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lte-v2x的多场景覆盖性能测试研究

LTE-V2X的多场景覆盖性能测试研究

作者： GUILAvOGUI PEMA 北京交通大学

学位级别：硕士

近年来,车联网(vehicle to Everything,v2x)通信凭借其降低交通事故发生率、提高交通效率的能力得到了广泛关注。随着公共道路上车辆数量的增加与车速的提高,交通事故的发生率越来越高。在此背景下,车联网应运而生。而随着移动蜂窝系统... 详细信息

近年来,车联网(vehicle to Everything,v2x)通信凭借其降低交通事故发生率、提高交通效率的能力得到了广泛关注。随着公共道路上车辆数量的增加与车速的提高,交通事故的发生率越来越高。在此背景下,车联网应运而生。而随着移动蜂窝系统的发展,车联网正从基于长期演进技术的v2x发展到如今的基于新空口的v2x。此外,根据几内亚邮政和电信监管局(Guinean Authority of Post and Telecommunications,ARPT)的研究,v2x不仅能够减少事故数量与道路事故造成的损失,同时将促进本国的经济发展。由于几内亚经济主要依赖于原材料的开发,高效的运输系统将对物流链产生积极的影响,从而提高生产率。在v2x发展的早期阶段,IEEE提出了支持vANET技术的专用短程通信(Dedicated Short Range Communications,DSRC)标准,也被称为IEEE 802.11p。DSRC工作标准频段在6GHz以下(从5.85GH到5.925GHz),是专门为车对车通信而研发的。然而,随着汽车工业的迅速发展与用户需求的不断提升,出现了另一种车辆通信技术,即蜂窝式车联网(Cellular vehicle-to-Everything,C-v2x)通信,其在克服DSRC不足的同时,能够显著改善通信质量。然而,C-v2x的测试规范在业界还没有完全成形,且关于lte-v2x的研究也较少。为了促进相关标准的制定,加快lte-v2x的实施,本文对lte-v2x在高速公路、城市、高架桥、环岛等不同场景进行了现场测试与分析。首先,介绍了ltev2x的关键技术和参数,如传播信道、物理层技术等。在物理层技术中,每个子帧引入四个DMRS(Demodulation Reference Signal,DMRS)信号来减小高速运动引起的多普勒效应,研究了不同的同步源、FDM与TDM用于跨车辆的资源复用情况,使用信道忙率(Channel Busy Ratio,CBR)进行拥塞控制。然后,提出了lte-v2x实地测试的具体方法,包括打点测试和覆盖测试。同时,还介绍了每个场景的参数设置和无线覆盖性能参数的计算方法。结合这两种测试的结果,能够对车联网覆盖有较为全面的了解。打点测试主要研究单个路侧单元(Road Side Unit,RSU)的覆盖性能,而覆盖测试主要针对包括许多RSU的确定区域的网络情况。在现场数据采集之后,本文使用Matlab来处理和分析数据,并为v2x网络性能提出建议。测试结果显示,高速公路和高架桥的覆盖性能和覆盖范围优于其他场景。此外,还使用了射线追踪模拟来研究不同场景下的覆盖性能。本文在介绍了所有不同程序的仿真系统模型后,在高速公路和城市场景中进行了仿真。对两种不同的配置进行了比较与研究,即将OBU放置在车内与放在车顶上。结果表明,当天线位于车外时,网络性能更好,覆盖范围更大,且高速场景覆盖优于城区场景,v2I覆盖优于v2v覆盖。

关键词： C-v2x lte-v2x 无线信道覆盖测试

基于lte-v2x的大规模网联测试方案的设计与实现

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基于LTE-V2X的大规模网联测试方案的设计与实现

作者：应拓北京邮电大学

学位级别：硕士

随着科技的发展,智能网联汽车将会有着强大的感知、通信、决策和控制能力。而智能网联汽车与外界进行信息交互的基础则是车用无线通信技术v2x(vehicle to Everything)。其中基于蜂窝移动通信系统的C-v2x(包括lte-v2x和5GNR-v2x)是车联... 详细信息

