這部教科書的基礎(chǔ)是在包括IEEECCNC,IEEEICC,IEEEGLOBECOM和IEEEVTC等所有主要IEEE會(huì)議上發(fā)表的有關(guān)這一專題的系列教程，以及FalkoDressler的在歐洲、美國(guó)、南美和亞太地區(qū)舉辦的IEEE杰出講師講座的內(nèi)容。我們還設(shè)計(jì)了一個(gè)新的研究生水平的大學(xué)課程，在歐洲不同的大學(xué)里教授。這個(gè)也激發(fā)了我們以一本教科書的形式來(lái)匯集我們的經(jīng)驗(yàn)，為廣泛的讀者—從希望進(jìn)入這一激動(dòng)人心的新領(lǐng)域的學(xué)生，到尋找一個(gè)綜合概述的實(shí)際工作者，提供一個(gè)集中了過(guò)去和未來(lái)車輛網(wǎng)聯(lián)專題共同概念的參考。
?車輛網(wǎng)聯(lián)技術(shù)當(dāng)然，近年來(lái)車輛網(wǎng)聯(lián)技術(shù)及其應(yīng)用的發(fā)展非常迅速，尤其是隨著4G／5G通信、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)安全、智能化人機(jī)交互，以及人工智能等技術(shù)的發(fā)展，它所涉及技術(shù)的深度和廣度也在不斷地?cái)U(kuò)展，所帶來(lái)的應(yīng)用機(jī)會(huì)和挑戰(zhàn)也不斷地呈現(xiàn)。所以，我們也期望本書的作者和其他專家學(xué)者們能夠不斷地完善這本書的內(nèi)容和拿出新的著作出來(lái)。
這本書是由吉利新能源商用車研究院的胡紅星、東南大學(xué)智能運(yùn)輸系統(tǒng)研究中心的郭建華和東南大學(xué)儀器科學(xué)與工程學(xué)院的嚴(yán)如強(qiáng)合作翻譯的。由于本書涉及的技術(shù)的專業(yè)面很廣，限于譯者的水平，難免對(duì)原著的理解和翻譯有不當(dāng)?shù)牡胤�，同時(shí)，在盡量保持原著寫作風(fēng)格的情況下，所做出的翻譯也可能不盡完善。請(qǐng)讀者見諒，并熱誠(chéng)地歡迎國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者和廣大讀者提出寶貴的意見，以幫助我們進(jìn)一步修訂，改進(jìn)和完善這本翻譯的圖書。
在本書的翻譯過(guò)程中，三位譯者都得到了各自的許多同事和專家們的幫助和支持，他們對(duì)這本譯著的完成也做出了貢獻(xiàn)。在此一并感謝。
最后，我們感謝出版社的信任和高度專業(yè)的工作，得以使這本書出版發(fā)行。
網(wǎng)絡(luò)化嵌入式系統(tǒng)的大量應(yīng)用是汽車工業(yè)成功的關(guān)鍵因素之一，也觸發(fā)了大規(guī)模的創(chuàng)新周期縮短。由數(shù)千米長(zhǎng)的電線連接到一起的成百個(gè)電子控制單元（ECU）在今天的汽車上運(yùn)行著，使得從安全到舒適性應(yīng)用的大量新功能得以實(shí)現(xiàn)。只有這些ECU能夠通過(guò)汽車內(nèi)的一個(gè)實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行溝通和合作，所有這些功能才能得以實(shí)現(xiàn)。
今天，我們處在又一次飛躍的邊緣。這個(gè)車內(nèi)網(wǎng)正在被擴(kuò)展到不僅僅連接本地的ECU，而且通過(guò)車輛間通信（IVC）將整個(gè)車輛與其它車輛以及它的外部環(huán)境相連接。依賴于現(xiàn)有的第三代（3G）或第四代（4G）無(wú)線網(wǎng)，或其它新的特別為車載應(yīng)用而設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，例如IEEEWAVE、ETSIITS-G5和IEEE80211協(xié)議等，使得可以利用車輛之間的自發(fā)連接來(lái)交換信息，并有望帶來(lái)新穎的，有時(shí)甚至是未來(lái)嶄新的應(yīng)用。
