CN103546990B - 一种车联网接入因特网的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于车联网接入因特网的方法，车载终端设备通过OBU上的无线AP接入到OBU，并通过OBU与RSU组成的VANET网络，实现与因特网间的相互通信，在保证OBU与RSU之间的正常通信下，实现了车载终端设备与因特网间的通信，能够满足车载终端设备随时访问因特网，因此，具有抗干扰、便利以及实时的性能，能够适应当前网络的需求。

Description

一种车联网接入因特网的方法

技术领域

本发明属于车联网技术领域，更为具体地讲，涉及一种车联网接入因特网的方法。

背景技术

车联网就是汽车移动物联网，是指利用车载电子传感装备，通过移动通讯技术、汽车导航系统、智能终端设备与信息网络平台，使车与路、车与车、车与人、车与城市之间实时联网，实现信息互联互通，从而对车、人、物、路等进行有效的智能监控、调度、管理的网络系统。车联网通过无线射频识别技术，对车辆进行数字化管理，包括实时跟踪、监管车辆运行状况等，如同物联网一样，车联网的基础是传感器，加强传感器操作是必不可少的，将交通信号、摄像头、拥堵路段报告、天气情况等信息融合起来，从而形成汽车与道路的“互联”。通过道路、技术管理部门的沟通配合，实现汽车、道路、人的有机结合，真正形成车联网。

车联网的本质就是物联网与移动互联网的融合。车联网是通过整合车、路、人各种信息与服务，最终都是为人(车内的人及关注车内的人)提供服务的，因此，能够获取车联网提供的信息和服务的不仅仅是车载终端，而是所有能够访问互联网及移动互联网的终端，因此电脑、手机也是车联网的终端。现有互联网及移动互联网的技术及应用基本上都能够在车联网中使用，包括媒体娱乐、电子商务、Web2.0应用、信息服务等。当然，车联网与现有通用互联网、移动互联网相比，其有两个关键特性：一是与车和路相关，二是把位置信息作为关键元素。因此需要围绕这两个关键特性发展车联网的特色互联网应用，将给车联网带来更加广泛的用户及服务提供者。

在现有技术中，车载自组织网络VANET是自组织网络的一种在交通领域支持动态、随机、多跳拓扑结构应用的特殊区域性网络，是移动自组织网络MANET(Mobile Ad-hoc Network)一种特殊形式。它具备传统自组织网络所有特点的同时又有车载无线网络的特殊性：网络节点快速移动、网络拓扑动态变化且迅速、无线通信信道不稳定、节点间通信窗口时间短。区别于传统Ad-hoc网络，车载自组织网络由车载单元OBU(On-Board Unit)和路边单元RSU(Roadside Unit)组成，OBU主要包括定位模块、车辆状态参数采集模块、车路通信模块、车间通信模块以及输入输出设备，车辆通过OBU与外界通信，RSU主要负责车辆与固定设施之间的通信。VANET的网络架构主要分为两大部分：一是车辆间的通信，即车对车通信；二是车辆与固定设施(即路边节点)之间的通信，即车对基础设施，但不能满足车与因特网间的通信。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种车联网接入因特网的方法，使车载终端设备能够通过VANET网络接入到因特网，同时具有抗干扰、便利以及实时的性能。

为实现上述发明目的，本发明基于车联网接入因特网的方法，其特征在于包括：

(1)、通过动态主机配置协议DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)给车载终端设备分配IPv4地址：

将每个车载单元OBU(On-Board Unit)配置成DHCP服务器，并为其设置静态的IPv4地址、子网掩码和默认网关，车载终端设备向DHCP服务器申请IPv4地址时，DHCP服务器从所设置的IPv4地址范围中选择一个还没有被使用的IPv4地址进行动态分配，每个OBU上的车载终端设备均可以通过DHCP分配到一个IPv4地址，且各不相同；

(2)、车载终端设备发送报文到因特网：

(2.1)、OBU对接收到的IPv4报文进行处理；

OBU接收到IPv4报文后，通过查询IPv4报文中的目的IPv4地址来进行处理，如果是外网地址，则IPv4报文交由路边单元RSU(Roadside Unit)来处理；若是本OBU的IPv4地址则交由上层协议来处理，否则丢弃该IPv4报文；

