第1章车载网络技术绪论

1、汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用汽车车载网络汽车车载网络技术与应用技术与应用汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用课程简介课程简介n课程的提出课程的提出q汽车电子技术的发展，电控单元的数量增多，功能复杂；汽车电子技术的发展，电控单元的数量增多，功能复杂；q电控单元间需相互协作，完成复杂的控制功能电控单元间需相互协作，完成复杂的控制功能数据交互数据交互n端到端通信带来的问题：端到端通信带来的问题：q线束增加、车身可用空间减少、车身质量增加线束增加、车身可用空间减少、车身质量增加q增加了装配和维修的难度、提高了整车成本增加了装配和维修的难度、提高了整车成本q妨碍整车可靠性的提高妨

2、碍整车可靠性的提高q采用多路复用的总线系统，可以将各个独立的电子控制单元采用多路复用的总线系统，可以将各个独立的电子控制单元连接成一个网络连接成一个网络总线：总线：采用标准数据协议协议，采用一根或两根数据线数据线来完成电子部件之间的数字信息传输。汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用课程说明课程说明车载网路技术及应用车载网路技术及应用n课程先修课课程先修课q计算机网络、汽车电子、单片机计算机网络、汽车电子、单片机n学习本课程的目的学习本课程的目的q了解汽车总线的概念；了解汽车总线的概念；q了解汽车总线的基本原理；了解汽车总线的基本原理；q掌握汽车总线的协议的原理和特点；掌握汽车总线的协议

3、的原理和特点；q掌握总线在汽车上的应用；掌握总线在汽车上的应用；q汽车网络技术在汽车上的具体应用以及不同车型、不通车系汽车网络技术在汽车上的具体应用以及不同车型、不通车系的网络技术特点，深刻认识和体会汽车车载网络系统的故障的网络技术特点，深刻认识和体会汽车车载网络系统的故障规律和故障特点。规律和故障特点。n课程学时课程学时q理论理论 34 + 实验实验 6课程考核课程考核q开卷考试开卷考试汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用课程说明课程说明-车载网路技术及应用车载网路技术及应用n教材教材q罗峰、孙泽昌罗峰、孙泽昌 编著编著. 汽车汽车can总线系统原理、设计与应用（第总线系统原理、设计

4、与应用（第1版）版）.电子工业出版社电子工业出版社, 2010年年 q参考书目：参考书目：n汽车单片机及车载总线技术汽车单片机及车载总线技术. 北京理工大学出版社北京理工大学出版社n汽车汽车CAN总线系统、原理、设计与应用总线系统、原理、设计与应用. 电子工业出版社电子工业出版社nCAN总线测控技术及其应用电子工业出版社总线测控技术及其应用电子工业出版社 n现场总线现场总线CAN原理与应用技术原理与应用技术(第第2版版)北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社n凌永成等凌永成等 主编主编. 汽车网络技术汽车网络技术. 清华大学出版社清华大学出版社,2012 n屈敏屈敏 主编主编. 汽车车载

5、网络技术原理与应用汽车车载网络技术原理与应用. 国防工业出版社国防工业出版社2012 汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用车载网路技术及应用车载网路技术及应用-绪论绪论 第第1章章 绪论绪论汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用本章内容本章内容n汽车电子技术的发展汽车电子技术的发展n计算机网络概述计算机网络概述n车载网络通信车载网络通信q信号的编码方式q介质访问控制方式n现代汽车电子网络系统现代汽车电子网络系统q汽车网络系统结构q汽车总线系统n发展和分类n特征n汽车计算机控制系统汽车计算机控制系统n汽车总线网络协议汽车总线网络协议汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.1

6、 汽车电子技术汽车电子技术n1.1.1 汽车电子技术的发展阶段汽车电子技术的发展阶段q电子管时代：电子管时代：n20世纪世纪50年代，汽车商安装年代，汽车商安装电子管收音机电子管收音机-汽车电子的雏形汽车电子的雏形.q晶体管时代：晶体管时代：n20世纪世纪60年代，硅整流交流发电机和晶体管调节器（放大、开关）；年代，硅整流交流发电机和晶体管调节器（放大、开关）；n20世纪世纪70年代后期，年代后期，集成电路的发展集成电路的发展，微控制器在汽车上广泛应用，解，微控制器在汽车上广泛应用，解决节能、排放、安全决节能、排放、安全.q集成电路时代：集成电路时代：n20世纪世纪90年代，年代，集成电路技术

7、集成电路技术广泛应用于汽车，解决广泛应用于汽车，解决节能、排放、安全、节能、排放、安全、舒适舒适问题。问题。q网络化综合技术时代：网络化综合技术时代：n21世纪（目前），集电子技术、计算机技术、综合控制技术、智能传感世纪（目前），集电子技术、计算机技术、综合控制技术、智能传感器技术等先进汽车电子技术于一体，器技术等先进汽车电子技术于一体，ECU通过汽车电子网络系统连接起通过汽车电子网络系统连接起来，实现通信与控制的网络化管理来，实现通信与控制的网络化管理.汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.1 汽车电子技术汽车电子技术n1.1.2 汽车电子系统的基本构成汽车电子系统的基本构成q动力

