浅析车联网中的无线通信技术应用

[摘 要]车联网中，车辆具有高移动性以及动态的网络拓扑结构和频繁的信息交互，为车车、车路建立一个低延迟、质量可靠、抗干扰能力强的无线通信环境就显得十分必要。通信技术是车联网的关键核心技术，决定了车联网信息传输的实时性和有效性。本文从分析车联网中现有的通信技术出发，对车联网通信技术的发展进行了展望。

[关键词]车联网;专用短程通信（DSRC）;LTE-advanced

中图分类号：TN925 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）22-0209-01

0 引言

车联网作为有一种有巨大发展的新兴网络，是未来智能交通系统的主要载体。车联网可以全程监控每辆车和每条道路，进而改善交通效率，提高交通安全，提供更加愉悦的乘车体验。车联网的实现需要车辆之间频繁及时可靠的信息交互，因此选定合适的无线通信技术则显得极为重要。用于支持车辆网通信的无线通信技术可以涵盖现有的任何无线通信技术，如2G，3G，卫星，红外，5GHZ微波，移动无线宽带技术等。

1 车联网概述

车联网（Vehicle Ad Hoc Networks，VANET）是移动自组织通信网络的一种特例，是一种自组织、结构开放的车间通信网络，主要是由车载单元（On-board units，OBUs）和路边单元（Roadside units，RSUs）组成。VANET运用车载传感器和GPS卫星定位系统，通过无线通信技术、信息采集和传输技术将车辆工具交通基础设施、交通管理人员有机结合起来，形成智能化新型移动互联网络，从而实现移动通信，信息管理，增值服务的综合应用，提高道路交通效率与驾驶安全性、舒适性，满足用户在车载环境中的服务质量和娱乐需求。

VANET主要的特点是节点移动具有规律性，即车辆沿着既有的道路行驶，运动路径受到道路分布的限制，有明显的规律性，可以基于路径规划或地图等信息进行预测;网络拓扑受限，车辆移动速度快，VANET的拓扑始终处于频繁的变化中，网络的连通性也会不断发生变化，网络连接难以维持;消息传播具有方向性，受地理位置的限制，VANET的数据通信往往与地理位置有关，有一定的方向性。

2 车联网的通信技术

车联网无线通信技术主要依赖两种技术：短距离无线通信和远距离的移动通信。前者主要是RFID和WIFI等短距离通信技术，专门针对车辆运动特性和时延敏感特性制定，在车辆密度适当的环境下可以提供可靠的安全信息传输服务，可以通过无线射频设备感知识别对象目标，并获取数据。而后者主要是GPRS、3G、LIE、4G等移动通信技术。随着大数据、云计算、无线通信技术的快速发展，为车联网络的具体服务应用提供了坚实的网络支撑。

3.1专用短程通信（DSRC）

专用短程通信（Dedicated short range communications， DSRC）技术是针对于智能交通系统领域（ITS）中，车辆和道路基础设施间的信息交换而开发的一种适用于短距离的快速移动的目标识别技术。它可以提供高速的无线通信服务，并且能保持传输延时短和系统的可靠性。其在延迟、移动性、通信距离方面有着无可替代的优势，特别适用于车辆安全应用。目前全球范围内的大多车路协同项目的研究，均采用DSRC技术建立车辆网络。

DSRC是基于IEEE制定和完善的WAVE/802.11p协议族。IEEE 802.11p具有易部署、成本低、技术成熟及ad-hoc模式下支持V2V通信的优势。其定义了汽车与其它实体进行无线通信的物理层与MAC层，在这个标准协议之上是IEEE 1609，其定义了MAC层一直到应用层的通信协议栈。DSRC可以在车辆数量不是很多的情况下，完成交通管理通信服务。然而，该技术在车辆密度比较大的场景中，不能保证安全信息可靠及时的传输，有时也会引起广播风暴、无法保证QoS等问题。此外，由于其有限的覆盖范围及缺乏像蜂窝网一样无处不在的路边设备，IEEE 802.11p只能提供间歇性和短暂性的V2I链接。这便引发了对LTE-advanced作为车联网无线通信技术的研究。

3.2 LTE-advanced

随着移动通信应用的不断发展，人们对网络容量、带宽和速率提出了更高要求，为了满足不断增长的需求，3GPP提出并制定LTE-advanced标准。LTE-advanced技术采用了载波聚合、上下行多天线增强、多点协作传输、中继等关键技术，极大优化了系统容量，提高网络峰值速率、频谱效率和传输时延等关键性能，同时也提高整个网络的组网效率。这使得LTE-advanced系统成为未来无线通信发展的潮流。

LTE-advanced标准的上、下行峰值速率分别可以达到500Mbps和1Gbps，可以支持大量终端同时接入并提供服务，还可以提供高密度、可管理的通信，支持保障。此外，3GPPLTE/LTE-advanced还引入了一些新的技术特性，包括多媒体广播多播业务MBMS，机器类通信语言MTC，D2D等，这些都将为实现车联网通信提供思路和技术手段。MBMS是一个重要特性，是为了实现从数据源向特定范围内多个用户同时传送数据的一种点到多点的业务，可以共享网络资源，提高资源利用率，实现以较少的资源为大量具有相同需求的用户同时提供业务;MTC是3GPP中对M2M的别称，标准规定了一些适用于车联网通信的特性，如小数据量传输，组优化，优先警示等。在一些场景中和车联网通信具有相似性，如短时间内大量终端同时接入需求，高频次小数据通信等。在更高的数据信道带宽之外，针对车联网通信，移动通信网络的改进目标主要针对大量终端的接入以及时延敏感的小数据应用所需要的QoS保证需求。MTC中基于组的通信机制可以有效减小eNodeB接入信道的阻塞，并减小信令开销。这些特征都为移动通信技术支持车联网通信提供了更可靠的保证。Device-to- Device（D2D）是LTE-advanced网络中的一种端到端通信技术，是通过重用宏蜂窝用户资源来实现的。D2D技术支持小区用户之间直接进行通信，通过重用网络频带资源带来很多优点，可以增加LTE-advanced的频谱利用效率，有效改善无线通信系统频谱资源匮乏的问题，并且可以降低终端发射功率，节能降耗，减小小区负载并保证QoS提供新的服务。在一些场景中和车联网通信具有相似性。因此，LTE-advanced技术的不断发展和新特性的不断引入为移动蜂窝网络支持车联网提供了无限可能。

4 结语

IEEE WAVE/802.11p是目前支持车联网通信的主要通信协议，但在车辆密度较大的场景中，该协议族不能保证安全信息的及时可靠送达。因此，我们探讨了新一代移动通信网络LTE-advanced系统所具有的一系列关键技术和新特性，如MTC，MBMS和D2D和技术，这些新技术拥有支持车联网通信的巨大潜力。

随着移动互联网、物联网技术的快速发展，车联网产业的不断壮大，接入网络的车辆节点和路边单元节点也越来越多，引入的网络结构多种多样，将形成不同网络结构共存的局面，影响车联网内各子网络之间的信息共享和数据互联，需要车联网在不同的应用场景下匹配到相应的通信技术，将LTE-advanced技术与DSRC技术结合可以实现车辆识别，车间通信，车路通信，车辆道路信息的传输和共享，搭建车联网数据传输的立体化模式，构建一个有效并且智能的交通体系，为用户提供更好的通信保障。

参考文献

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