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    DSRC符合V2x部署条件_面向V2x应用,802.11p已做好部署准备

    V2x通信涉及车辆相互之间以及车辆与基础设施之间的数据交换;事实证明,这种技术有助于改善交通安全性,提高交通系统的效率。基于IEEE 802.11p的直接短距离通信(DSRC)技术已经成为所有利益攸关者开展的众多标准化、产品开发和现场实验活动的主题,其在V2x中的优势由此可见一斑。与蜂窝技术不同,DSRC目前已符合V2x部署条件,可以满足V2x技术最为棘手的用例的需求。 图1面向汽车的IEEE 802.11p与蜂窝连接通道比较。主要差异是采用802.11p技术的设备的直接通信能力。基于蜂窝技术的服务依赖于网络的存在。 1. 前言 车辆共享信息、相互协作以提高交通的安全性、环保性和乐趣性,这种想法非常具有吸引力。与该概念相关的各种技术统称为协作式智能交通系统(C-ITS),有望缓解交通堵塞,减轻交通对环境的影响,大幅减少致命交通事故的数量。仅其对安全的影响一项就值得将C-ITS纳入考虑范围,因为据世界卫生组织(WHO)统计,2015年有近125万人死于交通事故,各国政府为此付出的代价约占GDP的3% [1]。 实现C-ITS的一项关键技术是无线通信技术,包括车辆对车辆(V2V)通信、车辆对基础设施(V2I)通信和基础设施对车辆(I2V)通信(图2)。这些无线通信统称为V2x通信。 V2x需要支持ITS系统的诸多安全相关和非安全相关用例。附录中的表一和表二列出了主要用例。       图2艺术家眼中具有通信能力的车辆和基础设施。车辆可以是汽车、飞机、火车和轮船。中央交通管理系统(CMS)负责管理协作式智能交通系统(C-ITS)的多个方面。 表一为安全相关用例,比如收发“紧急电子刹车灯”消息的能力,车辆以广播模式每十分之一秒发送一次该消息,报告紧急刹车行为。表二为非安全相关用例,比如“交通灯最佳建议速度”消息,该消息旨在通过定期广播,给出最佳速度建议的方式改善交通流。 为了支持安全相关和非安全相关消息,V2x通信中使用的无线技术需要做到几件事。它们需要在高度动态化的环境中工作,其中,发射器与接收器之间有着相对较高的速率;需要为安全相关应用提供极低延迟支持(“碰撞前检测警告消息”为50毫秒,见表一)。它们还需要承受因多个主机定期传输多条消息而造成的高负载,以及交通堵塞时存在的高车辆密度问题。另一个考虑因素是,V2x消息具有局域性,也就是说,它们对附近的接收者最为重要。例如,“碰撞前检测警告消息”对碰撞事故周围车辆极其重要,却与远离现场的车辆无关。       V2x事实上的标准是专用短距离通信(DSRC)无线技术(基于IEEE 802.11p标准)、美国的1609行车环境无线接入(WAVE)协议和欧洲电信标准协会(ETSI) TC-ITS欧洲标准。美国交通部向国会所交报告[2]的出版证实了这一点,该报告明确地说明了IEEE 802.11p为V2x应用带来的好处。 IEEE 802.11p在设计上从一开始就明确要以最严格的性能指标满足V2x应用的所有需求。1999年,美国联邦通信委员会(FCC)在5.9 GHz区域为V2x留出了75 MHz的带宽,此为IEEE 802.11p标准的工作频段。该标准于2009年获得批准,此后,业界进行了一些现场试验。包括Autotalks、恩智浦半导体和Renesas在内的多家半导体公司还设计并测试了符合802.11p标准的产品。 IEEE 802.11p已做好部署准备,并且日益受到青睐。ETSI组织了四次ITS“插拔测试”,最近一次于2015年3月在荷兰赫尔蒙德市进行[3],第一次在2011年11月进行。另外还进行了广泛的现场试验,具体有美国的“安全驾驶员”项目[4]、欧洲的“驾驶C2X”项目[5]、法国的Score@F项目[6]和德国的simTD项目[7];在ITS走廊项目[6]中,荷兰、德国和奥地利的基础设施组织对V2I专用802.11p标准和C-ITS中央系统技术的成熟度进行了评估。这些现场试验反映了过去10年为验证802.11p技术而进行的大量投资。旨在解决同一应用需求的任何其他技术都需要重新进行所有这些试验。 美国基于收集到的证据作出决定认为,IEEE 802.11p技术能大量减少道路上的碰撞事故,并且预计将于2016年第二季度强制在安全相关用例中采用802.11p技术[2]。美国交通部在2015年的一份预先通知中表达其意向[8]。一家美国汽车制造商已决定在交通部颁布命令之前,在其产品中采用802.11p技术[10]。 2016年,在美国颁布命令之后,802.11p技术市场有望大幅扩张。以下两个因素进一步增进了这一势头:越来越多的证据有力地证明了V2x的安全优势;市场逐渐意识到,替代解决方案(包括蜂窝技术)远未达到市场推广要求,–甚至尚未形成技术规格。 2. V2V专用蜂窝技术仍然远离现实 C-ITS系统通常只指定其应用需求,不会指定具体的技术。目前,除802.11p之外,还有多种技术以支持V2x用例需求为目标。其中有蜂窝类技术,包括3G、LTE和LTE-A [11-13]。 全球每天有数十亿人在使用蜂窝技术(图3),该技术显然是我们时代最成功的无线标准。蜂窝技术规格由第三代合作伙伴项目(3GPP)定义。如今被认为是宽带蜂窝技术且称为4G或LTE的技术可以追溯到2009年的第8版3GPP标准。由于蜂窝基础设施部署十分广泛,因此,其升级需要时间。整体而言,第8版的大规模部署需要大约6年时间。   图3 全球移动用户数。 鉴于蜂窝技术在全球取得的成功以及其在全球的普及性,将蜂窝基础设施和蜂窝用户设备(UE)用于V2x应用的可能性极具吸引力。然而,当前版本的蜂窝技术只能满足基本的V2x用例需求,缺少对低延迟和高移动用例的支持。这些是与安全相关用例密切相关的要素。 为了突出进一步发展蜂窝技术以支持V2x的必要性以及C-ITS的优势,3GPP成立了一个V2x研究小组,以推动C-ITS技术的发展。在3GPP评估支持所有V2x用例所需要的新能力并达成一致意见之后,就会出现一个发展期,业界也会加大投入以实现这些能力。在此基础上,一旦有新的3GPP标准可以部署,则会再出现一段时间的延迟,因为要升级基础设施以支持这些新的能力。现实地说,可能需要多年时间,蜂窝技术才能完全满足V2x通信的所有需求(图5)。 面向非安全相关用例的蜂窝技术:V2I/I2V 目前来看,蜂窝技术非常适合附录中表二所列非安全相关用例。总体上,这些是V2I和I2V通信中涉及到基础设施的用例,其中,内容源于云或在云端处理。 第8版LTE只需少量改动或者无需改动,即可涵盖多数这些用例,因为它提供了必要的性能和带宽。但不清楚的是,LTE网络在超拥堵和某些运营商漫游条件下将拥有什么样的性能。例如,交通管理消息对高度拥堵的城市环境至关重要。作为管理高度拥堵问题的一个选项,可以考虑采用点对多点接口,比如,即将发布的第9版LTE-A中定义的演进多媒体广播/多播服务(eMBMS)。然而,eMBMS设计用于支持静态情景,比如人群在体育馆观看足球赛的情况。换言之,该接口可以有效管理面向一群人的通信,前提是他们基本保持静止;但在处理大量进出车辆时,无法达到效率需求。 类似地,如何管理移动网络运营商(MNO)之间的切换、如何管理应用服务提供商之间的合作,以及其他应用的数据流量可能对I2V应用造成哪些影响,这些都并不清楚。还有一个问题是,作为一种用例,I2V应用这个案例是否足以证明为实现上述目标部署eMBMS而进行投资的合理性。目前,已经部署的多播/广播解决方案非常少,因为基础设施和用户设备升级的成本非常高。 可以考虑的另一个办法是在具有不同安全需求的领域采用蜂窝调制解调器。LTE调制解调器需要支持实现车辆主动控制所需的各种安全认证。例如,如果用从基础设施传到搭载有高级驾驶辅助系统(ADAS)的车辆的限速消息来设定汽车的巡航控制,则调制解调器就需要满足相关汽车安全完整性等级(ASIL)的要求,而这会增加调制解调器硬件的成本。 鉴于全球手机用户市场的当前规模已达约80亿用户,而汽车市场每年只售出约1亿辆车,因此,调制解调器行业可能看不到支持特定汽车要求的必要性。在蜂窝连接方面,汽车工业一向发展缓慢,部分原因在于,汽车一直都不是蜂窝工业的发展重点。 面向安全相关用例的蜂窝技术:V2V 在I2V和V2I通信中,面向非安全相关用例的蜂窝技术面临的技术挑战不如安全相关问题和V2V通信面临的挑战严峻。 蜂窝网络(若有)可用于V2V通信。汽车产生消息,网络接收消息,然后再把消息转发给所有其他汽车。假设蜂窝网络完全覆盖所有道路沿线(情况并非如此),蜂窝服务需要提供超高数据带宽并实现超低延迟。但现实情况是,当今的蜂窝网络并不能提供这一性能水平。 有些V2V用例要求在车辆之间连续进行信息交换(0.1至20 Hz),其产生的数据太多,单播LTE网络根本无法处理,详见附录中的表三。据美国交通部ITS联合项目办公室,如果以欧盟标准广播V2V协同感知消息(CAM),或以美国标准广播基本安全消息(BSM),仅一辆汽车一个月就会产生约0.5 Gb的数据,峰值速率达2.5 Kb/s。这相当于每条消息256字节,每秒要发5条消息,每天行驶4小时。在接收器端,假设目标区域有30辆汽车(或者最多300辆),则基础设施每个月需要处理约16 GB数据(峰值为750 KB/s)[4]。 一直以来,蜂窝网络都需要大量带宽,每个3GPP版本都会提高带宽要求。另外,更多的数据也意味着更多的商机,因为移动网络运营商是基于资源用量收费的($/b/s/Hz)。理论上,应该免费支持V2V流量,这意味着,移动网络运营商需要开发替代业务模式,以证明为增量V2x流量进行投资的合理性。运用eMBMS协议(已经是第8版的部分内容)虽能缓解问题,但正如前面讨论的那样,这类协议并未得到广泛部署。 有些V2V用例并不要求高带宽,其中包括基于事件广播分散化环境通知消息(DENM)。虽然蜂窝网络能支持这些用例,但问题在于,这些消息要求超低延迟。如果未提前将资源分配给V2x服务,蜂窝系统虽然支持低延迟,但并非所有条件下均能如此,比如跨越多个移动运营商、跨境,甚至跨基站时。最关键的用例——碰撞前警告消息,其延迟要求为50毫秒——尤为如此。 利用蜂窝技术支持V2V用例的另一种方式是在蜂窝系统的基础上开发直接通信技术。事实上,这正是3GPP V2x研究小组的重点工作。他们提出的方法以设备对设备(D2D)通信协议为基础,该协议是第12版的一部分,但并不适合V2V用例。D2D协议依赖于已将必要资源分配给用户的蜂窝网络。例如,如果附近的两个用户想共享一个文件,网络就会告知终端,可以使用哪些时间频率资源进行直接通信(图4)。网络初始化通信,并管理本地D2D传输产生的干扰。这种方法不适用于在网络未覆盖时也要满足要求的V2V用例。 图4 蜂窝设备到设备通信技术与IEEE 802.11p在V2V中的应用比较。在采用蜂窝技术时,网络全权控制直接通信,确保了对网络干扰的有效管理。在采用IEEE 802.11p技术时,通过随机访问协议广播消息,可以确保快速实施传输,但是会降低无线资源的效率。 D2D可在无网络时正常工作,但仅允许在紧急情况下这样做,并且仅受一种超慢设备发现协议支持。为了使D2D配置适合V2V通信,3GPP V2x研究小组发现了一些基本挑战,需要改变信号结构(如额外试验,以更好地估算通道),甚至需要重新讨论最合适的调制模式(如SC-FDM或OFDM)。有点奇怪,但也并不十分出乎意料,3GPP V2x研究小组作出的技术选择与802.11p标准的选择类似。这些关键变化会带来新的硬件解决方案,而这些解决方案的开发则需要时间和成本。 所有蜂窝类V2x服务都需要应用服务提供商(ASP)的积极合作,以便最大限度地实现协同数据共享的好处。从商业角度来看,应用服务提供商需要定义新的合作模式,并且这些模式只会非常缓慢地发展。基于802.11p的V2x服务不要求进行这类合作,因为消息已经标准化,并且是用明码发出的。 V2x专用蜂窝技术发展时间表 可以肯定的是,蜂窝技术界会找到V2x的技术解决方案,因为3GPP在技术领域拥有辉煌业绩。实际上,问题不是行不行,而是何时可行,因为还有大量工作要做。 图5 IEEE 802.11p与蜂窝技术在支持V2V用例方面的时间表。当前和未来的LTE版本会越来越高效地支持V2V。然而,只有LTE-V2x专为正确处理V2V用例而设计,并将于2023年左右做好大规模部署准备。 可以预计,对V2x用例的支持将成为3GPP标准的一部分,最早见于第14版和15版,这两个版本很可能在2017年底定稿。然后,需要更多时间–可能是多年–该技术才能得到全面应用。过去,如前所述,大规模基础设施升级需要6年时间才能完成。以此为依据,面向LTE-A的V2x服务要到2023年左右才会出现,这还是乐观估计(图5)。 更现实的情况是,V2x将纳入第16版及以后的版本,这些版本被称为5G(图6)。目前,5G还是一个非常宽泛的概念。其最有意思的一个方面是,其具有异质性,通过一种伞形技术把多种不一样的通信通道链接起来。V2x很可能成为5G生态系统的一部分,由完全重新设计的硬件来支持架构上的变化。 在已存在成熟参与者的领域里,这会使蜂窝技术成为一个新的竞争对手。 有人可能会认为,等待蜂窝类技术是值得的,因为可以重复利用汽车中的现有通信通道。然而,如上所述,V2x在硬件方面的需求有很大差异,很可能需要独立的解决方案。另外,V2x用例有可能成为3GPP体系的一部分,但很可能不会成为面向手机的大众市场硅芯片的一部分。 安全是另一个要考虑的方面。目前的蜂窝系统利用手机中的用户识别模块(SIM)进行网络验证。网络识别SIM卡,并基于识别结果提供安全连接。SIM可能对网络辅助型V2x通信有效,但如果没有网络,则需要实施某种其他安全机制。802.11p定义了这类安全机制,3GPP可能会采取类似的方法,但目前尚未正式处理这个问题。 在美国,国家公路交通安全管理局(NHSTA)提出了隐私问题。在基于网络的解决方案中,用户数据通过网络传输到云端。运营商需要提供相应的机制来保护云端的用户数据,并且可能最重要的是,用户需要接受并信任这些机制。对每个人来说,隐私都是一个日益严峻的问题,因此,可以预计,基于云的系统会受到强烈的反对。在基于IEEE 802.11p的解决方案中,消息不会传输到云端,如此,就可以更加方便地解决隐私相关问题。 蜂窝网络在全球范围内已经部署到位,这一事实经常被作为在V2x解决方案中采用蜂窝技术的一个理由。其主要论点是,既然已经有了蜂窝网络,则没有必要为802.11p投资并部署一套新的基础设施。但是,如前所述,将现有的蜂窝基础设施用于V2x并不像表面上那样简单,因为今天的基础设施并不具备支持众多V2x用例的能力,此类用例需要在高移动性或高拥堵条件下实现超低延迟。 需要注意的是,基于802.11p的技术(表现为路边单元(RSU))可以部署在大部分现有道路基础设施中,包括交通灯和交通信号。与需要新基站塔来扩容的蜂窝基础设施不同,802.11p基础设施可以利用现有结构,从近期和长期部署来看,这样可以节省大量成本。从系统需求角度来看,在十字路口采用路边单元是合乎情理的。信号相位和配时控制器与路边单元相配合,可实现多种安全、移动和交通效率应用。十字路口是采取“行动”的地方。 对于802.11p,需要注意的另一个方面是,全球已经为基于802.11p的V2x服务分配了频谱。如前所述,5.9 GHz区包括为基于802.11p的V2x服务留出的75 MHz带宽。这是802.11p最宝贵的一项资产。各国、各州、汽车制造商和基础设施提供商只需证明其遵循这些标准,就可以利用5.9 GHz区了。无需订阅、漫游协议等。如今,随着消费者活动的不断增多以及物联网的扩张,蜂窝服务提供商已经面临多种带宽问题,可能难以满足V2x的技术和业务需求。 第8版LTE可能已经成为车辆的一部分,但还需要很长时间–可能8年或以上–所需蜂窝标准(即LTE-A和5G)才能全面支持所有安全相关和非安全相关的V2x用例。相反,经过现实检验且符合相关标准的802.11p解决方案已经万事俱备,可以随时在全球范围内大规模部署。采用802.11p意味着可以更快享有V2x用例的种种好处。 恩智浦、Cohda Wireless和西门子相信,802.11p是当今部署V2x应用的最佳选择,因为该技术已经整装待发。但我们也发现,有必要扩大其兼容性。我们目前秉持共存理念,以提高802.11p与LTE-A/5G的兼容性,甚至在考虑把二者融合起来,形成一种异质车辆网络系统,充分发挥–802.11p对安全相关用例的支持能力以及LTE-A/5G对非安全相关用例的支持能力。

