車聯(lián)網(wǎng)中的V2R通信

馬小婷 ，趙軍輝 ，，王傳云 ，徐義國

（1.北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院，北京 100044；2.華東交通大學(xué)信息工程學(xué)院，江西 南昌 310033；3.信智慧通科技（北京）有限公司，北京 100176）

車聯(lián)網(wǎng)中的V2R通信

馬小婷1，趙軍輝1，2，王傳云2，徐義國3

（1.北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院，北京 100044；2.華東交通大學(xué)信息工程學(xué)院，江西 南昌 310033；3.信智慧通科技（北京）有限公司，北京 100176）

無線通信技術(shù)的發(fā)展對智能交通系統(tǒng)提出了更高的要求。單純的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)或者V2V通信不具有可靠性，很多應(yīng)用不能實現(xiàn)，而V2R通信對于提高可靠性、安全性及舒適度具有重要意義。V2V通信與V2R通信的相互協(xié)作可以實現(xiàn)車輛、人和道路間的信息交換，以方便快捷地獲取實時道路交通信息，提高旅途的便利性和舒適度。首先分析了V2R通信的特點，對網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹，然后重點對V2R通信的連通性進(jìn)行了研究，最后探究V2R通信技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)。

V2R通信；網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；連通性

1 引言

車聯(lián)網(wǎng)能夠通過提供安全和非安全的相關(guān)應(yīng)用及服務(wù)來提高車輛用戶的安全和舒適度。根據(jù)2015年公安部交通管理局公布的機(jī)動車和駕駛?cè)藬?shù)數(shù)據(jù)，車輛保有量的增長速度遠(yuǎn)高于交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)速度［1］，因此緩解交通壓力，保障交通安全，減少環(huán)境污染以及實現(xiàn)全方面的車輛服務(wù)，實現(xiàn)綠色、高效、安全的交通環(huán)境成為了人們關(guān)注的焦點。近幾年來，隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，人們對車聯(lián)網(wǎng)的要求日益提高，對車聯(lián)網(wǎng)的研究提出了新挑戰(zhàn)，各高校和企業(yè)紛紛投入相關(guān)項目的研究中，致力于從“互聯(lián)網(wǎng)+”到“車聯(lián)網(wǎng)+”的研究，構(gòu)建一個互聯(lián)網(wǎng)+汽車+交通信息+汽車銷售+服務(wù)平臺+金融+汽車維修保養(yǎng)+汽車用品+車險+救援+N的全面的車聯(lián)網(wǎng)生態(tài)體系，打造新的產(chǎn)業(yè)格局［2］。

單純的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)或者V2V（vehicle to vehicle，車對車）通信不具有可靠性，很多應(yīng)用不能得以實現(xiàn)。為了保證交通安全、運(yùn)輸效率以及娛樂等相關(guān)應(yīng)用的可靠運(yùn)行，車聯(lián)網(wǎng)提供兩種專用的通信方式：V2V、V2R （vehicle to roadside unit，車對路側(cè)單元）通信方式，并通過衛(wèi)星、無線通信網(wǎng)絡(luò)、3G／4G等技術(shù)對道路中的車輛和路況信息進(jìn)行感知，通過對整個交通系統(tǒng)的全面監(jiān)控，服務(wù)于人車位置信息，同時提供安全緊急信息服務(wù)和娛樂信息服務(wù)等，以確保用戶在出行時達(dá)到安全、娛樂體驗一體化。其中，V2R通信有助于獲取實時道路交通信息，降低網(wǎng)絡(luò)時延，提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力，即V2R通信對于提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性、安全性及用戶的舒適度具有重要意義。

R 代表路側(cè)單元（roadside unit，RSU），具有數(shù)據(jù)存儲和運(yùn)算能力及網(wǎng)關(guān)功能，是能夠采用DSRC技術(shù)直接與車輛中的車載單元（on board unit，OBU）進(jìn)行信息交互的無線收發(fā)裝置，可以獨立地部署于道路兩旁，用于大面積傳感與通信。RSU不僅可以通過無線網(wǎng)絡(luò)與車輛進(jìn)行通信，還可以接入互聯(lián)網(wǎng)，擴(kuò)展車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用服務(wù)，在車載網(wǎng)中占有很重要的地位。

