基于C2C和C2I的智能交通系统

李治城 胡欣宇

摘 要：在国民经济发展中，道路运输的作用较为突出，已成为除铁路运输外最重要的地面运输方式。随着汽车使用量逐渐增多，这必定会增加交通运输的负担。从目前的路网建设状况来看，已经很难满足日益增长的交通运输需求，这就形成了严重的道路供需矛盾。智能交通系统便是在此基础上所提出的新型发展理念。文中主要研究基于车车无线通信系统（C2C）和车路无线通信系统（C2I）的智能交通系统，可以实现交通管理的现代化和信息化。

关键词：C2I;C2C;信息化;智能交通系统;通信层;路边单元

中图分类号：TP391;TN92文献标识码：A文章编号：2095-1302（2020）11-00-02

0 引 言

因汽车使用量逐年增多，交通管理难度显著提升，常见交通拥挤和道路堵塞，这已成为现代大都市快速发展所必须面对的难题之一。此类问题不仅会影响交通运输效率，还会产生更多的尾气排放，为生态环境带来严重影响。道路供需矛盾已經成为世界各国所面临的重点难题。早在上世纪

80年代，美国、日本和欧洲一些发达国家就已经开始了针对利用高新技术改造道路运输体系的研究。他们在不断努力与实践中，取得了较大的进展，逐步形成了有助于提升交通通行能力和服务质量的智能交通系统[1-2]。

1 智能交通系统（ITS）

智能交通系统是指在较为完善的交通基础设施之上，融入多种现代化技术，包括信息技术、通信技术、数据传输技术、电子控制技术和计算机技术等，将其集成为功能全面的应用系统。该系统用于交通管理，以便提高交通系统的运行效率，减少交通事故，降低环境污染，从而建立一个高效、便捷、安全、环保、舒适的综合交通运输体系[3-4]。可见，ITS的鲜明特点，就是它将高新技术应用于交通系统中，对原本的系统功能进行改造与创新，使其形成趋于智能化和信息化的新型交通系统，从而使交通设施得以充分利用并能够提高交通效率和安全，最终使交通运输服务和管理智能化，实现交通运输的集约式发展。

2 车车无线通信系统（C2C）

一个车载无线通信单元（OBU）的C2C通信层结构如图1所示。C2C通信与传统无线通信技术的主要区别在于它的802.11p。传统无线局域网技术是基于IEEE 802.11a/b/g和其它无线电技术，如GPRS或UMTS等[5]。在特殊无线技术MAC和PHY层上，网络层基于地理位置和路径提供无线多跳通信，完成车辆间的特别通信功能，如塞车控制和分流车辆。最终，分散的MAC层可能合并，C2C网络也可以接入到其他无线网络中[6-7]。

从OBU的C2C通信层结构可见，非安全类应用使用的是传统协议栈。它使用的是IPv6上的TCP和UDP或二者其一，并且可以接入无线多跳通信网络，与其它车内、路边单元或国际互联网节点通信。非安全类应用也能够跳过C2C通信网络层，通过IEEE 802.11a/b/g网络接口传输数据，例如与WiFi热点区域的直接通信。相对非安全类应用，安全类应用按照规则通过C2C通信传输和网络层通信，也可以通过IEEE 802.11p物理层和作为IEEE 1609系列标准的IEEE 1609.4 MAC扩展层的协议栈通信[8-9]。

3 车路无线通信系统（C2I）

路边设施一般由一些功能模块组成，包括道路设施的信息获取敏感器件。装载在车辆上的敏感系统，可以获取车辆的状况、速度等相关信息，同时负责与路边设施进行数据交换;还包括报警部件、数据处理、融合单元和当地动态地理信息系统等[10-11]。C2I无线通信系统如图2所示。

3.1 C2I通信的路边单元

路边单元（RSU）是一个沿着马路或高速路在指定地点，或者在专用地点，如加油站、停车场甚至餐厅的固定设备。为了短距离无线通信需要，RSU至少包含一个基于IEEE 802.11p无线技术的网络装置。当然，RSU最好是装备有其它网络装置以便与公共网络通信。

