车载网络的特点范文1
关键词：车载自组网（VANET） 网络特性 通信模式
中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）10-0033-01
1 引言
车载自组织网络（Vehicular Ad hoc Network，VANET）简称为车载自组网，它是一种将网络节点建立在汽车和道路基础设施上的分布式、动态变化的自组织通信网络。其基本原理是运用车载传感器和GPS卫星定位系统，借助蜂窝移动通信网络、无线广域网（WLAN）等无线通信技术，将车辆状态、性能、地理位置、路况等信息集中、转发和使用，提高道路交通效率与驾驶安全性、舒适性。
2 网络特性
VANET以汽车这种特殊装备构成的自组织网络节点，具有不同于其他类型移动自组织网络的特性。
（1）拓扑结构：节点速度快慢不等，在节点间较高的相对速度下，数百米有效无线传输距离可提供的通信窗口很短，网络拓扑结构变化快，数据链路中断频繁。（2）移动形态：车辆节点的移动路径主要受制于道路，因此道路的数量和布局复杂程度，在一定程度上影响着网络性能。（3）节点密度：节点密度较低时，消息需要被多次储存和转发，延迟比较严重。节点密度很大时，会造成无线通信信道干扰，增加网络开销。（4）节点异质性：节点可以是家用汽车、公交车、出租车，或者是路边辅助基站，不同类型节点有不同的应用程序和权限。
3 基本通信形式
在研究了VANET中不同应用程序中数据的传输特点后，可以将所有传输方式抽象为五种基本形式。
3.1 信标
（1）通信目标，不断更新的相邻节点之间的信息，提供自身最新的状态数据，如位置、速度、车辆状况等。（2）通信机制，消息以数据链路层广播的形式发送给所有可接受范围内的相邻节点。通信方式一般是单跳，消息接收后不再被转发。（如图1）（3）数据内容，通常是随车传感器监测数据产生。（4）服务质量，大部分应用程序要求消息延迟达到中等水平。（5）应用实例，车辆转向与并线辅助，车距安全预警等。
3.2 地理广播
（1）通信目标，较大范围的传递即时消息。（2）通信机制，节点通过数据链路层广播发送消息到有效传输范围内的相邻节点，每个在接受范围内的节点接收到消息后不改变消息内容，并继续向外广播传递（如图2）。（3）数据内容，发送节点监测并产生。（4）服务质量，由于基于事件触发的性质，往往需要较低的延迟尽快将消息传递。（5）应用实例，施工区域警告，紧急停车交通信号，道路交通事故等。
3.3 单播
（1）通信目标，消息通过网络传递到某个特定节点。（2）通信机制，数据包以一个单跳方式，或者通过多个节点以多跳方式传递到某个特定节点或特定目标区域（如图3）。（3）数据内容，消息包含着由发送节点设置的内容的，在路由过程中不做任何修改。（4）服务质量，信息传递及时性要求较低，可以承受较高的传输延迟和数据重发。（5）应用实例，导航地图更新，电子支付，音乐下载等。
3.4 高级广播
（1）通信目标，持续在车辆之间传递信息，能够桥接网络分区并优化信息。（2）通信机制，在综合考虑各种参数来确定何时重新发送消息时，高级广播通常使用单跳广播方式、储存转发方式多次发送消息（如图4）。（3）数据内容，不改变原始信息内容，但消息关联性的内容可能会被附加到消息中。（4）服务质量，信息传播的广泛性和时间的稳定性更为重要，信息延迟要求较低。（5）应用实例，异常的交通和道路信息等。
3.5 信息聚合
（1）通信目标，多节点基于同一事件发送消息时，接收节点将数据聚合，减少通信开销。（2）通信机制，核心技术是一个不断学习更新的知识库，新接受的消息与已融合的消息再次融合并创建新的本地消息。（3）数据内容，消息内容来自多个节点并聚合成为一个消息。（4）服务质量，一般不用于时间敏感的应用，对传输延迟要求较低，对信息传递质量及收敛性要求高。（5）应用实例，基于车辆发出的交通道路预警，智能交通流量控制等。
4 结语
VANET应用的多样性使得许多应用程序不再沿用传统形式的传输信息，而需要广播通信和更先进的信息传播策略。在本文中，我们提出了五种基本通信模式，几乎涵盖了当前所有VANET应用程序通信的基本特征，将应用程序和通信模式之间进行了紧密耦合，将讨论的焦点转移到一个更加一体化的系统架构，使通信机制设计思路更加清晰，也为实现量身定制的安全和隐私的解决方案提供了基本框架。
参考文献
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车载网络的特点范文2
【关键词】汽车CAN网络；故障机理；诊断方案
目前，很多厂商都在自己生产的车辆上使用了网络系统。网络系统将车上的控制单元连接起来，实现了很多系统的信息共享，增加了控制功能，减少了线束的数量，使线束更容易布置。但网络系统的应用增加了车辆的维修难度。在与维修企业的接触中，许多维修人员对网络系统的诊断还停留在传统的方式，不能利用故障现象和诊断数据综合分析，快速排除故障。究其原因是因为不了解车载网络系统的拓补结构和工作原理，不懂得网络系统故障产生的机理，更不能使用有效的方法和仪器对网络系统进行诊断。本文对网络故障产生的原因进行了说明与总结，制定了CAN网络系统基本的诊断方案，并对每一步骤进行了说明。
