車聯網的標準之爭:主導汽車V2X市場的V2V的標準和應用介紹
高通定義的互連汽車願景
互連汽車設備市場主要由使用者對車輛安全,
汽車的通信物件可以有以下幾種:
車對車(V2V)
車對基礎設施(V2I)
車對行人(V2P)
其他(V2C,V2D,V2G)
業界把這些通信類型稱為V2X(汽車到一切之間的通信)
實現V2X通信的連接方式主要有以下兩種:
專用短程通信(DSRC:Dedicated Short Range Communication)
長距離/蜂窩網路
預計在2017年至2022年期間V2V將主導汽車的V2X市場,而按照3GPP的規劃進程基於蜂窩連接預計到2019年將商用化;
V2V互動圖
V2V通信是基於移動Ad Hoc網路的基本理論來實現的,移動Ad Hoc網路的基本原理如下圖所示:
移動Ad Hoc網路的基本原理
移動網路是支援普及計算的最重要技術之一,是車載自組織網路發展的基本技術。
通常,有兩種不同的方法可以使無線移動單元之間的相互通信:基於基礎設施的方式以及Ad hoc模式。
傳統上,無線移動網路基於蜂窩概念,並且依賴於良好的基礎設施架構支援,其中移動設備與連接到固定網路基礎設施的接入點(或基站)進行通信。這種無線網路的典型例子有GSM,UMTS,WLL,WLAN等。
近年來,無線通訊和手持設備的廣泛使用激發了對不需要預先建立的基礎設施的自組織網路(Ad hoc)的研究。這些自組織網路由協調傳送資訊的自治節點組成。
在移動自組織網路中,系統可以任意移動。移動Ad Hoc網路通常稱為MANET(Mobile Ad Hoc Network)。移動Ad Hoc網路為稱為車輛Ad Hoc網路的車輛之間的連接創造了基礎。它是MANET的一個變體,重要的差異在於移動節點是車輛。
車載Ad Hoc網路,VANET
在這樣的環境中,由於每個移動主機的無線傳輸的範圍有限,一個移動主機可能需要使用其他主機的説明來將資料資訊轉發到其目的地。
MANET是支持真正普適計算的通信技術的重要組成部分,因為在許多情況下,移動單元之間的資訊交換不能依賴於任何固定的網路基礎設施,而且無線連接需要快速配置。下一代移動通信將需要包括基於基礎設施的無線網路和無基礎設施的移動Ad Hoc網路(MANET)兩種架構。
V2V標準
車載通信網路涉及到四種標準。 一個是IEEE 802.11標準機構目前正在制定一項新的修訂版標準,IEEE 802.11p,以滿足移動Ad Hoc網路的特殊應用要求。該標準稱為在車輛環境中的無線接入(Wireless Access in Vehicular Environment)簡稱為WAVE。
1、IEEE 802.11p WAVE
如下圖所示IEEE 802.11p WAVE只是與V2V操作的所有協議層相關的一組標準的一部分。 IEEE 802.11p標準受到IEEE 802.11範圍的限制,而IEEE 802.11是嚴格按照MAC和PHY級別標準來分類的。
V2V標準和通信棧
所以這裡的第二個標準是與V2V操作概念相關的標準即IEEE 1609標準,該標準旨在與IEEE 802.11p一起工作。
第三個標準由汽車工程師協會(SAE:Society of Automotive Engineers )開發。他們的J2735標準可以放在應用層中。它定義了用於V2V和V2I安全交換的消息集,資料幀和元素。
第四類標準是3GPP的Rel-14中制定的基於蜂窩網路的C-V2X標準;
3GPP的Rel-14中制定了基於蜂窩網路的C-V2X標準
在上面的V2V標準中IEEE 802.11p WAVE標準化過程起源於美國專用短距離通信(DSRC:Dedicated Short Range Communications)包括其頻譜的分配,以及定義DSRC頻段所使用的技術。
