基于5G的車聯網技術的優勢及局限性分析

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　　摘 要 隨著5G、大數據、云計算、人工智能等新一代技術和汽車交通等領域的深度融合，以及政府的“十三五”時期全國智能制造發展的綱領性文件----《智能制造發展規劃（2016--2020年）》政策支持，我們生活中的汽車與汽車之間、汽車與公路之間、汽車與人之間以及與云的多維信息交互網絡系統正在逐漸形成。科技領域的汽車智能化水平不斷增強，隨著汽車的自動駕駛，以及綜合信息服務和智慧交通的加速發展，未來無人駕駛領域中的車聯網技術將成為國內外競爭的熱點和焦點。
　　關鍵詞 5G;車聯網技術;優勢;局限性
　　1 基于5G的蜂窩車聯網技術的優勢
　　目前，蜂窩車聯網技術（C-V2X），C即Cellular，V2X就是vehicle-to-everything，指車與外界的信息交換，它是基于蜂窩網絡的車聯網技術專為高速移動應用設計的一種通信技術，對汽車應用進行了專門的優化，同時包含了802.11p的實際應用經驗和無線通信的基礎進展內容，利用全球無線生態系統實現的一套全新的汽車應用，可以給用戶帶來更高的安全性和自動駕駛性能。
　　C-V2X主要包括了兩種互補的傳輸模式，分別是基于網絡的通訊模式，即車對網絡V2N（Vehicle-to-Network）的通信方式，以及直接通訊模式，涵蓋了車對車V2V（Vehicle-to-Ve-hicle）、車對基礎設施V2I（Vehicle-to-Infrastructrue）以及車對人V2P（Vehicle-to-Pedestrian）的直接通信，能夠很好地適應不同的應用場景。C-V2X技術通過引入5.9GHzITS頻段進行通訊，采用了設備和設備之間的直接連接，在不依賴蜂窩運營網絡的情況下完成通訊，從而將時延降到最低。
　　未來車聯網逐步由目前的單車信息服務逐步向V2X、ITS業務演進，將車、路、網及周邊環境數據緊密結合，提高交通資源利用效率，提供更安全、更經濟、更便利的出行服務。車聯網對網絡的要求主要體現在時延、帶寬及可靠性三個方面，車聯網要求時延控制在5～10ms，能提供穩定的10M～100M帶寬，可靠性要大于99.99%，而目前4G網絡普遍時延在25ms～100ms，且無法提供超穩定的鏈接。5G網絡的理論值將達到5Gbps甚至是10Gbps，將會是4G網絡的50～100倍，而時延均值也降至10毫秒以內，單小區可提供萬級連接數，且5G傳輸網絡可采用切片網絡技術，可實現對不同優先級的網絡數據進行靈活切片管理。因此5G大帶寬、低時延、切片網絡等關鍵技術完全可以滿足未來車聯網的需求，這無疑將加速自動駕駛的應用進程，而單就車聯網而言，5G可為V2X通信提供強大支撐，基于5G高速率、高可靠性、大容量和低時延特性，可支持3D高精度地圖數據以及車輛、行駛環境數據的傳輸，可支持實現汽車自主性AI，可實現大規模機器間的相互通信。由于C-V2X的基礎設施是在蜂窩技術上發展起來的，通過改造現有基站，就可以將其集成進去，所以網絡部署成本低是其一大優勢。在終端部署方面，廠商可以充分利用LTE和5G的生態系統，在一個通信Tbox中把LTE、V2X集成在一起，通過一個統一的連接性解決方案達到成本最優。另外，V2X另外一個重要優勢——明確的技術演進路線[1]。
　　2 基于5G網絡環境下車聯網面臨的威脅
　　2.1 網絡頻繁切換
　　5G無線頻率更高、覆蓋范圍小，未來城市的每個燈柱或將就是一個小基站，必然會帶來基站間頻繁切換的問題而影響自動駕駛能力。
　　2.2 天線的安裝
　　未來的汽車將會安裝多種無線系統，比如LTEV2X（5.8-5.9GHz）、衛星定位（1.57GHz，1.1-1.2GHz，1.6GHz）、藍牙（2.4GHz）、WIFI（2.4GHz，5GHz）、3G/4G網絡（700MHz-2.6GHz）、雷達（76-77GHz）、5GNR（3.3-4.9GHz、6-80GHz）、無線充電等。因此這么多天線系統，在安裝時必須考慮汽車的擋風玻璃、金屬殼對無線信號的衰減影響。
　　2.3 安全通信和隱私保護
　　基于車聯網V2X架構，5G車聯網車聯網安全威脅主要包括6類：通信鏈路安全、數據合規性安全、訪問控制安全、隱私安全以及設備安全、標識及責任安全。在通信鏈路環節，攻擊者可能未經允許竊聽通信雙方的通信內容，惡意用戶可能將原本需要轉發的消息進行丟棄，如惡意用戶將道路擁塞信息丟棄不轉發，導致道路更加擁擠;還有可能攻擊者偽造信息并發送給其他車輛或者車載設備，例如惡意用戶發送緊急用車信息發給周邊車輛，以便占用車道更快的行駛。
　　車聯網應用依賴數據傳遞，惡意用戶發送的錯誤數據會影響車聯網使用，甚至造成事故。攻擊者釋放偽造數據，例如攻擊者發送道路擁擠數據，汽車收到后尋找替代線路，使得攻擊者占用道路資源。攻擊者通過發送大量冗余消息堵塞通信信道以阻止重要信息到達，例如在車禍后，攻擊者發送冗余消息阻斷事故警告信息的傳遞，導致發生連環車禍。攻擊者通過安裝惡意代碼或者通過蜂窩網絡遠程控制車輛，例如遠程啟動車輛剎車。5G車聯網也面臨隱私安全的威脅，攻擊者越界收集車輛或者駕駛者的信息，侵犯隱私。如攻擊者搜集不同時間下車輛的位置信息侵犯車輛位置隱私，非法讀取竊聽車輛用戶數據，侵犯車輛用戶駕駛習慣隱私[2]。
　　3 結束語
　　總而言之，5G離我們越來越近。而車輛網作為5G的一種應用場景，隨著5G技術的快速發展而逐步成熟。在5G技術的推動下，未來的交通必將朝更加智能化、網格化方向發展，本文分析了基于5G技術聯組網的優勢，也客觀的根據5G技術特點分析可能在組網過程中面臨的挑戰和威脅，這些挑戰和威脅有待我們做進一步的研究。車聯網的發展必將改變人類的出行方式和習慣，在不遠的將來，車聯網所提供的安全舒適、清潔環保而又時尚有趣的駕駛生活會給我們帶來更加美好的生活體驗。
　　參考文獻
　　[1] 項弘禹，張欣然，樸竹穎，等.5G移動通信系統的接入網絡架構[J].電信科學，2018，（8）：10-18.
　　[2] 董愛先，王學軍.第5代移動通信技術及發展趨勢[J].通信技術， 2014，47（3）：235-240.
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