    时间:2020-07-30 关键词: dsrc 蜂窝技术 v2x通信

  • 5G热度延续 DSRC汽车制造商前景不明

    5G热度延续 DSRC汽车制造商前景不明

    随著5G狂热持续延烧,支持短距无线通讯技术(DSRC) 的汽车制造商前景逐渐蒙上阴影,另一个阵营的对手不排除以5G技术当跳板大幅超前。 美国政府在以Wi-Fi技术为基础的DSRC投资数亿美元,除了让车辆连结智能交通号志,DSRC还会针对道路前方交通事故和恶劣天气提出警告。 DSRC获得通用汽车(GM)和丰田汽车(Toyota)大力支持,但其它车商包括福特汽车(Ford)和BMW正游说川普(Donald Trump)政府允许它们跳过DSRC,转而采用5G传输技术。 汽车制造商之间的DSRC和5G对决,预料在其它产业形成赢家通吃的局面。这同时也显示,对汽车制造商而言,软件已经取代硬件成为主要战场。未来数年的车联网市场潜在商机雄厚,据Counterpoint Research预估,2022年前联网汽车将激增近3倍,超过1.25亿辆。 当前4G宽频传输让车上乘客上网和观看影片,未来的5G则进一步提供娱乐和安全功能,让汽车互相沟通、彼此提醒,继而避免碰撞、避开障碍物和其它事故发生,最终驾驶也可以从仪表板订购咖啡,或交由人工智能(AI)掌舵,自己在车内小憩。 支持5G技术的BMW等车商主张,唯有5G才能加速这样的愿景实现。但GM和丰田已推出配备DSRC的车款,两家车商都敦促美国政府支持2016年的一项议案,要求汽车商在2021年前让所有车款都要配备DSRC。不过美国交通部(DOT)尚未对这个欧巴马(Barack Obama)时代的决议做成最后决定。 交通部迟疑的原因是DSRC有一些缺点,其中之一是成本太高。电信业者计画采用5G来支持它们现在的服务,也因此基地台和路边天线都是配合这项技术来更新。相对地,若要完整部署DSRC,交通部估计美国政府势将投资数十亿美元架构基础设施。 此外,根据美国公路交通安全管理局(NHTSA)估计,配备DSRC设备的车辆售价可能必须提高约300美元,5G增加的成本相对少。 然而,GM和丰田都将DSRC视为车联网技术过渡到5G技术的桥梁。目前丰田在日本销售超过10万辆配备DSRC的车辆,计画2020年代中期前美国销售的车辆多数将有此系统。 另一方面,批评者认为美国政府不应强迫车商使用较老旧的Wi-Fi传输技术,而且多数车商也支持5G,福特和奥迪(Audi)于4月发布采用新一代无线宽频传输技术的C-V2X,宣称是适用于不同车商制造的车辆。 不过,福斯汽车(Volkswagen)虽然让奥迪在美国和大陆市场选择向5G阵营靠拢,为了避险起见,福斯将于2019年在欧洲推出配备DSRC的车辆。

    时间:2020-07-27 关键词: 5G dsrc

  • 自动驾驶除了雷达和摄像头 如何让自动驾驶车辆看得更多?

