從1.25 MHz到20MHz多種帶寬，頻譜分配更加靈活，系統容量和覆蓋顯著提升，并能夠為最高500Km/h高速移動的用戶提供大于100kbps的接入服務。

LTE技術在車地無線通信中的具體應用

1）控制中心實現方式

控制中心設置LTE核心設備，通過以太網交換機與中心服務器和視頻服務器進行通信，車站或隧道相關網絡設備與中心互聯，通過LTE無線網絡接收或下發相關視頻數據，最終實現中心與列車之間的數據傳輸。

2）車站及隧道信號覆蓋方式

車站站臺布置LTE基站設備，以覆蓋站臺周邊區域，LTE車地無線信號可與其它射頻信號共用漏纜，射頻信號可通過多頻合分路器，與公網或TETRA系統的信號合路后一起連接到漏纜，

根據無線信號覆蓋的要求在隧道區間布置天線以保證無線信號覆蓋，實現與車載無線設備之間的無線數據通信。各LTE基站通過百兆以太網接入車站網絡交換機，通過通信傳輸系統提供的通道與控制中心連接。為保證系統提供足夠的帶寬，提高用戶的整體寬帶體驗，上下行隧道設計為兩個小區。

3）車載設備實現方式

在每列車的車頭、車尾各設置 1 套車載無線設備，通過車載交換機與車載控制器和LCD控制器相連，接收由控制中心提供的實時視頻數據或向控制中心發送實時的視頻監控數據。車頭和車尾的車載終端互相備份，同時只有一個終端在收發數據，主備終端在正常情況下，主備之間有心跳檢測機制，當備終端檢測到主終端故障時，備終端接替主終端工作，備狀態升級為主狀態，并將原主狀態終端重啟。

在列車中心線上安裝車載天線，天線間距2米左右，天線間連線與列車長度方向一致，采用2個天線能夠利用LTE的多發多收技術，提高信號接收穩定性。

4）段、場信號覆蓋方式

采用架設室外天線方式進行覆蓋，車庫內部采用吸頂天線覆蓋。

與WLAN技術相比LTE技術在地鐵行業中的優勢

抗干擾能力強

WLAN技術使用公共頻段，干擾嚴重，且缺乏高端的抗干擾機制，LTE使用專用頻段規避干擾，采用ICIC，IRC等專業技術降低干擾，相比WLAN技術，LTE抗干擾能力大大加強。

對移動性支持更好

WLAN是 IEEE定義的基于802.11標準的無線網技術，最初設計是為用戶提供短距離、低速移動狀態下的無線接入服務，其提供熱點覆蓋和抗頻偏機性能差，傳輸能力受移動速度影響非常大。

LTE由3GPP定義的長期演進項目，定位為滿足高速移動場景下的寬帶無線接入需求，其采用AFC（頻率校正技術）、RRU共小區、基于頻偏的切換技術，滿足高速運動場景需求。能夠為最高500Km/h高速移動的用戶提供大于100kbps的接入服務，特別適用于地鐵車地間的數據傳輸需要。

系統穩定性好

WLAN技術發射功率小，沿線設備部署密集，故障點多，維護困難，其內部缺乏有效的QoS保障機制。

LTE采用電信運營級網絡設備， 發射功率大，地鐵隧道內有源設備配置較少或不用配置，其具有較完善的QoS保障機制，系統穩定可靠。

參考文獻：

篇9

【關鍵詞】監控；無線網絡；高速公路

引言

在新世紀的環境條件下，人們的生活水平不斷提高，幾乎每家每戶都有車輛。隨著車輛不斷增加，我國的高速公路所承擔的壓力也在不斷的提高，高速公路的管理也變得越來越復雜。面對如此窘境，就必須要優化管理方面的體制，無線局域網監控技術在目前高速公路的監管體系中有著舉足輕重的作用。傳統的監控系統有很多的不完善之處，比如說，網絡的覆蓋面存在盲區、網絡設備的安放會受到很大的限制、消息的實時性比較差以及不能夠進行遠程控制，這樣就會使高速公路的管理效率低下。而無線局域網技術的出現很好的解決了這些問題。