(2.2)、OBU接收到目的IPv4地址为外网地址的IPv4报文后，在车载自组织网络VANET(Vehicle Ad-hoc Network)私有网络部分进行隧道技术处理：

当IPv4报文中的目的IPv4地址是外网地址时，IPv4报文进入到OBU的IPv4私有网络部分，并逐层向上递交，依次分离出对应层的首部，将IPv4层的报文作为原始IPv4报文；

原始IPv4报文送入到OBU的VANET私有网络部分后，在UDP层将原始IPv4报文封装在UDP的数据部分，同时封装上UDP首部组合成UDP报文发送到IPv6层，并逐层向下递交，依次封装对应层的首部，得到IPv6报文，最后由工作在Ad-hoc模式下的无线网卡发送出去；

(2.3)、RSU接收到OBU发送过来的IPv6报文后，在RSU的VANET私有网络部分，进行隧道技术处理：

RSU接收到OBU发送过来的报文，在RSU的VANET私有网络部分，通过向上逐层递交，依次分离出对应层的首部，在报文最终递交到UDP层时，通过对UDP层报文的数据部分判断，如果是原始IPv4报文，则交由IPv4私有网络部分处理，否则递交到应用层处理；分离出的原始IPv4报文进入到RSU的IPv4私有网络部分，并逐层向下递交，依次封装对应层的首部，在报文最终递交到MAC层时，将原始IPv4报文封装上MAC首部作为发送报文，并通过以太网或是其他方式发送出去；

(2.4)、将发送报文经网络地址转换NAT(NAT,Network Address Translation)转换后发送到因特网上；

NAT将发送报文的私有IPv4地址转换为合法的公有IPv4地址后发送到因特网，同时记录下传输路径信息；

(3)、因特网返回报文给车载终端设备：

(3.1)、因特网收到车载终端设备发送的报文后回发报文给车载终端设备；

因特网回发报文首先经过NAT转换，NAT通过前面记录的传输路径信息找到接收报文的车载终端设备，并将公有IPv4地址转换成私有IPv4地址；

(3.2)、RSU对接收到的返回报文进行处理；RSU接收到返回报文后，通过查询返回报文中的目的IPv4地址来进行处理，如果是本RSU的IPv4地址，则交由传输层处理；如果是其他的私有IPv4地址，则递交给RSU的VANET私有网络发送到OBU上，否则丢弃该报文；

其中，在RSU的VANET私有网络部分，对返回报文进行隧道技术处理：当返回报文中的目的IPv4地址是OBU上用户的私有IPv4地址时，返回报文进入到RSU的IPv4私有网络部分，并逐层向上递交，依次分离出对应层的首部，将IPv4层的报文作为返回原始IPv4报文；

返回原始IPv4报文送入到RSU的VANET私有网络部分时，在UDP层将返回原始IPv4报文封装在UDP的数据部分，同时封装上UDP首部组合成返回UDP报文发送到IPv6层，并逐层向下递交，依次封装对应层的首部，得到返回IPv6报文，再将返回IPv6最终将报文通过工作在Ad-hoc模式下的无线网卡发送出去；

(3.3)、OBU接收到RSU发送过来的返回IPv6报文后，在OBU的VANET私有网络部分进行隧道技术处理：

OBU接收到RSU发送过来的返回IPv6报文后，在OBU的VANET私有网络部分，通过向上逐层递交，依次分离出对应层的首部，在报文最终递交到UDP层时，通过对UDP层报文的数据部分判断，如果是因特网返回给车载终端设备的报文信息，则交由IPv4私有网络部分处理，否则递交到应用层处理；分离出的返回原始IPv4报文进入到OBU的IPv4私有网络部分，并逐层向下递交，依次封装对应层的首部，在报文最终递交到MAC层时，将返回原始IPv4报文封装上MAC首部作为最终返回报文，通过OBU上工作在AP模式下的无线网卡发送给车载终端设备。

所述的NAT采用端口多路复用方式实现IPv4私有网络的所有主机均可共享一个合法的外部IPv4地址。

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明基于车联网接入因特网的方法，车载终端设备通过OBU上的无线AP接入到OBU，并通过OBU与RSU组成的VANET网络，实现与因特网间的相互通信，在保证OBU与RSU之间的正常通信下，实现了车载终端设备与因特网间的通信，同时具有抗干扰、便利以及实时的性能，能够适应当前网络的需求。

