为了在提高性能与控制线束数量之间寻求一种有效的解决途径，在20世纪80年代初，出现了一种基于数据网络的车内信息交互方式———车载网络。
车载网络采取基于串行数据总线体系结构，这是业界的共识。在各种串行数据总线中，最常见的是PC机上的串口UART，因此最早的车载网络是在UART的基础上建立的，如通用汽车的E&C、克莱斯勒的CCD、福特的ACP、丰田的BENA等车载网络都是UART在汽车上的应用实例。UART在汽车上的成功应用，标志着汽车电器系统在融入汽车电子之后，再一次向汽车网络化方向迈进。
由于汽车具有强大的产业背景，随后车载网络由借助通用微处理器/微控制器集成的通用串行数据总线，逐渐过渡到根据汽车具体情况，在微处理器/微控制器中定制专用串行数据总线，如CAN、LIN、Byteflight和FlexRay等都是为汽车定制的专用串行数据总线。20世纪90年代中期，美国汽车工程师协会(SAE)下属的汽车网络委员会，为了规范车载网络的研究设计与生产应用，按网络的传输速率将车用总线划分为A、B、C三类。车载网络的分类标志着业界已接纳车载网络这一全新的技术，并使其进入产业化阶段。
现代车载网络显示了在现代汽车中从复杂的动力系统到简单的座椅、车灯、车门控制，从集成了全球定位系统(GPS)的车载导航仪到单一的音响喇叭，处处可见网络的踪迹，网络已成为各汽车电器/汽车电子之间的信息纽带。
产业化进展迅速
网络技术在汽车上的应用，不但增强了汽车的性能，而且减少了线束的用量。2003年6月在南京菲亚特下线的“派力奥·周末风”，由于采用了汽车整体车载网络技术，从而减少了23的线束，降低元件重量2.8千克。在“派力奥·周末风”中，车载网络将前照灯照明、前/后窗自动玻璃清洗控制、转向灯控制、后风窗雨刮器、内部照明系统、单点触电动窗自动升降、电子防盗系统通过网络连为一体。
由于车载网络不但增强了汽车性能，而且还降低了整车汽车电器/汽车电子系统的成本。为此收集了一些数据，希望从这些数据中能反映出车载网络的发展过程和现状。
近两年在中国生产，价格在8万元～20万元之间，采用车载网络的轿车、SUV情况。价格在20万元以下的轿车属于普及型轿车，但车载网络却在近两年在中国生产的普及型轿车中占据了相当大的比重，说明车载网络已在轿车中进入产业化阶段，它不再是高档轿车独享的专用高级技术。说明CAN总线已成为普及型轿车车载网络的主流。
在车载网络的发展过程中，通信介质已日益引起关注，目前POF已得到大量应用。此前德国宝马汽车公司宣布在2002年3月上市的最高级新款轿车“BMW7”系列中采用了50米POF。它表明大量采用POF车载网络的汽车已经开始进入实用阶段。
数据通信对速度的要求是永无止境的。在车载网络的发展过程中，介质的通信速度是制约车载网络应用和发展的一个重要因素。POF在汽车上的成功应用，不但推动了以Byteflight、FlexRay和MOST等现有的以POF为介质的高速车载网络的产业化应用，而且为下一代车载网络的发展创造了条件。随着人类生活空间的拓展，IT融合于汽车之中是未来发展的必然趋势，而作为IT装置之间实施信息交互媒介的网络，将会有更多类似于IEEE1394、Bluetooth等IT领域应用的网络向汽车渗透。
中国机会
随着中国经济的高速发展，面对中国巨大的轿车市场，世界上各大汽车制造商纷纷与国内汽车制造厂合作生产轿车，并且所生产轿车的技术含量正逐渐与世界同步。据相关资料报道，近年来在国内生产的轿车中，汽车电子在汽车中所占的比例及其汽车电子的技术含量已超过世界轿车的平均水平。
目前国际汽车工业广泛采用系统开发、项目平台、全球采购、模块化供货等运作方式。最近上海、浙江、广东已在不同程度上起动了汽车电子产业。政府的支持、市场的需求为中国汽车电子的发展提供了良好平台。车载网络是典型的实时嵌入式网络系统，而中国拥有较多的嵌入式系统开发人员，提供了大量的人才储备。这是中国汽车电子的发展机遇，也是具有自主知识产权车载网络在中国的发展机遇。
在“十五”国家电动汽车重大科技专项支持下，由清华大学与北京客车厂等单位开发的燃料电池城市客车、天津清源电动车辆股份有限公司等单位合作研发的XL纯电动轿车、由奇瑞汽车公司等合作单位研发的纯电动轿车都采用了具有自主知识产权的车载网络。目前中国科学院电工研究所汽车电子应用技术研究组在电动汽车重大科技专项支持下，专注于具有自主知识产权的车载网络CAN总线塑胶光纤集线器的研发。赛弗CC6450BY采用了CAN总线标志着车载网络在中国自有品牌汽车中的产业化进程开始了。
而车载网络作为连接车内机械、电器和电子信息的纽带，是整车的核心技术，而国内汽车工业的现状将注定具有自主知识产权的车载网络的大量运用还需要汽车企业和相关技术开发商付出大量的努力。
串行数据总线特点
在计算机技术中，数据总线分为并行数据总线和串行数据总线，串行数据总线是将数据按bit流的方式通过一根或多根通信介质实施信息交互的一种数据通信方式，它的特点是占用信道少、信息容量大。
日常生活中最常见的电视机红外线遥控、以太网、ADSL、USB、RS232等都属于串行数据总线范畴。它和电气信号连接方式的本质区别是信息容量大。由于串行数据总线占用信道少，因此它是内嵌微处理器/微控制器智能零部件或设备与外界实施信息交互的主要方式，在通用微处理器/微控制器中一般集成了一种或数种串行数据总线。
·车载网络的分类
车载网络的分类有两种方式：一种是基于传统的SAE总线分类，另一种是新型专用总线。
传统的SAE总线分类：A类面向传感器/执行器控制的低速网络，数据传输位速率通常只有1Kbps-10Kbps，主要应用于电动门窗、座椅调节、灯光照明等控制；B类面向独立模块间数据共享的中速网络，位速率一般为10Kbps-100Kbps，主要应用于电子车辆信息中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等系统，以减少冗余的传感器和其他电子部件；C类面向高速、实时闭环控制的多路传输网，最高位速率可达1Mbps，主要用于悬架控制、牵引控制、先进发动机控制、ABS等系统，以简化分布式控制和进一步减少车身线束。
Development of Broadband Network of Passenger
Train based on Wireless Mesh Network Technologies
ZHANG Qiuliang1，ZHOU Xing2
（1.Institute of Computing Technologies，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081， China；
2.Department of Passenger Transportation，Jinan Railway Administration，Jinan 250001，China）
Abstract：Along with development of high-speed railways， the mobile network access technology needs to be improved. In view of the developing status of the public mobile communication network and dedicated railway mobile communication network， this paper put forward to build an Broadband Network of passenger train based on the wireless mesh network technology， and then analyzed the network structure， key technologies and applications of the System.
