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淺談汽車車載網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用論文
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淺談汽車車載網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用論文 篇1
摘要：車載是汽車技術(shù)的必然趨勢，本文就車載網(wǎng)絡(luò)形成的必要性及其進(jìn)行了系統(tǒng)地，以便更好地理解新一代汽車電子控制系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：車載網(wǎng)絡(luò)車身系統(tǒng)動力傳動系統(tǒng)安全系統(tǒng)信息系統(tǒng)
一、引言
隨著汽車日新月異的發(fā)展，現(xiàn)代汽車上使用了大量的電子控制裝置，許多中高檔轎車上采用了十幾個甚至二十幾個電控單元，而每一個電控單元都需要與相關(guān)的多個傳感器和執(zhí)行器發(fā)生通訊，并且各控制單元間也需要進(jìn)行信息交換，如果每項(xiàng)信息都通過各自獨(dú)立的數(shù)據(jù)線進(jìn)行傳輸，這樣會導(dǎo)致電控單元針腳數(shù)增加，整個電控系統(tǒng)的線束和插接件也會增加，故障率也會增加等諸多。
為了簡化線路，提高各電控單元之間的通信速度，降低故障頻率，一種新型的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)CAN數(shù)據(jù)總線應(yīng)運(yùn)而生。CAN總線具有實(shí)時性強(qiáng)、傳輸距離較遠(yuǎn)、抗電磁干擾能力強(qiáng);在自動化電子領(lǐng)域的汽車發(fā)動機(jī)控制部件、傳感器、抗滑系統(tǒng)等應(yīng)用中，CAN的位速率可高達(dá)1Mbps。同時，它可以廉價(jià)地用于運(yùn)載工具電氣系統(tǒng)中。
二、CAN總線簡介
CAN，全稱為“ControllerAreaNetwork”，即控制器局域網(wǎng)，是由ISO定義的串行通訊總線，主要用來實(shí)現(xiàn)車載各電控單元之間的信息交換，形成車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，CAN數(shù)據(jù)總線又稱為CAN—BUS總線。它具有信息共享，減少了導(dǎo)線數(shù)量，大大減輕配線束的重量，控制單元和控制單元插腳最小化，提高可靠性和可維修性等優(yōu)點(diǎn)。
CAN被設(shè)計(jì)作為汽車環(huán)境中的微控制器通信，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。其工作采用單片機(jī)作為直接控制單元，用于對傳感器和執(zhí)行部件的直接控制。每個單片機(jī)都是控制網(wǎng)絡(luò)上的一個節(jié)點(diǎn)，一輛汽車不管有多少塊電控單元，不管信息容量有多大，每塊電控單元都只需引出兩條導(dǎo)線共同接在節(jié)點(diǎn)上，這兩條導(dǎo)線就稱作數(shù)據(jù)總線（Bus）。CAN數(shù)據(jù)總線中數(shù)據(jù)傳遞就像一個電話會議，一個電話用戶就相當(dāng)于控制單元，它將數(shù)據(jù)“講入”網(wǎng)絡(luò)中，其他用戶通過網(wǎng)絡(luò)“接聽”數(shù)據(jù)，對這組數(shù)據(jù)感興趣的用戶就會利用數(shù)據(jù)，不感興趣的用戶可以忽略該數(shù)據(jù)。
一個由CAN總線構(gòu)成的單一網(wǎng)絡(luò)中，上可以掛接無數(shù)個節(jié)點(diǎn)，但實(shí)際應(yīng)用中，所掛接的節(jié)點(diǎn)數(shù)目會受到網(wǎng)絡(luò)硬件的電氣特性或延遲時間的限制。使用機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的前提是，各電控單元必須使用和解讀相同的“電子語言”，這種語言稱“協(xié)議”。汽車電腦網(wǎng)絡(luò)常見的傳輸協(xié)議有多種，為了并實(shí)現(xiàn)與眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換，就必須制定標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議。隨著CAN在各種領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣，1991年9月PhilipsSemiconductors制定并發(fā)布了CAN技術(shù)規(guī)范（Version2.0）。該技術(shù)包括A和B兩部分。2.0A給出了CAN報(bào)文標(biāo)準(zhǔn)格式，而2.0B給出了標(biāo)準(zhǔn)的和擴(kuò)展的兩種格式。1993年11月ISO頒布了道路交通運(yùn)輸工具—數(shù)據(jù)信息交換—高速通信局域網(wǎng)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898，為控制局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化鋪平了道路。美國的汽車工程學(xué)會SAE2000年提出的J1939，成為貨車和客車中控制器局域網(wǎng)的通用標(biāo)準(zhǔn)。
