5G通信技術(shù)在車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務中的應用探討

朱楠，楊建

（中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

車聯(lián)網(wǎng)通過使用5G網(wǎng)絡通信技術(shù)，使自身擁有更多其他系統(tǒng)無可比擬的優(yōu)勢。這一技術(shù)能夠支持車聯(lián)網(wǎng)多樣化的內(nèi)部系統(tǒng)構(gòu)建方式的運行和展開[1]。在此基礎(chǔ)上對系統(tǒng)元素進行功能性增強，為整個汽車提供完善的通信體系結(jié)構(gòu)。

1 5G 車聯(lián)網(wǎng)特征

5G移動通信融合多種科學技術(shù)。這在通信系統(tǒng)的性能方面有了極大的增強。相比傳統(tǒng)通信，5G車聯(lián)網(wǎng)有著多方面優(yōu)點。

1.1 低時延與高可靠性

車聯(lián)網(wǎng)利用網(wǎng)絡通信可以實時收集與轉(zhuǎn)換，這將對網(wǎng)絡通信技術(shù)的時效性要求特別高。由于多種因素的限制，其信息發(fā)送、中繼節(jié)點、接收端在運行中都可以達到信息的安全性，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男Чc質(zhì)量，還能夠降低時延限制。但是，受到傳統(tǒng)無線通信技術(shù)的限制，通信時延不能支持安全互聯(lián)的要求。

5G高密集度組網(wǎng)有著重要的內(nèi)容性能。在相關(guān)網(wǎng)絡中乃至性能低的終端，以能量消耗減小信令開銷，這一技術(shù)為帶寬和時延找出了解決方案，5G時延達到了毫秒級是車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中最為重大的技術(shù)突破點。在對低時延和高可靠性的關(guān)系中，我們以鏈路特征為基礎(chǔ)對300km/h行駛的汽車為參照對象，對5G自適應天線進行分析，通過網(wǎng)絡功能虛擬化技術(shù)和軟件定義網(wǎng)絡技術(shù)讓5G網(wǎng)絡的運行更加地靈活，各項功能得以實現(xiàn)。此外，5G通信解決了一系列問題，提供了低時延服務的方案，可以實現(xiàn)預約和優(yōu)化，保證服務水平與質(zhì)量。其中，優(yōu)化5G網(wǎng)絡服務可以滿足當前已經(jīng)存在的網(wǎng)絡系統(tǒng)，并且可以應用到未來高速發(fā)展信息所帶來的服務需求外延化。對時延有著重要需求的通信業(yè)務來說，這是其低時延和高效的有力把握，在V2X模式下有效得到使用。這體現(xiàn)出5G網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的正確應用[2]。

汽車數(shù)量的增加使得終端之間的通信會因使用用戶太多而發(fā)生堵塞。但是在5G車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之下，D2D技術(shù)會解決時務問題。在終端之間乃至終端與運輸中樞連接時實現(xiàn)交互，保證其空口時延在1ms以內(nèi)，終端之間時延控制在毫秒內(nèi)，這樣才能對通信的可靠性的提高做到實在的使用效果承續(xù)。

1.2 頻譜和能源高效利用

5G在車聯(lián)網(wǎng)的應用使當下能源問題得以解決。在對當前能源利用效率低下的問題上，提高利用效果與質(zhì)量，具體可以從下述幾點進行討論。

（1）5G通信網(wǎng)絡內(nèi)，D2D通信方式使5G通信能夠直接實現(xiàn)終端通信。以D2D技術(shù)為支持，5G車載單元將與鄰近的車載單元、5G基站及汽車內(nèi)部網(wǎng)絡通信接入，從多渠道看，這是一種交互的過程。與傳統(tǒng)標準的車聯(lián)網(wǎng)V2X通信方式相比，這一方式節(jié)約了成本，減少了能源消耗，提高了效率與效能。