一、汽车网络故障产生机理分析
在对大量的实际接触到的网络故障案例和收集的网络故障案例进行分析，引起车载网络系统故障的原因一般有三种：
1、汽车电源系统引起的故障
该故障产生的机理是，车载网络系统的核心部分是含有通讯IC芯片的电控模块，其正常工作电压在10.5～15.0V的范围内，如果汽车电源系统提供的工作电压低于该值，一些对工作电压要求高的电控模块就会出现短暂的停止工作，从而使整个车载网络系统出现短暂的无法通讯。这种现象就如同用故障检测仪在未启动发动机时就已经设定好要检测的传感器界面，但当发动机启动时，故障检测仪往往又回到初始界面。
2、车载网络系统的链路故障
该故障产生的机理是，当车载网络系统的链路（或通讯线路）出现故障时，如通讯线路的短路、断路以及线路物理性质引起的通讯信号衰减或失真，都会引起多个电控单元无法工作或电控系统错误动作。判断是否为链路故障时，一般采用示波器或汽车专用光纤诊断仪来观察通讯数据信号是否与标准通讯数据信号相符。对于这部分故障本文将作重点分析。
3、车载网络的节点故障
节点是车载网络系统中的电控模块，因此节点故障就是电控模块的故障。它包括软件故障和硬件故障。软件故障--即传输协议或软件程序有缺陷或冲突，从而使车载网络系统通讯出现混乱或无法工作，这种故障一般成批出现，且无法维修。硬件故障--一般由于通讯芯片或集成电路故障，造成车载网络系统无法正常工作。对于采用低版本信息传输协议和点到点信息传输协议的车载网络系统，如果有节点故障，将出现整个车载网络系统无法工作。在实际故障中网络节点故障一般表现为电控单元内部损坏和控制单元编码错误。应注重这两方面的检查。
二、汽车网络系统故障检测原理
数据传输时的错误可能是由于接触不良、短路、软件错误或外部强电场引起的。控制器区域网CAN网络故障检测的原理可以分为错误识别、错误处理两个方面。
1、错误识别
在网络总线上各控制单元之间的信息以高低电位组成的电码（帧）传递，发送器具有识别错误的能力以监测总线信号为基础。每个发送信息的节点同时监测总线电平，此时会立即识别所发送比特与所接收比特之间的差异。此外接收器还检查总线信号的逻辑性。
因此可以识别五种不同的错误。
2、错误处理
某个CAN节点识别到的每个错误都立即通过一条错误信息（错误帧）提供给所有其他节点。因此所有总线设备不再将此前接收的信息继续发送给应用程序微控制器。在此通过自动重复传输有错误的信息来校正错误。
为了在出现故障时不会因发送错误标志而造成控制单元在总线上的所有数据交换失效，控制单元根据一个确定的算法逐渐从总线事件中退出。因此，第一级复位后触发错误标志的节点只允许发送由高位启用（隐性）比特组成的被动错误标志。其结果是这个控制单元不会再阻碍总线上的数据交换。但是，在这种状态下该控制单元可以继续发送和接收信息。
如果一个或多个总线设备多次干扰系统且发送错误或接收错误的错误计数器达到规定限值，就会将这个或这些设备与总线完全断开。在这种总线关闭状态下，这些控制单元无法发送或接收信息。
错误主动与错误被动状态之间的过渡通过CAN控制器自动实现。只有通过相应的操作，例如软件或硬件复位，才能撤消总线关闭状态。
三、汽车网络故障诊断方案
汽车网络的应用增加了车辆故障诊断的难度。针对目前维修人员还不能有效的进行车辆网络故障诊断。本文经过对大量的网络故障案例进行研究，总结出一套针对网络诊断的基本方案（见图1）。在诊断网络故障时可以进行参考，并对其进行灵活运用。
网络故障排除诊断方案
在此方案中的每一步功能都含有若干个小的测试步骤，而且要根据具体的上一步测试结果进行下一步的诊断。方案的具体步骤在下文中具体进行解释。
1、对“验证故障现象，进行网络功能分析”的说明
当发生故障时，首先要验证故障现象，验证故障现象的同时，就要分析故障。采用总线控制的车辆，无论是总线网络故障还是挂在总线上的任一控制模块出现故障，都可能对其它控制模块（或部件）产生影响，使其不能正常工作。所以，排除这类故障时，检修思路不能仅仅局限在故障部件，还要考虑总线上的其他部件的影响。可以通过网络功能是否实现，来初步判断故障范围。判断这类故障要基于对网络拓补结构的了解，熟知在网络上传递哪些数据流。
以某品牌车型为例，网络系统拓补结构如图2所示。动力系统、舒适系统与信息娱乐系统通过数据总线接口（网关）交换数据。交换的数据有：
（1）发动机转速信息
动力系统控制模块通过数据总线向仪表组件传送数据，再由组合仪表组件驱动发动机转速表指针偏转。当发动机转速数据丢失或动力系统控制模块处于不良状态时，仪表组件将转速表驱动到Or/min。
（2）燃油信息
燃油液面传感器将燃油位置信号传递给动力系统控制模块，动力系统控制模块通过数据总线给仪表组件传送燃油液面数据，再由组合仪表驱动燃油表指针偏转。当燃油数据丢失或发动机电脑处于不良状态时，仪表组件将燃油表驱动到零位置。
（3）冷却液温度信息
冷却液温度数据在动力系统控制模块内计算，动力系统控制模块通过数据总线向仪表组件传递冷却液温度数据，再由组合仪表驱动温度表指针偏转。当温度数据丢失或发动机电脑不良状态时，仪表组件将温度表驱动到低位。
（4）档位显示信息
