基于DSRC的智能網聯汽車專利分析

劉冀鵬，賈年龍

（國家知識產權局專利局專利審查協作四川中心，成都 610000）

基于DSRC的智能網聯汽車專利分析

劉冀鵬，賈年龍

（國家知識產權局專利局專利審查協作四川中心，成都 610000）

車聯網相比于傳感器主動探測能夠應用到具有遮擋的場景、可探測更遠的距離和具有應對惡劣天氣的能力， DSRC即專用短程通信技術，作為IEEE組織推動的車聯網技術，已經建立了包括802.11p和1609.X協議規范。本文分析DSRC通信標準的專利布局，統計分析全球的專利申請態勢、主要申請人分布，介紹了通信安全重點分支的技術發展歷程，并繪制了技術發展路線圖。

DSRC；車聯網；802.11p；1609；V2X

1 車聯網及DSRC標準概述

1.1 車聯網的出現

隨著網絡技術的發展，移動互聯網對汽車和交通產生的革命性影響已經拉開帷幕[1][2]。為了降低或應對交通事故，一方面各國政府交通部門紛紛建立智能交通系統；另一方面，各大車企在汽車上安裝圖像傳感器、雷達、激光等，試圖通過傳感器主動探測的方式來獲知更多的車況信息，從而降低交通事故的發生。然而，智能交通系統僅能提供有限的交通信息和救助服務，圖像傳感器、激光、雷達等主動探測外界環境（如行人、障礙物、車輛等）的方式又存在探測距離有限、受霧雪等天氣影響大、不適合在十字路口和有遮擋的場景應用等諸多缺陷[3]。通過車輛之間進行信息交互的車聯網技術卻能夠輕易地應用到各種場景中并克服傳輸距離短、受惡劣天氣影響等諸多不足，有望從根本上解決交通安全問題，受到了各國政府、整車企業、零部件廠商、芯片廠商、通信企業以及投資財團的重視[4]。

車聯網需要通過信息交互來獲知車輛周圍的車況或路況信息，為安全駕駛提供信息支撐。由于車輛的高速移動，這種信息交互必須以某一合適的頻率周期性的進行才能保證信息的及時有效。對于V2V（vehic1e to vehicle）[5]通信，車載通信設備時刻處于收發狀態，其通過周期性的發送自身的基本安全消息（Basic safety message，BSM）以及持續的接收來自周圍車輛的消息，并根據接收的信息來判斷是否可能產生碰撞而發出警告。由于安全駕駛為車聯網提出了更多關于信息安全、傳輸時延、高速移動環境下的拓撲結構快變的數據傳輸方面的要求。DSRC作為一種WIFI類的技術，不僅契合自組織網絡應用特點還能滿足以上要求，成為了歐美等國主推的車聯網技術。目前，已建立了包括 IEEE 802.11p、1609.x協議族、SAE J2735、SAEJ2945的DSRC標準規范[6,7]。

2 DSRC車聯通信技術專利現狀分析

如圖1所示，在全世界范圍內關于DSRC車聯通信標準的專利申請總體呈現增長趨勢，其與DSRC技術的發展是緊密相關的。美國交通部（USDOT）與汽車廠商組成的CAMP聯盟合作組成車載安全討論組（VSC），從2005年起對DSRC技術和應用進行研發，在2006至2009年間逐漸建立了 SAE J2735標準、IEEE 1609.2標準[8]、IEEE 1609.3標準[9]、IEEE 1609.4[10]標準以及 IEEE 802.11p 標準；在2010至2012年間開始研究DSRC技術關于互操作、可擴展性、安全、數字完整性等問題，并在實際道路環境中進行測試[1]。此外，由圖 1中的專利申請國排名可見：美國的專利申請數量最多，為DSRC標準的推動者；韓國在基于DSRC的車聯技術的研發上有較大的投入，未來可能會采用 DSRC標準；日本和中國的申請數量大致相同，而日本目前已經建立了另一套與美國不兼容的車聯標準，其包括ARIB STD-T75和ARIB STD-T88兩個部分；歐洲底層兼容 802.11p標準，結合其在車聯技術上的研究優勢（如ECALL等方面的優勢），發展出了歐洲自己的ENV系列標準。

