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车载网络的特点范文1
关键词：混杂感知车载网；表述性状态转移；车载感知服务；服务资源
Abstract: Obtaining vehicular sensor information reliably in real time has always been a bottleneck in vehicular networks. Hybrid sensor and vehicular networks (HSVN) incorporates the features of wireless sensor networks (WSN) and vehicular ad hoc networks (VANET) and provides users with a large amount of vehicular information. HSVN is becoming the trend in vehicular network development. REST architecture makes resources and interactive behavior more uniform and creates stateless services between server and client. These features are helpful for heterogeneous applications. In this paper, we propose a new vehicular network frame and service module for improving interaction. We propose a way of using the information service resources design method in HSVN to create a lightweight method for building an interactive system in a heterogeneous network environment.
Key words: HSVN; REST; vehicular sensor service; service resource
随着物联网技术的不断发展，以感知、互联为特征的物联网应用越来越得到重视，一个重要的应用领域就是车联网。和传统的物联网一样，车联网的基础也是无线传感网(WSN)，它为车辆的感知、互联提供基础支持。由于车辆移动的特性，车辆之间通常形成以自组织为特点的车载自组网(VANET)。WSN和VANET的结合形成一种混杂感知车载网(HSVN)[1-2]。在VANET或HSVN中，车辆非静态地与基础网络进行链接(与传统的计算机网络方式不同)，这使得车辆网络必须考虑如何将车辆作为节点集成到基础网络当中，以便网络能够通过路由设施寻址获得对车辆节点的交互服务。
由于VANET和HSVN的移动和自组织性，在物联网的应用层，从信息资源类型、信息资源访问方法、信息资源的交互方式等角度出发，对其所运行的信息系统也有不同的要求。在Web服务当中，表述性状态转移(REST)作为一种软件架构约束或者设计原则，其目标在于避免服务器使用资源服务的应用状态，通过确保服务当中的重要资源能够以统一标识符(URI)的方式得以指示，进而使得客户端的所有交互能够从服务器上获得所有必需的服务状态信息，同时服务器端不用保存来自客户端的资源会话状态信息[3-4]。与传统的基于状态的应用相比，REST的这种工作方式大大提高了Web服务的可伸缩性、通用性和组件独立性，这对于需要处理海量的不同信息类型的无线车辆网络无疑具有一定的适用性。
本文结合HSVN信息服务的典型应用，给出一种基于REST设计思想的车载感知信息服务的设计框架，它能够以较经济的方式满足车载感知信息服务需求。
1 混杂感知车载网信息服务
1.1 混杂感知车载网信息服务场景
车辆在道路上行驶，在经过道路交叉口临时停靠和进入停车场后停靠情况下，车辆和外在单元的信息交互服务应用，可以看作是典型的具有WSN和VANET特征的HSVN应用。图1表示了这种HSVN应用的一个典型场景。
图1中，架设在道路边上的道路终端，以及在停车场上的停车场终端，构成了一个“静态”的无线传感器网络(WSN)，静态WSN的主节点可以以有线的方式接入主干网(如Internet)。而车辆自身的感知服务加入到这个静态WSN中，形成了“动态”的WSN
行驶在道路上的车辆之间构成一个自组织的VANET。车辆处在VANET和WSN两个网络之中。这两个网络能够实现道路交通信息的共享以及进行快速的数据交换。车辆自发组成的VANET，并不是保持持续的状态而是在可能的条件下以点对点的模式进行互联，尤其是在两辆车相互靠近的时候。车辆一方面能够采集自身的状态信息，另一方面当车辆经过道路终端时能够下载存储于网络当中的道路信息，而车辆也能实时地将自身的信息上传到WSN进行覆盖更新。图1给出的典型场景当中存在着3种交互子场景：
・VANET中车辆与WSN的交互，通过和道路终端的通信完成。
・同一方向上的车车交互。
・相反方向上以车群为单位的车车交互。
1.2 混杂感知车载网服务模型