Key words：wireless mesh network（WMN）；Train LAN；passenger trains；information service
1 引言
根据我国第31次互联网络发展状况统计报告，截至到2012年年底，我国网民规模达5.64亿，其中手机网民数达到4.20亿。该报告显示，Internet应用在我国迅速普及，已经融入到社会的各个层次和方面，特别是宽带和手机这两种接入方式发展加快，显示随时、随地、随意的宽带Internet应用需求成为新的增长点。
根据铁道部2012年铁道统计公报，2012年我国铁路运输发送量达到18.93亿人次，完成旅客周转量9812.33亿人公里，铁路旅客运输规模位于世界第一。其中客运专线建设全面推进，特别是自2007年4月“和谐号”动车组列车开行以来，以其安全、快速、舒适、方便的运输品质，开创了我国铁路旅客运输新局面。
然而，在信息社会的今天，行进中的旅客列车却依然是信息的孤岛，每年有十几亿旅客在列车上度过数百亿小时与Internet隔离的时光。如今，越来越多的旅客随身携带笔记本电脑、平板电脑、智能手机等移动网络设备，有在列车上随时上网的需求。因此，旅客列车宽带Internet应用研究不仅可提升铁路服务质量、满足旅客日益强烈的宽带Internet服务的需要，同时也是一个潜力巨大的市场[1-3]。
2 旅客列车宽带网络概述
国内对铁路无线的前期研究主要集中在采用GSM-R/GPRS等移动蜂窝通信技术为列车提供窄带连接，应用领域主要为铁路信号传输和列控等。然而该技术的频率带宽目前只有4MHZ，该网络本质上仍然是2G移动通信技术，在移动环境下，其带宽也只有几kbit/s，根本就无法满足列车上旅客访问互联网的需求。针对于这种情况，本文提出了一种基于无线Mesh网络技术的旅客列车宽带网络设计方案。
旅客列车宽带网络是基于Wi-Fi的铁路专用无线Mesh（网状网技术）网络技术的一种新型网络，可提供宽带高速移动的无线网络，支持基于IP的话音、视频和数据传输业务。网络具有自我组织、自动配置、性能自动调节、链路自动修复等特性，支持负载均衡和冗余备份，为高速列车上互联网接入、数据传输和语音服务提供稳定可靠的承载平台。
它提供带宽高达300M的无线链路通道，以无线基站系统所构成的无线链路为骨干网与铁路有线传输网相结合。该网络的的实现不仅可以满足高速列车上旅客对宽带Internet服务的需求，而且可以作为铁路运营维护管理的辅助手段，能够提供定点视频监控、移动视频监控、机车车辆数据实时交互、突发事件的应急指挥、话音通信及编组场应用等功能，可提高运营维护管理效率、减人增效。
旅客列车宽带网络的拓扑图如图1所示。
3 旅客列车宽带网络结构设计
旅客列车宽带网络由列车无线局域网、车-地宽带连接、地面无线Mesh网络3层结构组成，如图2所示。
根据数据流的源和目的地址，可以将旅客列车宽带网络应用分类两大类：车内数据流和车-地间数据流。对于车内数据流，直接在列车无线局域网内部高速转发。对于车-地间数据流，由车-地宽带连接实现车地数据快速交互。由于我国铁路现有的交互网、传输网、数据通信网三大基础网络一般还只到达主要站段，沿线部署的无线基站难以实现直连，它们可以通过地面无线Mesh网络实现通信数据汇聚。
基于无线Mesh网络技术的旅客列车宽带网络结构如图3所示。
无线Mesh网络的最大的特点是网络中的每个节点都可以发送和接收信号，每个无线网络节点都可以与一个或者多个对等的无线网络节点直接进行通信，每个无线网络节点都可以同时作为AP和路由器。因此，在组建无线Mesh网络时，列车上只需设置一个接入点（车载Mesh设备）即可，每节车厢中设置的AP与车厢内旅客使用的智能手机、笔记本电脑等移动终端均可视为网络中的节点，这样可以很好的保证网络的连通性和稳定性。
旅客列车宽带网络的核心部分是地面无线Mesh网络以及列车内部的无线局域网的组建。
3.1 地面无线Mesh网络
铁路无线Mesh网络的核心部分是铁路沿线架设的无线Mesh基站，固定Mesh基站的间距平均为2公里--直线区域Mesh基站间距离略大，而山区和隧道区域所需要的Mesh基站间距在1.5公里左右。固定Mesh基站之间的互联采用5.8GHz技术，对车辆的接入也采用5.8GHz频段技术。固定Mesh基站经过多跳无线组网之后，进入到就近的光纤节点处。为了保证车辆高速移动的情况下能够在固定Mesh基站之间快速切换，必须在车辆上安装移动车载Mesh设备。该网络支持移动速度高达300公里时速的漫游切换。
铁路无线Mesh网络中主要使用两种Mesh基站。一是，光纤落地节点固定基站采用GCM8622 Mesh基站，即每个光纤落地点均需放置一套GCM8622。该Mesh基站内置了3块802.11n模块，可以为系统提供更高的整体性能。按照实际环境的经验值，每个802.11n扇区在1公里内可提供70Mbps以上的汇聚吞吐量。二是，沿线的无线中继节点基站采用GCM8632 Mesh基站，即在铁路沿线光纤无线中继基站使用GCM8632设备，该设备内置3块802.11n模块，其中两块5.8GHz模块分别处理Mesh上行和Mesh下行的通信，保证了无线网络多跳的高宽带和低时延，另一个5.8GHz模块处理移动车载Mesh设备的无线接入，支持第三方太阳能电池供电。地面无线Mesh网络结构如图4所示。
3.2 列车无线局域网
在每节车厢设置一个AP接入点，在整列车最中央的那节车厢设置一台车载Mesh设备、一台路由器和流媒体服务器，整列车通过车载Mesh设备与铁路两边的基站建立连接，形成一个无线局域网络。而车厢内部以车载流媒体服务器为中心，以各车厢AP接入点为节点，组成一个车域无线网络。目前，我国的动车组在出厂时已经部署了内部的AP接入点，只需在中央控制部分增加一套流媒体服务器设备即可满足列车内部无线局域网的组网需求。
车载Mesh设备采用GCM8300设备，该设备保证列车在高速移动和快速切换下依然保证无间断的通讯，提供至少40Mbps车地通信带宽。GCM8300设备内置1个5.8GHz 802.11n无线模块，并提供1个千兆以太网接口用于连接车载路由器。
4 旅客列车宽带网络关键技术及应用场景
4.1 旅客列车宽带网络的关键技术
⑴车地互联的实现。旅客列车宽带网络采用集中接入的模式，在旅客列车内部组成一个局域网，由车载通信网关集中负责与地面基站的车-地互联。车载网络终端均是接入到列车局域网，当需要与地面网络通信时再由车载通信网关进行数据中继。
⑵车载通信网络在不同的Mesh节点间实现无缝的AP间切换。在铁路沿线的无线宽带覆盖中，AP采用方向性天线沿铁路线进行定向覆盖，其覆盖半径可超过1公里。旅客列车是沿着铁轨按照规定的运行轨迹移动，并且铁路沿线的AP部署也是已知的，即车载通信网关可以预知其即将接入的下一个AP。同时，由于车载通信网关往往是一个独立的WIFI设备，比一般移动节点可以更方便地集成多个无线模块。
⑶无线网络安全机制。旅客列车宽带网络的安全机制主要由车地互联层实现，即车载通信网关只能接入合法的地面Mesh节点，而地面Mesh节点只允许合法的车载通信网关接入。车载通信网关和地面Mesh节点都与用户无关，可以采用特殊的身份识别机制达到更高效更安全的身份认证。
⑷网络管理技术。旅客列车宽带的网络管理涉及到车地互联层的车载通信网关、地面接入层的Mesh节点、汇聚层的汇聚网关和交换控制中心。交换控制中心定期采集每个Mesh节点和车载通信网关的状态数据，根据操作人员指令或动态最小生成树算法等生成包含网络管理信息的配置脚本，然后将相关配置脚本传送给对应节点。各节点定期或根据指令随机向交换控制中心报告节点状态，接收并应用交换控制中心下达的配置脚本，从而实现网络的集中管理和性能优化。
4.2 旅客列车宽带网络的应用场景
⑴列车车厢应用。列车宽带网络可以实现多种应用：列车内部视频监控；旅客语音通信；客运业务数据传输；旅客互联网数据访问。
⑵站场应用。可以实现在途列车与调度之间的通信、地面工作人员之间的通信、车上与地面工作人员的通信。
5 结束语
我国正处于经济高速发展时期，各种运输方式发展迅速，要想在激烈的运输市场中取得有利地位，除了需要升级硬件设施外，也应以旅客为本，为旅客提供人性化的信息服务。可以确信，基于无线Mesh网络技术的旅客列车宽带网络的建设将极大提高铁路旅客服务质量，改善铁路形象，为我国铁路信息化建设做出贡献。
[参考文献]
1 车载自组网主要特点
车载自组网是极其特殊的移动自组织 网络 ，它同样存在一般无线自组网所固有的问题，如隐藏点问题、暴露点问题、信道捕获问题等。不过也带有自身独特的特性。
车载自组网的主要特点包括：由于节点高速移动性(速度大致在5}42m/s之间)，导致网络拓扑结构变化快，路径寿命短。
（1）无线信道质量不稳定，受多种因素影响，其中包括路边建筑、道路情况、车辆类型和车辆相对速度等。