8、电子系统：动力电子系统：n包括包括发动机管理和传动装置发动机管理和传动装置，是汽车的，是汽车的核心核心；n发动机控制系统需要快速高档微处理器。发动机控制系统需要快速高档微处理器。q底盘电子系统：底盘电子系统：n提高司乘人员的提高司乘人员的安全性（安全性（ABS防抱死制动系统防抱死制动系统)；q车身电子系统：车身电子系统：n提高驾驶的舒适程度、为驾驶员提供车况信息提高驾驶的舒适程度、为驾驶员提供车况信息（仪表管理、座椅位置调节、空调系统、车门车（仪表管理、座椅位置调节、空调系统、车门车窗控制、顶棚控制等）。窗控制、顶棚控制等）。q车用通信系统（车用通信系统（Telematics）n为满足行车过程

9、信息化所提供的服务，驾乘人员为满足行车过程信息化所提供的服务，驾乘人员随时随地与外界环境进行双向信息交互；随时随地与外界环境进行双向信息交互；n卫星定位、无线通信、数字影音信息处理等软硬卫星定位、无线通信、数字影音信息处理等软硬件；件；汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.1 汽车电子技术汽车电子技术n1.1.3 汽车电子系统网络化汽车电子系统网络化q早期存在问题：早期存在问题：n早期是点到点早期是点到点单一通讯，相互之间少有联系单一通讯，相互之间少有联系，随着，随着ECU的增加，线速急的增加，线速急剧增加；剧增加；n连接复杂、控制复杂、车身重量增加、油耗增大。连接复杂、控制复杂、车

10、身重量增加、油耗增大。q每增重每增重50kg，油耗，油耗0.2L/100kmq解决方案解决方案n在车内采用基于总线技术的网络结构。在车内采用基于总线技术的网络结构。n采用串行总线实现多路传输，组成汽车电子网络。采用串行总线实现多路传输，组成汽车电子网络。q多路传输：多路传输：指在计算机局域网中，将多种信息混合或交叉通过一个通信信道传输的方式。一个具有多路传输的网络容许多个计算机同时对其进行访问应用于汽车的优势： （1） 布线简化，减低成本； （2）电控单元间的交流简单快捷； （3） 信息资源共享； （4）提高汽车总运行可靠性汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.1 汽车电子技术汽车电

11、子技术n汽车电子系统网络化汽车电子系统网络化q几个概念几个概念n汽车总线技术：汽车总线技术：q在汽车上，采用在汽车上，采用标准数据协议标准数据协议，采用一根或两根数据线来完成电子部，采用一根或两根数据线来完成电子部件之间的件之间的数字信息传输数字信息传输技术。技术。n网络：网络：q在在协议协议的管理下，有若干终端、传输设备和通信控制处理器等组成的的管理下，有若干终端、传输设备和通信控制处理器等组成的系统的集合。系统的集合。n汽车电子控制网络汽车电子控制网络q按照按照特定的车载网络协议特定的车载网络协议，以共享资源为主要目的，将所有位，以共享资源为主要目的，将所有位置上分布且独立工作的车载控制模

12、块相互连接在一起的集合。置上分布且独立工作的车载控制模块相互连接在一起的集合。q对于任何遵循对于任何遵循车辆网络协议车辆网络协议的供应商所生产的控制单元都可轻的供应商所生产的控制单元都可轻易添加入该网络系统中或者从网络系统中拆出，系统几乎不需易添加入该网络系统中或者从网络系统中拆出，系统几乎不需要做任何硬件和软件的修改，这完全符合现代汽车平要做任何硬件和软件的修改，这完全符合现代汽车平 台式设台式设计的理念。计的理念。汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.2 计算机网络计算机网络n1.2.1 计算机网络概述计算机网络概述q计算机网络就是把多种形式的计算机网络就是把多种形式的计算机计算

13、机用用通信线路通信线路连接起来，并使其能够连接起来，并使其能够互相进行互相进行信息交换信息交换的系统。的系统。q计算机网络包括：计算机、各种硬件、各种软件、组成网络的体系结构、网络传计算机网络包括：计算机、各种硬件、各种软件、组成网络的体系结构、网络传输介质和网络通信技术。即计算机网络是输介质和网络通信技术。即计算机网络是计算机计算机和和通信技术通信技术结合的产物。结合的产物。汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.2 计算机网络计算机网络 n计算机数字通信网的关键技术计算机数字通信网的关键技术q信息交换技术：信息交换技术： 电路交换电路交换-报文交换报文交换-分组交换的演变过程。分组

14、交换的演变过程。n电路交换：电路交换：线路独占，利用率低线路独占，利用率低n报文交换：报文交换：将整个信息包作为一个报文，并在到达某个站点将整个信息包作为一个报文，并在到达某个站点后先存储，当有合适的线路时再转发。优点：线路利用率高；后先存储，当有合适的线路时再转发。优点：线路利用率高；缺点：传输延迟大缺点：传输延迟大n分组交换：分组交换：将报文进行分组（分割成一小块），再进行交换；将报文进行分组（分割成一小块），再进行交换；接收方将收到的分组组装成原来的信息。优点：线路利用率接收方将收到的分组组装成原来的信息。优点：线路利用率高、差错少、交换率高、延迟小。高、差错少、交换率高、延迟小。思考：

15、思考：两台计算机通信，是否选择合适的交两台计算机通信，是否选择合适的交换技术、拥有通信线路就可以了？换技术、拥有通信线路就可以了？下一页下一页约定的重要性，蓝白军问题？汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.2 计算机网络计算机网络n1.2.2 计算机网络体系结构计算机网络体系结构n要让两台计算机通信，必须使它们采用相同的信息交换原则要让两台计算机通信，必须使它们采用相同的信息交换原则即即协议协议n网络协议：网络协议：q通信双方关于如何进行通信的一种通信双方关于如何进行通信的一种约定约定，包括：信息格式、数据交换（发送和接收）的，包括：信息格式、数据交换（发送和接收）的规则的约定。规则

