车载网络的特点范文

导语：如何才能写好一篇车载网络的特点，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：车载电子处理单元（EPU） CAN网络 EtherCAT网络 扩展功能模块

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

[1] 郇极，刘艳强.工业以太网现场总线EtherCAT驱动程序设计及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007，29（11）：79-82.

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针对车载网络通信中存在车辆隐私性保护问题，提出一个K匿名链隐私保护机制。在查询节点处构建k匿名空间，并将包含此k个车辆的最小边界矩阵作为位置数据进行转发，转发过程中构造一条匿名链来混淆身份信息与位置信息的一一对应关系，从而大大降低被攻击成功的概率。通过对该机制安全性及仿真实验结果的分析，该机制能很好地保护车载网络中车辆的位置隐私，提高了车载网络通信的安全性及隐私性。

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：

[1]常促宇，向勇，史美林.车载自组网的现状与发展[J].通信学报，2007，28（11）：116-126.

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关键词：车载、移动应急指挥、功能要求、系统设计技术要点

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。

g、要有充分的车辆平衡性设计 为了保证行车安全，必须严格控制载车平台的最大总质量、质心高度及前后桥、左右轮的负载均衡。

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关键词：智能网联汽车；网络架构；以太网

中图分类号：U285，TN91 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2017）03-0034-05

Research of the network architecture of the intelligent and connected vehicle

GUO Li-li， JIAN Shao-peng， CHEN Xin， CHEN Xiao-hua

（ BAIC Group New Technology Institute， Beijing101300， China ）

Abstract： The traditional auto network types and network architecture characteristics are analyzed in the paper. The characteristics of intelligent and connected of the vehicle and the challenge to traditional auto network architecture are combined with. The Ethernet network architecture， and how to use the Ethernet network architecture in the intelligent and connected vehicle， and the classification of auto Ethernet application protocol are introduced. The problem of amounts of data transmission in intelligent and connected vehicles is solved.

Key Words： the intelligent and connected vehicle； network architecture； Ethernet

汽电子部件的增多、汽车智能网联化的发展、用户对汽车娱乐系统功能需求的提高，使得汽车上有大量的数据需要传输，采用传统的汽车网络架构方案已不能满足需求。

1 汽车网络介绍

汽车网络，是指将汽车上的所有电子传感器、电子执行器、电子控制单元（ECU）连接在一起的通信形式。汽车功能简单、每辆汽车上ECU数量少的情况下，可通过点对点通讯。随着汽车功能的增多，汽车上传感器、执行器、ECU数量增多，点对点通信已不满足需求。1991年，第一辆取代点对点通信，通过CAN总线传输的车载网络在奔驰S级汽车上诞生。经过二十多年的发展，几乎每辆汽车上都装配有车载总线网络，车载总线网络以CAN、LIN总线网络为主，部分高端汽车搭载MOST、FlexRay总线等。

2 传统汽车网络架构

2.1 传统汽车网络总线类型

车载总线按照传输类型不同分为CAN、LIN、MOST、FlexRay。

CAN（Controller Area Network），汽车最常用的车载总线类型，具有低成本、可靠的错误检测和处理机制、基于仲裁式发送方式、最大传输8Byte数据等特点，可应用于车身电子部件控制、发动机控制、底盘电子控制等。

CAN FD（CAN with Flexible Data rate）是CAN的升级，CAN FD总线弥补了CAN总线带宽的制约缺陷。CAN FD数据场部分最大传输速率5Mbps，最大数据长度64Byte。

LIN（Local Interconnect Network）总线，是一种低成本、低速率的主从式串行通信总线。在不需要CAN总线带宽和多功能的场合，如电动门窗、座椅调节、电动天窗、电动雨刮、部分传感器信号采集等，使用更低成本的LIN总线是对CAN总线通信的一种补充。

FlexRay起源于“X-By-Wire”的一种基于“时间触发”协议的高性能、高可靠性实时总线。FlexRay报文最大可传254Byte数据，可以在精确的时间内（可达1us）发送至目标地址。FlexRay总线传输速率可达10M，主要应用于对安全实时性要求较高的线控转向、线控刹车等系统。

Most （Media Oriented System Transport）是面向媒体系统的传输总线，采用光纤作为传输介质，最大传输速率150Mbps，传输可靠性低，主要应用于娱乐系统（CD/DVD、导航等）。

2.2 传统汽车网络架构类型

传统汽车网络架构以CAN总线为主， LIN总线为辅，如图1，典型双CAN网段汽车网络架构，分车身CAN（B-CAN）和动力底盘CAN（P-CAN），B-CAN和P-CAN通过网关进行数据交互，B-CAN选用LIN网络作为辅助网络。

部分汽车动力底盘系统网络选用FlexRay总线，娱乐系统网络选用MOST总线。如图2，车辆主网络架构分为车身CAN（B-CAN）、动力底盘CAN（P-CAN）和一路MOST总线，P-CAN、B-CAN和MOST网段通过网关进行数据交互。MOST总线实现娱乐系统数据传输，FlexRay总线作为动力底盘CAN的补充，实现线控转向控制功能。

