淺談汽車車載網(wǎng)絡的應用論文
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淺談汽車車載網(wǎng)絡的應用論文 篇1
摘要：車載是汽車技術的必然趨勢，本文就車載網(wǎng)絡形成的必要性及其進行了系統(tǒng)地，以便更好地理解新一代汽車電子控制系統(tǒng)。
關鍵詞：車載網(wǎng)絡車身系統(tǒng)動力傳動系統(tǒng)安全系統(tǒng)信息系統(tǒng)
一、引言
隨著汽車日新月異的發(fā)展，現(xiàn)代汽車上使用了大量的電子控制裝置，許多中高檔轎車上采用了十幾個甚至二十幾個電控單元，而每一個電控單元都需要與相關的多個傳感器和執(zhí)行器發(fā)生通訊，并且各控制單元間也需要進行信息交換，如果每項信息都通過各自獨立的數(shù)據(jù)線進行傳輸，這樣會導致電控單元針腳數(shù)增加，整個電控系統(tǒng)的線束和插接件也會增加，故障率也會增加等諸多。
為了簡化線路，提高各電控單元之間的通信速度，降低故障頻率，一種新型的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡CAN數(shù)據(jù)總線應運而生。CAN總線具有實時性強、傳輸距離較遠、抗電磁干擾能力強;在自動化電子領域的汽車發(fā)動機控制部件、傳感器、抗滑系統(tǒng)等應用中，CAN的位速率可高達1Mbps。同時，它可以廉價地用于運載工具電氣系統(tǒng)中。
二、CAN總線簡介
CAN，全稱為“ControllerAreaNetwork”，即控制器局域網(wǎng)，是由ISO定義的串行通訊總線，主要用來實現(xiàn)車載各電控單元之間的信息交換，形成車載網(wǎng)絡系統(tǒng)，CAN數(shù)據(jù)總線又稱為CAN—BUS總線。它具有信息共享，減少了導線數(shù)量，大大減輕配線束的重量，控制單元和控制單元插腳最小化，提高可靠性和可維修性等優(yōu)點。
CAN被設計作為汽車環(huán)境中的微控制器通信，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡。其工作采用單片機作為直接控制單元，用于對傳感器和執(zhí)行部件的直接控制。每個單片機都是控制網(wǎng)絡上的一個節(jié)點，一輛汽車不管有多少塊電控單元，不管信息容量有多大，每塊電控單元都只需引出兩條導線共同接在節(jié)點上，這兩條導線就稱作數(shù)據(jù)總線（Bus）。CAN數(shù)據(jù)總線中數(shù)據(jù)傳遞就像一個電話會議，一個電話用戶就相當于控制單元，它將數(shù)據(jù)“講入”網(wǎng)絡中，其他用戶通過網(wǎng)絡“接聽”數(shù)據(jù)，對這組數(shù)據(jù)感興趣的用戶就會利用數(shù)據(jù)，不感興趣的用戶可以忽略該數(shù)據(jù)。
一個由CAN總線構成的單一網(wǎng)絡中，上可以掛接無數(shù)個節(jié)點，但實際應用中，所掛接的節(jié)點數(shù)目會受到網(wǎng)絡硬件的電氣特性或延遲時間的限制。使用機網(wǎng)絡進行通信的前提是，各電控單元必須使用和解讀相同的“電子語言”，這種語言稱“協(xié)議”。汽車電腦網(wǎng)絡常見的傳輸協(xié)議有多種，為了并實現(xiàn)與眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換，就必須制定標準的通信協(xié)議。隨著CAN在各種領域的應用和推廣，1991年9月PhilipsSemiconductors制定并發(fā)布了CAN技術規(guī)范（Version2.0）。該技術包括A和B兩部分。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種格式。1993年11月ISO頒布了道路交通運輸工具—數(shù)據(jù)信息交換—高速通信局域網(wǎng)國際標準ISO11898，為控制局域網(wǎng)的標準化和規(guī)范化鋪平了道路。美國的汽車工程學會SAE2000年提出的J1939，成為貨車和客車中控制器局域網(wǎng)的通用標準。
