کن باس (Can Bus) چیست و چه کاربردهایی دارد؟

امروزه خودرو نقش مهمی در زندگی انسان مدرن بازی می‌کند؛ به گونه‌ای که مشاهده یک انسان مدرن در برخی از کشورها بدون خودرو شخصی می‌تواند مایه تعجب باشد. این حضور پررنگ البته به زندگی شخصی و خصوصی انسان‌ها محدود نشده است، بلکه در زمینه حمل و نقل عمومی نیز تقاضای روزافزونی برای محصولات صنعت ساخت وسایل نقلیه وجود دارد .
میزان بالای تقاضا برای خرید خودرو، به مانند هر کالای پر تقاضای دیگری،البته موجب ایجاد رقابت شدید در بین کارخانه‌های تولید کننده شده است. به شکلی که طی نیم قرن گذشته، پیشرفت و استفاده هرچه بیشتر از تکنولوژی در تولید این محصولات و کارخانجات حیرت انگیز بوده است.
یکی از جنبه‌های این پیشرفت حیرت انگیز را می‌توان نتیجه ورود پردازشگرهای الکترونیکی به صنایع خودرو سازی دانست. از دهه هشتاد قرن گذشته میلادی، کم کم سیستم‌های کنترل و مدیریت الکترونیک به خودروها و وسایل نقلیه اضافه شدند. اولین نمونه سیستم‌های کنترل الکترونیک در قسمت زنجیره قدرت (Power Chain  ( استفاده شد و ECU یا واحد کنترل الکترونیکی (Electronic Control Unit)نام گرفت
کنترلر الکترونیکی، اطلاعاتی را از چندین سنسور دریافت و با توجه به این اطلاعات، فرامینی را برای چگونگی کارکرد موتور صادر می‌نماید. اطلاعات گردآوری شده، شامل موارد مختلفی از جمله دما و فشار هوای ورودی به موتور،دمای آب در سیستم خنک کننده، موقعیت برخی اجزای داخلی موتور مانند میل لنگ، میل سوپاپ و اطلاعاتی از این دست است
اطلاعات توسط سنسورها یا حسگرهای تعبیه شده در نقاط مختلف، اندازه‌گیری و به واحد کنترل الکترونیک ارسال می‌گردند. واحد کنترل الکترونیک یا ECU در خودروها، همیشه و در همه لحظات در حال پایش و کنترل وضعیت و کارکرد موتور و متعلقات مجموعه تولید توان می‌باشد؛ نتیجه اضافه شدن واحد کنترل به وسایل نقلیه، از طرفی باعث کارکرد مطمئن‌تر شده و از طرف دیگر در مواقع بروز ایرادات با صدور پیام هشدار بابت وجود ایراد در سیستم، از آسیب‌های جدی‌تر جلوگیری خواهد کرد.
در نتیجه حضور مفید واحد کنترل الکترونیک در زنجیره تولید توان خودروها،کم کم بخش‌های دیگری از خودروها نیز به سراغ استفاده از این تکنولوژی رفتند. به عنوان نمونه قدرت گیربکس‌های اتوماتیک نیز به واحد کنترل و مدیریت الکترونیک مجهز شدند.
این واحد الکترونیک در سیستم‌های انتقال قدرت (TCU) یا کنترل الکترونیک سیستم انتقال قدرت نام گرفت که علاوه بر اطلاعاتی که از حسگرهای موجود تحت کنترل دریافت می‌کرد، جهت مدیریت بهتر و صدور فرمان‌های دقیق‌تر، نیاز داشت که اطلاعاتی را از حسگرهای تحت کنترل (ECU) نیز دریافت کند. مثلاً نیاز داشت که مقدار زاویه دریچه گاز یا دور موتور را نیز بداند و بر اساس آن مقادیر، فرمان تعویض دنده‌ها را صادر نماید.
با اضافه شدن واحدهای مدیریت به بخش‌های دیگر مانند ترمزها، مسئله جدیدی در این میان به وجود آمد؛ ارتباط بین واحدهای کنترل و مدیریت باید به چه صورتی باشد؟ چرا که همگی کنترل کننده‌ها برای کنترل بهتر نیاز داشتند با یکدیگر در ارتباط باشند و از اطلاعات به شکل اشتراکی استفاده کنند.
دقیقا در چنین مرحله‌ای بود که نیاز به یک مرکز و ترمینال اصلی اطلاعات پیدا شد. مرکز اطلاعاتی که تمام کنترل کننده‌های الکترونیکی در مجموعه به آن متصل باشند و بتوانند از این طریق به اطلاعات مورد نیاز دست یابند. همین مرکز اطلاعاتی، بعدها توسط کارخانه بوش با نام  CAN BUSاختراع و برای نخستین مرتبه در خودروها نیز مورد استفاده قرار گرفت.
با وجود کن باس یا (CAN)Controller Area Network کلیه واحدهای الکترونیک موجود در وسیله نقلیه با هم در ارتباط قرار می‌گیرند و می‌توانند اطلاعات لازم را در اختیار داشته باشند؛ از نحوه کارکرد سایر بخش‌ها مطلع شده و در صورت بروز مشکل در یک قسمت و نیاز به صدور فرامین ، واکنش لازم را در مواقع خاص نشان دهند.
توجه داشته باشید که اگر قرار بود این عامل ارتباط کنترل کننده الکترونیکی بخش‌های مختلف یک وسیله نقلیه، مثلا ارتباط بین واحد کنترل کننده موتور، واحد کنترل کننده مجموعه انتقال قدرت، ترمزها، واحد کنترل تعلیق و سایر واحدهای کنترل کننده مشابه به روش سنتی و از طریق سیم کشی و دسته سیم‌های معمولی انجام بگیرد، مجموعه‌ای بسیار طولانی و پیچیده از دسته سیم‌ها به خودروها اضافه می‌شد که علاوه بر اینکه نمی‌توانست کارایی لازم و مشابه C.Bرا داشته باشد، در زمان بروز اشکالات نیز عملیات تعمیراتی را به دلیل پیچیدگی بسیار زمان بر و چه بسا غیر ممکن می‌نمود.
به این ترتیب عضو جدیدی به نام کن باس در عرصه تکنولوژی ساخت خودرو متولد شد و هر روز گسترش یافت. پس از مدتی بنا به نیاز کن باس‌های جدیدتر و پیشرفته‌تری نسبت به نسل اول و نمونه اولیه ساخته و ارائه شد تا جایی که امروزه کن باس‌ها به عنوان یک شاهراه اطلاعاتی در سیستم استاندارد بین المللی یا ایزو ISO ثبت شده و دارای کد استاندارد خاص خود می‌باشد.

