車聯(lián)網(wǎng)通信關(guān)鍵技術(shù)任務(wù)1

DSRC技術(shù)與應(yīng)用2015年9月28日，時任交通運(yùn)輸部部長楊傳堂宣布全國31個(省、直轄市、自治區(qū))實現(xiàn)高速公路ETC聯(lián)網(wǎng)通行。截止2019年，全國ETC用戶20388萬、ETC專用車道27546條、ETC高速公路里程14.69萬公里，均居世界第一，

極大地提高現(xiàn)有高速公路基礎(chǔ)設(shè)施能力，初步構(gòu)建中國高速公路數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化基本框架，為中國邁向智慧高速公路奠定堅實基礎(chǔ)。令情景導(dǎo)入任務(wù)目標(biāo)

知識目標(biāo)：1.了解DSRC協(xié)議棧；2.了解IEEE802.11p、IEEE1609和J2735等主要DSRC協(xié)議；3.了解DSRC的應(yīng)用。

能力目標(biāo)：

1.合理使用專用設(shè)備和程序裝調(diào)、配置DSRC系統(tǒng)OBU和RSU設(shè)備；

2.使用技術(shù)文件，根據(jù)典型V2X場景的要求，采集、分析DSRC報文；3.具備《車聯(lián)網(wǎng)集成應(yīng)用》職業(yè)技能等級標(biāo)準(zhǔn)的車端、路端工作領(lǐng)域系統(tǒng)集成應(yīng)用的相關(guān)能力；

素質(zhì)目標(biāo)：1.培養(yǎng)團(tuán)隊協(xié)作等社會能力；2.培養(yǎng)科學(xué)探究精神和嚴(yán)謹(jǐn)工匠精神。一、DSRC的背景與發(fā)展n

廣義的DSRC

(Dedicated

Short

Range

Communication)，是負(fù)責(zé)在車路和車車之間建立信息雙向傳輸?shù)膶Ｓ枚坛掏ㄐ偶夹g(shù)的統(tǒng)稱，而不具體指某一個特定的技術(shù)。目前，

國際上已經(jīng)了形成以美國、歐洲和日本為核心的DSRC標(biāo)準(zhǔn)化體系。n

1992年，美國材料與試驗協(xié)會ASTM為了解決不停車收費(fèi)ETC系統(tǒng)的OBU和RSU設(shè)備間通信問題，首先提出了使用915MHz頻段的DSRC技術(shù)。n

1998年美國國會頒布《21世紀(jì)交通平等法》，以聯(lián)邦法規(guī)的形式推行DSRC標(biāo)準(zhǔn)，將5.850~5.925GHz的75MHz頻段作為智能交通系統(tǒng)的專用短程通信服務(wù)頻段。n

1994年，歐洲提出5.8GHz的DSRC標(biāo)準(zhǔn)，最高下載/上傳速度可達(dá)1M/750kbpsn

2008年8月，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會分配5.8GHz的30MHz頻譜用于智能交通系統(tǒng)中，通信距離達(dá)到100~1000m，速率為3~27Mbps。我國的ETC系統(tǒng)也采用了國際通用的5.8GHz頻率。n

1995年，日本建設(shè)標(biāo)省組織了電子收費(fèi)系統(tǒng)的現(xiàn)場試驗。n

1997年，日本TC204委員會完成了微波專用短途通信標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，5.8GHz被確定為日本專用短途通信頻率。一、DSRC的背景與發(fā)展n在美國，DSRC廣泛地被用于指與WAVE(WirelessAccess

in

Vehicular

Environment)相

關(guān)的頻譜。n在中國，DSRC主要指工作在5.8GHz無線技術(shù)，比如用于ETC系統(tǒng)。n狹義的DSRC，指基于IEEE802.11p和IEEE1609標(biāo)準(zhǔn)為核心的WAVE

(Wireless

Access

inVehicular

Environment)通信技術(shù)。二、DSRC的協(xié)議棧n美國DSRC頻譜包含了7個10MHz的信道和在最底部預(yù)留一個5MHz的保護(hù)間隔n指定了每個信道是服務(wù)信道SCH或控制信道CCHn不同的信道分配不同的任務(wù)，例如172信道側(cè)重于V2V之間的BSM信息交互，174

和176信道用于中距離的共享公共安全/私有服務(wù)，178為控制信道，180和182信

道提供短距離的共享公共安全/私有服務(wù)，184信道側(cè)重于長距離的交叉口安全。J2735標(biāo)準(zhǔn)指定了固定的消息格式來支持各種基于車輛的應(yīng)用程序1609.2用于安全服務(wù)1609.4用于信道切換1609.3用于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)使用wifi的IEEE802.11p協(xié)議二、DSRC的協(xié)議棧nDSRC協(xié)議棧?2004年IEEE成立工作組，在IEEE802.11a標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上研究車輛環(huán)境下無線接入WAVE版本?2010年發(fā)布了EEE802.11p標(biāo)準(zhǔn)，對物理層和MAC子層兩個部分進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，

