任務1近距離通信技術認知學習內(nèi)容RFID、NFC、Wi-Fi、藍牙通信技術的概念；RFID、NFC、Wi-Fi、藍牙通信技術的工作原理；近距離通信技術的應用場景。能力要求能夠向客戶介紹或解答智能網(wǎng)聯(lián)汽車近距離通信技術的相關知識；能夠獨立制定工作計劃并按計劃實施；具有與客戶溝通的能力；樹立以客戶為中心的服務意識與理念；具備通過互聯(lián)網(wǎng)等途徑查詢資料完成信息搜集和處理的能力；任務1近距離通信技術認知任務引入在近距離無線通信領域，RFID、藍牙、WiFi、UWB、Zigbee和NFC等吸引了很多人的眼球。車聯(lián)網(wǎng)中使用較廣泛的近距離無線通信技術有無線局域網(wǎng)802.11（Wi-Fi）、藍牙（Bluetooth）和紅外數(shù)據(jù)傳輸（IrDA），比較有發(fā)展?jié)摿Φ臒o線通信技術有：ZigBee、NFC、超寬頻（UltraWideBand）、DECT等。它們都有其立足的特點，或基于傳輸速度、距離、耗電量的特殊要求、或著眼于功能的擴充性、或符合某些單一應用的特別要求、或建立競爭技術的差異化等。但是沒有一種技術可以完美到足以滿足所有的需求。那么你了解這些近距離無線通信技術的特點及應用場景嗎？通過下面內(nèi)容的學習，相信你就能清楚。任務描述目前，近距離通信技術應用最多的是RFID（射頻識別技術）、NFC（近場通信技術）、Wi-Fi技術與藍牙通信技術。請對目前常用的近距離通信技術做一個列表并做相互對比，在學習小組或班級里進行交流匯報。相關知識近距離的無線通信技術，只要通信收發(fā)雙方通過無線電波傳輸信息且傳輸距離限制在較短范圍（幾十米）以內(nèi)，就可稱為短距離無線通信。一、射頻識別技術（RFID）（1）概念RFID技術，也稱為射頻識別技術（RadioFrequencyIdentification），通過無線射頻方式結合數(shù)據(jù)訪問技術，進行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，利用無線射頻方式通過電磁波實現(xiàn)對電子標簽進行讀寫，以實現(xiàn)識別目標和數(shù)據(jù)交換的目的。1948年，RFID的理論基礎誕生。但是直到2000年以后，人們才普遍認識到RFID產(chǎn)品的意義，應用領域逐漸增加。它可以作用于各種惡劣環(huán)境，可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。（2）RFID系統(tǒng)組成與工作原理RFID系統(tǒng)由讀寫器、電子標簽等部分組成，如圖5-1所示。最基本的RFID系統(tǒng)由由讀寫器、電子標簽等部分組成。電子標簽（射頻卡），由耦合元件及芯片組成，標簽含有內(nèi)置天線，用于和射頻天線間進行通信。而讀寫器，是讀寫標簽信息的設備。電子標簽和讀寫器間用天線傳遞射頻信號。有些系統(tǒng)還通過讀寫器的RS232或RS485接口與外部計算機（上位機主系統(tǒng)）連接，進行數(shù)據(jù)交換。圖5-1RFID系統(tǒng)組成

RFID系統(tǒng)的基本工作流程是：讀寫器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當射頻卡進入發(fā)射天線工作區(qū)域時產(chǎn)生感應電流，射頻卡獲得能量被激活。隨后射頻卡將自身編碼等信息通過卡內(nèi)置天線發(fā)送出去。系統(tǒng)接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來的載波信號，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到讀寫器，讀寫器對接收的信號進行解調(diào)和解碼然后送到后臺主系統(tǒng)進行相關處理。主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算判斷該卡的合法性，針對不同的設定做出相應的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執(zhí)行機構動作。（3）RFID標簽類型RFID技術依據(jù)其標簽的供電方式分類，分為無源標簽、有源標簽和半有源標簽。有源標簽也稱為主動標簽（Activetags），自身帶有電池供電，讀/寫距離較遠時體積較大，一般具有較遠的閱讀距離，目前已廣泛用于高速公路電子不停車收費。有源標簽主要工作在900MHz、2.45GHz、5.8GHz等較高頻段。產(chǎn)品的傳輸距離較長，傳輸速度較高，但體積相對較大，適用于大范圍的射頻識別應用場合。不足之處是電池的壽命有限（3～10年）。無源標簽也稱為被動標簽（Passivetags），內(nèi)無電池，它接收到閱讀器（讀出裝置）發(fā)出的微波信號后，將部分微波能量轉化為直流電供自己工作，一般可做到免維護，成本很低并具有很長的使用壽命，比主動標簽更小也更輕，讀寫距離則較近。相比有源系統(tǒng)，無源系統(tǒng)在閱讀距離及適應物體運動速度方面略有限制。目前應用在公交卡和二代身份證上。半有源RFID標簽，解決了無源RFID和有源RFID的缺點。通常，半有源RFID僅對電子標簽中保持數(shù)據(jù)的部分進行供電，產(chǎn)品處于休眠狀態(tài)，因此耗電量較小。讀寫器先以125kHz低頻信號在小范圍內(nèi)精確激活進入其識別范圍的電子標簽使之進入工作狀態(tài)，再通過2.4GHz微波與其進行信息傳遞。（4）RFID系統(tǒng)在汽車領域內(nèi)的應用1、貨車車號識別、集裝箱多式運輸將RFID技術用于貨車車號自動抄錄，將貨車車號信息存放在電子標簽里，并將電子標簽安裝在貨車車體的表面，當貨車通過讀出點時，閱讀器通過天線接收電子標簽反射回的帶有貨車車號信息的電子信號。接收到的電子信號經(jīng)過計算機處理后，自動顯示或打印出來，從而實現(xiàn)了貨車車號的自動識別，克服了人工抄錄造成的勞動強度高、出錯概率大、工作效率低等缺點。2、電子不停車收費系統(tǒng)電子不停車收費系統(tǒng)（ElectronicTollCollection，簡稱ETC）是一種用于公路、大橋和隧道的電子自動收費系統(tǒng)。其示意圖如圖5-2所示。它應用RFID技術，通過路側天線與車載電子標簽之間的專用短程通訊，在不需要駕駛員停車和其他收費人員采取任何操作的情況下，自動完成收費處理全過程。通過應用不停車收費系統(tǒng)可以提高通過效率，是緩解收費站交通堵塞的有效手段。圖5-2ETC系統(tǒng)組成

