智能网联汽车技术课件：近距离通信技术

近距离通信技术智能网联汽车技术智能化网联化主讲人：近距离通信技术◆RFID技术◆NFC技术◆WI-FI技术◆蓝牙技术导入RFID技术一、RFID技术（1）概念RFID技术，也称为射频识别技术（RadioFrequencyIdentification），通过无线射频方式结合数据访问技术，进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式通过电磁波实现对电子标签进行读写，以实现识别目标和数据交换的目的。（2）工作原理图1RFID技术的组成RFID技术由读写器、电子标签等部分组成，如图1所示。在RFID系统工作时，由阅读器在一个大小取决于发射功率的区域内发送射频能量形成电磁场，覆盖区域内的电子标签被触发，发送存储在其中的数据给阅读器，或根据阅读器的指令修改存储在其中的数据。RFID技术RFID技术依据其标签的供电方式分类无源RFID有源RFID半有源RFIDRFID技术无源RFID由读写器传输微波信号给电子标签，电子标签通过电磁感应线圈获取能量给自身短暂供电，实现信息交换。产品的结构简单，成本、故障率低，使用寿命长，而且由于省略了供电系统，体积可以小到厘米量级。适用于公交卡和二代身份证等。RFID技术有源RFID电子标签使用外接电源供电，主动向读写器发送信号，主要工作在900MHz、2.45GHz、5.8GHz等较高频段。产品的传输距离较长，传输速度较高，但体积相对较大。适用于大范围的射频识别应用场合。RFID技术半有源RFID解决了无源RFID和有源RFID的缺点。通常，半有源RFID仅对电子标签中保持数据的部分进行供电，产品处于休眠状态，因此耗电量较小。读写器先以125KHz低频信号在小范围内精确激活进入其识别范围的电子标签使之进入工作状态，再通过2.4GHz微波与其进行信息传递。RFID技术（3）汽车领域应用RFID技术可以用于机动车流量、车辆平均速度、道路拥挤状况等交通信息的采集，也可以用于交通信号优化控制、公交信号优化控制、特定区域出入管理等智能交通控制，以及违章、违法行为检测和车牌自动识别系统等领域。RFID技术图2美国福特汽车公司使用RFID标签管理整车物流运输和车辆追踪美国福特汽车公司将RFID标签粘贴在车辆的车窗上，用于管理整车物流运输和车辆追踪，如图2所示。RFID技术NFC技术二、NFC技术（1）概念NFC技术也称为近场通信（NearFieldCommunication），是一种高频无线通信技术，允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输（在10cm内）交换数据、图片和视频信息。该技术最早由Philips公司发起，Nokia公司和Sony公司等厂家主推。NFC技术由免接触式RFID演变而来,并向下兼容RFID,工作在13.56MHz频率，点对点的通信建立时间少于0.1s，传输速度分别有106kbit/s、212kbit/s和424kbit/s三种类型。（2）工作原理图3NFC被动通信模式在被动模式下，NFC通信的发起设备提供射频场，以一种固定的传输速度将数据发送到目标设备。NFC通信的目标设备不必产生射频场，而使用负载调制技术以相同的速度将数据传回发起设备。NFC技术图4