并針對車輛通信環(huán)境從熱點(diǎn)切換、移動性支持、通信安全等方面進(jìn)行了優(yōu)化。三．IEEE802.11p標(biāo)準(zhǔn)nIEEE802.11p物理層標(biāo)準(zhǔn)PMD子層定義概述PMD子層主要負(fù)責(zé)物理介質(zhì)上單個比特的傳輸和接收，優(yōu)化使用了802.11a的OFDM技術(shù)。PMD子層與PLCP子層的關(guān)聯(lián)PMD子層向PLCP子層提供將數(shù)據(jù)流發(fā)送至傳輸媒質(zhì)和從傳輸媒質(zhì)接收數(shù)據(jù)流的方法。信道寬度與子載波分配在10MHz信道寬度上建立52個子載波，其中48個為數(shù)據(jù)子載波，4個為導(dǎo)頻子載波。nIEEE802.11p物理層標(biāo)準(zhǔn)三．IEEE802.11p標(biāo)準(zhǔn)

2

3

1

PLCP子層通過編碼和調(diào)制過程將來自MAC子層的數(shù)據(jù)進(jìn)

行轉(zhuǎn)換，以適應(yīng)物理介質(zhì)的傳輸需求。PLCP子層通過添加前導(dǎo)碼、SIGNAL域和DATA域等附加

信息，構(gòu)成完整的PPDU幀格

式，對接收端的解調(diào)至關(guān)重

要。三．IEEE802.11p標(biāo)準(zhǔn)nIEEE802.11p物理層標(biāo)準(zhǔn)PLCP子層是IEEE802.11p標(biāo)準(zhǔn)中物理層的下一層，負(fù)責(zé)

將MAC層的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為物

理層服務(wù)數(shù)據(jù)單元。PLCP子層功能概述編碼與調(diào)制過程PPDU幀格式解析前導(dǎo)碼的構(gòu)成元素前導(dǎo)碼由10個重復(fù)的短訓(xùn)練符號和2個重復(fù)的長訓(xùn)練符號組成，總

時長為32ps。前導(dǎo)碼對接收端的影響前導(dǎo)碼的存在使得接收端在收到該

符號后立即就可以對其進(jìn)行解調(diào)和譯碼，提高了接收效率。前導(dǎo)碼的基本作用前導(dǎo)碼用于信號偵查、頻率偏置

估計、時間同步和信道判斷等，是接收端解調(diào)的重要信息。三．IEEE802.11p標(biāo)準(zhǔn)nIEEE802.11p物理層標(biāo)準(zhǔn)SIGNAL域的功能和構(gòu)成由PLCP幀頭的調(diào)制速率RATE、長

度LENGTH、校驗Parity等前5個字

段組成。SIGNAL域的基本信息SIGNAL域定義了后續(xù)PSDU的調(diào)

制速率、長度、校驗等基本信息。尾比特的作用和意義尾比特使得接收端在收到該符號后立即就可以對其進(jìn)行解調(diào)和譯碼，提高效率。三．IEEE802.11p標(biāo)準(zhǔn)nIEEE802.11p物理層標(biāo)準(zhǔn)前導(dǎo)碼的功能和構(gòu)成前導(dǎo)碼用于完成信號偵查、頻率偏置估計、時間同步和信道判斷等，由10個重復(fù)的短訓(xùn)練符號和2個重復(fù)的長訓(xùn)練符號組成。DATA域的功能和構(gòu)成DATA域包括MAC子層傳輸給PLCP的MAC幀信息及尾部信息等，用于比特加擾、匹配調(diào)制編碼速率所需的編碼信息和采用RATE字段指定的速率進(jìn)行編碼調(diào)制。SIGNAL域的作用和組成SIGNAL域用于指示后續(xù)PSDU的基本信息，如調(diào)制速率、長度和校驗等，由PLCP幀頭的前5個字段組成。nIEEE802.11p物理層標(biāo)準(zhǔn)三．IEEE802.11p標(biāo)準(zhǔn)

3

2

1

三．IEEE802.11p標(biāo)準(zhǔn)nIEEE802.11p介質(zhì)訪問控制層標(biāo)準(zhǔn)

1

PCF信道協(xié)調(diào)功能集中式網(wǎng)絡(luò)下的有序數(shù)據(jù)交換方式，由中心節(jié)點(diǎn)控制。

2

DCF信道協(xié)調(diào)功能全分布式網(wǎng)絡(luò)下的獨(dú)立訪問信道方式，無需中心節(jié)點(diǎn)控制。

3

RTS/CTS四步握手機(jī)制解決隱終端和暴露終端問題，提高通信可靠性的握手方式。三．IEEE802.11p標(biāo)準(zhǔn)nIEEE802.11p介質(zhì)訪問控制層標(biāo)準(zhǔn)DCF訪問控制方式下的CSMA/CA機(jī)制握手機(jī)制的實現(xiàn)方式DCF提供了兩步握手和四步握手

