（光学工程专业论文）汽车道路动态测试系统通信问题的研究.pdf

独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他入 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：靴日期：迎! l 苎：迢 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保 留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 武汉理工大学硕士学位论文 摘要 汽车测试是各个汽车企业进行竞争的重要手段，它不仅可以对汽车的各种性 能进行评估，也可以用来指导汽车的研发。作为汽车测试一部分的汽车道路动态 测试系统，具有速度快、实时性强、效率高等优点，在近些年的汽车测试项目中 所占的比重逐渐增大。文章结合相关科研项目，将汽车道路动态测试系统划分为 主测试系统和通信系统两个部分，并阐述了通信系统的主要作用：实时传递测试 信息、保证信息与车辆的准确对应、提高测试效率、与企业网络进行对接及查询、 存储测试信息等i 明确了通信系统的功能之后，在接下来的章节中将通信系统分为硬件和软件 两个部分进行介绍。在硬件部分，首先确定了通信系统以何种网络体系结构为蓝 本进行设计，在对实际条件进行调查和分析后，明确了通信系统采取有线和无线 ( 局域网) 相结合的方式，重点介绍了无线局域网的作用、标准及搭建无线网的 各种硬件，在对比各种硬件的优缺点后选择a p 方式进行搭建，通过各种试验， 给出了不同测试场地要求下的a p 搭建方式。手持设备作为测试人员和无线主机 进行交流的平台，在整个系统中起着举足轻重的作用。在介绍完各种硬件后，给 出了系统硬件的布局图，这也是软件部分设计的基础。 根据系统硬件布局图，将系统软件划分为手持设备部分、测试主机部分、生 产网络和数据库三大部分，文章引述了软件开发的各个组成部分和主要流程，并 将其和通信系统软件的开发结合起来，介绍了系统软件的操作平台、开发语言、 通信架构，重点阐述了t c p 协议和变长度数据发送的好处。在手持设备部分的 开发说明中，叙述了开发时所需注意的问题，给出了操作界面简图和部分实现代 码。在测试主机部分，既介绍了与手持设备交互部分的开发，也介绍了m y s q l 数据库的操作和生产网络对接功能的实现。最后，阐述了软件初期开发完毕后所 应进行的各种测试和结果评估标准。 重点研究了通信系统的三大技术问题：排队问题、数据加密问题和通信延时 问题，它们是决定整个系统性能优劣的关键，也是文章的核心所在。通过深入分 析和试验研究表明：采用多端口流程、采用混合式加密方法、采用变交互时间间 隔等方式，可以有效地解决上述三大技术问题，满足了汽车动态测试系统对效率、 安全与准确性的要求。 文章给出了汽车道路动态测试系统的组成部分一通信系统的详细开发步骤， 从功能定义、需求分析、硬件选择到软件开发、关键问题的解决，通信系统与主 测试系统协调工作，可使整个汽车道路动态测试系统性能得到大幅提升，提高测 试效率，达到节省成本的目的。 关键字：动态测试，通信，无线 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t v e h i c l et e s ti sa ni m p o r t a n tm e t h o di nt h ev e h i c l ec o r p o r a t i o n i tc a nn o to n l y e v a l u a t et h ev e h i c l eq u a l i t y ，b u ta l s oc a ng u i d et h er & d a sap a r to ft h ev e h i c l et e s t ， v e h i c l er o a dd y n a m i ct e s th a sa d v a n t a g e sl i k eh i g h - s p e e d ，r e a l - t i m ea n dh i g h e f f i c i e n c y t h ep a p e rd i v i d et h er o a dd y n a m i cs y s t e mi n t ot w op a r t s ：m a i nt e s t s y s t e ma n dc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，a n di n t r o d u c et h em a i ne f f e c t ：t r a n s f e rt h et e s t i n f o r m a t i o n ，k e e pt h er i g h tc o r r e s p o n d e n c e ，i m p r o v et h ee f f i c i e n c y ，i n q u i r ea n ds a v e t h et e s ti n f o r m a t i o n ，w h i c hi st h em a i np u r p o s eo ft h ep a p e r a f t e rd e f i n et h ee f f e c to ft h es y s t e m ，i td i v i d et h es y s t e mi n t ot w op a r t s ： h a r d w a r ea n ds o f t w a r e i nh a r d w a r ep a r t ，f i r s t l yc o n f i r mt h es y s t e mt a k ew h i c h i n t e r n e ts t r u c t u r et od e s i g na n dt h ew i r e l e s s w i r ew a yt oc o n s t r u c tt h es y s t e m i t m a i n l yi n t r o d u c e st h ee f f e c t ，s t a n d a r da n dc o m p o n e n to ft h ew i r e l e s sn e t a f t e r c o m p a r et h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fk i n d so ft h eh a r d w a r ea n dd os o m e t e s t s i ts e l e c t sa pt oc o n s t r u c tt h en e t ia n dt h e ni ti n t r o d u c e st h eh a n d o u td e v i c e w h i c hi sv e r yi m p o r t a n ti nt h es y s t e m a c c o r d i n gt ot h eh a r d w a r ed e s i g n ，i td i v i d e st h es y s t e mi n t ot h r e ep a r t s ：h a n d o u t d e v i c e ，m a i nt e s ta n dp r o d u c t i o n d a t a b a s e i ti n t r o d u c e st h ec o m p o n e n tp a r t sa n d p r o c e d u r e so ft h es o f t w a r e ，o s ，l a n g u a g ea n dc o m m u n i c a t i o nw a y s i tm a i n l y i n t r o d u c e st h ea d v a n t a g e so ft h et c pa n dc h a n g i n gs e n d i n gw a y s i nh a n d o u tp a r t s ， i td e s c r i b e st h eq u e s t i o n so ft h ed e s i g n i n ga n dl i s t st h ec o d e s i nm a i nt e s tp a r t ，i t i n t r o d u c e st h ec o m m u n i c a t i o n ，d a t a b a s ea n dp r o d u c t i o nn e td e s i g n t h e ni tg i v e s t h es t a n d a r do fk i n d so ft e s t s t h e ni tm a i n l yi n t r o d u c e st h et h r e eq u e s t i o n so ft h ed e s i g n i n gp r o c e s s ：q u e u e ， e n c r y p t i o na n ds e n d i n gd e l a y ，w h i c ha r et h ev i t a lp a r t so ft h es y s t e ma n dt h ec o r a l p a r t so ft h ep a p e r i td e