DSRC技术标准-实现车联网系统

车辆的移动速度较快，城市道路中车速一般为30～40km/h，省级以上道路中车速一般大于60km/h，因此车辆网络实际意义上是一种特殊的移动网络。车辆高速移动引起的多普勒频移效应会严重影响无线信道的传输质量，同时车辆行驶在一个开放的环境中，周边设施也较为复杂，一般存在树木、建筑物等可能对通信质量产生影响的干扰源，因此车辆网络对通信质量的要求更高。国内外学者通过大量的仿真和实车实验发现在车速大于60km/h的情况下，传统的802.11a/b/g/n技术的无线网络传输质量严重下降，难以适应车辆网络环境，不能提供可靠的通信链路。为满足车辆通信服务要求，产生发展而来的适用于智能交通车辆网络环境的802.11p技术可以很好地解决车速对信道衰减的影响，为车车/车路提供可靠的通信链路。

世界范围内，智能交通无线网络服务的标准化进程主要聚焦于5.9GHz频段的专用短程通信技术（Dedicated Short Range Communications，DSRC）智能交通标准研究组织如图1-1所示，目前至少有三家有影响力的组织已使用5.9GHz频段制定相应通信标准。在欧洲，主要由欧洲电信标准化协会（European Telecom-munications Standards Institute，ETSI）中TCITS小组负责，形成了适合车车/车路通信的标准体系，现已在CVIS、SAFESPOT、GeoNet等项目中成功运用；在美国，由美国电气和电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engi-neers，IEEE）中802.11p、P1609小组以及美国汽车工程师学会（Society of Au-tomotive Engineers，SAE）联合制定了相应标准，统称为WAVE（Wireless Access in Vehicle Environment）体系；同时，国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）TC204WG16小组也制定了相应通信标准，统称为CALM（Communications access for landmobiles）体系。为了避免工作内容的重复，三家组织在制定标准时，侧重点互不相同且内容相互补充。ETSI主要关注车车之间的多跳通信模式，IEEE主要强调物理层使用5.9GHz频率的802.11p协议，ISO则侧重对物理层多种接入媒质的管理^[1]。

图1-1 智能交通标准研究组织(www.xing528.com)

欧洲电信标准化协会（ETSI）为经欧盟认可的欧洲标准发展组织，针对信息、通信技术制定全球性应用标准^[2]。其中ETSITCITS致力于智能交通中道路运输相关标准的制定，其下由5个工作组（Work Group，WG）组成：WG1规范车载网络的基本应用需求与服务；WG2制定适合于ITS的通信协议栈体系，并负责协调欧洲范围内不同标准制定组织以实现协议栈更好的适用性；WG3负责制定协议栈中网络层与传输层标准，采用了基于地理位置的传输方式GeoNet-working；WG4制定物理层与媒体接入层标准；WG5负责ITS相关的安全议题。

国际化标准组织（ISO）于1992年成立了与ITS相关的TC204委员会，TC204又分为18个工作组（WG），其中WG16覆盖ITS的相关应用，负责制定道路运输中的中/长远距离无线传输介质通信标准体系（Continuous Air-interface for Longand Medium distance，CALM），目前已更名为路运通信标准体系（Com-munications Architecture for Land Mobile，CALM）^[3]。CALM的特点是物理层多种模式传输介质共同使用，包括蜂窝网络（2G/2.5G/3G）、红外传输、5GHz频段（802.11a/p）、60GHz频段的无线通信手段。WG16下共有8个子工作组（Sub Work Group，SWG）：SWG16.0负责CALM的架构制定；SWG16.1负责CALM的物理层、媒体接入层标准；SWG16.2负责网络层、传输层通信协议的设计，同时兼顾上层应用服务与下层接入媒质的衔接，是整个CALM体系的核心部分；SWG16.3负责车载终端传输的数据标准；SWG16.4侧重应用程序的管理；SWG16.5制定紧急救援服务中消息内容标准；SWG16.6制定非IP传输方式相关标准；SWG16.7负责CALM的安全与合法性保障。

802.11p是IEEE 802.11标准的扩充，主要应用于车载无线通信，适合智能交通系统的相关应用，IEEE 1609是基于IEEE 802.11p通信标准的上层应用标准。IEE E802.11p^[4]支持5.9GHz工作频率，频道带宽10MHz，理论传输距离将达到1000m，很好地支持车速60km/h以上的移动车辆，IEEE 1609这一标准最主要的目的是提供一个可以将车辆中的主要系统如发送机、传动系统、制动、悬架系统等信息与路侧设备进行信息融合的平台，IEEE 802.11p与1609共同构成WAVE体系。IEEE 1609协议族主要有IEEE 1609.1、IEEE 1609.2、IEEE 1609.3、IEEE 1609.4等。IEEE 1609.1^[5]为WAVE的资源管理，允许远端应用程序与车载设备或路侧设备之间的通信，资源管理在整体协议栈中扮演一个应用层的角色。IEEE 1609.2^[6]的主要目的在于发展与定义WAVE安全消息格式、处理DSRC与WAVE系统内部的信息安全。IEEE 1609.3^[7]为WAVE系统提供网络服务，定义网络层与传输层的服务，与OSI（Open System Interconnection）网络模型的三、四层类似，IEEE 1609.3提供两大类网络传输服务：IPv6传输服务和WSM（WAVE shor tmessage）服务。IEEE 1609.3规范了5.9GHz车载设备与路侧设备的网络层和传输层的服务及操作。IEEE 1609.4^[4]提供频带的协调和MAC子层的管理功能。协调控制频道（Control Channel，CCH）与服务频道（Service Channel，SCH）的操作，控制频道（CCH）用来传输高优先权的车辆安全控制信息，服务信道（SCH）用来传输低优先权的娱乐服务信息等。