车辆网络通信平台的Internet接入研究_杨裕亮解析

1、技术创新微计算机信息（嵌入式与SOC 2009年第25卷第8-2期元年邮局订阅号现场总线技术应用200例汽车电子车辆网络通信平台的In ternet接入研究Internet Access of Vehicular Communi catio n Embedded Platform（北京科技大学杨裕亮苏玉超安建伟周贤伟YANG Yu-lia ng SU Yu-chao AN Jia n-wei ZHOU Xia n-wei摘要：本文介绍了 一种车辆通信系统嵌入式终端通过GPRS无线网 络接入方式,车辆移动自组织网络与In ternet互联的网络结构,车辆移动自组织网络与In ternet网络相互

2、通信的基本原理, 以及以PPP协议为基础接入In ternet互联网的方法，并针对车辆通信嵌 入式系统平台的特点给出了车辆通信系统通过GPRS模块无线接入 In ternet的一些系统关键技术和方法。关键词：车辆通信；GPRS; PPP;In ternet; Li nux中图分类号：TP368文献标识码:AAbstract:This paper prese nts a kind of n etwork structure that en ables the conn ecti on betwee n vehicle ad hoc n etwork and Intern et, which ba

3、sed on GPRS wireless access of an embedded term inal used in vehicle com muni cati on, and the basic prin ciple of mutual com muni cati on betwee n the vehicle ad hoc n etwork and Intern et, and also in troduced the method of wireless access use PPP protocol to access to in ternet. This paper also g

4、ive out some keys of the tech no logy and method in how a vehicular com muni cati on system can get the access to the internet using a GPRS module, considering the characteristic of the vehicular com muni cati on embedded platform. Key words:Vehicular com muni cati ons; GPRS; PPP; I nternet; Li nux文

5、章编号：1008-0570(200908-2-0208-031引言基于ad hoc的车辆移动自组织网络通信系统，其车辆移动自组织网络是以各 个车辆为节点的移动自组织网络。In ternet网络是目前世界上除电话网之外应用最 为广泛的互联网络。通过车辆移动自组织网络内部部分节点的In ternet接入，使 整个车辆移动自组织网络与In ternet网络相连通,改变了车辆移动 自组织网络的自 封闭性，扩大了车辆通信网络的应用范畴。将GPRS (通用分组无线业务,General Packet Radio Services术应用于车辆移动自组织网络通信系统中,使车辆移动通信 终端通过GPRS数据服务与

6、In ternet网 络相连接，该车辆终端可 以与处在In ternet网络中的任何节点相互进行通信。其 他一些不带有GPRS模块的车辆终端，可以先通过车辆移动自组织网 络连接到该 带有GPRS模块的车辆终端,则也能够实现与In ter -n et网络相连接。2网络结构及协议2.1车辆移动自组织网络与In ternet互联车辆移动自组织网络是一个节点移动性网络 。针对车辆移 动自组织网络移动 性的特点,考虑车辆移动自组织网络In ternet接入要求,采用GPRS技术方式无线 接入 Intern et。GPRS是在现有GSM网络基础上发展起来的分组交换系统。如图1所示GPRS网络主要由在 GS

7、M基站中新增加的 GPRS业务节点组成,并通过GPRS网关节点实现与INTERNET的互联。车辆通信系统嵌入式终端先通过 GPRS模块与 当地的GSM基站中的GPRS业务节点进行无线通信,然后通过GPRS网关与In ternet 进行数据交互。车辆移动自组织网络与In ternet网络相互通信的基本原理如下：车辆移动自组织网络中,带有GPRS模块的车辆终端节点 通过GPRS功能模 块无线连接到GPRS无线网络，然后通过GPRS数据服务经由GPRS网关节点与 In ternet网络相连接，该车辆终端节点就可以与处在In ternet网络中的任何节点相互 进行通信。在一个车辆移动自组织网络内，并非

