第三章-車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)...ppt

1、第3章車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)，第1節(jié)修正機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第2節(jié)車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，學(xué)習(xí)要求熟悉修正機網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成，了解修正機網(wǎng)絡(luò)的分類。 熟悉計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)中常用的傳輸媒體。 了解車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，掌握車載網(wǎng)絡(luò)的組成，熟悉車載網(wǎng)絡(luò)的分類。 第一節(jié)修正機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、修正機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是通信技術(shù)和修正機技術(shù)的組合。 校正器網(wǎng)絡(luò)是將根據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分布在空間內(nèi)的獨立校正器相互連接的集合。 這個空間可以大也可以小。 從地球表面到周圍的人造衛(wèi)星，例如全球互聯(lián)網(wǎng)的小計算機網(wǎng)絡(luò)空間，可以容納在車載網(wǎng)絡(luò)等汽車中。 我們平時接觸的辦公網(wǎng)絡(luò)、校園網(wǎng)都屬于計算機網(wǎng)絡(luò)。 所述計算機網(wǎng)絡(luò)連接介質(zhì)可以是電纜、雙絞線、光纖、微波、載波

2、或通信衛(wèi)星。 計算機網(wǎng)絡(luò)具有共享硬件、軟件和數(shù)據(jù)資源的功能。 同時，校正功能網(wǎng)絡(luò)配置1和校正功能網(wǎng)絡(luò)配置校正功能網(wǎng)絡(luò)由網(wǎng)絡(luò)硬件和網(wǎng)絡(luò)軟件配置而成。 網(wǎng)絡(luò)硬件由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和連接節(jié)點的傳輸介質(zhì)構(gòu)成。 網(wǎng)絡(luò)軟件由節(jié)點軟件和網(wǎng)絡(luò)軟件組成。 。 (1)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點網(wǎng)絡(luò)節(jié)點簡稱節(jié)點，也是網(wǎng)絡(luò)中的單元。 計算機網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點都具有計算機最基本的功能。 節(jié)點可以被分為終端節(jié)點、服務(wù)節(jié)點和混合節(jié)點。 像終端節(jié)點一樣是網(wǎng)絡(luò)終端的糾正算法功能，其功能主要是數(shù)據(jù)的生成、發(fā)送接收。 服務(wù)節(jié)點是支持和控制網(wǎng)絡(luò)行為的各種數(shù)據(jù)處理和通信設(shè)備，包括服務(wù)、交換機、路由選擇器和集線器。 (2)網(wǎng)絡(luò)傳輸媒體網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)傳輸需要“傳輸媒體

3、”或者“傳輸媒體”的傳輸，常用的網(wǎng)絡(luò)傳輸媒體可以分為兩種：一種是有線的，一種是無線的。 有線傳輸介質(zhì)主要有同軸電纜、雙線、光纖無線傳輸介質(zhì)主要有電波和紅外線。 (3)節(jié)點軟件不同的節(jié)點需要安裝不同的節(jié)點軟件支持并運行。 例如，個人計算機需要適當(dāng)?shù)牟僮飨到y(tǒng)來運行各種應(yīng)用程序。 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)或車載網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點必須安裝并運行為此目的開發(fā)的軟件。 (4)協(xié)議軟件不同的網(wǎng)絡(luò)需要不同的協(xié)議軟件的支持。 協(xié)議軟件是指支持網(wǎng)絡(luò)“交通規(guī)則”的軟件。 只有在網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點軟件和協(xié)議軟件之間存在“兼容性”或“通用”，才能夠生成、發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 例如在車載網(wǎng)絡(luò)中，為了將發(fā)電機電子控制單元收集到的發(fā)電機轉(zhuǎn)速信號發(fā)送給自動變速