V2R通信屬于移動車輛與固定RSU間的通信，車輛與RSU間可以通過單跳或多跳的方式進(jìn)行通信：當(dāng)車輛位于RSU覆蓋范圍內(nèi)時，可以直接與固定的RSU通信，從而通過RSU接入網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)車輛離開RSU覆蓋范圍時，該源車輛可以將其覆蓋范圍內(nèi)的車輛當(dāng)作中繼車輛，通過多跳通信保持與RSU的連接。V2R通信的主要特點［3］為：路側(cè)單元只在其覆蓋范圍內(nèi)進(jìn)行廣播；車輛與路側(cè)單元間只需進(jìn)行一跳便可完成數(shù)據(jù)傳輸，減少消息轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)，并簡化消息確認(rèn)機(jī)制，起到了增加網(wǎng)絡(luò)吞吐量的作用；路側(cè)單元可以快速、準(zhǔn)確地探測道路、車輛與交通燈，并對這些信息進(jìn)行過濾、處理、排序、預(yù)測，再發(fā)送給其他車輛。從上述3方面可看出，路側(cè)單元的部署可以提高通信時消息傳輸?shù)目煽啃院蛯崟r性，因此，對V2R通信進(jìn)行研究具有重要意義。

歐洲于2005年啟動了CVIS與Coopers項目，其中，CVIS側(cè)重于基礎(chǔ)設(shè)施與車輛通信的實際研究與測試，Coopers關(guān)注于使用CALM （communication access for land mobile，陸地移動訪問通信）標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行車路通信。美國為實現(xiàn)人車路一體化，啟動了 IntelliDrive／VII、CICAS、SafeTrip21等項目。2010年中國開展了 “智能車路協(xié)同關(guān)鍵技術(shù)研究”國家“863”計劃項目，2011年科技部啟動了“車路協(xié)同系統(tǒng)設(shè)計信息交互和集成驗證研究”項目。路側(cè)單元設(shè)施目前主要應(yīng)用于高速公路和車場管理中，如在電子不停車收費（electronic toll collection，ETC）系統(tǒng)中，可以實現(xiàn)車輛身份識別和電子扣分等用途。日本到2008年為止，74.1%的高速公路和城市中81.1%的車輛安裝了ETC設(shè)備。我國自2013年起，所有軍車均完成了車載單元（OBU）的安裝。雖然我國車聯(lián)網(wǎng)研究起步較晚，但發(fā)展勢頭勢不可擋。

2 網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

2.1 IEEE 802.11p協(xié)議

因為車聯(lián)網(wǎng)提出的應(yīng)用具有不同的性質(zhì)，往往需要非標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，目前支持車聯(lián)網(wǎng)中無線接入的主要協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是 IEEE 802.11p 標(biāo)準(zhǔn)和 IEEE 1609 協(xié)議簇［4-6］。IEEE 802.11p的工作頻率為5.85～5.925 GHz的通信波段下，也是智能交通系統(tǒng)頻段，IEEE 802.11p采用了IEEE 802.11a的正交頻分復(fù)用技術(shù)，可以克服相對速度太快以及快速的多徑效應(yīng)，可以使通信范圍高達(dá)1 000 m，在媒體訪問控制（media access control，MAC）層，采用 IEEE 802.11e的增強(qiáng)分布式信道接入?yún)f(xié)議來支持服務(wù)質(zhì)量 （quality of service，QoS）協(xié)議。而 IEEE 1609標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議簇除了IEEE 1609.0、IEEE 1609.1 （資源管理）、IEEE 1609.2 （安全服務(wù)）、IEEE 1609.3（網(wǎng)絡(luò)服務(wù)）和 IEEE 1609.4（多信道操作）外，又增添了新的標(biāo)準(zhǔn)，如 IEEE 1609.5（通信管理）、IEEE 1609.6（設(shè)備）以及IEEE 1609.11（電子支付服務(wù)）。

IEEE 802.11p在短距離（300 m左右）無線電傳輸中可提供的數(shù)據(jù)速率為6～27 Mbit／s，在車聯(lián)網(wǎng)中支持無線車載網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)是專用短程通信（dedicated short range communication，DSRC）技術(shù)，其工作頻率為 5.8 GHz（5.795～5.815 GHz），上行鏈路為 500 kbit／s，下行鏈路為250 kbit／s。DSRC結(jié)構(gòu)體系包括3部分：車載單元、路側(cè)單元以及專用短程通信協(xié)議，大容量、高速率和低時延為DSRC的顯著特點。在智能交通系統(tǒng)中，DSRC技術(shù)不僅可以進(jìn)行實時信息的傳輸，而且還可以對保密信息進(jìn)行加密處理。

