《智能网联汽车安全》课件第8章.pptx
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1、第8章V2X通信安8.1V2X概述概述根据3GPP的定义,V2X(Vehicle to Everything,车用无线通信技术)是将车辆与其他事物相连接的新一代信息通信技术,其中V代表车辆,X代表任何与车交互信息的对象,当前X主要包含车、人、交通路侧基础设施和网络等。第8章V2X通信安V2X主要包括以下应用场景:V2N(Vehicle to Network,车与互联网连接)、V2V(Vehicle to Vehicle,车车互联)、V2I(Vehicle to Infrastructure,车路互联)以及V2P(Vehicle to Pedestrian,车人互联)等,即通过人、车、路、网络的
2、有效协同实现智能交通的目的。图81为V2X的应用场景。第8章V2X通信安图81V2X的应用场景第8章V2X通信安V2N是目前应用最广泛的车联网场景,其主要功能是使车辆通过移动网络连接到云服务器,再利用云服务器提供导航、娱乐和防盗等功能。图82为V2N的一种应用场景。V2N 主要是实现车辆与云端信息共享,车辆既可以将车辆、交通信息发送到云端指挥中心,云端也可以将广播信息,如交通拥堵、事故情况等发送给某一地区相关车辆。第8章V2X通信安图82V2N的应用场景:车云互联第8章V2X通信安V2V用于车辆之间的双向数据传输。通过V2V,车辆可实时采集周边车辆的速度、位置、方向以及告警等信息,此外,也可通
3、过车辆间通信实现图片、短信、音视频等信息的实施交换功能。图83为V2V的一种应用场景。第8章V2X通信安图83V2V的应用场景:车车互联第8章V2X通信安V2I是车辆与道路甚至其他基础设施(如交通信号灯、路障等)进行通信的应用。通过V2I系统,车辆可获取交通灯信号时序等道路管理信息、基于位置的车辆服务信息,主要应用于实时的信息服务、车辆的运行监控、电子收费的管理等。第8章V2X通信安例如,车辆接近有交通信号灯的路口,红灯即将亮起,V2I设备判断车辆无法在绿灯时间内通过此路口时,及时提醒驾驶员减速停车。这与基于摄像头采集到红灯提醒功能类似,但是它的优点是能与交通设施进行通信,尤其是在无红绿灯倒计
4、时显示屏的路口具有“预知”红绿灯时间的作用,减少了驾驶员不必要的加速和急刹。图84 为V2I的一种应用场景:红灯预警。第8章V2X通信安图84V2I应用场景:红灯预警第8章V2X通信安V2P是指行人使用移动电子设备,如便携式电脑、智能手机或其他手持设备与车载电子设备之间进行通信,重要应用场景是车辆给道路上行人或非机动车发送安全警告。行人穿越道路时,道路行驶车辆与人进行信号交互,当检测到具有碰撞隐患时,车辆会收到图片和声音提示驾驶员,同样行人收到电子设备屏幕图像或声音提示。这项技术非常实用,行人经过正在倒车出库的汽车时,由于驾驶员视觉盲区未能及时发现周边的人群(尤其是玩耍的儿童),很容易发生交通
5、事故。这与借助全景影像进行泊车功能类似。图85为V2P的一种应用场景:碰撞预警。第8章V2X通信安图85V2P应用场景:碰撞预警第8章V2X通信安8.2V2X技术标准技术标准V2X技术标准目前主要包括DSRC和LTEV两种。DSRC主要基于IEEE 802.11p 与 IEEE 1609 系列标准,是一种专门用于V2V和V2I的通信标准,主要由美国、日本主导;LTEV 是基于LTE 的智能网联汽车协议,由3GPP主导制定规范。表81给出了DSRC及LTEV的技术指标对比。第8章V2X通信安第8章V2X通信安第8章V2X通信安8.2.1DSRC技术介绍技术介绍1.DSRC定义定义DSRC(Ded
