車(chē)ε÷↕聯網體(tǐ)系

      車(chē)聯網是(sh‍∏ì)物(wù)聯網在交通(tōng)這(zhè)個(•↓∞∏gè)特殊行(xíng)業(yè)的(de)典型應用(yònφ'<<g)。在車(chē)聯網體(tǐ)系參考模型中主要(yào)包括三層：數(shù)據感知(z↓λ₽ hī)層、網絡傳輸層和(hé)應用(yòng)層。

      1．☆$λ₹數(shù)據感知(zhī)層

      數(shù)據感知(zhī)層承擔車(chē)輛(li¥  ±àng)與道(dào)路(lù)交通(tōng)信息的(∏Ωde)全面感知(zhī)和(hé)采集，是(shì)車(chē)聯網的(de)神經末梢 $‍，通(tōng)過傳感器(qì)、RFID（射頻(pín)）、車(chē)輛(liàng)定位等技¥♥(jì)術(shù)，實時(shí)感知(zhī)車✘σ✘(chē)況及控制(zhì)系統、道(dào)路(lù)環±•境、車(chē)輛(liàng)當前位置、周圍車(chē)輛(liàng)等信息，實現(x₹₹iàn)對(duì)車(chē)輛(liàng)自(zì↓∞∞)身(shēn)屬性以及車(chē)輛(liàng)外(wài)在環境，如(←γ✘‌rú)道(dào)路(lù)、人(rén)、車(chē)等靜(jìng)、動态屬性的(σ♦de)提取，為(wèi)車(chē)聯網全面、原始的(de)終端信息ε↕♣σ服務。數(shù)據感知(zhī)層的(de)數"♦×(shù)據來(lái)源包括多(duō)個(gè)部分(fēn)，一(yī)是(shì)車♦®(chē)輛(liàng)自(zì)身(shēn)≠₹的(de)感知(zhī)，例如(rú)速度、加速度、位置、↔β±橫擺角加速度等，主要(yào)通(tōng)過車(chē)內(nèi)總線、₹≠↔GPS和(hé)其他(tā)感知(zhī)設備來(lái)實現(xiàn)✔≈；二是(shì)對(duì)周圍車(chē)輛(li¥"←₽àng)行(xíng)駛狀态的(de)感知(zhī)，比如(rú)周圍車•∏(chē)輛(liàng)的(de)位置、方位、速度、航向角，這(zhèβΩ)就(jiù)需要(yào)車(chē)間(jiān)通(tōng)信，以及α&$道(dào)路(lù)環境的(de)感知(zhī)，比如(rú)交通(tōng¥σ®)信号狀态、道(dào)路(lù)擁堵狀态、車(chē)道(≠×dào)駕駛方向、這(zhè)就(jiù)需要(yào)車(chē)路(lù)通÷♣∏₩(tōng)信，每輛(liàng)車(chē)和(hé)路(lù)邊設施單元需要(yàε®o)把自(zì)己感知(zhī)到(dào)的(de)信息分(fēn)發出去(qσ ù)；三是(shì)通(tōng)過後台或第三方應用(yòng)交互¶€來(lái)獲取更多(duō)的(de)數(shù)據，比如(rú)天氣數(shù)據等。

       2．網絡傳輸層

      為(wèi)了(le)車(chē)與車(c♣∏β hē)、車(chē)與路(lù)、車(chē)與人(rén)、車(chē)與雲（車(chē)與後台® β∞中心）之間(jiān)實現(xiàn)信息共享，這(zhè)就(jiù)需要(yào)考慮通(t×±ōng)信協議(yì)的(de)制(zhì)定≤€"。網絡層通(tōng)過制(zhì)定滿足業(yè)務傳輸需求的(de)←$ σ能(néng)夠适應通(tōng)信環境特征的(de)網γ♠&§絡架構和(hé)協議(yì)模型，在一(yī)種網絡環境下(xià)整合不(bù)同實體(σπ✘ tǐ)所感知(zhī)到(dào)的(de)數(shù)據，☆♠≥通(tōng)過向應用(yòng)層屏蔽通(tōng)信網絡類®α型，為(wèi)應用(yòng)程序提供透明(míng)的(de)信息傳輸服務。通(t♣∑ōng)過雲計(jì)算(suàn)、虛拟化(huà)等技(jì)術(shù)的(de)∑ &綜合應用(yòng)，充分(fēn)利用(yòng)現(xi≠₽àn)有(yǒu)網絡資源，為(wèi)上(shàng)層應用(yòng)提供強大₹‍(dà)的(de)通(tōng)信支撐和(hé)信息支撐服務。