1999年,美國聯邦傳播委員會(FCC)將5.9GHz的75MHz的專用短距離通信(DSRC)頻譜分配給車對車和基礎設施到車輛的通信。主要目標是使公共安全應用能夠挽救生命並改善交通流量。FCC還允許在本領域提供私人服務來降低部署成本,並鼓勵快速開發和採用DSRC技術和應用。
如圖下圖所示,DSRC 頻譜被構造成七個10MHz寬的通道。通道178是控制通道(CCH),僅限於安全通信。頻譜帶兩端的兩個通道保留用於特殊用途。其餘的是可用于安全和非安全使用的服務通道(SCH)。
美國的DSRC頻譜和頻道
全球DSRC的頻譜分配情況
在美國,標準化DSRC無線電技術的最初努力一個美國測試和材料協會(ASTM:American Society for Testing and Materials)的工作組中進行。在2004年,由於DSRC無線電技術遷移到IEEE 802.11標準組中,因為兩者的工作高度類似。 IEEE 802.11 DSRC被稱為IEEE 802.11p WAVE。 IEEE 802.11p不是獨立的標準。它旨在修改整個IEEE 802.11標準。
將DSRC無線電技術標準移動到IEEE 802.11領域的一個特殊含義是,現在WAVE完全旨在作為適用於世界其他地區以及美國的國際標準。IEEE 802.11p標準旨在:
描述滿足WAVE要求的網站在快速變化的環境中運行所需的功能和服務,以交換消息。
定義由IEEE 802.11 MAC控制的WAVE信令技術和介面功能。
2、IEEE 1609
IEEE 1609系列標準定義了以下部分:
架構,
溝通模式,
管理架構,
安全機制和
在車輛環境中高速(
這些標準定義的主要架構元件是車載單元(OBU:On Board Unit),路側單元(RSU:Road Side Unit)和WAVE介面。
3、SAE J2735
與車輛通信相關的第三個重要標準是由汽車工程師協會(www.sae.org)維護的J2735專用短距離通信(DSRC)消息集詞典( Message Set Dictionary)。 該SAE標準規定了專門用於使用(DSRC / WAVE)通信系統的應用程式使用的消息集,其資料幀和資料元素。 因此這個標準的範圍集中在DSRC的消息集和資料幀上。 這個標準還規定了確定的消息結構,並從根據DSRC標準執行消息的應用程式開發人員的角度提供了足夠的背景資訊,以便正確解釋消息定義。
第四個標準即3GPP的基於蜂窩的C-V2X 標準以後在專門介紹;
V2V的應用
V2V通信的應用場景
V2V通信有大量的應用場景,主要涉及提高駕駛安全性或者交通效率,並向司機提供信息或娛樂。
V2V應用實例
1、交通安全性
安全用例是當車輛進入適用於用例的場景時存在安全問題的情況。 以下安全應用與V2V通信有關:
進入交叉路口或離開高速公路的警告
危險位置警告:發現障礙物,報告事故
突然停止警告:向前碰撞警告,碰撞前感測或警告
變道警告/保持警告/協助
特權救護車,消防車和警車
等等;
特權消防車
2、交通效率
交通效率應用場景是為了通過向運輸網路的所有者或網路上的司機提供資訊來提高運輸網路的效率。
加強路線指導和導航
智能交叉口:自我調整交通燈,自動交通路口控制,綠燈最優速度資訊
智慧交叉口
3、資訊娛樂和支付
電子支付應用可以方便支付,避免收費造成的擁塞,同時使定價更易於管理和靈活。
互聯網服務
POI通知
收費
停車付款
4、其他應用
V2V通信系統可以支援當前可用的駕駛員輔助系統。 在廣播車輛參數的幫助下,可以改善自我調整巡航控制和停車導航功能。
採用特殊的低成本路邊機組(RSU),可以支援路標識別功能,提高可靠性。 在特殊情況下,它可以提供橋樑或隧道高度或閘寬度的安全功能。
另一個重要的使用領域可能是警務和執法。 警方可以採用多種方式使用V2V通訊,如:
監視(例如發現被盜車輛)
速度測量
等等
總之V2V應用前景巨大,目前的正在進行白熱化的標準之爭!