使用這樣的車輛間通信（IVC）,一些通過(guò)本地傳感器不能獲得的安全相關(guān)的信息可以實(shí)現(xiàn)交互，從而使駕駛?cè)四軌虼┻^(guò)大的貨車或者建筑物而看到前方的交通狀況。這一新的網(wǎng)聯(lián)汽車的概念創(chuàng)造了新的機(jī)會(huì)，不但能夠提升交通安全，而且能夠提升人們的駕駛體驗(yàn)。交通堵塞將完全可以避免（或至少可以提前得知）。甚至可以讓駕駛?cè)讼硎艿缆飞宪囕v相互協(xié)調(diào)下的如火車車隊(duì)樣的完全自動(dòng)駕駛。
車輛網(wǎng)聯(lián)，這一車輛交換信息網(wǎng)絡(luò)的融合，正是所有這些愿景建立的共同基礎(chǔ)。
我們深深地被這些由車輛網(wǎng)聯(lián)帶來(lái)的機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)而迷住，作為這個(gè)研究團(tuán)隊(duì)的成員已經(jīng)近十年了。在這個(gè)時(shí)期里，對(duì)于如何連接未來(lái)的汽車，形成了許多新的、有時(shí)甚至是瘋狂的想法和概念。在深入調(diào)研之后，發(fā)現(xiàn)這其中的許多設(shè)想并不適用，但是，確有一些留存下來(lái)，而且為目前一些已經(jīng)接近市場(chǎng)化的解決方案鋪平了道路。
從一個(gè)研究者的角度，我們能夠識(shí)別車內(nèi)和車間通信系統(tǒng)中面臨的許多挑戰(zhàn)。為了進(jìn)一步地研究這些問(wèn)題，我們聯(lián)合組織了兩個(gè)Dagstuhl研討會(huì)，邀請(qǐng)了全球頂級(jí)的專家參加，將工業(yè)界的實(shí)踐者與來(lái)自研究院和大學(xué)的科學(xué)家們組織到了一起，以這樣一種方式，我們能夠制定正在進(jìn)行的研究工作的方向，至少是中期的研究方向。
通過(guò)由德國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)與電氣工程學(xué)會(huì)（GI和ITG）組織的國(guó)際EG-IVC系列研討會(huì)的形式，我們還為這個(gè)領(lǐng)域新的入門者設(shè)立了一個(gè)補(bǔ)充研討會(huì)系列。
本書的基礎(chǔ)是在包括IEEECCNC，IEEEICC，IEEEGLOBECOM和IEEEVTC等所有主要IEEE會(huì)議上發(fā)表的有關(guān)這一專題的系列教程，以及FalkoDressler在歐洲、美國(guó)、南美和亞太地區(qū)舉辦的IEEE杰出講師講座的內(nèi)容。我們還設(shè)計(jì)了一個(gè)新的研究生水平的大學(xué)課程，在歐洲不同的大學(xué)里教授。
這也激發(fā)了我們以一本教科書的形式來(lái)匯集我們的經(jīng)驗(yàn)，為廣泛的讀者——從希望進(jìn)入這一激動(dòng)人心的新領(lǐng)域的學(xué)生，到尋找一個(gè)綜合概述的實(shí)際工作者，提供一個(gè)集中了過(guò)去和未來(lái)車輛網(wǎng)聯(lián)專題的共同概念的參考。
在我們研究車輛網(wǎng)聯(lián)的十多年里，如果沒(méi)有許多給予我們以靈感和支持的人們，本書是不可能完成的。他們首先是以這個(gè)領(lǐng)域首要的會(huì)議——IEEE車輛網(wǎng)聯(lián)會(huì)議為中心的團(tuán)體。我們想特別提到卡耐基梅隆大學(xué)的OzanKTonguz和加州大學(xué)洛杉磯分校的MarioGerla教授，他們與我們合作研究前述的一些最瘋狂的想法，并最終確定有價(jià)值的和持久的解決方案。我們也要表達(dá)對(duì)在我們準(zhǔn)備本書的過(guò)程中給予了支持和幫助的劍橋大學(xué)出版社工作人員的謝意！最后，我們要衷心感謝給予我們持久的幫助和支持的家人、朋友和同事們！
我們希望您能如我們快樂(lè)地為您準(zhǔn)備這份材料一樣快樂(lè)地閱讀本書。我們也熱切地歡迎您的任何反饋并邀請(qǐng)您給我們留言，或者查詢本書的相關(guān)網(wǎng)頁(yè)http://bookcar2xorg/上提供的補(bǔ)充材料。
克里斯托夫·佐默法爾科·德雷斯勒德國(guó)帕德伯恩