三、CAN-BUS數(shù)據(jù)總線的組成與結(jié)構(gòu)
CAN-BUS系統(tǒng)主要包括以下部件：CAN控制器、CAN收發(fā)器、CAN-BUS數(shù)據(jù)傳輸線和CAN-BUS終端電阻。：
1．CAN控制器，CAN收發(fā)器
CAN-BUS上的每個控制單元中均設(shè)有一個CAN控制器和一個CAN收發(fā)器。CAN控制器主要用來接收微處理器傳來的信息，對這些信息進(jìn)行處理并傳給CAN收發(fā)器，同時CAN控制器也接收來自CAN收發(fā)器傳來的數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并傳給控制單元的微處理器。
CAN收發(fā)器用來接收CAN控制器送來的數(shù)據(jù)，并將其發(fā)送到CAN數(shù)據(jù)傳輸總線上，同時CAN收發(fā)器也接收CAN數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)，并將其傳給CAN控制器。
2．?dāng)?shù)據(jù)總線終端電阻
CAN-BUS數(shù)據(jù)總線兩端通過終端電阻連接，終端電阻可以防止數(shù)據(jù)在到達(dá)線路終端后象回聲一樣返回，并因此而干擾原始數(shù)據(jù)，從而保證了數(shù)據(jù)的正確傳送，終端電阻裝在控制單元內(nèi)。
3．?dāng)?shù)據(jù)傳輸總線
數(shù)據(jù)傳輸總線大部分車型用的是兩條雙向數(shù)據(jù)線，分為高位﹝CAN-H﹞和低位﹝CAN-L﹞數(shù)據(jù)線。為了防止外界電磁波干擾和向外輻射，兩條數(shù)據(jù)線纏繞在一起，要求至少每2.5cm就要扭絞一次，兩條線上的電位是相反的，電壓的和總等于常值。
四、車載網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用分類
車載網(wǎng)絡(luò)按照應(yīng)用加以劃分，大致可以分為4個系統(tǒng)：車身系統(tǒng)、動力傳動系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、信息系統(tǒng)。
1．動力傳動系統(tǒng)
在動力傳動系統(tǒng)內(nèi)，動力傳動系統(tǒng)模塊的位置比較集中，可固定在一處，利用網(wǎng)絡(luò)將發(fā)動機(jī)艙內(nèi)設(shè)置的模塊連接起來。在將汽車的主要因素—跑、停止與拐彎這些功能用網(wǎng)絡(luò)連接起來時，就需要高速網(wǎng)絡(luò)。
動力CAN數(shù)據(jù)總線一般連接3塊電腦，它們是發(fā)動機(jī)、ABS/EDL及自動變速器電腦（動力CAN數(shù)據(jù)總線實(shí)際可以連接安全氣囊、四輪驅(qū)動與組合儀表等電腦）�？偩�可以同時傳遞10組數(shù)據(jù)，發(fā)動機(jī)電腦5組、ABS/EDL電腦3組和自動變速器電腦2組。數(shù)據(jù)總線以500Kbit/s速率傳遞數(shù)據(jù)，每一數(shù)據(jù)組傳遞大約需要0.25ms，每一電控單元7~20ms發(fā)送一次數(shù)據(jù)。優(yōu)先權(quán)順序?yàn)锳BS/EDL電控單元→發(fā)動機(jī)電控單元→自動變速器電控單元。
在動力傳動系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳遞應(yīng)盡可能快速，以便及時利用數(shù)據(jù)，所以需要一個高性能的發(fā)送器，高速發(fā)送器會加快點(diǎn)火系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳遞，這樣使接收到的數(shù)據(jù)立即到下一個點(diǎn)火脈沖中去。CAN數(shù)據(jù)總線連接點(diǎn)通常置于控制單元外部的線束中，在特殊情況下，連接點(diǎn)也可能設(shè)在發(fā)動機(jī)電控單元內(nèi)部。
2．車身系統(tǒng)
與動力傳動系統(tǒng)相比，汽車上的各處都配置有車身系統(tǒng)的'部件。因此，線束變長，容易受到干擾的。為了防干擾應(yīng)盡量降低通信速度。在車身系統(tǒng)中，因?yàn)槿藱C(jī)接口的模塊、節(jié)點(diǎn)的數(shù)量增加，通信速度控制將不是，但成本相對增加，對此，人們正在摸索更廉價(jià)的解決方案，常常采用直連總線及輔助總線。
舒適CAN數(shù)據(jù)總線連接一般連接七個控制單元，包括中央控制單元、車前車后各一個受控單元及四個車門的控制單元。舒適CAN數(shù)據(jù)傳遞有七大功能：中控門鎖、電動窗、照明開關(guān)、空調(diào)、組合儀表、后視境加熱及自診斷功能�？刂茊卧母鳁l傳輸線以星狀形式匯聚一點(diǎn)。這樣做的好處是：如果一個控制單元發(fā)生故障，其他控制單元仍可發(fā)送各自的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)使經(jīng)過車門的導(dǎo)線數(shù)量減少，線路變得簡單。如果線路中某處出現(xiàn)對地短路，對正極短路或線路間短路，CAN系統(tǒng)會立即轉(zhuǎn)為應(yīng)急模式運(yùn)行或轉(zhuǎn)為單線模式運(yùn)行。