s c r i b e sa n da n a l y z e st h ep h e n o m e n o no ft h et h r e eq u e s t i o n s ， t h e nl i s tt h es o l u t i o n ：m u l t i p l e p o r t sm e t h o d ，m i x i n ge n c r y p t i o nw a ya n dc h a n g i n g s e n d i n gt i m em e t h o d ，w h i c hc a nm e e tt h ed e m a n do ft h es y s t e m t h ep a p e rl i s t st h ed e t a i l e dd e s i g n i n gp r o c e d u r eo ft h ep a r to ft h ev e h i c l er o a d d y n a m i ct e s t - c o m m u n i c a t i o np a r t ，f r o mt h ed e f i n i t i o n ，d e m a n d ，h a r d w a r es e l e c t i n g n 武汉理工大学硕士学位论文 t os o f t w a r ed e s i g n ，m a i nq u e s t i o ns o l u t i o n t h ec o m m u n i c a t i o np a r t sa n dt h em a i n t e s ts y s t e mc a ni m p r o v et h ep e r f o r m a n c e ，i m p r o v et h ee f f i c i e n c ya n ds a v et h et e s t c o s t k e yw o r d s ：d y n a m i ct e s t ，c o m m u n i c a t i o n ，w i r e l e s s 1 1 1 武汉理工大学硕士学位论文 目录 第一章绪论1 1 1 引言。：。l 1 2 汽车道路动态测试系统简介1 1 3 论文目的及意义1 第二章通信系统功能及需求分析3 2 1 通信系统功能3 2 2 硬件需求。3 2 2 1 无线网络需求。3 2 2 2 手持设备需求3 2 3 测试信息传输需求4 2 4 测试信息安全需求4 2 5 测试信息存储需求4 第三章通信系统硬件构成及功能5 3 1 通信系统信息传输方式5 3 2 网络体系结构5 3 3 无线局域网介绍7 3 4 无线网络的标准j 8 3 5 搭建无线网所需硬件8 ：；6a p 9 3 6 1a p 介绍9 3 6 2a p 试验及结果分析。9 3 7 手持设备1 0 3 8 系统网络布局图j 1 l 第四章系统软件开发1 3 4 1 软件开发1 3 4 1 1 软件开发应注意的问题1 3 4 1 2 软件开发模型1 4 4 1 3 软件生存周期1 4 4 2 系统操作平台介绍1 6 4 2 1 手持设备操作平台1 6 4 2 2 测试主机操作平台o 1 7 4 3 系统开发语言介绍。17 4 3 1 计算机语言发展介绍1 7 4 3 2 系统开发语言选择o _ 1 8 + 4 3 3 n e t 平台及c 语言18 4 4 系统通信协议的选取2 0 4 5 通信架构模式选择；2 l 4 6c 拌套接字通信编程介绍2 2 4 7 数据传输协议制定2 3 4 8 系统软件总体结构设计2 4 4 9 手持设备端软件设计2 5 武汉理工大学硕士学位论文 4 9 1 登录界面设计及代码实现2 5 4 9 2 主测试界面设计及代码实现2 8 4 1 0 数据库设计3 1 4 1 0 1 数据库选择3 l 4 1 0 2s q l 语句介绍一3 2 4 1o 3 数据访问技术选择3 2 4 1l 测试主机软件设计3 3 4 1 1 1 测试主机界面设计3 4 4 11 2 数据交互模块设计- 3 4 4 11 3 生产网络连接设计- 3 5 4 11 4 数据库访问模块3 6 4 1 2 软件测试j 。3 6 第五章系统关键问题分析及解决方案3 8 5 1 汽车动态测试过程中的排队问题与应对措施3 8 5 1 1 排队问题：3 8 5 1 2 排队问题的解决方案3 9 5 2 测试数据的安全问题及解决方案4 2 5 2 1 数据加密技术。4 2 5 2 2 加密的实现。