3、汽車生產(chǎn)線上的應用將射頻技術用在汽車生產(chǎn)流水線上，實現(xiàn)自動控制、監(jiān)視，提高生產(chǎn)率，改進生產(chǎn)方式，節(jié)約成本，使生產(chǎn)流程更加合理。2014年，捷豹路虎開始使用RFID標簽進行整車的生產(chǎn)和管理。通過追蹤讀取標簽信息，獲取生產(chǎn)線的實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)，精確計算零部件的消耗，實現(xiàn)生產(chǎn)線方式的轉變，如圖5-3所示。圖5-3捷豹路虎使用RFID標簽進行整車生產(chǎn)管理

二、近場通信技術（NFC）（1）概念NFC，即為近場通信技術，它是英文“NearFieldCommunication”每個單詞首字母的縮寫。NFC是在非接觸式射頻識別（RFID）技術的基礎上，結合無線互聯(lián)技術研發(fā)而成，它為我們?nèi)粘Ｉ钪性絹碓狡占暗母鞣N電子產(chǎn)品提供了一種十分安全快捷的通信方式。NFC中文名稱中的“近場”是指臨近電磁場的無線電波。因為無線電波實際上就是電磁波，所以它遵循麥克斯韋方程，電場和磁場在從發(fā)射天線傳播到接收天線的過程會一直交替進行能量轉換，并在進行轉換時相互增強。例如我們的手機所使用的無線電信號就是利用這種原理進行傳播的，這種方法稱作遠場通信。而在電磁波10個波長以內(nèi)，電場和磁場是相互獨立的，這時的電場沒有多大意義，但磁場卻可以用于短距離通訊，我們稱之為近場通信。（2）工作原理NFC是一種短距高頻的無線電技術。支持NFC的設備可以在主動或被動模式下交換數(shù)據(jù)。在被動模式下，啟動NFC通信的設備，也稱為NFC發(fā)起設備（主設備），在整個通信過程中提供射頻場（RF-field），如圖5-4所示。它可以選擇106kbps、212kbps或424kbps其中一種傳輸速度，將數(shù)據(jù)發(fā)送到另一臺設備。另一臺設備稱為NFC目標設備（從設備），不必產(chǎn)生射頻場，而使用負載調(diào)制（loadmodulation）技術，即可以相同的速度將數(shù)據(jù)傳回發(fā)起設備。圖5-4NFC被動通信模式

主動模式如圖5-5所示，發(fā)起設備和目標設備在向對方發(fā)送數(shù)據(jù)時都必須主動產(chǎn)生射頻場，所以稱為主動模式。它們都需要供電設備來提供產(chǎn)生射頻場的能量。這種通信模式是對等網(wǎng)絡通信的標準模式，可以獲得非?？焖俚倪B接速率。圖5-5NFC主動通信模式

NFCIP-2標準為了和非接觸式智能卡兼容，規(guī)定了一種靈活的網(wǎng)關系統(tǒng)，具體分為三種工作模式：點對點通信模式、讀寫器模式和NFC卡模擬模式。點對點模式，這種模式下兩個NFC設備可以交換數(shù)據(jù)。例如多個具有NFC功能的數(shù)字相機、手機之間可以利用NFC技術進行無線互聯(lián)，實現(xiàn)虛擬名片或數(shù)字相片等數(shù)據(jù)交換。讀寫器模式，這種模式下NFC設備作為非接觸讀寫器使用。例如支持NFC的手機在與標簽交互時扮演讀寫器的角色，開啟NFC功能的手機可以讀寫支持NFC數(shù)據(jù)格式標準的標簽。模擬卡片模式，這種模式就是將具有NFC功能的設備模擬成一張標簽或非接觸卡，例如支持NFC的手機可以作為門禁卡、銀行卡等而被讀取。（3）NFC與RFID的比較第一，工作模式不同。NFC是將點對點通信功能，讀寫器功能和非接觸卡功能集成進一顆芯片，而RFID則有閱讀器和標簽兩部分組成。NFC技術既可以讀取也可以寫入，而RFID只能實現(xiàn)信息的讀取以及判定。第二，傳輸距離不同。NFC傳輸距離比RFID小的多，NFC的傳輸距離只有10厘米，RFID的傳輸距離可以達到幾米、甚至幾十米。NFC是一種近距離的私密通信方式，相對于RFID來說NFC具有距離近、帶寬高、能耗低、安全性高等特點。第三，應用領域不同。NFC更多的應用于消費類電子設領域，在門禁、公交、手機支付等領域發(fā)揮著巨大的作用。RFID則更擅長于長距離識別，更多的被應用在生產(chǎn)、物流、跟蹤、資產(chǎn)管理上。（4）車聯(lián)網(wǎng)應用NFC技術可以提高汽車使用的易用性和功能性，可以將智能手機作為汽車的智能鑰匙用于解鎖打開車門和關閉車門。2014年，芯片廠商NXP為蘋果iPhone6和iPhone6Plus提供了內(nèi)置NFC芯片，首次提出希望汽車廠商們能夠加入對NFC技術的支持，通過智能手機解鎖車門、發(fā)動汽車。寶馬M850i的數(shù)字鑰匙即采用該技術，使用智能手機放在車門把手上即可打開車門，然后將手機放入無線充電手機托盤即可啟動車輛，如圖5-6所示。圖5-6基于NFC技術的汽車數(shù)字鑰匙