    自动驾驶除了雷达和摄像头 如何让自动驾驶车辆看得更多?

    在C-Roads项目的影响下,在2017年,各国已经在为ITS-G5技术部署道路基础设施。高度自动化的汽车支持者们永远不应该忽视V2V能够给自动驾驶带来的价值。通信技术明显地增强了安全性,不仅对自动驾驶车辆是如此,对于在同一道路上驾驶的人类驾驶的车辆也是如此。 如果你觉得自动驾驶和车车通信(V2V)是两个风马牛不相及的问题,那你得重新思考一番。 自动驾驶的支持者们经常憧憬着完全无事故道路的乌托邦未来,但却很少提到在此之前所必须经过的漫长、渐进式的过渡时期。在这个过渡时期,自动驾驶车辆和保留驾驶员的“历史”车辆还需要在同一道路上行驶,面临一样的危险。 如果推动自动驾驶车辆的目标是为了使交通更安全,那么开发高度自动化的车辆的人们是时候开始解决人与机器之间的“沟通失败”的问题了。 *人类开车的时候更加危险,图中一辆由人驾驶的车在自动驾驶测试车经过路口时闯了红灯。 如何让自动驾驶车辆看得更多? 自动驾驶车辆往往是无法揣测人类意图的。他们在预测其他驾驶员突如其来的驾驶行为方面做得并不好,这意味着他们在防御性驾驶方面无能为力。与此同时,人类在道路上的粗鲁行为比我们想象的的要多得多。 那么该怎么办?只允许自动驾驶车辆行驶在道路上?这种解决办法太“乌托邦”了。而且现实是,由人类驾驶的车辆将无限期地继续在道路上随意穿梭、紧跟前车和突然变道。 或者,我们可以在自动驾驶车辆上安装更多的传感器技术,赋予他们一种“透视”功能。可惜,在现实世界中,即使是X光,也无法读取人类驾驶员的思维。 *Autotalks CEO Hagai Zyss 以色列公司Autotalks CEO Hagai Zyss面对这些问题,有自己的一套看法。 在1月上旬的底特律北美国际汽车展上,他向观众阐述了“自动驾驶车辆和人类驾驶车辆之间的缺乏协调,是导致自动驾驶车辆无法获得更多有效信息”的观点。 他表示,“在场的汽车制造商都意识到必须建立一个专门的车对车通信机制。这是我们今天可以开始用来挽救生命的另一层安全措施。” 但可惜的是,有关车辆通信的讨论,最终被高通这样的手机通信拥护者“劫持”。V2X的问题已成了选择DSRC(专用短程通信)还是5G技术的问题。 当然,这也是V2X的历史上,目前第一次有更多的人在谈论5G而不是DSRC。 有人认为5G将完全取代DSRC的需求,而另一些人则认为DSRC仍无法取代,因为它能满足这些应用的严格的时延要求。但一个最大的疑问是,5G导航是否可以满足V2V避免碰撞的时延要求? 据了解,到目前为止,还没有5G导航技术经过测试。 市场上有过多的声音混淆视听,看似形成了DSRC和5G之间的技术竞赛,而却让人们渐渐忘记了V2V的真正的目标是为了安全。在过去七年至十年间,DSRC经过了严格的测试和试用。 Zyss说:“(本来)从今天开始,我们就可以挽救生命,可是,我们却在观望5G,一项目前还没有真正面世的技术。” 值得注意的是,Autotalks认为混合模式是可行的,即蜂窝技术和DSRC并存。汽车厂商已经在使用像LTE这样的蜂窝技术将车辆连接到云端来传输内容、下载应用程序并进行更新。不过,Zyss认为,蜂窝V2X(C-V2X)并不能取代DSRC。 且不说5G网络还未出现,蜂窝网络本身还需要解决互联的设备与基站同步的问题。Zyss说,这种同步模型与V2V通信所需要的非常不同,它必须在高速移动的物体之间瞬间完成。 也有业内人士表示,支持将5G应用到C-V2X的拥护者们正在走DSRC开发者们走过的老路,试图重现DSRC支持者们曾经设计、构建和测试过的内容。此外,蜂窝支持者们在将技术用于V2V应用时,还必须克服蜂窝网络在效率和时钟源方面的限制。 Zyss认为,如果自动驾驶出租车真的会在2019年或2020年上市,业界所倡导的在自动驾驶车辆和人类驾驶车辆上安装的“安全专用的通信层”或许还不够谨慎。

    时间:2020-07-23 关键词: 丰田 大众 雷达 自动驾驶 dsrc

  • 丰田为美市场汽车内置短距离通信芯片

    丰田为美市场汽车内置短距离通信芯片

      丰田汽车公司近日披露称,该公司计划在未来三年内,为其在美国市场销售的汽车添加短距离通信芯片,从而让汽车能够与其它车辆“交流”,由此进一步提升汽车的安全性,而且也进一步彰显该公司在打造更安全汽车方面的地位。   目前,丰田是全美汽车销量第三大的制造商。丰田负责北美市场产品规划业务的集团副总裁安德鲁-科兹(Andrew Coetzee)表示,该公司计划从2021年开始在美国市场销售的丰田和雷克萨斯汽车中添加短距离通信芯片。这一技术将能够让汽车把位置和速度相关的数据传输给周围的车辆以及公路上的基础设施,从而防止撞车事故。   在公开这一计划之后,丰田也将由此激发整个汽车行业以及监管机构支持这项技术。但是,丰田还可能会与那些不愿意看到汽车制造商使用5G蜂窝网络来实现相同任务的电话公司形成冲突。另外,丰田还可能与使用同样技术的科技巨头和光缆服务供应商产生不合。   丰田公司拟启用的致力于短程通信的系统名为“Dsrc”,主要功能就是将信息在短时间内将信息发送给其它车辆,并接受回馈的信息,同时还要能够警惕司机注意潜在的碰撞车祸,最终阻止车祸发生。去年11月,包括丰田和通用汽车在内的多家汽车制造商组成的联盟已经敦促美国交通部部长赵小兰来支持“会说话的汽车”,并在2023年将相关的授权提供给所有新客车。   表明观点   丰田信息技术中心(加州)的研究员约翰-肯尼(John Kenney)表示,“如果没有监管规定的话,那么我们就需要进行技术选择。我们将部署Dsrc技术,我们也会鼓励其它汽车制造商来做同样的事情。”   2016年12月,美国交通部发布了建议要求,当时,奥巴马政府的监管机构预计这一技术能够防止或减少80%的汽车相撞车祸。   但是,在推行V2V汽车技术方面,特朗普政府一直行动迟缓。与此同时,包括苹果、谷歌、Facebook以及亚马逊等科技公司也成立了游说团体,力图阻止相关的技术获得批准。   光缆行业贸易团体也表示,美国公路交通安全管理局已经越权,间接地影响了由美国联邦通信委员会监管的无线频谱政策。   科兹表示,他不相信汽车制造间会与光缆和科技公司共享频谱带。他表示,“我们需要确保我们能够获得超级可靠且非常快速的传输速度。在共享频谱方面,我们需要看到汽车制造商进行更多的试验,以展示他们有能力这样做。”

    时间:2020-07-20 关键词: 丰田汽车 dsrc v2v

  • Qualcomm现场演示了DSRC技术 保护您远离车祸风险

    最近,汽车爱好者与技术控们居然走到一起,他们相聚于在底特律举办的全球智能运输系统大会 (ITSWC)。他们聚集于此的原因是,全球技术提供者将在这里展示他们关于运输产业的最新技术,这些技术都以交通行业最大的市场需求与机会为目标。Qualcomm Atheros(Qualcomm子公司)在此次会议上,在其无线解决方案中所演示的车与行人间的通信系统前沿技术令人大开眼界,该系统使用了专用短程通信 (DSRC)技术。