4、器電子控制單元，將發(fā)電機轉(zhuǎn)速信號數(shù)字化，用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議格式化后向網(wǎng)絡(luò)申請發(fā)送，在規(guī)定的發(fā)送定時發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)， 通過服務(wù)節(jié)點發(fā)送到自動變速器電子控制單元并完成自動變速器電子控制單元接收的此過程取決于協(xié)議軟件的運行。 二、計算機網(wǎng)絡(luò)的分類計算機網(wǎng)絡(luò)可以以不同的角度分類，例如可以按照網(wǎng)絡(luò)期望的地理范圍進行分類，可以按照網(wǎng)絡(luò)的拓撲進行分類1 .按照網(wǎng)絡(luò)復(fù)蓋的地理范圍進行分類的網(wǎng)絡(luò)一般可以分為三種類型。 LAN(locateareanetwork，LAN ) :互聯(lián)網(wǎng)的地理展望范圍從數(shù)米到數(shù)公里左右，展望范圍一般為部門、建筑物、校園、公司、車內(nèi)。 局域網(wǎng)方便靈活，傳輸速度快。 廣域網(wǎng)(wan ) :也稱為遠程

5、網(wǎng)絡(luò)，在幾十到幾千米的范圍內(nèi)工作。可以復(fù)蓋一個國家和地區(qū)，也可以跨越幾個大陸形成國際遠程網(wǎng)絡(luò)。 用于在廣域網(wǎng)內(nèi)通信的傳輸裝置和媒體一般在電信部門中提供，且網(wǎng)絡(luò)由多個部門或多個國家協(xié)作構(gòu)建，因此網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大，可實現(xiàn)更大范圍的資源共享。 互聯(lián)網(wǎng)是典型的廣域網(wǎng)。 城域網(wǎng)(Metropolitan Area Network，MAN ) :網(wǎng)絡(luò)的作用范圍在局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間，約數(shù)十公里。 城域網(wǎng)的建設(shè)修訂目標往往滿足一個城市范圍內(nèi)許多企業(yè)、公司、機構(gòu)、學(xué)校、住宅區(qū)等多個局域網(wǎng)互聯(lián)的需要。 2 .根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)對拓撲結(jié)構(gòu)進行分類是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的物理分布和相互連接關(guān)系上的幾何結(jié)構(gòu)類型。 根據(jù)計算機網(wǎng)絡(luò)的拓撲

6、結(jié)構(gòu)，可以將網(wǎng)絡(luò)分為總線型網(wǎng)絡(luò)、星型網(wǎng)絡(luò)、環(huán)型網(wǎng)絡(luò)、樹型網(wǎng)絡(luò)。 如圖3-1所示。 圖3-1修正計算機網(wǎng)絡(luò)的各種拓撲結(jié)構(gòu)圖，(1)總線型如圖3-1(a )所示。 在總線配置中，每個節(jié)點通過一個或多個通信線路連接到公共總線。 總線類型結(jié)構(gòu)簡單，便于擴展。 網(wǎng)絡(luò)中任何節(jié)點的故障都不會引起整個網(wǎng)絡(luò)的故障，可靠性很高。 (2)星形如圖3-1(b )所示。 星型的中心節(jié)點是主節(jié)點，具有接收各分散節(jié)點的信息并轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)節(jié)點的中繼交換和數(shù)據(jù)處理功能。 星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建容易，但不可靠，中心節(jié)點是網(wǎng)絡(luò)瓶頸，一旦發(fā)生故障，所有網(wǎng)絡(luò)都會癱瘓。 (3)環(huán)型如圖3-1(c )所示。 如果網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點修正計算機與

7、環(huán)型相連，則成為環(huán)型網(wǎng)絡(luò)。 在環(huán)路上，可以將信息從一個節(jié)點單向地轉(zhuǎn)發(fā)到另一個節(jié)點，轉(zhuǎn)發(fā)路徑固定，且路由選擇并不存在問題。 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)簡單，適應(yīng)傳輸信息量少的情況。 由于信息從源節(jié)點到目標節(jié)點通過循環(huán)中的每個節(jié)點，所以任何節(jié)點故障都會導(dǎo)致循環(huán)失敗，從而降低可靠性。 (4)樹型如圖3-1(d )所示。 樹型網(wǎng)絡(luò)是分層結(jié)構(gòu)，適用于分層管理和控制系統(tǒng)。 與星型結(jié)構(gòu)相比，樹型網(wǎng)絡(luò)的通信線路長度短，成本低，容易普及，結(jié)構(gòu)比星型復(fù)雜。 在網(wǎng)絡(luò)中，除了葉節(jié)點的極端邊界線以外，任何節(jié)點或連接的故障都會影響該分支路徑網(wǎng)絡(luò)的正常工作。 (5)網(wǎng)狀型如圖3-1(e )所示。 也稱為不規(guī)則型，在網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點的連接上

