車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用-第四章-車(chē)輛信息發(fā)布與5G通信

車(chē)輛信息發(fā)布與5G通信4.1車(chē)輛信息發(fā)布與內(nèi)容分發(fā)4.1.1車(chē)輛數(shù)據(jù)信息訂閱

車(chē)輛自組織網(wǎng)絡(luò)（ＶＡＮＥＴ）是移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)在交通領(lǐng)域的一種應(yīng)用。它是一個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，由帶有無(wú)線(xiàn)收發(fā)器的車(chē)輛或終端組成。ＶＡＮＥＴ節(jié)點(diǎn)不需要通過(guò)基站或其他基礎(chǔ)設(shè)施，可以直接溝通。汽車(chē)之間的協(xié)同駕駛可以克服人眼的盲點(diǎn)和反應(yīng)時(shí)間的延誤，從而保證生命安全。交通信息采集是車(chē)間輔助駕駛的基礎(chǔ)，即定期廣播其位置、速度、行駛方向等信息，保證了網(wǎng)絡(luò)信息共享的及時(shí)性。4.1.1車(chē)輛數(shù)據(jù)信息訂閱4.1.1.1車(chē)輛與交通數(shù)據(jù)處理車(chē)輛與交通數(shù)據(jù)是車(chē)輛信息服務(wù)、車(chē)輛數(shù)據(jù)服務(wù)、聯(lián)網(wǎng)駕駛、聯(lián)網(wǎng)自主駕駛業(yè)務(wù)和應(yīng)用的核心，它是生態(tài)系統(tǒng)參與者之間的合作與共享，個(gè)人、汽車(chē)或系統(tǒng)都無(wú)法獲得這些數(shù)據(jù)。車(chē)輛與交通數(shù)據(jù)可分為車(chē)輛數(shù)據(jù)、車(chē)載信息服務(wù)數(shù)據(jù)、交通運(yùn)行數(shù)據(jù)、車(chē)輛環(huán)境數(shù)據(jù)、行人位置數(shù)據(jù)、交通出行數(shù)據(jù)。4.1.1車(chē)輛數(shù)據(jù)信息訂閱4.1.1.2車(chē)聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)壓縮為了解決車(chē)聯(lián)網(wǎng)難以傳輸大量數(shù)據(jù)的問(wèn)題，可以采用動(dòng)態(tài)壓縮傳感方法以保證車(chē)聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)重建的準(zhǔn)確性。動(dòng)態(tài)壓縮感知方法能夠自動(dòng)分析感知對(duì)象的數(shù)據(jù)特征、車(chē)輛分布和觀測(cè)次數(shù)之間的關(guān)系，并在壓縮感知的基礎(chǔ)上增加了調(diào)整觀測(cè)次數(shù)的功能。通過(guò)調(diào)整壓縮感知中觀測(cè)矩陣的參數(shù)來(lái)控制觀測(cè)數(shù)據(jù)量，從而提高重建精度，實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸。4.1.1車(chē)輛數(shù)據(jù)信息訂閱4.1.1.2車(chē)聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)壓縮任務(wù)分解數(shù)據(jù)重構(gòu)觀測(cè)量調(diào)整數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)采集