同时，本发明基于车联网接入因特网的方法还具有以下有益效果：

(1)、抗干扰性强；车载终端设备通过OBU上的无线AP接入到OBU，并通过OBU与RSU组成的VANET网络，实现与因特网间的相互通信，只要在保证OBU与RSU之间的正常通信下，车载终端设备就能保持与因特网的正常通信且不受周围环境的影响。

(2)、便利性；车载单元上的用户可以通过VANET网络接入因特网浏览附近的各种商品促销、娱乐休闲、旅游景点等信息，用户在车上就能知道附近的各种信息，极大方便用户的出行选择。

(3)、实时性；在交通高峰期时，很容易发生交通拥堵，车载单元上的用户可以通过VANET网络接入到因特网实时了解前方道路的交通情况，或是通过VANET网络接收因特网上广播过来的道路交通情况，以便用户提前选择路线，有效缓解道路拥堵的情况。

附图说明

图1是本发明的网络架构图；

图2是图1中的车载单元收到发送给因特网的报文的封装流程图；

图3是图1中的路边单元收到发送给因特网的报文的解封装流程图；

图4是图1中的路边单元收到因特网返回给车载终端设备的报文的封装流程图；

图5是图1中的车载单元收到因特网返回车载终端设备的报文的解封装流程图；

图6是NAT将IPv4私有地址转换为公有地址的具体实施方式图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

为了方便描述，先对具体实施方式中出现的相关专业术语进行说明：

MAC(Medium AccessControl)：介质访问控制；

VANET(Vehicle Ad-hoc Network)：车载自组织网络；

MANET(Mobile Ad-hoc Network)：移动自组织网络；

DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)：动态主机配置协议；

OBU(On-Board Unit)：车载单元；

RSU(Roadside Unit)：路边单元；

AP模式：无线网络通过接入点桥接到有线网中，所有的无线通讯都经过AP完成；

Ad-hoc模式：指的是一组无线设备之间直接进行通讯，而不使用接入点；

NAT(NAT,Network Address Translation)：网络地址转换；

图1是本发明的网络架构图。

在本实施例中，如图1所示，将整个网络逻辑划分为Internet、IPv4私有网络(供车载终端设备使用)和VANET私有网络(供OBU、RSU间通信)，通信过程①和②分别表示IPv4私有网络内部节点向Internet外部通信和Internet外部与IPv4私有网络内部节点通信。

将每个OBU配置成DHCP服务器，并为其设置静态的IPv4地址、子网掩码和默认网关，车载终端设备向DHCP服务器申请IPv4地址时，DHCP服务器从所设置的IPv4地址范围中选择一个还没有被使用的IPv4地址进行动态分配，每个OBU上的车载终端设备均可以通过DHCP分配到一个IPv4地址，且各不相同。

车载终端设备发送报文到因特网：OBU接收到IPv4报文后，通过查询IPv4报文中的目的IPv4地址来进行处理，如果是外网地址，则IPv4报文交由RSU来处理；若是本OBU的IPv4地址则交由上层协议来处理，否则丢弃该IPv4报文；当IPv4报文中的目的IPv4地址是外网地址时，IPv4报文进入到OBU后对IPv4报文进行封装，最后由工作在Ad-hoc模式下的无线网卡发送出去；当RSU接收到OBU发送过来的报文后对其解封装，并通过以太网或是其他方式发送出去,最后将发送报文经NAT转换后发送到因特网上。

因特网返回报文给车载终端设备：因特网收到车载终端设备发送的报文后回发报文给车载终端设备，因特网回发报文首先经过NAT转换，NAT通过前面记录的传输路径信息找到接收报文的车载终端设备，并将公有IPv4地址转换成私有IPv4地址。RSU接收到返回报文后，通过查询返回报文中的目的IPv4地址来进行处理，如果是本RSU的IPv4地址，则交由传输层处理；如果是其他的私有IPv4地址，则递交给VANET私有网络发送到OBU上，否则丢弃该报文。当返回报文中的目的IPv4地址是OBU上用户的私有IPv4地址时，返回报文进入到RSU时对其进行封装，最终将报文通过工作在Ad-hoc模式下的无线网卡发送出去；当OBU接收到RSU发送过来的报文后对其进行解封装，通过OBU上工作在AP模式下的无线网卡发送给车载终端设备。

