1 引言

近年來(lái)，因汽車(chē)數(shù)量持續(xù)增長(zhǎng)而引起的交通安全、出行效率、環(huán)境保護(hù)等問(wèn)題日益突出，車(chē)聯(lián)網(wǎng)相關(guān)領(lǐng)域的研究和發(fā)展受到了廣泛關(guān)注。車(chē)聯(lián)網(wǎng)是以車(chē)內(nèi)網(wǎng)、車(chē)際網(wǎng)和車(chē)載移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，融合了傳感器、RFID（radio frequency identification）、數(shù)據(jù)挖掘、自動(dòng)控制等相關(guān)技術(shù)，按照約定的通信協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)，在車(chē)X（X：車(chē)、路、行人、互聯(lián)網(wǎng)）交互過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛與公眾網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)移動(dòng)通信，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在交通系統(tǒng)領(lǐng)域的典型應(yīng)用。在車(chē)聯(lián)網(wǎng)中，車(chē)輛作為移動(dòng)通信設(shè)備和用戶(hù)的載體，以拓?fù)涔?jié)點(diǎn)的形式組織移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹Ｓ捎谲?chē)輛自身的移動(dòng)性，車(chē)載通信具有移動(dòng)區(qū)域受限、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓�快、網(wǎng)絡(luò)頻繁接入和中斷、節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍大、通信環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn)［1］。根據(jù)車(chē)聯(lián)網(wǎng)的上述特征，當(dāng)前車(chē)聯(lián)網(wǎng)的實(shí)施存在以下多方面挑戰(zhàn)和困難。

1） 在體系結(jié)構(gòu)方面，由于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的快速發(fā)展，為滿(mǎn)足用戶(hù)的多功能體驗(yàn)，車(chē)聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。在車(chē)載移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)中，路側(cè)單（RSU， road side unit）作為車(chē)輛自組網(wǎng)（VANET， vehicular ad hoc network）無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)，將車(chē)輛以及道路等信息上傳至互聯(lián)網(wǎng)并發(fā)布相關(guān)交通信息，這種車(chē)與基礎(chǔ)設(shè)施（V2I， vehicle to infrastructure）的協(xié)作通信模型需要大量的RSU支撐，增加了建設(shè)的成本和能源消耗［2］。

2） 在通信方面，車(chē)聯(lián)網(wǎng)中存在多種類(lèi)型的通信網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)使用不同的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)的融合不完善，影響車(chē)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行效率。雖然IEEE 802.11p 標(biāo)準(zhǔn)的車(chē)輛自組網(wǎng)通信在高速運(yùn)行環(huán)境下傳輸距離遠(yuǎn)、分組丟失率低、可靠性高， 但在極其復(fù)雜的非視距（NLOS，non-line of sight）環(huán)境下通信質(zhì)量會(huì)受到不同程度的干擾［2］。另外，由于車(chē)輛的高速移動(dòng)，需要

快速可靠的網(wǎng)絡(luò)接入與信息交互，時(shí)延受限成為當(dāng)前車(chē)聯(lián)網(wǎng)面臨的重要問(wèn)題。

3） 在安全方面，車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的用戶(hù)信息都將連接

在該網(wǎng)絡(luò)上，隨時(shí)隨地被感知，很容易被干擾和竊取，嚴(yán)重影響了車(chē)聯(lián)網(wǎng)體系的安全。當(dāng)前車(chē)聯(lián)網(wǎng)在每一層都存在不同程度的威脅：在感知層，車(chē)輛單元（OBU， on-board unit）和路側(cè)單元RSU 節(jié)點(diǎn)的物理安全、感知信息的無(wú)線(xiàn)傳輸；在網(wǎng)絡(luò)層，數(shù)據(jù)破壞、數(shù)據(jù)泄露、虛假信息等安全與隱私問(wèn)題［3］；在應(yīng)用層，也存在身份假冒、越權(quán)操作等由于技術(shù)方面的不足或因管理不當(dāng)而帶來(lái)的隱形危害。

近年來(lái)，車(chē)聯(lián)網(wǎng)在體系結(jié)構(gòu)、通信以及安全方面存在的問(wèn)題成為當(dāng)前學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的研究熱點(diǎn)，而隨著第5 代移動(dòng)通信（5G）的快速發(fā)展，5G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)將融合大規(guī)模天線(xiàn)陣列、超密集組網(wǎng)、終端直通、認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電（CR， cognitive radio）等先進(jìn)技術(shù)［4］，以更加靈活的體系結(jié)構(gòu)解決多樣化應(yīng)用場(chǎng)景中差異化性能指標(biāo)帶來(lái)的挑戰(zhàn)。其中，5G 通信技術(shù)在低時(shí)延、高移動(dòng)性車(chē)聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景的應(yīng)

用，解決了當(dāng)前車(chē)聯(lián)網(wǎng)面臨的多方面問(wèn)題和挑戰(zhàn)，使OBU 在高速移動(dòng)下獲得更好的性能。而且，5G 通信技術(shù)讓車(chē)聯(lián)網(wǎng)不用單獨(dú)建設(shè)基站和服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施，而是隨著5G 通信技術(shù)的應(yīng)用普及而普及，為車(chē)聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展帶來(lái)歷史性的機(jī)遇。

2 5G 車(chē)聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

未來(lái)5G 通信技術(shù)在車(chē)聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景的應(yīng)用使車(chē)聯(lián)網(wǎng)擁有更加靈活的體系結(jié)構(gòu)和新型的系統(tǒng)元素（5G 車(chē)載單元OBU、5G 基站、5G 移動(dòng)終端、5G 云服務(wù)器等）。除了在車(chē)內(nèi)網(wǎng)、車(chē)際網(wǎng)、車(chē)載移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)V2X（X：車(chē)、路、行人及互聯(lián)網(wǎng)等）信息交互以外，5G 車(chē)聯(lián)網(wǎng)還將實(shí)現(xiàn)OBU、基站、移動(dòng)終端、云服務(wù)器的互聯(lián)互通，分別給予它們特殊的功能和通信方式。5G 車(chē)聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在OBU多網(wǎng)接入與融合、OBU多渠道互聯(lián)網(wǎng)接入、多身份5G 基站。

2.1 OBU 多網(wǎng)接入與融合

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5G在車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用.pdf