三、CAN-BUS數(shù)據(jù)總線的組成與結構
CAN-BUS系統(tǒng)主要包括以下部件：CAN控制器、CAN收發(fā)器、CAN-BUS數(shù)據(jù)傳輸線和CAN-BUS終端電阻。：
1．CAN控制器，CAN收發(fā)器
CAN-BUS上的每個控制單元中均設有一個CAN控制器和一個CAN收發(fā)器。CAN控制器主要用來接收微處理器傳來的信息，對這些信息進行處理并傳給CAN收發(fā)器，同時CAN控制器也接收來自CAN收發(fā)器傳來的數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進行處理，并傳給控制單元的微處理器。
CAN收發(fā)器用來接收CAN控制器送來的數(shù)據(jù)，并將其發(fā)送到CAN數(shù)據(jù)傳輸總線上，同時CAN收發(fā)器也接收CAN數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)，并將其傳給CAN控制器。
2．數(shù)據(jù)總線終端電阻
CAN-BUS數(shù)據(jù)總線兩端通過終端電阻連接，終端電阻可以防止數(shù)據(jù)在到達線路終端后象回聲一樣返回，并因此而干擾原始數(shù)據(jù)，從而保證了數(shù)據(jù)的正確傳送，終端電阻裝在控制單元內(nèi)。
3．數(shù)據(jù)傳輸總線
數(shù)據(jù)傳輸總線大部分車型用的是兩條雙向數(shù)據(jù)線，分為高位﹝CAN-H﹞和低位﹝CAN-L﹞數(shù)據(jù)線。為了防止外界電磁波干擾和向外輻射，兩條數(shù)據(jù)線纏繞在一起，要求至少每2.5cm就要扭絞一次，兩條線上的電位是相反的，電壓的和總等于常值。
四、車載網(wǎng)絡的應用分類
車載網(wǎng)絡按照應用加以劃分，大致可以分為4個系統(tǒng)：車身系統(tǒng)、動力傳動系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、信息系統(tǒng)。
1．動力傳動系統(tǒng)
在動力傳動系統(tǒng)內(nèi)，動力傳動系統(tǒng)模塊的位置比較集中，可固定在一處，利用網(wǎng)絡將發(fā)動機艙內(nèi)設置的模塊連接起來。在將汽車的主要因素—跑、停止與拐彎這些功能用網(wǎng)絡連接起來時，就需要高速網(wǎng)絡。
動力CAN數(shù)據(jù)總線一般連接3塊電腦，它們是發(fā)動機、ABS/EDL及自動變速器電腦（動力CAN數(shù)據(jù)總線實際可以連接安全氣囊、四輪驅(qū)動與組合儀表等電腦）�？偩�可以同時傳遞10組數(shù)據(jù)，發(fā)動機電腦5組、ABS/EDL電腦3組和自動變速器電腦2組。數(shù)據(jù)總線以500Kbit/s速率傳遞數(shù)據(jù)，每一數(shù)據(jù)組傳遞大約需要0.25ms，每一電控單元7~20ms發(fā)送一次數(shù)據(jù)。優(yōu)先權順序為ABS/EDL電控單元→發(fā)動機電控單元→自動變速器電控單元。
在動力傳動系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳遞應盡可能快速，以便及時利用數(shù)據(jù)，所以需要一個高性能的發(fā)送器，高速發(fā)送器會加快點火系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳遞，這樣使接收到的數(shù)據(jù)立即到下一個點火脈沖中去。CAN數(shù)據(jù)總線連接點通常置于控制單元外部的線束中，在特殊情況下，連接點也可能設在發(fā)動機電控單元內(nèi)部。
2．車身系統(tǒng)
