（交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院，北京 100088）

0 引言

車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)基于無(wú)線通信、傳感器檢測(cè)等技術(shù)進(jìn)行車(chē)路信息獲取，通過(guò)車(chē)車(chē)、車(chē)路信息交互和共享，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛和基礎(chǔ)設(shè)施之間智能協(xié)同，達(dá)到優(yōu)化系統(tǒng)資源、提高道路交通安全性、緩解交通擁堵的目標(biāo)[1]。在車(chē)路協(xié)同環(huán)境下，可依靠Wi-Fi[2]、專用短程通信技術(shù)（Dedicated Short Range Communications,DSRC）[3]等無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)行信息傳輸。可靠、安全、暢通的信息傳輸是整個(gè)車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的必要條件，因此有必要對(duì)車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)信息交互性能進(jìn)行測(cè)試，評(píng)價(jià)其在實(shí)際應(yīng)用中的可行性。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者近年來(lái)不斷研究測(cè)試不同通信技術(shù)下車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)信息交互的性能指標(biāo)及影響因素。國(guó)外對(duì)車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)的研究開(kāi)展較早且較為全面，多采用DSRC 通信方式進(jìn)行信息交互，實(shí)際路測(cè)也較多。Ahmad 等人[4]為了解基于LTE（Long Term Evolution）網(wǎng)絡(luò)的車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)性能，主要研究室內(nèi)和室外等不同環(huán)境因素對(duì)往返時(shí)延和平均用戶吞吐量性能指標(biāo)的影響。Huang等人[5]主要研究了天氣、建筑物和車(chē)輛行駛方向等因素對(duì)DSRC 性能的影響。Carpenter 等人[6]采用DSRC技術(shù)交換安全消息數(shù)據(jù)包來(lái)研究車(chē)輛的高速移動(dòng)和障礙物遮擋對(duì)丟包的影響。國(guó)內(nèi)車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)采用多種通信方式，相關(guān)研究大多進(jìn)行仿真測(cè)試，實(shí)際道路測(cè)試較少，同時(shí)實(shí)際路測(cè)時(shí)選取的場(chǎng)景還不夠全面。Wang 等人[7]基于高速公路上的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信可靠性進(jìn)行了評(píng)估，得出影響視距通信性能的主要環(huán)境因素為道路坡度和交通密度。楊良義等人[8]研究了以Wi-Fi 和4G 進(jìn)行信息傳輸?shù)能?chē)路協(xié)同系統(tǒng)，選取交叉口和路段作為車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)景，并設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能測(cè)試方案。王潤(rùn)民等人[9]研究了基于網(wǎng)絡(luò)仿真器的車(chē)聯(lián)網(wǎng)仿真平臺(tái)，提出了數(shù)據(jù)包投遞率等網(wǎng)絡(luò)測(cè)試指標(biāo)和速度等應(yīng)用指標(biāo)。但是文獻(xiàn)[7]～[9]都沒(méi)有進(jìn)行實(shí)車(chē)測(cè)試。杜曉琳[10]設(shè)計(jì)了Wi-Fi 等多模式通信下的路側(cè)單元測(cè)試平臺(tái)，對(duì)不同通信模塊分別進(jìn)行丟包率、通信延遲等性能指標(biāo)的評(píng)估和測(cè)試，但沒(méi)有構(gòu)建不同的測(cè)試場(chǎng)景來(lái)分析影響通信性能的主要因素。段宗濤等人[11]搭建網(wǎng)絡(luò)測(cè)試平臺(tái)在道路上實(shí)測(cè)基于Wi-Fi 的路側(cè)節(jié)點(diǎn)和車(chē)載節(jié)點(diǎn)的通信性能，主要研究車(chē)速對(duì)平均往返時(shí)延、丟包率和吞吐率的影響，缺乏對(duì)通信性能指標(biāo)其他影響因素的研究。張東亮等人[12]設(shè)計(jì)了一種基于DSRC 的車(chē)路協(xié)同車(chē)載自組網(wǎng)軟硬件系統(tǒng)，在實(shí)際道路的視距范圍內(nèi)研究距離對(duì)丟包率、吞吐量、延時(shí)抖動(dòng)的影響，但是場(chǎng)景較為單一，對(duì)通信性能指標(biāo)的分析不夠全面。

