關(guān)鍵詞：通信技術(shù)；車聯(lián)網(wǎng)；無線通信；車載自組織網(wǎng)絡(luò)

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2025.04.023

中圖分類號：TN92 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編碼：1672-7274（2025）04-0067-04

Abstract： This paper conducts a systematic classfication and comparative analysis of communication technologies within Vehicular Ad-Hoc Networks （VANETs）. Based on the range of communication， wireless access technologiesare categorized into threesubclasses： Short-Range Communication （SRC），Long-Range Communication （LRC），and Medium-Range Communication （MRC）.The advantages and limitations of each subclass are thoroughly examined，aiming to provide a theoretical foundation and practical guidance for the selection and optimization of VANET communication technologies.

Keywords： communications technology; Internet ofvehicles; wireless communication; vehicular Ad-Hoc network

0 引言

根據(jù)世界衛(wèi)生組織發(fā)布的最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全球每年因道路交通傷害導(dǎo)致的死亡人數(shù)高達(dá)約135萬人[。除采取傳統(tǒng)交通安全措施外，選擇并優(yōu)化適用于VANET（車輛自組織網(wǎng)絡(luò)）的無線通信技術(shù)，以確保高效、可靠的車對萬物（Vehicle-to-Everything，V2X）通信，成為減少交通事故發(fā)生的關(guān)鍵技術(shù)手段之一[2]。

1 通信技術(shù)的分類

隨著智能交通系統(tǒng)（IntelligentTransportationSystems，ITS）的快速發(fā)展，多種新型無線通信技術(shù)被廣泛應(yīng)用于車聯(lián)網(wǎng)（InternetofVehicles，IoV）領(lǐng)域。在車聯(lián)網(wǎng)中，車輛通過多種無線接入技術(shù)與周圍車輛（Vehicle-to-Vehicle，V2V）及路側(cè)單元（RoadsideUnits，RSUs）進(jìn)行通信。這些通信可根據(jù)其覆蓋范圍劃分為三大類：短程通信（SRC）、中程通信（MRC）以及長程通信（LRC）。本文將對上述通信技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)性分析與探討。如圖1所示。

2 短程通信（SRC）

2.1藍(lán)牙

藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟已正式發(fā)布藍(lán)牙v5.4版本，工作頻率范圍仍為 2.402～2.480GHz ，在性能上實(shí)現(xiàn)了顯著提升：數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到了2Mbps，是藍(lán)牙v4.2版本的兩倍，有效范圍擴(kuò)展至 300m ，是之前版本的4倍。此外，藍(lán)牙v5.4延續(xù)了其低成本、低能耗、易于部署、高可靠性以及可接受延遲等技術(shù)優(yōu)勢，這些特性使其在車輛間通信（IVC）中占據(jù)了重要地位。然而，藍(lán)牙在長距離VANET中的應(yīng)用仍面臨諸多限制，如數(shù)據(jù)傳輸速率相對較低，難以滿足高帶寬需求的應(yīng)用場景；微微網(wǎng)（Piconet）和散射網(wǎng)（Scatternet）的組建時間較長，在高速動態(tài)交通環(huán)境中易成為瓶頸；通信范圍有限，易在2.4GHz頻段產(chǎn)生干擾，進(jìn)一步限制了其在廣域VANET中的適用性[3]。

2.2 ZigBee

ZigBee技術(shù)通信相較于Wi-Fi和藍(lán)牙更為簡潔，具有更低的功耗、更高的可靠性（得益于其加密傳輸密鑰機(jī)制）以及成本效益。此外，ZigBee網(wǎng)絡(luò)能夠同時支持多個移動節(jié)點(diǎn)接入，并具備自我修復(fù)能力，在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭討B(tài)變化時保持較高的穩(wěn)定性。然而，基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)時在實(shí)際應(yīng)用中存在一個潛在限制，即發(fā)射器和接收器必須在同一信道上工作。在高密度車輛環(huán)境中，若大量車輛在同一信道上運(yùn)行，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的相互干擾和網(wǎng)絡(luò)擁塞問題。針對這一問題，一種可行的解決方案是在基站上為每個不同的信道配置獨(dú)立的接收器模塊，并通過隨機(jī)信道分配機(jī)制將車輛動態(tài)分配到不同信道上，從而提升網(wǎng)絡(luò)容量和通信效率[4]。

