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第1章 绪论1

1.1 当前所面临的挑战1

1.2 车联网基本概念2

1.2.1 车联网的定义2

1.2.2 车联网的范畴3

1.2.3 车联网与其他概念的区别与联系4

1.3 车联网体系架构与通信标准6

1.3.1 车联网体系架构6

1.3.2 车联网体系参考模型8

1.3.3 美国车联网通信标准9

1.3.4 欧盟车联网通信标准及与美标的区别11

1.3.5 中国力推的LTE-V标准15

1.4 国内外车联网的发展现状18

1.4.1 美国车联网的发展状况18

1.4.2 欧盟车联网的发展状况20

1.4.3 日本车联网的发展状况22

1.4.4 国内车联网的发展状况25

1.5 车联网的发展趋势27

1.6 车联网测试场30

1.6.1 美国密歇根大学Mcity31

1.6.2 瑞典A s taZero33

1.6.3 美国弗吉尼亚Smart Road33

1.6.4 英国MIRA——City Circuit35

1.6.5 其他测试场35

1.6.6 测试场的对比及国内发展状况36

1.7 各章概述39

参考文献42

第2章 IEEE 802.1 1p标准43

2.1 概述43

2.2 物理介质关联子层43

2.3 物理层会聚协议子层45

2.3.1 PPDU帧格式45

2.3.2 PLCP前导码47

2.3.3 数据加扰、卷积编码和交织48

2.3.4 子载波调制映射和导频插入49

2.4 MAC子层51

2.5 802.1 1p与蜂窝通信在V2X上应用的对比52

2.5.1 背景情况52

2.5.2 802.1 1p在V2X上的应用53

2.5.3 蜂窝通信在V2X上的应用55

2.5.4 802.1 1p与蜂窝通信在V2X应用上的互补60

参考文献61

第3章 IEEE 1609标准62

3.1 引言62

3.2 IEEE 1609标准及WAVE系统架构62

3.2.1 IEEE 1609协议及相关标准62

3.2.2 WAVE系统综述65

3.3 WAVE网络业务：IEEE 1609.373

3.3.1 概述73

3.3.2 数据平面74

3.3.3 管理平面76

3.3.4 服务原语83

3.3.5 WAVE信息格式89

3.4 多信道操作：IEEE 1609.4 94

3.4.1 概述94

3.4.2 数据平面服务95

3.4.3 控制平面服务99

3.4.4 服务原语102

3.5 资源管理：IEEE 1609.1107

3.5.1 体系架构与通信流程108

3.5.2 OBU资源110

3.5.3 RM命令和响应111

3.5.4 由RM提供的RMA服务116

3.6 应用安全服务和管理：IEEE 1609.2121

3.6.1 协议概述121

3.6.2 安全管理服务122

3.6.3 安全数据处理126

3.6.4 密码材料与证书撤销129

3.6.5 加密操作131

3.7 SAE J2735消息集131

3.7.1 J2735消息集概述132

3.7.2 基本安全消息133

3.7.3 探测车辆数据消息134

3.7.4 路边警告消息135

3.8 总结与展望135

参考文献136

第4章 欧盟车联网标准138

4.1 引言138

4.1.1 ITS站点整体介绍140

4.1.2 设备层142

4.1.3 网络层和传输层143

4.1.4 接入层144

4.1.5 ITSC管理实体146

4.1.6 ITSC安全149

4.2 应用及设备层150

4.2.1 BSA基本应用程序集150

4.2.2 协作通信基础服务156

4.2.3 分散环境通知基本服务162

4.3 网络及传输层169

4.3.1 GeoNetworking简介169

4.3.2 ITS网络传输层要求171

4.3.3 GeoNetworking协议173

4.3.4 ITS基本传输协议185

4.3.5 GeoNetworking 上的IPv6协议189

4.4 接入层198

4.4.1 物理层和MAC子层198

4.4.2 分布式拥塞机制208

4.5 管理223

4.5.1 ITS应用程序综合管理223

4.5.2 分布式拥塞控制的跨层操作224

4.6 安全228

4.6.1 ITS通信风险评估228

4.6.2 ITS信任与隐私管理234

参考文献237

第5章 LTE V2X239

5.1 现状与需求239

5.1.1 3GPP在V2X上的标准化进程239

5.1.2 按接口分类的应用场景243

5.2 架构设计246

5.2.1 V2X架构——基于PC5246

5.2.2 V2X架构——基于LTE-Uu247

5.2.3 关键问题248

5.3 无线空口关键技术251

5.3.1 资源分配251

5.3.2 基于Uu接口的增强技术258

5.3.3 子帧结构增强259

5.3.4 同步技术259

5.4 安全设计260

5.4.1 通信安全260

5.4.2 LTE-V2X无线资源访问授权261

5.4.3 V2X实体设备环境安全261

5.5 LTE-V2X的演进262

5.5.1 LTE-eV2X增强262

5.5.2 多接入边缘计算262

5.5.3 5G-V2X标准工作推进262

5.6 发展前景263

5.6.1 V2X的优势265

5.6.2 C-V2X的技术优势266

5.6.3 ITS频谱需要考虑的问题267

5.6.4 C-V2X的部署268