現(xiàn)代汽車公司也在著手研發(fā)具備NFC無線通信的汽車。通過NFC技術，汽車能夠識別不同駕駛者手機特定的配置文件，根據(jù)記錄的駕駛者的喜好，自動調(diào)節(jié)反光鏡位置、座椅傾角以及立體聲音響音量等設置。汽車零部件供應商Continental最近也在測試NFC汽車虛擬鑰匙，以應用到電動汽車的租賃當中，如圖5-7所示?？蛻粲檬謾CAPP進行車的預定，Continental服務端街道預定后把車的信息和訪問權限發(fā)給客戶并把車放在預定地點，客戶用把數(shù)據(jù)存入手機的NFC中，在預定地點就可以用手機的NFC獲取汽車的控制權。圖5-7

Continental虛擬鑰匙汽車租賃流程

三、Wi-Fi技術（1）概念Wi-Fi是一種可以將個人電腦、手持設備（如PDA、手機）等終端以無線方式互相連接的技術，全稱是WirelessFidelity，又叫802.11b標準，是IEEE（美國電子和電氣工程師協(xié)會）定義的一個無線網(wǎng)絡通信的工業(yè)標準。該技術使用的是2.4GHz附近的頻段，其主要特性為速度快，可靠性高，在開放性區(qū)域，通訊距離長，一般可達305米，在封閉性區(qū)域，通訊距離為76米到122米，方便與現(xiàn)有的有線以太網(wǎng)絡整合，組網(wǎng)的成本更低。根據(jù)無線網(wǎng)卡使用的標準不同，WIFI的速度也有所不同。其中IEEE802.11b最高為11Mbps（部分廠商在設備配套的情況下可以達到22Mbps），在信號較弱或有干擾的情況下，帶寬可調(diào)整為5.5Mbps、2Mbps和1Mbps，帶寬的自動調(diào)整，有效地保障了網(wǎng)絡的穩(wěn)定性和可靠性。（2）工作原理Wi-Fi技術的組成元件包括站點STA、接入點AP、基本服務集BSS、服務集識別碼SSID、分布式系統(tǒng)DS、擴展服務集ESS、門橋（Portal）。Wi-Fi網(wǎng)絡組成元件之間的關系如圖5-8所示。圖5-8

Wi-Fi網(wǎng)絡組成元件之間的關系

（3）車聯(lián)網(wǎng)應用汽車廠商可以利用車內(nèi)Wi-Fi實現(xiàn)軟件升級和新功能。駕駛員可以使用移動設備遠程查看車輛的位置、油耗、輪胎氣壓和行駛里程等信息，也可以在同一個移動設備上接收車輛性能和診斷的預警信息。車載Wi-Fi技術還可以在移動狀態(tài)下設置移動熱點并連接網(wǎng)絡，而不依賴于蜂窩設備。例如，阿里巴巴集團投資的斑馬智行車載互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，如圖5-9所示。Wi-Fi也有望在V2X（車對物）通信和無人駕駛中發(fā)揮關鍵作用。圖5-9

斑馬智行車載互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

四、藍牙技術（1）概念Bluetooth（藍牙）技術是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，其實質內(nèi)容是為固定設備或移動設備之間的通信環(huán)境建立通用的近距無線接口，將通信技術與計算機技術進一步結合起來，使各種設備在沒有電線或電纜相互連接的情況下，能在近距離范圍內(nèi)實現(xiàn)相互通信或操作。其傳輸頻段為全球公眾通用的2.4GHzISM頻段，提供1Mbps的傳輸速率和10m的傳輸距離。藍牙技術的特點可歸納為如下幾點：1、全球范圍適用。2、同時可傳輸語音和數(shù)據(jù)。3、可以建立臨時性的對等連接（Ad-hocConnection）。4、具有很好的抗干擾能力。5、藍牙模塊體積很小、便于集成。6、低功耗。7、開放的接口標準。8、成本低。（2）工作原理藍牙由底層硬件模塊、中間協(xié)議層和高端層應用三大部分構成，如圖5-10所示。圖5-10

藍牙系統(tǒng)組成

1、底層硬件模塊。藍牙技術系統(tǒng)中的底層硬件模塊由基帶、跳頻和鏈路管理。其中，基帶是完成藍牙數(shù)據(jù)和跳頻的傳輸。無線調(diào)頻層是不需要授權的通過2.4GHzISM頻段的微波，數(shù)據(jù)流傳輸和過濾就是在無線調(diào)頻層實現(xiàn)的，主要定義了藍牙收發(fā)器在此頻帶正常工作所需要滿足的條件。鏈路管理實現(xiàn)了鏈路建立、連接和拆除的安全控制。2、中間協(xié)議層。藍牙技術系統(tǒng)構成中的中間協(xié)議層主要包括了服務發(fā)現(xiàn)協(xié)議、邏輯鏈路控制和適應協(xié)議、電話通信協(xié)議和串口仿真協(xié)議四個部分。服務發(fā)現(xiàn)協(xié)議層的作用是提供上層應用程序一種機制以便于使用網(wǎng)絡中的服務。邏輯鏈路控制和適應協(xié)議是負責數(shù)據(jù)拆裝、復用協(xié)議和控制服務質量，是其他協(xié)議層作用實現(xiàn)的基礎。3、高端層應用。在藍牙技術構成系統(tǒng)中，高端層應用是位于協(xié)議層最上部的框架部分。藍牙技術的高端層應用主要有文件傳輸、網(wǎng)絡、局域網(wǎng)訪問。不同種類的高端層應用是通過相應的應用程序通過一定的應用模式實現(xiàn)的一種無線通信。（3）藍牙在汽車領域上的應用1、車載藍牙電話。主要功能包括自動辨識移動電話，駕駛人不需要觸碰手機便可控制手機，用語音指令控制接聽或撥打電話，也可以通過車上的音響或藍牙無線耳麥進行通話。車載藍牙電話可以保證良好的通話效果，并支持任何廠家生產(chǎn)的內(nèi)置藍牙模塊的手機。如圖5-11所示。如圖