通过对典型场景的分析，可以把一个HSVN内信息交互对象分成车载终端用户、道路交通服务基站、交通安全服务中心和PC用户四大类。其中，PC用户是指通过高速接入(一般为有线网络)方式接入到主干网的静态终端用户，这部分用户的应用模式和传统的PC应用模式相同，本文中不加专门讨论。
HSVN应用目的之一是保障交通安全，为用户提供“平安出行”的服务。交通安全服务中心作为整个服务系统的核心，维护了各项服务的独立性和安全性。一般它具有专门的数据库系统。数据库系统和交通路况信息系统、地理信息系统(GIS)等进行互联，结合HSVN中道路交通传感器网络，能够存储从各个节点收集来的各项数据，进行有效地数据分类规划并对各分类服务进行有效地管理控制。典型的服务内容见表1。
图2中的道路交通服务基站是由一系列道路终端、停车场终端等组成的传感器网络。根据交通安全设计的需要，这些基站(终端)可以是简单的信息收发单元(类似于接入点(AP))，也可以是自带系统的智能单元。从安全感知的需求出发，道路交通服务基站会被设计成为带有数据库的小型计算机系统，既可监测路况信息又可作为数据的接入点。它能够从任何的车辆节点接收、存储数据，也能够为车辆提供一定的信息服务。其拥有属于自己的资源控制规则。基于基站感知元件的感知能力不同，不同的道路交通服务基站有不同的覆盖范围。在移动应用中，车载终端用户形成车载自组网(VANET)，网内车辆为点对点的通信模式。随着车辆在道路上的行进，一般这个网络会动态地进行改变。
车载终端和交通安全服务中心以及道路交通服务基站的通信会比较复杂一些。一方面，车辆通过道路终端或停车场终端等服务基站来获取信息服务。如果车辆在行驶过程中，其和道路终端的关系动态地改变，服务会根据车辆行驶的路线分段进行。车载终端会进行网络接入点的监测，选择便于接入的道路交通服务基站。车辆终端用户从中获取路况信息。道路交通服务基站会定期与交通安全服务中心进行交互以更新信息。道路交通服务基站扮演着无线网络和固定网络的接口角色，其自身也相应搜集气象等信息。图2显示了场景的服务结构。车载终端用户所在的车辆节点拥有独立的信息展示系统，沿其行驶路线进行数据收集，一方面接受服务基站和安全中心的各种服务，一方面将自身的数据与基站和中心进行共享。车辆节点与其所在的车载自组网同样也会进行信息的共享。
对于没有道路交通服务基站覆盖的区域，车载终端可以通过移动网络(2G/3G网络)和主干网进行通信，直接从交通安全服务中心获取服务。
1.3 混杂感知车载网信息服务的特点
根据上面分析，结合HSVN中车载终端的移动特性，可以得知HSVN中信息服务有如下特点：
(1)信息多路传播，多路由。车载终端可以通过道路终端接入到主干网，获取交通安全服务中心的服务，也可以通过移动网络直接接入主干网获取服务。数据传输路由的选择则与道路终端的部署情况、车辆无线网络的信号强度、服务的内容等因素有关系。
(2)客户/服务角色的统一。一个节点(车载终端、道路终端等)在整个网络中既可能是客户(获取服务)，也可以是服务者(提供信息服务)。每个终端都有一定的信息处理能力，需要对不同的信息进行融合分析处理。
(3)信息可以分成紧急和非紧急两大类。对于紧急信息，需要实时传播。例如，前面车辆的突发故障信息需要及时传递给后续车辆，发出警示。紧急信息一般可以被设计成短帧格式，便于传送。而非紧急信息，如道路的实时路况视频信息，一般需要更大的带宽来进行传输。
(4)服务传送信息越简洁越好。由于移动过程中车辆和道路终端的连接会频繁切换，因此一个服务最好是车辆在一个道路终端的覆盖范围内完成。服务信息涉及的字节数越少，完成服务的时间越短，其涉及的信息单元就越少。
2 表述性状态转移信息
交互设计
针对跨平台、松耦合的客户/服务体系，面向服务的架构(SOA)是一种普遍的解决方法。2000年Microsoft公司正式提出Web服务概念，并且随后联合其他公司共同制订了简单访问对象协议(SOAP)，Intel、IBM、Microsoft等公司指定了Web服务描述语言(WSDL)和统一描述、发现和集成(UDDI)协议，形成了完整的SOAP Web服务体系架构[5]。在该模式下，超文本传输协议(HTTP)只是用来进行信息传递的协议。在这协议之上有SOAP协议对数据进行封装[6]。一个Web服务通过WSDL来进行描述，一般包含了多个可以被调用的方法。调用方法可以使用多种数据类型，甚至是数组等复杂数据类型。
这种面向传统计算机平台的Web服务架构主要缺点是实现复杂，一个URI对应的Web服务包含很多方法，各个方法调用形式不同，参数类型不同，导致访问的编程复杂。同时，由于信息传递是通过基于SOAP规范的可扩展标记语言(XML)文件实现，数据传递过程必须进行必要的打包操作，带来了数据传送量的增大。
2000年，Roy Thomas Fielding提出了REST风格的Web服务。服务在Web级规模交互上存在优势，其具有以下特征[6-7]：
・带有状态的服务被抽象成资源。
・每个资源都对应唯一的资源标识(URI)。
・所有资源通过通用的连接器接口(HTTP)进行通信和操作，限制在CRUD(Create、Retrieve、Update和Delete)4种操作。
・所有REST交互都是无状态的。
・采用Client-Server结构，用户界面与数据存储分开。
・架构是分层的。
・服务器端响应强制标志出是否可以缓存。
