车辆网联技术

车辆网联技术当然，近年来车辆网联技术及其应用的发展非常迅速，尤其是随着4G／5G通信、移动互联网、云计算、大数据、网络安全、智能化人机交互，以及人工智能等技术的发展，它所涉及技术的深度和广度也在不断地扩展，所带来的应用机会和挑战也不断地呈现。所以，我们也期望本书的作者和其他专家学者们能够不断地完善这本书的内容和拿出新的著作出来。
这本书是由吉利新能源商用车研究院的胡红星、东南大学智能运输系统研究中心的郭建华和东南大学仪器科学与工程学院的严如强合作翻译的。由于本书涉及的技术的专业面很广，限于译者的水平，难免对原著的理解和翻译有不当的地方，同时，在尽量保持原著写作风格的情况下，所做出的翻译也可能不尽完善。请读者见谅，并热诚地欢迎国内外专家学者和广大读者提出宝贵的意见，以帮助我们进一步修订，改进和完善这本翻译的图书。
在本书的翻译过程中，三位译者都得到了各自的许多同事和专家们的帮助和支持，他们对这本译著的完成也做出了贡献。在此一并感谢。
后，我们感谢出版社的信任和高度专业的工作，得以使这本书出版发行。
网络化嵌入式系统的大量应用是汽车工业成功的关键因素之一，也触发了大规模的创新周期缩短。由数千米长的电线连接到一起的成百个电子控制单元（ECU）在今天的汽车上运行着，使得从安全到舒适性应用的大量新功能得以实现。只有这些ECU能够通过汽车内的一个实时通信网络进行沟通和合作，所有这些功能才能得以实现。
今天，我们处在又一次飞跃的边缘。这个车内网正在被扩展到不仅仅连接本地的ECU，而且通过车辆间通信（IVC）将整个车辆与其它车辆以及它的外部环境相连接。依赖于现有的第三代（3G）或第四代（4G）无线网，或其它新的特别为车载应用而设计的网络技术，例如IEEE WAVE、ETSI ITS-G5和IEEE 80211协议等，使得可以利用车辆之间的自发连接来交换信息，并有望带来新颖的，有时甚至是未来崭新的应用。
使用这样的车辆间通信（IVC）,一些通过本地传感器不能获得的安全相关的信息可以实现交互，从而使驾驶人能够穿过大的货车或者建筑物而看到前方的交通状况。这一新的网联汽车的概念创造了新的机会，不但能够提升交通安全，而且能够提升人们的驾驶体验。交通堵塞将完全可以避免（或至少可以提前得知）。甚至可以让驾驶人享受道路上车辆相互协调下的如火车车队样的完全自动驾驶。
车辆网联，这一车辆交换信息网络的融合，正是所有这些愿景建立的共同基础。
我们深深地被这些由车辆网联带来的机会与挑战而迷住，作为这个研究团队的成员已经近十年了。在这个时期里，对于如何连接未来的汽车，形成了许多新的、有时甚至是疯狂的想法和概念。在深入调研之后，发现这其中的许多设想并不适用，但是，确有一些留存下来，而且为目前一些已经接近市场化的解决方案铺平了道路。
从一个研究者的角度，我们能够识别车内和车间通信系统中面临的许多挑战。为了进一步地研究这些问题，我们联合组织了两个Dagstuhl研讨会，邀请了全球的专家参加，将工业界的实践者与来自研究院和大学的科学家们组织到了一起，以这样一种方式，我们能够制定正在进行的研究工作的方向，至少是中期的研究方向。
通过由德国计算机科学与电气工程学会（GI 和ITG）组织的国际EG-IVC系列研讨会的形式，我们还为这个领域新的入门者设立了一个补充研讨会系列。
本书的基础是在包括IEEE CCNC，IEEE ICC， IEEE GLOBECOM和IEEE VTC等所有主要IEEE会议上发表的有关这一专题的系列教程，以及Falko Dressler在欧洲、美国、南美和亚太地区举办的IEEE杰出讲师讲座的内容。我们还设计了一个新的研究生水平的大学课程，在欧洲不同的大学里教授。
这也激发了我们以一本教科书的形式来汇集我们的经验，为广泛的读者——从希望进入这一激动人心的新领域的学生，到寻找一个综合概述的实际工作者，提供一个集中了过去和未来车辆网联专题的共同概念的参考。
在我们研究车辆网联的十多年里，如果没有许多给予我们以灵感和支持的人们，本书是不可能完成的。他们首先是以这个领域首要的会议——IEEE车辆网联会议为中心的团体。我们想特别提到卡耐基梅隆大学的Ozan K Tonguz和加州大学洛杉矶分校的Mario Gerla教授，他们与我们合作研究前述的一些疯狂的想法，并终确定有价值的和持久的解决方案。我们也要表达对在我们准备本书的过程中给予了支持和帮助的剑桥大学出版社工作人员的谢意！后，我们要衷心感谢给予我们持久的帮助和支持的家人、朋友和同事们！
我们希望您能如我们快乐地为您准备这份材料一样快乐地阅读本书。我们也热切地欢迎您的任何反馈并邀请您给我们留言，或者查询本书的相关网页http://bookcar2xorg/上提供的补充材料。
克里斯托夫·佐默法尔科·德雷斯勒德国帕德伯恩

