5G在车联网中的应用.pdf

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1引言
近年来，因汽车数量持续增长而引起的交通平安、出行效率、环境保护等问题日
益突出，车联网相关领域的研究和开展受到了广泛关注。车联网是以车网、车际
网和车载移动互联网为根底，融合了传感器、RFID〔radiofrequency
identification〕、数据挖掘、自动控制等相关技术，按照约定的通信协议和标
准，在车*〔*：车、路、行人、互联网〕交互过程中，实现车辆与公众网络的动
态移动通信，是物联网技术在交通系统领域的典型应用。在车联网中，车辆作为
移动通信设备和用户的载体，以拓扑节点的形式组织移动网络拓扑。由于车辆自
身的移动性，车载通信具有移动区域受限、网络拓扑变化快、网络频繁接入和中
断、节点覆盖围大、通信环境复杂等特点［1］。根据车联网的上述特征，当前
车联网的实施存在以下多方面挑战和困难。
1〕在体系构造方面，由于移动互联网通信技术的快速开展，为满足用户的多功
能体验，车联网的体系构造变得复杂。在车载移动互联网中，路侧单〔RSU，road
sideunit〕作为车辆自组网〔VANET，vehicularadhocnetwork〕无线接入
点，将车辆以及道路等信息上传至互联网并发布相关交通信息，这种车与根底设
施〔V2I，vehicletoinfrastructure〕的协作通信模型需要大量的RSU支撑，
增加了建立的本钱和能源消耗［2］。
2〕在通信方面，车联网中存在多种类型的通信网络，这些网络使用不同的标准
和协议，数据处理和网络的融合不完善，影响车联网系统运行效率。虽然IEEE
802.11p标准的车辆自组网通信在高速运行环境下传输距离远、分组丧失率低、
可靠性高，但在极其复杂的非视距〔NLOS，non-lineofsight〕环境下通信质
量会受到不同程度的干扰［2］。另外，由于车辆的高速移动，需要
快速可靠的网络接入与信息交互，时延受限成为当前车联网面临的重要问题。
3〕在平安方面，车联网中的用户信息都将连接
在该网络上，随时随地被感知，很容易被干扰和窃取，严重影响了车联网体系的
平安。当前车联网在每一层都存在不同程度的威胁：在感知层，车辆单元〔OBU，
on-boardunit〕和路侧单元RSU节点的物理平安、感知信息的无线传输；在网
络层，数据破坏、数据泄露、虚假信息等平安与隐私问题［3］；在应用层，也
存在身份假冒、越权操作等由于技术方面的缺乏或因管理不当而带来的隐形危
害。
近年来，车联网在体系构造、通信以及平安方面存在的问题成为当前学术界和工
业界的研究热点，而随着第5代移动通信〔5G〕的快速开展，5G移动通信网络
将融合大规模天线阵列、超密集组网、终端直通、认知无线电〔CR，cognitive
radio〕等先进技术［4］，以更加灵活的体系构造解决多样化应用场景中差异化
性能指标带来的挑战。其中，5G通信技术在低时延、高移动性车联网场景的应
用，解决了当前车联网面临的多方面问题和挑战，使OBU在高速移动下获得更好
的性能。而且，5G通信技术让车联网不用单独建立基站和效劳根底设施，而是
随着5G通信技术的应用普及而普及，为车联网的开展带来历史性的机遇。
25G车联网的体系构造
未来5G通信技术在车联网场景的应用使车联网拥有更加灵活的体系构造和新型
的系统元素〔5G车载单元OBU、5G基站、5G移动终端、5G云效劳器等〕。除
了在车网、车际网、车载移动互联网实现V2*〔*：车、路、行人及互联网等〕信
息交互以外，5G车联网还将实现OBU、基站、移动终端、云效劳器的互联互通，
分别给予它们特殊的功能和通信方式。5G车联网体系构造的特点主要表达在OBU

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多网接入与融合、OBU多渠道互联网接入、多身份5G基站。
2.1OBU多网接入与融合
目前，在车联网中，多种网络共存，包括基于IEEE802.11a/b/g/n/p标准协议
的WLAN、2G/3G蜂窝通信、LTE以及卫星通信等网络，这些网络在车联网通信中
使用不同的标准和协议，数据处理和信息交互不完善。而5G车联网将融合多种
网络，实现无缝的信息交互和通信切换。5G移动通信网络是一个包括宏蜂窝层
和设备层的双层网络［5］，其中，宏蜂窝层与传统蜂窝网络相似，涉及基站和
终端设备之间的直接通信。在设备层通信中，设备到设备
〔D2D,dedevice-to-device〕通信是5G移动通信技术的重要组成局部，是一种
终端与终端之间不借助任何网络根底设施直接进展信息交互的通信方式［6］。
根据基站对资源分配和对起始、目的、中继终端节点的控制情况，D2D终端通信
方式可分成4类［5］。
1〕基站控制链路的终端转发。终端设备可以在信号覆盖较差的环境下，通过邻
近终端设备的信息转发与基站通信，其中，通信的链路建立由基站和中继设备控
制，在这