图2是图1中的车载单元收到发送给因特网的报文的封装流程图。

如图2所示，当OBU接收到目的IPv4地址为外网地址的IPv4报文后，IPv4报文进入到OBU的IPv4私有网络部分，并逐层向上递交，依次分离出对应层的首部，将IPv4层的报文作为原始IPv4报文；原始IPv4报文送入到OBU的VANET私有网络部分后，在UDP层将原始IPv4报文封装在UDP的数据部分，同时封装上UDP首部组合成UDP报文发送到IPv6层，并逐层向下递交，依次封装对应层的首部，得到IPv6报文，最后由工作在Ad-hoc模式下的无线网卡发送出去。

图3是图1中的路边单元收到发送给因特网的报文的解封装流程图。

如图3所示，当RSU接收到OBU发送过来的IPv6报文后，在RSU的VANET私有网络部分，通过向上逐层递交，依次分离出对应层的首部，在报文最终递交到UDP层时，通过对UDP层报文的数据部分判断，如果是原始IPv4报文，则交由IPv4私有网络部分处理，否则递交到应用层处理；分离出的原始IPv4报文进入到OBU的IPv4私有网络部分，并逐层向下递交，依次封装对应层的首部，在报文最终递交到MAC层时，将原始IPv4报文封装上MAC首部作为发送报文，并通过以太网或是其他方式发送出去。

图4是图1中的路边单元收到因特网返回给车载终端设备的报文的封装流程图；

如图4所示，当RSU接收到目的IPv4地址是OBU上用户的私有IPv4地址的报文后，返回报文进入到RSU的IPv4私有网络部分，并逐层向上递交，依次分离出对应层的首部，将IPv4层的报文作为返回原始IPv4报文；返回原始IPv4报文送入到RSU的VANET私有网络部分时，在UDP层将返回原始IPv4报文封装在UDP的数据部分，同时封装上UDP首部组合成返回UDP报文发送到IPv6层，并逐层向下递交，依次封装对应层的首部，得到返回IPv6报文，再将返回IPv6通过工作在Ad-hoc模式下的无线网卡发送出去。

图5是图1中的车载单元收到因特网返回车载终端设备的报文的解封装流程图。

如图5所示，OBU接收到RSU发送过来的返回IPv6报文，在OBU的VANET私有网络部分，通过向上逐层递交，依次分离出对应层的首部，在报文最终递交到UDP层时，通过对UDP层报文的数据部分判断，如果是因特网返回给车载终端设备的报文信息，则交由IPv4私有网络部分处理，否则递交到应用层处理；分离出的返回原始IPv4报文进入到OBU的IPv4私有网络部分，并逐层向下递交，依次封装对应层的首部，在报文最终递交到MAC层时，将返回原始IPv4报文封装上MAC首部作为最终返回报文，通过OBU工作在AP模式下的无线网卡发送给车载终端设备。

图6是NAT将IPv4私有地址转换为公有地址的具体实施方式图。

每个OBU上的用户都可以通过DHCP协议分配得到一个IPv4地址，且各不相同，但由于OBU上的用户分配的都是内网地址，不同OBU上的用户分配得到的IPv4地址可能相同，也可能不同，如图6所示，OBU A上的用户A与B的地址各不相同，OBU B上的用户C和D的地址也各不相同；而OBU A上的用户A(B)与OBU B上的用户C(D)地址可以相同，也可以不同。NAT采用端口多路复用方式实现IPv4私有网络的所有主机均可共享一个合法的外部IPv4地址。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (2)

1.一种车联网接入因特网的方法，其特征在于,包括以下步骤：

(1)、通过动态主机配置协议DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)给车载终端设备分配IPv4地址：

将每个车载单元OBU(On-Board Unit)配置成DHCP服务器，并为其设置静态的IPv4地址、子网掩码和默认网关，车载终端设备向DHCP服务器申请IPv4地址时，DHCP服务器从所设置的IPv4地址范围中选择一个还没有被使用的IPv4地址进行动态分配，每个OBU上的车载终端设备均可以通过DHCP分配到一个IPv4地址，且各不相同；

(2)、车载终端设备发送报文到因特网：

(2.1)、OBU对接收到的IPv4报文进行处理；

OBU接收到IPv4报文后，通过查询IPv4报文中的目的IPv4地址来进行处理，如果是外网地址，则IPv4报文交由路边单元RSU(Roadside Unit)来处理；若是本OBU的IPv4地址则交由上层协议来处理，否则丢弃该IPv4报文；

