發布時間：2024-03-01 16:17:27
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【關鍵詞】OSEK/VDX；間接網絡管理；控制器局域網
【中圖分類號】TP【文獻標識碼】A
【文章編號】1007-4309（2012）01-0111-2.5
車載網絡系統的設計通常基于分布式系統理論，以避免網絡中的某些通信連路承受過于集中的網絡負載，或網絡中的某些節點承擔過于集中處理任務。同時，作為實時安全系統，車載網絡系統的可靠性也必須得到有效的保障。為此，OSEK/VDX組織為建立車載網絡系統控制單元開放式結構的工業標準，提出了包括操作系統（Operation System，OS）、通信模塊（Communication，COM）、網絡管理（Network Management，NM）的開發規范與其實現語言（Implementation Language，OIL）。其中，OSEK/VDX NM規范旨在為車載網絡管理機制的相關應用定義標準化的功能，并通過標準化的接口為相關網絡管理機制在車載網絡中所執行的各項操作提供可靠的保障。其可通過直接NM與間接NM兩種可選的網絡管理機制為車載ECU間信息交互的安全性提供可靠的保障。直接NM機制通過專用的網絡管理報文實現對車載網絡的直接監控，與間接NM相比其所提供的網絡狀態信息更加精確，但其相關應用也會為車載網絡帶來更高的負載。因此，直接NM機制通常用于對實時網絡系統或規模較小的網絡系統的監控。間接NM機制通過監控車載網絡中周期性應用報文的傳輸來實現對網絡的監控，監控過程無需使用專用的網絡管理報文，其所提供的網絡狀態信息不如直接NM精確，但其相關應用為車載網絡帶來的負載較低。因此，間接NM通常用于對電控單元（Electronic Control Unit，ECU）數量較多的規模較大的軟實時網絡系統的監控。
一、間接NM機制
基本概念與體系結構，間接NM機制通過監控周期性應用報文的傳輸來確定網絡中被監控節點的狀態，其監控機制的實現無需專用的網絡管理報文的參與。由此，網絡系統中所有具備周期性應用報文傳輸功能的節點均可被接收該報文的其他節點所監控，但若期望將網絡中僅具有報文接收功能的節點也納入間接NM機制的監控范圍，則還需為其加入周期性發送專用報文的功能。
間接NM機制可實現網絡節點對其自身周期性應用報文的發送監控與對其他節點周期性應用報文發送監控。因此，“發送節點”的狀態與“接收節點”的狀態是間接NM機制所必須確定的被監控節點所處的狀態。“發送節點”的狀態用于標識網絡中存在周期性應用報文發送請求的節點，在某一傳輸周期內實際是否具有發送功能。若周期性應用報文的發送在節點的傳輸周期超時前完成，則該節點處于非靜默狀態；若周期性應用報文的接收在節點的傳輸周期超時后仍未完成，則該節點處于靜默狀態。“接收節點”的狀態用于標識網絡中監控其他節點周期性應用報文發送的節點，在某一傳輸周期內實際是否接收到了被監控節點周期性的應用報文。若被監控節點周期性應用報文的發送在其所對應的傳輸周期超時前完成，則該節點認為被監控節點處于在線狀態；若被監控節點周期性應用報文的發送在其所對應的傳輸周期超時后仍未完成，則該節點認為被監控節點處于離線狀態。當某節點被用于監控網絡中其他k個節點的周期性應用報文的發送時，其需要維護存儲有k個“接收節點”狀態的集合。
節點自身的靜默狀態與被監控節點的離線狀態又可根據其所對應的周期性應用報文的發送活動在此后各傳輸周期內的不同情況，進一步分為擴展的“發送節點”狀態與擴展的“接收節點”狀態。在擴展的“發送節點”狀態中，若在其傳輸周期超時后仍未完成發送的周期性應用報文最終完成了發送，則該節點處于非穩定靜默狀態；若在其傳輸周期超時后仍未完成發送的周期性應用報文，在連續經歷了數個傳輸周期超時后仍未完成發送，則該節點處于穩定靜默狀態。在擴展的“接收節點”狀態中，若在其對應的傳輸周期超時后仍未完成接收的被監控節點所發送的周期性應用報文最終完成了接收，則該節點認為被監控節點處于穩定在線狀態；若在其所對應的傳輸周期超時后仍未完成接收的被監控節點所發送的周期性應用報文，在連續經歷了數個其所對應傳輸周期超時后仍未完成接收，則該節點認為被監控節點處于穩定離線狀態。
目標配置反映了網絡中所有節點在間接NM機制中應處的狀態，但其不屬于OSEK/VDX NM規范所定義的范疇。同車輛所處的不同工況相對應的目標配置與識別其所需要的相應掩碼可預先寫入應用程序中，并由應用程序根據車輛當前的活動情況隨時進行調整。例如，點火開關的撥動位置對應著相應節點在間接NM機制中所處的狀態。應用程序可通過間接NM機制所確定的所有被監控節點的狀態，匯總生成并實時更新當前配置信息；繼而通過使用與目標配置所對應的掩碼過濾當前的配置信息，從而根據其與目標配置信息的不同之處識別出網絡系統中的故障節點。此外，同節點的擴展狀態相對應，應用程序也可將由間接NM機制所確定的所有被監控節點的擴展狀態，匯總生成并實時更新當前的擴展配置信息。
工作原理，如前所述，間接NM機制可提供配置信息管理與可選的擴展配置信息管理服務，以便與目標配置相比從而識別出當前網絡系統中出現故障的節點。其中，擴展配置信息所反映的節點的擴展狀態是根據被監控節點周期性應用報文發送所出現的傳輸周期超時數量來確定的，而傳輸周期超時數量的確定則是通過對相應計數器的管理來實現。相應計數器根據被監控節點周期性應用報文的傳輸情況，分別進行的數值遞增與遞減操作，從而為節點擴展狀態的確定提供依據。
若從某一傳輸周期開始，被監控的節點的周期性應用報文連續出現了在傳輸周期超期后仍未完成接收的情況，計數器數值將隨著被監控節點的周期性應用報文在傳輸周期超期后仍未完成接收的次數相應增加。然而，若從計數器的數值達到門限值之前的某一傳輸周期開始，被監控節點的周期性應用報文在傳輸周期超期前完成了接收，計數器的數值將隨著被監控節點的周期性應用報文在傳輸周期超期前完成接收的次數相應減少。此后，被監控節點的周期性應用報文再次出現了在傳輸周期超期后仍未完成接收的情況。計數器的數值也再次隨著被監控節點的周期性應用報文在傳輸周期超期后仍未完成接收的次數相應增加，并最終與門限值相等。在整個過程中，除了當計數器的數值超過門限值期間被監控節點處于穩定離線狀態外，其他時刻被監控節點均處于穩定在線狀態。相應計數器的數值變化與其所對應的節點狀態與擴展狀態間的關系如圖1所示：
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圖1
二、車載CAN網絡系統
CAN總線協議是目前唯一具有國際標準的車載總線協議，已被廣泛應用于車輛傳動系統與底盤中的發動機控制、懸架控制、ABS等實時控制系統，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由CAN總線通信系統所組成的車載網絡，而車載應用也僅是其遍及工業控制領域的諸多應用中的一種。
CAN總線協議的特點：作為采用廣播通信形式的多主網絡協議，標準的CAN網絡中無中心總線主設（Central Bus Master）。因此，CAN網絡中與總線相連的每個節點均可在任意時刻主動地向網絡中的其他節點傳輸信息。傳輸信息所使用的數據幀包括幀起始、仲裁域、控制域、數據域、CRC域、應答域、幀結尾。