       3．應用(±→yòng)層

      車(chē)•☆™聯網的(de)各項應用(yòng)必須在現(xiàn)有(yǒu)網絡體(t •ǐ)系和(hé)協議(yì)基礎上(shàng≤σ)，兼容未來(lái)可(kě)能(néng)的(de)網絡拓展功能(néng)。應用•∞‍(yòng)需求是(shì)推動車(chē)聯網發展的(de)原動力×↑δ☆，車(chē)聯網在實現(xiàn)智能(néng)交通(tōng)管理(lǐ)∞​↓γ、車(chē)輛(liàng)安全控制(§₽zhì)、交通(tōng)事(shì)件(jiàn)預警等功能(néng)的(de↑↓)同時(shí)，還(hái)應為(wèi)車(chē)聯網用(y↕§©òng)戶提供車(chē)輛(liàng)信息查詢、信息訂閱 •、事(shì)件(jiàn)告知(zhī)等各類服務功能(néng)。同時∞Ωσ♣(shí)可(kě)以運用(yòng)雲計(jì)算(suàn)平台，面向政府管理(lǐ←←)部門(mén)、整車(chē)廠(chǎng)商和( "hé)信息服務運營企業(yè)以及個(gè±®φ)人(rén)用(yòng)戶在內(nèi)的(de)不(bù"•≥)同類型用(yòng)戶，提供汽車(chē)綜合服務與管理(lǐ)功能(néng)，共享汽車✘™‌≥(chē)與道(dào)路(lù)交通(tōng)數(shù)據≈δ♣，從(cóng)而支持新型的(de)服務形态和(hé)商業(✔ yè)運營模式。

      由于不(bù)同®←的(de)業(yè)務需求和(hé)傳輸環境，整個(gè)車( ≤↑chē)聯網采用(yòng)不(bù)同的(de)通(tōng)信技(jì ×π)術(shù)，一(yī)個(gè)實體(tǐ)往往具有(yǒu)多(duō)模式的(β&♣de)接入能(néng)力，比如(rú)車(chē)載單元，既有(yǒu)Wi-Fi、DSRC（專↕✔用(yòng)短(duǎn)程通(tōng←δ)信）、3G/4G蜂窩通(tōng)信接入，還(hái)有(yǒuα±)衛星通(tōng)信，如(rú)圖4所示。

      ♠∏具體(tǐ)到(dào)實體(tǐ)之間(jiā∏₹≈n)，如(rú)路(lù)側單元和(hé)後台中心采用(yòng)光(guāng)§•↕♥纖通(tōng)信子(zǐ)系統，行(xíng)人(rén)、車®☆ (chē)輛(liàng)與中心之間(jiān)采用(y£>₩òng)蜂窩接入子(zǐ)系統。由于交通(tōng)安全需要(yào)及其嚴苛的(deλ₽☆)通(tōng)信時(shí)延和(hé)傳輸可€♠(kě)靠性，因此需要(yào)車(chē)與車(chē)、車(chē)與路(lù)∏§Ω之間(jiān)的(de)實時(shí)通(tōng)信，且不(bù↔ •)與其他(tā)的(de)通(tōng)信系統相(±"xiàng)互幹擾，就(jiù)必須制(zhì)定專門(mén)用(©$↑βyòng)于車(chē)輛(liàng)環境的(de)λ✘ 通(tōng)信标準以及開(kāi)發相(xiàng)應的(π♣∑≥de)通(tōng)信技(jì)術(shù)。而現(xiàn)在常常所說(shuō)的( ♠¥φde)車(chē)聯網（V2X）就(jiù)是(shì)針對(duì×λ)車(chē)車(chē)／車(chē)路(lù)通(tōng)信這(zh ✔€è)種俠義的(de)車(chē)聯網技(jì)術(shù)而‌γσ言。

      車(chē)聯網的(de↕¥σ)組成

      根據車(chē)聯網産業(yè)技(jì)術(shù)↓←β創新聯盟的(de)定義，車(chē)聯網是(shì)以車(chē)內(nèi£ •)網、車(chē)際網和(hé)車(chē)雲σ→網組成，進行(xíng)無線電(diàn)☆↓通(tōng)信和(hé)信息交互的(de)大(dà)系統網絡。如(rú)圖5所示，通(tōng)過三網融合，實現(xiàn)V2X之間(jiān)通(tōng)信的(de)無縫連接，提高 ≈ γ(gāo)通(tōng)信效率，減少(shǎo)通(tōng)信盲區(qū)。

