车辆无线通信网络及其应用

基金项目：国家自然科学基金项目(60872049、60971082)

    随着中国经济实力和科技水平的提高，交通业发展迅速，汽车已越来越深入到人们的日常生活之中。2009年中国的汽车年销售总量已超过美国而跃居全球第1；截至2010年底，中国汽车保有量为9 086万辆，超过日本，高居全球第2。车辆的骤增引发了一系列社会问题：交通堵塞、停车困难、交通事故频发，因此，车辆的安全驾驶、交通管理和车辆间的信息交换(如自动刹车信息、危险告警、碰撞告警、位置信息、速度信息)等日益引起人们的关注。基于此，智能交通及车辆无线通信网络等概念应运而生。智能交通系统(ITS)被认为是解决现代交通问题的最有效办法之一。而中国的交通环境和现状意味着智能交通系统具有迫切的需求和广阔的发展空间。基于此，中国从“九五”期间就开始了对智能交通的研究，相继启动了一些研究项目，“十二五”规划中更是将其作为重点领域之一。作为智能交通领域最热门的研究方向之一，车辆通信网络结合全球定位系统(GPS)、传感器技术和无线通信网络，如无线局域网(WLAN)、无线传感器网、蜂窝网络等，可为处于高速运动中的车辆提供一种高速率的数据接入网络，进而可为车辆的安全行驶、计费管理、交通管理、数据通信等提供解决方案。显然，车辆无线通信网络是智能交通系统的基础信息承载平台，可为其采集实时的交通信息，及时广播安全与导航信息，在提高行车安全、减少交通事故、改善交通及驾驶环境等方面具有深远的意义。

1 智能交通系统发展及现状
    智能交通系统是指将先进的信息技术、通信技术、传感技术、控制技术以及计算机技术等有效地集成运用于整个交通运输管理体系，而建立起的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合的运输和管理系统。智能交通系统以前在美国叫智能化车辆道路系统(IVHS)，在欧洲被称为公路运输信息(RTI)、先进运输车辆物联网(ATT)，从1994年开始全世界通称为ITS[1]。

    在日本，ITS从20世纪70年代开始兴起。当时日本开发了最早的汽车综合(交通)控制系统(CACS)。20世纪80年代中期至90年代，相继完成了路车间通信系统(RACS)、先进的车辆交通信息与通信系统(AMTICS)、超智能车辆系统(SSVS)、安全车辆系统(ASV)及新交通管理系统(UTMS)等方面的研究。1994年1月成立路车交通智能协会(VETIS)专门负责在省厅、大学和科研机构以及民间企业之间的联络。同年，日本建设省和道路工团邀请日本10家公司和集团联合进行了电子不停车收费系统(ETC)的野外试验，为专用短程通信(DSRC)日本频率的选定提供了依据。1995年7月日本成立道路交通信息通信系统(VICS)中心，并于1996年4月正式启动，1998年向全国推进。日本的VICS是ITS实用化的第一步，居于世界领先水平。

    在美国，ITS始于1967年的电子路径导向系统(ERGS)，之后在美国政府和国会的参与下，1990年成立了ITS的领导和协调机构IVHS。1991年美国国会制订了综合地面运输效率方案(ISTEA)，1994年IVHS更名为ITS。其实施战略是通过实现面向21世纪的“公路交通智能化”，以便从根本上解决和减轻事故、路面混杂、能源浪费等交通中的各种问题。

    在欧洲，ITS的研究开发由欧盟与民间并行推进。早在1949年，爱尔兰车辆通信工作组(PGVC)成立，标志着IEEE汽车技术协会的诞生。1986年由欧洲多个国家联合执行的“保障车辆安全的欧洲道路基础设施(DRIVE)”计划旨在完善道路设施，提高服务质量。1992年，欧洲成立CEN/TC278工作组，专门致力于道路运输和交通运输信息通信(RTTT)的标准化工作。欧洲各国正在进行车辆物联网(TELEMATICS)的全面应用开发工作，计划在全欧洲范围内建立专门的交通无线数据通信网。智能交通系统的交通管理、车辆行驶和电子收费等都围绕TELEMATICS和全欧洲无线数据通信网展开。欧洲民间也联合成立了“欧洲高效安全交通系统计划(PROMETTHEUS)”的计划。除此以外，新兴的工业国家和发展中国家也已经开始智能交通系统的全面研究和开发[2]。