2.3脈沖無線電超寬帶

脈沖無線電超寬帶（ImpulseRadioUltra-Wideband，IR-UWB）技術(shù)因其獨(dú)特的物理特性，在IoV領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著的技術(shù)優(yōu)勢。首先，IR-UWB對路徑上的障礙物（如建筑物、山脈等）引起的多徑衰落具有極強(qiáng)的抗干擾能力，其次，具有低復(fù)雜度、低成本以及低功耗的特點(diǎn)，出色的信號反射抑制能力進(jìn)一步確保了通信高可靠性，此外，IR-UWB在非視距（NLoS）場景下表現(xiàn)出卓越的穿透障礙物能力。近年來，IR-UWB技術(shù)常與全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）結(jié)合使用，形成協(xié)同定位解決方案，車輛或設(shè)備通過交換位置信息，并結(jié)合自身的測距數(shù)據(jù)，顯著提升了定位精度和可靠性。通過融合來自不同系統(tǒng)（如GNSS和IR-UWB）的數(shù)據(jù)，可以有效克服單一系統(tǒng)的局限性，從而實(shí)現(xiàn)更高精度和更可靠的定位結(jié)果。然而，在實(shí)際部署前仍需解決對通信源的干擾問題，可能對其他通信系統(tǒng)（如Wi-Fi）造成干擾，因此需要設(shè)計(jì)有效的干擾抑制機(jī)制或頻譜管理策略。

2.4紅外連接技術(shù)

紅外數(shù)據(jù)協(xié)會（InfraredDataAssociation，IrDA）技術(shù)的工作頻率范圍覆蓋300 ）GHz～400THz 這一寬頻段可進(jìn)一步劃分為三個子頻段：近紅外（120THz＼～400 THz、 2.5μm～750nm ）、中紅外（ 30THz～ 120THz 、10 、遠(yuǎn)紅外（ 300GHz～ 30THz ， ）。根據(jù)具體頻段特性，IrDA技術(shù)能夠支持115kbps ～4 Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，適用于短距離、高可靠性的通信場景。然而，由于紅外信號依賴于視距傳輸（LoS），且易受環(huán)境遮擋和天氣條件的影響，該技術(shù)主要應(yīng)用于V2V通信領(lǐng)域。盡管如此，IrDA技術(shù)在密集交通網(wǎng)絡(luò)中表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗干擾能力，并能提供充足的帶寬資源，從而為實(shí)時安全應(yīng)用（如碰撞預(yù)警、緊急制動信號傳輸?shù)龋┨峁┝丝煽恐С?。日本常用的車輛信息和通信系統(tǒng)（VICS）是IrDA技術(shù)的典型應(yīng)用范例，通過地圖來顯示有關(guān)交通擁堵、道路施工和預(yù)計(jì)通過時間等信息。通過提供簡單的地圖來顯示有關(guān)交通擁堵、旅行時間和道路施工的信息。

2.5可見光通信

可見光通信（VisibleLightCommunication，VLC）系統(tǒng)是一種基于節(jié)能且高度可靠的發(fā)光二極管（LEDs）的創(chuàng)新通信系統(tǒng)，其兼具照明與無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p重功能。在VLC系統(tǒng)中，LED二極管通過調(diào)制光強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，這一過程稱為強(qiáng)度調(diào)制（IM）。在接收端，光線被光電傳感器（如光電二極管或光電探測器）捕獲，這些傳感器必須位于發(fā)射器的視距范圍內(nèi)（LoS），以便將光信號直接轉(zhuǎn)換為電流信號。光電探測器等元件具有極快的響應(yīng)時間，能夠支持高達(dá)數(shù)百M(fèi)bps甚至Gbps量級的數(shù)據(jù)傳輸速率，同時顯著降低了系統(tǒng)部著和運(yùn)維成本。最終，接收到的光信號通過解調(diào)技術(shù)被恢復(fù)為原始信息內(nèi)容。VLC技術(shù)作為傳統(tǒng)射頻（RadioFrequency，RF）無線通信的替代和補(bǔ)充技術(shù)，目前熱度正愈演愈烈。

3 長程通信（LRC）

3.1衛(wèi)星通信

在流量較大的情境下，會產(chǎn)生信道擁塞和數(shù)據(jù)包沖突等問題，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)過載與飽和，在流量較小的情景下，由于缺少中繼車輛，會出現(xiàn)連接問題和數(shù)據(jù)包無法轉(zhuǎn)發(fā)等問題。這些不足可以通過衛(wèi)星通信來解決，覆蓋固定或移動網(wǎng)絡(luò)無法覆蓋、無法到達(dá)的區(qū)域。由于衛(wèi)星通信覆蓋范圍廣、頻率范圍寬、可擴(kuò)展性強(qiáng)，當(dāng)移動通信不可行（如由于自然災(zāi)害或地理障礙）時，衛(wèi)星通信可用于數(shù)據(jù)廣播和作為無線接入的備用方式。從衛(wèi)星發(fā)射到地面的信號可以同時被覆蓋范圍內(nèi)的所有天線接收，符合多播通信的性質(zhì)?？紤]到基于地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星的通信系統(tǒng)由于距離地球較遠(yuǎn)而容易受到嚴(yán)重延遲的影響，低地球軌道（LEO）衛(wèi)星系統(tǒng)的使用越來越流行起來。SafeTRIP項(xiàng)目促進(jìn)通過衛(wèi)星進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換，以開發(fā)和演示增強(qiáng)道路交通基礎(chǔ)設(shè)施安全性、保障性和環(huán)境可持續(xù)性的服務(wù)。

