發(fā)布時(shí)間：2024-03-01 16:17:27
序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的車載網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
【關(guān)鍵詞】OSEK/VDX；間接網(wǎng)絡(luò)管理；控制器局域網(wǎng)
【中圖分類號(hào)】TP【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A
【文章編號(hào)】1007-4309（2012）01-0111-2.5
車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通?；诜植际较到y(tǒng)理論，以避免網(wǎng)絡(luò)中的某些通信連路承受過于集中的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，或網(wǎng)絡(luò)中的某些節(jié)點(diǎn)承擔(dān)過于集中處理任務(wù)。同時(shí)，作為實(shí)時(shí)安全系統(tǒng)，車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性也必須得到有效的保障。為此，OSEK/VDX組織為建立車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制單元開放式結(jié)構(gòu)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，提出了包括操作系統(tǒng)（Operation System，OS）、通信模塊（Communication，COM）、網(wǎng)絡(luò)管理（Network Management，NM）的開發(fā)規(guī)范與其實(shí)現(xiàn)語言（Implementation Language，OIL）。其中，OSEK/VDX NM規(guī)范旨在為車載網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)制的相關(guān)應(yīng)用定義標(biāo)準(zhǔn)化的功能，并通過標(biāo)準(zhǔn)化的接口為相關(guān)網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)制在車載網(wǎng)絡(luò)中所執(zhí)行的各項(xiàng)操作提供可靠的保障。其可通過直接NM與間接NM兩種可選的網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)制為車載ECU間信息交互的安全性提供可靠的保障。直接NM機(jī)制通過專用的網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文實(shí)現(xiàn)對(duì)車載網(wǎng)絡(luò)的直接監(jiān)控，與間接NM相比其所提供的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息更加精確，但其相關(guān)應(yīng)用也會(huì)為車載網(wǎng)絡(luò)帶來更高的負(fù)載。因此，直接NM機(jī)制通常用于對(duì)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或規(guī)模較小的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的監(jiān)控。間接NM機(jī)制通過監(jiān)控車載網(wǎng)絡(luò)中周期性應(yīng)用報(bào)文的傳輸來實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控，監(jiān)控過程無需使用專用的網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文，其所提供的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息不如直接NM精確，但其相關(guān)應(yīng)用為車載網(wǎng)絡(luò)帶來的負(fù)載較低。因此，間接NM通常用于對(duì)電控單元（Electronic Control Unit，ECU）數(shù)量較多的規(guī)模較大的軟實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的監(jiān)控。
一、間接NM機(jī)制
基本概念與體系結(jié)構(gòu)，間接NM機(jī)制通過監(jiān)控周期性應(yīng)用報(bào)文的傳輸來確定網(wǎng)絡(luò)中被監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，其監(jiān)控機(jī)制的實(shí)現(xiàn)無需專用的網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文的參與。由此，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中所有具備周期性應(yīng)用報(bào)文傳輸功能的節(jié)點(diǎn)均可被接收該報(bào)文的其他節(jié)點(diǎn)所監(jiān)控，但若期望將網(wǎng)絡(luò)中僅具有報(bào)文接收功能的節(jié)點(diǎn)也納入間接NM機(jī)制的監(jiān)控范圍，則還需為其加入周期性發(fā)送專用報(bào)文的功能。
間接NM機(jī)制可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)其自身周期性應(yīng)用報(bào)文的發(fā)送監(jiān)控與對(duì)其他節(jié)點(diǎn)周期性應(yīng)用報(bào)文發(fā)送監(jiān)控。因此，“發(fā)送節(jié)點(diǎn)”的狀態(tài)與“接收節(jié)點(diǎn)”的狀態(tài)是間接NM機(jī)制所必須確定的被監(jiān)控節(jié)點(diǎn)所處的狀態(tài)?！鞍l(fā)送節(jié)點(diǎn)”的狀態(tài)用于標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)中存在周期性應(yīng)用報(bào)文發(fā)送請(qǐng)求的節(jié)點(diǎn)，在某一傳輸周期內(nèi)實(shí)際是否具有發(fā)送功能。若周期性應(yīng)用報(bào)文的發(fā)送在節(jié)點(diǎn)的傳輸周期超時(shí)前完成，則該節(jié)點(diǎn)處于非靜默狀態(tài)；若周期性應(yīng)用報(bào)文的接收在節(jié)點(diǎn)的傳輸周期超時(shí)后仍未完成，則該節(jié)點(diǎn)處于靜默狀態(tài)?！敖邮展?jié)點(diǎn)”的狀態(tài)用于標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)中監(jiān)控其他節(jié)點(diǎn)周期性應(yīng)用報(bào)文發(fā)送的節(jié)點(diǎn)，在某一傳輸周期內(nèi)實(shí)際是否接收到了被監(jiān)控節(jié)點(diǎn)周期性的應(yīng)用報(bào)文。若被監(jiān)控節(jié)點(diǎn)周期性應(yīng)用報(bào)文的發(fā)送在其所對(duì)應(yīng)的傳輸周期超時(shí)前完成，則該節(jié)點(diǎn)認(rèn)為被監(jiān)控節(jié)點(diǎn)處于在線狀態(tài)；若被監(jiān)控節(jié)點(diǎn)周期性應(yīng)用報(bào)文的發(fā)送在其所對(duì)應(yīng)的傳輸周期超時(shí)后仍未完成，則該節(jié)點(diǎn)認(rèn)為被監(jiān)控節(jié)點(diǎn)處于離線狀態(tài)。當(dāng)某節(jié)點(diǎn)被用于監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中其他k個(gè)節(jié)點(diǎn)的周期性應(yīng)用報(bào)文的發(fā)送時(shí)，其需要維護(hù)存儲(chǔ)有k個(gè)“接收節(jié)點(diǎn)”狀態(tài)的集合。
節(jié)點(diǎn)自身的靜默狀態(tài)與被監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的離線狀態(tài)又可根據(jù)其所對(duì)應(yīng)的周期性應(yīng)用報(bào)文的發(fā)送活動(dòng)在此后各傳輸周期內(nèi)的不同情況，進(jìn)一步分為擴(kuò)展的“發(fā)送節(jié)點(diǎn)”狀態(tài)與擴(kuò)展的“接收節(jié)點(diǎn)”狀態(tài)。在擴(kuò)展的“發(fā)送節(jié)點(diǎn)”狀態(tài)中，若在其傳輸周期超時(shí)后仍未完成發(fā)送的周期性應(yīng)用報(bào)文最終完成了發(fā)送，則該節(jié)點(diǎn)處于非穩(wěn)定靜默狀態(tài)；若在其傳輸周期超時(shí)后仍未完成發(fā)送的周期性應(yīng)用報(bào)文，在連續(xù)經(jīng)歷了數(shù)個(gè)傳輸周期超時(shí)后仍未完成發(fā)送，則該節(jié)點(diǎn)處于穩(wěn)定靜默狀態(tài)。在擴(kuò)展的“接收節(jié)點(diǎn)”狀態(tài)中，若在其對(duì)應(yīng)的傳輸周期超時(shí)后仍未完成接收的被監(jiān)控節(jié)點(diǎn)所發(fā)送的周期性應(yīng)用報(bào)文最終完成了接收，則該節(jié)點(diǎn)認(rèn)為被監(jiān)控節(jié)點(diǎn)處于穩(wěn)定在線狀態(tài)；若在其所對(duì)應(yīng)的傳輸周期超時(shí)后仍未完成接收的被監(jiān)控節(jié)點(diǎn)所發(fā)送的周期性應(yīng)用報(bào)文，在連續(xù)經(jīng)歷了數(shù)個(gè)其所對(duì)應(yīng)傳輸周期超時(shí)后仍未完成接收，則該節(jié)點(diǎn)認(rèn)為被監(jiān)控節(jié)點(diǎn)處于穩(wěn)定離線狀態(tài)。
目標(biāo)配置反映了網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)在間接NM機(jī)制中應(yīng)處的狀態(tài)，但其不屬于OSEK/VDX NM規(guī)范所定義的范疇。同車輛所處的不同工況相對(duì)應(yīng)的目標(biāo)配置與識(shí)別其所需要的相應(yīng)掩碼可預(yù)先寫入應(yīng)用程序中，并由應(yīng)用程序根據(jù)車輛當(dāng)前的活動(dòng)情況隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。例如，點(diǎn)火開關(guān)的撥動(dòng)位置對(duì)應(yīng)著相應(yīng)節(jié)點(diǎn)在間接NM機(jī)制中所處的狀態(tài)。應(yīng)用程序可通過間接NM機(jī)制所確定的所有被監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，匯總生成并實(shí)時(shí)更新當(dāng)前配置信息；繼而通過使用與目標(biāo)配置所對(duì)應(yīng)的掩碼過濾當(dāng)前的配置信息，從而根據(jù)其與目標(biāo)配置信息的不同之處識(shí)別出網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的故障節(jié)點(diǎn)。此外，同節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)相對(duì)應(yīng)，應(yīng)用程序也可將由間接NM機(jī)制所確定的所有被監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)，匯總生成并實(shí)時(shí)更新當(dāng)前的擴(kuò)展配置信息。
工作原理，如前所述，間接NM機(jī)制可提供配置信息管理與可選的擴(kuò)展配置信息管理服務(wù)，以便與目標(biāo)配置相比從而識(shí)別出當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中出現(xiàn)故障的節(jié)點(diǎn)。其中，擴(kuò)展配置信息所反映的節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)是根據(jù)被監(jiān)控節(jié)點(diǎn)周期性應(yīng)用報(bào)文發(fā)送所出現(xiàn)的傳輸周期超時(shí)數(shù)量來確定的，而傳輸周期超時(shí)數(shù)量的確定則是通過對(duì)相應(yīng)計(jì)數(shù)器的管理來實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)計(jì)數(shù)器根據(jù)被監(jiān)控節(jié)點(diǎn)周期性應(yīng)用報(bào)文的傳輸情況，分別進(jìn)行的數(shù)值遞增與遞減操作，從而為節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)的確定提供依據(jù)。
