車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用 課件 能力模塊二 車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)

車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用能力模塊二車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)任務(wù)一車聯(lián)網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)認知導入車聯(lián)網(wǎng)是跨信息通信、汽車、交通等領(lǐng)域的交叉新興技術(shù)。車聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù)是實現(xiàn)車輛與周圍的車、人、交通基礎(chǔ)設(shè)施以及云平臺等全方位連接和通信的新一代信息通信技術(shù)。通過本節(jié)任務(wù)的學習，幫助你了解車聯(lián)網(wǎng)框架體系，更好更直觀去理解車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，熟悉體系架構(gòu)特點。新授Newteaching1目錄一、車聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)二、車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基本特點一、車聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)（一）車聯(lián)網(wǎng)“云-管-端”架構(gòu)

“云-管-端”是未來信息服務(wù)的新架構(gòu)?！肮堋眲t是連接“云”和“端”之間的各種管道，包括上、下行通信管道和直通管道，它將各種交通實體連接起來，并保證數(shù)據(jù)交互的順暢。

“云”是云服務(wù)，包括云計算和大數(shù)據(jù)，它能夠基于大量收集到的數(shù)據(jù)實時進行智能處理和協(xié)同規(guī)劃，進而開展隊列控制等操作。端是智能終端，包括汽車、手機（代表行人）和路側(cè)單元各種交通參與實體，也是執(zhí)行云端指令的實體。一、車聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)（一）車聯(lián)網(wǎng)“云-管-端”架構(gòu)

從協(xié)議層劃分，車輛網(wǎng)架構(gòu)的“云-管-端”三個層次又分別對應(yīng)上設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層與應(yīng)用層，具體的對應(yīng)關(guān)系如下?！岸恕薄肮堋薄霸啤币?、車聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)（二）車聯(lián)網(wǎng)“人-車-路-網(wǎng)”子系統(tǒng)

由于ITS的子系統(tǒng)眾多，需要一個能接收和處理其他子系統(tǒng)信息的中心，用于控制并協(xié)調(diào)其他子系統(tǒng)活動，中心子系統(tǒng)就起到了這樣的作用。中心子系統(tǒng)：

旅客子系統(tǒng)代表了行人子系統(tǒng)或非機動車子系統(tǒng)，是為旅客的個人設(shè)備提供相關(guān)的出行信息支持，此處不能與車輛相關(guān)的導航設(shè)備混淆。旅客子系統(tǒng)包含了遠程旅客支持和個人信息訪問兩個部分。旅客子系統(tǒng)：一、車聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)（二）車聯(lián)網(wǎng)“人-車-路-網(wǎng)”子系統(tǒng)

道路子系統(tǒng)的主要功能是通過傳感器對道路進行監(jiān)測，以確定道路的實際情況（例如是否擁堵，紅綠燈信息，是否出現(xiàn)事故等），同時對道路進行一定程度上的控制。道路子系統(tǒng)：

車輛子系統(tǒng)則代表了道路上運行的車輛主體，它的功能則反映了不同車輛對安全高效行車所必需的感知、處理、存儲和通信功能。車輛子系統(tǒng)：一、車聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)數(shù)據(jù)傳輸層：

數(shù)據(jù)感知層承擔車輛自身與道路交通信息的全面感知和采集，是車聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)末梢，通過傳感器RFID、車輛定位等技術(shù)，實時感知車況及控制系統(tǒng)、道路環(huán)境、車輛當前位置周圍車輛等信息，進而實現(xiàn)對車輛自身屬性以及車輛外在環(huán)境（如道路、人、車等靜、動態(tài)屬性）的提取，為車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供全面、原始的終端信息服務(wù)。1（三）車聯(lián)網(wǎng)的體系參考模型一、車聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)傳輸層:

為了在車車、車路、車人和車云（車與后臺中心）之間實現(xiàn)信息的共享，需要考慮更加通用的通信協(xié)議的制定。網(wǎng)絡(luò)層通過制定滿足業(yè)務(wù)傳輸需求的、能夠適應(yīng)通信環(huán)境特征的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和協(xié)議模型，在一種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下整合不同實體所感知到的數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)傳輸層（三）車聯(lián)網(wǎng)的體系參考模型一、車聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)傳輸層：

車聯(lián)網(wǎng)的各項應(yīng)用必須在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)體系和協(xié)議的基礎(chǔ)上，兼容未來可能的網(wǎng)絡(luò)拓展功能。應(yīng)用需求是推動車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的原動力，車聯(lián)網(wǎng)在實現(xiàn)智能交通管理、車輛安全控制、交通事件預(yù)警等功能的同時，還應(yīng)為車聯(lián)網(wǎng)用戶提供車輛信息查詢、信息訂閱、事件告知等各類服務(wù)功能。3網(wǎng)絡(luò)傳輸層數(shù)據(jù)傳輸層（三）車聯(lián)網(wǎng)的體系參考模型二、車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基本特點（一）車聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點

車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要有電子標簽技術(shù)、位置定位技術(shù)、無線傳輸技術(shù)、數(shù)字廣播技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺技術(shù)。

車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要有車與車通信系統(tǒng)、車與人通信系統(tǒng)、車與路通信系統(tǒng)、車與綜合信息平臺通信系統(tǒng)、路與綜合信息平臺通信系統(tǒng)。