圖2為主要申請人申請量排名情況，排名靠前的企業，依次是：LG、三星、通用汽車、高通、交互數字技術、韓國電子通信研究院、加拿大數字加密技術（certicom）、英特爾、三菱、泰科迪亞科技、飛利浦。前十位的申請人大體可以分為整車企業、零部件廠商和通信巨頭三類，這是由于在車聯技術直接影響整車企業、零部件廠商以及通信運營商。

圖3是DSRC車聯通信技術的各技術分支的專利申請情況，從上圖可以看出DSRC技術涉及通信QoS的專利數量最多，排列第二的是用于車載環境的通信安全相關專利，其次是涉及信息傳輸的專利共54項，占比14%，這一部分的專利圍繞信息的傳輸過程設計。DSRC專利申請還涉及通信的時間同步、擁塞控制、設備發現/信道掃描、資源管理等。

3 DSRC技術重點分支研究內容分析

由于通信安全是交通安全的重要內容[11]，其技術必然不斷更新。本節針對對通信安全技術分支研究其技術發展狀況。根據DSRC通信安全的重點專利篩選，其研究技術內容大致可以分為如何降低時延和隱私保護兩個方面，其中，以降低時延的研究為主。其中專注于如何降低通信安全時延問題的技術路線集中在以下幾個方面：數字簽名算法/加密算法、快速鑒權、密鑰分發效率（集中于證書撤銷清單機制）、其它（例如負載量較大時的特殊處理、密鑰安全、對稱加密機制等），如圖4所示。

圖1 DSRC技術專利申請總體態勢及申請國分布Fig.1 Patent application trends and distribution of DSRC technology

圖2 全球范圍內DSRC通信標準主要申請人排布圖Fig.2 Global applicant ranking of DSRC communications standard

圖3 DSRC車聯標準技術分支分析Fig.3 DSRC based vehicle networking technical branches

（1）加密算法/數字簽名

IEEE1609.2采用非對稱加密方式，通信雙方分別產生各自的公鑰和私鑰，并將公鑰發送對通信對端，由于公鑰加密的內容僅能通過私鑰解密，從而提高信息傳輸的安全性。目前較為常見的兩種公鑰密碼系統分別是RSA和ECC，其中ECC的編碼原理更為復雜，但是采用更短的密鑰可實現相同的安全性能。基于身份ID的系統對公鑰系統進行改進，不再使用顯式公鑰，其將公鑰替代為可以公開獲得的身份信息如名字或網址，并且由受信證書中心（CA）為每個實體分配對應的私鑰。另一種可替代的方法是仍然采用顯式的用戶公鑰，但是接收者需要對其進行處理重構（例如采用 DIffie-hellman密鑰，DIffie-hellman密鑰協議允許雙方不需要在通信之前進行密鑰的交互），采用隱式證書只需要簡單的利用隱式證書來驗證發送者的數字簽名。

（2）快速鑒權

為了降低在通信安全中的時間延遲，快速鑒權是其中的一個重要研究內容。例如專利 DE102015-117688A1、US7853995A對一組汽車或一組服務進行驗證，降低需要下載和存儲的證書數量，減少路邊設施的需要及同步的需要。JP2007088737A提出一種高速鑒權技術，在中心認證局與在各個路邊側之間新增一層本地認證局，由本地局進行授權驗證。專利CN101656729A提供了用于在資源約束系統中自適應地校驗數據的系統和方法，在驗證可靠性和驗證效率之間尋求折中，通過自適應數據校驗機制選用合適的校驗模式以自適應地在成本/性能需求和安全性需求之間進行平衡。算法對接收的消息的有效性使用置信度水平，取決于置信度水平在標尺上的位置，確定將使用哪個校驗模式來驗證消息。