（2）节点通过发动机可以提供源源不断的电力支持，车辆的承载空间也可以确保天线的尺寸和其他额外的通信设备，同时还具有强大的 计算 能力和存储能力等。
（3）节点移动具有一定的 规律 性，只能沿着车道单/双向移动，具有一维性。
道路的静态形状使得车辆移动是受限制的，车辆轨道一般可预测。
2 车载自组网路由研究
2.1传统无线自组网路由协议
到目前为至，根据自组网的特性研究人员已经提出了一些路由协议。这些移动自组网的路由协议，可以根据不同的分类原则，从多个角度加以分类：
(1)表驱动型路由(table driven),按需驱动型路由(on demand-driven)和混和型路由(hybrid)。
(2)平面型路由(flat)和层次型路由(hierarchical)。
(3)单路径型路由(single-path)和多路径型路由(multi-path)。
(4) gps辅助型路由(gps assisted)和非gps辅助(non-gfs assisted)型路由。
在以上这几种自组网路由协议分类中，表驱动型路由、按需驱动型路由和混和型路由的分类方式是目前使用的最为普遍的。
2.2车载自组网路由协议设计面临的问题
在车载自组网中，网络节点能量有限且一般没有能量补充，因此路由协议需要高效利用能量;同时由于wsns节点数目通常很大，节点只能获取局部的网络拓扑结构信息，路由协议还要能在局部网络信息的基础上选择合适的路径。
因此移动自组网路由协议，如aodv, dsr等，并不适合车载自组网，这主要是由于以下几个原因：
（1）频繁而可预测的拓扑变化。由于车载自组网络中车辆运动的绝对和相对速度快(在大多数道路情况下，车辆的运行速度超过801cm/h，甚至更高)，车载自组网的拓扑结构变法十分频繁。
（2）通信链路生命期短。观察和实验结果显示，即使假定车辆的信号范围是500米，通信链路的有效生命周期也仅平均为1分钟。并且，如果消息的传递需要多跳完成，有效传输时间将进一步被减小。
（3）频繁的网络分隔。由于车载自组网络的高速移动性，网络会被频繁地分割(或重新组合)成很多部分。一个车辆很有可能无法与离它不是很远的另一车辆通信。
（4）有限的冗余度。在车载自组网络中，系统的冗余能力，或者临时性地，或者功能性地受到了限制。
（5）丰富的资源。在车载自组网中，节点往往没有这些硬件资源的限制，而对协议其它方面的性能有更高的要求。
2.3分布式路由协议
根据数据传输的紧急程度不同，我们可以把适合vanets中的路由协议分为两类，一类是和安全相关的紧急应用中的消息分发机制，一类是非紧急应用的路由协议。消息分发传递的数据是突发的、少量的，通信时间短，而且通常没有固定的消息接收者，这类通信要求数据传递时延小、可靠性高。经典路由算法的路由建立需要较长的时间，不适合紧急消息分发。非紧急应用的路由协议往往用来在车辆间实现资源的共享，或者通过车载自组网向车辆提供internet接入服务。这种数据通信的持续时间较长，能够容忍一定的时延和数据丢失。
（1）dpp路由
dpp路由协议处理高速路车载自组网的消息传播。其主要思想是把高速路上的车辆划分为簇，每个簇都有一个簇头和一个簇尾，簇内节点的数据根据目的地的方向分别被传给簇头或簇尾。簇头和簇尾负责转发收到的数据给下一个相邻簇，并保存数据直到收到对数据被正确接收的确认。
（2）sar(sgaially aware routing )路由
算法的主要思想是利用静态的数字地图数据构建 网络 的拓扑图，然后根据图算法找到从源节点到目的节点的一条路径。数据包根据发现的路径，采用源路由方法，被传递到目的节点。此外，如果车辆找不到前向数据的邻居节点，它采用下面三种方法之一来恢复路由:①缓存该数据一定的时间然后重新发送；②放弃源路由，采用贪婪前向算法；③重新根据数字地图 计算 另一条路径。
（3）cblr路由
cblr路由算法假设所有的车辆能够通过gps获得自身的位置，它把网络划分为多个簇，每个簇由一个簇头和多个在簇头通信范围内的成员组成。簇头和簇成员通过下面的方法产生：车辆广播一个消息，如果它收到簇头的回复，则把自己作为簇头的成员;如果没有收到，则其自身成为簇头。簇头为了维持自己的簇，每隔一定的时间发送一消息通知成员。
（4）osr路由
gsr，其主要的目的是解决城市中障碍物的问题。gsr要求车辆装备有gps设备和当前车载自组网工作区域的数字地图。服务请求者根据的dijkstra算法在数字地图上找出从服务请求者到目的节点的最短路径，然后数据按照这条路径来路由数据包。
3 结束语
随着人们对个人通信要求的提高，人们越来越希望有一种更安全、高效率的方式移动到目的地。目前，虽然一些新的策略已经被引入到车载无线自组网路由协议的设计中，如充分挖掘用户需求，使用位置、能量信息等，在一定程度上解决了vanets路由协议的自适应性和自配置性问题，但总的说来，车载自组网中路由研究还处于探索阶段，还需要对各种车载网环境中的路由问题进行全面的分析和设计。
参考 文献 ：
[1]史美林，英春.自组网路由协议综述[j].通信学报，2001，22.
一、引言
为了实现很多系统的信息共享，很多汽车厂商把车上的各控制单元通过网线连接起来，形成车载网络系统。当车载网络系统故障引起电控发动机故障时，如何少走弯路，快速判断故障原因，找出故障所在，不仅是学校在校师生教学的难点，也是很多汽车修理厂技师面临的一个难题。本文以通用车系（雪佛兰科鲁兹）为例，介绍基于车载网络系统故障的电控发动机故障诊断方法和思路。
二、通用车系（雪佛兰科鲁兹）车载网络系统的特点
通用雪佛兰科鲁兹车载网络系统主要包括高速GMLAN、低速GMLAN、底盘扩展总线、线性互联网(LIN)四部分。由于发动机电控系统属于高速GMLAN范畴，故本文只讨论高速GMLAN。高速GMLAN通过网线（双绞线）把车身控制模块、电子控制模块、动力转向控制模块、自动变速器控制模块、发动机控制模块串联在一起，网络两端的电子控制单元内，有终端电阻，目的是防止信号反射造成信号干扰，如图所示。电子控制单元串联使各模块能实现快速信息传输和共享，但相比电子控制单元并联，有个明显的缺陷：如果其中一个控制模块损坏或某一段网线出现故障（开路）会导致整个网络系统无法传输信息而瘫痪。在雪佛兰科鲁兹发动机电控系统中，发动机控制模块K20正常工作与否受车身控制模块K9控制，由高速GMLAN网络示意图可知，如果车身控制模块K9、电子控制模块、动力转向控制模块、自动变速器控制模块或他们之间的网线故障均会影响发动机电控系统工作。
三、通用车系（雪佛兰科鲁兹）车载网络系统（高速GMLAN）故障现象
对于通用车系（雪佛兰科鲁兹）车载网络系统发生故障时，一般都有一些明显的故障特征：其一，整个车载网络不工作或多个控制单元ECU有故障，导致起动机不能运转，进而影响发动机起动。其二，通过专用的故障诊断设备与个别或多个控制单元ECU通信，现象变现为无法与诊断设备连接通讯。
四、通用车系（雪佛兰科鲁兹）车载网络系统故障的故障诊断与排除的方法
当人们通过上述故障现象初步判断出是车载网络故障引起发动机电控系统故障时，可以通过下面步骤作进一步判断，并进行故障排除：第一，通过测量终端电阻的方法确定是否为车载网络系统故障。由通用雪佛兰科鲁兹高速GMLAN网络示意图可知，网络两端的电子控制单元内，有终端电阻。通过发动机故障诊断接口的4和16号脚，可以测量终端电阻的阻值，正常应为60Ω左右；如果测出的阻值大于60欧姆（120欧姆左右），则可以确定为该网络出现网线开路或者某电子控制单元损坏导致内部开路[1]。第二，通过专用的故障诊断设备读取网络上各发动机电子控制模块数据确定故障范围。由通用雪佛兰科鲁兹高速GMLAN网络示意图可知，如果读不到某个控制单元的数据，则可以判断该控制单元之前的控制单元及其网络线有问题。举个例子：如果通过专用的故障诊断设备不能读取Q6控制电磁阀总成（自动变速器控制单元）的数据，则说明该控制单元之前的控制单元（包括车身控制模块、电子制动控制模块、动力转向控制模块）及其网络线都可能有问题。通过再进一步读取身控制模块、电子制动控制模块、动力转向控制模块的数据，这时，如果身控制模块、电子制动控制模块都可以读到数据，则可以把故障范围锁定在动力转向控制模块及其网线上[2]。第三，通过万用表测通断、示波器读取波形或更换控制单元的方法确定故障点。通过步骤2，人们可以把故障范围缩小到某个控制单元及其网络线，那到底是控制单元故障还是其网络线故障，还需进一步判断。一种方法是直接更换控制模块，如果故障消除，则说明是控制模块故障；另一种方法是通过万用表测量或通过示波器读取波形的方法来判断网络线是否正常，如果网线正常则是控制单元故障[3]。
五、结束语
总之，装载有车载网络的发动机电控系统的诊断是十分复杂的，需要人们在学习工作中不断地总结经验，这样才能够提高故障诊断效率，达到事半功倍的效果。
参考文献：
[1]谭本忠.通用车系维修经验集锦[M].北京：机械工业出版社出版.