兩種方式，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和可靠性。偵聽與退避過程發(fā)送端在發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前需要

偵聽信道，若空閑則開始傳輸，采用隨機(jī)退避機(jī)制減少碰撞。無線資源的共享機(jī)制通過CSMA/CA機(jī)制，車輛節(jié)點(diǎn)

間實現(xiàn)無線信道的共享和傳輸。三．IEEE802.11p標(biāo)準(zhǔn)nIEEE802.11p介質(zhì)訪問控制層標(biāo)準(zhǔn)通信過程控制的握手機(jī)制兩步握手機(jī)制通過DATA/ACK握手，目的端在正確接收到遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀后需要向發(fā)送端節(jié)點(diǎn)回復(fù)確認(rèn)幀。握手機(jī)制的作用握手機(jī)制用于確保數(shù)據(jù)幀或確認(rèn)幀的可靠傳輸，減少傳輸碰撞和提高通信質(zhì)量。RTS/CTS四步握手機(jī)制發(fā)送端先發(fā)送RTS幀請求占用信

道，接收端回復(fù)CTS幀清空信道，然后才開始兩步握手傳輸過程。三．IEEE802.11p標(biāo)準(zhǔn)nIEEE802.11p介質(zhì)訪問控制層標(biāo)準(zhǔn)兩步握手和四步握手的區(qū)別兩種握手方式的應(yīng)用場景兩步握手適用于節(jié)點(diǎn)間通信距離較近、丟包率較低的場景；四步握手則適用于存在隱終端和暴露終端問題的車輛通信環(huán)境。四步握手機(jī)制詳解在信道訪問過程中，發(fā)送端先發(fā)送RTS幀請求占用信道，接收端回復(fù)CTS幀清空信道，然后開始數(shù)據(jù)傳輸。兩步握手機(jī)制介紹在數(shù)據(jù)交換過程中，發(fā)送端在確認(rèn)收到遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)幀后，回復(fù)確認(rèn)幀。

3

2

1

三．IEEE802.11p標(biāo)準(zhǔn)nIEEE802.11p介質(zhì)訪問控制層標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)型分布式信道接入機(jī)制增強(qiáng)型分布式信道接入機(jī)制實現(xiàn)方式增強(qiáng)型分布式信道接入機(jī)制通過1609.4標(biāo)準(zhǔn)的多信道機(jī)制來實現(xiàn)，為車輛通信系統(tǒng)提供更好的通信質(zhì)量。增強(qiáng)型分布式信道接入機(jī)制特點(diǎn)增強(qiáng)型分布式信道接入機(jī)制在分布式信道接入機(jī)制的基礎(chǔ)上，為低時延高可靠的通信業(yè)務(wù)提供服務(wù)質(zhì)量保障。分布式信道接入機(jī)制分布式信道接入機(jī)制是

802.11e標(biāo)準(zhǔn)中的一種通信質(zhì)

量控制方法，通過多信道機(jī)

制實現(xiàn)。n1.IEEE1609.1標(biāo)準(zhǔn)用于車載環(huán)境中無線接入的資源管理。n

2.IEEE1609.2標(biāo)準(zhǔn)用于車載環(huán)境中無線接入的應(yīng)用和管理信息的安全服務(wù)，包括WAVE信息安全，防止電子欺詐、竊聽等。n3.IEEE1609.3標(biāo)準(zhǔn)定義了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，可以分為數(shù)據(jù)層和管理層。四．IEEE1609標(biāo)準(zhǔn)nWAVE定義的短消息稱為WAVEshort

message

(WSM)，由上層觸發(fā)，通過短消

息協(xié)議(WSMP)發(fā)送，由可變大小的標(biāo)頭和有效負(fù)載組成nVersion

WSMP：具有1個字節(jié)的版本字段，用于指定WSMPversion編號四．IEEE1609標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展字段的作用擴(kuò)展字段提供了在WSM中通信附加信息的靈活性，通常由三部分組成：1字節(jié)標(biāo)識符，1字節(jié)長度和可變大小內(nèi)容字段。PSID服務(wù)IDPSID

(provider

service

ID)是4字節(jié)長度，用于將WSM有效負(fù)載與特定服務(wù)相關(guān)聯(lián)層之間的傳入和傳出數(shù)據(jù)與服務(wù)編號匹配并進(jìn)行相應(yīng)處理。WSMP版本字段Version

WSMP是用于指定WSMP

version編號的1個字節(jié)的版本字段。四．IEEE1609標(biāo)準(zhǔn)

3

2

1

PSID服務(wù)ID在TCP或UDP中用于匹配傳入和傳出數(shù)據(jù)與服務(wù)