2015年我國(guó)發(fā)布了《中國(guó)制造2025》，正式提出制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略，并將節(jié)能與新能源汽車列為國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的十大領(lǐng)域之一。在2016年又發(fā)布了經(jīng)由500多位專家、學(xué)者參與制定的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》，其中將智能網(wǎng)聯(lián)汽車確定為一個(gè)重點(diǎn)技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域。而汽車的網(wǎng)聯(lián)化與智能化構(gòu)成了智能網(wǎng)聯(lián)汽車的兩大核心技術(shù)基礎(chǔ)。在今天汽車低碳化、信息化、智能化的技術(shù)發(fā)展潮流中，依據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)代無(wú)線通信、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)的革命性突破而發(fā)展起來(lái)的車輛網(wǎng)聯(lián)技術(shù)起著至為關(guān)鍵的作用。它不僅已經(jīng)成為汽車電子的一個(gè)核心基礎(chǔ)技術(shù)，而且正在推動(dòng)著智能交通的發(fā)展，甚至汽車產(chǎn)業(yè)格局的變革和嶄新的汽車生態(tài)環(huán)境的建立。而這本專著正是對(duì)與汽車網(wǎng)聯(lián)化相關(guān)技術(shù)的各個(gè)重要方面進(jìn)行了比較完整而深入的介紹。
自從1886年德國(guó)人卡爾·奔馳發(fā)明了人類歷史上第一輛汽車開始，到1912年美國(guó)人查爾斯·凱特林發(fā)明了應(yīng)用于凱迪拉克轎車上的第一個(gè)電啟動(dòng)系統(tǒng)，開創(chuàng)了汽車電子的先河，再到1977年美國(guó)通用汽車公司在它的奧斯莫比爾品牌汽車上首次采用集成電路芯片控制的電子點(diǎn)火系統(tǒng)，標(biāo)志著汽車電子進(jìn)入了微處理器時(shí)代，步入了快速發(fā)展的歷程。而隨著1995年美國(guó)通用汽車公司OnStar系統(tǒng)的推出更是開啟了一個(gè)激動(dòng)人心的智能網(wǎng)聯(lián)新時(shí)代。
廣義地說(shuō)，車輛網(wǎng)聯(lián)可謂由來(lái)已久。一個(gè)由線束和接插件連接而成的電器系統(tǒng)就構(gòu)成了一個(gè)最基本的車載電氣網(wǎng)絡(luò)。而CAN網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)則極大地推動(dòng)了車輛電子系統(tǒng)的數(shù)字化進(jìn)程。隨后LIN，MOST，F(xiàn)lexRay和新近的以太網(wǎng)的引入，以及CAN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)自身不斷地提升，使得車載網(wǎng)絡(luò)成了汽車電子系統(tǒng)信息交換和通信的基礎(chǔ)。美國(guó)通用汽車公司的OnStar系統(tǒng)可能是歷史上第一個(gè)商業(yè)化的車聯(lián)網(wǎng)(Telematics)，它借助于無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)與車載移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的連接，由此開始了一個(gè)劃時(shí)代的車輛網(wǎng)聯(lián)新紀(jì)元。如果說(shuō)最經(jīng)典的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，如OnStar是以提升車輛安防性為主要目標(biāo)，那么隨后在2007年由福特汽車公司推出的SYNIC系統(tǒng)則是以加強(qiáng)實(shí)時(shí)車載信息娛樂(lè)為特點(diǎn)。但它們基本上都是一個(gè)以汽車生產(chǎn)制造企業(yè)為中心的封閉的信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。而今天人們所談到的車輛網(wǎng)聯(lián)已經(jīng)是車內(nèi)網(wǎng)、車載移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、車際網(wǎng)三者的融合。