車聯(lián)網(wǎng)要求車輛間數(shù)據(jù)鏈路具有高速度、低時延，由于車輛的高移動性、服務(wù)質(zhì)量的時變性和人們對信息多樣化的要求，IEEE 802.11p仍面臨著一些挑戰(zhàn)。歐洲啟動SAFESPOT項目，研究采用IEEE 802.11a和IEEE 802.11p通信協(xié)議設(shè)計基于V2R和V2V通信的安全協(xié)作系統(tǒng)。

2.2 LTE協(xié)議

信息技術(shù)的高速發(fā)展推動著4G技術(shù)的不斷完善，4G通信技術(shù)擁有更快的傳輸速度和更廣的傳輸范圍。在LTE協(xié)議中，下行峰值速度為 300 Mbit／s，上行峰值速度為75 Mbit／s，傳輸時延小于 5 ms，傳輸范圍長達(dá) 1 000 km。4G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 4G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

4G通信技術(shù)已經(jīng)逐漸融入人們的日常生活中，實踐證明，4G技術(shù)可以為用戶提供便捷、安全、高效、具有獨特性的服務(wù)，而將4G技術(shù)融入智能交通系統(tǒng)，可以為用戶提供更加優(yōu)質(zhì)、高效、安全的服務(wù)［7-9］。4G技術(shù)的高速性可以為交通提供更加流暢的視頻服務(wù)，其移動定位系統(tǒng)有利于精確地進(jìn)行某時間段道路狀態(tài)信息的收集，可視電話服務(wù)可以提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量與服務(wù)水平等。將4G與智能交通系統(tǒng)相結(jié)合，不僅可以為用戶提供高效、實時的路況信息，進(jìn)行危險預(yù)警，避免交通擁堵，提高行駛效率和旅途趣味性，還可以及時地將違規(guī)停車、交通事故等方面的信息上傳到相關(guān)部門，對道路車輛進(jìn)行有效管理。4G使交通系統(tǒng)更加智能化。

［10］中將LTE-V與DSRC進(jìn)行了對比，指出LTE-V可以利用現(xiàn)有的基站，頻譜成本比DSRC低，而且支持更高的車速，反應(yīng)時間、傳輸速率、傳輸距離以及信道性能等關(guān)鍵指標(biāo)均優(yōu)于DSRC技術(shù)。LTE在車聯(lián)網(wǎng)中具有良好的使用價值和廣泛的應(yīng)用前景。

2.3 混合結(jié)構(gòu)體系

將蜂窩技術(shù)應(yīng)用到車聯(lián)網(wǎng)中，可以精確地定位并將精準(zhǔn)地理位置處的信息有效地傳輸給更多的用戶。優(yōu)點是速度高、時延低、傳輸范圍廣、可靠性強(qiáng)；缺點是由于車輛的高移動性，車輛與基站間的通信成本較高，基站的越區(qū)切換發(fā)生頻率較高等。參考文獻(xiàn)［7-9］都在探討蜂窩技術(shù)與交通系統(tǒng)的結(jié)合。

參考文獻(xiàn)［11］中提出了一種基于IEEE 802.11p和LTE的混合體系結(jié)構(gòu)VMaSC-LTE，該體系中使用了IEEE 802.11p中的多跳分組，在構(gòu)建的簇中，簇頭會啟動LTE接口實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)與LTE的連接。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是可以在保持簇頭數(shù)量最小且最大限度保持簇穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，維持蜂窩技術(shù)的最小使用限度，從而實現(xiàn)最低的時延和最高的數(shù)據(jù)分組投遞率。在混合結(jié)構(gòu)中，簇頭間通信使用蜂窩技術(shù)，而簇頭與簇成員間的通信使用IEEE 802.11p，如圖2所示。在該體系結(jié)構(gòu)中使用了高效聚類的方法，該方法在保證開銷最少的簇拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，減少簇頭的數(shù)量、蜂窩技術(shù)的使用成本、與基站的通信量和越區(qū)切換頻率。因為LTE具有很高的安全性，該體系結(jié)構(gòu)采用了自適應(yīng)法，即當(dāng)應(yīng)用程序的可靠性要求提高時，簇成員的數(shù)量減少，提高了LTE的使用率。

隨著移動通信基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，車聯(lián)網(wǎng)利用現(xiàn)有設(shè)施不僅可以降低數(shù)據(jù)傳輸時延、提高系統(tǒng)容量，還可以降低生產(chǎn)成本?，F(xiàn)在5G通信技術(shù)成為熱門研究課題，如何使用5G技術(shù)來擴(kuò)展車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，仍是待解決的問題。我國自2015年9月開始，工業(yè)和信息化部先后與浙江省政府、京津冀三地政府、重慶市政府簽署合作協(xié)議，華為、千萬、北汽、長安等幾十家大型企業(yè)參與其中，共同推動“寬帶移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”在智慧汽車和智慧交通領(lǐng) 域 的 應(yīng) 用［10］。