3 智能网联汽车网络架构

3.1 智能网联汽车的特点

智能网联汽车的特点是智能化和网联化。智能网联汽车的目地是增强乘员的舒适性、优化乘员的安全性、提供最现代的信息娱乐服务及更便利的汽车服务。

智能化，分为：对外界环境感知的智能化（含行人监测、路标监测、前方车辆碰撞预警等）、对驾驶员状态感知智能化（驾驶疲劳监测等）、车辆控制的智能化（自适应巡航、自动泊车）、娱乐信息系统的智能化、汽车软件升级智能化等。感知智能化意味着车辆上配备更多智能化的探测设备，如：高清摄像头、毫米波雷达、激光雷达。车辆控制智能化意味着车辆有大量的控制相关的精准数据需要交互。娱乐信息系统智能化意味着车辆上有更多高清音视频数据。

网联化即车联网：可通过网联化实现智能交通、大数据、云等。网联化意味着将汽车众多的车辆行驶状态数据、车辆故障数据、车辆采集的外界环境感知数据通过无线网络传输给外界媒体或云端。3GPP会议上定义的5G三大场景：eMBB（3D/超高清视频等大流量移动宽带业务），mMTC（大规模物联网业务） 和 URLLC（无人驾驶、工业自动化等需要低时延高可靠连接的业务）。以及工信部[2016]450号文件《关于同意车载信息服务产业应用联盟开展智能交通无线电技术频率研究批复》，中国将5905-5925MHz作为LTE-V2X的研究实验工作频段。意味着汽车的网联之路是必然趋势。

3.2 智能网联汽车对传统汽车网络架构的挑战

汽车的智能网联化意味着车辆上有高于传统汽车百倍、千倍、万倍的数据需要传输，需要更高带宽的车载网络来适应大数据传输。传统的CAN总线常用传输速率500kbps，最大传输速率1Mbps；新型CANFD总线最大传输速率5Mbps； FlexRay总线，传输速率可达10Mbps，但价格昂贵，除了奥迪、宝马，多数汽车厂商未使用；MOST总线采用价格昂贵的光纤，仅宝马等少数车厂应用。急需一种廉价、可靠、高带宽的车载网络，解决大数据传输问题。

3.3 应用于智能网联汽车的新型总线以太网

引进并改进成熟民用以太网，承担汽车大数据传输，成为必然趋势。如图4，未来智能网联汽车的网络架构将以以太网作为主网络，娱乐系统和辅助驾驶系统选用以太网充当子网络，兼容传统动力底盘系统CAN（P-CAN）及车身舒适系统CAN（B-CAN）子网络。辅助驾驶系统选用以太网传输高清摄像头、高精度雷达的大数据，娱乐系统选用以太网传输音视频影音数据。车辆的相关数据（车辆状态数据、道路环境高清视频数据、雷达数据）可通过Telematics模块或V2X（Car2X）方式等传输到外界云端、基站、数据控制中心等。车辆的娱乐系统控制器可通过Wi-Fi、蓝牙等方式下载音视频，使乘客在汽车上就可以享受家庭影院的效果[1] 。

3.4 基于以太网的汽车网络架构应用发展过程

以太网在汽车网络架构上的引进是一个由点到面发展的过程，可分两代进行发展。

第一代智能网联汽车网络架构如图5所示，在辅助驾驶系统和娱乐系统中引进汽车以太网，应用以太网传输高清摄像头、雷达、音视频数据，动力底盘系统和车身系统使用传统CAN、CAN-FD进行数据交互。使用中央网关进行辅助驾驶、娱乐系统、动力底盘系统、车身系统间数据交互，中央网关兼有CAN、CAN-FD、Ethernet数据转换功能。Telematics模块布置在娱乐系统域，具有4G、5G网络收发功能，可通过Telematics模块下载或上传车载数据。用于实现智能交通功能的V2X模块布置在PTCAN，V2X模块可通过LTE-V2X网络接收基站或其它车辆发生的DSRC或ITS数据。

第二代智能网联汽车网络架构如图6所示，在第一代智能网联汽车网络架构基础上引入动力底盘域网关、车身域网关。动力底盘系统和车身系统通过动力底盘域网关、车身域网关实现和其它网段、域之间的数据交互，域网关兼有CAN、CAN-FD、Ethernet数据转换功能。中央网关仅需支持Ethernet数据交互功能即可。

3.5 汽车以太网传输协议

智能网联汽车网络架构对以太网的应用主要在三方面：主网络、辅助驾驶、娱乐系统。其中辅助驾驶和娱乐系统主要传输AV数据（Audio Video数据），主网络主要传输各域、各网段间交互的汽车数据。按照OSI参考模型，结合汽车应用特性，智能网联汽车以太网应用到的协议标准如下，如图7所示：

辅助驾驶、娱乐系统传输AV数据，数据间需要同步，选用汽车AVB（Audio Video Broadcasting）协议模型，两层以太网协议模型（主要包括Layer1、Layer2）。其中Layer1物理层选用百兆快速以太网，应用BroadRCReach技术采用一对5类非屏蔽双绞线。layer2数据链路层选用AVB特有的IEEE1722、IEEE802.1Qav、IEEE802.1Qat、IEEE802.1AS协议。802.1Qat流预留协议，解决网络中A/V实时流量与普通异步TCP流量之间的竞争问题。IEEE802.1Qav队列及转发协议，确保传统的异步以太网数据流量不会干扰到实时音视频流。IEEE1722，音视频传输协议，定义了局域网内提供实时音视频流服务所需的二层包格式，A/V流的建立、控制及关闭协议等。对应于OSI参考模型的3-7层，用于放置A/V音视频流数据，即IEEE1722数据流中的数据内容。IEEE802.1AS，高精度的时钟同步协议，实现A/V音视频流间的时钟同步[2，3，4]。