8、所有的车辆终端都带 有GPRS模块，也就 是说那些没有GPRS模块的车辆节点无法依靠其本身接入In ternet。但是，车辆移动自组织网络的特点之一就是网络内部各个节点都可以相互通信，处于网络内部的任何两个车辆终端节点都能够通过一跳或者多跳的方式找到对 方并进行数据通信。因此，那些车辆移动自组织网络内部其他不带有GPRS模块的车辆终端节点虽然不能直接无线接入In ternet,但可以先通过车辆移动自组织网 络内部通信，接入带有GPRS模块的车辆终端节 点，然后通过该节点的转接接入 In ternet。这样，该车辆移动自组 织网络内的所有节点均可实现与In ternet网络相 连接并与处在In

9、ternet网络中的任何节点相互进行通信。图1网络结构示意图杨裕亮：副教授博士基金项目:基金申请人杨裕亮、苏玉超、安建伟、周贤伟等；项 目名称：基于Ad Hoc车辆移动通信系统关键技术研究；基金颁发部门：国家863计 划（2007AA01Z234邮局订阅号：82-946360年技术创新汽车电子PLC技术应用200例2.2系统网络分层结构本系统主要由车辆通信系统终端和 GPRS模块组成，嵌入 式系统通过GPRS 模块完成了远程接入In ternet并与In ternet进行数据交互的功能。在实际通信中， 数据处理是非常复杂的。系统设计是需要向传统网络通信那样进行分层考虑。进入CPRS模块的数据必

10、须包含各层网络协议，系统对数据的加工、协议的加载都 应由数据端完成。如图2所示，借鉴网络通信OSI的标准七层网络模型，针对本系统数据端为嵌 入式系统终端控制的实际情况，系统完成的只需是下四层网络协议：物理层、数据链路层、网络层和传输层。图2网络分层示意图该系统与GPRS网络之间的物理层通道就是 GPRS连接。GPRS模块中已集 成有具体的GPRS协议，通过数据端对GPRS模块正确的AT指令设置后，就可以 使用AT指令控制进行无线连接。当收到GPRS无线网络的反馈应答后,一条物 理通道即GPRS信道就在本系统中的GPRS模块和GPRS网络之间建立 起来。在物理层之上,PPP协议作为GPRS模块在

11、物理层之上的唯一指定的数据链路 协议,通过CRC校验、确认等手段将原始 的GPRS物理层连接改造成无差错的 数据链路。本系统中的网络层采用的是应用最为广泛的网络层协议IP协议。网间协议IP将连入In ternet的具有不同IP的终端都 联系起来。经过IP路由选择,可以实 现本系统与连在In ternet上任一 IP终端进行数据交互。传输层选择TCP作为网 络层之上 的传输层协议，是为了弥补IP连接不可靠的不足，为上层数据传输提供面向连接的、可靠的服务。3系统设计3.1系统结构图3系统硬件结构图本系统基本硬件结构如图3所示。其中，车辆通信系统主硬 件平台采用的是 基于ARM架构的嵌入式硬件系统，

12、处理器采用工业级低功耗微处理器芯片 SAMSUNG S3C2440,主频可以达 到400M以上,能够直接达到处理视频的要求, 完全能够达到对 系统各个功能实现的处理要求。主硬件平台集成有NOR FLASH、NAND FLASH 以及SDRAM内存,带有串口、标准USB接口、存储 设备接口 (SD卡接口、LCD接口、音频输入/输出接口等,通过LCD接口，接 有液晶显示屏。该通信主平台通过标准USB接口，与无线通信模块相连接，可以 与车辆移动自组织网络内部其他节点进行通信。其中，通过标准USB接口连接的无线通信模块，一定范围内的车辆之间可以 组成移动自组织网络并在网络内部完成各种 通信功能。另外使

13、用了一个专门的电 平转换电路,将车辆通信系 统主硬件平台中的TTL串口电平转换为标准的RS232 串口 ,通过转换后的标准RS232串口连接GPRS模块，用于无线接入In -ternet。3.2GPRS通信设置本系统中使用的GPRS模块是一种双频段 GSM/GPRS模块,可以通过SMS、 CSD或是GPRS进行数据收发,以及处理语音通信。当作为外接的通信设备时, 只需外接SIM卡，通过串口与其它智能设备相连就可使设备具有无线通信能力 。GPRS模块与外部处理器的接口是异步串行接口 ，带有流控，可以进行全 双工通 信。数据格式为8bit数据位，1bit停止位,无奇偶校验,波特率范围是 300bp

