一种基于非对称传输速率的车载网络系统

本发明涉及车载网络，尤其是指一种基于非对称传输速率的车载网络系统。

背景技术：

1、目前，车载网络的架构正从分布式架构向集中式架构转变的方向发展；在集中式架构中，车载网络包括一个或者少数个的中央节点和多数个区域节点；由于集中式架构中位于中央节点的信号处理单元和位于区域节点的区域网关融合了分布式架构中分散在汽车内的大量电子控制器单元(ecu，electroniccontrolunit)的功能，因此集中式架构中减少了电子控制器的数量，且降低了车辆线束的复杂性。

2、基于集中式架构的车载网络中，由于上行链路需要满足将传感器如高清摄像头等向中央节点中的信号处理单元单向传输大量数据的需求，同时，传感器的融合技术使得在上行链路进行传输数据时无法压缩数据，否则会导致降低数据的精度和增加数据传输的时延，因此，上行链路需要使用功能很大的传输带宽；由于下行链路需要满足从中央节点中的信号处理单元向区域节点的车载显示器传送各种高清视频用于信息娱乐的需求，但是由于大部分的高清娱乐视频可以接受视频压缩算法，因此，下行链路的带宽需求相对来说小于上行链路的带宽需求；由此可知，上下行链路的带宽需求是不对称的。

3、为了满足这种不对称的上下行链路的带宽需求，进一步提高数据在上行链路中的传输速率，一种方法是将上行链路的器件更换为满足更高传输速率的宽带器件，但是宽带器件的成本高，且同一个双向传输模块中使用两种不同带宽的器件不方便生产管理；另一种方法是不更换器件，在每个上下行链路的发送端和接收端增加物理层(phy，physicallayer)数字信号处理(dsp，digitalsignalprocessing)专用集成电路(asic，application-specific i ntegrated ci rcu it)，并利用高级调制格式提高上行链路传输的性能和速率；由于该方法需要在发送端和接收端同时引入dsp，且现有信号处理单元中使用的asic芯片是根据相应的网络协议和信道传输材料设计的，无法改变信号处理单元的处理方式和需求，因此，现有技术中实现高级调制格式的数字信号处理算法时，发送端和接收端都需要使用额外的dsp asic芯片，这将大大增加了车载网络的成本，且dsp asic芯片开发周期长、前期投入大，花费大量精力和财力开发asic存在巨大风险。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中车载网络实现和研究成本高的问题；信号处理单元中使用的asic芯片只适用于固定的网络协议和信道传输材料，导致无法改变信号处理单元的处理方式和需求的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于非对称传输速率的车载网络系统，包括：

3、多个区域节点，设置于汽车不同位置；

4、连接器件，用于连接中央节点与区域节点；由连接器件形成的连接通道既可作为上行链路，又可以作为下行链路；所述连接器件满足下行链路进行信号传输的带宽要求；通过上行链路，将信号从区域节点中传输至中央节点中；通过下行链路，将信号从中央节点中传输至区域节点中；

5、中央节点，位于汽车的中央位置，内部设置一个信号处理单元，所述信号处理单元包括：

6、模数转换器，与现场可编程逻辑门阵列连接，用于采集连接器件传输上行高速率信号时产生的部分响应信号，并将部分响应信号转换成数字信号；

7、现场可编程逻辑门阵列，通过第一外围组件快速互连接口与中央处理器连接，用于控制模数转换器，并对数字信号进行缓存以及时钟域转换；

8、中央处理器，通过第二外围组件快速互连接口与图形处理器连接，用于对现场可编程逻辑门阵列时钟域转换后的数字信号进行预处理，并控制现场可编程逻辑门阵列与图形处理器之间的传输；

9、图形处理器，用于对中央处理器预处理后的数字信号进行自适应处理，完成对数字信号的补偿。

10、优选地，所述现场可编程逻辑门阵列包括：随机存取存储器、dma传输控制器以及时钟域转换器；

11、所述随机存取存储器，用于对模数转换器转换后得到的数字信号进行缓存；

12、所述dma传输控制器，用于将缓存后的数字信号传输至时钟域转换器中；

13、所述时钟域转换器，用于对缓存后的数字信号进行时钟域转换。

14、优选地，所述多个区域节点包括：第一区域节点，位于汽车的左前方位置；第二区域节点，位于汽车的右前方位置；第三区域节点，位于汽车的左后方位置；第四区域节点，位于汽车的右后方位置。