16、的约定。q网络协议的三要素：网络协议的三要素：n语法：语法：q指数据与信息控制的指数据与信息控制的结构或格式结构或格式，确定通信双方之间确定通信双方之间“如何讲如何讲”，即由逻辑说明构，即由逻辑说明构成，要对信息或报文中各字段格式化，说明报头（或标题）字段、命令和应答的结成，要对信息或报文中各字段格式化，说明报头（或标题）字段、命令和应答的结构。构。n语义：语义：q指需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种应答，语义确定通信双方之指需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种应答，语义确定通信双方之间间“讲什么讲什么”，对请求、执行的功能等进行解释，包括识别结果的处理，相当于对，对请求

17、、执行的功能等进行解释，包括识别结果的处理，相当于对一个语句含义的说明；一个语句含义的说明；n同步：同步：q事件实现的顺序、速度匹配等详细说明。事件实现的顺序、速度匹配等详细说明。汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.2 计算机网络计算机网络n1、网络分层结构、网络分层结构q为了减少网络设计的复杂性为了减少网络设计的复杂性q绝大多数网络组成了一堆相互绝大多数网络组成了一堆相互叠加的叠加的层（层（layer or level）q协议（协议（ProtocolProtocol）: : 通信双通信双方关于如何通信的一种约定。方关于如何通信的一种约定。q对等体对等体(Peers):(Peers

18、):不同不同机器上机器上包含对应层的实体。对等体包含对应层的实体。对等体使用协议进行通信。使用协议进行通信。n接口接口(Interface): (Interface): 定义下层定义下层向上层提供原语操作和服务向上层提供原语操作和服务n网络体系结构网络体系结构: :各层次及其协各层次及其协议的集合议的集合.n协议栈协议栈(protocol stack): (protocol stack): 一一个特定的系统所使用的一组协个特定的系统所使用的一组协议议, （每一层一个协议）（每一层一个协议）.汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.2 计算机网络计算机网络n网络分层结构网络分层结构n哲学

19、家哲学家-翻译翻译-秘书的体系结构秘书的体系结构.q每一个协议与其它层每一个协议与其它层协议是完全独立的。协议是完全独立的。 q接口是不变的接口是不变的.Two philosophers want to exchange their ideas.Now, lets try to solve this problem.汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.2 计算机网络计算机网络n网络分层结构的好处网络分层结构的好处q各层之间是独立的各层之间是独立的n每层无需知道其下层的实现方法，仅仅需要知道层间接口提供的每层无需知道其下层的实现方法，仅仅需要知道层间接口提供的服务服务即可；即可；n各

20、层实现简单独立的功能，将复杂的问题简单化各层实现简单独立的功能，将复杂的问题简单化n系统灵活性好系统灵活性好n当上层发生变化时，只要层间的接口关系保持不变，其他各层不受影当上层发生变化时，只要层间的接口关系保持不变，其他各层不受影响；响；n易于实现和维护易于实现和维护n在调试庞大的系统的时候可以分解成若干个独立的子系统来调试在调试庞大的系统的时候可以分解成若干个独立的子系统来调试n能促进标准化工作能促进标准化工作n每层的功能和服务都有了明确的说明。每层的功能和服务都有了明确的说明。汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.2 计算机网络计算机网络n通信例子通信例子Headerbreak

21、up the incoming messages into packets Tailframepacket汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.2 计算机网络计算机网络n2、服务类型、服务类型q服务：服务：网络中各层向其相邻上层提供的一组操作，是相邻两层之间的界面。网络中各层向其相邻上层提供的一组操作，是相邻两层之间的界面。n分类：分类：面向连接的服务（面向连接的服务（Connection-oriented Service）：）：q是是电话系统服务模式电话系统服务模式的抽象；的抽象；q每一次完整的数据传输必须经过每一次完整的数据传输必须经过建立连接、数据传输和终止连接建立连接、数据传

22、输和终止连接三个过程；三个过程；q数据传输过程中，各数据包地址不需要携带目的地址，而是使用连接号；数据传输过程中，各数据包地址不需要携带目的地址，而是使用连接号；q类似于管道类似于管道，发送者在管道的一端放入数据，接受者在另一端取出数据；，发送者在管道的一端放入数据，接受者在另一端取出数据；q特点：接到的数据和发出的数据在内容和顺序上一致特点：接到的数据和发出的数据在内容和顺序上一致无连接服务（无连接服务（ Connectionless Service ）电话系统服务模式的特点电话系统服务模式的特点?线路接通、数据先发先到线路接通、数据先发先到汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.2

23、 计算机网络计算机网络n服务类型服务类型q服务：服务：网络中各层向其相邻上层提供的一组操作，是相邻两层之间的界面。网络中各层向其相邻上层提供的一组操作，是相邻两层之间的界面。n分类：分类：面向连接的服务（面向连接的服务（Connection-oriented Service）：）：无连接服务（无连接服务（ Connectionless Service ）q是是邮件系统服务模式邮件系统服务模式的抽象；的抽象；q每个报文每个报文带有完整的目的地址带有完整的目的地址，每个报文在系统中独立传送；，每个报文在系统中独立传送；q不能保证报文到达的先后次序不能保证报文到达的先后次序；q无连接服务不保证报文的

