关键词：无线Mesh网络；列车局域网；旅客列车；信息服务
Development of Broadband Network of Passenger
Train based on Wireless Mesh Network Technologies
ZHANG Qiuliang1，ZHOU Xing2
（1.Institute of Computing Technologies，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081， China；
2.Department of Passenger Transportation，Jinan Railway Administration，Jinan 250001，China）
Abstract：Along with development of high-speed railways， the mobile network access technology needs to be improved. In view of the developing status of the public mobile communication network and dedicated railway mobile communication network， this paper put forward to build an Broadband Network of passenger train based on the wireless mesh network technology， and then analyzed the network structure， key technologies and applications of the System.
Key words：wireless mesh network（WMN）；Train LAN；passenger trains；information service
1 引言
根据我国第31次互联网络发展状况统计报告，截至到2012年年底，我国网民规模达5.64亿，其中手机网民数达到4.20亿。该报告显示，Internet应用在我国迅速普及，已经融入到社会的各个层次和方面，特别是宽带和手机这两种接入方式发展加快，显示随时、随地、随意的宽带Internet应用需求成为新的增长点。
根据铁道部2012年铁道统计公报，2012年我国铁路运输发送量达到18.93亿人次，完成旅客周转量9812.33亿人公里，铁路旅客运输规模位于世界第一。其中客运专线建设全面推进，特别是自2007年4月“和谐号”动车组列车开行以来，以其安全、快速、舒适、方便的运输品质，开创了我国铁路旅客运输新局面。
然而，在信息社会的今天，行进中的旅客列车却依然是信息的孤岛，每年有十几亿旅客在列车上度过数百亿小时与Internet隔离的时光。如今，越来越多的旅客随身携带笔记本电脑、平板电脑、智能手机等移动网络设备，有在列车上随时上网的需求。因此，旅客列车宽带Internet应用研究不仅可提升铁路服务质量、满足旅客日益强烈的宽带Internet服务的需要，同时也是一个潜力巨大的市场[1-3]。
2 旅客列车宽带网络概述
国内对铁路无线的前期研究主要集中在采用GSM-R/GPRS等移动蜂窝通信技术为列车提供窄带连接，应用领域主要为铁路信号传输和列控等。然而该技术的频率带宽目前只有4MHZ，该网络本质上仍然是2G移动通信技术，在移动环境下，其带宽也只有几kbit/s，根本就无法满足列车上旅客访问互联网的需求。针对于这种情况，本文提出了一种基于无线Mesh网络技术的旅客列车宽带网络设计方案。
旅客列车宽带网络是基于Wi-Fi的铁路专用无线Mesh（网状网技术）网络技术的一种新型网络，可提供宽带高速移动的无线网络，支持基于IP的话音、视频和数据传输业务。网络具有自我组织、自动配置、性能自动调节、链路自动修复等特性，支持负载均衡和冗余备份，为高速列车上互联网接入、数据传输和语音服务提供稳定可靠的承载平台。
它提供带宽高达300M的无线链路通道，以无线基站系统所构成的无线链路为骨干网与铁路有线传输网相结合。该网络的的实现不仅可以满足高速列车上旅客对宽带Internet服务的需求，而且可以作为铁路运营维护管理的辅助手段，能够提供定点视频监控、移动视频监控、机车车辆数据实时交互、突发事件的应急指挥、话音通信及编组场应用等功能，可提高运营维护管理效率、减人增效。
旅客列车宽带网络的拓扑图如图1所示。
3 旅客列车宽带网络结构设计
旅客列车宽带网络由列车无线局域网、车-地宽带连接、地面无线Mesh网络3层结构组成，如图2所示。
根据数据流的源和目的地址，可以将旅客列车宽带网络应用分类两大类：车内数据流和车-地间数据流。对于车内数据流，直接在列车无线局域网内部高速转发。对于车-地间数据流，由车-地宽带连接实现车地数据快速交互。由于我国铁路现有的交互网、传输网、数据通信网三大基础网络一般还只到达主要站段，沿线部署的无线基站难以实现直连，它们可以通过地面无线Mesh网络实现通信数据汇聚。
基于无线Mesh网络技术的旅客列车宽带网络结构如图3所示。
无线Mesh网络的最大的特点是网络中的每个节点都可以发送和接收信号，每个无线网络节点都可以与一个或者多个对等的无线网络节点直接进行通信，每个无线网络节点都可以同时作为AP和路由器。因此，在组建无线Mesh网络时，列车上只需设置一个接入点（车载Mesh设备）即可，每节车厢中设置的AP与车厢内旅客使用的智能手机、笔记本电脑等移动终端均可视为网络中的节点，这样可以很好的保证网络的连通性和稳定性。
旅客列车宽带网络的核心部分是地面无线Mesh网络以及列车内部的无线局域网的组建。
3.1 地面无线Mesh网络
铁路无线Mesh网络的核心部分是铁路沿线架设的无线Mesh基站，固定Mesh基站的间距平均为2公里--直线区域Mesh基站间距离略大，而山区和隧道区域所需要的Mesh基站间距在1.5公里左右。固定Mesh基站之间的互联采用5.8GHz技术，对车辆的接入也采用5.8GHz频段技术。固定Mesh基站经过多跳无线组网之后，进入到就近的光纤节点处。为了保证车辆高速移动的情况下能够在固定Mesh基站之间快速切换，必须在车辆上安装移动车载Mesh设备。该网络支持移动速度高达300公里时速的漫游切换。
铁路无线Mesh网络中主要使用两种Mesh基站。一是，光纤落地节点固定基站采用GCM8622 Mesh基站，即每个光纤落地点均需放置一套GCM8622。该Mesh基站内置了3块802.11n模块，可以为系统提供更高的整体性能。按照实际环境的经验值，每个802.11n扇区在1公里内可提供70Mbps以上的汇聚吞吐量。二是，沿线的无线中继节点基站采用GCM8632 Mesh基站，即在铁路沿线光纤无线中继基站使用GCM8632设备，该设备内置3块802.11n模块，其中两块5.8GHz模块分别处理Mesh上行和Mesh下行的通信，保证了无线网络多跳的高宽带和低时延，另一个5.8GHz模块处理移动车载Mesh设备的无线接入，支持第三方太阳能电池供电。地面无线Mesh网络结构如图4所示。
3.2 列车无线局域网
在每节车厢设置一个AP接入点，在整列车最中央的那节车厢设置一台车载Mesh设备、一台路由器和流媒体服务器，整列车通过车载Mesh设备与铁路两边的基站建立连接，形成一个无线局域网络。而车厢内部以车载流媒体服务器为中心，以各车厢AP接入点为节点，组成一个车域无线网络。目前，我国的动车组在出厂时已经部署了内部的AP接入点，只需在中央控制部分增加一套流媒体服务器设备即可满足列车内部无线局域网的组网需求。
