DSRC技术在车路协调中的应用

DSRC在车路协调中的应用 王东柱 ITS中心 专用短程通信（DSRC）介绍 专用短程通信（Dedicated Short Range Communication，DSRC）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。 基于DSRC的车路协调安全预警基于DSRC的车路协调安全预警 交通标志识别交通标志识别 IR 信标信标 DSRC 车辆车辆 检测器检测器 交通信号灯交通信号灯 停牌停牌 穿越道路安全辅助穿越道路安全辅助 信号灯识别信号灯识别 汇报内容 ?美国Intellidrive与DSRC ?欧洲CVIS与DSRC ?日本Smartway与DSRC 汇报内容 ?美国Intellidrive与DSRC ?欧洲CVIS与DSRC ?日本Smartway与DSRC 2009年11月8日，美国交通部（DOT）发布了智能交通 系统战略计划：2010-2014，为未来五年该部的智能交 通系统（ITS）研究项目提供战略引导 战略研究计划的目标是利用无线通信建立一个全国性的、多模式的地面交通 系统，形成一个车辆、道路基础设施、乘客的便携式设备之间相互连接的交 通环境，最大程度地保障交通运输的安全性、灵活性和对环境的友好性 战略研究计划的目标是利用无线通信建立一个全国性的、多模式的地面交通 系统，形成一个车辆、道路基础设施、乘客的便携式设备之间相互连接的交 通环境，最大程度地保障交通运输的安全性、灵活性和对环境的友好性 IntelliDrive核心是一个在车-车(V2V)车-路 (V2I)或车-手持设备之间支持高速传送网 络，实现更安全、高效的应用。 IntelliDrive由原来的VII(Vehicle Infrastructure Integration）更名而来 IntelliDrive SM实现目标 ?安全性（Safety） IntelliDrive SM 将利用专用短程通信系统（专用短程通信系统（DSRC），实现车辆与），实现车辆与 车辆（车辆（V2V）、车辆与基础设施（）、车辆与基础设施（V2I）之间的通信）之间的通信，从而通过向 驾驶员提供建议或发出危机情况警告，提高驾驶员的情境感知能 力及减少或免除碰撞事件的发生； ?机动性（Mobility） IntelliDrive SM 将利用车辆与基础设施（V2I）及乘客无线设备发送 的匿名信息，向交通管理机构发送动态更新的有关实时交通、运 输和停放车辆的数据，从而更有效地管理交通系统和最大程度地 减少堵塞。IntelliDrive SM 也将使驾驶员根据实时信息改变他们的 行驶路线、驾驶的时间和方式以避免交通拥堵； ?对环境的友好性（Environment） IntelliDrive SM 环境研究将为交通管理者提供数据，使他们更好地 了解实时做出的交通管理决策可能产生的环境影响。 美国DSRC 用DSRC实现Intellidrive Make Intellidrive Happen With DSRC ?IntelliDriveSM由无线互连带来的一系列技术和应用 ?无线互连包括所有类型的车辆和车队、基础设施和 消费者的无线设备 ?采用DSRC进行车-车通信、车路-通信 Ray LaHood 美国运输部部长 2010年5月5日专用短程通信（DSRC）能够在 车-车、车-路之间传送实时信息和 数据，我们知道这个技术不仅可以 取得新的安全方面效益，而且为无 数商业应用建立创新平台。 Were fully commined to Dedicated Short Range Communications (DSRC), which delivers real-time information and data to-and between-vehicles. We know that this technology will not only archive new safety benefits, but also create a platform for innovations with countless commercial applications. 美国：ITS 通信标准 ?基础协议基础协议 ?DSRC一般泛指所有短距离的无线通讯技术，包含不同的技术和不同 的规格，但是用于交通上的5.9GHz DSRC在MAC与PHY的底层为 IEEE802.11p ?802.11p是IEEE在2003年以802.11a为基础所制定，又称为 WAVE(Wireless Access in the Vehicular Environment)，用在 5.9GHz DSRC系统中 ?1609协议：应用层协议 ?IEEE 1609. 