第2章車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

第2章車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

2.1車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述2.2CAN總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)及性能特點(diǎn)2.3汽車無(wú)線通信技術(shù)2.4車際網(wǎng)2.1車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述2.1.1車載網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷程傳統(tǒng)的汽車中，各種電子電器設(shè)備之間用導(dǎo)線、插接件連接。從發(fā)動(dòng)機(jī)控制到傳動(dòng)系統(tǒng)控制，從行駛、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制，到安全保證系統(tǒng)和儀表報(bào)警系統(tǒng)，從電源管理到舒適系統(tǒng)，每種功能的控制操作都集中在駕駛室進(jìn)行，各個(gè)系統(tǒng)都必須用導(dǎo)線和插接件連接到駕駛室的操控臺(tái)。隨著汽車動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、舒適系統(tǒng)和信息娛樂(lè)系統(tǒng)內(nèi)各種電子控制系統(tǒng)的不斷增加，這些連接所需要的導(dǎo)線和插接件隨之急劇增加，從而引發(fā)了汽車廠商和設(shè)計(jì)人員的思考。控制單元、導(dǎo)線和插接件的增加帶來(lái)以下問(wèn)題：1）傳統(tǒng)電器設(shè)備多為點(diǎn)到點(diǎn)通信，導(dǎo)致了龐大的線束。2）占用車內(nèi)空間大，汽車的整體布置空間縮小，影響整體布局的優(yōu)化；3）大量的連接器，增大了汽車故障率，降低了系統(tǒng)可靠性，可維護(hù)性變差；4）大量的銅材消耗增加了汽車的成本，且存在冗余的傳感器；5）大量的線束和接插件也會(huì)增加車身自重，影響汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。實(shí)驗(yàn)表明，車身自重每增加50kg，油耗會(huì)增加0.2L/100km。汽車制造商和相應(yīng)的研發(fā)部門開始設(shè)計(jì)具有一定組織結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，開發(fā)新的工業(yè)總線系統(tǒng)，即車載網(wǎng)絡(luò)，來(lái)進(jìn)一步規(guī)范、替代原有的通信線束，如控制器局域網(wǎng)（ControllerAreaNetwork，CAN），局部連接網(wǎng)絡(luò)（LocalInterconnectNetwork，LIN）和局域網(wǎng)（LocalAareNetwork，LAN）等。在車載網(wǎng)絡(luò)中，各個(gè)電控單元相互連接構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，相關(guān)信息通過(guò)數(shù)據(jù)總線進(jìn)行傳輸，從而實(shí)現(xiàn)信息資源共享。以3個(gè)控制單元，19個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)為例，不考慮傳感器冗余情況下，對(duì)兩種布線方式進(jìn)行對(duì)比。傳統(tǒng)布線方式如圖2-1所示，共需信號(hào)線3*19=57條?？偩€型布線方式如圖2-2所示，共需信號(hào)線信號(hào)線：19+2=21條。線束大大簡(jiǎn)化，減小了車內(nèi)所占空間，降低了線束成本，同時(shí)系統(tǒng)可靠性與可維護(hù)性大大提高。2.1.2車載總線的分類典型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有總線拓?fù)洹h(huán)形拓?fù)洹⑿切屯負(fù)洹⒕W(wǎng)狀拓?fù)湟约八麄冎g的各種組合形式。車載總線的應(yīng)用可以大大簡(jiǎn)化線束的復(fù)雜程度，主要類型有CAN（控制局域網(wǎng)）、LIN（本地互連網(wǎng)絡(luò)）、FlexRay、MOST、車載以太網(wǎng)等。圖2-3所示為奧迪A8L的車載網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。1．CAN總線CAN是ControllerAreaNetwork（控制器局域網(wǎng)）的縮寫（簡(jiǎn)稱為CAN），是ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（InternationalOrganizationforStandardization）標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。CAN總線的出現(xiàn)很好的解決了眾多功能模塊控制單元之間的數(shù)據(jù)交換實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性問(wèn)題，是一種能有效支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，在現(xiàn)代汽車的網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用中起到了基石的作用。CAN總線采用5V差分信號(hào)的雙線傳輸，理論上速率可達(dá)1M/s，汽車上一般為125-500Kb/s。2．LIN總線局部互聯(lián)協(xié)議LIN是一種低成本的、面向“傳感器/執(zhí)行器控制”的低速串行通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。1998年由多個(gè)汽車生產(chǎn)商提出，作為低速CAN的低成本替代方案，2001年梅賽德斯奔馳SL上第一次量產(chǎn)使用了LIN總線。LIN采用單主控制器/多從設(shè)備的模式，僅使用一根12V無(wú)屏蔽信號(hào)總線和一個(gè)無(wú)固定時(shí)間基準(zhǔn)的節(jié)點(diǎn)同步時(shí)鐘線。LIN總線其最高傳輸速率可達(dá)20kbit/s，主要應(yīng)用于電動(dòng)門窗、座椅調(diào)節(jié)、燈光照明等控制。典型的LIN網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)可以達(dá)到12個(gè)。3．FlexRay總線FlexRay總線是由寶馬、飛利浦、飛思卡爾和博世等公司共同制定的一種新型通信標(biāo)準(zhǔn)，F(xiàn)lexRay系統(tǒng)中使用雙絞線電纜，兩個(gè)通道的每一條都由兩根電纜組成，在實(shí)時(shí)性、可靠性和靈活性方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。目前Flexray主要應(yīng)用于事關(guān)安全的線控系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)，在寶馬的高端車上有應(yīng)用。4．MOST總線MOST表示“多媒體傳輸系統(tǒng)”，是一種專門針對(duì)車內(nèi)使用而開發(fā)的，服務(wù)于多媒體應(yīng)用的數(shù)據(jù)總線技術(shù)。MOST總線系統(tǒng)中各控制單元之間通過(guò)一個(gè)環(huán)形數(shù)據(jù)總線連接，該總線只向一個(gè)方向傳輸數(shù)據(jù)，一個(gè)控制單元擁有2根光纖，一根用于發(fā)射機(jī)，另一根用于接收機(jī)。5．車載以太網(wǎng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展帶來(lái)功能去中心化、消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品和服務(wù)的集成、流媒體通量增加以及V2X和自動(dòng)駕駛高級(jí)應(yīng)用的發(fā)展，面對(duì)更高級(jí)的通信要求，車載以太網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。車載以太網(wǎng)具有大帶寬、低延時(shí)、低電磁干擾、低成本等優(yōu)點(diǎn)，成為智能網(wǎng)聯(lián)汽車應(yīng)用的關(guān)鍵選擇?？傮w來(lái)說(shuō)，發(fā)展至今每種總線技術(shù)均有其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和特定的應(yīng)用領(lǐng)域，CAN、LIN在技術(shù)與產(chǎn)業(yè)上比較成熟，F(xiàn)lexRay和MOST分別在底盤控制和信息娛樂(lè)系統(tǒng)中發(fā)揮著獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，車載以太網(wǎng)以及藍(lán)牙、WIFI等新型通信方式快速發(fā)展普及，如表2-1為各類總線情況對(duì)比。項(xiàng)目CAN-C高速CANCAN-B低速CANCAN-FDLINMOSTFlexRay車載以太網(wǎng)Bluetooth總線類型傳統(tǒng)總線傳統(tǒng)總線傳統(tǒng)總線傳統(tǒng)總線光纜總線傳統(tǒng)總線及光纜傳統(tǒng)總線無(wú)線工作范囤動(dòng)力系統(tǒng)舒適系統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)、ADAS系統(tǒng)舒話系統(tǒng)多媒體及信息娛樂(lè)系統(tǒng)所有網(wǎng)絡(luò)所有網(wǎng)絡(luò)多媒體及信息娛樂(lè)系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合發(fā)動(dòng)機(jī)控制、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及ABS/ESP組成的網(wǎng)絡(luò)車身及舒適電子系統(tǒng)組成的網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力系統(tǒng)、底盤系統(tǒng)、車身系統(tǒng)、ADAS系統(tǒng)在舒適電子系統(tǒng)上為現(xiàn)有的CAN總線等網(wǎng)絡(luò)提供低成本的拓晨控制、音頻和視頻與安全相關(guān)的相對(duì)簡(jiǎn)單應(yīng)用的數(shù)據(jù)的傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)車輛主千網(wǎng)絡(luò)、信息娛樂(lè)系統(tǒng)、ADAS系統(tǒng)短距離傳輸,如信息娛樂(lè)系統(tǒng)中集成移動(dòng)電話應(yīng)用最多的拓?fù)渚€型總線線型總線線型總線線型總線環(huán)形拓?fù)湫切屯負(fù)浣粨Q機(jī)式通信方式網(wǎng)狀拓?fù)鋽?shù)據(jù)傳輸速率10kbit/s1Mbit/s最大124kbit/s數(shù)據(jù)最大傳輸速率為8Mbps最大20kbit/s最大22.5Mbit/s通常10Mbit/s,最大20Mbit/s10Gbit/s100Gbit/s最大3Mbit/s(v2.0)最大723kbit/s(v1.2)最大節(jié)點(diǎn)數(shù)量10個(gè)24個(gè)\16個(gè)64個(gè)理論上可達(dá)2048個(gè),每個(gè)被動(dòng)總線/星型實(shí)際最多22個(gè)沒(méi)有規(guī)定8個(gè)主動(dòng),最多256個(gè)被動(dòng)控制算法事件觸發(fā)事件觸發(fā)事件觸發(fā)時(shí)問(wèn)觸發(fā)時(shí)問(wèn)及事件觸發(fā)時(shí)問(wèn)及事件觸發(fā)時(shí)問(wèn)觸發(fā)事件觸發(fā)導(dǎo)線種類銅線(雙絞線)銅線(雙絞線)銅線(雙絞線)銅線(單線)人造纖維或玻璃光纜銅線(雙綾線)銅線(單或多對(duì)非屏蔽雙絞線)電磁無(wú)線電使用范圍所有車輛所有車倆所有車嗝所有車輛歐洲制造商的高級(jí)車輛駕駛方面的應(yīng)用高速連接需求的車輛所有車輛標(biāo)準(zhǔn)ISO11898ISO11519-2ISO16845LIN-KonsortiumMOSTCooperationFlexRayKonsortiumIEEE802.3BluetoothS/GSAE分類C類B類C類A類移動(dòng)娛樂(lè)DriverbyWire\無(wú)線2.2CAN總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)及性能特點(diǎn)