24、无连接服务不保证报文的可靠性可靠性。邮件系统服务模式邮件系统服务模式的特点的特点?需要有明确地址、到达次序需要有明确地址、到达次序无法保证、可能丢失无法保证、可能丢失汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用二、计算机网络概述二、计算机网络概述n服务与协议的区别服务与协议的区别q服务：服务：某一层向上一层提供的一组某一层向上一层提供的一组操作操作。定义了该层打算代表其用户执行哪些操作，但是。定义了该层打算代表其用户执行哪些操作，但是不涉及如何实现这些操作。服务涉及两层间的不涉及如何实现这些操作。服务涉及两层间的接口接口，低层是服务的提供者，上层是服务的，低层是服务的提供者，上层是服务的用户。

25、用户。q协议：协议：定义的是同层对等实体间定义的是同层对等实体间交互帧交互帧、数据包的格式和意义数据包的格式和意义的一组规则。实体利用协议的一组规则。实体利用协议实现他们的服务定义；对等实体可以自由的改变协议，但是不能改变服务。实现他们的服务定义；对等实体可以自由的改变协议，但是不能改变服务。q协议是协议是“水平的水平的”，即协议是控制两个对等实体进行通信的规则。，即协议是控制两个对等实体进行通信的规则。q服务是服务是“垂直的垂直的”，即服务是由下层通过层间接口向上层提供的。，即服务是由下层通过层间接口向上层提供的。 汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用3、ISO/OSI参考模型参考模

26、型OSI:Open Systems InterconnectionISO:International Standards Organization 汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.2 计算机网络概述计算机网络概述nISO/OSI参考模型参考模型物理层物理层: :在通信信道上传输位流（在通信信道上传输位流（bit 流）流）,确定连接确定连接电缆插头的定义及连接法。电缆插头的定义及连接法。 物理层关心用什么样的信号来表示数据物理层关心用什么样的信号来表示数据“1”和和“0”；每一位持续时间；数据传输是否是双向的；连接的每一位持续时间；数据传输是否是双向的；连接的建立和终止建立和终止

27、;注意：注意：传递信息的物理媒体，如双绞线、同轴电缆、传递信息的物理媒体，如双绞线、同轴电缆、光缆等，是在物理层的下面，当做第光缆等，是在物理层的下面，当做第0 层。层。汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.2 计算机网络计算机网络nOSI参考模型参考模型数据链路层：数据链路层： 其主要任务是在两个其主要任务是在两个相邻结点相邻结点间的线路上间的线路上无差错无差错地传送以帧地传送以帧（frameframe）为单位的数据。每一帧包括数据和必要的控制信息。）为单位的数据。每一帧包括数据和必要的控制信息。 数据链路层通过物理网络链路提供数据链路层通过物理网络链路提供可靠的数据传输可靠的数据

28、传输。定义了网络和协议特征，其中包括物理编址、网络拓扑结构、错误校定义了网络和协议特征，其中包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。验、帧序列以及流控。数据链路层实际上由两个独立的部分组成：数据链路层实际上由两个独立的部分组成：介质存取控制（介质存取控制（Media Access Control,MAC）逻辑链路控制层（逻辑链路控制层（Logical Link Control,LLC）MAC描述描述在共享介质在共享介质环境中如何进行环境中如何进行站的调度站的调度、发生发生和和接收接收数据。数据。MAC确保信息跨链路的可靠传输，对数据传输进行确保信息跨链路的可靠传输，对数据传输进行

29、同步，识别错误和同步，识别错误和控制数据的流向控制数据的流向。逻辑链路控制子层管理逻辑链路控制子层管理单一网络链路上的设备间的通信单一网络链路上的设备间的通信，IEEE 802.2标准定义了标准定义了LLC。LLC支持支持无连接服务和面向连接的无连接服务和面向连接的服务。服务。汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.2 计算机网络计算机网络nOSI参考模型参考模型网络层：网络层：网络层的任务就是要选择合适的路由，网络层的任务就是要选择合适的路由，使发送站的传输层所传下来的分组能够正确无误使发送站的传输层所传下来的分组能够正确无误地按照地址找到目的站，并交付给目的站的传输地按照地址找到目

30、的站，并交付给目的站的传输层。层。说明：说明： （1）它一般包括网络寻径，还可能包括流量）它一般包括网络寻径，还可能包括流量控制、错误检查等。控制、错误检查等。 （2）相同）相同MAC标准的不同网段之间的数据传标准的不同网段之间的数据传输一般只涉及到数据链路层，而不同的输一般只涉及到数据链路层，而不同的MAC标准标准之间的数据传输都涉及到网络层。例如之间的数据传输都涉及到网络层。例如IP路由器路由器工作在网络层，因而可以实现多种网络间的互联。工作在网络层，因而可以实现多种网络间的互联。汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.2 计算机网络概述计算机网络概述nOSI参考模型参考模型传输层

31、：传输层：传输层向高层提供传输层向高层提供可靠的端到端的可靠的端到端的网络数据流服网络数据流服务，使它们看不见运输层以下的数据通信的细节务，使它们看不见运输层以下的数据通信的细节 。传输层的功能一般包括传输层的功能一般包括流控流控、多路传输多路传输、差错校验和恢复差错校验和恢复。流控流控：管理设备之间的数据传输，确保传输设备不发送比管理设备之间的数据传输，确保传输设备不发送比接收设备处理能力大的数据；接收设备处理能力大的数据；多路传输多路传输使得多个应用程序的数据可以传输到一个物理链使得多个应用程序的数据可以传输到一个物理链路上；路上；差错校验差错校验包括为检测传输错误而建立的各种不同结构；包