3 V2R通信的連通性分析

當(dāng)不知道網(wǎng)絡(luò)使用何種協(xié)議時，很難衡量一個網(wǎng)絡(luò)的性能。然而，可以通過分析車聯(lián)網(wǎng)的連接性來解決這一問題，因為不管使用何種協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)性能與網(wǎng)絡(luò)連通性都是緊密相關(guān)的。在本節(jié)中通過研究高速公路情景下的接入模型來分析網(wǎng)絡(luò)中V2R通信的連接概率。通常接入模型包括兩種：協(xié)議模型和物理模型。協(xié)議模型為理想模型，典型代表為單位圓模型；物理模型的典型代表為衰落模型。本文以對數(shù)正態(tài)陰影衰落模型為例。

圖2 IEEE 802.11p-LTE體系結(jié)構(gòu)

3.1 單位圓模型

單位圓模型是在理想無線信道模型下建立的分析模型，屬于協(xié)議模型，在該模型中傳輸信號的能量損失僅與空間距離有關(guān)，因此信號的傳輸范圍是以節(jié)點為中心的圓。

參考文獻(xiàn) ［12］中使用單位圓模型來分析稀疏環(huán)境下V2R通信網(wǎng)絡(luò)中車輛通過一跳或兩跳方式接入路側(cè)單元的接入概率。在該模型下，路側(cè)單元沿道路兩旁部署，假設(shè)車輛在路段中服從泊松分布，相鄰路側(cè)單位間的距離為 L（單位為m），在該路段中車輛密度為ρ（單位為輛／m），路側(cè)單元的無線傳輸半徑為R（單位為m），車輛的無線覆蓋半徑為r（單位為m）。使用MATLAB進(jìn)行建模仿真，根據(jù)仿真結(jié)果可知，網(wǎng)絡(luò)連接概率與車輛無線覆蓋半徑、RSU無線覆蓋半徑及車輛密度成正比，與相鄰路側(cè)單元間的距離成反比。

根據(jù)道路的車輛密度和設(shè)施的無線覆蓋能力合理部署路側(cè)單元，不僅可以保證網(wǎng)絡(luò)的連接概率，還可以節(jié)約生產(chǎn)成本。當(dāng)?shù)缆飞系能囕v密度發(fā)生改變時，在保證網(wǎng)絡(luò)連接概率的情況下，可以適當(dāng)增加或減小RSU的發(fā)射功率，以起到節(jié)能的作用。但當(dāng)?shù)缆飞系能囕v密度增大到一定程度時，網(wǎng)絡(luò)連接概率不會再變化，此時車輛密度的增加不僅不會提高網(wǎng)絡(luò)的連接概率，反而還會出現(xiàn)信息擁堵等問題。參考文獻(xiàn)［13］說明在密集交通情況下，網(wǎng)絡(luò)吞吐量會降低，因此當(dāng)車輛密度增大到一定程度時，網(wǎng)絡(luò)連接概率不適合作為評估標(biāo)準(zhǔn)，需要尋找合理的評估參數(shù)，如傳輸時延、數(shù)據(jù)分組成功投遞率等。

當(dāng)車輛位于多個路側(cè)單元覆蓋范圍的重疊區(qū)時，參考文獻(xiàn)［14］提出了基于博弈論的接入方式，合理利用信道資源，避免出現(xiàn)信息擁塞或信道空閑現(xiàn)象。

3.2 組模型

由于車聯(lián)網(wǎng)中的車輛處于高速移動狀態(tài)中，車輛與RSU間的通信鏈路維持時間很短，在理想狀態(tài)下僅能維持13～16 s，所以提高車輛與RSU間的連接概率很重要。因為車輛具有聚集性，在道路上車輛容易緊隨前面的車輛，速度和方向會受到一定的限制，所以可以將一定距離內(nèi)的連續(xù)車輛看成一個小組，從此點出發(fā)，使用基于組的模型分析。參考文獻(xiàn)［15］驗證了組模型可以提高道路的通信能力和能源效率，參考文獻(xiàn)［16-18］將組概念引入單位圓模型中，對單位圓模型進(jìn)行優(yōu)化。