2.2.1OSI參考模型網(wǎng)絡(luò)剛出現(xiàn)時(shí)，很多大公司都有自己的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，因?yàn)楦鞴鹃g沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)范，所以公司內(nèi)部計(jì)算機(jī)可以相互連接，卻不能與其他公司連接。ISO組織在1985年推出OSI參考模型，推薦所有公司都使用這個(gè)規(guī)范來(lái)控制網(wǎng)絡(luò)，目前各個(gè)組織機(jī)構(gòu)都承認(rèn)這種模型，可以說(shuō)它是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的基石。OSI參考模型如圖2-4。1．OSI網(wǎng)絡(luò)模型

第7層應(yīng)用層—直接對(duì)應(yīng)用程序提供服務(wù)，應(yīng)用程序可以變化，但要包括電子消息傳輸。第6層表示層—格式化數(shù)據(jù)，以便為應(yīng)用程序提供通用接口，可以包括加密服務(wù)。第5層會(huì)話層—在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間建立端連接。此服務(wù)包括建立連接是以全雙工還是以半雙工的方式進(jìn)行設(shè)置，盡管可以在層4中處理雙工方式。第4層傳輸層—常規(guī)數(shù)據(jù)遞送－面向連接或無(wú)連接。包括全雙工或半雙工、流控制和錯(cuò)誤恢復(fù)服務(wù)段。第3層網(wǎng)絡(luò)層—本層通過(guò)尋址來(lái)建立兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的連接，它包括通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)來(lái)路由和中繼數(shù)據(jù)包。第2層數(shù)據(jù)鏈路層—在此層將數(shù)據(jù)分幀，并處理流控制。本層指定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并提供硬件尋址。第1層物理層—原始比特流的傳輸，電子信號(hào)傳輸和硬件接口數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，從第七層傳到第一層，接受方則相反。2．TCP/IP網(wǎng)絡(luò)模型TCP/IP定義了電子設(shè)備如何連入因特網(wǎng)，以及數(shù)據(jù)如何在它們之間傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。協(xié)議采用4層結(jié)構(gòu)，每一層都呼叫它的下一層所提供的協(xié)議來(lái)完成自己的需求。TCP/IP協(xié)議與OSI模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2-5所示，左邊是OSI模型，右邊是TCPIP協(xié)議棧分層模型。OSI七層參考模型中的最上面三層應(yīng)用層、表示層、會(huì)話層被合并為一個(gè)：應(yīng)用層，協(xié)議可以直接面對(duì)用戶。OSI七層參考模型中的最后兩層數(shù)據(jù)鏈路層、物理層被合并為一個(gè)：鏈路層，它具有OSI模型的兩層功能。其他的兩個(gè)層次不變，功能也相同，傳輸層對(duì)應(yīng)傳輸層，網(wǎng)絡(luò)層對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層。圖2-5TCP/IP協(xié)議與OSI模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系第4層應(yīng)用層：主要有http，ftp，SNMP等我們熟悉的協(xié)議。第3層傳輸層：著名的TCP和UDP協(xié)議就在這個(gè)層次。第2層網(wǎng)絡(luò)層：IP協(xié)議就在這里，它負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)加上IP地址和其他的數(shù)據(jù)以確定傳輸?shù)哪繕?biāo)。第1層鏈路層：這個(gè)層次為待傳送的數(shù)據(jù)加入一個(gè)以太網(wǎng)協(xié)議頭，并進(jìn)行CRC編碼，為最后的數(shù)據(jù)傳輸做準(zhǔn)備。再往下則是硬件層次了，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的傳輸，這個(gè)層次的定義包括網(wǎng)線的制式、網(wǎng)卡的定義等。3．CAN網(wǎng)絡(luò)模型CAN總線網(wǎng)絡(luò)底層只采用了OSI基本參照模型中的數(shù)據(jù)鏈路層、物理層。而在CAN網(wǎng)絡(luò)高層僅采用了OSI基本參照模型的應(yīng)用層，如圖2-6所示。第3層應(yīng)用層：直接對(duì)應(yīng)用程序提供服務(wù)，CAN的高性能和可靠性已被認(rèn)同，基于CAN的各種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格如表2-2所示。如建立更加完善的系統(tǒng)，需要在CAN的基礎(chǔ)上選擇合適的應(yīng)用層協(xié)議，這為不同的汽車廠商制定符合自身需要的應(yīng)用層協(xié)議提供了很大的便利。名稱波特率/(b/s)規(guī)格適用領(lǐng)域SAEJ1939-1125Ok雙線式、屏蔽雙絞線卡車、大客車SAEJI939-12250k雙線式、屏蔽雙絞線、12V供電農(nóng)用機(jī)械SAEJ2284500k雙線式、雙絞線(非屏蔽)汽車(高速:動(dòng)力、傳動(dòng)系絞)SAEJ2411133.3k、83.3k單線式汽車(低速:車身系統(tǒng))NMEA-200062.5k、125k、250k、500k、1M雙線式、屏蔽雙絞線供電船舶DeviceNet125k、250k、500k雙線式、屏蔽雙絞線24V供電工業(yè)設(shè)備CANopenl0k、20k、50k、125k、250k、500k、800k、1M雙線式、雙絞線可選(屏蔽、供電)工業(yè)設(shè)備SDS125k、250k、500k、1M雙線式、屏蔽雙絞線可選(供電)工業(yè)設(shè)備第2層數(shù)據(jù)鏈路層：在此層將數(shù)據(jù)分幀，并處理流控制，包括邏輯鏈路層LLC和媒體訪問(wèn)控制層MAC。