车载网络的特点模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇车载网络的特点，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

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中图分类号：TP31 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（c）-0154-04

随着汽车工业与电子工业的不断发展，各种车载电子产品越来越多地进入到汽车里，从而提高了汽车的智能化程度和乘车的舒适性。然而由于没有统一的平台接口，使得这些车载电子产品没有通用性和兼容性，也无法方便实现对产品的维修升级。为此，我们首次提出了车载电子处理单元（EPU，Electronic Processing Unit）的概念，EPU实际就是一台开放式可扩展的车载电脑公共平台，但它有别于普通的车载电脑，EPU只集成了基本硬件功能和系统操作平台，其他电子产品（如倒车摄像头等）作为扩展功能模块挂接在EPU扩展的CAN网络或EtherCAT网络上，并通过开放式的通信协议，将这些扩展功能模块与EPU组成一个完整的车载电子处理单元系统，从而实现数据互用、资源共享。车载电子处理单元公共平台的开放性和可扩展性体现在各扩展功能模块以及各种软件的自由添加更换，它允许第三方，包括汽车扩展功能模块制造商在其上开发软件或硬件产品，以提供更加丰富，更为强大，更加实时的功能和特性。

1 车载电子处理单元系统总体结构

车载电子处理单元系统主要是由车载电子处理单元（EPU）、CAN网络和EtherCAT网络组成，其系统总体结构如图1所示。其他可扩展、可增减的扩展功能模块通过CAN网络或EtherCAT网络与车载电子处理单元（EPU）连接，组成一个完整的车载电子处理单元系统。

1.1 车载电子处理单元（EPU）

车载电子处理单元（也称为基本系统）是车载电子处理单元系统中的核心部件。车载电子处理单元（EPU）包括主控制板、电源、触摸液晶显示器和扬声器几部分。主控制板以中央处理器（CPU）为核心，集成了基本的硬件功能模块，包括DDR3存储器、FLASH存储器、固态硬盘、扩展了USB接口、OTG接口、SD卡、标准RJ45接口，并内置了WIFI模块、蓝牙模块、麦克风、AM/FM收音模块、GPS模块和蜂鸣器，同时还扩展了OBD-II接口以及以太网接口和CAN总线接口。主控制板通过OBD-II接口与电子控制单元（ECU）连接，以获取汽车运行和故障数据。因此，车载电子处理单元（EPU）已在汽车上实现了基本的车载电脑功能，通过在其上安装相应的公共软件系统，可实现如：GPS导航、影音播放、AM/FM收音以及车载办公等功能。

车载电子处理单元主控制板采用了CortexTM-A9架构的飞思卡尔i.MX6Q四核处理器芯片作为主处理器。i.MX6Q是飞思卡尔新推出的一款汽车级的处理器芯片，专用于车载娱乐系统。它基于ARM CortexTM-A9架构，40nm工艺制程，最高运行频率可达1.2GHz，具有ARMv7TM、Neon、VFPV3和Trustzone支持。处理器内部为64/32位总线结构，32/32KB一级缓存，1M二级缓存，可以实现12000DMIPS（每秒运算12亿条指令集）的高性能运算能力，并自带3D图形加速引擎，88M的图像多边形生成率，像素填充率为1.066G 像素/秒，2D图形加速，最大支持4096x4096 pixels分辨率。视频编码支持MPEG-4/H.263/H.264，达到1080p@30fps，解码MPEG2/VC1/Xvid等视频达到1080p@30fps，支持高清HDMI TV输出。

1.2 车载电子处理单元系统的CAN网络

对于数据通讯量较小、成本要求较低、实时性要求较高的扩展功能模块（如超声波倒车雷达、中控锁模块、胎压监测模块、防盗防劫持报警模块、遥控接收等功能模块），车载电子处理单元（EPU）通过CAN总线接口c它们相连接，组成CAN网络；CAN网络的数据传输速率在1Mbps以下。

⑴CAN网络的特点

CAN（Controller Area Network）即控制器局域网络，可以归属于工业现场总线的范畴，通常称为CAN bus，即CAN总线，是目前国际上应用最广泛的开放式现场总线之一。与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性，它在汽车领域上的应用最为广泛，世界上一些著名的汽车制造厂商，都采用了CAN总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。

CAN总线的特点：

多主机方式工作，网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地向网络上的其他节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活；

网络上的节点（信息）可分成不同的优先级，可以满足不同的实时要求；

采用非破坏性位仲裁总线结构机制，当两个节点同时向网络上传送信息时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据；

可以点对点、一点对多点（成组）及全局广播几种传送方式接收数据；

直接通信距离长；

抗干扰能力强；

采用总线结构组网，可挂接多个节点，接口简单；

采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个；

每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，数据出错率极低；

通信介质可采用双绞线，同轴电缆和光导纤维，一般采用廉价的双绞线即可，无特殊要求；

节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能，切断它与总线的联系，以使总线上的其他操作不受影响。

⑵车载电子处理单元的CAN总线接口

如图2所示是车载电子处理单元（EPU）的CAN总线接口，该接口采用ISO1050芯片，它是一款隔离型的CAN总线驱动器，可提高CAN网络抗干扰能力。

⑶扩展功能模块的CAN总线接口

如图3所示是扩展功能模块的CAN总线接口，CAN总线接口电路是由CAN总线收发器MCP2515芯片和CAN总线驱动器ISO1050芯片来实现。图中功能电路是指实现某个具体功能的电路，CPU控制功能电路的运行，获取功能电路的实时数据，并通过CAN网络实现与其他模块的通讯。

1.3 车载电子处理单元系统的EtherCAT网络

对于数据通讯量较大、处理能力较强、实时性要求较高的扩展功能模块（如倒车摄像头、行车摄像头、车内摄像头、数字功放、数字电视、GSM模块、3G模块、4G模块、CD/DVD播放器、汽车黑匣子等功能模块），车载电子处理单元（EPU）系统通过EtherCAT实时以太网接口与它们相连接，组成EtherCAT网络。EtherCAT网络的数据传输速率可达到100Mbps，且实时性高。车载电子处理单元用作EtherCAT的主站，而各扩展功能模块作为从站挂接在EtherCAT网络上。

⑴EtherCAT网络的特点

EtherCAT是一种实时工业以太网技术，它充分利用了以太网的全双工特性。使用主从模式介质访问（MAC），主站发送以太网帧给各从站，从站从数据帧中抽取数据或将数据插入数据帧中。主站使用标准的以太网物理层器件，从站使用专用EtherCAT从站控制器ESC（EtherCAT Slave Controller）。

EtherCAT的主要特点：

通信方式灵活，可实现主/从、从/从通讯；

通信周期短，实时性高；

通讯实时性采用分布时钟机制实现，同步时间快；

可以点对点、一点对多点（成组）及全局广播等多种传送方式接收数据；

直接通信距离长；

通信速率为100Mb/s；

可挂接节点数量多；

兼容TCP/IP。

从以太网的角度来看，一个EtherCAT网段就是一个以太网设备，它接收和发送标准的ISO/IEC8802.3以太网数据帧。但是，这种以太网设备并不局限于一个以太网控制器及相应的微处理器，它可由多个EtherCAT从站组成，如图4所示是一个非冗余的EtherCAT网络。这些从站可以直接处理接收的报文，并从报文中提取或插入相关的用户数，然后将该报文传输到下一个EtherCAT从站。最后一个EtherCAT从站发回经过完全处理的报文，并由第一个从站作为响应报文将其发送给主站。