    时间:2020-07-01 关键词: qualcomm dsrc

  • AR让自动驾驶更清楚的了解道路威胁

    AR让自动驾驶更清楚的了解道路威胁

    2017年6月,我们在位于安阿伯的密歇根大学北校区,建立了全球首个自动驾驶汽车全尺寸试验台——Mcity实施了增强现实环境。它占地32英亩,其8车道公里(5车道英里)的道路被安排在具有高速公路、多车道主干道或交叉路口属性的路段。 自动测试车配备了车载设备,可以监测如位置、速度、加速度和航向等车辆状态,每隔十分之一秒发出一次。利用专门的短程通信(DSRC)来实现无线传输(DSRC是一种类似于专为移动用户设计的Wi-Fi的标准)。此外,分布在测试设施周围的路边设备接收这些信息并将其转发给一个交通模拟模型,该模型可以通过将测试设备简化为包含交通信号动作的等效网络几何来模拟该测试设备。一旦计算机模型接收到测试车信息,就会创建测试车的虚拟副本。然后,它根据真实测试车的运动来更新虚拟车的运动。 将真实测试车辆的数据输入计算机模拟中只构成了一半的回路。我们通过向测试车发送计算机模拟的各种车辆的信息来完成另一半。这就是增强现实环境的本质。每一辆模拟车辆会产生频率为10赫兹的车辆状态信息,我们将这些信息转发给路边的设备,这些设备反过来又会实时散出(广播)这些信息。当真正的测试车接收到这些数据时,它的车辆控制系统会使用这些数据来“查看”所有的虚拟车辆。对汽车而言,这些模拟的实体与真实的东西没有什么区别。 通过路边的设备传递信息——也就是说,用“V2I”的连接代替直接的“V2V”连接——真实车辆和虚拟车辆可以相互感应并进行相应交互。同样,真实世界和模拟世界之间的交通信号状态也是同步的。这样,真实的和虚拟的交通工具都可以“看到”给定的光,并判断它是绿色还是红色。 在真实世界和模拟世界之间传递的状态信息也当然包括车辆位置。这允许将实际的车辆映射到模拟的道路网络中去,并将模拟的车辆映射到实际的道路上。实际车辆的位置由GPS坐标(纬度、经度和海拔)和模拟车辆的局部坐标(x、y和z)定位。 但是这种精确的转换并不是全部需要。GPS和地图细微的误差,会阻止GPS的位置出现在模拟道路上。GPS获取的位置是从实际的测试车转过来,然后转换到本地的坐标系统上。为此,我们使用单独的映射算法来纠正这些错误。此外,当测试车停止时,我们必须在模拟环境中锁定它的位置,这样它的GPS坐标的波动就不会导致它在模拟中偏离。 无线电收发器[白色物体,顶部]从汽车中获取数据,并返回计算机生成的虚拟数据。一个虚拟对象是一列火车。汽车刹车以避免闯红灯的虚拟车(从上数第三)。许多交通模式可以在一个小空间中产生 无线通信将作为这一切的传输枢纽。为了确保其可靠性,我们在Mcity安装了四个路边收音机,足以覆盖整个测试设施。DSRC无线标准,运行在5.9千兆赫波段,为我们提供了较高的数据传输速率和非常低的延迟,在高速行驶和紧急停车时,这些装置对安全至关重要。DSRC在日本和欧洲广泛使用;虽然凯迪拉克目前正在为其部分车型配备DSRC设备,但它在美国还没有获得太多关注。 然而,我们还不确定DSRC是否会成为汽车之间交流的方式。一些人认为,蜂窝通信(C-V2X),尤其是在即将到来的5G实现中,可能会提供更大范围的低延迟。无论哪种标准胜出,我们系统中使用的通信协议都可以很容易地适应它。 我们希望用于构建系统的软件框架能持续扛一段时间,至少能用几年。我们使用PTV Vissim构建了我们的模拟,这是一个在德国开发的用于“微观地”模拟交通流量的商业软件包,即模拟每辆车的行为。 可以预期是,其他公司开始使用我们的系统来测试他们自己的自动驾驶车辆。目前,我们的一辆林肯MKZ混合动力作为测试车,它配备了DSRC,因此可以完全连接。我们添加到汽车上的线控系统允许软件控制方向盘、油门、刹车和变速器。这辆车还携带多部雷达、激光雷达、照相机和一个实时运动定位的GPS接收器,通过参考来自地面无线电台的信号来提高分辨率。

    时间:2019-12-06 关键词: ar 自动驾驶 dsrc 电源资讯

  • 高通将支持C-V2X标准

    高通将支持C-V2X标准

     据国外媒体报道,美国芯片制造商高通称,中国计划标准化其对5G汽车的使用,将支持C-V2X标准。在美国特朗普政府还没有决定支持哪种标准。欧盟委员会准备支持DSRC,但该提案在7月被成员国否决。在亚洲其他地区,日本正计划将频谱分配给DSRC,韩国打算为这两种标准都留出频谱。 中国将“比我们更早地挽救千百计人的生命,而我们还在摸索着确定哪一个标准最适合西方世界的长期路线图。”高通高级副总裁帕特里克·斯迪恩(Patrick Little)在接受采访时表示,“如果我们能够获得一个共同的标准,我们就可以更快地部署它,节省大量资金和节省大量时间。” 尽管这个标准的支持者表示,该标准更快、更可靠。但包括顶尖汽车芯片制造商恩智浦半导体在内的公司则认为,现有的基于Wi-Fi的技术标准DSRC已经足够好。DSRC的其他支持者,包括通用汽车、大众汽车和本田汽车公司。 在这两种标准之间做出选择,成为自动驾驶汽车现实难题之一。在道路测试方面,中国落后于美国多年。仅在美国的加州,Alphabet公司旗下Waymo和其他公司,就有数百万英里里程的测试记录。 彭博新闻社在4月份的一份报告中写道,DSRC根深蒂固的地位,在未来三年将阻碍C-V2X在中国境外的应用。但分析人士表示,从长远来看,美国、韩国和日本可能会转向C-V2X,因为这些国家正在积极部署5G网络。 尽管如此,中国是世界上最大的汽车市场,并发出了一个明确的信号,它将拥抱C-V2X。今年10月,中国宣布了使用该标准的计划,并专门为联网汽车预留了频谱。密歇根大学交通研究所去年估计,如果美国政府今年确定好一种标准,而不是在三年之后确定,美国将有多达810万的车祸和44000人的死亡可以避免。改善道路安全的前景是监管机构加快决策的主要动力。 于2016年9月成立的5G汽车协会(5G Automotive Association)预测,中国将率先推出C-V2X汽车。福特汽车公司拜腾(Byton)已经透露了生产和采用这一标准汽车的计划。

    时间:2019-08-03 关键词: dsrc 5g汽车 c-v2x标准

  • 基于Z85C30的DSRC高速数据通信在智能交通中的应用

    型号:Z85C30关键字:Z85C30,DSRC,SCC,串行通信控制器简介:Z85C30是ZILOG公司推出的多规程串行通信控制器。文中介绍了Z85C30芯片的物理特性、工作方式和时钟选择 ,给出了它在基于微波通信的DSRC中的应用电路。 下载:点击下载