在SOAP式的Web服务架构中，关注点在于方法；在REST式的架构中，关注点在于资源。服务架构使用标准方法检索并操作信息片段，同时需要制订信息的表示方法[8]。REST利用简单的HTTP、URI标准和XML语言构建起轻量级的Web服务，从而大幅度地提升了开发效率和程序性能，也为构建下一代高性能、高可伸缩性、简单性、可移植性、可靠性的Web程序提供了一个架构风格上的准则。
3 混杂感知车载网信息
服务的表述性状态转移
风格的服务设计
REST风格的服务设计，可以被称为面向资源的应用(ROA)风格的应用。在REST当中，资源的定义起到了基础性的作用。资源设计可借鉴的方法有很多种，这里主要从上面提到的服务对象和服务过程来归纳。
3.1 感知信息数据规划
在REST当中，进行数据规划的真正作用在于提出系统想要提供或者说暴露的数据集，也就是系统的服务类。表2是HSVN场景下所定义的典型数据集，每一数据集拥有其根据实际需要而统一的数值类型和命名方式。
3.2 感知信息资源设计
REST的资源设计和命名是通过设计URI来体现的，同时URI也表明了资源的地址[9-10]。URI是客户端与服务端之间接口的重要部分，保持其稳定性和永久性是相当重要的，为此设计时应该按照一定的规范来保障URI的一致性。本文按文献[11]所提的惯例来设计。
首先对于整个服务来讲，服务首页也就是根资源，定义其URI为省略。接下来，可对每个子服务进行设计，其URI分别定义如下：
・车辆预警模块――省略/vehicle-warning
・路况预警模块――省略/road-warning
・气象服务模块――省略/weather-services
・定位服务模块――省略/localization-services
・路径规划模块――省略/path-plan
在此基础上，以路况预警为例，进一步进行设计，具体如表3所示。
3.3 感知信息资源表述
确定资源并设计好URI以后，必须考虑当客户端发送服务请求时，服务器应返回什么数据。在REST风格中，资源有多种表示形式，包括XML/JSON/ATOM等等。该资源格式应要能够：传达资源的当前状态；链接到可能的下个应用状态或资源状态。
路况预警资源的组织形式，表现为层次结构，每一层次就是一项数据报告，以属性名进行命名。同时为实现连通性，在路况预警资源的表示中将显示其他资源的URI。由于JSON格式表示简单，属于纯文本格式，有利于降低网络的负载要求[12-13]，本文采用此格式。类似的表述格式如图3所示。
从整体上考虑，资源的表示主要是设定HTTP的请求报头和请求实体，并且实体的格式必须和连接类型声明一致。
4 表述性状态转移式的混杂
感知车载网服务架构
建立针对HSVN的REST风格的服务，需要通过分析服务当中的逻辑实体，建立服务信息模型，从而规划出满足HSVN条件的REST风格的服务。图4是根据HSVN信息服务特征及REST约束规则设计的HSVN软件服务架构。架构以资源服务控制器为核心。
客户端是各类需要服务的应用系统。客户端包括移动终端以及静态终端，其涉及的操作系统平台也各不相同。
感知服务层提供各类服务。其中，资源服务控制器负责管理客户端的服务请求(在其内部拥有一个路由设备)，根据URI将每个收到的请求路由到适合的服务节点(找到适合的HSVN网络接入点)。各个服务节点通过规范化的REST接口去执行具体的信息服务请求。
服务节点运行在道路终端、车载终端或者服务中心的异构计算机平台上。各类服务节点提供的服务能力不同。
资源服务层提供整个网络服务共享的数据和资源服务，其运行于服务中心的计算机平台上。
5 结束语
HSVN作为未来车载网络的发展方向，其混合式的框架决定了其在处理车载感知信息时的复杂性和多样性，对信息服务的数据融合、表示、存储等各方面提出了较高要求。本文在分析HSVN应用场景和服务模型的基础上，结合REST架构设计准则，给出了HSVN中车载感知信息服务的设计方法，可以生成具有良好可伸缩性、通用性和组件独立性的车载网络服务系统。
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收稿日期：2012-01-03
作者简介
车载网络的特点范文2
1常见的车载网络技术
车载网路技术的发展和应用大幅的简化了汽车线路,降低了线束的用量,同时车载网络技术也提高了信息传输的速度,增强了汽车控制系统的稳定性和可靠性[3]。不同的汽车制造商发展了很多的车载网络技术,不同类型的车载网络需要通过网关进行信号的解析交换,使不同的网络类型能够相互协调,保证车辆各系统正常运转[4]。控制器局域网(CAN)是国际上应用最广泛的网络总线之一,其数据信息传输速度最大可达1Mbit/s,采用双绞线作为传输介质,属于中速网络,在现实应用中能向控制器局域网中接入很多的电子器件,大幅降低线束用量,目前控制器局域网主要应用于汽车电子信息中心、故障诊断等,具有较高的抗电磁干扰特性,在汽车整车中多应用于发动机电控单元、ABS电控单元、组合仪表电控单元等[5]。局部连接网络(LIN)信息传输速度较低为20Kbit/s,它属于低速网络,在现实应用中常作为一种辅助总线,辅助CAN总线工作,其访问方式为单主多从,目前主要应用于转向盘、车门、座椅、空调系统、防盗系统等。局部联结网络的先进之处在于数字信号代替了之前的模拟信号,满足了汽车对低速网络的需求。