⑵车载电子处理单元（主站）的EtherCAT网络接口

EtherCAT主站使用标准的以太网控制器，如图5所示。通信控制器完成以太网数据链路的介质访问控制（MAC，Media Access Control）功能，物理层芯片PHY是实现数据编码、译码和收发，它们之间通过一个MII（Media Independent Ineterface）接互数据。MII是标准的以太网物理层接口，定义了与传输介质无关的标准电气和机械接口，使用这个接口将以太网数据链路层和物理层完全隔离开，提高通信的可靠性。因此，车载电子处理单元作为EtherCAT网络的主站，i.MX6Q CPU已集成了以太网通信控制器芯片和MII接口，可以与PHY直接连接。

⑶扩展功能模块（从站）的EtherCAT网络接口

扩展功能模块作为EtherCAT从站设备，需要实现EtherCAT通信和应用控制两部分电路，如图6所示，其硬件结构主要由物理层器件、从站控制器ESC 、CPU和相应功能电路四部分组成。其中，从站物理层包括PHY芯片和光纤接口电路；从站通信控制器芯片ESC负责处理EtherCAT网络通讯，并使用双端口实现与EtherCAT主站或其他从站的数据通信，从站CPU可直接从ESC读取控制指令或读写数据，因此，EtherCAT网络与从站CPU响应时间无关，从站CPU性能选择取决于功能模块的控制任务需求，可以使用8位、16位的单片机及32位的高性能CPU，功能电路是指扩展功能模块的具体实现电路，它与从站CPU相连并直接由CPU负责控制操作。

2 车载电子处理单元系统通讯协议

由EtherCAT数据帧结构可知，EtherCAT子报文数据域长度为32～1486 字节，此长度作为车载电子处理单元系统应用层协议定义的范围，如图7所示是EtherCAT网络应用层协议的基本格式，格式先定义了11位数据长度、并预留了1位保留位、4位数据类型，这三部分共计16位，占用2个字节，接着是8位功能码，剩余为数据域，其最大可使用字节长度为1486-3=1483字节。

在CAN 2.0B总线协议规范中， 定义了一种具有29位标识符ID的扩展帧格式。电子处理单元系统的CAN网络使用这种扩展格式数据帧，并对CAN报文的29位标识符ID和8字节数据域做出了具体定义。其中，标识符ID 定义为ID28为1位保留位，ID27-ID20为8位目的地址，ID19-ID12为8位源地址， ID11-ID8为4位数据类型，ID7-ID0为8位功能码，数据域第一字节分为三部分：先定义2位的段标识，接着是3位保留位，再是3位数据长度，第2字节为8位分段编号/数据，根据段标识的不同，该字节可作为段编号或数据使用，后48位（共6字节）为数据，这样每帧最多可传送7字节的数据。由于分段编号占用8位，最多可分256段，而分段数据每帧最多可传送6字节，这样CAN报文数据长度最多为6*256=1536字节，大于EtherCAT网络单帧传送数据最大值1483字节，从而解决了EtherCAT网络与CAN网络数据互传的问题。

3 车载电子处理单元系统软件设计

车载电子处理单元系统软件设计分为车载电子处理单元、EtherCAT网络和CAN网络扩展功能模块三种类型。其中，车载电子处理单元操作系统使用Linux3.0.35+QT4.8.5，并首先移植了IGH开源源码ethercat-1.5.2主站协议栈，再按车载电子处理单元系统通讯协议要求设计通讯程序、系统界面和应用程序。各扩展功能模块根据实际功能需求选取相应性能CPU芯片，并按车载电子处理单元系统通讯协议要求设计通讯程序和相应功能设计应用程序。

4 结语

该文提出了一种开放式可扩展的车载电脑公共平台系统：车载电子处理单元（EPU）系统，它规范了车载电子产品的连接接口和通讯协议，结束车载电子产品五花八门，杂乱无章的局面，并为汽车电子工业提供了全新的商机和更加广阔的发展空间，对未来汽车的发展和汽车电子工业的发展具有积极的推动作用，车载电子处理单元（EPU）系统项目在实际实施中取得了良好的效果。

参考文献

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一、引言

为了实现很多系统的信息共享，很多汽车厂商把车上的各控制单元通过网线连接起来，形成车载网络系统。当车载网络系统故障引起电控发动机故障时，如何少走弯路，快速判断故障原因，找出故障所在，不仅是学校在校师生教学的难点，也是很多汽车修理厂技师面临的一个难题。本文以通用车系（雪佛兰科鲁兹）为例，介绍基于车载网络系统故障的电控发动机故障诊断方法和思路。

二、通用车系（雪佛兰科鲁兹）车载网络系统的特点

通用雪佛兰科鲁兹车载网络系统主要包括高速GMLAN、低速GMLAN、底盘扩展总线、线性互联网(LIN)四部分。由于发动机电控系统属于高速GMLAN范畴，故本文只讨论高速GMLAN。高速GMLAN通过网线（双绞线）把车身控制模块、电子控制模块、动力转向控制模块、自动变速器控制模块、发动机控制模块串联在一起，网络两端的电子控制单元内，有终端电阻，目的是防止信号反射造成信号干扰，如图所示。电子控制单元串联使各模块能实现快速信息传输和共享，但相比电子控制单元并联，有个明显的缺陷：如果其中一个控制模块损坏或某一段网线出现故障（开路）会导致整个网络系统无法传输信息而瘫痪。在雪佛兰科鲁兹发动机电控系统中，发动机控制模块K20正常工作与否受车身控制模块K9控制，由高速GMLAN网络示意图可知，如果车身控制模块K9、电子控制模块、动力转向控制模块、自动变速器控制模块或他们之间的网线故障均会影响发动机电控系统工作。

三、通用车系（雪佛兰科鲁兹）车载网络系统（高速GMLAN）故障现象

对于通用车系（雪佛兰科鲁兹）车载网络系统发生故障时，一般都有一些明显的故障特征：其一，整个车载网络不工作或多个控制单元ECU有故障，导致起动机不能运转，进而影响发动机起动。其二，通过专用的故障诊断设备与个别或多个控制单元ECU通信，现象变现为无法与诊断设备连接通讯。

