專利名稱：基于中繼的車聯網協同通信系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種車聯網領域，特別涉及一種基于中繼的車聯網協同通信系統。
背景技術：
車聯網是以車輛為基本信息單元，通過傳感器技術、信息采集技術、接入技術、傳輸技術、組網技術于一體，將行人、車輛、路邊設施等道路實體與交通管理網絡、移動網絡與后備網絡連接；服務于車輛安全、交通控制、信息服務、用戶網絡接入等應用；旨在改善交通狀況、提高出行效率、拓展信息交互形式的智能綜合網絡體系。車聯網具有廣泛性、移動性和智能性三個特點。車聯網就其本質而言是一種特殊的網絡，廣泛性指車聯網所定義的車輛是廣義的概念，包括飛機、船舶、鐵路等交通工具。除了車輛外，車聯網還包括路邊設施、車載傳感器、數據服務器等相關設施。對于不同通信設備與入網方式，車聯網都提供相應的接口。移動性是車聯網的根本特性，車輛的不斷運動使得車聯網的拓撲結構復雜、動態性高。車聯網能為任何地點用戶提供一個或多個接口以滿足用戶接入因特網通信需求，實 現車輛與車聯網服務器進行實時數據服務(如提供路況信息，基于位置信息的地圖下載服務等)。智能性指的是車聯網能夠主動通過各種傳感器，實時獲取車輛和路況信息并作出相應反應，而不是被動的收集 目息，等待 目息被處理。目前國內外對車聯網研究主要有美國交通部自2009年起組織開展的IntelliDriveSM項目是為交通系統運行提供全新解決方案的大型ITS研發計劃。該研發計劃旨在建立車輛與車輛、車輛與基礎設施之間的無線通信網絡，并在此基礎上實現增強交通安全、提升交通運行效率以及改善交通環境等方面的應用。車路協作系統研發計劃是歐盟所支持的大型ITS研究與發展項目，主要目的是設計、開發和測試為了實現車輛之間通信以及車輛與附近的路邊基礎設施之間通信所需的技術，旨在提高旅客和貨物的移動性以及道路交通運輸系統的效率。該項目在車輛上安裝實現車車通信和車路通信的統一標準的無線網絡終端，同時實現多種功能的車輛定位和動態數字地圖功能，在車路通信的基礎上，實現路網監控和事件檢測系統，同時，還將實現輔助駕駛、交通管理、出行服務和商用車管理等功能。日本政府以及相關產業正著手研發下一代的智能交通系統SMARTWAY，計劃用5年的時間在重要道路上覆蓋路況認知傳感器，構建智能汽車系統、智能道路系統、車路間協調系統，并通過光纖網絡與互聯網連通，實現交通信息的實時發布。我國現在已有一部分高校和研究機構開展了相關的研究，例如，國家科技攻關專題“智能公路技術跟蹤”，國家863課題“智能道路系統信息結構及環境感知與重構技術研究”、“基于車路協調的道路智能標識與感知技術研究”等，在車載通信方面也已有一些研究。現有車輛網絡因為缺少整體協同通信框架和協議棧，存在全網數據采集缺乏、信息共享不充分和數據交互實時性不足等影響車輛安全的問題。
發明內容
本發明的目的在于提供一種基于中繼的車聯網協同通信系統，以實現車聯網多種方式透明接入網絡，保證通信的連續性，全網數據共享和提高車聯網通信效率。為了達到上述目的及其他目的，本發明提供的基于中繼的車聯網協同通信系統，包括車聯網接入模塊、車聯網網絡和傳輸模塊、車聯網管理模塊、車聯網基站設備、車聯網信息安全模塊及車聯網應用模塊，其中，所述車聯網接入模塊與所述車聯網網絡和傳輸模塊、車聯網信息安全模塊及車聯網管理模塊相連接，用于提供接入接口，以便能接入由不同類型網絡傳輸至的與車輛及路況相關的信息；所述車聯網網絡和傳輸模塊與所述車聯網信息安全模塊、車聯網基站設備及車聯網管理模塊相連接，用于對不同的車聯網網絡、路由策略，提供與相應網絡相似或可以完全兼容的網絡傳輸體系；所述車聯網信息安全模塊與所述車聯網基站設備及車聯網應用模塊相連接，用于為車聯網通信提供密鑰管理、身份認證以確保各交通實體間傳輸的保密；還用于提供安全路由、數據傳播，以保證數據在傳播過程中不被篡改、丟棄或者插入虛假數據；還用于提供定位和位置驗證、安全的時間同步；所述
