車聯網權威指南：標準、技術及應用

第1章 緒論
1.1當前所面臨的挑戰
1.2車聯網基本概念
1.3車聯網體系架構與通信標準
1.4國內外車聯網的發展現狀
1.5車聯網的發展趨勢
1.6車聯網測試場
1.7各章概述參考文獻

第2章 IEEE 802.11p 標準
2.1 概述
2.2物理介質關聯子層
2.3實體層會聚協議子層
2.4MAC子層
2.5802.11p與蜂窩通信在V2X上應用的對比

第3章 IEEE 1609標準
3.1引言
3.2IEEE 1609標準及WAVE系統架構
3.3WAVE網路業務：IEEE 1609.3
3.4多通道操作：IEEE 1609.4
3.5資源管理：IEEE 1609.1
3.6應用安全服務和管理：IEEE 1609.2
3.7SAE J2735消息集

第4章 歐盟車聯網標準
4.1引言
4.2應用及設備
4.3網路及傳輸
4.4接入層
4.5管理
4.6安全

第5章 LTE V2X
5.1現狀與需求
5.2架構設計
5.3無線空口關鍵技術
5.4安全設計
5.5發展前景

第6章 移動場景下的通道特徵
6.1研究現狀
6.2基於擴展卡爾曼濾波器（EKF）的通道參數跟蹤估計演算法
6.3基於粒子濾波的跟蹤演算法
6.4被動通道測量系統
6.5通道建模：高鐵、地鐵、無人機場景

第7章 接入技術
7.1引言
7.2通道接入協定
7.3擁塞控制
7.4多通道協調機制
7.5多通道分配策略
7.6優先順序機制
7.7結論

第8章 網路傳輸技術
8.1引言
8.2資訊分發
8.3路由技術
8.4結論

第9章 網路安全技術
9.1VANET網路的資訊安全需求
9.2VANET網路中的攻擊
9.3安全威脅評估
9.4安全服務
9.5安全認證
9.6隱私保護
9.7總結

第10章 移動建模與模擬
10.1車聯網建模與模擬概述
10.2車輛運動建模
10.3車聯網網路模擬平臺
10.4交通模擬與網路模擬間的關係
10.5基於SUMO的交通模擬實現
10.6基於OMNeT 的車聯網通信模擬實現
10.7車聯網模擬實例

第11章 應用開發
11.1車聯網架構分析
11.2車聯網應用資料感知
11.3資料處理
11.4基於中介軟體設計的平臺開發架構
11.5應用場景分析
11.6結論

第12章 車聯網大資料
12.1車聯網大資料及其特徵
12.2車聯網大資料應用
12.3總結

車聯網的發展經歷了好幾個階段，最初出現的時候被稱為“汽車移動物聯網”，這個時候物聯網發展正當時，人們紛紛盼望著物聯網技術能夠應用於汽車領域。後來，為了方便，“汽車移動物聯網”又改名為“車聯網”，並用英文“Internet of Vehicles”來表示，雖然它對應著美國的“Connected Vehicles”和歐盟的“Cooperative Intelligent Transport System（簡稱C-ITS）”，主要用於車車/車路通信，實現協同應用，但是這個概念一開始出現時，人們更多地是把它跟“Telematics”（車載資訊服務，是指應用無線通訊技術的車載電腦系統）應用混為一談，而Telematics應用那時已經非常成熟。為了跟Telematics業務做更好的區分，業界開始更多地用“V2X”（Vehicle to Everything，包括Vehicle to Vehicle和Vehicle to Infrastructure，即V2V和V2I）來表示車聯網。