4 3 5 3 通信延时与应对措施- 4 4 5 3 1 通信延时现象o 4 4 5 3 2 通信延时问题的解决方案4 5 第六章系统总结与展望4 6 6 1 系统总结4 6 6 2 系统展望4 7 参考文献4 8 致谢5 l 附j 隶：5 2 v 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 引言 第一章绪论 一辆汽车从最初的设计到最终的商品，需经历设计、制造、测试等诸多环节 l l j 。其中的测试环节不仅是汽车产品质量的重要保证，还是汽车产品研发的重要 依据和基础，对生产厂家、消费者有着极其重要的意义。 汽车是一种大批量生产、产品性能要求高、结构复杂、使用条件多变的产品， 任何设计制造缺陷都可能造成严重的后果 2 1 。正因为如此，汽车测试工作在汽车 制造业当中显得特别重要，它已成为汽车制造公司重要的竞争手段。任何出厂的 汽车产品都必须经过严格的测试，而其中的道路动态测试是汽车在出厂测试中的 一个重要环节，目前，大多数汽车的出厂测试实现了测试自动化、网络化，大大 提高了测试的效率以及精度。本文主要以汽车道路动态测试为研究平台。 1 2 汽车道路动态测试系统简介 汽车测试按测试特征的不同，可分为室内台架测试、汽车试验场测试和室外 道路测试等三种1 3 j 。现如今，汽车试验场试验越来越受到汽车界的重视，其原因 是汽车试验场上可以设置各种不同的路面，如扭曲路面、比利时砌石路面、高速 环道、汽车性能试验专用跑道等，在汽车试验场上可在不受道路交通影响的情况 下完成汽车各项性能试验 4 1 。而文章所讨论的汽车动态测试系统便属于汽车试验 场试验的一种。 汽车道路动态测试系统，顾名思义是指汽车在试车道上所进行的汽车性能的 测试。现代的汽车道路动态测试系统，大多包括主测试系统与通信系统两大部分。 主测试系统完成汽车性能参数的检测，通信系统保证测试信息能够实时、准确的 在测试系统各部分之间传递，便于测试人员针对各种不同的测试情况做出相应的 处理。 1 3 论文目的及意义 本文以相应的科研项目为基础，研究汽车道路动态测试系统的通信部分。通 过选取合适的硬件并对其进行布置、安装，搭建起系统的基本框架；通过相应的 软件( c 撑、c + + 、l a b v i e w 或其它软件等) 进行代码编写，完成通信系统的软 件开发。在此基础上对通讯系统进行调试、优化，使其满足实际生产的需要，并 具有较好的数据安全性能及容错能力。 2 武汉理工大学硕士学位论文 第二章通信系统功能及需求分析 2 1 通信系统功能 汽车道路动态测试系统一般运行在户外的汽车试验场或试车道上，由主测试 系统与通信系统所组成，测试人员驾驶车辆进行测试时，通信系统须提供以下几 个功能来保证整个测试系统的正常运行： l 、辨识测试车辆信息并完成车辆的登录。 2 、在进入测试区前获取前方测试状态( 即前方有无车辆在测试) 。 3 、保证测试信息与测试车辆的一一对应关系。 4 、实时传输测试信息并反馈给测试人员。 5 、自动存储测试信息，减少人工干预。 6 、保证测试信息的安全性。 7 、对测试系统的干扰应降低至最小。 对于一个系统而言，它由相关的各种部件所组成，用以实现规定功能或达到 某一目标。具体到此系统来讲，组成它的硬件和软件部分需要满足以上所列举的 七条功能，为此论文将从以下几个方面进行系统的需求分析。 2 2 硬件需求 z 2 1 无线网络需求 由于汽车道路动态测试系统的工作场所大都在试验场中的试车道上，且被测 对象机动性较强、速度较高，因此就测试信息的实时传输需求而言，传统的双绞 线由于其本身的限制( 远距离传输时信号的衰减、有线通讯的不便携带性等) 不 能被大范围的应用于此通信系统。上世纪末期发展起来的无线网络技术则可以解 决此问题，因此就硬件而言，其必须具有可以在户外创建相应的无线网络的功能 ( 具体所使用的各种硬件将会在下一章进行详细的介绍，此处不再详述) 。 。 2 2 2 手持设备需求 如今，所有的汽车厂家都无一例外的采用汽车v i n 码对所生产车辆进行跟 踪记录【5 】。v i n 码，全称是v e h i c l ei d e n t i f i c a t i o nn u m b e r ( 车辆识别码) 。v i n 码由 十七个字符组成，也可以称其为十七位码。这十七位字符包含了车辆的制造厂家、 生产年代、车型、车身代码、发动机代号及组装地点等信息，具有全球惟一性。 因此对于流水线形式的道路动态测试系统，v i n 号码由于其难一性而被作为每台 3 武汉理工大学硕士学位论文 测试车辆的登录信息，它在实际的生产过程中多以二维条码形式出现在生产过程 中。因此对于测试人员来说，需要相应的便携式手持设备，此手持设备作为系统 软件部分客户端的承载平台，不仅可以通过其本身所具有的扫描功能录入相应的 条码，以此记录测试车辆信息，而且可以通过搭建的无线局域网与测试主机进行 数据交互，完成测试车辆的身份辨识、登录及测试结果接收等功能。 