کن باس چیست؟

کن باس نام پروتکل ارتباطی میان لوازم و وسایلی است که می‌بایست اطلاعاتی را میان خود جابجا و رد و بدل کنند. این ارتباط در نگاه گسترده‌ترIOT، یا اینترنت اشیا نیز نامیده می‌شود. شاید در نگاه اول عبارت اینترنت اشیاکمی عجیب به نظر برسد؛ به همین دلیل برای روشن‌تر شدن موضوع مثالی می‌زنیم
فرض کنید شما در یک منزل مسکونی پردازنده مرکزی دارید که اطلاعات درجه حرارت محیط را از سنسور یا منبع اطلاعات دریافت می‌کند وسپس بر اساس میزان حرارت محیط به یک بخاری، هیتر یا به سیستم تهویه مطبوع یا کولر، جهت انجام واکنش مناسب، فرمان می‌فرستد.
طبیعتاً چنانچه درجه حرارت محیط بالاتر از میزان مجاز باشد، مرکز کنترل یا پردازنده به هیتر فرمان توقف داده و به کولر فرمان فعالیت می‌دهد و یا اگر حرارت محیط در بازه مجاز باشد به هر دو فرمان توقف فعالیت می‌دهد؛ از دیگرسو، چنانچه درجه حرارت محیط از بازه مجاز پایین‌تر باشد به هیتر فرمان فعالیت، و به کولر فرمان توقف ارسال می‌کند.
فرمان‌هایی که مرکز کنترل مذکور به وسایل دیگر ارسال می‌کند و اطلاعاتی که از سایر حسگرها دریافت می‌کند، در واقع مجموعه ارتباطی بین اشیا را تشکیل می‌دهد. این انتقالِ اطلاعاتِ مجموعه ارتباطی، سال‌ها پیش و قبل از گسترده شدن شبکه‌های بی‌سیم، از طریق سیم کشی و دسته سیم‌ها انجام می‌شد .
طبیعی است که در چنین حالتی مرکز کنترل نمی‌تواند فاصله چندانی از حسگرها داشته باشد. ولی با گسترده شدن شبکه اینترنت در کل شبکه‌های ارتباطی بیسیم، برای به وجود آوردن این مجموعه ارتباطی دیگر نیازی به سیم نبود و فاصله پردازشگر تا حسگرها نیز محدودیتی نداشت. عبارت ارتباط اینترنتی بین اشیا یا همانIOT در همین مرحله ابداع شد.
در تعریف کن باس گفتیم که کن‌باس یک پروتکل ارتباطی میان لوازم و وسایل پردازشگرهای مختلف است که از طریق آن اطلاعات یا دیتا و داده‌ها به شکل مطمئن و موثر بین همان منابع جابجا می‌شود. ولی خود عبارت پروتکل چه معنایی دارد؟
پروتکل مجموعه‌ای از قوانین و دستورالعمل‌ها جهت انتقال و جابه جایی اطلاعات میان وسائل الکترونیکی مختلف است. اگر بخواهیم برای روشن شدن موضوع مثالی بزنیم، در واقع می‌توان گفت که پروتکل‌ها مانند ‌زبان‌های مختلف گفتگو میان سیستم‌های پردازش یا کامپیوترها هستند. همانگونه که ما انسان‌ها برای بیان و انتقال اطلاعات از زبان‌های مختلفی استفاده می‌کنیم(که هر کدام قوانین، دستور زبان و رسم الخط مخصوص خود را دارند) ماشین‌ها و کامپیوترها نیز دارای یک زبان مخصوص برای رد و بدل اطلاعات هستند.
بدیهی است که هر پروتکل بر اساس نیازهای شبکه می‌تواند در زمینه قالب بندی و نحوه ارسال و دریافت داده‌ها خصوصیات مختص به خود را داشته باشد.
توجه داشته باشید در شبکه‌ای که اعضای آن کامپیوترها،روترها، سرورها و انواع ماشین‌های مجازی هستند، برای برقراری ارتباط بین آنها باید زبان مشترک با قوانین خاصی وجود داشته باشد تا با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. درست مانند انسان‌ها که باید به زبان مشترکی با هم صحبت کنند تا ارتباط موثری بین آنها شکل بگیرد
جهت روشن‌تر شدن موضوع به برخی پروتکل‌های موجود نگاهی می اندازیم؛
HTTP: پروتکل ارتباطی بین مرورگر و سرور و دسترسی کاربران به صفحات وب
SSL: پروتکل امنیتی برای برقراری ارتباط امن بین دو کامپیوتر با رمزگذاری برای جلوگیری از دسترسی غیر مجاز
FTP: انتقال فایل بین سیستم‌ها در شبکه
درست است که وظیفه اولیه کن باس‌ها ایجاد ارتباط موثر بین پردازشگرهای مختلف بوده، اما در مراحل بعد استفاده دیگری نیز از وجود آنها شده است. توجه به این‌نکته که می‌توان به کلیه اطلاعات پردازشگرهای مختلف در یک مجموعه دسترسی داشت و از طریق ساماندهی همین اطلاعات در یک جا و در کنار هم، دیدگاه کلی نسبت به چگونگی کارکرد و وضعیت کلی یک ماشین یا خودرو یا تجهیز به دست آورد.
البته توجه داشته باشید که فرایند جمع آوری و پردازش اطلاعات موجود در کن باس و انتقال آن به یک فضای ابری ثبت و نگهداری در حالی که شما با حجم بالای دیتا و پهنای باند و حتی عدم پوشش شبکه مواجه باشید، یک چالش بزرگ محسوب می‌شود.
از راه حل‌های مواجهه با این چالش استفاده از ام کیو تی تی (MQTT)است. ام کیو تی تی یک پروتکل عمومی در حوزه IOT یا اینترنت اشیاست و جزو زبان‌های مشترکی است که می‌تواند زمینه ساز ارتباط اشیا با یکدیگر را فراهم نماید.