若從某一傳輸周期開始，被監(jiān)控的節(jié)點(diǎn)的周期性應(yīng)用報(bào)文連續(xù)出現(xiàn)了在傳輸周期超期后仍未完成接收的情況，計(jì)數(shù)器數(shù)值將隨著被監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的周期性應(yīng)用報(bào)文在傳輸周期超期后仍未完成接收的次數(shù)相應(yīng)增加。然而，若從計(jì)數(shù)器的數(shù)值達(dá)到門限值之前的某一傳輸周期開始，被監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的周期性應(yīng)用報(bào)文在傳輸周期超期前完成了接收，計(jì)數(shù)器的數(shù)值將隨著被監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的周期性應(yīng)用報(bào)文在傳輸周期超期前完成接收的次數(shù)相應(yīng)減少。此后，被監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的周期性應(yīng)用報(bào)文再次出現(xiàn)了在傳輸周期超期后仍未完成接收的情況。計(jì)數(shù)器的數(shù)值也再次隨著被監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的周期性應(yīng)用報(bào)文在傳輸周期超期后仍未完成接收的次數(shù)相應(yīng)增加，并最終與門限值相等。在整個(gè)過程中，除了當(dāng)計(jì)數(shù)器的數(shù)值超過門限值期間被監(jiān)控節(jié)點(diǎn)處于穩(wěn)定離線狀態(tài)外，其他時(shí)刻被監(jiān)控節(jié)點(diǎn)均處于穩(wěn)定在線狀態(tài)。相應(yīng)計(jì)數(shù)器的數(shù)值變化與其所對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)與擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)間的關(guān)系如圖1所示：
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圖1
二、車載CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
CAN總線協(xié)議是目前唯一具有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的車載總線協(xié)議，已被廣泛應(yīng)用于車輛傳動(dòng)系統(tǒng)與底盤中的發(fā)動(dòng)機(jī)控制、懸架控制、ABS等實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，以及車身中的安全氣囊、儀表顯示與故障診斷等模塊的控制。在歐洲下線的每一輛轎車幾乎都至少配有一個(gè)由CAN總線通信系統(tǒng)所組成的車載網(wǎng)絡(luò)，而車載應(yīng)用也僅是其遍及工業(yè)控制領(lǐng)域的諸多應(yīng)用中的一種。
CAN總線協(xié)議的特點(diǎn)：作為采用廣播通信形式的多主網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，標(biāo)準(zhǔn)的CAN網(wǎng)絡(luò)中無中心總線主設(shè)（Central Bus Master）。因此，CAN網(wǎng)絡(luò)中與總線相連的每個(gè)節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)傳輸信息。傳輸信息所使用的數(shù)據(jù)幀包括幀起始、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域、CRC域、應(yīng)答域、幀結(jié)尾。
CAN總線協(xié)議的MAC層采用的是載波偵聽多路訪問/沖突檢測(cè)（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，CSMA/CA）機(jī)制。聯(lián)入網(wǎng)絡(luò)的各節(jié)點(diǎn)通過偵聽總線的活動(dòng)以確定是否可以傳輸報(bào)文：當(dāng)總線被已有的數(shù)據(jù)傳輸活動(dòng)所占用時(shí)，存在報(bào)文傳輸請(qǐng)求的節(jié)點(diǎn)將繼續(xù)等待；而當(dāng)確定總線未被數(shù)據(jù)傳輸活動(dòng)所占用時(shí)，存在報(bào)文傳輸請(qǐng)求的節(jié)點(diǎn)則可通過總線進(jìn)行報(bào)文的傳輸。同一時(shí)刻若CAN網(wǎng)絡(luò)中僅有一個(gè)節(jié)點(diǎn)存在報(bào)文的傳輸請(qǐng)求，則該節(jié)點(diǎn)的報(bào)文將直接獲得傳輸；若有在多個(gè)節(jié)點(diǎn)存在均報(bào)文傳輸請(qǐng)求，此時(shí)將發(fā)生沖突。為避免沖突的發(fā)生，CAN總線協(xié)議采用非破壞仲裁機(jī)制。該機(jī)制通過ID（標(biāo)識(shí)符）為報(bào)文分配了不同的優(yōu)先級(jí)，ID越小表示報(bào)文的優(yōu)先級(jí)越高。因此，當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)存在報(bào)文的傳輸請(qǐng)求時(shí)，CAN總線協(xié)議將以比特為單位對(duì)各節(jié)點(diǎn)所傳輸報(bào)文的ID進(jìn)行仲裁，優(yōu)先級(jí)較低的報(bào)文會(huì)主動(dòng)退出傳輸，而具有最高優(yōu)先級(jí)的報(bào)文則可以不受影響地繼續(xù)傳輸。CAN總線協(xié)議通過該機(jī)制有效地節(jié)省了總線沖突仲裁的時(shí)間。
CAN總線協(xié)議采用了較為獨(dú)特尋址機(jī)制，CAN網(wǎng)絡(luò)中所傳輸?shù)膱?bào)文不是通過其ID來表明其源節(jié)點(diǎn)或?qū)ぶ返侥康墓?jié)點(diǎn)的，而是根據(jù)其事先所確定的ID被網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)選擇性地接收。為實(shí)現(xiàn)該機(jī)制，CAN網(wǎng)絡(luò)需要通過對(duì)報(bào)文ID及相應(yīng)節(jié)點(diǎn)過濾寄存器與屏蔽寄存器的匹配設(shè)置，以過濾報(bào)文的方式實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)以及全局廣播幾種不同的通信方式。
車載CAN網(wǎng)絡(luò)的通信特點(diǎn)：純電動(dòng)汽車中的通信系統(tǒng)是高實(shí)時(shí)性的車載CAN網(wǎng)絡(luò)，其所承載的主要消息經(jīng)過分析、優(yōu)化后如表1所示：
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表1
與純電動(dòng)汽車日常操作相關(guān)的幾乎全部消息類型均為周期性消息，其通信需求較為頻繁且實(shí)時(shí)性要求較高；非周期性消息的通信需求均為偶發(fā)，且實(shí)時(shí)性要求較低。因此，可知周期性應(yīng)用報(bào)文的傳輸構(gòu)成了車載CAN網(wǎng)絡(luò)通信的主體。由于純電動(dòng)汽車的有關(guān)研發(fā)仍在進(jìn)行中，因此其車載CAN網(wǎng)絡(luò)中僅包含了實(shí)現(xiàn)車輛基本功能的ECU及其相關(guān)通信。目前已投入量產(chǎn)的各款高檔轎車中，其車載CAN網(wǎng)絡(luò)中ECU數(shù)量普遍已超過了70個(gè)，而各ECU為實(shí)現(xiàn)信息交互所交換的信號(hào)種類也突破了2500余種。
鑒于車載CAN網(wǎng)絡(luò)較大的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、數(shù)量眾多的ECU間頻繁的信息交互，其對(duì)CAN總線所承受網(wǎng)絡(luò)負(fù)載與其信息交互的實(shí)時(shí)性有著極為嚴(yán)格的限制，且周期性應(yīng)用報(bào)文的傳輸構(gòu)成了車載CAN網(wǎng)絡(luò)通信的主體。間接NM機(jī)制對(duì)網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控恰恰是通過監(jiān)控周期性應(yīng)用報(bào)文的傳輸來實(shí)現(xiàn)的，且與OSEK/VDX NM規(guī)范中直接NM機(jī)制通過使用專用的網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控相比，間接NM機(jī)制的應(yīng)用不會(huì)產(chǎn)生較重的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載增量。因此，間接NM機(jī)制的引入能更好地平衡車載網(wǎng)絡(luò)信息交互的實(shí)時(shí)性與安全性之間的關(guān)系。
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關(guān)鍵詞:城市軌道交通;FHSS;車地?zé)o線通信;維護(hù)檢測(cè)
城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)是集行車指揮和列車運(yùn)行控制為一體的非常重要的機(jī)電系統(tǒng)，直接關(guān)系到城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)安全、運(yùn)營(yíng)效率和服務(wù)質(zhì)量。上海軌道交通信號(hào)系統(tǒng)均采用了CBTC(基于通信的列車自動(dòng)控制)技術(shù)，其中一部分的CBTC制式是采用FHSS(跳頻展頻)技術(shù)。對(duì)于采用IEEE802 ．11FHSS技術(shù)的CBTC車地?zé)o線通信系統(tǒng)，目前國(guó)內(nèi)及國(guó)際上均沒有測(cè)試儀表和工具能對(duì)其無線性能進(jìn)行有效檢測(cè)，從而導(dǎo)致在工程建設(shè)中無法便捷地對(duì)采用FHSS技術(shù)的車地?zé)o線通信系統(tǒng)的無線性能進(jìn)行驗(yàn)收測(cè)試，在運(yùn)營(yíng)維護(hù)期間無法便捷地進(jìn)行維護(hù)和故障診斷。因此，針對(duì)FHSS制式的車地?zé)o線通信系統(tǒng)維護(hù)檢測(cè)平臺(tái)的研究是非常必要的。
1FHSS技術(shù)特點(diǎn)
目前上海在建和新建的軌道交通CBTC信號(hào)系統(tǒng)中，部分線路采用了FHSS技術(shù)。FHSS技術(shù)是IEEE802 ．11 初期采用的一種技術(shù)，其工作頻段為2 ．4GHz，共使用79 個(gè)信道，每個(gè)信道帶寬為1MHz。采用FHSS技術(shù)的CBTC信號(hào)系統(tǒng)，在通信過程中其載頻會(huì)不斷地跳變，因此能提高其抗干擾能力。但同時(shí)，由于載頻不斷變化，因此很難對(duì)其無線信號(hào)進(jìn)行跟蹤，從而對(duì)其無線性能質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估缺乏有效的手段。
2 用戶面臨的實(shí)際問題
全國(guó)范圍內(nèi)已經(jīng)有多條地鐵線路的CBTC車地?zé)o線通信系統(tǒng)使用了FHSS技術(shù)。也遇到過由于缺乏FHSS技術(shù)性能質(zhì)量評(píng)價(jià)手段，而難以對(duì)故障進(jìn)行檢測(cè)和診斷的問題。主要表現(xiàn)在:① 雖然出現(xiàn)大量的車地通信數(shù)據(jù)包故障，但是無法找到具體原因和位置，單純依靠檢查軌旁設(shè)備和車載設(shè)備的工作狀態(tài)均未發(fā)現(xiàn)異常;② 在某些疑似故障區(qū)段進(jìn)行定點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間檢測(cè)卻未發(fā)現(xiàn)異常。經(jīng)過前期調(diào)研和技術(shù)分析，在出現(xiàn)CBTC車地?zé)o線通信故障的線路上密集布放AP(無線接入點(diǎn))，且有雙網(wǎng)冗余覆蓋。監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)軌旁AP和車載設(shè)備的工作狀態(tài)均很穩(wěn)定，理論上接收到的無線信號(hào)應(yīng)該也是穩(wěn)定的，這與用戶反映的問題不符。使用頻譜儀對(duì)線路現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量后得到的頻譜圖如圖1 所示。從圖1 中可以看出，對(duì)于FHSS的跳變信號(hào)，普通頻譜儀無法區(qū)分信號(hào)來源，也無法給出具體某個(gè)車地?zé)o線鏈路的連續(xù)場(chǎng)強(qiáng)，很難判斷其信號(hào)的覆蓋質(zhì)量。通過對(duì)FHSS設(shè)備進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，其車載設(shè)備具有監(jiān)控接口，可以使用計(jì)算機(jī)串口與其連接;通過發(fā)送特定命令，可以查詢當(dāng)前設(shè)備所在無線網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)信息，其中就包括了場(chǎng)強(qiáng)信息和漫游狀態(tài)信息。因此，可以利用連續(xù)查詢的方式，采集這些關(guān)鍵參數(shù)，來幫助分析無線網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量。對(duì)首次測(cè)試得到的信息進(jìn)行后期的人工整理和分析，完成了無線場(chǎng)強(qiáng)覆蓋圖，并發(fā)現(xiàn)了問題的根本原因。圖2 為根據(jù)首次測(cè)試采集數(shù)據(jù)完成的某線路無線場(chǎng)強(qiáng)覆蓋圖。經(jīng)過整理的漫游狀態(tài)信息見表1 ?？梢钥闯觯囕d設(shè)備在原關(guān)聯(lián)軌旁AP場(chǎng)強(qiáng)較低時(shí)才向新的軌旁AP發(fā)起漫游，而列車所在區(qū)間的其他軌旁AP的場(chǎng)強(qiáng)遠(yuǎn)高于原AP，這導(dǎo)致的結(jié)果是漫游次數(shù)比較少，但每次漫游前的一段時(shí)間，列車均在與場(chǎng)強(qiáng)較差的AP保持通信。由此判斷導(dǎo)致該問題的原因可能是列車的車載AP設(shè)置的漫游門限值過低，導(dǎo)致漫游太晚。在討論以后，測(cè)試人員調(diào)整了車載AP的漫游門限:Parameters:RoamingDecisionRSSIThreshold=60 85JoiningDecisionRSSIThreshold=76 90 然后進(jìn)行了第二次動(dòng)態(tài)測(cè)試。圖3 為根據(jù)第二次測(cè)試采集數(shù)據(jù)完成的無線場(chǎng)強(qiáng)覆蓋圖。經(jīng)過整理的漫游狀態(tài)信息見表2 ?？梢钥闯觯?jīng)過調(diào)整，車載設(shè)備的漫游次數(shù)增加了;在發(fā)現(xiàn)軌旁AP場(chǎng)強(qiáng)輕微減弱時(shí)，車載設(shè)備就漫游到了無線覆蓋質(zhì)量更好的臨近AP，保證了車地?zé)o線通信始終工作在較強(qiáng)的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境里。借助FHSS車載設(shè)備的監(jiān)控端口，采集到了FHSS制式無線網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵參數(shù)，并依靠這些關(guān)鍵參數(shù)成功解決了用戶的實(shí)際問題。最終確認(rèn)車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)的丟包率從原來的5 ．7%減少到0 ．3%，成功解決了丟包率高的問題。