總體來(lái)說(shuō)，我國(guó)基于Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)信息交互實(shí)際路測(cè)的研究較少，缺乏完善的測(cè)試場(chǎng)景和方案，導(dǎo)致對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品性能指標(biāo)的影響因素分析不夠全面。鑒于目前車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)的復(fù)雜性以及產(chǎn)品的多樣性，需通過(guò)設(shè)計(jì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景和測(cè)試方案，分析影響車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)信息交互性能的主要因素，為車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)在實(shí)際道路上的應(yīng)用提供測(cè)試和論證。本文針對(duì)基于廣播式Wi-Fi 的車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)信息交互，選取丟包率和通信時(shí)延作為評(píng)價(jià)通信可靠性與實(shí)時(shí)性的性能指標(biāo)，通過(guò)控制車(chē)速將測(cè)試場(chǎng)景分為靜態(tài)場(chǎng)景和動(dòng)態(tài)場(chǎng)景，同時(shí)在不同通信范圍內(nèi)和視距條件下設(shè)計(jì)4 種測(cè)試方案，在試驗(yàn)場(chǎng)封閉道路中進(jìn)行實(shí)車(chē)測(cè)試，通過(guò)全面地比較車(chē)速、通信距離和遮蔽物（視距）對(duì)車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)信息交互性能的影響，分析在實(shí)際道路應(yīng)用中影響車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)信息交互的主要因素，進(jìn)而指導(dǎo)車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)的改進(jìn)，提高其信息交互水平。

1 測(cè)試場(chǎng)景構(gòu)建

1.1 測(cè)試場(chǎng)地情況

封閉場(chǎng)地測(cè)試是開(kāi)放道路測(cè)試前的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其依托封閉場(chǎng)地開(kāi)展車(chē)路協(xié)同技術(shù)測(cè)試及評(píng)價(jià)，模擬盡可能多的交通場(chǎng)景，不斷積累測(cè)試數(shù)據(jù)，可為開(kāi)放道路測(cè)試及系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用提供有力支撐[13-14]。

本文選取的封閉測(cè)試場(chǎng)地位于交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)，可在保證安全的前提下完成車(chē)路協(xié)同信息交互的實(shí)車(chē)道路測(cè)試。該試驗(yàn)場(chǎng)是交通運(yùn)輸部認(rèn)定的第一批自動(dòng)駕駛封閉場(chǎng)地測(cè)試基地，擁有3km 長(zhǎng)的自動(dòng)駕駛測(cè)試道路，涵蓋典型的城市道路類型和公路基礎(chǔ)設(shè)施，道路沿線布設(shè)協(xié)同交通信號(hào)、模擬城市街景、公交站臺(tái)等設(shè)施，可靈活搭建自動(dòng)駕駛和車(chē)路協(xié)同封閉場(chǎng)地測(cè)試所需的場(chǎng)景，支持智能車(chē)路系統(tǒng)研發(fā)試驗(yàn)與原型系統(tǒng)驗(yàn)證。其中，車(chē)路協(xié)同試驗(yàn)路包括總長(zhǎng)度為5 505m 的低速瀝青路及低、中、高速水泥路4 條試驗(yàn)道路，環(huán)道周邊布設(shè)車(chē)路通信系統(tǒng)，可用于封閉場(chǎng)地車(chē)路協(xié)同、自動(dòng)駕駛編隊(duì)等測(cè)試。長(zhǎng)直線試驗(yàn)路直線段長(zhǎng)2 330 m、寬9 m，為水泥混凝土路面，最大縱坡＜0.1%，直線路段配有測(cè)試門(mén)架和輔助電力通信系統(tǒng)，能開(kāi)展路側(cè)通信設(shè)備的通信范圍測(cè)試、ETC 系統(tǒng)互操性測(cè)試等。試驗(yàn)場(chǎng)整體道路場(chǎng)景如圖1所示。

1.2 設(shè)備參數(shù)選型及布設(shè)