车载Mesh设备采用GCM8300设备，该设备保证列车在高速移动和快速切换下依然保证无间断的通讯，提供至少40Mbps车地通信带宽。GCM8300设备内置1个5.8GHz 802.11n无线模块，并提供1个千兆以太网接口用于连接车载路由器。
4 旅客列车宽带网络关键技术及应用场景
4.1 旅客列车宽带网络的关键技术
⑴车地互联的实现。旅客列车宽带网络采用集中接入的模式，在旅客列车内部组成一个局域网，由车载通信网关集中负责与地面基站的车-地互联。车载网络终端均是接入到列车局域网，当需要与地面网络通信时再由车载通信网关进行数据中继。
⑵车载通信网络在不同的Mesh节点间实现无缝的AP间切换。在铁路沿线的无线宽带覆盖中，AP采用方向性天线沿铁路线进行定向覆盖，其覆盖半径可超过1公里。旅客列车是沿着铁轨按照规定的运行轨迹移动，并且铁路沿线的AP部署也是已知的，即车载通信网关可以预知其即将接入的下一个AP。同时，由于车载通信网关往往是一个独立的WIFI设备，比一般移动节点可以更方便地集成多个无线模块。
⑶无线网络安全机制。旅客列车宽带网络的安全机制主要由车地互联层实现，即车载通信网关只能接入合法的地面Mesh节点，而地面Mesh节点只允许合法的车载通信网关接入。车载通信网关和地面Mesh节点都与用户无关，可以采用特殊的身份识别机制达到更高效更安全的身份认证。
⑷网络管理技术。旅客列车宽带的网络管理涉及到车地互联层的车载通信网关、地面接入层的Mesh节点、汇聚层的汇聚网关和交换控制中心。交换控制中心定期采集每个Mesh节点和车载通信网关的状态数据，根据操作人员指令或动态最小生成树算法等生成包含网络管理信息的配置脚本，然后将相关配置脚本传送给对应节点。各节点定期或根据指令随机向交换控制中心报告节点状态，接收并应用交换控制中心下达的配置脚本，从而实现网络的集中管理和性能优化。
4.2 旅客列车宽带网络的应用场景
⑴列车车厢应用。列车宽带网络可以实现多种应用：列车内部视频监控；旅客语音通信；客运业务数据传输；旅客互联网数据访问。
⑵站场应用。可以实现在途列车与调度之间的通信、地面工作人员之间的通信、车上与地面工作人员的通信。
5 结束语
我国正处于经济高速发展时期，各种运输方式发展迅速，要想在激烈的运输市场中取得有利地位，除了需要升级硬件设施外，也应以旅客为本，为旅客提供人性化的信息服务。可以确信，基于无线Mesh网络技术的旅客列车宽带网络的建设将极大提高铁路旅客服务质量，改善铁路形象，为我国铁路信息化建设做出贡献。
[参考文献]
[1]张霞，赵瑜.关于铁路旅客综合服务信息系统的研究[J].交通运输系统工程与信息，2004（2）64-67.
关键词：车载自组网（VANET） 网络特性 通信模式
中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）10-0033-01
1 引言
车载自组织网络（Vehicular Ad hoc Network，VANET）简称为车载自组网，它是一种将网络节点建立在汽车和道路基础设施上的分布式、动态变化的自组织通信网络。其基本原理是运用车载传感器和GPS卫星定位系统，借助蜂窝移动通信网络、无线广域网（WLAN）等无线通信技术，将车辆状态、性能、地理位置、路况等信息集中、转发和使用，提高道路交通效率与驾驶安全性、舒适性。
2 网络特性
VANET以汽车这种特殊装备构成的自组织网络节点，具有不同于其他类型移动自组织网络的特性。
（1）拓扑结构：节点速度快慢不等，在节点间较高的相对速度下，数百米有效无线传输距离可提供的通信窗口很短，网络拓扑结构变化快，数据链路中断频繁。（2）移动形态：车辆节点的移动路径主要受制于道路，因此道路的数量和布局复杂程度，在一定程度上影响着网络性能。（3）节点密度：节点密度较低时，消息需要被多次储存和转发，延迟比较严重。节点密度很大时，会造成无线通信信道干扰，增加网络开销。（4）节点异质性：节点可以是家用汽车、公交车、出租车，或者是路边辅助基站，不同类型节点有不同的应用程序和权限。
3 基本通信形式
在研究了VANET中不同应用程序中数据的传输特点后，可以将所有传输方式抽象为五种基本形式。
3.1 信标
（1）通信目标，不断更新的相邻节点之间的信息，提供自身最新的状态数据，如位置、速度、车辆状况等。（2）通信机制，消息以数据链路层广播的形式发送给所有可接受范围内的相邻节点。通信方式一般是单跳，消息接收后不再被转发。（如图1）（3）数据内容，通常是随车传感器监测数据产生。（4）服务质量，大部分应用程序要求消息延迟达到中等水平。（5）应用实例，车辆转向与并线辅助，车距安全预警等。
3.2 地理广播
（1）通信目标，较大范围的传递即时消息。（2）通信机制，节点通过数据链路层广播发送消息到有效传输范围内的相邻节点，每个在接受范围内的节点接收到消息后不改变消息内容，并继续向外广播传递（如图2）。（3）数据内容，发送节点监测并产生。（4）服务质量，由于基于事件触发的性质，往往需要较低的延迟尽快将消息传递。（5）应用实例，施工区域警告，紧急停车交通信号，道路交通事故等。
3.3 单播
（1）通信目标，消息通过网络传递到某个特定节点。（2）通信机制，数据包以一个单跳方式，或者通过多个节点以多跳方式传递到某个特定节点或特定目标区域（如图3）。（3）数据内容，消息包含着由发送节点设置的内容的，在路由过程中不做任何修改。（4）服务质量，信息传递及时性要求较低，可以承受较高的传输延迟和数据重发。（5）应用实例，导航地图更新，电子支付，音乐下载等。
3.4 高级广播
（1）通信目标，持续在车辆之间传递信息，能够桥接网络分区并优化信息。（2）通信机制，在综合考虑各种参数来确定何时重新发送消息时，高级广播通常使用单跳广播方式、储存转发方式多次发送消息（如图4）。（3）数据内容，不改变原始信息内容，但消息关联性的内容可能会被附加到消息中。（4）服务质量，信息传播的广泛性和时间的稳定性更为重要，信息延迟要求较低。（5）应用实例，异常的交通和道路信息等。
3.5 信息聚合
（1）通信目标，多节点基于同一事件发送消息时，接收节点将数据聚合，减少通信开销。（2）通信机制，核心技术是一个不断学习更新的知识库，新接受的消息与已融合的消息再次融合并创建新的本地消息。（3）数据内容，消息内容来自多个节点并聚合成为一个消息。（4）服务质量，一般不用于时间敏感的应用，对传输延迟要求较低，对信息传递质量及收敛性要求高。（5）应用实例，基于车辆发出的交通道路预警，智能交通流量控制等。
4 结语
VANET应用的多样性使得许多应用程序不再沿用传统形式的传输信息，而需要广播通信和更先进的信息传播策略。在本文中，我们提出了五种基本通信模式，几乎涵盖了当前所有VANET应用程序通信的基本特征，将应用程序和通信模式之间进行了紧密耦合，将讨论的焦点转移到一个更加一体化的系统架构，使通信机制设计思路更加清晰，也为实现量身定制的安全和隐私的解决方案提供了基本框架。
参考文献
[1]Rudack M， Meincke M， Lott M. On the dynamics of ad hoc networks for inter vehicle communication （IVC）. In： Proc. of the ICWN 2002.