1 無線局域網的概念與特點

1.1 無線局域網概念

無線局域網就是利用無線通信技術與設備在一定范圍內組建的網絡。英文全名為Wireless Local Area Networks縮寫為WLAN。它是把無線通信技術與計算機網絡通過一定的科學技術結合到一起所形成的產物。一般可分為獨立式無線局域網和非獨立式無線局域網，目前，我們所說的無線局域網一般指的都是非獨立式無線局域網。它繼承了傳統局域網的各項功能，并且由于它的傳輸媒介比較特殊，所受的限制比較小，用戶可以在任何地點、任何時間都能連接到網絡。此外，無線局域網的特點也受到了很多人士的青睞，它具有較低的成本、較高的可靠性、不受地理環境的限制等許多特點。

1.2 無線局域網的特點

（1）組建網絡時比較靈活

與傳統的有線網絡不同，無線局域網的接入不受網絡信息點位置的影響。一旦建成了無線局域網，只要是在無線局域網覆蓋的區域，就可以任意的接入網絡。

（2）維修、改造的費用低

由于傳統的有線網絡靈活性很差，而為了適應未來的發展要求，網絡規劃者不可避免的預設了過多的利用率較低的信息點。而如果出現網絡的發展與之前的預定計劃不相符合的情況，那么就不得不對網絡進行維修和改造，這樣毫無疑問會花費更多的費用。慶幸的是，目前無線局域網技術已經得到了快速的發展，它的出現可以很好的避免或減少上述情況的發生。

（3）安裝時方便、快捷

在傳統的有線網絡建設過程中，施工時不得不進行網絡布線工作，網絡布線不僅耗費的時間長，而且甚至有可能要掘地挖墻，工作量極大。而無線局域網在建立的過程中不需要進行網絡布線工作，它只需要安裝一個或多個接入點AP設備，就能夠使這個接入點附近的區域內都充滿網絡。

2 高速公路監控系統中無線局域網技術的應用方案

基于無線局域網的高速公路監控系統主要由三部分組成：控制中心、路側設備以及車載系統，這三者缺一不可。車載系統的主要功能是拍攝高速公路上突發事故的現場情況；路側設備的主要功能是把現場情況準確、及時、清楚地傳輸到控制中心。雖然傳統的固定攝像技術有很多的不完善之處，但是車載系統中的無線視頻傳輸功能很好的彌補了它的不足之處。這樣，對于高速公路上發生的突發事故，事故的現場情況就可以在第一時間內傳輸至控制中心，這樣就可以進行遠程指揮。具體的監控實施方案主要有以下幾點：

2.1 對整個路段建立無線網絡

在搭建沿路無線網絡的過程中，要選擇合適的地段來安放無線路由設備，使形成的無線局域網能夠覆蓋整個路段。這樣就能夠讓用戶隨時隨地的使用電腦、手持設備等，使這個區域內的通信暢通無阻。無線路由設備安放地點的選擇要結合具體的公路狀況來定，比如說要根據公路的彎度、坡度、山體遮擋以及路側建筑物高低情況來綜合考慮設備的安放地點。為了要達到無線局域網覆蓋全路段的要求，工作人員在安裝天線之前，要觀察公路的狀況、調整天線安裝的角度、計算天線的覆蓋范圍，并且使高速公路上的帶寬強度大于1Mbps。

2.2 實現對無線視頻監控信號的實時傳輸

無線局域網在傳輸信號的過程中，容易受到很多因素的干擾，從而使傳輸數據或視頻發生錯誤。雖然IEEE802.11通過MAC層重傳機制增加了傳輸時數據的可靠性，但是隨之帶來的問題是，對于一些實時性要求較高的視頻傳輸，它有一定的局限性。無線信道一旦受到外界條件的干擾，很可能會增加傳輸時的錯誤率。錯誤率增加，重傳次數就會相應的增加，那么在此過程中的時延也會增加，當時延超出限制范圍時，就會使傳輸的視頻數據部分或全部丟失，導致視頻質量下降。基于以上問題，我國對于視頻的傳輸已經研發出了一些新的算法與編碼技術，目的就是為了把無線視頻傳輸過程中所帶來的失真效果最小化，提高傳輸視頻的質量。

2.3 建立WIFI電話系統

高速公路上沿路建好的無線網絡，除了用于傳輸視頻數據之外，還可以用于建立WIFI電話。這樣，工作人員之間就可以使用這個WIFI電話系統相互聯系，不僅方便快捷，而且節省了很多的開銷。最重要的是，它可以滿足實時性的要求，這一點在高速公路上遇到突發事故時非常重要。