位于变速器外壳上的档位开关将变速杆位置信号送往动力系统控制模块，动力系统控制模块再将此信号处理翻译后，通过数据总线送往仪表板，在仪表板上将有正确的变速杆位置显示。如果动力系统控制模块检测到无效的档位组合或总线有故障，仪表中将无相应的档位显示。
2、对“诊断仪器查询故障代码，根据不同的故障代码，分类进行诊断”的说明
初步判断网络系统是否故障，可以利用诊断仪读取总线系统故障代码。由于车载网络系统一般均采用节点监控，每个节点都被网络中的其他节点监控，按系统使用的逻辑环要求，网络范围内的任何节点都必须能够将感测信息发送到所有其他节点，并能从其他节点接收信息。因此，若某个节点（控制单元）出现故障，不能发送或接收相应的感测信息时，除控制单元本身能检测到总线相关故障代码（也有可能不能进入该控制单元），系统内其他控制单元也会有指向该控制单元信息传输不良的故障代码。例如大众车系的网络系统故障代码有“01336—舒适系统数据总线单线通讯”、“0133l一驾驶员侧车门J386控制单元没有通讯”等故障提示，但故障代码不能给出具体的CAN总线网络链路故障，还要采用其他的方式进行故障分析，局限性较大。
3、对“没有故障代码，查询数据流 ”的说明
使用诊断仪的读取数据流功能也可以初步判断故障。可以利用诊断仪进入测量数据块功能读取总线测量数据。以大众车系为例中，可以读取CAN网络的通讯状态，若CAN通讯状态为1，表明在测的控制单元正在接收指定控制单元的信息。若CAN通讯状态为0，表示不能正常接收和传输信号。而每个测量数据组一般部由4个数据区排列组成，每个区分别代表了不同的内容，若该车型没有相应的控制单元时，数据就不会显示。读取数据流的功能可以帮助我们缩小故障范围。表1所示为某车型舒适网络系统故障数据流，从表中可以看到乘客车门导线出现问题，测量值与正常值不符。
4、对“执行元件测试功能”的说明
利用诊断仪进行执行元件测试功能是测试网络系统故障很直观的方法。在车载网络中，如果控制单元A的执行器不工作。通过诊断仪与控制单元A相连，指令控制单元A驱动执行元件工作，如果执行元件能够正常工作，说明控制单元A工作正常。这样的结果告诉我们重点排查与A通信的控制单元及网线的通断。
5、对“波形测试确定故障”的说明
由于通信线路短路、断路及线路物理性质引起的通信信号衰减或失真的链路故障，是汽车车载CAN总线网络类故障中概率较高的一种。常见的CAN总线网络链路故障有：CAN—H和CAN—L在某点分别对正、负极短路：某节点的CAN—H和CAN—L分别断路：CAN—H和CAN—L之间在某点短路：CAN—H和CAN—L同时对正、负极短路。通过示波器测试出总线的波形，可以将测试出的波形与正常的波形进行对比，发现网络的链路故障。对于使用示波器测试网络故障将在在下文重点阐述。特别要说明的是在舒适CAN中，某些链路故障可以采用单线运行模式，对外部并不能表现故障现象。
6、对“使用电阻测量方法排除故障”的说明
在某些车系上可以通过对车载网络的电阻进行测量发现具体的故障点。电阻测量网络故障要和其它方法配合使用。有的网络系统如大众的某些车型不能测量舒适和信息娱乐CAN的控制单元内阻。
下面举例说明使用控制单元测量驱动CAN的电阻。如图3为某车型驱动CAN网络结构，电阻测量方法如下：
①拆开蓄电池5分钟。
④控制单元与控制单元之间的数据线的测量
在测量控制单元之间的数据线时，要将控制单元断开，测量导线的通断，电阻应小于1Ω，否则导线之间有断路的故障或其它链路故障。此方法最好配合波形测试一起进行。
车载网络的特点范文3
目前国内高校车辆工程专业网络通信类课程教学普遍存在以下问题:
(1)课时比重偏低,缺乏对新概念、新技术的介绍;
(2)设备陈旧,缺乏实用性实验的开设;
(3)科研活动参与率低,未形成完善的创新培养体系;因此,在培养体系、课程平台、教学模式等方面对车辆工程专业网络通信类课程进行全新的探讨,既可以作为对“机电结合,特色分流”交叉教学的补充和深化,也可以通过车辆工程专业“以点带面,见贤思齐”,带动其他专业学生对网络通信类课程的兴趣和创新能力的培养。
2培养体系的改革
现有网络通信类的课程教学以车载CAN和LIN网络理论的认识为主,实验教学则以演示性和验证性内容为主。但是,传统的车载网络已失去原有的主导地位。针对“以车为本兼顾网络”的原则,需要逐步扩大网络通信类的广度和深度,鼓励学生立足本专业课程,学科交叉,勇于探索。通过车辆工程专业导论和认知实习,重点在于拓宽学生视野,初步建立学生对车载网络知识体系的感性认识。展示本专业前期积累的各项成果,如飞思卡尔智能小车等,为后续知识体系交叉学习打下基础。在验证、巩固和加深理论教学的基础上,选择车辆相对独立、功能简单,但系统结构较为完整的网络通信类实验项目,力求学生能在课程实验中能加深对车载网络通信理论知识的理解,掌握车载网络算法优化等方面的基本技能。以课程设计、竞赛的形式,选择适当的课题展开具有实际工程应用的综合训练。围绕汽车行业生产、研发过程中具有实际工程意义的问题进行选择,力求实现能正常运行的实验室样机,提高学生在车载网络通信及优化方面的综合能力。
3课程平台的改革
