車載網絡技術論文

車載網絡技術論文

　　隨著世界經濟的發展，汽車在人們日常生活中越來越普遍。為解決日益嚴重的交通問題，車載網絡應運而生。這是學習啦小編為大家整理的車載網絡技術論文，僅供參考!

　　車載網絡技術論文篇一

　　淺析CAN汽車車載網絡

　　【摘要】CAN(Controller Area Network)控制器局域網是德國Bosch公司在20世紀80年代為了解決汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開發的一種串行數據通信協議。

　　【關鍵詞】CAN汽車車載網絡

　　CAN(Controller Area Network)控制器局域網是德國Bosch公司在20世紀80年代為了解決汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開發的一種串行數據通信協議，它的短幀數據結構、非破壞性總線仲裁技術以及靈活的通信方式，非常適合汽車對數據實時性和可靠性的要求。目前，它實際上已成為汽車車載網絡系統的主流標準。

　　CAN總線采用了許多新技術和獨特的設計，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，網絡上任一節點均可在任意時刻主動地向網絡上其他節點發送信息而不分主從，通信方式比較靈活。

　　(2)CAN網絡上節點信息以報文標識符劃分優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，當多個節點同時向總線發送信息時，優先級較低的節點會主動退出發送，而優先級最高的節點可不受影響地繼續傳輸數據，從而大大節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點對點、一點對多點以及全局廣播等幾種方式傳送接收數據。

　　(5)CAN總線采用短幀結構(每幀八個字節)，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，保證數據出錯率極低。

　　(7)CAN的通信距離最遠可達到10km;通信速率可達1MB/S。

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

　　(9)CAN通信介質可以為雙絞線，同軸電纜或光纖，選擇靈活。

　　(10)CAN節點在錯誤嚴重的情況下具有自動關閉功能，以使總線上其他節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)實現總訪問。利用CAN訪問總線，可對總線上信號進行檢測，只有當總線處于空閑狀態時才允許發送。利用這種方法，可能允許多個節點掛接到同一個網絡上。當檢測到一個沖突時，所有節點重新回到“監聽”總線狀態，直到該沖突時間過后才開始發送。在總線超載的情況下，這種技術可能會造成發送信號延遲。

　　為了避免發送信號時延，可利用CSMA/CD方式訪問總線。當總線上有兩個節點同時發送時，必須通過非破壞性的逐位仲裁方法來使有最高優先權的報文優先發送。在CAN總線上發送的每一條報文都具有唯一的一個11位或29位數字的ID。CAN總線狀態取決于二進制數“0”而不是“1”，所以ID號越小，則該報文擁有的優先權越高，因此一個為全“0”標識符的報文具有總線上的最高優先權。當發現總線空閑后，如果存在兩個以上的總線節點同時開始發送數據，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。每個節點發送它的消息標識符位，同時監測總線電平。

　　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，位填充技術是其中很重要的一種技術。在CAN中的消息幀中，幀起始、仲裁場、控制場、數據場和CRC序列幀段均以位填充方法進行編碼。數據幀或遠程幀的其余位場(CRC界定符、ACK場和幀結束)為固定形式，不進行位填充。當發送器在發送位流中檢測 到5個極性相同的連續位時，它在實際發送時，自動插入一個補碼位。

　　CAN技術應用的推廣，要求通信協議的標準化。為此，1991年9月，德國Bosch公司制定并發布了CAN技術規范(Version2。0)。該技術規范包括了A和B兩個部分。2。0A給出了CAN報文標準格式，而2。0B給出了標準的和擴展的兩格式。1993年11月，ISO正式頒布了道路交通工具――數據信息交換――高速通信控制器局域網(CAN)國際標準ISO11898，為控制器局域網的標準化、規范化鋪平了道路。

　　CAN技術規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，比如電氣特性和數據轉換的解釋。為了達到設計透明度以及實現靈活性，根據ISO/OSI參考模型，CAN細分為數據鏈路層、物理層。其中，數據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于CAN2。0A中的目標層和傳輸層的相應功能。

　　邏輯鏈路控制子層的主要作用是為遠程數據請求以及數據傳輸提供服務;確定由實際要使用的LLC子層用哪一個報文;為恢復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則，也就是控制幀結構、執行仲裁、錯誤檢測、出錯標定、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點之間根據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。技術規范沒有定義物理層的驅動器/接收器特性，以便允許根據在實際應用中對發送媒體和信號和電平進行優化。