(2.2)、OBU接收到目的IPv4地址为外网地址的IPv4报文后，在车载自组织网络VANET(Vehicle Ad-hoc Network)私有网络部分进行隧道技术处理：

当IPv4报文中的目的IPv4地址是外网地址时，IPv4报文进入到OBU的IPv4私有网络部分，并逐层向上递交，依次分离出对应层的首部，将IPv4层的报文作为原始IPv4报文；

原始IPv4报文送入到OBU的VANET私有网络部分后，在UDP层将原始IPv4报文封装在UDP的数据部分，同时封装上UDP首部组合成UDP报文发送到IPv6层，并逐层向下递交，依次封装对应层的首部，得到IPv6报文，最后由工作在Ad-hoc模式下的无线网卡将IPv6报文发送出去；

(2.3)、RSU接收到OBU发送过来的IPv6报文后，在RSU的VANET私有网络部分，进行隧道技术处理：

RSU接收到OBU发送过来的IPv6报文，在RSU的VANET私有网络部分，通过向上逐层递交，依次分离出对应层的首部，在报文最终递交到UDP层时，通过对UDP层报文的数据部分判断，如果是原始IPv4报文，则交由IPv4私有网络部分处理，否则递交到应用层处理；分离出的原始IPv4报文进入到RSU的IPv4私有网络部分，并逐层向下递交，依次封装对应层的首部，在报文最终递交到MAC层时，将原始IPv4报文封装上MAC首部作为发送报文，并通过以太网或是其他方式发送出去；

(2.4)、将发送报文经网络地址转换NAT(NAT,Network Address Translation)转换后发送到因特网上；

NAT将发送报文的私有IPv4地址转换为合法的公有IPv4地址后发送到因特网，同时记录下传输路径信息；

(3)、因特网返回报文给车载终端设备：

(3.1)、因特网收到车载终端设备发送的报文后回发报文给车载终端设备；

因特网回发报文首先经过NAT转换，NAT通过前面记录的传输路径信息找到接收报文的车载终端设备，并将公有IPv4地址转换成私有IPv4地址；

(3.2)、RSU对接收到的返回报文进行处理；

RSU接收到返回报文后，通过查询返回报文中的目的IPv4地址来进行处理，如果是本RSU的IPv4地址，则交由传输层处理；如果是其他的私有IPv4地址，则递交给RSU的VANET私有网络发送到OBU上，否则丢弃该报文；

其中，在RSU的VANET私有网络部分，对返回报文进行隧道技术处理：当返回报文中的目的IPv4地址是OBU上用户的私有IPv4地址时，返回报文进入到RSU的IPv4私有网络部分，并逐层向上递交，依次分离出对应层的首部，将IPv4层的报文作为返回原始IPv4报文；

返回原始IPv4报文送入到RSU的VANET私有网络部分时，在UDP层将返回原始IPv4报文封装在UDP的数据部分，同时封装上UDP首部组合成返回UDP报文发送到IPv6层，并逐层向下递交，依次封装对应层的首部，得到返回IPv6报文，再将返回IPv6报文通过工作在Ad-hoc模式下的无线网卡发送出去；

(3.3)、OBU接收到RSU发送过来的返回IPv6报文后，在OBU的VANET私有网络部分进行隧道技术处理：

OBU接收到RSU发送过来的返回IPv6报文后，在OBU的VANET私有网络部分，通过向上逐层递交，依次分离出对应层的首部，在报文最终递交到UDP层时，通过对UDP层报文的数据部分判断，如果是因特网返回给车载终端设备的报文信息，则交由IPv4私有网络部分处理，否则递交到应用层处理；分离出的返回原始IPv4报文进入到OBU的IPv4私有网络部分，并逐层向下递交，依次封装对应层的首部，在报文最终递交到MAC层时，将返回原始IPv4报文封装上MAC首部作为最终返回报文，通过OBU上工作在AP模式下的无线网卡发送给车载终端设备。

2.根据权利要求1所述的车联网接入因特网的方法，其特征在于,所述的NAT采用端口多路复用方式实现IPv4私有网络的所有主机均可共享一个合法的外部IPv4地址。