在公路上一組連續(xù)的車輛可以形成一個小組，組中包括一輛排頭的車輛和多輛緊隨其后的車輛，在組中的車輛都擁有相同的行駛方向和恒定的速度，而且要求排頭車輛擁有較高的無線覆蓋范圍，足以覆蓋一組中的所有車輛成員。組的形成不僅可以提高行駛安全性，還可以減少能源損耗。一旦車輛形成組，緊隨排頭車輛的司機(jī)可以得到一定的放松，而且組中車輛間的相互合作可以提高數(shù)據(jù)的利用度，降低數(shù)據(jù)訪問時延。組模型對于車聯(lián)網(wǎng)研究具有重要意義。

在組模型下道路段中包括兩種車輛：組車輛和普通車輛［19］，每一組車輛可以看成一輛大型車輛，組內(nèi)的排頭車輛裝備的無線裝備具有較高的無線覆蓋范圍，可以覆蓋組內(nèi)的所有車輛，而且組內(nèi)車輛間可以彼此連接通信，且可以直接與排頭車輛連接。假設(shè)路段中共有N輛車，其中包括K輛普通車輛和M輛組車輛，車輛按照泊松分布在道路段中運(yùn)動，用r表示網(wǎng)絡(luò)中組車輛的比率，即r=M／N=M／（K+M），所以普通車輛的比率為1-r。分別用R1和R2表示普通車輛和排頭車輛的無線傳輸范圍（R1＜R2），而且 R2可以覆蓋組中的所有車輛。

假設(shè)普通車輛的無線覆蓋范圍R1為300 m，組車輛的無線覆蓋范圍R2為500 m，RSU的無線覆蓋范圍R為1 000 m，組比率r為0.4。仿真結(jié)果如圖3所示。通過圖3可知，連接概率隨著相鄰RSU間距離的增加而減少，并且通過使用組的單位圓模型，可以提高網(wǎng)絡(luò)的連接概率。如當(dāng) RSU 間的距離為 3 000 m，車輛密度 ρ=1／50、ρ=1／5，組比率為0時，連接概率分別為0.833 4、0.865 9，而組比率為0.4時的連接概率分別為0.886 7、0.916 7，與組比率為0時相比，連接概率分別提高6.4%與5.9%。觀察圖3可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)車輛密度為ρ=1／50輛／m時，基于組模型的連接概率大于車輛密度為ρ=1／5輛／m時的無組模型的連接概率。綜上所述，通過仿真可以得出結(jié)論，基于組的單位圓改進(jìn)模型可以提高網(wǎng)絡(luò)的連接概率。

圖3 組模型仿真結(jié)果

通過對組比率進(jìn)行仿真分析發(fā)現(xiàn)，組比率越大，網(wǎng)絡(luò)的連接概率越大，組比率的增加可以提高網(wǎng)絡(luò)的連通性。當(dāng)組比率為0時，模型等效于單位圓模型，即網(wǎng)絡(luò)中的車輛均為普通車輛；當(dāng)組比率為1時，網(wǎng)絡(luò)中的車輛均為組車輛。組模型具有現(xiàn)實意義，因為車輛的性能不盡相同，有的車輛無線覆蓋性能相對較好，而有些車輛無線覆蓋性能較差，因此可以充分利用各種車輛的無線性能優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的連接概率，而如何選擇性能優(yōu)越的組車輛仍是研究的重點工作。

3.3 對數(shù)正態(tài)陰影衰落模型

單位圓模型忽略了信道損耗，屬于理想的協(xié)議模型，即其傳輸信號的能量損耗僅與空間距離有關(guān)。然而，在現(xiàn)實生活中衰落是不可避免的，以陰影衰落為例，陰影效應(yīng)是一種大尺度效應(yīng)，主要指電磁波在傳輸路徑上受到建筑物等的阻擋而產(chǎn)生的損耗，陰影衰落服從對數(shù)正態(tài)分布，其變化率比傳輸信息率慢，也稱為慢衰落。因為陰影衰落的存在，導(dǎo)致不同位置即使與發(fā)送端距離相同，其接收到的信號強(qiáng)度也可能不同。為了研究陰影效應(yīng)對V2R通信的影響，使用對數(shù)正態(tài)陰影衰落模型。