32、括为检测传输错误而建立的各种不同结构；差错恢复差错恢复包括所采取的行动（如请求数据重发），以便解包括所采取的行动（如请求数据重发），以便解决发生的任何错误。决发生的任何错误。传输控制协议（传输控制协议（TCP）是提供可靠数据传输的）是提供可靠数据传输的TCP/IP协议协议族中的传输层协议。族中的传输层协议。汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.2 计算机网络概述计算机网络概述nOSI参考模型参考模型表示层：表示层：关注所传递信息的语法和语义；关注所传递信息的语法和语义；表示层提供多种功能用于应用层表示层提供多种功能用于应用层数据编码和转化数据编码和转化，以确保以一个系统应用层发送的信

33、息可以被另一个以确保以一个系统应用层发送的信息可以被另一个系统应用层识别。系统应用层识别。表示层的编码和转化模式包括公用数据表示格式、表示层的编码和转化模式包括公用数据表示格式、性能转化表示格式、公用数据压缩模式和公用数据性能转化表示格式、公用数据压缩模式和公用数据加密模式。加密模式。会话层：会话层：建立、管理和终止表示层与实体之间的通建立、管理和终止表示层与实体之间的通信会话。信会话。会话：通常是指各种服务，包括对话控制、令牌管会话：通常是指各种服务，包括对话控制、令牌管理、同步管理理、同步管理对话控制：对话控制：记录该有谁来传送数据；记录该有谁来传送数据；令牌管理：令牌管理：禁止双方同时执

34、行同一个关键操作；禁止双方同时执行同一个关键操作；同步管理：同步管理：在一个长的传输中创建在一个长的传输中创建检查点检查点，使通信，使通信发生中断的时候可以返回到以前的一个状态。发生中断的时候可以返回到以前的一个状态。汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.2 计算机网络计算机网络nOSI参考模型参考模型应用层：应用层：联网的目的在于支持运行与不同计算机的进联网的目的在于支持运行与不同计算机的进程进行通信，这些应用是为用户完成不同任务而设程进行通信，这些应用是为用户完成不同任务而设计的。该应用不受网路结构的限制。示例：计的。该应用不受网路结构的限制。示例：telnet，HTTP,FTP

35、,WWW等。等。 汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用邮政系统发送邮件的过程邮政系统发送邮件的过程汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.2 计算机网络计算机网络nTCP/IP参考模型参考模型该模型被ARPANET所使用和继承-全球范围内的Internet使用主机到网络主机到网络/ /网络嵌入层：网络嵌入层：指出主机必须通过某个协议指出主机必须通过某个协议连接到网络上，一遍可以将分组发送到网络上连接到网络上，一遍可以将分组发送到网络上 ；但；但TCP/IP模型并没有定义这样的协议模型并没有定义这样的协议互联网层互联网层/ /网络层：网

36、络层：是将整个网络体系结构贯穿在一起是将整个网络体系结构贯穿在一起的关键层；的关键层；任务：任务： 容许主机将分组发送到任何网络上，并让这些分容许主机将分组发送到任何网络上，并让这些分组独立的到达目标端组独立的到达目标端说明：说明： 不能保证分组达到的正确顺序，顺序的重排由高不能保证分组达到的正确顺序，顺序的重排由高层来完成。层来完成。汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.2 计算机网络计算机网络nTCP/IP参考模型参考模型该模型被ARPANET所使用和继承-全球范围内的Internet使用传输层：传输层：允许源和目的主机上的对等体之间可以进行允许源和目的主机上的对等体之间可以进行

37、对话。对话。定义了两个端到端的传输协议：定义了两个端到端的传输协议： TCP(传输控制协议传输控制协议) 可靠的、面向连接的协议；可靠的、面向连接的协议； 允许一台主机发送的字节流正确无误的递交到互允许一台主机发送的字节流正确无误的递交到互联网上的另一台主机；联网上的另一台主机； UDP(用户数据报协议用户数据报协议) 不可靠的、无连接的协议；不可靠的、无连接的协议； 用于用于“不想要不想要TCP的序列化或流量控制功能，这些功的序列化或流量控制功能，这些功能有自己完成能有自己完成”的应用程序，的应用程序， 多用于传输语音、视频多用于传输语音、视频如何保证数据如何保证数据正确无误（无差错、无丢失

38、）正确无误（无差错、无丢失）的的到达目的主机能？到达目的主机能？分组、对发送的分组编号、流量控制汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.2 计算机网络计算机网络- OSI参考模型与参考模型与TCP/IP模型比较模型比较nOSI有有7层而层而 TCP/IP 有有4层层. 对于大多数应用来说，表示层和会话层是不用的；对于大多数应用来说，表示层和会话层是不用的；n无连接和面向连接的通信无连接和面向连接的通信 q OSI在网络层支持两种通信服务，但在传输层只支在网络层支持两种通信服务，但在传输层只支持面向连接的通信。持面向连接的通信。qTCP/IP 模型在网络层只有无连接通信，而在传输模型在网