    时间:2018-12-20 关键词: 智能交通 数据通信 dsrc 总线与接口

  • 与车联网相关的技术 V2X技术

    与车联网相关的技术 V2X技术

    近几年在汽车行业比较流行的一个词叫“车联网”,什么是车联网呢?根据中国物联网校企联盟的定义,车联网(Internet of Vehicles)是由车辆位置、速度和路线等信息构成的巨大交互网络。通过GPS、RFID、传感器、摄像头图像处理等装置,车辆可以完成自身环境和状态信息的采集;通过互联网技术,所有的车辆可以将自身的各种信息传输汇聚到中央处理器;通过计算机技术,这些大量车辆的信息可以被分析和处理,从而计算出不同车辆的最佳路线、及时汇报路况和安排信号灯周期。  提到车联网,你或许将其简单的理解为汽车联网,但具体来说车联网指的是通过汽车上集成的GPS定位,RFID识别,传感器、摄像头和图像处理等电子组件,按照约定的通信协议和数据交互标准,在V2V、V2R、V2I之间,进行无线通信和信息交换的大系统网络。V2X对于车联网、自动驾驶安全有十分重要的作用。 V2X与车联网有什么不同 车联网是使用无线通信、传感探测等技术收集车辆、道路、环境等信息,通过车-车(V2V)、车-路(V2R)信息交互和共享,使车和基础设施之间智能协同与配合,从而实现智能交通管理控制、车辆智能化控制和智能动态信息服务的一体化网络。 车联网是物联网技术在智能交通系统领域的延伸。车联网安全应用系统架构包含感知层、通讯层与应用层,感知层包含雷达、光学雷达与影像传感器等,提供车辆收集周边环境信息;通讯层也可称为汽车局域网络(Vehicle Area Network, VAN),分为车载通讯(in-vehicle communicaTIon)、车外通讯、车间通讯(vehicle to vehicle communicaTIon)与车路通讯(vehicle to road communicaTIon)等四部分。 车联网     V2X 是指车对外界的信息交换,是一系列车载通讯技术的总称。V2X包含汽车对汽车(V2V)、汽车对路侧设备(V2R)、汽车对基础设施(V2I)、汽车对行人(V2P)、汽车对机车(V2M)及汽车对公交车(V2T)等六大类。目前以V2V的发展最为成熟。 V2X     V2X 是未来智能交通运输系统的关键技术,它可以通过通讯获得实时路况、道路信息、行人信息等一系列交通信息,提高驾驶安全性、减少拥堵、提高交通效率、提供车载娱乐信息等。基于V2X 技术不仅可以大幅提升交通安全、降低交通事故率,而且可以为自动驾驶、智能交通和车联网创新提供低成本、易实施的技术路线和基础平台。     V2X车联网之三大应用领域(来源:工业技术研究院) V2V通信原理及具体应用 V2V作为V2X中发展最为成熟的,重点了解一下V2V的原理及应用也十分必要。V2V通信是为了防止事故发生,通过专设的网络发送车辆位置和速度信息给另外的车辆。依靠技术的实现,驾驶员收到警告后就能降低事故的风险或车辆本身就会采取自治措施,像是制动减速。 V2V通信原理 V2V通信需要一个无线网络,在这个网络上汽车之间互相传送信息,告诉对方自己在做什么,这些信息包括速度、位置、驾驶方向、剎车等。V2V技术使用的是专用短程通信(DSRC),由类似FCC和ISO的机构设立的标准。有时候它会被描述成WiFi网络,因为可能使用到的一个频率是5.9GHz,这也是WiFi使用的频率。不过更准确地说,DSRC是类WiFi网络,它的覆盖范围最高达300米。 V2V是一种网状网络,网络中的节点(汽车、智能交通灯等)可以发射、捕获并转发信号。网络上5-10个节点的跳跃就能收集一英里外的交通状况。这对多数驾驶者来说都有足够的应对时间。 在发展之初,V2V对驾驶者来说可能只是闪烁的红灯警告,或是指示哪个方向有危险,当然这些都还在概念阶段。现在已经有数千辆测试车了,多数原型车都到了可以自动剎车或转弯来避开危险的水平。交通信号或其它固定设备即为V2I,也就是汽车-基础设施。 关于V2V还有很多其它说法,一些厂商把它叫做Car-to-X,还有“internet of cars”以及“connected car”,目前看来V2V正脱颖而出。 V2V通信的应用 V2V通信被期望能够在车道偏离、自适应巡航控制、盲点侦测、后方停车声波定位、备份照相方面发挥更多的作用,对比当前的OEM预埋系统。因为V2V技术开启了对四周威胁的360度智能感知。V2V通信成为普适计算不断壮大的应用趋势——物联网——的分支部分。 V2V通信和智能交通系统的实现目前还存在三个主要的障碍:汽车厂商对于标准的一致意见,数据隐私安全和项目资金。 V2R V2R需要分为两种场景,第一种是高速公路,第二种是城市道路。高速公路是第一步,而城市道路需要在其基础上,对城市道路中的增加标识的识别后,实现更复杂的数据判断和数据通信。 高速路上的V2R相对来说比较容易。首先是标识明确,没有人行道,红绿灯,行人等复杂路况因素的影响,只需要识别高速路中与车辆行驶和高速公路出入口标识等就可以了。其次高精地图已经提前布局高速路。高精地图能够精确到厘米级,对于车辆的路线规划和自动驾驶有着的很大的帮助。有了高精地图的支撑,V2R的交互就会相对变少,处理起来更加方便。最后,就是尽快实现V2V也能够助力V2R的快速开发。因为每一辆车都可以共享采集到的道路信息,并将这个信息传递到云端,促进道路信息的合理化和完善化。 而对于城市道路来说,需要处理的信息就要更多一些,这也就要求车辆采集的信息更多,处理能力更强,同时对于V2I和V2P都有关联,是实现自动驾驶的实现的最困难的障碍。可能专有的交通路线或者是公共交通才是未来人类出行的主要方式,是值得探讨和深度调研的。     V2R现在通过毫米波雷达和摄像头进行开发的方案很多,再辅助高精地图和云端支持,只要实现V2V,半自动驾驶和自动驾驶在高速公路上实现并不遥远。 V2I V2I中的I不是指电信基础设施,而是指车辆行驶过程中遇到的所有基础设施。这包括红绿灯,公交站,电线杆,大楼,立交桥,隧道等等一切人类的建筑设施。 V2I通信功能具体将采用车载智能交通运输系统的760MHz频段,使用该频段可以在不影响车载传感器的情况下实现基础实施与车辆之间相互通信功能,从而获取得到必要的关键信息。在交叉路口能见度较差时,V2I通信系统就可以接收到红绿灯的信息,并通过V2V和V2P系统,接收到车辆和行人的信息,汇总提交给车脑(AB)系统,车脑通过车载操作系统(AOS)分析处理,控制汽车继续行驶还是继续等待。     V2P V2P是与每个人息息相关的技术,而且也不仅仅是技术的问题,还会上升到国家、社会、隐私、道德层面,因而变得非常难以实现。在网络中搜到的资料,也巧妙而随意的一笔带过。 事实上,V2P并没有想象中那么复杂。毕竟,如今人手一部手机的时代已经来临。无论是手机,尤其是可穿戴设备,都可以客串本文中提到的P模块,实现和车辆中V模块的交互通信。 那么P模块应该使用什么呢?笔者认为LTE-V中的LTE-V-Cell是实现V2I的有效工具,因为所有P(活动的人,人只有活动才有意义)都是需要随时移动的,搭载一个长距离随时可以互联的模块才能够保证车辆能随时接收到。车辆再辅以摄像头,雷达传感器等识别技术,便能够有效的实现V2P。 V2X的标准之争 目前主要有专用短程通信技术标准(DSRC)与研制中的基于 4.5G/5G 的 LTE-V 技术标准在性能上符合需求,V2X的主流通信标准之争将在这两者之间展开。当前智能交通系统 ITS 正处在第三阶段,5G 标准在 LTE-V 的基础上,为满足未来自动驾驶的需求,性能指标会更进一步提升。     DSRC技术概要 DSRC由物理层标准IEEE 802.11p又称为WAVE(Wireless Access in Vehicular Environment)及网络层标准IEEE 1609所构成,在此基础之上,美国汽车工程师协会(Society of AutomoTIve Engineers,SAE)规范V2V与V2I信息的内容与结构,欧洲相关标准由ETSI CT-ITS所规范。IEEE802.11p由IEEE 802.11标准扩充,专门应用于车用环境的无线通信技术,支持915MHz与5.9 GHz。 802.11p物理层架构与802.11a大致相同,采用正交多频分工(Orthogonal Frequency-division Multiplexing,OFDM)调变技术,且52个子载波可支持正交振幅调变(Quadrature Amplitude Modulation,QAM)、相位移键调变(Phase-shift keying,PSK)等调变技术,同时搭配向前错误校正技术(Forward Error Correction,FEC),减少信息重新传输所发生的延迟情况,能够因应在高速移动下信息传递的实时性。 802.11p在915MHz频段中,支持传输距离小于300公尺,传输速率低于0.5 Mbit/s,使用5.9GHz频段通讯时,传输距离最远可达1,000公尺,以频道带宽10 MHz为单位,传输速率最高为27 Mbit/s,允许在车速260km/h下进行车与车之间以及车与道路设备之间的信息传输。 DSRC系统包含车载装置(On Board Unit,OBU)与路侧装置(Road Site Unit,RSU)两项重要组件,透过OBU与RSU提供车间与车路间信息的双向传输,RSU再透过光纤或行动网络将交通信息传送至后端平台(图1)。由于车间与车路通讯应用情境复杂,汽车数量多寡、距离与道路气候等都会影响无线网络的通讯,通讯速度与质量将对用路人安全造成极大影响,因此车联网安全应用相关通讯网络通常被要求须要具备高移动性与低延迟率,IEEE将安全应用通讯延迟容许范围定在50ms内,最多不超过100ms,允许接收讯息后有足够反应时间。     图1 DSRC技术包含车载单元与路侧单元,可以支持车与车之间和车与路侧设备的双向数据传输。 LTV-V技术概要 车间与车路间的通讯技术除DSRC外,华为、高通(Qualcomm)等网通厂商积极推动以LTE网络为基础的LTE V2X技术,3GPP自2015年底将LTE-V技术纳入Release 14标准制定,目前于SA WG1内进行相关服务之研究及讨论。 德国电信亦宣布将与华为、丰田(Toyota)及奥迪(Audi)汽车合作,在因哥尔斯塔特高速公路的测试场域上进行LTE-V技术实证。德国电信将在LTE基地台上设置华为供应的LTE-V硬件,Toyota及Audi车载LTE-V装置同样由华为提供。中国政府也看好LTE应用于车联网环境中,由中国信息通信研究院主导成立LTE-V核心工作组,在中国通讯标准化协会与3GPP架构下推动LTE-V的标准化与商业化发展。 在3GPP架构下,与V2X相关技术标准包含多媒体广播群播(Multimedia Broadcast Multicast Service,MBMS)与LTE Direct通讯。利用MBMS技术可同时对大量装置广播如公共警示等紧急讯息,LTE Direct通讯部分,3GPP于2011年展开相关研究,并正式将其纳入Release 12的标准制定,LTE Direct可自动搜寻邻近上千台装置,能够让处于LTE讯号覆盖范围内外之车辆、路侧装置等在不透过基地台情形下相互沟通(图2)。     图2 LTE-V可以再细分为LTE-V Cell(集中式)与LTE-V-Direct(分布式)两种不同通讯模式。前者需由基地台提供服务,后者则类似DSRC,可实现直接联机。 3GPP于TS 22.185文件中描述LTE-V应用情境与传输要求,LTE-V应用情境包含LTE网络范围内及范围外的V2V、车对基础建设/网络(V2I/N)及车对行人(V2P)等。传输部分须达到支持最大相对速度280km/h、绝对速度160km/h的高速移动,以及V2V环境下延迟速度低于100ms等要求。 LTE-V的实际运作可分为LTE覆盖范围外的V2X通讯,单一营运商透过基地台管理的V2X通讯以及多营运商透过基地台管理的V2X通讯等。3GPP认为,在多营运商提供V2X服务的情境下,讯息传递有三种情形需被考虑: 第一,特定区域内仅有一家营运商有基地台,该营运商与其他营运商分享基地台提供包含V2X等多种服务; 第二,特定区域内仅有一家营运商拥有V2X频段,该营运商分享基地台给其他营运商限定提供V2X服务; 第三,特定区域内有2家营运商都拥有基地台,V2X服务器分配V2X讯息给2家营运商的网络。终端应能够接收不同营运商之V2X讯息,避免漏接重要信息。 DSRC、LTE标准对比 在标准进程与导入方面,DSRC发展较成熟,美国、欧洲等国家已提出相关标准规格,LTE-V目前已在3GPP进入标准制定流程,但至少需到2017年Release 14中才会完成,在布建上DSRC由于需要安装新的路侧设备,将增加导入成本与时间,LTE-V则能够整合既有的基地台装置,不需要大量布建新基础建设,可缩短导入时间,两者之间互有优势。 DSRC关键指标:支持车速 200km/h,反应时间 100ms,数据传输速率平均 12Mbps(最大27Mbps),传输范围 1km。根据美国交通运输部的报告,违反交通信号灯指示的时延要求是小于100ms;车辆防碰撞指示的时延要求是小于20ms。 LTE-V-Cell 关键指标:传输带宽最高可扩展至100MHz,峰值速率上行500Mbps,下行1Gbps,时延用户面时延≤10ms,控制面时延≤50ms,支持车速 500km/h,覆盖范围与 LTE 范围类似。LTE-V-Direct 目前还没有详细的技术指标,据悉 LTE-D 具备能寻找 500 公尺内数以千计装臵以及服务的能力,因此能让两个以上最接近的 LTE-D 装臵在网内通讯。 总结 车间与车路间通讯技术可协助提升车辆安全,也是未来自动驾驶车辆的关键技术之一,DSRC与LTE-V都利用车载装置间以及车辆与路侧装置间进行信息交换,达到实时信息传递,提供驾驶者判断或车辆自动控制,两者在技术上都必须达到一定传输要求来实现车辆安全应用。 目前 DSRC 产业链更为成熟,但 LTE-V/5G 可能后来居上,总体来看政府政策影响极大。智能驾驶和智能交通融合将催生 V2X 的巨大市场,正如 NB-IOT 在物联网低频低速率数据场景下的应用,我们中长期看好 LTE-V/5G 在车联网 V2X 领域的发展潜力。

    时间:2017-03-09 关键词: lte 车联网 dsrc v2x v2v

  • 解码自动驾驶的基础——汽车专用短距离通讯(DSRC)

    解码自动驾驶的基础——汽车专用短距离通讯(DSRC)

