智能网联汽车——车联网

一、什么是车联网

1.研究背景

交通安全:全球每年约有124万人死于交通事故,每年交通事故造成的经济损失高达5180亿美元（引自WHO2013年道路安全全球现状报告)；

交通效率:交通拥堵让北京市年损失占GDP的7.5%,堵塞严重影响人们出行,如2010.9.17共145条道路塞车(北京市交通发展研究中心《2011北京市交通发展年度报告》的评估报告）；

2.研究意义

自主式感知不仅需要留意周边的其他的车辆，还必须完全依赖自身能力检测到周围的道路、车道等一系列的因素。而且，它受天气影响比较大，会影响它的探测的距离与精度，并且没有办法对周围的障碍物进行预测。

车联网主要是解决通信问题，具体来说，通过车辆间通信的V2X系统，在车辆之间进行一个实时高效的通信，可以有效地解决传统的激光、雷达、摄像头分析等存在的距离、角度的缺陷，全方位的提升汽车主动安全系统的感知范围和感知的程度。

3.概念

车联网(汽车移动互联网)是利用先进传感技术、网络技术、计算技术、控制技术、智能技术,对道路交通进行全面感知，对每部汽车进行交通全程控制,对每条道路进行交通全时空控制,实现道路交通“零堵塞”、“零伤亡”和“极限通行能力“的专门控制网络。

4.车联网中的通信

车联网是以车内网、车际网和车载移动互联网为基础,按照约定的通信协议和数据交换标准,在车和车、车和人、车和环境之间进行无线通信及信息传输,实现车辆智能化控制,智能动态服务,智能交通管理的一体化网络。

车内网是指通过应用成熟的总线技术建立一个标准化的整车网络。
车云(车载移动互联)网是指车载终端通过3G/4G/5G等通信技术与互联网进行无线连
接。
车际网是指基于DSRC技术和IEEE802.11系列无线局域网协议组建的动态网络。

二、车联网的应用场景

1.行车安全类

1）行人安全保证：

通过路侧设备检测并跟踪行人
路侧设备将行人状态告诉周围的车辆
车辆根据速度、位置判断是否会相撞
若事故不可避免,自动紧急刹车

2）碰撞预警：

实时共享前方车辆或障碍物的速度和位置
车载系统计算两车的行驶轨迹,判断是否会发生碰撞
当碰撞不可避免时,启动紧急刹车

2.交通效率类

3.信息娱乐类

1）动态导航

驾驶员输入目的地
RSU将车辆信息传给控制中心
控制中心根据交通状况判断最佳路径
将各道路车流状况最佳路径和地图传回车内

三、车联网的系统架构

1.整体系统

连接子系统成为整体.png

1）中心子系统

2）道路子系统

3）车辆子系统

4）行人子系统

人所携带的手持智能终端设备
公交车站的电子显示屏

2.信息流动

3.部署案例

车辆A可以检测到个有危险的行驶情况
它向最近的路边单元RSU1发送了一个报警消息
该消息被发送到控制单元(同时,报警消息被车辆B直接接收到,并传播到车辆C)
中央控制单元,在确认了信息后发送报警消息到路边单RSU2,RSU2可以将该消息传播给车辆D、E、F

四、车联网通信技术

1.车际网

专用中短距离通信技术,实现车车/车路协同,包括DSRC、LTE-V,5G
优点：时延极短,可靠性高,需要支撑主动安全应用

1.1DSRC

信道分配：

中心频段是在5.9GHz，总共有75MHz的频带宽度，前面的5MHz被预留，后面的70MHz被平均分成7个信道，有一个控制信道，其他六个都是服务信道。172和184是用于公共安全专用信道，比如说和生命财产相关的应用就在这两个信道当中使用。

通信协议栈:

DSRC通信协议栈.png

1.2ETC（近距离车路通讯技术）

它是通过安装在车辆上的车载装置和安装在收费站车道上的天线之间进行无线通信和信息交换。

组成：

车辆自动识别系统：包括用于车际网的车载单元OBU（存在车辆的识别信息，一般安装于车辆前面的挡风玻璃上）、路边单元RSU（安装于收费站旁边）、环路感应器（安装于车道地面下）等组成
中心管理系统
其他辅助设施

ETC与DSRC的区别（横线处）：

通信技术(横线为两者区别).png

ETC与DSRC的关系：

专用短距离通信技术(DSRC)在美囯被用于和WAVE协议相关的无线电频谱或技术。美国机动车工程师学会(SAE)已经明确提出WAVE协议要使用5.9GHz的频带。
在美国以外,DSRC可能指的是一个使用5.8GHz频带的不同的无线电技术,例如电子收费( Electronic Fee CollectionEFC)。
ETC可以作为一个单独的系统独立运行,也可以通过实现了包括IEEE160911标准的DSRC系统来提供支付服务。

1.3LTE-V

LTE-V类似于基站发射4G信号,比前面那种靠WiFi的更稳定,让车与车之间的沟通更便利。被认为是实现车联网的重要基石，基于4.5G网络以LTE蜂窝网络作为V2X的基础，面向未来5G的重点研究方向。也是车联网的专有协议，面向车联网应用场景，实现车与车、车与路测设施、车与人、车与网络的互联和数据传输，也就是V2X。

为了应对车辆主动安全、行车效率、车载娱乐等多场景不同的需求，LTE-V采用的是广域蜂窝式和短程直通式的通信，前者是基于现有蜂窝技术的扩展，主要承载着传统的车联网业务，后者引入LTE—D2D，由于LTE-D具备了能够寻找500公尺以内数以千计设备的能力，因此能让两个以上最接近LTE-D设备在网内通信。

广域蜂窝式通信：