與動力傳動系統(tǒng)相比，汽車上的各處都配置有車身系統(tǒng)的部件。因此，線束變長，容易受到干擾的。為了防干擾應盡量降低通信速度。在車身系統(tǒng)中，因為人機接口的模塊、節(jié)點的數(shù)量增加，通信速度控制將不是，但成本相對增加，對此，人們正在摸索更廉價的解決方案，常常采用直連總線及輔助總線。
舒適CAN數(shù)據(jù)總線連接一般連接七個控制單元，包括中央控制單元、車前車后各一個受控單元及四個車門的控制單元。舒適CAN數(shù)據(jù)傳遞有七大功能：中控門鎖、電動窗、照明開關、空調(diào)、組合儀表、后視境加熱及自診斷功能�？刂茊卧母鳁l傳輸線以星狀形式匯聚一點。這樣做的好處是：如果一個控制單元發(fā)生故障，其他控制單元仍可發(fā)送各自的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)使經(jīng)過車門的導線數(shù)量減少，線路變得簡單。如果線路中某處出現(xiàn)對地短路，對正極短路或線路間短路，CAN系統(tǒng)會立即轉(zhuǎn)為應急模式運行或轉(zhuǎn)為單線模式運行。
數(shù)據(jù)總線以62.5Kbit/s速率傳遞數(shù)據(jù)，每一組數(shù)據(jù)傳遞大約需要1ms，每個電控單元20ms發(fā)送一次數(shù)據(jù)。優(yōu)先權順序為：中央控制單元→駕駛員側(cè)車門控制單元→前排乘客側(cè)車門控制單元→左后車門控制單元→右后車門控制單元。由于舒適系統(tǒng)中的.數(shù)據(jù)可以用較低的速率傳遞，所以發(fā)送器性能比動力傳動系統(tǒng)發(fā)送器的性能低。
整個汽車車身系統(tǒng)電路主要有三大塊：主控單元電路、受控單元電路、門控單元電路。
主控單元按收開關信號之后，先進行處理，然后通過CAN總線把控制指令發(fā)送給各受控端，各受控端響應后作出相應的動作。車前、車后控制端只接收主控端的指令，按主控端的要求執(zhí)行，并把執(zhí)行的結果反饋給主控端。門控單元不但通過CAN總接收主控端的指令，還接收車門上的開關信號輸入。根據(jù)指令和開關信號，門控單元會做出相應動作，然后把執(zhí)行結果發(fā)往主控單元。
�。�1）安全系統(tǒng)
這是指根據(jù)多個傳感器的信息使安全氣囊啟動的系統(tǒng)，由于安全系統(tǒng)涉及到人的生命安全，加之在汽車中氣囊數(shù)目很多，碰撞傳感器多等原因，要求安全系統(tǒng)必須具備通信速度快、通信可靠性高等特點。
（2）信息系統(tǒng)
信息系統(tǒng)在車上的應用很廣泛，例如車載電話、音響等系統(tǒng)的應用。對信息系統(tǒng)通信總線的要求是：容量大、通信速度非常高。通信媒體一般采用光纖或銅線，因為此兩種介質(zhì)傳輸?shù)乃俣确浅？�，能滿足信息系統(tǒng)的高速化需求。
五、CAN總線技術在汽車中應用的關鍵技術
利用CAN總線構建一個車內(nèi)，需要解決的關鍵技術問題有：
（1）總線傳輸信息的速率、容量、優(yōu)先等級、節(jié)點容量等技術問題
�。�2）高電磁干擾環(huán)境下的可靠數(shù)據(jù)傳輸
（3）確定最大傳輸時的延時大小
�。�4）網(wǎng)絡的容錯技術
�。�5）網(wǎng)絡的監(jiān)控和故障診斷功能
�。�6）實時控制網(wǎng)絡的時間特性
�。�7）安裝與維護中的布線
�。�8）網(wǎng)絡節(jié)點的增加與軟硬件更新(可擴展性)
六、結束語
CAN總線作為一種可靠的汽車機網(wǎng)絡總線，現(xiàn)已開始在先進的汽車上得到應用，從而使得各汽車計算機控制單元能夠通過CAN總線共享所有的信息和資源，以達到簡化布線、減少傳感器數(shù)量、避免控制功能重復、提高系統(tǒng)可靠性和可維護性、降低成本、更好地匹配和協(xié)調(diào)各個控制系統(tǒng)之目的，隨著汽車技術的，具有高度靈活性、簡單的擴展性、優(yōu)良的抗干擾性和糾錯能力的CAN總線通信協(xié)議必將在汽車電控系統(tǒng)中得到更廣泛的應用。