四、通用车系（雪佛兰科鲁兹）车载网络系统故障的故障诊断与排除的方法

当人们通过上述故障现象初步判断出是车载网络故障引起发动机电控系统故障时，可以通过下面步骤作进一步判断，并进行故障排除：第一，通过测量终端电阻的方法确定是否为车载网络系统故障。由通用雪佛兰科鲁兹高速GMLAN网络示意图可知，网络两端的电子控制单元内，有终端电阻。通过发动机故障诊断接口的4和16号脚，可以测量终端电阻的阻值，正常应为60Ω左右；如果测出的阻值大于60欧姆（120欧姆左右），则可以确定为该网络出现网线开路或者某电子控制单元损坏导致内部开路[1]。第二，通过专用的故障诊断设备读取网络上各发动机电子控制模块数据确定故障范围。由通用雪佛兰科鲁兹高速GMLAN网络示意图可知，如果读不到某个控制单元的数据，则可以判断该控制单元之前的控制单元及其网络线有问题。举个例子：如果通过专用的故障诊断设备不能读取Q6控制电磁阀总成（自动变速器控制单元）的数据，则说明该控制单元之前的控制单元（包括车身控制模块、电子制动控制模块、动力转向控制模块）及其网络线都可能有问题。通过再进一步读取身控制模块、电子制动控制模块、动力转向控制模块的数据，这时，如果身控制模块、电子制动控制模块都可以读到数据，则可以把故障范围锁定在动力转向控制模块及其网线上[2]。第三，通过万用表测通断、示波器读取波形或更换控制单元的方法确定故障点。通过步骤2，人们可以把故障范围缩小到某个控制单元及其网络线，那到底是控制单元故障还是其网络线故障，还需进一步判断。一种方法是直接更换控制模块，如果故障消除，则说明是控制模块故障；另一种方法是通过万用表测量或通过示波器读取波形的方法来判断网络线是否正常，如果网线正常则是控制单元故障[3]。

五、结束语

总之，装载有车载网络的发动机电控系统的诊断是十分复杂的，需要人们在学习工作中不断地总结经验，这样才能够提高故障诊断效率，达到事半功倍的效果。

参考文献：

[1]谭本忠.通用车系维修经验集锦[M].北京：机械工业出版社出版.

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为了在提高性能与控制线束数量之间寻求一种有效的解决途径，在20世纪80年代初，出现了一种基于数据网络的车内信息交互方式———车载网络。

车载网络采取基于串行数据总线体系结构，这是业界的共识。在各种串行数据总线中，最常见的是PC机上的串口UART，因此最早的车载网络是在UART的基础上建立的，如通用汽车的E&C、克莱斯勒的CCD、福特的ACP、丰田的BENA等车载网络都是UART在汽车上的应用实例。UART在汽车上的成功应用，标志着汽车电器系统在融入汽车电子之后，再一次向汽车网络化方向迈进。

由于汽车具有强大的产业背景，随后车载网络由借助通用微处理器/微控制器集成的通用串行数据总线，逐渐过渡到根据汽车具体情况，在微处理器/微控制器中定制专用串行数据总线，如CAN、LIN、Byteflight和FlexRay等都是为汽车定制的专用串行数据总线。20世纪90年代中期，美国汽车工程师协会(SAE)下属的汽车网络委员会，为了规范车载网络的研究设计与生产应用，按网络的传输速率将车用总线划分为A、B、C三类。车载网络的分类标志着业界已接纳车载网络这一全新的技术，并使其进入产业化阶段。

现代车载网络显示了在现代汽车中从复杂的动力系统到简单的座椅、车灯、车门控制，从集成了全球定位系统(GPS)的车载导航仪到单一的音响喇叭，处处可见网络的踪迹，网络已成为各汽车电器/汽车电子之间的信息纽带。

产业化进展迅速

网络技术在汽车上的应用，不但增强了汽车的性能，而且减少了线束的用量。2003年6月在南京菲亚特下线的“派力奥·周末风”，由于采用了汽车整体车载网络技术，从而减少了23的线束，降低元件重量2.8千克。在“派力奥·周末风”中，车载网络将前照灯照明、前/后窗自动玻璃清洗控制、转向灯控制、后风窗雨刮器、内部照明系统、单点触电动窗自动升降、电子防盗系统通过网络连为一体。

由于车载网络不但增强了汽车性能，而且还降低了整车汽车电器/汽车电子系统的成本。为此收集了一些数据，希望从这些数据中能反映出车载网络的发展过程和现状。

近两年在中国生产，价格在8万元～20万元之间，采用车载网络的轿车、SUV情况。价格在20万元以下的轿车属于普及型轿车，但车载网络却在近两年在中国生产的普及型轿车中占据了相当大的比重，说明车载网络已在轿车中进入产业化阶段，它不再是高档轿车独享的专用高级技术。说明CAN总线已成为普及型轿车车载网络的主流。

在车载网络的发展过程中，通信介质已日益引起关注，目前POF已得到大量应用。此前德国宝马汽车公司宣布在2002年3月上市的最高级新款轿车“BMW7”系列中采用了50米POF。它表明大量采用POF车载网络的汽车已经开始进入实用阶段。

数据通信对速度的要求是永无止境的。在车载网络的发展过程中，介质的通信速度是制约车载网络应用和发展的一个重要因素。POF在汽车上的成功应用，不但推动了以Byteflight、FlexRay和MOST等现有的以POF为介质的高速车载网络的产业化应用，而且为下一代车载网络的发展创造了条件。随着人类生活空间的拓展，IT融合于汽车之中是未来发展的必然趋势，而作为IT装置之间实施信息交互媒介的网络，将会有更多类似于IEEE1394、Bluetooth等IT领域应用的网络向汽车渗透。

中国机会

随着中国经济的高速发展，面对中国巨大的轿车市场，世界上各大汽车制造商纷纷与国内汽车制造厂合作生产轿车，并且所生产轿车的技术含量正逐渐与世界同步。据相关资料报道，近年来在国内生产的轿车中，汽车电子在汽车中所占的比例及其汽车电子的技术含量已超过世界轿车的平均水平。

目前国际汽车工业广泛采用系统开发、项目平台、全球采购、模块化供货等运作方式。最近上海、浙江、广东已在不同程度上起动了汽车电子产业。政府的支持、市场的需求为中国汽车电子的发展提供了良好平台。车载网络是典型的实时嵌入式网络系统，而中国拥有较多的嵌入式系统开发人员，提供了大量的人才储备。这是中国汽车电子的发展机遇，也是具有自主知识产权车载网络在中国的发展机遇。

在“十五”国家电动汽车重大科技专项支持下，由清华大学与北京客车厂等单位开发的燃料电池城市客车、天津清源电动车辆股份有限公司等单位合作研发的XL纯电动轿车、由奇瑞汽车公司等合作单位研发的纯电动轿车都采用了具有自主知识产权的车载网络。目前中国科学院电工研究所汽车电子应用技术研究组在电动汽车重大科技专项支持下，专注于具有自主知识产权的车载网络CAN总线塑胶光纤集线器的研发。赛弗CC6450BY采用了CAN总线标志着车载网络在中国自有品牌汽车中的产业化进程开始了。

而车载网络作为连接车内机械、电器和电子信息的纽带，是整车的核心技术，而国内汽车工业的现状将注定具有自主知识产权的车载网络的大量运用还需要汽车企业和相关技术开发商付出大量的努力。

串行数据总线特点

在计算机技术中，数据总线分为并行数据总线和串行数据总线，串行数据总线是将数据按bit流的方式通过一根或多根通信介质实施信息交互的一种数据通信方式，它的特点是占用信道少、信息容量大。

