CN109981771A - 一种基于5g技术的车路通信测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于5G技术的车路通信测试系统，采用虚拟化、软件化的方式实现网元功能，能够显著提升网络传输速率，保证车联网环境下密集的网络终端并发网络消息，满足复杂庞大的车联网应用超低时延的要求，系统云服务器采用虚拟化技术，减少服务器数量，安全性方面，通过划分多种网络切片，提供了安全隔离、高度自控的专用逻辑网络，极大提高网络安全性，保证车联网应用的信息安全和用户的数据隐私，边缘云服务器将部分业务下沉至网络边缘，能够显著增加基于路侧设备的车联网应用业务处理速度，提供更低的传输时延，测试平台能够用于验证5G技术在车联网应用中应用的实际效用，为真实场景下基于5G的车联网设备布设，网络设计提供支持。

Description

一种基于5G技术的车路通信测试系统及测试方法

技术领域

本发明属于车联网技术领域，涉及一种车路通信测试平台及测试方法，尤其是一种基于5G技术的车路通信测试系统及测试方法。

背景技术

近年来，由于汽车数量的持续增长导致的交通安全、出行效率、环境保护问题日益突出，使得车联网相关领域的研究和发展受到了广泛关注。车联网的核心技术——V2X无线通信技术，可以实现单一汽车在智能化发展方面难以完成的非视距感知、车辆信息共享等技术。目前，国际上成熟的V2X无线通信技术是基于IEEE 802.11p的专用短程通信技术。但该技术存在通信距离较短，网络容量较小，非视距条件下通信质量难以保证的问题。与其相比， 5G(第五代移动通信)技术同时兼具低时延(低至1ms)、高可靠性(达 99.99％)、大容量、复杂非视距环境下通信质量保证等优点。因此，越来越多的研究机构和学者将目光投向基于5G的车联网技术，但目前还没有关于 5G网络下车联网的测试技术系统和测试方法，为此，实现针对车联网技术下，对5G网络性能的测试和科学评估，是加快5G运用于车联网产业化、商用化的重要前提。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于5G技术的车路通信测试系统及测试方法，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于5G技术的车路通信测试系统，包括5G核心网、云服务器、5G 基站、测试道路和车载单元；5G基站设置于测试道路路侧；

5G核心网采用NFV技术与SDN技术在通用的商用服务器上通过软件来实现网元功能，实现云服务器与车载单元之间的数据交换；

云服务器用于任务启动并向车载单元发送控制信号以及采用NFV技术用于将各种功能划分成不同切片，实现切片数据处理；

5G基站用于无线接入点的中继转发，协助车载单元与5G核心网通信，同时用于路侧单元在高速运行的环境下与车载单元实时通信并通过广播的方式向所在范围内车辆发布交通信息和为车载单元提供定位；

测试道路为测试车辆提供测试场地，并且在测试道路上设有用于获取测试场景实时视频图像的摄像机；

车载单元用于接收云服务器控制信号并根据控制信号选择测试场景控制车辆按照设定程序运行并将运行信息反馈至云服务器。

进一步的，云服务器包括5G核心云服务器及5G边缘云服务器；

5G核心云服务器包括接入和移动管理切片、会话管理切片以及用户面管理切片；接入和移动管理切片负责终端的移动性和接入管理；会话管理切片负责会话管理；用户面管理切片负责对用户面功能管理；

5G边缘云服务器包括Web切片、PDN切片、视频监控切片、数据存储切片以及数据处理切片，Web切片负责整个系统的信息设置和查询处理；PDN 切片负责整个公共网络的交换服务和数据分发；视频监控切片负责车路通信测试试验场内的视频数据采集，对现场外围视频采集设备进行控制，实现收集现场数据并进行转发的目的；数据存储切片将数据进行集中存储，采用磁盘阵列进行数据存储；数据处理切片对现场车载单元收集的数据进行处理、分析和转发。

进一步的，5G核心网遵循控制面和用户面分离原则，5G核心网控制面功能由5G核心云服务器完成执行，5G核心网用户面其中一部分功能由5G 核心云服务器完成执行，5G核心网用户面另一部分功能下沉至5G边缘云服务器完成执行。

进一步的，5G基站基于多天线大规模输入输出技术，5G基站装有128 根天线构成多组天线阵列，天线阵列的阵元间隔为接收波长的一半。

进一步的，车载单元包括本地应用单元、通信控制单元、中间件单元和物理天线单元；本地应用单元用于根据测试用户的测试需求选择测试项目场景；通信控制单元用于控制本地应用单元与中间件单元的数据传输，同时保障信息交互的链路质量；中间件单元用于屏蔽通信物理底层差异，为通信控制单元提供统一接口；物理天线单元用于与5G基站之间的通信以及其他车载单元的通信。