8、沒有一定的規(guī)則，一般節(jié)點在地理上分散，如果通信線路是設(shè)定糾正上的主要考慮因素，則采用不規(guī)則的網(wǎng)絡(luò)。 現(xiàn)在，實際存在的廣域網(wǎng)大多采用這樣的結(jié)構(gòu)。 從以上網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)可以看出，總線型網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、易于擴展、可靠性高等多個優(yōu)點在汽車行業(yè)中，一般將簡單的總線型網(wǎng)絡(luò)稱為“總線”，將多個不同的“總線”網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)稱為“網(wǎng)絡(luò)”。 三、計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)1 .網(wǎng)絡(luò)協(xié)議需要在計算機網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間不斷交換數(shù)據(jù)信息和控制信息，為了準確交換數(shù)據(jù)，每個節(jié)點必須遵守事先約定的規(guī)則為了這些網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換而制定的規(guī)則、規(guī)則、標準被稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要由以下3個要素構(gòu)成。 語法：用于確定協(xié)議元素的格

9、式，即數(shù)據(jù)和控制信息的結(jié)構(gòu)和格式。 含義：用于確定協(xié)議元素的類型。 也就是說，規(guī)定了通信雙方需要發(fā)送什么樣的控制信息、需要完成什么樣的動作、需要什么樣的響應(yīng)。 定義：用于確定通信速度的匹配和定時，即事件實現(xiàn)順序的詳細說明。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在語法意義上定義了數(shù)據(jù)信息交換的規(guī)則和過程，定義了通信雙方通信速率的匹配時間序列。 也就是說，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是通信雙方都保護的通信語義語法時間序列的集合。 2 .當(dāng)人們在現(xiàn)實生活中處理幾個復(fù)雜問題時，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)通常采用分層解決方案。 例如，文字通信是用于在社會成員之間傳遞信息的服務(wù)。 社會是大的網(wǎng)絡(luò)，各個社會成員是網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點，能夠經(jīng)由郵局與他人進行通信。 例如，如圖3-2所

10、示，甲方向乙方發(fā)送秘密信，甲方用母語先寫信的內(nèi)容(語言1 )密碼，傳遞者將密碼翻譯成密碼(語言2 )信封放入并密封，在信封上寫上收信人的地址，傳遞給當(dāng)?shù)氐泥]局1，郵局1以最近的郵政路徑進行郵政乙方收到密碼信(語言2 )后，開封，請密碼者翻譯成母語(語言1 )，讀取后知道來自甲方的信息。 在上述信息的傳遞過程中，經(jīng)分層分析，第1層是郵政層，郵政層必須構(gòu)建郵局網(wǎng)絡(luò)，以便郵件正確地到達收信人，包括家庭和社會單位的地址。 郵局選擇最合適的郵路，或者如果最合適的郵路被阻礙，則選擇下一個最合適的郵路，最終將郵件發(fā)送到目標郵局。 郵局不管信的內(nèi)容如何，只負責(zé)快速準確的郵寄信件。 第二層是封口層，郵局為了將郵

11、件正確地送達收信人，發(fā)信人必須用規(guī)定的信封封口，并用規(guī)定的格式寫下收信人的地址。 第三層是編譯層，編譯層的人寫的密碼和母語相同。 第四層是交際層，交際層的人是真正需要表達和接受信息的人。 圖3-2郵政服務(wù)的分層模型圖把這種分層結(jié)構(gòu)模型和校正器網(wǎng)絡(luò)的集合稱為校正器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。 不同系統(tǒng)中相同級別的實體稱為對等實體，對等實體之間的通信必須遵循相同級別的協(xié)議。 計算機網(wǎng)絡(luò)有不同的層次結(jié)構(gòu)模型，國際標準化機構(gòu)(ISO )定義網(wǎng)絡(luò)通信的參照模型，被稱為開放系統(tǒng)互連參照模型(OSI )，簡稱為OSI模型。 如圖3-3所示，OSI的體系結(jié)構(gòu)定義了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、輸送層、會話層、呈現(xiàn)層、應(yīng)用層這7層