1 : 资源管理 ?IEEE 1609.2 : 应用程序和管理信息安全加密 ?IEEE 1609.3 : 网络服务 ?IEEE 1609.4 : 通道协调 ?优点：优点：可用于高速移动、美国运输部以该标准构建基础建设。 美国5.9GHz DSRC应用总结 ?IntelliDrive专用频段5.9GHz：美国联邦通讯委员会(FCC)批准 DSRC 5.9GHz频段供安全性应用(V2V,V2I) ?其它应用可以使用5.9GHz DSRC ?ITS关键的安全性应用领域要求采用5.9GHz DSRC ?美国产业发展优先支持5.9GHz DSRC ?未来美国主要路段将布设23.5万个路侧设备，所有销往美国的车 辆都必须加装DSRC 5.9GHz车载设备 ?在5.8GHz应用上，美国起引领作用 ?欧洲随后采用5.9GHz ?日本随后采用5.8GHz 汇报内容 ?美国Intellidrive与DSRC ?欧洲CVIS与DSRC ?日本Smartway与DSRC 欧洲主要智能交通协作式项目 ?组织者: 菲亚特研究中心 ?总预算: 3800万 欧元 ?参与者: 51合作伙伴 12国家 ?侧重点: 安全 车车 低延迟5.9GHz DSRC ?组织者: Austria tech公司 ?总预算: 16,80万 欧元 ?参与者: 37 合作伙伴 - 14 国家 ?侧重点: 路侧 / 基础设施 ?组织者：欧洲智能交通协会（ ERTICO） ?总预算：4100万 欧元 ?参与者: 61 合作伙伴 - 12 国家 ?侧重点: 效率 车-路 服务5.9GHz DSRC 欧洲CVIS ?欧盟所支持的大型ITS研究与发展项目 ?实现目标 ?开发标准化的网络终端以实现车开发标准化的网络终端以实现车-车、车车、车-基础设施之间的通讯基础设施之间的通讯； ?利用伽利略和其它一些先进技术，开发获取增强车辆位置信息和动 态地图信息的新技术； ?采用车载和路侧设备来检测事故、监控路网运行，强化基础设施与 交通流的合作； ?开发用于辅助驾驶、交通管理、移动信息服务、商务及货运管理的 合作性应用系统。 ?该项目已在7个国家进行了许多大规模联合技术试验 CIVS通信架构 M5 DSRC IR GPS UMTS 基于基于基于基于CALMCALM的架构的架构的架构的架构 欧洲项目中DSRC应用总结 ?通信范围 ?车-车通信 5.9GHz 全向天线 : 超过400米 ?车-路通信 5.9GHz 全向天线 : 超过400米 ?车-路通信 5.9GHz 定向天线 : 超过600米 ?说明 ?5.9GHz 5.9GHz 直线传播较好，在转弯处大于20米时，不能正常工作 ?上述范围值是在最佳状态下. 通常情况下只有最佳状态的30-50% 400m 600m 600m 600m 600m 400m 400m400m 欧洲项目中DSRC应用结论： ? 5.9GHz是虽然未来发展的方向，但是5.8GHz DSRC更有效益，例如 在收费上的应用； ? 5.9GHz和2G/3G无线通信技术配合使用是必要的。 汇报内容 ?美国Intellidrive与DSRC ?欧洲CVIS与DSRC ?日本Smartway与DSRC 日本Smartway（2004-2010） 日本Smartway计划 ?政府与23家企业共同发起 ?发展重点：整合日本各项ITS功能（主要是 VICS和ETC）及建立车载单元的共同平台，使 道路与车辆（车-路）能够由ITS通信双向传输 而成为智能道路和智能车辆 ?计划在2010年在全国普及。 日本Smartway概念和服务 日本Smartway进展 车辆导航系统和电子不停车收费系统（ETC）集成，一个终端设备实现多种功能. 这些服务在路侧安装的ITS点和车载导航系统之间实现高速和大容量通信（5.8GHz DSRC），接收路侧ITS点传送的各种服务 高速和大容量通信（5.8GHz DSRC）实现例如交通信息服务或图像服务等的多种服务 用于接收路侧ITS点信息服务的车辆导航 系统已经在2009年10月推出 路侧ITS点在全国布设 (大约1,600 路侧设备安 装在主要的高速公路上 ITS点 (路侧设备)车载导航系统接收路侧信息 高速和大容量通信高速和大容量通信 (DSRC) 日本Smartway进展设备布设 凡例 提供箇所 凡例 提供箇所 : 投入使用2010财政年度开始服务 第三京浜道路 東京湾 東京湾 入谷 中央環状品川 線 戸越 池尻 高井戸 熊野町JCT 板橋JCT 美女木JCT 堀切JCT 谷河内 小菅JCT 江北JCT 箱崎JCT 辰巳JCT 葛西JCT 台場 晴海線 有明JCT 大井JCT 東海JCT 白金本線 昭和島JCT 空港中央 殿町川崎縦貫線 横浜環状北線 中央環状新宿線 本木 両国JCT 号線 江戸橋JCT 川崎浮島JCT 富士見 青葉台 西新宿 鈴森 戸田西IC 和光北IC 和光IC 港北IC 玉川IC 京浜川崎 IC 泉JCT 大泉IC 東京IC 用賀IC 川崎箱JC 神田 JC 竹 JC 5 池袋 3 渋谷 2 目黒 1 羽田 江戸橋JCT 三宅坂JCT 谷町JCT 一橋JCT 浜崎橋JCT 都心環状線 5号池袋線 3号渋谷線 2号目黒線 1号羽田線 1号線 大约 1,600个路侧设备安装在全国主要的高速公路上 大约 50 个路侧设备安装在高速公路服务区 路侧点没10-15公里安装一个，包括城市内高速公路节点，城市高速公路每4公里安装一个 韩国无人自动驾驶项目 ?