它所構(gòu)造的應(yīng)該是一個(gè)建立在開放的、共享的、協(xié)作的平臺(tái)上的，并由眾多參與者共同建立和維護(hù)的生態(tài)圈。在過(guò)去的十多年里，車輛網(wǎng)聯(lián)技術(shù)得到了快速的發(fā)展，它的應(yīng)用領(lǐng)域也日益廣泛，同時(shí)，也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)與未來(lái)新的機(jī)會(huì)。感謝這本書的兩位作者，他們不但對(duì)過(guò)去十幾年中車輛網(wǎng)聯(lián)技術(shù)做了一個(gè)很好的總結(jié)，而且，還討論了這一技術(shù)未來(lái)的趨勢(shì)，它面臨的問(wèn)題和解決這些問(wèn)題的方法。
車輛網(wǎng)聯(lián)技術(shù)涉及的專業(yè)面非常廣泛，而且隨著技術(shù)的發(fā)展以及人們對(duì)它認(rèn)識(shí)的深入，還不斷會(huì)有新的技術(shù)領(lǐng)域的拓展。作為車輛網(wǎng)聯(lián)的核心基礎(chǔ)技術(shù)，它包括了：以有線與無(wú)線車載網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的車內(nèi)通信，車輛之間和車輛與基礎(chǔ)設(shè)施之間的通信(車際通信)，無(wú)線接入技術(shù)，信息的傳遞技術(shù)，基于仿真和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行試驗(yàn)的系統(tǒng)性能評(píng)估技術(shù)，以及網(wǎng)絡(luò)的安全與隱私相關(guān)的技術(shù)等。在近幾年出版的相關(guān)領(lǐng)域的著作或譯著中對(duì)其中一些核心基礎(chǔ)技術(shù)不乏很好的專業(yè)介紹，但是，我們?nèi)匀桓械竭�缺少一本能夠?qū)④囕v網(wǎng)聯(lián)主要核心技術(shù)綜合性概括并給出較詳細(xì)介紹的書籍。而由克里斯托夫·佐默和法爾科·德雷斯勒兩位在這一前沿技術(shù)領(lǐng)域知名的教授編寫的這本專著正可以很好地彌補(bǔ)這一缺失。作為最新的有關(guān)車輛網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的綜合性權(quán)威出版物，這本專著所涉及的網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的完整性及其廣度與深度不僅可以作為希望學(xué)習(xí)和了解這一領(lǐng)域的初學(xué)者的一本優(yōu)秀的教材，而且也為希望在這一領(lǐng)域進(jìn)行深入研究的學(xué)者們和實(shí)際應(yīng)用的工程師們提供了極有價(jià)值的參考。因此，我們相信這本書的出版會(huì)對(duì)推動(dòng)國(guó)內(nèi)車輛網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的發(fā)展和推廣應(yīng)用起到積極的作用。
譯者序
譯者序
前言
縮略語(yǔ)
第1章引言1
1.1術(shù)語(yǔ)和定義3
1.2Who is who4
1.2.1規(guī)則制定、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)5
1.2.2研究6
1.3如何使用這本書7
1.3.1目標(biāo)讀者7
1.3.2給非專家們的概述7
1.3.3有經(jīng)驗(yàn)的讀者的深入研究8
第2章車內(nèi)通信11
2.1車載網(wǎng)絡(luò)12
2.2汽車總線系統(tǒng)14
2.2.1CAN14
2.2.2LIN20
2.2.3MOST22
2.2.4FlexRay24
2.3車載以太網(wǎng)29
2.3.1背景30
2.3.2車載網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性32
2.3.3引入汽車33
2.4無(wú)線車載網(wǎng)絡(luò)34
第3章車輛間通信35
3.1應(yīng)用35
3.1.1交通信息系統(tǒng)36
