主導(dǎo)汽車V2X市場的V2V的標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用，車聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)之爭

　　互連汽車設(shè)備市場主要由用戶對車輛安全，對高級汽車的需求增加以及全球汽車電氣化的立法所推動。在過去十年中，硬件和軟件技術(shù)的進(jìn)步導(dǎo)致能夠?qū)⑵囅嗷ミB接起來。全球互連汽車設(shè)備市場預(yù)計(jì)從2016年到2021年將以16．3％的年均復(fù)合增長率增長，到2021年將達(dá)到571．5億美元。另外也有預(yù)測稱，2020年全球車聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模將突破6140億元（RMB），中國市場規(guī)模將達(dá)到2000億元。無論從哪個(gè)角度來看互連汽車必將成為未來一個(gè)關(guān)鍵市場，其對人們的影響不亞于汽車剛誕生時(shí)所產(chǎn)生的影響。

　　汽車的通信對象可以有以下幾種：

　　車對車（V2V）

　　車對基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）

　　車對行人（V2P）

　　其他（V2C，V2D，V2G）

　　業(yè)界把這些通信類型稱為V2X（汽車到一切之間的通信）

　　高通定義的互連汽車愿景

　　實(shí)現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)

　　預(yù)計(jì)在2017年至2022年期間V2V將主導(dǎo)汽車的V2X市場，而按照3GPP的規(guī)劃進(jìn)程基于蜂窩連接預(yù)計(jì)到2019年將商用化；

　　V2V互動圖

　　V2V通信是基于移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的基本理論來實(shí)現(xiàn)的，移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的基本原理如下圖所示：

　　移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的基本原理

　　移動網(wǎng)絡(luò)是支持普及計(jì)算的最重要技術(shù)之一，是車載自組織網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的基本技術(shù)。

　　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：基于基礎(chǔ)設(shè)施的方式以及Ad hoc模式。

　　傳統(tǒng)上，無線移動網(wǎng)絡(luò)基于蜂窩概念，并且依賴于良好的基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)支持，其中移動設(shè)備與連接到固定網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的接入點(diǎn)（或基站）進(jìn)行通信。這種無線網(wǎng)絡(luò)的典型例子有GSM，UMTS，WLL，WLAN等。

　　近年來，無線通信和手持設(shè)備的廣泛使用激發(fā)了對不需要預(yù)先建立的基礎(chǔ)設(shè)施的自組織網(wǎng)絡(luò)（Ad hoc）的研究。這些自組織網(wǎng)絡(luò)由協(xié)調(diào)傳送信息的自治節(jié)點(diǎn)組成。通常這些節(jié)點(diǎn)同時(shí)作為終端系統(tǒng)和路由器。 Ad hoc網(wǎng)絡(luò)可以細(xì)分為兩類：靜態(tài)和移動。在靜態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò)中，一旦節(jié)點(diǎn)成為網(wǎng)絡(luò)的一部分，節(jié)點(diǎn)的位置就不會改變。

　　在移動自組織網(wǎng)絡(luò)中，系統(tǒng)可以任意移動。移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)通常稱為MANET（Mobile Ad Hoc Network）。移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)為稱為車輛Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的車輛之間的連接創(chuàng)造了基礎(chǔ)。它是MANET的一個(gè)變體，重要的差異在于移動節(jié)點(diǎn)是車輛。

　　車載Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，VANET

　　在這樣的環(huán)境中，由于每個(gè)移動主機(jī)的無線傳輸?shù)姆秶邢蓿粋€(gè)移動主機(jī)可能需要使用其他主機(jī)的幫助來將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)發(fā)到其目的地。

　　MANET是支持真正普適計(jì)算的通信技術(shù)的重要組成部分，因?yàn)樵谠S多情況下，移動單元之間的信息交換不能依賴于任何固定的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)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于基礎(chǔ)設(shè)施的無線網(wǎng)絡(luò)和無基礎(chǔ)設(shè)施的移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)（MANET）兩種架構(gòu)。

　　V2V標(biāo)準(zhǔn)

　　車載通信網(wǎng)絡(luò)涉及到四種標(biāo)準(zhǔn)。 一個(gè)是IEEE 802．11標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)目前正在制定一項(xiàng)新的修訂版標(biāo)準(zhǔn)，IEEE 802．11p，以滿足移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的特殊應(yīng)用要求。該標(biāo)準(zhǔn)稱為在車輛環(huán)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(xié)議層相關(guān)的一組標(biāo)準(zhǔn)的一部分。 IEEE 802．11p標(biāo)準(zhǔn)受到IEEE 802．11范圍的限制，而IEEE 802．11是嚴(yán)格按照MAC和PHY級別標(biāo)準(zhǔn)來分類的。

　　V2V標(biāo)準(zhǔn)和通信棧

　　所以這里的第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是與V2V操作概念相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)即IEEE 1609標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)旨在與IEEE 802．11p一起工作。

　　第三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)由汽車工程師協(xié)會（SAE：Society of AutomoTIve Engineers ）開發(fā)。他們的J2735標(biāo)準(zhǔn)可以放在應(yīng)用層中。它定義了用于V2V和V2I安全交換的消息集，數(shù)據(jù)幀和元素。

　　第四類標(biāo)準(zhǔn)是3GPP的Rel－14中制定的基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的C－V2X標(biāo)準(zhǔn)；

　　3GPP的Rel－14中制定了基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的C－V2X標(biāo)準(zhǔn)

　　在上面的V2V標(biāo)準(zhǔn)中IEEE 802．11p WAVE標(biāo)準(zhǔn)化過程起源于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(shù)。