پروتکل ام کیو تی تی

MQTT یک پروتکل عمومی در حوزه IOT یا اینترنت اشیا است. یعنی یکی از زبان‌های مشترکی که می‌توانند زمینه ارتباط اشیا با یکدیگر را فراهم نمایند. از دیگر پروتکل‌های اینترنت اشیا می‌توان websocket- Coapیا AMQP نام برد. در واقع حسگر یا منبع اطلاعات می‌تواند اطلاعات را به یک پردازشگر ارسال کند و پردازشگر از طریق یک واسطه به نام Broker این اطلاعات را بر روی سرور MQTT ثبت کند.
MQTTیک پروتکل (Publisher – Subscriber) یا به اصطلاح دو طرفه، یا ارسال و دریافت، محسوب می‌شود. البته این خاصیت یا امکان پروتکل MQTT به فاکتور دیگری به نام )QOS یا( Quality of service نیز بستگی دارد.
در پروتکلMQTT، سه سطح QOS وجود دارد؛ QOS 0 که در آن فرستنده پیامی را برای گیرنده ارسال می‌کند، اما گیرنده در صورت دریافت پیام واکنش یا فیدبکی برای فرستنده نمی‌فرستد. در نتیجه گاهی هم پیش می‌آید که پیام ارسال شده به مقصد نرسد. اما در سطوح QOS1 یا QOS2 بعد از ارسال پیام توسط فرستنده یاpublisher ، گیرنده فیدبک دریافت پیام را برای فرستنده ارسال می‌کند.

خواص پروتکل MQTT

پروتکل ام.کیو.تی.تی. دارای مزیت‌های مختلفی است که در ادامه به طور خلاصه به آنها اشاره خوهد شد:
۱. سبک بودن: معمولاً وقتی پای اینترنت اشیا در میان است، همواره با محدودیت فضا، انرژی و حافظه مواجه هستیم. پروتکلMQTT به گونه‌ای طراحی شده که در مواجهه با این محدودیت‌ها به مشکلی بر نخواهد خورد؛ چون نه مصرف انرژی زیادی خواهد داشت و نه حافظه زیادی برای فعالیت خود اشغال خواهد کرد.
۲. مطمئن بودن:MQTT  پروتکل ام. کیو. تی. تی در برابر محدودیت پهنای باند شبکه یا زمان بالای واکنش شبکه یا حتی قطع و وصل شدن اتصال به شبکه، کارایی خود را حفظ می‌کند. در واقع مواردی شبیه به آن، از قبل و در زمان طراحی این پروتکل، پیش بینی شده است.