    在中国，20世纪80年代就已从治理城市交通管理开始入手，运用高科技来发展交通运输系统。20世纪90年代，一些高校和交通研究机构开始了城市交通诱导系统技术的研究和尝试，开始跟踪国际上智能运输系统的发展，交通部也将智能运输系统的研究纳入了公路、水运科技发展“九五”计划和2010发展纲要。目前中国正在进行和已经完成的和车辆通信相关的项目及课题也有很多，例如：在“九五”、“十五”、“十一五”中国国家科技攻关计划关于智能交通项目实施的基础上，北京实施了“科技奥运”智能交通应用试点示范工程，广州、中山、深圳、上海、天津、重庆、济南、青岛、杭州等作为智能交通系统示范城市各自进行了有益的尝试。在高速公路方面，中国内地大多数省区实现了省区内不同范围的收费系统联网。2010年6月，中国工业和信息化部批准了中国铁路通信信号集团公司承担的基于TD-LTE的高速铁路宽带通信的关键技术研究与应用验证课题申报书。同年，国家“863”计划中启动了车路协同、城市交通协同等智能交通方面的项目。2011年1月7日，由中国测绘科学研究院、首都师范大学以及北京航空航天大学联合承担的国家“863”课题“车辆多传感器集成关键技术研究”顺利通过科技部验收。此外，北京邮电大学无线通信系统与网络实验室承担的国家自然科学基金项目“车辆无线通信网络的跨层设计理论及关键技术研究”，同济大学承担的“基于WinCE的车辆通信服务系统”，华中科技大学承担的“车辆无线通信系统中的关键技术研究”，北京科技大学承担的国家“863”计划项目“基于Ad Hoc的车辆通信系统关键技术研究”等项目也在紧锣密鼓的进行中。在“十二五”期间，国家自然科学基金委员会也将高速铁路安全运行、移动通信理论以及运行环境感知与综合检测列为信息科学部的重点项目。

    ITS将是中国高新技术应用的巨大市场之一，因此建设ITS对于中国实现跳跃式发展，实现高新技术的产业化具有重大的意义。需要结合中国的国情：中国的交通构成、文化背景和交通行为等方面确定中国ITS的发展规划，制订智能交通系统关键标准，切实解决中国面临的交通问题。

2 车辆通信网
    车辆通信网络就是在汽车上装载移动通信设备，为高速行驶中的车辆提供一种高速率的宽带无线接入方式，构建一个以车辆为载体的庞大的无线物联网，包括车辆内部各部件、车辆与车辆之间、车辆与路边基站之间的无线通信网络等，其网络架构如图1所示。根据通信距离划分，车辆通信网络主要包括车域网(VAN)和车辆自组网(VANET)两大类。车域网是指通过使用传感器、电子标签等，在移动车辆内部各部件之间构建无线局域网，并通过车载网关接入周边的无线广域网。它能使车辆内部及周围的设备直接或者间接通过无线协议进行通信。移动自组织网络(MANET)在交通道路上的应用被称之为车辆自组网，它为高速运动的车辆之间及运行在高速公路上的车辆提供了一种可能的高速率无线通信接入方式。

2.1 车域网
    车域网(VAN)通过整合和引导车内及网络中的各类交通设备或设施，把车辆完全转变成网络的一部分，实现了无线广域网在高速运动车辆领域的无缝拓展。车载移动网关模块、移动管理中心及广域网组成了车域网的基本架构。显然，车载移动网关是VAN的核心，它兼有无线局域网和无线广域网相关技术，用来建立高效且与位置无关的移动服务平台。VAN的车内组件是基于短距离无线通信技术的，如IEEE 802.11标准、蓝牙以及通过串口或者以太网进行直连；而无线广域网(WWAN)技术则可通过蜂窝网、Wi-Fi、WiMAX等技术来实现。车辆上装载有电子标签，可以通过无线射频等识别技术，实现在信息网络平台上对所有车辆的属性信息和静态、动态信息进行提取和有效利用，并将这些信息通过车载网关发送到Internet网络中。这种方式也被应用在车辆物联网中。移动管理中心设计为网络操作中心的拓扑，目的是允许操作者主动管理移动局域网服务，包括配置管理、积极检测、故障排除、性能及流量计费管理等。