　　1999年，美國聯(lián)邦通信委員會（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(chǔ)設(shè)施到車輛的通信。主要目標(biāo)是使公共安全應(yīng)用能夠挽救生命并改善交通流量。FCC還允許在本領(lǐng)域提供私人服務(wù)來降低部署成本，并鼓勵(lì)快速開發(fā)和采用DSRC技術(shù)和應(yīng)用。

　　如圖下圖所示，DSRC 頻譜被構(gòu)造成七個(gè)10MHz寬的信道。信道178是控制信道（CCH），僅限于安全通信。頻譜帶兩端的兩個(gè)信道保留用于特殊用途。其余的是可用于安全和非安全使用的服務(wù)信道（SCH）。

　　美國的DSRC頻譜和頻道

　　全球DSRC的頻譜分配情況

　　在美國，標(biāo)準(zhǔn)化DSRC無線電技術(shù)的最初努力一個(gè)美國測試和材料協(xié)會（ASTM：American Society for TesTIng and Materials）的工作組中進(jìn)行。在2004年，由于DSRC無線電技術(shù)遷移到IEEE 802．11標(biāo)準(zhǔn)組中，因?yàn)閮烧叩墓ぷ鞲叨阮愃啤?IEEE 802．11 DSRC被稱為IEEE 802．11p WAVE。 IEEE 802．11p不是獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)。它旨在修改整個(gè)IEEE 802．11標(biāo)準(zhǔn)。

　　將DSRC無線電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)移動到IEEE 802．11領(lǐng)域的一個(gè)特殊含義是，現(xiàn)在WAVE完全旨在作為適用于世界其他地區(qū)以及美國的國際標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802．11p標(biāo)準(zhǔn)旨在：

　　描述滿足WAVE要求的站點(diǎn)在快速變化的環(huán)境中運(yùn)行所需的功能和服務(wù)，以交換消息。

　　定義由IEEE 802．11 MAC控制的WAVE信令技術(shù)和接口功能。

　　2、IEEE 1609

　　IEEE 1609系列標(biāo)準(zhǔn)定義了以下部分：

　　架構(gòu)，

　　溝通模式，

　　管理架構(gòu)，

　　安全機(jī)制和

　　在車輛環(huán)境中高速（＜27 Mb ／ s），短距離（＜1000m）和低延遲無線通信的物理訪問。

　　這些標(biāo)準(zhǔn)定義的主要架構(gòu)組件是車載單元（OBU：On Board Unit），路側(cè)單元（RSU：Road Side Unit）和WAVE接口。

　　3、SAE J2735

　　與車輛通信相關(guān)的第三個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)是由汽車工程師協(xié)會（www．sae．org）維護(hù)的J2735專用短距離通信（DSRC）消息集詞典（ Message Set Dictionary）。 該SAE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了專門用于使用（DSRC ／ WAVE）通信系統(tǒng)的應(yīng)用程序使用的消息集，其數(shù)據(jù)幀和數(shù)據(jù)元素。 因此這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的范圍集中在DSRC的消息集和數(shù)據(jù)幀上。 這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了確定的消息結(jié)構(gòu)，并從根據(jù)DSRC標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行消息的應(yīng)用程序開發(fā)人員的角度提供了足夠的背景信息，以便正確解釋消息定義。

　　第四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)即3GPP的基于蜂窩的C－V2X 標(biāo)準(zhǔn)以后在專門介紹；

　　V2V的應(yīng)用

　　V2V通信的應(yīng)用場景

　　V2V通信有大量的應(yīng)用場景，主要涉及提高駕駛安全性或者交通效率，并向司機(jī)提供信息或娛樂。

　　V2V應(yīng)用實(shí)例

　　1、交通安全性

　　安全用例是當(dāng)車輛進(jìn)入適用于用例的場景時(shí)存在安全問題的情況。 以下安全應(yīng)用與V2V通信有關(guān)：

　　進(jìn)入交叉路口或離開高速公路的警告

　　危險(xiǎn)位置警告：發(fā)現(xiàn)障礙物，報(bào)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(xié)助

　　特權(quán)救護(hù)車，消防車和警車

　　等等；

　　危險(xiǎn)位置警告

　　特權(quán)消防車

　　2、交通效率

　　交通效率應(yīng)用場景是為了通過向運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的所有者或網(wǎng)絡(luò)上的司機(jī)提供信息來提高運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的效率。

　　加強(qiáng)路線指導(dǎo)和導(dǎo)航

　　智能交叉口：自適應(yīng)交通燈，自動交通路口控制，綠燈最優(yōu)速度信息

　　智能交叉口

　　3、信息娛樂和支付

　　電子支付應(yīng)用可以方便支付，避免收費(fèi)造成的擁塞，同時(shí)使定價(jià)更易于管理和靈活。

　　互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)

　　POI通知

　　收費(fèi)

　　停車付款

　　4、其他應(yīng)用

　　V2V通信系統(tǒng)可以支持當(dāng)前可用的駕駛員輔助系統(tǒng)。 在廣播車輛參數(shù)的幫助下，可以改善自適應(yīng)巡航控制和停車導(dǎo)航功能。

　　基于V2V的合作自適應(yīng)巡航控制測試車。 （資料來源：豐田）

　　采用特殊的低成本路邊機(jī)組（RSU），可以支持路標(biāo)識別功能，提高可靠性。 在特殊情況下，它可以提供橋梁或隧道高度或門寬度的安全功能。

　　另一個(gè)重要的使用領(lǐng)域可能是警務(wù)和執(zhí)法。 警方可以采用多種方式使用V2V通訊，如：

　　監(jiān)視（例如發(fā)現(xiàn)被盜車輛）

　　速度測量

　　等等

　　總之V2V應(yīng)用前景巨大，目前的正在進(jìn)行白熱化的標(biāo)準(zhǔn)之爭！