編號。PSID服務(wù)ID的構(gòu)成PSID服務(wù)ID的作用PSID服務(wù)ID的應(yīng)用服務(wù)ID在WSMP中用于將有效負(fù)載與特定服務(wù)相關(guān)聯(lián)。PSID由4個字節(jié)長度組成，模擬輸出端口號。四．IEEE1609標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展字段由三部分組成：標(biāo)識符、長度和內(nèi)容字段，用于提供附加信息。擴(kuò)展字段的內(nèi)容擴(kuò)展字段包含信道編號、數(shù)據(jù)傳輸速率和傳輸功率等信息，用于指導(dǎo)WAVE消息的傳輸。WSM元素ID的作用WSM元素ID用于指示擴(kuò)展字段的結(jié)尾，以及WSM有效負(fù)載的格式。四．IEEE1609標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展字段的組成312WSM

Element

ID的應(yīng)用場景WSM

Element

ID廣泛應(yīng)用于車載通訊系統(tǒng)中，確保不同類型信息的準(zhǔn)確傳輸和理解。WSM

Element

ID的作用WSM

Element

ID在WSM中扮演著

重要的角色，它定義了有效負(fù)載的格式，幫助接收方正確解析和處理信息。WSM

Element

ID的定義WSM

Element

ID是用于指示W(wǎng)SM有效負(fù)載的格式，并標(biāo)記擴(kuò)展字段的結(jié)尾。四．IEEE1609標(biāo)準(zhǔn)五．SAEJ2735標(biāo)準(zhǔn)n在DSRC協(xié)議棧的頂層是美國汽車工程師學(xué)會(Society

of

Automotive

Engineers

，SAE)的SAEJ2735標(biāo)準(zhǔn)，定義了用于車輛安全應(yīng)用方面的數(shù)據(jù)集，以支持V2X場景的應(yīng)用程序開發(fā)。n2009年，SAE制定了J2375的第一個版本J2375-2009，其后不斷迭代。nJ2735-2016定義的主要消息有4類，分別是基本安全消息(Basic

Safety

Message

，BSM)、路側(cè)通知消息(Road

Side

Information

，RSI)、信號相位與時間消息(Signal

Phase

andTimingMessage，SPAT)、MAP地圖消息。五．SAEJ2735標(biāo)準(zhǔn)n

BSM消息：由車載網(wǎng)聯(lián)裝置從自車上獲取，或者由RSU采集后向所覆蓋區(qū)域范圍內(nèi)的車輛OBU發(fā)送，聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間可選擇性傳輸BSMBSM消息的重要性BSM消息是車輛安全應(yīng)用中的核心，整合了各種交通參與方的狀態(tài)信息。BSM消息的必選屬性必選屬性包括車輛位置、運(yùn)動狀態(tài)、駕駛行為和路況等核心要素。BSM消息的可選屬性可選屬性如環(huán)境溫度、擋風(fēng)玻璃雨刷狀態(tài)等，數(shù)據(jù)元素可以不同頻率發(fā)送。

1

2

3RSI消息的組成部分RSI消息由兩部分組成，第1部分是必選屬性，包括車輛位置信息、運(yùn)動狀態(tài)參數(shù)等核心要素；第2部分是可選屬性列表，如環(huán)境溫度和壓力、擋風(fēng)玻璃雨刷狀態(tài)和輪胎狀況。RSI消息的應(yīng)用價值RSI消息能夠?qū)崟r提供當(dāng)前區(qū)域內(nèi)的交通事件和標(biāo)志牌信息，幫助車輛了解路況，做出正確的駕駛決策，提高交通安全性和效率。RSI消息的定義RSI消息是由路側(cè)網(wǎng)聯(lián)裝置向所覆蓋區(qū)域范圍內(nèi)的車載網(wǎng)聯(lián)設(shè)備廣播當(dāng)前

區(qū)域內(nèi)發(fā)布的交通事件消息和交通標(biāo)

志牌信息。五．SAEJ2735標(biāo)準(zhǔn)SPAT消息的定義SPAT消息是由路側(cè)網(wǎng)聯(lián)裝置向車載網(wǎng)聯(lián)設(shè)備廣播當(dāng)前交叉路口的信號燈實時狀態(tài)信息。SPAT消息的數(shù)據(jù)元素SPAT消息包含當(dāng)前交叉路口的信號燈實時狀態(tài)信息，如紅綠燈顏

色和倒計時等數(shù)據(jù)元素。SPAT消息的應(yīng)用場景SPAT消息作為車輛能否允許通行的判斷標(biāo)準(zhǔn)，在交通信號燈控制中起到重要作用。五．SAEJ2735標(biāo)準(zhǔn)MAP地圖消息的重要性MAP地圖消息在車輛安全應(yīng)用中起著至關(guān)重要的作用，它提供了當(dāng)前區(qū)域內(nèi)路網(wǎng)信息。MAP地圖消息的應(yīng)用場景通過接收MAP地圖消息，車載網(wǎng)聯(lián)裝置可以了解當(dāng)前區(qū)域的路況，從而做出正確的駕駛決策。MAP地圖消息的具體內(nèi)容MAP地圖消息包含路口信息、路段信息、車道信息和道路連接關(guān)系等核心要素。五．SAEJ2735標(biāo)準(zhǔn)