2.2 车辆自组网
    自组网(Ad Hoc)是一种无线分布式结构，强调多跳、自组织、无中心的概念。VANET是MANET的特殊形式，它具有移动自组织网络的各种特点，比如自治性和无固定结构、多跳路由、网络拓扑的动态变化、网络容量有限、良好的可扩展性等。但VANET网络中，特殊的应用环境，如狭窄的道路、高密度节点分布、节点高速移动等，直接影响其信息传输能力，使得丢包增加、延迟增大。

    VANET网络的基本架构主要分为车辆与车辆(V2V)通信，车辆与基础设施(V2I)通信两种结构，如图1中圆形区域所示。V2V通信可以使车辆实时监测到其附近道路上其他车辆的相关信息，为行车安全及智能驾驶等提供一种高科技的解决手段。V2I通信则可以使得车辆随时获悉其周边各类设施的相关信息，提供各类服务信息及数据网络接入，其通信系统一般由车载单元(OBU)、路侧单元(RSU)以及专用短距离无线通信协议3部分组成。

    最早针对车辆间通信的研究也着重在VANET网络，为此已经建立了几个相对活跃的研究机构及项目[3]。如CarTalk2000致力于开发一种新的基于车间通信的驾驶员辅助系统，用于驾驶的安全性和舒适性。C2C-CC目标是为车车通信建立一个公开的欧洲标准，不同制造商的汽车能够互相通信[4]。

3 相关国际标准
    DSRC是国际上专门开发适用于车辆通信的技术，1992年由美国材料与试验协会(ASTM)最早提出。2010年7月正式颁布的IEEE 802.11p是IEEE 802.11协议在车辆领域的推广与扩充，主要规定了DSRC协议的媒体访问控制层(MAC)和物理层(PHY)标准。IEEE 1609标准则是以802.11p通信协议为基础的高层标准，是IEEE针对无线通信技术应用于车辆环境时所定义出的通信系统架构以及一系列标准化的服务和接口。

3.1 DSRC
    DSRC是一种无线通信技术，负责在车路以及车车之间建立信息的双向传输，支持公共安全和私有操作。DSRC能够提供高速的数据传输，并且能保证通信链路的低延时和系统的可靠性，是专门用于车辆通信的技术。DSRC迄今为止还没有形成统一国际标准，国际上DSRC标准主要有欧、美、日三大阵营：欧洲ENV系列、美国900 MHz和日本ARIBSTD-T75标准。1992年，ASTM主要针对ETC业务的开发而最先提出DSRC技术的概念，其采用915 MHz频段。2002和2003年ASTM分别通过了DSRC标准E2213-02及其改进版本E2213-03，工作频率为5.9 GHz。表1给出了分别工作在915 MHz与5.9 GHz不同频段的DSRC的性能比较。DSRC工作在5.9 GHz时，通信范围扩展到1 000 m，数据传输速率也提高到6～27 Mbit/s。表2介绍了DSRC与其他无线通信技术的区别[5]。DSRC能在短距离通信范围内进行高速数据传输，而且成本很低廉。

3.2 IEEE 802.11p
    2004年，IEEE专门成立了车辆通信环境下的无线接入(WAVE)工作组，DSRC标准化工作也转入IEEE 802.11p与IEEE 1609工作组进行，主要还是针对应用于高速移动环境中的IEEE 802.11标准的相关内容进行一些修改。IEEE 802.11p[6]是美国交通部针对欧洲的车辆通信网络，特别是电子道路收费系统、车辆安全服务与车载商业交易系统等应用而设计的一种中长距离通信的空中接口标准，它计划将被用在车辆通信系统中，能够提供高速的车到车和车到路侧单元的数据传输。在WAVE系统中，一个路侧单元大约可以覆盖方圆1 km。IEEE 802.11p协议主要描述车辆无线通信网络的物理层和MAC层协议：MAC层采用增强分布式信道接入机制(EDCA)，物理层仍采用802.11a标准使用的正交频分复用(OFDM)技术，只是其物理层参数在802.11a的基础上进行了一些调整。比如，其带宽调整为10 MHz，信息传输速率相应地降低为3～27 Mbit/s，工作频率为5.850～5.925 GHz等[7]。