【关键词】OSEK/VDX；间接网络管理；控制器局域网
【中图分类号】TP【文献标识码】A
【文章编号】1007-4309（2012）01-0111-2.5
车载网络系统的设计通常基于分布式系统理论，以避免网络中的某些通信连路承受过于集中的网络负载，或网络中的某些节点承担过于集中处理任务。同时，作为实时安全系统，车载网络系统的可靠性也必须得到有效的保障。为此，OSEK/VDX组织为建立车载网络系统控制单元开放式结构的工业标准，提出了包括操作系统（Operation System，OS）、通信模块（Communication，COM）、网络管理（Network Management，NM）的开发规范与其实现语言（Implementation Language，OIL）。其中，OSEK/VDX NM规范旨在为车载网络管理机制的相关应用定义标准化的功能，并通过标准化的接口为相关网络管理机制在车载网络中所执行的各项操作提供可靠的保障。其可通过直接NM与间接NM两种可选的网络管理机制为车载ECU间信息交互的安全性提供可靠的保障。直接NM机制通过专用的网络管理报文实现对车载网络的直接监控，与间接NM相比其所提供的网络状态信息更加精确，但其相关应用也会为车载网络带来更高的负载。因此，直接NM机制通常用于对实时网络系统或规模较小的网络系统的监控。间接NM机制通过监控车载网络中周期性应用报文的传输来实现对网络的监控，监控过程无需使用专用的网络管理报文，其所提供的网络状态信息不如直接NM精确，但其相关应用为车载网络带来的负载较低。因此，间接NM通常用于对电控单元（Electronic Control Unit，ECU）数量较多的规模较大的软实时网络系统的监控。
一、间接NM机制
基本概念与体系结构，间接NM机制通过监控周期性应用报文的传输来确定网络中被监控节点的状态，其监控机制的实现无需专用的网络管理报文的参与。由此，网络系统中所有具备周期性应用报文传输功能的节点均可被接收该报文的其他节点所监控，但若期望将网络中仅具有报文接收功能的节点也纳入间接NM机制的监控范围，则还需为其加入周期性发送专用报文的功能。
间接NM机制可实现网络节点对其自身周期性应用报文的发送监控与对其他节点周期性应用报文发送监控。因此，“发送节点”的状态与“接收节点”的状态是间接NM机制所必须确定的被监控节点所处的状态。“发送节点”的状态用于标识网络中存在周期性应用报文发送请求的节点，在某一传输周期内实际是否具有发送功能。若周期性应用报文的发送在节点的传输周期超时前完成，则该节点处于非静默状态；若周期性应用报文的接收在节点的传输周期超时后仍未完成，则该节点处于静默状态。“接收节点”的状态用于标识网络中监控其他节点周期性应用报文发送的节点，在某一传输周期内实际是否接收到了被监控节点周期性的应用报文。若被监控节点周期性应用报文的发送在其所对应的传输周期超时前完成，则该节点认为被监控节点处于在线状态；若被监控节点周期性应用报文的发送在其所对应的传输周期超时后仍未完成，则该节点认为被监控节点处于离线状态。当某节点被用于监控网络中其他k个节点的周期性应用报文的发送时，其需要维护存储有k个“接收节点”状态的集合。
节点自身的静默状态与被监控节点的离线状态又可根据其所对应的周期性应用报文的发送活动在此后各传输周期内的不同情况，进一步分为扩展的“发送节点”状态与扩展的“接收节点”状态。在扩展的“发送节点”状态中，若在其传输周期超时后仍未完成发送的周期性应用报文最终完成了发送，则该节点处于非稳定静默状态；若在其传输周期超时后仍未完成发送的周期性应用报文，在连续经历了数个传输周期超时后仍未完成发送，则该节点处于稳定静默状态。在扩展的“接收节点”状态中，若在其对应的传输周期超时后仍未完成接收的被监控节点所发送的周期性应用报文最终完成了接收，则该节点认为被监控节点处于稳定在线状态；若在其所对应的传输周期超时后仍未完成接收的被监控节点所发送的周期性应用报文，在连续经历了数个其所对应传输周期超时后仍未完成接收，则该节点认为被监控节点处于稳定离线状态。
目标配置反映了网络中所有节点在间接NM机制中应处的状态，但其不属于OSEK/VDX NM规范所定义的范畴。同车辆所处的不同工况相对应的目标配置与识别其所需要的相应掩码可预先写入应用程序中，并由应用程序根据车辆当前的活动情况随时进行调整。例如，点火开关的拨动位置对应着相应节点在间接NM机制中所处的状态。应用程序可通过间接NM机制所确定的所有被监控节点的状态，汇总生成并实时更新当前配置信息；继而通过使用与目标配置所对应的掩码过滤当前的配置信息，从而根据其与目标配置信息的不同之处识别出网络系统中的故障节点。此外，同节点的扩展状态相对应，应用程序也可将由间接NM机制所确定的所有被监控节点的扩展状态，汇总生成并实时更新当前的扩展配置信息。
工作原理，如前所述，间接NM机制可提供配置信息管理与可选的扩展配置信息管理服务，以便与目标配置相比从而识别出当前网络系统中出现故障的节点。其中，扩展配置信息所反映的节点的扩展状态是根据被监控节点周期性应用报文发送所出现的传输周期超时数量来确定的，而传输周期超时数量的确定则是通过对相应计数器的管理来实现。相应计数器根据被监控节点周期性应用报文的传输情况，分别进行的数值递增与递减操作，从而为节点扩展状态的确定提供依据。
若从某一传输周期开始，被监控的节点的周期性应用报文连续出现了在传输周期超期后仍未完成接收的情况，计数器数值将随着被监控节点的周期性应用报文在传输周期超期后仍未完成接收的次数相应增加。然而，若从计数器的数值达到门限值之前的某一传输周期开始，被监控节点的周期性应用报文在传输周期超期前完成了接收，计数器的数值将随着被监控节点的周期性应用报文在传输周期超期前完成接收的次数相应减少。此后，被监控节点的周期性应用报文再次出现了在传输周期超期后仍未完成接收的情况。计数器的数值也再次随着被监控节点的周期性应用报文在传输周期超期后仍未完成接收的次数相应增加，并最终与门限值相等。在整个过程中，除了当计数器的数值超过门限值期间被监控节点处于稳定离线状态外，其他时刻被监控节点均处于稳定在线状态。相应计数器的数值变化与其所对应的节点状态与扩展状态间的关系如图1所示：