随着科技的发展,智能网联汽车将会有着强大的感知、通信、决策和控制能力。而智能网联汽车与外界进行信息交互的基础则是车用无线通信技术v2x(vehicle to Everything)。其中基于蜂窝移动通信系统的C-v2x(包括lte-v2x和5GNR-v2x)是车联网的一种重要通信方式。目前我国C-v2x产业快速发展,基于车联网的应用服务即将大规模商用,然而对通信技术的大规模测试验证等众多技术问题还未得到妥善解决。国内外对lte-v2x的拥塞控制机制鲜有研究,然而由于道路和交通环境的复杂多变,车辆在大规模通信时的拥塞情况需要得到有效解决。国内外针对lte-v2x的通信测试主要还停留在小规模的状态,并没有系统性地进行大规模通信测试和仿真。针对上述问题,本文设计并实现了基于深度强化学习的拥塞控制机制,该机制将深层神经网络同传统的拥塞控制算法相结合,优化了车辆在网络拥塞状况下的通信性能。为了探究道路上规模化的终端设备同时通信的通信性能及其变化规律,本文基于OMNeT++网络仿真软件和SUMO交通流仿真器搭建了用于lte-v2x的仿真平台,进行了基于lte-v2x的大规模仿真和实场测试。本文将仿真与实场测试相结合研究了真实道路场景下大规模终端设备在使用lte-v2x同时通信时的丢包率时延等的变化规律,在最后研究了在不同网联渗透率下车辆的行驶对道路安全的影响。

关键词： lte-v2x 深度强化学习拥塞控制机制大规模测试

面向车联网lte-v2x协议的模糊测试技术研究

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面向车联网LTE-V2X协议的模糊测试技术研究

作者：刘奕辰山东大学

学位级别：硕士

lte-v2x是一种新兴车联网协议,通过车与车、车与路侧等之间的直接传递交通信息,为交通安全、城市拥堵、环境污染等难题给出了解决方案。由于涉及交通参与者的生命财产安全,车联网协议对实时性和安全性要求很高。然而,如果对于协议标准... 详细信息

lte-v2x是一种新兴车联网协议,通过车与车、车与路侧等之间的直接传递交通信息,为交通安全、城市拥堵、环境污染等难题给出了解决方案。由于涉及交通参与者的生命财产安全,车联网协议对实时性和安全性要求很高。然而,如果对于协议标准理解不当或者编程不规范,将会导致安全问题,在车联网的场景下会给交通安全带来严重的危害,因此在lte-v2x大规模部署以前,对其进行自动化的安全性测试很有必要。在自动化的漏洞挖掘方法中,模糊测试是最直接有效的方式之一,针对lte-v2x协议目前还没有系统化的漏洞挖掘工作。基于ASN.1实现的协议的相关工作中,最新的方法是通过手工构造大量畸形文件进行编译,然后进行消息生成从而对协议进行模糊测试。但是这种方法模型比较简单,并且种子构造不够有效,这些都会影响模糊测试的效率和有效性。目前有很多工作通过提取抽象语法树的方法来进行模糊测试,在中间格式上进行变异,使得更多的数据能够进入更深层逻辑。受此启发,本文将变异放在编译ASN.1规范之后,在中间层面上提取ASN.1树结构,一方面减少构造时间和空间,另一方面能够使变异覆盖更多的字段。针对lte-v2x协议的模糊测试方法存在很多问题。首先针对lte-v2x的新场景,没有可以直接使用的底层实现,需要手动构建完整的模糊测试框架,从而能够与设备通过空中接口进行通信,具备向设备发送大量畸形消息的能力。其次,针对lte-v2x上层基于ASN.1 UPER编码格式的协议实现,如何进行有效的种子构造也是一个问题。另外,需要有效的监控方式。基于以上问题,本文提出了一个针对lte-v2x协议基于软件定义无线电进行通信的模糊测试框架,实现了v2xFuzzer工具,提出了一种种子构造方法,它在编译之后通过抽象ASN.1树的中间结构来进行种子构造,很大程度上提高了模糊测试的效率和有效性。本文还针对多个商用lte-v2x设备进行了自动化的模糊测试,最终经过误报分析,确认了两个漏洞。