3.1.2交叉路口碰撞預(yù)警系統(tǒng)43
3.1.3隊(duì)列前進(jìn)44
3.1.4交通燈信息與控制46
3.1.5娛樂(lè)應(yīng)用49
3.2要求和組件51
3.2.1應(yīng)用需求51
3.2.2評(píng)估IVC方案的指標(biāo)57
3.2.3通信實(shí)體59
3.2.4通信原理62
3.3車輛間通信的概念65
3.3.1調(diào)頻廣播和數(shù)字音頻廣播65
3.3.2蜂窩網(wǎng)絡(luò)71
3.3.3自組織路由73
3.3.4廣播78
3.3.5地理路由88
3.4基本的限制92
3.4.1邁向異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)92
3.4.2廣播風(fēng)暴問(wèn)題94
3.4.3VANET的擴(kuò)展性96
第4章無(wú)線接入技術(shù)98
4.1蜂窩網(wǎng)絡(luò)98
4.1.1GSM101
4.1.2UMTS103
4.1.3LTE104
4.1.4未來(lái)發(fā)展106
4.1.5蜂窩網(wǎng)絡(luò)在IVC中的使用106
4.2短程無(wú)線電技術(shù)109
4.2.1無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)109
4.2.2IEEE 802.11p112
4.2.3高層協(xié)議114
4.3空白頻段和認(rèn)知無(wú)線電119
4.3.1認(rèn)知無(wú)線電119
4.3.2TV空白頻段120
4.3.3空白頻段在IVC中的應(yīng)用121
第5章信息傳遞124
5.1自組織（ad-hoc）路由125
5.1.1主動(dòng)路由協(xié)議126
5.1.2被動(dòng)路由協(xié)議128
5.1.3車載自組織網(wǎng)絡(luò)（VANET）
中的應(yīng)用132
5.2地理位置路由139
5.2.1地理位置路由140
5.2.2基于虛擬坐標(biāo)路由143
5.3信標(biāo)152
5.3.1自組織的交通信息系統(tǒng)153
5.3.2協(xié)同感知消息157
5.4自適應(yīng)信標(biāo)158
5.4.1自適應(yīng)交通信標(biāo)159
5.4.2分散式擁塞控制（DCC）169
5.4.3動(dòng)態(tài)信標(biāo)174
5.5地理多播180
5.5.1ETSI地理網(wǎng)絡(luò)180
5.5.2分布式環(huán)境通知信息182
5.5.3拓?fù)漭o助地理機(jī)會(huì)路由183
5.6基礎(chǔ)設(shè)施支持187
5.6.1路側(cè)單元188
5.6.2停泊車輛192
5.7DTN與對(duì)等網(wǎng)絡(luò)198
5.7.1分布式車聯(lián)廣播199
5.7.2MobTorrent201
5.7.3PeerTIS205
第6章性能評(píng)估208
6.1性能測(cè)試208
6.1.1概念和策略208
6.1.2現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行試驗(yàn)210
6.1.3仿真技術(shù)220
6.2仿真工具231
6.2.1網(wǎng)絡(luò)仿真232
6.2.2道路交通仿真235
6.2.3IVC仿真框架237
6.3場(chǎng)景、模型和指標(biāo)240
6.3.1場(chǎng)景240
6.3.2信道模型249
6.3.3駕駛?cè)诵袨?59
6.3.4指標(biāo)262
第7章安全與隱私275
7.1安全的基本要素275
7.1.1安全目標(biāo)和技術(shù)要求276
7.1.2安全關(guān)系279
7.1.3證書280
7.1.4安全與隱私283
7.2保障車輛網(wǎng)絡(luò)安全283
7.2.1IVC的證書應(yīng)用283
7.2.2性能問(wèn)題285
7.2.3證書撤銷287
7.2.4位置驗(yàn)證288
7.3隱私289
7.3.1位置隱私290
7.3.2跟蹤方法291
7.3.3臨時(shí)假名292
7.3.4交換假名294
參考文獻(xiàn)296
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