在參考文獻(xiàn)［20］中，衰落因子越大，短距離鏈路的連接概率下降幅度越大，遠(yuǎn)距離鏈路的連接概率增加，即陰影效應(yīng)越顯著；反之，陰影效應(yīng)影響越小。衰落因子的增加可以增大傳感器的覆蓋范圍，降低傳感器的覆蓋精度，因此可以揚(yáng)長避短充分利用陰影衰落的優(yōu)勢，當(dāng)對V2R通信網(wǎng)絡(luò)的連接概率要求不是很嚴(yán)格時，即道路段不是事故頻發(fā)段時，為了提高網(wǎng)絡(luò)的覆蓋度，減少網(wǎng)絡(luò)中孤立節(jié)點的概率，可以引入陰影衰落，起到節(jié)約成本的作用［21］。參考文獻(xiàn)［22］中給出了在全覆蓋的要求下無線傳感器在陰影衰落環(huán)境中所需的最小節(jié)點數(shù)計算式。將陰影衰落引入V2R的分析模型中，建立對數(shù)正態(tài)陰影衰落模型。通過仿真分析，遠(yuǎn)距離車輛與路側(cè)單元的連接概率明顯增加。

參考文獻(xiàn) ［13］中指出網(wǎng)絡(luò)可以通過中繼方式提高連接概率，因為基站可以通過中繼方式擴(kuò)大覆蓋范圍，如當(dāng)源車輛處于RSU覆蓋間隙處時，可以通過中繼方式與RSU連接，源車輛可以提前感知路況，不必行駛進(jìn)RSU覆蓋區(qū)域，同理RSU可以提前感知遠(yuǎn)距離路況。但是并不意味著跳數(shù)越多越好，跳數(shù)的增加對設(shè)備的要求更加嚴(yán)格，會造成生產(chǎn)成本的增加，并且任意一環(huán)出問題都會造成通信鏈路的中斷，降低通信網(wǎng)絡(luò)的頑健性。因此在對數(shù)正態(tài)陰影衰落模型中，當(dāng)源車輛與目的RSU間的連接概率較低時，源車輛可以通過雙跳方式與RSU通信，從而提高通信質(zhì)量。

4 結(jié)束語

RSU不僅可以緩解信息擁塞問題，還可以增強(qiáng)系統(tǒng)的頑健性，因此V2R通信在交通效率、安全以及信息娛樂方面有重要作用，可以促進(jìn)智能交通的建設(shè)。將LTE應(yīng)用到車聯(lián)網(wǎng)通信中，充分運(yùn)用4G通信的優(yōu)勢和基礎(chǔ)設(shè)施，不僅可以擴(kuò)大系統(tǒng)容量，使信息得到快速傳輸，還可以節(jié)約生產(chǎn)成本。目前我國已經(jīng)開始了寬帶移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究，開始了LTE-V在車聯(lián)網(wǎng)中的研究。當(dāng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)未知時，建立分析模型是分析網(wǎng)絡(luò)連接概率的重要方法，使用分析模型不僅可以合理部署RSU，盡量避免網(wǎng)絡(luò)中孤立節(jié)點的存在，保證網(wǎng)絡(luò)連通性，還可以根據(jù)分析結(jié)果合理調(diào)整無線裝置的發(fā)射功率，起到綠色環(huán)保的作用。

V2V通信與V2R通信的相互協(xié)作，對車聯(lián)網(wǎng)的安全與非安全應(yīng)用具有重要意義，不僅可以降低網(wǎng)絡(luò)傳輸時延、優(yōu)化信道，而且可以提高路途的趣味性。但V2R通信仍面臨很多挑戰(zhàn)，如路側(cè)單元的選擇和切換、數(shù)據(jù)分發(fā)、安全信息實時傳輸、網(wǎng)絡(luò)安全與隱私以及網(wǎng)絡(luò)性能的評估等問題［3］。

2016年6月我國首個無人駕駛汽車試點示范區(qū)開園，我國從20世紀(jì)80年代開始無人駕駛汽車的研究，無人駕駛有望極大地緩解交通壓力，然而汽車如何快速獲取路況信息，從而指定準(zhǔn)確的行駛路線對V2R通信提出了更高的要求。隨著云平臺和大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，車聯(lián)網(wǎng)面臨新的挑戰(zhàn)，車輛的劇增使得網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化成為了必須要解決的問題，路側(cè)單元可以將獲得的數(shù)據(jù)（如車輛行駛參數(shù)、路況信息及交通燈情況等）通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)皆破脚_進(jìn)行大數(shù)據(jù)處理，然后將處理結(jié)果反饋到路側(cè)單元。云服務(wù)和大數(shù)據(jù)處理屬于智慧交通的重要部分。

參考文獻(xiàn)：

［1］公安部交管局公布 2015年機(jī)動車和駕駛?cè)藬?shù)據(jù)［EB／OL］.（2016-01-27） ［2016-03-18］.http：／／auto.sohu.com／20160318／n441025560.shtml.The Traffic Management Bureau of the Ministry of Public Security announced the data of motor vehicles and drivers in 2015 ［EB／OL］. （2016-01-27） ［2016-03-18］.http：／／auto.sohu.com／20160318／n441025560.shtml.