數(shù)據(jù)總線以62.5Kbit/s速率傳遞數(shù)據(jù)，每一組數(shù)據(jù)傳遞大約需要1ms，每個電控單元20ms發(fā)送一次數(shù)據(jù)。優(yōu)先權(quán)順序?yàn)椋褐醒肟刂茊卧{駛員側(cè)車門控制單元→前排乘客側(cè)車門控制單元→左后車門控制單元→右后車門控制單元。由于舒適系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)可以用較低的速率傳遞，所以發(fā)送器性能比動力傳動系統(tǒng)發(fā)送器的性能低。
整個汽車車身系統(tǒng)電路主要有三大塊：主控單元電路、受控單元電路、門控單元電路。
主控單元按收開關(guān)信號之后，先進(jìn)行處理，然后通過CAN總線把控制指令發(fā)送給各受控端，各受控端響應(yīng)后作出相應(yīng)的動作。車前、車后控制端只接收主控端的指令，按主控端的要求執(zhí)行，并把執(zhí)行的結(jié)果反饋給主控端。門控單元不但通過CAN總接收主控端的指令，還接收車門上的開關(guān)信號輸入。根據(jù)指令和開關(guān)信號，門控單元會做出相應(yīng)動作，然后把執(zhí)行結(jié)果發(fā)往主控單元。
（1）安全系統(tǒng)
這是指根據(jù)多個傳感器的信息使安全氣囊啟動的系統(tǒng)，由于安全系統(tǒng)涉及到人的生命安全，加之在汽車中氣囊數(shù)目很多，碰撞傳感器多等原因，要求安全系統(tǒng)必須具備通信速度快、通信可靠性高等特點(diǎn)。
�。�2）信息系統(tǒng)
信息系統(tǒng)在車上的應(yīng)用很廣泛，例如車載電話、音響等系統(tǒng)的應(yīng)用。對信息系統(tǒng)通信總線的要求是：容量大、通信速度非常高。通信媒體一般采用光纖或銅線，因?yàn)榇藘煞N介質(zhì)傳輸?shù)乃俣确浅？欤軡M足信息系統(tǒng)的高速化需求。
五、CAN總線技術(shù)在汽車中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)
利用CAN總線構(gòu)建一個車內(nèi)，需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題有：
�。�1）總線傳輸信息的速率、容量、優(yōu)先等級、節(jié)點(diǎn)容量等技術(shù)問題
�。�2）高電磁干擾環(huán)境下的可靠數(shù)據(jù)傳輸
�。�3）確定最大傳輸時的延時大小
�。�4）網(wǎng)絡(luò)的容錯技術(shù)
�。�5）網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控和故障診斷功能
（6）實(shí)時控制網(wǎng)絡(luò)的時間特性
�。�7）安裝與維護(hù)中的布線
�。�8）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的增加與軟硬件更新(可擴(kuò)展性)
六、結(jié)束語
CAN總線作為一種可靠的汽車機(jī)網(wǎng)絡(luò)總線，現(xiàn)已開始在先進(jìn)的汽車上得到應(yīng)用，從而使得各汽車計(jì)算機(jī)控制單元能夠通過CAN總線共享所有的信息和資源，以達(dá)到簡化布線、減少傳感器數(shù)量、避免控制功能重復(fù)、提高系統(tǒng)可靠性和可維護(hù)性、降低成本、更好地匹配和協(xié)調(diào)各個控制系統(tǒng)之目的，隨著汽車技術(shù)的，具有高度靈活性、簡單的擴(kuò)展性、優(yōu)良的抗干擾性和糾錯能力的CAN總線通信協(xié)議必將在汽車電控系統(tǒng)中得到更廣泛的應(yīng)用。
[1]王箴．CAN總線在汽車中應(yīng)用[N]．汽車報(bào)．2004．
[2]鄔寬明．CAN總線原理和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)．航空航天大學(xué)出版社．1996．
[3]周震．基于CAN總線的車身控制模塊．南京航空航天大學(xué)．2005．
[4]李剛炎，于翔鵬．CAN總線技術(shù)及其在汽車中的應(yīng)用．中國論文在線．
[5]楊維俊．汽車車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)．北京：機(jī)械出版社．2006．
[6]李東江，張大成．汽車車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)原理與檢修．北京：機(jī)械工業(yè)出版社．2005．
淺談汽車車載網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用論文 篇2
1、MOST網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷史
1MOST網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一個由MOST合作組織制定的以通信協(xié)議為基礎(chǔ)的汽車多媒體信息傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其采用光纖線或雙絞線作為物理傳輸介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)車內(nèi)多媒體設(shè)備的互聯(lián)互通。1996年，梅賽德斯以其D2B系統(tǒng)為基礎(chǔ)，并與寶馬和SMSC合作，開始對MOST進(jìn)行討論，并且決定和其他汽車生產(chǎn)商共同進(jìn)行開發(fā)。1998年，寶馬、奔馳、別克和SMSC以德國民法合伙人的方式成立了MOST合作組織，之后奧迪很快也加入了該組織。