围绕培养体系的三个层次,对车辆工程专业的课程体系进行了创新性规划,在专业基础课中增设网络通信类基础课程,整合优化成“大机械类基础课程平台”,并配合车辆工程专业主干课,适当增设专业特色选修课,引导学生进行机械设计方向和车载网络通信方向的分流。在先修机械类、通信类公共课程的基础上,以学生的专业兴趣为主要依据,搭建“车载网络特色课程平台”。对原有的课程体系进行调整,既要增设网络通信类课程,还要兼顾原有机电类课程的设置。相互支撑,构建车载网络特色课程群,通过车辆机械与电子信息学科体系的交叉,实现创新型、综合型人才培养的目标。
3.1基础平台
通过增设通信原理、计算机网络等基础课程,结合相应的课程实习,将通信网络类课程融入到基础课程平台中。以主题会议、专家报告等方式向低年级学生介绍行业前沿技术以及网络在汽车中具体应用,形成直观的认知,增强学生的兴趣。由于总课时的限制,通信网络类基础课程以小课时、重实践、多交叉的形式进行调整。由于机械类课程在车辆工程总课时中占有较大的比重,因此网络通信类的课程根据“不同方向不同要求”的原则进行压缩。在总课时不变的前提下,压缩课时量,以增设相关网络通信课程。需要注意的是,在总学时不变的前提条件下,如果不进行专业分流,势必会造成机械类课程与电子信息类课程在学时分配上发生冲突。面向高年级学生进行专业分流,形成车辆与通信互为支撑、优势互补的格局。创新性的将部分学生引导到车载网络通信方向,有效缓解机械与通信类课时冲突的问题。
3.2特色平台
围绕新能源汽车、车载网络等汽车行业重点研究方向,设置课题研究小组,由教授或副教授担任负责人,配备2-3位中级职称的教师和实验室教师,团队结构合理,知识体系交叉,阶梯分工明确形成结构合理的学术团队。鼓励不同专业方向的学生进行自由组合,选择部分动手能力强的学生参加科研课题研究,为学生的科技创新提供支持。创新平台的课程覆盖了车辆、机械、通信等领域,涉及汽车电子、新能源和通信网络等多个方向,满足车辆工程本科专业学生的兴趣要求。团队结构合理,知识体系交叉,阶梯分工明确;对部分优秀本科生,仿照研究生的培养方式实行导师指导的培养制度,进入实验室协助配合研究生完成相应的课题研究,实现导师负责、研究生协助的双导师培养制度。
4教学模式的构建
教师在课程中的教学质量直接影响到学生的学习兴趣和创新能力的培养。网络通信类课程的改革,要求教师同时具备车辆工程和网络通信的知识,既能将教学内容从机械知识结构拓展到网络通信领域,也能够将网络通信领域的最新技术应用到车辆工程中。但我国高校中在机械工程和电子信息领域中的“双师型”教师数量明显不足,缺乏具有实践经验的中高级技术人员。为了充实教学队伍,可以聘请汽车行业有经验的技术人员作为兼职教师。同时,支持和鼓励教师深入企业学习新技术。鼓励学生将新想法、新创意,以发明专利、科技创新竞赛的形式实现。对构思新颖的选题给予必要的科研经费和指导,同时设定创新学分,进一步推动创新研究。
5结语
车载网络的特点范文4
【关键词】容迟网络；城市车载网络；延时分析；马尔科夫链
【Abstract】As a significant application of Delay Tolerant Network， Urban Vehicular Delay-tolerant Network （UVDN） is paid much attention in mobile communication. However， due to the complexity of geographic information and vehicular trajectory， delay analysis of UVDN is challenged theoretically. In order to simplify the geographic information， this paper firstly suggests an approach of map segmentation called MCMS （Major-road Centered Map Segmentation） to partition a city into adjacent regions. Then， based on these regions， a delay analysis model MDM （MCMS-based Delay Model） is proposed for UVDN. MDM employs a Markov chain to depict inherent characteristics of vehicular network in terms of mobility patterns and encounters， which are exploited to derive the CDF of end-to-end delays. Finally， through extensive simulations under real vehicular trajectories， MDM exhibits good performance in UVDN delay analysis and prediction.