（2）全雙工通信方式是5G移動終端設(shè)備所使用的一種重要的關(guān)鍵性的通信技術(shù)，在相同頻段的情況下，使不同汽車之間、汽車與5G基站之間，在同一時間段上接發(fā)消息的可能得以實現(xiàn)，頻譜效率得到有效提升。

（3）此外，在5G通信網(wǎng)絡中，認知無線電為核心技術(shù)。在車輛網(wǎng)的運行中國，車載終端利用感知無線通信環(huán)境，掌握目前信息的空洞條件。因此，可以理解和空閑頻譜進行連接，和其他終端高效通信是5G在車聯(lián)網(wǎng)應用中需要解決的。這種共時變化性可以更好地滿足用戶的不同頻譜使用需要，使資源的使用效率得到了極大地提升，節(jié)約了使用成本。除此之外，利用該無線電技術(shù)，車載終端能夠和其他獲得授權(quán)的用戶同時使用頻譜資源，保持信息的共享和應用，建立資源與資源之間互聯(lián)互建的友好關(guān)系，達到資源共享的目的。從而解決無線頻譜資源短缺的問題。

另外，5G基站是使用天線交互連接的，通信性能不受影響，可以有效節(jié)約能源。此外，車輛自組網(wǎng)的運行中，5G車載單元可以隨時掌握、搜索在周邊區(qū)域內(nèi)設(shè)置的終端設(shè)備，與之對應的是，其通信能力也能夠有效的減少OBU通信損耗，減少資源的浪費，節(jié)約成本，避免資源短缺所帶來的其他問題。

1.3 更加優(yōu)越的通信質(zhì)量

5G通信網(wǎng)絡擁有比以往傳統(tǒng)更多期待值和更大的優(yōu)勢，比如用戶對其容量的需求就抱有極高的期望，汽車駕駛員想體驗1000MS的數(shù)據(jù)速率，對QOS提出高要求。頻段為30G-300GHz稱之為毫米波，這樣可以使得5G終端之間、終端和基站之間能夠有效的交互運行，讓數(shù)據(jù)傳輸?shù)男Чc質(zhì)量得到提升，增加傳輸?shù)乃俣?，通信質(zhì)量有了一個質(zhì)的飛躍。高速數(shù)據(jù)傳輸率的提高可以有效降低環(huán)境干擾帶來的影響，從而使汽車之間網(wǎng)絡中斷的可能性大幅減少。結(jié)果表明，5G車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)超強，在推廣之后一定能有比現(xiàn)狀更有效的無線鏈路特征，具體如下：

（1）首先在通信距離方面有所改善和進步。5G車聯(lián)網(wǎng)V2V可達到一千米以上的通訊距離，而且避免了如果在通信過程中遇到巨大物體遮擋的環(huán)境下影響通信傳輸?shù)睦_，解決了IEEE802.11p車輛自組網(wǎng)通信中連接不當，信號中斷的問題。

（2）5G通信網(wǎng)絡使車輛在高速移動的情況下依舊能夠保持基本的性能。與傳統(tǒng)的通信相比，5G車聯(lián)網(wǎng)最大范圍可支持的汽車行駛速率達到了三百五十千米每小時。

（3）5G通信技術(shù)提供了更高的傳輸速率，5G車聯(lián)網(wǎng)對終端通信效果得到有效的提升，汽車之間、汽車和鏈路數(shù)據(jù)之間的通信速度以及效率都會明顯地提升，完全實現(xiàn)相互通信，甚至可以在高速行駛的過程中實現(xiàn)視頻通話。

2 5G 通信網(wǎng)絡在車聯(lián)網(wǎng)中應用的挑戰(zhàn)與應對

5G車聯(lián)網(wǎng)把具備更高水平的5G通信技術(shù)使用到車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域內(nèi)，促進通信質(zhì)量水平的全面提升，降低了能源消耗，構(gòu)建了新的體系結(jié)構(gòu)，讓車輛網(wǎng)技術(shù)水平得到提升，信息以及數(shù)據(jù)傳播的效果更好，完全滿足實際應用需要，5G車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在接下來的三個方面面臨危機，我們需要采取合適的方法進行解決[3]。

