車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)論文

　　隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車在人們?nèi)粘Ｉ钪性絹?lái)越普遍。為解決日益嚴(yán)重的交通問(wèn)題，車載網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)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(guó)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(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開(kāi)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(guó)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(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開(kāi)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(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性和可靠性的要求。目前，它實(shí)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(dú)特的設(shè)計(jì)，與一般的通信總線相比有突出的可靠性。其主要特點(diǎn)如下：

　　(1)CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)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(diǎn)信息以報(bào)文標(biāo)識(shí)符劃分優(yōu)先等級(jí)以滿足不同的實(shí)時(shí)要求。

　　(3)CAN總線采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)較低的節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)退出發(fā)送，而優(yōu)先級(jí)最高的節(jié)點(diǎn)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(shí)間。

　　(4)CAN總線只需要通過(guò)報(bào)文濾波即可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)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(gè)字節(jié))，傳輸時(shí)間短，受干擾概率小，有極好檢錯(cuò)性。

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

　　(7)CAN的通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)到10km;通信速率可達(dá)1MB/S。

　　(8)CAN上的節(jié)點(diǎn)主要取決于總線驅(qū)動(dòng)電路，目前可達(dá)110個(gè);報(bào)文標(biāo)識(shí)符可達(dá)2032種(CAB2。0A)，而擴(kuò)展(CAN2。0B)的報(bào)文標(biāo)識(shí)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(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉功能，以使總線上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響到。

　　CAN總線采用了載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)機(jī)制(CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access will Collision Detect)實(shí)現(xiàn)總訪問(wèn)。利用CAN訪問(wèn)總線，可對(duì)總線上信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，只有當(dāng)總線處于空閑狀態(tài)時(shí)才允許發(fā)送。利用這種方法，可能允許多個(gè)節(jié)點(diǎn)掛接到同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上。當(dāng)檢測(cè)到一個(gè)沖突時(shí)，所有節(jié)點(diǎn)重新回到“監(jiān)聽(tīng)”總線狀態(tài)，直到該沖突時(shí)間過(guò)后才開(kāi)始發(fā)送。在總線超載的情況下，這種技術(shù)可能會(huì)造成發(fā)送信號(hào)延遲。

　　為了避免發(fā)送信號(hào)時(shí)延，可利用CSMA/CD方式訪問(wèn)總線。當(dāng)總線上有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送時(shí)，必須通過(guò)非破壞性的逐位仲裁方法來(lái)使有最高優(yōu)先權(quán)的報(bào)文優(yōu)先發(fā)送。在CAN總線上發(fā)送的每一條報(bào)文都具有唯一的一個(gè)11位或29位數(shù)字的ID。CAN總線狀態(tài)取決于二進(jìn)制數(shù)“0”而不是“1”，所以ID號(hào)越小，則該報(bào)文擁有的優(yōu)先權(quán)越高，因此一個(gè)為全“0”標(biāo)識(shí)符的報(bào)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(gè)以上的總線節(jié)點(diǎn)同時(shí)開(kāi)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(lái)避免消息沖突。每個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送它的消息標(biāo)識(shí)符位，同時(shí)監(jiān)測(cè)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(guò)程中的出錯(cuò)，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(chǎng)、控制場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)和CRC序列幀段均以位填充方法進(jìn)行編碼。數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀的其余位場(chǎng)(CRC界定符、ACK場(chǎng)和幀結(jié)束)為固定形式，不進(jìn)行位填充。當(dāng)發(fā)送器在發(fā)送位流中檢測(cè) 到5個(gè)極性相同的連續(xù)位時(shí)，它在實(shí)際發(fā)送時(shí)，自動(dòng)插入一個(gè)補(bǔ)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(guó)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(gè)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(guó)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(gè)CAN儀器之間建立兼容性?？墒牵嫒菪杂胁煌姆矫?，比如電氣特性和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的解釋。為了達(dá)到設(shè)計(jì)透明度以及實(shí)現(xiàn)靈活性，根據(jù)ISO/OSI參考模型，CAN細(xì)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(wèn)控制子層(MAC)，這兩個(gè)子層的功能分別對(duì)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(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求以及數(shù)據(jù)傳輸提供服務(wù);確定由實(shí)際要使用的LLC子層用哪一個(gè)報(bào)文;為恢復(fù)管理和過(guò)載提供手段。媒體訪問(wèn)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(cuò)誤檢測(cè)、出錯(cuò)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(diǎn)之間根據(jù)所有的電氣屬性進(jìn)行位的實(shí)際傳輸，它包括位定時(shí)、位編碼和位同步。技術(shù)規(guī)范沒(méi)有定義物理層的驅(qū)動(dòng)器/接收器特性，以便允許根據(jù)在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)發(fā)送媒體和信號(hào)和電平進(jìn)行優(yōu)化。

　　值得強(qiáng)調(diào)的是，媒體訪問(wèn)控制子層是CAN協(xié)議的核心。它把接收到的報(bào)文提供給LLC子層，并接收來(lái)自LLC子層的報(bào)文。MAC子層負(fù)責(zé)報(bào)文分幀、仲裁、應(yīng)答、錯(cuò)誤檢測(cè)和標(biāo)定。MAC子層也稱作故障界定的管理實(shí)體監(jiān)管。此故障界定為自檢機(jī)制，以便把永久故障和短時(shí)擾動(dòng)區(qū)別開(kāi)來(lái)。