日常生活中最常见的电视机红外线遥控、以太网、ADSL、USB、RS232等都属于串行数据总线范畴。它和电气信号连接方式的本质区别是信息容量大。由于串行数据总线占用信道少，因此它是内嵌微处理器/微控制器智能零部件或设备与外界实施信息交互的主要方式，在通用微处理器/微控制器中一般集成了一种或数种串行数据总线。

·车载网络的分类

车载网络的分类有两种方式：一种是基于传统的SAE总线分类，另一种是新型专用总线。

传统的SAE总线分类：A类面向传感器/执行器控制的低速网络，数据传输位速率通常只有1Kbps-10Kbps，主要应用于电动门窗、座椅调节、灯光照明等控制；B类面向独立模块间数据共享的中速网络，位速率一般为10Kbps-100Kbps，主要应用于电子车辆信息中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等系统，以减少冗余的传感器和其他电子部件；C类面向高速、实时闭环控制的多路传输网，最高位速率可达1Mbps，主要用于悬架控制、牵引控制、先进发动机控制、ABS等系统，以简化分布式控制和进一步减少车身线束。

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关键词：位置隐私；匿名空间；K匿名链；Chord；车载网络

中图分类号：TP393.08

文献标志码：A

0引言

车载网络（Vehicular Network）指的是依赖于能够灵活移动的载具而存在的移动自组织网络（Ad Hoc Network），它创造性地将自组织网技术应用于车辆间通信，使司机能够在超视距的范围内获得其他车辆的状况信息（如车速、方向、位置、刹车板压力等）、实时路况[1]及本地化的服务信息[2]。车载网络的特点是网络节点非常多，成员分布区域广，流动性大，车载网络的信息发送本质上是以广播的形式发送，同时由于车辆网络的相对局部性，车载网络中网络节点之间的建立的关系往往持续时间非常短，网络拓扑变化非常快。基于以上特点，车载网络非常容易受到安全攻击，而且相对来说，车载网络对网络安全性攻击是非常敏感的，车载网络的安全性直接关系到车辆驾驶的交通安全性。所以在部署车载网络的过程中，车载网络的安全性必须得到充分的保障。

随着车载网络服务的不断发展，在道路交通变得更加便利的同时，车载网络中车辆隐私性保护问题越来越受到关注。如果允许第三人利用车载网络收集车辆行驶信息，驾驶员的个人隐私必定会受到侵害。所以隐私性保护是车载网络中非常重要的问题。对于隐私性保护在车载网络中的研究，目前已经有很多研究方案：利用群签名的方案[3]、基于ID的签名的方案[4]、基于假名的签名方案[5]、假数据方案[6]、基于空间变换的匿名方案[7]、基于匿名链的位置隐私保护方案[8]等。其中，假名签名方案已经得到一定范围的认可，但大多数假名签名方案都采用预置一定数量的假名，每个假名仅使用一段时间就更换，使用完后需要向证书授权机构（Certificate Authority， CA）请求一组新的假名，这在降低效率的同时大大增加了窃听的概率；基于匿名链的位置隐私保护方案只是隐藏了身份信息和位置息的关联关系，保留了精确的位置数据，这就大大增加了被恶意攻击者攻击成功的概率。

本文所讨论的车载网络指的是狭义上的车载网络，即完全由交通车辆形成的车载网络。主要针对车载网络中车辆间的网络通信隐私性保护问题，提出一种新的K匿名链隐私保护机制，以增强车载网络通信的隐私性及安全性。

为了解决车载网络环境中的隐私性保护问题，徐建等[8]提出基于匿名链的位置隐私保护方法，但是这种方法只是隐藏了身份信息和位置信息的关联关系，保留了精确的位置数据，无法满足高匿名性的要求。为了解决这个问题，本文提出一种K匿名链机制，主要由两部分组成：移动车辆和LBS服务器。移动车辆可分为发送者节点、转发节点和接收者节点。发送者节点先构建K匿名空间，并将此匿名空间连同查询信息一起发送到转发节点上形成一条通向接收者匿名链，由接收者向LBS服务器[11]发起查询，经LBS服务器处理得到的候选结果集直接发送给发送者，由移动车辆对候选结果进行求精。图2表示K匿名链机制原理。

图2中Chord环上的节点（AD1～AD6）称为簇头节点，其中AD2、AD6分别为AD1的后继和前驱节点，S代表发送者节点，R代表接收者节点，整个Chord环就是由簇头节点及其前驱或后继节点构成。在上文中已经提及到，Chord环上的节点并不代表单一用户，而是表示了一簇车辆，例如以AD2为簇头节点的簇包含Node3、Node4、Node5三个簇成员。

以图2为例，当发送者节点S提出查询请求并要求k为4时，首先会通知本簇的簇头节点AD1，之后AD1通知簇中成员Node1、Node2和S共同构建k=4的匿名集合，形成匿名空间；接下来AD1会在其后继簇中随机选择n个簇，并向该n个簇的簇头节点发送选择节点信息。如图2中以AD2、AD3为簇头节点的簇为被选择的后继簇。簇头节点AD2、AD3依据节点间的连通性分别从本簇中选择若干个簇成员作为转发节点，如图2，发送者节点S会根据AD2返回的簇成员节点的信息计算其与簇成员节点间的连通性，从而可以选择Node3作为S的下一个转发节点。同样，Node3会选择Node4作为转发节点，Node4选择Node6作为转发节点。之后通过簇头节点将这些转发节点的信息发送给AD1，AD1再将这些节点信息发送给S。S通过得到的转发节点的地址信息以及公钥对其进行反向加密，由S确定构建匿名链的顺序，并且这个顺序只有S知道，之后S根据这个顺序对转发节点的构建匿名链。匿名链构建完成后，AD1将K匿名空间及查询请求一并发送到匿名链上进行转发，最后由接收者R向LBS服务器发送请求。经处理过的查询请求由LBS服务器直接发送给AD1，然后由AD1发送给S，由S自己对查询结果进行求精。至此，整个K匿名链机制查询过程完成。

值得说明的，是簇中成员节点的身份信息由簇头节点来维护，并复制到所有的簇成员节点中，簇与簇之间通过簇头获知所有各个簇中成员节点的身份信息。为了加强系统的容错性，簇头节点由簇成员节点周期性地轮流承担负载，当簇头节点的负载达到一定的阈值就会引发簇头节点的选举，阈值由簇头节点发送或接收到的信息数量来测量。同样，操作的通信开销也是通过传播的信息量来测量[12]，其数量级为O（log N），其中N为移动节点的总数目。

3安全性分析

本文提出的K匿名链机制中的K匿名空间隐藏了发送者的真实位置，而匿名链则隐藏了车辆身份信息与位置信息的关联关系。因此，攻击者的目标是获取发送者的真实的位置信息及其匿名链隐藏的关联关系。

假设攻击者是一个全局攻击者，即攻击者可以获取LBS服务器数据，并且在移动节点内有同伙恶意节点。在一个包含n个车辆及c个恶意节点的网络中，为了简化讨论本文只考虑一种静态模型，即不考虑车辆的加入或者离开。在构造匿名链过程中，一些恶意节点可能被选为转发节点，这些恶意节点可以根据匿名链中转发节点的顺序以及匿名链所允许的最大长度K值推测出攻击者想要的信息。下面分别从发送者节点和接收者节点角度来分析K匿名链的安全性。