3.2蜂窩車聯(lián)網(wǎng) （C-V2X）

C-V2X是對IEEE802.11p技術(shù)的改進(jìn)，能夠提供更低的延遲和兩倍的覆蓋范圍。它支持設(shè)備到設(shè)備（D2D）和設(shè)備到網(wǎng)絡(luò)（D2N）兩種通信模式，其中，D2D模式也稱為側(cè)鏈通信模式，包含子模式3和4，通過PC5接口實(shí)現(xiàn)車到車（V2V）、車到基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）、車到行人（V2P）的直接通信。PC5接口運(yùn)行于智能交通系統(tǒng)（ITS）頻段（5.9GHz），無須依賴移動網(wǎng)絡(luò)即可工作。該接口允許用戶設(shè)備（UE）之間直接通信，而無須將每個數(shù)據(jù)包傳輸?shù)窖葸M(jìn)節(jié)點(diǎn)B（eNodeB） [5][6]。

PC5接口上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包由側(cè)鏈控制信息（SCI）和數(shù)據(jù)組件組成。SCI攜帶解碼傳輸所需的基本信息，如調(diào)制和編碼方案、當(dāng)前和未來傳輸占用的資源等。傳輸SCI的物理信道稱為物理側(cè)鏈路控制信道（PSCCH），而物理側(cè)鏈路共享信道（PSSCH）則用于傳輸數(shù)據(jù)。在C-V2X側(cè)鏈路模式3中，資源分配由eNodeB管理；而在側(cè)鏈路模式4中，UE通過資源預(yù)留算法自主預(yù)留資源。

3.3NR-V2X

NR-V2X（NewRadioVehicle-to-Everything）有望支持更高級的V2X應(yīng)用，比C-V2X具有更嚴(yán)格的服務(wù)質(zhì)量保證。為了滿足需求，NR-V2X引入了兩種新型通信方式，即單播傳輸和多播傳輸，與C-V2X類似，NR-V2X也定義了兩種側(cè)鏈模式。NR-V2X側(cè)鏈模式1用于在下一代節(jié)點(diǎn)B（gNodeB）覆蓋范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)車輛之間的直接通信。在這種模式下，gNodeB負(fù)責(zé)為UE分配資源。而NR-V2X側(cè)鏈模式2則支持在gNodeB覆蓋范圍之外的場景中進(jìn)行車輛間的直接通信[5][6]。

NR支持多種載波間隔，對于6GHz以下（即FR1）的NR-V2X，支持的載波間隔為 15kHz 7 30kHz 和60kHz ；而對于6GHz以上的頻率范圍（即FR2），支持的載波間隔為 60kHz 和 120kHz ，更大的載波間隔有助于減少延遲。

3.4全球微波接入互操作性

全球微波接入互操作性（WorldInteroperabilityforMicrowaveAccess，WiMAX）是一種能夠提供可靠長距離高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)。WiMAX的一個顯著優(yōu)勢在于將可擴(kuò)展正交頻分多址（SOFDMA）與智能天線技術(shù)相結(jié)合。毫米波在該技術(shù)中的應(yīng)用并不像聲波那樣向所有方向傳播，而是像光一樣進(jìn)行線性傳播。由于毫米波信號強(qiáng)度會隨著與基站距離的增加而迅速衰減，信噪比（SNR）也會隨之降低。雖然距離越遠(yuǎn)吞吐量越低，但WiMAX在速率和覆蓋范圍上仍然優(yōu)于Wi-Fi，在靜態(tài)環(huán)境的理想條件下，WiMAX的覆蓋范圍可達(dá) 1.6km～9.7km ，傳輸速率約為10 Mbps[6]。

4 中程通信（MRC）

4.1 Wi-Fi

由于成本低廉、數(shù)據(jù)傳輸速率快且靈活性強(qiáng)，許多Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)能夠通過V2V和V2I通信提供高效的數(shù)據(jù)傳輸。Wi-Fi的工作頻率為2.4GHz和5GHz，能夠提供多種數(shù)據(jù)傳輸速率，從IEEE802.11b的11Mbps到IEEE802.1lax的9.6Gbps。然而，由于使用無須授權(quán)頻譜，Wi-Fi容易受到其他Wi-Fi設(shè)備、藍(lán)牙設(shè)備、無線電話和電視遙控器等設(shè)備干擾。在密集環(huán)境中，無線接入需求的增加會導(dǎo)致接入點(diǎn)擁塞、網(wǎng)絡(luò)延遲加劇，為了克服這一限制，可以部署多個接入點(diǎn)，但同時會增加系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本[7]。

