劉冀鵬，賈年龍

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作四川中心，成都 610000）

基于DSRC的智能網(wǎng)聯(lián)汽車專利分析

劉冀鵬，賈年龍

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作四川中心，成都 610000）

車聯(lián)網(wǎng)相比于傳感器主動(dòng)探測(cè)能夠應(yīng)用到具有遮擋的場(chǎng)景、可探測(cè)更遠(yuǎn)的距離和具有應(yīng)對(duì)惡劣天氣的能力， DSRC即專用短程通信技術(shù)，作為IEEE組織推動(dòng)的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，已經(jīng)建立了包括802.11p和1609.X協(xié)議規(guī)范。本文分析DSRC通信標(biāo)準(zhǔn)的專利布局，統(tǒng)計(jì)分析全球的專利申請(qǐng)態(tài)勢(shì)、主要申請(qǐng)人分布，介紹了通信安全重點(diǎn)分支的技術(shù)發(fā)展歷程，并繪制了技術(shù)發(fā)展路線圖。

DSRC；車聯(lián)網(wǎng)；802.11p；1609；V2X

1 車聯(lián)網(wǎng)及DSRC標(biāo)準(zhǔn)概述

1.1 車聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)汽車和交通產(chǎn)生的革命性影響已經(jīng)拉開帷幕[1][2]。為了降低或應(yīng)對(duì)交通事故，一方面各國(guó)政府交通部門紛紛建立智能交通系統(tǒng)；另一方面，各大車企在汽車上安裝圖像傳感器、雷達(dá)、激光等，試圖通過傳感器主動(dòng)探測(cè)的方式來獲知更多的車況信息，從而降低交通事故的發(fā)生。然而，智能交通系統(tǒng)僅能提供有限的交通信息和救助服務(wù)，圖像傳感器、激光、雷達(dá)等主動(dòng)探測(cè)外界環(huán)境（如行人、障礙物、車輛等）的方式又存在探測(cè)距離有限、受霧雪等天氣影響大、不適合在十字路口和有遮擋的場(chǎng)景應(yīng)用等諸多缺陷[3]。通過車輛之間進(jìn)行信息交互的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)卻能夠輕易地應(yīng)用到各種場(chǎng)景中并克服傳輸距離短、受惡劣天氣影響等諸多不足，有望從根本上解決交通安全問題，受到了各國(guó)政府、整車企業(yè)、零部件廠商、芯片廠商、通信企業(yè)以及投資財(cái)團(tuán)的重視[4]。

車聯(lián)網(wǎng)需要通過信息交互來獲知車輛周圍的車況或路況信息，為安全駕駛提供信息支撐。由于車輛的高速移動(dòng)，這種信息交互必須以某一合適的頻率周期性的進(jìn)行才能保證信息的及時(shí)有效。對(duì)于V2V（vehic1e to vehicle）[5]通信，車載通信設(shè)備時(shí)刻處于收發(fā)狀態(tài)，其通過周期性的發(fā)送自身的基本安全消息（Basic safety message，BSM）以及持續(xù)的接收來自周圍車輛的消息，并根據(jù)接收的信息來判斷是否可能產(chǎn)生碰撞而發(fā)出警告。由于安全駕駛為車聯(lián)網(wǎng)提出了更多關(guān)于信息安全、傳輸時(shí)延、高速移動(dòng)環(huán)境下的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)快變的數(shù)據(jù)傳輸方面的要求。DSRC作為一種WIFI類的技術(shù)，不僅契合自組織網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用特點(diǎn)還能滿足以上要求，成為了歐美等國(guó)主推的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。目前，已建立了包括 IEEE 802.11p、1609.x協(xié)議族、SAE J2735、SAEJ2945的DSRC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[6,7]。