主网络，传输各域、各网段间交互的车辆状态数据。选用七层以太网模型，其中Layer1物理层选用百兆快速以太网，应用BroadRCReach技g采用一对5类非屏蔽双绞线。layer2数据链路层应用通用IEEE802.3协议。Layer3-7不仅应用TCP/IP协议簇中的IPv4、UDP、TCP、ARP、ICPM，还增加了汽车特有的DoIP、SOME/IP、DHCP、UDS、XCP协议。其中DoIP实现以太网协议的诊断通讯，SOME/IP实现基于以太网协议的动态处理及软件架构，DHCP协议实现动态主机IP分配，UDS实现汽车诊断功能，XCP完成基于以太网的标定功能。

3.6 新型汽网络架构所面临的挑战

新型汽车网络架构在满足大数据传输需要的同时，使越来越多的汽车电子部件暴露在外。更广阔的外延带来更好的应用和体验，也带来了更多的攻击入口。如何进行系统综合防护及防护功能的划分，成为汽车网络未来需要解决的问题。建立建全智能网联汽车信息安全管理需求，制定智能网联汽车信息安全技术标准和信息安全测试规范，建立智能网联汽车信息安全应急响应体系，成为未来智能网络汽车需要长远解决的问题，需要政府、企业都要积极应对的一场旷日持久战。

未来更高清视频数据的传输，需要采用千兆及千兆以上以太网传输，千兆以太网对汽车电磁兼容性问题是未来汽车技术需要解决的。

4 结语

智能网联汽车网络未来会迎来众多挑战，但任何问题和困难都阻挡不了汽车科技的进步与技术的发展。相反，挑战会促进汽车技术的进步、汽车安全法规的完善，给用户一个更舒适、更先进的驾车体验和乘车感知。

参考文献：

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

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

篇5

【关键词】移动式 图像 传输 防汛抢险 应用

1 前言

通信技术的飞速发展，为社会各个行业提供了前所未有的通信保障方案，解决了先前难以处理的问题。例如个人移动通信业务，从单方接收数据的传呼发展到了如今的双方、甚至多方的视频语音通话，短短十余年的发展，已经深刻改变了人们的生活和行为方式。另一方面，社会各领域也对通信技术提出了更高的要求。在治河实践中，通信保障日益重要，信息化程度的高低已经成为衡量黄河治理开发和管理现代化水平的重要标志。当下我们不仅要求日常工作的语音、办公自动化网络业务，而且要求在现有网络基础上实现视频会议、远程会商等业务功能。事业的需求和技术的进步互相促进，将黄河治理与开发事业推向了一个新的高度。

山东黄河通信网经过几十年的建设，有了长足的发展，基本建成了宽带网络干支线、语音平台、视讯平台等功能较完备的宽带通信网络，为目前黄河防汛指挥、调度及日常工作提供了重要的信息通信保障，基本满足了山东治黄事业对信息传输“通达性、正确性、安全性、实时性”的要求。

2 系统的结构与特点

该系统通过宽带多媒体接入设备，解决车载设备到中心站及黄河专用通信网内音视频信号的传输。在泺口机务站机房放置一端设备，连接到机房内网络交换机。将用户端设备安装在车内，并安装好吸顶天线。车内电源通过逆变器给车载用户端设备供电。可通过网线和电话线接笔记本电脑和电话。

系统主要技术特点：覆盖范围广、绕射能力强、抗干扰能力强、抗衰落能力强、传输速率高、采用无线宽带扰码加密技术、全数字信号处理，系统可靠性、稳定性、保密性强。

3 系统实际情况分析

现在多采用的5.8GHz宽带无线接入系统一般为固定使用，仅可在固定时进行图像和语音数据传输，从而使拍摄场景有较大的局限性。而该系统采用LP3300宽带多媒体接入设备，可以实时不间断地传递语音及高清晰的动态视频图像，解决了在移动中传输图像和语音数据的问题，且传输效果较好，移动速度可达80km/h以上。当黄河出险地点范围广、战线长时，利用该系统，可以灵活、机动地深入到出险现场一线，根据需要移动跟拍险情状况，并将拍摄画面及时传送至抢险决策机构。

传统图像传输系统的车载台设备只能在天线安装的60°可辐射范围内进行信号接收，从而进行图像传输，如果对天线端设备角度稍有偏差，就会影响信号接收，导致图像传输系统无法使用。而移动式图像传输系统通过安装全向天线，在规定半径范围内360°均可接收车载台传送的图像信息。

单兵系统小巧、灵活，通过技术人员将其与移动式图像传输系统相连接，将车载主设备的输出口与用户端设备音视频接口相连接；摄像机和副设备随身携带；在离开车载系统200m处进行实时摄像，画面通过车载多媒体设备和单兵系统传至中心站和黄河通信专网系统中。通过单兵系统可以拍摄现场条件较恶劣、地形环境较复杂的图像，可灵活机动地完成抢险任务。