3FHSS制式車地?zé)o線通信維護(hù)建議
通過以上案例可以認(rèn)為，為了達(dá)到對(duì)FHSS制式車地?zé)o線通信系統(tǒng)的性能質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估和故障診斷的目的，可以設(shè)計(jì)一個(gè)維護(hù)檢測(cè)平臺(tái)用以針對(duì)CBTCFHSS制式車地?zé)o線通信系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估，其主要技術(shù)能力應(yīng)包括無線性能測(cè)試和網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試兩個(gè)部分。
4 維護(hù)檢測(cè)平臺(tái)的設(shè)計(jì)構(gòu)想
無線性能測(cè)試主要是對(duì)FHSS無線信號(hào)質(zhì)量進(jìn)行性能檢測(cè)，這類檢測(cè)的主要內(nèi)容即為RSSI場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試。該測(cè)試不僅包括了車載設(shè)備當(dāng)前所在服務(wù)小區(qū)的場(chǎng)強(qiáng)值，也應(yīng)包括相同時(shí)刻鄰小區(qū)的場(chǎng)強(qiáng)值。同時(shí)，由于列車是在整個(gè)區(qū)間進(jìn)行動(dòng)態(tài)運(yùn)行，必然存在車載設(shè)備在多個(gè)地面AP之間的連續(xù)切換漫游的情況，因此漫游切換成功率、漫游切換時(shí)間等技術(shù)參數(shù)的測(cè)試和評(píng)估也非常重要。網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試主要是對(duì)FHSS制式車地?zé)o線通信系統(tǒng)作為地鐵信號(hào)系統(tǒng)業(yè)務(wù)承載時(shí)工作能力的檢測(cè)評(píng)估，這類檢測(cè)的主要項(xiàng)目應(yīng)包括IP網(wǎng)絡(luò)丟包率、時(shí)延等技術(shù)參數(shù)的測(cè)試和評(píng)估。同時(shí)，如果能考察相同位置和區(qū)域里RSSI場(chǎng)強(qiáng)、漫游和網(wǎng)絡(luò)性能的相應(yīng)關(guān)系，則可以更加有效地確定無線性能質(zhì)量，更加準(zhǔn)確地找出問題，并提出有效的處理意見。最后，維護(hù)檢測(cè)平臺(tái)還應(yīng)具備自動(dòng)的數(shù)據(jù)處理能力，可以快速方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)回放、數(shù)據(jù)分析、報(bào)表生成等功能，較快地幫助用戶將測(cè)試結(jié)果轉(zhuǎn)化為檢測(cè)分析和故障診斷的依據(jù)。維護(hù)檢測(cè)平臺(tái)的設(shè)計(jì)目標(biāo)分解見表3 。維護(hù)檢測(cè)平臺(tái)的主要組成部分應(yīng)包括:1)接口模塊。主要包括測(cè)試配置模塊，其主要作用是對(duì)維護(hù)檢測(cè)平臺(tái)設(shè)備的對(duì)外采集接口進(jìn)行選擇及參數(shù)配置(包括串口和以太網(wǎng)口)。串口的主要工作是與FHSS車載設(shè)備的監(jiān)控端口互聯(lián)，以太網(wǎng)口的主要工作是與CBTC車載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的網(wǎng)口互聯(lián)。2)檢測(cè)模塊。①FHSS無線性能測(cè)試模塊，其主要作用是與FHSS車載設(shè)備進(jìn)行信令交互，以便快速查詢和采集無線性能數(shù)據(jù);② 網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試模塊，其主要作用是與CBTC車載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接，以便與地面服務(wù)器通信，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)性能的同步測(cè)試。3)數(shù)據(jù)處理模塊。① 數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊，其主要作用是將地面AP參數(shù)配置信息、檢測(cè)模塊檢測(cè)到的原始信息導(dǎo)入測(cè)試數(shù)據(jù)分析模塊，并進(jìn)行必要的設(shè)定;② 測(cè)試數(shù)據(jù)分析模塊，其主要作用是對(duì)測(cè)試原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，按照要求繪制曲線，分類統(tǒng)計(jì);③ 結(jié)果導(dǎo)出模塊，其主要作用是將測(cè)試數(shù)據(jù)分析模塊繪制的曲線或統(tǒng)計(jì)的結(jié)論輸出成文件。整個(gè)研究過程應(yīng)該基本按照以上模塊的功能設(shè)計(jì)，完成軟硬件的開發(fā)和整合，然后進(jìn)行各模塊的獨(dú)立測(cè)試和協(xié)同測(cè)試，最終形成維護(hù)檢測(cè)平臺(tái)。
5 結(jié)語
CBTC信號(hào)系統(tǒng)車地?zé)o線通信系統(tǒng)的性能直接影響列車的安全、高效運(yùn)行。本文著眼于對(duì)車地?zé)o線通信系統(tǒng)性能的檢測(cè)，設(shè)計(jì)了一套集采集、測(cè)試、分析、結(jié)果輸出于一體的針對(duì)CBTC的FHSS制式的維護(hù)檢測(cè)平臺(tái)方案，便于對(duì)信號(hào)系統(tǒng)工程建設(shè)質(zhì)量進(jìn)行有效判定，便于后期維護(hù)和故障診斷，以此滿足工程驗(yàn)收及運(yùn)營(yíng)維護(hù)的需要。
參考文獻(xiàn)
【關(guān)鍵詞】汽車CAN網(wǎng)絡(luò)；故障機(jī)理；診斷方案
目前，很多廠商都在自己生產(chǎn)的車輛上使用了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將車上的控制單元連接起來，實(shí)現(xiàn)了很多系統(tǒng)的信息共享，增加了控制功能，減少了線束的數(shù)量，使線束更容易布置。但網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用增加了車輛的維修難度。在與維修企業(yè)的接觸中，許多維修人員對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的診斷還停留在傳統(tǒng)的方式，不能利用故障現(xiàn)象和診斷數(shù)據(jù)綜合分析，快速排除故障。究其原因是因?yàn)椴涣私廛囕d網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)和工作原理，不懂得網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障產(chǎn)生的機(jī)理，更不能使用有效的方法和儀器對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行診斷。本文對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障產(chǎn)生的原因進(jìn)行了說明與總結(jié)，制定了CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基本的診斷方案，并對(duì)每一步驟進(jìn)行了說明。
一、汽車網(wǎng)絡(luò)故障產(chǎn)生機(jī)理分析
在對(duì)大量的實(shí)際接觸到的網(wǎng)絡(luò)故障案例和收集的網(wǎng)絡(luò)故障案例進(jìn)行分析，引起車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障的原因一般有三種：
1、汽車電源系統(tǒng)引起的故障
該故障產(chǎn)生的機(jī)理是，車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心部分是含有通訊IC芯片的電控模塊，其正常工作電壓在10.5～15.0V的范圍內(nèi)，如果汽車電源系統(tǒng)提供的工作電壓低于該值，一些對(duì)工作電壓要求高的電控模塊就會(huì)出現(xiàn)短暫的停止工作，從而使整個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)出現(xiàn)短暫的無法通訊。這種現(xiàn)象就如同用故障檢測(cè)儀在未啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)就已經(jīng)設(shè)定好要檢測(cè)的傳感器界面，但當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，故障檢測(cè)儀往往又回到初始界面。
2、車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的鏈路故障
該故障產(chǎn)生的機(jī)理是，當(dāng)車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的鏈路（或通訊線路）出現(xiàn)故障時(shí)，如通訊線路的短路、斷路以及線路物理性質(zhì)引起的通訊信號(hào)衰減或失真，都會(huì)引起多個(gè)電控單元無法工作或電控系統(tǒng)錯(cuò)誤動(dòng)作。判斷是否為鏈路故障時(shí)，一般采用示波器或汽車專用光纖診斷儀來觀察通訊數(shù)據(jù)信號(hào)是否與標(biāo)準(zhǔn)通訊數(shù)據(jù)信號(hào)相符。對(duì)于這部分故障本文將作重點(diǎn)分析。
3、車載網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)故障
節(jié)點(diǎn)是車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的電控模塊，因此節(jié)點(diǎn)故障就是電控模塊的故障。它包括軟件故障和硬件故障。軟件故障--即傳輸協(xié)議或軟件程序有缺陷或沖突，從而使車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通訊出現(xiàn)混亂或無法工作，這種故障一般成批出現(xiàn)，且無法維修。硬件故障--一般由于通訊芯片或集成電路故障，造成車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無法正常工作。對(duì)于采用低版本信息傳輸協(xié)議和點(diǎn)到點(diǎn)信息傳輸協(xié)議的車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如果有節(jié)點(diǎn)故障，將出現(xiàn)整個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無法工作。在實(shí)際故障中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障一般表現(xiàn)為電控單元內(nèi)部損壞和控制單元編碼錯(cuò)誤。應(yīng)注重這兩方面的檢查。
二、汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障檢測(cè)原理
數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的錯(cuò)誤可能是由于接觸不良、短路、軟件錯(cuò)誤或外部強(qiáng)電場(chǎng)引起的?？刂破鲄^(qū)域網(wǎng)CAN網(wǎng)絡(luò)故障檢測(cè)的原理可以分為錯(cuò)誤識(shí)別、錯(cuò)誤處理兩個(gè)方面。
1、錯(cuò)誤識(shí)別
在網(wǎng)絡(luò)總線上各控制單元之間的信息以高低電位組成的電碼（幀）傳遞，發(fā)送器具有識(shí)別錯(cuò)誤的能力以監(jiān)測(cè)總線信號(hào)為基礎(chǔ)。每個(gè)發(fā)送信息的節(jié)點(diǎn)同時(shí)監(jiān)測(cè)總線電平，此時(shí)會(huì)立即識(shí)別所發(fā)送比特與所接收比特之間的差異。此外接收器還檢查總線信號(hào)的邏輯性。
