5G通信技術在車聯網業務中的應用探討

朱楠，楊建

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

車聯網通過使用5G網絡通信技術，使自身擁有更多其他系統無可比擬的優勢。這一技術能夠支持車聯網多樣化的內部系統構建方式的運行和展開[1]。在此基礎上對系統元素進行功能性增強，為整個汽車提供完善的通信體系結構。

1 5G 車聯網特征

5G移動通信融合多種科學技術。這在通信系統的性能方面有了極大的增強。相比傳統通信，5G車聯網有著多方面優點。

1.1 低時延與高可靠性

車聯網利用網絡通信可以實時收集與轉換，這將對網絡通信技術的時效性要求特別高。由于多種因素的限制，其信息發送、中繼節點、接收端在運行中都可以達到信息的安全性，提高數據傳輸的效果與質量，還能夠降低時延限制。但是，受到傳統無線通信技術的限制，通信時延不能支持安全互聯的要求。

5G高密集度組網有著重要的內容性能。在相關網絡中乃至性能低的終端，以能量消耗減小信令開銷，這一技術為帶寬和時延找出了解決方案，5G時延達到了毫秒級是車聯網發展過程中最為重大的技術突破點。在對低時延和高可靠性的關系中，我們以鏈路特征為基礎對300km/h行駛的汽車為參照對象，對5G自適應天線進行分析，通過網絡功能虛擬化技術和軟件定義網絡技術讓5G網絡的運行更加地靈活，各項功能得以實現。此外，5G通信解決了一系列問題，提供了低時延服務的方案，可以實現預約和優化，保證服務水平與質量。其中，優化5G網絡服務可以滿足當前已經存在的網絡系統，并且可以應用到未來高速發展信息所帶來的服務需求外延化。對時延有著重要需求的通信業務來說，這是其低時延和高效的有力把握，在V2X模式下有效得到使用。這體現出5G網絡體系結構的正確應用[2]。

汽車數量的增加使得終端之間的通信會因使用用戶太多而發生堵塞。但是在5G車聯網技術之下，D2D技術會解決時務問題。在終端之間乃至終端與運輸中樞連接時實現交互，保證其空口時延在1ms以內，終端之間時延控制在毫秒內，這樣才能對通信的可靠性的提高做到實在的使用效果承續。

1.2 頻譜和能源高效利用

5G在車聯網的應用使當下能源問題得以解決。在對當前能源利用效率低下的問題上，提高利用效果與質量，具體可以從下述幾點進行討論。

（1）5G通信網絡內，D2D通信方式使5G通信能夠直接實現終端通信。以D2D技術為支持，5G車載單元將與鄰近的車載單元、5G基站及汽車內部網絡通信接入，從多渠道看，這是一種交互的過程。與傳統標準的車聯網V2X通信方式相比，這一方式節約了成本，減少了能源消耗，提高了效率與效能。

（2）全雙工通信方式是5G移動終端設備所使用的一種重要的關鍵性的通信技術，在相同頻段的情況下，使不同汽車之間、汽車與5G基站之間，在同一時間段上接發消息的可能得以實現，頻譜效率得到有效提升。

（3）此外，在5G通信網絡中，認知無線電為核心技術。在車輛網的運行中國，車載終端利用感知無線通信環境，掌握目前信息的空洞條件。因此，可以理解和空閑頻譜進行連接，和其他終端高效通信是5G在車聯網應用中需要解決的。這種共時變化性可以更好地滿足用戶的不同頻譜使用需要，使資源的使用效率得到了極大地提升，節約了使用成本。除此之外，利用該無線電技術，車載終端能夠和其他獲得授權的用戶同時使用頻譜資源，保持信息的共享和應用，建立資源與資源之間互聯互建的友好關系，達到資源共享的目的。從而解決無線頻譜資源短缺的問題。

另外，5G基站是使用天線交互連接的，通信性能不受影響，可以有效節約能源。此外，車輛自組網的運行中，5G車載單元可以隨時掌握、搜索在周邊區域內設置的終端設備，與之對應的是，其通信能力也能夠有效的減少OBU通信損耗，減少資源的浪費，節約成本，避免資源短缺所帶來的其他問題。