1.1国外研究情况
在美国和加拿大BP研究是很早的。美国的学者Ferrarino 计算了迈阿密建筑物中与时域专业系统相关联的冰储存系统。结果表明中性网路的引入对于冰储存空调系统有着良好的作用。在建筑物中，最早引入中性网络能量计算方法的人是Kreider和Wang。此种模型的目的是检测空调系统设备的变化。
1.2中国的研究状况
中国的研究人员们不仅仅介绍了基本的原理，关于中性网路计算的方法，不仅仅讨论了输入参数的精选和预处理两种方法，而且还讨论了目标误差的决定，网路研究的销量，队列频率和结果计算。关于冰存储系统的负载研究是最深入的，结果表明，中性网络非常擅长在处理制冷负载和非线性问题。并且，阶梯回归分析方法的误差比人工中性网络的误差要大。
2.关于汽车空调系统负载计算的简介
2.1关于BP中性网络系统的介绍和方法
中性网络是负载的和智能的系统，它由大量的神经单位组成，与人类大脑的基本单元相同，它的特性和结构依赖于神经单元的特性和连接方法。BP网络是一种多层的反馈网络，典型的网络结构包括：输入层，如图1中所示。输入地层和隐神经单位地层应用了S星功能并采用更正发放研究，这种网络有平行分散结构。
BP方法主要采用监管学习，并不给出输出和输出之间的关系。它的能力是处理所有神经络单元的权重问题。建立系统的非线性输入和输出模型是基于已给出的大量输入输出信号，然后用大范围的方法处理数据，最后控制修正网络的权重，以此使误差达到最小。研究过程包括前述的学习和误差返回。
2.2关于汽车空调系统的冷却负载部分
汽车是移动的建筑物，所以速度和方向是决定空调负载计算的重要因素。
汽车制冷负载系统包括以下部分：
1.轨道产生的热量制冷
2.太阳辐射
3.人体热量辐射
4.汽车中的电子设备
5.新鲜空气的引入
6.每一种负载主要由以下因素影响：干球温度，窗户和墙的比例，人口密度，仪器功率，户外参数，太阳能辐射，车速等。这些系数会影响中性网络的输入层。
2.3有关汽车中性网络负载计算
包括三层，输入层包括七个，例如干球温度，窗户和墙的比例，人口密度，仪器功率，户外参数，太阳能辐射，车速。在潜在层的神经单元的数量由经验决定。Kawasakima认为潜在的层能选出2n+1，在本文中潜在层是15层。输出层有一个节点-每小时的汽车空调负载量。把x作为阈值作用，网络结构如图2
3.结论
关于BP中性系统汽车空调负载计算仍然存在较高的争议，与稳定计算相比，特征提取并且它的负载减少了22.8%，所以这是一种新的方法，值得推广。而且，急需进行更多相关的实验，以此连接BP中性网络负载计算和真实的应用，还需要对负载的计算和整体进行优化。
参考文献
中图分类号：TP393.01文献标识码：A文章编号：16727800（2011）012010802
作者简介：柯叶青（1989-），女，湖北黄梅人，中国科学院软件研究所硕士研究生，研究方向为计算机软件与理论。
0引言
随着Ad hoc网络技术的不断成熟，它不依赖于预设的通信设施，自组织、无中心、动态拓扑、通过中间节点多跳转发等优点受到人们广泛的关注。预计，它必定会在各个领域具有非常广阔的应用前景。
1与传感器网络融合
无线传感器网络是Ad hoc网络一种典型的应用，近年来，受到了世界各国的高度关注，逐步成为了21世纪的信息产业支柱之一。无线传感器网络是由一组传感器节点，通过Ad hoc方式构成的具有感知、采集、处理网络覆盖地区的对象信息，并将其发送给观察者的网络。它的特有优点是，每个节点可以充当路由器，甚至在移动中也可以自行组网，具有较高的灵活性。同时，它不需要固定的基础设施。这与传统的传感器网络相比，具有耗资小，安装方便，更新费用低等优势，具有很好的应用前景。
1.1Ad hoc网络在智能建筑上的应用
1.1.1智能建筑的安防
安全性是现代智能建筑首先要考虑的问题。所谓现代智能建筑的安全性，不仅要确保建筑的外在环境的正常，更要注重防止室内信息的泄露和盗取。而Ad hoc无线传感器网络正好可以满足现代智能建筑的这一安防要求。特别是在一些易于发生火灾的安防重点地段，放置一些传感器节点，监控这些位置的温度。当温度过高时，将及时发送一个报警信号给易移动的接收发送器（sink node，可以是用户的移动手机，建筑管理者的监控终端等等），从而避免火灾的发生。而且，这种监控绝不仅仅适应于现代智能建筑对温度控制上的要求，还可对室内有害气体的浓度，室内的湿度，特殊地方的水位等信息定期采集，当超过警戒值时，及时发送报警信息给sink节点，再由该节点控制室内其他一些节点，从而迅速采取排气通风等应急措施，以达到确保室内环境安全的目的。
除此之外，利用Ad hoc无线传感器网络，还可以在一些门窗等特殊的地方，放置一些能够感知红外线的传感器节点。当有人擅自闯入时，能够及时将信息传送给易移动的接收发送器。这些传感器节点不需固定的基础设施，而且能够在移动的过程中正常通信，使其具有易于安装和日后易于更新的优点。同时它能随着sink节点的移动，自主组网，通过自身节点的路由功能，将信息及时的发送给sink节点。
1.1.2智能建筑的节能
Ad hoc无线传感器网络对于现代智能建筑的节能也能发挥巨大作用。在现代智能建筑系统中，空调系统，照明系统等的能耗，占有较大的比重。这就要求我们合理利用Ad hoc无线传感器网络，提高其能源利用效率，节省人力、时间、费用、能量，以及设备系统在建筑物的使用效率。在空调系统的设计上，可以采用放置一些温度，湿度等传感器节点，从而对室内的环境进行监控。当室内温度等条件达到指定的范围值时，空调自动进行关闭。此外，在室内的一些地方放置感知红外线的传感器节点，当室内没有人的时候，能自动的关闭空调，减少不必要的能耗。在照明系统的设计上，可以对室内的照明度进行测量，并且根据上下班等不同时段对照明度的不同要求，，自动打开或关闭一些照明设施，以达到节能的目的。
1.2Ad hoc网络在环境监测中的应用
我们都知道，在灾后救援的工作中，原有的通信设施已遭到严重甚至完全的破坏。在这种特殊情况下，为了方便救援人员及时了解情况、准确掌握必要的信息，Ad hoc无线传感器网络就能发挥其独特的作用。在没有Ad hoc无线传感器网络的运用以前，救援人员由于不了解状况，贸然进入灾区，从而产生很多危险的甚至是致命的情况。这时，如采用向灾区抛洒传感器节点的方法，就能及时采集到灾区的各类信息，从而对求援工作带来极大的方便，使求援人员的安全有了更好的保障。同时，由于ad hoc网络具有组网快的特点，节点将收集到信息非常及时的发送给sink node，为救援争取了宝贵的时间。更重要的是，救援中心得到数据，综合判断得出最佳的救援方案实施救援。
此救灾外，ad hoc网络在环境监测中的应用也十分广泛。特别是一些较为特殊的野外考察，以及空间探索、灾害预测等科学研究，ad hoc网络的应用前景十分广阔。在这些特殊活动中，由于人员不方便到达现场，无线传感器网络就是最佳的选择。另外，在物流运输方面，货物可能因为一些特殊的原因丢失或是被损坏，给商家造成巨大的损失。如果将无线传感器网络应用在这个领域，对每件货品安装一个传感器，监控他们的状态，货物的位置就能非常准确地被侦知，从而有效地避免商家的损失。总而言之，ad hoc无线传感器网络在环境的监测应用的潜力是非常巨大的，它还可以运用于工业生产，食品加工，以及对病人的病情进行监测等等众多领域。
2Ad hoc网络在车载网络领域的应用
车载网络领域是ad hoc网络的另一个重要发展方向。随着交通业的飞速发展，道路上的车辆数量激增，交通安全形势日趋严峻。为了改善这一状况，实现智能交通，车载网络应运而生。由ad hoc网络组建的车载网络，是一种自组织的，结构开放的车辆间通信的网络，也是一种较为特殊的ad hoc网络，可以适用于动态变化的网络拓扑结构，实现车与车之间的通信以及车与路边的一些基础设施的通信。
当前，国内的车载网络才处于刚刚起步的阶段，传统的智能交通系统严重依赖于预先部署的基础设施。例如，在收集和车的流量信息时，先通过路面传感器对车流的速度、密度进行检测，然后上传到城市交通中心。经过数据处理之后，将得到的流量报告通过蜂窝网络传递到用户的手机。然而，这种传播方式，由于经过多个传节点，造成的重复传播和时间浪费，显然是一种昂贵和低效的方式。实际上，在通常情况下，信息源和信息消费者的实际距离只有几百米甚至几米远，没有必要让信息跋山涉水来回传播。如果我们采用ad hoc式车载网络，就能实现一次性、短距离的通信，这显然是更高效、代价更小的通信方式。由此可见，ad hoc式车载网络的发展前景是非常好的。
具体说来，ad hoc式车载网络的应用主要是分为3大类：一是提高交通系统的安全性；二是提供辅助驾驶的功能，使驾驶更加轻松、便捷；三是改善车内环境，满足用户的娱乐需求。
2.1安全应用
我国每年交通事故死亡人数大约有10万人，占各类死亡人数的70%多。利用车载网络提高交通系统的安全性，可以有效控制交通事故的发生。相邻的车辆在行驶中，互相通信，定期的获得对方的速度、距离、加速度等信息，异常的情况下采取相应的措施。比如，如果发现距离小于一定的界限值，发生交通事故的可能性就比较大。此时，采取减速或是制动等措施，就能有效避免事故的发生。另外，对于前面已发生交通事故的车辆，以及拥塞路段，或前方路段的障碍物，或危险路段等重要信息，都可以由已知的车辆向未知的车辆进行传播，然后通过节点的逐一转发通知整个网络的第一辆车。当然，针对一些酒后驾车的情况，可以在车中装上酒精浓度感应器。如果超标，车辆就不能行驶。
2.2辅助系统
驾驶的舒适度的不断提高，是每个驾驶员的向往，也是第一个汽车生产厂家追求的目标。当驾驶员在遇到红灯时，车辆收到相关信息，会自动停车。当下雨时，车辆也能感知到，自动开启雨刷。车辆到了十字路口，能告知驾驶员每条路的相应信息。还可以提供一些附近的酒店，超市等信息，方便驾驶员查找。等等这些服务都能使驾驶员驾驶得更加便捷，舒适。
2.3娱乐应用
还可以将车辆与Internet连接，为车内除驾驶员外的其他用户提供娱乐服务。比如，网上看电影、听歌、游戏等等。车与车之间还可互相通信，进行视屏聊天、游戏，从而打发无聊时间，消除长途旅行的劳累。
3偏远山区
在一些偏远的山区，由于没有固定的通信基础设施，人们很难与外界进行通信。而Ad hoc网络特有的无需架设网络设施，可快速展开，抗摧毁性强的特点，正好可以在这些地区组网。在这些地区，它有这样的一些应用前景：
（1）野外考察。一些偏远地区往往拥有丰富的地貌，著名的河流，特殊的高原湖泊和一些深峡谷等等地理资源。这使得在这些地方考察的需求量非常大。在进行考察时，很难有预设的通信设施支持。Ad hoc网络独立的自组织能力便是这些地方的最佳选择。考察人员可以用自己随身携带的设备，进行必须的组网通信。
（2）生态保护。偏远山区的生态环境往往非常好，我们可以用前面提到的Ad hoc网络的一大应用领域――传感器网络对它的生态环境进行检测，把采集到的数据传输到研究中心，供专家们分析研究，制定保护措施。
4结束语
Ad hoc网络不依赖于任何固定的通信基础设施，将终端和通信基础设施合而为一，就可以自动组网，这一点是传统无线网络所不可比的。以上的几个发展方向，只是本文举其要者，但笔者深信，随着Ad hoc网络相关技术的日趋成熟，这种网络必将具有非常广阔的应用前景。参考文献：
[1]AKYILDIZ L F，SU W L，SANKARASUBRAMANIAM Y，CAYIRCI E.A survey on sensor networks[J].IEEE Communications Magazine,2002(8).