3.3 IEEE 1609协议族
    IEEE 1609系列标准主要目的为制订V2V和V2I的标准无线通信协议，并提供行车环境下，包括汽车安全性、自动收费、增强导航、交通管理等广泛应用环境的通信标准。802.11p协议主要负责物理层及MAC层，而IEEE 1609则主要规定了相应的高层协议。

    IEEE 1609.1主要用做资源管理，为DSRC设备提供额外的管理机制，让具有控制能力的节点能够远端控制一个区域内的所有节点。IEEE 1609.2主要负责制订IEEE 1609标准中的安全机制。IEEE 1609.3主要用来制订WAVE系统中网络层通信协议及管理机制，并为降低WAVE设备间传输时所需的时间而专门制订了短信通信协议(WSMP)。IEEE 1609.4负责制订信道间切换方式。WAVE中包含1个控制信道和6个服务信道。因为必须定期或者不定期对控制信道与服务信道之间进行切换，所以不同WAVE设备之间必须通过共通的控制信道交换信息。

    车用通信长久以来受限于无线通信技术难以应用在高速移动环境中；不同车商之间缺乏统一的通信接口，使得车辆与外界的沟通受到相当大的限制。IEEE 1609协议族在这方面有了突破。所以，世界各国都以指定车辆通信标准为其重要交通政策，如美国交通部提出ITS相关计划便是一例。IEEE结合了政府、车商及运营商共同制订IEEE 1609系列技术标准，为行车环境中各项应用情境提供了解决方案。

4 关键技术

4.1 物理层技术
    与传统无线通信系统相比较，车辆无线信道具有传输特性变化快的特点：车速高、时变快衰落、多普勒效应严重。众所周知，车辆行驶在市区等人群、楼宇密集的区域时，多径衰落可能是影响其通信质量的最主要因素；但当其行驶在郊外、高速公路等区域时，由于高速运动所引起的信道的时变性和多普勒频移将是主要因素，不可忽视。对于物理层使用OFDM技术的车辆无线通信系统中，由于OFDM对频偏的高敏感性使得这一问题尤为突出，会引起明显的误码率和吞吐量性能的下降。例如，移动速度为200 km/h，采用非编码16QAM，40 dB信噪比的情况下，存在/不存在多普勒频偏时无线局域网802.11a的平均误码率由3.5×10-4下降为1.8×10-4；而数字视频广播(DVB)系统则由1.8×10-4急剧下降为2.78×10-2，下降了2个数量级(约1/500)[8]。因此，如何降低多普勒频偏对系统所造成的影响，以及对于物理层信道传输特性的测量与建模等均是目前的研究热点。调整帧长和多普勒分集技术等可降低多普勒频偏的影响，Tan等人首先建立了一种基于GPS的车辆无线信道测量实验平台，并在此基础上分别构建了V2V和V2I的信道模型[9]，David W Matolak对目前存在的V2V模型进行了综述[10]。

    车辆无线通信网络的物理层采用IEEE 802.11p标准：工作频率为5.850～5.925 GHz，共75 MHz，被划分为7个10 MHz的信道。为了增强车载环境下抵抗多径传播和多普勒效应的能力，IEEE 802.11p使用64点OFDM技术，信道带宽也降为802.11a的一半(10 MHz)，信息传输速率为3～27 Mbit/s。