۳. امن بودنMQTT: پروتکل MQTT از امنیت خوبی در خصوص ارسال اطلاعات برخوردار است؛ به نحوی که از TLS و SSL پشتیبانی می‌کند. یعنی برای ایمن سازی داده‌ها، از یک پروتکل رمزگذاری و تبدیل داده‌ها به رمز در مبدا، و بازگردانی به شکل اولیه در مقصد کمک می‌گیرد.

۴: Bi-directional:پروتکل MQTT دارای قابلیت برقراری ارتباط دو طرفه، بین منتشر کننده(Publisher) و دریافت کننده (Subscriber) است و از طرفی با توجه به اینکه MQTT یک پروتکل Stateful محسوب می‌شود، چنانچه در هر مرحله از فرایند ارسال داده، به هر دلیلی این عملیات متوقف گردد، مثلاً مشکل عدم پوشش شبکه اتفاق بیافتد، عملیات ارسال در همان مرحله متوقف شده و در زمان اتصال مجدد و ورود به منطقه تحت پوشش شبکه، از همان مرحله، مجدداً ادامه پیدا می‌کند.

۵.حفظ کاراییMQTT:کارایی این پروتکل با افزایش تعداد اتصال و افزایش زیر مجموعه کاهش پیدا نمی‌کند و محدودیتی از نظر تعداد وسایل در شبکه ارتباطی وجود ندارد.

۶ پشتیبانی از زبان‌های ماشین: در حالتی که تعداد وسایل متصل به این پروتکل اضافه شود، مسلم است که تمامی وسایل اطلاعات اولیه را به یک شکل یا به یک زبان، بیان نخواهند کرد. از نظر هماهنگی با زبان‌های مختلف ماشین نیز MQTT از توانایی خوبی برخوردار است و می‌تواند اطلاعات اولیه را به زبان‌های مختلف از ماشین‌های مختلف (یا وسایل مختلف) دریافت نماید و آنها را به یک زبان واحد تبدیل کند.

خلاصه‌ای از تاریخچه C.B

C.Bتوسط شرکت بوش(شرکت مهندسی و توسعه تکنولوژی چند ملیتی با اصالت آلمانی)ابداع شد. بوش، تکنولوژی C.B را پیش از ۱۹۸۰ و با هدف اولیه گسترش و انتشار موثر سیستم ارتباطی برای کاربرد در صنعت خودروسازی و کاهش سیم کشی در وسائل نقلیه استفاده کرد.
در سال ۱۹۸۶ شرکت بوش سیستم اولیه و ابتدایی C.B را ارائه نمود. سیستم اولیه، به سرعت در میان صاحبان صنعت خودرو به عنوان یک سیستم مطمئن و قوی طرفداران خود را پیدا کرد.
در سال ۱۹۹۳ همین فناوری C.B به عنوان یک سیستم استاندارد جهانی پذیرفته و در سیستم استاندارد جهانی ISO با سر فصل ISO_11898 معرفی شد.
اگر بخواهیم خلاصه ای از روند تحول پروتکل کن باس، از ابتدا تاکنون را، به صورت خلاصه بررسی کنیم به این ترتیب خواهد بود:
سال 1991:شرکت مرسدس بنز یکی از اولین سازندگان خودرو، سیستم C.B را در مدل w140s_class استفاده نمود.
سال 2004: معرفی CANFD (بازه ارسال داده متغیر) که توانایی بالاتری از نظر حجم داده نسبت به شبکه CAN تجاری قبلی داشت.
سال 2015:ثبت CANFD/CAN BUS در استاندارد بین المللی با کد ISO_16845

به جز صنعت خودروسازی که از تکنولوژی CANBUS استفاده می‌کرد، از این تکنولوژی در سایر صنایع نیز استفاده شده است. امروزه همین تکنولوژی در صنعت ساخت خودرو CAN OPEN و در صنایع الکترونیک دریایی NMEA2000 نامیده می‌شود.
گستره استفاده از تکنولوژی CANBUS در عرصه صنایع مختلف، نتیجه توانایی کارکرد این فناوری در شرایط محیطی مختلف و اطمینان از صحت عملکرد در شرایط نامطلوب، به علاوه هزینه پایین نگهداری آن می‌باشد.