MOST合作組織成立后便致力于協(xié)議的快速標(biāo)準(zhǔn)化工作，并迅速地將實(shí)際系統(tǒng)搭載于汽車上。圖1是2000年ITS世界代表大會上，MOST組織展覽廳內(nèi)奧迪、寶馬、梅塞德斯和大眾的相關(guān)車型［5］，而現(xiàn)在已經(jīng)有140種車型應(yīng)用了MOST網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。MOST組織已經(jīng)發(fā)布了三代MOST網(wǎng)絡(luò)技術(shù)規(guī)范，分別為MOST25、MOST50和MOST150，而下一代網(wǎng)絡(luò)帶寬能夠達(dá)到1～5Gbps的網(wǎng)絡(luò)規(guī)范也正在研發(fā)當(dāng)中。雖然每一代MOST網(wǎng)絡(luò)規(guī)范都有些不同，但是其基本特點(diǎn)沒有變化，接下來將對其進(jìn)行詳述。
1．1MOST網(wǎng)絡(luò)基本特點(diǎn)
MOST網(wǎng)絡(luò)是一個點(diǎn)到點(diǎn)的光纖/電氣閉環(huán)同步網(wǎng)絡(luò)，它由一個時間主節(jié)點(diǎn)和若干個時間從節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，在傳輸數(shù)據(jù)信號的同時也傳輸時鐘信號［6，7］。該網(wǎng)絡(luò)中最多有64個節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間的最大距離為10米。它相對于傳統(tǒng)的車載信息娛樂系統(tǒng)方案而言具有使用線束更少更輕、網(wǎng)絡(luò)抗電磁干擾能力更強(qiáng)、應(yīng)用的添加和刪除更為方便等優(yōu)點(diǎn)。圖2是MOST網(wǎng)絡(luò)與OSI網(wǎng)絡(luò)模型的對比圖，圖中功能塊層完成了網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用功能和系統(tǒng)功能。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)應(yīng)用套接字層與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)基礎(chǔ)層共同組成了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能，控制報(bào)文的收發(fā)與流數(shù)據(jù)信道的連接和釋放等都由該服務(wù)完成。MOST智能網(wǎng)絡(luò)接口控制器層主要負(fù)責(zé)套接字管理、智能器件管理、網(wǎng)絡(luò)保護(hù)模式設(shè)置和硬件應(yīng)用看門狗定時器設(shè)置等。而物理層則由光學(xué)物理層和電氣物理層組成，MOST網(wǎng)絡(luò)信號可以在光纖線或雙絞線中進(jìn)行傳輸。在MOST網(wǎng)絡(luò)上，幀是數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締卧�，每個幀又分為三個數(shù)據(jù)域，分別用于傳輸控制字節(jié)、流數(shù)據(jù)與異步數(shù)據(jù)。因?yàn)閿?shù)據(jù)幀定時發(fā)送，其頻率為44．1KHz或48KHz。所以網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)南噜彅?shù)據(jù)幀的相同數(shù)據(jù)域構(gòu)成了用于傳輸對應(yīng)信息的連續(xù)信道，即控制信道、流數(shù)據(jù)信道和異步數(shù)據(jù)信道。
1．2MOST網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀
從MOST網(wǎng)絡(luò)技術(shù)產(chǎn)生至今，國內(nèi)外許多科研人員對其進(jìn)行了深入的研究。文獻(xiàn)［8］首先將MOST網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入到了國內(nèi)，文中對MOST網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行了綜述，較詳細(xì)地介紹了MOST網(wǎng)絡(luò)的功能特點(diǎn)、MOST網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)和MOST網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備組成等，并對MOST網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)行了討論。文獻(xiàn)［9］設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了MOST網(wǎng)絡(luò)的主控制器，為MOST網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展提供了理論和實(shí)踐的基礎(chǔ)。文獻(xiàn)［10］設(shè)計(jì)了MOST網(wǎng)絡(luò)音頻播放節(jié)點(diǎn)，為原型節(jié)點(diǎn)的開發(fā)做了鋪墊，隨后文獻(xiàn)［11］和文獻(xiàn)［12］實(shí)現(xiàn)了音頻流媒體數(shù)據(jù)傳輸和播放功能。