15、优选地，所述连接器件为光纤器件或电器件；基于连接器件为光纤器件，连接通道中传输的信号为光信号；基于连接器件为电器件，连接通道中传输的信号为电信号。

16、优选地，在中央处理器的直接内存访问中设置驱动程序包括：

17、初始化现场可编程逻辑门阵列和模数转换器，设置多个部分响应信号的采集时间、确定模数转换器通道中采集多个部分响应信号的通道、确定多个数字信号缓存位置；

18、中央处理器调用驱动程序成功后，模数转换器、现场可编程逻辑门阵列开始工作。

19、优选地，利用模数转换器，采集连接器件传输上行高速率信号时产生的部分响应信号，并将部分响应信号转换成数字信号；利用现场可编程逻辑门阵列，对数字信号进行缓存以及时钟域转换包括：

20、利用模数转换器，采集多个部分响应信号，并将多个部分响应信号转变为多个数字信号，从而将多个数字信号缓存在位于现场可编程逻辑门阵列上的随机存取存储器中，得到缓存后的多个数字信号；

21、通过位于现场可编程逻辑门阵列上的dma传输控制器将缓存后的多个数字信号传输至位于现场可编程逻辑门阵列上的时钟域转换器中；通过时钟域转换器，对缓存后的多个数字信号进行时钟域转换，得到时钟域转换后的多个数字信号。

22、优选地，利用中央处理器，对现场可编程逻辑门阵列时钟域转换后的数字信号进行预处理包括：

23、通过第一外围组件快速互连接口，将时钟域转换后的多个数字信号传输至中央处理器中；在中央处理器中，对时钟域转换后的多个数字信号进行预处理，得到预处理后的多个数字信号。

24、优选地，所述预处理包括数字信号同步和时钟恢复。

25、优选地，利用图像处理器，对中央处理器预处理后的数字信号进行自适应处理包括：

26、通过第二外围组件快速互连接口，将预处理后的多个数字信号传输至图形处理器中；在图形处理器中，利用通信数字信号处理算法，对预处理后的多个数字信号进行信道均衡和判决，完成对多个数字信号的补偿，获取高速率信号的全部信息。

27、优选地，所述数字信号处理算法包括最大似然估计或bcjr算法或自适应均衡算法或实时前向反馈均衡算法或频域最小均方自适应均衡算法。

28、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下有益效果：

29、本发明所述的一种基于非对称传输速率的车载网络系统，采用同一种连接器件既可以作为上行链路，又可以作为下行链路，且所述连接器件满足下行链路进行信号传输的带宽要求；位于中央节点处设计包含中央处理器(cpu，centralprocessingunit)、图形处理器(gpu，graphicsprocessing unit)、模数转换器(adc，analogtodigitalconverter)、现场可编程逻辑门阵列(fpga，fieldprogrammablegatearray)的信号处理单元；由于所述连接器件满足下行链路进行信号传输的带宽要求，则基于上行链路信号传输的带宽要求，所述连接器件对于上行链路为窄带连接器件，由此基于所述连接器件传输上行高速率信号时产生部分响应信号，利用信号处理单元，采集部分响应信号，并将部分响应信号转换为数字信号，对数字信号进行预处理后，再使用通信数字信号处理算法来对数字信号进行处理，完成对数字信号的补偿，获取高速率信号的全部信息；本发明通过使用满足下行链路信号传输带宽要求的连接器件，在降低通信器件成本的同时，通过中央节点内的信号处理单元对部分响应信号进行处理，满足了上下行链路中数据传输的要求，且不需要额外的dspasic芯片，进一步减轻了车载网络的成本；

30、本发明所述的一种基于非对称传输速率的车载网络系统，在设计中央节点内的信号处理单元时，考虑到gpu拥有较强的计算能力以及大量的计算单元，则gpu可以满足对数字信号自适应处理的要求，且gpu的开发成本低，因此，使用gpu进行数字信号处理优于dspasic芯片，则在信号处理单元中设计利用gpu，根据通信数字信号算法，对预处理后的数字信号进行补偿处理；同时，部署于信号处理单元中的fpga和gpu构成fpga-gpu可编程计算平台，该平台可以用于实现智能驾驶的障碍物识别和路径判断等功能，使得所设计的信号处理单元的功能更加丰富；fpga-gpu可编程计算平台具有较高的可编程性、部署时效性、并行性以及可拓展性，在满足车载处理需求的同时，可以避免为未来不确定的网络协议开发asic而带来的巨大研发投入风险，且所设计的位于中央节点处的信号处理单元不受限制于网络协议和信道传输材料，可以根据实际需求改变信号处理单元的处理方式。