由以上分析可知，匿名链最大长度K取值越大，相应的j与x的取值范围将增大，从而能够分别提高发送者节点及接收者节点的匿名程度，增加了恶意节点的攻击难度。从以上公式可看出，发送者节点的匿名程度明显高于接收者节点的匿名程度。这主要是由于发送者节点在发送查询请求前形成了K匿名空间，隐藏了发送者节点的真实位置。同样，恶意节点的数量会导致匿名程度的变化。当匿名链最大长度一定时，恶意节点数量增加会导致发送者节点和接收者节点的匿名程度下降；反之，它们的匿名程度会提高。

4仿真实验与分析

5结语

本文针对当前匿名链对移动车辆隐私性保护不足，提出了一种K匿名链机制。对发送连续位置查询请求的车辆进行了K匿名保护，并通过转发节点传递包含查询节点在内的K匿名空间及其查询请求构建匿名链。在保证查询节点K匿名的条件下，隐藏了其身份信息与位置信息的关联关系，从而提高了车载网络中车辆的匿名强度。通过对仿真实验结果的分析，在同等条件下，K匿名链机制的匿名效果要明显好于匿名链的匿名效果，进一步完善了车载网络的安全性。

参考文献：

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关键词：地铁；无线视频传输系统WLAN；AP天线

中图分类号：TD65 文献标识码：A

1 研究背景

2006年6月，天津地铁1号线正式开通试运营。2008年8月为配合北京奥运会的安全召开地铁公司在车厢内加装了相应的电视监视系统，但是根据实际需要，指挥行车的调度员无法在线实时观看到列车内的图像信息，在车厢内出现问题时无法第一时间掌握现场情况，这就迫切要求天津地铁1号线采取无线视频传输技术将图像传送到控制中心，为指挥行车提供可靠的安全保障。

2 基于AP天线的WLAN性能方案

2.1 系统功能及轨旁AP布设策略

无线视频传输系统即WLAN系统是实时传输系统作为传输网络的延伸，为天津地铁1号线提供地面与列车之间的通信，无线视频传输系统车地无线通信能够保证列车在高速行驶的情况下，能够以有效带宽不低于10Mbps的速率在列车和运营控制中心服务器间双向传输视频影像，同时保证车载AP同轨旁AP切换时做到“0”丢包。

目前基于WLAN在隧道内的覆盖方式有两种：一种是AP的信号通过漏缆进行传输，还有一种是AP信号通过天线进行无线传播，本次研究的是采用信号通过天线进行无线传播的方式。在沿轨道设置无线接入点（AP）、设置控制中心的无线控制器，以及车载的无线单元和天线。控制中心无线控制器通过传输网络实现与轨道无线接入点相连，在列车上设置车载无线网桥，以达到在全线范围内实时无缝的列车与地面间的图像和数据传递，并实现快速切换。

在区间和站台根据无线信号覆盖的要求设置分布式数据接入交换单元，实现与车载数据控制单元之间的无线数据通信。各轨旁AP通过光纤收发器，以100M光纤与车站交换机相连接，经车站数据控制器对数据进行处理后，通过通信传输系统提供的通道与控制中心连接。

2.2 无线传输网络结构

车地无线双向数据传输网络是整个宽带传输网重要组成部分，无线双向数据传输网络采用AP架构组网方案，主要组成包括有无线管理交换机、无线管理工作站、铺设在轨旁及车辆段的无线基站（AP）和天线、车载无线网桥及天线以及车载交换机等部分，方案符合WLAN 802.11a标准。无线双向数据传输网络中无线系统硬件包括有AP和无线管理交换机。无线管理交换机和AP之间不需直接互联，可以透过IP网络（可由交换机、路由器或其它网络设备组成）互通。

轨旁AP在直线隧道一般每间隔200米布设一个，在弯道或地面根据实际情况采用每间隔50米、100米布设一个，AP采用定向天线，双向无线双向数据传输网络的无线系统采用标准为802.11a。

2.3 车载局域网

车载局域网络由车载无线单元、车载交换机组成，车载视频控制器、车载监控设备等接入该网络。车载无线单元提供移动列车与轨旁AP的实时无缝连接，用以实现车载视频设备与控制中心和车站的连接。车载交换机采用工业交换机，实现各节车厢互联，每趟列车车头车尾分别设置无线网桥，同轨旁AP实现互相冗余的车地无线通信。

在地铁列车车头、车尾分别安装一台10端口工业以太网交换机，与车辆提供的以太网接口构成列车内小型局域网，为车载信息显示及车载图像监控提供传输通道。车载局域网采用链网结构，在车头、车尾设置两套独立的无线接收装置，保证在局域网发生断点故障时顺利切换。

3 技术难点分析

3.1 网络链路分析

轨旁AP与车载AP之间无线使用 802.11a用于覆盖列车运行沿线。12路1M监控流，从列车通过无线信号至分布式数据接入交换单元再经车站上传至控制中心。同时无线传输网络必须提供满足系统功能需求，并留有需求带宽25%以上的冗余量，根据以上带宽计算分析，总带宽需求为12Mbps+3Mbps=15Mbps，因此，车地无线双向数据传输网必须提供15Mbps的有效带宽。

3.2 越区切换要求

由于无线网络承载的是视频信号，视频显示不能出现明显断点、失帧、抖动、马赛克等，故要求列车即使在高速运行下，也要保持无线链路不能中断。当车载AP从一个轨旁AP的覆盖范围移动到下一个轨旁AP的覆盖范围时，将发生切换。小区之间的无线切换操作是自动的，并且对于列车操作来说是透明的。

通常802.11a的越区切换时间在500ms到2s之间（包括重新鉴权和其他以安全为目的额外开销），在切换期间，车载AP可能与轨旁AP失去连接（也就是说，通信中断）。为达到零切换时间，采用WLAN基于预测的切换技术（简称，WHFT）。WHFT算法与标准802.11a切换算法的不同在于：WHFT允许车载AP在与旧AP（如APn）脱离前与新AP（如APn+1）建立连接，即在中断前连接。再加上相邻AP彼此重叠足够的区域，就能够实现零切换时间。所有与切换有关的处理，在列车运行在相邻AP重叠区域内都会完成，而重叠区域的大小应该按照列车全速运行来设计，最快切换时延可以小于5ms，可以做到“0”丢包切换。

3.3 无线网络抗干扰能力分析

由于无线信号在传播过程中会存在多个通过不同路径到达接收点的信号分量，使得到达接收点的信号分量在相位和幅度上发生了变化。当所有在接收点的信号分量叠加后，合成信号的幅度就会减小或增加，同时导致严重的符号间干扰，其结果是产生多径衰落，造成通信的不稳定。而地铁沿线很容易产生多径信道。IEEE 802.11a要求采用正交频分复用（OFDM）的技术，将高速数据流分配到数十个相互正交的子载波上，而在每个子载波上是窄带调制，使得信号传输对于多径效应具有选择性衰落。其次，在高速移动环境中，由于发送机与接收机之间的相对运动，会导致接收信号的频率偏移，出现误码。根据理论计算，2.4GHz的802.11a应用频段所引起的频偏在±250Hz以内，这就要求提供的系统频率容量达到±1kHz即可正常使用。