[2]TILAK S,ABUGHAZALEH N B,HEINZALMAN W.A taxonomy of wireless microsensor network models[J].Mobile Computing and Communications Review,2002(2).
中图分类号：TN925.93 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）04-0365-01
前言
地铁的运营控制中心如调度人员通过（CCTV）随机调取车厢内实时监控图像视频、通信人员通过控制中心经（PIS）往在线列车上下发高清晰的视频节目或者特定信息，都需要借助车地无线通信技术来完成。车地无线通信技术作为地铁车地无线解决方案，为了更好、更高质量地满足电视监视系统和乘客信息系统的功能需求， WLAN 需要提供能够传递高速数据的无线传输通道，同时确保车辆在高速行车时的稳定性及安全性。
一、车地无线WLAN 技术方案
（一）WLAN技术标准比较
无线局域网络（WLAN）的主要标准是IEEE 802.11。 它主要包括IEEE 802.11a、 IEEE 802.11b、IEEE802.11g 和IEEE 802.11n等。其中IEEE 802.11a和IEEE 802.11g在地铁车地无线通信领域中应用较多。
802.11a 的合法频宽 325MHz，工作频率范围为：5.150-5.350 GHz和 5.725-5.850 GHz 频段， 非重叠信道 12 个，其传输速率最高可达54Mbps，调制传输技术采用64QAM OFDM（正交频分复用）技术。但保障最高传输速率下的无障碍接入距离会降低到30m-50m， 而且需要交纳频段使用年费；IEEE 802.11b 的合法频宽83.5MHz，工作频率范围为：2.400GHz-2.483GHz 频段，非重叠信道3 个，共享接入速率最高可达到 11Mbps，调制传输技术采用 CCK DSSS 技术；802.11g 的合法频宽83.5MHz，工作频率范围为：2.400GHz-2.483GHz 频段，也采用 CCK64QAM/OFDM 技术，可支持最高54Mbps 的速率，可以做到与802.11b的兼容。最高传输速率大约是802.11b 的五倍，且不需交纳使用费用。
（二）车地无线WLAN的组网方式
车地无线WLAN组网采用Fit AP+Fat AP相结合的架构方式，轨旁AP相当于Fit AP，车载AP相当于Fat AP。组网设备主要包括： 无线控制器AC、轨旁的无线接入点AP、车载无线网桥MESH 和车载天线以及车载内部交换机等组成部分。整个系统的组网方案符合WLANIEEE 802.11a、IEEE 802.11b和IEEE 802.11g标准。
车地无线WLAN系统主要是实现控制中心与车载子系统之间进行视频数据信息传输的功能。因此，首先需要在控制中心设置一套无线管理系统，实现对车地无线WLAN组网系统内的设备、网络、性能、配置和告警等进行统一的管理。
然后就是在沿线各车站通信机房内，根据车地无线信号覆盖的要求设置分布式数据接入交换单元（即车站无线视频交换机），为与列车车厢内车载数据控制单元之间的无线数据通信做准备。各轨旁Fit AP通过光纤收发器，以100M光纤与车站无线视频交换机相连，再通过通信传输系统提供的通道与控制中心无线控制器AC连接。在整个车地无线WLAN组网系统中，控制中心和各车站都提供与电视监视系统和乘客信息系统的接口。
（三）载局域网
在车载局域网络中，要在车头和车尾分别设置一套车载Fat AP和一台Omate6000-8E的八端口工业以太网交换机，并与车辆的M12以太网接口互联实现整列列车内部局域网的有线网络构建。列车内电视监视系统和乘客信息系统通过各自的车载交换机实现互联。车载无线网桥保证了高速运行中列车的Fat AP与轨旁Fit AP的无线网络的实时无缝连接，保证在局域网发生断点故障时能够顺利切换。整个车载局域网络为电视监视系统和乘客信息系统视频数据的双向传输提供一个专用的传输通道，实现车载视频设备与控制中心和车站的网络连接，为车载设备视频功能的正常实现提供帮助。
二、车地无线WLAN技术方案
（一）WLAN技术性能需求
地铁电视监视系统要求能够在控制中心随机调取在线列车车载摄像头拍摄的车厢内的视频图像信息。车地无线WLAN系统要求能将运行列车车厢内车载设备的视频图像和信息传至车站，再通过高速有线传输系统网络上传至控制中心。
乘客信息系统要求从控制中心将视频节目或者特定信息下发到指定的列车，包括高清晰数字视频信息、乘客乘车信息和紧急疏散信息等。这些信息都需要通过列车的车载信息设备进行。
WLAN技术构建的车地无线WLAN网络要保障电视监控系统和乘客信息系统中视频图像业务的正常传送，就需要达到以下一系列的标准。
1.构建的网络系统具有稳定性和安全性。能够满足地铁通信系统不间断的业务需要，有线设备尽量保证无单点故障，无线网络AP之间可以互为冗余备份。
2.经车地无线WLAN处理和传递的视频图像信息不能出现明显断点、失帧、抖动或者马赛克等。附带的音频，播放时不能出现明显噪音或者滑码等。
3.为支持电视监视系统和乘客信息系统视频图像业务功能的要求，基于802.11系列的数据传输的最小有效带宽应不小于15Mbps。
4.需支持地铁列车最高运行时速80公里/小时下的视频图像信息的正常传递。
5.不同型号及厂家的列车系统与轨旁网络能够互联互通，从而保证业务的顺利开展和日后改造。
6.无线系统应具备一定的抗干扰能力。
7.构建的无线网络易于扩展和管理。
（二）网络链路分析
采用IEEE 802.11g标准通过轨旁AP与车载AP构建的无线传输网络可以实现对列车运行沿线的无线信号覆盖。网络链路的有效带宽是一个非常重要的技术指标。电视监视系统和乘客信息系统需要车地无线WLAN网络为其提供不小于15Mbps的有效带宽，计算方法如下：
控制中心或车站往运行列车车载设备下发的数据，需要车地无线WLAN系统提供的传送带宽：
1路6MPIS视频流，由控制中心经沿线车站至分布式数据接入交换单元通过WLAN无线网络传至列车内车载设备。
4路1M监控流，从车站站台摄像机经车站交换机至分布式数据接入交换单元通过WLAN无线网络传至列车内车载设备。车载设备往控制中心上传数据，需要车地无线WLAN系统提供的传送带宽：
2路1M监控流，从列车通过WLAN无线网络至分布式数据接入交换单元再经车站上传至控制中心。因此，车地无线WLAN系统上、下行带宽最小为12Mbps。
(1)课时比重偏低,缺乏对新概念、新技术的介绍;
(2)设备陈旧,缺乏实用性实验的开设;
(3)科研活动参与率低,未形成完善的创新培养体系;因此,在培养体系、课程平台、教学模式等方面对车辆工程专业网络通信类课程进行全新的探讨,既可以作为对“机电结合,特色分流”交叉教学的补充和深化,也可以通过车辆工程专业“以点带面,见贤思齐”,带动其他专业学生对网络通信类课程的兴趣和创新能力的培养。
2培养体系的改革
现有网络通信类的课程教学以车载CAN和LIN网络理论的认识为主,实验教学则以演示性和验证性内容为主。但是,传统的车载网络已失去原有的主导地位。针对“以车为本兼顾网络”的原则,需要逐步扩大网络通信类的广度和深度,鼓励学生立足本专业课程,学科交叉,勇于探索。通过车辆工程专业导论和认知实习,重点在于拓宽学生视野,初步建立学生对车载网络知识体系的感性认识。展示本专业前期积累的各项成果,如飞思卡尔智能小车等,为后续知识体系交叉学习打下基础。在验证、巩固和加深理论教学的基础上,选择车辆相对独立、功能简单,但系统结构较为完整的网络通信类实验项目,力求学生能在课程实验中能加深对车载网络通信理论知识的理解,掌握车载网络算法优化等方面的基本技能。以课程设计、竞赛的形式,选择适当的课题展开具有实际工程应用的综合训练。围绕汽车行业生产、研发过程中具有实际工程意义的问题进行选择,力求实现能正常运行的实验室样机,提高学生在车载网络通信及优化方面的综合能力。
3课程平台的改革
围绕培养体系的三个层次,对车辆工程专业的课程体系进行了创新性规划,在专业基础课中增设网络通信类基础课程,整合优化成“大机械类基础课程平台”,并配合车辆工程专业主干课,适当增设专业特色选修课,引导学生进行机械设计方向和车载网络通信方向的分流。在先修机械类、通信类公共课程的基础上,以学生的专业兴趣为主要依据,搭建“车载网络特色课程平台”。对原有的课程体系进行调整,既要增设网络通信类课程,还要兼顾原有机电类课程的设置。相互支撑,构建车载网络特色课程群,通过车辆机械与电子信息学科体系的交叉,实现创新型、综合型人才培养的目标。
3.1基础平台