进一步的，通信控制单元包括通信控制模块和数据传输模块。

进一步的，中间件单元包括5G射频驱动模块、定位驱动模块、5G射频模块和定位模块。

进一步的，物理天线单元包括5G天线和GPS天线。

一种基于5G技术的车路通信测试系统的车路通信测试方法，包括以下步骤：

步骤1)将载有车载单元的测试车移动到测试场地中；

步骤2)完成设备软件初始化，确认网络连接正常后等待测试开始；

步骤3)云服务器启动任务，根据测试项目将控制信号发送至车载单元，车载单元根据控制信号指令完成测试任务，车载单元同时记录车辆行驶信息并反馈至云服务器直至完成测试任务；

步骤4)将5G边缘云服务器存储的所有数据及日志传输到计算机上进行分析处理，从而得到测试结果

进一步的，测试项目包括5G车联网车路通信测试、5G车联网车车通信测试和5G车联网应用功能测试；

5G车联网车路通信测试：

步骤1-1)5G边缘云服务器以车载单元为目标不断发送32KB大小UDP 数据包以进行iperf灌包测试，将测得的包含网络吞吐量以及丢包率的数据文件交予数据存储切片存储记录，绕场行驶两周后中断测试；

步骤1-2)5G边缘云服务器向车载单元提出连续ping请求，不断发送 32字节大小数据并将测得的时延数据交予数据处理切片进行处理，并将结果送至数据存储切片进行存储记录，完成测试；

5G车联网车车通信测试：

步骤2-1)开展5G车联网车车通信测试，进行iperf服务器端及客户端配置，进一步选择测试场景，所述测试场景包括车辆跟驰场景及车辆会车场景，两辆搭载车载单元的测试车即A车与B车根据选择场景所要求的速度和方向行驶；

步骤2-2)A车以B车车载单元为目标不断发送32KB大小UDP数据包以进行iperf灌包测试，将包含网络吞吐量以及丢包率的数据文件上传至5G 边缘云服务器交予数据处理切片完成数据处理，绕场行驶两周后中断测试；

步骤2-3)A车向B车的车载单元提出连续ping请求，不断发送32字节大小数据并将测得的时延数据交付数据处理切片进行处理，并将结果送至数据存储切片进行存储记录，完成测试；

5G车联网应用功能测试：

步骤3-1)开展5G车联网应用功能测试，两辆搭载车载单元的测试车，一辆车作为领航车辆，另一辆车作为后方车队车辆，按照应用场景要求行驶；

步骤3-2)领航车辆根据测试用户输入的目的地地址向5G边缘云服务器请求导航；

步骤3-3)行驶过程中，前车向后车不断发送自身行驶状态信息以及控制命令；

步骤3-4)到达目的地前，整个车队车辆向5G边缘云服务器实时发送包括位置信息、速度、加速度、车况的行驶状态信息，到达目的地后，将数据存储记录。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种基于5G技术的车路通信测试系统，包括5G核心网、云服务器、5G基站、测试道路和车载单元；通过5G核心网采用NFV技术与SDN 技术在通用的商用服务器上通过软件来实现网元功能，实现云服务器与车载单元之间的数据交换；采用虚拟化、软件化的方式实现网元功能，能够显著提升网络传输速率，保证车联网环境下密集的网络终端并发网络消息，满足复杂庞大的车联网应用超低时延的要求，系统云服务器采用虚拟化技术，减少服务器数量，安全性方面，通过划分多种网络切片，提供了安全隔离、高度自控的专用逻辑网络，极大提高网络安全性，保证车联网应用的信息安全和用户的数据隐私，边缘云服务器将部分业务下沉至网络边缘，能够显著增加基于路侧设备的车联网应用业务处理速度，提供更低的传输时延，测试平台能够用于验证5G技术在车联网应用中应用的实际效用，为真实场景下基于5G的车联网设备布设，网络设计提供支持。

一种基于5G技术的车路通信测试方法，利用5G超大容量和超低时延的优点，对未来5G车联网交通应用的设计和开发工作提供参考，满足在车路通信领域进行5G性能测试的需求，基于本发明的测试方法，5G车联网测试人员可以在测试平台上系统地测试5G网络的通信性能，基于真实环境的统一标准测试可以为测试者提供可靠的测试数据，极大促进5G网络在车路通信领域的研究与应用。

