淺析車聯(lián)網(wǎng)中的無線通信技術(shù)應(yīng)用

趙雪清+周琍

[摘 ?要]車聯(lián)網(wǎng)中，車輛具有高移動性以及動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和頻繁的信息交互，為車車、車路建立一個低延遲、質(zhì)量可靠、抗干擾能力強的無線通信環(huán)境就顯得十分必要。通信技術(shù)是車聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵核心技術(shù)，決定了車聯(lián)網(wǎng)信息傳輸?shù)膶崟r性和有效性。本文從分析車聯(lián)網(wǎng)中現(xiàn)有的通信技術(shù)出發(fā)，對車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展進行了展望。

[關(guān)鍵詞]車聯(lián)網(wǎng);專用短程通信（DSRC）;LTE-advanced

中圖分類號：TN925 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）22-0209-01

0 引言

車聯(lián)網(wǎng)作為有一種有巨大發(fā)展的新興網(wǎng)絡(luò)，是未來智能交通系統(tǒng)的主要載體。車聯(lián)網(wǎng)可以全程監(jiān)控每輛車和每條道路，進而改善交通效率，提高交通安全，提供更加愉悅的乘車體驗。車聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)需要車輛之間頻繁及時可靠的信息交互，因此選定合適的無線通信技術(shù)則顯得極為重要。用于支持車輛網(wǎng)通信的無線通信技術(shù)可以涵蓋現(xiàn)有的任何無線通信技術(shù)，如2G，3G，衛(wèi)星，紅外，5GHZ微波，移動無線寬帶技術(shù)等。

1 車聯(lián)網(wǎng)概述

車聯(lián)網(wǎng)（Vehicle Ad Hoc Networks，VANET）是移動自組織通信網(wǎng)絡(luò)的一種特例，是一種自組織、結(jié)構(gòu)開放的車間通信網(wǎng)絡(luò)，主要是由車載單元（On-board units，OBUs）和路邊單元（Roadside units，RSUs）組成。VANET運用車載傳感器和GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，通過無線通信技術(shù)、信息采集和傳輸技術(shù)將車輛工具交通基礎(chǔ)設(shè)施、交通管理人員有機結(jié)合起來，形成智能化新型移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)移動通信，信息管理，增值服務(wù)的綜合應(yīng)用，提高道路交通效率與駕駛安全性、舒適性，滿足用戶在車載環(huán)境中的服務(wù)質(zhì)量和娛樂需求。

VANET主要的特點是節(jié)點移動具有規(guī)律性，即車輛沿著既有的道路行駛，運動路徑受到道路分布的限制，有明顯的規(guī)律性，可以基于路徑規(guī)劃或地圖等信息進行預(yù)測;網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫芟蓿囕v移動速度快，VANET的拓?fù)涫冀K處于頻繁的變化中，網(wǎng)絡(luò)的連通性也會不斷發(fā)生變化，網(wǎng)絡(luò)連接難以維持;消息傳播具有方向性，受地理位置的限制，VANET的數(shù)據(jù)通信往往與地理位置有關(guān)，有一定的方向性。

2 車聯(lián)網(wǎng)的通信技術(shù)

車聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù)主要依賴兩種技術(shù)：短距離無線通信和遠(yuǎn)距離的移動通信。前者主要是RFID和WIFI等短距離通信技術(shù)，專門針對車輛運動特性和時延敏感特性制定，在車輛密度適當(dāng)?shù)沫h(huán)境下可以提供可靠的安全信息傳輸服務(wù)，可以通過無線射頻設(shè)備感知識別對象目標(biāo)，并獲取數(shù)據(jù)。而后者主要是GPRS、3G、LIE、4G等移動通信技術(shù)。隨著大數(shù)據(jù)、云計算、無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，為車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的具體服務(wù)應(yīng)用提供了堅實的網(wǎng)絡(luò)支撐。

3.1專用短程通信（DSRC）

專用短程通信（Dedicated short range communications， DSRC）技術(shù)是針對于智能交通系統(tǒng)領(lǐng)域（ITS）中，車輛和道路基礎(chǔ)設(shè)施間的信息交換而開發(fā)的一種適用于短距離的快速移動的目標(biāo)識別技術(shù)。它可以提供高速的無線通信服務(wù)，并且能保持傳輸延時短和系統(tǒng)的可靠性。其在延遲、移動性、通信距離方面有著無可替代的優(yōu)勢，特別適用于車輛安全應(yīng)用。目前全球范圍內(nèi)的大多車路協(xié)同項目的研究，均采用DSRC技術(shù)建立車輛網(wǎng)絡(luò)。

DSRC是基于IEEE制定和完善的WAVE/802.11p協(xié)議族。IEEE 802.11p具有易部署、成本低、技術(shù)成熟及ad-hoc模式下支持V2V通信的優(yōu)勢。其定義了汽車與其它實體進行無線通信的物理層與MAC層，在這個標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議之上是IEEE 1609，其定義了MAC層一直到應(yīng)用層的通信協(xié)議棧。DSRC可以在車輛數(shù)量不是很多的情況下，完成交通管理通信服務(wù)。然而，該技術(shù)在車輛密度比較大的場景中，不能保證安全信息可靠及時的傳輸，有時也會引起廣播風(fēng)暴、無法保證QoS等問題。此外，由于其有限的覆蓋范圍及缺乏像蜂窩網(wǎng)一樣無處不在的路邊設(shè)備，IEEE 802.11p只能提供間歇性和短暫性的V2I鏈接。這便引發(fā)了對LTE-advanced作為車聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù)的研究。