CAN總線協議的MAC層采用的是載波偵聽多路訪問/沖突檢測（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，CSMA/CA）機制。聯入網絡的各節點通過偵聽總線的活動以確定是否可以傳輸報文：當總線被已有的數據傳輸活動所占用時，存在報文傳輸請求的節點將繼續等待；而當確定總線未被數據傳輸活動所占用時，存在報文傳輸請求的節點則可通過總線進行報文的傳輸。同一時刻若CAN網絡中僅有一個節點存在報文的傳輸請求，則該節點的報文將直接獲得傳輸；若有在多個節點存在均報文傳輸請求，此時將發生沖突。為避免沖突的發生，CAN總線協議采用非破壞仲裁機制。該機制通過ID（標識符）為報文分配了不同的優先級，ID越小表示報文的優先級越高。因此，當多個節點同時存在報文的傳輸請求時，CAN總線協議將以比特為單位對各節點所傳輸報文的ID進行仲裁，優先級較低的報文會主動退出傳輸，而具有最高優先級的報文則可以不受影響地繼續傳輸。CAN總線協議通過該機制有效地節省了總線沖突仲裁的時間。
CAN總線協議采用了較為獨特尋址機制，CAN網絡中所傳輸的報文不是通過其ID來表明其源節點或尋址到目的節點的，而是根據其事先所確定的ID被網絡中的各節點選擇性地接收。為實現該機制，CAN網絡需要通過對報文ID及相應節點過濾寄存器與屏蔽寄存器的匹配設置，以過濾報文的方式實現點對點、一點對多點以及全局廣播幾種不同的通信方式。
車載CAN網絡的通信特點：純電動汽車中的通信系統是高實時性的車載CAN網絡，其所承載的主要消息經過分析、優化后如表1所示：
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表1
與純電動汽車日常操作相關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時性要求較高；非周期性消息的通信需求均為偶發，且實時性要求較低。因此，可知周期性應用報文的傳輸構成了車載CAN網絡通信的主體。由于純電動汽車的有關研發仍在進行中，因此其車載CAN網絡中僅包含了實現車輛基本功能的ECU及其相關通信。目前已投入量產的各款高檔轎車中，其車載CAN網絡中ECU數量普遍已超過了70個，而各ECU為實現信息交互所交換的信號種類也突破了2500余種。
鑒于車載CAN網絡較大的網絡規模、數量眾多的ECU間頻繁的信息交互，其對CAN總線所承受網絡負載與其信息交互的實時性有著極為嚴格的限制，且周期性應用報文的傳輸構成了車載CAN網絡通信的主體。間接NM機制對網絡的監控恰恰是通過監控周期性應用報文的傳輸來實現的，且與OSEK/VDX NM規范中直接NM機制通過使用專用的網絡管理報文實現的網絡監控相比，間接NM機制的應用不會產生較重的網絡負載增量。因此，間接NM機制的引入能更好地平衡車載網絡信息交互的實時性與安全性之間的關系。
【參考文獻】
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關鍵詞:城市軌道交通;FHSS;車地無線通信;維護檢測
城市軌道交通信號系統是集行車指揮和列車運行控制為一體的非常重要的機電系統，直接關系到城市軌道交通的運營安全、運營效率和服務質量。上海軌道交通信號系統均采用了CBTC(基于通信的列車自動控制)技術，其中一部分的CBTC制式是采用FHSS(跳頻展頻)技術。對于采用IEEE802 ．11FHSS技術的CBTC車地無線通信系統，目前國內及國際上均沒有測試儀表和工具能對其無線性能進行有效檢測，從而導致在工程建設中無法便捷地對采用FHSS技術的車地無線通信系統的無線性能進行驗收測試，在運營維護期間無法便捷地進行維護和故障診斷。因此，針對FHSS制式的車地無線通信系統維護檢測平臺的研究是非常必要的。
1FHSS技術特點
目前上海在建和新建的軌道交通CBTC信號系統中，部分線路采用了FHSS技術。FHSS技術是IEEE802 ．11 初期采用的一種技術，其工作頻段為2 ．4GHz，共使用79 個信道，每個信道帶寬為1MHz。采用FHSS技術的CBTC信號系統，在通信過程中其載頻會不斷地跳變，因此能提高其抗干擾能力。但同時，由于載頻不斷變化，因此很難對其無線信號進行跟蹤，從而對其無線性能質量進行評估缺乏有效的手段。
2 用戶面臨的實際問題
全國范圍內已經有多條地鐵線路的CBTC車地無線通信系統使用了FHSS技術。也遇到過由于缺乏FHSS技術性能質量評價手段，而難以對故障進行檢測和診斷的問題。主要表現在:① 雖然出現大量的車地通信數據包故障，但是無法找到具體原因和位置，單純依靠檢查軌旁設備和車載設備的工作狀態均未發現異常;② 在某些疑似故障區段進行定點長時間檢測卻未發現異常。經過前期調研和技術分析，在出現CBTC車地無線通信故障的線路上密集布放AP(無線接入點)，且有雙網冗余覆蓋。監測發現軌旁AP和車載設備的工作狀態均很穩定，理論上接收到的無線信號應該也是穩定的，這與用戶反映的問題不符。使用頻譜儀對線路現場進行測量后得到的頻譜圖如圖1 所示。從圖1 中可以看出，對于FHSS的跳變信號，普通頻譜儀無法區分信號來源，也無法給出具體某個車地無線鏈路的連續場強，很難判斷其信號的覆蓋質量。通過對FHSS設備進行研究發現，其車載設備具有監控接口，可以使用計算機串口與其連接;通過發送特定命令，可以查詢當前設備所在無線網絡的相關信息，其中就包括了場強信息和漫游狀態信息。因此，可以利用連續查詢的方式，采集這些關鍵參數，來幫助分析無線網絡的質量。對首次測試得到的信息進行后期的人工整理和分析，完成了無線場強覆蓋圖，并發現了問題的根本原因。圖2 為根據首次測試采集數據完成的某線路無線場強覆蓋圖。經過整理的漫游狀態信息見表1 。可以看出，車載設備在原關聯軌旁AP場強較低時才向新的軌旁AP發起漫游，而列車所在區間的其他軌旁AP的場強遠高于原AP，這導致的結果是漫游次數比較少，但每次漫游前的一段時間，列車均在與場強較差的AP保持通信。由此判斷導致該問題的原因可能是列車的車載AP設置的漫游門限值過低，導致漫游太晚。在討論以后，測試人員調整了車載AP的漫游門限:Parameters:RoamingDecisionRSSIThreshold=60 85JoiningDecisionRSSIThreshold=76 90 然后進行了第二次動態測試。圖3 為根據第二次測試采集數據完成的無線場強覆蓋圖。經過整理的漫游狀態信息見表2 。可以看出，經過調整，車載設備的漫游次數增加了;在發現軌旁AP場強輕微減弱時，車載設備就漫游到了無線覆蓋質量更好的臨近AP，保證了車地無線通信始終工作在較強的無線網絡環境里。借助FHSS車載設備的監控端口，采集到了FHSS制式無線網絡的關鍵參數，并依靠這些關鍵參數成功解決了用戶的實際問題。最終確認車地無線網絡的丟包率從原來的5 ．7%減少到0 ．3%，成功解決了丟包率高的問題。
3FHSS制式車地無線通信維護建議
通過以上案例可以認為，為了達到對FHSS制式車地無線通信系統的性能質量進行檢測評估和故障診斷的目的，可以設計一個維護檢測平臺用以針對CBTCFHSS制式車地無線通信系統進行檢測評估，其主要技術能力應包括無線性能測試和網絡性能測試兩個部分。
4 維護檢測平臺的設計構想