结语

通过在地铁隧道内设置AP天线，在列车内设置相应的交换设备，可以构建成天津地铁1号线无线视频传输系统，实现系统的可用性。对于需要传输15M带宽以及具有抗干扰能力的的需求，需要在软件上采用正交频分复用，确保系统的可靠性。

参考文献

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2车载网络系统的故障诊断的一般程序

1）基本检查。检查汽车蓄电池的静态电压、各接头之间的连接情况、相关的保险丝以及发动机与车身的搭铁情况等。2）连接专用诊断仪，与出现故障的各电控系统进行通讯，并读取故障码。3）如有故障码，按故障码提示进行检查。在CAN系统故障码与其它故障码同时出现时，应优先对CAN系统进行故障诊断。如故障诊断设备它具有对控制单元ECU进行CAN系统的故障诊断和支持监视器功能，通过诊断设备的这个功能可以用来帮助判断故障位置。4）检查控制模块的电源供应及搭铁回路是否良好。5）检查CANBUS数据总线的两根线路是否良好，最好用多通道示波器对其进行波形检测，如不正常再用万用表进行检查是否断路、短路。6）拔下控制模块线束接头，对控制模块CANBUS数据总线接口两端的数据传递终端电阻进行检测，如不符要求，则控制模块内部不良。7）在拔下控制模块线束接头，检查CANBUS数据总线接口的接触情况，并使该控制模块不接入车内网络系统的情况下，观察故障现象的变化，如故障消失，则控制模块硬件损坏或内部软件故障如未进行相应编程、设定等。8）先对该控制模块进行重新设定，如故障不能消失，则更换新模块再视情进行重新编程设定。

3车内局域网系统故障诊断、排除的相关要点

1）熟悉每个类型的汽车网络系统的特点。车载网络采用的大多是局域网（局域网是指在一个特定的局部单位内连接的网络），其可用的传输介质主要有同轴电缆、双绞线、光纤电缆和无线电。在汽车上会同时有多个局域网络存在，通过利用网关将这些局域网连接起来从而形成互联网络。因此网关是用来连接不同类型的网络从而能实现不同类型网络之间协议相互转换的设备。根据网络结构，车载网络分星型网、总线网、环型网。星型网络是以一台中央处理器为中心，中央处理器与每台入网机器有一个物理连接链。星型网络又有用普通导线传输数据的普通星型网络和用光纤传输数据的光学星型网络，但都只能在一个部件或总成上使用。如宝马7系列轿车被动安全系统的Byteflignt就采用光学星型网络（参见后述故障实例中的介绍）。环型网络是指控制单元通过网络部件连到一个环行物理链路中，其优点是信息在网络中传输实时性好、传输数据量大及抗干扰能力强，每个节点只与其他2个节点有物理连接；缺点是一个节点故障可能影响整个网络，可靠性较差，网络扩充时要调整对整个网络重新排序，在增加功能时需添加控制单元，相对比较复杂。总线型网络由总线连接入网控制单元，可以使用同轴电缆、双绞线、光纤电缆作为网线，以双绞线最为常见。车载局域网的应用非常多，如可以应用在动力控制系统、车身系统、安全系统、信息系统，它们可以是采用不同的网络结构、不同的传输介质、不同的传输协议的各自独立的网络；也可以设置网关，将它们连接为一体形成车载网络系统。网关主要功能是从一个局域网络读取所接收的信息，并翻译信息，向其它局域网络发送信息。车载网络系统是一个比较复杂的系统，所以维修时，我们要通过对汽车车载网络之间的关系结构的熟悉，如果能偶将其网络结构的基本框图会出来时最好的。

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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

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

1、 需求及现状分析 近年来政府各部门，军队，武警，公安，石油石化、煤炭等行业都高度重视应急指挥能力的建设，车载移动应急指挥平台作为固定指挥所功能的延伸与完善具有机动性高、生存能力强、部署方便迅速、功能强大等特点，在各类突发事件的应急指挥中扮演着越来越重要的角色。一个现代化的车载移动应急指挥平台不仅是一个指挥调度中心，而且是一个计算机网络中心、通讯中心、监控中心、数据中心、信息制作中心。车载移动应急指挥平台可以说是系统内各类信息的综合应用点，包括数据库的集成应用、各部门数据的综合应用、实时监控数据及图像的显示、指挥决策系统的结果输出及（包括使用通讯工具调度指令）等。

由于车载移动应急指挥平台系统组成复杂、设备种类繁多、通讯手段多样（几乎涉及到通讯的全领域）、电磁环境复杂、设备密度大、系统间抗干扰要求高。目前不少此类系统平台存在以下问题：1、整体规划设计不当，造成布局不合理，使用操作不便；2、在整车选型时没有考虑车辆动力与配载配重问题，造成整车超重或者车后部过重，影响车辆驾驶的操控性和机动性和平稳性3、设备性能搭配不合理，综合布线不规范，造成整个系统效率低下4、没考虑到在设备密度大、电子环境复杂的情况下各子系统间相互干扰的问题造成各子系统运行不稳定，抗干扰性能低下

2、系统要求 车载移动应急指挥平台应能实现一旦发生紧急事件，可迅速部署到突发事件现场的二级安全区域，短时间内实现卫星、移动3G等的无线网络接入，在指挥车内就可以对突发事件现场进行视频和数据的实时监控，及时掌握现场状况，可现场通过无线数据语音直接指挥，并可以把现场的图像及数据同步回传到后方总部，与总部进行电话、传真及视频会议等形式的沟通。具体归纳为以下功能：

a、通过车载或便携无线自组网系统或卫星系统、移动3G系统实现与突发事件现场的网络连接，以及与现场各类技术人员的无线通话；提供与突发事件现场的网络和电话接入功能

b、提供突发事件现场的实时视频监控；

c、提供突发事件现场的实时采集数据；

d、通过卫星等技术手段实现车载移动应急指挥平台与后方总部的电话、传真、视频对话功能；

e、现场落实应急预案；

f、能够独立提供动力和电源，具备一定的野外生存能力

3、系统设计及产品选型原则 车载移动应急指挥平台一般由卫星通信、短波通信、超短波通信、微波通信、现场音视频图像采集、综合指挥调度、无线宽带网络、集中控制、装载车辆以及安全保障等子系统组成。