通过增设通信原理、计算机网络等基础课程,结合相应的课程实习,将通信网络类课程融入到基础课程平台中。以主题会议、专家报告等方式向低年级学生介绍行业前沿技术以及网络在汽车中具体应用,形成直观的认知,增强学生的兴趣。由于总课时的限制,通信网络类基础课程以小课时、重实践、多交叉的形式进行调整。由于机械类课程在车辆工程总课时中占有较大的比重,因此网络通信类的课程根据“不同方向不同要求”的原则进行压缩。在总课时不变的前提下,压缩课时量,以增设相关网络通信课程。需要注意的是,在总学时不变的前提条件下,如果不进行专业分流,势必会造成机械类课程与电子信息类课程在学时分配上发生冲突。面向高年级学生进行专业分流,形成车辆与通信互为支撑、优势互补的格局。创新性的将部分学生引导到车载网络通信方向,有效缓解机械与通信类课时冲突的问题。
3.2特色平台
围绕新能源汽车、车载网络等汽车行业重点研究方向,设置课题研究小组,由教授或副教授担任负责人,配备2-3位中级职称的教师和实验室教师,团队结构合理,知识体系交叉,阶梯分工明确形成结构合理的学术团队。鼓励不同专业方向的学生进行自由组合,选择部分动手能力强的学生参加科研课题研究,为学生的科技创新提供支持。创新平台的课程覆盖了车辆、机械、通信等领域,涉及汽车电子、新能源和通信网络等多个方向,满足车辆工程本科专业学生的兴趣要求。团队结构合理,知识体系交叉,阶梯分工明确;对部分优秀本科生,仿照研究生的培养方式实行导师指导的培养制度,进入实验室协助配合研究生完成相应的课题研究,实现导师负责、研究生协助的双导师培养制度。
4教学模式的构建
2车载网络系统的故障诊断的一般程序
1）基本检查。检查汽车蓄电池的静态电压、各接头之间的连接情况、相关的保险丝以及发动机与车身的搭铁情况等。2）连接专用诊断仪，与出现故障的各电控系统进行通讯，并读取故障码。3）如有故障码，按故障码提示进行检查。在CAN系统故障码与其它故障码同时出现时，应优先对CAN系统进行故障诊断。如故障诊断设备它具有对控制单元ECU进行CAN系统的故障诊断和支持监视器功能，通过诊断设备的这个功能可以用来帮助判断故障位置。4）检查控制模块的电源供应及搭铁回路是否良好。5）检查CANBUS数据总线的两根线路是否良好，最好用多通道示波器对其进行波形检测，如不正常再用万用表进行检查是否断路、短路。6）拔下控制模块线束接头，对控制模块CANBUS数据总线接口两端的数据传递终端电阻进行检测，如不符要求，则控制模块内部不良。7）在拔下控制模块线束接头，检查CANBUS数据总线接口的接触情况，并使该控制模块不接入车内网络系统的情况下，观察故障现象的变化，如故障消失，则控制模块硬件损坏或内部软件故障如未进行相应编程、设定等。8）先对该控制模块进行重新设定，如故障不能消失，则更换新模块再视情进行重新编程设定。
3车内局域网系统故障诊断、排除的相关要点
1）熟悉每个类型的汽车网络系统的特点。车载网络采用的大多是局域网（局域网是指在一个特定的局部单位内连接的网络），其可用的传输介质主要有同轴电缆、双绞线、光纤电缆和无线电。在汽车上会同时有多个局域网络存在，通过利用网关将这些局域网连接起来从而形成互联网络。因此网关是用来连接不同类型的网络从而能实现不同类型网络之间协议相互转换的设备。根据网络结构，车载网络分星型网、总线网、环型网。星型网络是以一台中央处理器为中心，中央处理器与每台入网机器有一个物理连接链。星型网络又有用普通导线传输数据的普通星型网络和用光纤传输数据的光学星型网络，但都只能在一个部件或总成上使用。如宝马7系列轿车被动安全系统的Byteflignt就采用光学星型网络（参见后述故障实例中的介绍）。环型网络是指控制单元通过网络部件连到一个环行物理链路中，其优点是信息在网络中传输实时性好、传输数据量大及抗干扰能力强，每个节点只与其他2个节点有物理连接；缺点是一个节点故障可能影响整个网络，可靠性较差，网络扩充时要调整对整个网络重新排序，在增加功能时需添加控制单元，相对比较复杂。总线型网络由总线连接入网控制单元，可以使用同轴电缆、双绞线、光纤电缆作为网线，以双绞线最为常见。车载局域网的应用非常多，如可以应用在动力控制系统、车身系统、安全系统、信息系统，它们可以是采用不同的网络结构、不同的传输介质、不同的传输协议的各自独立的网络；也可以设置网关，将它们连接为一体形成车载网络系统。网关主要功能是从一个局域网络读取所接收的信息，并翻译信息，向其它局域网络发送信息。车载网络系统是一个比较复杂的系统，所以维修时，我们要通过对汽车车载网络之间的关系结构的熟悉，如果能偶将其网络结构的基本框图会出来时最好的。
关键词：位置隐私；匿名空间；K匿名链；Chord；车载网络
中图分类号：TP393.08
文献标志码：A
0引言
车载网络（Vehicular Network）指的是依赖于能够灵活移动的载具而存在的移动自组织网络（Ad Hoc Network），它创造性地将自组织网技术应用于车辆间通信，使司机能够在超视距的范围内获得其他车辆的状况信息（如车速、方向、位置、刹车板压力等）、实时路况[1]及本地化的服务信息[2]。车载网络的特点是网络节点非常多，成员分布区域广，流动性大，车载网络的信息发送本质上是以广播的形式发送，同时由于车辆网络的相对局部性，车载网络中网络节点之间的建立的关系往往持续时间非常短，网络拓扑变化非常快。基于以上特点，车载网络非常容易受到安全攻击，而且相对来说，车载网络对网络安全性攻击是非常敏感的，车载网络的安全性直接关系到车辆驾驶的交通安全性。所以在部署车载网络的过程中，车载网络的安全性必须得到充分的保障。
随着车载网络服务的不断发展，在道路交通变得更加便利的同时，车载网络中车辆隐私性保护问题越来越受到关注。如果允许第三人利用车载网络收集车辆行驶信息，驾驶员的个人隐私必定会受到侵害。所以隐私性保护是车载网络中非常重要的问题。对于隐私性保护在车载网络中的研究，目前已经有很多研究方案：利用群签名的方案[3]、基于ID的签名的方案[4]、基于假名的签名方案[5]、假数据方案[6]、基于空间变换的匿名方案[7]、基于匿名链的位置隐私保护方案[8]等。其中，假名签名方案已经得到一定范围的认可，但大多数假名签名方案都采用预置一定数量的假名，每个假名仅使用一段时间就更换，使用完后需要向证书授权机构（Certificate Authority， CA）请求一组新的假名，这在降低效率的同时大大增加了窃听的概率；基于匿名链的位置隐私保护方案只是隐藏了身份信息和位置息的关联关系，保留了精确的位置数据，这就大大增加了被恶意攻击者攻击成功的概率。
本文所讨论的车载网络指的是狭义上的车载网络，即完全由交通车辆形成的车载网络。主要针对车载网络中车辆间的网络通信隐私性保护问题，提出一种新的K匿名链隐私保护机制，以增强车载网络通信的隐私性及安全性。
为了解决车载网络环境中的隐私性保护问题，徐建等[8]提出基于匿名链的位置隐私保护方法，但是这种方法只是隐藏了身份信息和位置信息的关联关系，保留了精确的位置数据，无法满足高匿名性的要求。为了解决这个问题，本文提出一种K匿名链机制，主要由两部分组成：移动车辆和LBS服务器。移动车辆可分为发送者节点、转发节点和接收者节点。发送者节点先构建K匿名空间，并将此匿名空间连同查询信息一起发送到转发节点上形成一条通向接收者匿名链，由接收者向LBS服务器[11]发起查询，经LBS服务器处理得到的候选结果集直接发送给发送者，由移动车辆对候选结果进行求精。图2表示K匿名链机制原理。
图2中Chord环上的节点（AD1～AD6）称为簇头节点，其中AD2、AD6分别为AD1的后继和前驱节点，S代表发送者节点，R代表接收者节点，整个Chord环就是由簇头节点及其前驱或后继节点构成。在上文中已经提及到，Chord环上的节点并不代表单一用户，而是表示了一簇车辆，例如以AD2为簇头节点的簇包含Node3、Node4、Node5三个簇成员。
以图2为例，当发送者节点S提出查询请求并要求k为4时，首先会通知本簇的簇头节点AD1，之后AD1通知簇中成员Node1、Node2和S共同构建k=4的匿名集合，形成匿名空间；接下来AD1会在其后继簇中随机选择n个簇，并向该n个簇的簇头节点发送选择节点信息。如图2中以AD2、AD3为簇头节点的簇为被选择的后继簇。簇头节点AD2、AD3依据节点间的连通性分别从本簇中选择若干个簇成员作为转发节点，如图2，发送者节点S会根据AD2返回的簇成员节点的信息计算其与簇成员节点间的连通性，从而可以选择Node3作为S的下一个转发节点。同样，Node3会选择Node4作为转发节点，Node4选择Node6作为转发节点。之后通过簇头节点将这些转发节点的信息发送给AD1，AD1再将这些节点信息发送给S。S通过得到的转发节点的地址信息以及公钥对其进行反向加密，由S确定构建匿名链的顺序，并且这个顺序只有S知道，之后S根据这个顺序对转发节点的构建匿名链。匿名链构建完成后，AD1将K匿名空间及查询请求一并发送到匿名链上进行转发，最后由接收者R向LBS服务器发送请求。经处理过的查询请求由LBS服务器直接发送给AD1，然后由AD1发送给S，由S自己对查询结果进行求精。至此，整个K匿名链机制查询过程完成。