在封閉測(cè)試場(chǎng)地選取普通車(chē)輛搭載車(chē)載單元（On-Board Unit,OBU），其與在路側(cè)布設(shè)的路側(cè)單元（Roadside Unit，RSU）可以相互發(fā)送消息。在車(chē)內(nèi)測(cè)試環(huán)境下，將車(chē)載設(shè)備放于車(chē)內(nèi)，將吸盤(pán)天線固定于車(chē)頂，車(chē)載設(shè)備提供的Wi-Fi、網(wǎng)口、USB 可連接電腦、平板、手機(jī)等終端設(shè)備，車(chē)載設(shè)備電源為兩相插頭，可提供220V 電源。在不影響車(chē)輛通過(guò)的前提下，將路側(cè)設(shè)備固定在道路上的龍門(mén)架或L 形交通桿橫臂上，且位于桿臂上的單向道路中間位置。路側(cè)設(shè)備安裝高度為距離地面3～6m，垂直于地面安裝，天線方向向下（見(jiàn)圖2）。同時(shí)，為路側(cè)設(shè)備提供220V 電源及從電源到設(shè)備長(zhǎng)度的網(wǎng)線，用于連接有源以太網(wǎng)（Power Over Ethernet,POE）電源對(duì)路側(cè)設(shè)備進(jìn)行供電。

測(cè)試用的廣播式Wi-Fi 設(shè)備來(lái)自北京航空航天大學(xué)，設(shè)備的技術(shù)規(guī)格見(jiàn)表1和表2。

圖1 交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院試驗(yàn)場(chǎng)整體道路場(chǎng)景

圖2 路側(cè)單元布設(shè)情況

表1 車(chē)載通信終端技術(shù)規(guī)格

表2 路側(cè)通信終端技術(shù)規(guī)格

2 確定測(cè)試評(píng)價(jià)指標(biāo)及方案

2.1 測(cè)試評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定

由于車(chē)路協(xié)同信息交互基于車(chē)輛自組織網(wǎng)絡(luò)，在車(chē)聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，通信性能指標(biāo)主要包括通信時(shí)延、丟包率及吞吐量，其均受車(chē)速、環(huán)境、距離或建筑物遮擋等因素的影響[15]。吞吐量是單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的總數(shù)據(jù)量，可用傳輸數(shù)據(jù)時(shí)的實(shí)際帶寬值和通信數(shù)據(jù)的總傳輸速率表示。本文是在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量滿足車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)信息交互測(cè)試評(píng)價(jià)及應(yīng)用的前提下進(jìn)行數(shù)據(jù)包投遞的，因此可不考慮吞吐量對(duì)車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)信息交互性能的影響。丟包率主要表征能否收到消息，通信時(shí)延主要表征能否及時(shí)收到信息，兩者都具有可測(cè)性、獨(dú)立性和代表性。因此，選取丟包率和通信時(shí)延作為通信性能的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，判斷車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)的信息交互是否滿足實(shí)際道路應(yīng)用要求。

2.1.1 丟包率

丟包率是指測(cè)試中丟失的數(shù)據(jù)包數(shù)量占所發(fā)送數(shù)據(jù)包數(shù)量的比例，能體現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)的可靠性。在車(chē)路協(xié)同環(huán)境下，靜止或低速行駛情況下的丟包可由網(wǎng)絡(luò)鏈路擁塞引起，此時(shí)的丟包率與網(wǎng)絡(luò)流量有關(guān)[16]；當(dāng)車(chē)輛高速行駛時(shí)，通信距離和干擾、多徑衰落、建筑物遮擋等因素都可能造成丟包。不同的通信業(yè)務(wù)對(duì)丟包率的要求不同，對(duì)于車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)信息交互，若傳輸安全性要求極高類消息應(yīng)滿足丟包率在5%以下，普通安全應(yīng)用類消息丟包率應(yīng)在20%以下，否則說(shuō)明車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)信息交互不可用[17]。丟包率的計(jì)算公式如下：

式（1）中：PLR 為丟包率（%）；Ps為路側(cè)單元發(fā)送的數(shù)據(jù)包數(shù)量（個(gè)）；Pr為車(chē)載單元接收的數(shù)據(jù)包數(shù)量（個(gè)）。