关键词： lte-v2x 模糊测试 ASN.1 UPER编码软件定义无线电种子构造

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lte-v2x射频指纹提取与识别技术研究

LTE-V2X射频指纹提取与识别技术研究

作者：张镇东南大学

学位级别：硕士

随着“万物互联”概念的提出，车联网作为交通领域的典型应用正在逐步发展与推广。由于车联网环境的复杂性与高标准安全性，需要安全可靠的身份认证技术。射频指纹作为通信发射机重要的物理特征，具备唯一、稳定和难以克隆等特点，作为... 详细信息

随着“万物互联”概念的提出，车联网作为交通领域的典型应用正在逐步发展与推广。由于车联网环境的复杂性与高标准安全性，需要安全可靠的身份认证技术。射频指纹作为通信发射机重要的物理特征，具备唯一、稳定和难以克隆等特点，作为物理层安全研究领域中身份认证的重要研究方向，为车联网安全方向的技术规范提供了新的思路。由于车联网系统仍处于发展与推广中，且其信号调制方式相较于其他制式信号更为复杂，针对lte-v2x的终端设备射频指纹提取与识别尚无有效的方法。因此本文以提出稳定、有效的射频指纹为目标，对lte-v2x射频指纹提取与识别技术进行了研究。　　本文以FDD模式下lte-v2x物理层信号为主要研究对象，重点分析了lte-v2x中直通链路物理广播信道和数据信道的帧结构，分别提出了适用于这两种信道的lte-v2x射频指纹提取与分类方法，并通过实验验证了所提出方法的有效性与稳定性。　　本文所做主要工作如下：　　(1)分析了lte-v2x物理层协议与标准，针对射频指纹提取的预处理问题，提出了包括信号帧的捕获，时间同步、频偏估计与补偿、相偏估计与补偿的预处理算法，为后续提取终端设备的高稳定性射频指纹特征打下了基础。　　(2)针对直通链路物理广播信道的射频指纹提取问题，为避免数据变化对指纹提取的影响，利用了其帧结构中较为固定的同步符号，分别提出了基于同步符号频谱特征和基于主同步符号互功率谱特征的射频指纹提取方法。前者可通过叠加或互相关两种方式消除噪声对指纹的影响，后者通过互相关消除噪声对指纹的影响。通过实验选择了效果最佳的分类器用于射频指纹的识别，对12个设备的单帧数据进行射频指纹的提取与识别，叠加和互相关的基于同步符号频谱方法的准确率分别达到97.65％和97.50%，基于主同步符号互功率谱的方法准确率可以达到95.98%，体现了所提出的射频指纹提取方法良好的区分度、稳定性和抗噪声性能。　　(3)针对直通链路物理数据信道的射频指纹提取问题，提出了一种基于数据符号的射频指纹提取方法，在带宽和初始子载波相同的条件下，从QPSK编码的数据符号中提取出稳定的射频指纹。通过对SC-FMD的解预编码算法，将数据解码为星座图，并依据星座点画出亮度图作为设备的射频指纹，使用卷积神经网络对射频指纹进行分类和识别，对4个设备进行分类与识别，识别准确率达到95.8%，验证了该算法的可行性、稳定性和良好的设备区分度。　　(4)详述了lte-v2x系统中信号帧提取所用的实验设备和实验环境，设计了从原始信号中提取射频指纹的流程，包括从原始信号中捕获信号帧，对信号帧进行包括时间同步、区分信道、频偏估计与补偿、相偏估计与补偿的预处理操作，对预处理后的信号帧进行射频指纹提取，分类器分类与识别的步骤。通过实验分析并验证了静止状态下直通链路物理广播信道信号帧的射频指纹提取方法的稳定性，所提出的射频指纹提取方法的准确率都保持在94%以上。实验还通过两次间隔2个月的数据集验证了射频指纹的长期稳定性，其识别准确率在92%以上，体现了射频指纹提取方法的长期稳定性。

