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车联网技术探秘:V2X技术现状和未来发展方向

  根据世界卫生组织所提供的统计数据,全球每年因车祸而丧生的人数大约有120万,受伤的人数在5000万左右。在1990年,各类死亡原因当中车祸只排第9位,而有机构预测到2020年,如果汽车交通系统的安全措施没有显着的提高,车祸所导致的死亡人数会升至死亡原因第3位。

  为了提升交通系统的安全性和智能化,智能交通的系统理念逐渐兴起。智能交通可以利用新一代的通信网络和数据处理能力,提高交通系统的整体效率,降低能量损耗,增加运输的安全和便捷。近阶段,智能交通系统的开发将主要集中在智能公路交通系统领域,也就是俗称的车联网

  应用场景

  车联网有很多应用场景,有些是现在已经看到的,有些是预测的。毋庸置疑,提高交通安全是最主要的应用,其中包括:一,车辆当发现有危险临近,例如前方有障碍物时,能够及时提醒其他车辆;二,车辆能够告知其他车辆自己所行进的方向,以帮助其他车辆的司机做更准确的判断;三,靠近交叉路口时,向其他车辆提醒;四,驶离高速路时,向其他车辆提示;五,临时/突然停车的预警;六,车辆变线时的提醒;七,事故汇报;八,汽车司机对路边行人/骑自行车人的提醒。

  在交通管理方面,车联网可以帮助疏通车流,实时地对拥塞采取有效措施。管理部门可以根据一些具体的条件灵活地实施交通规则,例如:可调的时速限制、可变的信号灯周期和灯闪顺序、交叉路口自动车流控制、救护车/消防车/警车的开道。

  在司机辅助方面,智能交通可以提供自动泊车、导航状态、路标识别等。对于警察等执法部门,车联网有助于监控、超速提醒、禁区管理、勒停命令的实施等。通过电子支付的方式,车联网使过路费/停车费的收集更加快捷方便,从一定程度上减轻车流的拥塞,减少收费站附近常发生的低速追尾事故。

  随着汽车电子突飞猛进的发展,车辆本身的运算能力也有长足的提高,只要车联网能提供充足大量的路况信息,根据车上的电子地图和以往的数据,车子自身系统可以通过复杂的优化算法,规划出最佳的路径,某些情况下还能实现在高速公路上的自动驾驶。例如一个大货车队,只有最前方的车里有驾驶员,后面的货车里只有若干传感器和通信器与第一辆车联系,及时更新信息,顺应路况,实现合理驾驶。

  技术方向

  V2V,或者拓展到V2X,指的是汽车车辆之间,或者汽车与路边行人/骑车者的通信系统。这类系统就是所谓的车辆临时网络(Vehicular Ad-hoc Networks, VANETs),它属于一种移动临时网络(Mobile Ad-hoc Networks, MANETs)。在这个网络中,每一辆入网的车可以成为一个网络节点,具有移动性。每个节点与其他节点协同,减少盲区,避免事故。

  目前,车联网中最重要的目的是提高交通安全,其需求集中体现在:一,低时延,端到端时延在5ms以内;二,高可靠,误包率在99.999%以下,而且能在车辆发生拥塞,大量节点共享有限频谱资源时,仍能够保证传输的可靠性;三,可能需要支持高速移动,考虑到汽车之间的相对移动,最高相对时速可达 500km/h;四,传输数据包至少能承载1600字节的信息数据。

  车联网的发展是跨行业的,涉及的技术众多,在这里我们着重介绍与无线通信及系统密切相关的,分别从物理层和网络层入手。

  已有的技术

  当前,由IEEE 802.11p和IEEE 1609组成的协议框架能够完成车联网的一些最基本的功能。IEEE802.11p是IEEE 802.11系列的一个版本,可谓专门为车联网而“定制”。这样,WiFi的关键技术IEEE802.11技术正通过802.11p拓展到车联网的V2X 应用上。IEEE802.11p传承了WiFi大部分的物理帧结构设计,包括OFDM发射,以及基本媒体接入控制(MAC)层协议,目前支持 5MHz/10MHz/20MHz的带宽,在美国的频段是5850MHz~5925MHz,工作带宽均为10MHz,共支持7个,其中2个只能由公共安全部门所使用。相比一般的蜂窝网络,IEEE802.11p所能覆盖的半径并不大,在500m以内,因而被称为短距离通信(DSRC)技术。同时 IEEE802.11p协议中引入了时钟广播和增强的信道抑制技术,以加强车联网的物理层。其中时钟广播技术可以帮助节点与公共的时间参考保持同步;而信道抑制目的是提高接收器对5GHz左右的带外干扰的抵抗能力。

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