5?11所示。圖5-11

車載藍牙電話

2、車載藍牙音響。是一種基于穩(wěn)定的、高度通用的藍牙技術為基礎的無線有源音箱，內(nèi)設鋰電池，可以隨時充電，使用方便快捷，如圖5-12所示。具有體積小巧，可牢牢固定在車內(nèi)某一合理位置的優(yōu)點。圖5-12

車載藍牙音響

3、車載藍牙后視鏡。后視鏡可通過藍牙技術與手機相連，手機來電話時，后視鏡顯示來電信息，還可集成免提通話功能。如圖5-13所示。圖5-13

車載藍牙后視鏡

隨堂測試簡訴RFID、NFC、Wi-Fi、藍牙通信技術的概念。簡訴RFID、NFC、Wi-Fi、藍牙通信技術的組成與工作原理。簡訴RFID、NFC、Wi-Fi、藍牙通信技術在汽車領域內(nèi)的應用。任務實施任務工單任務2中距離通信技術認知學習內(nèi)容DSRC、LTE-V通信技術的概念；DSRC、LTE-V通信技術的工作原理；DSRC、LTE-V通信技術的應用場景。能力要求能夠向客戶介紹或解答智能網(wǎng)聯(lián)汽車通訊技術的相關知識；能夠獨立制定工作計劃并按計劃實施；具有與客戶溝通的能力；樹立以客戶為中心的服務意識與理念；具備通過互聯(lián)網(wǎng)等途徑查詢資料完成信息搜集和處理的能力；任務2中距離通信技術認知任務引入車聯(lián)網(wǎng)（V2X）是指借助新一代信息通信技術，實現(xiàn)車與人、車與車、車與路、車與服務平臺等全方位的網(wǎng)絡連接，提升汽車智能化水平和自動駕駛能力，從而提高交通效率，為用戶提供智能、舒適、安全、節(jié)能、高效的綜合服務。那么你對車聯(lián)網(wǎng)的中距離通訊技術又有哪些了解呢？任務描述車聯(lián)網(wǎng)（V2X）的兩大通訊技術標準就是DSRC（專用短程通信）技術與LTE-V2X技術。請你結合某一款在售車型介紹V2X通訊技術在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的作用以及優(yōu)勢，在學習小組或班級里進行交流匯報。相關知識V2X是VehicletoEverything的意思，即車輛自身和外界事物之間的信息交換，其應用場景如圖5-14所示。圖5-14

V2X應用場景示意圖

一、專用短程通訊技術（DSRC）（1）概念專用短程通信汽車自組網(wǎng)技術（DSRC）目前主要是使用5.9GHz頻段的類似Wi-FiMesh的基于802.11p、IEE1609、SAEJ2735、SAEJ2945標準的DSRC汽車自組網(wǎng)專用短程通信技術。專用短程通信汽車自組網(wǎng)技術可以讓駕駛員清楚地知道其車輛的周邊行駛車輛（前后、左右、附近）的位置和速度，并且不用擔心會有障礙阻擋視線。即便有障礙物擋住也能十分清楚周邊的交通狀況。DSRC系統(tǒng)示意圖如圖5-18所示。圖5-18

DSRC系統(tǒng)示意圖

（2）指標要求DSRC是基于802.11p、IEEE1609、SAEJ2735、SAEJ2945標準的汽車專用短程通信技術。DSRC主要采用的無線頻率是美國使用5.9GHz頻段。其中30M頻寬用于交通安全應用，40M頻寬用于交通效率管理等非安全類應用。DSRC的車載單元單節(jié)點覆蓋范圍最高300m。專用短程通信汽車自組網(wǎng)的傳輸距離需要大于高速路上的安全車距，一般在100m。路側站的覆蓋范圍為800~1200m。DSRC可支持高于192km/h的車速。在響應速度方面，DSRC延遲時間要求小于50ms，系統(tǒng)每秒送10次信息，每次發(fā)送11個數(shù)據(jù)，包括汽車的GPS定位信息、加速度、制動狀態(tài)、轉向盤轉角和當前車速等。通信速率一般為2Mbit/s。DSRC屬于網(wǎng)狀網(wǎng)絡技術，使用其專用短程通信協(xié)議，可以支持4~10個節(jié)點的網(wǎng)狀跳躍，大約可以收集1.6km范圍內(nèi)的車輛交通行駛狀況。（3）組成部分DSRC技術主要由車載單元（OnBoardUnit，OBU）、路旁部署的路側單元（Road-SideUnit，RSU）兩個部分組成。通過車載單元與路側設備之間的無線通信實現(xiàn)路網(wǎng)與車輛之間的雙向信息交流，將車輛與道路有機地連接在一起。如圖5-19所示。圖5-19