39、络层只有无连接通信，而在传输层支持两种通信模式。层支持两种通信模式。nOSI模型的核心模型的核心是：服务、接口、协议；但在是：服务、接口、协议；但在TCP/IP模型当中并没有明确的区分，导致，在模型当中并没有明确的区分，导致，在使用新技术（蓝牙技术等）设计新的网络时，使用新技术（蓝牙技术等）设计新的网络时，TCP/IP模型有局限。模型有局限。nOSI模型对计算机网络的理论指导是非常有用的；模型对计算机网络的理论指导是非常有用的；TCP/IP模型的协议比较实用；工程师就将两者模型的协议比较实用；工程师就将两者结合，提出了混合参考模型。结合，提出了混合参考模型。汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技

40、术及应用1.2 计算机网络计算机网络- OSI参考模型与参考模型与TCP/IP模型比较模型比较作业：作业： （1）协议与服务有何区别？有何关系？）协议与服务有何区别？有何关系？ （2）说明在因特网中常用的客户服务器的工作方式。）说明在因特网中常用的客户服务器的工作方式。 （3）长度为）长度为100个字节的应用层数据交给传输层，需加上个字节的应用层数据交给传输层，需加上20个字节的个字节的TCP首部。再交给网络层传输，需加上首部。再交给网络层传输，需加上20个字节的个字节的IP首部，最后交给数据链路层的以太网传送，加上首部和尾部首部，最后交给数据链路层的以太网传送，加上首部和尾部共共18个字节。

41、试求数据的传输率。若应用层数据为个字节。试求数据的传输率。若应用层数据为1000个字个字节，数据的传输率为多少。节，数据的传输率为多少。提示：数据传输率指发送的应用层数据除以所发送的总数据。提示：数据传输率指发送的应用层数据除以所发送的总数据。汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.2 计算机网络计算机网络n1.2.3 局域网主要的拓扑结构局域网主要的拓扑结构q局域网局域网LAN:指范围在指范围在几百米到几千米几百米到几千米内办公楼群或校园内的计算机集群连内办公楼群或校园内的计算机集群连接所构成的计算机网络。接所构成的计算机网络。q网络中各台计算机连接的形式和方法称为网络的拓扑结构网络

42、中各台计算机连接的形式和方法称为网络的拓扑结构 星型结构星型结构总线结构总线结构总线型拓扑通过总线型拓扑通过一根传输线路一根传输线路将网络中所有结点连将网络中所有结点连接起来，这根线路称为总线。接起来，这根线路称为总线。网络中各结点都通过总线进行通信，在同一时刻只网络中各结点都通过总线进行通信，在同一时刻只能允许一对结点占用总线通信。能允许一对结点占用总线通信。总线型拓扑简单，易实现，易维护，易扩充，但故总线型拓扑简单，易实现，易维护，易扩充，但故障检测比较困难。障检测比较困难。 星型拓扑中各结点都与中心结点连接，呈星型拓扑中各结点都与中心结点连接，呈辐射状辐射状排列排列在中心结点周围。在中心

43、结点周围。网络中任意两个结点的通信都要通过中心结点转接。网络中任意两个结点的通信都要通过中心结点转接。单个结点的故障不会影响到网络的其它部分，但中心单个结点的故障不会影响到网络的其它部分，但中心结点的故障会导致整个网络的瘫痪。结点的故障会导致整个网络的瘫痪。 汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.2 计算机网络计算机网络n局域网主要的拓扑结构局域网主要的拓扑结构环状结构环状结构环型拓扑中各结点首尾相连形成一个环型拓扑中各结点首尾相连形成一个闭合的环闭合的环，环中的数据沿着环中的数据沿着一个方向绕环一个方向绕环逐站传输。逐站传输。环型拓扑的抗故障性能好，但网络中的任意一个结环型拓扑的抗

44、故障性能好，但网络中的任意一个结点或一条传输介质出现故障都将导致整个网络的故点或一条传输介质出现故障都将导致整个网络的故障。障。 树型拓扑由总线型拓扑演变而来，其结构图看上去树型拓扑由总线型拓扑演变而来，其结构图看上去象一棵倒挂的树。象一棵倒挂的树。树最上端的结点叫根结点，一个结点发送信息时，树最上端的结点叫根结点，一个结点发送信息时，根结点接收该信息并向全树广播。根结点接收该信息并向全树广播。树型拓扑易于扩展与故障隔离，但对根结点依赖性树型拓扑易于扩展与故障隔离，但对根结点依赖性太大。太大。 树状结构树状结构汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.3 车载网络信号的编码方式车载网络信

45、号的编码方式n1.3.1 目前车辆网络中常用的编码方式目前车辆网络中常用的编码方式q不归零编码（不归零编码（NRZ)NRZ)n在一个比特时间内电平保持不变，在一个比特时间内电平保持不变，0 用用-x 表示，表示，1用用x表示，实现容易。表示，实现容易。n缺点：缺点：q存在直流分量，传输中不能使用变压器；存在直流分量，传输中不能使用变压器；q不具备自同步机制不具备自同步机制，传输时必须使用外同步；，传输时必须使用外同步；q奔驰、大众、戴姆勒克莱斯等公司采用不归零码奔驰、大众、戴姆勒克莱斯等公司采用不归零码图汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.3 车载网络信号的编码方式车载网络信号的编