【Key words】Delay tolerant network（DTN）；Urban vehicular network；Delay analysis；Markov chain
0 引言
车载网络是智能城市交通系统的通信基础对于采集和传递交通路况信息、缓解交通拥堵、提高交通运输效率、降低车辆污染等都有重要作用。然而车载网络具有节点移动自主性强、移动速度快、分布不均匀、拓扑变化频繁等特点。这使得现有的移动车载网络通信技术还难以满足智能交通等应用的通信需求。究其根本原因在于底层通信的间歇性链路与上层通信的持续性需求之间存在矛盾（使得Internet或Ad Hoc网络所采用的传统通信技术在车载网络组网实践中面临着巨大的挑战。
许多研究者正试图利用移动容迟网络Delay Tolerant NetworkDTN技术来解决这一矛盾。移动容迟网络是随着无线通信与计算机网络发展而出现的一种新兴技术目的是满足极端环境下计算机网络的数据通信需求其主要特点是使用“存储-携带-转发”（store-carry-forward）[1]的数据通信技术在缺乏底层持续链路的情况下利用被称为“接触”Contact的传输机会以异步的方式来进行逐跳的消息传递。可以看出移动容迟网络技术能够为城市车载网络提供更为完善的组网技术和通信基础平台在提高城市车载网络的可达性、实时性和差异容忍性方面具有十分重要的实用价值和广泛的应用前景。
基于城市车载环境的容迟网络称为城市车载容迟网络Urban Vehicular Delay-tolerant Network或UVDN。地理通信作为UVDN的一大特色功能主要服务于对地理信息敏感的消息。此类消息通常需要被传送到特定的地理位置其可能是路况信息更新、交通事故提醒、免费停车场指引[2]也可能是针对出租车的客流信息传达等。车辆作为UVDN的移动节点同样采用“存储-携带-转发”的模式来满足连接稀疏情况下车载网络的数据通信需求。虽然UVDN以通信效率为代价获得通信的可行性但在实际应用中消息是普遍具有时效性的也就是说一个消息可能只在其产生后的某一段时间内是有价值的。因此UVDN的通信延时分析对路由的设计及网络协议的优化都是十分必要的。然而城市的车辆数目庞大车速在地理上的高度不均车辆移动严格受到道路约束等等因素使得UVDN的延时分析方法在设计上存在挑战。
由于UVDN是容迟网络的特殊应用范例我们希望能从一般容迟网络的延时研究中获得启发。遗憾的是虽然针对一般容迟网络的延时研究已经取得了优秀的成果[3-5]但因为一般容迟网络中节点移动自由度大且缺乏节点定位信息这些成果难以被推广到UVDN的延时分析。部分研究学者[6-7]从车载网络特征出发建立模型给出了以特定地理位置作为通信终点的城郊车载容迟网络的延时分析。由于城郊地区车辆数目有限道路构造简单其研究不考虑消息在车辆间的转发消息只能由车辆携带到通信目的地。然而在城市环境下车辆数目庞大且车辆间的接触频繁为提高通信效率车辆间的消息转发功能是不可忽略的。目前面向地理通信且考虑车辆间转发的UVDN的研究多注重于单副本条件下的路由协议设计[2，8-9]对于多副本条件下的延时等网络性能的理论分析还很缺乏。
2.1.1 符号
通过车辆的实际移动轨迹数据可以得到一组等时间间隔的地图快照。设{X0，X1，X2，…，Xn，…}为地图快照中记录下的某一车辆的轨迹其中Xk（k∈N+）为k时刻该车所在的分区编号。T为车辆轨迹中相邻时刻的时间间隔其也是两个相邻快照间的时长。车辆的行驶轨迹在地理上是连续的为体现这一客观事实间隔时间T的取值不宜过大应尽量使车辆在相邻时刻的快照中处于地理上相邻或相同的分区。记N为车O在T内转发出的消息副本数即单步副本发送数此参数与实际的车载环境密切相关。
2.1.2 假设
我们提出以下三条假设来描述车辆在分区间的位置移动模式。
车辆的移动是彼此间相互独立的一辆车的移动并不受其他车辆移动的干扰。
一辆车在下一时刻所处的分区只与当前时刻所在的分区有关。在城市环境下车辆数目庞大结队出行比例较小。因此车辆的移动可以看作是相互独立的第一条假设是对实际车载环境的合理简化。
城市车辆总体的出行分布受城市人口出行需求的支配具有一定宏观的规律。在车辆数目较大的情况下一个分区的车辆集在短时间内的位置移动分布与车辆个体的历史轨迹并无很强的关联性而与该分区的车辆流动规律有关。并且在UVDN中车O对于转呈节点的选择无个体偏好性。因此将UVDN中的车辆移动简化为马尔科夫过程是具有宏观意义的。
对于第三条假设当T较小时车辆在每一跳的起始和终止分区逗留的时间可看作是相同的。
2.2 一步转移概率矩阵
根据2.1.2中的第二条假设一辆车的轨迹可视为一个马尔科夫过程此马尔科夫链的节点为城市中的各分区。那么如何得到此马尔科夫链的一步转移概率矩阵呢本节我们将介绍如何采用统计的方法从车辆的实际轨迹数据集中得出一步转移概率矩阵。
现有通过MCMS得到的n个分区分别标记为A1，A2，…，An其中An为黑洞区。每隔T拍下一个地图快照该快照上记录了此时刻网络中各个车辆所在的分区共统计k个时刻。