DSRC系統(tǒng)組成示意圖

（4）優(yōu)缺點DSRC具有如下優(yōu)勢：1）采用分布式控制方式。2）支持高速車輛，可支持高于192km/h的車速下的動態(tài)快速自組網(wǎng)。3）可以隨時建立網(wǎng)絡，在沒有其他通信設施的情況下使用。4）無中心的點對點通信，不受固定拓撲結構的限制。5）通信距離短，發(fā)射的數(shù)據(jù)量較少，發(fā)射功率較低。6）設備小巧，更換維護方便。7）可以成為汽車的內(nèi)生系統(tǒng)，與車內(nèi)總線和車內(nèi)系統(tǒng)協(xié)同性好。與此同時，DSRC也存在以下缺點:1）車輛接人互聯(lián)網(wǎng)的路側設備覆蓋問題。如果汽車需接入互聯(lián)網(wǎng)，必須依靠連接到互聯(lián)網(wǎng)的路側DSRC終端的支持，這需要在路側大量布置能夠接入互聯(lián)網(wǎng)的終端設備。2）考慮車輛高速移動的環(huán)境下復雜的網(wǎng)絡拓撲結構，數(shù)據(jù)包的多級連跳信以及路由問題削弱了DSRC高可靠和低延時的性能。3）DSRC在高密度場景下，車輛之間信道接人競爭會變得非常強烈，從而導致通信延遲增加和傳輸速率下降。4）由于DSRC路側設施投入大，商業(yè)盈利模式尚未明確。（5）實際應用2014年1月在美國舉行的國際消費電子展（CES）上，美國福特、通用等汽車大廠紛紛展示出各自最先進的基于專用短程通信汽車自組網(wǎng)的V2V技術。除了上述兩家汽車廠商之外，本田、現(xiàn)代、奔馳、日產(chǎn)、豐田等眾多汽車廠商均支持DSRC技術。凱迪拉克推出的CTS車型是首款搭載V2V技術的量產(chǎn)車型，通過車輛之間的信息共享，駕駛員可以預知更多道路信息和潛在風險。其系統(tǒng)示意圖如圖5-20所示。圖5-20

凱迪拉克CTS車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)示意圖

二、LTE-V技術（1）C-V2X概念C-V2X通信是基于3G/4G/5G等蜂窩網(wǎng)通信技術演進形成的車用無線通信技術，包含基于4G網(wǎng)絡的LTE-V2X系統(tǒng)以及未來5G資源的5G-V2X系統(tǒng)，借助已存在的LTE網(wǎng)絡設施來實現(xiàn)V2V、V2I、V2P、V2N的信息交互，適應于更復雜的安全應用場景，滿足低時延高可靠性和帶寬要求。（2）LTE-V概念LTE—V（LongTermEvolution—Vehicle，V2X）是我國具有自主知識產(chǎn)權的V2X技術，是基于TD-LTE（TimeDivision—LongTermEvolution，分時長期演進）的ITS（IntelligentTransportSystem，智能交通系統(tǒng)）系統(tǒng)解決方案，屬于LTE后續(xù)演進生態(tài)系統(tǒng)的重要應用分支。LTE-V是基于LTE為車車通信、車路通信、車輛與城市基礎設施通信專門開發(fā)的通信技術，支持在V2V、V2I、V2P之間快速組網(wǎng)，構建數(shù)據(jù)共享交互橋梁。（3）LTE-V協(xié)議架構與組成LTE-V標準協(xié)議架構由三部分組成，包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應用層。物理層是LTE-V系統(tǒng)的底層協(xié)議，主要提供幀傳輸控制服務和信道的激活、失效服務，定時收發(fā)及同步功能。數(shù)據(jù)鏈路層負責信息的可靠傳輸，提供差錯和流量控制，對上層提供無差錯的鏈路鏈接。應用層基于數(shù)據(jù)鏈路層提供的服務，實現(xiàn)通信初始化和釋放程序、廣播服務、遠程應用等相關操作。LTE-V系統(tǒng)設備組成包含了UE（UserEquipment，用戶終端）、RSU（RoadsideUni，路側單元）、和基站三部分，具體組成如圖5-22所示。UE包含了車載設備、個人用戶便攜設備等。RSU處于基站和UE之間，承擔著V2I的數(shù)據(jù)通信任務。基站是承擔了LTE-V2X系統(tǒng)的無線接入控制功能的設備，主要完成無線接入功能，包括管理空中接口、用戶資源分配、接入控制、移動性控制等無線資源管理功能。GPS信號則通過衛(wèi)星地面站與基站進行通信。圖5-22

LTE—V通信系統(tǒng)的組成

（4）LTE-V通信方式LTE-V通訊方式包括集中式（LTE-V-Cell）和分布式（LTE-V-Direct）兩種，如圖5-23所示。圖5-23

LTE—V通信技術分類

其中，LTE-V-Cell需要基站作為控制中心，實現(xiàn)大帶寬、大覆蓋通信，定義車輛與路側通信單元以及基站設備的通信方式。LTE-V-Direct則是可以無需基站作為支撐，可直接實現(xiàn)車輛與周邊環(huán)境節(jié)點低時延、高可靠通信。LTE-V-Cell的傳輸帶寬最高可擴展至100MHz，下行1Gbit/s.用戶面時延≤10ms，控制面時延≤50ms，支持車速500km/h，在5G時代演進成C-V2X技術，主要有電信企業(yè)推動。LTE-V技術分為Uu和PC5兩種接口。其中，廣域集中式蜂窩通信（Uu接口）技術是基于現(xiàn)有蜂窩技術的擴展，主要承載傳統(tǒng)的車聯(lián)網(wǎng)遠程業(yè)務，滿足終端與V2X應用服務器間大數(shù)據(jù)量傳輸要求，如圖5-24所示。圖5-24