4 实践与应用情况

现在多采用的5.8GHz宽带无线接入系统仅可在固定时进行图像和语音数据传输，从而使拍摄场景有较大的局限性。而该系统采用LP3300宽带多媒体接入设备，通过实际性能测试，可以实时不间断地传递语音及高清晰的动态视频图像，解决了在移动中传输图像和语音数据的问题，且传输效果较好，移动速度可达80km/h以上。当黄河出险地点范围广、战线长时，利用该系统，可以灵活、机动地深入到出险现场一线，根据需要移动跟拍险情状况，并将拍摄画面及时传送至抢险决策机构。

传统图像传输系统的车载台设备只能在天线安装的60°可辐射范围内进行信号接收，从而进行图像传输，如果对天线端设备角度稍有偏差，就会影响信号接收，导致图像传输系统无法使用。而移动式图像传输系统通过安装全向天线，在规定半径范围内360°均可接收车载台传送的图像信息。

根据黄河通信专网战线长，通信站点多的特点，在沿黄微波站机房内安装多台接入端主设备及室外天线，并联入当地微波站点的网络中和连接当地的语音电话，将车载主设备的IP地址设置为当地微波站点专用通信网段，通过单兵系统由人员随身携带进行实地摄像，其拍摄画面通过单兵系统、车载多媒体设备传至通信专网系统中，同时就可将车载摄像机拍摄的防汛情况和抢险现场实时图像上传至黄河专用通信网络系统中。各级领导均可使用联入网络系统的电脑通过浏览器或监控软件看到远在几公里或几百公里外的实时图像，并可与现场人员进行通话，使各级领导及时地掌握情况和进行指挥。

5 结语

移动式图像传输系统的应用，在黄河防汛抢险现场指挥和信息传输中发挥着重要作用，进一步提高现代化应用水平，提升了黄河防汛抗旱和抢险现场指挥调度决策的准确性、时效性、科学性，为推进科技治河进程奠定良好的基础。

篇6

系统组成

系统由摄像机、云台、车载显示器和车载处理单元组成。摄像机摄像机安装台机车的车顶，由摄像头和高倍变焦镜头组成。利用高倍变焦镜头的放大功能将远处人工看不到或看不清楚的图像清晰地采集下来，传输给车载处理单元，并显示在车载显示器上。云台摄像机安装在机车车顶的云台上，其作用是在机车进入铁轨的弯道时，通过控制云台的转向，使摄像机始终能采集铁轨上的图像。车载处理单元接收摄像机的图像，显示并自动识别铁轨图像和铁轨上的目标，根据目标特性进行预警或报警；同时根据图像控制云台转向，使摄像机始终能拍摄到前方铁轨的图像。车载处理单元还前方图像通过H.264压缩后，保存在车载处理单元的存储器上，方便以后的查询和分析。车载显示器车载显示器显示前方的图像和分析结果，当线路上有特殊情况时，自动报警并提示机车乘务员，乘务员采取相应措施。无线网络接口和无线视频接口（预留）预留的无线网络接口在地面高速无线网络建成后，可以将车上的图像信息传输到地面，方便地面查看。预留的无线视频接口可以使用便携摄像头将故障时的机车内部图像通过无线网络接口传输到地面，方便地面进行故障诊断和分析。

系统特点

智能化：能够利用视频识别技术判断铁路线路上的目标，并根据目标特性进行预警或报警。数字化：视频全数字化采集、处理和传输，集视频采集识别功能、灵活的操作性、网络功能和远程管理（预留）等全方面功能于一身。网络化（预留）：通过WAN网络，可以传输高质量的图象、声音、控制信号，非常方便的供管理者随时随地查看机车图象或历史图像。安全性：采用数字加密算法保证其传输的安全性。可靠性：采用性能可靠、互相兼容的设备组成系统，确保系统长期可靠的运行。灵活实用性：整个系统的设计贯彻以用户需求为准则，面向用户，非常的人性化，操作方便、实用性强。可扩展性：预留接口，具有较强的兼容性和可扩展性，便于系统的充实完善和升级。

系统关键技术

篇7

（接上期）

四、各种工况下的CAN总线电阻和信号电压值

CAN总线CAN H和CAN L两根信号线在各种工作条件下的信号电压是变化的，用转换接头在网关处测量CAN_H和CAN L与地之间的电压，判断线束的好坏。CAN总线信号在各种工况下的电压见表2。测量总线电阻和信号电压，无需使用示波器，省去了昂贵的检测设备。

五、车载网络系统故障诊断流程图

本文车载网络系统故障诊断流程图仅适用于CAN总线和UN线，不涉及FlexRay总线和MOST总线，也不涉及环形和星形网络结构，所用工具和设备为专用诊断仪、万用表、线束修复箱、电子维修手册，省去了示波器。对德系车辆进行车载网络系统故障诊断，根据前面介绍的德系专用诊断仪的特点，按下图流程进行故障诊断（图8）。