車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以分為監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)、行車安全系統(tǒng)、動態(tài)路況信息系統(tǒng)、交通事件保障系統(tǒng)等。>>>1.從技術(shù)的角度區(qū)分：2.從系統(tǒng)交互的角度區(qū)分：3.從應(yīng)用的角度區(qū)分：二、車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基本特點車輛高速運動，不僅導致了車與車、車與路邊單元之間的無線通信鏈路頻繁斷開，而且也使得網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)動態(tài)變化，無法形成穩(wěn)定的拓撲結(jié)構(gòu)。車輛的移動軌跡受限，總沿著道路給定方向行駛，其行駛速度受前方車輛的運動狀態(tài)影響，其位置、運動方向和速度具有一定的可預(yù)測性。能量不受限，車輛本身攜帶和不斷補充能量，可給車載設(shè)備持續(xù)供電，這使得車載設(shè)備可具有較強的性能。（二）車聯(lián)網(wǎng)性能特點

車聯(lián)網(wǎng)作為一種新型的無線通信網(wǎng)絡(luò)，由于車輛的移動性、應(yīng)用的特殊性等性質(zhì)，使得車聯(lián)網(wǎng)不同于其他無線網(wǎng)絡(luò)，主要特點如下：

GPS輔助定位，目前很多車輛有GPS定位功能，不僅為車輛提供了位置、速度等信息，而且為車輛提供了準確的全球同步時鐘，這些都為車輛之間的通信和交互提供了很好支持。

服務(wù)質(zhì)量需求多樣性，車聯(lián)網(wǎng)是一種大型多應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)，車輛通常會形成整個城市、高速公路等的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中存在多種應(yīng)用消息類型二、車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基本特點（二）車聯(lián)網(wǎng)性能特點隨堂討論Practiceontheclass2隨堂討論1、請簡單描述車聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)特點。2、請查閱車聯(lián)網(wǎng)體系參考模型，并簡要概括。1.各組派代表闡述資料查詢結(jié)果。2.各組就各自的查詢結(jié)果進行交流，并分享技巧。任務(wù)實施Practiceontheclass3任務(wù)實施查閱教材資料，完成教材中車聯(lián)網(wǎng)“人-車-路-網(wǎng)”子結(jié)構(gòu)架構(gòu)圖的補充。車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用能力模塊二車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)任務(wù)二車載網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)認知導入近幾年里，智能駕駛和智能網(wǎng)聯(lián)汽車始終是汽車行業(yè)的一個熱門方向。而在這個方向中，車輛網(wǎng)技術(shù)是其中非常重要的一個環(huán)節(jié)。為了做好車路協(xié)同，我們必須要了解各類車載網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)原理與應(yīng)用，這是車聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)組成部分，也是車路協(xié)同里面最重要的部分，同時可以幫助我們更好的在行業(yè)的發(fā)展中找到前進的方向。新授Newteaching1目錄一、CAN通信技術(shù)二、以太網(wǎng)通信技術(shù)三、CAN-FD通信技術(shù)四、FlexRay通信技術(shù)一、CAN通信技術(shù)（一）CAN總線的定義

CAN是ControllerAreaNetwork的縮寫（以下稱為CAN），是ISO國際標準化的串行通信協(xié)議。為適應(yīng)“減少線束的數(shù)量”、“通過多個LAN，進行大量數(shù)據(jù)的高速通信”的需要，1986年德國電氣商博世公司開發(fā)出面向汽車的CAN通信協(xié)議。此后，CAN通過ISO11898及ISO11519進行了標準化，在歐洲已是汽車網(wǎng)絡(luò)的標準協(xié)議。 CAN的高性能和可靠性已被認同，并被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面為分布式控制系統(tǒng)實現(xiàn)各節(jié)點之間實時、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強有力的技術(shù)支持。一、CAN通信技術(shù)

目前CAN總線通信協(xié)議僅僅包括OSI七層互聯(lián)參考模型中的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。CAN總線的優(yōu)先權(quán)由發(fā)送數(shù)據(jù)報文中的標識符決定報文占用總線的優(yōu)先權(quán)。CAN總線的仲裁機制：只要總線空閑，任何節(jié)點都可以向總線發(fā)送報文。

CAN總線每組報文開頭的11位字符為標識符，定義了報文的優(yōu)先級。

CAN總線接收節(jié)點可以通過遠程數(shù)據(jù)，請求發(fā)送遠程幀。CAN總線沒有主從節(jié)點之分，所有CAN總線上的節(jié)點都是地位等價的。（二）CAN總線的工作原理一、CAN通信技術(shù)（三）CAN總線報文錯誤幀：任何單元檢測到一總線錯誤就發(fā)出錯誤幀。3遠程幀：總線單元發(fā)出遠程幀，請求發(fā)送具有同一識別符的數(shù)據(jù)幀。2數(shù)據(jù)幀：從發(fā)射端攜帶數(shù)據(jù)到接收端。1過載幀：過載幀用以在先行的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀（或遠程幀）之間提供附加的延時。4CAN協(xié)議的報文傳輸主要由下面的4種幀來實現(xiàn)：一、CAN通信技術(shù)（三）CAN總線報文數(shù)據(jù)幀

一個完整的數(shù)據(jù)幀有7部分組成，依次為幀起始（SOF)、仲裁場（ArbitrationField)、控制場（ControlField)、數(shù)據(jù)場（DataField)、CRC場、應(yīng)答場（ACKField)、幀結(jié)尾（EOF)。

（1）幀起始是數(shù)據(jù)幀和遠程幀開始的標志，它是一個顯性位。一個CAN節(jié)點只有在總線處于空閑狀態(tài)時才可以發(fā)送幀起始一、CAN通信技術(shù)（三）CAN總線報文數(shù)據(jù)幀

