談車聯網無線通信技術應用

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摘要：車聯網是物聯網在智能交通領域的典型應用，車聯網中的核心關鍵技術是無線通信技術。無線通信技術決定了車輛的車內網、車際網和車載移動互聯網等網絡間大范圍、大容量數據的交互、共享的實時性和有效性，是當前國內外技術演進的研究熱點。隨著工業化和信息化在國民生產領域的深度融合，信息化技術不斷深入到工業化領域，車聯網引導的智能交通越發成熟。

關鍵詞：車聯網；無線通信技術

引言

如今，隨著現代城市發展，交通問題日益嚴重，為了改善出行、確保人員安全等問題，對于車聯網如何在智能交通方面的應用研究應運而生。在車聯網技術的研究發展中，選擇高效、安全、便捷、實時的無線通信技術并投入運用成為車聯網技術研究中的熱點問題。基于上述，本文從車聯網概述、無線通信技術、5G在車聯網中應用現狀等方面進行探討。

1車聯網概述

1.1基本定義

車聯網是物聯網在智能交通領域的應用，主要通過車載傳感器、GNSS、智能控制等技術手段，收集車輛屬性和動態信息，實現車與人（V2P）、車與車（V2V）、車與基礎設施（V2I）、車與服務終端（V2N）的智能協同，進而改善交通問題[1]。車聯網主要有3個特點：一是安全性，車聯網當中接入多個通信節點，實時交互數據量龐大，數據必須真實可靠；二是移動性，車聯網的聯結點和信息源是車輛；三是實時性，信息數據實時傳輸速率應具備低時延。圖1為車聯網示意圖。

1.2車聯網架構

車聯網體系結構按照功能劃分分為感知層、網絡層、應用層。感知層主要由傳感器（車載傳感器、路側傳感器）、雷達以及定位系統等設備構成，并通過射頻識別（RFID）、車輛定位（GNSS）等技術，將采集的車輛行駛狀態、道路交通環境等信息數據反饋并作出下一步行駛策略；網絡層主要由車載網絡、無線通信網絡和互聯網構成，負責分析處理感知層傳遞的數據，實現車輛與外部互聯互通等功能；應用層主要是各項系統應用集成，車輛數據在此分析反饋，實現對車輛的動態管理，為用戶提供不同的服務。例如車載娛樂、遠程監控等功能。

2無線通信技術

如果車輛沒有對外通信的能力，那么車輛在本質上就是一個孤島。未來車聯網應用場景的特點，決定了使用多種無線通信技術配合協調使用。傳統車聯網技術在車聯網功能應用中分為兩方面：短距離移動通信，如RFID、Wi-Fi，以及遠距離移動通信技術，如4G、5G。無線通信技術演進發展的方向主要是如何高效服務車聯網領域的智能應用。無線通信技術的發展趨勢是高頻率、高速率、強安全性、高穩定性。

2.1RFID技術

RFID（RadioFrequencyIdentification，射頻識別）即電子標簽，是一種非接觸式的自動識別技術，通過電訊號實時、準確地對高速移動目標快速識別。射頻識別系統包括應答器（可供識別標簽），閱讀器（讀取標簽信息）和軟件系統（處理反饋數據）。RFID在很多實際情況中都有良好的應用。RFID加強車輛之間的互聯通信，保證了信息數據的安全性和準確性，為車聯網系統的運作提供支持。在商業應用上，該項技術應用于停車自助收費系統等方面，成本低廉、效果顯著。在車聯網中RFID處于感知層。

2.2GNSS技術

GNSS的全稱是全球導航衛星系統（GlobalNavigationSatelliteSystem），它是泛指所有的衛星導航系統，包括全球的、區域的和增強的，如美國的GPS、俄羅斯的Glonass、歐洲的Galileo、中國的北斗衛星導航系統，以及相關的增強系統，如美國的WAAS（廣域增強系統）、歐洲的EGNOS（歐洲靜地導航重疊系統）和日本的MSAS（多功能運輸衛星增強系統）等，還涵蓋在建和以后要建設的其他衛星導航系統。GNSS系統由星座（空間部分）、地面監控系統（地面控制部分）和信號接收機（用戶設備部分）構成。目前車載GNSS定位系統是通過手機信號傳輸到網絡系統實現定位、導航、授時等功能，可將車輛信息及時反饋，提供導航服務。