　　CAN以報(bào)文為單位進(jìn)行信息傳送，每一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)或請(qǐng)求數(shù)據(jù)發(fā)送的報(bào)文均包含標(biāo)識(shí)符ID，它標(biāo)識(shí)該報(bào)文的優(yōu)先權(quán)。CAN系統(tǒng)中，一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)不使用有關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的任何信息(如站地址)。報(bào)文標(biāo)識(shí)符ID并不指出報(bào)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?cè)诳刂浦械闹匾院蛯?shí)時(shí)性要求被劃分。

　　報(bào)文傳輸有4個(gè)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(yuǎn)程幀：總線單元發(fā)出遠(yuǎn)程幀，請(qǐng)求發(fā)送具有同一標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)幀。錯(cuò)誤幀：任何單元檢測(cè)到總線錯(cuò)誤就發(fā)出錯(cuò)誤幀。過(guò)載幀：過(guò)載幀可以在先行的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀之間提供附加的延時(shí)。

　　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(lái)越多的關(guān)注，本文提出一個(gè)新的基于指數(shù)有效SINR映射(EESM)的車載網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)，仿真結(jié)果表明，新的建模能夠精確再現(xiàn)鏈路級(jí)誤包率性能，比傳統(tǒng)平臺(tái)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(jì)的發(fā)展，汽車在人們?nèi)粘Ｉ钪性絹?lái)越普遍。為解決日益嚴(yán)重的交通問(wèn)題，車載自組織網(wǎng)絡(luò)(VANET)及其標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11p應(yīng)運(yùn)而生。車載自組織網(wǎng)絡(luò)是一種特殊的移動(dòng)自組織網(wǎng)(MANET)，在高速移動(dòng)的環(huán)境下，通過(guò)車與車，車與路邊單元的相互通信構(gòu)建無(wú)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(guò)廣播安全業(yè)務(wù)包來(lái)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(gè)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(guò)了一個(gè)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(guò)低被淘汰。之后Q.Chen提出一個(gè)基于SINR門限的模型[1]，當(dāng)接收包的SINR超過(guò)了預(yù)定的門限值(基于經(jīng)驗(yàn)結(jié)果)時(shí)，該數(shù)據(jù)包被判定為正確接收，這種建模被廣泛的運(yùn)用在各種研究以及仿真平臺(tái)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(gè)數(shù)據(jù)包被抽象成一個(gè)傳輸單元，完全忽略了無(wú)線通信信號(hào)處理的細(xì)節(jié)，無(wú)法反應(yīng)信道選擇性和數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度對(duì)傳輸性能的影響，精確度有待提高。

　　本文提出一個(gè)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(jí)仿真和系統(tǒng)級(jí)仿真之間的映射方法，它能夠?qū)⑺ヂ湫诺乐械亩鄠€(gè)瞬時(shí)SINR映射成AWGN(Additive White Gaussian Noise)信道下的單個(gè)SINR，將信道的多狀態(tài)轉(zhuǎn)化為單狀態(tài)，然后通過(guò)查找AWGN信道下該SINR和誤包率之間的對(duì)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(wèn)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(shí)，EESM可以將k個(gè)子載波的SINR集合γk映射成AWGN信道下的單個(gè)有效SINR值γeff，然后再用這個(gè)有效的SINR值查找到相應(yīng)誤包率的估計(jì)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(gè)子信道的帶寬為10MHz。故其信道為時(shí)間-頻率雙選擇性信道，信道建模必須反映出這個(gè)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(shí)現(xiàn)了專門為車載網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的高速公路場(chǎng)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(tīng)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(gè)子載波的瞬時(shí)SINR映射成單個(gè)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(qǐng)參看第二章。

　　四、仿真結(jié)果

　　本章將對(duì)新建模和傳統(tǒng)SINR門限建模[3]的仿真性能作出對(duì)比，仿真場(chǎng)景為高速公路，信道忙時(shí)設(shè)為30%，車輛運(yùn)行時(shí)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(shí)，被判定為接收錯(cuò)誤，其SINR大于等于門限值時(shí)，判定為正確接收，而基于EESM的建?？梢苑从吵鍪瞻屎蚐INR之間一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。不僅如此，對(duì)比數(shù)據(jù)包大小為400bytes和100bytes的仿真圖可以發(fā)現(xiàn)，EESM建?？梢苑从吵霾煌瑪?shù)據(jù)包大小對(duì)傳輸性能的影響，其包大小為100bytes的曲線相對(duì)于400bytes的曲線有大約2dB的增益，傳統(tǒng)門限判決建模無(wú)法反映出包大小對(duì)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(cuò)誤仿真的仿真結(jié)果，適用性不足。基于EESM的新車載平臺(tái)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(tái)對(duì)物理層的建模過(guò)于粗糙，無(wú)法精確再現(xiàn)鏈路級(jí)誤包率性能，本文提出一個(gè)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。該建模可用于VANET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(xiàn)

　　[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.