（2）仲裁場在幀起始之后，控制場之前，共12位（注：協(xié)議的講解以CAN2.0A為基礎(chǔ)，CAN2.0B版本的仲裁場為32位），分為兩部分11位的標識符和1位的遠程發(fā)送請求位（RTR）。在數(shù)據(jù)幀中RTR為顯性，在遠程幀中RTR為隱性。所以如果相同標識符的數(shù)據(jù)幀與遠程幀發(fā)生沖突，數(shù)據(jù)幀優(yōu)先一、CAN通信技術(shù)（三）CAN總線報文數(shù)據(jù)幀

（3）仲裁場之后便是控制場。控制場的頭兩位為保留位，為隱性。后面是數(shù)據(jù)長度代碼（DataLengthCode）。數(shù)據(jù)長度代碼指示了數(shù)據(jù)場中字節(jié)的個數(shù)。一、CAN通信技術(shù)（三）CAN總線報文數(shù)據(jù)幀

（4）數(shù)據(jù)場在控制場之后，傳輸數(shù)據(jù)的長度由DLC決定。如果DLC為0，則沒有數(shù)據(jù)場。數(shù)據(jù)場中高位先傳輸。

（5）CRC場在控制場和數(shù)據(jù)場之后，由CRC序列和界定符組成。CRC序列是幀起始，仲裁場，控制場和數(shù)據(jù)場組成的位流的CRC校驗值。其中CRC校驗的生成多項式為X15+X14+X10+X8+X7+X4+X3+1。CRC序列之后是一個“隱性”CRC結(jié)束符。一、CAN通信技術(shù)（三）CAN總線報文數(shù)據(jù)幀

（6）CRC場之后便是應(yīng)答場。應(yīng)答場由2個位組成，應(yīng)答位和應(yīng)答結(jié)束符。發(fā)射單元會發(fā)送“隱性”的應(yīng)答位和應(yīng)答結(jié)束符至總線上。而接收單元如果接收到的數(shù)據(jù)都是有效的，會在發(fā)射單元發(fā)送應(yīng)答位的同時發(fā)送一個“顯性”位至總線上，所以一個有效的數(shù)據(jù)幀，應(yīng)答位在總線上應(yīng)該表現(xiàn)為“顯性”。（7）數(shù)據(jù)幀的最后為幀結(jié)尾，有7個連續(xù)的“隱性”位組成。一、CAN通信技術(shù)（三）CAN總線報文

遠程幀的主要作用是向其他的CAN節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)請求，發(fā)送相同標識符的數(shù)據(jù)幀。與數(shù)據(jù)幀相比，遠程幀的RTR位是隱性的，而且沒有數(shù)據(jù)場。DLC中的值是數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)長度。遠程幀一、CAN通信技術(shù)（三）CAN總線報文

錯誤幀由錯誤標志的疊加和結(jié)束符組成。錯誤標志有主動錯誤標志與被動錯誤標志。主動錯誤標志為6個顯性位，被動錯誤標志為6個隱性位。錯誤幀一、CAN通信技術(shù)（三）CAN總線報文過載幀是由過載標志的疊加和過載結(jié)束符組成。有兩種情況可以觸發(fā)過載幀：

過載幀與主動錯誤幀非常類似，特別是位的組成和全局化的過程。主要的差別在于錯誤幀發(fā)生著數(shù)據(jù)幀，遠程幀期間。而過載幀發(fā)生于間歇字段期間。過載幀

（1）CAN節(jié)點的內(nèi)部需求，例如需要時間準備數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)。這種情況下過載幀只允許起始于幀間隔的第一個位。

（2）在幀間隔內(nèi)偵測到顯性位。這種情況下，過載幀起始于檢測到顯性位的后一位。一、CAN通信技術(shù)（三）CAN總線報文過載幀

過載標志由6個顯性位組成，過載幀破壞了間歇字段的結(jié)構(gòu)從而導致了過載幀的全局化。發(fā)完過載標志后，CAN節(jié)點會往總線發(fā)送隱性位，并監(jiān)控總線直至出現(xiàn)隱性位。然后再發(fā)送7個隱性位。一、CAN通信技術(shù)（三）CAN總線報文過載幀

（2）在幀間隔內(nèi)偵測到顯性位。這種情況下，過載幀起始于檢測到顯性位的后一位。

過載標志由6個顯性位組成，過載幀破壞了間歇字段的結(jié)構(gòu)從而導致了過載幀的全局化。發(fā)完過載標志后，CAN節(jié)點會往總線發(fā)送隱性位，并監(jiān)控總線直至出現(xiàn)隱性位。然后再發(fā)送7個隱性位。一、CAN通信技術(shù)

多個單元在總線空閑都可以發(fā)送消息。在總線空閑時，所有的單元都可開始發(fā)送消息（多主控制）。最先訪問總線的單元可獲得發(fā)送權(quán)（CSMA/CA方式）。多個單元同時開始發(fā)送時，發(fā)送高優(yōu)先級ID消息的單元可獲得發(fā)送權(quán)。多主控01

在CAN協(xié)議中，所有的消息都以固定的格式發(fā)送。兩個以上的單元同時開始發(fā)送消息時，根據(jù)標識符（Identifier以下稱為ID）決定優(yōu)先級。消息發(fā)送02（四）CAN的主要特點一、CAN通信技術(shù)