文獻(xiàn)［13］實(shí)現(xiàn)了基于MOST網(wǎng)絡(luò)的DVD節(jié)點(diǎn)，而文獻(xiàn)［14］實(shí)現(xiàn)了基于MOST網(wǎng)絡(luò)的收音機(jī)節(jié)點(diǎn)。文獻(xiàn)［15－17］對基于MOST網(wǎng)絡(luò)的車載語音接口進(jìn)行了研究，實(shí)現(xiàn)了通過語音控制MOST網(wǎng)絡(luò)。文獻(xiàn)［18－22］以各自的設(shè)計(jì)思想實(shí)現(xiàn)了MOST網(wǎng)絡(luò)與CAN網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，文獻(xiàn)［23］使用靜態(tài)段和控制報(bào)文實(shí)現(xiàn)了MOST網(wǎng)絡(luò)和FlexＲay網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，這些網(wǎng)關(guān)使整車的網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行完整可信的通信，增強(qiáng)了整車的功能性、舒適性和安全性。文獻(xiàn)［24］對MOST網(wǎng)絡(luò)服務(wù)進(jìn)行了改進(jìn)，使MOST網(wǎng)絡(luò)服務(wù)可以被事件驅(qū)動，并使用層次狀態(tài)機(jī)，MOST網(wǎng)絡(luò)程序的開發(fā)變得更加的容易。文獻(xiàn)［25］提出了基于FSM模型的車載MOST網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以增強(qiáng)車載MOST網(wǎng)絡(luò)的靈活性、健壯性和容錯性，滿足車載信息娛樂系統(tǒng)對即插即用工作方式的需求。而文獻(xiàn)［26］則提出了MOST網(wǎng)絡(luò)連接管理策略，該策略可以有效地提高M(jìn)OST網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率。文獻(xiàn)［27－30］在電源管理和能量優(yōu)化方面對MOST網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了深入的研究，使MOST網(wǎng)絡(luò)可以集中喚醒進(jìn)入睡眠狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)，并且降低了系統(tǒng)的總功耗。
1．3MOST網(wǎng)絡(luò)未來趨勢
MOST網(wǎng)絡(luò)技術(shù)歷經(jīng)15年的發(fā)展已經(jīng)取得了一定的成果，在未來的前進(jìn)道路上它將會在以下三方面取得進(jìn)步。首先，MOST組織在其定期發(fā)布的MOSTInformative里提到MOST網(wǎng)絡(luò)會在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面增加星型、菊花鏈型和樹形等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，改善環(huán)型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如果斷開則整個網(wǎng)絡(luò)不可用的缺點(diǎn)。然后，在降低成本方面，MOST150網(wǎng)絡(luò)使用的是光纖線進(jìn)行信號傳輸，在保證傳輸速率150Mbps的前提下可以在物理層增加非屏蔽雙絞線(6類雙絞線)和同軸電纜作為傳輸介質(zhì)，這樣可以拓寬其市場，使更多的車型可以搭載MOST網(wǎng)絡(luò)。最后，在兼容以太網(wǎng)絡(luò)方面，車載以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是MOST網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的強(qiáng)勁競爭對手，雖然MOST150網(wǎng)絡(luò)規(guī)范已經(jīng)提出每個設(shè)備節(jié)點(diǎn)會有以太網(wǎng)絡(luò)MAC地址，并提供以太網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信道來傳輸以太網(wǎng)絡(luò)幀，但是仍有上層軟件兼容等許多問題需要解決。而據(jù)悉，一汽、比亞迪、長城等車廠都在積極地研究MOST網(wǎng)絡(luò)，MOST網(wǎng)絡(luò)技術(shù)即將迎來在國內(nèi)的大發(fā)展。
2IDB-1394網(wǎng)絡(luò)技術(shù)I