14、s115200bps SIM卡接口需与SIM卡座的相 关引脚相连,上电后模块自动 对SIM卡操作，不需要干预。GPRS模块的功能相当于一个无线 Modem,系统需 要先通过PPP协议和运营商的In ternet接入服务器连接，然后才能应用TCP/IP等 协议进行通信。对于GPRS模块来说，都是通过AT指令对其进行控制和操作，不 同的GPRS模块有其不同的AT指令集。使用GPRS模块的In ternet连接，首先要对GPRS模块进行如下初始化参数设 置：AT+CGCLASS=B,设置为 “ B模式。GPRS规范中定义了 3种GPRS MS 工作模式（A、B及C,其中GPRS MS工作模式B的 含

15、义为:MS可以监控GPRS 和通话两种业务，但是不能同时使 用GPRS和通话业务。AT+CGDCONT=1,IP,CMNET,定义PDP份组数据协议上下文，其中1为PDP上下文标识，IP表明将要传输的数据包 类型为IP数据包，CMNET为中国移动 的GPRS网关。AT+CSQ,检查信号质量，其返回的参数一个表示信号强度，另外一个表示误码 若返回1031,0则继续往下执行；AT+CGACT=1,1,激活模块，返回OK则成功；执行AT+CGREG?,若返回为0,1,表明成功登录到GPRS网络，则执行AT+IPR=115200;&W,更改模块速率并保存。随后执行ATDT*99*1#拨号指令，其中1与

16、上面的PDP上下文标识对应，正 确执行后模块就在物理上与运营商建立了连接。最后系统自动用PPP协议协商配置参数。协商完成后拨号就成功了，可以开 始传输数据。GPRS模块与车辆通信系统主硬件平台的串口连接包括接地信号GND,输入信号RXD、输出信号TXD以及硬件流控信号RTS、CTS。其中地信号,输入信号RXD、输出信号TXD0是必需的,硬 件流控信号视具体情况可以进行取舍。在实际开发应用 中，由于车辆通信系统主硬件平台与GPRS模块相连接的标准 串口是从板载TTL电平接口中扩展转换出来 的,设计的转换电路仅引出了 3个必须的信号,即输入信号RXD、输出信号TXD 和信号地GND,因此在对串口进

17、行拨号设置的时候，不能将硬件 流控打开，没有硬 件流控可能导致一些数据的丢失。因而采用XON/XOFF来实现软件流控制。209-技术创新微计算机信息（嵌入式与SOC 2009年第25卷第8-2期元年邮局订阅号现场总线技术应用200例汽车电子3.3车辆通信平台的系统及软件设置车辆通信系统主硬件平台使用的操作系统为嵌入式Linux 2.6.13内核版本。在Linux下,通过PPP可将主机与一个PPP服务器连接并进入该服务器所连接的 网络资源，就好像直接连上了该网络一样。因为PPP是端对端系统，也可使用两 台Lin ux服务器通过PPP将两个网络连接在一起。在嵌入式Linux系统下,通过串口与GPR

18、S模块相连接,实现无线拨号上网, 需要对Linux系统内核本身进行设置,以使其实现对PPP的支持。对于Li nu X2.6.13内核,在配置内核时,在Network ng support菜单下,进行相应的配置添 加对串口终端PPP的支持。另外,还需要相应的应用程序配合管理,这里使用的是ppp-2.4.4版本的PPP应 用程序工具包。针对硬件平台对该应用程序包进行交叉编译之后，得到pppd和 chat两个应用程序。Linux系统内核及应用管理程序对 PPP的支持配置完之 后,我们需要建立3个 PPP脚本文件，来专门负责链接。options脚本文件是pppd服务的配置文件，主要 内容包括制定串口控