基于Uu接口的V2V和V2I通信

短程分布式直通通信（PC5接口）技術引入LTED2（Device-to-Device，端-端），繞過RSU進行V2V、V2I直接通信，主要承載了車輛主動安全業(yè)務，圖5-25所示。圖5-25

基于PC5接口V2V和V2I通信

（4）LTE-V技術特點優(yōu)點：基于現(xiàn)有的移動蜂窩網(wǎng)絡，部署簡單。部署時只需要在現(xiàn)在的LTE-V基站中增加一些設備，不需要額外建設基站；覆蓋范圍廣，可實現(xiàn)無縫覆蓋;傳輸更可靠；3GPP持續(xù)演進，未來可支持更高級的車路協(xié)同業(yè)務需求;網(wǎng)絡運營模式靈活，盈利模式多樣化。缺點：當前的技術成熟度較低；蜂窩基礎設施的中繼性質，會導致在時間敏感的車輛操作中存在安全隱患；LTE-V應用于車車主動安全與車輛智能駕駛的V2X應用時，其網(wǎng)絡通信性能還需要充分的測試驗證。（5）LTE-V技術應用LTE-V技術，可應用于交叉路口的會車避讓，緊急車輛優(yōu)先通行，前方車輛的緊急剎車告警以及多車的編隊自動駕駛。大唐高鴻公司從2012年起就開始研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的LTE-V技術產(chǎn)品，涵蓋車載終端（OBU）、路側終端（RSU）、C-V2X云控平臺、CA安全認證解決方案等。其系統(tǒng)解決方案架構如圖5-26所示。車路協(xié)同云控子系統(tǒng)對V2X設備采集的信息進行交通大數(shù)據(jù)匯總，支撐豐富的大數(shù)據(jù)應用，同時實現(xiàn)對V2X設備的集中管控，進而實現(xiàn)對整個道路的實時動態(tài)管控。路段級車路協(xié)同管理系統(tǒng)對特定區(qū)域的信息進行匯聚，從而實現(xiàn)路段級的信息分發(fā)、交通誘導。RSU是路側基礎設施的數(shù)據(jù)匯聚中心，實現(xiàn)路側多源感知融合，實現(xiàn)道路狀態(tài)的數(shù)字化；此外，RSU還是道路管控信息的廣播節(jié)點，實現(xiàn)道路資源的動態(tài)管控。OBU是測試車輛的中央通信單元，通過CAN總線獲取車輛基本狀態(tài)，通過PC5通信實現(xiàn)車路協(xié)同。圖5-26

大唐高鴻公司LTE-V解決方案

隨堂測試簡訴車聯(lián)網(wǎng)的基本概念。簡訴DSRC與LTE-V通信技術的概念。簡訴DSRC與LTE-V通信技術的組成與工作原理。簡訴DSRC與LTE-V通信技術的應用。任務實施任務工單任務3遠距離通信技術認知學習內(nèi)容衛(wèi)星通信及5G移動通信技術的概念；衛(wèi)星通信及5G移動通信技術的組成及工作原理；遠距離通信的應用場景。能力要求能夠向客戶介紹或解答衛(wèi)星通信及5G移動通信技術的相關知識；能夠獨立制定工作計劃并按計劃實施；具有與客戶溝通的能力；樹立以客戶為中心的服務意識與理念；具備通過互聯(lián)網(wǎng)等途徑查詢資料完成信息搜集和處理的能力；任務3遠距離通信技術認知任務引入如今我們?nèi)祟愡M行通信交流最主要的方式就是依靠手機。而手機依賴于移動通信系統(tǒng)，依賴于基站和天線，或者依賴基于固定寬帶接入的Wi-Fi。對于大部分陸地地區(qū)來說，這種常規(guī)模式是可以滿足要求的。但是，對于像戈壁沙漠、深山老林這樣的無人區(qū)、甚至是占地球表面積70%的浩瀚海洋來說，昂貴的基站建設和維護成本以及太低的利用率和回報率使信號無法覆蓋率每個角落。那么你知道現(xiàn)在有什么通信技術可以解決覆蓋問題嗎？任務描述遠距離通信技術主要包括衛(wèi)星通訊和5G移動通信技術。請對這兩個長距離通信技術的概念、組成、工作原理及應用場景做一個列表并做相互對比，在學習小組或班級里進行交流匯報。相關知識現(xiàn)代移動通訊以1986年第一代通訊技術（1G）發(fā)明為標志，經(jīng)過三十多年的爆發(fā)式增長，極大地改變了人們的生活方式，并成為推動社會發(fā)展的最重要動力之一。到目前為止，現(xiàn)代移動通訊在技術上已經(jīng)歷經(jīng)了5次更新?lián)Q代，見表5-1所示。技術名稱出現(xiàn)年份最高傳輸速率第一代移動通信網(wǎng)絡（1G）1986年2.4kbit/s第二代移動通信網(wǎng)絡（2G）1994年150kbit/s第三代移動通信網(wǎng)絡（3G）2007年6Mbit/s第四代移動通信網(wǎng)絡（4G）2013年100Mbit/s第五代移動通信網(wǎng)絡（5G）2019年至少1Gbit/s表5.1移動網(wǎng)絡通訊技術的發(fā)展一、衛(wèi)星通信技術（1）概念衛(wèi)星通信技術（SatelliteCommunicationTechnology）是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉發(fā)無線電波，以達到在兩個或多個地球站之間進行通信的目的。衛(wèi)星通信具有覆蓋范圍廣、通信容量大、傳輸質量好、組網(wǎng)方便迅速、便于實現(xiàn)全球無縫鏈接等眾多優(yōu)點，被認為是建立全球通信的一種必不可少的重要手段。目前，全球有四大衛(wèi)星定位系統(tǒng)，除了中國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BDS），還有美國全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GNSS）、伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GSNS）。（2）組成及工作原理衛(wèi)星通信系統(tǒng)是由空間部分—通信衛(wèi)星和地面部分—通信地面站兩大部分構成的。運行在赤道上空35860km高度上的靜止通信衛(wèi)星是目前全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)中最常用的星體，此類衛(wèi)星的運轉方向與地球自轉方向一致，而目運轉周期好等于地球的自轉周期，始終保持與地球的同步運行狀態(tài)。其波束最大覆蓋面可以達到地球表面總面積的1/3以上，僅需等間隔放置的三顆通信衛(wèi)星即可實現(xiàn)全球范圍的通信。通信衛(wèi)星工作的基本原理如圖5-27所示。從地面站1發(fā)出無線電信號，這個微弱的信號被衛(wèi)星通信天線接收后，首先在通信轉發(fā)器中進行放大，變頻和功率放大，最后再由衛(wèi)星的通信天線把放大后的無線電波重新發(fā)向地面站2，從而實現(xiàn)兩個地面站或多個地面站的遠距離通信。圖5-27

