5G通信技术在车联网业务中的应用探讨

朱楠，杨建

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210000）

0 引言

车联网通过使用5G网络通信技术，使自身拥有更多其他系统无可比拟的优势。这一技术能够支持车联网多样化的内部系统构建方式的运行和展开[1]。在此基础上对系统元素进行功能性增强，为整个汽车提供完善的通信体系结构。

1 5G 车联网特征

5G移动通信融合多种科学技术。这在通信系统的性能方面有了极大的增强。相比传统通信，5G车联网有着多方面优点。

1.1 低时延与高可靠性

车联网利用网络通信可以实时收集与转换，这将对网络通信技术的时效性要求特别高。由于多种因素的限制，其信息发送、中继节点、接收端在运行中都可以达到信息的安全性，提高数据传输的效果与质量，还能够降低时延限制。但是，受到传统无线通信技术的限制，通信时延不能支持安全互联的要求。

5G高密集度组网有着重要的内容性能。在相关网络中乃至性能低的终端，以能量消耗减小信令开销，这一技术为带宽和时延找出了解决方案，5G时延达到了毫秒级是车联网发展过程中最为重大的技术突破点。在对低时延和高可靠性的关系中，我们以链路特征为基础对300km/h行驶的汽车为参照对象，对5G自适应天线进行分析，通过网络功能虚拟化技术和软件定义网络技术让5G网络的运行更加地灵活，各项功能得以实现。此外，5G通信解决了一系列问题，提供了低时延服务的方案，可以实现预约和优化，保证服务水平与质量。其中，优化5G网络服务可以满足当前已经存在的网络系统，并且可以应用到未来高速发展信息所带来的服务需求外延化。对时延有着重要需求的通信业务来说，这是其低时延和高效的有力把握，在V2X模式下有效得到使用。这体现出5G网络体系结构的正确应用[2]。

汽车数量的增加使得终端之间的通信会因使用用户太多而发生堵塞。但是在5G车联网技术之下，D2D技术会解决时务问题。在终端之间乃至终端与运输中枢连接时实现交互，保证其空口时延在1ms以内，终端之间时延控制在毫秒内，这样才能对通信的可靠性的提高做到实在的使用效果承续。

1.2 频谱和能源高效利用

5G在车联网的应用使当下能源问题得以解决。在对当前能源利用效率低下的问题上，提高利用效果与质量，具体可以从下述几点进行讨论。

（1）5G通信网络内，D2D通信方式使5G通信能够直接实现终端通信。以D2D技术为支持，5G车载单元将与邻近的车载单元、5G基站及汽车内部网络通信接入，从多渠道看，这是一种交互的过程。与传统标准的车联网V2X通信方式相比，这一方式节约了成本，减少了能源消耗，提高了效率与效能。

（2）全双工通信方式是5G移动终端设备所使用的一种重要的关键性的通信技术，在相同频段的情况下，使不同汽车之间、汽车与5G基站之间，在同一时间段上接发消息的可能得以实现，频谱效率得到有效提升。

（3）此外，在5G通信网络中，认知无线电为核心技术。在车辆网的运行中国，车载终端利用感知无线通信环境，掌握目前信息的空洞条件。因此，可以理解和空闲频谱进行连接，和其他终端高效通信是5G在车联网应用中需要解决的。这种共时变化性可以更好地满足用户的不同频谱使用需要，使资源的使用效率得到了极大地提升，节约了使用成本。除此之外，利用该无线电技术，车载终端能够和其他获得授权的用户同时使用频谱资源，保持信息的共享和应用，建立资源与资源之间互联互建的友好关系，达到资源共享的目的。从而解决无线频谱资源短缺的问题。

另外，5G基站是使用天线交互连接的，通信性能不受影响，可以有效节约能源。此外，车辆自组网的运行中，5G车载单元可以随时掌握、搜索在周边区域内设置的终端设备，与之对应的是，其通信能力也能够有效的减少OBU通信损耗，减少资源的浪费，节约成本，避免资源短缺所带来的其他问题。