無線性能測試主要是對FHSS無線信號質量進行性能檢測，這類檢測的主要內容即為RSSI場強測試。該測試不僅包括了車載設備當前所在服務小區的場強值，也應包括相同時刻鄰小區的場強值。同時，由于列車是在整個區間進行動態運行，必然存在車載設備在多個地面AP之間的連續切換漫游的情況，因此漫游切換成功率、漫游切換時間等技術參數的測試和評估也非常重要。網絡性能測試主要是對FHSS制式車地無線通信系統作為地鐵信號系統業務承載時工作能力的檢測評估，這類檢測的主要項目應包括IP網絡丟包率、時延等技術參數的測試和評估。同時，如果能考察相同位置和區域里RSSI場強、漫游和網絡性能的相應關系，則可以更加有效地確定無線性能質量，更加準確地找出問題，并提出有效的處理意見。最后，維護檢測平臺還應具備自動的數據處理能力，可以快速方便地實現數據回放、數據分析、報表生成等功能，較快地幫助用戶將測試結果轉化為檢測分析和故障診斷的依據。維護檢測平臺的設計目標分解見表3 。維護檢測平臺的主要組成部分應包括:1)接口模塊。主要包括測試配置模塊，其主要作用是對維護檢測平臺設備的對外采集接口進行選擇及參數配置(包括串口和以太網口)。串口的主要工作是與FHSS車載設備的監控端口互聯，以太網口的主要工作是與CBTC車載網絡設備的網口互聯。2)檢測模塊。①FHSS無線性能測試模塊，其主要作用是與FHSS車載設備進行信令交互，以便快速查詢和采集無線性能數據;② 網絡性能測試模塊，其主要作用是與CBTC車載網絡設備連接，以便與地面服務器通信，進行網絡性能的同步測試。3)數據處理模塊。① 數據導入模塊，其主要作用是將地面AP參數配置信息、檢測模塊檢測到的原始信息導入測試數據分析模塊，并進行必要的設定;② 測試數據分析模塊，其主要作用是對測試原始數據進行處理分析，按照要求繪制曲線，分類統計;③ 結果導出模塊，其主要作用是將測試數據分析模塊繪制的曲線或統計的結論輸出成文件。整個研究過程應該基本按照以上模塊的功能設計，完成軟硬件的開發和整合，然后進行各模塊的獨立測試和協同測試，最終形成維護檢測平臺。
5 結語
CBTC信號系統車地無線通信系統的性能直接影響列車的安全、高效運行。本文著眼于對車地無線通信系統性能的檢測，設計了一套集采集、測試、分析、結果輸出于一體的針對CBTC的FHSS制式的維護檢測平臺方案，便于對信號系統工程建設質量進行有效判定，便于后期維護和故障診斷，以此滿足工程驗收及運營維護的需要。
參考文獻
【關鍵詞】汽車CAN網絡；故障機理；診斷方案
目前，很多廠商都在自己生產的車輛上使用了網絡系統。網絡系統將車上的控制單元連接起來，實現了很多系統的信息共享，增加了控制功能，減少了線束的數量，使線束更容易布置。但網絡系統的應用增加了車輛的維修難度。在與維修企業的接觸中，許多維修人員對網絡系統的診斷還停留在傳統的方式，不能利用故障現象和診斷數據綜合分析，快速排除故障。究其原因是因為不了解車載網絡系統的拓補結構和工作原理，不懂得網絡系統故障產生的機理，更不能使用有效的方法和儀器對網絡系統進行診斷。本文對網絡故障產生的原因進行了說明與總結，制定了CAN網絡系統基本的診斷方案，并對每一步驟進行了說明。
一、汽車網絡故障產生機理分析
在對大量的實際接觸到的網絡故障案例和收集的網絡故障案例進行分析，引起車載網絡系統故障的原因一般有三種：
1、汽車電源系統引起的故障
該故障產生的機理是，車載網絡系統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，如果汽車電源系統提供的工作電壓低于該值，一些對工作電壓要求高的電控模塊就會出現短暫的停止工作，從而使整個車載網絡系統出現短暫的無法通訊。這種現象就如同用故障檢測儀在未啟動發動機時就已經設定好要檢測的傳感器界面，但當發動機啟動時，故障檢測儀往往又回到初始界面。
2、車載網絡系統的鏈路故障
該故障產生的機理是，當車載網絡系統的鏈路（或通訊線路）出現故障時，如通訊線路的短路、斷路以及線路物理性質引起的通訊信號衰減或失真，都會引起多個電控單元無法工作或電控系統錯誤動作。判斷是否為鏈路故障時，一般采用示波器或汽車專用光纖診斷儀來觀察通訊數據信號是否與標準通訊數據信號相符。對于這部分故障本文將作重點分析。
3、車載網絡的節點故障
節點是車載網絡系統中的電控模塊，因此節點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--即傳輸協議或軟件程序有缺陷或沖突，從而使車載網絡系統通訊出現混亂或無法工作，這種故障一般成批出現，且無法維修。硬件故障--一般由于通訊芯片或集成電路故障，造成車載網絡系統無法正常工作。對于采用低版本信息傳輸協議和點到點信息傳輸協議的車載網絡系統，如果有節點故障，將出現整個車載網絡系統無法工作。在實際故障中網絡節點故障一般表現為電控單元內部損壞和控制單元編碼錯誤。應注重這兩方面的檢查。
二、汽車網絡系統故障檢測原理
數據傳輸時的錯誤可能是由于接觸不良、短路、軟件錯誤或外部強電場引起的。控制器區域網CAN網絡故障檢測的原理可以分為錯誤識別、錯誤處理兩個方面。
1、錯誤識別
在網絡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，發送器具有識別錯誤的能力以監測總線信號為基礎。每個發送信息的節點同時監測總線電平，此時會立即識別所發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的邏輯性。
因此可以識別五種不同的錯誤。
2、錯誤處理
某個CAN節點識別到的每個錯誤都立即通過一條錯誤信息（錯誤幀）提供給所有其他節點。因此所有總線設備不再將此前接收的信息繼續發送給應用程序微控制器。在此通過自動重復傳輸有錯誤的信息來校正錯誤。
為了在出現故障時不會因發送錯誤標志而造成控制單元在總線上的所有數據交換失效，控制單元根據一個確定的算法逐漸從總線事件中退出。因此，第一級復位后觸發錯誤標志的節點只允許發送由高位啟用（隱性）比特組成的被動錯誤標志。其結果是這個控制單元不會再阻礙總線上的數據交換。但是，在這種狀態下該控制單元可以繼續發送和接收信息。
如果一個或多個總線設備多次干擾系統且發送錯誤或接收錯誤的錯誤計數器達到規定限值，就會將這個或這些設備與總線完全斷開。在這種總線關閉狀態下，這些控制單元無法發送或接收信息。
錯誤主動與錯誤被動狀態之間的過渡通過CAN控制器自動實現。只有通過相應的操作，例如軟件或硬件復位，才能撤消總線關閉狀態。
三、汽車網絡故障診斷方案
汽車網絡的應用增加了車輛故障診斷的難度。針對目前維修人員還不能有效的進行車輛網絡故障診斷。本文經過對大量的網絡故障案例進行研究，總結出一套針對網絡診斷的基本方案（見圖1）。在診斷網絡故障時可以進行參考，并對其進行靈活運用。
網絡故障排除診斷方案
在此方案中的每一步功能都含有若干個小的測試步驟，而且要根據具體的上一步測試結果進行下一步的診斷。方案的具體步驟在下文中具體進行解釋。
1、對“驗證故障現象，進行網絡功能分析”的說明
當發生故障時，首先要驗證故障現象，驗證故障現象的同時，就要分析故障。采用總線控制的車輛，無論是總線網絡故障還是掛在總線上的任一控制模塊出現故障，都可能對其它控制模塊（或部件）產生影響，使其不能正常工作。所以，排除這類故障時，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。可以通過網絡功能是否實現，來初步判斷故障范圍。判斷這類故障要基于對網絡拓補結構的了解，熟知在網絡上傳遞哪些數據流。
以某品牌車型為例，網絡系統拓補結構如圖2所示。動力系統、舒適系統與信息娛樂系統通過數據總線接口（網關）交換數據。交換的數據有：
（1）發動機轉速信息
動力系統控制模塊通過數據總線向儀表組件傳送數據，再由組合儀表組件驅動發動機轉速表指針偏轉。當發動機轉速數據丟失或動力系統控制模塊處于不良狀態時，儀表組件將轉速表驅動到Or/min。
（2）燃油信息
燃油液面傳感器將燃油位置信號傳遞給動力系統控制模塊，動力系統控制模塊通過數據總線給儀表組件傳送燃油液面數據，再由組合儀表驅動燃油表指針偏轉。當燃油數據丟失或發動機電腦處于不良狀態時，儀表組件將燃油表驅動到零位置。
（3）冷卻液溫度信息