无人驾驶车辆通过传感器实现自动驾驶，可以自动对前方障碍物 进行停车和避让，自动安照指令U型掉头，可以和信号灯通信实 现红灯停、绿灯行，具有车道偏离检测，自动保持车道位置行驶。 无人驾驶中使用的无人驾驶中使用的DSRC技术技术 ?车路通信（V2I）技术 ?信号灯通行预警DSRC技术技术 ?雷达探测和车道偏离预警系统LDWS ?交叉口安全服务DSRC技术技术 ?行人预警服务DSRC技术技术 ?交通信息服务 ?CCTV视频监控服务（图片）DSRC技术技术 ?交通信息服务DSRC技术技术 ?路径规划信息 ?车辆自动驾驶 ?行人障碍物预警服务-雷达传感，DSRC技术技术 ?车道偏离预警服务-DGPS和GIS DSRC技术优势分析 ?DSRC适合城区环境下的可靠通信 ?目前2.4GHZ和5GHZ频段的广播、终端、热 点越来越多，干扰会越来越严重，表现出来 为通信质量时好时坏，通信时延时长时短。 对高速移动中的车辆而言，一两次的干扰可 能就失去了通信机会，导致数据交互失败。 干扰源分析 ?汽车干扰。目前车辆采用2.4GHZ作为车内移动感应和告警频率。 该信号为持续广播，对2.4GHZ的干扰严重。 ?蓝牙设备。蓝牙设备工作在2.4 - 2.4835 GHz，它将信道分为 79个1MHZ带宽信道，每秒切换超过1600次，可能造成其他设 备的通信时延。 ?视频设备。基于模拟信号传送视频信号的设备发送增益和功率 均较大，而且为连续不间断发送，对2.4GHZ频段存在较大干扰 ?无绳电话。为防止窃听，往往采用跳频技术，导致整个频段均 可能被干扰 ?WIFI/ZIGBEE设备。工作在2.4GHZ频段，与上述设备均存在干 扰。 ?微波炉。微波炉以极强功率发射2.4GHZ信号，对该频段影响 大，对车地通信可能影响较小。 ?采用采用5.8GHZ专 用频段的 专 用频段的DSRC通 信，消除了同频 干扰现象，能够 保证高速移动中 的通信效果 通 信，消除了同频 干扰现象，能够 保证高速移动中 的通信效果 ?DSRC是唯一目前可见的满足智能交通实时、定点通信 的技术。从标准上提供了快速通信用的控制信道，省 去了建链时间。在各层协议上，提供了多种实时通信 接口，从而满足高速移动下的定点通信需求。 ?DSRC有利于高速移动车辆的通信效率提升，DSRC协 议在物理层协议上，采用较高的频率（5.8GHZ）和较 窄的信道（以10MHZ为单位切分信道），可以有效减 少车辆高速移动时带来的多路径效应和多普勒效应带 来的通信效率下降，更适合于高速移动中的车辆通信。 通信技术延迟时间比较 Active Safety Latency Requirements (secs) Traffic Signal Violation warning0.1 Curve Speed Warning1 Emergency Electronic Brake Lights0.1 Pre-Crash Sensing0.02 Cooperative Forward Collision Warning 0.1 Left Turn Assistant 0.1 Lane Change Warning0.1 Stop Sign Movement Assistance0.1 Note: Y-axis not to scale for illustration purposes Data source: Vehicle Safety Communications Project Final Report Latency (in seconds) Most Stringent latency requirement for Active Safety (.02 sec) Least stringent latency requirement for Active Safety ( 1 sec) Communications Technologies .02 5.0 1.0 2.0 3.0 10 20 40 60 4.0 WiFi 802.11 (3 5 secs) Terrestrial Digita