智能网联汽车的发展促使汽车嵌入式系统演变为汽车信息物理系统（Automotive Cyber-Physical System,ACPS）,车内网的通信瓶颈已经成为制约智能网联汽车发展的重要因素。目前使用最广泛的车内总线控制局域网（Controll Area Network,CAN）难以满足日益增长的通信需求,衍生的具有灵活数据速率的CAN（CAN with Flexible Data-rate,CAN FD）具有更高带宽、更长有效负载、更可靠校验方式等特点。然而,相比于自动驾驶、智能座舱等智能应用所增加的车内通信需求,CAN FD性能的提升仍难以保证车内网的实时通信,仍易导致车内通信拥塞。此外,汽车的网联化发展给原本在封闭环境下设计的车内总线带来了一系列信息安全问题。如何保障智能网联汽车的车内网的低开销、高安全、低延迟等通信需求具有重要意义。汽车智能网联化发展使得车内通信的信号量急剧增加,但有限的带宽和有效负载给网络通信带来了诸多挑战。信号打包作为ACPS网络通信的基础步骤,它在数据链路层将电子控制单元生成的信号打包为相应总线协议要求的格式帧,并满足车内通信的多项需求。本文聚焦于ACPS的信号打包研究,并提出车内网通信的低开销、高安全、低延迟等设计优化方法。本文针对大规模信号打包的总线带宽占用率优化问题、设计空间组合爆炸问题、轻量级安全设计问题、增强信号打包的可调度性等问题展开了相应的研究,提出了一系列的优化方法,具体工作如下:（1）提出了基于信号簇的信号打包框架。总线带宽占用率从空间维度衡量总线被使用情况,提出的信号打包框架能最小化总线带宽占用率,通过使用启发式的方式将大规模信号打包问题分解为多个可用线性规划求解的子问题,并采用了最大化帧大小和最小化带宽占用策略降低信号周期和打包顺序对结果的影响。提出的信号打包框架通过结合启发式算法的快速获得结果、数学规划算法的高质量解的特点,缓解了信号打包设计空间巨大的问题,因此该方法能得到大规模信号打包的低总线带宽占用率的设计方案。实验表明提出的信号打包框架能得到具有低总线带宽占用率和低偏差的结果。（2）提出了安全约束下的信号打包设计空间修剪方法。针对汽车网络通信的轻量级安全设计问题,本文根据汽车开放系统架构的信息安全模块,提出了一个信号打包安全模型,在车内通信过程中引入了不定长的消息认证码和新鲜度值的信息安全策略以防止伪装攻击和重放攻击;针对信号打包设计空间组合爆炸问题,提出了一个预打包的设计空间修剪算法,极大地减少了无效的设计空间。实验表明,修剪算法与线性规划的结合在不损失解精度的情况下,能减少大量的计算时间。此外,实验在开发板上部署了算法生成的信号打包方案,并使用示波器进行采集与测量验证了方案的可行性。（3）提出了风险约束下的信号打包可调度性增强方法。针对汽车通信轻量化的安全设计,构建了一个安全可量化的风险模型,并在此基础上提出了一个启发式的安全感知信号打包算法。针对打包后存在不可调度的消息集合,分析了不可调度的直接原因,定义了最小不可调度消息核心（Minimal Unschedulable Message Core,MUMC）,并提出了MUMC的穷举搜索、快速搜索、重打包算法来增强信号打包的可调度性。该方案首先采用搜索算法获得MUMC的集合,然后对每个MUMC使用重打包算法提高整体的信号接收率。实验表明,相较于其他方法,该方案能获得更好的信号接收率。