基于CAN總線測試思路的V2X測試方法探索

徐敏星　張武　杜迎軍　何旭　王嬌

摘 要：V2X（Vehicle To Everything）技術作為智能交通的關鍵技術，通過車與車、車與路邊設備的直連通信，實現車與周圍環境之間的信息交流。對于提升交通效率，降低交通事故有明顯的幫助。本文主要基于CAN總線測試方法對V2X測試關注點及測試方法進行研究，為后續V2X測試工作提供參考。

關鍵詞：直連通信;V2X測試;智能交通

1 引言

當前手機及其他終端的通信都是通過基站來進行轉發實現的，即手機發送的信號都是先發送到基站，然后再由基站發送到另一端。經過基站的中轉，無疑會增加通信的時延。為了實現車輛之間及環境的信息交流以及最大化的優化通信時延，V2X技術運用而生。V2X是Vehicle to everything的簡稱，是一系列技術的集合，類似于自動駕駛技術。自動駕駛技術并不是某一項具體技術的名稱而是通過一系列的技術來達到自動駕駛的目的。同樣V2X也并不是某一項具體的技術，而是通過一系列的技術來達到車與外界的互聯，實現車與車、車與基礎設施、車與行人、車與云等之間的信息交流。2018年11月工信部確定以5.9G頻段作為基于LTE（Long Term Evolution）的V2X技術的車聯網直連通信工作頻段。直連通信的優勢在于不通過基站，大大降低了信號傳輸的時延，能夠快速感知周邊環境并做出響應。V2X技術的最早應用是在2006年，由通用汽車公司在一輛凱迪拉克上做展示。從那之后，其他的汽車制造商和汽車配套產品供應商都紛紛開始研究這項技術。受于3G、4G通訊的時延，V2X技術一直不慍不火，根本無法與自動駕駛技術來媲美。目前，5G通訊的快速發展，其高速率、低時延等優點給V2X的發展帶來了新機遇。

直連通信技術作為V2X的核心技術，承載了車與周圍環境之間的信息交流，直連通信的準確性、穩定性、時效性以及安全性決定了V2X技術能給我們整個交通系統帶來多大的改善。一項新技術從提出到成熟再到大規模商用，必然得經過大量的實驗來驗證，尤其對于此類與行車安全相關的技術。假如一臺車載OBU（On Board Unit）未遵循相應的開發協議，則無法與周圍環境進行信息交流，更甚者如果被不法分子攻擊，則可能會產生交通事故，所以對V2X必須進行大量的實驗測試。本文主要基于CAN（Controller Area Network）總線思維對V2X直連通信測試方法進行探索。

2 通過CAN總線思維來看V2X技術

利用CAN總線實現了各個車載ECU（Electronic Control Unit）之間的數據傳輸，使整車根據各個子系統的工作狀態來協調工作，達到高效、穩定、安全的運行。如果將道路上行駛的車輛及路邊設備看作為一個個子系統，則可以通過直連通信技術實現每個子系統之間的信息交互，從而達到協調工作。不同的是，CAN總線是承載車輛內部的信息交換，而V2X直連通信技術是承載本車與周圍車輛及路邊設施之間的信息交換。雖然應用范圍不同，但兩者都是信息傳遞的媒介，存在很大的共性。例如，V2X直連通信技術與CAN總線技術都是廣播式發送，會將需要發送的信息廣播給周圍的所有節點。

由于是廣播式發送，連接到CAN總線上的任何一個節點不需要任何安全認證均可以接收到其他ECU發送的數據。當前車載ECU的CAN總線測試思路主要是基于仿真一個節點接收被測ECU發送的CAN報文，再通過上位機軟件解析來展開。圍繞這個思路就可以進行CAN協議一致性及軟件邏輯的測試。如果干擾發送端或者干擾發送過程，就可以測試在不同環境下傳輸的穩定性。通過仿真節點向被測端發送特定內容的CAN報文后通過監測被測端的數據變化來測試軟件邏輯的正確性。

基于兩者相同的消息傳播方式，我們完全可以參考CAN總線的測試方法。通過添加一個處于相同頻段的接收節點來接收發送端發送的數據，然后再通過電腦解析及監測接收端接收到的數據來對發送端進行測試。