公式（2）表明pij是一步由Ai到Aj的总转移车次数占Ai的总到访车次数的比例。这里需注意只要一辆车在一个快照中的地理位置属于Ai就称该车造访Ai一次。而该车位于Ai的快照个数即为该车造访Ai的次数。公式（2）中总转移车次数与总到访车次数的比值是车辆在k个时刻由Ai到Aj的平均一步转移概率。2.3 消息在分区间传递的效率
一步转移概率矩阵是马尔科夫链的核心要素。接下来将介绍MDM如何利用马尔科夫链理论得到通信延时的分布函数。
2.3.1 首达概率
在2.2中我们给出了车辆在两分区间的一步转移概率的求解公式。根据公式（2）可以得到任意两分区间的一步转移概率。记P为该马尔科夫链的一步转移概率矩阵。
从定理1的推导可见当m取定时通信延时t的分布函数是关于N的增函数。这与现实情况是符合的发送出的副本越多规定时间内到达目标分区的概率就越大。
3 MDM的模型验证与评估
本章的仿真数据集为北京市出租车轨迹数据集。该数据集中的约10000辆出租车均配备有GPS接收器及GPRS无线通信设备。我们选择的地理通信的仿真区域是位于北京市地理中心东北部的一长方形区域。其东西长3.9km南北长4.5km总面积约为17.5km2。以下我们称该区域为区域S。
我们将在区域S上实施MCMS再利用MDM及北京市出租车在2010年6月15日的轨迹数据给出S中分区对间的通信延时累积分布函数。之后我们将MDM得到的理论结果与实际的仿真结果进行了比较两者达到了较高的吻合度。
由于时间对城市车辆出行有重大影响对于一周中的工作日和节假日或一天中的早晚高峰和其他时段车辆的出行数目和热点地区等都会呈现出明显的差别。本文将轨迹数据集按时间划分利用出行规律较为稳定的时段进行延时的分析及仿真。我们选择的仿真时间为一工作日2010年6月15日早高峰时段的4个小时早6：30至10：30共计为14400s。
3.1 地理分区
利用MCMS得到的城市地理分区是MDM的基础结构。如图3所示我们以干路片段为中心对区域S进行划分得到32个分区各分区均包含错综复杂的支路。将除S外的北京市区域定义为黑洞区。在分区的基础上将6月15日早高峰时段4个小时的车辆轨迹数据以15s为间隔获取地图快照并利用2.2节中介绍的统计方法计算分区间的一步转移概率矩阵P。设置消息生命时长TTLTime to Live为1500s。根据我们之前的工作[16]可知1500s内北京市出租车数据集在“两跳”转发模式下每15s的平均副本发送数目N约为0.05因此我们将理论模型中的单步副本发送数N定为0.05。
利用P和N得到任意分区对的理论延时分布函数。
接下来我们将在此32个分区中选择分区对地理通信延时的MDM结果及仿真结果进行比较。
3.3 仿真校验
本节我们选取了不同类型的分区对来对通信延时理论分布函数进行校验。以11区为消息源分区再分别选择2区边邻区、3区顶点临区和1区非临区作为目标分区见图4。得到的理论结果和实际仿真结果如下。
图5表明了UVDN中11区到2区0时刻车O位于11区通信终点为2区的通信延时的理论分布曲线与实际仿真结果的对比。11区与2区是一边相临的分区。图中绿色曲线代表通过MDM得出的延时理论分布曲线红色曲线代表通过实际数据仿真得到的延时分布曲线。从图中我们可以看出理论分布结果在变化趋势和准确度上与仿真结果都吻合的比较好。例如在1500s之内消息可以成功传达到2区的理论概率值为0.32实际的概率值为0.34只相差0.02。且从整体观察两条曲线的最大值差约850s处也只有约0.07。11区到2区的实际延时分布略高于理论分布。分析其原因可能是11区到2区的距离较近其单步平均副本发送数N大于全网平均值0.05。
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车载网络的特点范文5
关键词：网络；控制器；总线；位；数据传输；报文；帧；节点；异步串行通讯
中图分类号：G302 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）09-0083-02
汽车工业是国民经济发展的支柱产业，汽车电子化是夺取汽车市场的重要手段。尤其是微电子技术的迅猛发展和其在汽车上的广泛应用，给汽车工业的进一步发展带来了新的生机。电子控制技术广泛应用在汽车的各个方面：电控发动机、自动变速、防抱死、安全气囊、智能导航等，大量推陈出新的技术使得汽车的性能已经达到了令人满意的程度。汽车电子控制技术和大规模集成电路的广泛应用，减小了汽车电子产品的体积，特别是8位机、16位机的广泛应用，提高了电子装置可靠性和稳定性。另外汽车电子控制装置还解决了机械装置无法解决的复杂的自动控制问题。汽车各部分的电控已成必然。但电子技术在汽车上的广泛应用，汽车电子化程度越来越高，电子设备大量增多又导致车身布线庞大而复杂，安装空间紧缺，运行可靠性低，故障维修困难度增大等一系列问题，为了提高信号的利用率，要求大批的数据信息能在不同的电子单元中共享，汽车综合控制系统中大量的控制信号也需要交换。