6、icated Short Range Communications,专用短程通信)技术是专门用于车辆通信的技术。DSRC本质上是IEEE 802.11 的扩充延伸,符合智能交通系统的相关应用,应用层包括高速车辆之间以及车辆与路边基础设施之间的数据交换。在物理层,DSRC 技术基于正交频分复用,为适应车辆高速运动场景,信号带宽定义为10 MHz。第8章V2X通信安一方面可以减少高速运动场景下的通信时延,提高数据交换能力,同时802.11p 引入了IEEE 802.11e 中的EDCA机制来解决接入优先级问题,高优先级的警车、救护车可以优先接入,其他普通车辆IP 数据次优先级,保障了特种车辆的优先
7、权。表82给出了DSRC 技术和其他无线通信技术的比较。第8章V2X通信安第8章V2X通信安由表82可以看出,DSRC在性能上优于WiFi和蜂窝网络等无线通信技术;与WiM ax技术相比,DSRC在性能上不相上下,但是在实现的复杂度和成本上,远远比WiMax具有优势。第8章V2X通信安DSRC的发展为车载环境下的无线通信提供了依据。ISO/TC 204 DSRC为国际标准,其中包含了中长距离通信标准。欧洲CEN/TC 278DSRC标准的主要特点是:5.8 GHz被动式微波通信,中等通信速率(500 Kb/s上行,250 Kb/s下行),调制方式为ASK和BPSK。美国的ASTM和IEEE标准
8、,频率均为5.9 GHz。在ASTM 标准的基础上,又发展了IEEE 802.11p协议组,包括1609.11609.4标准。IEEE 802.11p标准在车载环境下达到327Mb/s的传输速率,大大改善了高速移动环境下的传输效果。第8章V2X通信安目前使用较多的ASTME 221303协议是基于802.11的改进协议,作为向802.11p过渡的DSRC协议,其在MAC层和物理层上做出了一系列的规定和改进,使其更适用于车载环境以及ITS应用。各国DSRC使用的频段见图86。第8章V2X通信安图86各国DSRC使用的频段第8章V2X通信安 2.DSRC通信机制通信机制DSRC系统主要由RSU(R
9、oad Side Unit,路边单元)、OBU(On Board Unit,车载单元)、控制中心以及一些辅助设备组成,而DSRC通信协议是RSU与OBU实现无线短程通信、保证信息安全可靠传输的核心技术。路边设备包括射频部分(如天线、收发机等)、控制单元和显示设备等。车载单元包括射频部分和控制单元,视具体应用需求可配置车载装置和显示设备等。路边设备、控制中心和相关辅助设备形成路边网络,通过控制中心与其他网络相连,进行信息交换,从而实现自动收费、地理信息下载和信息发布等功能。DSRC通信系统模型如图87所示。第8章V2X通信安图87DSRC通信系统模型第8章V2X通信安 RSU又称路旁单元、车道单
10、元、车道设备,主要是指车道通信设备。RSU参数主要有频率、发射功率、通信接口等。RSU是OBU的读写控制器,由加密电路、编解码器电路和微波通信控制器等组成,以DSRC通信协议的数据交换方式和微波无线传递手段实现移动车载设备与路侧设备之间进行安全可靠的信息交换的目的。第8章V2X通信安以定点通信、被动传输为例,DSRC系统通信过程大体可以分为建立连接、信息交换、释放连接三个阶段。第一阶段:建立连接。第二阶段:信息交换。第三阶段:连接释放。第8章V2X通信安8.2.2LTEV技术介绍技术介绍1.LTEV定义定义LTEV(Long Term EvolutionVehicle是我国具有自主知识产权的V
11、2X技术,是基于TDLTE的智能交通系统解决方案,属于LTE后续演进技术的重要应用分支。第8章V2X通信安 LTEV本身并不具备主动安全功能,需传输基于北斗/GPS导航等传感器的数据。要实现车辆主动安全功能,需至少配备北斗/GPS导航,LTEV通信模块,信息处理、运算设备。车辆的位置、速度、行进方向、加速度数据由北斗/GPS导航产生,同时可从CAN总线采集其他传感器的数据。若要实现V2I,路侧基础设施也要配备LTEV通信模块,信息处理、运算设备可实现交通流量控制、红绿灯车速引导、交叉路口碰撞避免提醒等。基于LTEV的V2X通信机制示意图如图88所示。第8章V2X通信安图88基于LTEV的V2X
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