因此可以識(shí)別五種不同的錯(cuò)誤。
2、錯(cuò)誤處理
某個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)識(shí)別到的每個(gè)錯(cuò)誤都立即通過一條錯(cuò)誤信息（錯(cuò)誤幀）提供給所有其他節(jié)點(diǎn)。因此所有總線設(shè)備不再將此前接收的信息繼續(xù)發(fā)送給應(yīng)用程序微控制器。在此通過自動(dòng)重復(fù)傳輸有錯(cuò)誤的信息來校正錯(cuò)誤。
為了在出現(xiàn)故障時(shí)不會(huì)因發(fā)送錯(cuò)誤標(biāo)志而造成控制單元在總線上的所有數(shù)據(jù)交換失效，控制單元根據(jù)一個(gè)確定的算法逐漸從總線事件中退出。因此，第一級(jí)復(fù)位后觸發(fā)錯(cuò)誤標(biāo)志的節(jié)點(diǎn)只允許發(fā)送由高位啟用（隱性）比特組成的被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志。其結(jié)果是這個(gè)控制單元不會(huì)再阻礙總線上的數(shù)據(jù)交換。但是，在這種狀態(tài)下該控制單元可以繼續(xù)發(fā)送和接收信息。
如果一個(gè)或多個(gè)總線設(shè)備多次干擾系統(tǒng)且發(fā)送錯(cuò)誤或接收錯(cuò)誤的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器達(dá)到規(guī)定限值，就會(huì)將這個(gè)或這些設(shè)備與總線完全斷開。在這種總線關(guān)閉狀態(tài)下，這些控制單元無法發(fā)送或接收信息。
錯(cuò)誤主動(dòng)與錯(cuò)誤被動(dòng)狀態(tài)之間的過渡通過CAN控制器自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。只有通過相應(yīng)的操作，例如軟件或硬件復(fù)位，才能撤消總線關(guān)閉狀態(tài)。
三、汽車網(wǎng)絡(luò)故障診斷方案
汽車網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用增加了車輛故障診斷的難度。針對(duì)目前維修人員還不能有效的進(jìn)行車輛網(wǎng)絡(luò)故障診斷。本文經(jīng)過對(duì)大量的網(wǎng)絡(luò)故障案例進(jìn)行研究，總結(jié)出一套針對(duì)網(wǎng)絡(luò)診斷的基本方案（見圖1）。在診斷網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)可以進(jìn)行參考，并對(duì)其進(jìn)行靈活運(yùn)用。
網(wǎng)絡(luò)故障排除診斷方案
在此方案中的每一步功能都含有若干個(gè)小的測(cè)試步驟，而且要根據(jù)具體的上一步測(cè)試結(jié)果進(jìn)行下一步的診斷。方案的具體步驟在下文中具體進(jìn)行解釋。
1、對(duì)“驗(yàn)證故障現(xiàn)象，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)功能分析”的說明
當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，首先要驗(yàn)證故障現(xiàn)象，驗(yàn)證故障現(xiàn)象的同時(shí)，就要分析故障。采用總線控制的車輛，無論是總線網(wǎng)絡(luò)故障還是掛在總線上的任一控制模塊出現(xiàn)故障，都可能對(duì)其它控制模塊（或部件）產(chǎn)生影響，使其不能正常工作。所以，排除這類故障時(shí)，檢修思路不能僅僅局限在故障部件，還要考慮總線上的其他部件的影響?？梢酝ㄟ^網(wǎng)絡(luò)功能是否實(shí)現(xiàn)，來初步判斷故障范圍。判斷這類故障要基于對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)的了解，熟知在網(wǎng)絡(luò)上傳遞哪些數(shù)據(jù)流。
以某品牌車型為例，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)如圖2所示。動(dòng)力系統(tǒng)、舒適系統(tǒng)與信息娛樂系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)總線接口（網(wǎng)關(guān)）交換數(shù)據(jù)。交換的數(shù)據(jù)有：
（1）發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信息
動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊通過數(shù)據(jù)總線向儀表組件傳送數(shù)據(jù)，再由組合儀表組件驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表指針偏轉(zhuǎn)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)丟失或動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊處于不良狀態(tài)時(shí)，儀表組件將轉(zhuǎn)速表驅(qū)動(dòng)到Or/min。
（2）燃油信息
燃油液面?zhèn)鞲衅鲗⑷加臀恢眯盘?hào)傳遞給動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊，動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊通過數(shù)據(jù)總線給儀表組件傳送燃油液面數(shù)據(jù)，再由組合儀表驅(qū)動(dòng)燃油表指針偏轉(zhuǎn)。當(dāng)燃油數(shù)據(jù)丟失或發(fā)動(dòng)機(jī)電腦處于不良狀態(tài)時(shí)，儀表組件將燃油表驅(qū)動(dòng)到零位置。
（3）冷卻液溫度信息
冷卻液溫度數(shù)據(jù)在動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊內(nèi)計(jì)算，動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊通過數(shù)據(jù)總線向儀表組件傳遞冷卻液溫度數(shù)據(jù)，再由組合儀表驅(qū)動(dòng)溫度表指針偏轉(zhuǎn)。當(dāng)溫度數(shù)據(jù)丟失或發(fā)動(dòng)機(jī)電腦不良狀態(tài)時(shí)，儀表組件將溫度表驅(qū)動(dòng)到低位。
（4）檔位顯示信息
位于變速器外殼上的檔位開關(guān)將變速桿位置信號(hào)送往動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊，動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊再將此信號(hào)處理翻譯后，通過數(shù)據(jù)總線送往儀表板，在儀表板上將有正確的變速桿位置顯示。如果動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊檢測(cè)到無效的檔位組合或總線有故障，儀表中將無相應(yīng)的檔位顯示。
2、對(duì)“診斷儀器查詢故障代碼，根據(jù)不同的故障代碼，分類進(jìn)行診斷”的說明
初步判斷網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是否故障，可以利用診斷儀讀取總線系統(tǒng)故障代碼。由于車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一般均采用節(jié)點(diǎn)監(jiān)控，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都被網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)監(jiān)控，按系統(tǒng)使用的邏輯環(huán)要求，網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的任何節(jié)點(diǎn)都必須能夠?qū)⒏袦y(cè)信息發(fā)送到所有其他節(jié)點(diǎn)，并能從其他節(jié)點(diǎn)接收信息。因此，若某個(gè)節(jié)點(diǎn)（控制單元）出現(xiàn)故障，不能發(fā)送或接收相應(yīng)的感測(cè)信息時(shí)，除控制單元本身能檢測(cè)到總線相關(guān)故障代碼（也有可能不能進(jìn)入該控制單元），系統(tǒng)內(nèi)其他控制單元也會(huì)有指向該控制單元信息傳輸不良的故障代碼。例如大眾車系的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障代碼有“01336—舒適系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線單線通訊”、“0133l一駕駛員側(cè)車門J386控制單元沒有通訊”等故障提示，但故障代碼不能給出具體的CAN總線網(wǎng)絡(luò)鏈路故障，還要采用其他的方式進(jìn)行故障分析，局限性較大。
3、對(duì)“沒有故障代碼，查詢數(shù)據(jù)流 ”的說明
使用診斷儀的讀取數(shù)據(jù)流功能也可以初步判斷故障。可以利用診斷儀進(jìn)入測(cè)量數(shù)據(jù)塊功能讀取總線測(cè)量數(shù)據(jù)。以大眾車系為例中，可以讀取CAN網(wǎng)絡(luò)的通訊狀態(tài)，若CAN通訊狀態(tài)為1，表明在測(cè)的控制單元正在接收指定控制單元的信息。若CAN通訊狀態(tài)為0，表示不能正常接收和傳輸信號(hào)。而每個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)組一般部由4個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)排列組成，每個(gè)區(qū)分別代表了不同的內(nèi)容，若該車型沒有相應(yīng)的控制單元時(shí)，數(shù)據(jù)就不會(huì)顯示。讀取數(shù)據(jù)流的功能可以幫助我們縮小故障范圍。表1所示為某車型舒適網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)流，從表中可以看到乘客車門導(dǎo)線出現(xiàn)問題，測(cè)量值與正常值不符。
4、對(duì)“執(zhí)行元件測(cè)試功能”的說明
利用診斷儀進(jìn)行執(zhí)行元件測(cè)試功能是測(cè)試網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障很直觀的方法。在車載網(wǎng)絡(luò)中，如果控制單元A的執(zhí)行器不工作。通過診斷儀與控制單元A相連，指令控制單元A驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件工作，如果執(zhí)行元件能夠正常工作，說明控制單元A工作正常。這樣的結(jié)果告訴我們重點(diǎn)排查與A通信的控制單元及網(wǎng)線的通斷。
5、對(duì)“波形測(cè)試確定故障”的說明
由于通信線路短路、斷路及線路物理性質(zhì)引起的通信信號(hào)衰減或失真的鏈路故障，是汽車車載CAN總線網(wǎng)絡(luò)類故障中概率較高的一種。常見的CAN總線網(wǎng)絡(luò)鏈路故障有：CAN—H和CAN—L在某點(diǎn)分別對(duì)正、負(fù)極短路：某節(jié)點(diǎn)的CAN—H和CAN—L分別斷路：CAN—H和CAN—L之間在某點(diǎn)短路：CAN—H和CAN—L同時(shí)對(duì)正、負(fù)極短路。通過示波器測(cè)試出總線的波形，可以將測(cè)試出的波形與正常的波形進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的鏈路故障。對(duì)于使用示波器測(cè)試網(wǎng)絡(luò)故障將在在下文重點(diǎn)闡述。特別要說明的是在舒適CAN中，某些鏈路故障可以采用單線運(yùn)行模式，對(duì)外部并不能表現(xiàn)故障現(xiàn)象。
6、對(duì)“使用電阻測(cè)量方法排除故障”的說明
在某些車系上可以通過對(duì)車載網(wǎng)絡(luò)的電阻進(jìn)行測(cè)量發(fā)現(xiàn)具體的故障點(diǎn)。電阻測(cè)量網(wǎng)絡(luò)故障要和其它方法配合使用。有的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)如大眾的某些車型不能測(cè)量舒適和信息娛樂CAN的控制單元內(nèi)阻。
下面舉例說明使用控制單元測(cè)量驅(qū)動(dòng)CAN的電阻。如圖3為某車型驅(qū)動(dòng)CAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，電阻測(cè)量方法如下：
①拆開蓄電池5分鐘。
④控制單元與控制單元之間的數(shù)據(jù)線的測(cè)量
在測(cè)量控制單元之間的數(shù)據(jù)線時(shí)，要將控制單元斷開，測(cè)量導(dǎo)線的通斷，電阻應(yīng)小于1Ω，否則導(dǎo)線之間有斷路的故障或其它鏈路故障。此方法最好配合波形測(cè)試一起進(jìn)行。
現(xiàn)在一些大中城市的公共交通設(shè)施雖然已經(jīng)安裝了WiFi熱點(diǎn)設(shè)備，乘客在點(diǎn)贊的同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)公交無線WiFi的實(shí)際體驗(yàn)過程復(fù)雜繁瑣：比如，雖然搜到了WiFi信號(hào)，卻怎么也連接不上；眼看著旁邊小哥刷網(wǎng)頁刷的飛起，自己卻連廣告頁面都打不開；還有的要想連無線，必須要下載APP，等下完APP，抬頭一看已到站……如此龐雜的上網(wǎng)流程與不甚理想的WiFi網(wǎng)速最終使得用戶對(duì)免費(fèi)公交無線WiFi上網(wǎng)的愿望化為泡影。
