車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)論文

　　隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，汽車在人們?nèi)粘Ｉ钪性絹碓狡毡?。為解決日益嚴(yán)重的交通問題，車載網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運而生。這是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)論文，僅供參考!

　　車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)論文篇一

　　淺析CAN汽車車載網(wǎng)絡(luò)

　　【摘要】CAN(Controller Area Network)控制器局域網(wǎng)是德國Bosch公司在20世紀(jì)80年代為了解決汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議。

　　【關(guān)鍵詞】CAN汽車車載網(wǎng)絡(luò)

　　CAN(Controller Area Network)控制器局域網(wǎng)是德國Bosch公司在20世紀(jì)80年代為了解決汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，它的短幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、非破壞性總線仲裁技術(shù)以及靈活的通信方式，非常適合汽車對數(shù)據(jù)實時性和可靠性的要求。目前，它實際上已成為汽車車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主流標(biāo)準(zhǔn)。

　　CAN總線采用了許多新技術(shù)和獨特的設(shè)計，與一般的通信總線相比有突出的可靠性。其主要特點如下：

　　(1)CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點發(fā)送信息而不分主從，通信方式比較靈活。

　　(2)CAN網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點信息以報文標(biāo)識符劃分優(yōu)先等級以滿足不同的實時要求。

　　(3)CAN總線采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，當(dāng)多個節(jié)點同時向總線發(fā)送信息時，優(yōu)先級較低的節(jié)點會主動退出發(fā)送，而優(yōu)先級最高的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁的時間。

　　(4)CAN總線只需要通過報文濾波即可以實現(xiàn)點對點、一點對多點以及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)。

　　(5)CAN總線采用短幀結(jié)構(gòu)(每幀八個字節(jié))，傳輸時間短，受干擾概率小，有極好檢錯性。

　　(6)CAN的每一幀信息都有CRC檢驗及其他檢錯措施，保證數(shù)據(jù)出錯率極低。

　　(7)CAN的通信距離最遠可達到10km;通信速率可達1MB/S。

　　(8)CAN上的節(jié)點主要取決于總線驅(qū)動電路，目前可達110個;報文標(biāo)識符可達2032種(CAB2。0A)，而擴展(CAN2。0B)的報文標(biāo)識符幾乎不受限制。

　　(9)CAN通信介質(zhì)可以為雙絞線，同軸電纜或光纖，選擇靈活。

　　(10)CAN節(jié)點在錯誤嚴(yán)重的情況下具有自動關(guān)閉功能，以使總線上其他節(jié)點的操作不受影響到。

　　CAN總線采用了載波偵聽多路訪問/沖突檢測機制(CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access will Collision Detect)實現(xiàn)總訪問。利用CAN訪問總線，可對總線上信號進行檢測，只有當(dāng)總線處于空閑狀態(tài)時才允許發(fā)送。利用這種方法，可能允許多個節(jié)點掛接到同一個網(wǎng)絡(luò)上。當(dāng)檢測到一個沖突時，所有節(jié)點重新回到“監(jiān)聽”總線狀態(tài)，直到該沖突時間過后才開始發(fā)送。在總線超載的情況下，這種技術(shù)可能會造成發(fā)送信號延遲。

　　為了避免發(fā)送信號時延，可利用CSMA/CD方式訪問總線。當(dāng)總線上有兩個節(jié)點同時發(fā)送時，必須通過非破壞性的逐位仲裁方法來使有最高優(yōu)先權(quán)的報文優(yōu)先發(fā)送。在CAN總線上發(fā)送的每一條報文都具有唯一的一個11位或29位數(shù)字的ID。CAN總線狀態(tài)取決于二進制數(shù)“0”而不是“1”，所以ID號越小，則該報文擁有的優(yōu)先權(quán)越高，因此一個為全“0”標(biāo)識符的報文具有總線上的最高優(yōu)先權(quán)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)總線空閑后，如果存在兩個以上的總線節(jié)點同時開始發(fā)送數(shù)據(jù)，可利用CSMA/CD以及非破壞性的逐位仲裁方法來避免消息沖突。每個節(jié)點發(fā)送它的消息標(biāo)識符位，同時監(jiān)測總線電平。