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图1
二、车载CAN网络系统
CAN总线协议是目前唯一具有国际标准的车载总线协议，已被广泛应用于车辆传动系统与底盘中的发动机控制、悬架控制、ABS等实时控制系统，以及车身中的安全气囊、仪表显示与故障诊断等模块的控制。在欧洲下线的每一辆轿车几乎都至少配有一个由CAN总线通信系统所组成的车载网络，而车载应用也仅是其遍及工业控制领域的诸多应用中的一种。
CAN总线协议的特点：作为采用广播通信形式的多主网络协议，标准的CAN网络中无中心总线主设（Central Bus Master）。因此，CAN网络中与总线相连的每个节点均可在任意时刻主动地向网络中的其他节点传输信息。传输信息所使用的数据帧包括帧起始、仲裁域、控制域、数据域、CRC域、应答域、帧结尾。
CAN总线协议的MAC层采用的是载波侦听多路访问/冲突检测（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，CSMA/CA）机制。联入网络的各节点通过侦听总线的活动以确定是否可以传输报文：当总线被已有的数据传输活动所占用时，存在报文传输请求的节点将继续等待；而当确定总线未被数据传输活动所占用时，存在报文传输请求的节点则可通过总线进行报文的传输。同一时刻若CAN网络中仅有一个节点存在报文的传输请求，则该节点的报文将直接获得传输；若有在多个节点存在均报文传输请求，此时将发生冲突。为避免冲突的发生，CAN总线协议采用非破坏仲裁机制。该机制通过ID（标识符）为报文分配了不同的优先级，ID越小表示报文的优先级越高。因此，当多个节点同时存在报文的传输请求时，CAN总线协议将以比特为单位对各节点所传输报文的ID进行仲裁，优先级较低的报文会主动退出传输，而具有最高优先级的报文则可以不受影响地继续传输。CAN总线协议通过该机制有效地节省了总线冲突仲裁的时间。
CAN总线协议采用了较为独特寻址机制，CAN网络中所传输的报文不是通过其ID来表明其源节点或寻址到目的节点的，而是根据其事先所确定的ID被网络中的各节点选择性地接收。为实现该机制，CAN网络需要通过对报文ID及相应节点过滤寄存器与屏蔽寄存器的匹配设置，以过滤报文的方式实现点对点、一点对多点以及全局广播几种不同的通信方式。
车载CAN网络的通信特点：纯电动汽车中的通信系统是高实时性的车载CAN网络，其所承载的主要消息经过分析、优化后如表1所示：
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表1
与纯电动汽车日常操作相关的几乎全部消息类型均为周期性消息，其通信需求较为频繁且实时性要求较高；非周期性消息的通信需求均为偶发，且实时性要求较低。因此，可知周期性应用报文的传输构成了车载CAN网络通信的主体。由于纯电动汽车的有关研发仍在进行中，因此其车载CAN网络中仅包含了实现车辆基本功能的ECU及其相关通信。目前已投入量产的各款高档轿车中，其车载CAN网络中ECU数量普遍已超过了70个，而各ECU为实现信息交互所交换的信号种类也突破了2500余种。
鉴于车载CAN网络较大的网络规模、数量众多的ECU间频繁的信息交互，其对CAN总线所承受网络负载与其信息交互的实时性有着极为严格的限制，且周期性应用报文的传输构成了车载CAN网络通信的主体。间接NM机制对网络的监控恰恰是通过监控周期性应用报文的传输来实现的，且与OSEK/VDX NM规范中直接NM机制通过使用专用的网络管理报文实现的网络监控相比，间接NM机制的应用不会产生较重的网络负载增量。因此，间接NM机制的引入能更好地平衡车载网络信息交互的实时性与安全性之间的关系。
【参考文献】
［1］Jin-Ho Kim，Suk-Hyun Seo，Tae-Yoon Moon，et al．A Method of Implementing Network Management without OSEK/VDX OS［C］．International Conference on Control．2007，Seoul，Korea：2832-2837．
［2］OSEK/VDX Committee．OSEK/VDX Network Management Concept and Application Programming Interface Version2.5.3［EB/OL］.［2004-6-26］.http：//portal.省略/files/ pdf/specs/oseknm253.pdf．
［3］翟跃．电动汽车网络管理系统的研究与实现［D］．哈尔滨：哈尔滨工业大学汽车工程学院，2010．
［4］徐超，李正平，汪长勤．基于CSMA/CD的CAN总线访问建模与仿真的研究［J］．仪器仪表学报，2008，4（29）：866-869．
［5］新．基于CAN总线的静态调度算法及其实验系统的研究［D］．天津：天津大学电气与自动化工程学院，2004．
1.BP空调负载制冷系统计算的研究
1.1国外研究情况
在美国和加拿大BP研究是很早的。美国的学者Ferrarino 计算了迈阿密建筑物中与时域专业系统相关联的冰储存系统。结果表明中性网路的引入对于冰储存空调系统有着良好的作用。在建筑物中，最早引入中性网络能量计算方法的人是Kreider和Wang。此种模型的目的是检测空调系统设备的变化。
1.2中国的研究状况
中国的研究人员们不仅仅介绍了基本的原理，关于中性网路计算的方法，不仅仅讨论了输入参数的精选和预处理两种方法，而且还讨论了目标误差的决定，网路研究的销量，队列频率和结果计算。关于冰存储系统的负载研究是最深入的，结果表明，中性网络非常擅长在处理制冷负载和非线性问题。并且，阶梯回归分析方法的误差比人工中性网络的误差要大。
2.关于汽车空调系统负载计算的简介
2.1关于BP中性网络系统的介绍和方法
中性网络是负载的和智能的系统，它由大量的神经单位组成，与人类大脑的基本单元相同，它的特性和结构依赖于神经单元的特性和连接方法。BP网络是一种多层的反馈网络，典型的网络结构包括：输入层，如图1中所示。输入地层和隐神经单位地层应用了S星功能并采用更正发放研究，这种网络有平行分散结构。