在整个车载移动应急指挥平台的设计一般都是根据国家和相关行业的技术规范以及用户的具体需求进行整体设计和载车改造的，系统的实际使用效果很大程度上取决于最初的规划设计和产品的选择。由于应急指挥有其特殊性，在设计及产品选型中要注意以下要点

a、整个系统要能够统一组网，兼容互联。在设计选型是要考虑到各个子系统相互之间，各子系统与现场设备之间能够实现同一组网，兼容互联的能力。实现各个子系统之间，子系统与现场之间功能相互兼容不冲突，充分发挥整个系统的效能。

b、要有极高的可靠性。要考虑到车载使用环境（震动、温度、湿度、空间、重量）对产 品选型的限制，在整体设计时考虑系统稳定性、产品电源适应性、减震、散热、轻量化、隔音隔热、防湿热、防霉菌、防烟雾。选择经过大量实际应用检验过的，性能不断改进后的，适应车载及野外使用且低能耗的产品。

c、要有极高的安全性。设计时要充分考虑车体物理安全（防雷、漏电和过压保护、抗砸，防水等）、网络通信安全、信息安全、设备及人身安全。

d、要有极高的电磁兼容性车载移动应急指挥平台具有设备繁杂、连接复杂、工作频率覆盖宽、型号形式多、结构空间小的特点。要做到：

1）对电台等通信设备要采用屏蔽性能优良的接插件和屏蔽电缆；

2）电源线和信号线分开布线，信号线按高低频分离的方法实现三线分离；

3）高频电缆走线尽量短而且相互不交叉，各类电台的高频馈线相隔不小于50-70mm；

4）车载发电机供电电缆与其他电缆之间间隔不小于300mm，且线径截面积要大；

5）利用电磁干扰的距离衰减特性，根据设备不同工作频率，按照模拟、数字、射频不同区域安装的方式，合理布局设备与器件的安装；

e、要有极好的可维修性 设备和系统部署要便于维修维护，部件要具备标准化可互换性，主要设备和系统要具有自检和预警功能。

f、要具备良好的保障性设计 可迅速的开设、开通、撤收及转移。

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中图分类号：TP315 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）08-0139-02

0引言

传统的车载监控终端普遍通过SMS短信息业务向监控中心传送数据，通信很频繁，几秒钟一次，费用很高。另外，短信利用信道命令时隙来传送，没有专门的数据通道，所以在命令时隙繁忙的时候很可能出现信息延时或丢失的情况，无法实现实时监控。为了解决这一问题，引入了GPRS技术，GPRS技术具有按流量计费、永远在线、接入迅速、实时数据传输等特点，而且传输速度达到了115kb/s，远远超过了GSM网络的9.6kb/s，其高效的传输速率为以后的功能扩展提供了有利条件，如音频传输，视频监控等功能。

1车辆监控系统工作原理及流程

首先，车载终端设备上的GPS卫星数据采集模块采集到GPS定位数据，数据拆包后得到车辆的坐标位置、时间等有效信息，该信息被重新封装后，由GPRS无线通信模块发送到GPRS无线通信网上。GPRS网络根据相应的协议在车载终端和和监控中心之间建立一条数据通路。监控中心通过GIS数据库和WebGTS技术把传送来的车辆位置信息显示在电子地图上。同时，监控终端可以通过该数据通路向车载终端发送控制指令和调度信息。

2基于GPRS的通信平台的设计与研究

2.1 车载监控终端的结构设计与工作流程车载监控终端由中央处理单元、GPRS模块、GPS模块、键盘、液晶显示等部分组成。如图1所示。

GPS模块接收卫星发送的导航电文，得出当前车辆的经纬度、速度及GPS卫星时间等信息。中央处理单元将这些的信息和车辆状态信息一起封装，再通过GPRS模块传送到GPRS网络，最后传送到监控中心。另外，GPRS模块也可以通过GPRS网络接收来自监控中心的调度信息和控制命令。

2.2 车载监控终端GPRS通信链路的建立

2.2.1 GPRS系统工作原理GPRS是在GSM基础上发展而来的，它采用分组交换技术，能兼容GSM网络并能更加有效的在网络上高速传输数据和信令。

GPRS在工作时，通过对路由的管理来进行寻址及建立数据连接，这里主要涉及到发送数据的路由建立。车载终端产生的数据单元（PDU）经过SNDC处理，生产SNDC数据单元，再经过LLC层生产LLC帧，然后发送到GSM网络中该车载终端所在的SGSN，SGSN再把数据传送到GGSN，GGSN把数据解封，转换格式，最后传送到监控中心。

2.2.2 建立GPRS通信链路该设计使用的GPRS无线通信模块是西门子MC 35 GPRS MODEM，通过串口与中央处理单元进行连接。它们之间的通信协议是AT指令集。

硬件之间通过串口进行通讯，串口驱动层主要实现打开、关闭、读、写操作。对串口的读写如下：

读串口：

int ReadComm(void* pData, int nLength)

{

DWORD dwNumRead; // 串口收到的数据长度

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

return (int)dwNumRead;

}

写串口：

int WriteComm(void* pData, int nLength)

{

DWORD dwNumWrite; // 串口发出的数据长度

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

return (int)dwNumWrite;

}

然后在串口函数的基础上编写GPRS模块驱动函数。微控制器通过串口控制GPRS模块，进行设置等操作。通过微控制器发送AT指令给GPRS模块，检测设备是否正常，并且对GPRS设备进行初始化。

检查设备是否正常代码：

・・・・・・

WriteComm("AT\r", 3);

ReadComm(ans, 128);//ans为数组名

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

return FALSE;

・・・・・・

设置PDU模式：

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

ReadComm(ans, 128);

PPP协议的实现。GGSN与GPRS模块之间的通信遵守PPP协议。其过程遵守LCP（Link Control Protocol）、PAP（Password Authentication Protocol）、IPCP（Internet Protocol Control Protocol）等协议。其中LCP协议用于建立、构造、测试链路的连接。PAP协议处理密码验证。IPCP协议用于设置网络协议环境，并分配IP地址。一旦协商完成，链路就已经创建。登录GGSN并传输数据。GPRS模块用AT指令通信。

实现GPRS模块GPRS通信的控制指令如下：

AT+CGATT=1，若反馈OK，则表明成功。GPRS模块只有连接到GPRS网络后，才能使用GPRS的相关服务。

AT+CGDCONT=1， “IP”， “CMNET”，GPRS模块开通TCP/IP服务；反馈OK。1是标识符，IP表明GPRS模块和网络之间的数据是以IP包的形式进行的。CMNET是中国移动的网络接入点。

AT+CGQREQ，协商Qos服务质量，可以根据实际需要进行设置。

ATD*9***1#，通过AT指令进行拨号，若返回CONNECT，则进入数据传输模式，这时数据是以PPP帧的格式进行传输的，GPRS模块也应该以PPP帧格式进行回答。然后就进入PPP协商会话阶段，当成功协商后，将会动态分配到一个固定虚拟IP地址。然后通过GPRS网关支持节点（GGSN）就可以连接到网络上了。

3监控中心的通信服务器的设计与实现

3.1通信服务器的设计监控中心是通信平台的核心，通信服务器负责上传接收到的车辆终端GPS数据和的下达指令。在GPRS通信网络上，通信服务器采用TCP/IP协议和车载终端进行连接。TCP是面向连接的通信协议，通信双方以全双工方式进行数据传输，提高了通信效率。TCP采用超时重传和捎带确认机制，适用于对安全性，可靠性较高的数据进行传输。

通信服务器主要完成三项工作。与车载终端通信，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；修改数据库。因此通信服务器主要有两个功能，数据处理和网络传输。

3.2 服务器端GPRS通信协议GPRS通信协议的格式如表1所示。其中信息内容包括：车辆的经度、维度、GPS时间、车辆状态等信息。

4通信性能与分析

通过实际测试，验证了数据传输的实时性和成功率。数据传输有一定时延，时延包括GPS信号在GPRS模块中的处理时间，GPRS数据包在网络中的传输时间，接收端处理时间三部分。当车载终端在盲区时或信息繁忙时可能出现信息丢失或延时。实验时随机取点500个，通信时延和成功率如表2所示。实验表明成功率达到了98.8%。

5结语

经过实验数据分析，该车载监控终端的GPRS数据传输稳定性可靠，实时性好。该平台具有覆盖范围广，操作简单，通信费用低，传输速度快等优点，达到了预期的结果。该车载监控终端可广泛应用与物流，银行运钞车，出租汽车等领域。

参考文献：

[1]高旭巍,吴振宇.采用GPRS技术的车载卫星定位系统.公路交通科技[J].2005,22(8):127-130.