　　CAN總線中還采用多種抗干擾措施以減少消息幀在傳送過程中的出錯，位填充技術(shù)是其中很重要的一種技術(shù)。在CAN中的消息幀中，幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場和CRC序列幀段均以位填充方法進行編碼。數(shù)據(jù)幀或遠程幀的其余位場(CRC界定符、ACK場和幀結(jié)束)為固定形式，不進行位填充。當(dāng)發(fā)送器在發(fā)送位流中檢測 到5個極性相同的連續(xù)位時，它在實際發(fā)送時，自動插入一個補碼位。

　　CAN技術(shù)應(yīng)用的推廣，要求通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化。為此，1991年9月，德國Bosch公司制定并發(fā)布了CAN技術(shù)規(guī)范(Version2。0)。該技術(shù)規(guī)范包括了A和B兩個部分。2。0A給出了CAN報文標(biāo)準(zhǔn)格式，而2。0B給出了標(biāo)準(zhǔn)的和擴展的兩格式。1993年11月，ISO正式頒布了道路交通工具――數(shù)據(jù)信息交換――高速通信控制器局域網(wǎng)(CAN)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898，為控制器局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化鋪平了道路。

　　CAN技術(shù)規(guī)范化的目的是為了在任何兩個CAN儀器之間建立兼容性。可是，兼容性有不同的方面，比如電氣特性和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的解釋。為了達到設(shè)計透明度以及實現(xiàn)靈活性，根據(jù)ISO/OSI參考模型，CAN細分為數(shù)據(jù)鏈路層、物理層。其中，數(shù)據(jù)鏈路層又分為邏輯鏈路控制子層(LLC)、媒體訪問控制子層(MAC)，這兩個子層的功能分別對應(yīng)于CAN2。0A中的目標(biāo)層和傳輸層的相應(yīng)功能。

　　邏輯鏈路控制子層的主要作用是為遠程數(shù)據(jù)請求以及數(shù)據(jù)傳輸提供服務(wù);確定由實際要使用的LLC子層用哪一個報文;為恢復(fù)管理和過載提供手段。媒體訪問控制子層的作用主要是傳送規(guī)則，也就是控制幀結(jié)構(gòu)、執(zhí)行仲裁、錯誤檢測、出錯標(biāo)定、故障界定等。MAC子層的修改是受限制的。

　　物理層的作用是在不同節(jié)點之間根據(jù)所有的電氣屬性進行位的實際傳輸，它包括位定時、位編碼和位同步。技術(shù)規(guī)范沒有定義物理層的驅(qū)動器/接收器特性，以便允許根據(jù)在實際應(yīng)用中對發(fā)送媒體和信號和電平進行優(yōu)化。

　　值得強調(diào)的是，媒體訪問控制子層是CAN協(xié)議的核心。它把接收到的報文提供給LLC子層，并接收來自LLC子層的報文。MAC子層負責(zé)報文分幀、仲裁、應(yīng)答、錯誤檢測和標(biāo)定。MAC子層也稱作故障界定的管理實體監(jiān)管。此故障界定為自檢機制，以便把永久故障和短時擾動區(qū)別開來。

　　CAN以報文為單位進行信息傳送，每一個發(fā)送數(shù)據(jù)或請求數(shù)據(jù)發(fā)送的報文均包含標(biāo)識符ID，它標(biāo)識該報文的優(yōu)先權(quán)。CAN系統(tǒng)中，一個CAN節(jié)點不使用有關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的任何信息(如站地址)。報文標(biāo)識符ID并不指出報文的目的地址，而是表述數(shù)據(jù)的類型和含義，通常這些數(shù)據(jù)的類型根據(jù)它們在控制中的重要性和實時性要求被劃分。