4.2 媒体接入层技术
    MAC层的关键技术主要是对MAC的资源进行管理，包括呼叫接纳和切换技术、调度技术、服务质量(QoS)架构、链路预测及自适应技术等。车辆自组网的MAC层有着与传统网络不同的特点：无线信道质量受道路环境、交通状况等影响严重，网络拓扑受道路约束及车辆移动速度的影响，链路不稳定等。这就要求车辆网络中的MAC协议需要支持车辆高速移动性，保证通信的实时性及可靠性；采用分布式自组网方式，保障用户公平、高效地进行通信[11]。无线环境下MAC层的接入方式主要可划分为基于竞争的共享介质方式和基于调度的独享介质方式两大类。载波监听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)是典型的基于竞争的共享介质方式，节点在发送数据之前进行载波侦听，如果信道是空闲的就发送数据。基于调度的独享介质方式主要有频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)等，每个网络节点都有预设的时隙来进行数据传输。文献[12]详细介绍了媒体控制接入方式相关内容。不难看出，CSMA/CA更适合用于VANET。文献[13]研究了车辆相对运动速度对车辆自组网络的影响，以CSMA/CA作为MAC层算法进行仿真，指出RTS-CTS机制在车辆相对速度较低的情况下表现出良好的性能。文献[14]指出车辆通信网络中使用单信道会因为频繁碰撞和接入导致很大的延时，研究者将CSMA/CA与动态信道分配(DCA)[15]相结合提出了适用于车辆自组网中多信道环境下的群集多信道MAC协议(CMMP)，结果表明使用CMMP能够将碰撞和时延降低到传统MAC算法的60%。文献[16]指出现有的802.11 MAC协议是利用退避算法及不同帧间隔实现不同的QoS需求，这种做法会降低网络性能。针对这一问题，该文献提出了一种结合SDMA、OFDMA、TDMA的新的MAC算法(SOFT MAC)，这种算法预先分配传输时隙同时为高效服务提供了随机接入时间。与传统的802.11的MAC算法相比，只要有效负载的大小超过500比特，SOFT MAC可以明显提高网络性能。IEEE 802.11p标准在802.11 CSMA/CA的基础上提出使用EDCA MAC协议，并引入仲裁帧间间隔(AIFS)以适配不同的QoS。

4.3 路由层技术
    在车辆通信网中，路由技术就是为源节点(发送端车辆)到目的节点(接收端车辆)找到一条合适的路径以确保通信的可靠性。很多研究针对MANET网络提出了路由协议，比如目的序列距离矢量路由协议(DSDV)、动态源路由协议(DSR)、按需距离矢量路由算法(AODV)等。车辆通信网中的V2I模式可以采用这些现有的路由协议，但是在V2V模式下采用这些路由协议会对网络性能有极大降低。这是因为在VANET中，车辆快速运动、信息动态交换、车流密度变化大都会导致链路的频繁建立与断开，很多研究者针对VANET网络这一特性提出了一系列的解决方案。

    DSDV、OLSR、AODV、DSR这些基于拓扑的路由协议需要知道整个网络的拓扑才能工作，因此，基于地理位置的路由协议脱颖而出。在基于物理位置的路由协议中，每个节点装备GPS用来获得节点的物理位置、行驶速度以及邻居节点的位置信息。这样，只需知道局部拓扑信息也能选择最优路由进行数据传输。文献[17]研究了物理位置路由协议，对贪婪边界无状态路由(GPSR)协议进行了改进，使得节点在选择下一跳时的路由信息更加准确，同时在十字路口处使用了可预测模型来掌握车辆行驶的动态，仿真分析后发现，这种改进的算法能够有效的降低丢包率。

    由于网络中带宽是一定的，传送包的数量过多会导致碰撞急剧增加、丢包率大大提高。文献[18]将基于地理位置的路由协议与预留时间相结合。基于预留时间算法首先设置等待时间，然后根据发送重复数据的数量来确定数据包的优先级，发送重复包数量越多，在预留时间中的比重越大。等待时间结束后，选择比重最小的节点作为下一跳。当存在两个或两个以上比重相同且最小的节点时，根据位置信息确定下一跳。这种方法能有效减小冗余，提供传输效率。

4.4 安全技术
    车辆网络协议允许节点(车辆或者路边基础设施)通过一跳或者多跳来互相通信，节点既可以作为终端又可以作为路由器。车辆通信的独特特征是一把双刃剑：一方面可以为驾驶员提供大量丰富的工具，另一方面可能遭到技术滥用以及恶意攻击。因此，车辆通信网络的安全是不容忽视的，否则这些系统会引发犯罪，甚至使部署车辆通信网络失去了意义。各种应用程序之间的耦合、通信网络结构以及社会、法律和经济方面的因素都使车辆通信安全的效果造成深远的影响[19]。图2所示为车辆通信网络安全架构示意图[20]。

    一些汽车制造商将IEEE 802.11协议部署在车辆的无线设备上，这样的做法似乎给恶意攻击者提供了很大的方便，可能导致即使拥有唯一认证也不能确保对节点的正确操作。各种不同类型的攻击者(内部的或者外部的、善意的或者恶意的、连续的或者随机的)造成的影响也是不同的。车辆网络安全潜在漏洞有：