1.3 更加优越的通信质量

5G通信网络拥有比以往传统更多期待值和更大的优势，比如用户对其容量的需求就抱有极高的期望，汽车驾驶员想体验1000MS的数据速率，对QOS提出高要求。频段为30G-300GHz称之为毫米波，这样可以使得5G终端之间、终端和基站之间能够有效的交互运行，让数据传输的效果与质量得到提升，增加传输的速度，通信质量有了一个质的飞跃。高速数据传输率的提高可以有效降低环境干扰带来的影响，从而使汽车之间网络中断的可能性大幅减少。结果表明，5G车联网技术超强，在推广之后一定能有比现状更有效的无线链路特征，具体如下：

（1）首先在通信距离方面有所改善和进步。5G车联网V2V可达到一千米以上的通讯距离，而且避免了如果在通信过程中遇到巨大物体遮挡的环境下影响通信传输的困扰，解决了IEEE802.11p车辆自组网通信中连接不当，信号中断的问题。

（2）5G通信网络使车辆在高速移动的情况下依旧能够保持基本的性能。与传统的通信相比，5G车联网最大范围可支持的汽车行驶速率达到了三百五十千米每小时。

（3）5G通信技术提供了更高的传输速率，5G车联网对终端通信效果得到有效的提升，汽车之间、汽车和链路数据之间的通信速度以及效率都会明显地提升，完全实现相互通信，甚至可以在高速行驶的过程中实现视频通话。

2 5G 通信网络在车联网中应用的挑战与应对

5G车联网把具备更高水平的5G通信技术使用到车联网领域内，促进通信质量水平的全面提升，降低了能源消耗，构建了新的体系结构，让车辆网技术水平得到提升，信息以及数据传播的效果更好，完全满足实际应用需要，5G车联网技术在接下来的三个方面面临危机，我们需要采取合适的方法进行解决[3]。

2.1 干扰管理

5G网络通信技术能够充分利用资源，提高了资源的利用效率。资源的多次利用被应用于5G蜂窝网络，给网络容量提升带来了巨大进步，实现了资源共享，但是也存在一定的问题，比如同信道干扰的问题亟须解决。所以，5G移动通信网络所带来的干扰管理问题不可避免。

5G终端对d2d通信网络产生干扰，有学者提出了两种资源分配方式:一是d2d和其他终端设备之间来进行资源分配，这属于动态分配的方式；另一种则是d2d与其他终端设备之间进行正交资源分配，这种是静态的分配方法。

总而言之，在d2d和v2x通信场景之中，我们在考虑干扰管理问题时需要从各个角度进行分析，同时要选择系统内可以使用的复用信道。因此，要符合如下标准要求：1）在处理d2d通信链路存在干扰的情况下，让蜂窝用户可以真正地满足SINR的需求。2）要尽可能地减小蜂窝用户对于d2d和V2x的通信线路所产生的干扰影响[4]。

2.2 安全通信和隐私保护

个人安全性问题一直以来都是车联网发展过程中不可或缺的技术，在网络安全的大时代下，个人隐私被公开，人身安全受到了威胁，因此，安全技术的发展越来越受到人们的重视。

很多研究中还提到了D2D网络，以及基于寻秘钥协商方法管理群签订的adhocd2d协议。除此以外，使用者可以通过这种技术，应用于日常生活中，当发生盗取信息以及身份泄露的危险时，提高相关数据的导入速度，在通信设备的帮助下，实现多网络多设备之间的合作，由此构建出一种高效率，高使用率的大数据算法。

由于5G车联网通信复杂性较高，所以需要进行多方面的安全认证。这种车联网的多方安全认证包含车内局域网用户移动端以及5G车载单元OBU的强效安全认证，同时还要确保车与车、车与人之间达到安全认证的要求。