（3）密鑰分發及證書管理

證書撤銷機制是證書管理的主要內容，由于證書管理中心會產生數以萬計的證書， 一方面為了解決證書撤銷清單（CRL）太過龐大給驗證證書帶來的處理負擔，另一方面屏蔽非法實體傳輸的信息。CRL是由發證機構(CA)標記的消息，其列出了網絡中被廢除的全部認證。因此，如果一個實體發送了虛假的或其它不需要的消息，那么可以將它放到CRL上，使得由該實體發送的消息將被其它使用者丟棄。

圖4 DSRC通信安全技術路線圖Fig.4 DSRC communications security technical route

4 結語

本文針對基于DSRC的車聯網通信標準，分析當前全球的專利申請趨勢、申請國家分布以及主要申請人，在對DSRC標準理解的基礎上對技術分支進行劃分，并進一步對通信安全技術分支的技術主題發展路線進行了分析，對其中涉及的代表性專利技術的發明內容進行了概述。雖然DSRC標準已經成型，通信傳輸時延、通信安全性問題仍然是車聯網技術發展的重要內容，從V2X技術的出現到輔助駕駛的部署，以及無人駕駛技術的成熟還有很長的路要走，而這一切都離不開底層通信技術的支撐。

[1] 陳曉娟, 樓培德. 基于OBD的車載智能終端現狀及其發展趨勢[J]. 軟件. 2014, 35(10): 95-99.

[2] 楊伯卿. 中國移動在車聯網運營中發展策略探析[J]. 軟件.2013, 34(5): 104-106.

[3] 張洪超. 車聯網技術發展探究[J]. 計算機光盤軟件與應用.2013, (3): 264-28.

[4] Status of the dedicated short-range communications technology and applications, FHWA-JPO-15-218, 2015.7.

[5] Vehicle-to-vehicle communications: readiness for V2V technology for application, NHTSA, 2014.8.

[6] IEEE Standard for information technology-Telecommunications and information local and metropolitan area networksspecific requirements Part 11: wireless LAN medium access control (MAC) and physical layer (PHY) specifications,IEEE Std 802.11p, 2010.7.

[7] IEEE P1609.0/D5 Draft guide for wireless access in vehicular environments (WAVE)-Architecture, 2012.10.

[8] IEEE standard for wireless access in vehicular environments-Security services for applications and management messages,IEEE Std 1609.2, 2013.7.

[9] IEEE standard for wireless access in vehicular environments(WAVE)-Networking services, IEEE Std 1609.3, 2016.2.

[10] IEEE standard for wireless access in vehicular environments(WAVE)-Multi-channel operation, IEEE Std 1609.4-2010, 2011. 2.

[11] 陳昊, 無線傳感器網可靠傳輸協議分析[J]. 軟件. 2016,37(10): 55-58.

Patent Analysis on Dedicated Short-Range Communications Based Intelligent Connected Vehicle Technology

LIU Ji-peng, JIA Nian-long
(Patent Examination Cooperation Sichuan Center of the Patent Office, SIPO, Chengdu 610000)

Compared with active sensor detection, vehicle networking boasts more advantage in shielding or occlusion scenario. Besides, it rests higher detecting range and could be used in unfavorable weather situation. Dedicated Short-Range Communications, DSRC in short, which was proposed by IEEE, has two protocol stacks 802.11p and 1609.X get published. In this paper, Patent analysis is used to analyze the current status and the trends of application, the distribution of applicant in this field, etc. A key branch communications security is investigated, and the technology development route is introduced.

DSRC; Network of vehicles; 802.11p; 1609; V2X

TN929.5

B

10.3969/j.issn.1003-6970.2017.12.055

本文著錄格式：劉冀鵬，賈年龍. 基于DSRC的智能網聯汽車專利分析[J]. 軟件，2017，38（12）：275-278

劉冀鵬(1979-)，男，副研究員，主要從事通信領域的發明專利審查；賈年龍(1983-)，男，博士，主要從事通信領域的發明專利審查。