CAN通信的無線化

工程車輛的遠程監控

近年來,各大汽車制造商為了對應車輛的自動、舒適、駕駛、車輛管理上的網絡通信,投入大量成本開發網絡通信車輛。這些服務需要將車輛所搭載的各種傳感器和攝像頭影像信息或行駛信息,通過與云端服務聯動來實現,但基本的速度、發動機轉速、制動和故障信息等行駛信息則是通過一種叫作CAN(Controller Area Network)的通信方式,在車內的各控制器(ECU:Electronic Control Unit)之間進行交互。

不僅僅是乘用車輛,包括建筑機械和農業機械等屬于“工程車輛”范疇的車輛也大都采用基于CAN通信的車內控制通信。在這一市場中,如何在建設現場和農地高效地運行車輛以提高生產效率尤為重要。因此,各車輛制造商都希望能夠通過自動駕駛、遠程操作、車輛保養作業的高效化、基于運行信息分析的預防維護等方法來提高生產效率。

而要實現這一目標,就需要基于無線通信的運行數據收集和遠程控制。但是,與以通常的無線設備為對象的常規公司環境相比,工程車輛使用無線設備的通信條件和安裝環境存在顯著的差異,因此,CAN通信的無線化需要采取特別的應對措施。

CAN通信與無線局域網通信的區別

CAN通訊而言,即使是CAN 2.0B規格,其通信速度最高也只有1.0Mbps。其數據通常以29bit/幀的幀率進行收發。另一方面,無線局域網等的IP通信則是以幾十~幾百Mbps速度的進行交互,收發數據約為1,500bit/幀,對數據體積遠大于CAN的通信進行了優化。

基于所針對的通信速度和數據體積的差異,單純將CAN幀一個個轉換為IP幀的話,效率極其低下(好比用大桶運少量的水)。

CAN·無線轉換的優化

要使低效率的CAN·無線/IP通信轉換變得有效率,需要進行優化,將細分的CAN幀加工、匯總成適合IP通信的形式。這一作業可通過在無線裝置內部將CAN幀緩沖至適合IP通信的數據量來實現。

這一緩沖不僅能實現“寬頻帶無線局域網通信的靈活運用”,在使用TCP/IP通信時還能得到“通過提升數據重新發送效率減輕通信延遲”和“降低無線終端側的通信負荷/減少發熱”等附帶效果。尤其對于防塵防水的高密封性工程車輛的部品而言,減少發熱是必須條件之一。

通信距離的延長·延遲的應對

CAN的無線化用途可分為兩種。一種為,以通信數據的可靠性為最優先的控制應用領域。在控制應用領域一般采用遇錯重新發送的TCP通信協議。但,根據周邊環境和通信距離,會發生數據重新發送時的等待現象和延遲現象。另一種應用在監視領域。此領域,相比數據的完整性,更需要避免通信距離的延長和延遲導致的PC、平板電腦等的監視軟件端的通信中斷。這種情況下,適合采用無出錯重新發送的UDP。

通過采用與用途相符的IP通信方式,可實現遠程應用所使用的平板電腦、智能手機終端的高效運用。

影像信息的優化

將多個攝像頭的影像匯總成1組進行傳輸,以減少數據量。根據周邊的無線環境和通信速度的變化,自動更改影像幀率(fps)和影像畫質是一種有效的應對手段。

タブレット イメージ

PC·平板電腦應用

對于車輛的遠程監控和操作,通常會采用筆記本、平板電腦或智能手機等移動終端。這些終端設備便于獲取、便于遠程監控、且操作應用開發環境也十分完善。但另一方面,這些設備的無線通信功能針對的是常規的辦公環境和Wi-Fi熱點下的使用。所以重點放在優化產品的電池和節能問題上。

要在無線CAN通信中穩定使用終端設備,需要使移動終端側的無線通信功能也能穩定工作。在這一點上,經常會出現的問題有“通信瞬間停止、停頓(無線模塊的休眠)”、“經常會搜索周邊的其他接入點(背景掃描)”等。對于一般的Web閱覽和電子郵件收發,完全不會產生任何影響的毫秒級動作延遲,在對延遲要求極高的CAN通信方面則會成為非常嚴重的問題。

通過移動終端設備的操作系統,想對這種設置進行詳細變更是比較困難的。因此需要在車輛應用端將終端的無線功能始終維持在最佳的狀態。

農機 イメージ

與使用的應用相匹配的選擇

在市售移動終端上使用CAN通信的無線應用時,可選擇無線局域網(即Wi-Fi)和藍牙這兩種選項。

無線局域網可實現高速通信、大容量通信、多終端的同時通信等。是多個CAN信道和高負荷CAN通信(1,000fps以上)實現無線化、或在多個移動終端使用、與影像成組進行通信的最佳通信方式。此外,還有一個優點就是可以使用無線干擾性較低的5GHz頻段。

另一方面,藍牙的通信速度雖不如無線局域網,但因為其對1對1配對通信的優化,可方便地進行設置和使用。此外,他還具備跳頻功能,所以它的抗無線干擾性更強;而且無線終端的功耗比無線局域網低,因此其工作時間也會更長。

可通信距離方面,無線局域網為幾十米~100米左右,藍牙則為幾米~十米左右,因此可根據使用目標應用的位置與車輛之間的距離遠近,來選擇合適的無線方式。
※支持Class1的產品,可實現與無線局域網相當的約100m距離的通信,但移動終端側也需要是支持Class1的產品。

 

總結

CAN通信的無線化,需要根據CAN通信和IP通信的區別來選擇無線設備。同時移動終端應用上也要設計進能夠實現穩定通信的機制,從而達到整體的優化。另外,選擇與所使用的應用匹配的無線方式也很重要。

今后,在移動通信領域,以高速、低延遲通信為特點的5G服務即將開始投入運營。但仍存在可使用區域和品質水平、通信費用等大量課題。實現普及還需要時間。有鑒于此,針對車輛等室外使用的產品、應用而言,結合了無線局域網、藍牙、移動網絡(LTE/5G)的使用手段將繼續成為主流。