2 3 测试信息传输需求 对于以往的汽车道路动态测试系统，虽然可以进行数据的传输，但是在传输 的实时性上却做得不好：一般所采取的方式是将一定周期内的测试信息在特定时 间传输给其它部分，此时现场测试人员往往不能与测试系统的其他部分进行及时 的数据交互；或者更有甚者，直接采取人工记录的方式来记录测试信息，这无疑 会影响测试效率。 文中所研究的通信系统，其特点是突出实时性：即在高速运行的测试车辆内， 在比较短的时间完成测试车辆的登录、启动测试及测试结果接收。在此基础之上， 解决由于测试量大所造成的测试拥挤现象( 即以后所论述的“排队问题”) ，以 提高系统测试效率，达到降低成本的目的。 2 4 测试信息安全需求 自网络出现以来，信息安全便伴随着网络技术发展成为了人们所关注的热点 问题【6 1 。对于每个汽车生产厂家，车辆信息是汽车厂的机密。测试数据由于反应 了汽车的相关性能，更是成了各厂家保密的重中之重。因此，在进行软件代码编 写时需对所传输的测试信息进行加密，用以保证测试信息的安全。 2 5 测试信息存储需求 上文所提到的，测试信息对于生产厂家具有非常重要的意义，所以对于各种 性能的测试结果，需对其进行保存，便于对数据进行查询以及分析。因此需在本 地建立相应的数据库用来保存测试信息，同时新的测试项目需和厂家本身的生产 网络进行对接( 即接收测试车辆信息及向生产网络发送测试结果等) ，便于企业 生产网络的扩展。 本章介绍了系统所应具备的功能，分析了系统的各种需求，也为以后的章节 叙述给出了相应的提纲：在以后的章节中，根据本章分析的系统需求，选取相应 的硬件并进行软件代码的编写，最终使系统达到本章所提出的七个功能。 4 武汉理工大学硕士学位论文 第三章通信系统硬件构成及功能 上一章介绍了通信系统应该具有的功能以及对于各种功能的需求，本章介绍 组成通信系统基本框架的硬件构成及其功能。 3 1 通信系统信息传输方式 对于通信系统而言，其首要具备的功能就是在测试系统的各个部分传递测试 信息。汽车测试系统的信息传输，是指从汽车测试系统的某一环节将测试结果或 测试相关信息经信道传至测试系统的其他环节，并被对方所接受，包括传送和接 收两个部分【7 】。传输介质分为有线和无线两种，有线为专用信号线或光纤等；无 线方式则包括卫星技术、微波、无线局域网及电台等【8 】：信息在传输过程中不能 被改变，其本身也不能被接收或传送。信息传输必须有相关载体( 数据、信号、 语言等方式) ，并且传送方和接收方对载体有共同的解释。 无线传输有无线电、g p r s 、无线局域网等多种形式【9 】。其中无线电的使用 主要满足人们日常生活中的通信( 如手机等) ，g p r s 形式则主要满足移动应用 领域，此两者主要应用于远距离传输。无线局域网形式则主要用于小范围内的无 线传输。由于汽车道路动态测试系统主要工作地点为户外试车道上，属于小范围 的无线传输，因此通信系统选用无线传输的无线局域网方式。 对于数据存储以及与生产网络的对接，由于其工作地点主要在室内且基本属 于静态，因此可采取传统的有线方式。 综上所述，通信系统选用有线与无线局域网共存的混合通信模式。 3 2 网络体系结构 网络体系结构是指通信系统的整体设计的一个蓝本，它为网络硬件、软件、 协议、存取控制和拓扑提供标准【i o l 。它广泛采用的是国际标准化组织( i s o ) 在 1 9 7 9 年提出的o s i ( o p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c t i o n ) 的参考模型。o s i 模型分为七 层，即物理层、数据链路层、网络层、数据包、会话层、表示层、应用层【1 1 1 。 然而在实际应用中，o s i 模型只是理论上的模型，并没有成熟的产品。因此在实 际应用中，很多网络的搭建采用了更加通用也更加实际的t c p i p 模型。 t c p i p 是一组用于实现网络互连的通信协议，此参考模型将协议分成四个 层次，它们分别是：网络访问层、网际互连层、传输层( 主机到主机) 和应用层。 t c p i p 模型图如图所示： 武汉理工大学硕士学位论文 分层协议 戚埔层t e l n 盯、f t p 、s 帅、帅、d n s 传输层t c p 、u d p 网络层l p 、i c m p 、a r p 、r a r p 接u 艨姨n 、a r p a n t 、s a 矾盯 图3 1t c p i p 模型图 1 、应用层。是应用程序间沟通的协议，对应于o s i 参考模型的高层，包含 所有的高层协议，为用户提供所需的各种服务，例如：f t p 、t e l n e t 、d n s , s m t p 栩蟹 守o 2 、传输层。对应于o s i 参考模型的传输层，为应用层实体提供端到端的通 信功能。该层定义了两个主要的协议：传输控制协议( t c p ) 和用户数据报协议 ( u d p ) 。