2.1 干擾管理

5G網(wǎng)絡通信技術(shù)能夠充分利用資源，提高了資源的利用效率。資源的多次利用被應用于5G蜂窩網(wǎng)絡，給網(wǎng)絡容量提升帶來了巨大進步，實現(xiàn)了資源共享，但是也存在一定的問題，比如同信道干擾的問題亟須解決。所以，5G移動通信網(wǎng)絡所帶來的干擾管理問題不可避免。

5G終端對d2d通信網(wǎng)絡產(chǎn)生干擾，有學者提出了兩種資源分配方式:一是d2d和其他終端設(shè)備之間來進行資源分配，這屬于動態(tài)分配的方式；另一種則是d2d與其他終端設(shè)備之間進行正交資源分配，這種是靜態(tài)的分配方法。

總而言之，在d2d和v2x通信場景之中，我們在考慮干擾管理問題時需要從各個角度進行分析，同時要選擇系統(tǒng)內(nèi)可以使用的復用信道。因此，要符合如下標準要求：1）在處理d2d通信鏈路存在干擾的情況下，讓蜂窩用戶可以真正地滿足SINR的需求。2）要盡可能地減小蜂窩用戶對于d2d和V2x的通信線路所產(chǎn)生的干擾影響[4]。

2.2 安全通信和隱私保護

個人安全性問題一直以來都是車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中不可或缺的技術(shù)，在網(wǎng)絡安全的大時代下，個人隱私被公開，人身安全受到了威脅，因此，安全技術(shù)的發(fā)展越來越受到人們的重視。

很多研究中還提到了D2D網(wǎng)絡，以及基于尋秘鑰協(xié)商方法管理群簽訂的adhocd2d協(xié)議。除此以外，使用者可以通過這種技術(shù)，應用于日常生活中，當發(fā)生盜取信息以及身份泄露的危險時，提高相關(guān)數(shù)據(jù)的導入速度，在通信設(shè)備的幫助下，實現(xiàn)多網(wǎng)絡多設(shè)備之間的合作，由此構(gòu)建出一種高效率，高使用率的大數(shù)據(jù)算法。

由于5G車聯(lián)網(wǎng)通信復雜性較高，所以需要進行多方面的安全認證。這種車聯(lián)網(wǎng)的多方安全認證包含車內(nèi)局域網(wǎng)用戶移動端以及5G車載單元OBU的強效安全認證，同時還要確保車與車、車與人之間達到安全認證的要求。

我們可以運用最近期提到的匿名算法，比如變化性方案能夠在車輛處于不同的范圍內(nèi)進行變化，隨著車輛的運行軌跡發(fā)生相應的變化。這樣就能減少對于匿名收集分析數(shù)據(jù)和車輛真實身份的攻擊。5G車聯(lián)網(wǎng)形成穩(wěn)定的網(wǎng)絡系統(tǒng)，讓通信系統(tǒng)運行更加的安全，隱私保護協(xié)議達到應有的效果，并且在5G 通信中可以使用sdn的技術(shù)，這一技術(shù)的應用將會大大解決新型網(wǎng)絡技術(shù)手段所帶來的安全隱私的隱患。

物理層安全技術(shù)，這是保證通信安全的關(guān)鍵技術(shù)之一。車聯(lián)網(wǎng)通信不可避免地會出現(xiàn)很多竊聽事件，對汽車安全性能提出挑戰(zhàn)。相關(guān)安全密鑰，就是最為重要的一個環(huán)境?；诖耍梢詮奈锢韺尤胧?，對分離分發(fā)和數(shù)據(jù)安全運輸方面進行演示。密鑰的分發(fā)是通過物理層完成的，確保制定出絕對安全的方案，才能保證分發(fā)過程中的安全問題得到解決。分發(fā)完成則需對車載數(shù)據(jù)加密運輸，5G技術(shù)通過物理層安全，進行先進技術(shù)融合，如異構(gòu)網(wǎng)絡、大規(guī)模多輸入多輸出、毫米波通信技術(shù)，讓物理層的安全運行水平得到提升，應用也會更加的廣泛。