2 DSRC車聯(lián)通信技術(shù)專利現(xiàn)狀分析

如圖1所示，在全世界范圍內(nèi)關(guān)于DSRC車聯(lián)通信標(biāo)準(zhǔn)的專利申請(qǐng)總體呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，其與DSRC技術(shù)的發(fā)展是緊密相關(guān)的。美國(guó)交通部（USDOT）與汽車廠商組成的CAMP聯(lián)盟合作組成車載安全討論組（VSC），從2005年起對(duì)DSRC技術(shù)和應(yīng)用進(jìn)行研發(fā)，在2006至2009年間逐漸建立了 SAE J2735標(biāo)準(zhǔn)、IEEE 1609.2標(biāo)準(zhǔn)[8]、IEEE 1609.3標(biāo)準(zhǔn)[9]、IEEE 1609.4[10]標(biāo)準(zhǔn)以及 IEEE 802.11p 標(biāo)準(zhǔn)；在2010至2012年間開始研究DSRC技術(shù)關(guān)于互操作、可擴(kuò)展性、安全、數(shù)字完整性等問題，并在實(shí)際道路環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試[1]。此外，由圖 1中的專利申請(qǐng)國(guó)排名可見：美國(guó)的專利申請(qǐng)數(shù)量最多，為DSRC標(biāo)準(zhǔn)的推動(dòng)者；韓國(guó)在基于DSRC的車聯(lián)技術(shù)的研發(fā)上有較大的投入，未來可能會(huì)采用 DSRC標(biāo)準(zhǔn)；日本和中國(guó)的申請(qǐng)數(shù)量大致相同，而日本目前已經(jīng)建立了另一套與美國(guó)不兼容的車聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)，其包括ARIB STD-T75和ARIB STD-T88兩個(gè)部分；歐洲底層兼容 802.11p標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合其在車聯(lián)技術(shù)上的研究?jī)?yōu)勢(shì)（如ECALL等方面的優(yōu)勢(shì)），發(fā)展出了歐洲自己的ENV系列標(biāo)準(zhǔn)。

圖2為主要申請(qǐng)人申請(qǐng)量排名情況，排名靠前的企業(yè)，依次是：LG、三星、通用汽車、高通、交互數(shù)字技術(shù)、韓國(guó)電子通信研究院、加拿大數(shù)字加密技術(shù)（certicom）、英特爾、三菱、泰科迪亞科技、飛利浦。前十位的申請(qǐng)人大體可以分為整車企業(yè)、零部件廠商和通信巨頭三類，這是由于在車聯(lián)技術(shù)直接影響整車企業(yè)、零部件廠商以及通信運(yùn)營(yíng)商。

圖3是DSRC車聯(lián)通信技術(shù)的各技術(shù)分支的專利申請(qǐng)情況，從上圖可以看出DSRC技術(shù)涉及通信QoS的專利數(shù)量最多，排列第二的是用于車載環(huán)境的通信安全相關(guān)專利，其次是涉及信息傳輸?shù)膶＠?4項(xiàng)，占比14%，這一部分的專利圍繞信息的傳輸過程設(shè)計(jì)。DSRC專利申請(qǐng)還涉及通信的時(shí)間同步、擁塞控制、設(shè)備發(fā)現(xiàn)/信道掃描、資源管理等。

3 DSRC技術(shù)重點(diǎn)分支研究?jī)?nèi)容分析

由于通信安全是交通安全的重要內(nèi)容[11]，其技術(shù)必然不斷更新。本節(jié)針對(duì)對(duì)通信安全技術(shù)分支研究其技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r。根據(jù)DSRC通信安全的重點(diǎn)專利篩選，其研究技術(shù)內(nèi)容大致可以分為如何降低時(shí)延和隱私保護(hù)兩個(gè)方面，其中，以降低時(shí)延的研究為主。其中專注于如何降低通信安全時(shí)延問題的技術(shù)路線集中在以下幾個(gè)方面：數(shù)字簽名算法/加密算法、快速鑒權(quán)、密鑰分發(fā)效率（集中于證書撤銷清單機(jī)制）、其它（例如負(fù)載量較大時(shí)的特殊處理、密鑰安全、對(duì)稱加密機(jī)制等），如圖4所示。