2.1.2 通信時(shí)延

通信時(shí)延是指數(shù)據(jù)（1 個(gè)報(bào)文或分組，甚至比特）從網(wǎng)絡(luò)或鏈路的一端傳送到另一端所需要的時(shí)間，是衡量網(wǎng)絡(luò)性能的重要指標(biāo)之一[18]。通信時(shí)延主要分為單向時(shí)延（End-To-End Delay）和往返時(shí)延（Round-Trip Time,RTT）兩類。在實(shí)際測(cè)試場(chǎng)景下，可以通過(guò)測(cè)試同一節(jié)點(diǎn)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包的往返時(shí)延來(lái)避免時(shí)鐘不同步的問(wèn)題。車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)信息交互對(duì)實(shí)時(shí)性有較高的要求，尤其是安全類信息的傳輸，通常傳輸安全性要求極高類消息應(yīng)滿足時(shí)延在20ms以內(nèi)，傳輸普通安全應(yīng)用類消息時(shí)延應(yīng)在100ms 以內(nèi)[19]。通信時(shí)延的計(jì)算公式如下：

式（2）中：DE 為通信時(shí)延（ms）；RTT 為往返時(shí)延（ms）；t1為數(shù)據(jù)包的發(fā)送時(shí)間（ms）；t2為數(shù)據(jù)包的接收時(shí)間（ms）。

2.2 測(cè)試目的及場(chǎng)景方案

2.2.1 測(cè)試目的

封閉道路下車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)信息交互測(cè)試的基礎(chǔ)是場(chǎng)景構(gòu)建，無(wú)論是虛擬測(cè)試還是實(shí)際道路測(cè)試都需要根據(jù)測(cè)試指標(biāo)找到合適的測(cè)試場(chǎng)景進(jìn)行測(cè)試[20]?？紤]測(cè)試車(chē)速、通信距離和視距條件3個(gè)變量對(duì)通信性能指標(biāo)的影響，可根據(jù)車(chē)輛在測(cè)試時(shí)的狀態(tài)劃分不同的場(chǎng)景，采取不同的測(cè)試方法。無(wú)論改變視距還是通信距離，在靜態(tài)場(chǎng)景下，車(chē)輛都會(huì)以靜止的狀態(tài)接收信息；在動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下，車(chē)輛都會(huì)以不同的車(chē)速接近路側(cè)端來(lái)接收信息。因此依據(jù)車(chē)速首先將交通場(chǎng)景分為靜態(tài)場(chǎng)景和動(dòng)態(tài)場(chǎng)景，再改變不同通信距離和視距條件在這兩種場(chǎng)景中進(jìn)行測(cè)試，共設(shè)計(jì)4 種測(cè)試方案。

2.2.2 靜態(tài)交通場(chǎng)景測(cè)試方案

（1）視距條件下測(cè)試方案

如圖3 所示，在試驗(yàn)場(chǎng)封閉道路的十字路口一側(cè)放置路側(cè)單元，向停在長(zhǎng)直道路上的車(chē)輛搭載的車(chē)載單元發(fā)送消息。先將車(chē)輛停放在距路側(cè)單元50m處，路側(cè)單元以10Hz的頻率不斷發(fā)送信息，數(shù)據(jù)包內(nèi)包含數(shù)據(jù)包序號(hào)和發(fā)送時(shí)間等相關(guān)信息，5min 后停止數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。再將搭載車(chē)載單元的車(chē)輛停在長(zhǎng)直道路上分別距離路側(cè)單元100m,150m,200m,250m 處重復(fù)上述試驗(yàn)。導(dǎo)出收集到的測(cè)試數(shù)據(jù)后，通過(guò)式（1）計(jì)算不同距離下的丟包率；通過(guò)式（2）計(jì)算不同距離下各消息的通信時(shí)延，并且將所有消息通信時(shí)延的平均值作為該距離下的通信時(shí)延。

