车联网（V2X）通信协议优化与低延迟可靠传输研究

一、现状分析

目前占据主流地位的V2X 通信协议，主要涵盖基于IEEE 802.11p 的被称作 DSRC（专用短程通信）的一种以及基于蜂窝网络的名为 C-V2X（蜂窝车联网）的另一种，其中 DSRC 虽具有部署成本较低且无需运营商给予支持等优势，然而在高车速或者高密度的场景中，由于频繁产生的信道竞争进而致使通信延迟有所增加、可靠性出现下降。与之相比较而言的是，C-V2X 依靠4G/5G 网络，拥有着更远距离的通信能力以及更强程度的抗干扰能力，特别是 5G V2X 能够提供更低时延与更高带宽，以适应未来自动驾驶所提出的需求，不过C-V2X 仍然面临诸如网络覆盖不够充足、边缘计算资源调度不太均匀等方面的问题，并且在高速移动环境这个条件下，切换延迟及链路不稳定等问题也会对通信质量造成影响。由此可见，究竟该如何对现有协议做出优化从而能够适应复杂又动态变化的场景，已然成为提升V2X 通信性能的关键课题。

二、协议优化

（一）改进信道接入机制，缓解拥塞与冲突

在那种极为复杂致使车辆数量不仅密集而且处于高度动态变化状态的交通场景里头，传统的基于IEEE 802.11p 标准所采用以载波侦听多址/冲突避免作为运行机制的 DSRC，由于信道竞争而难以避免会出现延迟以及丢包的情况。于是，可以考虑引入一种将TDMA（时分多址）和SDMA（空分多址）相结合起来的多维调度机制，从而可以对时间以及空间资源予以合理地划分，以达到减少信道冲突发生概率的目的。与此同时，通过运用车辆位置和速度预测模型来对优先级进行动态调整，进而实现对于紧急信息的快速传输。另外，引入那种基于学习算法所构建起来的智能接入控制机制，使得节点能够依据历史通信状态来自适应地调整接入参数，这也能够显著提升整体的通信效率。

（二）融合多网络技术，构建异构V2X 架构

因单一通信协议在满足不同业务在延迟、带宽以及可靠性方面所呈现的多样化需求时存在困难，致使融合像 DSRC、C-V2X、Wi-Fi 还有 5G 等多种通信方式的异构V2X 架构朝着发展趋势的方向演进。借助设计基于内容感知的一种网络选择机制，系统便拥有了依据业务类型，例如紧急制动、路径规划以及娱乐媒体等，来自动对最优网络进行切换的能力。举个例子来说，对于那种对低延迟有着较高要求的安全类信息，可优先通过 5GURLLC 这样的通道来完成传输工作，然而普通状态更新信息却是由C-V2X或者 Wi-Fi 负责承载，以此种方式达成通信资源的高效利用目的。除此之外，部署多接入边缘计算也就是MEC 节点，在将大量计算以及缓存任务前置这一情况下，能够让云端传输压力以及响应时延得以降低。

（三）引入协同感知与预测机制，增强协议适应性

在诸如高速且遮挡情况频发、突发事件也频繁出现的交通环境这样一种复杂状况下，仅仅依靠单车信息或者是路侧节点信息，这对于要实现可靠通信而言是存在很大困难的，而优化协议的关键所在其实还需要去达成协同感知这个目标，也就是要通过多车之间信息的有效共享，从而提升对于环境的感知精度以及通信决策能力。基于此，在协议层增加信息融合与预测模块是可行之举，借助像图神经网络以及时空图建模等相关技术手段，能够实现对于车辆轨迹、网络拥塞状态以及潜在通信中断风险这些方面的实时预测，进而提前将通信资源进行合理分配或者规划好路由路径。除此之外，在协议设计过程当中，还能够考虑采用可编程网络架构这种方式，让其能够支持根据不同场景动态加载与之适配的不同通信策略，以提高协议对于复杂动态场景的适应能力，最终力求达成低延迟且高可靠的车联网通信目标。

三、低延迟传输机制

（一）边缘计算与本地路由协同设计

传统的V2X 通信所依赖的中心服务器对决策进行处理这一模式，使得所面临的路径长以及响应慢等系列问题产生。而通过将边缘计算（MEC）这样一种架构引入之后，计算任务和数据处理相关任务能够被下沉至具备重要作用的路侧单元（RSU）或者基站边缘节点，以此达成本地化对于数据的分析以及作出相应决策。举例来讲，当数量较多的车辆在某一个特定交叉口逐渐接近之时，路侧单元（RSU）就能够立即执行将感知数据进行融合并且把决策指令进行下发这一操作，从而避免大量数据向云端上传这种情况，这一过程当中通信链路由此能够被有效缩短并且时延得到降低。同时，通过与本地优先级调度机制相配合，在出现拥堵状况时确保紧急信息能够优先获得传输，最终实现系统响应速度得以提升的结果。

（二）路径选择与数据包调度优化

在面临着种种复杂状况的多跳通信场景当中，挑选那种具备低延迟以及稳定性良好特质的路径，其重要性是不言而喻且极其关键的，这对于整个通信过程的顺畅进行起着决定性的作用。鉴于这种现状，一种基于强化学习进而衍生出来的自适应路由算法就可以被考虑引入进来，该算法能够达成这样的效果，即让节点在持续的通信过程期间，可以不断地去学习网络状态所发生的变化，从而以一种自主自发的方式去挑选出最为合适的最优路径，以便有效避免由于采用固定路由模式而有可能带来的各类瓶颈。除此之外，当把具备特定功能特性的时间敏感网络（TSN）调度机制与之进行有机结合的时候，通过采取为关键数据包分配相对应时间槽并且同步设置最大延迟阈值这样一系列操作方式，就能够达成一种确定性传输的理想状态，从而为确保相关消息在可控时间范围之内顺利到达目标车辆提供可靠的保障。

（三）融合通信切片与优先级资源分配

5G 切片技术凭借着可依据不同业务需求而对通信切片予以划分的方式，为V2X 通信带来灵活资源管理手段，这些不同业务需求下划分出的通信切片，分别承担着诸如安全信息、控制信息以及娱乐数据等各种不同流量类型的承载工作。并且，借助于在协议层对动态切片资源分配的有效实现，优先保障低延迟切片所具备的带宽以及信道资源，以此来降低关键业务本需经历的等待时间。与此同时，结合运用QoS（服务质量）感知机制，针对链路质量以及信道拥塞程度等方面开展实时监测活动，从而为高优先级任务预留出相应的通信资源，在很大程度上能够有效防止延迟出现突增的情况。

结论：

本文围绕车联网（V2X）通信协议的优化与低延迟可靠传输展开研究，针对现有协议在高动态环境中存在的延迟与可靠性问题，提出了多维优化策略与融合技术路径。通过信道接入机制改进、异构网络融合、边缘计算部署与智能调度等手段，有效提升了通信效率与系统响应速度。未来，随着6G、人工智能和量子通信等新兴技术的发展，V2X 通信将朝着更高效、更智能、更泛在的方向演进，为智慧交通与自动驾驶提供坚实的通信基础。

参考文献：

[1]高博涵.简析5G车联网业务发展和安全通信关键技术[J].电子元器件与信息技术，2023，7（05）：146-149+154

[2]王梦晓，刘学军，方琰崴，等.5G 车联网业务发展和安全通信关键技术[J].信息通信技术，2022，16（01）：19-27.