基于DSRC的智能网联汽车专利分析

刘冀鹏，贾年龙

（国家知识产权局专利局专利审查协作四川中心，成都 610000）

基于DSRC的智能网联汽车专利分析

刘冀鹏，贾年龙

（国家知识产权局专利局专利审查协作四川中心，成都 610000）

车联网相比于传感器主动探测能够应用到具有遮挡的场景、可探测更远的距离和具有应对恶劣天气的能力， DSRC即专用短程通信技术，作为IEEE组织推动的车联网技术，已经建立了包括802.11p和1609.X协议规范。本文分析DSRC通信标准的专利布局，统计分析全球的专利申请态势、主要申请人分布，介绍了通信安全重点分支的技术发展历程，并绘制了技术发展路线图。

DSRC；车联网；802.11p；1609；V2X

1 车联网及DSRC标准概述

1.1 车联网的出现

随着网络技术的发展，移动互联网对汽车和交通产生的革命性影响已经拉开帷幕[1][2]。为了降低或应对交通事故，一方面各国政府交通部门纷纷建立智能交通系统；另一方面，各大车企在汽车上安装图像传感器、雷达、激光等，试图通过传感器主动探测的方式来获知更多的车况信息，从而降低交通事故的发生。然而，智能交通系统仅能提供有限的交通信息和救助服务，图像传感器、激光、雷达等主动探测外界环境（如行人、障碍物、车辆等）的方式又存在探测距离有限、受雾雪等天气影响大、不适合在十字路口和有遮挡的场景应用等诸多缺陷[3]。通过车辆之间进行信息交互的车联网技术却能够轻易地应用到各种场景中并克服传输距离短、受恶劣天气影响等诸多不足，有望从根本上解决交通安全问题，受到了各国政府、整车企业、零部件厂商、芯片厂商、通信企业以及投资财团的重视[4]。

车联网需要通过信息交互来获知车辆周围的车况或路况信息，为安全驾驶提供信息支撑。由于车辆的高速移动，这种信息交互必须以某一合适的频率周期性的进行才能保证信息的及时有效。对于V2V（vehic1e to vehicle）[5]通信，车载通信设备时刻处于收发状态，其通过周期性的发送自身的基本安全消息（Basic safety message，BSM）以及持续的接收来自周围车辆的消息，并根据接收的信息来判断是否可能产生碰撞而发出警告。由于安全驾驶为车联网提出了更多关于信息安全、传输时延、高速移动环境下的拓扑结构快变的数据传输方面的要求。DSRC作为一种WIFI类的技术，不仅契合自组织网络应用特点还能满足以上要求，成为了欧美等国主推的车联网技术。目前，已建立了包括 IEEE 802.11p、1609.x协议族、SAE J2735、SAEJ2945的DSRC标准规范[6,7]。

2 DSRC车联通信技术专利现状分析

如图1所示，在全世界范围内关于DSRC车联通信标准的专利申请总体呈现增长趋势，其与DSRC技术的发展是紧密相关的。美国交通部（USDOT）与汽车厂商组成的CAMP联盟合作组成车载安全讨论组（VSC），从2005年起对DSRC技术和应用进行研发，在2006至2009年间逐渐建立了 SAE J2735标准、IEEE 1609.2标准[8]、IEEE 1609.3标准[9]、IEEE 1609.4[10]标准以及 IEEE 802.11p 标准；在2010至2012年间开始研究DSRC技术关于互操作、可扩展性、安全、数字完整性等问题，并在实际道路环境中进行测试[1]。此外，由图 1中的专利申请国排名可见：美国的专利申请数量最多，为DSRC标准的推动者；韩国在基于DSRC的车联技术的研发上有较大的投入，未来可能会采用 DSRC标准；日本和中国的申请数量大致相同，而日本目前已经建立了另一套与美国不兼容的车联标准，其包括ARIB STD-T75和ARIB STD-T88两个部分；欧洲底层兼容 802.11p标准，结合其在车联技术上的研究优势（如ECALL等方面的优势），发展出了欧洲自己的ENV系列标准。

图2为主要申请人申请量排名情况，排名靠前的企业，依次是：LG、三星、通用汽车、高通、交互数字技术、韩国电子通信研究院、加拿大数字加密技术（certicom）、英特尔、三菱、泰科迪亚科技、飞利浦。前十位的申请人大体可以分为整车企业、零部件厂商和通信巨头三类，这是由于在车联技术直接影响整车企业、零部件厂商以及通信运营商。

图3是DSRC车联通信技术的各技术分支的专利申请情况，从上图可以看出DSRC技术涉及通信QoS的专利数量最多，排列第二的是用于车载环境的通信安全相关专利，其次是涉及信息传输的专利共54项，占比14%，这一部分的专利围绕信息的传输过程设计。DSRC专利申请还涉及通信的时间同步、拥塞控制、设备发现/信道扫描、资源管理等。