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淺談汽車車載網(wǎng)絡的應用論文 篇2
1、MOST網(wǎng)絡發(fā)展歷史
1MOST網(wǎng)絡技術是一個由MOST合作組織制定的以通信協(xié)議為基礎的汽車多媒體信息傳輸網(wǎng)絡技術，其采用光纖線或雙絞線作為物理傳輸介質(zhì)，實現(xiàn)車內(nèi)多媒體設備的互聯(lián)互通。1996年，梅賽德斯以其D2B系統(tǒng)為基礎，并與寶馬和SMSC合作，開始對MOST進行討論，并且決定和其他汽車生產(chǎn)商共同進行開發(fā)。1998年，寶馬、奔馳、別克和SMSC以德國民法合伙人的方式成立了MOST合作組織，之后奧迪很快也加入了該組織。MOST合作組織成立后便致力于協(xié)議的快速標準化工作，并迅速地將實際系統(tǒng)搭載于汽車上。圖1是2000年ITS世界代表大會上，MOST組織展覽廳內(nèi)奧迪、寶馬、梅塞德斯和大眾的相關車型［5］，而現(xiàn)在已經(jīng)有140種車型應用了MOST網(wǎng)絡技術。MOST組織已經(jīng)發(fā)布了三代MOST網(wǎng)絡技術規(guī)范，分別為MOST25、MOST50和MOST150，而下一代網(wǎng)絡帶寬能夠達到1～5Gbps的網(wǎng)絡規(guī)范也正在研發(fā)當中。雖然每一代MOST網(wǎng)絡規(guī)范都有些不同，但是其基本特點沒有變化，接下來將對其進行詳述。
1．1MOST網(wǎng)絡基本特點
MOST網(wǎng)絡是一個點到點的光纖/電氣閉環(huán)同步網(wǎng)絡，它由一個時間主節(jié)點和若干個時間從節(jié)點構成，在傳輸數(shù)據(jù)信號的同時也傳輸時鐘信號［6，7］。該網(wǎng)絡中最多有64個節(jié)點，節(jié)點之間的最大距離為10米。它相對于傳統(tǒng)的車載信息娛樂系統(tǒng)方案而言具有使用線束更少更輕、網(wǎng)絡抗電磁干擾能力更強、應用的添加和刪除更為方便等優(yōu)點。圖2是MOST網(wǎng)絡與OSI網(wǎng)絡模型的對比圖，圖中功能塊層完成了網(wǎng)絡中設備節(jié)點的應用功能和系統(tǒng)功能。網(wǎng)絡服務應用套接字層與網(wǎng)絡服務基礎層共同組成了網(wǎng)絡服務功能，控制報文的收發(fā)與流數(shù)據(jù)信道的連接和釋放等都由該服務完成。MOST智能網(wǎng)絡接口控制器層主要負責套接字管理、智能器件管理、網(wǎng)絡保護模式設置和硬件應用看門狗定時器設置等。而物理層則由光學物理層和電氣物理層組成，MOST網(wǎng)絡信號可以在光纖線或雙絞線中進行傳輸。在MOST網(wǎng)絡上，幀是數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締卧�，每個幀又分為三個數(shù)據(jù)域，分別用于傳輸控制字節(jié)、流數(shù)據(jù)與異步數(shù)據(jù)。因為數(shù)據(jù)幀定時發(fā)送，其頻率為44．1KHz或48KHz。所以網(wǎng)絡中傳輸?shù)南噜彅?shù)據(jù)幀的相同數(shù)據(jù)域構成了用于傳輸對應信息的連續(xù)信道，即控制信道、流數(shù)據(jù)信道和異步數(shù)據(jù)信道。
1．2MOST網(wǎng)絡研究現(xiàn)狀