圖3 靜態(tài)視距條件下交通場(chǎng)景

（2）非視距條件下測(cè)試方案

如圖4 所示，在試驗(yàn)場(chǎng)封閉道路的十字路口旁房屋的一側(cè)放置路側(cè)單元，向停在房屋另一側(cè)長(zhǎng)直道路上的車(chē)輛搭載的車(chē)載單元發(fā)送消息。先將車(chē)輛停放在距路側(cè)單元50m 處，路側(cè)單元以10Hz的頻率不斷發(fā)送信息，數(shù)據(jù)包內(nèi)包含數(shù)據(jù)包序號(hào)和發(fā)送時(shí)間等相關(guān)信息，5min 后停止數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。再將搭載車(chē)載單元的車(chē)輛停在長(zhǎng)直道路上分別距離路側(cè)單元100m,150m,200m,250m 處重復(fù)上述試驗(yàn)。導(dǎo)出收集到的測(cè)試數(shù)據(jù)后，通過(guò)式（1）計(jì)算不同距離下的丟包率，通過(guò)式（2）計(jì)算不同距離下各消息的通信時(shí)延，并且將所有消息通信時(shí)延的平均值作為該距離下的通信時(shí)延。

圖4 靜態(tài)非視距條件下交通場(chǎng)景

2.2.3 動(dòng)態(tài)交通場(chǎng)景測(cè)試方案

（1）視距條件下測(cè)試方案

如圖5 所示，在試驗(yàn)場(chǎng)封閉道路的十字路口一側(cè)放置路側(cè)單元，向長(zhǎng)直道路上的車(chē)輛搭載的車(chē)載單元發(fā)送消息。先將車(chē)輛停在距路側(cè)單元50m 處，再以20km/h 的速度駛向路側(cè)單元，路側(cè)單元在該過(guò)程中以10Hz的頻率不斷發(fā)送信息，數(shù)據(jù)包內(nèi)包含數(shù)據(jù)包序號(hào)和發(fā)送時(shí)間等相關(guān)信息，車(chē)輛到達(dá)并停在路側(cè)單元所在的路口時(shí)停止發(fā)送。然后將搭載車(chē)載單元的車(chē)輛停在長(zhǎng)直道路上距離路側(cè)單元100m,150 m,200m,250m處重復(fù)上述試驗(yàn)，再將車(chē)速提升至30km/h后分別從50m,100m,150m,200m,250m處駛向路側(cè)單元重復(fù)上述試驗(yàn)。最后導(dǎo)出收集到的測(cè)試數(shù)據(jù)，通過(guò)式（1）計(jì)算不同距離下的丟包率，通過(guò)式（2）計(jì)算所有消息通信時(shí)延的平均值作為該距離下的通信時(shí)延。

圖5 動(dòng)態(tài)視距條件下交通場(chǎng)景

（2）非視距條件下測(cè)試方案

如圖6所示，在試驗(yàn)場(chǎng)封閉道路的十字路口旁房屋的一側(cè)放置路側(cè)單元，向在房屋另一側(cè)長(zhǎng)直道路上的車(chē)輛搭載的車(chē)載單元發(fā)送消息。先將車(chē)輛停在距路側(cè)單元50m 處，再以20km/h的速度駛向路側(cè)單元，路側(cè)單元在該過(guò)程中以10Hz的頻率不斷發(fā)送信息，數(shù)據(jù)包內(nèi)包含數(shù)據(jù)包序號(hào)和發(fā)送時(shí)間等相關(guān)信息，車(chē)輛到達(dá)并停在路側(cè)單元所在的路口時(shí)停止發(fā)送。然后將搭載車(chē)載單元的車(chē)輛分別停在長(zhǎng)直道路上距離路側(cè)單元100m,150m,200m,250m 處重復(fù)上述試驗(yàn)，再將車(chē)速提升至30km/h后，分別從長(zhǎng)直道路上距離路側(cè)單元50m,100m,150m,200m,250m 處駛向路側(cè)單元重復(fù)上述試驗(yàn)。最后導(dǎo)出收集到的測(cè)試數(shù)據(jù)，通過(guò)式（1）計(jì)算在不同距離下的丟包率，通過(guò)式（2）計(jì)算所有消息通信時(shí)延的平均值作為該距離下的通信時(shí)延。