这部教科书的基础是在包括IEEECCNC,IEEEICC,IEEEGLOBECOM和IEEEVTC等所有主要IEEE会议上发表的有关这一专题的系列教程，以及FalkoDressler的在欧洲、美国、南美和亚太地区举办的IEEE杰出讲师讲座的内容。我们还设计了一个新的研究生水平的大学课程，在欧洲不同的大学里教授。这个也激发了我们以一本教科书的形式来汇集我们的经验，为广泛的读者—从希望进入这一激动人心的新领域的学生，到寻找一个综合概述的实际工作者，提供一个集中了过去和未来车辆网联专题共同概念的参考。

译者序
前言
缩略语
第1章引言1
1.1术语和定义3
1.2Who is who4
1.2.1规则制定、法规和标准5
1.2.2研究6
1.3如何使用这本书7
1.3.1目标读者7
1.3.2给非专家们的概述7
1.3.3有经验的读者的深入研究8
第2章车内通信11
2.1车载网络12
2.2汽车总线系统14
2.2.1CAN14
2.2.2LIN20
2.2.3MOST22
2.2.4FlexRay24
2.3车载以太网29
2.3.1背景30
2.3.2车载网络的适应性32
2.3.3引入汽车33
2.4无线车载网络34
第3章车辆间通信35
3.1应用35
3.1.1交通信息系统36
3.1.2交叉路口碰撞预警系统43
3.1.3队列前进44
3.1.4交通灯信息与控制46
3.1.5娱乐应用49
3.2要求和组件51
3.2.1应用需求51
3.2.2评估IVC方案的指标57
3.2.3通信实体59
3.2.4通信原理62
3.3车辆间通信的概念65
3.3.1调频广播和数字音频广播65
3.3.2蜂窝网络71
3.3.3自组织路由73
3.3.4广播78
3.3.5地理路由88
3.4基本的限制92
3.4.1迈向异构网络92
3.4.2广播风暴问题94
3.4.3VANET的扩展性96
第4章无线接入技术98
4.1蜂窝网络98
4.1.1GSM101
4.1.2UMTS103
4.1.3LTE104
4.1.4未来发展106
4.1.5蜂窝网络在IVC中的使用106
4.2短程无线电技术109
4.2.1无线局域网(WLAN)109
4.2.2IEEE 802.11p112
4.2.3高层协议114
4.3空白频段和认知无线电119
4.3.1认知无线电119
4.3.2TV空白频段120
4.3.3空白频段在IVC中的应用121
第5章信息传递124
5.1自组织（ad-hoc）路由125
5.1.1主动路由协议126
5.1.2被动路由协议128
5.1.3车载自组织网络（VANET）
中的应用132
5.2地理位置路由139
5.2.1地理位置路由140
5.2.2基于虚拟坐标路由143
5.3信标152
5.3.1自组织的交通信息系统153
5.3.2协同感知消息157
5.4自适应信标158
5.4.1自适应交通信标159
5.4.2分散式拥塞控制（DCC）169
5.4.3动态信标174
5.5地理多播180
5.5.1ETSI地理网络180
5.5.2分布式环境通知信息182
5.5.3拓扑辅助地理机会路由183
5.6基础设施支持187
5.6.1路侧单元188
5.6.2停泊车辆192
5.7DTN与对等网络198
5.7.1分布式车联广播199
5.7.2MobTorrent201
5.7.3PeerTIS205
第6章性能评估208
6.1性能测试208
6.1.1概念和策略208
6.1.2现场运行试验210
6.1.3仿真技术220
6.2仿真工具231
6.2.1网络仿真232
6.2.2道路交通仿真235
6.2.3IVC仿真框架237
6.3场景、模型和指标240
6.3.1场景240
6.3.2信道模型249
6.3.3驾驶人行为259
6.3.4指标262
第7章安全与隐私275
7.1安全的基本要素275
7.1.1安全目标和技术要求276
7.1.2安全关系279
7.1.3证书280
7.1.4安全与隐私283
7.2保障车辆网络安全283
7.2.1IVC的证书应用283
7.2.2性能问题285
7.2.3证书撤销287
7.2.4位置验证288
7.3隐私289
7.3.1位置隐私290
7.3.2跟踪方法291
7.3.3临时假名292
7.3.4交换假名294
参考文献296

这部教科书的基础是在包括IEEECCNC,IEEEICC,IEEEGLOBECOM和IEEEVTC等所有主要IEEE会议上发表的有关这一专题的系列教程，以及FalkoDressler的在欧洲、美国、南美和亚太地区举办的IEEE杰出讲师讲座的内容。我们还设计了一个新的研究生水平的大学课程，在欧洲不同的大学里教授。这个也激发了我们以一本教科书的形式来汇集我们的经验，为广泛的读者—从希望进入这一激动人心的新领域的学生，到寻找一个综合概述的实际工作者，提供一个集中了过去和未来车辆网联专题共同概念的参考。

内容涵盖车内通信技术、车辆间通信技术、无线接入技术、信息传递技术、性能评估技术、安全与隐私保护技术，填补了国内车辆网联综合技术图书的空白。