值得说明的，是簇中成员节点的身份信息由簇头节点来维护，并复制到所有的簇成员节点中，簇与簇之间通过簇头获知所有各个簇中成员节点的身份信息。为了加强系统的容错性，簇头节点由簇成员节点周期性地轮流承担负载，当簇头节点的负载达到一定的阈值就会引发簇头节点的选举，阈值由簇头节点发送或接收到的信息数量来测量。同样，操作的通信开销也是通过传播的信息量来测量[12]，其数量级为O（log N），其中N为移动节点的总数目。
3安全性分析
本文提出的K匿名链机制中的K匿名空间隐藏了发送者的真实位置，而匿名链则隐藏了车辆身份信息与位置信息的关联关系。因此，攻击者的目标是获取发送者的真实的位置信息及其匿名链隐藏的关联关系。
假设攻击者是一个全局攻击者，即攻击者可以获取LBS服务器数据，并且在移动节点内有同伙恶意节点。在一个包含n个车辆及c个恶意节点的网络中，为了简化讨论本文只考虑一种静态模型，即不考虑车辆的加入或者离开。在构造匿名链过程中，一些恶意节点可能被选为转发节点，这些恶意节点可以根据匿名链中转发节点的顺序以及匿名链所允许的最大长度K值推测出攻击者想要的信息。下面分别从发送者节点和接收者节点角度来分析K匿名链的安全性。
由以上分析可知，匿名链最大长度K取值越大，相应的j与x的取值范围将增大，从而能够分别提高发送者节点及接收者节点的匿名程度，增加了恶意节点的攻击难度。从以上公式可看出，发送者节点的匿名程度明显高于接收者节点的匿名程度。这主要是由于发送者节点在发送查询请求前形成了K匿名空间，隐藏了发送者节点的真实位置。同样，恶意节点的数量会导致匿名程度的变化。当匿名链最大长度一定时，恶意节点数量增加会导致发送者节点和接收者节点的匿名程度下降；反之，它们的匿名程度会提高。
4仿真实验与分析
5结语
本文针对当前匿名链对移动车辆隐私性保护不足，提出了一种K匿名链机制。对发送连续位置查询请求的车辆进行了K匿名保护，并通过转发节点传递包含查询节点在内的K匿名空间及其查询请求构建匿名链。在保证查询节点K匿名的条件下，隐藏了其身份信息与位置信息的关联关系，从而提高了车载网络中车辆的匿名强度。通过对仿真实验结果的分析，在同等条件下，K匿名链机制的匿名效果要明显好于匿名链的匿名效果，进一步完善了车载网络的安全性。
参考文献：
Abstract: Obtaining vehicular sensor information reliably in real time has always been a bottleneck in vehicular networks. Hybrid sensor and vehicular networks (HSVN) incorporates the features of wireless sensor networks (WSN) and vehicular ad hoc networks (VANET) and provides users with a large amount of vehicular information. HSVN is becoming the trend in vehicular network development. REST architecture makes resources and interactive behavior more uniform and creates stateless services between server and client. These features are helpful for heterogeneous applications. In this paper, we propose a new vehicular network frame and service module for improving interaction. We propose a way of using the information service resources design method in HSVN to create a lightweight method for building an interactive system in a heterogeneous network environment.
Key words: HSVN; REST; vehicular sensor service; service resource
随着物联网技术的不断发展，以感知、互联为特征的物联网应用越来越得到重视，一个重要的应用领域就是车联网。和传统的物联网一样，车联网的基础也是无线传感网(WSN)，它为车辆的感知、互联提供基础支持。由于车辆移动的特性，车辆之间通常形成以自组织为特点的车载自组网(VANET)。WSN和VANET的结合形成一种混杂感知车载网(HSVN)[1-2]。在VANET或HSVN中，车辆非静态地与基础网络进行链接(与传统的计算机网络方式不同)，这使得车辆网络必须考虑如何将车辆作为节点集成到基础网络当中，以便网络能够通过路由设施寻址获得对车辆节点的交互服务。
由于VANET和HSVN的移动和自组织性，在物联网的应用层，从信息资源类型、信息资源访问方法、信息资源的交互方式等角度出发，对其所运行的信息系统也有不同的要求。在Web服务当中，表述性状态转移(REST)作为一种软件架构约束或者设计原则，其目标在于避免服务器使用资源服务的应用状态，通过确保服务当中的重要资源能够以统一标识符(URI)的方式得以指示，进而使得客户端的所有交互能够从服务器上获得所有必需的服务状态信息，同时服务器端不用保存来自客户端的资源会话状态信息[3-4]。与传统的基于状态的应用相比，REST的这种工作方式大大提高了Web服务的可伸缩性、通用性和组件独立性，这对于需要处理海量的不同信息类型的无线车辆网络无疑具有一定的适用性。
本文结合HSVN信息服务的典型应用，给出一种基于REST设计思想的车载感知信息服务的设计框架，它能够以较经济的方式满足车载感知信息服务需求。
1 混杂感知车载网信息服务
1.1 混杂感知车载网信息服务场景
车辆在道路上行驶，在经过道路交叉口临时停靠和进入停车场后停靠情况下，车辆和外在单元的信息交互服务应用，可以看作是典型的具有WSN和VANET特征的HSVN应用。图1表示了这种HSVN应用的一个典型场景。
图1中，架设在道路边上的道路终端，以及在停车场上的停车场终端，构成了一个“静态”的无线传感器网络(WSN)，静态WSN的主节点可以以有线的方式接入主干网(如Internet)。而车辆自身的感知服务加入到这个静态WSN中，形成了“动态”的WSN
行驶在道路上的车辆之间构成一个自组织的VANET。车辆处在VANET和WSN两个网络之中。这两个网络能够实现道路交通信息的共享以及进行快速的数据交换。车辆自发组成的VANET，并不是保持持续的状态而是在可能的条件下以点对点的模式进行互联，尤其是在两辆车相互靠近的时候。车辆一方面能够采集自身的状态信息，另一方面当车辆经过道路终端时能够下载存储于网络当中的道路信息，而车辆也能实时地将自身的信息上传到WSN进行覆盖更新。图1给出的典型场景当中存在着3种交互子场景：
・VANET中车辆与WSN的交互，通过和道路终端的通信完成。
・同一方向上的车车交互。
・相反方向上以车群为单位的车车交互。
1.2 混杂感知车载网服务模型
通过对典型场景的分析，可以把一个HSVN内信息交互对象分成车载终端用户、道路交通服务基站、交通安全服务中心和PC用户四大类。其中，PC用户是指通过高速接入(一般为有线网络)方式接入到主干网的静态终端用户，这部分用户的应用模式和传统的PC应用模式相同，本文中不加专门讨论。
HSVN应用目的之一是保障交通安全，为用户提供“平安出行”的服务。交通安全服务中心作为整个服务系统的核心，维护了各项服务的独立性和安全性。一般它具有专门的数据库系统。数据库系统和交通路况信息系统、地理信息系统(GIS)等进行互联，结合HSVN中道路交通传感器网络，能够存储从各个节点收集来的各项数据，进行有效地数据分类规划并对各分类服务进行有效地管理控制。典型的服务内容见表1。