圖6 動(dòng)態(tài)非視距條件下交通場(chǎng)景

3 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果分析

為了測(cè)試該基于廣播式Wi-Fi 的車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)設(shè)備的通信性能，并分析相關(guān)影響因素，判斷其是否能滿足在實(shí)際道路上應(yīng)用的條件，選擇封閉道路進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證。測(cè)試當(dāng)天為晴天，溫度適中，可見(jiàn)度正常。按照靜態(tài)和動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下的測(cè)試方案，在不同視距條件下的不同通信距離重復(fù)測(cè)試，以提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。試驗(yàn)中，統(tǒng)計(jì)所有發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)、發(fā)送時(shí)間和接收時(shí)間，分別按照式（1）、式（2）計(jì)算丟包率和通信時(shí)延。

3.1 丟包率測(cè)試結(jié)果分析

通過(guò)處理測(cè)試數(shù)據(jù)，分別得到靜態(tài)場(chǎng)景和動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下丟包率隨通信距離的變化情況（見(jiàn)圖7和圖8）。

圖7 靜態(tài)場(chǎng)景下丟包率

圖8 動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下丟包率

通過(guò)選取不同的通信距離、車(chē)速和視距條件進(jìn)行丟包率測(cè)試，分析丟包率的主要影響因素。結(jié)果表明，不論在何種情況下，隨著通信距離的增加，丟包率也隨之增加。在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)條件下，100m 以內(nèi)丟包率普遍低于10%，說(shuō)明通信性能較好；當(dāng)距離超過(guò)200m，丟包率平均高達(dá)20%以上，基本不能滿足車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)信息交互的基本要求，因此該設(shè)備的主要通信范圍為100m。

在通信距離相同時(shí)，車(chē)速和視距的變化也會(huì)對(duì)丟包率產(chǎn)生影響。在同一視距、相同通信距離的交通場(chǎng)景中，隨著車(chē)速的增加，丟包率呈略微增長(zhǎng)的趨勢(shì)，低車(chē)速情況下車(chē)速的變化對(duì)丟包率影響不大。在同距離范圍內(nèi)、同車(chē)速的交通場(chǎng)景下，視距條件下的丟包率遠(yuǎn)小于非視距條件下的丟包率。并且在視距條件下，通信范圍小于200m時(shí)能滿足丟包率在20%以內(nèi)的要求；非視距條件下，通信范圍小于150m 時(shí)基本滿足丟包率在20%以內(nèi)的要求。

綜上，通過(guò)比較不同車(chē)速、視距和通信距離對(duì)丟包率的影響可看出，通信距離和視距是丟包率最為明顯的影響因素，該車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)信息交互的丟包率在一定范圍內(nèi)滿足實(shí)際應(yīng)用的通信要求。由此可知，車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)信息交互需在滿足性能指標(biāo)要求的通信距離和視距范圍內(nèi)進(jìn)行。

3.2 通信時(shí)延測(cè)試結(jié)果分析

通過(guò)處理測(cè)試數(shù)據(jù)，分別得到靜態(tài)場(chǎng)景和動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下通信時(shí)延隨通信距離的變化情況（見(jiàn)圖9和圖10）。

圖9 靜態(tài)場(chǎng)景下通信時(shí)延

圖10 動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下通信時(shí)延

通過(guò)選取不同的通信距離、車(chē)速和視距條件進(jìn)行通信時(shí)延測(cè)試，分析通信時(shí)延的主要影響因素。結(jié)果表明，無(wú)論是在靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)的交通場(chǎng)景中，通信距離對(duì)平均通信時(shí)延的影響都不大，隨著通信距離的增加，平均通信時(shí)延仍保持一定的穩(wěn)定性。同時(shí)，在同一視距、相同通信距離的交通場(chǎng)景中，隨著車(chē)速的增加，平均通信時(shí)延沒(méi)有明顯的變化；在同一通信距離、同車(chē)速的交通場(chǎng)景中，視距條件下與非視距條件下的通信時(shí)延基本保持在8～10ms 范圍內(nèi)。但是，通過(guò)分析具體數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)通信距離增加至100m 以上，有個(gè)別信息在傳輸過(guò)程中的通信時(shí)延達(dá)到了100ms及200ms以上。