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引言：车辆在城市交通行驶及起步停车等阶段易发生刮蹭、碰撞，因雨雪雾等天气造成的路面湿滑及视野受阻环境下，更易发生事故导致财产损失及人身伤害。事故发生典型场景有：1.直线行驶车辆与侧方驶离停车位/社区出入口车辆、侧方停靠车门突然开启车辆发生碰撞；2.直线行驶车辆与侧方并线车辆、前方逆转方向车辆发生碰撞。安全辅助系统可实现上述场景中车辆行车状态自动识别与信息互动警示，减免意外事故发生。

一、系统方案设计

系统由车载终端、参考节点、协调器节点和数据服务器构成。车载终端负责收集/处理车辆行车状态信息，作为网络移动节点对车辆进行跟踪定位辅助；参考节点位于区域固定位置，起网络定位参考作用；协调器节点建立网络，负责处理节点位置信息并将信息传输至数据服务器；数据服务器可接入互联网，实现计算机终端对网络的远程访问与控制。系统无线通信采用ZigBee网型拓扑网络，置于道路侧的协调器节点为网络核心，主导无线网络的建立与配置管理。协调器节点与车载终端、参考节点采用自组织方式组建无线通信网络。

主要功能原理如下：车辆启动后车载终端开始工作，并通过总线系统收集车辆车速/轮速/转向灯开关/倒车开关/车门开关等信号以及GPS系统定位信息，经过微处理器计算车辆行驶状态与位置信息。车载终端搜索并加入附近区域协调器节点建立的网络，借助参考节点辅助定位，通过网络向区域内其他车辆发送本车行驶状态与位置信息。其他车辆终端微处理器分析获取信息，识别相邻接近车辆与本车是否存在行驶路线交叉与汇合，提醒驾驶员注意邻近车辆行驶路线并适时建议驾驶操作。

二、系统硬件设计

1.车载终端设计：系统需满足大量实时数据收发与低功耗要求，同时为实现硬件平台功能可扩展性，设计采用MCU模块+HMI模块方案。MCU模块负责车辆状态信息采集与处理、数据无线通信等；HMI模块负责人机交互功能例如语音播报等。模块间通过RS485总线连接。

MCU模块采用LPC2366微处理器与CC2431射频芯片构建硬件平台，结构如图1所示。MCU模块由负责数据采集与处理的CPU模块、存储数据的储存模块、采集车辆状态参数的CAN总线接口模块、负责数据收发的射频模块和电源管理模块组成，射频模块与CPU模块是系统核心。CPU模块自动采集CAN总线接口模块传来信号，经调制电路由CPU处理，处理与分析结果通过ZigBee网络传输。LPC2366集成CAN控制器与CAN电平转换芯片TJA1040T相连，接收车辆状态参数。TJA1040T是NXP公司推出的用于汽车电子的高性能CAN收发器。射频模块采用Ti公司CC2431，单芯片整合ZigBee射频前端、微控制器与GPS定位引擎硬件，采用较少电路即可实现无线信号收发，利用内置定位引擎基于RSSI技术，根据接收信号强度与已知网络参考节点位置计算车辆终端位置，实现车辆定位信息的多路输入辅助。CPU模块设计有RS232接口可用于连接独立GPS模块，GPS模块采用联发科技GS-92m，拥有SIRF3电路，具有20个卫星信号通道，热启动模式平均定位时间为1s，具有搜星快速、接收能力强等特点。数据采集模块包含4路模拟量采集通道与8路开关量采集通道，用于扩展终端系统实用性。

2.协调器/参考节点设计：节点采用CC2430芯片，包括电源模块、射频天线RF模块以及晶振电路等模块。电源模块用于为协调器节点的其它功能模块供电，保证节点正常运行。RF模块用于数据的无线收发与传送。协调器晶振模块是两个不同频率晶振，用于无线收发数据和休眠状态。

3.数据服务器设计：数据服务器与网络通过以太网接口连接，采用RTL8019AS网络芯片，实现远程数据传输。服务器采用三星S3C44BO芯片，芯片规格为16/32Bit RISC。内部集成USB设备端与主机端，可提供点对点连接，USB接口芯片采用ISP1161。

三、系统软件设计

1.车载终端软件设计：车载终端上电硬件初始化，CPU模块通过SPI接口发送初始化指令，使CC2431进入工作状态，搜索其通信范围内是否存在网络并申请入网。终端成功入网后等待轮询信息并发送应答信息到协调器。LPC2366完成初始化后对采集到的CAN总线的数据以及开关量或模拟量进行解析，数据依次进行协议封装，并将分析结果实时通过CC2431传送至协调器节点。

2、参考节点软件设计：参考节点上电初始化，申请加入网络。搜索信号，接收并判断数据是否发给自身，是则从数据包中提取RSSI值，不是则丢弃。接收某一车载终端节点数据达到10次时计算平均值。将平均值运用定位算法计算出本节点与该车载终端节点间的距离。将自身坐标信息和移动节点与本节点间的距离值发送给协调器和该车载终端节点。

3.协调器节点的软件设计：协调器节点负责无线网络建立、网络参数设定、网络信息管理与维护等功能。协调器节点上电完成协调器硬件和协议栈的初始化后，开始进行信道能量检测与信道扫描。选择空闲信道中能量最强的作为所建立的无线网络的信道，从而建立无线网络并生成无线网络编号PAN ID和配置无线网络参数。建立ZigBee无线网络成功后，协调器节点进入监听状态，如有子节点申请入网，则允许子节点加入并为其分配无线网络地址，建立绑定文件。

四、总结

本文介绍一种车辆安全辅助系统，车辆间以ZigBee模块为基础，实现车辆实时行车状态信息的无线发送，在局部区域内完成车车通信，预先提醒驾驶员附近车辆行车状况并适时调整驾驶操作以避免安全风险。系统通信采用网状网络拓扑，具有可靠性强、组网灵活性高、自愈能力强等优点，适用于网域内动态移动变化的节点间通信与监测应用。

参考文献

[1]张威奕，陈秀万，李颖，李智慧. 基于GPS和Zigbee融合的无缝定位方法研究[J].宁夏大学学报，2013，34（1）：40-44.

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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.