LLC:為數(shù)據(jù)傳送和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求提供服務(wù)，確認(rèn)由LLC子層接收的報(bào)文實(shí)際已被接收，并為恢復(fù)管理和通知超載提供信息。MAC:主要規(guī)定傳輸規(guī)則，即控制結(jié)構(gòu)、執(zhí)行仲裁、錯(cuò)誤檢測(cè)、出錯(cuò)標(biāo)定和故障界定。第1層物理層：原始比特流的傳輸，物理層規(guī)定了節(jié)點(diǎn)的全部電氣特性，在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)里，要實(shí)現(xiàn)不同節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸，所有節(jié)點(diǎn)的物理層必須相同。物理層又包括物理信令子層（PLS）、物理介質(zhì)連接（PMA）和介質(zhì)相關(guān)接口（MDI）。CAN協(xié)議定義了物理層及數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)范，是一個(gè)可以封裝在通信控制器集成電路芯片內(nèi)部的規(guī)范。CAN協(xié)議經(jīng)ISO標(biāo)準(zhǔn)化后有ISO11898標(biāo)準(zhǔn)和ISO11519-2標(biāo)準(zhǔn)兩種。ISO11898和ISO11519-2標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于數(shù)據(jù)鏈路層的定義相同，但在物理層的PMD子層和MDI子層不同，如圖2-7所示。2.2.2CAN總線物理層

CAN總線的物理層定義了連接車內(nèi)各控制器的相關(guān)介質(zhì)以及接口。從CAN網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)模型來(lái)看，物理層是實(shí)現(xiàn)ECU與CAN總線相互連接的硬件電路。2．節(jié)點(diǎn)組成由可運(yùn)行應(yīng)用程序的微控制器、CAN控制器及CAN收發(fā)器組成，如圖2-9所示。3．總線電壓CAN總線采用雙絞線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。兩根導(dǎo)線中，一根稱為CAN-High（黃色），另一根稱為CAN-Low（綠色）?？偩€有兩種邏輯電平狀態(tài)，顯性和隱形。顯性電平代表“0”，隱形電平代表“1”。高速CAN和低速CAN使用不同的總線電平傳輸顯性和隱性邏輯狀態(tài)。下面以高速CAN為例對(duì)總線電壓進(jìn)行說(shuō)明。高速CAN兩根導(dǎo)線在靜止?fàn)顟B(tài)下對(duì)地電壓均為2.5V，此時(shí)兩根導(dǎo)線的電壓差值為0V，該狀態(tài)稱為隱性狀態(tài)，其數(shù)字信號(hào)用1來(lái)表示；當(dāng)CAN-High的對(duì)地電壓為3.5V，CAN-Low的對(duì)地電壓為1.5V時(shí)，此時(shí)CAN-High和CAN-Low兩根導(dǎo)線的電壓差為2V，該狀態(tài)稱為顯性狀態(tài)，其數(shù)字信號(hào)用0來(lái)表示。2.2.3數(shù)據(jù)鏈路層—幀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通信中最常用的一種方式就是分組交換和傳輸。這種方式就是把要傳輸?shù)奈募ū热缫环鶊D片）拆解開來(lái)，以統(tǒng)一的形式打成數(shù)據(jù)包，一包一包地進(jìn)行傳輸，等要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包到達(dá)目的地后，將數(shù)據(jù)包再進(jìn)行重新組裝，再將數(shù)據(jù)包重新組裝，形成和發(fā)送端相同的文件。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上采用的就是分組交換的傳輸形式，分組交換和傳輸中用的是統(tǒng)一格式的數(shù)據(jù)包，我們把這種數(shù)據(jù)包稱作消息幀。消息幀是串行通信中傳輸?shù)幕締卧?，也被俗稱為數(shù)據(jù)包、報(bào)文。需要傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)被裝入消息幀中，在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸。消息幀中除了需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)之外，還要裝入消息幀在網(wǎng)絡(luò)中傳輸所必需的諸如目標(biāo)地址、發(fā)送地址、差錯(cuò)控制、同步等附屬保障數(shù)據(jù)。消息幀實(shí)質(zhì)上就是將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和附屬保障數(shù)據(jù)按照規(guī)定的格式排成一串0、1數(shù)字形成的一個(gè)數(shù)據(jù)群，并規(guī)定這些0、1數(shù)字發(fā)送的先后順序和時(shí)間長(zhǎng)短、開始發(fā)送時(shí)間等。規(guī)范計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)幀的協(xié)議是TCP/IP等，CAN網(wǎng)絡(luò)的規(guī)范協(xié)議則是CAN2.0。BOSCH公司推出的CAN2.0協(xié)議中的消息幀有兩種格式：一種是標(biāo)準(zhǔn)格式，另一種是擴(kuò)展格式。標(biāo)準(zhǔn)格式的消息幀用于CAN2.0A網(wǎng)絡(luò)，由CAN2.0A協(xié)議定義，具體幀結(jié)構(gòu)如圖2-11所示。它有11位標(biāo)識(shí)符，基于CAN2.0A的網(wǎng)絡(luò)只能接收這種格式的消息幀。擴(kuò)展格式的消息幀用于CAN2.0B網(wǎng)絡(luò)，由CAN2.0B協(xié)議規(guī)定，具體幀結(jié)構(gòu)如圖2-12所示。它有29位標(biāo)識(shí)符，后18位專用于標(biāo)記CAN2.0B的消息幀。