DB-1394網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是IEEE-1394技術(shù)的汽車版本，其傳輸速率可高達(dá)400Mbps，它的高帶寬確保了音視頻娛樂應(yīng)用的高保真?zhèn)鬏�，并且可以更迅速的傳輸�(shù)较胍シ诺慕K端。除此之外，其即插即用的特性，也正符合了消費(fèi)者對于產(chǎn)品的需求，沒有過多繁雜且不必要的操作。IDB-1394為了滿足信號的高速傳輸需求，并且同時考慮到車上的電磁干擾環(huán)境，所以其采用光纖線作為物理傳輸介質(zhì)，但是為了降低成本，其使用銅導(dǎo)線作為物理傳輸介質(zhì)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)IDB-1394Cu也在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中。IDB-1394還提供數(shù)字傳輸內(nèi)容保護(hù)DTCP(DigitalTransmissionCon-tentProtection)技術(shù)，其可以有效地保護(hù)版權(quán)，防止傳輸內(nèi)容的泄露［31］。目前人們對于IDB-1394網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的關(guān)注度越來越高，并且期望其在將來的市場上能夠得到更廣泛的應(yīng)用。雖然它擁有靈活的協(xié)議棧，但是現(xiàn)在只有少數(shù)日系車廠支持IDB-1394網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并且在許多方面它仍需要提高。
3車載以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
在以太網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的30多年里，它憑借低廉的.價(jià)格、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)傳輸能力和良好的可擴(kuò)展性等優(yōu)點(diǎn)，成為了應(yīng)用最為普遍的局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)［32，33］。隨著工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，人們對于以太網(wǎng)絡(luò)逐漸產(chǎn)生了實(shí)時性的要求，這樣便產(chǎn)生了實(shí)時以太網(wǎng)絡(luò)ＲTE(ＲealTimeEthernet)［34］。2011年單對非屏蔽雙絞線通信技術(shù)的問世，并且汽車駕駛員輔助、娛樂和通信等各方面應(yīng)用的涌現(xiàn)，因此以寶馬公司為首，人們?yōu)榱颂岣哕囕d網(wǎng)絡(luò)的帶寬和通用性，以實(shí)時以太網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為前提，以單對非屏蔽雙絞線通信技術(shù)為基礎(chǔ)，提出了車載以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
3．1實(shí)時以太網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
雖然傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡(luò)有眾多優(yōu)點(diǎn)，但是它并不能進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)的傳輸，不符合車載網(wǎng)絡(luò)的要求。時間觸發(fā)以太網(wǎng)絡(luò)TTEth-ernet(TimeTriggeredEthernet)［35，36］是一種基于時間觸發(fā)的實(shí)時以太網(wǎng)絡(luò)，它結(jié)合了決策、容錯和實(shí)時性，時間觸發(fā)信息可以在預(yù)定的時間內(nèi)傳輸，該網(wǎng)絡(luò)適用于剎車線控和轉(zhuǎn)向線控等方面。而以太網(wǎng)絡(luò)音視頻橋(EthernetAudio/VideoBridging，EthernetAVB)技術(shù)則是更具發(fā)展?jié)摿Φ木W(wǎng)絡(luò)音視頻實(shí)時傳輸技術(shù)，相比于TTEthernt技術(shù)更適合用于車載多媒體系統(tǒng)，因?yàn)樗梢蕴峁┚珳?zhǔn)時間同步、媒體流量整形、接收控制以及非實(shí)時設(shè)備鑒定，在保障實(shí)時數(shù)據(jù)流傳輸?shù)耐瑫r，兼容傳統(tǒng)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳輸。并且它是一項(xiàng)新的IEEE802．1標(biāo)準(zhǔn)，在傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，為實(shí)時音視頻流數(shù)據(jù)傳輸提供高可靠、低延遲和低成本的實(shí)現(xiàn)方案，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)時數(shù)據(jù)的缺陷。EthernetAVB協(xié)議棧主要包括5個協(xié)議，分別為精準(zhǔn)時間同步協(xié)議PTP(PrecisionTimeProtocol)，流預(yù)留協(xié)議SＲP(StreamＲeservationProtocol)，隊(duì)列及轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議QFP(QueuingandFor-wardingProtocol)，音視頻橋接傳輸協(xié)議AVBTP(Audio/VideoBridgingTransportProtocol)和實(shí)時傳輸協(xié)議ＲTP(Ｒeal-timeTransportProtocol)。