通信衛(wèi)星基本原理圖

工作（3）衛(wèi)星通信技術的特點1）覆蓋區(qū)域大，通信距離遠。2）具有多址聯(lián)接功能。3）頻段寬，容量大。4）機動靈活，地球站的建立不受地理條件的限制。5）通信質量好，可靠性高。6）通信的成本與距離無關。（4）衛(wèi)星通信技術的應用在智能交通系統(tǒng)中，衛(wèi)星通信技術主要應用于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS導航、車輛定位、車輛跟蹤及交通管理，向駕駛人提供出行線路的規(guī)劃和導航、信息查詢以及緊急援助等。如圖5-28、5-29所示。圖5-28

智能交通系統(tǒng)中衛(wèi)星通信技術圖5?29車載GPD導航和定位

工作二、5G移動通信技術（1）概念5G移動通信技術（5thgenerationmobilenetworks），簡稱為5G技術，是最新一代蜂窩移動通信技術。5G技術是對包括3G、4G技術在內(nèi)的現(xiàn)有通信技術的技術更新，是4G網(wǎng)絡的延伸。網(wǎng)絡延遲低于1ms，數(shù)據(jù)傳輸速率可達10Gbit/s，比4GLTE網(wǎng)絡快100倍。如圖5-30所示，5G移動通信技術的供應商將覆蓋的服務區(qū)域劃分為許多蜂窩小地理區(qū)域，以數(shù)字信號的方式傳輸聲音和圖像等其他數(shù)據(jù)。5G設備通過無線電波與蜂窩中的本地天線陣和低功率自動收發(fā)器進行通信。當用戶從一個蜂窩穿越到另一個蜂窩時，移動設備將自動“切換”到新的蜂窩中。圖5-30

5G網(wǎng)絡切片

（2）組成及特點5G網(wǎng)絡中的接入網(wǎng)主要由集中單元CU（CentralizedUnit）、分布單元DU（DistributeUnit）、有源天線單元AAU（ActiveAntennaUnit）三個部分組成。其中與4G網(wǎng)聯(lián)的對比如圖5-31所示。圖5-31

5G與4G網(wǎng)絡的組成對比圖

CU，是由4G網(wǎng)絡基站中負責信號調(diào)制BBU的非實時部分分割構成，負責處理非實時協(xié)議和服務。AAU，是由4G網(wǎng)絡基站中負責信號調(diào)制BBU的部分物理層處理功能與負責射頻處理RRU及無源天線合并構成。DU，是由4G網(wǎng)絡基站中負責信號調(diào)制BBU的剩余功能重新定義構成，負責處理物理層協(xié)議和實時服務。5G通信技術正朝著網(wǎng)絡多元化、寬帶化、綜合化、智能化的方向發(fā)展，具有具有高數(shù)據(jù)速率、超低延遲、節(jié)省能源，降低成本，系統(tǒng)容量高和允許大規(guī)模設備連接的特點。（3）5G網(wǎng)絡在車聯(lián)網(wǎng)（V2X）中的應用2020年，國家發(fā)改委等部委聯(lián)合印發(fā)的《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》指出，通過5G與車聯(lián)網(wǎng)協(xié)同建設，推動道路基礎設施、智能汽車、運營服務、交通管理指揮等信息互聯(lián)互通。華為依托云、邊、端整體技術優(yōu)勢，聯(lián)合生態(tài)合作伙伴提供5G車聯(lián)網(wǎng)解決方案，切實推動智能汽車產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。華為的5G車聯(lián)網(wǎng)架構示意圖如圖5-32所示。圖5-32

華為5G車聯(lián)網(wǎng)架構示意圖

1、車路協(xié)同智能網(wǎng)聯(lián)汽車在道路上，需要實時獲取周邊交通流信息，實時決策和規(guī)劃行駛路徑，更低時延和更高可靠網(wǎng)絡通信是安全行駛的保障。通過5G的大帶寬、超高可靠低時延特性，結合邊云協(xié)同技術可以滿足聯(lián)網(wǎng)車輛在高速傳輸、高可靠性、低延時方面的嚴格要求。車路協(xié)同的兩個典型應用為路口碰撞預警和緊急制動預警，其系統(tǒng)功能如圖5-33所示。圖5-33

