车载网络技术论文

车载网络技术论文

　　随着世界经济的发展，汽车在人们日常生活中越来越普遍。为解决日益严重的交通问题，车载网络应运而生。这是学习啦小编为大家整理的车载网络技术论文，仅供参考!

　　车载网络技术论文篇一

　　浅析CAN汽车车载网络

　　【摘要】CAN(Controller Area Network)控制器局域网是德国Bosch公司在20世纪80年代为了解决汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议。

　　【关键词】CAN汽车车载网络

　　CAN(Controller Area Network)控制器局域网是德国Bosch公司在20世纪80年代为了解决汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它的短帧数据结构、非破坏性总线仲裁技术以及灵活的通信方式，非常适合汽车对数据实时性和可靠性的要求。目前，它实际上已成为汽车车载网络系统的主流标准。

　　CAN总线采用了许多新技术和独特的设计，与一般的通信总线相比有突出的可靠性。其主要特点如下：

　　(1)CAN为多主方式工作，网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息而不分主从，通信方式比较灵活。

　　(2)CAN网络上节点信息以报文标识符划分优先等级以满足不同的实时要求。

　　(3)CAN总线采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动退出发送，而优先级最高的节点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁的时间。

　　(4)CAN总线只需要通过报文滤波即可以实现点对点、一点对多点以及全局广播等几种方式传送接收数据。

　　(5)CAN总线采用短帧结构(每帧八个字节)，传输时间短，受干扰概率小，有极好检错性。

　　(6)CAN的每一帧信息都有CRC检验及其他检错措施，保证数据出错率极低。

　　(7)CAN的通信距离最远可达到10km;通信速率可达1MB/S。

　　(8)CAN上的节点主要取决于总线驱动电路，目前可达110个;报文标识符可达2032种(CAB2。0A)，而扩展(CAN2。0B)的报文标识符几乎不受限制。

　　(9)CAN通信介质可以为双绞线，同轴电缆或光纤，选择灵活。

　　(10)CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭功能，以使总线上其他节点的操作不受影响到。

　　CAN总线采用了载波侦听多路访问/冲突检测机制(CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access will Collision Detect)实现总访问。利用CAN访问总线，可对总线上信号进行检测，只有当总线处于空闲状态时才允许发送。利用这种方法，可能允许多个节点挂接到同一个网络上。当检测到一个冲突时，所有节点重新回到“监听”总线状态，直到该冲突时间过后才开始发送。在总线超载的情况下，这种技术可能会造成发送信号延迟。

　　为了避免发送信号时延，可利用CSMA/CD方式访问总线。当总线上有两个节点同时发送时，必须通过非破坏性的逐位仲裁方法来使有最高优先权的报文优先发送。在CAN总线上发送的每一条报文都具有唯一的一个11位或29位数字的ID。CAN总线状态取决于二进制数“0”而不是“1”，所以ID号越小，则该报文拥有的优先权越高，因此一个为全“0”标识符的报文具有总线上的最高优先权。当发现总线空闲后，如果存在两个以上的总线节点同时开始发送数据，可利用CSMA/CD以及非破坏性的逐位仲裁方法来避免消息冲突。每个节点发送它的消息标识符位，同时监测总线电平。

　　CAN总线中还采用多种抗干扰措施以减少消息帧在传送过程中的出错，位填充技术是其中很重要的一种技术。在CAN中的消息帧中，帧起始、仲裁场、控制场、数据场和CRC序列帧段均以位填充方法进行编码。数据帧或远程帧的其余位场(CRC界定符、ACK场和帧结束)为固定形式，不进行位填充。当发送器在发送位流中检测 到5个极性相同的连续位时，它在实际发送时，自动插入一个补码位。

　　CAN技术应用的推广，要求通信协议的标准化。为此，1991年9月，德国Bosch公司制定并发布了CAN技术规范(Version2。0)。该技术规范包括了A和B两个部分。2。0A给出了CAN报文标准格式，而2。0B给出了标准的和扩展的两格式。1993年11月，ISO正式颁布了道路交通工具――数据信息交换――高速通信控制器局域网(CAN)国际标准ISO11898，为控制器局域网的标准化、规范化铺平了道路。

　　CAN技术规范化的目的是为了在任何两个CAN仪器之间建立兼容性。可是，兼容性有不同的方面，比如电气特性和数据转换的解释。为了达到设计透明度以及实现灵活性，根据ISO/OSI参考模型，CAN细分为数据链路层、物理层。其中，数据链路层又分为逻辑链路控制子层(LLC)、媒体访问控制子层(MAC)，这两个子层的功能分别对应于CAN2。0A中的目标层和传输层的相应功能。

　　逻辑链路控制子层的主要作用是为远程数据请求以及数据传输提供服务;确定由实际要使用的LLC子层用哪一个报文;为恢复管理和过载提供手段。媒体访问控制子层的作用主要是传送规则，也就是控制帧结构、执行仲裁、错误检测、出错标定、故障界定等。MAC子层的修改是受限制的。

　　物理层的作用是在不同节点之间根据所有的电气属性进行位的实际传输，它包括位定时、位编码和位同步。技术规范没有定义物理层的驱动器/接收器特性，以便允许根据在实际应用中对发送媒体和信号和电平进行优化。

　　值得强调的是，媒体访问控制子层是CAN协议的核心。它把接收到的报文提供给LLC子层，并接收来自LLC子层的报文。MAC子层负责报文分帧、仲裁、应答、错误检测和标定。MAC子层也称作故障界定的管理实体监管。此故障界定为自检机制，以便把永久故障和短时扰动区别开来。