کن باس چگونه کار می‌کند؟

کن باس را می‌توان یک پروتکل ارتباطی غیر متمرکز دانست. خاصیت غیر متمرکز بودن کن باس، علاوه بر استفاده در صنایع خودروسازی، برای سایر صنایع نیز که نیاز به پروتکل ارتباطی مطمئن و پربازده دارند، مطلوب و مناسب است. در C.B هر نود(گره یا نقطه) با یک جفت رشته سیم یا فیبر نوری مرتبط است. هر گره دارای یک میکروکنترلر می‌باشد که در برابر پیغام‌های ورودی و خروجی واکنش نشان می‌دهد. اطلاعات از روی یک گره، روی شبکه اشتراکی کن باس ارسال و به سایر گره‌های روی این شبکه اشتراکی نیز اجازه داده می‌شود تا این پیام را دریافت نمایند.
درمورد خصوصیات اولیه فرایند ارتباطی بین گره‌ها، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
۱. اولویت بندی (Attribution)
کن باس، برای عدم تداخل پیام‌های ارسالی از گره‌های مختلف مسیر اشتراکی، از فرایند ترجیح و اولویت بندی استفاده می‌کند. این موضوع بدین معنی است که پیغام‌های ارسال شده از نودهای مختلف یا مراکز کنترل مختلف، از نظر صدور فرامین واکنشی، از ارزش یکسانی برخوردار نیستند و برخی بر دیگری مقدم‌تر هستند .
۲. تشخیص خطا(Error Detection)
مکانیسم تشخیص و شناسایی خطا در سیستم کن، یکی از پارامترهای مهم در زمینه شناخته شدن این سیستم به عنوان یک سیستم مطمئن می‌باشد. مکانیسم آن شامل چند بخش است:
FCS(Frame check Sequence)  یا بررسی ترتیبی چهارچوب خطاها
. CRC(cyclic redundancy)یا چرخه چکاب اضافی
و اعلام وصول بیت‌های اطلاعات ارسالی از گره‌های مختلف‌(Acknowledgement bits from check Receiving data)
۳. محدودیت به دلیل وجود خطا:
چنانچه هر کدام از گره‌ها در حین انتقال اطلاعات‌ خطایی را شناسایی کند،(خطا به معنی هر واکنش یا پیام غیرمعمول یا اندازه خارج از رنج مشخص شده) مجموعه کن وارد مود (وجود خطا) می‌شود. این شرایط که از قبل تعریف شده، به زمانی گفته می‌شود که در اثر وجود خطا، در سیستم کارکرد نرمال وجود نداشته باشد.
وارد شدن سیستم به مود وجود خطا باعث می‌شود که بروز خطا در یک قسمت نتواند عملکرد کل مجموعه یا وسیله را تحت تاثیر قرار دهد و از کارکرد معمولی و نرمال کل مجموعه جلوگیری کند. در واقع از گسترش خرابی به سایر قسمت‌ها جلوگیری می‌کند. کلیت این شرایط باعث می‌شود که کن باس‌ها از سطح بالای بازدهی برخوردار باشند. آن هم وقتی که هدف، تضمین اطمینان در کارکرد ارتباطی بین اجزای مختلف یک مجموعه مانند یک وسیله نقلیه یا تجهیز در صنعت خودروسازی باشد.

ساختار پیام در پروتکل کن

ساختار پیام‌های ارسالی و دریافتی در سیستم کن باس، نقش بسیار موثری در میزان کارایی سیستم در فرایند انتقال اطلاعات و ارتباط موثر بین بخش‌های مختلف یک سیستم ایفا می‌کند. داده‌های ارسالی و دریافتی در پروتکل کن را از نظر چهارچوب و ساختار پیام می‌توان به چندین بخش به شرح زیر تقسیم نمود:

• پیام‌های تشخیص اولویت:

ارزش گذاری باعث می‌شود که هر پیام دارای اولویت مختص و منحصر به فرد خود در برابر سایر پیام‌های موجود باشد در واقع جایگاه هر پیام با این ارزش یا شاخص در جدول پیام‌های موجود مشخص می‌گردد. در استاندارد ۱۱ بیتی یعنی CAN2.0A، مقدار ۲۰۴۸ اولویت می‌توان تعیین نمود و در نمونه گسترش یافته‌تر یعنی CAN2.0B که نمونه ۲۹ بیتی می‌باشد، کاربر امکان خواهد داشت که بیش از نیم میلیون داده را اولویت بندی نماید.

• تعیین طول کد داده‌ها یاDLC (Data length code)

مشخصه DLC در طبقه‌بندی مشخصه‌های کنترل فیلد قرار می‌گیرد. در واقع این پارامتر مشخص می‌نماید که داده یا پیام از چند بایت تشکیل شده است. به طور خلاصه، مشخصه DLC نشان می‌دهد که داده مورد نظر( داده می‌تواند از یک تا ۸ بایت متغیر باشد) حاوی چند بایت است.

• تعیین میزان داده مبادله شده(Data Field)

پارامتر میزان داده مبادله شده، بیانگر مقدار عملی داده‌های مبادله شده از نظر تعداد بایت، در مجموعه مشخص از گره‌ها (segment) می‌باشد.

• چرخه بررسی مجدد یا CRC (cyclic redundancy check)

پارامتر چرخه بررسی مجدد، مربوط به مکانیسم تشخیص خطا در سیستم کن باس می‌باشد. تعبیه این توانایی باعث می‌شود که سیستم کن باس در زمینه تشخیص خطا و اعلام یا انتقال آنها، بسیار مطمئن عمل کند؛ به نحوی که در صورت نیاز چندین مرتبه و تا زمان اعلام وصول یک پیام خطا را ارسال نماید.