    近年各国探讨智能交通的热门研究主题之一是联网汽车(Connected Car),其发展目的是要打造出更安全、智能并兼顾环保的交通运输工具。 在所有建设联网汽车的所需条件中,连结性(Connectivity)为其实现的重要要素之一。联网汽车可通过车与车(Vehicleto Vehicle)、车与路侧单元(Vehicle to Roadside Unit)如交通号志、车与智能型手机或其他装置的相互沟通链接,提供驾驶更多便利性功能,同时使汽车在行驶的旅程中能增添安全性。 联网汽车的连结性应用,大致可分为以下三种: 1、车与车(V2V)的连结 通过车辆间相互沟通协助,以防止交通事故的发生,进而减少车祸伤亡。 2、车与路侧(V2R)、基础建设(V2I)的连结 可提供车主实时性与区域性的路况信息,促进旅程便捷快速。 3、车与其他智能型装置/系统的链接 串连其他用户系统,提供实时不间断的服务,让乘车环境与旅程更为安全舒适。 目前配置车联网的新车数量逐渐增加,但多数应用服务仅是与车厂的后台系统取得联系以寻求帮助,或是在驾驶过程中提供导航和各种语音服务;但若涉及到更高层次,如与安全驾驶有关的应用功能则尚不多见。 WAVE/DSRC将成新车标准配备 有关车与车之间的沟通,美国计划采取汽车专用短距离通讯(Dedicated Short Range Communications,DSRC)技术来实现。NHTSA虽然未明确表示将采用何种DSRC通讯技术,但就美国先前的研究开发与场域测试来看,其将采用的DSRC通讯技术应该是5.9GHz车用环境无线存取(WAVE)/DSRC,包含IEEE1609相关协议与IEEE802.11p的技术。 DSRC 的有效通讯距离为数百米,车辆通过DSRC以每秒十次的频率,向路上其他车辆发送位置、车速、方向等信息;当车辆接收到其他车辆所发出的信号,在必要时(例如马路转角有其他车辆驶出,或前方车辆突然紧急煞车、变换车道)车内装置会以闪烁信号、语音提醒或是座椅、方向盘震动等方式提醒驾驶人注意(图1)。   图1 车机通过DSRC,可提供驾驶人安全警示信息为此,通用汽车(GM)已为汽车座椅震动技术申请了专利,福特(Ford)也研发出方向盘震动技术,以配合将可能强制安装的车辆互连通讯系统。 此外,若交通管理号志等公路设施采用DSRC通讯技术,同样也能与路上的车辆对话,告知车辆驾驶人相关路况(如前方道路壅塞、施工、路面坑洞等信息),以便驾驶人提前改道或注意。 DSRC建立自动驾驶基础 美国密歇根交通局(MDOT)2011年在密执安州奥克兰郡做实车展示测试,在这次的实车展示测试中,有将近三千辆装有DSRC通讯装置的汽车、巴士、货车与摩托车参与,以进行V2V、V2I通讯效用的测试。 测试首先连结车辆与路口交通灯号控制设备的路侧装置,通过DSRC通讯技术,路口红绿灯号志将信号相位和时序(Signal Phaseand Timing,SPAT)信息传输给车辆,车辆再基于差分全球卫星定位系统(DGPS)/全球导航卫星系统(GNSS)做精准定位,依其行车信息(车速、前进方向、停止线距离)与环境信息(路段长度、道路速限),估算后提供车辆驾驶人行驶速度建议,以达成行车安全与效率并重之应用(图2)。   图2 通过DSRC广播SPaT信息示意图2014 年1月在美国举行的国际消费电子展(CES)上,福特、通用等汽车大厂纷纷展示出各自最先进的V2V沟通技术。据相关研发人员表示,这套系统的功能远大于车用雷达、红外线传输感应等技术,并将成为未来自动驾驶汽车的基础;且待该技术进到商业化阶段,新车安装此系统仅须支付100多美元的额外成本。 虽然DSRC受到了福特、通用、本田(Honda)、现代(Hyundai)、奔驰(Mercedes-Benz)、日产(Nissan)、丰田(Toyota)等众多汽车厂商支持,但美国运输部(The United States Department of Transportation,USDOT)官员表示,新技术至少须10年才可能广泛应用;另外,此项技术虽可望减少交通事故发生,但也可能引起侵犯个人隐私的争议。汽车自动化专家表示,通过DSRC系统,汽车厂商等相关机构将能了解车主一举一动,后续该技术在应用与法规制订上,仍值得观察。 除美国之外,欧洲国家及澳洲也着手研究与测试DSRC通讯技术,并开发新的应用领域;以葡萄牙来说,其利用五百多辆汽车及路侧单元(Road Side Unit,RSU),建构出涵盖整个城市的汽车网状网络(Vehicle Mesh Network),并作为港口码头管理系统的数据传递之用。 结合远程服务,车联网优化车辆管理 前述的DSRC联网汽车应用,主要通过互助式的行车安全警示及路况信息提供,达成减少车祸的发生与伤亡;设备上须有支持DSRC通讯功能的车机搭配政府布建的路侧单元;此外,还要仰赖政府订定法规来支持。 因当前多数车辆尚未配备有DSRC通讯功能的车机,政府亦未大量布建路侧单元,使各大车厂仅先着手于连结智能型手机、车机与3G/4G网络来提供自家的车联网服务,比如通用汽车的OnStar,及大众汽车(Volkswagen)的Car-Net(图3)。   图3 大众汽车提供的Car-Net服务以福斯汽车为例,目前已在部分车种上配备Car-Net车联网服务,其服务大致可分为远程车辆存取(Remote Vehicle Access)、安全守护(Safe & Secure)、家人监护(Family Guardian)、诊断维护(Diagnostics & Maintenance)等几类。 在「安全守护」方面,发生交通碰撞事故时,一旦车内的安全气囊充气弹出,车辆马上会自动联机到服务中心,由客服人员立即通知相关救护单位前往救援;又当车辆故障须要协助时,车主只须按下车内紧急通话按钮,即可联机服务中心,获得适当的协助;而当车辆失窃时,亦可通过服务中心得知车辆目前位置,并持续追踪车辆行径,尽速协助车主寻回爱车(图4)。[!--empirenews.page--]   图4 安全守护应用示意图若车主将车辆借予亲友、家人使用时(比如父母将车借给子女),可以设定车辆速度警(Speed Alert)与边境范围警示(BoundaryAlert),持续追踪车辆的行为;当家人超速开车或超出边境范围,车辆会对车主发出警示通知,让车主联系开车的家人注意安全,以达到「家人监护」功能(图5)。   图5 家人监护服务示意图有时车主停车后却忘了将车钥匙带下车,因而无法开启车门,此时车主就能通过智能型手机开启车门;又或是下车离开后,却忘了车门、车灯是否关上,此时车主在他处即可通过智能型手机来检查车辆的油量、车门、车灯、引擎盖、后行李箱等车况状态,亦可通过智能型手机查询最后停放的位置,甚至是操控喇叭、开闪光灯等「远程车辆存取」功能(图6)。   图6 手机可通过远程车辆存取服务查询车况在「诊断维护」服务方面,车主通过该系统得以查询维修保养厂位置,并在线预约保养维修时间,亦可通过系统做车辆远程诊断,系统将以电子邮件定期传送诊断报告给车主,确保行车安全(图7)。   图7 远程诊断维护示意图编后语 V2V模式可以让汽车减少事故发生率,这个比单纯使用传感器、雷达和摄像头会更有效。但使用5.9GHz和使用wifi道理是一样的,都会有干扰。在15年有关于此类技术被国外某组织发文声讨过,其大意表示该技术非常适用于未来驾驶,但干扰问题目前无法避免。保持 5.9GHz 频段不受干扰是车辆通讯时一个至关重要的环节,汽车制造商协会认为,只有当证明在 V2V、V2I 系统通讯不会受干扰时,这个频段才可以被允许开放使用。 其实早在1999年,5.9GHz 频段就被联邦通信委员会(FCC)分配用来保障公共交通安全。因此这个频段其实并没有被联邦政府保留,而是一直都作为部署智能交通的一项技术。 而对于汽车制造商来说,他们有以下观点: 1. 车厂、大学、政府在合作开发 V2V、V2I(vehicle-to-infrastructure)技术,这可以让我们所谓的“互联汽车”有专用的频段来进行瞬时或持续的通讯。 汽车工业一直都计划为 V2V 和 V2I 使用一个相对小众、有价值、高效的频段,并且创造能够协调千万量级的车辆运行的系统。 2.汽车行业可以支持频段的有效利用,并且会测试5.9GHz 频段是否可以在未经授权的用户之间安全的共享。 3.美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)估计,V2V 和 V2I 技术可以减少高达80%的交通事故伤亡。 4.互联汽车可以减少交通拥堵,节省乘客的时间和金钱,同时也可以减少车辆怠速时排出的尾气。 再有,从上文我们可以知道DSRC必须配有两样东西,定位的GPS和具有提示和显示功能的车机。之前我们有发过“上帝视角”的问题,V2I(汽车对基础建设)使用周边的建设可以弥补GPS在高楼密集地或者地下通道等问题。 因现在的定位技术及时在空旷地方定位也会相差5~6米距离,放在马路上就会有3条车道的距离,根据各种交通意外来判断,很多交通意外还是近距离的磕磕碰碰,这个时候还是需要毫米波雷达、红外和摄像头来解决近距离问题,所以有多种技术给汽车做安全铺垫是一定会大大减少意外发生,提高生存几率。