　　值得強調的是，媒體訪問控制子層是CAN協議的核心。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子層負責報文分幀、仲裁、應答、錯誤檢測和標定。MAC子層也稱作故障界定的管理實體監管。此故障界定為自檢機制，以便把永久故障和短時擾動區別開來。

　　CAN以報文為單位進行信息傳送，每一個發送數據或請求數據發送的報文均包含標識符ID，它標識該報文的優先權。CAN系統中，一個CAN節點不使用有關系統結構的任何信息(如站地址)。報文標識符ID并不指出報文的目的地址，而是表述數據的類型和含義，通常這些數據的類型根據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。數據幀：數據幀將數據從發送器傳輸到接收器。遠程幀：總線單元發出遠程幀，請求發送具有同一標識符的數據幀。錯誤幀：任何單元檢測到總線錯誤就發出錯誤幀。過載幀：過載幀可以在先行的和后續的數據幀或遠程幀之間提供附加的延時。

　　車載網絡技術論文篇二

　　基于EESM的車載網絡仿真建模

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

　　【關鍵詞】 VANET EESM 建模 誤包率

　　一、引言

　　隨著世界經濟的發展，汽車在人們日常生活中越來越普遍。為解決日益嚴重的交通問題，車載自組織網絡(VANET)及其標準IEEE802.11p應運而生。車載自組織網絡是一種特殊的移動自組織網(MANET)，在高速移動的環境下，通過車與車，車與路邊單元的相互通信構建無線通信網絡，用于輔助駕駛，事故避免，提高交通的安全性，有效性。

　　在車載網絡中，車輛通過廣播安全業務包來保證交通安全，誤包率是影響車載網絡有效工作的重要指標。

　　最早的VANET網絡仿真建模中，用一個接收能量門限作為衡量數據包是否被正確接收的指標。僅當數據包未發生碰撞并且其接收能量超過了一個預定的門限值，該數據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]，當接收包的SINR超過了預定的門限值(基于經驗結果)時，該數據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物理層傳統建模。但是，這種建模把物理層高度的抽象化了，整個數據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，無法反應信道選擇性和數據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有效SINR映射(EESM)的車載網絡仿真建模，能夠以較低的仿真復雜度得到比傳統建模更精確的誤包率性能曲線。EESM是一種復雜度低并且精確度高的OFDM鏈路級仿真和系統級仿真之間的映射方法，它能夠將衰落信道中的多個瞬時SINR映射成AWGN(Additive White Gaussian Noise)信道下的單個SINR，將信道的多狀態轉化為單狀態，然后通過查找AWGN信道下該SINR和誤包率之間的對應關系，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雜度和仿真精確度之間的權衡問題。

　　二、EESM介紹

　　當OFDM所有子載波采用相同的編碼調制方式(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聯合界推導得出：

　　三、建模介紹

　　信道建模：VANET的標準IEEE802.11p使用OFDM技術，頻段設置在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，小尺度衰落實現了專門為車載網絡設計的高速公路場景下的小尺度衰落[2]。

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

　　物理層建模：以EESM為基礎，將數據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、仿真結果

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

　　圖2為802.11p協議中的三種發送速率下，兩種建模的收包率-SINR的性能圖(收包率=1-誤包率)，二者仿真復雜度基本相同。而從圖中可以看出，傳統建模方法較為粗糙，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之間一一對應的關系。不僅如此，對比數據包大小為400bytes和100bytes的仿真圖可以發現，EESM建模可以反映出不同數據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，傳統門限判決建模無法反映出包大小對傳輸性能的影響。傳統門限建模的不足之處可能導致錯誤仿真的仿真結果，適用性不足。基于EESM的新車載平臺建模方法在保持較低仿真復雜度的情況下有更高的仿真精確度，必將取代傳統SINR門限建模。

　　五、總結

　　誤包率是影響車載網絡通信性能的重要指標，傳統車載網絡仿真平臺對物理層的建模過于粗糙，無法精確再現鏈路級誤包率性能，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，最優發送速率研究，發送功率控制等方面，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.