silex希来科CAN通信的无线化解决方案

CAN通信的无线化

工程车辆的远程监控

近年来，各大汽车制造商为了对应车辆的自动、舒适、驾驶、车辆管理上的网络通信，投入大量成本开发网络通信车辆。这些服务需要将车辆所搭载的各种传感器和摄像头影像信息或行驶信息，通过与云端服务联动来实现，但基本的速度、发动机转速、制动和故障信息等行驶信息则是通过一种叫作CAN(Controller Area Network)的通信方式，在车内的各控制器(ECU:Electronic Control Unit)之间进行交互。

不仅仅是乘用车辆，包括建筑机械和农业机械等属于“工程车辆”范畴的车辆也大都采用基于CAN通信的车内控制通信。在这一市场中，如何在建设现场和农地高效地运行车辆以提高生产效率尤为重要。因此，各车辆制造商都希望能够通过自动驾驶、远程操作、车辆保养作业的高效化、基于运行信息分析的预防维护等方法来提高生产效率。

而要实现这一目标，就需要基于无线通信的运行数据收集和远程控制。但是，与以通常的无线设备为对象的常规公司环境相比，工程车辆使用无线设备的通信条件和安装环境存在显著的差异，因此，CAN通信的无线化需要采取特别的应对措施。

CAN通信与无线局域网通信的区别

CAN通讯而言，即使是CAN 2.0B规格，其通信速度最高也只有1.0Mbps。其数据通常以29bit/帧的帧率进行收发。另一方面，无线局域网等的IP通信则是以几十～几百Mbps速度的进行交互，收发数据约为1,500bit/帧，对数据体积远大于CAN的通信进行了优化。

基于所针对的通信速度和数据体积的差异，单纯将CAN帧一个个转换为IP帧的话，效率极其低下(好比用大桶运少量的水)。

CAN·无线转换的优化

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要使低效率的CAN·无线/IP通信转换变得有效率，需要进行优化，将细分的CAN帧加工、汇总成适合IP通信的形式。这一作业可通过在无线装置内部将CAN帧缓冲至适合IP通信的数据量来实现。

这一缓冲不仅能实现“宽频带无线局域网通信的灵活运用”，在使用TCP/IP通信时还能得到“通过提升数据重新发送效率减轻通信延迟”和“降低无线终端侧的通信负荷/减少发热”等附带效果。尤其对于防尘防水的高密封性工程车辆的部品而言，减少发热是必须条件之一。

通信距离的延长·延迟的应对

CAN的无线化用途可分为两种。一种为，以通信数据的可靠性为最优先的控制应用领域。在控制应用领域一般采用遇错重新发送的TCP通信协议。但，根据周边环境和通信距离，会发生数据重新发送时的等待现象和延迟现象。另一种应用在监视领域。此领域，相比数据的完整性，更需要避免通信距离的延长和延迟导致的PC、平板电脑等的监视软件端的通信中断。这种情况下，适合采用无出错重新发送的UDP。

通过采用与用途相符的IP通信方式，可实现远程应用所使用的平板电脑、智能手机终端的高效运用。

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影像信息的优化

将多个摄像头的影像汇总成1组进行传输，以减少数据量。根据周边的无线环境和通信速度的变化，自动更改影像帧率(fps)和影像画质是一种有效的应对手段。

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PC·平板电脑应用

对于车辆的远程监控和操作，通常会采用笔记本、平板电脑或智能手机等移动终端。这些终端设备便于获取、便于远程监控、且操作应用开发环境也十分完善。但另一方面，这些设备的无线通信功能针对的是常规的办公环境和Wi-Fi热点下的使用。所以重点放在优化产品的电池和节能问题上。

要在无线CAN通信中稳定使用终端设备，需要使移动终端侧的无线通信功能也能稳定工作。在这一点上，经常会出现的问题有“通信瞬间停止、停顿(无线模块的休眠)”、“经常会搜索周边的其他接入点(背景扫描)”等。对于一般的Web阅览和电子邮件收发，完全不会产生任何影响的毫秒级动作延迟，在对延迟要求极高的CAN通信方面则会成为非常严重的问题。

通过移动终端设备的操作系统，想对这种设置进行详细变更是比较困难的。因此需要在车辆应用端将终端的无线功能始终维持在最佳的状态。

与使用的应用相匹配的选择

在市售移动终端上使用CAN通信的无线应用时，可选择无线局域网(即Wi-Fi)和蓝牙这两种选项。

无线局域网可实现高速通信、大容量通信、多终端的同时通信等。是多个CAN信道和高负荷CAN通信(1,000fps以上)实现无线化、或在多个移动终端使用、与影像成组进行通信的最佳通信方式。此外，还有一个优点就是可以使用无线干扰性较低的5GHz频段。

另一方面，蓝牙的通信速度虽不如无线局域网，但因为其对1对1配对通信的优化，可方便地进行设置和使用。此外，他还具备跳频功能，所以它的抗无线干扰性更强；而且无线终端的功耗比无线局域网低，因此其工作时间也会更长。

可通信距离方面，无线局域网为几十米～100米左右，蓝牙则为几米～十米左右，因此可根据使用目标应用的位置与车辆之间的距离远近，来选择合适的无线方式。
※支持Class1的产品，可实现与无线局域网相当的约100m距离的通信，但移动终端侧也需要是支持Class1的产品。

总结

CAN通信的无线化，需要根据CAN通信和IP通信的区别来选择无线设备。同时移动终端应用上也要设计进能够实现稳定通信的机制，从而达到整体的优化。另外，选择与所使用的应用匹配的无线方式也很重要。

今后，在移动通信领域，以高速、低延迟通信为特点的5G服务即将开始投入运营。但仍存在可使用区域和品质水平、通信费用等大量课题。实现普及还需要时间。有鉴于此，针对车辆等室外使用的产品、应用而言，结合了无线局域网、蓝牙、移动网络(LTE/5G)的使用手段将继续成为主流。

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审核编辑 黄宇