1.3 更加優越的通信質量

5G通信網絡擁有比以往傳統更多期待值和更大的優勢，比如用戶對其容量的需求就抱有極高的期望，汽車駕駛員想體驗1000MS的數據速率，對QOS提出高要求。頻段為30G-300GHz稱之為毫米波，這樣可以使得5G終端之間、終端和基站之間能夠有效的交互運行，讓數據傳輸的效果與質量得到提升，增加傳輸的速度，通信質量有了一個質的飛躍。高速數據傳輸率的提高可以有效降低環境干擾帶來的影響，從而使汽車之間網絡中斷的可能性大幅減少。結果表明，5G車聯網技術超強，在推廣之后一定能有比現狀更有效的無線鏈路特征，具體如下：

（1）首先在通信距離方面有所改善和進步。5G車聯網V2V可達到一千米以上的通訊距離，而且避免了如果在通信過程中遇到巨大物體遮擋的環境下影響通信傳輸的困擾，解決了IEEE802.11p車輛自組網通信中連接不當，信號中斷的問題。

（2）5G通信網絡使車輛在高速移動的情況下依舊能夠保持基本的性能。與傳統的通信相比，5G車聯網最大范圍可支持的汽車行駛速率達到了三百五十千米每小時。

（3）5G通信技術提供了更高的傳輸速率，5G車聯網對終端通信效果得到有效的提升，汽車之間、汽車和鏈路數據之間的通信速度以及效率都會明顯地提升，完全實現相互通信，甚至可以在高速行駛的過程中實現視頻通話。

2 5G 通信網絡在車聯網中應用的挑戰與應對

5G車聯網把具備更高水平的5G通信技術使用到車聯網領域內，促進通信質量水平的全面提升，降低了能源消耗，構建了新的體系結構，讓車輛網技術水平得到提升，信息以及數據傳播的效果更好，完全滿足實際應用需要，5G車聯網技術在接下來的三個方面面臨危機，我們需要采取合適的方法進行解決[3]。

2.1 干擾管理

5G網絡通信技術能夠充分利用資源，提高了資源的利用效率。資源的多次利用被應用于5G蜂窩網絡，給網絡容量提升帶來了巨大進步，實現了資源共享，但是也存在一定的問題，比如同信道干擾的問題亟須解決。所以，5G移動通信網絡所帶來的干擾管理問題不可避免。

5G終端對d2d通信網絡產生干擾，有學者提出了兩種資源分配方式:一是d2d和其他終端設備之間來進行資源分配，這屬于動態分配的方式；另一種則是d2d與其他終端設備之間進行正交資源分配，這種是靜態的分配方法。

總而言之，在d2d和v2x通信場景之中，我們在考慮干擾管理問題時需要從各個角度進行分析，同時要選擇系統內可以使用的復用信道。因此，要符合如下標準要求：1）在處理d2d通信鏈路存在干擾的情況下，讓蜂窩用戶可以真正地滿足SINR的需求。2）要盡可能地減小蜂窩用戶對于d2d和V2x的通信線路所產生的干擾影響[4]。

2.2 安全通信和隱私保護

個人安全性問題一直以來都是車聯網發展過程中不可或缺的技術，在網絡安全的大時代下，個人隱私被公開，人身安全受到了威脅，因此，安全技術的發展越來越受到人們的重視。

很多研究中還提到了D2D網絡，以及基于尋秘鑰協商方法管理群簽訂的adhocd2d協議。除此以外，使用者可以通過這種技術，應用于日常生活中，當發生盜取信息以及身份泄露的危險時，提高相關數據的導入速度，在通信設備的幫助下，實現多網絡多設備之間的合作，由此構建出一種高效率，高使用率的大數據算法。

由于5G車聯網通信復雜性較高，所以需要進行多方面的安全認證。這種車聯網的多方安全認證包含車內局域網用戶移動端以及5G車載單元OBU的強效安全認證，同時還要確保車與車、車與人之間達到安全認證的要求。