• نشانه اعلام وصول(Acknowledgement slot)

این پیام‌ها در واقع تک بیت‌هایی هستند که نودها بعد از گرفتن و دریافت یک پیام یا بسته داده به انتشار دهنده پیام ارسال می‌کنند. وجود این پیام‌های اعلام وصول مشخص می‌کند نیازی به ارسال مجدد یک پیام می‌باشد یا خیر.

• پیام‌های اعلام خطا(Error Frame)

یکی از توانایی‌های سیستم کن باس، توانایی ارسال سیگنال تشخیص خطا است. این ارسال سیگنال در خلال فرایند ارسال و دریافت اطلاعات نیز می‌تواند انجام شود. یعنی یک گره یا Node برای ارسال سیگنال تشخیص خطا نیازی به متوقف کردن فعالیت ارسال و دریافت عادی ندارد.

• چهارچوب خطا(Error Frames)

یکی از قسمت‌های انتخابی در سیستمCANB ، چهار چوب خطا است. کارکرد آن هم بدین صورت است که اجازه می‌دهد گره‌ها در خلال ارسال یا دریافت پیامی از یک وسیله دیگر در شبکه و در صورت تشخیص مشکل یا مسئله، یک سیگنال به عنوان نشانه وجود خطا صادر کنند‌.

انواع کن باس ها کدامند؟

در اینجا به معرفی سه نوع از کن باس‌ها می‌پردازیم:

1. کن باس سرعت پایین/Low Speed CAN BUS

کن باس‌های با سرعت پایین، که گاهی با نام کن باس‌های کند واکنش و یا با نام استاندارد بین المللی معرفی کننده یعنی ISO 11898-3 معرفی می‌گردند، دارای سرعتی با سقفkbps 125 (کیلوبیت بر ثانیه)می‌باشند. این کن باس‌ها بیشتر در سیستم‌هایی مانند مجموعه‌های کنترل وضعیت بدنه در تجهیزات یا سیستم قفل و باز درها، یا کنترل وضعیت پنجره‌ها و مانند این‌ موارد به کار می‌روند که بروز خطا در آنها خیلی حالت بحرانی و حیاتی ایجاد نمی‌کند. در واقع از کن باس با سرعت پایین، در قسمت‌ها و وضعیت‌هایی استفاده می‌شود که سرعت انتقال اطلاعات در آنها، چندان حیاتی و ضروری نیست.
در سیستم‌هایی که از همین نمونه کن باس ها استفاده می‌شود، معمولاً امکان حفظ کارکرد سیستم حتی در حالتی که یک سیم رابط کن باس به شکل کامل قطع گردد نیز وجود دارد.

2. کن باس های سرعت بالا/ High Speed CAN BUS

کن باس‌های با سرعت بالا یا کن باس های معرفی شده در استاندارد بین المللی ISO_ 11898_2 می‌توانند تا سرعت1Mbps (یک مگابیت بر ثانیه) انتقال اطلاعات را انجام دهند. این نمونه از کن‌ها برای تجهیزاتی در زمینه انتقال اطلاعات استفاده می‌شود که دارای حساسیت زمانی هستند؛ مانند سیستم‌های کنترل و مدیریت موتورها یا سیستم‌های کنترل و مدیریت ترمزها
قابل ذکر است که همین نمونه از کن‌ها در مقایسه با طبقه یا نمونه‌های سرعت پایین فقط در زمینه سرعت انتقال اطلاعات تفاوت دارند.

3. کن باس با گستره انتقال داده متغیر/ CANFD

نسل جدید کن‌هاFlexible Data Rate)) در سال ۲۰۱۲ و توسط شرکت بوش معرفی شد. ورود این نسل از کن‌ها به عرصه تکنولوژی همزمان با گسترش شبکه‌هایی با نرخ انتقال اطلاعات بالا بود. کن باس های CANFD می‌توانستند اطلاعات را تا سرعت5 Mbps پنج مگابیت بر ثانیه، در هنگامی که شرایط مناسب برای انتقال دیتا با سرعت بالا مناسب باشد، منتقل نمایند.
امتیاز نخست این تکنولوژی بر پایه انتقال داده‌های بیشتر در واحد زمان استوار بود و نمونه‌کن‌های این نسل، بازدهی بیشتری نسبت به کن‌های مرسوم پیش از خود داشتند. همین خاصیت نیز آنها را برای استفاده در وسایل و تجهیزات مدرن و سیستم الکترونیکی پیچیده‌تر، مناسب نشان می‌داد.