BP方法主要采用监管学习，并不给出输出和输出之间的关系。它的能力是处理所有神经络单元的权重问题。建立系统的非线性输入和输出模型是基于已给出的大量输入输出信号，然后用大范围的方法处理数据，最后控制修正网络的权重，以此使误差达到最小。研究过程包括前述的学习和误差返回。
2.2关于汽车空调系统的冷却负载部分
汽车是移动的建筑物，所以速度和方向是决定空调负载计算的重要因素。
汽车制冷负载系统包括以下部分：
1.轨道产生的热量制冷
2.太阳辐射
3.人体热量辐射
4.汽车中的电子设备
5.新鲜空气的引入
6.每一种负载主要由以下因素影响：干球温度，窗户和墙的比例，人口密度，仪器功率，户外参数，太阳能辐射，车速等。这些系数会影响中性网络的输入层。
2.3有关汽车中性网络负载计算
包括三层，输入层包括七个，例如干球温度，窗户和墙的比例，人口密度，仪器功率，户外参数，太阳能辐射，车速。在潜在层的神经单元的数量由经验决定。Kawasakima认为潜在的层能选出2n+1，在本文中潜在层是15层。输出层有一个节点-每小时的汽车空调负载量。把x作为阈值作用，网络结构如图2
3.结论
关于BP中性系统汽车空调负载计算仍然存在较高的争议，与稳定计算相比，特征提取并且它的负载减少了22.8%，所以这是一种新的方法，值得推广。而且，急需进行更多相关的实验，以此连接BP中性网络负载计算和真实的应用，还需要对负载的计算和整体进行优化。
参考文献
[1]蔡子星（2005）.人工智能控制，化学工业出版社
【关键词】汽车CAN网络；故障机理；诊断方案
目前，很多厂商都在自己生产的车辆上使用了网络系统。网络系统将车上的控制单元连接起来，实现了很多系统的信息共享，增加了控制功能，减少了线束的数量，使线束更容易布置。但网络系统的应用增加了车辆的维修难度。在与维修企业的接触中，许多维修人员对网络系统的诊断还停留在传统的方式，不能利用故障现象和诊断数据综合分析，快速排除故障。究其原因是因为不了解车载网络系统的拓补结构和工作原理，不懂得网络系统故障产生的机理，更不能使用有效的方法和仪器对网络系统进行诊断。本文对网络故障产生的原因进行了说明与总结，制定了CAN网络系统基本的诊断方案，并对每一步骤进行了说明。
一、汽车网络故障产生机理分析
在对大量的实际接触到的网络故障案例和收集的网络故障案例进行分析，引起车载网络系统故障的原因一般有三种：
1、汽车电源系统引起的故障
该故障产生的机理是，车载网络系统的核心部分是含有通讯IC芯片的电控模块，其正常工作电压在10.5～15.0V的范围内，如果汽车电源系统提供的工作电压低于该值，一些对工作电压要求高的电控模块就会出现短暂的停止工作，从而使整个车载网络系统出现短暂的无法通讯。这种现象就如同用故障检测仪在未启动发动机时就已经设定好要检测的传感器界面，但当发动机启动时，故障检测仪往往又回到初始界面。
2、车载网络系统的链路故障
该故障产生的机理是，当车载网络系统的链路（或通讯线路）出现故障时，如通讯线路的短路、断路以及线路物理性质引起的通讯信号衰减或失真，都会引起多个电控单元无法工作或电控系统错误动作。判断是否为链路故障时，一般采用示波器或汽车专用光纤诊断仪来观察通讯数据信号是否与标准通讯数据信号相符。对于这部分故障本文将作重点分析。
3、车载网络的节点故障
节点是车载网络系统中的电控模块，因此节点故障就是电控模块的故障。它包括软件故障和硬件故障。软件故障--即传输协议或软件程序有缺陷或冲突，从而使车载网络系统通讯出现混乱或无法工作，这种故障一般成批出现，且无法维修。硬件故障--一般由于通讯芯片或集成电路故障，造成车载网络系统无法正常工作。对于采用低版本信息传输协议和点到点信息传输协议的车载网络系统，如果有节点故障，将出现整个车载网络系统无法工作。在实际故障中网络节点故障一般表现为电控单元内部损坏和控制单元编码错误。应注重这两方面的检查。
二、汽车网络系统故障检测原理
数据传输时的错误可能是由于接触不良、短路、软件错误或外部强电场引起的。控制器区域网CAN网络故障检测的原理可以分为错误识别、错误处理两个方面。
1、错误识别
在网络总线上各控制单元之间的信息以高低电位组成的电码（帧）传递，发送器具有识别错误的能力以监测总线信号为基础。每个发送信息的节点同时监测总线电平，此时会立即识别所发送比特与所接收比特之间的差异。此外接收器还检查总线信号的逻辑性。
因此可以识别五种不同的错误。
2、错误处理
某个CAN节点识别到的每个错误都立即通过一条错误信息（错误帧）提供给所有其他节点。因此所有总线设备不再将此前接收的信息继续发送给应用程序微控制器。在此通过自动重复传输有错误的信息来校正错误。
为了在出现故障时不会因发送错误标志而造成控制单元在总线上的所有数据交换失效，控制单元根据一个确定的算法逐渐从总线事件中退出。因此，第一级复位后触发错误标志的节点只允许发送由高位启用（隐性）比特组成的被动错误标志。其结果是这个控制单元不会再阻碍总线上的数据交换。但是，在这种状态下该控制单元可以继续发送和接收信息。
如果一个或多个总线设备多次干扰系统且发送错误或接收错误的错误计数器达到规定限值，就会将这个或这些设备与总线完全断开。在这种总线关闭状态下，这些控制单元无法发送或接收信息。
错误主动与错误被动状态之间的过渡通过CAN控制器自动实现。只有通过相应的操作，例如软件或硬件复位，才能撤消总线关闭状态。
三、汽车网络故障诊断方案
汽车网络的应用增加了车辆故障诊断的难度。针对目前维修人员还不能有效的进行车辆网络故障诊断。本文经过对大量的网络故障案例进行研究，总结出一套针对网络诊断的基本方案（见图1）。在诊断网络故障时可以进行参考，并对其进行灵活运用。
网络故障排除诊断方案
在此方案中的每一步功能都含有若干个小的测试步骤，而且要根据具体的上一步测试结果进行下一步的诊断。方案的具体步骤在下文中具体进行解释。
1、对“验证故障现象，进行网络功能分析”的说明
当发生故障时，首先要验证故障现象，验证故障现象的同时，就要分析故障。采用总线控制的车辆，无论是总线网络故障还是挂在总线上的任一控制模块出现故障，都可能对其它控制模块（或部件）产生影响，使其不能正常工作。所以，排除这类故障时，检修思路不能仅仅局限在故障部件，还要考虑总线上的其他部件的影响。可以通过网络功能是否实现，来初步判断故障范围。判断这类故障要基于对网络拓补结构的了解，熟知在网络上传递哪些数据流。