(1)首先应用专业诊断仪，打开其图示化的网络布局图，观察该车配置的所有电控单元状态，判断诊断仪能否与这些电控单元通信。

(2)读取事件存储器列表，确认车载网络系统是否有故障。

(3)在具体进入下一步故障诊断之前，先检查蓄电池电压是否正常，车载网络电控单元有的在蓄电池电压低到9V就会停止工作，而有的则在低到7V才停止工作。蓄电池电压低，会导致不同的电控单元在不同的电压值停止通信。

(4)新安装的电控单元会进行学习，导致偶发故障，诊断仪进行读取时会读到控制单元不通信的问题，断开蓄电池导线30s后，将会清除电控单元随机存储的学习信息，再用诊断仪重新读取并清除，消除故障。

(5)选择诊断仪的汽车自诊断功能，读取全部事件存储器，判断是哪一个电控单元有故障码，还是有几个电控单元都有故障码。

(6)对于有故障码的电控单元，从易到难、从外到里，先检查电控单元连接情况，观察插头、针脚是否弯曲，是否有异物或出现腐蚀的情况而影响了信号传输。

(7)用示波器检测CAN_H和CAN_L，判断CAN总线的故障是前述9种故障模式中的哪一种。

(8)有些电控单元需要重新初始化、匹配和编码，电控单元之间才能协调一致工作，才能进行正常通信。

(9)引发线束间歇性故障的原因，往往是接头松动、针脚弯曲、导线断路等原因，但最容易忽略的中央集线器(图9)，对于断开点修复要避开集线处100mm(图10)，集线处松动会导致间隙性故障。

(10)当用诊断仪读取到多个电控单元出现故障码后，画出该车网络拓扑图，利用逻辑环进行故障诊断，找到不能通信的电控单元。

(11)在诊断仪不能与车载网络通信的情况下，确认诊断蓝牙接头针脚是否弯曲、松动，检查从蓄电池到网关电控单元的电源线路、网关电控单元搭铁线是否正常。若不正常，予以修复。

(12)用检查与CAN总线有关的功能，如前照灯、警报功能是否都能工作，来判断总线系统是否正常。

(13)当检测不到终端电阻时，需要检查电控单元的连接是否正常、主保险和主继电器是否完好、电控单元是否安装、电控单元接头是否调换、从蓄电池到电控单元的电源线路是否正常、线束集成处是否松动、电控单元的搭铁电路是否正常、电控单元内部是否损坏。

(14)如果CAN总线没有断路问题，在休眠模式下测量总线静态电压，以判断是否短路，这样大大节省检测时间。如果静态电压为0，参照CAN总线在各种工况下的信号电压值（表2），说明总线正常。

(15)依次断开总线上所有电控单元，用电阻120Q代替，再用诊断仪检测，看通信是否恢复，从而找到有问题的电控单元。

篇8

关键词：LTE，WLAN，地铁车地无线通信，视频监控，旅客信息系统，

中图分类号：U231+.3 文献标识码：A

随着我国城市化进程不断加深，城市人口空前膨胀，公共交通已成为困扰各大城市的顽疾，地铁作为城市公共交通客运系统的重要组成部分，以其大众化、大运量以及安全、舒适、快捷、准时的特点成为最受欢迎的交通工具。

地铁列车上的旅客信息系统依托多媒体网络技术，以车载显示器为媒介向旅客提供信息服务，包括乘车须知、列车到发时间、各类公告、媒体新闻等信息，在火灾、阻塞及恐怖袭击等非正常情况下，提供动态紧急疏散提示。

车载视频监控系统则可实时视频监控各车厢情况，对于发生突发事件时控制中心了解现场情况具有重要意义。

车地无线通信技术实现车载设备与地面设备的互联互通，完成车地间旅客信息系统和视频监控系统的数据传输，在地铁行业特定环境下要求该技术具有大带宽、高稳定性、高抗干扰性等特点。

目前车地通信技术及应用实现方案

WLAN技术是目前应用较多的车地无线通信技术，它是基于IEEE802.11标准的无线局域网，使用2.4GHz或5GHz射频波段进行无线连接。在地铁行业中，WLAN技术作为车地无线通信技术，提供地面与列车之间的通信，它能够保证列车在高速行驶的情况下，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，并能保证最低的延迟，同时保证车载AP同轨旁AP切换时做到“0”丢包。

车地无线传输系统包括在车辆段和沿轨道设置的无线接入点(AP)、设置在各站机房内的无线控制器，以及车载的无线单元和天线。 各车站的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现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。在各个车站和控制中心提供与旅客信息系统和视频监控系统的接口，通过车地无线传输系统，将车载旅客信息系统和视频监控系统和车站及中心的旅客信息系统和视频监控系统进行互联。

LTE技术简述

LTE（Long Term Evolution，长期演进)是由3GPP组织制定的UMTS技术标准的长期演进，LTE系统引入了OFDM和多天线MIMO等关键传输技术，显著增加了频谱效率和数据传输速率（峰值速率能够达到上行50Mbit/s,下行100Mbit/s），支持成对或非成对频谱，并可配置从1.25 MHz到20MHz多种带宽，频谱分配更加灵活，系统容量和覆盖显著提升，并能够为最高500Km/h高速移动的用户提供大于100kbps的接入服务。

LTE技术在车地无线通信中的具体应用

1）控制中心实现方式

控制中心设置LTE核心设备，通过以太网交换机与中心服务器和视频服务器进行通信，车站或隧道相关网络设备与中心互联，通过LTE无线网络接收或下发相关视频数据，最终实现中心与列车之间的数据传输。