关键词：车联网 lte-v2x 射频指纹特征提取物理层信号

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lte-v2x下的实时视频流传输策略研究

汽车工程 2021年第6期43卷 815-824页

作者：褚端峰王卓尔邱雨洁陆丽萍徐志豪吉鑫钰武汉理工大学智能交通系统研究中心武汉430070 武汉理工大学计算机科学与技术学院武汉430070

为提高在蜂窝小区内的视频传输质量,增强智能网联汽车的盲区视角感知能力,从而提高驾驶安全性和便利性,本文提出在lte-v2x下完成实时视频流传输的可靠策略。首先,为提高蜂窝小区的系统性能和实时视频流传输的画面质量,提出在不完美信道... 详细信息

为提高在蜂窝小区内的视频传输质量,增强智能网联汽车的盲区视角感知能力,从而提高驾驶安全性和便利性,本文提出在lte-v2x下完成实时视频流传输的可靠策略。首先,为提高蜂窝小区的系统性能和实时视频流传输的画面质量,提出在不完美信道状态下,满足v2x用户异构服务质量的同时,最大化v2v通信吞吐量的资源分配算法。该算法采用1阶自回归模型对真实的信道增益进行建模,分步骤进行功率分配和频谱复用配对,以完成资源分配;接着,采用可伸缩视频编码技术对实时视频流进行编码,编码后具有不同的视频质量等级的视频数据帧,经由网络传送,而以网络感知数据为基础,构建视频流缓冲区;最后,设计自适应传输算法求得当前最佳传输视频质量等级,根据通信网络环境动态调整传输视频画面质量,以有效减少视频播放冻结次数。实验结果表明,相比于具有基础层保护的视频传输算法RALSB和视频质量自适应传输算法vQAS,本文所提策略能有效提高实时视频流质量,减小视频播放冻结次数。

关键词： lte-v2x 资源分配可伸缩视频编码实时视频流

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lte-v2x协议栈开发及通信测试

计算机系统应用 2022年第6期31卷 100-108页

作者：郭星刘建蓓张志伟惠飞杜绎如阮仕峰唐书宇长安大学信息工程学院西安710064 中交第一公路勘察设计研究院有限公司西安710065

目前推出的v2x通信技术相关标准中存在技术要求细节不够明确等问题,导致车联网通信终端产品存在差异,通信协议栈之间不能实现全面互联互通.针对这一问题,通过分析lte-v2x协议栈的性能要求及总体分层,提出了lte-v2x协议栈的软硬件解决方... 详细信息

目前推出的v2x通信技术相关标准中存在技术要求细节不够明确等问题,导致车联网通信终端产品存在差异,通信协议栈之间不能实现全面互联互通.针对这一问题,通过分析lte-v2x协议栈的性能要求及总体分层,提出了lte-v2x协议栈的软硬件解决方案并完善协议栈各层设计细节,完成消息数据填充与编解码、构建各层数据帧并设计逐层封装机制.在此基础上,基于真实道路场景对协议栈进行通信性能测试,测试结果显示该协议栈满足设计要求,符合协议栈顶层应用规范.

关键词： v2x通信 lte-v2x 协议栈通信测试

基于lte-v2x的网联车队信息安全的研究与实现

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基于LTE-V2X的网联车队信息安全的研究与实现

作者：江枫北京邮电大学

学位级别：硕士

车联网的发展使得网络信息安全成为智能交通与智慧城市建设中的热点问题。网联车队的部署可以缓解交通拥堵、减少交通事故、并提高燃油效率。然而,由于车辆的高移动性以及网络结构的高频变化,网联车队不得不面对多样的攻击形式与安全风... 详细信息