總線添加單元時，連接在總線上的其他單元的軟硬件及應(yīng)用層都不需要改變。系統(tǒng)柔軟性03

同一網(wǎng)絡(luò)中，所有單元必須設(shè)定成統(tǒng)一的通信速度（根據(jù)規(guī)模選擇速度）。通訊速度04（四）CAN的主要特點一、CAN通信技術(shù)遠程數(shù)據(jù)請求

可通過發(fā)送“遙控幀”請求其他單元發(fā)送數(shù)據(jù)。遠程數(shù)據(jù)請求05

錯誤檢測功能：所有的單元都可以檢測錯誤。

錯誤通知功能：檢測出錯誤的單元會立即同時通知其他所有單元。

錯誤恢復(fù)功能：正在發(fā)送消息的單元一旦檢測出錯誤，會強制結(jié)束當前的發(fā)送。強制結(jié)束發(fā)送的單元會不斷反復(fù)地重新發(fā)送，直到消息成功發(fā)送為止。錯誤檢測、通知、恢復(fù)功能06（四）CAN的主要特點一、CAN通信技術(shù)CAN可以判斷出錯誤的類型是總線上暫時的數(shù)據(jù)錯誤（如外部噪聲等）還是持續(xù)的數(shù)據(jù)錯誤（如單元內(nèi)部故障、驅(qū)動器故障、斷線等）。由此功能，當總線上發(fā)生持續(xù)數(shù)據(jù)錯誤時，可將引起此故障的單元從總線上隔離出去。故障封閉07CAN總線是可同時連接多個單元的總線?？蛇B接的單元總數(shù)理論上是沒有限制的。但實際上可連接的單元數(shù)受總線上的時間延遲及電氣負載的限制。降低通信速度，可連接的單元數(shù)增加；提高通信速度，則可連接的單元數(shù)減少。連接08（四）CAN的主要特點二、以太網(wǎng)通信技術(shù)（一）以太網(wǎng)的定義

以太網(wǎng)是一種以載波多路訪問和沖突檢測方式工作的局域網(wǎng)技術(shù)。

最初的以太網(wǎng)采用無源傳輸媒體--同軸電纜作為總傳輸信息，20世紀70年代，美國Xerox（施樂）公司、Intel公司和DEC公司共同研制開發(fā)一種基帶局域網(wǎng)技術(shù)，使用同軸電纜作為網(wǎng)絡(luò)媒體、介質(zhì)訪問控制（MAC，MediumAccessControl）方法，采用CSMA/CD機制，使得數(shù)據(jù)傳輸速率達到10Mbit/s。隨后，美國電器電子工程師學制定了IEEE802標準。二、以太網(wǎng)通信技術(shù)

該標準描述了局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，廣泛使用于以太網(wǎng)、令牌環(huán)、無線局域網(wǎng)等領(lǐng)域，包含17個標準。標準編號標準內(nèi)容802.1LAN概述、體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)互連、網(wǎng)絡(luò)管理802.2邏輯鏈路控制子層（LLC）定義與服務(wù)802.3載波多路訪問和沖突檢測（CSMA/CD）規(guī)范802.4令牌總線（TOKENBUS）802.5令牌環(huán)（TOKENRING）802.6城域網(wǎng)（MAN）802.7寬帶技術(shù)802.8光纖技術(shù)802.9語音與數(shù)據(jù)綜合局域網(wǎng)（IVDLAN）802.10可互操作的局域網(wǎng)安全標準802.11無線局域網(wǎng)（WLAN）802.12需求優(yōu)先的介質(zhì)訪問控制協(xié)議802.14線纜調(diào)制解調(diào)器交互式電視網(wǎng)（CableModem）802.15藍牙802.16寬帶無線局域網(wǎng)802.17彈性分組環(huán)網(wǎng)802.18寬帶無線局域網(wǎng)802.19多重虛擬局域網(wǎng)共存技術(shù)802.20移動寬帶無線接入（MBWA）二、以太網(wǎng)通信技術(shù)（二）載波多路訪問和沖突檢測通信原理

1.CSMA/CD的發(fā)送和接收

發(fā)送過程：

偵聽信號上是否有信號在傳輸。如果有，表示信道處于忙狀態(tài)，繼續(xù)偵聽，直到信道空閑為止；

若沒有監(jiān)聽到任務(wù)號信號，開始傳輸數(shù)據(jù)；

傳輸數(shù)據(jù)時繼續(xù)監(jiān)聽，如發(fā)現(xiàn)沖突則執(zhí)行退避算法，隨機等待一段時間后回到步驟1；

若未發(fā)現(xiàn)沖突，則發(fā)送成功，在下一次數(shù)據(jù)發(fā)送前需等待9.6微秒。二、以太網(wǎng)通信技術(shù)（二）載波多路訪問和沖突檢測通信原理

1.CSMA/CD的發(fā)送和接收

接受過程：

得到MAC幀，實體分析和判斷幀中的接受地址；

如果有信號傳輸，則收集信息；在接收數(shù)據(jù)時，每個節(jié)點都在監(jiān)聽媒體；

如果接受地址為本節(jié)點地址，就保留該信息幀，否則丟棄該幀。如果網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點較少（負載輕），節(jié)點能夠及時地訪問媒體，實時性相對高3網(wǎng)絡(luò)維護方便，增刪節(jié)點容易2各節(jié)點采用競爭的方式搶占對共享媒體的訪問權(quán)力1如果負載比較重，節(jié)點的沖突的機會則會大大增加，通信的實時性不強，通常被應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)變更比較頻繁、節(jié)點數(shù)比較少且實時性要求不高的應(yīng)用環(huán)境中4二、以太網(wǎng)通信技術(shù)（二）載波多路訪問和沖突檢測通信原理2.CSMA/CD的特點：二、以太網(wǎng)通信技術(shù)（三）以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu) IEEE802.3標準定義了以太網(wǎng)（采用CSMA/CD方式）的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)標準，其幀結(jié)構(gòu)包括8個字段：