4.2專用短程通信技術(shù)

專用短程通信技術(shù)（DedicatedShortRangeCommunication，DSRC）是專門為滿足VANET的要求而開發(fā)的，如自組織、自配置、高移動性和動態(tài)拓?fù)?。IEEE802.11p標(biāo)準(zhǔn)于2010年發(fā)布，基于IEEE802.11a標(biāo)準(zhǔn)，并對其進(jìn)行了修改，將帶寬減半，時間參數(shù)加倍。DSRC的頻譜包括一個5MHz的保護(hù)帶、一個10MHz 的控制信道（CCH）和6個10MHz的服務(wù)信道（SCH）。物理層（PHY）使用8種可能的調(diào)制和編碼方案（MCS）組合（稱為模式），以提供高達(dá)54Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率[8]。

但是在密集且高度移動的環(huán)境中，DSR還存在一些顯著缺陷，包括覆蓋范圍有限、擁塞概率高、延遲增加、數(shù)據(jù)傳輸速率低以及服務(wù)質(zhì)量（QoS）保證有限。目前，被多個國家用作電子收費(fèi)系統(tǒng)（ETC），主要局限性在于信道數(shù)量較少，會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞和延遲的增加。

4.3陸上移動通信接入（CALM）

CALM（Continuous Air-interface for Long andMediumrange）由ISO204技術(shù)委員會第16工作組（WG16）開發(fā)。與WAVE標(biāo)準(zhǔn)類似，CALM也運(yùn)行在5.9GHz 頻段。本質(zhì)上，CALM是一組標(biāo)準(zhǔn)、程序和控制過程，旨在通過各種通信標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用程序接口提供連續(xù)且透明的通信。

CALM介質(zhì)分為五類：5GHz無線局域網(wǎng)系統(tǒng)（包括IEEE802.11WiFi、IEEE802.1lp和CALMM5）、蜂窩系統(tǒng)、60GHz系統(tǒng)、紅外通信及支持專用短程通信（DSRC）、廣播和定位的融合層。CALM能夠根據(jù)車輛的位置和車載單元（OBU）選擇傳輸介質(zhì)。對于短距離和中距離通信，建議使用紅外、毫米波和微波通信；而對于較長距離通信，則更傾向于使用蜂窩系統(tǒng)。

5 結(jié)束語

本文分析了各類無線技術(shù)在車聯(lián)網(wǎng)（V2X）應(yīng)用中的適用性并對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比?？偟膩碚f，為VANET通信選擇最佳的無線標(biāo)準(zhǔn)需要在經(jīng)濟(jì)、安全和技術(shù)等多個方面進(jìn)行權(quán)衡。由于無線標(biāo)準(zhǔn)的異構(gòu)性和互操作性，需要對切換問題進(jìn)一步開展研究。由于網(wǎng)絡(luò)組成的異構(gòu)性、通信場景的多樣性以及嚴(yán)格的服務(wù)要求，未來V2X網(wǎng)絡(luò)需要新技術(shù)來實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)學(xué)習(xí)和智能決策，預(yù)計(jì)5G技術(shù)將與機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）協(xié)同應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)一系列新變化新功能。

參考文獻(xiàn)

[1]World Health OrganizationGlobal statusreport on road safety-Time foractionGeneva Switzerland，2022.

[2]馬廣，柯錦超，陳娜佳，等.基于車載自組網(wǎng)（VANET）的車輛協(xié)作系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2018，28（6）：142-146.

[3]王志洋.探究有線傳輸通信技術(shù)在通信工程中的優(yōu)勢以及其在網(wǎng)絡(luò)化方面的改進(jìn)[J].中國新通信，2024，26（06）：4-6.

[4]J.A.Nazabal，F(xiàn).Falcone，C.Fernandez-Valdivielso andI.R.Matias，\"Developmentof aLowMobility IEEE 802.15.4CompliantVANET Systemfor Urban Environments\"，Sensors，vol.13，pp.7065-7078.

[5]王喆，高月紅，張曉楠，等.NR-V2X中側(cè)行鏈路及資源分配技術(shù)的研究[J].電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2020，33（02）：41-45.

[6]黃云偉.面向WLAN/WiMAX的小型化天線研究[D].北京：北京郵電大學(xué)，2024.

[7].丁昱鑫.基于子載波優(yōu)化復(fù)用的Wi-Fi反射通信系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D].合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2024.

[8]ZekriA.異構(gòu)車聯(lián)網(wǎng)通信：基于VANET-DSRC和VANET-5G自適應(yīng)數(shù)據(jù)速率方法[D].上海：上海交通大學(xué)，2019.