徐敏星　張武　杜迎軍　何旭　王嬌

摘 要：V2X（Vehicle To Everything）技術(shù)作為智能交通的關(guān)鍵技術(shù)，通過車與車、車與路邊設備的直連通信，實現(xiàn)車與周圍環(huán)境之間的信息交流。對于提升交通效率，降低交通事故有明顯的幫助。本文主要基于CAN總線測試方法對V2X測試關(guān)注點及測試方法進行研究，為后續(xù)V2X測試工作提供參考。

關(guān)鍵詞：直連通信;V2X測試;智能交通

1 引言

當前手機及其他終端的通信都是通過基站來進行轉(zhuǎn)發(fā)實現(xiàn)的，即手機發(fā)送的信號都是先發(fā)送到基站，然后再由基站發(fā)送到另一端。經(jīng)過基站的中轉(zhuǎn)，無疑會增加通信的時延。為了實現(xiàn)車輛之間及環(huán)境的信息交流以及最大化的優(yōu)化通信時延，V2X技術(shù)運用而生。V2X是Vehicle to everything的簡稱，是一系列技術(shù)的集合，類似于自動駕駛技術(shù)。自動駕駛技術(shù)并不是某一項具體技術(shù)的名稱而是通過一系列的技術(shù)來達到自動駕駛的目的。同樣V2X也并不是某一項具體的技術(shù)，而是通過一系列的技術(shù)來達到車與外界的互聯(lián)，實現(xiàn)車與車、車與基礎設施、車與行人、車與云等之間的信息交流。2018年11月工信部確定以5.9G頻段作為基于LTE（Long Term Evolution）的V2X技術(shù)的車聯(lián)網(wǎng)直連通信工作頻段。直連通信的優(yōu)勢在于不通過基站，大大降低了信號傳輸?shù)臅r延，能夠快速感知周邊環(huán)境并做出響應。V2X技術(shù)的最早應用是在2006年，由通用汽車公司在一輛凱迪拉克上做展示。從那之后，其他的汽車制造商和汽車配套產(chǎn)品供應商都紛紛開始研究這項技術(shù)。受于3G、4G通訊的時延，V2X技術(shù)一直不慍不火，根本無法與自動駕駛技術(shù)來媲美。目前，5G通訊的快速發(fā)展，其高速率、低時延等優(yōu)點給V2X的發(fā)展帶來了新機遇。

直連通信技術(shù)作為V2X的核心技術(shù)，承載了車與周圍環(huán)境之間的信息交流，直連通信的準確性、穩(wěn)定性、時效性以及安全性決定了V2X技術(shù)能給我們整個交通系統(tǒng)帶來多大的改善。一項新技術(shù)從提出到成熟再到大規(guī)模商用，必然得經(jīng)過大量的實驗來驗證，尤其對于此類與行車安全相關(guān)的技術(shù)。假如一臺車載OBU（On Board Unit）未遵循相應的開發(fā)協(xié)議，則無法與周圍環(huán)境進行信息交流，更甚者如果被不法分子攻擊，則可能會產(chǎn)生交通事故，所以對V2X必須進行大量的實驗測試。本文主要基于CAN（Controller Area Network）總線思維對V2X直連通信測試方法進行探索。

2 通過CAN總線思維來看V2X技術(shù)

利用CAN總線實現(xiàn)了各個車載ECU（Electronic Control Unit）之間的數(shù)據(jù)傳輸，使整車根據(jù)各個子系統(tǒng)的工作狀態(tài)來協(xié)調(diào)工作，達到高效、穩(wěn)定、安全的運行。如果將道路上行駛的車輛及路邊設備看作為一個個子系統(tǒng)，則可以通過直連通信技術(shù)實現(xiàn)每個子系統(tǒng)之間的信息交互，從而達到協(xié)調(diào)工作。不同的是，CAN總線是承載車輛內(nèi)部的信息交換，而V2X直連通信技術(shù)是承載本車與周圍車輛及路邊設施之間的信息交換。雖然應用范圍不同，但兩者都是信息傳遞的媒介，存在很大的共性。例如，V2X直連通信技術(shù)與CAN總線技術(shù)都是廣播式發(fā)送，會將需要發(fā)送的信息廣播給周圍的所有節(jié)點。

由于是廣播式發(fā)送，連接到CAN總線上的任何一個節(jié)點不需要任何安全認證均可以接收到其他ECU發(fā)送的數(shù)據(jù)。當前車載ECU的CAN總線測試思路主要是基于仿真一個節(jié)點接收被測ECU發(fā)送的CAN報文，再通過上位機軟件解析來展開。圍繞這個思路就可以進行CAN協(xié)議一致性及軟件邏輯的測試。如果干擾發(fā)送端或者干擾發(fā)送過程，就可以測試在不同環(huán)境下傳輸?shù)姆€(wěn)定性。通過仿真節(jié)點向被測端發(fā)送特定內(nèi)容的CAN報文后通過監(jiān)測被測端的數(shù)據(jù)變化來測試軟件邏輯的正確性。

基于兩者相同的消息傳播方式，我們完全可以參考CAN總線的測試方法。通過添加一個處于相同頻段的接收節(jié)點來接收發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)，然后再通過電腦解析及監(jiān)測接收端接收到的數(shù)據(jù)來對發(fā)送端進行測試。