前序字段（Preamble）

幀起始定界符字段（SFD，StartFrameDelimiter）

目的地址字段（DA，DestinationMACAddresses）

源地址字段（SA，SourceMACAddresses）

長度字段（Length）

數(shù)據(jù)字段（Data）

幀校驗（FCS,FrameCheckSequence）二、以太網(wǎng)通信技術(shù)

前序字段由7個（TEEE802.3）字節(jié)的交替的1和0組成（10101010），用于指示幀的開始，使得網(wǎng)絡(luò)中的所有接收器均能與到達幀同步，同時確保與幀起始定界符一起控制各幀之間用于錯誤檢測和恢復(fù)操作的時間間隔不小于9.6毫秒。

作為前序字段的延續(xù)，幀起始定界符沿用前序字段的組成方式，占1個字節(jié)，由10101011組成，前6個比特位置由交替的1和0構(gòu)成，最后兩個比特位置為11，同步消息提醒接受后面跟隨的是幀數(shù)據(jù)，指明數(shù)據(jù)幀的開始。當控制器將接受幀送入其緩沖器時，前序字段和幀起始定界符均被去除。前序字段：幀起始定界符字段：（三）以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)二、以太網(wǎng)通信技術(shù)

目的地址字段確定幀的接受者，有2字節(jié)和6字節(jié)的兩種不同字段，對于IEEE802.3設(shè)備，通常選擇6個字節(jié)的源地址和目的地址字段，用于指明幀被傳送的一個或多個目的。

源地址字段標識發(fā)送幀的源站點，與目的地址字段類似，源地址字段的長度同樣也可以是兩個或者六個字節(jié)，更廣泛使用六個字節(jié)的源地址字段時，前三個字節(jié)表示由IEEE分配給廠商的地址，將燒錄在每一塊網(wǎng)絡(luò)接口卡的ROM中，而制造商通常為其每個網(wǎng)絡(luò)接口卡分派后三個字節(jié)。目的地址字段：源地址字段：（三）以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)二、以太網(wǎng)通信技術(shù)

用于IEEE802.3的長度字段定義了數(shù)據(jù)字段包含的字節(jié)數(shù)，占2個字節(jié)。

數(shù)據(jù)字段，包括了從源站到目的站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，最多包含1500字節(jié)。如果長度字段小于46字節(jié)，那么需要使用到后面的填充字段進行數(shù)據(jù)填充，以確保幀長至少為64字節(jié)（從前序字段到FCS字段），從而保證有足夠的傳輸時間用于以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接口卡精確地檢測沖突。長度字段：數(shù)據(jù)字段：（三）以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)二、以太網(wǎng)通信技術(shù)

幀校驗字段，主要作用于幀校驗，占4個字節(jié)。

最初以太網(wǎng)標準定義最小幀為64字節(jié)，最大幀為1518字節(jié)，包含從目的MAC地址字段到幀校驗字段的所有字節(jié)，幀前序和幀起始定界符字段不包含在內(nèi)。幀校驗字段：（三）以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)二、以太網(wǎng)通信技術(shù)CAN-FD協(xié)議極大擴充了速率范圍，采用了可變速率，最高速率可達到8Mb/s，而CAN協(xié)議只有1Mb/s。CAN-FD協(xié)議支撐的負載量更大，在單個數(shù)據(jù)框架中傳輸率可達到64字節(jié)，大大提升了通信速率。

協(xié)議具有更好的可靠性，采用了循環(huán)冗余校驗（CRC）和“受保護的填充位計數(shù)器”，從而降低了未被檢測出的錯誤風險。（一）CAN-FD的概念CAN-FD的優(yōu)勢

相比于“傳統(tǒng)”的CAN協(xié)議，CAN-FD協(xié)議具有三大優(yōu)勢：三、CAN-FD通信技術(shù)（一）CAN-FD的概念CAN-FD的特點 CAN-FD報文通信時，在仲裁段和緊接著的數(shù)據(jù)控制段都是使用標準的通信波特率，當來到數(shù)據(jù)段時，CAN-FD總線的通信波特率就會切換到更高的通信波特率。 CAN-FD新的功能是減少控制位的開銷。目前CAN2.0標準最大8個字節(jié)的數(shù)據(jù)，CAN-FD數(shù)據(jù)位最大的字節(jié)數(shù)提高至64位，CAN-FD具有更高的有效傳輸負載。三、CAN-FD通信技術(shù)（二）CAN-FD與CAN的區(qū)別CAN-FD的特點 CAN-FD與CAN總線協(xié)議幀格式如下所示。三、CAN-FD通信技術(shù)（二）CAN-FD與CAN的區(qū)別CAN-FD的特點 CAN-FD與CAN的主要區(qū)別體現(xiàn)在傳輸速率、數(shù)據(jù)長度、幀格式、ID長度上。區(qū)別CAN-FDCAN傳輸速率數(shù)據(jù)比特率最高8Mbps，仲裁比特率最高1Mbps最大傳輸速率1Mbps數(shù)據(jù)長度一幀數(shù)據(jù)最長64字節(jié)一幀數(shù)據(jù)最長8字節(jié)幀格式新增了FDF、BRS、ESI位數(shù)據(jù)幀、遠程幀、錯誤幀、過載幀、幀間隔五類ID長度標準幀ID長度可擴展到12bit標準幀ID長度最長11bit三、CAN-FD通信技術(shù)（三）CAN-FD幀結(jié)構(gòu) CAN-FD的幀結(jié)構(gòu)同樣包含幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場、CRC場、ACK場以及幀結(jié)束七大部分。四、FlexRay通信技術(shù)FlexRay（一）FlexRay基礎(chǔ)介紹 FlexRay名稱起源于“X-by-wire”技術(shù)，在2000年以寶馬、戴姆勒、BOSCH等幾個大核心技術(shù)廠商成立了FlexRay聯(lián)盟后得到階段性的發(fā)展。該聯(lián)盟推動了FlexRay作為下一代高速通信協(xié)議的標準化，促進FlexRay在線控驅(qū)動（線控啟動、線控制動）和汽車高級設(shè)備輔助系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用。四、FlexRay通信技術(shù)（二）FlexRay的特點FlexRay