CAN的消息幀按照其用途可分為數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯(cuò)誤幀、過(guò)載幀和幀間隔五種。數(shù)據(jù)幀用于發(fā)送節(jié)點(diǎn)向接收節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)；遠(yuǎn)程幀用于接收節(jié)點(diǎn)向發(fā)送節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求發(fā)送數(shù)據(jù)；錯(cuò)誤幀用于當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到總線上有錯(cuò)誤時(shí)，向其他節(jié)點(diǎn)通知出錯(cuò)，停止這些幀的接收和發(fā)送；過(guò)載幀用于接收節(jié)點(diǎn)向發(fā)送節(jié)點(diǎn)通知，自己還沒(méi)有做好接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備，延遲下一個(gè)幀的發(fā)送時(shí)間；幀間隔用于將數(shù)據(jù)幀及遠(yuǎn)程幀與前面的幀分離開來(lái)。2.2.4數(shù)據(jù)鏈路層-總線仲裁CAN總線上可以接很多節(jié)點(diǎn)，只要總線空閑，哪個(gè)節(jié)點(diǎn)都隨時(shí)可以發(fā)送信息。只要檢測(cè)到總線上有信息在發(fā)送，想要發(fā)送信息的節(jié)點(diǎn)就必須等待總線空閑時(shí)才可以發(fā)送。所以，正常情況下，CAN總線是按照其發(fā)送的時(shí)間順序來(lái)決定誰(shuí)先發(fā)送的。但是，假設(shè)有幾個(gè)節(jié)點(diǎn)在檢測(cè)到總線上正在發(fā)送的某一數(shù)據(jù)幀發(fā)送的幀結(jié)束，并等待了一個(gè)幀間隔時(shí)間后，同時(shí)開始數(shù)據(jù)幀的發(fā)送時(shí)，到底讓哪一個(gè)節(jié)點(diǎn)先發(fā)送呢？CAN總線采用非破壞性按位仲裁規(guī)則。在CAN總線上發(fā)送的每個(gè)消息幀，都有各自唯一的身份號(hào)碼ID，11位或29位。當(dāng)兩個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送消息幀時(shí)，哪一個(gè)獲得優(yōu)先權(quán)，取決于它所發(fā)送的消息幀的ID。ID號(hào)碼越小，有優(yōu)先權(quán)就越高。2.2.5數(shù)據(jù)鏈路層-位填充機(jī)制CAN總線中傳輸?shù)南拿恳晃欢加刹粴w零碼表示，這種編碼獲得了位編碼的最大效率，但是也有一個(gè)缺點(diǎn)，就是它并不是消息幀的每一位都攜帶同步信息，只有在顯性電平和隱性電平互相跳變的時(shí)刻攜帶有同步信息?？偩€上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有自己的時(shí)鐘，在沒(méi)有收到總線上的同步信號(hào)時(shí)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)都按照自己的時(shí)鐘決定下一個(gè)位的接收或發(fā)送時(shí)刻。CAN總線的同步信息攜帶在“0”和“1”互相跳變的時(shí)刻，總線上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)只有在這些時(shí)刻才可以根據(jù)總線上的同步信息修正自己的時(shí)鐘，確定自己在什么時(shí)刻開始接收下一位，這就是所謂的同步。如果在一個(gè)消息幀中有太多相同電平的位，那么總線上的眾多接收節(jié)點(diǎn)就會(huì)在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)無(wú)法從總線上獲取同步信息，在收不到同步信息時(shí)，就無(wú)法進(jìn)行時(shí)鐘的同步調(diào)整，由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘的誤差不同，誤差的長(zhǎng)時(shí)間積累就會(huì)導(dǎo)致失去同步。失去同步后接收節(jié)點(diǎn)收到的信息一定是錯(cuò)誤信息，通信將無(wú)法進(jìn)行。為了解決這個(gè)問(wèn)題，CAN總線采取了位填充編碼的方法。簡(jiǎn)單講，位填充就是當(dāng)同樣的電平持續(xù)5位時(shí)則添加一個(gè)位的反型電平。如果消息幀內(nèi)出現(xiàn)連續(xù)5個(gè)“1”，則在其后面添加1個(gè)“0”；同樣，若出現(xiàn)連續(xù)5個(gè)“0”，則在其后面添加1個(gè)“1”。位填充的構(gòu)成如圖2-14所示。2.2.6CAN總線性能特點(diǎn)