以某品牌车型为例，网络系统拓补结构如图2所示。动力系统、舒适系统与信息娱乐系统通过数据总线接口（网关）交换数据。交换的数据有：
（1）发动机转速信息
动力系统控制模块通过数据总线向仪表组件传送数据，再由组合仪表组件驱动发动机转速表指针偏转。当发动机转速数据丢失或动力系统控制模块处于不良状态时，仪表组件将转速表驱动到Or/min。
（2）燃油信息
燃油液面传感器将燃油位置信号传递给动力系统控制模块，动力系统控制模块通过数据总线给仪表组件传送燃油液面数据，再由组合仪表驱动燃油表指针偏转。当燃油数据丢失或发动机电脑处于不良状态时，仪表组件将燃油表驱动到零位置。
（3）冷却液温度信息
冷却液温度数据在动力系统控制模块内计算，动力系统控制模块通过数据总线向仪表组件传递冷却液温度数据，再由组合仪表驱动温度表指针偏转。当温度数据丢失或发动机电脑不良状态时，仪表组件将温度表驱动到低位。
（4）档位显示信息
位于变速器外壳上的档位开关将变速杆位置信号送往动力系统控制模块，动力系统控制模块再将此信号处理翻译后，通过数据总线送往仪表板，在仪表板上将有正确的变速杆位置显示。如果动力系统控制模块检测到无效的档位组合或总线有故障，仪表中将无相应的档位显示。
2、对“诊断仪器查询故障代码，根据不同的故障代码，分类进行诊断”的说明
初步判断网络系统是否故障，可以利用诊断仪读取总线系统故障代码。由于车载网络系统一般均采用节点监控，每个节点都被网络中的其他节点监控，按系统使用的逻辑环要求，网络范围内的任何节点都必须能够将感测信息发送到所有其他节点，并能从其他节点接收信息。因此，若某个节点（控制单元）出现故障，不能发送或接收相应的感测信息时，除控制单元本身能检测到总线相关故障代码（也有可能不能进入该控制单元），系统内其他控制单元也会有指向该控制单元信息传输不良的故障代码。例如大众车系的网络系统故障代码有“01336—舒适系统数据总线单线通讯”、“0133l一驾驶员侧车门J386控制单元没有通讯”等故障提示，但故障代码不能给出具体的CAN总线网络链路故障，还要采用其他的方式进行故障分析，局限性较大。
3、对“没有故障代码，查询数据流 ”的说明
使用诊断仪的读取数据流功能也可以初步判断故障。可以利用诊断仪进入测量数据块功能读取总线测量数据。以大众车系为例中，可以读取CAN网络的通讯状态，若CAN通讯状态为1，表明在测的控制单元正在接收指定控制单元的信息。若CAN通讯状态为0，表示不能正常接收和传输信号。而每个测量数据组一般部由4个数据区排列组成，每个区分别代表了不同的内容，若该车型没有相应的控制单元时，数据就不会显示。读取数据流的功能可以帮助我们缩小故障范围。表1所示为某车型舒适网络系统故障数据流，从表中可以看到乘客车门导线出现问题，测量值与正常值不符。
4、对“执行元件测试功能”的说明
利用诊断仪进行执行元件测试功能是测试网络系统故障很直观的方法。在车载网络中，如果控制单元A的执行器不工作。通过诊断仪与控制单元A相连，指令控制单元A驱动执行元件工作，如果执行元件能够正常工作，说明控制单元A工作正常。这样的结果告诉我们重点排查与A通信的控制单元及网线的通断。
5、对“波形测试确定故障”的说明
由于通信线路短路、断路及线路物理性质引起的通信信号衰减或失真的链路故障，是汽车车载CAN总线网络类故障中概率较高的一种。常见的CAN总线网络链路故障有：CAN—H和CAN—L在某点分别对正、负极短路：某节点的CAN—H和CAN—L分别断路：CAN—H和CAN—L之间在某点短路：CAN—H和CAN—L同时对正、负极短路。通过示波器测试出总线的波形，可以将测试出的波形与正常的波形进行对比，发现网络的链路故障。对于使用示波器测试网络故障将在在下文重点阐述。特别要说明的是在舒适CAN中，某些链路故障可以采用单线运行模式，对外部并不能表现故障现象。
6、对“使用电阻测量方法排除故障”的说明
在某些车系上可以通过对车载网络的电阻进行测量发现具体的故障点。电阻测量网络故障要和其它方法配合使用。有的网络系统如大众的某些车型不能测量舒适和信息娱乐CAN的控制单元内阻。
下面举例说明使用控制单元测量驱动CAN的电阻。如图3为某车型驱动CAN网络结构，电阻测量方法如下：
①拆开蓄电池5分钟。
④控制单元与控制单元之间的数据线的测量
在测量控制单元之间的数据线时，要将控制单元断开，测量导线的通断，电阻应小于1Ω，否则导线之间有断路的故障或其它链路故障。此方法最好配合波形测试一起进行。
关键词：通信技术；车载自组网；MAC协议
车载自组网是车辆道路运行中的一种新型移动无线自组织网络，在车辆中应用能够实现车辆与车辆之间的通信，车辆与路边设施之间的通信，具有较高的应用前景和研究价值。车载自组网是具有移动自组网路和传感网络的网络系统，其在道路交通运输领域的应用范围较广，具有自治性、无固定性、多跳性、网络拓扑动态变化、扩展性等特征。近几年随着我国科学技术的逐渐发展，在车载自组网通信的研究上也突飞猛进，获得了显著成果。因此，基于技术视角下对车载自组网通信的研究具有重要的研究价值和意义。
一、车载自组网通信动态频谱分配技术研究
车载自组网通信系统的发展与移动自组网技术的成熟发展密不可分。当前我国车载自组网通信中包含单接口多信道无线网络和多接口多信道无线网络，两种网络技术实现了通讯信息的传递。单接口多信道无线网络与多接口多信道无线网络主要是按照无线接口数据进行区分，其中单接口多信道无线网络设计需求是满足复杂信道同步的问题，及时的进行信息数据的发送、输出和接收，满足车辆双方信道上应用通信效果，实现特定信道、规定时间的信息传送技术。多接口多信道无线网络主要是处理大规模车辆信息传递。因此，在其车载自组网通信通道中需要多个无线接口并且相互不具备干扰作用的执行信息的发送和接收，降低信息传输的延时性，提高车载自组网通信信息传送的性能。多接口多信道车载自组网在目前技术研究中虽然以经趋于成熟，但是仍然存在一些漏洞，其中包括逻辑拓扑控制、动态频谱分配等内容。因此，未来技术人员在车载自组网通信技术研究的过程中可以从三个方面对其进行研发和完善。第一，研究动态频谱分配在车载自组网通讯中的环境问题；第二，分析动态频谱分配的多接口多信道车载自组网通讯的应用范围；第三，研究网络逻辑拓扑控制和车载自组网通信技术路由的关系。