動(dòng)態(tài)壓縮感知過(guò)程4.1.1車(chē)輛數(shù)據(jù)信息訂閱4.1.1.3數(shù)據(jù)采集上行鏈路信道在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，上行鏈路是指信號(hào)從移動(dòng)臺(tái)到基站的物理信道。對(duì)于上行鏈路，我們必須關(guān)注與區(qū)分不同的數(shù)據(jù)源，以了解應(yīng)該使用哪些信道及其局限性?；A(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)：基礎(chǔ)設(shè)施生成的數(shù)據(jù)都是通過(guò)復(fù)雜的、在大多數(shù)情況下是專(zhuān)有的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議收集和聚合的。這可能會(huì)導(dǎo)致不必要的延遲，甚至由于數(shù)據(jù)聚合而導(dǎo)致信號(hào)丟失。浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)：浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)僅可以補(bǔ)充基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，理論上也可以完全替代基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。對(duì)于上行鏈路信道，浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)依賴(lài)于開(kāi)放協(xié)議，從車(chē)輛到交通信息系統(tǒng)需要某種數(shù)據(jù)通道。4.1.1車(chē)輛數(shù)據(jù)信息訂閱4.1.1.4數(shù)據(jù)傳播下行鏈路信道數(shù)據(jù)傳播下行鏈路信道的作用是將相關(guān)信息下載到車(chē)輛上，其數(shù)據(jù)傳播有很多不同的選擇和技術(shù)。目前，車(chē)聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)分為兩個(gè)方向：1）ＩＥＥＥ８０２１１（用于ＤＳＲＣ的底層無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)）2）３ＧＰＰＣ－Ｖ２Ｘ（基于蜂窩的Ｖ２Ｘ?zé)o線(xiàn)通信技術(shù)，包含ＬＴＥ－Ｖ２Ｘ和５Ｇ－Ｖ２Ｘ）。4.1.2內(nèi)容發(fā)布目前的ＶＡＮＥＴ系統(tǒng)主要是基于已經(jīng)廣泛使用的２Ｇ／３Ｇ／４Ｇ網(wǎng)絡(luò)和用于車(chē)輛數(shù)據(jù)信息服務(wù)的專(zhuān)用短程通信技術(shù)（ＤＳＲＣ）。ＶＡＮＥＴ訂閱服務(wù)主要分為三類(lèi)：群組信息發(fā)布與訂閱、車(chē)輛與基礎(chǔ)設(shè)施之間的信息發(fā)布與訂閱、車(chē)輛與路邊車(chē)輛之間的信息發(fā)布與訂閱。4.1.2內(nèi)容發(fā)布4.1.2.1車(chē)載自組織網(wǎng)絡(luò)中的群組信息發(fā)布與訂閱車(chē)載自組織網(wǎng)絡(luò)中的信息發(fā)布與訂閱方法是基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)分布式消息發(fā)布與訂閱和群組信息發(fā)布與訂閱。群組信息發(fā)布與訂閱是在發(fā)布和訂閱模式下，由中間系統(tǒng)負(fù)責(zé)處理主題的發(fā)布和訂閱，并保存每個(gè)組成員的信息。發(fā)布與訂閱模式具有以下特點(diǎn)：空間分離可擴(kuò)展性多點(diǎn)通信控制流分離時(shí)間分離

4.1.2內(nèi)容發(fā)布4.1.2.2車(chē)輛與基礎(chǔ)設(shè)施之間的信息發(fā)布與訂閱在ＶＡＮＥＴ中，旅行車(chē)輛利用節(jié)點(diǎn)之間的通信信道以及車(chē)輛與路邊基礎(chǔ)設(shè)施之間交換信息的能力來(lái)相互交換信息或訪(fǎng)問(wèn)萬(wàn)維網(wǎng)。為了在車(chē)輛和基礎(chǔ)設(shè)施之間進(jìn)行通信，我們需要基礎(chǔ)設(shè)施具有以下要求：1）能夠向鄰居發(fā)送訂閱請(qǐng)求。2）能夠及時(shí)接收車(chē)輛訂購(gòu)請(qǐng)求并分發(fā)結(jié)果。3）及時(shí)向鄰居節(jié)點(diǎn)更新自己的信息。4.1.2內(nèi)容發(fā)布4.1.2.3車(chē)輛與路邊車(chē)輛之間的信息發(fā)布與訂閱與傳統(tǒng)的車(chē)輛與路邊設(shè)施之間的通信方式不同，首先，行駛車(chē)輛與路邊停放車(chē)輛之間的通信方式不需要基礎(chǔ)通信設(shè)施的支持；其次，當(dāng)有足夠的車(chē)輛停放在路邊形成車(chē)輛集群時(shí)，移動(dòng)車(chē)輛可以依次通過(guò)每輛停放的車(chē)輛，從而通過(guò)一定的選擇方案與協(xié)作車(chē)輛傳遞有效信息。4.2５Ｇ通信技術(shù)應(yīng)用車(chē)聯(lián)網(wǎng)是基于車(chē)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)、車(chē)間網(wǎng)絡(luò)和車(chē)載移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的車(chē)載終端設(shè)備，它集成了傳感器、ＲＦＩＤ、數(shù)據(jù)挖掘和自動(dòng)控制等相關(guān)技術(shù)。道路、行人與互聯(lián)網(wǎng)之間的交互過(guò)程是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在交通系統(tǒng)領(lǐng)域的典型應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛與公共網(wǎng)絡(luò)之間的動(dòng)態(tài)移動(dòng)通信。4.2.1５Ｇ通信技術(shù)架構(gòu)在５Ｇ網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)中，總體思路是集中協(xié)調(diào)接入設(shè)備，大規(guī)模部署Ｃ－ＲＡＮ，以滿(mǎn)足低延遲、高可靠性的業(yè)務(wù)需求。在服務(wù)層，Ｃ－ＲＡＮ架構(gòu)基于集中處理、協(xié)作無(wú)線(xiàn)電、實(shí)時(shí)云計(jì)算架構(gòu)和綠色無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。它可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)載共享，最大限度地利用網(wǎng)絡(luò)資源，降低成本。4.2.1５Ｇ通信技術(shù)架構(gòu)4.2.1.1５Ｇ通信技術(shù)特點(diǎn)非正交多址技術(shù)大規(guī)模多輸入輸出（ＭＩＭＯ）技術(shù)超密集網(wǎng)絡(luò)設(shè)備到設(shè)備（Ｄ２Ｄ）通信高頻移動(dòng)通信4.2.1５Ｇ通信技術(shù)架構(gòu)4.2.1.2５Ｇ網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