CAN總線它是一種多主總線，即每個(gè)節(jié)點(diǎn)機(jī)均可成為主機(jī)，且節(jié)點(diǎn)機(jī)之間也可進(jìn)行通信。通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維，通信速率可達(dá)1mb/s。CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余校驗(yàn)、優(yōu)先級(jí)判別等項(xiàng)工作。CAN協(xié)議的一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識(shí)碼可由11位或29位二進(jìn)制數(shù)組成，因此可以定義211或229個(gè)不同的數(shù)據(jù)塊，這種數(shù)據(jù)塊編碼方式，還可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)在分步式控制中非常重要。數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度最多為8個(gè)字節(jié)，可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測(cè)試數(shù)據(jù)的一般要求。同時(shí)，8個(gè)字節(jié)不會(huì)占用總線時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，傳輸時(shí)間段，從而保證了通信的實(shí)時(shí)性，干擾概率低。CAN協(xié)議采用CRC檢驗(yàn)并可提供相應(yīng)的錯(cuò)誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。CAN總線所具有的卓越性能、極高的可靠性和獨(dú)特設(shè)計(jì)，特別適合工業(yè)設(shè)各測(cè)控單元互連。因此備受工業(yè)界的重視，并已公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。2.3汽車無(wú)線通信技術(shù)

2.3.1RFIDRFID傳感器技術(shù)是車聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)之一。對(duì)于車輛來(lái)講，發(fā)動(dòng)機(jī)、輪胎、空調(diào)、座椅等部件都可以通過(guò)安裝傳感器的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)表達(dá)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸.同時(shí)，RFID傳感器技術(shù)可自動(dòng)識(shí)別.例如車輛、建筑物等外部對(duì)象，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，整合信息并提取與車輛道路相關(guān)的內(nèi)容來(lái)實(shí)現(xiàn)車輛之間，車輛和管理中心之間信息的傳遞，實(shí)現(xiàn)交通管理智能化的目的。RFID應(yīng)用于車聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)是，能夠快速識(shí)別多個(gè)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的物體，安全性好，識(shí)別速度快、距離遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大等。RFID硬件設(shè)備將標(biāo)簽內(nèi)信息收集讀取，通過(guò)中間程序的加載過(guò)濾、解密轉(zhuǎn)換，傳輸?shù)杰嚶?lián)網(wǎng)應(yīng)用程序當(dāng)中，并通過(guò)定制程序在終端上使用，以實(shí)現(xiàn)車人聯(lián)網(wǎng)互動(dòng)。2.3.2WIFI國(guó)際上主流的車聯(lián)網(wǎng)無(wú)線通信技術(shù)主要有兩種，一種是基于WiFi的ITS-G5，也被稱為DSRC（專用短距離通信）；另一種是基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)尤其是5G的C-V2X（蜂窩車聯(lián)網(wǎng)）。DSRC技術(shù)是一種無(wú)線通信技術(shù)，該技術(shù)可以進(jìn)行雙向半雙工中短距離無(wú)線通信，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸，傳輸帶寬能夠達(dá)到327MB/S。有很多優(yōu)點(diǎn)能夠滿足VANET的需要，比如可以指定授權(quán)帶寬，這樣可以用于安全可靠的通信，還能夠快速建立網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)快速通信，并且能夠進(jìn)行安全的高頻更新，具有非常高的可靠性，這樣在車輛行駛條件下即使碰到雷雨天氣，也不會(huì)受到重大影響。在這些天氣時(shí)，其安全等級(jí)也會(huì)非常高。它是ITS中重要的通信協(xié)議之一，支持車輛對(duì)車輛（V2V）和車輛對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）的通信。該標(biāo)準(zhǔn)于2009年由美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（USFederalCommunicationCommission，F(xiàn)CC）制定，工作頻率在5.9GHz，總帶寬為75MHz（從5.850GHz到5.925GHz），劃分成7個(gè)相同帶寬的信道，每個(gè)信道的帶寬為10MHz。根據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型將信道劃分成服務(wù)信道（ServerChannel，SCH）和控制信道（ControlChannel，CCH）。高優(yōu)先級(jí)消息（周期消息和緊急消息）和控制信息主要在CCH上傳輸，而不同服務(wù)數(shù)據(jù)的消息則主要在SCH傳輸。2.3.3ZigBee

ZigBee技術(shù)是一種特征十分鮮明的雙向無(wú)線通信技術(shù)，該技術(shù)是藍(lán)牙技術(shù)與無(wú)線標(biāo)記技術(shù)的結(jié)合體，不僅能在成本低、功耗低、速率低、距離短的各類型電子設(shè)備之間完成數(shù)據(jù)信息傳遞；更能開展間歇性數(shù)據(jù)、周期性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)的有效傳輸，在當(dāng)今各領(lǐng)域中也得到了較為廣泛的應(yīng)用。在ZigBee技術(shù)的應(yīng)用下，技術(shù)人員可在電子設(shè)備上設(shè)置多個(gè)節(jié)點(diǎn)，將其安裝至設(shè)備當(dāng)中，使用計(jì)算機(jī)等信息技術(shù)，構(gòu)建成一個(gè)完整的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)的支持下，能夠更好的達(dá)到信息間傳遞的目的。2.3.4Bluetooth

藍(lán)牙技術(shù)是用于固定和移動(dòng)數(shù)字化硬件設(shè)備之間的一種低成本、近距離無(wú)線通信技術(shù)。能在包括移動(dòng)電話、PDA、無(wú)線耳機(jī)、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)等之間進(jìn)行無(wú)線信息交換。其采用分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及快跳頻和短包技術(shù)，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信，工作在全球通用的2.4GHzISM（即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段。藍(lán)牙數(shù)據(jù)速率為1Mbps。采用時(shí)分雙工傳輸方案實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸。2.3.5以太網(wǎng)通信技術(shù)

以太網(wǎng)技術(shù)指的是由Xerox公司創(chuàng)建并由Xerox、Intel和DEC公司聯(lián)合開發(fā)的基帶局域網(wǎng)規(guī)范。傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡(luò)使用CSMA/CD（載波監(jiān)聽多路訪問(wèn)及沖突檢測(cè)技術(shù)）技術(shù)，并以10M/S的速率運(yùn)行在多種類型的電纜上。以太網(wǎng)與IEEE802·3系列標(biāo)準(zhǔn)相類似。以太網(wǎng)不是一種具體的網(wǎng)絡(luò)，是一種技術(shù)規(guī)范，在IEEE802.3中定義了以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。以太網(wǎng)因?yàn)槠涑杀镜土?、傳輸速率高、靈活性高等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)汽車行業(yè)具有極大的吸引力，但是傳統(tǒng)以太網(wǎng)使用CSMA/CD（載波偵聽多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)）機(jī)制，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)延遲無(wú)法滿足車載網(wǎng)絡(luò)的要求。目前，為了滿足車載以太網(wǎng)高實(shí)時(shí)性的需求，有兩項(xiàng)比較成熟的技術(shù)：以太網(wǎng)音頻視頻橋接（EthernetAudio/VideoBridging，AVB）和時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)（TTEthernet），已在車載汽車上得到廣泛應(yīng)用。2.3.64G/5G