多媒体定向系统传输具有较高的数据传输速度,在低成本的条件下棋数据传输速度可达24.8Mbit/s,采用塑料光缆作为传输介质,属于高速网络,主要应用于对数据传输速度较高的汽车多媒体系统,例如连接车载导航器、无线设备、车载电话等。由于使用的是塑料光纤,其信号比较可靠,维护也比较简单。线控技术最初源于航空航天领域,线控技术使用电子器件将控制单元和执行器连接起来,大大减少了机械连接装置和液压连接装置的使用。线控技术属于高速网络,在汽车的安全性系统中有重要应用,线控系统能通过传感器感知车轮的转向角度,通过ECU判断并进行数据处理,提高了车轮转向的安全性。线控制动系统通过导线也能对汽车制动情况进行感知,使汽车制动系统的反应的速度和感知灵敏度得到大幅度提高。D2B总线技术是针对汽车多媒体和通信需求开发的一种车载网络技术,采用光纤为传输介质,传输速度快,属于高速网络,可连接多媒体设备、语音电控单元等。D2B总线技术使用光纤进行数据传输,应用范围广,传输信号稳定性强,不受电磁、广播、辐射等干扰。
2车载网络的应用
车身系统的部件分布在汽车装置的各处,如果使用线束则线束较长,容易受到广播、电磁等其他信号的干扰,为了避免其他信号的干扰,在工程实践应用中通常采用降低通信速度来解决,由于车身系统组成复杂,使用了大量的人机接口的模块,相应的节点数量也比较大,通信速度控制难度不大,但是会提高汽车整车的组装成本,目前车载网络技术在车身系统的应用主要是利用直连总线和辅助总线来完成信号的传递。控制器局域网(CAN)的数据总线上一般连接有中央控制单元、四个车门的控制单元和车前车后各有一个控制单元等七个控制单元,实现对中控门锁、电动车窗、照明、空调系统等部件的控制。其网络形式为星状形式,单一控制单元的故障不影响整个网络的使用,其他控制单元仍能够收发数据,提高了控制系统的稳定性。动力传动系统作为汽车控制系统的核心,需要对汽车的启动、运行、停止、拐弯等进行监测和控制,这对数据传输速度有较高的要求,需要使用高速网络。现代汽车的动力CAN数据总线一般连接发动机、ABS/EDL和自动变速器三块电脑,CAN数据总线能同时传输10组数据,在动力传动系统中要求数据传递尽可能的快,所以常使用高性能的发送器,以便于点火系统间数据高速度传输。安全系统是指汽车的安全气囊启动系统,目前已成为小型汽车的标准配置,安全系统要实现对驾乘人员的有效保护,必须要多外界的碰撞等突况做出快速的反应,由于汽车的安全气囊设置较多,感知外界碰撞强度的碰撞传感器也较多,所以对通信速度和传输可靠性要求较高。信息系统是近年来在汽车上应用较多的新技术,主要是为了满足驾乘人员的车载电话、音响、倒车雷达、多媒体等功能的使用,由于需要的通信容量大、速度快,所以一般使用光纤,其传输速度能有效满足汽车信息系统的要求。
3车载网络技术的发展趋势
3.1汽车线控技术的发展
汽车线控技术的应用有效解决了传统的机械连接和液压连接反馈时间长,装置结构复杂等缺点,使用线控技术可以有效的减少液压和机械控制装置,提高控制系统的稳定性和灵敏度,有利于为汽车的重新设计和布局优化提供空间。目前线控技术在汽车控制和汽车制动系统中已经得到了广泛使用,未来在汽车的远程控制、防抱死等领域将发挥积极的作用。
3.2汽车光纤技术的发展
汽车光纤技术具有通信容量大、传输速度快、抗干扰能力强等特点,能有效满足动力传输系统对数据传输高速度的要求,能满足信息系统传输容量大的需要,必将在未来的汽车控制系统中得到应用。同时,光纤传输技术允许有较高的数据传输速率和较高的信噪比,在汽车发动机实时控制、车辆状态监测和通断负载的开关控制等方面有重要的应用。
4结语
车载网络的特点范文3
关键词：无线Mesh网络；列车局域网；旅客列车；信息服务
Development of Broadband Network of Passenger
Train based on Wireless Mesh Network Technologies
ZHANG Qiuliang1，ZHOU Xing2
（1.Institute of Computing Technologies，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081， China；
2.Department of Passenger Transportation，Jinan Railway Administration，Jinan 250001，China）
Abstract：Along with development of high-speed railways， the mobile network access technology needs to be improved. In view of the developing status of the public mobile communication network and dedicated railway mobile communication network， this paper put forward to build an Broadband Network of passenger train based on the wireless mesh network technology， and then analyzed the network structure， key technologies and applications of the System.