目前车载总线种类很多，他们在应用对象和网络性能上各有特色。随着车载网络技术的发展，一些新的总线还会陆续研发出来。各种总线的试用和开发为提高汽车的使用性能提供了可能。比如用于提高汽车动力性、经济性的高中速网络总线，或用于故障诊断的，安全的，电传控制的X-by-wire总线。总之，多种多样的总线使汽车的动力性，经济性安全舒适性都有了大大的提高，线束大幅度减少，车载网络的市场规模在最近乃至未来必将不断发展壮大。其作用远远超过总线设计最初的动机。虽然目前尚处在改进中，在全球市场上仍然处在起始点，但在未来的发展中其潜在的趋势正在稳步增长。由此看来，车载总线显得相当重要。
一、单片机是车载总线的基础和核心，是微型计算机。车载总线由很多单片机共同连接在一个网络系统上，实现信息共享
单片机由硬件和软件组成，硬件有：CPU、存储器、输入输出接口、定时计数器、可编程串行口寄存器、内部总线，共同集成在一个芯片而形成。软件有系统软件和应用软件。CPU为中央处理器。由运算器和控制器组成，它以主振频率为准，控制CPU的时序，对指令进行译码，然后发出各种控制信号，将各个硬件环节组织在一起。软件就是程序，即计算机处理和运行控制的一条条指令语句集。管理计算机的程序为系统软件，而专门用于某项技术设计和操作的为应用软件。这里边有几个概念，可以帮助我们认识：位：可以理解为一根电线。这根电线可以加上电压，用数字表示1，可以不加电压，用数字表示0.用1和0两个数表示此根电线所处的两种相反的状态。0或1亦可以视着一个位。二进制：数字由0起，加一个为1，再增加一个应为2，但计作10，也就是逢二进一，以此类推。这种以2为满，逢二进一变为10的计数法，为二进制。就像我们十进制数数1、2、3……到十，又从一开始计数一样。这里是数数从0始，到2又从0开始计数。也就是二进制里没有二，只有0、1两个数。字节：八个顺序排列的0或1，规定这八个二进子的字符成为一个字节。由硬件和软件一起组成单片机的控制系统。通过软件编程就可以控制整个系统有目的的工作了。网络中以计算机为为信息处理中心，单片机接收到信息后，经过这样的处理而后再送到执行器去控制系统运行。整个网络中的计算机就可以实现信息交换。
二、CAN车载总线
车载总线是及计算机网络技术和现代控制技术在汽车上的应用，所以先弄清计算机网络。计算机网络是计算机技术与通讯技术相结合产生的。计算机网络按照功能分成7个层次功能模块，从上到下依次是应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层，这样每一个网络层次就对应一个功能模块各层之间相对独立，其功能实现的具体细节对外是不可见的，每一层完成一个特定功能，相邻层交换是通过接口处规定的服务原语进行，这样每一层的功能易于实现和保护。而当某一层需要改动时只要不改变它上下层的接口规则，其他层都不受到影响，因此具有很大的灵活性。实际中使用网络协议与这个模式都多多少少有差异，据需要确定层次，不一定全是7个层次。例如风靡全球而主宰Intelnet的TCP/IP体系就之划分为应用层、传输层、网络层和网络接口层四个层次。CAN车载总线就是这样一种网络，它为串行通讯，能有效的支持很高安全等级的分布式适时控制。有数据链路层、物理层两个层次。CAN通讯的技术规范也即CAN通讯协议及CAN国际标准是设计CAN总线网络应用系统的基本依据。规范功能的实现基本是由硬件自动完成。这些硬件就是控制器SJA1000和收发器TJA1050。通过对SJA1000编程，CPU能控制SJA1000内部各种寄存器，再由TJA1050发送器发送或接收信息到总线，并完成各种功能控制。SJA1000控制功能非常强大。这里有几个概念要明确：报文：大小不受限制的数据块，是信息转化成的二进制数组。帧：特定格式的数据块。内部含有各种控制通讯的信号。这是异步串行通讯必须的手段。通过SJA1000控制器控制完成。节点：节点分智能节点和非智能节点。智能节点以微控制器为核心，再通过接口连上SJA1000、TJA1050收发器以及传感器、执行器等现场设备组成。非智能节点与智能节点的区别就非智能节点没有微控制器。SJA1000控制器在系统构成节点中的位置如下图1。
图1 CAN节点组成图
由上图可看出，收发器将从总线收到的信息传给控制器，由他送给处理器，实现信息的控制和交换。控制器：目前最优良的为SJA1000，它是一个可编程的仪器。收发器：TJA1050是收发器中性能较优良的它提供CAN控制器与总线之间的接口，影响系统网络性能驱动总线信号接收和发送。最后，由微处理器，控制器，收发器以及现场设备构成节点，各节点通过网线构成的车载网络，如下图2：CAN总线由两根通讯电线组成，一根为CAN-H，另一根为CAN-L，两线之间接的终端电阻。控制节点接在总线上，构成这个网络的节点数可多达120个。各个控制系统可以通过总线进行信息交换，实现信息共享。这种网络传输效率高，使用灵活，是一种开放性网络系统。CAN总线各节点通讯机会平等，没有主从之分，所以此种网络为多主机系统.通讯全由所发送的帧中识别符决定，识别符权限越高，则其通讯的优先度越高。