作為一種應(yīng)用于車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的高速汽車總線系統(tǒng)，F(xiàn)lexRay具有高速、安全可靠的特點。FlexRay協(xié)議標準中簡化了車載通信系統(tǒng)的架構(gòu)，有助于汽車電子單元獲得更高的穩(wěn)定性和持續(xù)使用性。 FlexRay具有物理層雙通道冗余通信能力，可以實現(xiàn)通過硬件完全復(fù)制網(wǎng)絡(luò)配置，進行進度的檢測，擁有獨立的總線監(jiān)聽功能與基于容錯算法的始終同步機制，進而實現(xiàn)更強的網(wǎng)絡(luò)可靠性。四、FlexRay通信技術(shù)（三）FlexRay的架構(gòu)1.CAN-FD的特點

FlexRay節(jié)點的核心是ECU（ElectronicControlUnit），是接入車載網(wǎng)絡(luò)中的獨立完成相應(yīng)功能的控制單元。擴展閱讀：

ECU，即節(jié)點node，是接入車載網(wǎng)絡(luò)中的獨立完成相應(yīng)功能的控制單元。主要由：電源供給系統(tǒng)(PowerSupply)主處理器(Host)固化可選的總線監(jiān)控器(BusFlexRay通信控制器(CommunicationController)Guardian)總線動器(BusDriver)組成。四、FlexRay通信技術(shù)（三）FlexRay的架構(gòu) 1.FlexRay網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)主要分為3種：總線型、星型、總線-星型混合型?？偩€型網(wǎng)絡(luò)拓撲星型網(wǎng)絡(luò)拓撲總線-星型混合型網(wǎng)絡(luò)拓撲四、FlexRay通信技術(shù)（四）FlexRay協(xié)議

目前，F(xiàn)lexRay聯(lián)盟只規(guī)定了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的協(xié)議。在協(xié)議通信中，數(shù)據(jù)幀由幀頭（HeaderSegment）、有效數(shù)據(jù)段（PayloadSegment），以及幀尾（TrailerSegment）三部分組成。FlexRay幀格式四、FlexRay通信技術(shù)（四）FlexRay協(xié)議

幀編碼動作主要包括以下內(nèi)容：

傳遞起動序列（TSS），幀起動序列（FSS），字節(jié)起動序列（BSS），用于向接收設(shè)備提供位流的計時信息，幀結(jié)束序列（FES）。FlexRay幀編解碼四、FlexRay通信技術(shù)（四）FlexRay協(xié)議

解碼過程中，對于靜態(tài)幀和動態(tài)幀，都需要注意到將字節(jié)起動序列（BSS）后的字節(jié)提取組合成幀和CRC校驗碼，根據(jù)CRC校驗碼判斷接受是否正確。

解碼動作中的主要內(nèi)容除開上述編碼過程中的內(nèi)容，還包括信道空閑界定符（CID，ChannelIdleDelimiter）。FlexRay幀編解碼隨堂討論Practiceontheclass2隨堂討論1、請簡單描述CAN-FD的技術(shù)特點。2、請查閱FlexRay幀編解碼過程，并簡要概括。1.各組派代表闡述資料查詢結(jié)果。2.各組就各自的查詢結(jié)果進行交流，并分享技巧。任務(wù)實施Practiceontheclass3任務(wù)實施正確描述四大通信技術(shù)的特點，對優(yōu)缺點進行比較。車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用能力模塊二車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)任務(wù)三車聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)導入路的精準感知是實現(xiàn)車路協(xié)同，構(gòu)建智慧公路的前提和基礎(chǔ)，也就是通過車上配置各種傳感器，實現(xiàn)周邊環(huán)境的數(shù)字化，便于進一步進行AI的決策和處理，可以說沒有準確的道路感知，車路協(xié)同只能實現(xiàn)一些基本的信號控制、碰撞預(yù)警等最簡單的功能，只有實現(xiàn)道路的全域數(shù)字化，構(gòu)建真正的智慧公路，才能讓車路協(xié)同大放異彩。接下來的內(nèi)容將展示傳感器的妙用。新授Newteaching1目錄一、傳感器的定義及分類二、車路協(xié)同傳感器技術(shù)三、傳感器技術(shù)在車路協(xié)同中的應(yīng)用一、傳感器的定義及分類

國家標準GB7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。

傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。二、車路協(xié)同傳感器技術(shù)