Key words：wireless mesh network（WMN）；Train LAN；passenger trains；information service
1 引言
根据我国第31次互联网络发展状况统计报告，截至到2012年年底，我国网民规模达5.64亿，其中手机网民数达到4.20亿。该报告显示，Internet应用在我国迅速普及，已经融入到社会的各个层次和方面，特别是宽带和手机这两种接入方式发展加快，显示随时、随地、随意的宽带Internet应用需求成为新的增长点。
根据铁道部2012年铁道统计公报，2012年我国铁路运输发送量达到18.93亿人次，完成旅客周转量9812.33亿人公里，铁路旅客运输规模位于世界第一。其中客运专线建设全面推进，特别是自2007年4月“和谐号”动车组列车开行以来，以其安全、快速、舒适、方便的运输品质，开创了我国铁路旅客运输新局面。
然而，在信息社会的今天，行进中的旅客列车却依然是信息的孤岛，每年有十几亿旅客在列车上度过数百亿小时与Internet隔离的时光。如今，越来越多的旅客随身携带笔记本电脑、平板电脑、智能手机等移动网络设备，有在列车上随时上网的需求。因此，旅客列车宽带Internet应用研究不仅可提升铁路服务质量、满足旅客日益强烈的宽带Internet服务的需要，同时也是一个潜力巨大的市场[1-3]。
2 旅客列车宽带网络概述
国内对铁路无线的前期研究主要集中在采用GSM-R/GPRS等移动蜂窝通信技术为列车提供窄带连接，应用领域主要为铁路信号传输和列控等。然而该技术的频率带宽目前只有4MHZ，该网络本质上仍然是2G移动通信技术，在移动环境下，其带宽也只有几kbit/s，根本就无法满足列车上旅客访问互联网的需求。针对于这种情况，本文提出了一种基于无线Mesh网络技术的旅客列车宽带网络设计方案。
旅客列车宽带网络是基于Wi-Fi的铁路专用无线Mesh（网状网技术）网络技术的一种新型网络，可提供宽带高速移动的无线网络，支持基于IP的话音、视频和数据传输业务。网络具有自我组织、自动配置、性能自动调节、链路自动修复等特性，支持负载均衡和冗余备份，为高速列车上互联网接入、数据传输和语音服务提供稳定可靠的承载平台。
它提供带宽高达300M的无线链路通道，以无线基站系统所构成的无线链路为骨干网与铁路有线传输网相结合。该网络的的实现不仅可以满足高速列车上旅客对宽带Internet服务的需求，而且可以作为铁路运营维护管理的辅助手段，能够提供定点视频监控、移动视频监控、机车车辆数据实时交互、突发事件的应急指挥、话音通信及编组场应用等功能，可提高运营维护管理效率、减人增效。
旅客列车宽带网络的拓扑图如图1所示。
3 旅客列车宽带网络结构设计
旅客列车宽带网络由列车无线局域网、车-地宽带连接、地面无线Mesh网络3层结构组成，如图2所示。
根据数据流的源和目的地址，可以将旅客列车宽带网络应用分类两大类：车内数据流和车-地间数据流。对于车内数据流，直接在列车无线局域网内部高速转发。对于车-地间数据流，由车-地宽带连接实现车地数据快速交互。由于我国铁路现有的交互网、传输网、数据通信网三大基础网络一般还只到达主要站段，沿线部署的无线基站难以实现直连，它们可以通过地面无线Mesh网络实现通信数据汇聚。
基于无线Mesh网络技术的旅客列车宽带网络结构如图3所示。
无线Mesh网络的最大的特点是网络中的每个节点都可以发送和接收信号，每个无线网络节点都可以与一个或者多个对等的无线网络节点直接进行通信，每个无线网络节点都可以同时作为AP和路由器。因此，在组建无线Mesh网络时，列车上只需设置一个接入点（车载Mesh设备）即可，每节车厢中设置的AP与车厢内旅客使用的智能手机、笔记本电脑等移动终端均可视为网络中的节点，这样可以很好的保证网络的连通性和稳定性。
旅客列车宽带网络的核心部分是地面无线Mesh网络以及列车内部的无线局域网的组建。
3.1 地面无线Mesh网络
铁路无线Mesh网络的核心部分是铁路沿线架设的无线Mesh基站，固定Mesh基站的间距平均为2公里--直线区域Mesh基站间距离略大，而山区和隧道区域所需要的Mesh基站间距在1.5公里左右。固定Mesh基站之间的互联采用5.8GHz技术，对车辆的接入也采用5.8GHz频段技术。固定Mesh基站经过多跳无线组网之后，进入到就近的光纤节点处。为了保证车辆高速移动的情况下能够在固定Mesh基站之间快速切换，必须在车辆上安装移动车载Mesh设备。该网络支持移动速度高达300公里时速的漫游切换。