图2中的道路交通服务基站是由一系列道路终端、停车场终端等组成的传感器网络。根据交通安全设计的需要，这些基站(终端)可以是简单的信息收发单元(类似于接入点(AP))，也可以是自带系统的智能单元。从安全感知的需求出发，道路交通服务基站会被设计成为带有数据库的小型计算机系统，既可监测路况信息又可作为数据的接入点。它能够从任何的车辆节点接收、存储数据，也能够为车辆提供一定的信息服务。其拥有属于自己的资源控制规则。基于基站感知元件的感知能力不同，不同的道路交通服务基站有不同的覆盖范围。在移动应用中，车载终端用户形成车载自组网(VANET)，网内车辆为点对点的通信模式。随着车辆在道路上的行进，一般这个网络会动态地进行改变。
车载终端和交通安全服务中心以及道路交通服务基站的通信会比较复杂一些。一方面，车辆通过道路终端或停车场终端等服务基站来获取信息服务。如果车辆在行驶过程中，其和道路终端的关系动态地改变，服务会根据车辆行驶的路线分段进行。车载终端会进行网络接入点的监测，选择便于接入的道路交通服务基站。车辆终端用户从中获取路况信息。道路交通服务基站会定期与交通安全服务中心进行交互以更新信息。道路交通服务基站扮演着无线网络和固定网络的接口角色，其自身也相应搜集气象等信息。图2显示了场景的服务结构。车载终端用户所在的车辆节点拥有独立的信息展示系统，沿其行驶路线进行数据收集，一方面接受服务基站和安全中心的各种服务，一方面将自身的数据与基站和中心进行共享。车辆节点与其所在的车载自组网同样也会进行信息的共享。
对于没有道路交通服务基站覆盖的区域，车载终端可以通过移动网络(2G/3G网络)和主干网进行通信，直接从交通安全服务中心获取服务。
1.3 混杂感知车载网信息服务的特点
根据上面分析，结合HSVN中车载终端的移动特性，可以得知HSVN中信息服务有如下特点：
(1)信息多路传播，多路由。车载终端可以通过道路终端接入到主干网，获取交通安全服务中心的服务，也可以通过移动网络直接接入主干网获取服务。数据传输路由的选择则与道路终端的部署情况、车辆无线网络的信号强度、服务的内容等因素有关系。
(2)客户/服务角色的统一。一个节点(车载终端、道路终端等)在整个网络中既可能是客户(获取服务)，也可以是服务者(提供信息服务)。每个终端都有一定的信息处理能力，需要对不同的信息进行融合分析处理。
(3)信息可以分成紧急和非紧急两大类。对于紧急信息，需要实时传播。例如，前面车辆的突发故障信息需要及时传递给后续车辆，发出警示。紧急信息一般可以被设计成短帧格式，便于传送。而非紧急信息，如道路的实时路况视频信息，一般需要更大的带宽来进行传输。
(4)服务传送信息越简洁越好。由于移动过程中车辆和道路终端的连接会频繁切换，因此一个服务最好是车辆在一个道路终端的覆盖范围内完成。服务信息涉及的字节数越少，完成服务的时间越短，其涉及的信息单元就越少。
2 表述性状态转移信息
交互设计
针对跨平台、松耦合的客户/服务体系，面向服务的架构(SOA)是一种普遍的解决方法。2000年Microsoft公司正式提出Web服务概念，并且随后联合其他公司共同制订了简单访问对象协议(SOAP)，Intel、IBM、Microsoft等公司指定了Web服务描述语言(WSDL)和统一描述、发现和集成(UDDI)协议，形成了完整的SOAP Web服务体系架构[5]。在该模式下，超文本传输协议(HTTP)只是用来进行信息传递的协议。在这协议之上有SOAP协议对数据进行封装[6]。一个Web服务通过WSDL来进行描述，一般包含了多个可以被调用的方法。调用方法可以使用多种数据类型，甚至是数组等复杂数据类型。
这种面向传统计算机平台的Web服务架构主要缺点是实现复杂，一个URI对应的Web服务包含很多方法，各个方法调用形式不同，参数类型不同，导致访问的编程复杂。同时，由于信息传递是通过基于SOAP规范的可扩展标记语言(XML)文件实现，数据传递过程必须进行必要的打包操作，带来了数据传送量的增大。
2000年，Roy Thomas Fielding提出了REST风格的Web服务。服务在Web级规模交互上存在优势，其具有以下特征[6-7]：
・带有状态的服务被抽象成资源。
・每个资源都对应唯一的资源标识(URI)。
・所有资源通过通用的连接器接口(HTTP)进行通信和操作，限制在CRUD(Create、Retrieve、Update和Delete)4种操作。
・所有REST交互都是无状态的。
・采用Client-Server结构，用户界面与数据存储分开。
・架构是分层的。
・服务器端响应强制标志出是否可以缓存。
在SOAP式的Web服务架构中，关注点在于方法；在REST式的架构中，关注点在于资源。服务架构使用标准方法检索并操作信息片段，同时需要制订信息的表示方法[8]。REST利用简单的HTTP、URI标准和XML语言构建起轻量级的Web服务，从而大幅度地提升了开发效率和程序性能，也为构建下一代高性能、高可伸缩性、简单性、可移植性、可靠性的Web程序提供了一个架构风格上的准则。
3 混杂感知车载网信息
服务的表述性状态转移
风格的服务设计
REST风格的服务设计，可以被称为面向资源的应用(ROA)风格的应用。在REST当中，资源的定义起到了基础性的作用。资源设计可借鉴的方法有很多种，这里主要从上面提到的服务对象和服务过程来归纳。
3.1 感知信息数据规划
在REST当中，进行数据规划的真正作用在于提出系统想要提供或者说暴露的数据集，也就是系统的服务类。表2是HSVN场景下所定义的典型数据集，每一数据集拥有其根据实际需要而统一的数值类型和命名方式。
3.2 感知信息资源设计
REST的资源设计和命名是通过设计URI来体现的，同时URI也表明了资源的地址[9-10]。URI是客户端与服务端之间接口的重要部分，保持其稳定性和永久性是相当重要的，为此设计时应该按照一定的规范来保障URI的一致性。本文按文献[11]所提的惯例来设计。
首先对于整个服务来讲，服务首页也就是根资源，定义其URI为省略。接下来，可对每个子服务进行设计，其URI分别定义如下：
・车辆预警模块――省略/vehicle-warning
・路况预警模块――省略/road-warning
・气象服务模块――省略/weather-services
・定位服务模块――省略/localization-services
・路径规划模块――省略/path-plan
在此基础上，以路况预警为例，进一步进行设计，具体如表3所示。
3.3 感知信息资源表述
确定资源并设计好URI以后，必须考虑当客户端发送服务请求时，服务器应返回什么数据。在REST风格中，资源有多种表示形式，包括XML/JSON/ATOM等等。该资源格式应要能够：传达资源的当前状态；链接到可能的下个应用状态或资源状态。
路况预警资源的组织形式，表现为层次结构，每一层次就是一项数据报告，以属性名进行命名。同时为实现连通性，在路况预警资源的表示中将显示其他资源的URI。由于JSON格式表示简单，属于纯文本格式，有利于降低网络的负载要求[12-13]，本文采用此格式。类似的表述格式如图3所示。
从整体上考虑，资源的表示主要是设定HTTP的请求报头和请求实体，并且实体的格式必须和连接类型声明一致。
4 表述性状态转移式的混杂
感知车载网服务架构
建立针对HSVN的REST风格的服务，需要通过分析服务当中的逻辑实体，建立服务信息模型，从而规划出满足HSVN条件的REST风格的服务。图4是根据HSVN信息服务特征及REST约束规则设计的HSVN软件服务架构。架构以资源服务控制器为核心。
客户端是各类需要服务的应用系统。客户端包括移动终端以及静态终端，其涉及的操作系统平台也各不相同。
感知服务层提供各类服务。其中，资源服务控制器负责管理客户端的服务请求(在其内部拥有一个路由设备)，根据URI将每个收到的请求路由到适合的服务节点(找到适合的HSVN网络接入点)。各个服务节点通过规范化的REST接口去执行具体的信息服务请求。
服务节点运行在道路终端、车载终端或者服务中心的异构计算机平台上。各类服务节点提供的服务能力不同。
资源服务层提供整个网络服务共享的数据和资源服务，其运行于服务中心的计算机平台上。
5 结束语
HSVN作为未来车载网络的发展方向，其混合式的框架决定了其在处理车载感知信息时的复杂性和多样性，对信息服务的数据融合、表示、存储等各方面提出了较高要求。本文在分析HSVN应用场景和服务模型的基础上，结合REST架构设计准则，给出了HSVN中车载感知信息服务的设计方法，可以生成具有良好可伸缩性、通用性和组件独立性的车载网络服务系统。
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收稿日期：2012-01-03