圖1 DSRC技術(shù)專利申請(qǐng)總體態(tài)勢(shì)及申請(qǐng)國(guó)分布Fig.1 Patent application trends and distribution of DSRC technology

圖2 全球范圍內(nèi)DSRC通信標(biāo)準(zhǔn)主要申請(qǐng)人排布圖Fig.2 Global applicant ranking of DSRC communications standard

圖3 DSRC車聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)分支分析Fig.3 DSRC based vehicle networking technical branches

（1）加密算法/數(shù)字簽名

IEEE1609.2采用非對(duì)稱加密方式，通信雙方分別產(chǎn)生各自的公鑰和私鑰，并將公鑰發(fā)送對(duì)通信對(duì)端，由于公鑰加密的內(nèi)容僅能通過私鑰解密，從而提高信息傳輸?shù)陌踩?。目前較為常見的兩種公鑰密碼系統(tǒng)分別是RSA和ECC，其中ECC的編碼原理更為復(fù)雜，但是采用更短的密鑰可實(shí)現(xiàn)相同的安全性能?；谏矸軮D的系統(tǒng)對(duì)公鑰系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，不再使用顯式公鑰，其將公鑰替代為可以公開獲得的身份信息如名字或網(wǎng)址，并且由受信證書中心（CA）為每個(gè)實(shí)體分配對(duì)應(yīng)的私鑰。另一種可替代的方法是仍然采用顯式的用戶公鑰，但是接收者需要對(duì)其進(jìn)行處理重構(gòu)（例如采用 DIffie-hellman密鑰，DIffie-hellman密鑰協(xié)議允許雙方不需要在通信之前進(jìn)行密鑰的交互），采用隱式證書只需要簡(jiǎn)單的利用隱式證書來驗(yàn)證發(fā)送者的數(shù)字簽名。

（2）快速鑒權(quán)

為了降低在通信安全中的時(shí)間延遲，快速鑒權(quán)是其中的一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容。例如專利 DE102015-117688A1、US7853995A對(duì)一組汽車或一組服務(wù)進(jìn)行驗(yàn)證，降低需要下載和存儲(chǔ)的證書數(shù)量，減少路邊設(shè)施的需要及同步的需要。JP2007088737A提出一種高速鑒權(quán)技術(shù)，在中心認(rèn)證局與在各個(gè)路邊側(cè)之間新增一層本地認(rèn)證局，由本地局進(jìn)行授權(quán)驗(yàn)證。專利CN101656729A提供了用于在資源約束系統(tǒng)中自適應(yīng)地校驗(yàn)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法，在驗(yàn)證可靠性和驗(yàn)證效率之間尋求折中，通過自適應(yīng)數(shù)據(jù)校驗(yàn)機(jī)制選用合適的校驗(yàn)?zāi)Ｊ揭宰赃m應(yīng)地在成本/性能需求和安全性需求之間進(jìn)行平衡。算法對(duì)接收的消息的有效性使用置信度水平，取決于置信度水平在標(biāo)尺上的位置，確定將使用哪個(gè)校驗(yàn)?zāi)Ｊ絹眚?yàn)證消息。

（3）密鑰分發(fā)及證書管理

證書撤銷機(jī)制是證書管理的主要內(nèi)容，由于證書管理中心會(huì)產(chǎn)生數(shù)以萬計(jì)的證書， 一方面為了解決證書撤銷清單（CRL）太過龐大給驗(yàn)證證書帶來的處理負(fù)擔(dān)，另一方面屏蔽非法實(shí)體傳輸?shù)男畔?。CRL是由發(fā)證機(jī)構(gòu)(CA)標(biāo)記的消息，其列出了網(wǎng)絡(luò)中被廢除的全部認(rèn)證。因此，如果一個(gè)實(shí)體發(fā)送了虛假的或其它不需要的消息，那么可以將它放到CRL上，使得由該實(shí)體發(fā)送的消息將被其它使用者丟棄。