車路協(xié)同系統(tǒng)基于通信技術(shù)構(gòu)建路側(cè)多節(jié)點之間，車-車之間的連接，將整個交通體系的人、車、路等參與者構(gòu)建為一個整體，實現(xiàn)人-車-路等重要交通要素之間的交互和協(xié)作。車路協(xié)同系統(tǒng)二、車路協(xié)同傳感器技術(shù)（一）車路協(xié)同感知體系簡介

車路協(xié)同感知在結(jié)合現(xiàn)有的智能交通感知設(shè)備的基礎(chǔ)上，增加了更加精密的路側(cè)感知設(shè)備、車載感知設(shè)備和5G移動大數(shù)據(jù)。二、車路協(xié)同傳感器技術(shù)

激光雷達的工作原理是利用可見光和近紅外光（多為950nm波段附近的紅外光）發(fā)射一個信號，經(jīng)目標反射后被接收系統(tǒng)收集，通過測量反射光的運行時間而確定目標的距離。另外，目標的徑向速度，可以由反射光的多普勒頻移來確定。1.激光雷達

激光雷達是激光技術(shù)與現(xiàn)代光電探測技術(shù)結(jié)合的先進探測方式，由發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、信息處理等部分組成。（二）交通感知傳感器二、車路協(xié)同傳感器技術(shù)

毫米波雷達的工作原理是雷達通過天線向外發(fā)射毫米波，接收目標反射信號，經(jīng)后方處理快速準確地獲取汽車周圍的物理環(huán)境信息（如汽車與其他物體之間的相對距離、相對速度、角度、運動方向等），然后根據(jù)所探知的物體信息進行目標追蹤和識別分類，進而結(jié)合車身動態(tài)信息進行數(shù)據(jù)融合，最終通過ECU進行智能處理。2.毫米波雷達

毫米波雷達主要由信號發(fā)射天線、信號接收天線、射頻收發(fā)通道及數(shù)據(jù)處理單元構(gòu)成。（二）交通感知傳感器二、車路協(xié)同傳感器技術(shù)

車載攝像頭工作原理：攝像頭電源接在倒車尾燈上，當掛入倒檔時，像頭同步供電進入工作狀態(tài)，把收集到的現(xiàn)頻信息通過無線發(fā)射器發(fā)送給置于車前端的無線接收器，接收器把視頻信息通過AVIN接口傳給GPS導航儀。這樣，當接收器收到信號后，無論Gps導航儀處于任何一種操作界面，都會把液晶屏優(yōu)先提供用于倒車影像視頻。3.視頻攝像機

視頻攝像機是在智能交通系統(tǒng)中應(yīng)用最為普遍的感知設(shè)備。隨著自動駕駛技術(shù)的不斷發(fā)展，視頻攝像機也被廣泛運用在自動駕駛車輛上。伴隨視覺處理技術(shù)的進步，可以使視頻處理出的有效信息倍增，從而更好地辨別道路上的標識、行人等信息。（二）交通感知傳感器二、車路協(xié)同傳感器技術(shù)

車載傳感器是汽車計算機系統(tǒng)的輸入裝置，通過對車身狀態(tài)信息的采集，傳輸?shù)娇刂茮Q策單元，分為傳統(tǒng)基礎(chǔ)傳感器與自動駕駛傳感器兩大類。其中，自動駕駛傳感器是智能汽車最為重要的硬件系統(tǒng)部分，在這一大類中，激光雷達、毫米波雷達和車載攝像頭是車載感知設(shè)備的主要選項。（三）車載傳感器二、車路協(xié)同傳感器技術(shù)

在應(yīng)用層面，車載攝像頭目前技術(shù)成熟，物體識別度高，適用于行車輔助監(jiān)控、駐車輔助、乘車人員監(jiān)控等等。（三）車載傳感器

激光雷達可以結(jié)合IMU與高精度地圖等手段進行精準定位。

車載毫米波雷達主要應(yīng)用在主動安全功能以及行車的縱向功能上，適用于AEB、FCW、BSW、LCA、ACC、LKA等多個應(yīng)用場景。

超聲波雷達由于檢測距離比較短，通常安裝在車身的兩側(cè)以及后端，主要應(yīng)用于倒車和泊車輔助相關(guān)功能。二、車路協(xié)同傳感器技術(shù)

近年來，隨著深度學習技術(shù)的興起和發(fā)展，在車路協(xié)同領(lǐng)域，有研究技術(shù)提出了使用路側(cè)視覺傳感器來捕捉道路信息，將道路信息再反饋給行車以及周圍的智能汽車，用以輔助自動駕駛的方法。（三）路側(cè)傳感器三、傳感器技術(shù)在車路協(xié)同中的應(yīng)用智能車載感知技術(shù)智能路側(cè)感知技術(shù)在車路協(xié)同中，傳感器技術(shù)可稱為智能感知技術(shù)。智能感知技術(shù)三、傳感器技術(shù)在車路協(xié)同中的應(yīng)用

智能車載感知技術(shù)，通過在車輛出廠時對其安裝傳感器，利用這種車載傳感器進行感知車輛的行駛狀況，系統(tǒng)對車輛的各種行駛狀況進行數(shù)據(jù)分析，與正常合理的數(shù)據(jù)進行對比，檢驗車輛是否有產(chǎn)生危險的可能性。