二、车载自组网通信MAC协议技术研究
当前我国车载自组网通信技术在其研发的过程中主要应用的网络结构分为平面结构和分群结构。二者在其本质上并没有差别，但是平面结构自组网更为简单，分群结构自组网更为复杂，二者在路由维护和开销上存在加大的消耗差异。根据车载自组网通信系统的协议机构对其进行设计，实现系统物理信道，以完善车辆与车辆之间的信息发送和接收。在该物理平台的技术研究上，其研究的重点内容是信道的模型构建，只有具全面、完善的信道模型，才能够保障MAC接入机制的稳定，实现信息输出的灵敏度。MAC协议技术的研究重点是其多跳自组网，我国目前对MAC技术的研究中也是从多跳引发的终端问题进行完善和修正。此外，车载自组网通信MAC协议技术中能够利用各个节点之间的平行性实现信道资源的公平性、网络服务中的质量型。因此，基于车载自组网通信技术MAC技术的研究具有重要的研究价值和研究意义。MAC协议中存在隐藏终端和暴露终端两个终端系统，如图1所示，在隐藏终端中节点B既在节点A范围内，也在节点C的范围内，当节点A向节点B发送数据时，由于节点C是隐藏终端，将接收不到节点A发送的信息。暴露终端中当节点B向节点C发送信息时，节点A会受到节点B产生的信息延迟，但是如果节点A的接收节点在节点C之外，节点A只要不和节点B进行信息通讯，就不会造成节点信息的接收延迟，也不会对节点C造成冲突。MAC协议技术在车载自组网通信中的应用进一步实现了车辆之间的信息发送，满足了多个节点车辆之间的信息发送和接收。但是，受到技术本身的限制其也存在一定的局限性。因此，未来在车载自组网通信MAC技术研发和应用的过程中必须对其节点信息公平接入的问题进行完善和改进，从而实现车辆自组网信息公平调度，满足各个车辆节点的通信需求。
三、车载自组网通信FleetNet技术与MAC协议技术联合
为进一步实现车载自组网通信在其技术研发和创新的过程中利用FleetNet技术结合MAC协议技术是当前我国车载自组通信技术研发的必然趋势之一。研究者期望通过该种方式完善MAC协议技术中节点信息发送和接收的缺点。FleetNet技术能够满足移动自组网环境的高动态和大规模，从而实现高速移动下的持续信息传输。FleetNet技术项目在与MAC协议技术结合研发的过程中主要需要注意的是其自适应、可扩展的路由算法。如何能够在车辆间和车辆与固定网络节点之间实现多跳数据的传输，降低数据传送到的延缓率是当前我国车载自组网通讯技术研发的关键内容。经过多年的努力和实验，我国自主研发了FleetNet结合移动技术和服务器，实现互联网接入提供一种可延展、透明的解决技术，满足了在任意一个终端均具备网关功能的目标。
车载自组网在实际车辆应用的过程中不仅能够实现车辆与车辆之间的交通事故警告，还能够实现道路车辆的通信信息查询和高速路不停车缴费、车辆局部范围无线调度等功能，并且利用FleetNet技术与MAC协议技术实现了道路车辆信息的可靠、高效、快速传输。
作者:李晓君 单位:中北大学朔州校区
目前国内高校车辆工程专业网络通信类课程教学普遍存在以下问题:
(1)课时比重偏低,缺乏对新概念、新技术的介绍;
(2)设备陈旧,缺乏实用性实验的开设;
(3)科研活动参与率低,未形成完善的创新培养体系;因此,在培养体系、课程平台、教学模式等方面对车辆工程专业网络通信类课程进行全新的探讨,既可以作为对“机电结合,特色分流”交叉教学的补充和深化,也可以通过车辆工程专业“以点带面,见贤思齐”,带动其他专业学生对网络通信类课程的兴趣和创新能力的培养。
2培养体系的改革
现有网络通信类的课程教学以车载CAN和LIN网络理论的认识为主,实验教学则以演示性和验证性内容为主。但是,传统的车载网络已失去原有的主导地位。针对“以车为本兼顾网络”的原则,需要逐步扩大网络通信类的广度和深度,鼓励学生立足本专业课程,学科交叉,勇于探索。通过车辆工程专业导论和认知实习,重点在于拓宽学生视野,初步建立学生对车载网络知识体系的感性认识。展示本专业前期积累的各项成果,如飞思卡尔智能小车等,为后续知识体系交叉学习打下基础。在验证、巩固和加深理论教学的基础上,选择车辆相对独立、功能简单,但系统结构较为完整的网络通信类实验项目,力求学生能在课程实验中能加深对车载网络通信理论知识的理解,掌握车载网络算法优化等方面的基本技能。以课程设计、竞赛的形式,选择适当的课题展开具有实际工程应用的综合训练。围绕汽车行业生产、研发过程中具有实际工程意义的问题进行选择,力求实现能正常运行的实验室样机,提高学生在车载网络通信及优化方面的综合能力。
3课程平台的改革
围绕培养体系的三个层次,对车辆工程专业的课程体系进行了创新性规划,在专业基础课中增设网络通信类基础课程,整合优化成“大机械类基础课程平台”,并配合车辆工程专业主干课,适当增设专业特色选修课,引导学生进行机械设计方向和车载网络通信方向的分流。在先修机械类、通信类公共课程的基础上,以学生的专业兴趣为主要依据,搭建“车载网络特色课程平台”。对原有的课程体系进行调整,既要增设网络通信类课程,还要兼顾原有机电类课程的设置。相互支撑,构建车载网络特色课程群,通过车辆机械与电子信息学科体系的交叉,实现创新型、综合型人才培养的目标。
3.1基础平台
通过增设通信原理、计算机网络等基础课程,结合相应的课程实习,将通信网络类课程融入到基础课程平台中。以主题会议、专家报告等方式向低年级学生介绍行业前沿技术以及网络在汽车中具体应用,形成直观的认知,增强学生的兴趣。由于总课时的限制,通信网络类基础课程以小课时、重实践、多交叉的形式进行调整。由于机械类课程在车辆工程总课时中占有较大的比重,因此网络通信类的课程根据“不同方向不同要求”的原则进行压缩。在总课时不变的前提下,压缩课时量,以增设相关网络通信课程。需要注意的是,在总学时不变的前提条件下,如果不进行专业分流,势必会造成机械类课程与电子信息类课程在学时分配上发生冲突。面向高年级学生进行专业分流,形成车辆与通信互为支撑、优势互补的格局。创新性的将部分学生引导到车载网络通信方向,有效缓解机械与通信类课时冲突的问题。