NFC主动通信模式在主动模式下，任一设备向另一台设备发送数据时，都必须产生自己的射频场，以便进行通信，获得快速的连接设置。NFC技术是一个开放接口平台，可以对无线网络进行快速、主动设置，将非接触读卡器、非接触卡和点对点功能整合进一块单芯片，为消费者的生活方式开创了不计其数的全新机遇。NFC技术1、NFC技术是一种提供轻松、安全、迅速的无线通信连接技术，其传输范围比RFID技术的米级以上的传输范围要小，具有距离近、带宽高、能耗低等特点；2、NFC技术与现有非接触智能卡技术兼容，已经成为越来越多主要厂商支持的正式标准；3、NFC技术是一种近距离连接协议，提供各种设备间轻松、安全、迅速而自动的通信；4、RFID技术更多的被应用在生产、物流、跟踪和资产管理上，而NFC则在门禁、公交、手机支付等领域内发挥着巨大的作用。NFC技术（3）车联网应用NFC技术可以提高汽车使用的易用性和功能性，可以将智能手机作为汽车的智能钥匙用于解锁打开车门和关闭车门。2014年，芯片厂商NXP为苹果iPhone6和iPhone6Plus提供了内置NFC芯片，首次提出希望汽车厂商们能够加入对NFC技术的支持，通过智能手机解锁车门、发动汽车。宝马M850i的数字钥匙即采用该技术，使用智能手机放在车门把手上即可打开车门，然后将手机放入无线充电手机托盘即可启动车辆。NFC技术Wi-Fi技术三、Wi-Fi技术（1）概念Wi-Fi技术，由澳大利亚的研究机构CSIRO在20世纪90年代发明，并于1996年在美国成功申请专利。该技术是一种创建于IEEE802.11标准的无线局域网技术，实质上是Wi-Fi联盟制造商的商业认证，已经应用于笔记本、手机和汽车等广大领域中。具有覆盖范围广、传输速率快、安装和建设成本低的优势。Wi-Fi技术通常使用2.4GUHF或5GSHFISM射频频段。2.4G频段具有室内环境中抗衰减能力强的优点，但是由于干扰多，不能保障足够的稳定性。5G频段具有抗干扰能力强，能提供更大的带宽，吞吐率高以及可扩展性强的优点，但只适合室内小范围覆盖和室外网桥，容易受到各种障碍物的衰减作用。（2）工作原理图5

WIFI网络的组成元件之间的关系Wi-Fi技术的组成元件包括站点STA、接入点AP、基本服务集BSS、服务集识别码SSID、分布式系统DS、扩展服务集ESS、门桥（Portal）。Wi-Fi网络组成元件之间的关系如图5所示。Wi-Fi技术站点STA（Station），是指具有WIFI通信功能的，而且连接到无线网络中的终端设备，如手机、平板电脑、笔记本计算机等。接入点AP（AccessPoint），也称为基站，是我们常说的WIFI热点，相当于一个转发器，将互联网上的数据转发给接入设备。基本服务集BSS（BasicServiceSet）是网络最基本的服务单元，可以由一个接入点和若干个网站组成，也可以由若干个网站组成。Wi-Fi技术服务集识别码SSID（ServiceSetIDentifier），是指WIFI账号，通过接入点广播。分布式系统DS（DistributionSystem），也有称为传输系统，通过基站将多个基本服务集连接起来。当帧传送至分布式系统时，随即被送至正确的基站，而后由基站转送至目的站点STA。扩展服务集ESS（ExtentedServiceSet），由一个或者多个基本服务集通过分布式系统串连在一起构成，可扩展无线网络的覆盖范围。门桥（Portal）的作用就相当于网桥，用于将无线局域网和有线局域网或者其它网络联系起来。Wi-Fi技术Wi-Fi技术的工作模式主要有STA模式、AccessPoint模式、Monitor模式、Ad-hoc（IBSS）模式、WDS模式18、Mesh模式。以STA模式为例：可以供任何一种无线网卡使用，是默认模式。在此模式下，无线网卡发送连接与认证消息给热点，热点接收到后完成认证后，发回成功认证消息，而后此网卡接入无线网络。Wi-Fi技术（3）应用图6

