基于C2C和C2I的智能交通系統

李治城 胡欣宇

摘 要：在國民經濟發展中，道路運輸的作用較為突出，已成為除鐵路運輸外最重要的地面運輸方式。隨著汽車使用量逐漸增多，這必定會增加交通運輸的負擔。從目前的路網建設狀況來看，已經很難滿足日益增長的交通運輸需求，這就形成了嚴重的道路供需矛盾。智能交通系統便是在此基礎上所提出的新型發展理念。文中主要研究基于車車無線通信系統（C2C）和車路無線通信系統（C2I）的智能交通系統，可以實現交通管理的現代化和信息化。

關鍵詞：C2I;C2C;信息化;智能交通系統;通信層;路邊單元

中圖分類號：TP391;TN92文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2020）11-00-02

0 引 言

因汽車使用量逐年增多，交通管理難度顯著提升，常見交通擁擠和道路堵塞，這已成為現代大都市快速發展所必須面對的難題之一。此類問題不僅會影響交通運輸效率，還會產生更多的尾氣排放，為生態環境帶來嚴重影響。道路供需矛盾已經成為世界各國所面臨的重點難題。早在上世紀

80年代，美國、日本和歐洲一些發達國家就已經開始了針對利用高新技術改造道路運輸體系的研究。他們在不斷努力與實踐中，取得了較大的進展，逐步形成了有助于提升交通通行能力和服務質量的智能交通系統[1-2]。

1 智能交通系統（ITS）

智能交通系統是指在較為完善的交通基礎設施之上，融入多種現代化技術，包括信息技術、通信技術、數據傳輸技術、電子控制技術和計算機技術等，將其集成為功能全面的應用系統。該系統用于交通管理，以便提高交通系統的運行效率，減少交通事故，降低環境污染，從而建立一個高效、便捷、安全、環保、舒適的綜合交通運輸體系[3-4]。可見，ITS的鮮明特點，就是它將高新技術應用于交通系統中，對原本的系統功能進行改造與創新，使其形成趨于智能化和信息化的新型交通系統，從而使交通設施得以充分利用并能夠提高交通效率和安全，最終使交通運輸服務和管理智能化，實現交通運輸的集約式發展。

2 車車無線通信系統（C2C）

一個車載無線通信單元（OBU）的C2C通信層結構如圖1所示。C2C通信與傳統無線通信技術的主要區別在于它的802.11p。傳統無線局域網技術是基于IEEE 802.11a/b/g和其它無線電技術，如GPRS或UMTS等[5]。在特殊無線技術MAC和PHY層上，網絡層基于地理位置和路徑提供無線多跳通信，完成車輛間的特別通信功能，如塞車控制和分流車輛。最終，分散的MAC層可能合并，C2C網絡也可以接入到其他無線網絡中[6-7]。

從OBU的C2C通信層結構可見，非安全類應用使用的是傳統協議棧。它使用的是IPv6上的TCP和UDP或二者其一，并且可以接入無線多跳通信網絡，與其它車內、路邊單元或國際互聯網節點通信。非安全類應用也能夠跳過C2C通信網絡層，通過IEEE 802.11a/b/g網絡接口傳輸數據，例如與WiFi熱點區域的直接通信。相對非安全類應用，安全類應用按照規則通過C2C通信傳輸和網絡層通信，也可以通過IEEE 802.11p物理層和作為IEEE 1609系列標準的IEEE 1609.4 MAC擴展層的協議棧通信[8-9]。

3 車路無線通信系統（C2I）

路邊設施一般由一些功能模塊組成，包括道路設施的信息獲取敏感器件。裝載在車輛上的敏感系統，可以獲取車輛的狀況、速度等相關信息，同時負責與路邊設施進行數據交換;還包括報警部件、數據處理、融合單元和當地動態地理信息系統等[10-11]。C2I無線通信系統如圖2所示。

3.1 C2I通信的路邊單元

路邊單元（RSU）是一個沿著馬路或高速路在指定地點，或者在專用地點，如加油站、停車場甚至餐廳的固定設備。為了短距離無線通信需要，RSU至少包含一個基于IEEE 802.11p無線技術的網絡裝置。當然，RSU最好是裝備有其它網絡裝置以便與公共網絡通信。

RSU的主要功能表現在如下兩個方面。

（1）擴展車輛間組成的Ad Hoc網絡的通信距離。當OBU進入RSU的通信范圍時，RSU可以將兩個OBU組成的網絡聯系起來，擴展信息交換范圍。RSU還可以通過無線多跳技術實現車輛直接向前傳送數據的鏈路功能，這是RSU在ITS中最基本的功能[12]。RSU采用無線多跳技術向前傳送數據示意如圖3所示。

（2）行使安全應用。在橋梁、涵洞、道路施工現場、十字路口等地方，安置RSU作為信息源和收發器，可對車輛發出預警信息，保障行車安全。RSU對車輛發出預警信息示意如圖4所示。RSU的拓展功能還包含環境監測、氣象預報等。

（3）提供互聯網接入到車輛的OBU功能示意如圖5所示。

3.2 C2I通信的車載系統

車載單元是一個短距離無線收發系統，可以嵌入在汽車里或者作為一種便攜系統安裝在汽車上。車載單元能提供車輛與路邊設施的通信或車輛間的通信，類似802.11無線收發機[13]。車載單元加上應用處理系統、人機交互界面、GPS車輛定位系統等構成車載應用系統。車載系統（OBE）的結構示意如圖6所示。

車載系統包括車載單元的無線電接收裝置。它用于連接車內的電子設備。車載單元不僅要由不同的制造商設定，而且不同的車型、不同的生產日期均有特有標記。任何希望連接到車輛間或車輛與路上設施的通信系統，首先要符合通信系統的體系結構，且均需通過簡單網絡管理協議（Simple Network Management Protocol）注冊，并在管理信息中心（Management Information Base）的服務供應商平臺（Provider Service Table）中存儲使用者的相關信息[14]。車載系統負責獲取GPS以及各種車輛傳感器數據，當多個車輛要安全地通過一個交叉路口時，最低的數據傳輸響應時間不超過100 ms。數據至少包括一個臨時的ID、信息種類、時間標記、地點等約定信息。數據傳送的時間根據車輛的速度，行駛的區域等多種狀態自行調整，如根據路邊設施數據、導航輔助系統等[15]。

4 結 語

基于車車無線通信系統（C2C）和車路無線通信系統（C2I）的智能交通系統，可以有效降低交通事故發生率，從源頭上控制交通安全隱患，這對于提升交通管理的實效性具有積極作用。因此，在后續發展中，有必要加強對智能交通系統的重視，將更多新興技術應用于智能交通系統中，不斷完善和創新系統功能。

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