冷卻液溫度數據在動力系統控制模塊內計算，動力系統控制模塊通過數據總線向儀表組件傳遞冷卻液溫度數據，再由組合儀表驅動溫度表指針偏轉。當溫度數據丟失或發動機電腦不良狀態時，儀表組件將溫度表驅動到低位。
（4）檔位顯示信息
位于變速器外殼上的檔位開關將變速桿位置信號送往動力系統控制模塊，動力系統控制模塊再將此信號處理翻譯后，通過數據總線送往儀表板，在儀表板上將有正確的變速桿位置顯示。如果動力系統控制模塊檢測到無效的檔位組合或總線有故障，儀表中將無相應的檔位顯示。
2、對“診斷儀器查詢故障代碼，根據不同的故障代碼，分類進行診斷”的說明
初步判斷網絡系統是否故障，可以利用診斷儀讀取總線系統故障代碼。由于車載網絡系統一般均采用節點監控，每個節點都被網絡中的其他節點監控，按系統使用的邏輯環要求，網絡范圍內的任何節點都必須能夠將感測信息發送到所有其他節點，并能從其他節點接收信息。因此，若某個節點（控制單元）出現故障，不能發送或接收相應的感測信息時，除控制單元本身能檢測到總線相關故障代碼（也有可能不能進入該控制單元），系統內其他控制單元也會有指向該控制單元信息傳輸不良的故障代碼。例如大眾車系的網絡系統故障代碼有“01336—舒適系統數據總線單線通訊”、“0133l一駕駛員側車門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總線網絡鏈路故障，還要采用其他的方式進行故障分析，局限性較大。
3、對“沒有故障代碼，查詢數據流 ”的說明
使用診斷儀的讀取數據流功能也可以初步判斷故障。可以利用診斷儀進入測量數據塊功能讀取總線測量數據。以大眾車系為例中，可以讀取CAN網絡的通訊狀態，若CAN通訊狀態為1，表明在測的控制單元正在接收指定控制單元的信息。若CAN通訊狀態為0，表示不能正常接收和傳輸信號。而每個測量數據組一般部由4個數據區排列組成，每個區分別代表了不同的內容，若該車型沒有相應的控制單元時，數據就不會顯示。讀取數據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絡系統故障數據流，從表中可以看到乘客車門導線出現問題，測量值與正常值不符。
4、對“執行元件測試功能”的說明
利用診斷儀進行執行元件測試功能是測試網絡系統故障很直觀的方法。在車載網絡中，如果控制單元A的執行器不工作。通過診斷儀與控制單元A相連，指令控制單元A驅動執行元件工作，如果執行元件能夠正常工作，說明控制單元A工作正常。這樣的結果告訴我們重點排查與A通信的控制單元及網線的通斷。
5、對“波形測試確定故障”的說明
由于通信線路短路、斷路及線路物理性質引起的通信信號衰減或失真的鏈路故障，是汽車車載CAN總線網絡類故障中概率較高的一種。常見的CAN總線網絡鏈路故障有：CAN—H和CAN—L在某點分別對正、負極短路：某節點的CAN—H和CAN—L分別斷路：CAN—H和CAN—L之間在某點短路：CAN—H和CAN—L同時對正、負極短路。通過示波器測試出總線的波形，可以將測試出的波形與正常的波形進行對比，發現網絡的鏈路故障。對于使用示波器測試網絡故障將在在下文重點闡述。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行模式，對外部并不能表現故障現象。
6、對“使用電阻測量方法排除故障”的說明
在某些車系上可以通過對車載網絡的電阻進行測量發現具體的故障點。電阻測量網絡故障要和其它方法配合使用。有的網絡系統如大眾的某些車型不能測量舒適和信息娛樂CAN的控制單元內阻。
下面舉例說明使用控制單元測量驅動CAN的電阻。如圖3為某車型驅動CAN網絡結構，電阻測量方法如下：
①拆開蓄電池5分鐘。
④控制單元與控制單元之間的數據線的測量
在測量控制單元之間的數據線時，要將控制單元斷開，測量導線的通斷，電阻應小于1Ω，否則導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試一起進行。
現在一些大中城市的公共交通設施雖然已經安裝了WiFi熱點設備，乘客在點贊的同時，也發現公交無線WiFi的實際體驗過程復雜繁瑣：比如，雖然搜到了WiFi信號，卻怎么也連接不上；眼看著旁邊小哥刷網頁刷的飛起，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……如此龐雜的上網流程與不甚理想的WiFi網速最終使得用戶對免費公交無線WiFi上網的愿望化為泡影。
華為跟北明軟件有限公司（以下簡稱北明）迎難而上，雙方共同看好公交、地鐵、鐵路等移動WIFI運營市場前景，投入人力和資金，聯合開發了車載WIFI整體解決方案。目前，該合作成果已成功應用于華視傳媒集團深圳公交車輛系統，在為深圳公交系統打造移動娛樂互動平臺的同時，也為乘客提供可靠、安全、快速的WiFi接入體驗。這也是華為敏捷網絡開放合作的具體實踐。
車載WiFi需快速響應變化
都市白領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1200萬人次，且乘坐的平均時間長達84分鐘以上。在這些碎片化時間里，他們把流量都貢獻給了3G運營商，換來的卻是要忍受細若游絲的3G信號。根據艾瑞咨詢調查顯示，超過90%的智能手機用戶會通過WiFi上網，96.8%的平板電腦用戶會使用WiFi上網。無論從市場規模來看，還是從用戶習慣來看，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。那么，究竟公共交通WiFi，主要面臨哪些難點？對此，華為交換機與企業通信產品線企業網絡解決方案總經理馬達表示，如今大家都解決了初期車載WiFi的一些基本功能，如占領入口、定制新聞、推送內容等，但現在用戶訴求已經有了質的提升，大家希望在上面開展更加豐富的業務，如游戲以及移動支付等，從技術支撐而言，應用程序開發完之后，如果網絡頻繁掉線、車輛失聯，甚至網絡設備出現故障，會給開發者、廣告商以及用戶造成巨大的損失。
在車載WiFi的環境里，每個乘客的喜好和市場當前的熱點是頻繁變化的，認證方式需求也有很多變化，與此同時APP的開發也呈飽和狀態，以APP的形式作為登錄的入口也需再考量。面對各種各樣的變化和挑戰，馬達認為如何更快速的響應這些變化是當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，華為在敏捷網絡最大的特點便是開放，網絡本身又是剛性需求，華為此次將敏捷網絡定位在做好管道上，試圖拉近與應用的距離，適應用戶快速多變的需求，為生態圈里的合作伙伴提供開放的接口，實現便利、快捷的開發。北明軟件有限公司高級副總裁荊永生也表達了北明在轉型期間對新業務、新客戶的困惑，此次車載WiFi便是兩者在行業應用和行業客戶需求上的一次完美切合。
將互聯網思維注入平臺建設
之前也有眾多戶外媒體公司在城市的移動公交媒體網絡進行無線WiFi網絡的搭建，但大家的思路似乎都局限于僅僅將廣告屏或者數字屏幕的內容轉移到手機上，用戶通常要繁瑣地在手機登陸彈窗中看廣告，這種形式的廣告極大地挑戰了用戶的耐心，加深了用戶對于廣告的抵觸情緒。通過這兩年對市場的深刻理解，華為也意識到車載WiFi需要改變傳統的業務模和開發模式，以適應移動互聯網時代用戶的需求。
北明軟件有限公司高級架構師張凱也表示：“在進行基于華視公交WiFi項目中，北明也有了深刻的體會，公交WiFi應該是一個全連接的用戶體驗，用戶從一臺車到另外一臺車，這期間網絡是不能斷的。這也就要求我們要有一種互聯網的思維。乘客希望未來的網絡是免費的，那么公交車載WiFi網絡應該就是第一張完全基于免費的互聯網。”