華為跟北明軟件有限公司（以下簡(jiǎn)稱北明）迎難而上，雙方共同看好公交、地鐵、鐵路等移動(dòng)WIFI運(yùn)營(yíng)市場(chǎng)前景，投入人力和資金，聯(lián)合開發(fā)了車載WIFI整體解決方案。目前，該合作成果已成功應(yīng)用于華視傳媒集團(tuán)深圳公交車輛系統(tǒng)，在為深圳公交系統(tǒng)打造移動(dòng)娛樂互動(dòng)平臺(tái)的同時(shí)，也為乘客提供可靠、安全、快速的WiFi接入體驗(yàn)。這也是華為敏捷網(wǎng)絡(luò)開放合作的具體實(shí)踐。
車載WiFi需快速響應(yīng)變化
都市白領(lǐng)們每天都需要頻繁換乘公共交通工具上下班，以北京為例，高峰出行日坐地鐵的乘客已高達(dá)1200萬人次，且乘坐的平均時(shí)間長(zhǎng)達(dá)84分鐘以上。在這些碎片化時(shí)間里，他們把流量都貢獻(xiàn)給了3G運(yùn)營(yíng)商，換來的卻是要忍受細(xì)若游絲的3G信號(hào)。根據(jù)艾瑞咨詢調(diào)查顯示，超過90%的智能手機(jī)用戶會(huì)通過WiFi上網(wǎng)，96.8%的平板電腦用戶會(huì)使用WiFi上網(wǎng)。無論從市場(chǎng)規(guī)模來看，還是從用戶習(xí)慣來看，車載WiFi的想象空間巨大。
但令人失望的是，至今似乎還沒有很完整的解決方案的出現(xiàn)。那么，究竟公共交通WiFi，主要面臨哪些難點(diǎn)？對(duì)此，華為交換機(jī)與企業(yè)通信產(chǎn)品線企業(yè)網(wǎng)絡(luò)解決方案總經(jīng)理馬達(dá)表示，如今大家都解決了初期車載WiFi的一些基本功能，如占領(lǐng)入口、定制新聞、推送內(nèi)容等，但現(xiàn)在用戶訴求已經(jīng)有了質(zhì)的提升，大家希望在上面開展更加豐富的業(yè)務(wù)，如游戲以及移動(dòng)支付等，從技術(shù)支撐而言，應(yīng)用程序開發(fā)完之后，如果網(wǎng)絡(luò)頻繁掉線、車輛失聯(lián)，甚至網(wǎng)絡(luò)設(shè)備出現(xiàn)故障，會(huì)給開發(fā)者、廣告商以及用戶造成巨大的損失。
在車載WiFi的環(huán)境里，每個(gè)乘客的喜好和市場(chǎng)當(dāng)前的熱點(diǎn)是頻繁變化的，認(rèn)證方式需求也有很多變化，與此同時(shí)APP的開發(fā)也呈飽和狀態(tài)，以APP的形式作為登錄的入口也需再考量。面對(duì)各種各樣的變化和挑戰(zhàn)，馬達(dá)認(rèn)為如何更快速的響應(yīng)這些變化是當(dāng)前遇到的最核心的問題。
也正是基于這樣的難題，華為與北明建立了深入的合作。眾所周知，華為在敏捷網(wǎng)絡(luò)最大的特點(diǎn)便是開放，網(wǎng)絡(luò)本身又是剛性需求，華為此次將敏捷網(wǎng)絡(luò)定位在做好管道上，試圖拉近與應(yīng)用的距離，適應(yīng)用戶快速多變的需求，為生態(tài)圈里的合作伙伴提供開放的接口，實(shí)現(xiàn)便利、快捷的開發(fā)。北明軟件有限公司高級(jí)副總裁荊永生也表達(dá)了北明在轉(zhuǎn)型期間對(duì)新業(yè)務(wù)、新客戶的困惑，此次車載WiFi便是兩者在行業(yè)應(yīng)用和行業(yè)客戶需求上的一次完美切合。
將互聯(lián)網(wǎng)思維注入平臺(tái)建設(shè)
之前也有眾多戶外媒體公司在城市的移動(dòng)公交媒體網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無線WiFi網(wǎng)絡(luò)的搭建，但大家的思路似乎都局限于僅僅將廣告屏或者數(shù)字屏幕的內(nèi)容轉(zhuǎn)移到手機(jī)上，用戶通常要繁瑣地在手機(jī)登陸彈窗中看廣告，這種形式的廣告極大地挑戰(zhàn)了用戶的耐心，加深了用戶對(duì)于廣告的抵觸情緒。通過這兩年對(duì)市場(chǎng)的深刻理解，華為也意識(shí)到車載WiFi需要改變傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)模和開發(fā)模式，以適應(yīng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代用戶的需求。
北明軟件有限公司高級(jí)架構(gòu)師張凱也表示：“在進(jìn)行基于華視公交WiFi項(xiàng)目中，北明也有了深刻的體會(huì)，公交WiFi應(yīng)該是一個(gè)全連接的用戶體驗(yàn)，用戶從一臺(tái)車到另外一臺(tái)車，這期間網(wǎng)絡(luò)是不能斷的。這也就要求我們要有一種互聯(lián)網(wǎng)的思維。乘客希望未來的網(wǎng)絡(luò)是免費(fèi)的，那么公交車載WiFi網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該就是第一張完全基于免費(fèi)的互聯(lián)網(wǎng)?！?/p>
張凱表示現(xiàn)在的客戶很多是互聯(lián)網(wǎng)的客戶，在設(shè)備層面仍需要運(yùn)營(yíng)商的思路。華為在基于運(yùn)營(yíng)商的解決方案的思路上顯然是比較成熟的，此次AR設(shè)備以及控制器都是由華為提供的。
特別是華為AR511是專為移動(dòng)互聯(lián)場(chǎng)景而設(shè)計(jì)的智能移動(dòng)網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品，能很好地應(yīng)對(duì)車輛顛簸、電磁干擾，一到紅綠燈就熄火等問題，內(nèi)置的防火墻功能，不僅可以防范外部攻擊，還可以對(duì)非法流量進(jìn)行過濾，阻止對(duì)非法網(wǎng)站進(jìn)行訪問，潔凈網(wǎng)絡(luò)訪問環(huán)境。
開放合作共建新商機(jī)
目前，華為敏捷網(wǎng)絡(luò)在控制器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、終端三個(gè)層面都開放了豐富的eSDK 接口。在控制器層提供接入信息、網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)信息、網(wǎng)絡(luò)操作、QoS五類網(wǎng)絡(luò)服務(wù)開放，可以供合作伙伴業(yè)務(wù)直接調(diào)用，并協(xié)助客戶進(jìn)行業(yè)務(wù)創(chuàng)新。而網(wǎng)絡(luò)設(shè)備則通過開放容器/可編程環(huán)境等技術(shù)，開放網(wǎng)絡(luò)、安全、計(jì)算、存儲(chǔ)等資源，讓業(yè)務(wù)運(yùn)行在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)IT和CT深度融合；同時(shí)支持直接向第三方系統(tǒng)開放網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，包括設(shè)備信息、物聯(lián)終端信息、位置等；支持OpenFlow1.3、Netconf、Zigbee等南北向主流協(xié)議，在北向和南向分別與第三方控制器、多種物聯(lián)終端無縫集成。在終端開放方面，業(yè)界首家物聯(lián)終端輕量OS（Liteos）提供智能家居、穿戴式、車機(jī)等基于場(chǎng)景的豐富API，方便物聯(lián)應(yīng)用的開發(fā)；通過開源社區(qū)建立與芯片、智能硬件、開源硬件、組件、應(yīng)用、云端平臺(tái)、業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)等廠家/開發(fā)者的合作；其本身也支持運(yùn)行在x86，ARM，MCU等多種芯片。
隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)商業(yè)模式的創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)全聯(lián)接公交的產(chǎn)業(yè)模式正在受到行業(yè)更多的關(guān)注。與此同時(shí)，提速降費(fèi)的步伐也將越來越快，馬達(dá)認(rèn)為在這樣的大趨勢(shì)下，車載WiFi本質(zhì)上就要解決全免費(fèi)的問題，其次從盈利上來講更多的是要培養(yǎng)這一用戶群體的使用習(xí)慣，在用戶里尋求轉(zhuǎn)換價(jià)值。公共交通+WiFi+媒體帶來的不僅僅是視頻、廣告在移動(dòng)端的大爆發(fā)，還有低頭族的又一次大進(jìn)攻。
【關(guān)鍵詞】LTE 地鐵 車地?zé)o線通信系統(tǒng)
1 概述
近年來我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，城市人口不斷膨脹，公共交通已成為各大城市的主要困擾之一，地鐵作為城市公共交通客運(yùn)系統(tǒng)的重要組成部分，以其大眾化、大載客量以及安全舒適、快捷準(zhǔn)時(shí)的特點(diǎn)成為公眾喜愛的交通工具。
在地鐵專用通信系統(tǒng)中，車地?zé)o線通信系統(tǒng)需要承載的業(yè)務(wù)主要包括CCTV和PIS等系統(tǒng)。其中CCTV系統(tǒng)是視頻監(jiān)控系統(tǒng)。車廂內(nèi)的攝像頭拍攝的實(shí)時(shí)畫面，通過車地?zé)o線通信系統(tǒng)上傳到各個(gè)車站，再通過專用傳輸系統(tǒng)傳送到控制中心，讓控制中心監(jiān)控平臺(tái)可以實(shí)時(shí)呈現(xiàn)車廂內(nèi)的畫面，有利于后臺(tái)服務(wù)人員了解車廂內(nèi)的情況。CCTV的業(yè)務(wù)主要是上行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，該業(yè)務(wù)對(duì)承載通道的帶寬有一定要求，如果帶寬不足，則可能造成畫面卡頓和黑屏現(xiàn)象。
PIS系統(tǒng)是指乘客信息系統(tǒng)，即站廳、站臺(tái)和列車內(nèi)的顯示信息，比如說我們?cè)诘罔F站看到的到站信息、天氣、股票信息和視頻播放節(jié)目等。這些信息都是從地鐵控制中心經(jīng)過編播后下發(fā)到各個(gè)車站和車輛內(nèi)的，然后通過本地的播放模塊進(jìn)行顯示。該系統(tǒng)主要是下行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，對(duì)傳輸通道帶寬也有一定要求，如果帶寬不足，則可能造成信息延遲或者畫面卡頓黑屏等現(xiàn)象。
2 LTE的關(guān)鍵技術(shù)
LTE（Long Term Evolution，長(zhǎng)期演進(jìn)）是由3GPP組織制定的UMTS技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的長(zhǎng)期演進(jìn)，于2004年12月在3GPP多倫多會(huì)議上正式立項(xiàng)并啟動(dòng)。LTE系統(tǒng)引入了OFDM和MIMO等關(guān)鍵技術(shù)，顯著增加了頻譜效率和數(shù)據(jù)傳輸速率（下行峰值速率為100Mbps，上行峰值速率為50Mbps），并支持多種帶寬分配，且支持全球主流2G/3G頻段和一些新增頻段，因而頻譜分配更加靈活，系統(tǒng)容量和覆蓋也顯著提升。
2.1 OFDM
OFDM是LTE系統(tǒng)的核心技術(shù)之一，他的技術(shù)原理是將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流的傳輸分散到多個(gè)正交的子載波上完成他們的傳輸任務(wù)，這種分散的方式能夠降低子載波的符號(hào)速率，從而提高時(shí)延抵抗力，最終減弱符號(hào)間的干擾的功效。LTE系統(tǒng)在工作中一般會(huì)在OFDM符號(hào)前加入相應(yīng)的保護(hù)間隔，保護(hù)間隔的設(shè)置能夠有效的消除LTE系統(tǒng)符號(hào)間干擾。
2.2 MIMO
MIMO技術(shù)運(yùn)用于LTE系統(tǒng)中，主要功能是提高系統(tǒng)傳輸速率，OFDM的子載波衰落較平坦，從這點(diǎn)說它很合適與MIMO技術(shù)結(jié)合，二者結(jié)合能很好的提高LTE系統(tǒng)的性能。MIMO一般采用多天線或者多通道技術(shù)形式，通過合理的數(shù)據(jù)處理與信息的接收完成空間信道的創(chuàng)建與完善，從而提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?。?dāng)功率和帶寬固定時(shí)，多入多出系統(tǒng)的最大容量與其最小天線數(shù)是正相關(guān)的關(guān)系。也就是說MIMO的多入多出系統(tǒng)的容量越大其最小天線數(shù)就越少，通過這些信息數(shù)據(jù)的分析、估計(jì)，能夠整合網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境，有效提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的速度。
3 LTE在車地?zé)o線通信中的應(yīng)用方案
3.1 網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)
控制中心級(jí)子系統(tǒng)布置核心網(wǎng)設(shè)備，負(fù)責(zé)與中心服務(wù)器、視頻服務(wù)器通過以太網(wǎng)交換機(jī)接口，接收視頻信息并將相關(guān)信息通過TD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)搅熊嚿稀?/p>
軌道子系統(tǒng)在車站站臺(tái)布置LTE基站的BBU和RRU設(shè)備，覆蓋站臺(tái)周邊區(qū)域，根據(jù)無線信號(hào)覆蓋的要求在隧道區(qū)間布置RRU設(shè)備延伸無線覆蓋，實(shí)現(xiàn)與車載無線設(shè)備之間的無線數(shù)據(jù)通信。各LTE基站通過光口接入車站傳輸設(shè)備，通過通信傳輸系統(tǒng)提供的通道與控制中心連接。