　　報文傳輸有4個不同類型的幀。數(shù)據(jù)幀：數(shù)據(jù)幀將數(shù)據(jù)從發(fā)送器傳輸?shù)浇邮掌?。遠程幀：總線單元發(fā)出遠程幀，請求發(fā)送具有同一標(biāo)識符的數(shù)據(jù)幀。錯誤幀：任何單元檢測到總線錯誤就發(fā)出錯誤幀。過載幀：過載幀可以在先行的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀或遠程幀之間提供附加的延時。

　　車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)論文篇二

　　基于EESM的車載網(wǎng)絡(luò)仿真建模

　　【摘要】 車載自組織網(wǎng)(VANET)作為智能交通系統(tǒng)的重要技術(shù)，受到越來越多的關(guān)注，本文提出一個新的基于指數(shù)有效SINR映射(EESM)的車載網(wǎng)絡(luò)仿真平臺，仿真結(jié)果表明，新的建模能夠精確再現(xiàn)鏈路級誤包率性能，比傳統(tǒng)平臺有更高的精確度。

　　【關(guān)鍵詞】 VANET EESM 建模 誤包率

　　一、引言

　　隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，汽車在人們?nèi)粘Ｉ钪性絹碓狡毡?。為解決日益嚴(yán)重的交通問題，車載自組織網(wǎng)絡(luò)(VANET)及其標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11p應(yīng)運而生。車載自組織網(wǎng)絡(luò)是一種特殊的移動自組織網(wǎng)(MANET)，在高速移動的環(huán)境下，通過車與車，車與路邊單元的相互通信構(gòu)建無線通信網(wǎng)絡(luò)，用于輔助駕駛，事故避免，提高交通的安全性，有效性。

　　在車載網(wǎng)絡(luò)中，車輛通過廣播安全業(yè)務(wù)包來保證交通安全，誤包率是影響車載網(wǎng)絡(luò)有效工作的重要指標(biāo)。

　　最早的VANET網(wǎng)絡(luò)仿真建模中，用一個接收能量門限作為衡量數(shù)據(jù)包是否被正確接收的指標(biāo)。僅當(dāng)數(shù)據(jù)包未發(fā)生碰撞并且其接收能量超過了一個預(yù)定的門限值，該數(shù)據(jù)包才被判定為正確接收，該模型由于精確度過低被淘汰。之后Q.Chen提出一個基于SINR門限的模型[1]，當(dāng)接收包的SINR超過了預(yù)定的門限值(基于經(jīng)驗結(jié)果)時，該數(shù)據(jù)包被判定為正確接收，這種建模被廣泛的運用在各種研究以及仿真平臺中，成為VANET物理層傳統(tǒng)建模。但是，這種建模把物理層高度的抽象化了，整個數(shù)據(jù)包被抽象成一個傳輸單元，完全忽略了無線通信信號處理的細節(jié)，無法反應(yīng)信道選擇性和數(shù)據(jù)包長度對傳輸性能的影響，精確度有待提高。

　　本文提出一個基于指數(shù)有效SINR映射(EESM)的車載網(wǎng)絡(luò)仿真建模，能夠以較低的仿真復(fù)雜度得到比傳統(tǒng)建模更精確的誤包率性能曲線。EESM是一種復(fù)雜度低并且精確度高的OFDM鏈路級仿真和系統(tǒng)級仿真之間的映射方法，它能夠?qū)⑺ヂ湫诺乐械亩鄠€瞬時SINR映射成AWGN(Additive White Gaussian Noise)信道下的單個SINR，將信道的多狀態(tài)轉(zhuǎn)化為單狀態(tài)，然后通過查找AWGN信道下該SINR和誤包率之間的對應(yīng)關(guān)系，可以得到精確的誤包率值，能夠很好的解決VANET物理層建模的仿真復(fù)雜度和仿真精確度之間的權(quán)衡問題。

　　二、EESM介紹

　　當(dāng)OFDM所有子載波采用相同的編碼調(diào)制方式(MCS)時，EESM可以將k個子載波的SINR集合γk映射成AWGN信道下的單個有效SINR值γeff，然后再用這個有效的SINR值查找到相應(yīng)誤包率的估計值。其基本原理如圖1所示：

