基于Lora的车窗无线控制研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

21世纪以来，随着电子技术的高速发展，电子技术和汽车的深度融合致使汽车电子模块越来越多，平均一个汽车几十个电子模块，多则上百个。

各个模块之间用导线相连致使导线的数量不断增加，为了更加有序便于维修等将相同功能相同规格的导线捆绑成一个一个线束，汽车的线束被称为汽车的神经元负责各个单元模块的信号传输。

随着人们生活的不断提高，对汽车不仅仅是交通工具一个要求，汽车更是像一个移动的小家，对汽车的舒适度、安全性等的要求不断提高，为了提提升汽车的体验感不断满足人们对汽车的需求，智能化、车联网等新型汽车成为发展的必然趋势，汽车电子模块会越来越多。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：1、研究车窗的无线通信方式，研究Lora的通信协议；2、设计含无线通信的车窗主从控制模块。3、制作功能验证实验平台，实现基于Lora的车窗无线控制。4、分析此方式下信道干扰的问题，研究其解决方案。

方案概述：本次设计以LoRa的通信协议为基础，以设计一个基于LoRa协议的汽车车窗控制通讯协议为目的，参考当前常用的无线通讯协议和LoRaWAN协议进行改进设计并进行可靠性、实时性、安全性等分析验证。首先，对关键技术进行介绍和优缺点分析，然后，通过支撑LoRa协议物理层的射频芯片SX1278和低功耗微控制器STM8设计适合于汽车的无线通讯系统MAC层协议并进行开发验证，最后，对整个系统进行测试和分析是否达到预期的要求。 为了使系统更加容易扩展、低耦合、减少复杂性等，系统采用分层的思想进行设计，共分成四层构架分别为物理层、数据链路层、网络层、应用层等。其中，物理层提供比特级别的传输，负责定义传输信息的媒介、方法等，本次设计使用LoRa协议进行传输使用官方推出的通讯芯片SX1278，使用STM8驱动SX1278即进行物理层的数据传输，数据链路层提供端对端的数据传输能力，在数据链路层需要提供保障的传输服务，即确保数据无差错的传输到指定的端同时尽可能的保证对方能接受到数据，所以在数据链路层需要设置差错检测控制、重传机制、MAC地址分配机制、完整性校验机制等确保数据链路层向上层提供可靠的传输服务，由于官方推出基于LoRa协议的MAC层LoRaWAN协议是针对低功耗广域网设计的MAC层协议在地址分配、可靠性等方面并不适合直接应用于车窗的无线控制。所以MAC层设计参考LoRaWAN协议和其他无线通讯的MAC层协议再根据使用场景进行重新设计，网络层提供分段、重装、流量控制等能力，负责发送和接收长数据时进行分段、重装和流量控制等机制并且同时提供对于数据链路层的地址映射等机制，本次参考汽车CAN总线网络层协议标准ISO15765-2进行上层服务的兼容设计，并同时参考其他无线通讯协议进行分组重装等机制进行设计。应用层提供会话、连接、安全控制等功能，兼容统一诊断服务ISO14229-1/ISO15765-3的标准。 对于无线通讯信道干扰问题、软件设计传输机制问题等的可靠性、安全性、实时性进行深入的分析研究。比如在停车场或者堵车等场景多车相互靠近时信号的相互干扰的问题，初步设想使用信道发生碰撞和碰撞处理算法CSMA-CA算法进行处理，发送数据前，先检测到信道状态，等到信道空闲后，再等待一段时间后，再次检测信道是否空闲，如果还是空闲，那么立刻发送数据，否则，随机等待一定时间，等时间到期后，再次发送检测。在防止无线入侵等安全问题上在MAC层中使用签名的加密手段保证信息的完整性和防止被恶意篡改、伪造消息。 在车窗的控制手段上，使用按键的方式，CPU随时进行按键检测当检测到按键信号时进行指令的执行。在车窗控制策略上使用星型结构，一个中央节点进行控制指令的发送，多个其他节点之间不进行通讯只能和中央节点进行通讯，即驾驶员有权控制所有的窗口的升降等动作，其他窗口之间没有权限相互控制。控制优先级上，驾驶员控制优先级最高，即当各个车窗执行自己的控制指令时都先检查是否有中央控制器发来指令再如果没有再执行如果有则优先执行中央控制的指令忽略自身的控制指令。车窗控制指令包括控制车窗的升降、车窗锁定等

3. 研究计划与安排

1、开题报告。（第1-3周）

2、英文资料翻译。（第4周）

3、硬件设计与制作。（第5-9周）

4. 参考文献（12篇以上）

[1]李白.线束系统的轻量化发展趋势 德尔福新型导线技术在汽车线束中的应用[j].汽车与配件,2012(14):42-43.[2]陈华梦. 汽车线束的优化设计和可靠性分析[d].上海交通大学,2016.[3]陈海军.基于汽车故障诊断仪kt600的无线通讯系统研究[j].西部交通科技,2015(09):96-99.[4]陈长江. 基于pke的无线智能遥控汽车钥匙研发[d].苏州大学,2017.[5] stm8系列c语言入门指导[m]．网络资料[6] stm8s参考手册[m]. http://www.st.com/stonline/products/literature/rm/14587.pdf[7] 赵光宙主编. 信号分析与处理[m] 机械工业出版社，2014[8] 杨欣;王玉凤;刘湘黔.电路设计与仿真[m]．北京：清华大学出版社， 2016[9]吕文涛. lora网络中aloha防碰撞算法及数据安全的研究[d].重庆理工大学,2018.[10]王坤龙. 基于lora的低功耗广域网mac协议实现与优化[d].重庆邮电大学,2018.[11]王鹏,刘志杰,郑欣.lora无线网络技术与应用现状研究[j].信息通信技术,2017,11(05):65-70.[12]杨亮.无线通信的电磁干扰与防范[j].中国新通信,2015,17(14):19-20.[13]赵琰琰,蒋遂平,车春立.基于lorawan的mac层协议的研究与改进[j].计算机工程与设计,2019,40(05):1276-1281 1293.[14]杨阳,王运兵,唐六华,刘昕.基于信誉评价机制的lora物联网安全架构[j].计算机与数字工程,2019,47(02):377-382.[15]dimitrios zorbas,khaled abdelfadeel,panayiotis kotzanikolaou,dirk pesch. ts-lora: time-slotted lorawan for the industrial internet of things[j]. computer communications,2020,153.[16]han biao,peng sirui,wu celimuge,wang xiaoyan,wang baosheng. lora-based physical layer key generation for secure v2v/v2i communications.[j]. sensors (basel, switzerland),2020,20(3).[17]asad ullah muhammad,iqbal junnaid,hoeller arliones,souza richard demo,alves and hirley. k-means spreading factor allocation for large-scale lora networks.[j]. sensors (basel, switzerland),2019,19(21).

[18]j. pen queralta,t.n. gia,z. zou,h. tenhunen,t. westerlund. comparative study of lpwan technologies on unlicensed bands for m2m communication in the iot: beyond lora and lorawan[j]. procedia computer science,2019,155.

[18]聂志宇. lora网络干扰问题的分析及优化[d].南京邮电大学,2019.

[19]赵菁菁. lora协议公平与抗干扰传输研究[d].西北大学,2018.