智能网联汽车技术与应用 课件 第7章 智能网联汽车网络技术

第7章智能网联汽车网络技术7.1智能网联汽车网络技术概述智能网联汽车系统中的网络包括三种网络，即车载网络，车载自组织网络以及车载移动互联网络。车载自组织网络（VehicularAdhocNetworks，VANET）是一种无线自组网络（Ad-hocNetwork），其主要特点是网络通信以点对点（P2P）方式为主，没有或仅有少量控制节点。7.2车载自组网络的特点车载自组织网络（VehicularAd-hocNetworks，VANET）是移动自组织网络在交通运输领域的一个具体应用，它的基本通信节点是由移动的智能车辆构成，并通过新型的多跳无线移动通信技术自组形成网络。网络节点可以通过发布自己的交通状态、广播或转发安全相关的消息等，提高车辆获取和感知信息的能力。VANET主要包括了路边基础设施和具备通信能力的车辆，根据通信节点身份的不同，可以分为多种类型的通信方式，其中最关键的两种通信方式分别是车辆与路边基础设施(Vehicle-to-Infrastructure，V2I)通信和车辆间(Vehicle-to-Vehicle，V2V)通信。V2I通信是车辆和路边基础设施之间的通信，路边基础设施包括RSU、红绿灯和交通摄像头等。7.2车载自组网络的特点车联网虽然是无线自组网的一种，但它有其自身的特点，如其节点一般快速移动，造成其网络拓扑高频率动态变化；同时其节点分布可能会极度不均匀，在十字路口等繁华路段，节点密度很大，而在边远地区，节点密度又很小。7.7.3车载自组网的系统结构VANET系统结构更适合采用两层网络模型，主要包括管理层和应用层两部分。管理层由证书授权中心（CertificateAuthority，CA）和交通管理中心（TrafficManagementCenter，TMC）组成，它们经过有线或无线信道与路边单元（RoadsideUnit，RSU）进行通信。应用层由RSU和车辆组成，它们经过无线DSRC信道进行相互通信，通信类型主要包括V2V通信和V2I通信。7.3车载自组网的系统结构

（1）CACA是一个可信的第三方机构，负责所有RSU和车辆的注册及其证书的分配、管理和身份信息的维护。（2）TMCTMC（交通管理中心）是官方的交通管理部门，主要负责收集和分析交通数据，实时监控交通状况，并据此进行交通违法查处、紧急事故处理和交通拥堵疏导等工作。（3）RSURSU（路边单元）是固定在路边的基础设施，通过线路与管理层进行连接。（4）车辆车辆是VANET中最基本的节点单元，它安装有中央处理器、存储器、传感器、车载单元（OnboardUnit，OBU）、GPS定位系统和防篡改装置（Tamper-ProofDevice，TPD）等部件。7.4车载自组网络的通信类型与协议通信类型在VANET中，安装了无线网络接口的车辆可以与其他车辆和RSU进行直接通信。在VANET中有V2V通信，V2I通信，车内通信（Intra-Vehicle）和车-宽带云通信（Vehicle-to-Broadbandcloud，V2B）四种类型。7.4车载自组网络的通信类型与协议通信协议目前，IEEE制定的车载环境的无线访问（WirelessAccessinVehicularEnvironment，WAVE）系列标准被认为是最优秀的车联网技术，它主要用于车辆环境下节点之间的相互协调和安全通信。WAVE协议栈主要由IEEE1609和IEEE802.11p两部分组成。7.4车载自组网络的通信类型与协议通信协议IEEE1609协议簇为WAVE定义了一系列服务和接口的结构和标准集，实现了在车辆环境中高速短距和低延迟情况下的安全无线通信和物理访问。

WAVE使用的是5.9GHz频带，75MHz的带宽按照10MHz带宽划分为7个操作信道。

7.5VANET实验仿真工具SUMOSUMO是一款开源的微观道路交通仿真软件，可以进行大范围的路网仿真。它支持车辆自由移动、不同的车辆类型，单车路由，多车道街道，基于连接的道路规则，多层次连接类型，开放的图形界面接口和动态路由等。7.5VANET实验仿真工具VanetMobiSimVanetMobiSim是CanuMobiSim软件的一个扩展，主要关注在宏观和微观情况下的车辆的移动，并具有真实的车辆运动模型。7.5VANET实验仿真工具MOVEMOVE仿真器可以为VANET快速产生真实的移动模型，它是建立在SUMO的上层。MOVE的输出内容为移动路径文件，包含了真实的车辆移动信息，并且可以直接应用到其他网络仿真器中。7.5VANET实验仿真工具NS-2仿真器NS-2是由加州大学伯克利分校VINT项目组开发的一款离散事件网络仿真器。是一款完全免费的软件，具有开放的体系结构，并有大量的协议库支持。7.5VANET实验仿真工具NS-3仿真器NS-3是面向对象的离散事件网络仿真器。它并不是NS-2仿真器的扩展，而是一个极具特色的新型网络仿真器，它不支持NS-2的API。NS-3使用C++模块化元件和描述拓扑。7.5VANET实验仿真工具OMNeT++仿真器OMNET++是一款开源的、基于组件模块化的开放网络仿真平台，具备完善的图形界面接口和可嵌入的仿真内核。OMNeT++用户可以轻松地定义网络拓扑结构，还具备编程调试和跟踪支持等多项功能。7.5VANET实验仿真工具Veins仿真器Veins仿真器一款可以进行网络通信的车辆移动仿真器：通过扩展SUMO与OMNeT++进行耦合，使它们可以通过TCP连接进行通信。Veins通过专门的管理模块同步两种仿真器。7.5VANET实验仿真工具TraNS仿真器TraNS是一个整合了交通和网络仿真的图形工具，为VANET产生较真实的仿真。它提供了一个SUMO与NS-2的通信接口，可以实现在VANET中的信息交换，从而通过网络仿真影响交通模型中车辆的行为。7.6车联网协议总结与现状分析目前智能网联汽车的网络协议现状是标准和协议不统一，车车通信方面的研究滞后。在车联网领域同时存在着多个标准和协议。基于LTE的标准具有高网络容量，高覆盖，更好的移动支持等优点，但在高网络负载情况下，延迟较大。WAVE与LTE两大协议群各有优缺点，由于互相借鉴，存在共同部分，但总体上难以兼容，这给车联网的发展设置了巨大障碍。智能网联车的研究和实践在车