12、模型。 將圖3-3 OSI的架構(gòu)模型，接著將OSI模型作為網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)發(fā)送電子郵件，從最上層開始對各層的功能進行以下說明。 第7層：應(yīng)用層包括電子郵件、文件傳輸、文件管理、遠程訪問文件、打印機、終端仿真等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。 電子郵件的輸入通常使用母語。 第6層：演示層演示層的主要功能是將消息轉(zhuǎn)換為各種用戶計算機和運行中的應(yīng)用程序能夠相互理解的約定格式，即在網(wǎng)絡(luò)上進行通信的翻譯。 對于電子郵件，演示層協(xié)議的功能是將電子郵件的母語代碼轉(zhuǎn)換為約定格式的數(shù)字格式。 此外，第5層：會話層會話層是不參與具體傳遞的，而是在不同計算機上的進程之間建立通信會話，其中功能包括通信實體之間的對話的建立、維護、同步、管理、接入認

13、證等。 發(fā)送電子郵件輸入目標郵箱地址，然后與目標郵箱站點聯(lián)系。 第4層：傳輸層的數(shù)據(jù)傳輸單位是消息。 傳輸層根據(jù)網(wǎng)絡(luò)一次可處理的最大包對數(shù)數(shù)據(jù)進行分割，形成包報紙報道。 傳輸層協(xié)議同時控制消息業(yè)務(wù)或根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)的速度來限定適當(dāng)?shù)陌l(fā)射速率。 分割文件大小較大的電子郵件的二進制數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)包消息。 第3層：網(wǎng)絡(luò)層管理網(wǎng)絡(luò)連接和斷開。 路由選擇可將電子郵件從最佳路由發(fā)送方轉(zhuǎn)發(fā)到接收方，同時防止消息流量過大而阻塞網(wǎng)絡(luò)。第2層：數(shù)據(jù)鏈路層中數(shù)據(jù)鏈路層的傳輸單位是數(shù)據(jù)幀，并且每幀發(fā)送消息，因為每幀的數(shù)據(jù)由一個或多個字節(jié)(包括每字節(jié)8位的二進制數(shù)據(jù))構(gòu)成。 數(shù)據(jù)鏈路層向傳送的幀添加同步信息、驗證信息、

14、地址信息等，并將其封裝在數(shù)據(jù)幀中。 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議同時控制的數(shù)據(jù)幀的傳輸順序、錯誤檢測和控制、數(shù)據(jù)流控制等。 此外，第1層：物理層在確定傳輸電子郵件(其它數(shù)據(jù)也相同)的二進制脈沖信號的傳輸方式、脈沖信號的電壓殘奧儀表所采用的物理連接(接口)結(jié)構(gòu)的物理層中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝粸槲弧?OSI模型是網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建時參照的參照模型，還有其他模型。 我們在互聯(lián)網(wǎng)(互聯(lián)網(wǎng))上發(fā)送電子郵件是傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，簡稱TCP/IP模型。 OSI模型與TCP/IP模型有很多共同點。 在車載網(wǎng)絡(luò)中，傳輸?shù)男畔⒍酁閭鞲衅鳌鲃友b置和開關(guān)信息，在數(shù)據(jù)短的同時，由于網(wǎng)絡(luò)大多采用總線型，車載網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)比較簡單，主要包括兩個

