主导汽车V2X市场的V2V的标准和应用，车联网的标准之争

　　互连汽车设备市场主要由用户对车辆安全，对高级汽车的需求增加以及全球汽车电气化的立法所推动。在过去十年中，硬件和软件技术的进步导致能够将汽车相互连接起来。全球互连汽车设备市场预计从2016年到2021年将以16．3％的年均复合增长率增长，到2021年将达到571．5亿美元。另外也有预测称，2020年全球车联网市场规模将突破6140亿元（RMB），中国市场规模将达到2000亿元。无论从哪个角度来看互连汽车必将成为未来一个关键市场，其对人们的影响不亚于汽车刚诞生时所产生的影响。

　　汽车的通信对象可以有以下几种：

　　车对车（V2V）

　　车对基础设施（V2I）

　　车对行人（V2P）

　　其他（V2C，V2D，V2G）

　　业界把这些通信类型称为V2X（汽车到一切之间的通信）

　　

　　高通定义的互连汽车愿景

　　实现V2X通信的连接方式主要有以下两种：

　　专用短程通信（DSRC：Dedicated Short Range Communication）

　　长距离／蜂窝网络

　　预计在2017年至2022年期间V2V将主导汽车的V2X市场，而按照3GPP的规划进程基于蜂窝连接预计到2019年将商用化；

　　

　　V2V互动图

　　V2V通信是基于移动Ad Hoc网络的基本理论来实现的，移动Ad Hoc网络的基本原理如下图所示：

　　

　　移动Ad Hoc网络的基本原理

　　移动网络是支持普及计算的最重要技术之一，是车载自组织网络发展的基本技术。

　　通常，有两种不同的方法可以使无线移动单元之间的相互通信：基于基础设施的方式以及Ad hoc模式。

　　传统上，无线移动网络基于蜂窝概念，并且依赖于良好的基础设施架构支持，其中移动设备与连接到固定网络基础设施的接入点（或基站）进行通信。这种无线网络的典型例子有GSM，UMTS，WLL，WLAN等。

　　近年来，无线通信和手持设备的广泛使用激发了对不需要预先建立的基础设施的自组织网络（Ad hoc）的研究。这些自组织网络由协调传送信息的自治节点组成。通常这些节点同时作为终端系统和路由器。 Ad hoc网络可以细分为两类：静态和移动。在静态自组织网络中，一旦节点成为网络的一部分，节点的位置就不会改变。

　　在移动自组织网络中，系统可以任意移动。移动Ad Hoc网络通常称为MANET（Mobile Ad Hoc Network）。移动Ad Hoc网络为称为车辆Ad Hoc网络的车辆之间的连接创造了基础。它是MANET的一个变体，重要的差异在于移动节点是车辆。

　　

　　车载Ad Hoc网络，VANET

　　在这样的环境中，由于每个移动主机的无线传输的范围有限，一个移动主机可能需要使用其他主机的帮助来将数据信息转发到其目的地。

　　MANET是支持真正普适计算的通信技术的重要组成部分，因为在许多情况下，移动单元之间的信息交换不能依赖于任何固定的网络基础设施，而且无线连接需要快速配置。下一代移动通信将需要包括基于基础设施的无线网络和无基础设施的移动Ad Hoc网络（MANET）两种架构。

　　V2V标准

　　车载通信网络涉及到四种标准。 一个是IEEE 802．11标准机构目前正在制定一项新的修订版标准，IEEE 802．11p，以满足移动Ad Hoc网络的特殊应用要求。该标准称为在车辆环境中的无线接入（Wireless Access in Vehicular Environment）简称为WAVE。

　　1、IEEE 802．11p WAVE

　　如下图所示IEEE 802．11p WAVE只是与V2V操作的所有协议层相关的一组标准的一部分。 IEEE 802．11p标准受到IEEE 802．11范围的限制，而IEEE 802．11是严格按照MAC和PHY级别标准来分类的。

　　

　　V2V标准和通信栈

　　所以这里的第二个标准是与V2V操作概念相关的标准即IEEE 1609标准，该标准旨在与IEEE 802．11p一起工作。

　　第三个标准由汽车工程师协会（SAE：Society of Automotive Engineers ）开发。他们的J2735标准可以放在应用层中。它定义了用于V2V和V2I安全交换的消息集，数据帧和元素。

　　第四类标准是3GPP的Rel－14中制定的基于蜂窝网络的C－V2X标准；

　　

　　3GPP的Rel－14中制定了基于蜂窝网络的C－V2X标准

　　在上面的V2V标准中IEEE 802．11p WAVE标准化过程起源于美国专用短距离通信（DSRC：Dedicated Short Range Communications）包括其频谱的分配，以及定义DSRC频段所使用的技术。