其中t c p 协议提供的是一种可靠的、面向连接的数据传输服务：而 u d p 协议提供的是不可靠的、无连接的数据传输服务( 这在下一章中会有重点 介绍) 。 3 、网际互联层。对应于o s i 参考模型的网络层，主要解决主机到主机的通 信问题。是将整个网络体系结构贯穿在一起的关键层。它负责提供基本的封包传 送功能，将信息分组传送到目标端，各个分组相互独立，互联网层定义了正式的 分组格式和协议，该层有四个主要协议：网际协议( i p ) 、地址解析协议( 削姆) 、 互联网组管理协议( i g m p ) 和互联网控制报文协议( i c m p ) 。 4 、网络访问层。与o s i 参考模型中的物理层和数据链路层相对应。事实上， t c p i p 本身并未定义该层的协议，而由参与互连的各网络使用自己的物理层和 数据链路层协议，然后与t c p i p 的网络访问层进行连接。 从以上对比来看，o s i 与t c p 参考模型都采用了层次结构的概念，也都能 够提供面向连接和无连接两种通信服务机制。但区别在于前者是七层模型，后者 是四层结构；并且后者对可靠性要求更高。从实际应用上来讲，t c p i p 已经成 为实际上的国际标准。因此本系统采用t c o i p 模型来建立相应的通信网络。o s i 模型与t c p i p 模型对比如图3 2 所示： 6 武汉理工大学硕士学位论文 t c p i pr e f e r e n c em o d e lt c p i pp r o t o c o ls t a c k o s i 融f e r e r l c em o d e l a p p l i c a t i o nl a v e r t e l n e t , f 了p 、扪t p a 刚i c a e o nl a y e r p r e s e n t a t i o nl a y e r d n $ 、s m 豫 s e s s i o nl a y e r t r a n s p o r tl a v e r t c p 、u d p t r a n s p o r tl a y e r i n t e m e tl a v e rl p 、i c m p 、a r p 、r a 神n e l w o r kl a y e r e t h e r n e t 、t o k e n - r i n g 、 d a t al i n kl a y e r n e t w o r ki n t e a a c el a v e r f d d i p h y s i c a ll a y e r 3 3 无线局域网介绍 图3 2 两种模型对比图 上世纪七十年代开始，人们就开始了对无线网络的研究。在整个八十年代， 伴随着以太局域网的迅猛发展，以具有不用架线、灵活性强等优点的无线网以己 所长补“有线 之短，也赢得了特定市场的认可【1 2 1 。本世纪初，无线技术得到 迅猛的发展，在近些年的信息通信领域中，发展最快应用最广的就是无线网通信 技术。 无线网络既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，也包 括为近距离连接所使用的红外线技术( i n f r a r e dr a y ，j r ) 及射频技术( r a d i o f r e q u e n c y ，r f ) ，它与有线网络的用途十分类似，最大的不同在于传输媒介， 利用无线电技术取代网线，可以和有线网络互为备份。无线网络相比传统有线网 络的特点主要体现在以下两个方面： 1 、无线网络组网比较灵活： 无线网络使用无线信号通讯，网络接入更加灵活，只要有信号的地方都可以 随时随地将网络设备接入到网络之中。 2 、无线网络规模升级更加方便： 无线阿络终端设备接入数量限制更少，相比有线网络一个接口对应一个设 备，无线设备容许多个无线终端设备同时接入到无线网络，因此在网络规模升级 时无线网络优势更加明显。 7 武汉理工大学硕士学位论文 无线网络按区域一般分为局域网、城域网和广域网三种。对于汽车道路动态 测试系统，对应的是无线局域网络。 无线局域网络( w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k s ，w l a n ) 是利用红外线及射 频技术，代替旧式的双绞线所构成的局域网络。射频因其作用距离长、带宽大及 覆盖范围广而应用更广泛。w l 悄可以提供传统l a n 技术( 如以太网和令牌网) 的所有功能，但不会受到线缆的限制。无线局域网主要应用于以下几个方面 l 、使用者处于移动状态，无固定场所。 2 、有线设备安装布置时有较大困难。 3 、与有线网络进行互补。 3 4 无线网络的标准 在无线网络中常见的标准有i e e e8 0 2 1l a 、8 0 2 1l b 、8 0 2 1 1 9 等1 孤。