车联网的发展使得网络信息安全成为智能交通与智慧城市建设中的热点问题。网联车队的部署可以缓解交通拥堵、减少交通事故、并提高燃油效率。然而,由于车辆的高移动性以及网络结构的高频变化,网联车队不得不面对多样的攻击形式与安全风险。同时,网联车队业务复杂,涉及到的信息种类繁多,包括身份、车型、路线等隐私数据。因此,需要针对车队的不同场景设计完整的信息安全保护方案。本文根据实际的安全需求,研究并实现了基于长期演进技术的车载通信（Long-Term Evolution for vehicle-to-Everything,lte-v2x）中网联车队信息保护方案。目的是在保护用户隐私安全基础上,抵御存在的网络攻击,保护数据的机密与完整。由第三代合作伙伴计划（the 3rd Generation Partner Project,3GPP）主导的lte-v2x标准以及国际移动通信推进组蜂窝车联网（Cellular-v2x,C-v2x）工作组完善的lte-v2x安全技术白皮书,为网联车队的信息安全提供了坚实的基础。本文首先设计了基于属性匹配的匿名组队方法,在满足访问控制结构后可以在不公布任何真实身份或位置的条件下组队成功。随后,通过车队、路侧设施（Road Side Unit,RSU）、与可信中心的三方认证追溯信息来源的可靠性。通过理论分析安全性并对比运算耗时,验证了信息安全性以及方案的高效性。当车队旧成员离队或者新成员加入时,本文设计并分析了基于共享公钥的无可信中心的密钥更新方案,进行双向认证后可以保证密钥的前后向安全性,同时防御中间人攻击和伪造攻击等。通过仿真验证了本文所提方案,包括三个方面:基于属性基加密的车队组建、基于可信中心的车队批量认证、和车队成员动态变化的公钥签名,并评估了安全方案的总时延。仿真证明了所提信息安全保护方案对维护车队稳定性与防碰撞安全性的助力效果,对网联车队的部署有实际意义和应用价值。

关键词：信息安全网联车队 lte-v2x 属性基加密三方认证

基于lte-v2x的车联网信道估计算法研究

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基于LTE-V2X的车联网信道估计算法研究

作者：孙国栋重庆大学

学位级别：硕士

智能交通系统(Intelligent Transportation Systems,ITS)是未来交通发展的核心,更是支撑车路协同、自动驾驶及车辆编队等无人化、智慧化交通的基础。车联网下的车载无线通信是ITS高效运作的重要组成部分,是保障交通安全、解决城市拥堵... 详细信息

智能交通系统(Intelligent Transportation Systems,ITS)是未来交通发展的核心,更是支撑车路协同、自动驾驶及车辆编队等无人化、智慧化交通的基础。车联网下的车载无线通信是ITS高效运作的重要组成部分,是保障交通安全、解决城市拥堵问题的关键技术。为了保证车联网通信的服务质量,在无线接收机侧采用信道估计联合信道均衡处理来对抗车联万物(vehicle-to-Everything,v2x)通信下的信道衰落和噪声干扰的问题。长期演进(Long Term Evolution,lte)-v2x采用Zadoff-Chu(ZC)导频序列,在v2x场景下,无线信道会受到噪声干扰,以及多径效应和多普勒效应引起的时、频域选择性衰落影响。为了解决lte-v2x信道的噪声、非平稳、快时变及子载波间干扰(Inter-Carrier Interference,ICI)等问题,本文在传统信道估计算法基础上,在导频和数据符号上分别设计了改进的信道估计算法,并取得了一定的算法性能增益。本文主要工作内容如下:(1)针对v2x无线信道,分析了时/频率选择性衰落及非平稳特性,给出了时变多径信道模型和考虑ICI影响的信道模型,介绍了导频符号和数据符号上几种传统的信道估计算法,分析对比了算法复杂度,通过仿真分析对比了几种传统信道估计算法的优缺点,指出了传统信道估计算法的不足。(2)针对传统离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform,DFT)信道估计算法无法消除循环前缀(Cyclic Prefix,CP)长度内时域噪声的问题,提出了基于ZC序列的改进DFT信道估计算法。该算法利用ZC序列良好的自相关特性,通过设定检测阈值估计得到信道多径时延,接着将多径时延结果用于DFT算法来抑制CP长度内时域噪声。从计算复杂度和系统仿真结果表明,所提算法在较低的计算复杂度下,通过设定合理的多径时延检测阈值可以提升导频符号处信道估计性能。(3)对于数据符号处的时变信道跟踪问题,提出了联合迭代判决反馈和时变信道冲激响应(Channel Impulse Response,CIR)拟合的信道估计方法。首先通过判决反馈信道估计方法,利用发送信号的星座点映射原理,将发送信号导频化,进行反馈信道估计,并联合迭代的处理方式解决了信道快时变和非平稳的问题。进一步,通过多项式插值进行时变CIR拟合,获取各符号内完整的CIR,消除ICI影响。仿真结果表明,对比传统的信道插值和判决反馈算法,所提算法不仅具有更优的信道估计精度,在不同多普勒频移下也有着更好的算法鲁棒性。