    (1)干扰
    干扰器直接产生一些干扰信号，导致在它接收范围内的通信都无法建立。由于网络覆盖范围(比如高速公路附近)是一定的，干扰器正好利用这个定义好的范围进行干扰。

    (2)仿冒
    车辆网络一个主要的漏洞就是要求准确和及时地接收应用程序数据。攻击者仿造了一条假的预警信息进行发送，导致车辆网络大部分的快速“感染”，很多车辆收到了这条错误的信息，驾驶者可能会做出影响车辆安全的反应，极大地降低了网络信息的可靠性。

    (3)篡改
    任何一个中继节点都可以破坏其他节点的通信：它可以丢弃或者破坏消息，或者有企图的修改信息。也就是说，任何需要接收到的有价值的信息、重要的流量信息或者安全信息都可能被篡改过。事实上，篡改消息比仿造消息更容易，影响也更恶劣。

    在文献[21]中，Eskandarian和Blum描述安全体系结构专门应用车辆网络中所谓的“智能碰撞”，这种碰撞是由外界故意引起的。但“智能碰撞”只是一种攻击类型，建立安全结构网络要求必须认识尽可能多的潜在的威胁。他们提出在消息获得数字签名之后，使用公共密钥和虚拟的基础设施来提供可靠的消息传输。文献[22]主要针对车辆通信安全的隐私和安全位置问题。他们指出需要恰当地权衡“责任”和“隐私”这两个方面，同时引入了电子车牌(ELP)作为车辆的唯一电子标识。

5 应用前景
    车辆通信网络已经在ETC计费、交通调度等方面得到了广泛的应用。基于车辆通信网络搭建的信息通信平台，一方面可以扩大人们的工作娱乐空间，同时也可以大大提高行车的安全性和智能性，从而为智能驾驶和智能交通等提供强有力的保障。

5.1 车载娱乐与导航
    车载娱乐系统是为了给汽车提供更多的娱乐功能，包括车载视听娱乐系统及显示系统。包括汽车音响系统(车载MP3)、车载电视娱乐系统(车载DVD)、车载电子导航等。

    两辆或多辆车通过车辆网络相连，就构成了一个车载娱乐及互动的平台。借助于该平台的通信机制，不同车辆上的乘客可以随时交换信息，如文字、图片、音乐、视频等，还能进行联机游戏。与蜂窝网相比，依靠VANET网络建立的通信，价格比较低廉，时效性也有很大提高。

    传统的交通信息采集，往往通过布设监控设备，由控制中心统一发布，具有很大的局限性。而在VANET的自组织网络结构中，车辆之间相互通信，同时配合电子地图的应用，随时获取道路交通信息，实时性和准确性都有很大的提高，驾驶员能准确掌握道路的车流量情况，从而选择车辆密度较少的最佳路线，避免增加主干道的负载压力。

    目前车载娱乐及导航系统的市场已比较成熟。美国市场的车载信息娱乐系统主要包括远程信息娱乐系统和基于电子地图的导航系统；在日本，电子地图导航系统已经变成标准配置，例如，使用具有3D效果的地图和其他信息服务；在欧洲，有越来越多的导航仪和蓝牙无线电话生产厂商加入到这个产业链中来，并因此给后装市场带来了新的活力；在中国，现阶段车载信息娱乐市场将从以音频和娱乐为主的市场，转向以视频和信息服务为主的市场。

5.2 智能驾驶

5.2.1 车辆预警
    碰撞预警系统包括诸如正面碰撞预警、盲点警示、车道偏离警示系统、车道变化或合并警告、路口碰撞预警、行人检测及报警功能、倒车警告、追尾预警和适用于大型车的翻转预警。一种特殊类别的预警是对司机的监测，防止疲劳驾驶等影响车辆安全驾驶的行为产生。早期上市的碰撞预警系统已经被大量的建模和测试，夜视及倒车预警系统已经安装在一些移动设备上。在未来几年，正面碰撞预警和车道偏离预警也将成为可能。