　　EESM的映射公式可以由chernoff聯(lián)合界推導(dǎo)得出：

　　三、建模介紹

　　信道建模：VANET的標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11p使用OFDM技術(shù)，頻段設(shè)置在5.9GHz，每個子信道的帶寬為10MHz。故其信道為時間-頻率雙選擇性信道，信道建模必須反映出這個特性。本文信道建模包含大尺度衰落和小尺度衰落，大尺度衰落采用Two-Ray Ground，小尺度衰落實現(xiàn)了專門為車載網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的高速公路場景下的小尺度衰落[2]。

　　MAC層：采用IEEE802.11p規(guī)定的帶沖突避免的載波偵聽多址接入技術(shù)(CSMA/CS)。

　　物理層建模：以EESM為基礎(chǔ)，將數(shù)據(jù)包的多個子載波的瞬時SINR映射成單個有效SINR，在利用該有效SINR在AWGN信道下的誤包率性能得到需要的誤包率值，具體原理請參看第二章。

　　四、仿真結(jié)果

　　本章將對新建模和傳統(tǒng)SINR門限建模[3]的仿真性能作出對比，仿真場景為高速公路，信道忙時設(shè)為30%，車輛運行時間60s，廣播的安全數(shù)據(jù)包發(fā)送頻率為10Hz。

　　圖2為802.11p協(xié)議中的三種發(fā)送速率下，兩種建模的收包率-SINR的性能圖(收包率=1-誤包率)，二者仿真復(fù)雜度基本相同。而從圖中可以看出，傳統(tǒng)建模方法較為粗糙，其包接收率在SINR門限處直接由0跳變至1，即當(dāng)接收包的SINR值低于門限值時，被判定為接收錯誤，其SINR大于等于門限值時，判定為正確接收，而基于EESM的建模可以反映出收包率和SINR之間一一對應(yīng)的關(guān)系。不僅如此，對比數(shù)據(jù)包大小為400bytes和100bytes的仿真圖可以發(fā)現(xiàn)，EESM建模可以反映出不同數(shù)據(jù)包大小對傳輸性能的影響，其包大小為100bytes的曲線相對于400bytes的曲線有大約2dB的增益，傳統(tǒng)門限判決建模無法反映出包大小對傳輸性能的影響。傳統(tǒng)門限建模的不足之處可能導(dǎo)致錯誤仿真的仿真結(jié)果，適用性不足?；贓ESM的新車載平臺建模方法在保持較低仿真復(fù)雜度的情況下有更高的仿真精確度，必將取代傳統(tǒng)SINR門限建模。

　　五、總結(jié)

　　誤包率是影響車載網(wǎng)絡(luò)通信性能的重要指標(biāo)，傳統(tǒng)車載網(wǎng)絡(luò)仿真平臺對物理層的建模過于粗糙，無法精確再現(xiàn)鏈路級誤包率性能，本文提出一個基于EESM的新建模，在不提升仿真復(fù)雜度的情況下，顯著提升了仿真的精確度。該建?？捎糜赩ANET擁塞控制，最優(yōu)發(fā)送速率研究，發(fā)送功率控制等方面，為車載研究提供了新的思路。

　　參 考 文 獻

　　[1] Q. Chen， F. Schmidt-Eisenlohr， D. Jiang， M. Torrent-Moreno， L. Delgrossi， and H. Hartenstein，： Overhaul of IEEE 802.11 modeling and simulation in ns-2 Proc.10th ACM/IEEE Symp. Model. Anal. Simul. Wireless Mobile Systems， Chania， Crete Island， Greece， pp. 159�168， 2007.

　　[2] G. Acosta-Marum and M. A. Ingram，： Six time- and frequency selective empirical channel models for vehicular wireless LANs. IEEE Veh. Technol. Mag.， vol. 2， no. 4， pp. 4-11， 2007.

　　[3] D. Jiang， Q. Chen， and L. Delgrossi： Optimal data rate selection for vehicle safety communications， VANET '08 Proc. 5th ACM Int. Workshop Veh. Inter-Networking， pp. 30-38， 2008.