    时间:2016-07-17 关键词: 自动驾驶 dsrc 短距离通

  • 专用短程通信(DSRC)技术在ITS中的应用

    1.前言     智能运输系统(Intelligent Transport System, 简称ITS)是将先进的信息技术,通信技术,传感器技术等有效地运用于交通运输管理体系,建立起一种实时、准确、高效的综合运输和管理系统[1]。     专用短程通信(Dedicated Short Range Communication,简称DSRC[2])技术是ITS的基础之一。DSRC能提供高速的数据传输,并且能保证通信链路的低延时,保证系统的可靠性,是专门用于车辆通信的技术。DSRC技术是一种无线通信系统,它负责在车-路以及车-车之间建立信息双向传输。由于DSRC的重要性,业界成立了很多联盟,如Network on Wheels、Vehicle Safety Communication Consortium(VSCC)、DSRC Industry Consortium和CAR 2 Communication Consortium等来推进DSRC的技术研究与市场化进程。     世界上各大汽车企业都已开始研究DSRC技术。 如Daimler Chrysler已经开发出DSRC的原型系统。丰田汽车的子公司丰田IT开发中心近日发表了同时使用5.8GHz频带DSRC和700MHz频带UHF的路车间通信技术,并已通过实验。通用,本田等公司也开始了DSRC的研究工作。冲电气工业(OKI)已经试制出全球首例采用DSRC技术的“安全手机”。该手机利用DSRC技术向周边车辆告知持机人的位置,同时接受车辆的位置信息,以此来消除交通中的安全隐患。大力发展我国的DSRC技术,有利于将来在车载通信领域与国际汽车巨头一争高低。  2.DSRC的标准化进程      目前,国际上几大标准化组织都开展了制定DSRC标准的工作。以美国ASTM/IEEE, 日本的ISO/TC204和CEN/TC278标准体系为代表。     早在1992年,美国ASTM就开始发展DSRC技术,主要针对ETC技术,采用915MHz频段。2002年ASTM通过E2213-02作为DSRC标准,采用5.9GHz,2003年通过改进版本E2213-03。该版本以IEEE802.11标准为基础[3],提出一系列的改进来适应车载环境的通信需求。从2004年开始美国的DSRC标准化工作转入IEEE802.11p与1609工作组进行,该系列兼容ASTM标准,该标准的最终版本是在IEEE 802.11上做部分修正,主要目的是让它可以应用于高速移动的环境。目前IEEE 1609系列标准已经通过试用版本,主要是DSRC的上层标准。而针对下层关键技术的IEEE802.11p还未发布正式版本。     日本的DSRC标准由TC204委员会承担,已经完成标准的制定工作。而TC204通过决议支持最终的IEEE 802.11p版本。      欧洲早在1994年就由CEN/TC278开始了DSRC标准的起草。于1997年“5.8GHz DSRC物理层和数据链路层”标准获得通过。但是欧洲的标准与美国采用的制式,频段和调制方式等都不同。     由于各国的标准不同,未来DSRC的标准走向还有待观察,有关人士预测未来可能在底层允许多种标准的存在,而采用统一的应用层协议。  3.DSRC技术的应用      在采用DSRC技术的系统中,车子上装备有OBU,相当于移动终端。并且OBU有比较强的数据处理能力,可以满足DSRC的特定需要。在路边部署了被称为路边单元的RSU,与OBU相比除了具有基本通信功能外还拥有一定的管理功能并且接入后备网络。车载DSRC系统包括车-路(V2R)通信和车-车(V2V)通信两种形式[4]:车-路通信是车辆与路边基础设施的通信,属于移动节点与固定节点的通信,采用基于一跳的Ad Hoc网络模型;车-车通信是车辆间通信,采用基于多跳的Ad Hoc网络模型[5]。两种通信方式被应用于不同领域。3.1车-路通信图1. DSRC在车-路通信中的应用    车-路通信主要面向非安全性应用,以ETC系统为代表。它是一种应用于公路,大桥和隧道的电子自动收费系统。车辆经过特定的ETC车道,通过车载OBU与路侧RSU的通信,不需停车和收费人员采取任何操作的情况下,能自动完成收费过程。ETC系统能大大提高高速公路的通行能力,提高服务水平,简化收费过程,节约成本,符合我国的发展现状。      除了已经比较成熟的ETC系统外,如图1所示基于车-路通信的DSRC应用还可以用在电子地图的下载和交通调度等。路边的RSU接入后备网络与当地的交通信息网或因特网相连,通过OBU与RSU的通信来获得电子地图和路况信息等,从而可以选择最优路线,能够缓解交通拥堵等。  3.2车-车通信      车-车通信方式主要用于车辆的主动安全方面。据世卫组织统计全球每年有120多万人死于交通事故,每年交通事故造成的经济损失高达5180亿美元。将DSRC技术应用于交通安全领域,能够提高交通的安全系数,作用是减少交通事故,降低直接和非直接的经济损失,以及减少地面交通网络的拥塞。  图2. DSRC在车-车通信中的应用    如图2中表示,当前面车辆检测到障碍物或车祸等情况时,它将向后发送碰撞警告信息,提醒后面的车辆潜在的危险[6]。另一情形为,在路边紧急停车的车辆向靠近自己的车发送警告消息,提醒它们不要进入危险区域。车-车通信的应用还包括转弯速度控制、车队管理和安全超车等。  4.DSRC与WiMAX技术结合      未来的智能交通通信系统将会是一个统一的信息交互平台,除了提供交通和安全信息实时交互以外,还包括内容丰富的定制信息服务,如获取娱乐和资讯信息,实现因特网接入等。     DSRC技术在汽车的主动安全等方面有着得天独厚的优势,但如果在未来的DSRC基础设施布网方面完全采用由路边单元RSU来提供宽带接入功能,那将会引起网络的重复建设。近年来得到各方重视并正在推广的WiMAX技术则能够提供宽带接入的解决方案。目前DSRC还处于试验阶段,还需要数年才会走向市场。而WiMAX等3G/B3G技术的发展会大大超前DSRC,因此采用DSRC与3G/B3G技术的融合是明智的。     随着WiMAX等宽带无线接入技术的飞速发展,在越来越多的热点地区已经能够实现因特网的宽带无线接入,但是目前还是依赖于有线安装与固定装置,对于移动车辆还是盲点。而DSRC能提供高速的数据传输,并且能保证通信的低延时和低干扰,保证系统的可靠性[7],是蜂窝网络的一种补充。并且很重要的是,DSRC网络是由汽车厂商主导的,因此应将网络设备尽可能的部署在车辆上。WiMAX的无线中继技术[8]为在高频段实现宽带无线接入提供了一种具有高性价比的解决方案,能提供更好的通信质量,同时还能实现对无线资源的二级调度,在改善网络覆盖质量的同时,提升系统容量,提高资源利用率。可以采用移动中继技术实现DSRC与WiMAX的结合。同济大学在DSRC方面的研究起步较早,在国内最早提出了采用移动中继技术融合DSRC,如图3所示,通过移动中继站接入当前服务小区的接入点,并由此接入基础设施网络。携带中继站的车辆能为车内用户提供高速、可靠的公网连接,提供大容量的通信并保证通信质量。车内用户无须直接连接基站,只要通过车载移动中继站就可以进行高速的上传、下载。而车辆间通信是局域联网,是通过DSRC自组织的方式实现,为车间通信提供了高可靠性的连接和数据传输,实现安全性应用,而未装备移动中继的车辆可以通过DSRC网络实现资源共享。  图3. DSRC与基于移动中继的WiMAX的结合5.总结      在不久的未来DSRC技术必将在ITS领域发挥重要的作用,并与车辆导航等先进技术结合在一起,成为车辆主动安全的重要基础,交通出行将会越来越安全。而通过DSRC与WiMAX等3G/B3G技术结合,汽车将成为一个随时随地都能接入无线网络的信息平台将能够实现稳定、快速、可靠的信息接入。 

    时间:2009-12-22 关键词: 中的应用 dsrc its 短程通信

  • 基于DSRC的车载通信平台设计

    开展基于DSRC技术研究旨在提供一套先进的手段和科学的方法,能全方位地控制,有效地进行车辆和驾驶员辅助和交通管理,及时检测发现异常,减少交通事故的发生,提高驾驶和交通运输的安全性。基于DSRC的车辆主动安全技术专用短程通信(DSRC)技术是ITS的基础之一。DSRC系统包括车-路(V2R)通信和车-车(V2V)通信两种形式:车-路通信是车辆与路边基础设施的通信,属于移动节点与固定节点的通信,采用基于一跳的Ad Hoc网络模型;车-车通信是车辆间通信,采用基于多跳的Ad Hoc网络模型。两种通信方式被应用于不同领域。1 车-路通信车-路通信主要面向非安全性应用,以ETC系统为代表。车辆经过特定的ETC车道,通过车载OBU与路边RSU的通信,不需停车和收费人员采取任何操作的情况下,能自动完成收费过程。除此之外,如图1所示基于车-路通信的DSRC应用还可以用在电子地图的下载和交通调度等。路边的RSU接入后备网络与当地的交通信息网或因特网相连,通过OBU与RSU的通信来获得电子地图和路况信息等,从而可以选择最优路线,能够缓解交通拥堵等。图1 DSRC在车-路通信中的应用2 车-车通信车-车通信方式主要用于车辆的公共安全方面。将DSRC技术应用于交通安全领域,能够提高交通的安全系数,作用是减少交通事故,降低直接和非直接的经济损失,以及减少地面交通网络的拥塞。如图2中所示,当前面车辆检测到障碍物或车祸等情况时,它将向后发送碰撞警告信息,提醒后面的车辆潜在的危险。图2 DSRC在车-车通信中的应用DSRC系统网络仿真研究为了分析基于DSRC的车载无线通信系统的网络性能,可以采用仿真的方法。仿真采用同济大学嘉定校区交通地图,如图3所示。假设车辆在交通道路地图上发生碰撞,发出碰撞紧急消息,收到消息的车辆解读消息,对自身车辆进行控制,且将消息继续向周围发送,传递给其他相关的车辆。仿真通过MOVE软件,结合NS-2来实现。通过仿真可以得到,DSRC系统数据传输延时低于50ms,满足车载环境对延时的需求。为了达到系统性能的最佳,通过仿真得出结论,在两车相对速度较小的情况下,系统性能达到最佳,同时设置数据包的大小为200字节,系统的传输延时和吞吐量达到最佳平衡,实现传输性能的最佳特性。图3 DSRC的车载无线通信系统仿真场景车载通信平台设计车载通信平台的建立是对DSRC技术的初步探索与尝试,由OBU和RSU组成,图4是车间通信平台的示意图,当车辆驶入RSU的服务范围,OBU就可以与RSU进行通信,了解到当前道路的信息、交叉口的视频信息和交通信号灯的状态,OBU还可以通过相互通信,获取周围车辆的位置和速度,以此判断是否会相互碰撞,并为预防事故发生警告驾驶员。图4 车间通信场景图由于车内空间狭小,通信时延要求较高,车间通信对于车载设备的可靠性和实时性提出了更高的要求,本文考虑DSRC应用场景,为嵌入式车载通信提供了解决方案。与通用型计算机平台相比,DSRC嵌入式平台除了具有功耗低、占用空间小等特点此还具有以下特性。● 稳定性除了需要满足安全消息的传输的高可靠性外,在实际电路中还需要减少毛刺和干扰,使系统在车内和室外环境下仍能保持稳定高效地工作。● 实时性车间通信系统中对于安全消息传输的实时性需要小于50ms,这对于硬件芯片的处理速度和软件程序的运行效率都提出了更高的要求。● 通用性车间通信系统分为路边单元和车载单元两部分,不同厂商的设备需要进行互联,所以在硬件设计和软件协议上需要考虑设备之间的兼容。车载硬件平台系统如图5所示。无线收发模块会发送或者接收车-车或车-路通信的数据包,通过车载处理器处理后将安全或者非安全信息显示于用户界面上,如果是安全消息则还会触发音频警报向驾驶员预警。此外,GPS单元将获得的地理位置信息由车载处理器生成安全消息通过无线收发模块发送给邻近车辆。图5 车载硬件平台总体框架图无线收发模块负责按照相应的数据格式接收和发送数据,其结构如图6所示。整体上无线收发模块由两部分组成:射频处理单元以及基带/MAC处理单元。GPS模块通过串口按一定的格式输出当前车辆的经度、纬度以及差分后的速度信息,车载处理器将会对从无线收发模块和GPS模块接收到的当前车辆的位置和速度信息进行处理和预测,判断是否会发生碰撞危险。图6 无线收发模块结构图车载处理器选择具有较高数据处理能力以及较低功耗的PXA270,PXA270处理器是基于Intel XScale架构的处理芯片,集成了存储单元控制器、时钟和电源控制器、DMA控制器、LCD控制器、AC97控制器等外围控制器,可以实现丰富的外围接口功能。PXA270采用ARM内核,内置了Intel的无线MMX技术,能够显著地提升处理性能,适用于车载信息处理。图7为车载处理器结构图,存储芯片采用两片型号为HYB25L256160AF的64MB SDRAM和一片型号为K9F5608U0B-YCB0的32MB Flash。图7 车载处理器结构图对于车载单元而言,一个可裁剪、低资源占用、低功耗并同时满足实时性和多任务同时处理的需求的操作系统是必需的。在众多的操作系统中,嵌入式Linux操作系统是比较合适的选择。图8提供了车载单元的软件设计整体架构,共分为五个模块:视频传输模块、数据传输模块、数据融合处理模块、GPS信息获取模块以及用户界面模块。图8 DSRC车载单元的软件架构GPS信息获取模块通过串口接收来自GPS模块的数据,用户界面模块用于显示车辆当前状态信息,如果需要,则通过音频报警,提示驾驶员注意当前状况。视频和数据传输模块用于接收和发送数据包,接收到的数据包首先判断数据包的类型,如果是视频数据则将其拼接成一个完整的压缩帧,如果是非视频数据则将数据解包后直接交付数据处理模块进行处理。OBU通过数据包中的时间戳判断数据包是否过期,通过数据包中的顺序号判断视频数据是否发生丢包。视频传输中,将摄像头采集的数据通过MP4压缩再按照1024字节的大小进行传输,接收端如发生数据包的丢失则相应的丢弃一帧的数据。数据处理模块的作用为融合GPS信息获取模块、数据传输模块以及视频传输模块所获得的数据信息并根据本车的信息和周围车辆的位置信息,及时发出报警。其使用Xvid开源编解码函数库对接收到的视频数据进行MP4解码,并显示解码后的图像。表1为车间通信实验平台的总体性能指标。