　　1999年，美国联邦通信委员会（FCC）将5．9GHz的75MHz的专用短距离通信（DSRC）频谱分配给车对车和基础设施到车辆的通信。主要目标是使公共安全应用能够挽救生命并改善交通流量。FCC还允许在本领域提供私人服务来降低部署成本，并鼓励快速开发和采用DSRC技术和应用。

　　如图下图所示，DSRC 频谱被构造成七个10MHz宽的信道。信道178是控制信道（CCH），仅限于安全通信。频谱带两端的两个信道保留用于特殊用途。其余的是可用于安全和非安全使用的服务信道（SCH）。

　　

　　美国的DSRC频谱和频道

　　

　　全球DSRC的频谱分配情况

　　在美国，标准化DSRC无线电技术的最初努力一个美国测试和材料协会（ASTM：American Society for Testing and Materials）的工作组中进行。在2004年，由于DSRC无线电技术迁移到IEEE 802．11标准组中，因为两者的工作高度类似。 IEEE 802．11 DSRC被称为IEEE 802．11p WAVE。 IEEE 802．11p不是独立的标准。它旨在修改整个IEEE 802．11标准。

　　将DSRC无线电技术标准移动到IEEE 802．11领域的一个特殊含义是，现在WAVE完全旨在作为适用于世界其他地区以及美国的国际标准。IEEE 802．11p标准旨在：

　　描述满足WAVE要求的站点在快速变化的环境中运行所需的功能和服务，以交换消息。

　　定义由IEEE 802．11 MAC控制的WAVE信令技术和接口功能。

　　2、IEEE 1609

　　IEEE 1609系列标准定义了以下部分：

　　架构，

　　沟通模式，

　　管理架构，

　　安全机制和

　　在车辆环境中高速（＜27 Mb ／ s），短距离（＜1000m）和低延迟无线通信的物理访问。

　　这些标准定义的主要架构组件是车载单元（OBU：On Board Unit），路侧单元（RSU：Road Side Unit）和WAVE接口。

　　3、SAE J2735

　　与车辆通信相关的第三个重要标准是由汽车工程师协会（www．sae．org）维护的J2735专用短距离通信（DSRC）消息集词典（ Message Set Dictionary）。 该SAE标准规定了专门用于使用（DSRC ／ WAVE）通信系统的应用程序使用的消息集，其数据帧和数据元素。 因此这个标准的范围集中在DSRC的消息集和数据帧上。 这个标准还规定了确定的消息结构，并从根据DSRC标准执行消息的应用程序开发人员的角度提供了足够的背景信息，以便正确解释消息定义。

　　第四个标准即3GPP的基于蜂窝的C－V2X 标准以后在专门介绍；

　　V2V的应用

　　

　　V2V通信的应用场景

　　V2V通信有大量的应用场景，主要涉及提高驾驶安全性或者交通效率，并向司机提供信息或娱乐。

　　V2V应用实例

　　1、交通安全性

　　安全用例是当车辆进入适用于用例的场景时存在安全问题的情况。 以下安全应用与V2V通信有关：

　　进入交叉路口或离开高速公路的警告

　　危险位置警告：发现障碍物，报告事故

　　突然停止警告：向前碰撞警告，碰撞前感测或警告

　　变道警告／保持警告／协助

　　特权救护车，消防车和警车

　　等等；

　　

　　危险位置警告

　　

　　特权消防车

　　2、交通效率

　　交通效率应用场景是为了通过向运输网络的所有者或网络上的司机提供信息来提高运输网络的效率。

　　加强路线指导和导航

　　智能交叉口：自适应交通灯，自动交通路口控制，绿灯最优速度信息

　　

　　智能交叉口

　　3、信息娱乐和支付

　　电子支付应用可以方便支付，避免收费造成的拥塞，同时使定价更易于管理和灵活。

　　互联网服务

　　POI通知

　　收费

　　停车付款

　　4、其他应用

　　V2V通信系统可以支持当前可用的驾驶员辅助系统。 在广播车辆参数的帮助下，可以改善自适应巡航控制和停车导航功能。

　　

　　基于V2V的合作自适应巡航控制测试车。 （资料来源：丰田）

　　采用特殊的低成本路边机组（RSU），可以支持路标识别功能，提高可靠性。 在特殊情况下，它可以提供桥梁或隧道高度或门宽度的安全功能。

　　另一个重要的使用领域可能是警务和执法。 警方可以采用多种方式使用V2V通讯，如：

　　监视（例如发现被盗车辆）

　　速度测量

　　等等

　　总之V2V应用前景巨大，目前的正在进行白热化的标准之争！