張凱表示現在的客戶很多是互聯網的客戶，在設備層面仍需要運營商的思路。華為在基于運營商的解決方案的思路上顯然是比較成熟的，此次AR設備以及控制器都是由華為提供的。
特別是華為AR511是專為移動互聯場景而設計的智能移動網關產品，能很好地應對車輛顛簸、電磁干擾，一到紅綠燈就熄火等問題，內置的防火墻功能，不僅可以防范外部攻擊，還可以對非法流量進行過濾，阻止對非法網站進行訪問，潔凈網絡訪問環境。
開放合作共建新商機
目前，華為敏捷網絡在控制器、網絡設備、終端三個層面都開放了豐富的eSDK 接口。在控制器層提供接入信息、網絡安全、網絡信息、網絡操作、QoS五類網絡服務開放，可以供合作伙伴業務直接調用，并協助客戶進行業務創新。而網絡設備則通過開放容器/可編程環境等技術，開放網絡、安全、計算、存儲等資源，讓業務運行在網絡設備，實現IT和CT深度融合；同時支持直接向第三方系統開放網絡數據，包括設備信息、物聯終端信息、位置等；支持OpenFlow1.3、Netconf、Zigbee等南北向主流協議，在北向和南向分別與第三方控制器、多種物聯終端無縫集成。在終端開放方面，業界首家物聯終端輕量OS（Liteos）提供智能家居、穿戴式、車機等基于場景的豐富API，方便物聯應用的開發；通過開源社區建立與芯片、智能硬件、開源硬件、組件、應用、云端平臺、業務運營等廠家/開發者的合作；其本身也支持運行在x86，ARM，MCU等多種芯片。
隨著移動互聯網絡商業模式的創新，實現全聯接公交的產業模式正在受到行業更多的關注。與此同時，提速降費的步伐也將越來越快，馬達認為在這樣的大趨勢下，車載WiFi本質上就要解決全免費的問題，其次從盈利上來講更多的是要培養這一用戶群體的使用習慣，在用戶里尋求轉換價值。公共交通+WiFi+媒體帶來的不僅僅是視頻、廣告在移動端的大爆發，還有低頭族的又一次大進攻。
【關鍵詞】LTE 地鐵 車地無線通信系統
1 概述
近年來我國經濟的迅猛發展，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系統的重要組成部分，以其大眾化、大載客量以及安全舒適、快捷準時的特點成為公眾喜愛的交通工具。
在地鐵專用通信系統中，車地無線通信系統需要承載的業務主要包括CCTV和PIS等系統。其中CCTV系統是視頻監控系統。車廂內的攝像頭拍攝的實時畫面，通過車地無線通信系統上傳到各個車站，再通過專用傳輸系統傳送到控制中心，讓控制中心監控平臺可以實時呈現車廂內的畫面，有利于后臺服務人員了解車廂內的情況。CCTV的業務主要是上行數據業務，該業務對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象。
PIS系統是指乘客信息系統，即站廳、站臺和列車內的顯示信息，比如說我們在地鐵站看到的到站信息、天氣、股票信息和視頻播放節目等。這些信息都是從地鐵控制中心經過編播后下發到各個車站和車輛內的，然后通過本地的播放模塊進行顯示。該系統主要是下行數據業務，對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象。
2 LTE的關鍵技術
LTE（Long Term Evolution，長期演進）是由3GPP組織制定的UMTS技術標準的長期演進，于2004年12月在3GPP多倫多會議上正式立項并啟動。LTE系統引入了OFDM和MIMO等關鍵技術，顯著增加了頻譜效率和數據傳輸速率（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，系統容量和覆蓋也顯著提升。
2.1 OFDM
OFDM是LTE系統的核心技術之一，他的技術原理是將網絡數據流的傳輸分散到多個正交的子載波上完成他們的傳輸任務，這種分散的方式能夠降低子載波的符號速率，從而提高時延抵抗力，最終減弱符號間的干擾的功效。LTE系統在工作中一般會在OFDM符號前加入相應的保護間隔，保護間隔的設置能夠有效的消除LTE系統符號間干擾。
2.2 MIMO
MIMO技術運用于LTE系統中，主要功能是提高系統傳輸速率，OFDM的子載波衰落較平坦，從這點說它很合適與MIMO技術結合，二者結合能很好的提高LTE系統的性能。MIMO一般采用多天線或者多通道技術形式，通過合理的數據處理與信息的接收完成空間信道的創建與完善，從而提高數據傳輸的速率。當功率和帶寬固定時，多入多出系統的最大容量與其最小天線數是正相關的關系。也就是說MIMO的多入多出系統的容量越大其最小天線數就越少，通過這些信息數據的分析、估計，能夠整合網絡運行環境，有效提高網絡運行的速度。
3 LTE在車地無線通信中的應用方案
3.1 網絡總體架構
控制中心級子系統布置核心網設備，負責與中心服務器、視頻服務器通過以太網交換機接口，接收視頻信息并將相關信息通過TD-LTE無線網絡傳輸到列車上。
軌道子系統在車站站臺布置LTE基站的BBU和RRU設備，覆蓋站臺周邊區域，根據無線信號覆蓋的要求在隧道區間布置RRU設備延伸無線覆蓋，實現與車載無線設備之間的無線數據通信。各LTE基站通過光口接入車站傳輸設備，通過通信傳輸系統提供的通道與控制中心連接。
在每列車的車頭、車尾各設置1套車載無線設備（TAU），通過車載交換機與車載控制器和LCD控制器相連，接收由控制中心提供的實時視頻信息和向控制中心發送實時的車廂監控信息，如圖1所示。
3.2 系統組網方案
PIS編播中心機房部署無線核心網和無線網絡網管，并通過傳輸網絡與各車站、停車場的無線基帶單元BBU通信。車輛地面服務器、PIS視頻服務器等應用服務器通過編播中心核心交換機與無線核心網通信，下行方向核心網接收視頻組播流并將組播流通過LTE TDD無線網絡傳輸至各列車上，上行方向核心網將接收的CCTV車載監控數據和車輛狀態數據轉發給車輛地面服務器。
各個車站和停車場機房部署TD-LTE分布式基站的基帶單元BBU。BBU通過光口接入車站、停車場傳輸設備，通過傳輸網絡與無線核心網連接。
沿線軌道區間和停車場部署TD-LTE分布式基站的射頻單元RRU。RRU通過光纖鏈路遠程與BBU連接，一個BBU可以管理和連接多個RRU。軌道沿線區間覆蓋可以采用與專用無線通信系統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，以達到實現MIMO功能的目的。停車場因區域面積大、縱列車線多，采用板狀定向天線方案覆蓋。
在列車頭尾司機室專用通信機柜分別部署一套TD-LTE車載無線終端（TAU），每臺TAU配置兩套的車載天線。TAU通過百兆以太網口接入PIS系統的車載交換機，實現與列車各應用系統的通信。
車地無線通信網絡的系統架構如圖2所示。
3.3 無線網絡規劃
PIS系統對于實時性以及視頻圖像的播放質量要求高，需要一張可靠的車地通信網絡。為了減少干擾，LTE網絡選擇專用頻段，同時利用專有抗干擾技術降低其他無線信號的對車地通信網絡的影響，進而降低對地鐵業務的影響。
3.3.1 無線頻點分析與規劃
2003年工信部（信部無[2003]408號，以下簡稱408號）規定1785-1805MHz頻段主要用于本地公眾網無線接入，對確有需要的本地專用網也可用于無線接入。408號規定頻率指配法定主體是省級的無線電管理單位，“具體頻率指配和無線電臺站管理工作，由各省、自治區、直轄市無線電管理機構負責”。
工信部無[2008]332號文件中指出拓展了1.8G頻段的業務應用范圍，從原來僅可開展語音低速數據等窄帶應用，擴展為可同時開展無線視頻傳輸等寬帶多媒體業務。
最近，工信部【2015】65號文明確提出1.8G頻段可用于城市軌道交通專用通信網。