3.2特色平台
围绕新能源汽车、车载网络等汽车行业重点研究方向,设置课题研究小组,由教授或副教授担任负责人,配备2-3位中级职称的教师和实验室教师,团队结构合理,知识体系交叉,阶梯分工明确形成结构合理的学术团队。鼓励不同专业方向的学生进行自由组合,选择部分动手能力强的学生参加科研课题研究,为学生的科技创新提供支持。创新平台的课程覆盖了车辆、机械、通信等领域,涉及汽车电子、新能源和通信网络等多个方向,满足车辆工程本科专业学生的兴趣要求。团队结构合理,知识体系交叉,阶梯分工明确;对部分优秀本科生,仿照研究生的培养方式实行导师指导的培养制度,进入实验室协助配合研究生完成相应的课题研究,实现导师负责、研究生协助的双导师培养制度。
4教学模式的构建
教师在课程中的教学质量直接影响到学生的学习兴趣和创新能力的培养。网络通信类课程的改革,要求教师同时具备车辆工程和网络通信的知识,既能将教学内容从机械知识结构拓展到网络通信领域,也能够将网络通信领域的最新技术应用到车辆工程中。但我国高校中在机械工程和电子信息领域中的“双师型”教师数量明显不足,缺乏具有实践经验的中高级技术人员。为了充实教学队伍,可以聘请汽车行业有经验的技术人员作为兼职教师。同时,支持和鼓励教师深入企业学习新技术。鼓励学生将新想法、新创意,以发明专利、科技创新竞赛的形式实现。对构思新颖的选题给予必要的科研经费和指导,同时设定创新学分,进一步推动创新研究。
目前国内高校车辆工程专业网络通信类课程教学普遍存在以下问题:
(1)课时比重偏低,缺乏对新概念、新技术的介绍;
(2)设备陈旧,缺乏实用性实验的开设;
(3)科研活动参与率低,未形成完善的创新培养体系;因此,在培养体系、课程平台、教学模式等方面对车辆工程专业网络通信类课程进行全新的探讨,既可以作为对“机电结合,特色分流”交叉教学的补充和深化,也可以通过车辆工程专业“以点带面,见贤思齐”,带动其他专业学生对网络通信类课程的兴趣和创新能力的培养。
2培养体系的改革
现有网络通信类的课程教学以车载CAN和LIN网络理论的认识为主,实验教学则以演示性和验证性内容为主。但是,传统的车载网络已失去原有的主导地位。针对“以车为本兼顾网络”的原则,需要逐步扩大网络通信类的广度和深度,鼓励学生立足本专业课程,学科交叉,勇于探索。通过车辆工程专业导论和认知实习,重点在于拓宽学生视野,初步建立学生对车载网络知识体系的感性认识。展示本专业前期积累的各项成果,如飞思卡尔智能小车等,为后续知识体系交叉学习打下基础。在验证、巩固和加深理论教学的基础上,选择车辆相对独立、功能简单,但系统结构较为完整的网络通信类实验项目,力求学生能在课程实验中能加深对车载网络通信理论知识的理解,掌握车载网络算法优化等方面的基本技能。以课程设计、竞赛的形式,选择适当的课题展开具有实际工程应用的综合训练。围绕汽车行业生产、研发过程中具有实际工程意义的问题进行选择,力求实现能正常运行的实验室样机,提高学生在车载网络通信及优化方面的综合能力。
3课程平台的改革
围绕培养体系的三个层次,对车辆工程专业的课程体系进行了创新性规划,在专业基础课中增设网络通信类基础课程,整合优化成“大机械类基础课程平台”,并配合车辆工程专业主干课,适当增设专业特色选修课,引导学生进行机械设计方向和车载网络通信方向的分流。在先修机械类、通信类公共课程的基础上,以学生的专业兴趣为主要依据,搭建“车载网络特色课程平台”。对原有的课程体系进行调整,既要增设网络通信类课程,还要兼顾原有机电类课程的设置。相互支撑,构建车载网络特色课程群,通过车辆机械与电子信息学科体系的交叉,实现创新型、综合型人才培养的目标。
3.1基础平台
通过增设通信原理、计算机网络等基础课程,结合相应的课程实习,将通信网络类课程融入到基础课程平台中。以主题会议、专家报告等方式向低年级学生介绍行业前沿技术以及网络在汽车中具体应用,形成直观的认知,增强学生的兴趣。由于总课时的限制,通信网络类基础课程以小课时、重实践、多交叉的形式进行调整。由于机械类课程在车辆工程总课时中占有较大的比重,因此网络通信类的课程根据“不同方向不同要求”的原则进行压缩。在总课时不变的前提下,压缩课时量,以增设相关网络通信课程。需要注意的是,在总学时不变的前提条件下,如果不进行专业分流,势必会造成机械类课程与电子信息类课程在学时分配上发生冲突。面向高年级学生进行专业分流,形成车辆与通信互为支撑、优势互补的格局。创新性的将部分学生引导到车载网络通信方向,有效缓解机械与通信类课时冲突的问题。
3.2特色平台
围绕新能源汽车、车载网络等汽车行业重点研究方向,设置课题研究小组,由教授或副教授担任负责人,配备2-3位中级职称的教师和实验室教师,团队结构合理,知识体系交叉,阶梯分工明确形成结构合理的学术团队。鼓励不同专业方向的学生进行自由组合,选择部分动手能力强的学生参加科研课题研究,为学生的科技创新提供支持。创新平台的课程覆盖了车辆、机械、通信等领域,涉及汽车电子、新能源和通信网络等多个方向,满足车辆工程本科专业学生的兴趣要求。团队结构合理,知识体系交叉,阶梯分工明确;对部分优秀本科生,仿照研究生的培养方式实行导师指导的培养制度,进入实验室协助配合研究生完成相应的课题研究,实现导师负责、研究生协助的双导师培养制度。
4教学模式的构建
教师在课程中的教学质量直接影响到学生的学习兴趣和创新能力的培养。网络通信类课程的改革,要求教师同时具备车辆工程和网络通信的知识,既能将教学内容从机械知识结构拓展到网络通信领域,也能够将网络通信领域的最新技术应用到车辆工程中。但我国高校中在机械工程和电子信息领域中的“双师型”教师数量明显不足,缺乏具有实践经验的中高级技术人员。为了充实教学队伍,可以聘请汽车行业有经验的技术人员作为兼职教师。同时,支持和鼓励教师深入企业学习新技术。鼓励学生将新想法、新创意,以发明专利、科技创新竞赛的形式实现。对构思新颖的选题给予必要的科研经费和指导,同时设定创新学分,进一步推动创新研究。
5结语
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