کن باس: مزیت‌ها و چالش‌ها

در پاسخ به این سوال که اصلی‌ترین مزایای استفاده از کن باس چیست؟می‌توانیم بگوییم که کن باس می‌تواند اطلاعات مفیدی از سلامت، بازدهی و وضعیت فعلی وسیله نقلیه را در اختیار ما قرار دهد. در واقع به کمک کن باس می‌توان همواره وسیله نقلیه یا تجهیز را تحت مراقبت داشت.
استفاده از کن باس در کنار یک فضای ابری به منظور ثبت داده‌ها، می‌تواند قدم بسیار مفیدی برای ایجاد مقدمات آنالیز و تحلیل اطلاعات وسیله نقلیه مورد نظر باشد.
با اضافه کردن آموزش ماشین machine learning و هوش مصنوعی در کنار سایر وسایل آنالیز و تحلیل اطلاعات، سازندگان وسایل نقلیه توانسته‌اند دید خوب و اطلاعات با ارزشی را از نحوه کارکرد محصولاتشان به دست آورند؛ناگفته پیداست که تحلیل اطلاعات نقش بسیار مهمی را در بهینه‌سازی و افزایش بازدهی محصولات این سازندگان ایفا می‌کند. در ادامه برخی امتیازات حاصل از به کارگیری سیستم کن باس و تحلیل اطلاعات به دست آمده از تکنولوژی کن باس به اختصار بیان می‌گردد:

شناسایی عیب یابی و پیش بینی بروز خطا

شناسایی خطا و حتی در مواقعی پیش بینی آن از طریق آنالیز اطلاعات و داده‌های کن باس و شناسایی هرگونه نشانه و پارامتر غیر عادی در وسایل و تجهیزات می‌تواند به حل ریشه‌ای خطای به وجود آمده کمک نماید. بدین ترتیب از طریق شناسایی به موقع و بررسی علت و سپس رفع آن از وقوع آسیب جدی به تجهیز یا وسیله نقلیه جلوگیری خواهد شد.
امروزه سازندگان ماشین آلات به وسیله واحدهای ماشین لرنینگ (Machine Learning) سعی در پیش بینی ایرادات و عیوب دستگاه‌ها دارند. آنها سعی دارند از طریق گسترش خاصیت machine learning در کنار مجموعه اطلاعات و داده‌هایی که از طریق کن باس در اختیار آنها قرار می‌گیرد، به توانایی پیش بینی خطاها و ایرادات احتمالی دست یابند.

نمایش اطلاعات و داده‌های وسیله نقلیه

با جمع آوری اطلاعات، کاربر می‌تواند یک پیشخوان اطلاعاتی از اطلاعات و داده‌های مورد نظر را پیش روی خود داشته باشد. اطلاعات ثبت شده در پیشخوان می‌توانند بنا به نیاز و ضرورت‌های مختلف، فیلتر یا مرتب شوند. با اطلاعات مشابه سایر وسایل تحت پایش مقایسه گردند. این داشبورد، توانایی صدور فرمان هشدار برای هر داده غیر عادی را داراست و از این طریق می‌توان تعداد زیادی وسیله را همزمان تحت پایش مراقبتی قرار داد. به این ترتیب با آنالیز و تحلیل پارامترهای مشکوک یا خارج از محدوده تعریف شده، می‌توان ایرادات احتمالی را پیش بینی کرده و و در نهایت از طریق آن فرایند به افزایش بازدهی وسایل نقلیه دست یافت.

هدایت و کنترل جاده‌ای وسایل نقلیه

اطلاعات و داده‌های جمع آوری شده توسط سیستم کن باس، پس از جمع‌آوری و پردازش می‌توانند پایه و اساس یک سیستم کنترل و هدایت ناوگان جاده‌ای را نیز تشکیل دهند. این اطلاعات به عنوان مثال می‌تواند شامل مسافت پیموده شده، سوخت مصرف شده، زمان طی مسیر مشخص و حتی سرعت متوسط حرکت وسیله نقلیه باشد؛ هنگامی‌که این اطلاعات در کنار هم قرار بگیرند برای بهینه کردن مجموع این پارامترها می‌توان به تعیین یک مسیر مشخص برای حرکت وسیله نقلیه دست یافت.

امروزه و در عصر هوش مصنوعی، اطلاعات و داده‌ جزو ارزشمندترین دارایی‌هاست. در صنعت خودرو و وسایل نقلیه با جمع آوری داده‌ها و ثبت آنها در یک فضای ابری و سپس دسته بندی آنها به انواع داده‌های اساسی مانند یک دیتابیس، کاربران می‌توانند از آن به بعد، برای تحلیل از هر اپلیکیشنی استفاده کنند. نکته مهم در این میان تبدیل تعدادی داده پراکنده و گسسته به یک جدول داده‌های منظم می‌باشد. این مهم توسط سیستم کن باس و پروتکل‌های ارتباطی شبکه فضای ابری و متعلقات مربوطه ممکن خواهد شد. کاربر بعد از آن و با در اختیار داشتن این دیتابیس، در واقع شاه کلید ورود به کلیه اپلیکیشن‌های مورد نیاز را خواهد داشت. همان‌گونه که می‌بینید در این میان نقش کن باس بسیار مهم و اساسی است و چنین امکانی پیش از اختراع این تکنولوژی بسیار سخت و زمانبر و در اغلب مواقع غیر ممکن بود.