從MOST網(wǎng)絡技術產(chǎn)生至今，國內(nèi)外許多科研人員對其進行了深入的研究。文獻［8］首先將MOST網(wǎng)絡技術引入到了國內(nèi)，文中對MOST網(wǎng)絡技術進行了綜述，較詳細地介紹了MOST網(wǎng)絡的功能特點、MOST網(wǎng)絡的基本結構和MOST網(wǎng)絡的設備組成等，并對MOST網(wǎng)絡的發(fā)展和應用進行了討論。文獻［9］設計并實現(xiàn)了MOST網(wǎng)絡的主控制器，為MOST網(wǎng)絡技術在國內(nèi)的發(fā)展提供了理論和實踐的基礎。文獻［10］設計了MOST網(wǎng)絡音頻播放節(jié)點，為原型節(jié)點的開發(fā)做了鋪墊，隨后文獻［11］和文獻［12］實現(xiàn)了音頻流媒體數(shù)據(jù)傳輸和播放功能。文獻［13］實現(xiàn)了基于MOST網(wǎng)絡的DVD節(jié)點，而文獻［14］實現(xiàn)了基于MOST網(wǎng)絡的收音機節(jié)點。文獻［15－17］對基于MOST網(wǎng)絡的車載語音接口進行了研究，實現(xiàn)了通過語音控制MOST網(wǎng)絡。文獻［18－22］以各自的設計思想實現(xiàn)了MOST網(wǎng)絡與CAN網(wǎng)絡的網(wǎng)關，文獻［23］使用靜態(tài)段和控制報文實現(xiàn)了MOST網(wǎng)絡和FlexＲay網(wǎng)絡的網(wǎng)關，這些網(wǎng)關使整車的網(wǎng)絡可以進行完整可信的通信，增強了整車的功能性、舒適性和安全性。文獻［24］對MOST網(wǎng)絡服務進行了改進，使MOST網(wǎng)絡服務可以被事件驅(qū)動，并使用層次狀態(tài)機，MOST網(wǎng)絡程序的開發(fā)變得更加的容易。文獻［25］提出了基于FSM模型的車載MOST網(wǎng)絡管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以增強車載MOST網(wǎng)絡的靈活性、健壯性和容錯性，滿足車載信息娛樂系統(tǒng)對即插即用工作方式的需求。而文獻［26］則提出了MOST網(wǎng)絡連接管理策略，該策略可以有效地提高MOST網(wǎng)絡帶寬利用率。文獻［27－30］在電源管理和能量優(yōu)化方面對MOST網(wǎng)絡進行了深入的研究，使MOST網(wǎng)絡可以集中喚醒進入睡眠狀態(tài)的節(jié)點，并且降低了系統(tǒng)的總功耗。
1．3MOST網(wǎng)絡未來趨勢
MOST網(wǎng)絡技術歷經(jīng)15年的發(fā)展已經(jīng)取得了一定的成果，在未來的前進道路上它將會在以下三方面取得進步。首先，MOST組織在其定期發(fā)布的MOSTInformative里提到MOST網(wǎng)絡會在拓撲結構方面增加星型、菊花鏈型和樹形等拓撲結構，改善環(huán)型網(wǎng)絡拓撲結構如果斷開則整個網(wǎng)絡不可用的缺點。然后，在降低成本方面，MOST150網(wǎng)絡使用的是光纖線進行信號傳輸，在保證傳輸速率150Mbps的前提下可以在物理層增加非屏蔽雙絞線(6類雙絞線)和同軸電纜作為傳輸介質(zhì)，這樣可以拓寬其市場，使更多的車型可以搭載MOST網(wǎng)絡。最后，在兼容以太網(wǎng)絡方面，車載以太網(wǎng)絡技術是MOST網(wǎng)絡技術的強勁競爭對手，雖然MOST150網(wǎng)絡規(guī)范已經(jīng)提出每個設備節(jié)點會有以太網(wǎng)絡MAC地址，并提供以太網(wǎng)絡數(shù)據(jù)信道來傳輸以太網(wǎng)絡幀，但是仍有上層軟件兼容等許多問題需要解決。而據(jù)悉，一汽、比亞迪、長城等車廠都在積極地研究MOST網(wǎng)絡，MOST網(wǎng)絡技術即將迎來在國內(nèi)的大發(fā)展。
2IDB-1394網(wǎng)絡技術I