［2］2016 中國（廣州）車聯(lián)網(wǎng)大會即將開幕 ［EB／OL］.（2016-03-23）［2016-07-12］.http：／／www.pcauto.com.cn／drivers／789／7898907.html.2016 China （Guangzhou）internet of vehicles conference is about to begin［EB／OL］. （2016-03-23 ）［2016-07-12］.http：／／www.pcauto.com.cn／drivers／789／7898907.html.

［3］王藝，鄧佳佳，林毅，等.適用于車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的移動通信網(wǎng)絡(luò)［J］.電信科學(xué)，2012，28（6）：1-6.WANG Y，DENG J J，LIN Y，et al.Mobile communication network applied to vehicle communication［J］.Telecommunications Science，2012，28（6）：1-6.

［4］LI Y.Quality，reliabity，security and robusteness in heterogeneous netowrks［M］.Berlin：Springer，2010：544-558.

［5］BLOESSL B，SEGATA M，SOMMER C，et al.An IEEE 802.11 a／g／p OFDM receiver for GNU radio ［C］／／The Second Workshop on Software Radio Implementation Forum，August 12-16，2013，Hong Kong，China.New York：ACM Press，2013：9-16.

［6］金純，柳興，萬寶紅，等.IEEE 802.11P：車載環(huán)境下的無線局域網(wǎng)［J］.通信技術(shù)，2009，42（1）：323-325.JIN C，LIU X，WAN B H，et al.IEEE 802.11p：wireless access in vehicular environments［J］.Communications Technology，2009，42（1）：323-325.

［7］楊偉.論 4G 技術(shù)與智能交通系統(tǒng)的融合 ［J］.通訊世界，2015（12）：39-40.YANG W.The integration of 4G technology and intelligent transportation system［J］.Telecom World，2015（12）：39-40.

［8］杜呈旭，楊戈.論4G技術(shù)與智能交通系統(tǒng)的融合［J］.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2016（3）：32-33.DU C X，YANG G.The integration of 4G technology and intelligent transportation system ［J］.Digital Technology and Application，2016（3）：32-33.

［9］何勁財.基于4G網(wǎng)絡(luò)的智能小蜂窩系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 研 究［J］.電子世界，2014，12（14）：201.HE J C.Smart small cellular system key technologies based on 4G network research［J］.Electronics World，2014，12（14）：201.

［10］標(biāo)準(zhǔn)確立+政府支持：V2X 車聯(lián)網(wǎng)已進(jìn)入商業(yè)化階段［EB／OL］.［2016-07-12］.http：／／www.askci.com／news／dxf／20160726／16374446828_2.shtml.Standard established+government support：V2X internet of vehicles has entered the commercial stage［EB／OL］. ［2016-07-12］.http：／／www.askci.com／news／dxf／20160726／16374446828_2.shtml.

［11］UCAR S，ERGEN S C，OZKASAP O.Multihop-cluster-based IEEE 802.11 p and LTE hybrid architecture for VANET safety message dissemination ［J］.IEEE Transactions on Vehicular Technology，2016，65（4）：2621-2636.

［12］NG S C，ZHANG W，ZHANG Y，et al.Analysis of access and connectivity probabilities in vehicular relay networks［J］.IEEE Journal on Selected Areas in Communications，2011，29（1）：140-150.

［13］ATALLAH R，KHABBAZ M，ASSI C.Modelling of multi-hop inter-vehicular path formation for connecting far vehicles to RSUs［C］／／2015 IEEE Wireless Communications and Networking Conference （WCNC），March 9-12，2015，New Orleans，LA，USA.New Jersey：IEEE Press，2015：1954-1959.

［14］凌艷.VANET中基于博弈論的RSU接入問題［D］.大連：大連理工大學(xué)，2013.LING Y.RSU access problem based on game theory in VANET［D］.Dalian：Dalian University of Technology，2013.

［15］JIA D，LU K，WANG J.A disturbance-adaptive design for vanet-enabled vehicle platoon［J］.IEEE Transactions on Vehicular Technology，2014，63（2）：527-539.

［16］ZHANG W，CHEN Y，YANG Y，et al.Multi-hop connectivity probability in infrastructure-based vehicular networks ［J］.IEEE Journal on Selected Areas in Communications，2012，30 （4）：740-747.

