一种基于CAN/GPRS无线网关的车载网络设计方案_无线网关的功能

　　摘要：随着网络通信技术的发展，在汽车内部组建汽车网络和使用无线网络对汽车进行监控受到越来越多的重视。CAN网络和GPRS网络能很好地满足这两方面的需求，我们将两个网络结合起来进行车载数据的传输。通过对通信系统进行了总体设计与分析，给出了一种基于CAN/GPRS无线网关的车载网络设计方案。
　　关键词：车载网络；CAN；GPRS；无线网关；服务器
　　中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)21-5067-03
　　One Kind Based on the CAN / GPRS Network Design Scheme
　　LU Jun, GUO Xu-zhan
　　(Xinyang Normal University, Xinyang 464000, China)
　　Abstract: With the development of network communication technology, the automobile internal formation of automobile network and wireless network in automobile control is paid more and more attention. CAN network and GPRS network can well meet the two aspects of the demand. we will be the two network to combine the data transmission. Based on the communication system for the design and analy sis, presents a method based on CAN / GPRS wireless gateway network design.
　　Key words: CAN, GPRS; automobile network; wireless gateway; server
　　随着汽车电子技术的不断发展，为了解决汽车电子技术的发展应用与汽车线束根数和线径急剧增加的矛盾，采用串行总线实现多路传输，组成汽车电子网络，是一种既可靠又经济的做法。
　　采用总线型与星型相结合的网络拓扑结构，通过CAN[1]总线进行通信并且将汽车大部分控制单元挂接到CAN网络上，对汽车进行控制以及实现汽车内部数据信息的共享。同时采用集成GPRS通信模块作为一个无线接口从而实现汽车数据不仅可以在内部CAN网上传输，而且可通过CAN/GPRS无线网关进行收发那些需要与外界交互的数据[2]。
　　 1汽车内部网的设计与分析
　　汽车内部网的系统总体设计如图1所示：在公网上建立远程的监控服务器，可以根据服务器的IP地址将数据发送到服务器上。那些经过CAN/GPRS无线网关发送出来的数据，经过基站收发信机传入基站控制器，然后进入GPRS服务支持节点SGSN，通过GPRS骨干网与GPRS网关支持节点GGSN，流入Internet。服务器端采用分布式架构，将数据处理分为逻辑层和数据层，提高系统的运行效率、增加安全性。逻辑层在监控服务器上，主要实现对数据进行收发、处理和分析；数据层用于响应逻辑层的请求，在数据库服务器上，用来存储数据并维护数据的完整性和安全性[3]。
　　 2汽车内部网的通讯模块设计
　　2.1汽车内部网的设计与分析
　　汽车内部网的组建包括硬件和软件两个方面。每个挂接在CAN网络上的电子控制单元至少包括三部分，即：CAN收发器、CAN控制器和主控制器，CAN控制器和CAN收发器主要是收发CAN总线上的数据，而主控制器不仅需要对CAN总线上的数据进行收发处理，而且还需要对与其相关的传感器和执行器进行操作，所以汽车内部网的硬件方面由包括上述三部分的多个CAN节点组成[4]。对CAN控制器进行操作，需要编写CAN的底层硬件驱动，构建应用层协议，其ISO/OSI参考模型的三层结构[5]如图2所示。
　　汽车内部网的软件件方面主要是编写CAN底层硬件驱动和构建应用层协议，协议应具有网络管理、发送大于8字节的数据块、定义帧报文的内容及含义等功能。
　　2.2远程监控服务器端的设计
　　远程监控服务器端主要用于接收无线车载数据，对数据进行分析、处理、保存后，向汽车发送相应的警告控制命令。如果将所有的操作都放到一台服务器上，服务器的执行效率将非常低，所以我们采用分布式的架构，在监控服务器端使用至少两台服务器。应用程序服务器专门负责车载数据的通信和分析，另一台数据库服务器专门负责数据的处理和保存，以维护数据的安全性和完整性。
　　2.3 GPRS无线通信的设计
　　由于汽车具有可移动性的特点，所以需要选择一种覆盖范围广、传输速度较快、成本较低的通信网络来承载数据的传输，GPRS无线网络能较好满足上述的要求。我们可在汽车CAN网中加入CAN/GPRS无线网关，通过网关可无线采集到汽车运行时的参数，从而实现对汽车的实时监控。网关我们采用能运行操作系统的ARM9芯片作为网关的主控器。PPP协议是直接连接在串行链路上创建和运行IP网际协议或者其它协议的一个方案[6]。通过PPP点对点协议实现GPRS无线接入互联网。
　　在CAN/GPRS网关上实现GPRS拨号上网的步骤如下：
　　1)在Linux内核配置时，添加对PPP的支持。
　　2)通过串口进行拨号操作需要加载SC16C550芯片的Linux驱动程序。
　　3)移植PPP的应用程序工具包到Arm-Linux操作系统下。
　　4)将pppd和chat程序都加入到ARM-Linux根文件系统的/dev下，把options、gprs-connect、gprs-disconnect三个加入到脚本根文件系统的/etc/ppp目录下，再在启动脚本init.sh中加入system(“/dev/pppd &”)语句。系统启动后，自动进行GPRS连接，并把建立起来的连接作为默认路由接入互联网。
　　车载数据的无线传输测试，网关收发数据时串口输出的信息如图3。
　　 3结束语
　　通过对汽车CAN网络平台进行测试，分析和理解整个汽车内部网和应用层协议运作的整个过程，组建汽车实验网络，并将CAN/GPRS网关挂载到实验网络上，进行车载数据的无线传输测试。如图3所示测试结果，网关收发数据时串口输出的信息表明整个无线车载数据传输系统能够稳定高效地运行。
　　参考文献:
　　[1]饶运涛,邹继军,郑勇芸.现场总线CAN原理与应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2002.
　　[2]杜尚丰,曹晓钟,徐津. CAN总线测控技术及其应用[M].北京:电子工业出版社, 2007.
　　[3]史久根，张培仁，陈真勇. CAN现场总线系统设计技术[M].北京:国防工业出版社, 2004.
　　[4]文志成.通用分组无线业务――GPRS[M].北京:电子工业出版社, 2004.
　　[5]夏继强,邢春香.现场总线工业控制网络技术[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2005.
　　[6] Stallings W.Operating Systems―Internals and Design Principles [M]. 4th ed.北京:电子工业出版社, 2001.