DB-1394網(wǎng)絡技術是IEEE-1394技術的汽車版本，其傳輸速率可高達400Mbps，它的高帶寬確保了音視頻娛樂應用的高保真?zhèn)鬏�，并且可以更迅速的傳輸�(shù)较胍シ诺慕K端。除此之外，其即插即用的特性，也正符合了消費者對于產(chǎn)品的需求，沒有過多繁雜且不必要的操作。IDB-1394為了滿足信號的高速傳輸需求，并且同時考慮到車上的電磁干擾環(huán)境，所以其采用光纖線作為物理傳輸介質(zhì)，但是為了降低成本，其使用銅導線作為物理傳輸介質(zhì)的技術標準IDB-1394Cu也在實驗當中。IDB-1394還提供數(shù)字傳輸內(nèi)容保護DTCP(DigitalTransmissionCon-tentProtection)技術，其可以有效地保護版權，防止傳輸內(nèi)容的泄露［31］。目前人們對于IDB-1394網(wǎng)絡技術的關注度越來越高，并且期望其在將來的市場上能夠得到更廣泛的應用。雖然它擁有靈活的協(xié)議棧，但是現(xiàn)在只有少數(shù)日系車廠支持IDB-1394網(wǎng)絡技術，并且在許多方面它仍需要提高。
3車載以太網(wǎng)絡技術
在以太網(wǎng)絡發(fā)展的30多年里，它憑借低廉的價格、強大的數(shù)據(jù)傳輸能力和良好的可擴展性等優(yōu)點，成為了應用最為普遍的局域網(wǎng)絡技術［32，33］。隨著工業(yè)以太網(wǎng)絡技術的發(fā)展和應用，人們對于以太網(wǎng)絡逐漸產(chǎn)生了實時性的要求，這樣便產(chǎn)生了實時以太網(wǎng)絡ＲTE(ＲealTimeEthernet)［34］。2011年單對非屏蔽雙絞線通信技術的問世，并且汽車駕駛員輔助、娛樂和通信等各方面應用的涌現(xiàn)，因此以寶馬公司為首，人們?yōu)榱颂岣哕囕d網(wǎng)絡的帶寬和通用性，以實時以太網(wǎng)絡協(xié)議為前提，以單對非屏蔽雙絞線通信技術為基礎，提出了車載以太網(wǎng)絡技術。
3．1實時以太網(wǎng)絡協(xié)議
雖然傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡有眾多優(yōu)點，但是它并不能進行實時數(shù)據(jù)的傳輸，不符合車載網(wǎng)絡的要求。時間觸發(fā)以太網(wǎng)絡TTEth-ernet(TimeTriggeredEthernet)［35，36］是一種基于時間觸發(fā)的實時以太網(wǎng)絡，它結合了決策、容錯和實時性，時間觸發(fā)信息可以在預定的時間內(nèi)傳輸，該網(wǎng)絡適用于剎車線控和轉(zhuǎn)向線控等方面。而以太網(wǎng)絡音視頻橋(EthernetAudio/VideoBridging，EthernetAVB)技術則是更具發(fā)展?jié)摿Φ木W(wǎng)絡音視頻實時傳輸技術，相比于TTEthernt技術更適合用于車載多媒體系統(tǒng)，因為它可以提供精準時間同步、媒體流量整形、接收控制以及非實時設備鑒定，在保障實時數(shù)據(jù)流傳輸?shù)耐瑫r，兼容傳統(tǒng)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳輸。并且它是一項新的IEEE802．1標準，在傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡的基礎上，為實時音視頻流數(shù)據(jù)傳輸提供高可靠、低延遲和低成本的實現(xiàn)方案，彌補了傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡傳輸實時數(shù)據(jù)的缺陷。EthernetAVB協(xié)議棧主要包括5個協(xié)議，分別為精準時間同步協(xié)議PTP(PrecisionTimeProtocol)，流預留協(xié)議SＲP(StreamＲeservationProtocol)，隊列及轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議QFP(QueuingandFor-wardingProtocol)，音視頻橋接傳輸協(xié)議AVBTP(Audio/VideoBridgingTransportProtocol)和實時傳輸協(xié)議ＲTP(Ｒeal-timeTransportProtocol)。EthernetAVB協(xié)議棧PTP:它以IEEEP1588V2為原型，將原來的IP路由協(xié)議應用到只有兩層結構的局域以太網(wǎng)絡中。