例如車輛的發(fā)動機的運行速率嚴重低于正常車輛發(fā)動機的運行速率，系統(tǒng)立即將數(shù)據(jù)處理并利用信號控制將信息反饋至車主本身，進而提醒車主謹慎行駛車輛至安全區(qū)域并進行維修，避免交通事故的產(chǎn)生。三、傳感器技術(shù)在車路協(xié)同中的應(yīng)用

第二種即為智能路側(cè)感知技術(shù)，即在各個交通道路安裝傳感器及監(jiān)控錄像等，實時感知車輛在行駛過程中所產(chǎn)生的各種問題并對其進行定位；

如果車主在行駛過程中產(chǎn)生了違章行為，路側(cè)系統(tǒng)會實時將其記錄并反饋至最近的交通中心，若此道路覆蓋有交通錄像設(shè)備，即會立刻將車主的車輛和所產(chǎn)生的違章行為直接在錄像中呈現(xiàn)。隨堂討論Practiceontheclass2隨堂討論1、請簡單描述傳感器在車路協(xié)同中的應(yīng)用。2、請查閱車載毫米波雷達在ADAS方面的應(yīng)用，并簡要概括。1.各組派代表闡述資料查詢結(jié)果。2.各組就各自的查詢結(jié)果進行交流，并分享技巧。任務(wù)實施Practiceontheclass3任務(wù)實施正確描述交通感知傳感器、車載傳感器和路側(cè)傳感器的不同側(cè)重點。車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用能力模塊二車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)任務(wù)四車聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)導入車聯(lián)網(wǎng)主要設(shè)計三大業(yè)務(wù)應(yīng)用，包括交通安全、交通效率和信息服務(wù)，這些應(yīng)用都離不開定位技術(shù)，隨著自動駕駛的發(fā)展，車輛高精度定位的關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展需求隨之越來越高。作為智能網(wǎng)聯(lián)方向的學習者或從業(yè)人員，了解車聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)與定位信息，更能夠理解無人駕駛業(yè)務(wù)應(yīng)用原理，對車輛的高精度定位測試和穩(wěn)定性測試把握會更好。新授Newteaching1目錄一、道路級定位技術(shù)二、車道級定位技術(shù)一、道路級定位技術(shù)（一）全球定位系統(tǒng)GPS

在車聯(lián)網(wǎng)中，由于車輛通常處于運動狀態(tài)，大量車載服務(wù)應(yīng)用（例如加油站、餐廳信息查詢、車輛調(diào)度、特殊車輛行駛告警等）與位置信息密不可分，傳統(tǒng)的定位方法可能無法滿足車聯(lián)網(wǎng)對精度與時延的要求，因此無線定位技術(shù)是車聯(lián)網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)。

在討論具體定位精度要求之前，首先關(guān)注車輛及道路的基本尺寸；基于機動車車道及車輛的數(shù)據(jù)，如果想要精確地獲知車輛是行駛在哪一個車道之上，則至少需要米級別的定位精度，依據(jù)精度要求來對定位技術(shù)進行劃分，包括道路級定位及車道級定位。一、道路級定位技術(shù)（一）全球定位系統(tǒng)GPS

全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem，GPS）起始于1958年美國軍方的一個項目1964年投入使用。20世紀70年代美國陸?？杖娐?lián)合研制了新一代衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS。GPS主要目的是為陸?？杖箢I(lǐng)域提供實時、全天候和全球性的導航服務(wù)，并用于情報搜集、核爆監(jiān)測和應(yīng)急通信等一些軍事目的，經(jīng)過20余年的研究實驗，耗資300億美元。到1994年，全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛(wèi)星已布設(shè)完成。一、道路級定位技術(shù)（一）全球定位系統(tǒng)GPS

GPS保證全球每個地方任何時刻至少能看見4顆衛(wèi)星，通過4個方程可以解出空間三維坐標和時間4個變量。這24顆衛(wèi)星分布在6個軌道，每個軌道面有4顆衛(wèi)星。GPS系統(tǒng)的接收機都是采用無源定位方式，即接收機不需要發(fā)送信號。

格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)最早開發(fā)于蘇聯(lián)時期，后由俄羅斯繼續(xù)執(zhí)行該計劃。2007年開始運營，當時只開放俄羅斯境內(nèi)衛(wèi)星定位及導航服務(wù)。到2009年，其服務(wù)范圍已經(jīng)拓展到全球。

該系統(tǒng)主要服務(wù)內(nèi)容包括確定陸地、海上及空中目標的坐標及運動速度信息等。一、道路級定位技術(shù)（二）格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)

格洛納斯導航系統(tǒng)采用頻分多址;即不同衛(wèi)星使用不同的頻率和相同的隨機碼，抗干擾能力強。一、道路級定位技術(shù)（二）格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)

目前在軌運行的衛(wèi)星已達30顆，是第二個完成全球組網(wǎng)、具有良好可用性和完備性的GNSS系統(tǒng)，配合其他系統(tǒng)進行更快更準確的衛(wèi)星定位。

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BeiDouNavigationSatelliteSystem,BEIDOU)，簡稱北斗系統(tǒng)；是中國自行研制的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，是繼美國全球定位系統(tǒng)（GPS)、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GLONASS）之后第3個成熟的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。一、道路級定位技術(shù)（三）北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)由空間段地而段和用戶段3部分組成，空間段由35顆衛(wèi)星組成，包括5顆靜止軌道衛(wèi)星、27顆中地球軌道衛(wèi)星3顆傾斜同步軌道衛(wèi)星。5顆靜止軌道衛(wèi)星定點位置分別為東經(jīng)58.75°、80°、110.5°140°160°，中地