車載電腦已經逐漸成為歐、美、日等市場的汽車首選裝備，它相比我國流行的GPS+DVD，智能化程度更高。試想一下，您在駕駛汽車的時候，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，什么時候應該去4S店保養，了解目的地的天氣狀況、實時路況，讓副駕隨時隨地上網購物，旅途博客……這一切，都是通過車載電腦和3G網絡實現的全新汽車生活。
車載電腦集IT技術、移動通信技術、智能導航技術和3G互聯網技術等高新技術于一體，面向汽車行業，是一個功能強、體積小、可靠性高的移動電腦。車載電腦以嵌入式電腦為硬件基礎，搭配液晶顯示器、觸摸屏、攝像頭、傳感器、GPS、3G網絡等設備組建成硬件系統，結合特定的操作系統和軟件程序，提供了汽車監控、故障診斷、通訊、網絡和影音娛樂等功能。
車載電腦的發展
當您的愛車裝上車載電腦后，您就擁有了一輛智能化的汽車，并且您能根據自己的喜好，把愛車變成一個Hi－Fi試聽室、高清影院、移動辦公室、隨時隨地都可以上網和游戲的休閑吧。甚至，未來車載電腦還能輔助駕駛，駕駛員將地址輸入電腦，汽車就會按照最佳的行車路線，安全、快速地到達目的地，人們則通過車載電腦享受各種娛樂設施。
車載電腦是車載信息娛樂系統進化到目前的最高級產品，它的發展歷程和傳統的計算機一樣，從一種應用工具發展成了整合多種娛樂功能的智能終端。九十年代初，國外提出了智能交通系統的概念，智能車輛是智能交通系統的重要組成部分。智能交通系統中包含了計算機、移動通訊、自動控制等使車輛更具舒適性、娛樂性、安全性、方便性的多項技術，而基于電腦平臺的汽車信息化是實現智能交通的基礎和必要條件。
1998年，軟件巨頭微軟提出了AutoPC的概念，并致力于開發和搭建軟件平臺，其目的是再造一個PC市場，使人們在汽車中也能使用網絡服務，從而實現建立汽車信息網絡的“車輛互聯”的構思。隨后，在美國通用，日本豐田等汽車制造業巨頭的推進下，在車上逐漸實現了多媒體、導航、遠程服務和互聯網接入等功能。諸如MMI、OnStar、G-Book、CarWings等車載信息娛樂系統不斷由實驗室推向市場，直接服務于車主。只是，在經過十幾年的發展之后，車載電腦并沒有在前裝車廠中普及，除了價格因素以外，主要是電腦的功耗和穩定性的問題。所以，車載電腦主要活躍于4S店、改裝店等后裝市場。
車載電腦主要有兩大平臺
目前市場上的車載電腦主要有兩種平臺，一種是基于ARM架構的嵌入式平臺，操作系統一般采用Windows CE、Linux、Android等嵌入式操作系統。嵌入式平臺具有較低的功耗，能夠實現基本的娛樂、GPS、網絡應用等功能，但是硬件擴展不方便，軟件支持度不高，性能一般。另一種則是x86架構的車載電腦，和我們平時使用的電腦一樣，可以安裝Windows XP操作系統，擁有更好的軟件支持度，但是功耗較高。
車載應用的尖兵――ARM處理器系列
在車載電腦應用方面，系統功耗是相當值得注意的話題。x86處理器在絕對性能表現方面相當出色，軟件兼容性也很優秀。但受限于本身架構以及產品等問題，x86處理器在功耗表現上并不出色。真正適用于超低功耗設備的處理器是ARM架構處理器。在手持設備和平板設備上，已經出現很多使用ARM架構的產品，這些產品在保證超低功耗的情況下，還提供了相當不錯的性能，甚至一部分以ARM微架構的處理器，在擴展優化并特別增強顯卡性能后，擁有很強的3D處理能力。
ARM架構的處理器目前都是32位RISC(精簡指令集計算機)架構，由于RISC的一些天生優勢再加上ARM的設計目標，ARM架構的處理器往往擁有特別優秀的功耗表現和能耗比。目前的采用ARM架構的處理器主要有NVIDIA Tegra系列、ST Cartesio系列、高通Snapdragon系列、NXPVICARO2以及TI的ARM產品。在車載應用中，由于傳統的ARM架構處理器一般性能較低，在汽車里面通常作為單一設備的主控芯片，比如車載DVD、GPS導航儀、流媒體播放等，各種產品之間不能互相融合。
如今，奧迪、寶馬已經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導航、智能行車、智能控制等多方面的特色應用。Tegra 2處理器擁有兩個1GHz的ARM Cortex A9核心和一個ARM7處理器，除此之外還有一些功能性設備，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的強大性能，Tegra 2的圖形效能是目前所有ARM架構處理器中最為出色的，能夠輕松執行各種3D計算任務，甚至進行較復雜的3D游戲計算。
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令人滿意。和國內目前的一些導航設備的“3D”化不同的是，Tegra 2利用強大的GPU處理能力，在畫面效果、圖形質量上的表現相當出色，用戶看到的是真正有立體效果的、可以縱覽全局的導航。
Tegra芯片進駐汽車，除了一并滿足高清視頻播放、TV、車載電話、CD播放等功能外，還可以利用其強大的性能進行更多的智能控制，比如利用其強大的3D性能模擬數字儀表盤，同時監控汽車狀況，包括交通標志、盲區、車道偏離檢測、駕駛員警示監控、輔助停車、夜視裝置等，還有可以結合目前的軟件比如谷歌“地球”等實現更人性化的操作。這套車載輔助系統，不僅能夠實現3D地圖顯示，還能夠實時計算路況，根據前置攝像頭識別路牌，根據路牌提出警示，類似我們常用的電子狗功能。
x86處理器Atom獨占鰲頭
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復雜指令集處理器，和我們平時所使用的電腦系統完全兼容，最大的特點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、數字安全監控、工業自動化領域的全新SoC產品AtomE600。這款代號為“Tunnel Creek”的處理器集成
了Atom處理器內核、內存控制器、圖形視頻引擎，并首次允許設備廠商開發與PCI Express兼容的設備，使該設備直接與芯片相連，從而讓嵌入式應用更加靈活自如。
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用。它包含了一個45nm制程工藝Atom處理器，具有512KB二級緩存、24KB數據和32KB指令一級緩存，支持DDR2 800內存，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，滿足汽車對高清影音的需要。
Atom E600系列拋棄了以往的FSB或DMI總線，轉而使用開放式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用要求。
英特爾EG20T主控芯片是一個平臺控制器中心，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，其開放互連特性更加容易搭配各種I／O設備。可以和汽車的信息接口通訊，檢測車輛的行車信息，可以和車輛應用設備通訊，擴展用戶對汽車功能的需要。該系統單芯片的彈性讓創造獨特的個性設計變得更容易，尤其適合支持包括車用信息娛樂系統。對于需要最少I／O接口的應用，開發人員還可以使用PCI Express總線連接以太網控制器或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)”、“主動管理(AMT)”和“安全化”等多項核心技術。以超線程技術為例，通過讓處理器并行執行兩個指令線程，能夠為車載的多任務應用提供更高的性能和更快的系統響應。英特爾Atom E600的低功耗、高集成化、易于擴展性的特點打破了以前車載電腦設計繁雜，功能模塊繁多，功耗過大的缺點，是目前車載電腦的不錯選擇。