چالش جمع آوری اطلاعات به موقع چیست؟

هرچند گردآوری اطلاعات از بخش‌های مختلف یک وسیله نقلیه توسط کن باس به شکل کامل و مطلوب انجام می‌گیرد، اما چالش اصلی این فرایند پردازش اطلاعات و داده‌های جمع آوری شده و انتقال به یک فضای ابری و در نهایت ارائه دیدگاه کلی نسبت به وضعیت وسیله نقلیه در زمان مناسب می‌باشد.
این فرایند از آنجایی به شکل چالش در می‌آید که خصوصیات و شرایط نرخ انتقال داده، پهنای باند در اختیار و نوع شبکه انتقال اطلاعات در اختیار در زمان انجام این فرایند چگونه است؟ و در واقع سوال اصلی اینجاست که این فرایند تحت چه شرایطی قرار است اجرا شود؟ با شرایط موجود، اجرای آن چقدر زمان نیاز دارد؟ آیا در هر شرایطی این فرآیند به موقع انجام می‌شود؟
مشاهده می‌کنید که مطابق شرایط تعریف شده در برخی مواقع، فرایند انتقال اطلاعات وسیله نقلیه با مشکل مواجه می‌شود. به نحوی که این فرایند گاهی حتی غیر ممکن شده و برای انجام آن لازم است که حجم اطلاعات با استفاده از تکنیک‌های خاص تا حد امکان کوچک گردد.
برای حل این چالش و دستیابی به راه حل، حداقل به دو ابزار نیاز داریم :

۱. موتور محاسباتی

موتور محاسباتی، یکی از وسایل مورد نیاز برای ارسال به موقع اطلاعات در سیستم کن باس است. این موتور محاسباتی باید توانایی پردازش اطلاعات مورد نیاز را داشته باشد. توجه کنید که چون امکان دارد با محدودیت‌هایی از جمله محدودیت حجم داده‌ها یا پهنای باند مواجه باشیم این موتور محاسباتی باید فقط اطلاعات ضروری را انتخاب و پردازش نماید. این موتور محاسباتی پس از پردازش اطلاعات آنها را در قالب پروتکل MQTT جهت ثبت در فضای ابری ارسال می‌نماید LF Edge ekuiper .یکی از موتورهای محاسباتی متن باز است که می‌تواند در خصوص پردازش و تحلیل اطلاعات کن باس مناسب به ما کمک نماید.

۲. واسطه MQTT یا بروکر MQTT broker

واسطه ام.کیو.تی.تی می‌تواند اطلاعاتی را که توسط موتور محاسباتی مرحله قبل پردازش شده است را در مدت زمان مناسب به یک فضای ابری انتقال دهد. EMQX یک بروکر یا واسطه MQTT متن باز است که می‌تواند در خصوص ساخت یک فرایند انتقال اطلاعات پردازش شده و ثبت آن در فضای ابری به شکل مطمئن و در ابعاد مورد نیاز به ما کمک نماید.

بررسی چالش انتقال اطلاعات کن باس به وسیله موتور محاسباتی ekuiper

ek یک موتور محاسباتی و پردازشی متن باز است که می‌تواند در زمینه تحلیل اطلاعات در مدت زمان مناسب به استفاده کنندگان از سیستم کن باس کمک نماید. این موتور به گونه‌ای طراحی شده که بتواند در کوتاه‌ترین زمان ممکن پردازش اطلاعات کن باس را انجام دهد. در واقع این موتور به نوعی می‌تواند در مورد مواردی که در ادامه توضیح داده خواهد شد، در حل چالش فرایند پردازش و انتقال اطلاعات کن باس‌ها به کاربران کمک نماید.

– این موتور با بازدهی کافی می‌تواند پردازش حجم بالایی از اطلاعات و داده‌های تولید شده توسط کن باس را در زمان کم انجام دهد. توانایی فیلترینگ منعطف اطلاعات و پردازش آنها و انتخاب و دریافت سیگنال‌های ضروری باعث می‌شود در حالتی که از نظر پهنای باند شبکه با محدودیت مواجه هستیم نیز بتواند کارایی خود را حفظ نماید. این موتور از فایل‌های مختلف دیتابیس کن باس‌ها پشتیبانی می‌کند. به نحوی که کاربر می‌تواند فایل دیتابیس یک کن‌باس را در یک کن باس دیگر استفاده نماید، در حالی که فرایند از سطح امنیتی بالایی برخوردار باشد.

– موتور ek توانایی ترکیب پیام‌هایی با چارچوب‌های مختلف در سیستم کن باس و ساخت یک پیام کامل از ترکیب آنها را داراست. قابل ذکر است منظور از پیام کامل پیامی است که قابل استفاده در اپلیکیشن‌های مورد نظر کاربر باشد. همچنین این موتور امکان اعمال سریع تغییرات بر روی پیام‌های مختلف کن باس جهت هماهنگی و رسیدن به سناریوهای مختلف را نیز در اختیار کاربران قرار می‌دهد.