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基于5G的车联网可靠通信方法研究

1概述

随着我国“十四五”规划的逐步落地，各地政府陆续加大智慧交通建设的资金投入，车联网产业也随之进入快速发展期，已成为国内新一轮科技创新和产业发展的风口［1］。车联网行业正在催生出大量的新技术、新产品、新模式、新服务，推动着包括芯片模组、行业终端、整车制造、应用平台、高精度定位、安全认证

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基金项目：国家重点研发计划（2018YFB1600600）；国家自然科学基金项目

收稿日期：2022-08-02

在内的产业链条不断成熟。在5G技术的加持下，车联网行业迎来更加蓬勃的发展，各省市的智能网联示范区、先导区不断落地［2］。

目前车联网通信主要包括人、车、路、云平台的全方位连接和信息交互的车联网通信［3］，其中涉及车与车、车与路、车与人之间的通信，国内主要采用基于移动蜂窝通信系统的C-V2X（Cellular-VehicletoEvery?thing）技术，包含LTE-V2X和NR-V2X2种技术演进［4］。另外涉及到车与云平台的通信应用场景，多采用移动互联网实现车端与云端平台之间的通信。由于互联网的开放性和不稳定性，车联网通信面临着假冒网络、网络攻击、数据窃取等安全风险，同时也会遇

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到传输网络不稳定导致网络时延大、数据丢失等风险，会大大影响车联网通信的可靠性。

为了降低上述车联网数据传输的风险，车联网系统需要对数据来源的合法性进行安全认证，防止网络攻击，同时需要对传输网络的结构进行优化，确保车联网通信数据传输安全可信，传输质量可靠高效［5］。

2车联网通信基本原理

2.1车联网通信网络架构

如图1所示，车联网业务主要分为“端”“管”“云”3层架构［6］，通过车端和路端的传感器实现环境感知和数据采集、通过车端域控制器、路端的边缘云和云端控制中心的协同作业，实现数据的融合计算和决策控制，从而为最终用户提供安全、可靠、高效、便捷的智慧交通服务。

端：指实际参与到交通服务的实体元素，包括具备通信功能的车载OBU、路端RSU等，具备感知功能的摄像头、雷达等，以及路侧智能交通基础设施包括红绿灯、智能灯杆、电子公告牌、电子站牌等。

管：指实现车、路、人、云之间通信的网络，包括移动蜂窝4G/5G网络、C-V2X网络等，需灵活配合业务

的需求变化，同时保障可靠安全的数据传输。云：指实现车联网业务的数据汇集、分析、计算和

决策，并实现基本业务运营和运维管理功能的平台，可根据业务需求部署在云端或边缘侧。

在新型的“端—管—云”交通架构下，车端和路端基础设施将实现全面的电子化和信息化，完成交通实体与控制中心的数字化映射；5G+C-V2X的联合组网可构建广域蜂窝通信和短距离直连通信融合的协同作业网络，使得智慧交通业务更加连续。大数据和人

工智能的应用可实现海量交通数据的分析与快速决策，从而建立一体化的智能交通管控系统［7］。

2.2车联网通信网络拓扑

车联网通信主要是解决车、路、人、网之间的数据通信，为车联网环境感知、数据融合计算和决策控制等业务模块交互，提供安全、可靠、高效的通信服务，如图2所示。车联网的通信接口可分为2种，包括Uu接口（蜂窝通信接口）和PC5接口（直连通信接口）［8］。

Uu接口：车载终端、路侧单元、智能可穿戴设备在

处于移动蜂窝网覆盖区域时，可通过Uu接口接入移动

蜂窝网无线基站和核心网系统，再通过互联网或专线

连接部署在云端的车联网业务云控平台。

5G通用通道

5G可靠通道

Internet

城域网

IDC/公有云

Internet

骨干网

中心云

专线通道

IPSec隧道

客户私有云

骨干承载网

MPLSVPN

中心云

安全服务平台

RSU运维管理平台

I2NV2N

普通IP报文

4G/5G核心网

智能驾驶

智能驾驶调度平台

安全服务平台

SLA服务平台

车路协同使能服务平台

V2I2V

4G/5G基站

4G/5G基站

IPSec隧道

5G可路

5G可

路侧计

算单元

5G车载网关

路侧单元RSU 路侧单元RSU 路侧计算单元

路侧单元RSU

V2I

红绿灯

末端计

算单元

OBU OBU OBU OBU

V2V

摄像头雷达

电子公告牌

图1车联网业务架构图

应

用 车联网云控制平台

层

直

连 LTE-V

通 车、路侧终端

信

应用 蜂

窝通信