46、码方式n目前车辆网络中常用的编码方式有：目前车辆网络中常用的编码方式有：q曼切斯特编码（曼切斯特编码（Manchester）n将时间划分成将时间划分成等间隔等间隔的小段，每个小段代表一个的小段，每个小段代表一个bit。同时每个。同时每个小段时间又分层两半，前半个时间段表示所传输比特值小段时间又分层两半，前半个时间段表示所传输比特值反码反码，后半段表示传输比特值本身。后半段表示传输比特值本身。n特点特点q在一个比特的时间段中心点上总有一次电平转换，此类编码在一个比特的时间段中心点上总有一次电平转换，此类编码不需要传输同步信号，接收方可以在接收编码数据位同时可不需要传输同步信号，接收方可以在接收编

47、码数据位同时可恢复时钟信号。恢复时钟信号。q雷诺、标致、雪铁龙公司的雷诺、标致、雪铁龙公司的VAN协议采用之协议采用之汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.3 车载网络信号的编码方式车载网络信号的编码方式n目前车辆网络中常用的编码方式有：目前车辆网络中常用的编码方式有：q脉宽调制编码（脉宽调制编码（PWM)n在该编码方式中，每位数据由在该编码方式中，每位数据由PWM信号的占空比决定。信号的占空比决定。PWM信号的信号的频率决定了位传输速率，而相应的脉冲宽度决定了数据的值。通常频率决定了位传输速率，而相应的脉冲宽度决定了数据的值。通常占占空比为空比为1/3时时表示传输的值为表示传输的值

48、为逻辑逻辑1，占空比为占空比为2/3时表示传输为时表示传输为逻辑逻辑0.n传输数据的传输数据的每一位内必定有一次电平转变每一位内必定有一次电平转变，故带有信号传输的同步信，故带有信号传输的同步信号，不需要另外加同步信号。号，不需要另外加同步信号。n福特福特HBCC协议和马自达公司的协议和马自达公司的PALMENT协议采用协议采用PWM汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.3 车载网络信号的编码方式车载网络信号的编码方式n目前车辆网络中常用的编码方式有：目前车辆网络中常用的编码方式有：q可变脉宽调制编码（可变脉宽调制编码（VPWM)n在该编码方式中，每位数据由在该编码方式中，每位数据由

49、两个连续跳变的时间和电平两个连续跳变的时间和电平共同共同决定，并且两个连续比特的电平是不相同的。决定，并且两个连续比特的电平是不相同的。n在在J1850中定义的中定义的VPW波形，当输出速率为波形，当输出速率为10.4kb/S时，时，q逻辑逻辑“1”定义为，在总线上定义为，在总线上低低电平持续电平持续128us或或高高电平持续电平持续64us;q逻辑逻辑“0”定义为，在总线上定义为，在总线上高高电平持续电平持续128us或或低低电平持续电平持续64us0 1 0010 0 1 001010 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1VPWM在特定的转换速率下在特定的转换速率下数据传输速率大

50、约是数据传输速率大约是PWM的的2倍。倍。汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.3 车载网络信号的编码方式车载网络信号的编码方式n目前车辆网络中常用的编码方式有：目前车辆网络中常用的编码方式有：q位填充位填充 发送节点发送发送节点发送5个连续的相同极性位后，个连续的相同极性位后， 在位流中自动插入一个在位流中自动插入一个极性相反的位，此为极性相反的位，此为位填充位填充。接收节点对相同的极性位的数量。接收节点对相同的极性位的数量进行检测，从位流中将填充位去掉，此为清除填充。进行检测，从位流中将填充位去掉，此为清除填充。汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.3 车载网络信号的编

51、码方式车载网络信号的编码方式q1、CSMA/CD (载波监听多路访问载波监听多路访问/冲突检测冲突检测)q特点：特点：n先听后发，边发边听先听后发，边发边听n发后仍监听，若冲突，则停止，并向总线发送阻塞通知发后仍监听，若冲突，则停止，并向总线发送阻塞通知n节点访问总线具有不确定性（随机的）节点访问总线具有不确定性（随机的）n广泛用于局域网中广泛用于局域网中n2、CSMA/CR (载波监听多路访问载波监听多路访问/冲突解决冲突解决)n可从根本上避免冲突可从根本上避免冲突n载波监听载波监听+仲裁机制（若存在冲突可能，并有仲裁机制（若存在冲突可能，并有仲裁机制仲裁机制决定优先级别决定优先级别高的发送

52、）高的发送）n汽车网络中，大多数据总线是以该访问机制为基础汽车网络中，大多数据总线是以该访问机制为基础什么时候出现冲突？什么时候出现冲突？检测冲突就一定能避检测冲突就一定能避免冲突吗？免冲突吗？多个节点同时访问总线多个节点同时访问总线1.3.2 车载网络介质访问控制方式车载网络介质访问控制方式汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.3 车载网络信号的编码方式车载网络信号的编码方式n3、主从访问控制方式、主从访问控制方式n总线上的节点分总线上的节点分主节点（主节点（1个）个）和和从节点（多个从节点（多个）；）；n主节点通过主节点通过周期性周期性的询问从节点来控制基于节点通信的的询问从节点

53、来控制基于节点通信的总线访问权限总线访问权限；n主要用于：主要用于：LINn优点：优点：q实现简单；实现简单；q主节点定时向从节点发送询问帧，每个节点获得总线访问时间基本确定；主节点定时向从节点发送询问帧，每个节点获得总线访问时间基本确定；n缺点：缺点：q带宽利用率不高；带宽利用率不高；q主节点故障将会导致整个网络瘫痪。主节点故障将会导致整个网络瘫痪。汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.3 车载网络信号的编码方式车载网络信号的编码方式q4、令牌访问控制方式、令牌访问控制方式n为解决为解决CSMA机制中由于随机发送数据导致的冲突问题机制中由于随机发送数据导致的冲突问题n令牌在网络环路