車路協(xié)同功能示意圖

2、編隊行駛通過5G和邊云協(xié)同技術，實現(xiàn)車輛編隊行駛，低時延網(wǎng)絡通信使車輛之間靠得更近，減低后車風阻，從而節(jié)省燃油，提高貨物運輸效率。例如在高速公路中，多輛貨車進行編隊行駛，實時編組實現(xiàn)無人駕駛，調(diào)度中心云平臺優(yōu)先制定車輛路徑和車速優(yōu)化策略，可通知車輛，提高貨物的運輸效率。如車輛進人隧道，云平臺負責接管車輛，將同一車道內(nèi)的前后車輛編隊，保持一定車速與車距，順序行駛。其系統(tǒng)功能如圖5-34所示。圖5-34

編隊行駛功能示意圖

3、遠程駕駛遠程駕駛可廣泛應用于礦山、油田等危險作業(yè)區(qū)域、高級禮賓車隊服務等。駕駛員在遠程控制中心實時掌握車輛、路況、周邊交通環(huán)境等信息，下達駕駛指令控制車輛行駛動作，達到駕駛員如同坐在車中駕駛的效果。通過遠程路況視頻高清無線回傳，實現(xiàn)遠程監(jiān)控和錄像，將車輛行駛數(shù)據(jù)實時上傳和顯示，駕駛員可以實時掌握車速、位置、油耗等信息駕駛控制指令下達，根據(jù)視頻和車輛狀態(tài)信息，下達駕駛策略。其系統(tǒng)功能如圖5-35所示。圖5-35

遠程駕駛功能示意圖

4、低速無人駕駛目前大部分無人駕駛的應用限于低速與限定場景，在物流、共享出行、公共交通、環(huán)衛(wèi)、港口碼頭、礦山開采、零售等領域展開應用。華為云提供云、AI、5G組合方案，提供算法開發(fā)與模型訓練服務，加速開發(fā)效率和商用節(jié)奏。應用主要包括園區(qū)擺渡車、港口貨運、市政環(huán)衛(wèi)、最后一公里物流等應用。隨堂測試簡訴衛(wèi)星通信及5G移動通信技術的概念。簡訴衛(wèi)星通信及5G移動通信技術的組成與特點。簡訴衛(wèi)星通信及5G移動通信技術在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的應用。任務實施任務工單任務4車用CAN通信技術認知學習內(nèi)容CAN通信技術的概念和組成；CAN通信技術的工作原理；CAN通信技術的應用；CAN總線網(wǎng)絡完整性檢查。能力要求能夠向客戶介紹或解答汽車CAN通信技術的相關知識；能夠獨立制定工作計劃并按計劃實施；能夠描述汽車總線技術的功能；具有與客戶溝通的能力；樹立以客戶為中心的服務意識與理念；具備通過互聯(lián)網(wǎng)等途徑查詢資料完成信息搜集和處理的能力；任務4車用CAN通信技術認知任務引入一輛新能源汽車采用故障診斷儀讀取故障碼時，故障診斷儀不能與車輛動力系統(tǒng)控制模塊取得通信，你知道問題出在哪里嗎？任務描述遠距離通信技術主要包括衛(wèi)星通訊和5G移動通信技術。請你對這兩個長距離通信技術的概念、組成、工作原理及應用場景做一個列表并做相互對比，在學習小組或班級里進行交流匯報。相關知識汽車總線技術的產(chǎn)生隨著現(xiàn)代汽車電子控制技術的發(fā)展與現(xiàn)代人對汽車的動力性、經(jīng)濟性、舒適性、安全性和環(huán)保等方面要求，汽車電控系統(tǒng)數(shù)量不斷增加，從發(fā)動機、變速器、制動系統(tǒng)、轉向系統(tǒng)等動力控制系統(tǒng)到舒適安全、儀表報警、電源管理等車身控制系統(tǒng)，均采用了電子控制系統(tǒng)。各汽車電控系統(tǒng)除了各自的傳感器、執(zhí)行元件外，還需要相互通信。為了實現(xiàn)各電控系統(tǒng)之間的相互通信，最初采用了傳統(tǒng)的布線方式，如圖5-37所示，即需要相互打交道的兩個系統(tǒng)之間，都需要通過專屬的布線實現(xiàn)“點對點”通信。圖5-37

汽車電控系統(tǒng)的傳統(tǒng)布線方式

不難看出，隨著電控系統(tǒng)的增多，傳統(tǒng)的布線方式會帶來布線復雜、占用空間、成本提高、可靠性和可維修性降低等諸多問題。為此，汽車總線技術應運而生。汽車電控系統(tǒng)的總線連接方式如圖5-38，類似于將若干個電控系統(tǒng)加QQ群，而各個電控系統(tǒng)別作為QQ群的一個成員。很明顯，采用汽車總線技術之后，汽車電控系統(tǒng)之間的通信線束大大減少，從而節(jié)省了空間，降低了成本，實現(xiàn)了資源共享，提高了系統(tǒng)工作的可靠性和可維修性。圖5-38

汽車電控系統(tǒng)的總線連接方式

一、CAN通信技術概述CAN是控制器局域網(wǎng)絡（ControllerAreaNetwork）的縮寫，是德國博世公司在20世紀80年代初為汽車行業(yè)開發(fā)的一種具有很高保密性、有效支持分布式控制或實時控制的串行數(shù)據(jù)通信總線。CAN的應用范圍遍及從高速網(wǎng)絡到低成本的多線路網(wǎng)絡。在自動化控制領域、發(fā)動機控制部件、傳感器、防滑系統(tǒng)等應用中，CAN的位速率可達1Mbit/s。1993年，國際CAN用戶及制造商組織（CIA）在歐洲成立，其主要作用是解決CAN總線在實際應用中的問題，提供CAN產(chǎn)品及其開發(fā)工具，推廣CAN總線的應用。CAN通信技術的控制單元采用銅纜串行連接方式，如圖5-39所示。由于控制器采用串行合用方式，因此不同控制器