3 DSRC技术重点分支研究内容分析

由于通信安全是交通安全的重要内容[11]，其技术必然不断更新。本节针对对通信安全技术分支研究其技术发展状况。根据DSRC通信安全的重点专利筛选，其研究技术内容大致可以分为如何降低时延和隐私保护两个方面，其中，以降低时延的研究为主。其中专注于如何降低通信安全时延问题的技术路线集中在以下几个方面：数字签名算法/加密算法、快速鉴权、密钥分发效率（集中于证书撤销清单机制）、其它（例如负载量较大时的特殊处理、密钥安全、对称加密机制等），如图4所示。

图1 DSRC技术专利申请总体态势及申请国分布Fig.1 Patent application trends and distribution of DSRC technology

图2 全球范围内DSRC通信标准主要申请人排布图Fig.2 Global applicant ranking of DSRC communications standard

图3 DSRC车联标准技术分支分析Fig.3 DSRC based vehicle networking technical branches

（1）加密算法/数字签名

IEEE1609.2采用非对称加密方式，通信双方分别产生各自的公钥和私钥，并将公钥发送对通信对端，由于公钥加密的内容仅能通过私钥解密，从而提高信息传输的安全性。目前较为常见的两种公钥密码系统分别是RSA和ECC，其中ECC的编码原理更为复杂，但是采用更短的密钥可实现相同的安全性能。基于身份ID的系统对公钥系统进行改进，不再使用显式公钥，其将公钥替代为可以公开获得的身份信息如名字或网址，并且由受信证书中心（CA）为每个实体分配对应的私钥。另一种可替代的方法是仍然采用显式的用户公钥，但是接收者需要对其进行处理重构（例如采用 DIffie-hellman密钥，DIffie-hellman密钥协议允许双方不需要在通信之前进行密钥的交互），采用隐式证书只需要简单的利用隐式证书来验证发送者的数字签名。

（2）快速鉴权

为了降低在通信安全中的时间延迟，快速鉴权是其中的一个重要研究内容。例如专利 DE102015-117688A1、US7853995A对一组汽车或一组服务进行验证，降低需要下载和存储的证书数量，减少路边设施的需要及同步的需要。JP2007088737A提出一种高速鉴权技术，在中心认证局与在各个路边侧之间新增一层本地认证局，由本地局进行授权验证。专利CN101656729A提供了用于在资源约束系统中自适应地校验数据的系统和方法，在验证可靠性和验证效率之间寻求折中，通过自适应数据校验机制选用合适的校验模式以自适应地在成本/性能需求和安全性需求之间进行平衡。算法对接收的消息的有效性使用置信度水平，取决于置信度水平在标尺上的位置，确定将使用哪个校验模式来验证消息。

（3）密钥分发及证书管理

证书撤销机制是证书管理的主要内容，由于证书管理中心会产生数以万计的证书， 一方面为了解决证书撤销清单（CRL）太过庞大给验证证书带来的处理负担，另一方面屏蔽非法实体传输的信息。CRL是由发证机构(CA)标记的消息，其列出了网络中被废除的全部认证。因此，如果一个实体发送了虚假的或其它不需要的消息，那么可以将它放到CRL上，使得由该实体发送的消息将被其它使用者丢弃。

图4 DSRC通信安全技术路线图Fig.4 DSRC communications security technical route

4 结语

本文针对基于DSRC的车联网通信标准，分析当前全球的专利申请趋势、申请国家分布以及主要申请人，在对DSRC标准理解的基础上对技术分支进行划分，并进一步对通信安全技术分支的技术主题发展路线进行了分析，对其中涉及的代表性专利技术的发明内容进行了概述。虽然DSRC标准已经成型，通信传输时延、通信安全性问题仍然是车联网技术发展的重要内容，从V2X技术的出现到辅助驾驶的部署，以及无人驾驶技术的成熟还有很长的路要走，而这一切都离不开底层通信技术的支撑。

[1] 陈晓娟, 楼培德. 基于OBD的车载智能终端现状及其发展趋势[J]. 软件. 2014, 35(10): 95-99.

[2] 杨伯卿. 中国移动在车联网运营中发展策略探析[J]. 软件.2013, 34(5): 104-106.

[3] 张洪超. 车联网技术发展探究[J]. 计算机光盘软件与应用.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] 陈昊, 无线传感器网可靠传输协议分析[J]. 软件. 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

本文著录格式：刘冀鹏，贾年龙. 基于DSRC的智能网联汽车专利分析[J]. 软件，2017，38（12）：275-278

刘冀鹏(1979-)，男，副研究员，主要从事通信领域的发明专利审查；贾年龙(1983-)，男，博士，主要从事通信领域的发明专利审查。