主要包括兩個方面，一個方面是主時鐘的選擇，另一方面是同步機制，即時間補償和時鐘頻率匹配。PTP通過最佳主時鐘算法來選擇PTP域的一個主時鐘，并以它為根建立一個用于同步的生成樹，每一個時間敏感的設備節(jié)點都要與主時鐘同步。在本地網(wǎng)絡中，同時定義一些潛在主時鐘，當訪問主時鐘失敗時，自動切換到其中一個潛在主時鐘并建立相應的生成樹，以保證網(wǎng)絡時鐘同步。主時鐘確定后，通過時間戳機制來發(fā)送同步信息［37］，并通過傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包傳遞時間戳，當含有時間戳的消息進出需要時鐘同步的端口時，會與本地時鐘進行對比，利用相應的路徑延遲補償算法對本地時鐘進行匹配。匹配后的從節(jié)點再發(fā)送含有時間戳的信息，與下一個從節(jié)點進行時間同步匹配。SＲP:為了保證數(shù)據(jù)傳輸和轉(zhuǎn)發(fā)的服務質(zhì)量，降低時延和抖動，SＲP根據(jù)網(wǎng)絡拓撲的帶寬情況，預先鎖定傳輸路徑，并且預留一部分帶寬，確保音視頻流設備間端到端的帶寬可用性。SＲP使用信號協(xié)議SP(SignalingProtocol)和功能擴展的IEEE802．1多注冊協(xié)議MＲP(MultipleＲegistrationProtocol)交換音視頻流的帶寬描述消息，并對帶寬資源進行預留。
一般情況下，把整個帶寬的75%預留給時間敏感的音視頻流數(shù)據(jù)，剩下的25%用來傳輸傳統(tǒng)的以太網(wǎng)絡數(shù)據(jù)。SＲP包含注冊和預留兩部分，流預留服務中，把流服務的提供者定義為Talker，接受者定義為Listener。Talker對音視頻流所需帶寬資源進行協(xié)商預留，Listener則注冊并接收所需的音視頻流。Talker初始時廣播一個提供聲明，表示自己能夠提供流數(shù)據(jù)并說明其屬性，使接受者知道Talker的存在以及數(shù)據(jù)已經(jīng)準備好發(fā)送了。消息傳播的過程中，會沿途收集信道的服務質(zhì)量信息，而收集到的信息分為兩種。當信道已經(jīng)準備好了，則反饋一個正的提供聲明注冊消息，表示通信路徑已經(jīng)準備好了，可以發(fā)送數(shù)據(jù);當反饋一個負的提供聲明注冊消息時，則不可以發(fā)送。Listener也可以發(fā)送請求聲明，廣播想要接收的信息，消息傳播的過程中，沿途運載資源分配結果信息，該信息也分為正負兩種情況，正的請求聲明表示能夠接收到信息，負的請求聲明表示信道沒有準備好。同樣，Talker和Listener也可以根據(jù)自身情況使用MＲP信號機制，撤銷提供或者請求信息來結束信道鎖定和預留。SＲP內(nèi)部周期性的狀態(tài)機維護著Talker及Listener的注冊信息，能夠動態(tài)地對網(wǎng)絡節(jié)點狀態(tài)進行監(jiān)測并更新其內(nèi)部注冊信息數(shù)據(jù)庫，以適應網(wǎng)絡拓撲的動態(tài)改變。QFP:它是AVB協(xié)議棧中的伴隨協(xié)議，大部分實現(xiàn)在交換機中，負責數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶幚砗娃D(zhuǎn)發(fā)機制，確保傳統(tǒng)的以太網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流量不會干擾到實時音視頻流。QFP主要包括三個部分，流量整形、優(yōu)先級劃分和隊列管理。為了避免時間敏感的音視頻流數(shù)據(jù)和普通數(shù)據(jù)對帶寬的競爭，EthernetAVB交換機擁有若干個輸入輸出隊列，音視頻流數(shù)據(jù)和普通數(shù)據(jù)分別進入不同的隊列，所有的交換機和網(wǎng)橋都使用優(yōu)先級傳輸選擇算法，并且賦予音視頻流數(shù)據(jù)最高的優(yōu)先級。