其中 8 0 2 1 l a 使用5 g h z 频段，传输速度5 4 m b p s 。而8 0 2 1 1 b 以及8 0 2 1 l g 使用的为 2 4 g h z 频段，传输速度前者为ll m b p s ，后者为5 4m b p s 或者1 0 8m b p s ，且可 向下兼容8 0 2 1 1 b 。对于汽车道路动态测试系统，根据不同的测试信息量以及稳 定性的要求，选用i e e e 8 0 2 1 1 9 标准作为通信系统无线网络的标准。 3 5 搭建无线网所需硬件 在无线局域网里，常见的设备有无线网卡、无线网桥、无线天线、a p ( a c c e s s p o i n t ) 等【1 4 1 。其中无线网卡的作用类似于以太网中的网卡，作为无线局域网的 接口，实现与无线局域网的连接。而对于无线网桥，它可以用于连接两个或多个 独立的网络段，主要用于连接两个网络，且使用时必须两个以上。相对于无线网 桥来讲，a p 的应用则显得更为灵活，也可以单独使用。因此相对于无线网桥来 讲，选择a p 搭建网络所花费的成本要小一些。当无线局域网的终端设备离a p 距离较远时，此时需要使用无线天线，天线的作用就是将a p 频段的源信号传递 出去，一般天线分为定向性和全向性两种，定向性适合远距离传输，全向性适合 区域性运用【l5 1 。天线的增益值( d b ) 为天线的一个重要参数，增益值越大，无 线网络的覆盖区域就越大。 综上所述，本系统选用a p 方式进行无线网络的搭建。 3 武汉理工大学硕士学位论文 3 6a p 3 6 1a p 介绍 a p 是a c c e s sp o i n t 的缩写，即专用于无线网络的访问接入点，a p 可以看作 传统有线网络中的h u b ，是目前组建小型无线局域网时最常用的设备【1 6 1 。它相 当于一个连接有线网和无线网的桥梁，主要作用是将各个无线网络客户端连接到 一起，然后将无线网络与其它网络相连( 以太网等) 。对于道路动态测试的通信 系统来说，a p 连接了测试人员的手持设备与测试主机，保证两者之间的数据交 互，这也是选择其搭建无线网络的根本原因。 a p 在业界分为“胖”a p 与“瘦 a p 两种形式。通俗的讲，胖a p 为传统 的分布式体系结构，所有的网络数据处理与控制能力放置在a p 上，除了无线接 入功能之外，还具备w a n 等功能，不需与无线交换机一起使用；瘦a p 为集中 式体系，所有的网络数据交互、控制都放在与之配套的无线交换机上，a p 只负 责将无线信号分布于局域网内各个地方，瘦a p 在使用时，必须与无线交换机一 起使用。a p 的覆盖范围一般为5 0 2 0 0 m 左右。 针对上一章的分析，由于汽车道路动态测试系统速度高、测试区域较长的特 点，因此所搭建的通信系统应当满足以下要求： 1 、通信系统覆盖范围应能覆盖测试区域前后5 0 m 距离且信号良好( 数据掉 包率一般不应超过5 ) 。 2 、手持设备能够快速接入无线网。 3 、手持设备在a p 之间进行漫游时，a p 之间切换时间短( 一般不应超过l s ) 。 由于a p 分为两种类型，相应的搭建系统时也有两种选择方式，针对此两种 方式进行以下相应试验进行方案的最终确定。 3 6 2a p 试验及结果分析 试验场地：良好的柏油路面，路长与实际测试路段长度相同。 试验器材：胖a p 、瘦a p 与无线交换机、手持设备、车辆、光缆等无线设 备。 试验方法：采用胖a p 、瘦a p 搭建相应的无线网络，试验人员携带手持设 备，另一测试人员驾驶汽车，以与实际测试情况相符合的速度从测试区域前方 1 0 0 m 驶入测试区域，至测试区域后5 0 m 完成一次测试。 试验记录：测试人员在车内观察并记录以下两种现象： 1 、手持设备接入无线网络的速度。 2 、手持设备在无线网内的数据掉包率。 试验评价方法r 9 武汉理工大学硕士学位论文 手持设备接入无线网络速度越快越好，数据掉包率越低越好。 注意事项：由于汽车在进行测试时，与无线网进行数据交互的手持设备处于 封闭的、以一定速度移动的汽车车厢之内，因此对于常规的在静止状态或以步行 速度进行的网络性能测试对于此通信系统的借鉴意义很小，必须采取与实际测试 情况相符合的测试条件。 试验内容：根据以上的试验准备条件，搭建四种不同情况的无线网络：单个 胖a p 进行搭建；单个瘦a p 进行搭建；多个胖a p 搭建；多个瘦a p 搭建。测 试人员驾驶汽车按规定驶入测试区域，测试无线网络的数据交互性能。试验结果 如下： l 、采用单个胖a p 搭建通信系统。此种情况不存在a p 漫游问题，数据信号 良好，对于短距离测试区域性能良好，但是对于较长的测试区域则有覆盖不全的 缺点。 2 、采用单个瘦a p 搭建系统，也不存在漫游问题，数据信号良好，但是相 对于胖a p 来讲，其覆盖距离更短，且瘦a p 必须与无线交换机一起使用，两者 加在一起的成本也高于单独使用胖a p 。 