15、大部分，一個是通信部分，二個是網(wǎng)絡(luò)該體系結(jié)構(gòu)簡單、分層較少，數(shù)據(jù)傳輸速度快，適用于引擎和機箱等系統(tǒng)的實時過程控制。 四、計算機網(wǎng)絡(luò)中常用的傳輸介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)傳輸需要“傳輸介質(zhì)”，即傳輸介質(zhì)。 一般的網(wǎng)絡(luò)傳輸媒體分為有線兩類，一類是無線。 有線傳輸介質(zhì)主要有同軸電纜、雙線、光纖無線傳輸介質(zhì)主要有電波和紅外線。 1 .同軸電纜同軸電纜是過去在局域網(wǎng)上最常用的電纜，其典型特征是傳輸距離長，抗噪性強。 同軸電纜主要用于總線型網(wǎng)絡(luò)。 閉路電視的傳輸電纜是同軸電纜。 同軸電纜如圖3-5所示，同軸電纜的中心是銅線。 由于同軸電纜通常用于傳輸高頻電信號，因此在銅線和屏蔽銅線之間需要一定的間隔，其中填充的絕緣

16、層對高頻電磁場的損失要求低。 屏蔽銅絲網(wǎng)起到屏蔽的作用，減少電磁波的泄漏。 最外層是保護絕緣層。圖3-5同軸電纜、2、雙橡膠線雙橡膠線如圖所示，由相互絞合的線對組成。 為了在制作網(wǎng)絡(luò)電纜時容易理解，每條線都有不同的顏色。 雙橡膠線是當(dāng)前建立局域網(wǎng)時最常用的電纜。 圖3-6(a )所示的網(wǎng)絡(luò)電纜是由4對雙層橡膠線構(gòu)成的圖3-6(b )是通常的雙絞線電纜。 圖3-6(c )是帶屏蔽銅線網(wǎng)的雙絞線。 車載網(wǎng)絡(luò)總線經(jīng)常使用普通的雙層橡膠線和帶屏蔽銅線網(wǎng)的雙絞線。 圖3-6雙絞電纜(a)4對雙絞電纜(b )普通雙絞電纜(c )帶屏蔽銅線網(wǎng)的雙絞電纜，3，光纖是光纖的簡稱，光纖是細而柔軟，能夠傳輸信號的傳

17、輸介質(zhì)，對其他傳輸介質(zhì)光纖的結(jié)構(gòu)如圖3-7所示，光纖的光纖芯是細的單一圓形光學(xué)材料，光學(xué)材料分為光學(xué)玻璃和光學(xué)塑料等，車載網(wǎng)絡(luò)的光纖芯是塑料光纖芯(POF )。 芯外為反射涂層，光在芯與反射涂層的接觸界面發(fā)生全反射。 反射涂層以外是黑色包層，起到保護反射涂層和光隔離的作用。 黑色包層外是彩色包層，起到保護和標記的作用。 圖3-7的光纖結(jié)構(gòu)，圖3-8是光纖傳導(dǎo)信號的示意圖，是使用光纖傳輸信號的車載總線，其電子控制單元具有光纖接口、即光電轉(zhuǎn)換發(fā)送機和光電轉(zhuǎn)換接收機。 發(fā)送數(shù)據(jù)的電子控制單元生成數(shù)據(jù)信號，從收發(fā)器通過內(nèi)部電路發(fā)送到電光轉(zhuǎn)換發(fā)送器。光電轉(zhuǎn)換器將二值脈沖電信號轉(zhuǎn)換成二值脈沖光信號。 光信號的光線以適當(dāng)?shù)慕嵌热肷涞焦饫w，在光纖內(nèi)形成全反射，向前方傳導(dǎo)。 接收電子控制單元的光電轉(zhuǎn)換接收器將二進制脈沖光信號轉(zhuǎn)換為二進制脈沖電信號，傳遞到從內(nèi)部電路接收電子控制單元的收發(fā)器，在接收電子控制單元時接收傳遞的數(shù)據(jù)信號。 雙絞線同軸電纜光纖的主要特性如表3-1所示。 圖3-8的光纖傳導(dǎo)信號的示意圖、表3-1的雙絞線、同軸電纜和光纖的主要特性、4、無線傳輸介質(zhì)除了上述3種傳輸介質(zhì)之外，還能夠進行