在每列車的車頭、車尾各設(shè)置1套車載無線設(shè)備（TAU），通過車載交換機(jī)與車載控制器和LCD控制器相連，接收由控制中心提供的實(shí)時(shí)視頻信息和向控制中心發(fā)送實(shí)時(shí)的車廂監(jiān)控信息，如圖1所示。
3.2 系統(tǒng)組網(wǎng)方案
PIS編播中心機(jī)房部署無線核心網(wǎng)和無線網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)管，并通過傳輸網(wǎng)絡(luò)與各車站、停車場(chǎng)的無線基帶單元BBU通信。車輛地面服務(wù)器、PIS視頻服務(wù)器等應(yīng)用服務(wù)器通過編播中心核心交換機(jī)與無線核心網(wǎng)通信，下行方向核心網(wǎng)接收視頻組播流并將組播流通過LTE TDD無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至各列車上，上行方向核心網(wǎng)將接收的CCTV車載監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給車輛地面服務(wù)器。
各個(gè)車站和停車場(chǎng)機(jī)房部署TD-LTE分布式基站的基帶單元BBU。BBU通過光口接入車站、停車場(chǎng)傳輸設(shè)備，通過傳輸網(wǎng)絡(luò)與無線核心網(wǎng)連接。
沿線軌道區(qū)間和停車場(chǎng)部署TD-LTE分布式基站的射頻單元RRU。RRU通過光纖鏈路遠(yuǎn)程與BBU連接，一個(gè)BBU可以管理和連接多個(gè)RRU。軌道沿線區(qū)間覆蓋可以采用與專用無線通信系統(tǒng)TETRA共用漏纜的方案，TETRA基站、TD-LTE RRU通過POI合入沿線部署的泄露電纜，以達(dá)到實(shí)現(xiàn)MIMO功能的目的。停車場(chǎng)因區(qū)域面積大、縱列車線多，采用板狀定向天線方案覆蓋。
在列車頭尾司機(jī)室專用通信機(jī)柜分別部署一套TD-LTE車載無線終端（TAU），每臺(tái)TAU配置兩套的車載天線。TAU通過百兆以太網(wǎng)口接入PIS系統(tǒng)的車載交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)與列車各應(yīng)用系統(tǒng)的通信。
車地?zé)o線通信網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。
3.3 無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃
PIS系統(tǒng)對(duì)于實(shí)時(shí)性以及視頻圖像的播放質(zhì)量要求高，需要一張可靠的車地通信網(wǎng)絡(luò)。為了減少干擾，LTE網(wǎng)絡(luò)選擇專用頻段，同時(shí)利用專有抗干擾技術(shù)降低其他無線信號(hào)的對(duì)車地通信網(wǎng)絡(luò)的影響，進(jìn)而降低對(duì)地鐵業(yè)務(wù)的影響。
3.3.1 無線頻點(diǎn)分析與規(guī)劃
2003年工信部（信部無[2003]408號(hào)，以下簡(jiǎn)稱408號(hào)）規(guī)定1785-1805MHz頻段主要用于本地公眾網(wǎng)無線接入，對(duì)確有需要的本地專用網(wǎng)也可用于無線接入。408號(hào)規(guī)定頻率指配法定主體是省級(jí)的無線電管理單位，“具體頻率指配和無線電臺(tái)站管理工作，由各省、自治區(qū)、直轄市無線電管理機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)”。
工信部無[2008]332號(hào)文件中指出拓展了1.8G頻段的業(yè)務(wù)應(yīng)用范圍，從原來僅可開展語音低速數(shù)據(jù)等窄帶應(yīng)用，擴(kuò)展為可同時(shí)開展無線視頻傳輸?shù)葘拵Ф嗝襟w業(yè)務(wù)。
最近，工信部【2015】65號(hào)文明確提出1.8G頻段可用于城市軌道交通專用通信網(wǎng)。
車載電腦已經(jīng)逐漸成為歐、美、日等市場(chǎng)的汽車首選裝備，它相比我國(guó)流行的GPS+DVD，智能化程度更高。試想一下，您在駕駛汽車的時(shí)候，除了收聽音樂，收看電影之外，還可以通過電腦了解目前愛車的狀況，什么時(shí)候應(yīng)該去4S店保養(yǎng)，了解目的地的天氣狀況、實(shí)時(shí)路況，讓副駕隨時(shí)隨地上網(wǎng)購(gòu)物，旅途博客……這一切，都是通過車載電腦和3G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的全新汽車生活。
車載電腦集IT技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)、智能導(dǎo)航技術(shù)和3G互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等高新技術(shù)于一體，面向汽車行業(yè)，是一個(gè)功能強(qiáng)、體積小、可靠性高的移動(dòng)電腦。車載電腦以嵌入式電腦為硬件基礎(chǔ)，搭配液晶顯示器、觸摸屏、攝像頭、傳感器、GPS、3G網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備組建成硬件系統(tǒng)，結(jié)合特定的操作系統(tǒng)和軟件程序，提供了汽車監(jiān)控、故障診斷、通訊、網(wǎng)絡(luò)和影音娛樂等功能。
車載電腦的發(fā)展
當(dāng)您的愛車裝上車載電腦后，您就擁有了一輛智能化的汽車，并且您能根據(jù)自己的喜好，把愛車變成一個(gè)Hi－Fi試聽室、高清影院、移動(dòng)辦公室、隨時(shí)隨地都可以上網(wǎng)和游戲的休閑吧。甚至，未來車載電腦還能輔助駕駛，駕駛員將地址輸入電腦，汽車就會(huì)按照最佳的行車路線，安全、快速地到達(dá)目的地，人們則通過車載電腦享受各種娛樂設(shè)施。
車載電腦是車載信息娛樂系統(tǒng)進(jìn)化到目前的最高級(jí)產(chǎn)品，它的發(fā)展歷程和傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)一樣，從一種應(yīng)用工具發(fā)展成了整合多種娛樂功能的智能終端。九十年代初，國(guó)外提出了智能交通系統(tǒng)的概念，智能車輛是智能交通系統(tǒng)的重要組成部分。智能交通系統(tǒng)中包含了計(jì)算機(jī)、移動(dòng)通訊、自動(dòng)控制等使車輛更具舒適性、娛樂性、安全性、方便性的多項(xiàng)技術(shù)，而基于電腦平臺(tái)的汽車信息化是實(shí)現(xiàn)智能交通的基礎(chǔ)和必要條件。
1998年，軟件巨頭微軟提出了AutoPC的概念，并致力于開發(fā)和搭建軟件平臺(tái)，其目的是再造一個(gè)PC市場(chǎng)，使人們?cè)谄囍幸材苁褂镁W(wǎng)絡(luò)服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)建立汽車信息網(wǎng)絡(luò)的“車輛互聯(lián)”的構(gòu)思。隨后，在美國(guó)通用，日本豐田等汽車制造業(yè)巨頭的推進(jìn)下，在車上逐漸實(shí)現(xiàn)了多媒體、導(dǎo)航、遠(yuǎn)程服務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)接入等功能。諸如MMI、OnStar、G-Book、CarWings等車載信息娛樂系統(tǒng)不斷由實(shí)驗(yàn)室推向市場(chǎng)，直接服務(wù)于車主。只是，在經(jīng)過十幾年的發(fā)展之后，車載電腦并沒有在前裝車廠中普及，除了價(jià)格因素以外，主要是電腦的功耗和穩(wěn)定性的問題。所以，車載電腦主要活躍于4S店、改裝店等后裝市場(chǎng)。
車載電腦主要有兩大平臺(tái)
目前市場(chǎng)上的車載電腦主要有兩種平臺(tái)，一種是基于ARM架構(gòu)的嵌入式平臺(tái)，操作系統(tǒng)一般采用Windows CE、Linux、Android等嵌入式操作系統(tǒng)。嵌入式平臺(tái)具有較低的功耗，能夠?qū)崿F(xiàn)基本的娛樂、GPS、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等功能，但是硬件擴(kuò)展不方便，軟件支持度不高，性能一般。另一種則是x86架構(gòu)的車載電腦，和我們平時(shí)使用的電腦一樣，可以安裝Windows XP操作系統(tǒng)，擁有更好的軟件支持度，但是功耗較高。
車載應(yīng)用的尖兵――ARM處理器系列
在車載電腦應(yīng)用方面，系統(tǒng)功耗是相當(dāng)值得注意的話題。x86處理器在絕對(duì)性能表現(xiàn)方面相當(dāng)出色，軟件兼容性也很優(yōu)秀。但受限于本身架構(gòu)以及產(chǎn)品等問題，x86處理器在功耗表現(xiàn)上并不出色。真正適用于超低功耗設(shè)備的處理器是ARM架構(gòu)處理器。在手持設(shè)備和平板設(shè)備上，已經(jīng)出現(xiàn)很多使用ARM架構(gòu)的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品在保證超低功耗的情況下，還提供了相當(dāng)不錯(cuò)的性能，甚至一部分以ARM微架構(gòu)的處理器，在擴(kuò)展優(yōu)化并特別增強(qiáng)顯卡性能后，擁有很強(qiáng)的3D處理能力。
ARM架構(gòu)的處理器目前都是32位RISC(精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī))架構(gòu)，由于RISC的一些天生優(yōu)勢(shì)再加上ARM的設(shè)計(jì)目標(biāo)，ARM架構(gòu)的處理器往往擁有特別優(yōu)秀的功耗表現(xiàn)和能耗比。目前的采用ARM架構(gòu)的處理器主要有NVIDIA Tegra系列、ST Cartesio系列、高通Snapdragon系列、NXPVICARO2以及TI的ARM產(chǎn)品。在車載應(yīng)用中，由于傳統(tǒng)的ARM架構(gòu)處理器一般性能較低，在汽車?yán)锩嫱ǔＷ鳛閱我辉O(shè)備的主控芯片，比如車載DVD、GPS導(dǎo)航儀、流媒體播放等，各種產(chǎn)品之間不能互相融合。
如今，奧迪、寶馬已經(jīng)開始在車載電腦中引入NVIDIA的Tegra 2處理器，用于支持車載電腦的3D導(dǎo)航、智能行車、智能控制等多方面的特色應(yīng)用。Tegra 2處理器擁有兩個(gè)1GHz的ARM Cortex A9核心和一個(gè)ARM7處理器，除此之外還有一些功能性設(shè)備，比如2D／3D圖形處理器、視頻編碼處理器、音頻處理器以及一個(gè)影像處理器。特別值得一提的是Tegra2的圖形處理器部分，借助于NVIDIA GPU的強(qiáng)大性能，Tegra 2的圖形效能是目前所有ARM架構(gòu)處理器中最為出色的，能夠輕松執(zhí)行各種3D計(jì)算任務(wù)，甚至進(jìn)行較復(fù)雜的3D游戲計(jì)算。
在CES 2011上，奧迪和寶馬展示了使用Tegra 2處理器的車載智能電腦。Tegra 2車載智能電腦以3D化模式幫助用戶迅速找到所需路線，無論是顯示效果還是速度都相當(dāng)令人滿意。和國(guó)內(nèi)目前的一些導(dǎo)航設(shè)備的“3D”化不同的是，Tegra 2利用強(qiáng)大的GPU處理能力，在畫面效果、圖形質(zhì)量上的表現(xiàn)相當(dāng)出色，用戶看到的是真正有立體效果的、可以縱覽全局的導(dǎo)航。
Tegra芯片進(jìn)駐汽車，除了一并滿足高清視頻播放、TV、車載電話、CD播放等功能外，還可以利用其強(qiáng)大的性能進(jìn)行更多的智能控制，比如利用其強(qiáng)大的3D性能模擬數(shù)字儀表盤，同時(shí)監(jiān)控汽車狀況，包括交通標(biāo)志、盲區(qū)、車道偏離檢測(cè)、駕駛員警示監(jiān)控、輔助停車、夜視裝置等，還有可以結(jié)合目前的軟件比如谷歌“地球”等實(shí)現(xiàn)更人性化的操作。這套車載輔助系統(tǒng)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)3D地圖顯示，還能夠?qū)崟r(shí)計(jì)算路況，根據(jù)前置攝像頭識(shí)別路牌，根據(jù)路牌提出警示，類似我們常用的電子狗功能。
x86處理器Atom獨(dú)占鰲頭
x86處理器方面，在英特爾Atom處理器上市之前并沒有很好的選擇。Atom屬于CISC復(fù)雜指令集處理器，和我們平時(shí)所使用的電腦系統(tǒng)完全兼容，最大的特點(diǎn)就是具有非常低的功耗。目前流行的車載電腦搭配的Atom處理器是Z510PT／Z530PT系列。去年，英特爾正式推出面向車載信息系統(tǒng)、數(shù)字安全監(jiān)控、工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的全新SoC產(chǎn)品AtomE600。這款代號(hào)為“Tunnel Creek”的處理器集成
了Atom處理器內(nèi)核、內(nèi)存控制器、圖形視頻引擎，并首次允許設(shè)備廠商開發(fā)與PCI Express兼容的設(shè)備，使該設(shè)備直接與芯片相連，從而讓嵌入式應(yīng)用更加靈活自如。
Atom E600芯片擁有1.6GHz的高頻率，滿足了汽車信息娛樂處理的速度需要，卻只有5瓦功耗，更適合空間受限的車載應(yīng)用。它包含了一個(gè)45nm制程工藝Atom處理器，具有512KB二級(jí)緩存、24KB數(shù)據(jù)和32KB指令一級(jí)緩存，支持DDR2 800內(nèi)存，整合GMA 600圖形引擎，支持OpenGL ES2.0、OpenGL ES2.1和OpenVG 1.1，以及HD視頻硬件解碼功能，滿足汽車對(duì)高清影音的需要。
Atom E600系列拋棄了以往的FSB或DMI總線，轉(zhuǎn)而使用開放式PCI Express總線接口。它可以與EG20T芯片組或許多來自第三方廠商的芯片通過PCI Express總線配合使用，以滿足各種嵌入式應(yīng)用要求。