我们可以运用最近期提到的匿名算法，比如变化性方案能够在车辆处于不同的范围内进行变化，随着车辆的运行轨迹发生相应的变化。这样就能减少对于匿名收集分析数据和车辆真实身份的攻击。5G车联网形成稳定的网络系统，让通信系统运行更加的安全，隐私保护协议达到应有的效果，并且在5G 通信中可以使用sdn的技术，这一技术的应用将会大大解决新型网络技术手段所带来的安全隐私的隐患。

物理层安全技术，这是保证通信安全的关键技术之一。车联网通信不可避免地会出现很多窃听事件，对汽车安全性能提出挑战。相关安全密钥，就是最为重要的一个环境。基于此，可以从物理层入手，对分离分发和数据安全运输方面进行演示。密钥的分发是通过物理层完成的，确保制定出绝对安全的方案，才能保证分发过程中的安全问题得到解决。分发完成则需对车载数据加密运输，5G技术通过物理层安全，进行先进技术融合，如异构网络、大规模多输入多输出、毫米波通信技术，让物理层的安全运行水平得到提升，应用也会更加的广泛。

2.3 安全驾驶

车联网还应该注意到的问题是在道路行驶过程中的安全问题，而在车辆行驶过程中，驾驶人的驾驶状态与行为就是极为重要的参考因素，因此，对于驾驶行为和驾驶状态的分析和研究就显得尤为重要，通过分析和研究，以达到提高安全性和可靠性的目的。通过对其行驶轨迹的收集，然后就可以有效的预测变化趋势，并且可以给用户提供完善的网络系统，达到安全运行的要求。虽然车联网中的网络拓扑频段灵活多变，呈现多样化，数据连续增长，但车辆运动受到多种因素限制，通过对交通道路规则和对驾驶人员意图的了解与分析，可以预测驾驶人员的状态[5]。

车联社会网络（VSN）节点活动规律可以为车联网预测起到一定的促进作用，而车联网中的某些设备及模型也会对车联社会网络产生反作用，如移动条件下的模拟数据模型，以及云感知下计算模型的搭建。通过对大量OBU数据的研究和分析，从中获得社会群体中具有交流互动价值的信息资源。对用户行为进行预测的过程中，VSN有着极强的运算能力，面对行驶过程中出现诸如交通堵塞等的问题，可以有效进行解决，从而保证交通通信的顺畅性与安全性，满足人们的日常出行需要，也会提高交通运行总体水平。

5G车联网，以D2D进行信息交互，为每位汽车驾驶员提供1000MS数据速率，QOS要求才能实现。空口时延的时速要比信息交互时降低一千百分点达到1MS，更需要在端到端的过程中做到毫秒级时间延续，这样才能保证时间精度的问题。5G基站要达到定位精度的要求，保证位置数据的偏差不会超出规定的范围，这样才能使在预测的模型中出现的可能问题得以解决。目前，面对车联网数据挖掘所出现的问题，并没有极其高质量的设备支持和技术支持，我们在观测数据中发现，数据流是以巨大的信息流量作为填入的，准确获取数据信息，并且合理地分析与研究，构建出完善的预测体系，为今后这一领域的发展提供强有力的支持。

3 结语

车联网在人们日常生活中扮演着重要的角色，对于人们的交通和通信方式以及生活方式，都带来了重大的变化。车联网使车辆技术方面得到了前所未有的进步和支持，使其朝着智能方向和网络化发展。本文研究了目前车联网的体系结构，通信情况，包括5G互联网通信技术的优势，并将其应用于车联网场景中，表现出5G网络技术的特征，但是随之而来的是其面临的挑战，还有存在的诸多问题需要我们解决。尽管如此，5G互联网通信技术仍然有着不可替代的作用，在各个领域尤其是车联网应用中发挥着巨大的作用，为其使用提供了技术支持，这为车联网的发展提供了方向，这一良好的趋势不仅能够使得社会进步，而且能为人们的生活带来更多便利和安全。