基于CAN總線測試思路的V2X測試方法探索

徐敏星 張武 杜迎軍 何旭 王嬌

高新興物聯(lián)科技有限公司 陜西省西安市 710000

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，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技術運用而生。V2X是Vehicle to everything的簡稱，是一系列技術的集合，類似于自動駕駛技術。自動駕駛技術并不是某一項具體技術的名稱而是通過一系列的技術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，而是通過一系列的技術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。受于3G、4G通訊的時延，V2X技術一直不慍不火，根本無法與自動駕駛技術來媲美。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。

直連通信技術作為V2X的核心技術，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技術能給我們整個交通系統(tǒng)帶來多大的改善。一項新技術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的技術。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

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實現(xiàn)每個子系統(tǒng)之間的信息交互，從而達到協(xié)調工作。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直連通信技術與CAN總線技術都是廣播式發(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)模边B通信技術是通過空口來傳輸?shù)模匀挥幸恍┎町悾栽诖罱y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

綜上，在5G技術的背景下V2X業(yè)務將來必然會在智能交通領域發(fā)揮強大的影響力。隨著V2X技術的逐漸成熟，V2X業(yè)務的測試能力則對加速V2X落地至關重要。雖然CAN總線的通訊方式與V2X直連通信技術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直連通信技術的測試方案。