铁路无线Mesh网络中主要使用两种Mesh基站。一是，光纤落地节点固定基站采用GCM8622 Mesh基站，即每个光纤落地点均需放置一套GCM8622。该Mesh基站内置了3块802.11n模块，可以为系统提供更高的整体性能。按照实际环境的经验值，每个802.11n扇区在1公里内可提供70Mbps以上的汇聚吞吐量。二是，沿线的无线中继节点基站采用GCM8632 Mesh基站，即在铁路沿线光纤无线中继基站使用GCM8632设备，该设备内置3块802.11n模块，其中两块5.8GHz模块分别处理Mesh上行和Mesh下行的通信，保证了无线网络多跳的高宽带和低时延，另一个5.8GHz模块处理移动车载Mesh设备的无线接入，支持第三方太阳能电池供电。地面无线Mesh网络结构如图4所示。
3.2 列车无线局域网
在每节车厢设置一个AP接入点，在整列车最中央的那节车厢设置一台车载Mesh设备、一台路由器和流媒体服务器，整列车通过车载Mesh设备与铁路两边的基站建立连接，形成一个无线局域网络。而车厢内部以车载流媒体服务器为中心，以各车厢AP接入点为节点，组成一个车域无线网络。目前，我国的动车组在出厂时已经部署了内部的AP接入点，只需在中央控制部分增加一套流媒体服务器设备即可满足列车内部无线局域网的组网需求。
车载Mesh设备采用GCM8300设备，该设备保证列车在高速移动和快速切换下依然保证无间断的通讯，提供至少40Mbps车地通信带宽。GCM8300设备内置1个5.8GHz 802.11n无线模块，并提供1个千兆以太网接口用于连接车载路由器。
4 旅客列车宽带网络关键技术及应用场景
4.1 旅客列车宽带网络的关键技术
⑴车地互联的实现。旅客列车宽带网络采用集中接入的模式，在旅客列车内部组成一个局域网，由车载通信网关集中负责与地面基站的车-地互联。车载网络终端均是接入到列车局域网，当需要与地面网络通信时再由车载通信网关进行数据中继。
⑵车载通信网络在不同的Mesh节点间实现无缝的AP间切换。在铁路沿线的无线宽带覆盖中，AP采用方向性天线沿铁路线进行定向覆盖，其覆盖半径可超过1公里。旅客列车是沿着铁轨按照规定的运行轨迹移动，并且铁路沿线的AP部署也是已知的，即车载通信网关可以预知其即将接入的下一个AP。同时，由于车载通信网关往往是一个独立的WIFI设备，比一般移动节点可以更方便地集成多个无线模块。
⑶无线网络安全机制。旅客列车宽带网络的安全机制主要由车地互联层实现，即车载通信网关只能接入合法的地面Mesh节点，而地面Mesh节点只允许合法的车载通信网关接入。车载通信网关和地面Mesh节点都与用户无关，可以采用特殊的身份识别机制达到更高效更安全的身份认证。
⑷网络管理技术。旅客列车宽带的网络管理涉及到车地互联层的车载通信网关、地面接入层的Mesh节点、汇聚层的汇聚网关和交换控制中心。交换控制中心定期采集每个Mesh节点和车载通信网关的状态数据，根据操作人员指令或动态最小生成树算法等生成包含网络管理信息的配置脚本，然后将相关配置脚本传送给对应节点。各节点定期或根据指令随机向交换控制中心报告节点状态，接收并应用交换控制中心下达的配置脚本，从而实现网络的集中管理和性能优化。
4.2 旅客列车宽带网络的应用场景
⑴列车车厢应用。列车宽带网络可以实现多种应用：列车内部视频监控；旅客语音通信；客运业务数据传输；旅客互联网数据访问。
⑵站场应用。可以实现在途列车与调度之间的通信、地面工作人员之间的通信、车上与地面工作人员的通信。
5 结束语
我国正处于经济高速发展时期，各种运输方式发展迅速，要想在激烈的运输市场中取得有利地位，除了需要升级硬件设施外，也应以旅客为本，为旅客提供人性化的信息服务。可以确信，基于无线Mesh网络技术的旅客列车宽带网络的建设将极大提高铁路旅客服务质量，改善铁路形象，为我国铁路信息化建设做出贡献。
[参考文献]
[1]张霞，赵瑜.关于铁路旅客综合服务信息系统的研究[J].交通运输系统工程与信息，2004（2）64-67.