2.4 采集道路的氣象信息

道路氣象采集管理部門在獲取氣象信息的過程中，首先是通過氣象信息采集設備獲取氣象信息，然后再通過無線通訊設備把采集到的氣象數據傳輸至氣象中心，在這個過程中，無線通訊技術不可或缺。并且在傳輸時氣象數據的格式要和氣象觀測中心的服務器有很好的兼容性。為了在惡劣的氣象狀況下有一個事故應急措施，那么就必須要有相應的氣象信息的支撐，路段監控中心通過VPN虛擬專用網絡，在省高速公路氣象服務中心的幫助下，就可以基本上獲得全省的氣象狀況，從而進一步獲得某一路段的具體氣象狀況。然后通過交通管理部門具體分析，判斷這一路段是否可以通行，如果允許通行，還要通過信息設備來最新的氣象預警和限速情況。最后再把具體的路況信息發到省交通管理中心，用其他的相關信息設備車輛誘導信息，以引導車輛選擇正確的行駛路段。

篇10

【關鍵詞】露天煤礦；無線車載視頻監控系統；應用

煤礦企業的安全問題一直是人們廣泛關注的焦點，煤礦企業應當把安全生產當作管理工作的第一要務來抓。由于露天煤礦的作業面大，作業范圍廣，地勢變化大，用肉眼無法形成全面、有效的監控，而無線車載視頻監控系統將監控裝置安裝在作業車輛上，能夠為煤礦安全管理人員提供實時的畫面信息，幫助他們直觀的掌握生產現場的情況，從而促使操作人員提高操作的規范性，減少安全事故發生的可能性。

1 無線車載視頻監控傳輸方式

隨著科學技術的進步，信息化技術和無線網絡取得了突飛猛進的發展，加上圖像處理技術的進步，這些技術應用在無線車載視頻監控系統中，也使得無線車載視頻監控技術取得了相應的改善。

1.1 2G

2G無線視頻監控是比較傳統的視頻監控技術。其傳輸過程主要有CDMA和GSM兩種模式。無論是那一種模式，其成本價格都比較低廉，而且覆蓋面積較大，，因此應用的比較廣泛。然而2G無線視頻監控的圖像質量比較差，CDMA傳輸模式的理論傳輸速率為153.6Kbps，在實際操作中僅有 60―80Kbps，導致成像比較模糊，不夠流暢，甚至有卡頓現象。而GSM模式的覆蓋面雖然較之CDMA更廣，但其但傳輸速率更慢，成像質量更差，所傳輸的視頻圖像幀數較低。2G無線視頻傳輸技術的應用比較早，發展的比較成熟，因此在包括煤礦安全生產在內的各個領域還是得到了比較普遍的應用。

1.2 3g

3G無線視頻監控是在近些年新興的3G技術的基礎上發展起來的監控技術，是利用無線網絡運營商的3G技術作為傳輸方式的一種視頻監控方法。2009年3G技術興起至今，關于3G無線視頻監控系統的產品開發越來越多。與傳統的2G無線視頻監控系統相比，3G無線視頻監控系統具有更高的數據傳播能力，其最高傳輸速率可以達到10Mbps，極大程度的提高了視頻傳輸的成像質量。基于3G技術的無線視頻監控系統能夠更好地處理圖像、聲音、視頻等各種形式的數據信息，為大范圍視頻的流暢和清晰傳輸提供了技術保障。

1.3 WiMax

WiMax即全球微波互聯接入，是新興的點對點的寬帶無線接入技術。WiMax技術的基礎是IEEE802.16e寬頻無線標準，通過在無線視屏監控系統中融入一系列的新技術，如動態自適應調制、靈活的系統資源參數及多載波調制等，使其具備了更強大的數據傳輸能力，其數據傳輸速率在70―100Mbps之間，與2G和3G無線視頻監控系統相比有了質的飛躍。而且其擁有較為完善的安全控制功能，同時信號覆蓋面積大，有效覆蓋半徑可達50km。但是其成本比較高，而且在現階段獲得全球統一的頻率也有一定的困難。