关键词：信道估计 lte-v2x 快时变信道 DFT信道估计迭代判决反馈

基于lte-v2x多场景无线信道测量与特性分析

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基于LTE-V2X多场景无线信道测量与特性分析

作者：董朔朔北京交通大学

学位级别：硕士

车联网(vehicle-to-x,v2x)通信技术,作为我国新基建中物联网技术在高速领域的典型应用,近年来得到了国务院、发改委和工信部等各级政府部门的鼎力支持。为推动v2x通信技术在国内的发展,打造一套成熟的v2x行业商业运营体系,国家政府协调... 详细信息

车联网(vehicle-to-x,v2x)通信技术,作为我国新基建中物联网技术在高速领域的典型应用,近年来得到了国务院、发改委和工信部等各级政府部门的鼎力支持。为推动v2x通信技术在国内的发展,打造一套成熟的v2x行业商业运营体系,国家政府协调多方部门和单位组建了v2x产业发展专项委员会。现阶段国内正在推进基于蜂窝通信系统的v2x通信技术(Long Term Evolution-vehicle to x,lte-v2x),由于无线信道模型为通信系统设计与优化、网络部署与规划的基础,在正式部署lte-v2x通信系统网络之前,针对不同交通场景制定标准化的信道模型具有重大工程意义。本文首先针对目前有关v2x通信系统的信道测量活动与标准化信道模型开展调研与分析,发现当今的信道模型并不适用于lte-v2x通信系统。然后针对ltev2x通信系统标准,搭建了信道测量系统。接着针对高速直道、城区直道和隧道三种场景,在车与路侧设备之间(vehicle-to-Infrastructure,v2I)的lte-v2I通信系统内开展实地信道测量工作。最后针对测量得到的信道数据,分析三种场景的无线信道传播特性。分析发现,相较于传统的蜂窝通信系统,lte-v2I通信系统中高速直道场景和城区直道场景的路径损耗指数较大,这是因为lte-v2I通信系统中发射机的部署位置较低,信号传播时受遮挡物影响更为严重。信号在隧道场景中因为受波导效应的影响,能量聚集,路径损耗小于自由空间。相较于高速直道场景和城区直道场景,隧道场景由于其封闭性,信号传播环境更为复杂,多径现象严重。丰富的多径信息使隧道场景的时延扩展、多普勒扩展现象更为严重,但也降低接收机侧两根天线的相关性,以此增强lte-v2I通信系统的可靠性。此外,针对高速直道场景和城区直道场景,求解出不同平稳门限下的平稳距离。对比发现城区直道场景由于存在移动散射体,因此在同一平稳门限下的平稳距离要短于高速直道场景。针对隧道场景的信道特性进行分段分析,并探讨路侧设备在隧道场景中的合理部署位置。针对接收侧的天线相关性进行研究,总结出影响相关系数的两个因素。通过上述对三种场景的信道特性分析,可为lte-v2x信道标准化工作提供参考。

关键词： lte-v2x 信道测量路径损耗小尺度衰落非平稳特性天线相关性