2）车站及隧道信号覆盖方式

车站站台布置LTE基站设备，以覆盖站台周边区域，LTE车地无线信号可与其它射频信号共用漏缆，射频信号可通过多频合分路器，与公网或TETRA系统的信号合路后一起连接到漏缆，

根据无线信号覆盖的要求在隧道区间布置天线以保证无线信号覆盖，实现与车载无线设备之间的无线数据通信。各LTE基站通过百兆以太网接入车站网络交换机，通过通信传输系统提供的通道与控制中心连接。为保证系统提供足够的带宽，提高用户的整体宽带体验，上下行隧道设计为两个小区。

3）车载设备实现方式

在每列车的车头、车尾各设置 1 套车载无线设备，通过车载交换机与车载控制器和LCD控制器相连，接收由控制中心提供的实时视频数据或向控制中心发送实时的视频监控数据。车头和车尾的车载终端互相备份，同时只有一个终端在收发数据，主备终端在正常情况下，主备之间有心跳检测机制，当备终端检测到主终端故障时，备终端接替主终端工作，备状态升级为主状态，并将原主状态终端重启。

在列车中心线上安装车载天线，天线间距2米左右，天线间连线与列车长度方向一致，采用2个天线能够利用LTE的多发多收技术，提高信号接收稳定性。

4）段、场信号覆盖方式

采用架设室外天线方式进行覆盖，车库内部采用吸顶天线覆盖。

与WLAN技术相比LTE技术在地铁行业中的优势

抗干扰能力强

WLAN技术使用公共频段，干扰严重，且缺乏高端的抗干扰机制，LTE使用专用频段规避干扰，采用ICIC，IRC等专业技术降低干扰，相比WLAN技术，LTE抗干扰能力大大加强。

对移动性支持更好

WLAN是 IEEE定义的基于802.11标准的无线网技术，最初设计是为用户提供短距离、低速移动状态下的无线接入服务，其提供热点覆盖和抗频偏机性能差，传输能力受移动速度影响非常大。

LTE由3GPP定义的长期演进项目，定位为满足高速移动场景下的宽带无线接入需求，其采用AFC（频率校正技术）、RRU共小区、基于频偏的切换技术，满足高速运动场景需求。能够为最高500Km/h高速移动的用户提供大于100kbps的接入服务，特别适用于地铁车地间的数据传输需要。

系统稳定性好

WLAN技术发射功率小，沿线设备部署密集，故障点多，维护困难，其内部缺乏有效的QoS保障机制。

LTE采用电信运营级网络设备， 发射功率大，地铁隧道内有源设备配置较少或不用配置，其具有较完善的QoS保障机制，系统稳定可靠。

参考文献：

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【关键词】监控；无线网络；高速公路

引言

在新世纪的环境条件下，人们的生活水平不断提高，几乎每家每户都有车辆。随着车辆不断增加，我国的高速公路所承担的压力也在不断的提高，高速公路的管理也变得越来越复杂。面对如此窘境，就必须要优化管理方面的体制，无线局域网监控技术在目前高速公路的监管体系中有着举足轻重的作用。传统的监控系统有很多的不完善之处，比如说，网络的覆盖面存在盲区、网络设备的安放会受到很大的限制、消息的实时性比较差以及不能够进行远程控制，这样就会使高速公路的管理效率低下。而无线局域网技术的出现很好的解决了这些问题。

1 无线局域网的概念与特点

1.1 无线局域网概念

无线局域网就是利用无线通信技术与设备在一定范围内组建的网络。英文全名为Wireless Local Area Networks缩写为WLAN。它是把无线通信技术与计算机网络通过一定的科学技术结合到一起所形成的产物。一般可分为独立式无线局域网和非独立式无线局域网，目前，我们所说的无线局域网一般指的都是非独立式无线局域网。它继承了传统局域网的各项功能，并且由于它的传输媒介比较特殊，所受的限制比较小，用户可以在任何地点、任何时间都能连接到网络。此外，无线局域网的特点也受到了很多人士的青睐，它具有较低的成本、较高的可靠性、不受地理环境的限制等许多特点。

1.2 无线局域网的特点

（1）组建网络时比较灵活

与传统的有线网络不同，无线局域网的接入不受网络信息点位置的影响。一旦建成了无线局域网，只要是在无线局域网覆盖的区域，就可以任意的接入网络。

（2）维修、改造的费用低

由于传统的有线网络灵活性很差，而为了适应未来的发展要求，网络规划者不可避免的预设了过多的利用率较低的信息点。而如果出现网络的发展与之前的预定计划不相符合的情况，那么就不得不对网络进行维修和改造，这样毫无疑问会花费更多的费用。庆幸的是，目前无线局域网技术已经得到了快速的发展，它的出现可以很好的避免或减少上述情况的发生。

（3）安装时方便、快捷

在传统的有线网络建设过程中，施工时不得不进行网络布线工作，网络布线不仅耗费的时间长，而且甚至有可能要掘地挖墙，工作量极大。而无线局域网在建立的过程中不需要进行网络布线工作，它只需要安装一个或多个接入点AP设备，就能够使这个接入点附近的区域内都充满网络。