3

2

1

車聯(lián)網(wǎng)通信關(guān)鍵技術(shù)任務(wù)2

LTE-V2X技術(shù)與應(yīng)用2013年5月17日世界電信日大會，中國大唐電信科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán)(現(xiàn)中國信息通信科技集團(tuán))副總經(jīng)理、總工程師、科技委主任、無線移動通信國家重點(diǎn)實驗室主任、IEEEFellow陳山枝博士及其團(tuán)隊，首次在國際上提出LTE-V2X車聯(lián)網(wǎng)概念及關(guān)鍵技術(shù)，奠定了蜂窩車聯(lián)網(wǎng)(C-V2X)系統(tǒng)架構(gòu)和技術(shù)原理。令情景導(dǎo)入任務(wù)目標(biāo)

知識目標(biāo)：1.了解LTE-V2X通信方式和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；2.了解LTE-V2X無線接口協(xié)議；3.了解LTE-V2X數(shù)據(jù)幀。

能力目標(biāo)：1.合理使用專用設(shè)備和程序裝調(diào)、配置LTE-V2X系統(tǒng)設(shè)備；2.使用技術(shù)文件，根據(jù)典型V2X場景的要求，采集、分析LTE-V2X報文；

3.具備《車聯(lián)網(wǎng)集成應(yīng)用》職業(yè)技能等級標(biāo)準(zhǔn)的車端、路端工作領(lǐng)域系統(tǒng)集成應(yīng)用的相關(guān)能力。

素質(zhì)目標(biāo)：1.培養(yǎng)愛國主義情懷和民族自信；2.培養(yǎng)科學(xué)探究精神和嚴(yán)謹(jǐn)工匠精神。車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的起源在C-V2X技術(shù)出現(xiàn)前，主要基于IEEE802.11p無線接入的DSRC技術(shù)。C-V2X技術(shù)的發(fā)展C-V2X技術(shù)將蜂窩移動通信技術(shù)和直通通信技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，滿足車聯(lián)網(wǎng)的通信需求。DSRC技術(shù)的挑戰(zhàn)DSRC存在隱藏終端問題，在節(jié)點(diǎn)數(shù)量密集時，會出現(xiàn)時延大、可靠性低的缺點(diǎn)。一．LTE-V2X的背景與發(fā)展n

車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的起源與挑戰(zhàn)231蜂窩移動通信的主要應(yīng)用

場景蜂窩移動通信技術(shù)廣泛應(yīng)用于道路安全類、交通效率類、信息服務(wù)類等基本應(yīng)用和智慧交通、自動駕駛等增強(qiáng)應(yīng)用。蜂窩移動通信在車聯(lián)網(wǎng)中

的應(yīng)用蜂窩移動通信技術(shù)與直通通信技術(shù)有機(jī)結(jié)合，為車聯(lián)網(wǎng)提供了高速率且時延容忍的車云通信需求。蜂窩移動通信的發(fā)展歷程從20世紀(jì)到21世紀(jì)，蜂窩移動通信技術(shù)經(jīng)歷了從誕生、發(fā)展到成熟的過程。一．LTE-V2X的背景與發(fā)展n

蜂窩移動通信的發(fā)展與應(yīng)用LTE-V2X技術(shù)的業(yè)務(wù)需求

與標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展R14定義了包含車車、車路、車人、車云通信在內(nèi)的27個基本應(yīng)用場

景和安全等通用規(guī)格，R15在R14基礎(chǔ)上研究了增強(qiáng)應(yīng)用。LTE-V2X技術(shù)的發(fā)展階段從2014年開始，3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織開始進(jìn)行LTE-V2X技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作，至2018年陸續(xù)發(fā)布了R14、R15的若干標(biāo)準(zhǔn)。LTE-V2X技術(shù)的提出2013年5月，中國大唐電信首次在國際上提出基于長期演進(jìn)的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)LTE-V2X。一．LTE-V2X的背景與發(fā)展nLTE-V2X技術(shù)的提出與發(fā)展階段一．LTE-V2X的背景與發(fā)展n3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織的提案與標(biāo)準(zhǔn)化工作

1

3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織的角色3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織是全球移動通信系統(tǒng)的主要制定者，對LTE-V2X技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作起到關(guān)鍵作用。

2

R14標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布與應(yīng)用R14標(biāo)準(zhǔn)定義了車車、車路、車人、車云通信等基本應(yīng)用場景和通用規(guī)格，為道路安全應(yīng)用提供支持。

3

R15標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)應(yīng)用研究R15標(biāo)準(zhǔn)在R14基礎(chǔ)上進(jìn)行增強(qiáng)應(yīng)用的研究，以滿足車聯(lián)網(wǎng)的復(fù)雜應(yīng)用場景和多樣化需求。一．LTE-V2X的背景與發(fā)展nLTE-V2X技術(shù)是C-V2X技術(shù)的第一階段，主要面向基本道路安全應(yīng)用R15標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)應(yīng)用研究R15標(biāo)準(zhǔn)在R14基礎(chǔ)上進(jìn)行增強(qiáng)應(yīng)用的研究，為LTE-V2X技術(shù)提供了更廣泛的應(yīng)用場景和更高的性