5.2.2 车辆辅助驾驶
    道路交通往往存在一些盲区，如十字路口或高速公路的出入口。驾驶辅助系统能够交互盲区附近车辆间的状态、位置信息，能协助驾驶员安全、及时地通过这些地段，避免突发事故的发生。另一方面，如果司机没有对车辆预警系统发出的警告做出任何响应，驾驶辅助系统中的防碰撞系统可能采取的转向控制、制动、油门或操纵车辆返回安全状态。日本和欧洲已经推出了备受瞩目的驾驶助手产品，这种产品即将在美国上市。这种产品会感应到前方车辆减速，同时调整自身车速使之与前车保持一定的安全距离，当前方路况好转时，该系统又会将速度调节到最佳。目前这种系统适用于高速情况下，更新一代的系统目前正在测试中，可以使用在走走停停的情况下。1999年，三菱在日本推出了一种驱动支持系统，这种系统通过车辆后视镜提供了车辆偏离道路服务，将其作为对车辆驾驶助手系统的补充。本田、日产和丰田联合开发的先进安全汽车项目多项安全子系统，其中包括道路定位、自动制动、障碍预警、疲劳驾驶示警及夜间行人示警等。在欧洲有些政府资助的项目研究重点在于研究驾驶员监控、道路条件感知、视觉增强、导航控制(智能转向控制及优化车辆轨迹)及结合传感器的应用。

5.2.3 车辆自动化系统
    汽车自动化系统包括低速自动驾驶、在公交车道或者码头等隔离区进行电子车辆引导。车辆上的设备及智能仪器都是自动化的，与其相关的一些协作设施比如路边单元或者其他车辆上的终端等，也可能是全自动的。在一些安全条件以及交通情况允许的情况下，可以实现车辆自动驾驶，这时车车之间的协作是提高通信效率的关键。总之，汽车自动化系统在未来可以应用在很多情况中，通过各种协作来提高系统的性能。

5.3 智能交通
    车辆通信网不仅能够为驾驶员提供安全、便捷的驾驶环境，同时能够实现车辆调度及交通疏导，从而降低整个城市的交通堵塞压力，提高公共交通的畅通性。

    2007年，广州市已经开始推广公交车智能交通调度系统。乘客一经过车辆的智能感应器，就会自动扫描测量。调度中心可即时获知车上有多少乘客，是否拥挤等情况。司机只需轻按车上的智能按钮，就会发送一条短信要求调整排班计划，调度员再将下一班的发班时间发送到车上的智能机。如果公交车在运行路上抛锚或堵塞，智能调度系统也会第一时间知悉，并进行适当调整。

    北京、苏州等城市也逐渐推出相应的缓解交通压力的策略，比如交通监控及流量分析、部署电子警察以及实行出租车调度服务系统等。合理地部署车辆通信网络、有效利用车辆相应信息、完善智能调度系统能够有效缓解中国城市交通压力、改善城市中行车环境、提高驾驶效率。

    此外，车辆通信网络还可以应用在其他一些领域。比如，利用车辆通信网络可提供高速率的数据接入服务，在行车过程中接入Internet网络进行实时办公，处理业务，从而大大扩展了人们的工作范围。当出现突发事件时，利用车辆通信网络相关安全告警信息瞬间就可以被广播出去，实时通知附近的车辆采取应急措施。若再结合智能驾驶，就可以避免出现连环碰撞等，从而尽可能地降低损失。

6 结束语
    综上所述，人们对于车辆通信网的认识刚刚起步，该网络在关键技术、网络安全、网络应用方面都有着很大的研究价值和市场价值。发展车辆通信网有助于有效地改善中国交通现状，提供一个舒适、安全的驾驶环境，同时也能为中国的经济发展做出贡献。

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收稿日期：2011-03-22

[摘要] 文章介绍了车辆通信网的基本概念、网络架构、国际标准及关键技术，分析了其在物理层、媒体接入层、路由层、安全技术的研究热点问题，并讨论了其在智能交通、安全行车、导航和智能驾驶等方面的应用前景。

[关键词] 车辆通信网；专用短程通信；通信安全；驾驶辅助及预警系统。

[Abstract] This paper introduces the basic concept, network architecture, international standards, and key technologies of wireless vehicular communication networks. It also analyzes issues in the PHY, MAC, and routing layers as well as issues in security technology. The broad prospects of wirelss vehicular communication networks in intelligent transportation, safe driving, navigation, and intelligent driving are discussed.

[Keywords] vehicular communication networks; dedicated short range communications; communications security; driving assistance and warning systems