2 高速公路监控系统中无线局域网技术的应用方案

基于无线局域网的高速公路监控系统主要由三部分组成：控制中心、路侧设备以及车载系统，这三者缺一不可。车载系统的主要功能是拍摄高速公路上突发事故的现场情况；路侧设备的主要功能是把现场情况准确、及时、清楚地传输到控制中心。虽然传统的固定摄像技术有很多的不完善之处，但是车载系统中的无线视频传输功能很好的弥补了它的不足之处。这样，对于高速公路上发生的突发事故，事故的现场情况就可以在第一时间内传输至控制中心，这样就可以进行远程指挥。具体的监控实施方案主要有以下几点：

2.1 对整个路段建立无线网络

在搭建沿路无线网络的过程中，要选择合适的地段来安放无线路由设备，使形成的无线局域网能够覆盖整个路段。这样就能够让用户随时随地的使用电脑、手持设备等，使这个区域内的通信畅通无阻。无线路由设备安放地点的选择要结合具体的公路状况来定，比如说要根据公路的弯度、坡度、山体遮挡以及路侧建筑物高低情况来综合考虑设备的安放地点。为了要达到无线局域网覆盖全路段的要求，工作人员在安装天线之前，要观察公路的状况、调整天线安装的角度、计算天线的覆盖范围，并且使高速公路上的带宽强度大于1Mbps。

2.2 实现对无线视频监控信号的实时传输

无线局域网在传输信号的过程中，容易受到很多因素的干扰，从而使传输数据或视频发生错误。虽然IEEE802.11通过MAC层重传机制增加了传输时数据的可靠性，但是随之带来的问题是，对于一些实时性要求较高的视频传输，它有一定的局限性。无线信道一旦受到外界条件的干扰，很可能会增加传输时的错误率。错误率增加，重传次数就会相应的增加，那么在此过程中的时延也会增加，当时延超出限制范围时，就会使传输的视频数据部分或全部丢失，导致视频质量下降。基于以上问题，我国对于视频的传输已经研发出了一些新的算法与编码技术，目的就是为了把无线视频传输过程中所带来的失真效果最小化，提高传输视频的质量。

2.3 建立WIFI电话系统

高速公路上沿路建好的无线网络，除了用于传输视频数据之外，还可以用于建立WIFI电话。这样，工作人员之间就可以使用这个WIFI电话系统相互联系，不仅方便快捷，而且节省了很多的开销。最重要的是，它可以满足实时性的要求，这一点在高速公路上遇到突发事故时非常重要。

2.4 采集道路的气象信息

道路气象采集管理部门在获取气象信息的过程中，首先是通过气象信息采集设备获取气象信息，然后再通过无线通讯设备把采集到的气象数据传输至气象中心，在这个过程中，无线通讯技术不可或缺。并且在传输时气象数据的格式要和气象观测中心的服务器有很好的兼容性。为了在恶劣的气象状况下有一个事故应急措施，那么就必须要有相应的气象信息的支撑，路段监控中心通过VPN虚拟专用网络，在省高速公路气象服务中心的帮助下，就可以基本上获得全省的气象状况，从而进一步获得某一路段的具体气象状况。然后通过交通管理部门具体分析，判断这一路段是否可以通行，如果允许通行，还要通过信息设备来最新的气象预警和限速情况。最后再把具体的路况信息发到省交通管理中心，用其他的相关信息设备车辆诱导信息，以引导车辆选择正确的行驶路段。

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【关键词】露天煤矿；无线车载视频监控系统；应用

煤矿企业的安全问题一直是人们广泛关注的焦点，煤矿企业应当把安全生产当作管理工作的第一要务来抓。由于露天煤矿的作业面大，作业范围广，地势变化大，用肉眼无法形成全面、有效的监控，而无线车载视频监控系统将监控装置安装在作业车辆上，能够为煤矿安全管理人员提供实时的画面信息，帮助他们直观的掌握生产现场的情况，从而促使操作人员提高操作的规范性，减少安全事故发生的可能性。

1 无线车载视频监控传输方式

随着科学技术的进步，信息化技术和无线网络取得了突飞猛进的发展，加上图像处理技术的进步，这些技术应用在无线车载视频监控系统中，也使得无线车载视频监控技术取得了相应的改善。

1.1 2G

2G无线视频监控是比较传统的视频监控技术。其传输过程主要有CDMA和GSM两种模式。无论是那一种模式，其成本价格都比较低廉，而且覆盖面积较大，，因此应用的比较广泛。然而2G无线视频监控的图像质量比较差，CDMA传输模式的理论传输速率为153.6Kbps，在实际操作中仅有 60―80Kbps，导致成像比较模糊，不够流畅，甚至有卡顿现象。而GSM模式的覆盖面虽然较之CDMA更广，但其但传输速率更慢，成像质量更差，所传输的视频图像帧数较低。2G无线视频传输技术的应用比较早，发展的比较成熟，因此在包括煤矿安全生产在内的各个领域还是得到了比较普遍的应用。

