CN101674683A - 一种无线车域网网关 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无线车域网网关，该网关包括微处理器、中短程无线通讯模块、商用蜂窝网模块、电源管理模块、人机交互界面、车载网络接口模块、GPS模块、射频功放以及外置天线组成，微处理器通过通用接口与各模块连接。还包括运行在微处理器操作系统下的服务程序，该服务程序包括两大功能：备置和发起外部网络的无线连接；车域网管理，包括身份认证、权限备置、密码管理、连接设置。本发明方便操作管理，可应用于汽车这类高速运行的交通工具上，能够将一定范围内的汽车和移动终端组成车域网，并为整个车域网提供无线网络接入，且信号稳定，覆盖范围广，且对车内电磁环境干扰小。
Description
技术领域
本发明涉及一种移动车载网络接入工具，属于无线通讯技术领域。
背景技术
21世纪是信息的时代，作为信息传输的重要载体，无线通讯技术的发展也是日新月异，其覆盖范围已涉及全球的每一个角落，渗透入人们生活的方方面面。通讯速度和质量也有了很大的提高，正在满足人们日益复杂的功能需求。特别是进入新世纪，3G技术取得了长足的发展，并开始了实用化。主要标准包括欧洲的WCDMA，日本、韩国、北美的CDMA2000，以及中国的TD-CDMA。与此同时，中短程通讯技术也取得了突破性的进展，由Wimax论坛联盟主导的Wimax技术作为最后1km的解决方案，被认为是构建城域网的最佳选择，传统的基于IEEE802.11的Wifi技术通讯距离和质量也有了极大的提高。专为车辆通讯设计的基于IEEE802.11p的WAVE协议体系，采取了一系列举措以满足车辆通讯对于可靠性和安全性的要求。
汽车作为信息技术的“最后一块孤岛”，必将成为无线运营商、设备和服务供应商角逐利益的主战场。汽车技术与现代无线通讯技术的融合成为各大整车厂提升品牌形象，增加销售附加值的重要手段。正是在这一背景之下，出现了一种全新的技术——Telematics。全球范围内，整车厂围绕这一技术纷纷推出了自己的产品和服务，如通用的Onstar系统，福特的Sync系统，丰田的G-Book等。就在今年通用与上海汽车集团合资成立的安吉安星信息服务公司将开始为上海通用汽车在中国生产、销售的汽车提供汽车安全信息服务。面对日益扩大的市场蛋糕，国内整车厂也在加快自己的研发步伐，上海汽车预计在2011年将推出自己的Telematics系统。可以预见，中国作为全球最大的新兴汽车市场，汽车信息服务业将取得长足的发展。但在这一服务理念迅速发展的同时，相关硬件平台的开发却相对落后。
目前国内尚没有成熟的车载网络接入硬件，比较相近的是专利号为02137844.4的无线车域网网关专利。该专利涉及的发明主要基于WPAN(个人无线网)技术，可以将车内的PDA、笔记本、手机等移动终端组成个人局域网，并通过GSM蜂窝网模块接入外网。该专利一定程度上满足了车内用户的网络需求，但存在以下局限性：1、覆盖范围窄，在十米以内，只能为车内终端提供网络接入，其实质是一种车内网网关，而不是车域网网关；2、无法满足车辆的网络需求，在该发明中汽车只是一个载体，而不是作为一个网络终端。
发明内容
本发明的目的是提供一种适合车辆应用的车载无线网络接入工具，能够为车辆本身及特定范围内的其他车辆及移动终端提供高速无线接入。
为达到上述目的，本发明的解决方案是：
本发明是一种无线车域网网关，该网关包括微处理器、中短程无线通讯模块、商用蜂窝网模块、电源管理模块、人机交互界面、车载网络接口模块、GPS模块和功放及外接天线组成。微处理器作为系统核心对整个系统进行管理；中短程无线通讯模块是构建无线车域网的内部通讯模块；商用蜂窝网模块提供整个车域网与外部蜂窝网的接口；电源管理模块将车载电源转换为内部各模块要求的稳定电源；人机界面使用户能够跟微处理器进行交互；车辆接口模块提供网关与车载网络(Can/Lin/FlexRay等)的接口；GPS模块能够为网络内所有车辆提供导航和定位服务；功放及外接天线用来提高信号强度和覆盖范围。微处理器通过USB，UART，GPIO等通用接口与各模块连接。
微处理器作为网关的核心，硬件上包括与各模块连接的通用电气接口，同时还应具备足够的处理能力，能够支持操作系统，提供人际界面的后台支持。同时还须开发各功能模块的接口驱动，以及相关的管理服务程序。现在市场上有很多功能强大的处理器以及配套的开发工具能够很好的满足设计需求。
中短程无线通讯模块现在比较成熟的有Wifi模块和Wimax模块，市场上均有相关产品出售。这类模块功率和成本都较低，体积小很适合产品集成。
商用蜂窝网模块现在的主流是GSM模块，CDMA技术也正在普及，Simcom公司的相关产品便能满足本发明的相关需求。
人机界面包括输入端和显示端两部分，输入端可采用各种按键、触摸屏等形式，显示端可采用LCD显示屏。
电源管理模块主要起稳压跟变压的作用，满足不同模块的电压需求，可以由各种稳压电源组成。电源直接由车载蓄电池供给，具体接口可通过点烟器和OBD诊断口。
车载网络接口模块的作用是将网关跟车载网络连接，从而使车辆本身作为一个网络终端，分享网络资源。
GPS定位模块能够满足网络内车辆的的定位要求，并可为他们提供导航服务。
功放及天线又分为中短程无线模块的功放和天线与商用蜂窝网通讯模块的功放和天线，功放模块集成在网关内，天线外置。功放模块和天线市场上也均有销售。
整个无线网络由运行在微处理器操作系统下的服务程序管理。该服务程序包括两大功能：备置和发起外部网络的无线连接；车域网管理，包括身份认证、权限备置、密码管理、连接设置等。
本发明具有如下优点：
