近年來(lái)，交通擁堵和交通事故以及交通工具帶來(lái)的環(huán)境污染已經(jīng)成為全球性問(wèn)題。交通問(wèn)題給人們帶來(lái)巨大的財(cái)產(chǎn)和生命損失，據(jù)世界衛(wèi)生組織報(bào)告，全球有超過(guò)1億人死于交通事故，每年造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)5000億美元。
此外，城市地區(qū)的交通擁堵降低了交通系統(tǒng)的效率，從而阻礙了經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。因此，當(dāng)前交通系統(tǒng)的效率和安全性都有明顯的改進(jìn)空間。異構(gòu)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)能很好的實(shí)現(xiàn)車(chē)與車(chē)、車(chē)與基礎(chǔ)設(shè)施之間的信息交換，超過(guò)50%的受訪消費(fèi)者對(duì)車(chē)聯(lián)網(wǎng)的想法非常感興趣，其中22%的人愿意每月支付費(fèi)用來(lái)購(gòu)買(mǎi)增值服務(wù)。
專(zhuān)用短程通信技術(shù)和移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)用于車(chē)聯(lián)網(wǎng)都有其自身的局限性，專(zhuān)用短程通信技術(shù)最初設(shè)計(jì)的思想用于短距離通信，而移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)不能滿足車(chē)聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)信息交換的需求，因此，將專(zhuān)用短程通信技術(shù)與蜂窩網(wǎng)絡(luò)集成在一起的異構(gòu)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)可以很好地支持智能交通系統(tǒng)(ITS)的通信需求。
DSRC和LTE技術(shù)
車(chē)載網(wǎng)絡(luò)兩大路線分別是長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)(LTE)和專(zhuān)用短程通信技術(shù)(DSRC)。
LTE對(duì)頻率誤差和時(shí)序誤差更為敏感，在不精確的頻率同步狀態(tài)下，殘留頻率誤差會(huì)導(dǎo)致載波差拍干擾。LTE的要求與用戶的同步源有關(guān)。當(dāng)用戶使用不同的同步源時(shí)，比如鎖定到不同的基站，同步的要求將無(wú)法滿足，從而影響汽車(chē)彼此之間的通信性能。例如，信號(hào)在隧道、地下停車(chē)場(chǎng)和城市峽谷等位置有可能丟失，在沒(méi)有可靠的信號(hào)情況下，用戶不得不選擇替代源實(shí)現(xiàn)同步，這會(huì)影響通信的可靠性。因此LTE很難滿足ITS服務(wù)質(zhì)量(QoS)的要求。
DSRC通信系統(tǒng)由3部分組成，包括車(chē)載單元(OBU)、路側(cè)單元(RSU)以及專(zhuān)用短距離無(wú)線通信協(xié)議。DSRC技術(shù)能為車(chē)與車(chē)之間、車(chē)與基礎(chǔ)設(shè)施之間以及智能交通系統(tǒng)提供高速的無(wú)線通信服務(wù)，數(shù)據(jù)傳輸速率高，傳輸延時(shí)短。DSRC能支持車(chē)輛的公共安全和不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)，能提供高速的數(shù)據(jù)傳輸，并保證通信鏈路的低延時(shí)和低干擾，保證系統(tǒng)的可靠性。但是DSRC無(wú)法滿足車(chē)流量大、交通事故高的場(chǎng)景。DSRC和LTE對(duì)比如表1所示。
總之，無(wú)論DSRC還是LTE都不能很好的滿足ITS的QoS的要求，因此在結(jié)合DSRC和LTE優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上提出了一個(gè)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，很好的滿足了車(chē)載網(wǎng)絡(luò)的需要。
異構(gòu)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)
異構(gòu)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由無(wú)線電接入網(wǎng)絡(luò)(RAN)，核心網(wǎng)絡(luò)(CN)和服務(wù)中心(SC)構(gòu)成。服務(wù)提供商通?？梢酝ㄟ^(guò)服務(wù)中心向駕駛員提供各種服務(wù)，核心網(wǎng)絡(luò)主要用于聚合，認(rèn)證，切換等。
異構(gòu)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)最大挑戰(zhàn)就是支持不同網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)和實(shí)時(shí)組合，并允許運(yùn)營(yíng)商高效、方便、快捷的利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源，因此在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中增加了異構(gòu)鏈路層(HLL)，它工作在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的MAC層的上層，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，為更高層提供統(tǒng)一接口，并支持底層無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的接入。
在異構(gòu)鏈路層中定義了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源的聯(lián)合管理和不同網(wǎng)絡(luò)之間的負(fù)載共享功能，有效的促進(jìn)多個(gè)鏈路層的互通。異構(gòu)鏈路層主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的全局管理，并協(xié)調(diào)各種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)滿足服務(wù)質(zhì)量(QoS)的要求。異構(gòu)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。
DSRC和LTE各有其優(yōu)缺點(diǎn)，在異構(gòu)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)下，他們可以借助HLL功能來(lái)選擇最優(yōu)的通信技術(shù)，下面從兩個(gè)例子來(lái)說(shuō)明。
1城市交叉口情景
圖2描述了城市交叉路口的安全駕駛案例，在這種情況下，DSRC用于車(chē)輛之間的通信，即V2V通信，而LTE用于提供車(chē)輛和eNB之間的連接，即V2I通訊。在這樣的城市交叉路口，必須考慮以下情況安全駕駛：
車(chē)輛和eNB之間的協(xié)作：行人和障礙物被車(chē)輛檢測(cè)并報(bào)告給基站(eNB)，eNB通過(guò)一些基于道路拓?fù)涞暮突谛袨榈囊苿?dòng)性預(yù)測(cè)算法預(yù)測(cè)他們的移動(dòng)性，將現(xiàn)有的交通路況廣播到可能經(jīng)過(guò)的車(chē)輛。
車(chē)輛之間的協(xié)作：前方車(chē)輛能夠通知后面的車(chē)輛急停，從而避免了后端問(wèn)題。此外，涉及車(chē)禍的車(chē)輛可以廣播該事件，以防止進(jìn)一步的碰撞。
交通燈管理：可以智能地調(diào)整交通信號(hào)的持續(xù)時(shí)間，以通過(guò)高優(yōu)先級(jí)的車(chē)輛，例如消防車(chē)和救護(hù)車(chē)。
2高速公路場(chǎng)景
在高速公路場(chǎng)景中如圖3所示，車(chē)輛有隨機(jī)行駛和同步行駛兩種方式，彼此切換。
隨機(jī)行駛：在車(chē)輛隨機(jī)行駛時(shí)，異構(gòu)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)上的車(chē)輛數(shù)量很少，并且車(chē)輛之間的相互作用也少，車(chē)高速行駛導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇焖僮兓沟脽o(wú)線網(wǎng)絡(luò)鏈路不可靠，這種情況下LTE比較有優(yōu)勢(shì);然而在隧道中，車(chē)輛接收eNB的信號(hào)比較弱，這是DSRC比較有優(yōu)勢(shì)。
同步行駛：在車(chē)輛同步行駛時(shí)，車(chē)輛的密度很大，eNB廣播消息就很多，當(dāng)交通堵塞，車(chē)速比較低的時(shí)候，車(chē)與車(chē)直接的網(wǎng)絡(luò)鏈路變得相對(duì)靜止，這時(shí)DSRC比較有優(yōu)勢(shì);在車(chē)輛密度比較大，相對(duì)靜止的時(shí)候，DSRC把車(chē)輛形成一個(gè)集群，通過(guò)LTE把數(shù)據(jù)把集群頭發(fā)給eNB，可以減少流量。
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