车载网络的特点范文4
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5
车联网与车载信息服务产业的出现，基于现代信息产业的技术进步，信息服务业愈加丰富的服务内容，更是驾乘者日益提高的现实服务需求。从概念上说，车联网就是以车为节点和信息源，通过无线通信等技术手段获取车本身以及车外部等信息，从而达到“人－车－路－环境”的互联互通。车联网实现的是车与车之间的互联、车与基础设施的互联、车与互联网的互联，尤其是作为其核心的车载信息服务，实现的是车与人之间的互联，提供的是围绕驾乘者的内容服务。车联网的价值体现一是对车辆运行状态进行有效监管；二是为车辆提供综合信息服务。
我国十分重视车联网与车载信息服务产业发展。“十二五”期间，工信部将从产业规划、技术标准等多方面着手，加大对车载信息服务的支持力度，以推进车联网与车载信息服务产业的全面铺开。车联网(车载信息服务)项目将被列为我国重大专项并得到重点扶持――集中支持汽车电子、信息通信及软件解决方案方面，并给予资金支持。
目前，从全国范围来看，车联网与车载信息服务产业链各厂家热情高涨，积极参与产业发展。车联网与车载信息服务产业涉及整车厂商、感应器厂家、数据传输网络服务商、终端生产商、信息服务商、地图数据服务商、智能交通信息服务商、应用服务平台服务商等，涉及技术领域众多，产业带动作用强。目前在国内，较为成熟并已具备市场规模的车载信息服务体系，包括通用汽车的安吉星、上汽的InkaNet、丰田公司的Gbook等。
从上海市来看，当前车联网与车载信息服务产业呈现着如下产业优势与特点：
首先，行业主管部门重视并支持。一直以来，上海市经信委非常重视软件和信息服务产业在现代服务业中的重要地位和作用，积极关注并推动车联网与车载信息服务产业等新模式、新业态的发展与产业化。上海市结合自身产业基础条件，着力推进上海车载信息服务产业发展，立足依靠创新融合，包括信息技术在内的多项技术驱动汽车产业能级提升，依托软件和信息服务深化应用，推动汽车产业服务转型发展。近期，在上海市经信委的大力支持下’上海车联网与车载信息服务产业联盟于嘉定安亭成立。产业联盟的成立，将科学、健康、有序、迅速推进上海车联网与车载信息服务产业发展，调动这一产业领域上下游社会资源、产业资源、环境建设和资本配置等方面的优势和源动力。同时，针对车联网与车载信息产业发展的现实情况，上海市正在加大对该产业领域的支持力度，已纳入上海市高新技术产业化重点领域。
其次，相对完整的车载信息服务产业链也为上海市发展车联网与车载信息服务产业提供了较好的产业基础。上海市拥有包括整车、通信、导航、位置服务、运营服务平台、信息内容等诸多环节的骨干企业，在全国车载信息服务领域居于领先地位。如整车企业有上汽集团、大众、通用汽车；物联网技术方面国内权威研究机构有中科院微系统所、各类传感器生产厂家等；车载终端提供商，如安悦先锋等，以及包括同济大学、上海交大等在内的科研院校等。
车载网络的特点范文6
1监控系统组成与工作原理
随着移动通信业务的不断发展成熟，无线移动数据通信的应用日益广泛，与此同时，现代列车的过程控制己从集中型的直接数字控制系统发展为基于网络的分布式控制系统，基于分布式控制的MVB（多功能车辆总线）是IEC61375-1（1999）TCN的标准方案，具有实时性强、可靠性高的特点，在列车通信网络中已得到较为广泛的应用，下文对基于以上技术的列车无线监控系统进行介绍。
1.1系统组成列车无线通信系统主要分为3大部分：安装在移动列车上的GPRS/GPS车载终端、监控中心、车载终端与监控中心之间的无线通信网络。车载终端包括GPS卫星接收模块，嵌入式微控制器、GPRS无线通信模块、TCP/IP模块及电路。GPRS无线链路基于GPRS移动通信公众网，包括MSC基站控制器，SGSN业务支撑节点，GGSN网关支撑节点。监控中心包括网关和通信服务器。列车监控系统的体系结构如图1所示。
1.2系统工作原理车载终端是整个系统中唯一安装在车辆上的终端设备，它的主要功能是不断获取列车的位置信息、状态信息，并将这些信息处理后通过无线网络发送到监控中心，且随时接受来自对方的监控调度命令。监控中心是基于GIS智能化的监控管理系统，其主要功能是随时接收车载终端传来的有效信息，并通过屏幕显示出来，再将监控调度的相关命令返回车载终端，通信网络则负责完成车载终端与监控调度中心之间的信息传输。GPRS允许用户在端-端分组转移模式下发送和接收数据，不需要利用电路交换模式的网络资源；从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务，特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。