圖4 DSRC通信安全技術(shù)路線圖Fig.4 DSRC communications security technical route

4 結(jié)語

本文針對(duì)基于DSRC的車聯(lián)網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)，分析當(dāng)前全球的專利申請(qǐng)趨勢(shì)、申請(qǐng)國(guó)家分布以及主要申請(qǐng)人，在對(duì)DSRC標(biāo)準(zhǔn)理解的基礎(chǔ)上對(duì)技術(shù)分支進(jìn)行劃分，并進(jìn)一步對(duì)通信安全技術(shù)分支的技術(shù)主題發(fā)展路線進(jìn)行了分析，對(duì)其中涉及的代表性專利技術(shù)的發(fā)明內(nèi)容進(jìn)行了概述。雖然DSRC標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成型，通信傳輸時(shí)延、通信安全性問題仍然是車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的重要內(nèi)容，從V2X技術(shù)的出現(xiàn)到輔助駕駛的部署，以及無人駕駛技術(shù)的成熟還有很長(zhǎng)的路要走，而這一切都離不開底層通信技術(shù)的支撐。

[1] 陳曉娟, 樓培德. 基于OBD的車載智能終端現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)[J]. 軟件. 2014, 35(10): 95-99.

[2] 楊伯卿. 中國(guó)移動(dòng)在車聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)中發(fā)展策略探析[J]. 軟件.2013, 34(5): 104-106.

[3] 張洪超. 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展探究[J]. 計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用.2013, (3): 264-28.

[4] Status of the dedicated short-range communications technology and applications, FHWA-JPO-15-218, 2015.7.

[5] Vehicle-to-vehicle communications: readiness for V2V technology for application, NHTSA, 2014.8.

[6] IEEE Standard for information technology-Telecommunications and information local and metropolitan area networksspecific requirements Part 11: wireless LAN medium access control (MAC) and physical layer (PHY) specifications,IEEE Std 802.11p, 2010.7.

[7] IEEE P1609.0/D5 Draft guide for wireless access in vehicular environments (WAVE)-Architecture, 2012.10.

[8] IEEE standard for wireless access in vehicular environments-Security services for applications and management messages,IEEE Std 1609.2, 2013.7.

[9] IEEE standard for wireless access in vehicular environments(WAVE)-Networking services, IEEE Std 1609.3, 2016.2.

[10] IEEE standard for wireless access in vehicular environments(WAVE)-Multi-channel operation, IEEE Std 1609.4-2010, 2011. 2.

[11] 陳昊, 無線傳感器網(wǎng)可靠傳輸協(xié)議分析[J]. 軟件. 2016,37(10): 55-58.

Patent Analysis on Dedicated Short-Range Communications Based Intelligent Connected Vehicle Technology

LIU Ji-peng, JIA Nian-long
(Patent Examination Cooperation Sichuan Center of the Patent Office, SIPO, Chengdu 610000)

Compared with active sensor detection, vehicle networking boasts more advantage in shielding or occlusion scenario. Besides, it rests higher detecting range and could be used in unfavorable weather situation. Dedicated Short-Range Communications, DSRC in short, which was proposed by IEEE, has two protocol stacks 802.11p and 1609.X get published. In this paper, Patent analysis is used to analyze the current status and the trends of application, the distribution of applicant in this field, etc. A key branch communications security is investigated, and the technology development route is introduced.

DSRC; Network of vehicles; 802.11p; 1609; V2X

TN929.5

B

10.3969/j.issn.1003-6970.2017.12.055

本文著錄格式：劉冀鵬，賈年龍. 基于DSRC的智能網(wǎng)聯(lián)汽車專利分析[J]. 軟件，2017，38（12）：275-278

劉冀鵬(1979-)，男，副研究員，主要從事通信領(lǐng)域的發(fā)明專利審查；賈年龍(1983-)，男，博士，主要從事通信領(lǐng)域的發(fā)明專利審查。