在車間通信逐步被大家認可之後，一個融合的網路架構被提了出來，它包括車內網、車際網（也叫車間網）、車雲網（也叫車載移動互聯網），用於更好地為智慧交通系統（ITS）提供通信服務。隨著人工智慧不斷成熟，智慧駕駛也向著更高階段發展，人們希望把網路和人工智慧有機地結合起來，通過協作式感知來彌補自主式感知的不足，以更好地服務于智慧駕駛。於是，一個全新的說法“智慧網聯汽車”開始出現，智慧汽車需要網聯技術提供全方位的感知，也需要網路來共用雲端的處理資源。此外，智慧網聯汽車所涉足的不再僅僅是汽車這麼一個個體，而是需要把它融入大交通這個整體當中，宏觀的交通特徵將會對智慧網聯汽車產生影響，比如交通擁堵將會促使汽車在規劃路線時提前規避擁堵區域。

智慧網聯汽車不僅是中國學者在這一領域達成的共識，也是美國、歐盟等發達國家普遍達成的共識，包括豐田、通用、上汽、奧迪等車企也在紛紛佈局智慧網聯汽車的研發工作。但是，在汽車搭載網聯技術時，以美國為首的西方國家採用的是專用短程通信技術（Dedicated Short Range Communications，DSRC）標準，而中國卻力推C-V2X（蜂窩車聯網技術）標準。DSRC是一個由IEEE 80211標準擴充的通信協定，能夠支援相鄰車輛之間行車安全資料的相互通信和資料交換，符合智慧交通系統的相關應用。從技術上來看，DSRC標準對IEEE 80211進行了多項針對車輛特殊環境的改進，例如，增強了熱點間切換、更好地支持移動環境、增強了安全性、加強了身份認證等。C-V2X是基於移動蜂窩網的車聯網通信技術，以LTE（長期演進技術）蜂窩網路作為基礎的C-V2X稱為LTE-V2X。LTE-V2X系統的空中介面分為兩種，一種是Uu介面，需要基站作為控制中心，車輛與基礎設施、其他車輛之間需要通過將資料在基站進行中轉來實現通信，提供大頻寬、大覆蓋通信服務；另一種是PC5介面，可以實現車輛間資料的直接傳輸，滿足低時延、高可靠的通信需求。

C-V2X雖然起步晚於DSRC，但是C-V2X可以直接利用現有蜂窩網基礎設施，可以極大地降低部署成本，而且中國在C-V2X方面擁有更多的智慧財產權。因此可以想像，在中國市場，C-V2X將會發展得更好。

在開展大規模實證測試項目“Safety Pilot Model Deployment”之後，美國交通部通過調查發現超過90%的駕駛員對於V2V安全應用持支持的態度，因此美國已經啟動了法案強制要求新生產的輕型汽車支持V2V通信功能，這也就意味著V2X離大規模應用已經為期不遠。因此，國內也掀起了一片浪潮，很多整車企業和研究機構紛紛開展V2X應用示範和測試驗證工作，依靠同濟大學團隊開發的LTE-V2X應用示範系統於2016年G20峰會期間成功地在杭州開展了體驗活動。正是在這種背景下，應廣大讀者的要求，我們精心編寫了這本教材，希望能夠有助於相關科研工作者、研究生、本科生掌握車聯網原理，瞭解車聯網應用方式。

本書在撰寫的過程中得到了相當多同仁的幫助，其中同濟大學電信學院王平副教授負責統稿，同濟大學電信學院和同濟大學電腦與資訊中心實驗教學中心主任尹學鋒教授負責撰寫了第6章，西安建築科技大學資訊與控制工程學院孫曉豔副教授負責撰寫了第10章，同濟大學電信學院王超副教授、黃新林教授和劉富強教授也參與了部分章節的整理與校驗，此外李想博士、邢瑋俊、汪洋、解普龍、周宇、李南南、劉穎迪、羅肖、鄭博文、王卓文、寧珍妮、蔡雪松、賀永宇、陳佳靜、淩岑、洪靖翔、王暉、張超、葉筱康、儲璽、邱徵虹、王南鑫、宋凱、張小瑩、邵文蘭等同學也參與了編寫工作。

本書可以作為大專院校物聯網相關課程的學習教材，可用于研究生教材和高年級本科教材，也可以作為智慧網聯汽車領域相關工作者的參考讀物。

由於編者的水準有限，錯誤和疏忽之處在所難免，敬請廣大讀者提出寶貴意見。