５Ｇ網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的目標(biāo)是更簡(jiǎn)單、更高效、更靈活、更開(kāi)放。面對(duì)上述抽象的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，５Ｇ網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可分為:

接入層匯聚層控制層服務(wù)層開(kāi)放式應(yīng)用程序接口（ＡＰＩ）

應(yīng)用層4.2.1５Ｇ通信技術(shù)架構(gòu)4.2.1.3Ｄ２Ｄ通信技術(shù)Ｄ２Ｄ通信是一種短程直接通信技術(shù)，對(duì)于傳統(tǒng)的蜂窩用戶(hù)來(lái)說(shuō)，鏈路質(zhì)量一般較好，兩個(gè)用戶(hù)可以直接交換數(shù)據(jù)而不必經(jīng)過(guò)基站。在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中引入Ｄ２Ｄ通信具有以下特點(diǎn)：１）在傳統(tǒng)的蜂窩通信中，從發(fā)射端到接收端的通信需要經(jīng)過(guò)上下行鏈路，而Ｄ２Ｄ通信只需要一個(gè)鏈路就可以完成。２）一般來(lái)說(shuō)，Ｄ２Ｄ通信距離比上下行通信資源短得多，鏈路質(zhì)量好，可以節(jié)省傳輸功率。３）Ｄ２Ｄ通信可以重用使用蜂窩通信資源或使用與蜂窩通信正交的頻率資源。頻

譜復(fù)用提高了系統(tǒng)頻譜利用率。４）Ｄ２Ｄ通信可以獨(dú)立完成，無(wú)須基站參與。4.2.2５Ｇ通信在車(chē)聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用4.2.2.1車(chē)聯(lián)網(wǎng)實(shí)施的問(wèn)題車(chē)聯(lián)網(wǎng)的實(shí)施存在以下挑戰(zhàn)和困難:１）在架構(gòu)方面：增加了建設(shè)成本和能耗。２）在通信方面：通信質(zhì)量將受到極其復(fù)雜的非視距（ＮＬＯＳ）環(huán)境的影響。３）在安全性方面：車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的用戶(hù)信息將接入網(wǎng)絡(luò)，隨時(shí)隨地被感知，很容易被干擾和竊取，嚴(yán)重影響

了車(chē)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全性。4.2.2５Ｇ通信在車(chē)聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用

4.2.2.2ＯＢＵ多網(wǎng)接入與融合ＯＢＵ是一種利用ＤＳＲＣ與ＲＳＵ通信的微波裝置，也被當(dāng)作車(chē)輛的節(jié)點(diǎn)。在電子不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)（ＥＴＣ）中，ＯＢＵ被裝置在汽車(chē)上，路邊裝置ＲＳＵ，通過(guò)微波相互通信。4.2.2５Ｇ通信在車(chē)聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用

4.2.2.2ＯＢＵ多網(wǎng)接入與融合ＯＢＵ提供的車(chē)輛輔助駕駛行為主要分為三個(gè)層次：１）被動(dòng)信息提供，如后視鏡、倒車(chē)影像等。信息提供后，駕駛?cè)擞幸庾R(shí)地獲取并分析。２）主動(dòng)信息提供，如倒車(chē)?yán)走_(dá)語(yǔ)音提示、超速提醒等。主動(dòng)信息是駕駛?cè)瞬扇】刂拼胧┑膩?lái)源。３）主動(dòng)和直接的車(chē)輛控制，如自動(dòng)停車(chē)和自動(dòng)駕駛。ＯＢＵ和車(chē)內(nèi)電子控制系統(tǒng)可以取代駕駛?cè)藢?duì)車(chē)輛進(jìn)行智能控制。4.2.2