1.4 無線網格Mesh

無線網格Mesh技術的特點比較鮮明，在近距離內的數據傳輸速率非常高，有效帶寬可以達到6Mbps。這種技術鏈路設計簡單、組網靈活、維護方便。無線網格Mesh網絡是一個無線多跳網絡。在無線網格Mesh網絡中，任何無線設備節點都可以同時作為AP和路由器，網絡中的每個節點都可以發送和接收信號，每個節點都可以與一個或者多個對等節點進行直接通信，這要比單跳網絡更加穩定。使用Mesh技術可以提供一個可靠的無線網絡平臺。

總而言之，2G無線視頻監控系統由于其誕生比較早，技術理論發展純熟，因此在煤礦企業的安全生產中應用的最為普遍。但是其成像質量差，數據傳播不穩定，在一定程度上制約了監控的效果。而WiMax以及無線網格mesh技術目前尚在研發階段，遠沒有達到應用的程度。相對而言3G技術的理論發展已經相當相對成熟，可以也取得了良好的應用效果，能夠很好的滿足露天煤礦安全生產監督的需求，因此應當得到大力的推廣使用。

2 露天煤礦3G無線車載視頻監控系統的應用實例

為了保障安全生產工作，加強監督，規范一線工作人員的操作流程，努力避免因操作人員違犯操作規范、違規駕駛以及不系安全帶等行為而造成的安全事故，2012年7月勝利露天煤礦在露天煤礦中裝置了基于3G技術的無線車載視頻監控系統，將總計64臺無線監控視頻監控設備安裝在一線的作業車輛上。利用作業車輛上的監控設備采集圖像信息，經過轉碼后通過電信公司的3G網絡接入互聯網，最后傳輸至勝利露天煤礦公司的終端接收設備，并將信息還原以后以視頻圖像的形式呈現在監護器上，從而幫助安全管理人員進行監管。

該系統的特點如下：（1）使用電信CDMA2000標準的3G無線傳輸技術接入電信3G網，同時與2G網兼容，在3G網不穩定時可以切換進2G網進行數據傳輸，從而保證了數據傳輸不會中斷；（2）其終端設備的穩定性比較高，能夠在露天煤礦的環境下平穩工作，保證視頻圖像流暢，清晰；（3）使用32G內存卡存儲視頻信息，存儲容量較大，存儲時間長，實現了視頻信息的回放功能。

勝利露天煤礦所采用的3G無線車載視頻監控系統的系統外網接入公司內網帶寬是20M，數據傳輸速率在200―800Kbps之間，丟包率大致在4%上下，隨著外網接入公司內網帶寬的進一步增加，數據傳輸速率將會更加快捷。眼下，勝利露天煤礦的東西向長度已經達到2.7公里，南北向寬度為2.2公里，礦坑深度已經開采至176m以下，作業范圍大，深度長，在煤礦的開采過程中，無法避免的會出現一些3G信號的盲區，導致作業車輛在盲區范圍內會無法傳輸數據信息，增大了數據丟包的概率，同時在監控設備上出現卡頓現象，這些都是因露天煤礦的特殊性無法避免的。一旦作業車輛離開信號盲區，3G無線車載視頻監控系統就會立即恢復正常，重新實現視頻傳輸功能，成像清晰、穩定，能夠滿足煤礦開采的需要。相信隨著3G技術的進一步的發展，3G網絡建設的全面展開，基于3G技術的無線車載視頻監控系統將會得到進一步的提升。

勝利露天煤礦將3G無線車載視頻監控系統與既有的GPS車輛智能調度系統相相結合，優勢互補，共同對一線作業車輛進行監督和控制，取得了理想的監管效果。一方面GPS車輛智能調度系統對坑下作業車輛進行定位，優化車輛調度，提高了生產效率；另一方面3G無線車載視頻監控系統讓調度管理人員實時了解作業車輛操作人員的工作狀態，加強了安全監控，為安全生產提供了保障。

3 結語

綜上所述，生產安全是煤礦企業的立身之本，在露天煤礦中天使用無線車載視頻監控系統，能夠有效地幫助實施對作業車輛和操作人員的監控，是煤礦企業進行安全生產的必要手段。分別以2G、3G、WiMax、無線網格Mesh技術為依托，無線車載視頻監控系統可以分為多個不同類型，其中現階段基于3G技術的無線車載視頻監控系統的應用前景最為看好，應該得到更為廣泛的推廣應用。

參考文獻：

[1].淺談車載視頻監控系統解決方案的發展[J].智能建設與城市信息，2009（10）.