能要求。R14標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布與應(yīng)用場景R14標(biāo)準(zhǔn)于2018年發(fā)布，定義了

車車、車路、車人、車云通信等

27個基本應(yīng)用場景，如前向碰撞

預(yù)警和信號燈提示。應(yīng)用場景的豐富與擴(kuò)展LTE-V2X技術(shù)的應(yīng)用場景不斷豐

富和擴(kuò)展，從道路安全類到智慧

交通、自動駕駛等增強(qiáng)應(yīng)用，滿

足了車聯(lián)網(wǎng)多樣化的需求。一．LTE-V2X的背景與發(fā)展n3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織的提案與標(biāo)準(zhǔn)化工作

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3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織的角色3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織是全球移動通信系統(tǒng)的主要制定者，對LTE-V2X技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作起到關(guān)鍵作用。

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R14標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布與應(yīng)用R14標(biāo)準(zhǔn)定義了車車、車路、車人、車云通信等基本應(yīng)用場景和通用規(guī)格，為道路安全應(yīng)用提供支持。

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R15標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)應(yīng)用研究R15標(biāo)準(zhǔn)在R14基礎(chǔ)上進(jìn)行增強(qiáng)應(yīng)用的研究，以滿足車聯(lián)網(wǎng)的復(fù)雜應(yīng)用場景和多樣化需求。一．LTE-V2X的背景與發(fā)展n3GPP的LTE-V2X標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展二．LTE-V2X的通信方式和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)n

LTE-V2X定義了兩種通信方式：蜂窩通信方式和直通通信方式Uu接口的通信方式Uu接口包含基站發(fā)射、終端接收的下行鏈路，以及終端發(fā)射、基站接收的上行鏈路。蜂窩與直通通信方式的選擇用戶可以根據(jù)需求靈活選擇Uu和PC5兩種通信方式，以適應(yīng)不同的應(yīng)用場景。PC5接口的通信方式PC5接口是終端間進(jìn)行直通鏈路(Sidelink)通信時所使用的接口，無需經(jīng)過基站。Uu接口采用蜂窩通信方式，工作頻段為4G頻段；PC5接口采用直通通信方式，工作頻段為ITS頻段。123lV2V:車輛與周邊鄰近車輛的相互通信lV2I:車輛與路側(cè)設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)施

之間的相互通信lV2P:車輛與行人之間的相互通信lV2N:車輛與應(yīng)用服務(wù)器之間的相互通信二．LTE-V2X的通信方式和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)n3GPPTR22.185定義了LTE-V2X支持的4類V2X通信l為了支持蜂窩通信和直通通信兩種互為補(bǔ)充的通信方式，以及各種車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的需求，3GPP在LTE4G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

基礎(chǔ)上設(shè)計了LTE-V2X網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)l

LTE4G

蜂窩網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括核心網(wǎng)、接入網(wǎng)及用戶終端(UE)部分二．LTE-V2X的通信方式和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)nLTE-V2X的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)二．LTE-V2X的通信方式和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)nLTE-V2X的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)Uu接口網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)Uu接口的應(yīng)用場景Uu接口支持有蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋的場景和沒有蜂窩網(wǎng)絡(luò)部署的場景，滿足不同的通信需求。Uu接口的工作頻段Uu接口的工作頻段為4G頻段，

適用于蜂窩通信方式。Uu接口的構(gòu)成Uu接口包括基站發(fā)射、終端接收的下行鏈路，以及終端發(fā)射、

基站接收的上行鏈路。PC5接口在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的位置在LTE-V2X的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，PC5接口作為

UE間直通通信的接口，與Uu接口并存。PC5接口的傳輸特性PC5接口采用直通通信方式，不經(jīng)過

任何網(wǎng)絡(luò)側(cè)的網(wǎng)元，可降低傳輸時延。PC5接口的通信方式LTE-V2X定義了兩種通信方式，PC5接口是其中之一，適用于車車/車路

通信需求。二．LTE-V2X的通信方式和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)nLTE-V2X的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)PC5接口網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)二．LTE-V2X的通信方式和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)nLTE-V2X的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)三．LTE-V2X的無線接口協(xié)議nLTE-V2X的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)l在3GPP中，無線接口是一個準(zhǔn)化的接口，不同制造商的設(shè)備遵守接口標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范就能夠相互通信。l

無線接口協(xié)議棧主要分為三層兩面，三層指物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層，兩面指控制平面和用戶平面。數(shù)據(jù)鏈路層位于物理層之上，分為MAC、RLC和PDCP三層，負(fù)責(zé)邏輯信道的復(fù)用

及調(diào)度。Uu接口的數(shù)據(jù)鏈路層功能Uu接口的物理層功能Uu接口的無線協(xié)議棧物理層位于Uu接口協(xié)議棧的最底層，負(fù)責(zé)比特流傳輸?shù)乃泄δ堋u接口的無線協(xié)議棧是蜂窩通信中基站與終端之間的雙向通信接口。三．LTE-V2X的無線接口協(xié)議nLTE-V2X

