智慧網聯汽車主要包括3種網路:以車內匯流排通訊為基礎的車內網路,也稱為車載網路;以短距離無線通訊為基礎的車載自組織網路;以遠距離通訊為基礎的車載移動網際網路絡。因此,智慧網聯汽車是融合車載網、車載自組織網和車載移動網際網路的一體化網路系統。
智慧網聯汽車網路體系構成
車載網路是基於CAN、LIN、FlexRay、MOST、乙太網等匯流排技術建立的標準化整車網路,實現車內各電器、電子單元間的狀態資訊和控制訊號在車內網上的傳輸,使車輛具有狀態感知、故障診斷和智慧控制等功能。車載自組織網路是基於短距離無線通訊技術自主構建的V2V、V2I、V2P之間的無線通訊網路,實現V2V、V2I、V2P之間的資訊傳輸,使車輛具有行駛環境感知、危險辨識、智慧控制等功能,並能夠實現V2V、V2I之間的協同控制。車載移動網際網路絡是基於遠距離通訊技術構建的車輛與網際網路之間連線的網路,實現車輛資訊與各種服務資訊在車載移動網際網路上的傳輸,使智慧網聯汽車使用者能夠開展商務辦公、資訊娛樂服務等。
車載網路
車載網路劃分為5種類型,分別為A類低速網路、B類中速網路、C類高速網路、D類多媒體網路和E類安全應用網路。
A類低速網路
傳輸速率一般小於10kbit/s,有多種通訊協議,該類網路的主流協議是LIN(局域網際網路絡),主要用於電動門窗、電動座椅、車內照明系統和車外照明系統等。
B類中速網路
傳輸速率在10~125kbit/s之間,對實時性要求不太高,主要面向獨立模組之間資料共享的中速網路。該類網路的主流協議是低速CAN(控制器區域網絡),主要用於故障診斷、空調、儀表顯示等。
C類高速網路
傳輸速率在125~1000kbit/s之間,對實時性要求高,主要面向高速、實時閉環控制的多路傳輸網。該類網路的主流協議是高速CAN、FlexRay等協議,主要用於牽引力控制、發動機控制、ABS、ASR、ESP、懸架控制等。
D類多媒體網路
傳輸速率在250kbit/s~100Mbit/s之間,該類網路協議主要有MOST、乙太網、藍芽、ZigBee技術等,主要用於要求傳輸效率較高的多媒體系統、導航系統等。
E類安全網路
傳輸速率為10Mbit/s,主要面向汽車安全系統的網路。
汽車車載網路結構示意
隨著汽車智慧化和網聯化的發展,對網路寬頻和傳輸速率的要求越來越高,車載網路型別會不斷增加。智慧網聯汽車各種網路之間是一種相輔相成的配合關係,整車廠可以從實時性、可靠性、經濟性等多方面出發,選擇合適的網路配合使用,充分發揮各類網路技術的優勢。
車載自組織網路
車載自組織網路(Vehicular Ad hoc Networks,VANET)是一種自組織、結構開放的車輛間通訊網路,能夠提供車輛之間以及車輛與路側基礎設施之間的通訊,透過結合全球定位系統及無線通訊技術,如無線區域網、蜂窩網路等,可為處於高速移動狀態的車輛提供高速率的資料接入服務,並支援車輛之間的資訊互動,已成為保障車輛行駛安全,提供高速資料通訊、智慧交通管理及車載娛樂的有效技術。車載自組織網路是智慧交通系統未來發展的通訊基礎,也是智慧網聯汽車安全行駛的保障。
車載自組織網路
車載自組織網路結構主要分為3種:V2V通訊是透過GPS定位輔助建立無線多跳連線,從而能夠進行暫時的資料通訊,提供行車資訊、行車安全等服務;V2I通訊能夠透過接入網際網路獲得更豐富的資訊與服務;V2P通訊的研究剛剛起步,目前主要是透過智慧手機中的特種晶片提供行人和交通狀況,以後會有更多通訊方式。根據節點間通訊是否需要藉助路側單元,可以將車載自組織網路的結構分為車間自組織型、無線區域網/蜂窩網路型和混合型。
車間自組織型
車輛之間形成自組織網路,不需要藉助路側單元,這種通訊模式也稱為V2V通訊模式,也是傳統移動自組織網路的通訊模式。
無線區域網/蜂窩網路型
在這種通訊模式下,車輛節點間不能直接通訊,必須透過接入路側單元互相通訊,這種通訊模式也稱為V2I通訊模式,相比車間自組織型,路側單元建設成本較高。
混合型
混合型是前兩種通訊模式的混合模式,車輛可以根據實際情況選擇不同的通訊方式。
車載移動網際網路
車載移動網際網路是以車為移動終端,透過遠距離無線通訊技術構建的車與網際網路之間的網路,實現車輛與服務資訊在車載移動網際網路上的傳輸。車載移動網際網路是先透過短距離通訊技術在車內建立無線個域網或無線區域網,再透過4G/5G技術與網際網路連線。
車載移動網際網路
移動網際網路接入方式主要有衛星通訊網路、無線都會網路(WiMAX)、無線區域網(WLAN)、無線個域網(WPAN)和蜂窩網路(4G/5G網路)等。
衛星通訊網路
優點是通訊區域大、距離遠、頻段寬、容量大;可靠性高、質量好、噪聲小、可移動性強、不容易受自然災害影響。缺點是存在傳輸時延大、回聲大、費用高等問題。
無線都會網路
以微波等無線傳輸為介質,提供同城資料高速傳輸、多媒體通訊業務和網際網路接入服務等,具有傳輸距離遠、覆蓋面積大、接入速度快、高效、靈活、經濟、較為完備的QoS機制等優點。缺點是暫不支援使用者在移動過程中實現無縫切換,效能與4G的主流標準存在差距。
無線區域網
是指以無線或無線與有線相結合的方式構成的區域網,如Wi-Fi。無線區域網具有佈網便捷、可操作性強、網路易於擴充套件等優點。缺點是效能、速率和安全性存在不足。
無線個域網
是採用紅外、藍芽等技術構成的覆蓋範圍更小的區域網。目前,無線個域網採用的技術有藍芽、ZigBee、UWB、60GHz、IrDA、RFID、NFC等,具有低功耗、低成本、體積小等優點。缺點主要是覆蓋範圍小。
蜂窩網路
蜂窩移動通訊系統由移動站、基站子系統、網路子系統組成,採用蜂窩網路(4G/5G)作為無線組網方式,透過無線通道將移動終端和網路裝置進行連線。其中宏蜂窩、微蜂窩是蜂窩移動通訊系統應用較多的蜂窩技術。蜂窩行動通訊的主要缺點是高成本、頻寬低。