图2 车载网络系统图（下面为LIN总线）
三、LIN总线
LIN总线是低成本网络中的汽车通讯标准，为一主多从单主机低成本低速率单线串行通讯总线系统。它的使用范围是单主机节点和一组从机节点的A类多点总线。LIN网络将价格低廉的LIN收发器挂在普通的串行口，再配以LIN驱动软件就可以构成LIN节点。它有一个传送位的单通道，从这里节点可以获得数据的重新同步信息。LIN标准包括传输协议规范、传输媒体规范、开发工具接口规范、和用于软件编程的接口。与CAN总线不同，在一些低速的传输系统，仍然用CAN芯片组装网络，则成本高，造成不必要的浪费.比如：车门，方向盘，坐椅，空调，照明灯，交流发电机，湿度传感器，这些信号的控制用低成本网络汽车通讯协议标准，则比较合适。车载总线技术是目前汽车电气较前沿的技术。未来，传统的汽车电气布线终究会被车载总线技术取代，一根或两根网络总线就实现了汽车上的信息传送。每个控制元都是网络上的用户，大大减少了传统点到点布线的数量，简化降低了修理的难度。
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车载网络的特点范文6
关键词：故障树分析 贝叶斯网络 故障诊断
中图分类号：TP183 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）05-0109-01
由于网络信息化的快速发展，使得车载网络信息系统组成更加复杂，人们对于车载网络信息系统的故障诊断日益重视。建立准确、可靠、快速的故障诊断是完善车载网络信息系统性能的客观需求，也是技术发展的必然趋势。因此，故障诊断成为了车载网络信息系统研制工作中一个重要内容。
1 传统的故障树分析方法在故障诊断中的应用情况
故障现象与故障原因之间必然存在相应的因果关系，故障诊断就是根据该因果关系来进行推理与决策。
各种网络设备及网络系统的传统故障诊断大多采用故障树分析（Fault Tree Analysis，FTA）方法来进行故障诊断因果推理。故障树分析方法是一种从系统到分系统（部件），再到零件，按照逐层下降形式分析的方法。它从系统开始，通过逻辑运算符号绘制成一个逐渐展开的树形的分枝图，来分析故障事件（顶端事件）的概率，同时也可用来分析零件、分系统（部件）或子系统故障对于系统故障影响。
采用故障树分析方法来进行故障诊断推理时具备直接、明了、逻辑性强、基层维修人员易掌握的特点。但是故障树分析方法存在故障原因处理没有区分，断程序固化，没有突出各故障原因发生概率差异，无法体现其对系统故障的贡献大小，不能反映诊断成本、诊断时间等因素对系统故障产生的实际影响等不足。在诊断过程中，容易产生故障信息不确定性，而造成大型系统的故障搜索时间和空间显著增加。
2 基于故障树的贝叶斯网络进行故障推理原理
贝叶斯网络（Bayesian Networks，BN）是一种概率网络，贝叶斯网络是基于概率推理的数学模型，所谓概率推理就是通过一些变量的信息来获取其他的概率信息的过程，基于概率推理的贝叶斯网络是为了解决不定性和不完整性问题而提出的，它对于解决复杂系统的不确定性和关联性引起的故障有很大优势，在多个领域获得了广泛的应用。
建立贝叶斯网络模型是用它进行故障诊断的首要问题，它需要解决的问题包括网络节点的确定、节点间的有向弧连接关系、各节点的先验概率以及条件概率表的确定。文献给出了建立贝叶斯网络模型的一般步骤。
这种方法建立在模型建立者对系统比较了解的基础上，实施难度较大，限制了它的应用。在网络系统的故障诊断中，故障树分析和故障模式、影响及危害性分析是常用的方法。
贝叶斯网络和故障树具有很大的相似性。只是前者不仅承继了故障树的状态描述及推理方式，而且还具备描述事件多态性和故障逻辑关系非确定性的能力。
3 基于贝叶斯网络的故障诊断示例
某车载网络信息系统的无线通信系统故障树结构如图1所示。
与故障树中基本事件对应，以根节点X1代表电台天线，其状态分别为正常（0），信号不能发送等为故障（1）；X2代表中频板，其状态分别为正常（0），无输出等为故障（1）；其余以此类推。与故障树中顶端事件对应，以S1代表无线电台无法数据通信；S2代表X1与S3取或的逻辑结果；其余以此类推。建立的车载网络信息系统的无线通信系统贝叶斯网络结构如图2所示。
4 结语
本文在分析故障树分析方法的特点和贝叶斯网络在处理不确定性问题优点的基础上，提出了利用贝叶斯网络进行车载网络信息系统的故障推理应用。研究了基于故障树和故障模式、影响及危害性分析信息的贝叶斯网络模型建立方法，分析了贝叶斯网络的故障预测和推理原理，最后通过对于某型车载网络信息系统故障实例验证了上述方法的可行性和有效性。
参考文献