1、运行操作系统、人机界面友好，方便操作管理；
2、增加功放，天线外置，信号稳定，覆盖范围广，且对车内电磁环境干扰小；
3、采用车用电源，并利用现有的标准接口(点烟器或OBD诊断口)；
4、包括车辆网络接口，车辆本身成为一个网络终端；
5、应用本发明可以轻松的组建车域网络，共享网络资源；
6、集成GPS模块，能过为网络内车辆提供导航服务。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
其中有微处理器1.1、中短程无线通讯模块 1.2、商用蜂窝网模块 1.3、电源管理模块1.4、人机交互界面 1.5、车载网络接口模块 1.6、GPS模块 1.7、2.5GHZ射频功放 1.8、1900MHZ射频功放 1.9以及两根外置天线。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
将无线车域网网关安装在车内，连接电源和天线，即可为一定范围内的移动终端提供无线接入。同时通过与车载网络的连接，使车辆本身成为网络终端。该网关一方面可将区域内的车辆和移动终端组成车域网，一方面可提供车域网与外部无线网络的接口。
具体实现如图1所示。
微处理器使用Samsung公司的S3C2410。该芯片采用32位Arm920T内核，工作频率202MHz，提供3路UART接口，两路USB接口，GPIO接口以及SPI，SCI等接口。
中短程无线通讯模块采用基于Solomon VT6656无线网络控制芯片的USB无线网络模块。该芯片完全兼容IEEE802.11a/b/g标准，整合了3.3V转1.8V的控制电路，通过USB接口与微处理器连接。
商用蜂窝网模块采用Simcom公司的SIM5218模块，该模块支持3频WCDMA/HSPA(850/1900/2100MHz)、4频GSM/GPRS/EDGE(850/900/1800/1900MHz)，嵌入SIM卡，支持AT命令控制，该模块通过USB接口与微控制器连接。
电源管理模块通过车上的OBD诊断接口取电，内部则包括5V、3.3V稳压电源，给其它元件供电。
人机界面由7寸LCD显示屏和若干按键组成。
考虑到CAN网络是汽车上使用的主要网络，在本实施案例中，车载网络接口模块包括CAN控制器和CAN收发器。其中控制器采用MCP2515，一端通过SPI接口与微处理器相连，另一端通过CAN收发器TJA1050经由ODB诊断接口与车载CAN网络连接。
GPS模块芯片采用达伽马SR-91，GPS模块通过串口与微处理器连接。
中短程无线通讯模块的功放采用3V，2.5GHZ线形射频功放模块RF2129以及与之相配套的布置在车外的2.5GHZ天线。
商用蜂窝网接入模块采用3V，1900MHZ线形射频功放模块RF2161以及与之相配套的布置在车外1900MHZ天线。
微控制器经IO口，通过AD转换控制两个功放模块的工作状态。
微处理器运行WinCE6.0操作系统。操作系统需安装两个无线模块的基于USB和UART接口的驱动，驱动程序提供API以方便应用程序在WinCE环境下对两个通讯模块进行管理。对通讯模块的管理最基本的功能是建立和中断连接，控制功放功率。
在实现通讯的基础上，本发明还能实现用户管理，权限分配，密码管理等高级功能。
如上所述的实施案例可以用于组建小范围车域网，可为车队提供网络和GPS定位服务。根据不同的应用需求，可以对功能模块进行相应的配置和删减。比如对于没有ODB诊端口的车辆我们可以通过点烟器或是其它车载电源取电，同时我们也能通过配置车载网络接口模块满足不同车载网络的接入需求，通过选择功能更加强大的中短程无线通信模块，可以有效地提高网络的覆盖范围，满足一些如抗灾抢险车辆通信管理等特殊需求。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1、一种无线车域网网关，其特征在于：该网关包括微处理器、中短程无线通讯模块、商用蜂窝网模块、电源管理模块、人机交互界面、车载网络接口模块、GPS模块、射频功放以及外置天线组成，微处理器通过通用接口与各模块连接。
2、根据权利要求1所述的无线车域网网关，其特征在于：所述微处理器包括与各模块连接的通用电气接口，具备足够的处理能力，能够支持操作系统，提供人际界面的后台支持；还包括各功能模块的接口驱动，以及相关的管理服务程序。
3、根据权利要求1所述的无线车域网网关，其特征在于：所述中短程无线通讯模块采用Wifi模块和Wimax模块。
4、根据权利要求1所述的无线车域网网关，其特征在于：所述商用蜂窝网模块包括GSM模块或CDMA模块。
5、根据权利要求1所述的无线车域网网关，其特征在于：所述人机界面包括输入端和显示端两部分，输入端采用各种按键、触摸屏等形式，显示端采用LCD显示屏。
6、根据权利要求1所述的无线车域网网关，其特征在于：所述车载网络接口模块将网关跟车载网络连接，从而使车辆本身作为一个网络终端，分享网络资源。
7、根据权利要求1所述的无线车域网网关，其特征在于：功放及天线又包括中短程无线模块的功放和天线与商用蜂窝网通讯模块的功放和天线；功放模块集成在网关内，天线外置。
8、根据权利要求1所述的无线车域网网关，其特征在于：还包括运行在微处理器操作系统下的服务程序，该服务程序包括两大功能：备置和发起外部网络的无线连接；车域网管理，包括身份认证、权限备置、密码管理、连接设置。
9、根据权利要求1所述的无线车域网网关，其特征在于：所述微处理器分别通过UART和USB接口跟蜂窝网模块和中短程无线通讯模块相连。
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