3 CAN總線測試思維帶來的啟發

直連通信的數據發送方式也是廣播式發送，借鑒車載ECU的測試思路，可以通過仿真單元來接收車載單元或者路側單元發送的消息，并搭配解析工具來進行相應的測試。CAN總線的數據是通過物理媒介來傳輸的，而直連通信技術是通過空口來傳輸的，仍然有一些差異，所以在搭建測試環境時需要注意以下事項：

1）確保周圍無其他設備在以5.9G頻段發送數據，避免由于存在多臺設備發送數據造成的數據干擾。

2）由于是空口傳輸，不同設備之間的數據傳輸會加入安全認證，所以需要發送端設備與接收端設備能夠進行安全認證或者測試時關閉安全認證。

3）發送端與接收端已鎖定了基于GNSS（Global Navigation Satellite System）的位置，并完成與GNSS時鐘同步。

基于此環境我們可以進行如下方向的測試：

1）在發送端發送帶以GPS時間為基準的時間戳的數據包，發送端通過直連通信技術發送給接收端即仿真接收單元，在接收端將數據包中內容解析后，根據接收端與發送包中的時間戳的差值，測量端到端的傳輸時延。

2）通過配置發送端的DSM（Dedicated Short Message）消息中的DSMP（Dedicated Short Message Protocol）版本號信息、應用標識信息（AID）、數據長度信息、高層數據實體信息等內容后，在接收端解析后判斷是否滿足GB/T31024.3-2019標準中的要求。

3）《合作式智能運輸系統-車用通信系統應用層及應用數據交互標準》中定義了5種最基本的應用層交互數據集，分別為BSM（Basic Safety Message）、MAP（Map Data）、 RSI（Road Side Information）、RSM（Road Side Safety Message）、SPAT（Signal Phase and Timing Message）。不同交通參與者通過這5種不同數據集的收發構建起了整個智能交通系統，對這些數據集的驗證非常重要。通過在接收端解析收到的數據集來驗證應用層軟件開發是否滿足數據集格式要求。

4）虛擬節點發送數據到待測設備，通過對待測設備中周期發送的消息集的檢測和解析來判斷處理策略的準確性。

5）由于是空口傳輸，我們更應該關注受到外界電磁干擾時的抗干擾性。在外界施加不同程度的電磁干擾，當發送端在穩定發送數據時，通過監測虛擬節點的接收情況來測試數據傳輸的穩定性。

無論是CAN總線測試還是V2X直連通信技術測試，作為對發送端數據進行收發及解析的仿真節點是測試環境中重要的環節。對于CAN總線測試，目前有大量的工具可以作為仿真節點進行CAN報文的收發，而且還有很成熟的PC（Personal Computer）軟件來進行解析及仿真。目前，由于V2X的前沿性及專業性，測試工作還處于探索當中，可以用作仿真節點進行數據收發的工具比較少。在此推薦兩種可以作為仿真節點的方法。首先，使用標準的OBU設備來作為接收端，將標準OBU設備與電腦連接，通過監測接收到的消息包并進行手動解析來對發送端進行測試。此種方法成本較低、易于操作，但是僅可以測試網絡層及應用層的功能，而且對于作為接收端的OBU要求較高，作為檢驗工具必須通過更深層次測試確保接收端完全符合標準。另一種方法，可以使用CMW500等支持V2X測試的儀表作為仿真節點，以儀表作為仿真節點是最優的方案，也是目前業界最專業的方案，可以進行從物理層到應用層的完整測試，但是此方案成本較大。

4 總結

綜上，在5G技術的背景下V2X業務將來必然會在智能交通領域發揮強大的影響力。隨著V2X技術的逐漸成熟，V2X業務的測試能力則對加速V2X落地至關重要。雖然CAN總線的通訊方式與V2X直連通信技術在傳輸媒介及遵循的協議方面有差異，但是基于兩者的相似點我們仍然可以借鑒傳統CAN總線的測試思路，來規劃V2X直連通信技術的測試方案。

參考文獻：

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[2]張釗，張嵩，羅悅齊，基于V2X應用場景的專用短程通信性能道路測試研究[J].汽車技術，2018（9）：6-11.