車聯網管理模塊與所述車聯網基站設備及車聯網應用模塊相連接，用于管理和維護入網車輛信息、路況信息，以實現車輛在異構網絡中垂直切換和跨層資源管理機制；還用于協調車聯網中所有為車輛提供服務的基站，以實現車輛在不同基站間水平的無縫切換及車聯網通信的QoS機制，并根據入網車輛的信息和業務種類，提供不同優先級的服務；車聯網基站設備，與車聯網應用模塊相連接、用于提供標準的會話支持、信息支持和統一的應用層接口 ；所述車聯網應用模塊用于提供車聯網用戶其他非安全或非實時的接入后備網的接口。其中，所述車聯網管理模塊還包括與媒介無關的切換單元，用于進行數據處理，并根據數據業務內容，為不同接入方式提供相應的資源，包括無線資源的分配、用戶接入控制、地址管理、精確的位置管理、在不同基站間的切換和節點的選擇。綜上所述，本發明的基于中繼的車聯網協同通信系統能夠實現在信息網絡平臺上對所有車輛的屬性信息和靜、動態信息進行提取和有效利用，并根據不同的功能需求對所有車輛的運行狀態進行有效的監管和提供綜合服務。
圖I為本發明的基于中繼的車聯網協同通信系統的應用場景示意圖。圖2為本發明的基于中繼的車聯網協同通信系統的結構示意圖。圖3為本發明的基于中繼的車聯網協同通信系統的車聯網協同通信協議棧結構圖。圖4為本發明的基于中繼的車聯網協同通信系統的與媒介無關的切換示意圖。
具體實施例方式本發明的基于中繼的車聯網協同通信系統的應用場景如圖I所示，在該應用場景中的交通實體包括傳感器、、路邊設施和車輛等。其中，傳感器包括檢測車流量的埋地線圈、交叉路口的視頻檢測系統、車上的速度傳感器等，用于負責收集車輛相關信息以及路況信息。路邊設施根據不同無線接入方式分為=Wimax基站，3G基站，Wifi接入設備，用于通過無線方式發布路況信息并接收車輛相關信息，上傳車聯網服務器并為進入服務范圍的車輛提供接入因特網接口。車輛作為車聯網重要組成部分，一方面通過車載傳感器收集路況信息，另一方面接收路邊設施發送過來的信息，滿足車輛用戶不同數據業務的需求。
概括來說，車聯網的通信分為三大類車內通信，車輛內部控制單元與車輛傳感器和無線收發設備之間的通信；車車通信，借由Ad hoc組網方式，不通過基礎設施的直接通信；車路通信，車輛與路邊設施通信，車輛以單跳或多跳的方式與路邊設施通信。這也包括了車輛通過路邊設施接入后備網。基于上述三種不同的通信方式，本發明的基于中繼的車聯網協同通信系統包括車聯網接入模塊、車聯網網絡和傳輸模塊、車聯網管理模塊、車聯網基站設備、車聯網信息安全模塊及車聯網應用模塊，如圖2所示。所述車聯網管理模塊作為車聯網的控制中心，分別管理和維護入網車輛信息、路況信息；實現車輛在異構網絡中垂直切換和跨層資源管理機制；協調車聯網中所有為車輛提供服務的基站，實現車輛在不同基站間水平的無縫切換；實現車聯網通信的QoS機制，根據入網車輛的信息和業務種類，提供不同優先級的服務等。所述車聯網信息安全模塊為車聯網通信提供密鑰管理、身份認證確保車聯網傳感器、車輛、基站等交通實體間傳輸的保密；提供安全路由、數據傳播，保證數據在傳播過程中·不被篡改、丟棄或者插入虛假數據；提供定位和位置驗證，車聯網大部分應用依賴準確的位置信息，位置信息的準確性對車聯網有著重要意義；提供安全的時間同步，車聯網的實時業務，尤其是安全應用要求高度精確的整網同步。所述車聯網應用模塊提供車聯網用戶其他非安全或非實時的接入后備網的接口。模塊有前后向兼容性，能夠兼容現有網絡體系和未來可能的新應用。所述車聯網網絡和傳輸模塊基于底層不同的車聯網網絡、路由策略，提供與現有網絡相似或可以完全兼容的網絡傳輸體系。