车载Wi-Fi系统Wi-Fi技术应用于智能网联汽车，可快速搭建移动热点，在不依赖于移动蜂窝网络的状态下实现网络连接，体验无线上网，如图6所示。Wi-Fi技术图7

斑马智行车载互联网系统驾驶员可以使用手机等移动设备远程查看车辆的位置、轮胎气压、油量与行驶里程等信息，以及查看车辆的性能与检测报告。同时，可以让驾驶员与乘客把移动设备中的内容同步传输到车辆的信息娱乐系统以及后座的显示屏上，实现手机与车机的同步互联、双屏互动操作。Wi-Fi技术蓝牙技术四、蓝牙技术（1）概念蓝牙技术，也称为Bluetooth，是一种支持移动电话、掌上电脑、无线耳机、智能汽车以及相关外设等设备不必借助电缆就能联网，组成一个巨大的无线通信网络进行近距离通信的技术。该技术源于爱立信公司的1994方案，并在1998年5月由爱立信、诺基亚、东芝、IBM和英特尔公司等五家著名厂商联合研究发布。目前，蓝牙技术已经经过了5代10个版本的更新，分别为1.0、1.1、1.2、2.0、2.1、3.0、4.0、4.1、4.2、5.0。1999年：蓝牙1.0。多家厂商的产品互不兼容，在协议的层面上不能做到匿名，容易造成数据泄漏。2001年：蓝牙1.1。属于IEEE802.15.1标准，传输率为0.7Mbit/s，容易受到同频率之间产品干扰，影响通讯质量。2003年：蓝牙1.2。针对1.0版本的安全性问题，完善了匿名方式，保护用户免受身份嗅探攻击和跟踪。2004年：蓝牙2.0。是1.2版本的改良版，传输率可达3Mbit/s，支持双工模式，可以一边进行语音通讯，一边传输文档和高像素图片。蓝牙技术2007年：蓝牙2.1。新增了SniffSubrating省电功能，蓝牙芯片的工作负载大幅降低。2009年：蓝牙3.0。新增了可选技术HighSpeed，使蓝牙可以调用802.11Wi-Fi用于实现高速数据传输，传输率高达24Mbit/s，而且引入EPC增强电源控制技术，实际空闲功耗明显降低。2010年：蓝牙4.0。提出第一个蓝牙综合协议规范，明确了低功耗蓝牙、传统蓝牙和高速蓝牙三种模式：2013年：蓝牙4.1。在传输速度和传输范围上变化很小，但在软件方面支持与LTE无缝协作，自动协调两者的传输信息，确保协同传输，降低相互干扰。蓝牙技术2014年：蓝牙4.2。传输速度更加快速，比上代提高了2.5倍，容纳的数据量也相当于此前的10倍左右，而且蓝牙信号想要连接或者追踪用户设备，必须经过用户许可。2016年：蓝牙5.0。在低功耗模式下具备更快更远的传输能力，传输速率是蓝牙4.2的两倍（速度上限为2Mbit/s，），有效传输距离是蓝牙4.2的四倍（理论上可达300m），数据包容量是蓝牙4.2的八倍，而且支持室内定位导航功能，结合Wi-Fi技术可以实现精度小于1m的室内定位。蓝牙技术（2）工作原理蓝牙由底层硬件模块、中间协议层和高层应用三大部分构成。1）底层硬件模块。由基带、跳频和链路控制单元组成，基带用于完成蓝牙数据和跳频的传输；无线调频层是不需要授权的通过2.4GHzISM频段的微波，实现数据流传输和过滤；链路控制单元用于实现链路建立、连接和拆除的安全控制。2）中间协议层。主要包括服务发现协议、逻辑链路控制和适应协议、电话通信协议和串口仿真协议四个部分，服务发现协议层提供上层应用程序一种机制以便于使用网络中的服务；逻辑链路控制和适应协议负责数据拆装、复用协议和控制服务质量，是其他协议层作用实现的基础。

蓝牙技术3)高层应用。位于协议层最上部的框架部分，主要有文件传输、网络、局域网访问，通过相应的应用程序在一定的应用模式实现无线通信。当蓝牙设备之间想要相互交流时，首先进行配对创建网络环境，一台设备作为主设备，所有其它设备作为从设备。配对搜索称为短程临时网络模式，也被称之为微微网。微微网在蓝牙设备加入和离开无线电短程传感时动态、自动建立。蓝牙技术（3）汽车领域应用蓝牙技术的应用主要有车载蓝牙电话、车载蓝牙音响、车载蓝牙后视镜、汽车虚拟钥匙、获取车辆信息（胎压、续驶、位置等）、穿戴设备监测人体状态（血压、脉搏、酒精监测等）并与车辆信息交互等。蓝牙技术图8

车载蓝牙电话车载蓝牙电话。专为行车安全和舒适性而设计，主要功能包括：自动辨识移动电话，不需要电缆或电话托架便可与手机联机；驾驶人不需要触碰手机便可控制手机，用语音指令控制接听或拨打电话；驾驶人可以通过车上的音响或蓝牙无线耳麦进行通话。蓝牙技术图9

车载蓝牙音响车载蓝牙音响。是一种基于稳定的、高度通用的蓝牙技术为基础的无线有源音箱，内设锂电池，可以随时充电，使用方便快捷。蓝牙技术1.RFID技术也称为射频识别技术，通过无线射频方式结合数据访问技术，进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式通过电磁波实现对电子标签进行读写，以实现识别目标和数据交换的目的。2.NFC技术也称为近场通信，是一种高频无线通信技术，允许电子设备之间进行非接触式点