RSU的主要功能表现在如下两个方面。

（1）扩展车辆间组成的Ad Hoc网络的通信距离。当OBU进入RSU的通信范围时，RSU可以将两个OBU组成的网络联系起来，扩展信息交换范围。RSU还可以通过无线多跳技术实现车辆直接向前传送数据的链路功能，这是RSU在ITS中最基本的功能[12]。RSU采用无线多跳技术向前传送数据示意如图3所示。

（2）行使安全应用。在桥梁、涵洞、道路施工现场、十字路口等地方，安置RSU作为信息源和收发器，可对车辆发出预警信息，保障行车安全。RSU对车辆发出预警信息示意如图4所示。RSU的拓展功能还包含环境监测、气象预报等。

（3）提供互联网接入到车辆的OBU功能示意如图5所示。

3.2 C2I通信的车载系统

车载单元是一个短距离无线收发系统，可以嵌入在汽车里或者作为一种便携系统安装在汽车上。车载单元能提供车辆与路边设施的通信或车辆间的通信，类似802.11无线收发机[13]。车载单元加上应用处理系统、人机交互界面、GPS车辆定位系统等构成车载应用系统。车载系统（OBE）的结构示意如图6所示。

车载系统包括车载单元的无线电接收装置。它用于连接车内的电子设备。车载单元不仅要由不同的制造商设定，而且不同的车型、不同的生产日期均有特有标记。任何希望连接到车辆间或车辆与路上设施的通信系统，首先要符合通信系统的体系结构，且均需通过简单网络管理协议（Simple Network Management Protocol）注册，并在管理信息中心（Management Information Base）的服务供应商平台（Provider Service Table）中存储使用者的相关信息[14]。车载系统负责获取GPS以及各种车辆传感器数据，当多个车辆要安全地通过一个交叉路口时，最低的数据传输响应时间不超过100 ms。数据至少包括一个临时的ID、信息种类、时间标记、地点等约定信息。数据传送的时间根据车辆的速度，行驶的区域等多种状态自行调整，如根据路边设施数据、导航辅助系统等[15]。

4 结 语

基于车车无线通信系统（C2C）和车路无线通信系统（C2I）的智能交通系统，可以有效降低交通事故发生率，从源头上控制交通安全隐患，这对于提升交通管理的实效性具有积极作用。因此，在后续发展中，有必要加强对智能交通系统的重视，将更多新兴技术应用于智能交通系统中，不断完善和创新系统功能。

参考文献

[1]金欢.基于无线传感网的城市智能交通车辆定位技术研究[J].数字技术与应用，2016，34（9）：73.

[2]赵婉辰.无线网络技术在智能交通系统中的应用[J].数码世界，2018，17（1）：189.

[3]胡妮娜.基于时空相关性的无线传感器网络节能策略研究[D].厦门：集美大学，2017.

[4]文剑澜.基于SOPC系统的智能传感网络设计与实现[D].成都：电子科技大学，2016.

[5]孙海艳.简论在智能交通系统中运用无线传感器网络运用的重要性[J].移动信息，2015，37（12）：38.

[6]陆化普.智能交通系统主要技术的发展[J].科技导报，2019，37（6）：27-35.

[7]王笑京，张纪升，宋向辉，等.国际智能交通系统研发热点[J].科技导报，2019，37（6）：36-43.

[8]钟德健.基于车联网的智能交通系统简述[J].科技创新与应用，2019，9（24）：64-65.

[9] WU Qiong，HE Fanfan，FAN Xiumei. The intelligent control system of traffic light based on fog computing [J]. Chinese journal of electronics，2018，27（6）：1265-1270.

[10]尚金生.智能交通中的视频图像处理技术分析[J].现代信息科技，2019，3（14）：86-88.

[11]武雯婧.面向未来智能社会的智能交通系统发展策略[J].环球市场信息导报，2017，23（1）：118-119.

[12]吴卓惠.信息通信系统在智能交通系统中的应用分析[J].通讯世界，2017，24（8）：91.

[13]劉敬坡，刘朝晖.无线传感器网络中源位置隐私保护研究综述[J].电子世界，2019，41（4）：97-100.

[14]陈瑞凤，倪明，徐春婕，等.面向铁路环境监测的无线传感器网络通信性能分析[J].电信科学，2019，64（5）：70-77.

[15]毕烨，陈丽娜，苗春雨.无线传感器网络节点定位与漂移检测[J].小型微型计算机系统，2018，39（1）：156-160.