　　CAN以报文为单位进行信息传送，每一个发送数据或请求数据发送的报文均包含标识符ID，它标识该报文的优先权。CAN系统中，一个CAN节点不使用有关系统结构的任何信息(如站地址)。报文标识符ID并不指出报文的目的地址，而是表述数据的类型和含义，通常这些数据的类型根据它们在控制中的重要性和实时性要求被划分。

　　报文传输有4个不同类型的帧。数据帧：数据帧将数据从发送器传输到接收器。远程帧：总线单元发出远程帧，请求发送具有同一标识符的数据帧。错误帧：任何单元检测到总线错误就发出错误帧。过载帧：过载帧可以在先行的和后续的数据帧或远程帧之间提供附加的延时。

　　车载网络技术论文篇二

　　基于EESM的车载网络仿真建模

　　【摘要】 车载自组织网(VANET)作为智能交通系统的重要技术，受到越来越多的关注，本文提出一个新的基于指数有效SINR映射(EESM)的车载网络仿真平台，仿真结果表明，新的建模能够精确再现链路级误包率性能，比传统平台有更高的精确度。

　　【关键词】 VANET EESM 建模 误包率

　　一、引言

　　随着世界经济的发展，汽车在人们日常生活中越来越普遍。为解决日益严重的交通问题，车载自组织网络(VANET)及其标准IEEE802.11p应运而生。车载自组织网络是一种特殊的移动自组织网(MANET)，在高速移动的环境下，通过车与车，车与路边单元的相互通信构建无线通信网络，用于辅助驾驶，事故避免，提高交通的安全性，有效性。

　　在车载网络中，车辆通过广播安全业务包来保证交通安全，误包率是影响车载网络有效工作的重要指标。

　　最早的VANET网络仿真建模中，用一个接收能量门限作为衡量数据包是否被正确接收的指标。仅当数据包未发生碰撞并且其接收能量超过了一个预定的门限值，该数据包才被判定为正确接收，该模型由于精确度过低被淘汰。之后Q.Chen提出一个基于SINR门限的模型[1]，当接收包的SINR超过了预定的门限值(基于经验结果)时，该数据包被判定为正确接收，这种建模被广泛的运用在各种研究以及仿真平台中，成为VANET物理层传统建模。但是，这种建模把物理层高度的抽象化了，整个数据包被抽象成一个传输单元，完全忽略了无线通信信号处理的细节，无法反应信道选择性和数据包长度对传输性能的影响，精确度有待提高。

　　本文提出一个基于指数有效SINR映射(EESM)的车载网络仿真建模，能够以较低的仿真复杂度得到比传统建模更精确的误包率性能曲线。EESM是一种复杂度低并且精确度高的OFDM链路级仿真和系统级仿真之间的映射方法，它能够将衰落信道中的多个瞬时SINR映射成AWGN(Additive White Gaussian Noise)信道下的单个SINR，将信道的多状态转化为单状态，然后通过查找AWGN信道下该SINR和误包率之间的对应关系，可以得到精确的误包率值，能够很好的解决VANET物理层建模的仿真复杂度和仿真精确度之间的权衡问题。

　　二、EESM介绍

　　当OFDM所有子载波采用相同的编码调制方式(MCS)时，EESM可以将k个子载波的SINR集合γk映射成AWGN信道下的单个有效SINR值γeff，然后再用这个有效的SINR值查找到相应误包率的估计值。其基本原理如图1所示：

　　EESM的映射公式可以由chernoff联合界推导得出：

　　三、建模介绍

　　信道建模：VANET的标准IEEE802.11p使用OFDM技术，频段设置在5.9GHz，每个子信道的带宽为10MHz。故其信道为时间-频率双选择性信道，信道建模必须反映出这个特性。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，小尺度衰落实现了专门为车载网络设计的高速公路场景下的小尺度衰落[2]。

　　MAC层：采用IEEE802.11p规定的带冲突避免的载波侦听多址接入技术(CSMA/CS)。

　　物理层建模：以EESM为基础，将数据包的多个子载波的瞬时SINR映射成单个有效SINR，在利用该有效SINR在AWGN信道下的误包率性能得到需要的误包率值，具体原理请参看第二章。

　　四、仿真结果

　　本章将对新建模和传统SINR门限建模[3]的仿真性能作出对比，仿真场景为高速公路，信道忙时设为30%，车辆运行时间60s，广播的安全数据包发送频率为10Hz。

　　图2为802.11p协议中的三种发送速率下，两种建模的收包率-SINR的性能图(收包率=1-误包率)，二者仿真复杂度基本相同。而从图中可以看出，传统建模方法较为粗糙，其包接收率在SINR门限处直接由0跳变至1，即当接收包的SINR值低于门限值时，被判定为接收错误，其SINR大于等于门限值时，判定为正确接收，而基于EESM的建模可以反映出收包率和SINR之间一一对应的关系。不仅如此，对比数据包大小为400bytes和100bytes的仿真图可以发现，EESM建模可以反映出不同数据包大小对传输性能的影响，其包大小为100bytes的曲线相对于400bytes的曲线有大约2dB的增益，传统门限判决建模无法反映出包大小对传输性能的影响。传统门限建模的不足之处可能导致错误仿真的仿真结果，适用性不足。基于EESM的新车载平台建模方法在保持较低仿真复杂度的情况下有更高的仿真精确度，必将取代传统SINR门限建模。

　　五、总结

　　误包率是影响车载网络通信性能的重要指标，传统车载网络仿真平台对物理层的建模过于粗糙，无法精确再现链路级误包率性能，本文提出一个基于EESM的新建模，在不提升仿真复杂度的情况下，显著提升了仿真的精确度。该建模可用于VANET拥塞控制，最优发送速率研究，发送功率控制等方面，为车载研究提供了新的思路。

　　参 考 文 献

　　[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.