54、中不断传递，拥有令牌的节点拥有发送的权利令牌在网络环路中不断传递，拥有令牌的节点拥有发送的权利n逻辑上是一个环状结构网络，物理上是一个总线结构逻辑上是一个环状结构网络，物理上是一个总线结构汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.3 车载网络信号的编码方式车载网络信号的编码方式q5、TDMA(时分多路访问时分多路访问)n用于传输数据的周期被划分成很多的用于传输数据的周期被划分成很多的时间片时间片，网络上的各个消，网络上的各个消息按照事先规定的发送顺序，在发送周期的固定时间片上发送息按照事先规定的发送顺序，在发送周期的固定时间片上发送数据到总线上，故数据到总线上，故各节点访问介质的时间片是

55、确定的各节点访问介质的时间片是确定的。n主要用于：主要用于：X-by-wire系统的网络协议，如系统的网络协议，如FlexRay.存在什么问题？存在什么问题？时间基准同步时间基准同步汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.4 现代汽车电子网络系统现代汽车电子网络系统n汽车总线网络汽车总线网络q在汽车内部在汽车内部各电控单元各电控单元之间采用类似计算机内之间采用类似计算机内 部总线的方式进行部总线的方式进行信息传递，可以达到信息传递，可以达到信息共享，减少布线，降低成本信息共享，减少布线，降低成本以及以及提高提高 总总体可靠性体可靠性的目的。的目的。n车载网络分类车载网络分类q目前存在多

56、种汽车网络标准，为了方便研究和设计应用。目前存在多种汽车网络标准，为了方便研究和设计应用。SAE (Society of Automotive Engineers，美国汽车工程师协会，美国汽车工程师协会)车辆网络车辆网络委员会根据其侧重的功能不同将汽车数据传输网划分为委员会根据其侧重的功能不同将汽车数据传输网划分为A、B、C、D三类。三类。1.4.1 汽车网络系统结构汽车网络系统结构汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.4 现代汽车电子网络系统现代汽车电子网络系统nSAE分类分类qA 类类: n面向面向传感器传感器/执行器控制执行器控制的低速网络的低速网络n数据传输位数率只有数据传输

57、位数率只有1-10kbit/s。n主要应用于后视镜调整、电动门窗、中控锁、座椅调节、灯光照主要应用于后视镜调整、电动门窗、中控锁、座椅调节、灯光照明灯控制。明灯控制。n如：如：LIN(Local interconnect network): 用于汽车分布式电控系统的用于汽车分布式电控系统的一种一种低成本串行通信系统低成本串行通信系统；用于智能传感器和执行器的串行通信；用于智能传感器和执行器的串行通信；媒体访问采用的是媒体访问采用的是单主单主/多从的机制多从的机制，不需要仲裁。，不需要仲裁。汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.4 现代汽车电子网络系统现代汽车电子网络系统qB 类类:

58、n面向面向独立模块间独立模块间数据共享的中速网络；位速率一般为数据共享的中速网络；位速率一般为10-125kbit/s。n主要应用于电子车辆信息中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等主要应用于电子车辆信息中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等舒适系统。舒适系统。 nB类的国际标准是类的国际标准是CAN总线，如总线，如J1850,LS-CAN,FT_CAN,汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.4 现代汽车电子网络系统现代汽车电子网络系统qC 类类: n面向高速、实时闭环控制的多面向高速、实时闭环控制的多路传输网，最高位速率可达路传输网，最高位速率可达1Mbit/s，n主要用于与主要用于与

59、汽车安全相关汽车安全相关，对，对实时性要求比较高的地方如发实时性要求比较高的地方如发动机和自动变速的动力控制、动机和自动变速的动力控制、防滑控制、悬架控制等系统，防滑控制、悬架控制等系统，以简化分布式控制和进一步减以简化分布式控制和进一步减少车身线束。少车身线束。n在欧洲，汽车厂商大多使用在欧洲，汽车厂商大多使用“高速高速CAN”作为作为C类总线，它类总线，它实际上就是实际上就是ISO 11898-1 中位速中位速率高于率高于125KB/S的那部分标准。的那部分标准。n美国则在卡车极其拖车、课程、美国则在卡车极其拖车、课程、建筑机械和农业动力设备中大建筑机械和农业动力设备中大量使用专门的通讯协

60、议量使用专门的通讯协议 SAEJ1939。汽车车载网络技术及应用汽车车载网络技术及应用1.4 现代汽车电子网络系统现代汽车电子网络系统qD类类: n面向多媒体设备、高速数据流传输的高性能网络，位速率一面向多媒体设备、高速数据流传输的高性能网络，位速率一般在般在 2Mbit/S 以上，主要用于以上，主要用于CD等播放机和液晶显示设备。等播放机和液晶显示设备。 nD类总线近期才被采纳入类总线近期才被采纳入SAE对总线的分类范畴之中。其带宽对总线的分类范畴之中。其带宽范畴相当大，用到的传输介质也有好几种：范畴相当大，用到的传输介质也有好几种：q其又被分为低速（其又被分为低速（IDB-C为代表）、高速