自动驾驶汽车以太网数字孪生建模（一）

标注：本文来自本实验室杜兴华的研究成果。

1. 车载以太网 TCP/IP 和 UDP 通信建模

TCP/IP 协议和 UDP 协议是网络的重要协议，利用 TCP/IP 协议和 UDP 协议，我们可以模拟出车载网络和车载以太网，实现车载以太网的数字孪生建模。

1.1 分析车载以太网 TCP 协议报文

TCP 报文如图1-1所示。

图 1-1 : TCP 协议报文格式

我们使用 wireshark 抓包获得车载以太网 TCP 报文，如图 1-2 所示。

图 1-2: Wireshark TCP 报文

1.2 建立 TCP 通信模型

这个模型意在建立 TCP 简单通信模型，来帮助我们了解 TCP 的传输协议，为后面实现车载以太网的建模打好基础。

由于 TCP 是面向连接的协议，所以我们要分别建立一个客户端和服务器端，让他们建立通信连接，之后可以进行 TCP 通信。

首先我们建立一个客户端，如图 1-3 所示。

图 1-3: 客户端

接下来我们建立服务器端，如图 1-4 所示。

图 1-4: 服务器端

紧接着我们运行一下程序，首先运行服务器端，然后运行客户端，他们就可以建立通信连接，成功通信。通信结果如图 1-5 所示。

图 1-5: TCP 通信

服务器端和客户端通信成功。 至此，TCP 通信模型建立完毕。

1.3 分析车载以太网 UDP 协议报文

UDP 协议传输的数据段由 8 个字节组成，分别是报头和有效载荷字段。4 个域组成了 UDP 报头，分别叫做来源连接端口、目的连接端口、报文长度和校验和，每个域各占两个字节。

图 1-6: UDP 协议报文格式

使用 wireshark 捕获 UDP 协议报文，结果如图 1-7 所示。

图 1-7: Wireshark UDP 报文

1.4 建立 UDP 通信模型

这个模型意在建立 UDP 通信模型，来帮助我们了解 UDP 的传输协议，为后面实现车载以太网的建模打好基础。

由于 UDP 是面向无连接的传输协议，因此我们只需要建立创建一个 MATLAB 文件即可以实现 UDP 通信建模。UDP 通信模型代码如图 1-9、1-10 所示。

图 1-9: UDP 模型

图 1-10: UDP 模型

单击运行，可以得到 UDP 通信的结果，如图 1-11 所示。

图 1­-11: UDP 通信

可以看到 u1、u2、u3 实现了互相之间的 UDP 通信。

至此，UDP 通信模型建立完毕。