2.3 安全駕駛

車聯(lián)網(wǎng)還應該注意到的問題是在道路行駛過程中的安全問題，而在車輛行駛過程中，駕駛?cè)说鸟{駛狀態(tài)與行為就是極為重要的參考因素，因此，對于駕駛行為和駕駛狀態(tài)的分析和研究就顯得尤為重要，通過分析和研究，以達到提高安全性和可靠性的目的。通過對其行駛軌跡的收集，然后就可以有效的預測變化趨勢，并且可以給用戶提供完善的網(wǎng)絡系統(tǒng)，達到安全運行的要求。雖然車聯(lián)網(wǎng)中的網(wǎng)絡拓撲頻段靈活多變，呈現(xiàn)多樣化，數(shù)據(jù)連續(xù)增長，但車輛運動受到多種因素限制，通過對交通道路規(guī)則和對駕駛?cè)藛T意圖的了解與分析，可以預測駕駛?cè)藛T的狀態(tài)[5]。

車聯(lián)社會網(wǎng)絡（VSN）節(jié)點活動規(guī)律可以為車聯(lián)網(wǎng)預測起到一定的促進作用，而車聯(lián)網(wǎng)中的某些設(shè)備及模型也會對車聯(lián)社會網(wǎng)絡產(chǎn)生反作用，如移動條件下的模擬數(shù)據(jù)模型，以及云感知下計算模型的搭建。通過對大量OBU數(shù)據(jù)的研究和分析，從中獲得社會群體中具有交流互動價值的信息資源。對用戶行為進行預測的過程中，VSN有著極強的運算能力，面對行駛過程中出現(xiàn)諸如交通堵塞等的問題，可以有效進行解決，從而保證交通通信的順暢性與安全性，滿足人們的日常出行需要，也會提高交通運行總體水平。

5G車聯(lián)網(wǎng)，以D2D進行信息交互，為每位汽車駕駛員提供1000MS數(shù)據(jù)速率，QOS要求才能實現(xiàn)。空口時延的時速要比信息交互時降低一千百分點達到1MS，更需要在端到端的過程中做到毫秒級時間延續(xù)，這樣才能保證時間精度的問題。5G基站要達到定位精度的要求，保證位置數(shù)據(jù)的偏差不會超出規(guī)定的范圍，這樣才能使在預測的模型中出現(xiàn)的可能問題得以解決。目前，面對車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)挖掘所出現(xiàn)的問題，并沒有極其高質(zhì)量的設(shè)備支持和技術(shù)支持，我們在觀測數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)流是以巨大的信息流量作為填入的，準確獲取數(shù)據(jù)信息，并且合理地分析與研究，構(gòu)建出完善的預測體系，為今后這一領(lǐng)域的發(fā)展提供強有力的支持。

3 結(jié)語

車聯(lián)網(wǎng)在人們?nèi)粘Ｉ钪邪缪葜匾慕巧?，對于人們的交通和通信方式以及生活方式，都帶來了重大的變化。車?lián)網(wǎng)使車輛技術(shù)方面得到了前所未有的進步和支持，使其朝著智能方向和網(wǎng)絡化發(fā)展。本文研究了目前車聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，通信情況，包括5G互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的優(yōu)勢，并將其應用于車聯(lián)網(wǎng)場景中，表現(xiàn)出5G網(wǎng)絡技術(shù)的特征，但是隨之而來的是其面臨的挑戰(zhàn)，還有存在的諸多問題需要我們解決。盡管如此，5G互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)仍然有著不可替代的作用，在各個領(lǐng)域尤其是車聯(lián)網(wǎng)應用中發(fā)揮著巨大的作用，為其使用提供了技術(shù)支持，這為車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供了方向，這一良好的趨勢不僅能夠使得社會進步，而且能為人們的生活帶來更多便利和安全。