3 、采用多个胖a p 搭建系统。无线网络覆盖范围广，但a p 之间的切换时间 较长，远远大于系统所允许的2 s ( 大概在3 0 s 左右的时间) ，由此带来数据交换 在两个胖a p 覆盖边缘处出现严重掉包现象，甚至产生无信号现象。 4 、多个瘦a p 搭建系统。网络覆盖范围有保证，且a p 之间切换时间小于 2 0 m s ，满足系统所要求的时间( 2 s ) ，数据掉包率在2 3 之间。 从以上试验内容，可以得到以下结论：如果测试区域较短，单个胖a p 即可 满足覆盖要求，此时由于瘦a p 加无线交换机的成本要高于胖a p ，因此采用单 个胖a p 性价比最高；若测试区域范围较广，则必须采用多个瘦a p 对测试区域 进行覆盖。事实上，采用多个瘦a p 进行网络覆盖相比较胖a p 的覆盖也有以下 几种优点：胖a p 会对每个a p 分配一个独立的网络名称( s s i d ) ，虽然在同一 个网关之下，但是不容易实现统一控制，而无线交换机对于网络范围内的各个瘦 a p 在进行集中控制的同时，对于探测到的出现故障的a p ，临近的a p 会自动增 加自己的覆盖范围以保持网络的覆盖范围。而且瘦a p 相对于胖a p 来讲，更易 于扩展无线网络：只需增加a p 的数量便可达到目的。而对于增加的胖a p 必须 单独配置，对于后期的维护与管理带来了不便。而瘦a p 架构不仅管理、维护方 便，更能节约搭建成本，减少网络能耗。 3 7 手持设备 手持设备需具备以下两种功能： 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 l 、扫描功能。由于v i n 号码一般是由二维条形码的形式存在，因此手持设 备需带有扫描功能来记录车辆的v i n 等信息。 2 、无线通信功能。手持设备负责与系统搭建的无线网络进行连接，将测试 登录信息传输给测试主机并接收主机所返还的各种测试结果。 3 8 系统网络布局图 在进行网络布局时，要考虑所搭建网络的实用性、全面性、可靠性以及之后 的维护与升级等管理。考虑测试区域较大，无线网络需要较大的覆盖范围，从以 上所需硬件的选择来讲，通信系统必须的硬件为：测试主机，无线交换机，瘦 a p 若干，手持设备若干，光纤、网线等有线与无线通信设备。 参照网络拓扑结构( 指用传输介质互连各种设备的物理布局) 中的星型结构 对系统进行搭建，如图3 3 所示。星型结构的布局是各工作部分以星型方式连接 成网，网络有中央节点【l n ，其它节点都与中央节点直接相连，因此又称集中式 网络。具有如下特点：结构简单，便于管理；控制简单，便于建网；网络延迟时 间小，传输误差较低；方便故障检测与隔离。而以上特点正符合此通信系统所具 有的特点：系统稳定，延迟时间与误差小，作为中央节点的测试主机将无线网络 与生产网络连接起来。通信系统内任何的数据交互需要通过测试主机来完成。 图3 3 系统硬件布局图 所搭建的通信系统应能够使测试人员操作手持设备与无线网进行及时通信， 实时的传递测试信息；测试主机通过本地数据库与生产网络保持通信，方便企业 对车辆的测试信息进行数字化的分析与管理；在此基础上，尽可能提高通信系统 性能，使通信系统对整个测试系统的干扰降至最低，达到节省成本的目的。 本章在参照第二章介绍的硬件需求基础上，通过对各种硬件的介绍和各种优 武汉理工大学硕士学位论文 缺点的比较，以较大的测试范围为例，给出了硬件选择时所需注意问题和选择步 骤，搭建起了通信系统的基本框架，为软件部分的开发打下了良好的基础。 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 第四章系统软件开发 上一章重点介绍了各个硬件的作用、选择时所考虑的因素以及通信系统硬件 的基本框架。本章介绍系统的软件结构以及进行软件开发时所需注意的问题。 4 1 软件开发 4 1 1 软件开发应注意的问题 所谓软件，就是相关程序( 依照特定顺序组织起来的计算机数据和指令的集 合) 及其说明文档的集合体【l 引。在进行通信系统软件开发之前，首先要结合第 二章所分析的系统需求，列出通信系统各个功能模块以及系统u i 界面。然后通 过对实际应用需求的深入分析，制定相应的文档。按照文档要求编写具体的程序 代码，并对程序进行调试、优化等，最终完成通信系统的软件设计。 系统软件开发过程中应注意以下几个问题： l 、灵活性 软件开发过程中，需求的变更会不可避免的出现在开发过程中，如果软件灵 活性不好，不仅会使系统难以适应多样的变化，而且会加大设计人员的开发难度。 因此在开发过程中，应使用规范的数据结构，为程序定义通用接口等。 2 、扩展性 软件发布后，都会遇到新的需求，这就要求软件应具有适应新需求的能力。 因此在设计时，层次关系须清晰