2车载终端硬件设计
车载终端的基本业务需求是通过GPRS无线链路把卫星定位信息以及列车运行的状态信息传送到监控中心。车载终端的硬件电路主要包括GPRS无线通信模块、微处理器电路、GPS模块、TCP/IP协议转换模块及相关接口电路。考虑到列车GPRS终端低成本、小型化和移动灵活等要求，该系统中采用单片机对GPRS终端进行控制。微控制器的主要作用有：（1）通过AT指令初始化GPRS无线模块，使之附着在GPRS网上，获得网络运营商动态分配给GPRS终端的IP地址，并与目的终端或服务器之间建立连接；（2）通过RS232串口向TCP/IP模块收发数据；（3）从列车通信网络的总线中提取列车的状态信息，进行相应处理；（4）自主或根据远程控制指令采取其他操作。微控制器工作时，用户上位系统向控制器发送工作指令和数据，数据由TCP/IP模块进行TCP/IP协议转换，打成IP数据包，再由MC35模块以GPRS数据包的形式发送到SGSN。GPRS无线模块作为终端的无线收发模块，将从单片机发送过来的IP包或基站传来的分组数据进行相应的处理后再转发。GPRS模块采用德国Siemens公司生产的MC35模块。该模块主要由射频天线、内部Flash、SRAM、GSM基带处理器、匹配电源等组成。GSM基带处理器是核心部件，其作用相当于一个协议处理器．用来处理外部系统通过串口发送AT指令。射频天线部分主要实现信号的调制和解调，以及外部射频信号与内部基带处理器之间的信号转换。系统采用的GPS模块为Motorola公司的M12，该模块具有12个并行通道，体积小、重量轻、功耗低，适用于各类嵌入式设备。由于采用了先进的信号滤波技术，提高了抗遮挡性能，即使在城市、机场及其它靠近无线电辐射源和工业干扰的地方也能正常工作。系统采用的网络处理器芯片是ConnectOne公司的iChipC0661AL。是可升级的通信外设芯片，能仲裁主机设备和互联网间的连接。C0661AL包括存储互联网协议（IP）和配置参数的闪存存储以及足够的SRAM，防止包丢失；还包括有10个同时发生的TCP和UDP插座，以及用作服务器的2个TCP收听插座，有睡眠模式以降低功耗（典型10uA）。整个车载终端的硬件原理框图如图2所示。
3车载终端与列车通信网络的接口实现
列车内车载终端的主要功能之一是从列车通信网络总线中提取列车状态信息，经处理后由无线传输装置发送出去。因此，车载终端与列车MVB总线的接口至关重要。MVB网络接口单元（简称“MVB网卡”）主要负责实现物理层信号的转换，执行数据链路层的通信规程，同时为CPU提供软件接口，是实现MVB网络连接的关键。根据列车中所需监控设备的特点和MVB的通信规约，该系统选择带BA（总线管理）功能的MVB-II型网卡。在实际运行中，列车内各种设备的模拟量信号通过车载微处理器进行处理之后，传递给MVB协议控制器，经过协议变换后将信号传至MVB总线；现场数字信号量数据经过数据采集模块采集传送到车载FPGA，经过曼彻斯特编解码器转换后经由MVB接口电路传到MVB总线，进而通过MVB-II型网络接口单元处理，进行相应的协议转换，传递给车载终端系统中的主控单片机，由单片机对这些信号进行相应处理后传递给TCP/IP模块，为后续通过GPRSModem以无线的形式发出进行相应的协议准备。
4系统软件设计
监控中心直接连接因特网，通过TCP/IP协议与建立起通路的终端进行通信，双方采用先连接后通信的模式，通信过程中通路始终建立。该系统利用C++Builder进行网络通信编程，监控中心与终端设备通信通过Socket形式实现。GPRS远程通信终端对应Socket通信工作的客户端，而服务器端则对应监控中心的上位机。客户端先向服务器端发起连接请求，在接到客户的连接请求后服务器即为其建立一个连接并给出应答请求，同时把与该连接有关的信息加入到用户链表，服务器利用此链表管理客户。客户端在接到服务器的应答请求时做出响应，从而建立一个端到端的连接。建立连接后客户端和服务器即可通过该连接进行交互。车载终端方面，单片机首先对MAX232进行初始化，完成与外接模块协商处理，如波特率、是否有奇偶校验等。接着通过串口1对MC35模块进行初始化，检查GPRS网络信号等情况。接下来进行中断扫描，监控是否有数据到来。有数据时，若为外部数据，即启动数据打包处理过程；若为GPRS数据，即启动数据解包处理过程；若无数据，系统则进入节电模式。在数据打包处理过程中，若检测到系统信号不好，将进行数据发送缓存处理，同时将数据放进发送队列等待发送。
5结语
