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异构车载网络的挑战和解决方案

江苏快3专家计划近年来,交通拥堵和交通事故以及交通工具带来的环境污染已经成为全球性问题。交通问题给人们带来巨大的财产和生命损失,据世界卫生组织报告,全球有超过1亿人死于交通事故,每年造成的经济损失高达5000亿美元。


此外,城市地区的交通拥堵降低了交通系统的效率,从而阻碍了经济增长。因此,当前交通系统的效率和安全性都有明显的改进空间。异构车载网络能很好的实现车与车、车与基础设施之间的信息交换,超过50%的受访消费者对车联网的想法非常感兴趣,其中22%的人愿意每月支付费用来购买增值服务。


专用短程通信技术和移动蜂窝网络用于车联网都有其自身的局限性,专用短程通信技术最初设计的思想用于短距离通信,而移动蜂窝网络不能满足车联网实时信息交换的需求,因此,将专用短程通信技术与蜂窝网络集成在一起的异构车载网络可以很好地支持智能交通系统(ITS)的通信需求。


DSRC和LTE技术


江苏快3专家计划车载网络两大路线分别是长期演进技术(LTE)和专用短程通信技术(DSRC)。


LTE对频率误差和时序误差更为敏感,在不精确的频率同步状态下,残留频率误差会导致载波差拍干扰。LTE的要求与用户的同步源有关。当用户使用不同的同步源时,比如锁定到不同的基站,同步的要求将无法满足,从而影响汽车彼此之间的通信性能。例如,信号在隧道、地下停车场和城市峡谷等位置有可能丢失,在没有可靠的信号情况下,用户不得不选择替代源实现同步,这会影响通信的可靠性。因此LTE很难满足ITS服务质量(QoS)的要求。


江苏快3专家计划DSRC通信系统由3部分组成,包括车载单元(OBU)、路侧单元(RSU)以及专用短距离无线通信协议。DSRC技术能为车与车之间、车与基础设施之间以及智能交通系统提供高速的无线通信服务,数据传输速率高,传输延时短。DSRC能支持车辆的公共安全和不停车收费系统,能提供高速的数据传输,并保证通信链路的低延时和低干扰,保证系统的可靠性。但是DSRC无法满足车流量大、交通事故高的场景。DSRC和LTE对比如表1所示。


异构车载网络的挑战和解决方案


总之,无论DSRC还是LTE都不能很好的满足ITS的QoS的要求,因此在结合DSRC和LTE优点的基础上提出了一个异构网络架构,很好的满足了车载网络的需要。


异构车载网络


异构车载网络架构由无线电接入网络(RAN),核心网络(CN)和服务中心(SC)构成。服务提供商通常可以通过服务中心向驾驶员提供各种服务,核心网络主要用于聚合,认证,切换等。


异构车载网络最大挑战就是支持不同网络的动态和实时组合,并允许运营商高效、方便、快捷的利用无线网络资源,因此在异构网络中增加了异构链路层(HLL),它工作在无线网络的MAC层的上层,实现统一管理,为更高层提供统一接口,并支持底层无线网络的接入。


在异构链路层中定义了无线网络资源的联合管理和不同网络之间的负载共享功能,有效的促进多个链路层的互通。异构链路层主要目标是实现网络资源的全局管理,并协调各种无线网络来满足服务质量(QoS)的要求。异构车载网络架构如图1所示。


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江苏快3专家计划DSRC和LTE各有其优缺点,在异构车载网络下,他们可以借助HLL功能来选择最优的通信技术,下面从两个例子来说明。


1城市交叉口情景


图2描述了城市交叉路口的安全驾驶案例,在这种情况下,DSRC用于车辆之间的通信,即V2V通信,而LTE用于提供车辆和eNB之间的连接,即V2I通讯。在这样的城市交叉路口,必须考虑以下情况安全驾驶:


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车辆和eNB之间的协作:行人和障碍物被车辆检测并报告给基站(eNB),eNB通过一些基于道路拓扑的和基于行为的移动性预测算法预测他们的移动性,将现有的交通路况广播到可能经过的车辆。


车辆之间的协作:前方车辆能够通知后面的车辆急停,从而避免了后端问题。此外,涉及车祸的车辆可以广播该事件,以防止进一步的碰撞。


江苏快3专家计划交通灯管理:可以智能地调整交通信号的持续时间,以通过高优先级的车辆,例如消防车和救护车。


2高速公路场景


在高速公路场景中如图3所示,车辆有随机行驶和同步行驶两种方式,彼此切换。


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随机行驶:在车辆随机行驶时,异构车载网络上的车辆数量很少,并且车辆之间的相互作用也少,车高速行驶导致网络拓扑快速变化,使得无线网络链路不可靠,这种情况下LTE比较有优势;然而在隧道中,车辆接收eNB的信号比较弱,这是DSRC比较有优势。


同步行驶:在车辆同步行驶时,车辆的密度很大,eNB广播消息就很多,当交通堵塞,车速比较低的时候,车与车直接的网络链路变得相对静止,这时DSRC比较有优势;在车辆密度比较大,相对静止的时候,DSRC把车辆形成一个集群,通过LTE把数据把集群头发给eNB,可以减少流量。

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