      1．車(chē)內∞←(nèi)網絡

      車(cδλ•hē)內(nèi)網絡是(shì)基于CAN、LIN、FIexRay、MOST、以太網等總線∑≈©•技(jì)術(shù)建立的(de)标準化(huà)整車(chē)網☆ 絡，實現(xiàn)車(chē)內(nèi)各電(diàn)器(qì)、電(diàn)↕>子(zǐ)單元間(jiān)的(de)狀态信息和(hé)控制(↔©zhì)信号在車(chē)內(nèi)網上(shàng)的(de)傳輸®≈✔，使車(chē)輛(liàng)具有(yǒu)狀态感知(zhī)、故障診斷和(hé)智能(nén>↑g)控制(zhì)等功能(néng)。如(rú)圖6所示車(chē)載網絡以高(gāo)速以太網作(₩δzuò)為(wèi)骨幹，将動力總成、底盤控制(zhì)、車(chē)身(shēn)控<≤制(zhì)、娛樂(yuè)、ADAS（先進駕駛輔助系統）共5個(gè)核心域連接在β€‌≥一(yī)起，各個(gè)域控制(zhì)器(qì)在實現(xiàn)專用(yòng)的(de≈≤)控制(zhì)功能(néng)的(de)同時(sh÷±í)，還(hái)提供強大(dà)的(de)網關功能('₹♣néng)。圖7所示奔馳222型号轎車(chē)網絡總線拓撲圖。

      2．車(chē)際網絡

      車(chē)際網絡（也(yě)™≠稱車(chē)載自(zì)組織網絡Vehicular Ad hoc Networks VA​​ ¶NET）是(shì)指在交通(tōng)環境中，以車(chβε ¥ē)輛(liàng)、路(lù)側單元以∞™$€及行(xíng)人(rén)為(wèi)節點而構成的">↔(de)開(kāi)放(fàng)式移動自(zì)組織網絡。它₩<通(tōng)過結合全球定位系統及無線通(tōng)信技(jì)術(shù)，如(δλrú)無線局域網、蜂窩網絡等，建立無線多(₽​∞duō)跳(tiào)連接，為(wèi)處于高(gāo'$®∞)速移動狀态的(de)車(chē)輛(liàng)提供高(gāo)速率的(de →)數(shù)據接入服務，以實現(xiàn)V2X之間(jiān)的(de≈₽↓)信息交互，如(rú)圖8所示。車(chē)載自(zì)組織網絡是(shì)智能(néng)交通(tōng)系統未來(Ω©lái)發展的(de)通(tōng)信基礎，也(yě)是(shì)智能(néng)網聯汽→₽車(chē)安全行(xíng)駛的(de)保障。

     通(tōng)信的(de)應用(yòng)

    （1）專用(yòn→→♦Ωg)短(duǎn)程通(tōng)信（DSRC）

      DSRC是(∞≤₩£shì)基于美(měi)國(guó)電(diàn)氣π± 電(diàn)子(zǐ)工(gōng)程師(shī)協會(huì)（IEEE），在IEEE∑>802.11的(de)Wi-Fi技(jì)術(shù)基礎上(shàng)改進制(zhì)定的÷‍(de)｝EEE802.11 p标準和(hé)IEEE1609‍¶≠™标準的(de)V2V和(hé)V2I通(tōng)信協議(yì)，是(shì)比"↓較成熟、高(gāo)效的(de)無線通(tōng)信系統技(jì)術(shù)，它是(shì)智能≈∞‌♥(néng)交通(tōng)系統的(de)重要★₩★↓(yào)基礎之一(yī)，目前已被歐洲、日(rì)本等國(guó)汽車α₩(chē)制(zhì)造企業(yè)采用(yòng)并完善。我國(guó₽'>←)在高(gāo)速公不(bù)停車(chē)收費÷≈♥γ(fèi)設備（ETC）也(yě)采用(yβ<§òng)該項技(jì)術(shù)。

      DSRC通(tōng)信在5.9GHz附近(jβ‌λìn)的(de)頻(pín)段上(shàng)，專門(mén)将車(chē♥©'₹)與車(chē)、車(chē)與道(dào)路(lù)基礎設施有(yǒu)機(jī)‍×連接，實現(xiàn)在數(shù)百米的(π☆♥de)範圍內(nèi)對(duì)高(gāo)速行(xíng)駛的(de)車ππ©(chē)輛(liàng)進行(xíng)識别和(hé)雙向通(tōng)信，提供實時(£✔shí)圖像、語音(yīn)和(hé)數(shù)據信息傳輸，保證通(✘≈↑•tōng)信鏈路(lù)的(de)低(dī)時(shí​'π§)延和(hé)低(dī)幹擾以及系統的(de'€γ)可(kě)靠性。