［17］SHAO C，LENG S，ZHANG Y，et al.Analysis of connectivity probability in platoon-based vehicular Ad Hoc networks［C］／／2014 International Wireless Communications and Mobile Computing Conference （IWCMC），Aug 4-8，2014，Nicosia，Cyprus.New Jersey：IEEE Press，2014：706-711.

［18］YANG Y，MI Z，YANG J Y，et al.A model based connectivity improvement strategy for vehicular ad hoc networks ［C］／／IEEE Vehicular Technology Conference Fall，Sept 6-9，2010，Ottawa，ON，Canada.New Jersey：IEEE Press，2010：1-5.

［19］劉業(yè)，吳國新.基于802.11p／WAVE的車聯(lián)網(wǎng)連通性模型及其應(yīng)用研究［J］.通信學(xué)報，2013（6）：85-91.LIU Y，WU G X.Connectivity model of internet of vehicles and itsapplication based on 802.11p／WAVE ［J］. Journalon Communications，2013（6）：85-91.

［20］粟玉雄，王東.陰影衰落環(huán)境下傳感器網(wǎng)絡(luò)的點覆蓋研究［J］.計算機(jī)工程與應(yīng)用，2011，47（32）：112-114.LI Y X，WANG D.Point coverage problem of sensor networks in shadow fading environment ［J］.Computer Engineeringand Applications，2011，47（32）：112-114.

［21］黃曉敏.陰影衰落環(huán)境下無線多跳網(wǎng)絡(luò)鏈路傳輸特性研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2013.HUANG X M.Propagation characteristics of the network link under the shadow fading multi-hop wireless environment ［D］.Harbin： Harbin Institute of Technology，2013.

［22］劉益.陰影衰落環(huán)境下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋問題研究［D］.長沙：湖南大學(xué)，2010.LIN Y.Covering issues under the shadow fading environment for wireless sensor networks［D］.Changsha：Hunan University，2010.

V2R communication in internet of vehicles

MA Xiaoting1，ZHAO Junhui1，2，WANG Chuanyun2，XU Yiguo3
1.School of Electronic and Information Engineering，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China 2.School of Information Engineering，East China Jiaotong University，Nanchang 310033，China 3.XinZhiHuiTong Technology Company，Beijing 100176，China

With the tremendous advantages of wireless technologies，it has been put forward higher requirements for intelligent transportation systems（ITS）.Pure Ad Hoc network or V2V communication is not reliable and sufficient for many applications.V2R communication is reliable，safe and comfortable.It can easily and quickly obtain real-time traffic information，because of the cooperation between V2V communication and V2R communication which can achieve the exchange of information between vehicles，drivers，and roads，and improve the convenience and comfort of the trip.Firstly，the characteristics of V2R communication were studied，then the network architecture was introduced.In addition，the connection for V2R communication was analyzed.Finally，the challenges of V2R communication were explored.

V2R communication，network architecture，connectivity

s： The National Natural Science Foundation of China（No.61471031），Science and Technology Project of Jiangxi Provincial Transport Bureau （No.2016D0037）

TN929.5

A

10.11959／j.issn.1000-0801.2016229

2016-07-12；

2016-08-15

國家自然科學(xué)基金資助項目（No.61471031）；江西省交通廳科研基金資助項目（No.2016D0037）

馬小婷（1993-），女，北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院碩士生，主要研究方向為車聯(lián)網(wǎng)中的無線通信。

趙軍輝（1973-），男，博士，華東交通大學(xué)、北京交通大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，主要研究方向為車聯(lián)網(wǎng)中的無線通信技術(shù)、無線和移動通信 （MIMO、OFDM、CDMA、 合作通信、中繼和認(rèn)知無線電）、射頻識別（定位技術(shù)、防碰撞技術(shù)和安全協(xié)議）和應(yīng)用開發(fā)（停車場管理系統(tǒng)、嵌入式車載防盜系統(tǒng)和GPS導(dǎo)航系統(tǒng)開發(fā)）等。

王傳云（1977-），男，華東交通大學(xué)信息工程學(xué)院副教授，主要從事無線通信、無線傳感網(wǎng)絡(luò)等方面的研究工作。

徐義國（1975-），男，信智慧通科技（北京）有限公司總經(jīng)理，主要研究方向為無線通信、無線傳感網(wǎng)絡(luò)、GPS位置服務(wù)與系統(tǒng)平臺技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用解決方案、大數(shù)據(jù)挖掘分析與智能決策、互聯(lián)網(wǎng)+服務(wù)運(yùn)營等。