英特爾EG20T主控芯片是一個(gè)平臺(tái)控制器中心，就像我們主板上的南橋芯片。它整合了一系列常用I／O模塊。這些模塊包括SATA、USB、SD／SDIO／MMC和千兆以太網(wǎng)MAC，以及普通嵌入式接口，如CAN、IEEE1588、SPI、12C、UART和GPIO。將許多附加的功能全部整合至芯片內(nèi)，其開放互連特性更加容易搭配各種I／O設(shè)備?？梢院推嚨男畔⒔涌谕ㄓ?，檢測(cè)車輛的行車信息，可以和車輛應(yīng)用設(shè)備通訊，擴(kuò)展用戶對(duì)汽車功能的需要。該系統(tǒng)單芯片的彈性讓創(chuàng)造獨(dú)特的個(gè)性設(shè)計(jì)變得更容易，尤其適合支持包括車用信息娛樂系統(tǒng)。對(duì)于需要最少I／O接口的應(yīng)用，開發(fā)人員還可以使用PCI Express總線連接以太網(wǎng)控制器或SATA控制器，而非I／O中心。
為了能夠滿足汽車和嵌入式客戶的要求，英特爾在E600系列中還使用了其“超線程”、“虛擬化(VT)”、“主動(dòng)管理(AMT)”和“安全化”等多項(xiàng)核心技術(shù)。以超線程技術(shù)為例，通過讓處理器并行執(zhí)行兩個(gè)指令線程，能夠?yàn)檐囕d的多任務(wù)應(yīng)用提供更高的性能和更快的系統(tǒng)響應(yīng)。英特爾Atom E600的低功耗、高集成化、易于擴(kuò)展性的特點(diǎn)打破了以前車載電腦設(shè)計(jì)繁雜，功能模塊繁多，功耗過大的缺點(diǎn)，是目前車載電腦的不錯(cuò)選擇。
車載電腦系統(tǒng)很關(guān)鍵
說完硬件，我們回到操作系統(tǒng)和應(yīng)用方面。車載電腦需要收集汽車行駛數(shù)據(jù)、油耗、車況信息，提高了車主對(duì)汽車狀況的了解，規(guī)避了風(fēng)險(xiǎn)。由于汽車應(yīng)用的獨(dú)特性，為汽車開發(fā)專業(yè)的操作系統(tǒng)勢(shì)在必行。
眾所周知，微軟Windows操作系統(tǒng)功能強(qiáng)大，性能穩(wěn)定，兼容性強(qiáng)，以及有無數(shù)的優(yōu)秀的應(yīng)用軟件可供選擇；但另一方面，Windows操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件都是針對(duì)桌面使用以及鼠標(biāo)的操作來進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)的，所以在汽車上要讓使用Windows操作系統(tǒng)，似乎是一件很困難的事情。最近，微軟了基于Windows 7系統(tǒng)的嵌入式車載操作系統(tǒng)Windows Embedded Automotive 7，這款操作系統(tǒng)在使用習(xí)慣上以提升人和車的交互體驗(yàn)為本，界面操作方便快捷，為車主提供更有效的安全服務(wù)和幫助。它也能為車主和乘客提供豐富的應(yīng)用，比如：音樂、導(dǎo)航、電影、信息查詢、通訊錄、語音記事本、移動(dòng)辦公、個(gè)人助理、天氣服務(wù)、團(tuán)購(gòu)、戶外自駕等，豐富汽車娛樂和信息，真正做到人車合一。Windows Embedded Automotive 7可以實(shí)現(xiàn)車主、商家、4S店為一體的車載信息服務(wù)體系。包含4S店車輛信息交互平臺(tái)、廣告推送互動(dòng)平臺(tái)、車載電腦終端應(yīng)用平臺(tái)和后臺(tái)系統(tǒng)平臺(tái)，這些形成真正切實(shí)可行的車載信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。4S店車輛信息交互平臺(tái)主要提供給4S店使用，4S店通過此系統(tǒng)能及時(shí)查看到車主信息及車輛狀態(tài)，管理維修保養(yǎng)記錄，針對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析實(shí)時(shí)的給車主提供針對(duì)性的關(guān)懷服務(wù)，并能對(duì)車輛進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷，處理緊急救援請(qǐng)求。并且通過該平臺(tái)車主可以在車載電腦終端查看到4S店推送的活動(dòng)信息，對(duì)活動(dòng)進(jìn)行反饋，使4S店和車主近距離交流，具有強(qiáng)大的交互性。深圳合正汽車就于2月20日第七屆中國(guó)(廣州)國(guó)際汽車改裝服務(wù)業(yè)展上展示了首款基于WindowsEmbedded Standard嵌入式操作系統(tǒng)的車載信息娛樂系統(tǒng)解決方案。
另外，千萬不要忘記的一點(diǎn)是，目前支持ARM的系統(tǒng)如Android，也已經(jīng)擁有成千上萬的軟件支持，這些軟件如果應(yīng)用在車載電腦上，甚至單獨(dú)為汽車開發(fā)的話，那么將會(huì)發(fā)展為一個(gè)重要的平臺(tái)。上海榮威350汽車原廠搭配了基于Android系統(tǒng)的inkaNet車載終端，搭配3G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了豐富的智能應(yīng)用。除了原廠之外，更多的車載電腦廠商也已經(jīng)關(guān)注Android在汽車上的應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】SCDMA；應(yīng)急通信；通信車
應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)是油田公司通訊系統(tǒng)重要的組成部分。應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)主要以通信車為工作單元，通過車載視音頻監(jiān)控終端、語音調(diào)度終端與指揮中心進(jìn)行通信。新疆油田公司一直希望能夠有自己的應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)，為此通訊公司做了一些準(zhǔn)備工作，已經(jīng)有衛(wèi)星鏈路、油網(wǎng)接入、NGN接入，并專門改裝了一輛通信車，由于缺少通信車上的無線數(shù)字通訊系統(tǒng)，通信車一直未能投入使用。由于數(shù)據(jù)公司已經(jīng)建有完整的SCDMA系統(tǒng)，故本文以信威公司的MICWILL SCDMA無線數(shù)字通訊系統(tǒng)為例，討論SCDMA系統(tǒng)在油田公司應(yīng)急指揮通訊系統(tǒng)應(yīng)用的可行性。
1.SCDMA應(yīng)急指揮通信車概述
SCDMA應(yīng)急指揮通信車在傳統(tǒng)衛(wèi)星/微波指揮通信車的基礎(chǔ)上增加了SCDMA寬帶基站，一方面保留傳統(tǒng)指揮通信車的衛(wèi)星/微波/3G回程功能，同時(shí)通過SCDMA寬帶無線通信技術(shù)以通信車為中心，為周圍的工作人員提供無線本地接入功能。SCDMA無線本地接入網(wǎng)負(fù)責(zé)在視音頻監(jiān)控、筆記本/PDA、手機(jī)等單兵通信終端與通信車之間提供寬帶無線數(shù)據(jù)通道；通信車內(nèi)的業(yè)務(wù)服務(wù)器負(fù)責(zé)收集并處理單兵通信終端回傳的數(shù)據(jù)，與指揮中心業(yè)務(wù)服務(wù)器協(xié)同工作為單兵通信終端提供服務(wù)；通信車通過有線/無線回程網(wǎng)絡(luò)訪問指揮中心的業(yè)務(wù)服務(wù)器，并可將本地處理完畢的數(shù)據(jù)回傳到中心數(shù)據(jù)庫。
圖1 示意圖
圖2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
2.SCDMA應(yīng)急指揮通信車設(shè)計(jì)目標(biāo)
通過衛(wèi)星/3G回程網(wǎng)絡(luò)、SCDMA寬帶無線本地接入網(wǎng)構(gòu)建一個(gè)隨時(shí)在線的寬帶無線承載網(wǎng)，并通過標(biāo)準(zhǔn)的接口/協(xié)議靈活的連接各種車載通信設(shè)備和業(yè)務(wù)服務(wù)器。SCDMA寬帶基站使用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口和TCP/IP協(xié)議，能夠靈活的連接現(xiàn)有指揮業(yè)務(wù)服務(wù)器和衛(wèi)星回程網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，并能隨著技術(shù)的發(fā)展，通過增加相應(yīng)通信設(shè)備和業(yè)務(wù)服務(wù)器，靈活的完成現(xiàn)有指揮通信車的升級(jí)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
3.回程網(wǎng)絡(luò)解決方案
應(yīng)急指揮通信車通過回程網(wǎng)絡(luò)連接到指揮中心，保證單兵通信終端能夠通過通信車訪問位于指揮中心信息網(wǎng)內(nèi)的業(yè)務(wù)服務(wù)器和相關(guān)數(shù)據(jù)庫。常見的回程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括：光纖回程、衛(wèi)星回程，根據(jù)業(yè)務(wù)需求以及現(xiàn)有資源的不同，可選配不同的回程網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
3.1 光纖鏈路回程
光纖傳輸具有衰減小、頻帶寬、抗干擾性強(qiáng)、安全性能高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于廣域、城域、局域等各類通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)中。
光纖回程網(wǎng)帶寬高、抗干擾能力強(qiáng)，但存在接入點(diǎn)位置相對(duì)固定的缺點(diǎn)。對(duì)于位置相對(duì)固定、并且需要經(jīng)常監(jiān)控的地點(diǎn)（如需要重點(diǎn)保護(hù)的歷史、行政、軍事機(jī)構(gòu)附近），可預(yù)留光纖接口。在發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，將指揮通信車部署在光纖接口附近，通過光纖跳線將指揮通信車接入光纖回程網(wǎng)，在指揮通信車與指揮中心之間建立視頻、語音、數(shù)據(jù)傳輸通道。
語音、數(shù)據(jù)碼流由車載復(fù)用/交換設(shè)備匯聚，視音頻監(jiān)控碼流則通過視音頻矩陣進(jìn)行選擇、編碼。編碼后的視音頻監(jiān)控碼流與語音、數(shù)據(jù)碼流通過車載光端復(fù)用設(shè)備復(fù)用后發(fā)回指揮中心，供指揮人員參考。指揮中心也可以采用同樣方式將視頻、語音、數(shù)據(jù)信息下傳至指揮通信車。通訊公司現(xiàn)在擁有完善的市區(qū)、外探區(qū)城市光纜網(wǎng)及克——烏爾禾、克——烏魯木齊光纖環(huán)網(wǎng)。
3.2 衛(wèi)星鏈路回程
突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)位置隨機(jī)性很大，在無法使用光纖回程的情況中，可利用衛(wèi)星鏈路作為光纖回程的補(bǔ)充。衛(wèi)星通信具有不受地域限制，覆蓋面廣，通信距離遠(yuǎn)，站點(diǎn)設(shè)置方便，傳輸質(zhì)量好等諸多優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足指揮通信車與指揮中心之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的視頻、語音、數(shù)據(jù)傳輸需求。執(zhí)行任務(wù)時(shí)指揮通信車在第一時(shí)間到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，車載衛(wèi)星通信系統(tǒng)加電后利用天線自動(dòng)伺服與控制系統(tǒng)，能夠快速完成衛(wèi)星對(duì)準(zhǔn)，開通衛(wèi)星信道，及時(shí)的在指揮車、指揮中心之間建立視頻、語音、數(shù)據(jù)傳輸通道。通訊公司現(xiàn)在使用的是亞洲四號(hào)衛(wèi)星。
3.3 SCDMA超級(jí)終端回傳
如果在SCDMA的寬帶網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域，也可以用SCDMA超級(jí)終端回傳，傳輸帶寬可以達(dá)到4-8Mbps。
4.SCDMA系統(tǒng)功能
在提供語音調(diào)度功能的同時(shí)，SCDMA多媒體調(diào)度系統(tǒng)具備寬帶無線接入能力，為覆蓋區(qū)域內(nèi)的所有終端提供寬帶數(shù)據(jù)接入業(yè)務(wù)。用戶可訪問調(diào)度控制中心數(shù)據(jù)庫，并接收調(diào)度控制中心下發(fā)的調(diào)度指令。通過BRAS，用戶可訪問Internet。
4.1 SCDMA多媒體調(diào)度系統(tǒng)支持以下語音調(diào)度功能
單呼、組呼、廣播、會(huì)議、PTT話權(quán)搶占、追呼、緊急呼叫、強(qiáng)插、強(qiáng)拆、監(jiān)聽、終端狀態(tài)呈現(xiàn)、動(dòng)態(tài)重組、代接、禁話。
4.2 車載視音頻監(jiān)控
通過裝配在通信車上的視音頻監(jiān)控設(shè)備、視音頻編解碼器等設(shè)備，可以將車載監(jiān)控視音頻、單兵回傳視音頻信息實(shí)時(shí)傳送至通信車以及指揮中心；指揮人員可在獲得相關(guān)授權(quán)后，可以訪問現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)視頻以及存儲(chǔ)的硬盤錄像。
4.3 單兵視音頻監(jiān)控