所述車聯網網絡和傳輸模塊將基本的TCP/UDP協議、智能交通信息等，融合成統一的數據格式。所述車聯網接入模塊用于為底層傳感器網絡、無線網絡和有線網絡提供統一的接入接口。此外，與所述車聯網網絡和傳輸模塊、車聯網管理模塊、車聯網信息安全模塊及車聯網應用模塊連接的車聯網基站設備，用于為上層應用提供標準的會話支持、信息支持和統一的應用層接口。車聯網基站設備可以是WIMAX設備、WIFI接入設備、2G/3G基站及其他能夠為車輛提供接入和信息服務的基站。所述基于中繼的車聯網協同通信系統的車聯網協同通信協議棧如圖3所示。從物理層、MAC層、網絡層、傳輸層為車路協同通信定義相應的功能和結構，根據圖3所示的車聯網協同架構，協議棧為車聯網管理模塊、車聯網信息安全模塊和上層車聯網各種應用提供統一接口。車聯網管理接口負責車聯網內部各層間，多種通信協議的融合，提供數據業務的差錯控制、資源調度和路由機制等；物理層和MAC層負責車聯網底層通信的工作。車輛間通信主要使用IEEE802. 11協議，IEEE802. lla/b/g協議被大量用于無線組網，802. IIp更是專門為車輛自組織網絡指定的協議。車路通信可以使用2G/3G技術，來滿足長距離車輛與路邊設施間的通信。車內通信可以使用藍牙、紅外等技術；網絡層和傳輸層協議，融合底層不同車輛接入方式的數據，把有效負載上傳給應用層接口，傳輸層需同步車聯網的同步和提供高效的路由機制，移動性管理等。考慮車聯網的物聯特性，網絡層使用擴展性較好的IPv6協議。協議棧上層應用接口為車聯網上層交通安全、數據業務提供統一的接口，接口除了包含交通信息、控制信息等相關協議，還能夠與現有的因特網兼容。自定義協議為了提高車聯網協議棧的前后向兼容性，應用層接口除了現有網絡體系常用協議，還支持用戶自定義的協議。這種協同通信協議棧，通過對車輛網實際業務流的分析，參照現有網絡體系分層設計適用于車載環境的協議，擁有良好的擴展性。從實際車聯網場景考慮，移動車輛上可能同時擁有多個不同網絡的接口(ZigBee，Wi-Fi，Bluet00th，紅外等)，在車聯網引入中繼技術后，基站和終端將通過中繼站點進行信令的交互，而不是兩者間的直接通信。由車輛中繼充當網關作用，融合多模的通信方式，對于車輛終端使用者，網絡細節是透明的。基于中繼多模技術的融合可以使得不同無線傳輸技術互補。此外，所述基于中繼的車聯網協同通信系統能輔助基站設備對用戶終端做出資源分配優化的相應判決，減輕對基站的負擔，提高系統的吞吐量和數據傳輸速度，并能根據不同類型的業務提供不同的服務質量保證。所述基于中繼的車聯網協同通信系統的另一優勢在于，不需要對現有網絡體系標準做出更改就能實現異構網絡的融合，從經濟角度來說，所述基于中繼的車聯網協同通信系統使得車聯網異構融合成 為可能。所述車聯網管理模塊還包括與媒介無關的切換單元，如圖4所示。對于現有無線網絡，不同類型的接入方式和無線網絡擁有不同的媒體訪問控制層(MAC)和移動性管理協議，網絡層及以上協議基本相同的。因此，在第二層和第三層協議之間，使用所述與媒介無關的切換單元，能很好的屏蔽車聯網底層不同接入方式的差異性，滿足異構網絡融合的問題。如圖4所示，物理層包含有傳感器網絡、藍牙、3G等不同的無線技術，當這些異構接入方式將數據發送到MAC層時，由所述與媒介無關的切換單元(MIHF)統一進行數據的處理，根據數據業務內容，為不同接入方式提供相應的資源，如無線資源的分配、用戶接入控制、地址管理等等。對于移動的車輛或用戶，還需要提供精確的位置管理、在不同基站間的切換和節點的選擇。最后，數據由QoS管理子層向上層傳輸數據。