車載電腦系統很關鍵
說完硬件，我們回到操作系統和應用方面。車載電腦需要收集汽車行駛數據、油耗、車況信息，提高了車主對汽車狀況的了解，規避了風險。由于汽車應用的獨特性，為汽車開發專業的操作系統勢在必行。
眾所周知，微軟Windows操作系統功能強大，性能穩定，兼容性強，以及有無數的優秀的應用軟件可供選擇；但另一方面，Windows操作系統和應用軟件都是針對桌面使用以及鼠標的操作來進行設計開發的，所以在汽車上要讓使用Windows操作系統，似乎是一件很困難的事情。最近，微軟了基于Windows 7系統的嵌入式車載操作系統Windows Embedded Automotive 7，這款操作系統在使用習慣上以提升人和車的交互體驗為本，界面操作方便快捷，為車主提供更有效的安全服務和幫助。它也能為車主和乘客提供豐富的應用，比如：音樂、導航、電影、信息查詢、通訊錄、語音記事本、移動辦公、個人助理、天氣服務、團購、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可以實現車主、商家、4S店為一體的車載信息服務體系。包含4S店車輛信息交互平臺、廣告推送互動平臺、車載電腦終端應用平臺和后臺系統平臺，這些形成真正切實可行的車載信息服務網絡。4S店車輛信息交互平臺主要提供給4S店使用，4S店通過此系統能及時查看到車主信息及車輛狀態，管理維修保養記錄，針對各項數據的統計分析實時的給車主提供針對性的關懷服務，并能對車輛進行遠程診斷，處理緊急救援請求。并且通過該平臺車主可以在車載電腦終端查看到4S店推送的活動信息，對活動進行反饋，使4S店和車主近距離交流，具有強大的交互性。深圳合正汽車就于2月20日第七屆中國(廣州)國際汽車改裝服務業展上展示了首款基于WindowsEmbedded Standard嵌入式操作系統的車載信息娛樂系統解決方案。
另外，千萬不要忘記的一點是，目前支持ARM的系統如Android，也已經擁有成千上萬的軟件支持，這些軟件如果應用在車載電腦上，甚至單獨為汽車開發的話，那么將會發展為一個重要的平臺。上海榮威350汽車原廠搭配了基于Android系統的inkaNet車載終端，搭配3G網絡實現了豐富的智能應用。除了原廠之外，更多的車載電腦廠商也已經關注Android在汽車上的應用。
【關鍵詞】SCDMA；應急通信；通信車
應急指揮通信系統是油田公司通訊系統重要的組成部分。應急指揮通信系統主要以通信車為工作單元，通過車載視音頻監控終端、語音調度終端與指揮中心進行通信。新疆油田公司一直希望能夠有自己的應急指揮通信系統，為此通訊公司做了一些準備工作，已經有衛星鏈路、油網接入、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字通訊系統，通信車一直未能投入使用。由于數據公司已經建有完整的SCDMA系統，故本文以信威公司的MICWILL SCDMA無線數字通訊系統為例，討論SCDMA系統在油田公司應急指揮通訊系統應用的可行性。
1.SCDMA應急指揮通信車概述
SCDMA應急指揮通信車在傳統衛星/微波指揮通信車的基礎上增加了SCDMA寬帶基站，一方面保留傳統指揮通信車的衛星/微波/3G回程功能，同時通過SCDMA寬帶無線通信技術以通信車為中心，為周圍的工作人員提供無線本地接入功能。SCDMA無線本地接入網負責在視音頻監控、筆記本/PDA、手機等單兵通信終端與通信車之間提供寬帶無線數據通道；通信車內的業務服務器負責收集并處理單兵通信終端回傳的數據，與指揮中心業務服務器協同工作為單兵通信終端提供服務；通信車通過有線/無線回程網絡訪問指揮中心的業務服務器，并可將本地處理完畢的數據回傳到中心數據庫。
圖1 示意圖
圖2 網絡結構圖
2.SCDMA應急指揮通信車設計目標
通過衛星/3G回程網絡、SCDMA寬帶無線本地接入網構建一個隨時在線的寬帶無線承載網，并通過標準的接口/協議靈活的連接各種車載通信設備和業務服務器。SCDMA寬帶基站使用標準的以太網接口和TCP/IP協議，能夠靈活的連接現有指揮業務服務器和衛星回程網絡設備，并能隨著技術的發展，通過增加相應通信設備和業務服務器，靈活的完成現有指揮通信車的升級。網絡結構如圖2所示。
3.回程網絡解決方案
應急指揮通信車通過回程網絡連接到指揮中心，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內的業務服務器和相關數據庫。常見的回程網絡技術包括：光纖回程、衛星回程，根據業務需求以及現有資源的不同，可選配不同的回程網絡設備。
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、安全性能高等優點，廣泛應用于廣域、城域、局域等各類通信網絡的建設中。
光纖回程網帶寬高、抗干擾能力強，但存在接入點位置相對固定的缺點。對于位置相對固定、并且需要經常監控的地點（如需要重點保護的歷史、行政、軍事機構附近），可預留光纖接口。在發生突發事件時，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，在指揮通信車與指揮中心之間建立視頻、語音、數據傳輸通道。
語音、數據碼流由車載復用/交換設備匯聚，視音頻監控碼流則通過視音頻矩陣進行選擇、編碼。編碼后的視音頻監控碼流與語音、數據碼流通過車載光端復用設備復用后發回指揮中心，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、數據信息下傳至指揮通信車。通訊公司現在擁有完善的市區、外探區城市光纜網及克——烏爾禾、克——烏魯木齊光纖環網。
3.2 衛星鏈路回程
突發事件現場位置隨機性很大，在無法使用光纖回程的情況中，可利用衛星鏈路作為光纖回程的補充。衛星通信具有不受地域限制，覆蓋面廣，通信距離遠，站點設置方便，傳輸質量好等諸多優點，能夠滿足指揮通信車與指揮中心之間點對點、點對多點的視頻、語音、數據傳輸需求。執行任務時指揮通信車在第一時間到達現場，車載衛星通信系統加電后利用天線自動伺服與控制系統，能夠快速完成衛星對準，開通衛星信道，及時的在指揮車、指揮中心之間建立視頻、語音、數據傳輸通道。通訊公司現在使用的是亞洲四號衛星。
3.3 SCDMA超級終端回傳
如果在SCDMA的寬帶網絡覆蓋區域，也可以用SCDMA超級終端回傳，傳輸帶寬可以達到4-8Mbps。
4.SCDMA系統功能
在提供語音調度功能的同時，SCDMA多媒體調度系統具備寬帶無線接入能力，為覆蓋區域內的所有終端提供寬帶數據接入業務。用戶可訪問調度控制中心數據庫，并接收調度控制中心下發的調度指令。通過BRAS，用戶可訪問Internet。
4.1 SCDMA多媒體調度系統支持以下語音調度功能
單呼、組呼、廣播、會議、PTT話權搶占、追呼、緊急呼叫、強插、強拆、監聽、終端狀態呈現、動態重組、代接、禁話。
4.2 車載視音頻監控
通過裝配在通信車上的視音頻監控設備、視音頻編解碼器等設備，可以將車載監控視音頻、單兵回傳視音頻信息實時傳送至通信車以及指揮中心；指揮人員可在獲得相關授權后，可以訪問現場實時視頻以及存儲的硬盤錄像。
4.3 單兵視音頻監控
通過SCDMA單兵無線視音頻監控設備可以對事件現場進行移動、固定監控，將現場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，協助單兵完成對現場環境的勘察。