    时间:2009-09-10 关键词: 平台设计 dsrc 车载通信

  • 基于DSRC的车载通信平台设计

    开展基于DSRC技术研究旨在提供一套先进的手段和科学的方法,能全方位地控制,有效地进行车辆和驾驶员辅助和交通管理,及时检测发现异常,减少交通事故的发生,提高驾驶和交通运输的安全性。基于DSRC的车辆主动安全技术专用短程通信(DSRC)技术是ITS的基础之一。DSRC系统包括车-路(V2R)通信和车-车(V2V)通信两种形式:车-路通信是车辆与路边基础设施的通信,属于移动节点与固定节点的通信,采用基于一跳的Ad Hoc网络模型;车-车通信是车辆间通信,采用基于多跳的Ad Hoc网络模型。两种通信方式被应用于不同领域。1 车-路通信车-路通信主要面向非安全性应用,以ETC系统为代表。车辆经过特定的ETC车道,通过车载OBU与路边RSU的通信,不需停车和收费人员采取任何操作的情况下,能自动完成收费过程。除此之外,如图1所示基于车-路通信的DSRC应用还可以用在电子地图的下载和交通调度等。路边的RSU接入后备网络与当地的交通信息网或因特网相连,通过OBU与RSU的通信来获得电子地图和路况信息等,从而可以选择最优路线,能够缓解交通拥堵等。图1 DSRC在车-路通信中的应用2 车-车通信车-车通信方式主要用于车辆的公共安全方面。将DSRC技术应用于交通安全领域,能够提高交通的安全系数,作用是减少交通事故,降低直接和非直接的经济损失,以及减少地面交通网络的拥塞。如图2中所示,当前面车辆检测到障碍物或车祸等情况时,它将向后发送碰撞警告信息,提醒后面的车辆潜在的危险。图2 DSRC在车-车通信中的应用DSRC系统网络仿真研究为了分析基于DSRC的车载无线通信系统的网络性能,可以采用仿真的方法。仿真采用同济大学嘉定校区交通地图,如图3所示。假设车辆在交通道路地图上发生碰撞,发出碰撞紧急消息,收到消息的车辆解读消息,对自身车辆进行控制,且将消息继续向周围发送,传递给其他相关的车辆。仿真通过MOVE软件,结合NS-2来实现。通过仿真可以得到,DSRC系统数据传输延时低于50ms,满足车载环境对延时的需求。为了达到系统性能的最佳,通过仿真得出结论,在两车相对速度较小的情况下,系统性能达到最佳,同时设置数据包的大小为200字节,系统的传输延时和吞吐量达到最佳平衡,实现传输性能的最佳特性。图3 DSRC的车载无线通信系统仿真场景车载通信平台设计车载通信平台的建立是对DSRC技术的初步探索与尝试,由OBU和RSU组成,图4是车间通信平台的示意图,当车辆驶入RSU的服务范围,OBU就可以与RSU进行通信,了解到当前道路的信息、交叉口的视频信息和交通信号灯的状态,OBU还可以通过相互通信,获取周围车辆的位置和速度,以此判断是否会相互碰撞,并为预防事故发生警告驾驶员。图4 车间通信场景图由于车内空间狭小,通信时延要求较高,车间通信对于车载设备的可靠性和实时性提出了更高的要求,本文考虑DSRC应用场景,为嵌入式车载通信提供了解决方案。与通用型计算机平台相比,DSRC嵌入式平台除了具有功耗低、占用空间小等特点此还具有以下特性。● 稳定性除了需要满足安全消息的传输的高可靠性外,在实际电路中还需要减少毛刺和干扰,使系统在车内和室外环境下仍能保持稳定高效地工作。● 实时性车间通信系统中对于安全消息传输的实时性需要小于50ms,这对于硬件芯片的处理速度和软件程序的运行效率都提出了更高的要求。[!--empirenews.page--]● 通用性车间通信系统分为路边单元和车载单元两部分,不同厂商的设备需要进行互联,所以在硬件设计和软件协议上需要考虑设备之间的兼容。车载硬件平台系统如图5所示。无线收发模块会发送或者接收车-车或车-路通信的数据包,通过车载处理器处理后将安全或者非安全信息显示于用户界面上,如果是安全消息则还会触发音频警报向驾驶员预警。此外,GPS单元将获得的地理位置信息由车载处理器生成安全消息通过无线收发模块发送给邻近车辆。图5 车载硬件平台总体框架图无线收发模块负责按照相应的数据格式接收和发送数据,其结构如图6所示。整体上无线收发模块由两部分组成:射频处理单元以及基带/MAC处理单元。GPS模块通过串口按一定的格式输出当前车辆的经度、纬度以及差分后的速度信息,车载处理器将会对从无线收发模块和GPS模块接收到的当前车辆的位置和速度信息进行处理和预测,判断是否会发生碰撞危险。图6 无线收发模块结构图车载处理器选择具有较高数据处理能力以及较低功耗的PXA270,PXA270处理器是基于Intel XScale架构的处理芯片,集成了存储单元控制器、时钟和电源控制器、DMA控制器、LCD控制器、AC97控制器等外围控制器,可以实现丰富的外围接口功能。PXA270采用ARM内核,内置了Intel的无线MMX技术,能够显著地提升处理性能,适用于车载信息处理。图7为车载处理器结构图,存储芯片采用两片型号为HYB25L256160AF的64MB SDRAM和一片型号为K9F5608U0B-YCB0的32MB Flash。图7 车载处理器结构图对于车载单元而言,一个可裁剪、低资源占用、低功耗并同时满足实时性和多任务同时处理的需求的操作系统是必需的。在众多的操作系统中,嵌入式Linux操作系统是比较合适的选择。图8提供了车载单元的软件设计整体架构,共分为五个模块:视频传输模块、数据传输模块、数据融合处理模块、GPS信息获取模块以及用户界面模块。图8 DSRC车载单元的软件架构GPS信息获取模块通过串口接收来自GPS模块的数据,用户界面模块用于显示车辆当前状态信息,如果需要,则通过音频报警,提示驾驶员注意当前状况。视频和数据传输模块用于接收和发送数据包,接收到的数据包首先判断数据包的类型,如果是视频数据则将其拼接成一个完整的压缩帧,如果是非视频数据则将数据解包后直接交付数据处理模块进行处理。OBU通过数据包中的时间戳判断数据包是否过期,通过数据包中的顺序号判断视频数据是否发生丢包。视频传输中,将摄像头采集的数据通过MP4压缩再按照1024字节的大小进行传输,接收端如发生数据包的丢失则相应的丢弃一帧的数据。数据处理模块的作用为融合GPS信息获取模块、数据传输模块以及视频传输模块所获得的数据信息并根据本车的信息和周围车辆的位置信息,及时发出报警。其使用Xvid开源编解码函数库对接收到的视频数据进行MP4解码,并显示解码后的图像。表1为车间通信实验平台的总体性能指标。

    时间:2009-09-07 关键词: Linux dsrc 车载通

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