      例如(rú)DSRC在有(yǒu)效通♥π(tōng)信距離(lí)範圍內(nèi)，本車(chē)輛(liàng)通(tōng)過DS•‍RC以10Hz的(de)頻(pín)率，向路(lù)上(shàng★ ♦)其他(tā)車(chē)輛(liàng)發送位置、車(chē)速、方向等©∑₩信息；同時(shí)本車(chē)輛(liàng)還(hái)能(n↕©éng)收到(dào)其他(tā)車(chē)輛(l$β®iàng)所發出的(de)信号，在必要(yào)時(shí)（例如(rú)馬路(lù)轉✔γ÷角有(yǒu)車(chē)輛(liàng)駛出，或前方車(c$'★hē)輛(liàng)突然緊急刹車(chē)，變換車(chē)道(dào)的(deε€¥δ)情況發生(shēng)）車(chē)內(nèi)信号裝置會(huì)以閃爍>© ∏、語音(yīn)提醒或座椅、方向盤振動等方式提醒駕駛員(yuán)注意，采取必要(yào)安全措施↕φ≈≠，如(rú)圖9所示。

      DSRC系統結構主要(yào)由 ♦¥三部分(fēn)組成，如(rú)圖10所示。分(fēn)别是(shì)車(chē)載單元（on Boar≠ d unit，OBU）、路(lù)側單元（road-side unit，RSU）、專用(yβ✘€òng)通(tōng)信鏈路(lù)。OBU安裝在車(chē↑​→)輛(liàng)上(shàng)的(de)嵌入式車(chē)載通(tōng)信單元內(nè∑☆i)，它通(tōng)過專用(yòng)的φ¶β(de)通(tōng)信鏈路(lù)依照 ∞(zhào)通(tōng)信協議(yì)的(de)規定與RSU進行(xíng)信息交互→•↕€。RSU是(shì)安裝在指定地(dì)點（如(r♠©λ©ú)車(chē)道(dào)旁邊、車(c→§hē)道(dào)上(shàng)方等）固定的(de)♠ ∏通(tōng)信設備，與不(bù)同OBU進行•↑(xíng)實時(shí)高(gāo)效的(de)通(tōng)信，并通(tōng)過有(< ∑≠yǒu)線光(guāng)纖的(de)方式接入移動互聯網設備，與雲端智能(néng)交通(®♠★tōng)（ITS）平台進行(xíng)數(shù)據交互。專用(yòng)通(t★$ōng)信鏈路(lù)是(shì)OBU和(♣§εφhé)RSU保持信息交互的(de)通(t &÷ōng)道(dào)，它由兩部分(fēn)組成：下(xià)行(xín&♥↔g)鏈路(lù)和(hé)上(shàng)行(xíng)鏈路(lù)。RSU到(dào)OB≥σ≈U的(de)通(tōng)信應用(yòng)為(w£→☆èi)下(xià)行(xíng)鏈路(lù)，主要(yào)實現(x•β₽©iàn)RSU向OBU寫入信息的(de)功能(néng)。上(shàng)§α§行(xíng)鏈路(lù)是(shì)從(cóng)OBU到(dào)RSU的(de)通(tōnλφ$g)信，主要(yào)實現(xiàn)RSU讀(dú)取OBU的(de)信息，完成車(®♣chē)輛(liàng)狀态的(de)自(zì)主識别功能(néng§‍&)。因此在DSRC的(de)架構中需要(yào)部署大('π★dà)量的(de)RSU才能(néng)較好(hǎo)地(d≥Ω₹ì)滿足業(yè)務需要(yào)，建設投資≤←較大(dà)。

     （2）C-v2x通(tōng)信

      C-V2X通(tōng)信是(shì)基于3G/≤♠4G/5G等蜂窩網通(tōng)信技(jì♦ ₹¥)術(shù)演進形成的(de)車(chē)用(yòn×Ωλg)無線通(tōng)信技(jì)術(shù)，包含基于4G網絡的(de)LTE-V2X系統以™÷≠φ及未來(lái)5G資源的(de)5G -V2X系統，∞±∞借助已存在的(de)LTE網絡設施來(lái)實現(xiàn)V♦‍∏β2V、V21、V2P、V2N的(de)信δ✔δ'息交互，适應于更複雜(zá)的(de)安全應用(yòn©→≥♦g)場(chǎng)景，滿足低(dī)時(shí)延高(g₩≤‌₽āo)可(kě)靠性和(hé)帶寬要(yào)求。