綜上，該車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)信息交互的平均通信時(shí)延總體穩(wěn)定在10ms內(nèi)，受通信距離、視距條件和車(chē)速的影響很小，個(gè)別傳輸不穩(wěn)定的信息的通信時(shí)延也在200ms 以內(nèi)，并不影響系統(tǒng)整體的通信性能，可忽略不計(jì)。由此可知，該車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)信息交互的通信時(shí)延基本滿足通信要求，受車(chē)速、距離和視距影響不大。

3.3 通信性能評(píng)價(jià)指標(biāo)分析總結(jié)

通信性能評(píng)價(jià)指標(biāo)中的丟包率和通信時(shí)延均為定量指標(biāo)，是普遍適用于評(píng)價(jià)車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)實(shí)用性的代表指標(biāo)。根據(jù)不同的通信距離、車(chē)速和視距條件構(gòu)建實(shí)際車(chē)路協(xié)同應(yīng)用場(chǎng)景后，相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)可通過(guò)實(shí)車(chē)測(cè)試直接或間接獲取，用于全面分析通信性能的主要影響因素。測(cè)試結(jié)果表明：①通信距離越遠(yuǎn)，車(chē)路協(xié)同信息交互性能越差，丟包率越高，并且視距條件下的丟包率比非視距條件下低，而車(chē)速對(duì)丟包率無(wú)較大影響，通過(guò)測(cè)試可找到不同技術(shù)設(shè)備滿足車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)信息交互丟包率要求的視距條件和通信距離范圍；②車(chē)速、通信距離和視距對(duì)通信時(shí)延的影響不大，通信時(shí)延能在一定數(shù)值范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，通過(guò)測(cè)試可確定通信時(shí)延是否滿足車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)信息交互的要求。由此可得出，在測(cè)試場(chǎng)景中，通信距離增加和對(duì)車(chē)輛的遮擋是造成基于廣播式Wi-Fi的車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)信息交互性能下降的重要因素。

車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)信息交互要求：傳輸安全性要求極高類消息應(yīng)滿足時(shí)延在20ms以內(nèi)、丟包率在5%以下，傳輸普通安全應(yīng)用類消息應(yīng)滿足時(shí)延在100ms 以內(nèi)、丟包率在20%以下，當(dāng)丟包率和時(shí)延中的某一項(xiàng)不能達(dá)到此要求時(shí)，說(shuō)明此車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)不滿足在實(shí)際道路中應(yīng)用的條件。在車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用前應(yīng)測(cè)試不同交通場(chǎng)景下滿足通信要求的視距與通信距離范圍，合理布設(shè)車(chē)載端和路側(cè)端。

4 結(jié)語(yǔ)

通信性能是車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)信息交互效果的主要影響因素，在傳輸數(shù)據(jù)總量一定的情況下，數(shù)據(jù)包的傳送質(zhì)量是無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)的核心。本文選擇丟包率和通信時(shí)延作為主要的測(cè)試評(píng)價(jià)指標(biāo)，搭建實(shí)際道路交通場(chǎng)景，通過(guò)控制車(chē)速將其分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)場(chǎng)景兩種類型，同時(shí)在不同通信范圍和視距條件下設(shè)計(jì)了4 種測(cè)試方案，在封閉道路中進(jìn)行實(shí)車(chē)測(cè)試，比較分析通信距離、車(chē)速、遮擋情況（視距）對(duì)通信性能的影響。測(cè)試結(jié)果表明，通信距離和視距條件對(duì)丟包率有一定影響，車(chē)速、通信距離和視距對(duì)通信時(shí)延的影響不大。因此，設(shè)置車(chē)載和路側(cè)設(shè)備時(shí)，應(yīng)在仔細(xì)分析環(huán)境情況后，將廣播式Wi-Fi 的丟包率和通信時(shí)延控制在一定范圍內(nèi)，以滿足車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)信息交互的需要。在實(shí)際交通場(chǎng)景中，可能會(huì)出現(xiàn)其他影響通信性能的因素，如：周邊電磁環(huán)境干擾、車(chē)輛天線安裝方式等。在未來(lái)研究中，可選取更貼近實(shí)際道路條件的多種場(chǎng)景進(jìn)行測(cè)試，對(duì)通信性能及影響因素進(jìn)行更深入的分析，為車(chē)路協(xié)同技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用打好基礎(chǔ)。