[论文解读] Implementation of Sensor Network using Efficient CAN Interface

Yeshwant Deodhe, Swapnil Jain+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 26, 2014

Bluetooth and Wireless Communication Technologies参考文献 4被引用 3

一句话总结

本文提出了一种基于控制器局域网络（CAN）的高效传感器网络架构，用于实时监测工业参数，如温度、压力、转速和扭矩。通过利用CAN在20 kbit/s至1 Mbit/s通信速率下的高可靠性、低延迟和强大通信能力，该框架使分布式传感器节点能够在工业环境中可靠地交换数据，展示了CAN在可扩展、低成本且具备强大实时性能的传感器网络中的适用性。

ABSTRACT

Sensors monitored by centralized system, that may be used for controlling and monitoring industrial parameters (Temp, Pressure, Speed, Torque) by using CAN interface. In this paper we presents a comprehensive overview of controller area networks, their architecture, protocol, and standards. Also, this paper gives an overview of CAN applications, in both the industrial and nonindustrial fields. Due to CAN reliability, efficiency and robustness, we also propose the extension of CAN applications to sensor network. In this paper, a framework of sensor network for monitoring industrial parameters is explained where sensors are physically distributed and CAN is used to exchange system information. CAN (Controller Area Network) is a high integrity serial bus protocol that is designed to operate at high speeds ranging from 20kbit/s to 1Mbit/s which provide an efficient, reliable and very economical link

研究动机与目标

• 设计一种基于CAN作为通信骨干的可扩展、低成本传感器网络，用于工业参数监测。
• 评估CAN在传统汽车应用之外的分布式传感器网络中的适用性。
• 证明利用CAN的高完整性串行协议在工业传感器系统中实现实时、可靠的数据交换的可行性。
• 通过结构化框架将CAN应用扩展至更广泛的工业及非工业监测场景。

提出的方法

• 作者实现了一个集中式监控系统，其中多个传感器在工业环境中物理分布。
• 使用CAN协议作为通信骨干，实现在20 kbit/s至1 Mbit/s速率下传感器与中央控制器之间的数据交换。
• 系统利用CAN内置的错误检测和故障隔离机制，确保高完整性和可靠性。
• 该框架旨在支持对温度、压力、转速和扭矩等动态参数的实时监控。
• 提出分层架构，集成传感器节点、CAN收发器和中央控制器，以实现数据聚合与控制。
• 实现重点在于在保持坚固性和实时响应能力的同时，最小化硬件成本。

实验结果

研究问题

• RQ1 CAN能否有效用作分布式工业传感器网络的通信骨干？
• RQ2 CAN的可靠性和高效性如何支持对关键工业参数的实时监控？
• RQ3 在传感器网络部署中，使用CAN在架构和协议层面具有哪些关键优势？
• RQ4 CAN在多大程度上可超越汽车应用，扩展至更广泛的工业监控系统？

主要发现

• 所提出的基于CAN的传感器网络可在高达1 Mbit/s的数据速率下，实现分布式传感器之间的可靠、实时通信。
• CAN固有的错误检测和故障容错机制显著提升了工业环境中系统的鲁棒性。
• 该框架支持对多种工业参数（包括温度、压力、转速和扭矩）的高效监控，延迟极低。
• 使用CAN在保持高完整性与可扩展性的同时，降低了系统成本，适用于工业应用。