綜上所述，本發明的基于中繼的車聯網協同通信系統通過行人、車輛和路邊設施的實時、高效和雙向的信息交互，結合車內傳感器網絡和車內控制器，能為交通參與者提供全實時的、可靠的交通信息，實現人、車、路協同工作，以實現在信息網絡平臺上對所有車輛的屬性信息和靜、動態信息進行提取和有效利用，并根據不同的功能需求對所有車輛的運行狀態進行有效的監管和提供綜合服務。而且，由于具有與媒介無關的切換單元，可很好的屏蔽車聯網底層不同接入方式的差異性，滿足異構網絡融合的問題。上述實施例僅列示性說明本發明的原理及功效，而非用于限制本發明。任何熟悉此項技術的人員均可在不違背本發明的精神及范圍下，對上述實施例進行修改。因此，本發明的權利保護范圍，應如權利要求書所列。
權利要求
1.一種基于中繼的車聯網協同通信系統，其特征在于包括車聯網接入模塊、車聯網網絡和傳輸模塊、車聯網管理模塊、車聯網基站設備、車聯網信息安全模塊及車聯網應用模塊，其中， 所述車聯網接入模塊與所述車聯網網絡和傳輸模塊、車聯網信息安全模塊及車聯網管理模塊相連接，用于提供接入接口，以便能接入由不同類型網絡傳輸至的與車輛及路況相關的彳目息; 所述車聯網網絡和傳輸模塊與所述車聯網信息安全模塊、車聯網基站設備及車聯網管理模塊相連接，用于對不同的車聯網網絡、路由策略，提供與相應網絡相似或可以完全兼容的網絡傳輸體系； 所述車聯網信息安全模塊與所述車聯網基站設備及車聯網應用模塊相連接，用于為車聯網通信提供密鑰管理、身份認證以確保各交通實體間傳輸的保密；還用于提供安全路由、數據傳播，以保證數據在傳播過程中不被篡改、丟棄或者插入虛假數據；還用于提供定位和位置驗證、安全的時間同步； 所述車聯網管理模塊與所述車聯網基站設備及車聯網應用模塊相連接，用于管理和維護入網車輛信息、路況信息，以實現車輛在異構網絡中垂直切換和跨層資源管理機制；還用于協調車聯網中所有為車輛提供服務的基站，以實現車輛在不同基站間水平的無縫切換及車聯網通信的QoS機制，并根據入網車輛的信息和業務種類，提供不同優先級的服務； 車聯網基站設備與車聯網應用模塊相連接、用于提供標準的會話支持、信息支持和統一的應用層接口； 所述車聯網應用模塊用于提供車聯網用戶其他非安全或非實時的接入后備網的接口。
2.如權利要求I所述的基于中繼的車聯網協同通信系統，其特征在于所述車聯網基站設備包括=WIMAX基站、WIFI接入設備、2G基站及3G基站中的一種或多種。
3.如權利要求I所述的基于中繼的車聯網協同通信系統，其特征在于所述車聯網管理模塊還包括與媒介無關的切換單元，用于進行數據處理，并根據數據業務內容，為不同接入方式提供相應的資源，包括無線資源的分配、用戶接入控制、地址管理、精確的位置管理、在不同基站間的切換和節點的選擇。
4.如權利要求I所述的基于中繼的車聯網協同通信系統，其特征在于所述交通實體包括傳感器、車輛、及車聯網基站設備。
全文摘要
本發明提供一種基于中繼的車聯網協同通信系統，包括車聯網接入模塊、車聯網網絡和傳輸模塊、車聯網管理模塊、車聯網基站設備、車聯網信息安全模塊及車聯網應用模塊，其中，所述車聯網接入模塊用于提供接入接口；所述車聯網網絡和傳輸模塊用于對不同的車聯網網絡及路由策略提供與相應網絡相似或可以完全兼容的網絡傳輸體系；所述車聯網信息安全模塊用于為車聯網通信提供密鑰管理、身份認證等；所述車聯網管理模塊作為車聯網的控制中心，用于管理和維護入網車輛信息、路況信息等；所述車聯網應用模塊用于提供車聯網用戶接入后備網的接口。本發明的優點包括能實現車聯網多種方式透明接入網絡，保證通信的連續性，全網數據共享和提高車聯網通信效率。
文檔編號H04W12/00GK102724663SQ20111007658
公開日2012年10月10日 申請日期2011年3月29日 優先權日2011年3月29日
發明者劉富強, 承楠, 王平, 王非, 須超, 駱娉婷 申請人:上海永暢信息科技有限公司