4.4 多媒體調度
通過SCDMA應急指揮通信車，可以實現車載通信系統覆蓋區域內單兵的話音調度、文本指令、行動方案，也可以實現通信車間的聯動調度。
4.5 語音通信
通過車載語音通信系統，現場工作人員使用手持機在通信車的無線覆蓋范圍內進行通話，并可通過語音中繼網關實現與通訊公司現有NGN之間的互通。
4.6 視頻會議
通過裝配在通信車上的視頻會議終端，可以接入指揮中心的視頻會議系統，參加指揮中心組織的視頻會議，并將車載監控視頻以及單兵回傳視頻實時傳送給指揮中心視頻會議系統。
4.7 錄像存儲
通過裝配在通信車上的硬盤錄像機可以實現對車載監控視音頻、單兵回傳視音頻進行高清晰錄像存儲。
4.8 遠程辦公
現場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絡連接到指揮中心辦公網，訪問中心機房的服務器和數據庫，實現現場工作人員的遠程辦公。
4.9 遠程數據采集及控制
在對于遠程數據采集以及遠程設備監控，可在通信車無線覆蓋范圍內安排信息采集監控終端以及SCDMA無線終端，SCDMA無線終端負責將采集到的數據提交給通信車，并在通信車的指令下對遠程設備進行控制。
5.結論
使用信威公司的MICWILL SCDMA系統能夠較好的滿足油田公司應急指揮通信系統的需求。
關鍵詞 酒駕管理系統；GPS；GPRS；zigbee組網
中圖分類號TP27 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）88-0222-02
醉酒駕駛一直是困擾人們的一個大問題，據統計，每年由于酒后駕車而引發的交通事故高達數萬起，對人們和社會造成了巨大的精神壓力和經濟損失。本文提出了一種基于移動網絡技術的車載智能酒駕管理系統的設計方法，該系統引入GPRS移動網絡技術、GPS定位及測速技術、zigbee無線組網技術和高精度酒精檢測技術，能夠實現酒駕治理人性化，交通管理智能化的目標。
1 盤點國內外防酒駕科技
酒駕一直是國內乃至全世界的熱點問題，如何從根本上杜絕酒駕并減少酒駕帶來的社會危害已經成為各領域科技工作者的目標。目前，與酒駕相關的產品和科技，在國內外也有一定的研究，其主要總結如下[1]：
1）酒精鑰匙技術：在車鑰匙上設計一個小吹氣管，如果酒精含量超標，則汽車不能啟動。其體積小，攜帶方便；
2）酒后駕駛鎖閉裝置：在汽車室內安裝酒精檢測系統，分析司機呼出的其他，并將分析結果傳送給汽車中控室，如果酒精含量超標，汽車同樣不能啟動；
3）日產酒精鑰匙：其基本原理與薩博的酒精鑰匙技術基本一致，但在日產車上酒精檢測儀是直接與電腦連接，同時還與衛星導航系統相結合，能夠實現實時監控的目標；
4）酒精探測儀：探測儀檢測駕駛員呼出的氣體，如果含量超標，可通過車載電腦自動發出指令，使車輛無法啟動；
5）激光酒精檢測儀：其檢測儀能夠發出一束特殊激光，該激光能夠通過擋風玻璃來檢測車內的酒精含量是否超標，這能夠遠距離檢測酒精含量；
6）“醉立停”：防酒駕裝置“醉立停”，安裝在方向盤中軸位置，控制線路與汽車點火裝置相連，能自動將點火裝置斷開。
防酒駕科技及其儀器技術含量并不是很高，但是如果能將其應用于汽車中，讓醉酒駕車的人無法啟動汽車，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。基于前人的研究，將其中的一些科技儀器和技術應用于系統中，并綜合現在比較成熟的技術，設計一個思路嚴謹，低開發成本的車載智能酒駕管理系統。
2 系統總體概要
3 系統引用技術的詳細介紹
3.1 引入GPRS移動網絡技術
本系統主要利用現成的GPRS網絡搭建連接車載酒駕終端和交管部門之間的信息交互平臺，同時在GPRS信號比較弱的地方輔之以GSM通信。這樣能實現車輛和交通管理部門雙方無障礙，穩定可靠地進行數據通信。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考慮：
1）GPRS采用分組交換技術， 即“統計復用”或“動態復用”的技術，用戶只有在數據傳送時才能獲得無線信道，故GPRS具有更高的傳輸效率[2]；
2）GPRS技術的自適應能力強，并且不影響GSM網絡資源的使用；
3）GPRS網絡接入速度快，它支持IP協議，因此可與其它分組數據網絡進行無縫、直接連接；
4）收費方式更為合理。在沒有數據傳輸時，就不用占用信道，用戶可以保持永遠在線，并且不耗用流量，這樣GPRS的資費比GSM低得多；
5）能夠隨意移動，可以在任何有網絡覆蓋的地方訪問網絡，并得到有效的監控，實時傳輸數據；
6）然而，GPRS傳輸數據時，需要信號強度比較大，而GSM不需要太強的信號強度，在某些信號較弱的地方，無線數據只能采用GSM進行傳輸[3]。
綜上所述幾個特點，在大部分情況下，數據傳輸采用GPRS傳輸，在GPRS信號較弱時使用GSM作為輔助傳輸，這也可以更有效的利用現有技術，并且成本更低。目前無線3G網絡技術也非常成熟了，在將來系統換代時可以根據實際需要，利用3G技術對系統進行升級。
3.2 引入GPS定位及測速技術
本系統利用單片機對SiRF A4 GPS 輸出的信息（時間、經度、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，當車輛遭遇突發狀態或是駕駛員酒駕時，車輛將向交通管理部門終端發送車輛位置以及速度信息，與此同時，管理部門終端還可以根據車輛位置和速度可以判斷車輛是否超速，這樣該系統不僅能更好的預防酒駕，同時還能有效的監測車輛是否超速，進而對酒駕車輛和超速車輛進行限速或是停車處理。
3.3 引入zigbee無線組網技術
為了各模塊間的相互通信，本系統采用zigbee無線組網技術將各個模塊與中央控制系統連接成一個整體。在本系統中組建一個完整的zigbee網狀網絡總共需要進行兩步：即實現網絡初始化，并將節點加入網絡，其中在節點加入網絡時又需要兩個步驟，通過與協調器連接入網和通過已有父節點入網[5]。
Zigbee網狀的建立主要是為了實現自動化控制數據的傳輸，而網絡與移動通信網絡主要是用于語音通信，故Zigbee網絡能夠更有效的實現各模塊進行實時通信，避免盲區出現。
3.4 高精度酒精檢測技術
本系統采用旁熱型半導體氧化物酒敏元件MQ-J1，其探測范圍為10ppm～1 000ppm，此傳感器對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的檢測元件，可以有效的檢測駕駛室內的酒精濃度，不會由于其他氣體的干擾而造成誤判，其響應恢復時間短、壽命長、穩定可靠，尤其適用于酒駕系統的檢測。
4 結論
交通管理局對于酒駕的處理，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社會的危害，而且耗費的人力物力比較大。基于移動網絡技術的車載智能酒駕管理系統就是為了協助交通事故發生的情況而設計的，充分利用現在比較成熟的GPRS移動網絡技術、zigbee組網技術和GPS定位技術，有效的利用現有的資源，又極大的減少了系統的開發成本，輔助交管部門管理酒駕工作，大大減少其工作量，能夠實現了酒駕治理人性化，交通管理智能化的目標。
參考文獻
[1]馮新.盤點防酒駕科技[J].今日科苑，2011（11）：44-45.
[2]吳青萍. GPRS技術及其應用[J].河南大學常州分校學報，2002（6）：54-57.
[3]湯益明.基于GPRS車載故障診斷系統數據采集的研究[J].中國高新技術企業，2012（2）：115-117.