交換機進行隊列轉(zhuǎn)發(fā)時，音視頻流數(shù)據(jù)總是優(yōu)先于傳統(tǒng)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)發(fā)。還有一種基于可信因子的整形算法，用來處理不同的音視頻實時數(shù)據(jù)(A類音視頻流和B類音視頻流)的轉(zhuǎn)發(fā)，只有當可信因子大于或等于0并且信道中沒有沖突的報文時才可以進行傳輸。當該報文進行傳輸時，可信因子會以一個發(fā)送斜率減少，同樣，當一個實時報文在隊列中等待時，可信因子會以一個閑置斜率增加，這樣只要信道一空閑它就會被傳輸。另外，AVBTP主要負責對EthernetAVB實時流數(shù)據(jù)進行打包，同時負責流的建立、控制以及結束。而ＲTP在基于IP的三層應用上利用EthernetAVB的性能，通過橋接及路由在局域網(wǎng)內(nèi)提供時間同步、延遲保障和帶寬預留的服務，以保障實時音視頻流的傳輸。
3．2單對非屏蔽雙絞線
2005年AVnu聯(lián)盟成立，使得EthernetAVB得到市場效益的推動，這主要集中在車載網(wǎng)絡和消費電子領域。但是傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡的物理層并不能達到車載網(wǎng)絡對通信介質(zhì)的要求，因此2011年OPEN聯(lián)盟成立，該聯(lián)盟專門為車載以太網(wǎng)絡提供物理層介質(zhì)，其倡導采用全雙工的單對非屏蔽雙絞線進行通信。為單對非屏蔽雙絞線和傳統(tǒng)屏蔽線纜，相比之下單對非屏蔽雙絞線做出了兩個方面的改進:一方面是減少了線束，使成本比傳統(tǒng)電纜降低80%，重量輕30%，從而有效提高汽車燃油效率［39］;而另一方面則是頻率從200MHz降低到了50MHz，使其無需屏蔽就具有抗電磁干擾的能力。另外，單對非屏蔽雙絞線還可以實現(xiàn)電力傳輸，在文獻［40］中作者應用博通系列芯片驗證了雙絞線實現(xiàn)電力傳輸?shù)那闆r。雖然在理論上單對非屏蔽雙絞線通信技術滿足了車載網(wǎng)絡對于布線的苛刻要求，但目前并沒有關于它應用到具體車型的測試或者驗收報告，車載以太網(wǎng)絡的進一步發(fā)展仍然需要許多技術的不斷完善。
4三種車載多媒體網(wǎng)絡對比
這三種車載多媒體網(wǎng)絡各有其突出優(yōu)點:MOST網(wǎng)絡技術可以傳輸多種數(shù)據(jù)類型，物理層可以使用不同的傳輸介質(zhì)，擁有成熟的技術規(guī)范和大量的支持廠商;IDB-1394網(wǎng)絡技術數(shù)據(jù)傳輸速率最高，在芯片內(nèi)部提供數(shù)字傳輸內(nèi)容保護技術，并且相對其他兩種技術而言所需芯片更少;車載以太網(wǎng)絡技術來源于傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡，具有更廣泛的應用空間，并且其拓撲結構最為靈活。
5結語
本文對現(xiàn)有的主流車載多媒體網(wǎng)絡技術進行了綜述。首先在發(fā)展歷史、基本特點、研究現(xiàn)狀和未來趨勢等四方面對MOST網(wǎng)路技術進行了論述。然后簡單介紹了IDB-1394網(wǎng)絡技術的特點和現(xiàn)狀，接著從實時以太網(wǎng)絡協(xié)議和單對非屏蔽雙絞線兩方面論述了車載以太網(wǎng)絡技術發(fā)展的前提和基礎。最后對三種網(wǎng)絡技術進行了比較。車載多媒體網(wǎng)絡技術正在向著更高帶寬、更小延遲和更加靈活的方向發(fā)展，而三種車載多媒體網(wǎng)絡技術的競爭還將繼續(xù)下去�？梢灶A見，車載多媒體網(wǎng)絡技術的發(fā)展將極大地推動自動駕駛和車載信息系統(tǒng)等領域技術的發(fā)展，從而人們可以享受到更加舒適便捷的車載服務。
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