EthernetAVB協(xié)議棧PTP:它以IEEEP1588V2為原型，將原來的IP路由協(xié)議應(yīng)用到只有兩層結(jié)構(gòu)的局域以太網(wǎng)絡(luò)中。主要包括兩個方面，一個方面是主時鐘的選擇，另一方面是同步機(jī)制，即時間補(bǔ)償和時鐘頻率匹配。PTP通過最佳主時鐘算法來選擇PTP域的一個主時鐘，并以它為根建立一個用于同步的生成樹，每一個時間敏感的設(shè)備節(jié)點(diǎn)都要與主時鐘同步。在本地網(wǎng)絡(luò)中，同時定義一些潛在主時鐘，當(dāng)訪問主時鐘失敗時，自動切換到其中一個潛在主時鐘并建立相應(yīng)的生成樹，以保證網(wǎng)絡(luò)時鐘同步。主時鐘確定后，通過時間戳機(jī)制來發(fā)送同步信息［37］，并通過傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包傳遞時間戳，當(dāng)含有時間戳的消息進(jìn)出需要時鐘同步的端口時，會與本地時鐘進(jìn)行對比，利用相應(yīng)的路徑延遲補(bǔ)償算法對本地時鐘進(jìn)行匹配。匹配后的從節(jié)點(diǎn)再發(fā)送含有時間戳的信息，與下一個從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行時間同步匹配。SＲP:為了保證數(shù)據(jù)傳輸和轉(zhuǎn)發(fā)的服務(wù)質(zhì)量，降低時延和抖動，SＲP根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膸捛闆r，預(yù)先鎖定傳輸路徑，并且預(yù)留一部分帶寬，確保音視頻流設(shè)備間端到端的帶寬可用性。SＲP使用信號協(xié)議SP(SignalingProtocol)和功能擴(kuò)展的IEEE802．1多注冊協(xié)議MＲP(MultipleＲegistrationProtocol)交換音視頻流的帶寬描述消息，并對帶寬資源進(jìn)行預(yù)留。
一般情況下，把整個帶寬的75%預(yù)留給時間敏感的音視頻流數(shù)據(jù)，剩下的25%用來傳輸傳統(tǒng)的以太網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。SＲP包含注冊和預(yù)留兩部分，流預(yù)留服務(wù)中，把流服務(wù)的提供者定義為Talker，接受者定義為Listener。Talker對音視頻流所需帶寬資源進(jìn)行協(xié)商預(yù)留，Listener則注冊并接收所需的音視頻流。Talker初始時廣播一個提供聲明，表示自己能夠提供流數(shù)據(jù)并說明其屬性，使接受者知道Talker的存在以及數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備好發(fā)送了。消息傳播的過程中，會沿途收集信道的服務(wù)質(zhì)量信息，而收集到的信息分為兩種。當(dāng)信道已經(jīng)準(zhǔn)備好了，則反饋一個正的提供聲明注冊消息，表示通信路徑已經(jīng)準(zhǔn)備好了，可以發(fā)送數(shù)據(jù);當(dāng)反饋一個負(fù)的提供聲明注冊消息時，則不可以發(fā)送。Listener也可以發(fā)送請求聲明，廣播想要接收的信息，消息傳播的過程中，沿途運(yùn)載資源分配結(jié)果信息，該信息也分為正負(fù)兩種情況，正的請求聲明表示能夠接收到信息，負(fù)的請求聲明表示信道沒有準(zhǔn)備好。同樣，Talker和Listener也可以根據(jù)自身情況使用MＲP信號機(jī)制，撤銷提供或者請求信息來結(jié)束信道鎖定和預(yù)留。SＲP內(nèi)部周期性的狀態(tài)機(jī)維護(hù)著Talker及Listener的注冊信息，能夠動態(tài)地對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測并更新其內(nèi)部注冊信息數(shù)據(jù)庫，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭討B(tài)改變。QFP:它是AVB協(xié)議棧中的伴隨協(xié)議，大部分實(shí)現(xiàn)在交換機(jī)中，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶幚砗娃D(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，確保傳統(tǒng)的以太網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量不會干擾到實(shí)時音視頻流。QFP主要包括三個部分，流量整形、優(yōu)先級劃分和隊(duì)列管理。為了避免時間敏感的音視頻流數(shù)據(jù)和普通數(shù)據(jù)對帶寬的競爭，EthernetAVB交換機(jī)擁有若干個輸入輸出隊(duì)列，音視頻流數(shù)據(jù)和普通數(shù)據(jù)分別進(jìn)入不同的隊(duì)列，所有的交換機(jī)和網(wǎng)橋都使用優(yōu)先級傳輸選擇算法，并且賦予音視頻流數(shù)據(jù)最高的優(yōu)先級。交換機(jī)進(jìn)行隊(duì)列轉(zhuǎn)發(fā)時，音視頻流數(shù)據(jù)總是優(yōu)先于傳統(tǒng)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。