國(guó)際上主流的車聯(lián)網(wǎng)無(wú)線通信技術(shù)中有一種是基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，尤其是5G的C-V2X（蜂窩車聯(lián)網(wǎng)）。C-V2X解決方案用以解決DSRC技術(shù)存在的一些問(wèn)題，是一項(xiàng)能夠提高長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)的新技術(shù)。與DSRC技術(shù)相比，C-V2X技術(shù)可以提供穩(wěn)健的基礎(chǔ)設(shè)施與通信。能夠增強(qiáng)通信的安全性與保密性。C-V2X技術(shù)初始標(biāo)準(zhǔn)主要側(cè)重于V2V也就是車與車之間的信息互通，到后期才發(fā)展了V2X中的其他應(yīng)用場(chǎng)景。并且C-V2X引進(jìn)了新的D2D通信端口用于實(shí)現(xiàn)近鄰的通信服務(wù)。為滿足高級(jí)自動(dòng)駕駛應(yīng)用需求，C-V2X正在從LTE-V2X演進(jìn)到NR-V2X。C-V2X以蜂窩網(wǎng)絡(luò)作為V2X的基礎(chǔ)，利用蜂窩網(wǎng)絡(luò)連接交通運(yùn)輸生態(tài)系統(tǒng)中的所有車輛和道路基礎(chǔ)設(shè)施。與DSRC技術(shù)相比，C-V2X技術(shù)具有通信范圍廣、時(shí)延低與可擴(kuò)展性高等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)C-V2X技術(shù)成本更低，更易于實(shí)現(xiàn)商用部署，有利于打破美國(guó)在DSRC標(biāo)準(zhǔn)上的技術(shù)壟斷，因此中國(guó)大力發(fā)展C-V2X技術(shù)。在C-V2X技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，車聯(lián)網(wǎng)通信的空中接口包括兩種，一種是Uu接口，以蜂窩基站為無(wú)線接入中心，車輛與基礎(chǔ)設(shè)施、其他車輛之間的數(shù)據(jù)交互都需要通過(guò)基站，該接口提供大帶寬、大覆蓋的通信服務(wù)；另一種是PC5接口，用于實(shí)現(xiàn)車輛之間的直接數(shù)據(jù)交換，滿足低時(shí)延高可靠的通信需求。5G關(guān)鍵技術(shù)包括無(wú)線關(guān)鍵技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)，無(wú)線關(guān)鍵技術(shù)在OFDMA和MIMO基礎(chǔ)技術(shù)上，采用全新系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在頻段方面，與4G支持中低頻不同，5G同時(shí)支持中低頻和高頻頻段，并支持百M(fèi)Hz的基礎(chǔ)帶寬。為了支持高速率傳輸和更優(yōu)覆蓋，5G采用LDPC、Polar新型信道編碼方案、性能更強(qiáng)的大規(guī)模天線技術(shù)等。為了支持低時(shí)延、高可靠，5G采用短幀、快速反饋、多層/多站數(shù)據(jù)重傳等技術(shù)。2.4車際網(wǎng)

2.4.1車際網(wǎng)的概念一般來(lái)說(shuō)，作為物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)在交通行業(yè)領(lǐng)域的典型應(yīng)用，作為車聯(lián)網(wǎng)“三網(wǎng)融合”之一，車際網(wǎng)用于實(shí)現(xiàn)車與車、車與路、車與人全方位網(wǎng)絡(luò)鏈接，通過(guò)車輛與車輛之間信息交流實(shí)現(xiàn)信息共享，借助地面道路固定通信設(shè)施實(shí)現(xiàn)車輛與道路間的信息交流，另外用戶可以通過(guò)Wi-Fi、藍(lán)牙、蜂窩等無(wú)線通信手段與車輛進(jìn)行信息溝通。車際網(wǎng)從技術(shù)的角度進(jìn)行定義，V2X指車與萬(wàn)物信息互聯(lián)，包括車與車、車與交通設(shè)施、車與用戶，車車/車路之間的通信一般叫做，而車輛自組織網(wǎng)（VANET）是指道路上車輛間、車輛與固定接入點(diǎn)路側(cè)單元、車輛與用戶之間相互通信組成的開放移動(dòng)無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)（AdHoc）網(wǎng)絡(luò)，因此V2X是AdHoc網(wǎng)絡(luò)的一部分。兩個(gè)概念間是很相似的。1．MANET的概念無(wú)線移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)即MANET(MobileAdHocNetwork)是一種不同于傳統(tǒng)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)。無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)(mobilead-hocnetwork)，它是一個(gè)由幾十到上百個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的、采用無(wú)線通信方式的、動(dòng)態(tài)組網(wǎng)的多跳的移動(dòng)性對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，其目的是通過(guò)動(dòng)態(tài)路由和移動(dòng)管理技術(shù)傳輸具有服務(wù)質(zhì)量要求的多媒體信息流，通常節(jié)點(diǎn)具有持續(xù)的能量供給。2．V2X的概念

V2X即為vehicletoeverything，也就

是指車與外界信息的互換，即為車用無(wú)線通信技術(shù)。V2X技

術(shù)可以實(shí)現(xiàn)車與車，

車與基站，基站與基站等的互通，能夠大大提高行車的安全性。也可以提供影音等娛樂(lè)形式，增加

出行樂(lè)趣。還可以減少擁堵，提高出行效率等。3．車載自組織網(wǎng)絡(luò)的概念（VehicularAdhocNetwork,VANET）

VANET是指道路上車輛間、車輛與固定接入點(diǎn)（路側(cè)單元）之間相互通信組成的開放移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)。它在道路上構(gòu)建一個(gè)自組織的、部署方便、費(fèi)用低廉、結(jié)構(gòu)開放的車輛間通信網(wǎng)絡(luò)。VANET技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)事故告警、輔助駕駛、道路交通信息查