5.6.5 C-V2X的实现269

5.6.6 5G中V2X的发展方向269

参考文献273

第6章 移动场景下的信道特征274

6.1 研究现状274

6.1.1 高铁信道特征研究274

6.1.2 地铁信道特征研究275

6.1.3 无人机信道特征研究275

6.1.4 车-车信道特征研究276

6.2 基于扩展卡尔曼滤波器（EKF）的信道参数跟踪估计算法279

6.2.1 概览279

6.2.2 EKF的结构279

6.2.3 扩展卡尔曼滤波器280

6.2.4 线性近似带来的模型失配282

6.3 基于粒子滤波的跟踪算法286

6.3.1 低复杂度的粒子滤波PF算法288

6.3.2 实测算法性能验证290

6.4 被动信道测量系统293

6.4.1 信道测量方法综述293

6.4.2 被动信道测量系统294

6.5 信道建模：高铁、地铁、无人机场景299

6.5.1 基于几何的随机高铁信道模型299

6.5.2 高铁环境中使用单天线构建虚拟阵列进行波达角估计313

6.5.3 LTE系统下的高铁信道路径损耗模型318

6.5.4 LTE系统下高铁隧道和非隧道环境信道模型323

6.5.5 地铁环境中的多链路信道模型326

6.5.6 地铁环境中的隧道站台转变信道模型343

6.5.7 无人机地对空信道模型349

参考文献356

第7章 接入技术362

7.1 引言362

7.2 信道接入协议363

7.2.1 基于竞争的MAC协议364

7.2.2 基于调度的MAC协议365

7.2.3 基于混合的MAC协议367

7.2.4 小结367

7.3 拥塞控制368

7.3.1 基于功率控制的拥塞控制机制369

7.3.2 基于速率控制的拥塞控制机制370

7.3.3 基于功率和速率控制的拥塞控制机制371

7.3.4 基于竞争窗口的拥塞控制机制373

7.3.5 小结375

7.4 多信道协调机制375

7.4.1 使用专用控制信道的多信道MAC协议375

7.4.2 基于跳频的多信道MAC协议376

7.4.3 基于时隙分割的多信道MAC协议377

7.4.4 拥有多收发机的多信道MAC协议378

7.4.5 基于簇结构的多信道MAC协议379

7.4.6 小结379

7.5 多信道分配策略380

7.6 优先级机制381

7.7 结论383

参考文献384

第8章 网络传输技术387

8.1 引言387

8.2 信息分发387

8.2.1 消息分发388

8.2.2 内容分发391

8.3 路由技术393

8.3.1 拓扑路由协议393

8.3.2 地理位置路由404

8.4 结论428

参考文献428

第9章 网络安全技术432

9.1 VANET网络的信息安全需求432

9.2 VANET网络中的攻击433

9.3 安全威胁评估436

9.4 安全服务437

9.4.1 加密算法437

9.4.2 PKI介绍439

9.4.3 密钥管理441

9.5 安全认证446

9.5.1 车辆身份认证446

9.5.2 消息认证448

9.6 隐私保护449

9.6.1 隐私威胁450

9.6.2 隐私技术指标450

9.6.3 用户身份隐私保护451

9.6.4 用户位置隐私保护453

9.7 总结454

参考文献454

第10章 移动建模与仿真456

10.1 车联网建模与仿真概述456

10.2 车辆运动建模457

10.2.1 车辆运动模型概述457

10.2.2 车辆运动模型分类458

10.3 车联网网络仿真平台463

10.4 交通仿真与网络仿真间的关系464

10.4.1 开环耦合465

10.4.2 闭环耦合465

10.5 基于SUMO的交通仿真实现475

10.5.1 SUMO简介475

10.5.2 Hello SUMO实例476

10.5.3 节点描述477

10.5.4 边描述478

10.5.5 路网生成480

10.5.6 车辆相关描述482

10.6 基于OMNeT＋＋的车联网通信仿真实现485

10.6.1 Veins通信协议栈实现485

10.6.2 异构车联网VeinLte通信协议栈实现487

10.7 车联网仿真实例488

10.7.1 Veins仿真实例488

10.7.2 VeinsLte仿真实例492

参考文献495

第11章 应用开发498

11.1 车联网架构分析498

11.2 车联网应用开发中的环境感知501

11.2.1 CAN数据采集处理501

11.2.2 GPS数据采集处理508

11.2.3 DSRC数据采集处理517

11.3 数据处理525

11.3.1 坐标映射和轨迹预测526

11.3.2 区域划分529

11.3.3 场景分类和危险评估530

11.4 基于中间件设计的平台开发架构531

11.4.1 平台功能需求532

11.4.2 平台架构设计532

11.4.3 平台硬件实现534

11.4.4 平台软件实现535

11.5 应用场景分析536

11.5.1 交通安全类应用场景537

11.5.2 交通效率类应用场景540

11.5.3 交通便捷类应用场景545

11.6 结论547

参考文献548

第12章 车联网大数据550

12.1 车联网大数据及其特征550

12.2 车联网大数据应用550

12.2.1 车辆碰撞避免550

12.2.2 驾驶行为分析551

12.2.3 车辆故障诊断与预测552

12.2.4 自动驾驶552

12.3 总结553

参考文献553

附录 中英文对照表555