2.3Zigbee技術

ZigBee基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網協議，是一種近距離、低復雜度、低速率、低成本的雙向無線通信技術，主要適用于工業控制、汽車自動化等領域，可以嵌入各種設備。ZigBee低成本、安全可靠。在現階段，對于投入車聯網使用的Zigbee而言，最大的瓶頸在于多跳實現的延時會隨著投入節點的增多而增加，造成帶寬資源浪費[2]。

2.4DSRC技術

專用短程通信（DedicatedShortRangeCommunication，DSRC）基于IEEE802.11p通信標準，是一種高效的短距離，應用于V2X的無線通信技術，有效覆蓋區域為3~30米，主要對車輛和道路有機連接識別和雙向傳輸，實時傳遞語音、圖像等數字信息。DSRC具有傳輸速度快、受干擾程度小、安全性好等優點，實現了小區域內車輛識別、駕駛員識別、出入管理、ETC等方面，極大改善人們的出行效率。DSRC系統由車載單元、路測單元以及短程通信協議構成，主要缺點在于通信覆蓋距離短，需要針對基礎設施進行大規模改造和投入，成本較大。

2.5Wi-Fi技術

Wi-Fi（Wireless-Fidelity）基于IEEE802.11協議，是無線局域網（WLAN）中的一個標準，覆蓋范圍廣，信息傳輸速率快，可實現局部區域內的高速無線連接。2016年最新公布的802.11ahWiFi標準——WiFiHaLow，HaLow的覆蓋范圍可達到1千米，信號更強，且不容易被干擾，使得Wi-Fi在理論上可以被運用車輛網的發展。

2.6C-V2X技術

C-V2X技術（Cellular-V2X，蜂窩車聯網）是指基于蜂窩網絡的V2X技術，該技術在DSRC技術之后推出，都具備車輛之間進行直接無線通信，包括LTE-V2X以及正在發展的5G-V2X技術，提供兩種接口-Uu（蜂窩網絡-車載終端通信）接口和PC5（短距離直接通信）接口。LTE-V2X主要承載基本交通安全業務；5G-V2X主要面向承載自動駕駛業務。LTE-V2X包括蜂窩通信和直接通信兩種工作模式。蜂窩通信借助已有的LTE蜂窩網絡，支持網絡覆蓋范圍廣、帶寬需求大的通信連接；直接通信則不經過基站，兩個用戶節點直接進行通信，即D2D（devicetodevice）通信模式。相比DSRC技術，C-V2X技術在通信覆蓋范圍、高容量、抗干擾性等方面的性能，全面優于DSRC。C-V2X不必重新部署網關基礎設施，對現有基站設施進行改造即可使用，節約了經濟成本[3]。從2018年11月，根據工業和信息化部《車聯網（智能網聯汽車）直連通信使用5905-5925MHz頻段管理規定（暫行）》明確5.9G頻段作為基于LTE的C-V2X技術的車聯網（智能網聯汽車）直連通信的工作頻段，到2020年11月，國務院辦公廳《新能源汽車產業發展規劃（2021-2035年）》中“加快基于蜂窩通信技術的車輛與車外其他設備間的無線通信（C-V2X）標準制定和技術升級”，表明我國正在快速推進C-V2X車聯網通信技術的產業化發展和應用推廣。

2.7UWB

UWB（ultrawideband，超帶寬）是一種無線載波技術，以極低功率在短距離內高速傳輸數據。UBW技術，基于IEEE802.15.4協議，具有系統復雜度底，對信道衰落不敏感，安全性高，精確定位等優點，適用于密集場所的高速無線接入，相比RFID定位技術在安全性上具有明顯優勢，相比藍牙技術、Wi-Fi，UWB具有強大的抗多徑干擾能力。UWB技術應用按照通信距離可以分為短距離高速應用和中長距離（幾十米以上）低速率應用這兩類。UWB技術車聯網領域中具有廣泛的應用場景和發展潛力。