PC5用戶平面協(xié)議棧三．LTE-V2X的無線接口協(xié)議nLTE-V2X

PC5控制平面協(xié)議棧子幀時隙劃分每個長度為1ms的子幀包含2個長度為0.5ms的時隙，作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖钚r域單位。無線幀和子幀構(gòu)成一個系統(tǒng)幀周期由1024個長度為10ms的無線幀組成，每個無線幀又分為10個子幀。四．LTE-V2X的數(shù)據(jù)幀nLTE-V2X的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)系統(tǒng)幀周期解析系統(tǒng)幀周期是LTE-V2X通信中的基本參數(shù)，為10240ms。

3

2

1

根據(jù)LTE-V2X系統(tǒng)的規(guī)定，一個在LTE-V2X系統(tǒng)中，1ms的子幀子幀包含2個長度為0.5ms的時隙。由14個符號組成，每個符號長度與LTE4G蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)置相同。四．LTE-V2X的數(shù)據(jù)幀nLTE-V2X的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)由于直通鏈路的典型傳輸距離要求為300m，因此R14的LTE-V2X不支持

擴(kuò)展循環(huán)前綴。擴(kuò)展循環(huán)前綴的應(yīng)用1ms子幀的構(gòu)成符號長度的確定四．LTE-V2X的數(shù)據(jù)幀n

《合作式智能運(yùn)輸系統(tǒng)車用通信系統(tǒng)應(yīng)用層及應(yīng)用數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)(第二階段)T/CSAE157-2020》數(shù)據(jù)元素的封裝與傳輸數(shù)據(jù)元素是應(yīng)用層數(shù)據(jù)交互的基本單位，通過ASN.1標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定義，實現(xiàn)高效、可靠的車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸。消息幀的分類與組成根據(jù)應(yīng)用場景和數(shù)據(jù)交互需求，將消息幀分為基本安全消息、路側(cè)安全消息等6大類。消息體的定義與作用消息體是消息幀中承載具體業(yè)務(wù)信

息的部分，遵循“消息幀-消息體-數(shù)據(jù)幀-數(shù)據(jù)元素”的邏輯結(jié)構(gòu)。四．LTE-V2X的數(shù)據(jù)幀n

消息幀和消息體的定義數(shù)據(jù)元素的封裝與傳輸數(shù)據(jù)元素是應(yīng)用層數(shù)據(jù)交互的基本單位，通過ASN.1標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定義，實現(xiàn)高效、可靠的車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸。消息幀的分類與組成根據(jù)應(yīng)用場景和數(shù)據(jù)交互需求，將消息幀分為基本安全消息、路側(cè)安全消息等6大類。消息體的定義與作用消息體是消息幀中承載具體業(yè)務(wù)信

息的部分，遵循“消息幀-消息體-數(shù)據(jù)幀-數(shù)據(jù)元素”的邏輯結(jié)構(gòu)。四．LTE-V2X的數(shù)據(jù)幀n

消息幀和消息體的定義四．LTE-V2X的數(shù)據(jù)幀n

消息幀是單個應(yīng)用層消息的統(tǒng)一打包格式，是數(shù)據(jù)編解碼的唯一操作對象。n

消息幀由不同類別的消息體組成，并支持?jǐn)U展。Msg_RSC消息用于路側(cè)單元進(jìn)行車輛協(xié)作或引導(dǎo)的消息，通常用于廣播、組播或單播，給車輛提供引導(dǎo)信息和駕駛決策支持。消息對單車、或特定的路段和車道符合條件的車輛引導(dǎo)。Msg_VIR消息用于車輛意圖及請求消息。

用來進(jìn)行車輛駕駛意圖、優(yōu)先請求、協(xié)作請求等信息的傳遞。協(xié)作式變道(Collaborative

Lane

change

，CLC)場景nLTE-V2X的數(shù)據(jù)幀消息實例四．LTE-V2X的數(shù)據(jù)幀五．LTE-V2X的OBU、RSU設(shè)備nOUB設(shè)備OUB是安裝于車載端的通信設(shè)備，通過車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)V2X通信。五．LTE-V2X的OBU、RSU設(shè)備nRSU設(shè)備RSU設(shè)備是安裝于道路側(cè)的基礎(chǔ)設(shè)備，是車載設(shè)備和路口所有設(shè)備的匯聚點(diǎn)，與OBU設(shè)備通過LTE-V2X標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行信息交互。車聯(lián)網(wǎng)通信關(guān)鍵技術(shù)任務(wù)3

NR-V2X技術(shù)與應(yīng)用2021年3月17日，我國工業(yè)和信息化部、交通運(yùn)輸部、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會聯(lián)合印發(fā)《國家車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》，推進(jìn)先進(jìn)技術(shù)在智能交通領(lǐng)域的應(yīng)用，促進(jìn)自動駕駛和車路協(xié)同技術(shù)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。令情景導(dǎo)入任務(wù)目標(biāo)