還有一種基于可信因子的整形算法，用來處理不同的音視頻實(shí)時數(shù)據(jù)(A類音視頻流和B類音視頻流)的轉(zhuǎn)發(fā)，只有當(dāng)可信因子大于或等于0并且信道中沒有沖突的報(bào)文時才可以進(jìn)行傳輸。當(dāng)該報(bào)文進(jìn)行傳輸時，可信因子會以一個發(fā)送斜率減少，同樣，當(dāng)一個實(shí)時報(bào)文在隊(duì)列中等待時，可信因子會以一個閑置斜率增加，這樣只要信道一空閑它就會被傳輸。另外，AVBTP主要負(fù)責(zé)對EthernetAVB實(shí)時流數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，同時負(fù)責(zé)流的建立、控制以及結(jié)束。而ＲTP在基于IP的三層應(yīng)用上利用EthernetAVB的性能，通過橋接及路由在局域網(wǎng)內(nèi)提供時間同步、延遲保障和帶寬預(yù)留的服務(wù)，以保障實(shí)時音視頻流的傳輸。
3．2單對非屏蔽雙絞線
2005年AVnu聯(lián)盟成立，使得EthernetAVB得到市場效益的推動，這主要集中在車載網(wǎng)絡(luò)和消費(fèi)電子領(lǐng)域。但是傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡(luò)的物理層并不能達(dá)到車載網(wǎng)絡(luò)對通信介質(zhì)的要求，因此2011年OPEN聯(lián)盟成立，該聯(lián)盟專門為車載以太網(wǎng)絡(luò)提供物理層介質(zhì)，其倡導(dǎo)采用全雙工的單對非屏蔽雙絞線進(jìn)行通信。為單對非屏蔽雙絞線和傳統(tǒng)屏蔽線纜，相比之下單對非屏蔽雙絞線做出了兩個方面的改進(jìn):一方面是減少了線束，使成本比傳統(tǒng)電纜降低80%，重量輕30%，從而有效提高汽車燃油效率［39］;而另一方面則是頻率從200MHz降低到了50MHz，使其無需屏蔽就具有抗電磁干擾的能力。另外，單對非屏蔽雙絞線還可以實(shí)現(xiàn)電力傳輸，在文獻(xiàn)［40］中作者應(yīng)用博通系列芯片驗(yàn)證了雙絞線實(shí)現(xiàn)電力傳輸?shù)那闆r。雖然在理論上單對非屏蔽雙絞線通信技術(shù)滿足了車載網(wǎng)絡(luò)對于布線的苛刻要求，但目前并沒有關(guān)于它應(yīng)用到具體車型的測試或者驗(yàn)收報(bào)告，車載以太網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步發(fā)展仍然需要許多技術(shù)的不斷完善。
4三種車載多媒體網(wǎng)絡(luò)對比
這三種車載多媒體網(wǎng)絡(luò)各有其突出優(yōu)點(diǎn):MOST網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以傳輸多種數(shù)據(jù)類型，物理層可以使用不同的傳輸介質(zhì)，擁有成熟的技術(shù)規(guī)范和大量的支持廠商;IDB-1394網(wǎng)絡(luò)技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸速率最高，在芯片內(nèi)部提供數(shù)字傳輸內(nèi)容保護(hù)技術(shù)，并且相對其他兩種技術(shù)而言所需芯片更少;車載以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來源于傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡(luò)，具有更廣泛的應(yīng)用空間，并且其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)最為靈活。
5結(jié)語
本文對現(xiàn)有的主流車載多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行了綜述。首先在發(fā)展歷史、基本特點(diǎn)、研究現(xiàn)狀和未來趨勢等四方面對MOST網(wǎng)路技術(shù)進(jìn)行了論述。然后簡單介紹了IDB-1394網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特點(diǎn)和現(xiàn)狀，接著從實(shí)時以太網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和單對非屏蔽雙絞線兩方面論述了車載以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的前提和基礎(chǔ)。最后對三種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行了比較。車載多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正在向著更高帶寬、更小延遲和更加靈活的方向發(fā)展，而三種車載多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的競爭還將繼續(xù)下去�？梢灶A(yù)見，車載多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展將極大地推動自動駕駛和車載信息系統(tǒng)等領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，從而人們可以享受到更加舒適便捷的車載服務(wù)。
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