王羚伊

沈陽工學(xué)院

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基于802.11p/1609的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究分析

王羚伊

沈陽工學(xué)院

隨著汽車數(shù)量的不斷增加和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸受到大眾的關(guān)注。本文對車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與協(xié)議棧進(jìn)行了研究分析，并將車聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了簡要對比。

1　車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究背景

我國正處于汽車消費(fèi)的快速增長期，截至2016年3月底，全國機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)2.83億輛，其中汽車1.79億輛；機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)诉_(dá)3.35億人，其中汽車駕駛?cè)?.89億人。隨著汽車數(shù)量的增長，交通事故與擁堵問題日益嚴(yán)重。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，物與物、物與人之間的通信網(wǎng)絡(luò)不斷完善，智能交通系統(tǒng)已經(jīng)成為交通運(yùn)輸領(lǐng)域的一個(gè)前沿課題。智能交通能夠提高交通基礎(chǔ)設(shè)施和運(yùn)輸裝備的利用效率，改善行車安全，減少事故的發(fā)生。智能交通系統(tǒng)包括交通信號的自適應(yīng)控制、擁堵預(yù)警、事故預(yù)警、車輛安全服務(wù)、收費(fèi)功能等應(yīng)用，這就需要一種穩(wěn)定高效的無線網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)。

2　車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究分析

V2X技術(shù)作為智能交通方案，是汽車物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一部分，V2X車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)針對車間快速移動(dòng)的特性，采用專為車間通信定義的802.11p協(xié)議作為通信基礎(chǔ)，采用1609系列標(biāo)準(zhǔn)作為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)基礎(chǔ)形成車間自組網(wǎng)絡(luò)。它使每輛車變成一個(gè)控制中心，實(shí)現(xiàn)車與車、車與基礎(chǔ)設(shè)施、車與行人的通信。本文針對V2X車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與協(xié)議棧進(jìn)行了研究分析。

2.1車載網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧結(jié)構(gòu)

現(xiàn)有的車載網(wǎng)絡(luò)大多是依據(jù)IEEE 802.11p和1609系列標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)的。802.11p和1609系列標(biāo)準(zhǔn)從整體上定義了車載網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)架構(gòu)，定義了網(wǎng)絡(luò)的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層與傳輸層的協(xié)議與服務(wù)，指明了車載網(wǎng)絡(luò)中使用的數(shù)據(jù)類型與傳輸方式。

根據(jù)協(xié)議棧結(jié)構(gòu)圖，車載網(wǎng)絡(luò)主要由以下部分構(gòu)成：

（1） 網(wǎng)絡(luò)的物理層和靠近物理層的部分MAC層由802.11p標(biāo)準(zhǔn)定義，802.11p標(biāo)準(zhǔn)以802.11無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，針對車載電子通信的應(yīng)用需求做出了補(bǔ)充擴(kuò)展。

（2） 1609.4標(biāo)準(zhǔn)在802.11p標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，對MAC層功能進(jìn)行了拓展，提供了增強(qiáng)性功能，對多信道協(xié)調(diào)功能進(jìn)行了詳細(xì)的定義。

（3） 傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議與服務(wù)，由1609.3標(biāo)準(zhǔn)定義，它明確了車載網(wǎng)絡(luò)所提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，確定網(wǎng)絡(luò)上層所使用的通信協(xié)議為TCP/IP協(xié)議和WSMP短消息協(xié)議。

圖2.1　協(xié)議棧整體結(jié)構(gòu)

2.2IEEE 802.11p標(biāo)準(zhǔn)的研究分析

IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)，是為無線局域網(wǎng)制定的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了局域網(wǎng)中用戶與終端節(jié)點(diǎn)的無線接入和數(shù)據(jù)存取。802.11p是對802.11標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)充延伸，主要用在車用電子的無線通訊上，來符合智能交通系統(tǒng)的相關(guān)應(yīng)用。

2.3IEEE 1609系列標(biāo)準(zhǔn)的研究分析

IEEE 1609系列標(biāo)準(zhǔn)提供了一個(gè)在車載網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下能夠有效使用無線網(wǎng)絡(luò)的存取方式，描述了WAVE/DSRC體系結(jié)構(gòu)及多信道WAVE/DSRC設(shè)備在移動(dòng)車載環(huán)境下通信所需的必要服務(wù)。

1609.3標(biāo)準(zhǔn)定義了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，包括數(shù)據(jù)層和管理層。數(shù)據(jù)層包括LLC層，IPv6及其上層協(xié)議，WSMP短消息協(xié)議三部分，負(fù)責(zé)傳輸高層信息。管理層包括服務(wù)請求和信道接入分配，管理數(shù)據(jù)傳輸?shù)扰渲霉芾聿糠帧?609.3提供了WSMP和IPv6兩種數(shù)據(jù)層協(xié)議棧，其中WSMP協(xié)議是特有的、專門為WAVE環(huán)境而設(shè)計(jì)的。1609.3另外定義了用于控制管理的WSA。

1609.4標(biāo)準(zhǔn)主要定義了多信道操作。它提供了一種有效機(jī)制來控制上層數(shù)據(jù)的多信道傳輸，規(guī)定了通信協(xié)議棧媒體接入控制接口，負(fù)責(zé)WAVE系統(tǒng)中各個(gè)信道的切換操作，并定義了一些MAC層的功能，為1609.3的各個(gè)模塊提供技術(shù)支撐。

從上述分析可以看出，V2X車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)類似，但是汽車結(jié)點(diǎn)具有高速移動(dòng)性，對于消息的實(shí)時(shí)性、高效性有更高要求，因此在數(shù)據(jù)通信時(shí)，需要專門的通信協(xié)議進(jìn)行更高效的數(shù)據(jù)傳輸。