漫谈 | 一文了解智能网联汽车网络系统

1、智能网联汽车网络系统的概述

随着汽车电动化、智能化、网联化的发展，汽车上的传感器越来越多，达到成百上千，只有汽车上的传感器和道路基础设施上的传感器也互联互通，智能网联汽车才会变成智能的网络系统。

智能网联汽车网络类型

智能网联汽车主要包括三种网络，即以车内总线通信为基础的车内网络，也称为车载网络；以短距离无线通信为基础的车载自组织网络；以远距离通信为基础的车载移动互联网络，因此，智能网联汽车的网络系统是由车载网、车载自组织网和车载移动互联网融合而成的有机统一的整体。

智能网联汽车网络体系构成(来源《智能网联汽车概论》）

美国汽车工程师学会（SAE）将车载网络划分为5种类型，分别为A类低速网络B类中速网络、C类高速网络、D类多媒体网络和E类安全网络。

车载网络类型

2、汽车车载网络

（1）CAN总线网络

CAN是控制器局域网络（Controller Area Network）的简称，它的数据信息传输速率最大为1Mbit/s，属于中速网络，通信距离（无须中继）最远可达10km。

CAN总线网络具有以下几大特点，包括多主控制、消息发送的优先级、系统的柔软性、高速度和远距离、远程数据请求、错误检测、错误通知、错误恢复功能、故障封闭、连接等功能和特点。

CAN总线网络特点

其中，汽车CAN总线有两条：一条用于驱动系统的高速CAN总线，速率达到500kbit/s；另一条用于车身系统的低速CAN总线，速率为100kbit/s。

车载网络结构（来源《智能网联汽车概论》）

（2）LIN总线网络

LIN是局部连接网络（Local Interconnect Network）的简称，也被称为局域网子系统，其数据传输速率为20kbit/s，属于低速网络，媒体访问方式为单主多从，是一种辅助总线，辅助CAN总线工作数据传输速率为20kbit/s，属于低速网络，媒体访问方式为单主多从，是一种辅助总线，辅助CAN总线工作。

由于一个LIN网络通常由一个主节点、一个或多个从节点组成，所以LIN网络为主从式控制结构IN网络主要应用于车窗、门锁、开关面板、后视镜等。

LIN总线应用（来源《智能网联汽车概论》）

（3）FlexRay总线网络

FlexRay是一种用于汽车的高速可确定性的、具备故障容错的总线系统。其具有数据传输速率高、可靠性好、确定性、灵活性等特点

FlexRay总线网络特点

奥迪A8中的FlexRay总线拓扑结构使用FlexRay总线可以实现驾驶动态控制、车距控制、自适应巡航控制和图像处理等功能。

FlexRay总线拓扑（来源《智能网联汽车概论》）

FlexRay总线的拓扑结构可以分为点对点连接的主动星型拓扑结构（支路3）和总线型拓扑结构（支路1、2和4）。

（4）MOST总线网络

MOST（多媒体定向系统传输）总线是使用光纤或双绞线作为传输介质的环形网络，可以同时传输音/视频流数据、异步数据和控制数据，支持高达150Mbit/s的传输速率。第3代标准MOST150，不仅最高可支持147.5Mbit/s的传输速率，还解决了与以太网的连接等问题，因此，MOST150将成为MOST总线技术发展的趋势。同时，MOST也具有许多特点，主要体现在以下几点：

MOST总线网络特点

MOST在汽车上的应用广泛，可以实现实时传输声音和视频，以满足高端汽车娱乐装置的需求，主要用于车载电视、车载电话、车载CD、车载互联网、DVD导航等系统的控制中，也可以用在车载摄像头等行车系统。

四种常用总线网络传输速率与成本的比较如下图所示

总线网络传输速率与成本比较

（5）以太网

以太网（Ethernet）是由全世界众多公司联合开发的基带局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网包括标准以太网（10Mbit/s）、快速以太网（100Mbit/s）、千兆以太网（1 000Mbit/s）和万兆以太网（10Gbit/s）。

以太网具有众多优秀的特点，具体如下：

以太网特点

随着先进传感器、高分辨率显示器、车载摄像头、先进驾驶辅助系统及其数据传输和控件的加入，汽车电子产品正变得更加复杂。采用标准的以太网协议将这些设备连接起来，可以帮助简化布线，节约成本，减少线束质量和增加行驶里程。

以太网在智能网联汽车上的应用(来源《智能网联汽车概论》）

在未来，随着智能网联汽车的高速发展，汽车以太网的需求将以亿计算，这一强劲的增长源自汽车中越来越多的电子设备。

3、车载自组织网络

车载自组织网络是一种自组织、结构开放的车辆间通信网络，能够提供车辆之间以及车辆与路边基础设施之间的通信，通过结合全球定位系统及无线通信技术，如无线局域网、蜂窝网络等，可为处于高速移动状态的车辆提供高速率的数据接入服务，并支持车辆之间的信息交互，可以保障车辆行驶安全，提供高速数据通信、智能交通管理及车载娱乐的有效技术。

车载自组织网络结构主要分为3种，即V2V通信、V2I通信、V2P通信，

车载自组织网络结构

根据节点间通信是否需要借助路侧单元，车载自组织网络的结构分为车间自组织型、无线局域网/蜂窝网络型和混合型。

车载自组织网络结构

车载自组织网络路由协议可以分为基于拓扑结构的路由、基于地理位置的路由、基于移动预测的路由、基于路侧单元的路由和基于概率的路由。

车载自组织网络路由协议分类

车载自组织网络的应用场景主要包括碰撞预警、避免交通拥堵、紧急制动警告、并线警告和交叉路口违规警告等。随着车载自组织网络技术的发展，其应用范围越来越广泛，主要涉及安全、驾驶、公共服务、商用、娱乐等。

4、车载移动互联网

移动互联网是以移动网络作为接入网络的互联网及服务，主要由应用设施、网络设施、终端设施这三部分组成。

移动互联网的网络结构（来源《智能网联汽车概论》）

移动互联网的接入方式主要有卫星通信网络、无线城域网（WMAN）、无线局域网（WLAN）、无线个域网（WPAN）和蜂窝网络（4G/5G网络）等

移动互联网的接入方式

车载移动互联网是以车为移动终端，通过远距离无线通信技术构建的车与互联网之间的网络，实现车辆与服务信息在车载移动互联网上的传输。

车载移动互联网组成（来源《智能网联汽车概论》）

车载移动互联网的典型应用就是车联网。车联网是指利用物联网、无线通信、卫星定位、云计算、语音识别等技术，可实现智能信号控制、实时交通诱导、交通秩序管理、交通信息服务等一系列交通管理与服务应用，最终达到交通安全、行车高效、驾驶舒适、节能环保等目标。

车联网的应用(来源网络）

智能网联汽车通过车载移动互联网，可以实现导航及位置服务、实时交通信息服务、网络信息服务、汽车使用服务、汽车出行服务、商务办公等。

智能网联汽车网络系统代表了汽车行业的未来方向，将为车主、乘客和道路用户带来更多便利和安全。但与之相关的挑战包括网络安全、数据隐私、标准化以及法规和道德问题。