詢、乘客間通信和Internet信息服務(wù)等應(yīng)用。2.4.2車際網(wǎng)的研究現(xiàn)狀

早在1999年，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FederalCommunicationsCommission，簡(jiǎn)稱FCC）就將從5.85到5.925GHz的共75MHz頻段劃分出來(lái)用作免費(fèi)短距離通信頻段。相應(yīng)的專用短距離通信（DSRC）標(biāo)準(zhǔn)也被制定出來(lái)，用于支持車輛間以及車輛與路邊基礎(chǔ)設(shè)施間的通信，為未來(lái)的智能交通系統(tǒng)（IntelligentTransportationSystems，簡(jiǎn)稱ITS）提供技術(shù)保障。由于其在對(duì)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性支持，通信距離及數(shù)據(jù)傳輸率等指標(biāo)上的綜合優(yōu)勢(shì)，讓DSRC成為未來(lái)基于車輛的通信標(biāo)準(zhǔn)。而IEEE也在2004年提出了802.11p標(biāo)準(zhǔn)（WirelessAccessinTheVehicularEnvironment，簡(jiǎn)稱WAVE）。作為DSRC的一個(gè)輔助標(biāo)準(zhǔn)和802.11協(xié)議族的延伸，802.11p標(biāo)準(zhǔn)可以用于未來(lái)智能交通系統(tǒng)的諸多應(yīng)用日本在1991年就成立了車輛信息與通信系統(tǒng)中心，可以很好地為道路交通信息提供系統(tǒng)。我國(guó)的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展與歐美相比就相對(duì)較晚了。2007年，通用汽車公司和上汽集團(tuán)一起推出了安吉星服務(wù)，這為車聯(lián)網(wǎng)在中國(guó)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2009年被稱為車聯(lián)網(wǎng)元年，這年各大廠商紛紛推出車載的服務(wù)系統(tǒng)。車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在中國(guó)迅速發(fā)展，中國(guó)正式進(jìn)入車聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。2011年，隨著車聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，大唐電信和啟明信息科技共同建立了通信與汽車電子產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)室。這標(biāo)志著我國(guó)正式進(jìn)入車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用階段.VANET是MANET領(lǐng)域急速出現(xiàn)的一個(gè)新分支。ACM在2004年開辦第一次針對(duì)VANET的專題討論,以后每年都有一

次專題討論。2014-2015年，3G和LTE技術(shù)開始應(yīng)用于車載通信系統(tǒng)以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。2016年9月，華為、奧迪、寶馬和戴姆勒等公司合作推出5G汽車聯(lián)盟（5GAA），開展了汽車網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景。至2017年底，國(guó)家頒布了多項(xiàng)方案，將發(fā)展車聯(lián)網(wǎng)提到了國(guó)家創(chuàng)新戰(zhàn)略層面。2021年，中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)發(fā)布《中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展報(bào)告（2021）》指出，中國(guó)車聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)基本完備，車聯(lián)網(wǎng)成為汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)力。2.4.3車際網(wǎng)的基本架構(gòu)

1．DSRCDSRC技術(shù)是一種無(wú)線通信技術(shù)，該技術(shù)可以進(jìn)行雙向半雙工中短距離無(wú)線通信，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸，傳輸帶寬能夠達(dá)到327MB/S。有很多優(yōu)點(diǎn)能夠滿足VANET的需要，比如可以指定授權(quán)帶寬，這樣可以用于安全可靠的通信，還能夠快速建立網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)快速通信，并且能夠進(jìn)行安全的高頻更新，具有非常高的可靠性，這樣在車輛行駛條件下即使碰到雷雨天氣，也不會(huì)受到重大影響。在這些天氣時(shí)，其安全等級(jí)也會(huì)非常高。雖然DSRC技術(shù)有著很多的優(yōu)點(diǎn)，但也存在許多的局限性。比如DSRC技術(shù)采用載波監(jiān)聽多路訪問(wèn)協(xié)議（CSMA-CA）。該協(xié)議會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)包譯碼失敗的情況。還有就是該技術(shù)使用了正交頻分復(fù)用技術(shù)限制了最大傳輸速率以及傳輸范圍。專用短程通信技術(shù)(DedicatedShortRangeCommunication，DSRC)是ITS中重要的通信協(xié)議之一，支持車輛對(duì)車輛（V2V）和車輛對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）的通信。該標(biāo)準(zhǔn)于2009年由美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（USFederalCommunicationCommission，F(xiàn)CC）制定，工作頻率在5.9GHz，總帶寬為75MHz（從5.850GHz到5.925GHz），劃分成7個(gè)相同帶寬的信道，每個(gè)信道的帶寬為10MHz。根據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型將信道劃分成服務(wù)信道（ServerChannel，SCH）和控制信道（ControlChannel，CCH）。高優(yōu)先級(jí)消息（周期消息和緊急消息）和控制信息主要在CCH上傳輸，而不同服務(wù)數(shù)據(jù)的消息則主要在SCH傳輸。2．IEEE802.11p

與2010年7月被IEEE國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織發(fā)布，主要運(yùn)用在車載自組織網(wǎng)絡(luò)中，是DSRC技術(shù)的擴(kuò)展。該標(biāo)準(zhǔn)是基于IEEE802.11的改進(jìn)，通過(guò)使用增強(qiáng)的分布式通道訪問(wèn)(EDCA)功能來(lái)提高QoS，EDCA對(duì)不同的消息通過(guò)設(shè)置優(yōu)先級(jí)，允許優(yōu)先級(jí)較高的安全消息（4個(gè)類別）擁有更高的機(jī)會(huì)進(jìn)行傳輸，增加了實(shí)時(shí)消息成功傳輸?shù)目赡苄?。IEEE802.11p將信道訪問(wèn)時(shí)間平均分為100ms的周期性區(qū)間，每個(gè)同步區(qū)間又分為50ms的控制信道區(qū)間（CCHI）和50ms的服務(wù)信道區(qū)間（SCHI）,如圖2.32.17所示。在CCHI期間，所有車輛都將調(diào)至CCH已發(fā)送或接收高優(yōu)先級(jí)的安全消息或者發(fā)布將在特定的服務(wù)信道上提供的服務(wù)。該標(biāo)準(zhǔn)還在每個(gè)區(qū)間間隔的開始出定義了一個(gè)4微秒的保護(hù)間隔用來(lái)信道的切換。車輛之間的同步是通過(guò)安裝在每輛車上的GPS實(shí)現(xiàn)的。3．C-V2X