35G無線通信技術車聯網應用現狀

無線通信技術在車聯網的應用用：RFID用于對特定目標進行識別，DSRC、Wi-Fi主要用于提供車輛實時變化數據，GNSS主要用于精確定位；3G/4G主要用于實現網絡內信息的傳輸以及共享，等等。每種技術都不能完全體現車聯網所需的全部功能，以及未來智能交通需求，只能體現車聯網發展的前景趨勢。當前階段，如何實現5G無線通信技術與其他技術融合，使不同技術的作用最大化，是車聯網發展的新方向。隨著無線通信技術和自動駕駛技術的快速發展，車聯網技術正在邁向新階段，其在智能交通領域的應用發展分為三個階段，如圖2所示[4]：無線移動網絡與智慧交通的發展是互馴的過程。在1G、2G時代，無線通信主要用于車載緊急呼叫；3G、4G網絡加快推進了車聯網技術通過感器收集處理車輛運行參數，還能夠提供其他智能服務；隨著5G技術的發展，5G技術一旦投入使用便會成為車聯網應用當中的關鍵技術應用，車聯網可以依靠5G網絡彌補傳統移動通信網絡存在的傳輸帶寬不足、網絡時延較大的缺陷，高速率、低時延、大聯接的技術特性連接處理網絡中的數據，并將分析結果快速反饋給信息需求用戶，降低系統響應時間，提高信息傳輸的精準性，降低對高精度傳感器的依賴，從而降低成本，催生更多的車聯網應用場景，實現更加舒適的智能生活體系。目前，V2X的技術方向分為DSRC、LTE-V2X、5G-V2X等。隨著DSRC逐漸退出舞臺，LTE-V2X后來居上。DSRC相比于LTE-V2X，在技術層面，LTE-V2X具備蜂窩通信功能，在覆蓋范圍、感知距離、承接數量、時延等方面具有明顯優勢；在終端層面，LTE-V2X的蜂窩通信模塊和V2X通信模塊可共用一塊芯片，有效降低了芯片復雜度及生產成本；在產業層面，LTE-V2X可以通過現有的LTE網絡基站設備進行升級部署，DSRC則需要安裝新的路測設備，生產成本大；在車輛網嵌用方面，LTEV2X能被應用于V2X的所有領域，而DSRC只能被應用于V2V以及V2I[5]。5G-V2X是5G通信的V2X標準，V2X將是5G網絡的一部分，5G-V2X有融合LTE-V2X及DSRC的可能，為車輛提供更安全、更高效、更便捷的服務能力。

4結束語

人類文明進步的本質是消除信息熵（打破信息不對稱）的效率加快，車聯網技術提升了人類在交通場景所獲得關于交通信息的能力，提高了數據交互處理效率。車聯網系統通過軟件定義網絡技術、移動邊緣技術、網絡切片等5G關鍵技術與車聯網技術深度融合，把車、路、人、云等有機互聯，將車聯網體系發展成高度協同統一的智能生態體系。但同時，現有車聯網也面臨著諸多瓶頸和挑戰，主要體現在通信信息傳遞安全、公眾普及、同信道干擾、相關法律法規有待完善等方面。智能交通產業正蓄勢待發，無線通信技術的應用前景在看到機遇的同時也要積極主動解決困難。

參考文獻

[1]郭建文.無線通信技術在車聯網中的應用探討[J].交通科技，2012，253（4）：124-126.

[2]干紫喬.淺談zigbee技術在車聯網的運用[J].企業技術開發，2011，30（007）：80-80.

[3]肖瑤，劉會衡，程曉紅.車聯網關鍵技術及其發展趨勢與挑戰[J].通信技術，2021，54（1）：1-8.

[4]翟尤，謝呼.5G社會從“見字如面”到“萬物互聯”[M].北京：電子工業出版社，2019.

[5]行行查.LTE-V與目前的車聯網通信技術有什么區別[EB/OL].

作者：戴慧玲 王治夏 楊士坤 程功 單位：國家無線電監測中心