通過SCDMA單兵無線視音頻監(jiān)控設(shè)備可以對(duì)事件現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行移動(dòng)、固定監(jiān)控，將現(xiàn)場(chǎng)視音頻信息回傳至通信車，并最終通過通信車回傳至指揮中心，協(xié)助單兵完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的勘察。
4.4 多媒體調(diào)度
通過SCDMA應(yīng)急指揮通信車，可以實(shí)現(xiàn)車載通信系統(tǒng)覆蓋區(qū)域內(nèi)單兵的話音調(diào)度、文本指令、行動(dòng)方案，也可以實(shí)現(xiàn)通信車間的聯(lián)動(dòng)調(diào)度。
4.5 語音通信
通過車載語音通信系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)工作人員使用手持機(jī)在通信車的無線覆蓋范圍內(nèi)進(jìn)行通話，并可通過語音中繼網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)與通訊公司現(xiàn)有NGN之間的互通。
4.6 視頻會(huì)議
通過裝配在通信車上的視頻會(huì)議終端，可以接入指揮中心的視頻會(huì)議系統(tǒng)，參加指揮中心組織的視頻會(huì)議，并將車載監(jiān)控視頻以及單兵回傳視頻實(shí)時(shí)傳送給指揮中心視頻會(huì)議系統(tǒng)。
4.7 錄像存儲(chǔ)
通過裝配在通信車上的硬盤錄像機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車載監(jiān)控視音頻、單兵回傳視音頻進(jìn)行高清晰錄像存儲(chǔ)。
4.8 遠(yuǎn)程辦公
現(xiàn)場(chǎng)工作人員可將筆記本/PDA通過SCDMA終端連接到通信車，并通過通信車的回程網(wǎng)絡(luò)連接到指揮中心辦公網(wǎng)，訪問中心機(jī)房的服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)工作人員的遠(yuǎn)程辦公。
4.9 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集及控制
在對(duì)于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集以及遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控，可在通信車無線覆蓋范圍內(nèi)安排信息采集監(jiān)控終端以及SCDMA無線終端，SCDMA無線終端負(fù)責(zé)將采集到的數(shù)據(jù)提交給通信車，并在通信車的指令下對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行控制。
5.結(jié)論
使用信威公司的MICWILL SCDMA系統(tǒng)能夠較好的滿足油田公司應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)的需求。
關(guān)鍵詞 酒駕管理系統(tǒng)；GPS；GPRS；zigbee組網(wǎng)
中圖分類號(hào)TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2013）88-0222-02
醉酒駕駛一直是困擾人們的一個(gè)大問題，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年由于酒后駕車而引發(fā)的交通事故高達(dá)數(shù)萬起，對(duì)人們和社會(huì)造成了巨大的精神壓力和經(jīng)濟(jì)損失。本文提出了一種基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的車載智能酒駕管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，該系統(tǒng)引入GPRS移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、GPS定位及測(cè)速技術(shù)、zigbee無線組網(wǎng)技術(shù)和高精度酒精檢測(cè)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)酒駕治理人性化，交通管理智能化的目標(biāo)。
1 盤點(diǎn)國(guó)內(nèi)外防酒駕科技
酒駕一直是國(guó)內(nèi)乃至全世界的熱點(diǎn)問題，如何從根本上杜絕酒駕并減少酒駕帶來的社會(huì)危害已經(jīng)成為各領(lǐng)域科技工作者的目標(biāo)。目前，與酒駕相關(guān)的產(chǎn)品和科技，在國(guó)內(nèi)外也有一定的研究，其主要總結(jié)如下[1]：
1）酒精鑰匙技術(shù)：在車鑰匙上設(shè)計(jì)一個(gè)小吹氣管，如果酒精含量超標(biāo)，則汽車不能啟動(dòng)。其體積小，攜帶方便；
2）酒后駕駛鎖閉裝置：在汽車室內(nèi)安裝酒精檢測(cè)系統(tǒng)，分析司機(jī)呼出的其他，并將分析結(jié)果傳送給汽車中控室，如果酒精含量超標(biāo)，汽車同樣不能啟動(dòng)；
3）日產(chǎn)酒精鑰匙：其基本原理與薩博的酒精鑰匙技術(shù)基本一致，但在日產(chǎn)車上酒精檢測(cè)儀是直接與電腦連接，同時(shí)還與衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控的目標(biāo)；
4）酒精探測(cè)儀：探測(cè)儀檢測(cè)駕駛員呼出的氣體，如果含量超標(biāo)，可通過車載電腦自動(dòng)發(fā)出指令，使車輛無法啟動(dòng)；
5）激光酒精檢測(cè)儀：其檢測(cè)儀能夠發(fā)出一束特殊激光，該激光能夠通過擋風(fēng)玻璃來檢測(cè)車內(nèi)的酒精含量是否超標(biāo)，這能夠遠(yuǎn)距離檢測(cè)酒精含量；
6）“醉立停”：防酒駕裝置“醉立停”，安裝在方向盤中軸位置，控制線路與汽車點(diǎn)火裝置相連，能自動(dòng)將點(diǎn)火裝置斷開。
防酒駕科技及其儀器技術(shù)含量并不是很高，但是如果能將其應(yīng)用于汽車中，讓醉酒駕車的人無法啟動(dòng)汽車，不僅能從根本上解決一部分酒駕引起的問題，也能使酒駕管理非常人性化?；谇叭说难芯浚瑢⑵渲械囊恍┛萍純x器和技術(shù)應(yīng)用于系統(tǒng)中，并綜合現(xiàn)在比較成熟的技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)思路嚴(yán)謹(jǐn)，低開發(fā)成本的車載智能酒駕管理系統(tǒng)。
2 系統(tǒng)總體概要
3 系統(tǒng)引用技術(shù)的詳細(xì)介紹
3.1 引入GPRS移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
本系統(tǒng)主要利用現(xiàn)成的GPRS網(wǎng)絡(luò)搭建連接車載酒駕終端和交管部門之間的信息交互平臺(tái)，同時(shí)在GPRS信號(hào)比較弱的地方輔之以GSM通信。這樣能實(shí)現(xiàn)車輛和交通管理部門雙方無障礙，穩(wěn)定可靠地進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。之所以采用GPRS作為主傳輸通道，以GSM輔助通信是基于以下幾點(diǎn)考慮：
1）GPRS采用分組交換技術(shù)， 即“統(tǒng)計(jì)復(fù)用”或“動(dòng)態(tài)復(fù)用”的技術(shù)，用戶只有在數(shù)據(jù)傳送時(shí)才能獲得無線信道，故GPRS具有更高的傳輸效率[2]；
2）GPRS技術(shù)的自適應(yīng)能力強(qiáng)，并且不影響GSM網(wǎng)絡(luò)資源的使用；
3）GPRS網(wǎng)絡(luò)接入速度快，它支持IP協(xié)議，因此可與其它分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無縫、直接連接；
4）收費(fèi)方式更為合理。在沒有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，就不用占用信道，用戶可以保持永遠(yuǎn)在線，并且不耗用流量，這樣GPRS的資費(fèi)比GSM低得多；
5）能夠隨意移動(dòng)，可以在任何有網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方訪問網(wǎng)絡(luò)，并得到有效的監(jiān)控，實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)；
6）然而，GPRS傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，需要信號(hào)強(qiáng)度比較大，而GSM不需要太強(qiáng)的信號(hào)強(qiáng)度，在某些信號(hào)較弱的地方，無線數(shù)據(jù)只能采用GSM進(jìn)行傳輸[3]。
綜上所述幾個(gè)特點(diǎn)，在大部分情況下，數(shù)據(jù)傳輸采用GPRS傳輸，在GPRS信號(hào)較弱時(shí)使用GSM作為輔助傳輸，這也可以更有效的利用現(xiàn)有技術(shù)，并且成本更低。目前無線3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也非常成熟了，在將來系統(tǒng)換代時(shí)可以根據(jù)實(shí)際需要，利用3G技術(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)。
3.2 引入GPS定位及測(cè)速技術(shù)
本系統(tǒng)利用單片機(jī)對(duì)SiRF A4 GPS 輸出的信息（時(shí)間、經(jīng)度、緯度、海拔、速度等） 中提取出車輛的位置和速度。以此確定車輛位置和速度，當(dāng)車輛遭遇突發(fā)狀態(tài)或是駕駛員酒駕時(shí)，車輛將向交通管理部門終端發(fā)送車輛位置以及速度信息，與此同時(shí)，管理部門終端還可以根據(jù)車輛位置和速度可以判斷車輛是否超速，這樣該系統(tǒng)不僅能更好的預(yù)防酒駕，同時(shí)還能有效的監(jiān)測(cè)車輛是否超速，進(jìn)而對(duì)酒駕車輛和超速車輛進(jìn)行限速或是停車處理。
3.3 引入zigbee無線組網(wǎng)技術(shù)
為了各模塊間的相互通信，本系統(tǒng)采用zigbee無線組網(wǎng)技術(shù)將各個(gè)模塊與中央控制系統(tǒng)連接成一個(gè)整體。在本系統(tǒng)中組建一個(gè)完整的zigbee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)總共需要進(jìn)行兩步：即實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)初始化，并將節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)，其中在節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)又需要兩個(gè)步驟，通過與協(xié)調(diào)器連接入網(wǎng)和通過已有父節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)[5]。
Zigbee網(wǎng)狀的建立主要是為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制數(shù)據(jù)的傳輸，而網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)主要是用于語音通信，故Zigbee網(wǎng)絡(luò)能夠更有效的實(shí)現(xiàn)各模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，避免盲區(qū)出現(xiàn)。
3.4 高精度酒精檢測(cè)技術(shù)
本系統(tǒng)采用旁熱型半導(dǎo)體氧化物酒敏元件MQ-J1，其探測(cè)范圍為10ppm～1 000ppm，此傳感器對(duì)酒精具有很高的靈敏度和良好的選擇性，將此傳感器用作酒駕系統(tǒng)的檢測(cè)元件，可以有效的檢測(cè)駕駛室內(nèi)的酒精濃度，不會(huì)由于其他氣體的干擾而造成誤判，其響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間短、壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定可靠，尤其適用于酒駕系統(tǒng)的檢測(cè)。
4 結(jié)論
交通管理局對(duì)于酒駕的處理，雖然力度和頻度比較大，也有一定的成效，但是并未從根本上解決酒駕對(duì)社會(huì)的危害，而且耗費(fèi)的人力物力比較大。基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的車載智能酒駕管理系統(tǒng)就是為了協(xié)助交通事故發(fā)生的情況而設(shè)計(jì)的，充分利用現(xiàn)在比較成熟的GPRS移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、zigbee組網(wǎng)技術(shù)和GPS定位技術(shù)，有效的利用現(xiàn)有的資源，又極大的減少了系統(tǒng)的開發(fā)成本，輔助交管部門管理酒駕工作，大大減少其工作量，能夠?qū)崿F(xiàn)了酒駕治理人性化，交通管理智能化的目標(biāo)。
參考文獻(xiàn)
[1]馮新.盤點(diǎn)防酒駕科技[J].今日科苑，2011（11）：44-45.
[2]吳青萍. GPRS技術(shù)及其應(yīng)用[J].河南大學(xué)常州分校學(xué)報(bào)，2002（6）：54-57.
[3]湯益明.基于GPRS車載故障診斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的研究[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2012（2）：115-117.