C-V2X解決方案用以解決DSRC技術(shù)存在的一些問(wèn)題，是一項(xiàng)能夠提高長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)的新技術(shù)。與DSRC技術(shù)相比，C-V2X技術(shù)可以提供穩(wěn)健的基礎(chǔ)設(shè)施與通信。能夠增強(qiáng)通信的安全性與保密性。C-V2X技術(shù)初始標(biāo)準(zhǔn)主要側(cè)重于V2V也就是車與車之間的信息互通，到后期才發(fā)展了V2X中的其他應(yīng)用場(chǎng)景。并且C-V2X引進(jìn)了新的D2D通信端口用于實(shí)現(xiàn)近鄰的通信服務(wù)。為滿足高級(jí)自動(dòng)駕駛應(yīng)用需求，C-V2X正在從LTE-V2X演進(jìn)到NR-V2X。2.4.4車載自組織網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)1．簡(jiǎn)介車載自組織網(wǎng)絡(luò)是一種自組織無(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò)，由車輛節(jié)點(diǎn)和路邊單元路側(cè)單元（RoadsideUnit,RSU）等元素組成。車輛通過(guò)裝備的車載通信單元與其他車輛或者路邊單元進(jìn)行短距離無(wú)線通信。通常，車輛之間的通信方式被稱作車輛對(duì)車輛(VehicletoVehicle，V2V)通信，而車輛與路邊基礎(chǔ)設(shè)施的通信方式被稱作車輛對(duì)路邊單元(VehicletoInfrastructure，V2I)通信。通過(guò)這兩種方式的通信，車輛之間可以感知共享其鄰居車輛的信息，包括安全信息（如道路上的事故預(yù)警信息）和其他狀態(tài)信息（如娛樂(lè)信息和媒體信息等）。2．V2X架構(gòu)基于車路協(xié)同的V2X網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)總體可分為三個(gè)層面：感知層、決策層和執(zhí)行層。感知層主要涉及環(huán)境感知技術(shù)和車輛定位技術(shù)，獲取車輛所處位置及周圍交通狀態(tài)；決策層主要涉及環(huán)境變化預(yù)測(cè)技術(shù)及駕駛決策技術(shù)，即對(duì)周圍人、車的運(yùn)動(dòng)軌跡做出預(yù)測(cè)，并相應(yīng)的生成優(yōu)化的駕駛決策；執(zhí)行層主要是通過(guò)機(jī)械控制執(zhí)行駕駛決策。如圖2-18所示，在V2X網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，包括了云端、邊緣側(cè)和車端，每個(gè)部分都參與智慧交通的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括數(shù)據(jù)感知、分析仿真以及決策控制。其中云端的實(shí)時(shí)性最低，邊緣側(cè)居中，車端實(shí)時(shí)性最高。因此，對(duì)實(shí)時(shí)性要求最低的感知、分析和決策都放在云端，如道路數(shù)據(jù)、路線指標(biāo)和規(guī)劃等。在邊緣側(cè)中進(jìn)行準(zhǔn)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)融合和下發(fā)，使無(wú)人駕駛車輛獲得突破視覺(jué)死角或跨越遮擋物的信息獲取能力。在車端進(jìn)行車輛實(shí)時(shí)控制的相關(guān)感知、策略和控制，分析計(jì)算則由云邊融合（邊緣計(jì)算和云計(jì)算融合）控制平臺(tái)完成。車聯(lián)網(wǎng)根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景上報(bào)車輛信息和交通信息到云邊融合控制平臺(tái)。云邊融合控制平臺(tái)可以跨攝像頭進(jìn)行交通要素軌跡跟蹤，并作為系統(tǒng)的核心控制單元，跨域下發(fā)聯(lián)動(dòng)決策優(yōu)化交通流運(yùn)行狀態(tài)。3．C-V2X整體架構(gòu)

C-V2X總體架構(gòu)主要涉及到云端、路側(cè)端和車載端三個(gè)組成模塊，其中云端可以連接第三方業(yè)務(wù)應(yīng)用的信息中心，為路側(cè)端和車載端發(fā)送全局的業(yè)務(wù)控制、業(yè)務(wù)共享信息，并存儲(chǔ)全局設(shè)施、環(huán)境、用戶、業(yè)務(wù)信息；路側(cè)端與路側(cè)信號(hào)控制器或者邊緣服務(wù)器相連，收集駕駛、交通環(huán)境狀態(tài)信息，進(jìn)行路側(cè)決策并發(fā)送路側(cè)業(yè)務(wù)控制到車載端；車載端收集路側(cè)控制信息、全局信息、周邊環(huán)境信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)感知及實(shí)時(shí)決2.4.5車際網(wǎng)的功能組成

V2X（Vehicle-To-Everything）大致可以分為四個(gè)功能塊，分別是V2P（Vehicle-To-Pedestrian，車聯(lián)行人）、V2V（VehicleTo-Vehicle，車輛互聯(lián)）、V2I（Vehicle-To-Infrastructure，車聯(lián)路邊基礎(chǔ)設(shè)施如RSU（RoadSideUnit）等）和V2N（VehicleTo-Network，車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)）。1．V2P（Vehicle-To-Pedestrian，車聯(lián)行人）通常定義為車輛通過(guò)攝像機(jī)和各種傳感器及行人所使用的聯(lián)網(wǎng)終端等實(shí)現(xiàn)人與車輛的互聯(lián)。2．V2V（Vehicle-To-Vehicle，車輛互聯(lián)）通常定義為車輛和車輛之間通過(guò)組網(wǎng)和無(wú)線通信以達(dá)到車輛之間的互相信息交流，甚至可以實(shí)現(xiàn)在無(wú)基站狀態(tài)下車輛互相通信，感知到對(duì)方狀態(tài)。是指車輛與車輛之間基于無(wú)線的數(shù)據(jù)傳輸，這種模式組網(wǎng)方式靈活，車輛之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C(jī)會(huì)是相同的，是處于一種對(duì)等方式的數(shù)據(jù)傳輸。通過(guò)這種方式，車輛能夠感知其他鄰居車輛的實(shí)時(shí)位置、行駛方向。2．V2V（Vehicle-To-Vehicle，車輛互聯(lián)）通常定義為車輛和車輛之間通過(guò)組網(wǎng)和無(wú)線通信以達(dá)到車輛之間的互相信息交流，甚至可以實(shí)現(xiàn)在無(wú)基站狀態(tài)下車輛互相通信，感知到對(duì)方狀態(tài)。是指車輛與車輛之間基于無(wú)線的數(shù)據(jù)傳輸，這種模式組網(wǎng)方式靈活，車輛之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C(jī)會(huì)是相同的，是處于一種對(duì)等方式的數(shù)據(jù)傳輸。通過(guò)這種方式，車輛能夠感知其他鄰居車輛的實(shí)時(shí)位置、行駛方向。3．V2I（Vehicle-To-Infrastructure）V2I通信模式是指車輛與具有通信單元的固定基礎(chǔ)設(shè)施之間的通信。在這種模式下，因基礎(chǔ)設(shè)施具有一定的存儲(chǔ)和計(jì)算能力，主要充當(dāng)控制器負(fù)責(zé)調(diào)度其通信范圍