1.2 3g

3G无线视频监控是在近些年新兴的3G技术的基础上发展起来的监控技术，是利用无线网络运营商的3G技术作为传输方式的一种视频监控方法。2009年3G技术兴起至今，关于3G无线视频监控系统的产品开发越来越多。与传统的2G无线视频监控系统相比，3G无线视频监控系统具有更高的数据传播能力，其最高传输速率可以达到10Mbps，极大程度的提高了视频传输的成像质量。基于3G技术的无线视频监控系统能够更好地处理图像、声音、视频等各种形式的数据信息，为大范围视频的流畅和清晰传输提供了技术保障。

1.3 WiMax

WiMax即全球微波互联接入，是新兴的点对点的宽带无线接入技术。WiMax技术的基础是IEEE802.16e宽频无线标准，通过在无线视屏监控系统中融入一系列的新技术，如动态自适应调制、灵活的系统资源参数及多载波调制等，使其具备了更强大的数据传输能力，其数据传输速率在70―100Mbps之间，与2G和3G无线视频监控系统相比有了质的飞跃。而且其拥有较为完善的安全控制功能，同时信号覆盖面积大，有效覆盖半径可达50km。但是其成本比较高，而且在现阶段获得全球统一的频率也有一定的困难。

1.4 无线网格Mesh

无线网格Mesh技术的特点比较鲜明，在近距离内的数据传输速率非常高，有效带宽可以达到6Mbps。这种技术链路设计简单、组网灵活、维护方便。无线网格Mesh网络是一个无线多跳网络。在无线网格Mesh网络中，任何无线设备节点都可以同时作为AP和路由器，网络中的每个节点都可以发送和接收信号，每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信，这要比单跳网络更加稳定。使用Mesh技术可以提供一个可靠的无线网络平台。

总而言之，2G无线视频监控系统由于其诞生比较早，技术理论发展纯熟，因此在煤矿企业的安全生产中应用的最为普遍。但是其成像质量差，数据传播不稳定，在一定程度上制约了监控的效果。而WiMax以及无线网格mesh技术目前尚在研发阶段，远没有达到应用的程度。相对而言3G技术的理论发展已经相当相对成熟，可以也取得了良好的应用效果，能够很好的满足露天煤矿安全生产监督的需求，因此应当得到大力的推广使用。

2 露天煤矿3G无线车载视频监控系统的应用实例

为了保障安全生产工作，加强监督，规范一线工作人员的操作流程，努力避免因操作人员违犯操作规范、违规驾驶以及不系安全带等行为而造成的安全事故，2012年7月胜利露天煤矿在露天煤矿中装置了基于3G技术的无线车载视频监控系统，将总计64台无线监控视频监控设备安装在一线的作业车辆上。利用作业车辆上的监控设备采集图像信息，经过转码后通过电信公司的3G网络接入互联网，最后传输至胜利露天煤矿公司的终端接收设备，并将信息还原以后以视频图像的形式呈现在监护器上，从而帮助安全管理人员进行监管。

该系统的特点如下：（1）使用电信CDMA2000标准的3G无线传输技术接入电信3G网，同时与2G网兼容，在3G网不稳定时可以切换进2G网进行数据传输，从而保证了数据传输不会中断；（2）其终端设备的稳定性比较高，能够在露天煤矿的环境下平稳工作，保证视频图像流畅，清晰；（3）使用32G内存卡存储视频信息，存储容量较大，存储时间长，实现了视频信息的回放功能。

胜利露天煤矿所采用的3G无线车载视频监控系统的系统外网接入公司内网带宽是20M，数据传输速率在200―800Kbps之间，丢包率大致在4%上下，随着外网接入公司内网带宽的进一步增加，数据传输速率将会更加快捷。眼下，胜利露天煤矿的东西向长度已经达到2.7公里，南北向宽度为2.2公里，矿坑深度已经开采至176m以下，作业范围大，深度长，在煤矿的开采过程中，无法避免的会出现一些3G信号的盲区，导致作业车辆在盲区范围内会无法传输数据信息，增大了数据丢包的概率，同时在监控设备上出现卡顿现象，这些都是因露天煤矿的特殊性无法避免的。一旦作业车辆离开信号盲区，3G无线车载视频监控系统就会立即恢复正常，重新实现视频传输功能，成像清晰、稳定，能够满足煤矿开采的需要。相信随着3G技术的进一步的发展，3G网络建设的全面展开，基于3G技术的无线车载视频监控系统将会得到进一步的提升。

胜利露天煤矿将3G无线车载视频监控系统与既有的GPS车辆智能调度系统相相结合，优势互补，共同对一线作业车辆进行监督和控制，取得了理想的监管效果。一方面GPS车辆智能调度系统对坑下作业车辆进行定位，优化车辆调度，提高了生产效率；另一方面3G无线车载视频监控系统让调度管理人员实时了解作业车辆操作人员的工作状态，加强了安全监控，为安全生产提供了保障。

3 结语

综上所述，生产安全是煤矿企业的立身之本，在露天煤矿中天使用无线车载视频监控系统，能够有效地帮助实施对作业车辆和操作人员的监控，是煤矿企业进行安全生产的必要手段。分别以2G、3G、WiMax、无线网格Mesh技术为依托，无线车载视频监控系统可以分为多个不同类型，其中现阶段基于3G技术的无线车载视频监控系统的应用前景最为看好，应该得到更为广泛的推广应用。

参考文献：

[1].浅谈车载视频监控系统解决方案的发展[J].智能建设与城市信息，2009（10）.