3.2 LTE-advanced

隨著移動通信應(yīng)用的不斷發(fā)展，人們對網(wǎng)絡(luò)容量、帶寬和速率提出了更高要求，為了滿足不斷增長的需求，3GPP提出并制定LTE-advanced標(biāo)準(zhǔn)。LTE-advanced技術(shù)采用了載波聚合、上下行多天線增強、多點協(xié)作傳輸、中繼等關(guān)鍵技術(shù)，極大優(yōu)化了系統(tǒng)容量，提高網(wǎng)絡(luò)峰值速率、頻譜效率和傳輸時延等關(guān)鍵性能，同時也提高整個網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)效率。這使得LTE-advanced系統(tǒng)成為未來無線通信發(fā)展的潮流。

LTE-advanced標(biāo)準(zhǔn)的上、下行峰值速率分別可以達(dá)到500Mbps和1Gbps，可以支持大量終端同時接入并提供服務(wù)，還可以提供高密度、可管理的通信，支持保障。此外，3GPPLTE/LTE-advanced還引入了一些新的技術(shù)特性，包括多媒體廣播多播業(yè)務(wù)MBMS，機器類通信語言MTC，D2D等，這些都將為實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)通信提供思路和技術(shù)手段。MBMS是一個重要特性，是為了實現(xiàn)從數(shù)據(jù)源向特定范圍內(nèi)多個用戶同時傳送數(shù)據(jù)的一種點到多點的業(yè)務(wù)，可以共享網(wǎng)絡(luò)資源，提高資源利用率，實現(xiàn)以較少的資源為大量具有相同需求的用戶同時提供業(yè)務(wù);MTC是3GPP中對M2M的別稱，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一些適用于車聯(lián)網(wǎng)通信的特性，如小數(shù)據(jù)量傳輸，組優(yōu)化，優(yōu)先警示等。在一些場景中和車聯(lián)網(wǎng)通信具有相似性，如短時間內(nèi)大量終端同時接入需求，高頻次小數(shù)據(jù)通信等。在更高的數(shù)據(jù)信道帶寬之外，針對車聯(lián)網(wǎng)通信，移動通信網(wǎng)絡(luò)的改進目標(biāo)主要針對大量終端的接入以及時延敏感的小數(shù)據(jù)應(yīng)用所需要的QoS保證需求。MTC中基于組的通信機制可以有效減小eNodeB接入信道的阻塞，并減小信令開銷。這些特征都為移動通信技術(shù)支持車聯(lián)網(wǎng)通信提供了更可靠的保證。Device-to- Device（D2D）是LTE-advanced網(wǎng)絡(luò)中的一種端到端通信技術(shù)，是通過重用宏蜂窩用戶資源來實現(xiàn)的。D2D技術(shù)支持小區(qū)用戶之間直接進行通信，通過重用網(wǎng)絡(luò)頻帶資源帶來很多優(yōu)點，可以增加LTE-advanced的頻譜利用效率，有效改善無線通信系統(tǒng)頻譜資源匱乏的問題，并且可以降低終端發(fā)射功率，節(jié)能降耗，減小小區(qū)負(fù)載并保證QoS提供新的服務(wù)。在一些場景中和車聯(lián)網(wǎng)通信具有相似性。因此，LTE-advanced技術(shù)的不斷發(fā)展和新特性的不斷引入為移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)支持車聯(lián)網(wǎng)提供了無限可能。

4 結(jié)語

IEEE WAVE/802.11p是目前支持車聯(lián)網(wǎng)通信的主要通信協(xié)議，但在車輛密度較大的場景中，該協(xié)議族不能保證安全信息的及時可靠送達(dá)。因此，我們探討了新一代移動通信網(wǎng)絡(luò)LTE-advanced系統(tǒng)所具有的一系列關(guān)鍵技術(shù)和新特性，如MTC，MBMS和D2D和技術(shù)，這些新技術(shù)擁有支持車聯(lián)網(wǎng)通信的巨大潛力。

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的不斷壯大，接入網(wǎng)絡(luò)的車輛節(jié)點和路邊單元節(jié)點也越來越多，引入的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多種多樣，將形成不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)共存的局面，影響車聯(lián)網(wǎng)內(nèi)各子網(wǎng)絡(luò)之間的信息共享和數(shù)據(jù)互聯(lián)，需要車聯(lián)網(wǎng)在不同的應(yīng)用場景下匹配到相應(yīng)的通信技術(shù)，將LTE-advanced技術(shù)與DSRC技術(shù)結(jié)合可以實現(xiàn)車輛識別，車間通信，車路通信，車輛道路信息的傳輸和共享，搭建車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧Ⅲw化模式，構(gòu)建一個有效并且智能的交通體系，為用戶提供更好的通信保障。

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