19、制台设备、设置波特率、开启硬件流控、是否需要身份验 证、指定缺省网关、指定ppp连接和断开脚本等。默认情况下,启动pppd,它会根据/etc/ppp/options来配置PPP的拨号。GPRS的链接脚本 为gprs-connect，此脚本利 用chat命令,通过串口与GPRS模块进行交互,完成拨号、配置等工作。通过 GPRS与In ternet的连接 需要断开时，所需的断开脚本为gprs-disco nn ect,其主要完 成断开ppp连接的功能。脚本文件设置完成之后,使用pppd命令,就可以实现GPRS拨号连接。系统 启动后,使用pppd命令,就可以实现GPRS连接功能。如果系统设置有默认路

20、由 (defaultroute,则pppd会把建立起来的链接作为默认路由,即可通过GPRS无线接 入 Intern et。也可以在嵌入式Linux系统启动初始化配置文件中写入了 前述命令,使车辆通 信系统能够开机自动实现GPRS无线连接In ternet。4结论本系统的硬件平台是采用以 SAMSUNG S3C2440为处理器芯片的ARM体系 结构车辆移动自组织网络硬件平台,使用了 ARM Linux 2.6.13内核系统，已完全支 持TCP/IP、PPP协议,并结合GPRS通信模块,在ARM Linux操作系统下实现了 GPRS功能所需的通信协议及无线In ternet接入功能。利用GPRS模

21、块，较好地满 足了车辆移动自组织网络设备以无线方式接入Inter -net的需求,能够使整个车辆移 动自组织网络接入In ternet，实现双网互联，系统具有稳定可靠、实时传输、消耗 费用低等特点。本文作者创新点：将车辆移动自组织网络与In ternet互联,在ARM架构和 linuX2.6.13内核系统的车辆自组织网络通信系统嵌入式硬件平台上,实现了通过 GPRS的In ternet无线接入。预测经济效益:300万。参考文献1 毛洋林,陈讽,潘志浩用MCS-51单片机实现基于GPRS的INTERNET接 入J,微计算机信息.2004,3-1:92-932 高晗.网络互连技术M.北京：水利水电

22、出版社.2006.013ATcommands for GPRSDB/OL.4ETSIGSM07. 07:Digital cellular telecommu ni catio ns system (phase2+; AT comma nd set for GSM mobile equipme nt (ME.2006.12.02张晓林，崔迎炜等嵌入式系统设计与实践M.北京：北京航空航天出版社.2006.01刘淼嵌入式系统接口设计与Linux驱动程序开发M.北京:北京航空航天 出版社.2006.057/pub/ppp作者简介：杨裕亮(1972-,男，河南 新安

23、人,副教授,博士,研究方向:数字无线通信、无线通信网和现代信号处理；苏 玉超(1982-,男,河北邯郸人，硕士研究生，研究方向：数字无线通 信,嵌入式系统，下一代网Biography :YANG Yu-lia ng（1972-,male, Henan Province, U -ni versity of Science and Tech no logy Beiji ng, associate professor, doctor, Research area :wirelessdigital com muni cati on, wireless com muni catio n n etwork

24、 and moder n sig nal process ing.（100083北京北京科技大学信息工程学院杨裕亮苏玉超安建伟周贤伟通讯地址:（100083北京北京科技大学信息工程学院103信箱苏玉超（收稿日期：2009.07.05（修稿日期:2009.08.05（上接第202页本文创新点：在国际上首次提出基于四相位控制逻辑的 ABS逻辑门限值控制方 法，采用这种逻辑，可以大大缩短ABS实车匹配时间，节约开发成本，提高产品市 场竞争力。参考文献1 杨秀芳.汽车主动安全技术的发展现状及趋势J.重庆工学院 学报（自然科 学,2008,4:1517。2 王欲峰.汽车电子稳定程序的研究与发展J.计算机与网络， 2008,7:20520&3 马涛.基于防撞系统的主动安全技术的研究J.沈阳工程学院学报,2008,4:84864 TESISDYNAware Tech nische Simulation Dy namischer Systeme GmbH. Model Overview and Assumptio ns. Germa ny ,20045