我們可以運用最近期提到的匿名算法，比如變化性方案能夠在車輛處于不同的范圍內進行變化，隨著車輛的運行軌跡發生相應的變化。這樣就能減少對于匿名收集分析數據和車輛真實身份的攻擊。5G車聯網形成穩定的網絡系統，讓通信系統運行更加的安全，隱私保護協議達到應有的效果，并且在5G 通信中可以使用sdn的技術，這一技術的應用將會大大解決新型網絡技術手段所帶來的安全隱私的隱患。

物理層安全技術，這是保證通信安全的關鍵技術之一。車聯網通信不可避免地會出現很多竊聽事件，對汽車安全性能提出挑戰。相關安全密鑰，就是最為重要的一個環境。基于此，可以從物理層入手，對分離分發和數據安全運輸方面進行演示。密鑰的分發是通過物理層完成的，確保制定出絕對安全的方案，才能保證分發過程中的安全問題得到解決。分發完成則需對車載數據加密運輸，5G技術通過物理層安全，進行先進技術融合，如異構網絡、大規模多輸入多輸出、毫米波通信技術，讓物理層的安全運行水平得到提升，應用也會更加的廣泛。

2.3 安全駕駛

車聯網還應該注意到的問題是在道路行駛過程中的安全問題，而在車輛行駛過程中，駕駛人的駕駛狀態與行為就是極為重要的參考因素，因此，對于駕駛行為和駕駛狀態的分析和研究就顯得尤為重要，通過分析和研究，以達到提高安全性和可靠性的目的。通過對其行駛軌跡的收集，然后就可以有效的預測變化趨勢，并且可以給用戶提供完善的網絡系統，達到安全運行的要求。雖然車聯網中的網絡拓撲頻段靈活多變，呈現多樣化，數據連續增長，但車輛運動受到多種因素限制，通過對交通道路規則和對駕駛人員意圖的了解與分析，可以預測駕駛人員的狀態[5]。

車聯社會網絡（VSN）節點活動規律可以為車聯網預測起到一定的促進作用，而車聯網中的某些設備及模型也會對車聯社會網絡產生反作用，如移動條件下的模擬數據模型，以及云感知下計算模型的搭建。通過對大量OBU數據的研究和分析，從中獲得社會群體中具有交流互動價值的信息資源。對用戶行為進行預測的過程中，VSN有著極強的運算能力，面對行駛過程中出現諸如交通堵塞等的問題，可以有效進行解決，從而保證交通通信的順暢性與安全性，滿足人們的日常出行需要，也會提高交通運行總體水平。

5G車聯網，以D2D進行信息交互，為每位汽車駕駛員提供1000MS數據速率，QOS要求才能實現。空口時延的時速要比信息交互時降低一千百分點達到1MS，更需要在端到端的過程中做到毫秒級時間延續，這樣才能保證時間精度的問題。5G基站要達到定位精度的要求，保證位置數據的偏差不會超出規定的范圍，這樣才能使在預測的模型中出現的可能問題得以解決。目前，面對車聯網數據挖掘所出現的問題，并沒有極其高質量的設備支持和技術支持，我們在觀測數據中發現，數據流是以巨大的信息流量作為填入的，準確獲取數據信息，并且合理地分析與研究，構建出完善的預測體系，為今后這一領域的發展提供強有力的支持。

3 結語

車聯網在人們日常生活中扮演著重要的角色，對于人們的交通和通信方式以及生活方式，都帶來了重大的變化。車聯網使車輛技術方面得到了前所未有的進步和支持，使其朝著智能方向和網絡化發展。本文研究了目前車聯網的體系結構，通信情況，包括5G互聯網通信技術的優勢，并將其應用于車聯網場景中，表現出5G網絡技術的特征，但是隨之而來的是其面臨的挑戰，還有存在的諸多問題需要我們解決。盡管如此，5G互聯網通信技術仍然有著不可替代的作用，在各個領域尤其是車聯網應用中發揮著巨大的作用，為其使用提供了技術支持，這為車聯網的發展提供了方向，這一良好的趨勢不僅能夠使得社會進步，而且能為人們的生活帶來更多便利和安全。