知識目標(biāo)：1.了解NR-V2X通信方式和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；2.了解NR-V2X無線接口協(xié)議；3.了解NR-V2X數(shù)據(jù)幀。

能力目標(biāo)：1.合理使用專用設(shè)備和程序裝調(diào)、配置NR-V2X系統(tǒng)設(shè)備；2.使用技術(shù)文件，根據(jù)典型V2X場景的要求，采集、分析NR-V2X報文；

3.具備《車聯(lián)網(wǎng)集成應(yīng)用》職業(yè)技能等級標(biāo)準(zhǔn)的車端、路端工作領(lǐng)域系統(tǒng)集成應(yīng)用的相關(guān)能力。

素質(zhì)目標(biāo)：1.培養(yǎng)愛國主義情懷和民族自信；2.培養(yǎng)科學(xué)探究精神和嚴(yán)謹(jǐn)工匠精神。一．NR-V2X的背景與發(fā)展n

LTE-V2X

研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作(R14、R15)于2018年結(jié)束。隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展，僅支持基本安全業(yè)務(wù)的LTE-V2X

標(biāo)準(zhǔn)不能滿足以自動駕駛為代表的車聯(lián)網(wǎng)增強(qiáng)應(yīng)用的需求。n從2018年3月開始，3GPP

組織啟動NR-V2X

的研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作lR16在直通鏈路引入高階調(diào)制和

空間復(fù)用的多天線傳輸機(jī)制支持更高的傳輸速率，研究了NR-V2X

分布式資源分配機(jī)制，降低資源沖突，更好地適用于車聯(lián)網(wǎng)增強(qiáng)應(yīng)用中非周期業(yè)務(wù)的需求。lR17繼續(xù)研究NR-V2X

的增強(qiáng)機(jī)

制，研究終端之間的資源協(xié)調(diào)機(jī)制以提高直通鏈路的可靠性、降低傳輸時延lLTE-V2X和NR-V2X

之間是互相

補(bǔ)充的關(guān)系，LTE-V2X用于V2X基本道路安全業(yè)務(wù)，NR-V2X

主

要面向增強(qiáng)的V2X業(yè)務(wù)。直通通信方式?接口稱為NR

PC5?提供了車、人、路之間的短距離直接通信能力。?通過直連、廣播、網(wǎng)絡(luò)調(diào)度的形式實現(xiàn)低時延、高容量、高可靠的通信。?為了保護(hù)通信的機(jī)密性和完整性，使用了特定的加密和完整性保護(hù)機(jī)制，如NR

PEK

(NRPC5Encryption

Key)用于保護(hù)機(jī)密性，NRPIK(NR

PC5Integrity

Key)用于保護(hù)完整性蜂窩通信方式?接口稱為NRUu?部署場景包括蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋內(nèi)、蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋外和蜂窩網(wǎng)絡(luò)部分覆蓋等3個場景兩種通信方式共存情況l

LTE-V2X

和NR-V2X

至少在一段時間內(nèi)會同時存在l

NR

Uu

或LTE

Uu

能夠控制NR-V2X直通通信l

NR

Uu

或LTE

Uu

也能夠控制LTE-V2X

直通通信。二．NR-V2X

的通信方式和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)nNR-V2X的通信方式321二．NR-V2X

的通信方式和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)nNR-V2X的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)NR-V2X

可以工作在4G

和5G

網(wǎng)絡(luò)覆蓋內(nèi)4G核心網(wǎng)在NR-V2X中的作用4G核心網(wǎng)通過V2X控制功能實體為蜂窩覆蓋內(nèi)的V2X終端提供V2X通信的策略和參數(shù)配置，以及簽約信息和鑒權(quán)信息的管理。5G核心網(wǎng)在NR-V2X中的角色5G核心網(wǎng)連接V2X應(yīng)用服務(wù)器，為蜂窩覆蓋內(nèi)的V2X終端提供對V2X通信的策略和參數(shù)配置及簽約信息和鑒權(quán)信息的管理功能，采用服務(wù)化架構(gòu)。V2X終端在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的工作方式V2X終端根據(jù)獲取的V2X通信的策略和參數(shù)配置信息，在PC5或者Uu接口上進(jìn)行V2X通信。二．NR-V2X

的通信方式和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)nNR-V2X的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)NR-V2X

可以工作在4G

和5G

網(wǎng)絡(luò)覆蓋內(nèi)V2X應(yīng)用服務(wù)器位置V2X應(yīng)用服務(wù)器位于蜂窩網(wǎng)之外，提

供全局V2X通信的策略和參數(shù)管理功能。。V2X應(yīng)用服務(wù)器的功能V2X應(yīng)用服務(wù)器負(fù)責(zé)對V2X終端的簽約信息和鑒權(quán)信息的管理，以及策略和參數(shù)的配置。V2X應(yīng)用服務(wù)