(完)
而且無線連接需要快速配置。下一代移動通信將需要包括基於基礎設施的無線網路和無基礎設施的移動Ad Hoc網路(MANET)兩種架構。V2V標準
車載通信網路涉及到四種標準。 一個是IEEE 802.11標準機構目前正在制定一項新的修訂版標準,IEEE 802.11p,以滿足移動Ad Hoc網路的特殊應用要求。該標準稱為在車輛環境中的無線接入(Wireless Access in Vehicular Environment)簡稱為WAVE。
1、IEEE 802.11p WAVE
如下圖所示IEEE 802.11p WAVE只是與V2V操作的所有協議層相關的一組標準的一部分。 IEEE 802.11p標準受到IEEE 802.11範圍的限制,而IEEE 802.11是嚴格按照MAC和PHY級別標準來分類的。
V2V標準和通信棧
所以這裡的第二個標準是與V2V操作概念相關的標準即IEEE 1609標準,該標準旨在與IEEE 802.11p一起工作。
第三個標準由汽車工程師協會(SAE:Society of Automotive Engineers )開發。他們的J2735標準可以放在應用層中。它定義了用於V2V和V2I安全交換的消息集,資料幀和元素。
第四類標準是3GPP的Rel-14中制定的基於蜂窩網路的C-V2X標準;
3GPP的Rel-14中制定了基於蜂窩網路的C-V2X標準
在上面的V2V標準中IEEE 802.11p WAVE標準化過程起源於美國專用短距離通信(DSRC:Dedicated Short Range Communications)包括其頻譜的分配,以及定義DSRC頻段所使用的技術。
1999年,美國聯邦傳播委員會(FCC)將5.9GHz的75MHz的專用短距離通信(DSRC)頻譜分配給車對車和基礎設施到車輛的通信。主要目標是使公共安全應用能夠挽救生命並改善交通流量。FCC還允許在本領域提供私人服務來降低部署成本,並鼓勵快速開發和採用DSRC技術和應用。
如圖下圖所示,DSRC 頻譜被構造成七個10MHz寬的通道。通道178是控制通道(CCH),僅限於安全通信。頻譜帶兩端的兩個通道保留用於特殊用途。其餘的是可用于安全和非安全使用的服務通道(SCH)。
美國的DSRC頻譜和頻道
全球DSRC的頻譜分配情況
在美國,標準化DSRC無線電技術的最初努力一個美國測試和材料協會(ASTM:American Society for Testing and Materials)的工作組中進行。在2004年,由於DSRC無線電技術遷移到IEEE 802.11標準組中,因為兩者的工作高度類似。 IEEE 802.11 DSRC被稱為IEEE 802.11p WAVE。 IEEE 802.11p不是獨立的標準。它旨在修改整個IEEE 802.11標準。
將DSRC無線電技術標準移動到IEEE 802.11領域的一個特殊含義是,現在WAVE完全旨在作為適用於世界其他地區以及美國的國際標準。IEEE 802.11p標準旨在:
描述滿足WAVE要求的網站在快速變化的環境中運行所需的功能和服務,以交換消息。
定義由IEEE 802.11 MAC控制的WAVE信令技術和介面功能。
2、IEEE 1609
IEEE 1609系列標準定義了以下部分:
架構,
溝通模式,
管理架構,
安全機制和
在車輛環境中高速(
這些標準定義的主要架構元件是車載單元(OBU:On Board Unit),路側單元(RSU:Road Side Unit)和WAVE介面。
3、SAE J2735
與車輛通信相關的第三個重要標準是由汽車工程師協會(www.sae.org)維護的J2735專用短距離通信(DSRC)消息集詞典( Message Set Dictionary)。 該SAE標準規定了專門用於使用(DSRC / WAVE)通信系統的應用程式使用的消息集,其資料幀和資料元素。 因此這個標準的範圍集中在DSRC的消息集和資料幀上。 這個標準還規定了確定的消息結構,並從根據DSRC標準執行消息的應用程式開發人員的角度提供了足夠的背景資訊,以便正確解釋消息定義。
第四個標準即3GPP的基於蜂窩的C-V2X 標準以後在專門介紹;
V2V的應用
V2V通信的應用場景
V2V通信有大量的應用場景,主要涉及提高駕駛安全性或者交通效率,並向司機提供信息或娛樂。
V2V應用實例
1、交通安全性
安全用例是當車輛進入適用於用例的場景時存在安全問題的情況。 以下安全應用與V2V通信有關:
進入交叉路口或離開高速公路的警告
危險位置警告:發現障礙物,報告事故
突然停止警告:向前碰撞警告,碰撞前感測或警告
變道警告/保持警告/協助
特權救護車,消防車和警車
等等;
特權消防車
2、交通效率
交通效率應用場景是為了通過向運輸網路的所有者或網路上的司機提供資訊來提高運輸網路的效率。
加強路線指導和導航
智能交叉口:自我調整交通燈,自動交通路口控制,綠燈最優速度資訊
智慧交叉口
3、資訊娛樂和支付
電子支付應用可以方便支付,避免收費造成的擁塞,同時使定價更易於管理和靈活。
互聯網服務
POI通知
收費
停車付款
4、其他應用
V2V通信系統可以支援當前可用的駕駛員輔助系統。 在廣播車輛參數的幫助下,可以改善自我調整巡航控制和停車導航功能。
採用特殊的低成本路邊機組(RSU),可以支援路標識別功能,提高可靠性。 在特殊情況下,它可以提供橋樑或隧道高度或閘寬度的安全功能。
另一個重要的使用領域可能是警務和執法。 警方可以採用多種方式使用V2V通訊,如:
監視(例如發現被盜車輛)
速度測量
等等
總之V2V應用前景巨大,目前的正在進行白熱化的標準之爭!
(完)