学位论文简介
随着智能网联汽车产业的快速发展，中央-区域集中式电子电气架构逐步落地，自动驾驶、线控执行系统、多传感器融合等车载业务对车内通信系统的实时性、可靠性与带宽提出了更为严苛的要求。控制器局域网（Controller Area Network, CAN）凭借实现成本低、抗干扰能力强的特性，长期作为车身控制网络的主流通信方案，但有限的传输带宽已经无法承载高阶自动驾驶产生的海量感知数据。时间敏感网络（Time-Sensitive Networking, TSN）基于以太网扩展了确定性传输能力，能够提供高带宽、微秒级时延保障，可满足安全关键业务的传输需求。CAN-TSN 异构网络兼顾传统 CAN 存量设备复用与 TSN 高速确定性传输能力，是新一代车载网络架构演进的主流技术路线。为此，本文围绕新一代车内CAN-TSN网络关键技术展开系统性研究。主要工作及创新如下：
（1）针对CanTSyn、原生gPTP协议难以适配CAN-TSN异构网络、跨网络同步误差持续累积的问题，提出一种异构时间同步协议refinedTS。该协议优化 gPTP 报文交互流程与时延定义方式，增加跨协议转换时延补偿机制，有效抑制时间偏移累积。实验结果表明，在有线车载场景下全网时间偏移可稳定控制在1us以内，同步性能优于现有对比协议，为异构整车网络建立统一高精度时间基准。
（2）针对车载容错架构下单链路同步模式容错能力弱、最佳主时钟算法（Best Master Clock Algorithm, BMCA）需重构时钟树导致故障恢复时延较长的问题，提出一种加权时间同步协议WTP。该协议构建多链路冗余同步架构，基于链路时延波动、丢包状态动态更新链路权重，结合加权滤波算法实现多源时钟信息最优融合与故障链路无缝切换。实验结果表明，WTP可有效抑制链路扰动与同步异常带来的精度劣化，大幅提升 CAN-TSN 网络时间同步的容错性能与运行稳定性。
（3）针对传统静态门控列表（Gate Control List, GCL）无法适配车载动态业务的突发流量，动态时延性能差的问题，设计一种动态门控调度方案DC-GCL。该方案在严格保障时间触发（Time-Triggered, TT）安全关键业务确定性传输的前提下，实时感知事件触发（Event-Triggered, ET）流量特征，动态自适应更新门控时隙与队列调度策略，实现动态业务与稳态业务的协同调度。对比实验表明，该机制显著改善突发业务的时延与抖动性能，有效提升全网带宽资源利用率。
（4）针对 CAN-TSN 异构网关协议转换策略固化、高并发混传场景下易出现队列拥塞、传输稳定性下降的问题，构建自适应负载优化框架AdapLoad。该框架融合多维度负载采样、复合性能评估与流量预测模型，实现 CAN/TSN 帧自适应聚合-分片转发，动态权衡转发时延、带宽效率与嵌入式资源开销。实验结果表明，该方案使网关的综合性能指标在各场景下均保持最高，可有效缓解异构速率失配与突发拥塞问题，显著提升异构网关跨网络转发的自适应能力。
主要学术成果
Dongsheng Wei, Bin Fu, Zhongjia Wang,Xuejun Yu,Yixue Lei,Hui Zheng,Xinzhong Liu, Guoqi Xie. refinedTS: Refined Time Synchronization for Cross-Domain CAN-TSN Communication. IEEE Transactions on Networking (ToN), 2025, 34: 918-932. (CCF A，第一作者)
Dongsheng Wei, Bin Fu, Wenyan Yan, Yixue Lei, Hui Zheng, Xinzhong Liu, Guoqi Xie. DC-GCL: Dynamically Configurable Gate Control List in Automotive TSN Switch for ADAS. IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems (TCAD), 2025, 45(3): 1225-1238. (CCF A，第一作者)
Dongsheng Wei, Guoqi Xie, Zhongjia Wang, Wenyan Yan, Xinzhong Liu, Fei Peng, Bo Liu. WTP: Weighted Time Protocol in Fault-Tolerant Automotive Embedded Systems, IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems (TCAD),2026. Early Access. (CCF A，第一作者，已在线发表)
Dongsheng Wei, Guoqi Xie, Zhongjia Wang, Wei Xu, Xinzhong Liu, Fei Peng, Hongbiao Liu, and Bo Liu. AdapLoad: Multi-dimensional Load Analysis with Adaptive Tuning for CAN-TSN Gateways, IEEE Transactions on Computers (TC), 2026. (在投，CCF A，第一作者)
Wenyan Yan, Dongsheng Wei, Bin Fu, Renfa Li, Guoqi Xie. A Mixed-Criticality Traffic Scheduler with Mitigating Congestion for CAN-to-TSN Gateway, ACM Transactions on Design Automation of Electronic Systems (TODAES), 2024, 29(5): 1-28. (CCF B，第二作者)
Zhongjia Wang, Guoqi Xie, Dongsheng Wei, Yunfei Zhang, Yixue Lei, Yuhang Jia, Mingsong Chen, Wanli Chang, and Kenli Li. MobiPTP: Mobile Precision Time Protocol for Ubiquitous Communication Scenarios, IEEE/ACM Transactions on Networking (ToN), 2025, 33(5): 2794-2808. (CCF A，第三作者)
Wenyan Yan, Bin Fu, Dongsheng Wei, Renfa Li, Yixue Lei, Yuhang Jia, Guoqi Xie. PFV2: Packet fragmentation with variable size and vigorous mapping in time-sensitive networking, Journal of Systems Architecture (JSA), 2025, 166:103457. (CCF B，第三作者)
Wenhong Ma, Xiaoyi Huang, Dongsheng Wei, Renfa Li, Yunfei Zhang, Guoqi Xie. Brief Industry Paper: Response Time Evaluation of Cross-Domain Communication in CAN-FD and TSN, 2023 IEEE Real-Time Systems Symposium (RTSS), 2023, 489-494. (CCF A 工业论文，第三作者)
谢国琪，韦东升，彭碗丽，薛莉。 基于CAN-TSN网关的高级辅助驾驶系统，发明专利，授权公告号:CN 115520118 B. 2024-09-20. (已授权，导师一作，本人二作)
谢国琪，黄爽，韦东升，熊程来。一种面向CAN-Ethernet的车载网络安全通信系统，发明专利，授权公告号:CN 115633060 B. 2025-05-13. (已授权，第三作者)