3 CAN總線測試思維帶來的啟發(fā)

直連通信的數(shù)據(jù)發(fā)送方式也是廣播式發(fā)送，借鑒車載ECU的測試思路，可以通過仿真單元來接收車載單元或者路側(cè)單元發(fā)送的消息，并搭配解析工具來進行相應的測試。CAN總線的數(shù)據(jù)是通過物理媒介來傳輸?shù)?，而直連通信技術(shù)是通過空口來傳輸?shù)?，仍然有一些差異，所以在搭建測試環(huán)境時需要注意以下事項：

1）確保周圍無其他設備在以5.9G頻段發(fā)送數(shù)據(jù)，避免由于存在多臺設備發(fā)送數(shù)據(jù)造成的數(shù)據(jù)干擾。

2）由于是空口傳輸，不同設備之間的數(shù)據(jù)傳輸會加入安全認證，所以需要發(fā)送端設備與接收端設備能夠進行安全認證或者測試時關(guān)閉安全認證。

3）發(fā)送端與接收端已鎖定了基于GNSS（Global Navigation Satellite System）的位置，并完成與GNSS時鐘同步。

基于此環(huán)境我們可以進行如下方向的測試：

1）在發(fā)送端發(fā)送帶以GPS時間為基準的時間戳的數(shù)據(jù)包，發(fā)送端通過直連通信技術(shù)發(fā)送給接收端即仿真接收單元，在接收端將數(shù)據(jù)包中內(nèi)容解析后，根據(jù)接收端與發(fā)送包中的時間戳的差值，測量端到端的傳輸時延。

2）通過配置發(fā)送端的DSM（Dedicated Short Message）消息中的DSMP（Dedicated Short Message Protocol）版本號信息、應用標識信息（AID）、數(shù)據(jù)長度信息、高層數(shù)據(jù)實體信息等內(nèi)容后，在接收端解析后判斷是否滿足GB/T31024.3-2019標準中的要求。

3）《合作式智能運輸系統(tǒng)-車用通信系統(tǒng)應用層及應用數(shù)據(jù)交互標準》中定義了5種最基本的應用層交互數(shù)據(jù)集，分別為BSM（Basic Safety Message）、MAP（Map Data）、 RSI（Road Side Information）、RSM（Road Side Safety Message）、SPAT（Signal Phase and Timing Message）。不同交通參與者通過這5種不同數(shù)據(jù)集的收發(fā)構(gòu)建起了整個智能交通系統(tǒng)，對這些數(shù)據(jù)集的驗證非常重要。通過在接收端解析收到的數(shù)據(jù)集來驗證應用層軟件開發(fā)是否滿足數(shù)據(jù)集格式要求。

4）虛擬節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)到待測設備，通過對待測設備中周期發(fā)送的消息集的檢測和解析來判斷處理策略的準確性。

5）由于是空口傳輸，我們更應該關(guān)注受到外界電磁干擾時的抗干擾性。在外界施加不同程度的電磁干擾，當發(fā)送端在穩(wěn)定發(fā)送數(shù)據(jù)時，通過監(jiān)測虛擬節(jié)點的接收情況來測試數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

無論是CAN總線測試還是V2X直連通信技術(shù)測試，作為對發(fā)送端數(shù)據(jù)進行收發(fā)及解析的仿真節(jié)點是測試環(huán)境中重要的環(huán)節(jié)。對于CAN總線測試，目前有大量的工具可以作為仿真節(jié)點進行CAN報文的收發(fā)，而且還有很成熟的PC（Personal Computer）軟件來進行解析及仿真。目前，由于V2X的前沿性及專業(yè)性，測試工作還處于探索當中，可以用作仿真節(jié)點進行數(shù)據(jù)收發(fā)的工具比較少。在此推薦兩種可以作為仿真節(jié)點的方法。首先，使用標準的OBU設備來作為接收端，將標準OBU設備與電腦連接，通過監(jiān)測接收到的消息包并進行手動解析來對發(fā)送端進行測試。此種方法成本較低、易于操作，但是僅可以測試網(wǎng)絡層及應用層的功能，而且對于作為接收端的OBU要求較高，作為檢驗工具必須通過更深層次測試確保接收端完全符合標準。另一種方法，可以使用CMW500等支持V2X測試的儀表作為仿真節(jié)點，以儀表作為仿真節(jié)點是最優(yōu)的方案，也是目前業(yè)界最專業(yè)的方案，可以進行從物理層到應用層的完整測試，但是此方案成本較大。

4 總結(jié)

綜上，在5G技術(shù)的背景下V2X業(yè)務將來必然會在智能交通領(lǐng)域發(fā)揮強大的影響力。隨著V2X技術(shù)的逐漸成熟，V2X業(yè)務的測試能力則對加速V2X落地至關(guān)重要。雖然CAN總線的通訊方式與V2X直連通信技術(shù)在傳輸媒介及遵循的協(xié)議方面有差異，但是基于兩者的相似點我們?nèi)匀豢梢越梃b傳統(tǒng)CAN總線的測試思路，來規(guī)劃V2X直連通信技術(shù)的測試方案。

參考文獻：

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