      10LTE-V2X技(jì÷☆→☆)術(shù)

      LTE-V （Long Te$  rm Evolution-Vehicle，長≥↓γ®(cháng)期演進，V2X）是(shì)我國(guó)具有(yǒu)自(zì)主知(zhī)↑✔識産權的(de)V2X技(jì)術(shù)，是(shì)基于TD.LTE α£（Time Division-Long Term E§★×volution，分(fēn)時(shí)長(cháng)期演進）的(de®π≥)ITS（Intelligent Transport System，智能(néng)交♠ε通(tōng)系統）系統解決方案，屬于LTE後續演進生(shēng)态系統∑Ω₽×的(de)重要(yào)應用(yòng)分(fēn) ↓₩₹支。

      OZLT¥'αE-V2X協議(yì)架構與組成

      LTE-V2X标準協議(yì)♠¥₽π架構由三部分(fēn)組成，包括物(wù)理(lǐ)層、數(shù)據鏈路(↔γ®lù)層、應用(yòng)層。物(wù)理(lǐ)層是(shì)LTE-V2X系統的(de)底層♥₹"™協議(yì)，主要(yào)提供幀傳輸控λ​§制(zhì)服務和(hé)信道(dào)的(de)激活、失效服務≠≈"，定時(shí)收發及同步功能(néng)。數(shù)據≤÷鏈路(lù)層負責信息的(de)可(kě)靠傳輸，提供差錯(cuò ₩)和(hé)流量控制(zhì)，對(du₽¶>ì)上(shàng)層提供無差錯(cuò)的(de)鏈路(lù)鏈接。應用(yòng)∞"©β層基于數(shù)據鏈路(lù)層提供的(de)服務，實現(xi✔®÷àn)通(tōng)信初始化(huà)和(hé)釋放(fà★↑₽ng)程序、廣播服務、遠(yuǎn)程應用(yòng)等相(Ω★γxiàng)關操作(zuò)。LTE-V2X系統設備組成包§​含了(le)UE（User Equipment，用(yòng)戶終端）、RSUγ∏₹±（Road Side Uni，路(lù)側單元）、和(hé)基站(zhàn)三部分≈&±∏(fēn)，具體(tǐ)組成如(rú)圖11所示。

      UE包含了(le)車(chē)載設備、個(g↔×è)人(rén)用(yòng)戶便攜設備等。RSU™★處于基站(zhàn)和(hé)UE之間(jiān)♥↔<，承擔著(zhe)V21的(de)數(shù)據通(tōng)信任務。基‌≠站(zhàn)是(shì)承擔了(le)LTE-V2X系統的(de)無λ±✔線接入控制(zhì)功能(néng)的(de)設備，主要(yào)完成無線接入功≈↕δ÷能(néng)，包括管理(lǐ)空(kōn σ♥¥g)中接口、用(yòng)戶資源分(fēn)'✔®©配、接入控制(zhì)、移動性控制(zhì)等無↔¶←α線資源管理(lǐ)功能(néng)。GpS信号則通(tōng)過← 衛星地(dì)面站(zhàn)與基站(zhàn)進行(xíng)通(t•∑π✘ōng)信。

      LTE-V2X主要(yào)技(jì)術(shù)指标分(fēn)析

      V2X技(jì)術(shù)↓✔影(yǐng)響用(yòng)戶體(tǐ)驗的(de)主¶α↔要(yào)系統指标有(yǒu)延時(shí)時(shí)間(jiā →₽n)、可(kě)靠性、數(shù)據速率、通(tōng)信↕ ≥覆蓋範圍移動性、用(yòng)戶密度、安全性等。其相‍←✔φ(xiàng)關指标有(yǒu)安全類時(shí)延≤20ms↑₩，非安全類時(shí)延≤100ms，峰值速率上(shàng)行(xín× g)500Mbps、下(xià)行(xíng)1 Gbps，支持車(chē)速280km/h，π≠✔在後續演進5G版本中提升至500km/h，可(kě)靠性幾乎為×♦β↕(wèi)100%5覆蓋範圍與LTE範圍相(xià✘≠✔☆ng)當。

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