附图说明

图1是基于5G技术的车路通信测试平台总体结构图。

图2是车载单元数据交互功能模块图。

图3是本发明车联网通信测试平台工作流程图。

图4是本发明车路通信性能测试流程图。

图5是本发明车车通信性能测试流程图。

图6是本发明5G车联网应用——编队行驶测试流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于5G技术的车路通信测试系统及测试方法，本方法将第5代移动通信技术引入车联网系统中，提供一种真实环境下的车路通信测试平台及测试方法，对车路信息交互过程中的网络性能参数进行量化评估，为基于5G的车联网安全与非安全的交通应用提供核心技术参数，为提高车联网通信网络性能提供一种全新的技术，为车路通信应用提供一种崭新的思路和验证平台。

如图1所示，一种基于5G技术的车联网通信测试系统，包括5G核心网、 5G核心云服务器、5G边缘云服务器、5G基站、测试道路和车载单元；5G 核心网、5G核心云服务器、5G边缘云服务器部署在通用商用服务器上，通过网络功能虚拟化(NFV，Network FunctionVirtualization)技术和软件定义网络(SDN，Software Defined Network)技术连接内部虚拟机，SDN控制器执行映射，建立5G核心网、5G核心云服务器及5G边缘云服务器之间的连接；5G基站的无线信号覆盖整个测试道路；测试道路上通过龙门架安装有高清摄像头，高清摄像头与5G边缘云服务器连接；车载单元安装在测试车辆上，车载单元通过无线方式与5G基站实现信息交互。

5G核心网

5G核心网放置在距离5G基站半径5m内的机房内，5G核心网采用NFV 技术与SDN技术在通用的商用服务器上通过软件来实现网元功能；实现云服务器和车载单元数据交换；

云服务器

云服务器包括5G核心云服务器及5G边缘云服务器，云服务器采用NFV 技术将各种功能划分成不同切片，如图1所示，5G核心云服务器包括接入和移动管理切片、会话管理切片以及用户面管理切片；接入和移动管理切片负责终端的移动性和接入管理；会话管理切片负责会话管理；用户面管理切片负责对用户面功能管理；5G边缘云服务器包括Web切片、PDN切片、视频监控切片、数据存储切片以及数据处理切片，Web切片负责整个系统的信息设置和查询处理；PDN切片负责整个公共网络的交换服务和数据分发；视频监控切片负责车路通信测试试验场内的视频数据采集，对现场外围视频采集设备进行控制，达到收集现场数据并进行转发的目的；数据存储切片将数据进行集中存储，采用磁盘阵列进行数据存储，确保数据的可靠性；数据处理切片对现场车载单元收集的数据进行处理、分析和转发；

5G核心网遵循控制面和用户面分离原则，5G核心网控制面功能由5G 核心云服务器完成执行，5G核心网用户面其中一部分功能由5G核心云服务器完成执行，5G核心网用户面另一部分功能下沉至5G边缘云服务器完成执行，加快了处理速度；

5G基站

5G基站设置于测试道路场边，本申请具体设置距离为150m，如图1所示。基于多天线大规模输入输出技术，5G基站装有128根天线，构成多组天线阵列，天线阵列的阵元间隔为接收波长的一半，天线阵列高约28.3cm。天线放置在距离5G基站半径5m内的机房外，天线挂高25m，基站供电线缆与光纤经馈线窗进入室内机房，电源线连接至直流分配单元；5G基站不仅用于无线接入点的中继转发功能，协助车与互联网通信，还用于担当路侧单元(RSU，Road Side Unit)在高速运行的环境下与车载单元(OBU，On board Unit)实时通信并通过广播的方式向所在范围内车辆发布交通信息，还能提供精确定位，使OBU在非视距(NLOS，Non-Line of Sight)复杂环境下减少定位误差。

测试道路

测试道路为全长2.4km的高速环形跑道，测试车道宽8m，设计时速120 公里，位于车路通信测试场地内。测试场地东西长1100米，南北宽260米；在高速环形跑道中四等分位置设置四个路侧机箱，用于强、弱电的接入，在距离5G基站100m处安装车道龙门架，龙门架宽8m，高3.4m，横跨在测试车道上方，龙门架上安装有高清摄像机可将测试场景实时视频图像通过5G 无线信号上传至5G边缘云服务器的视频监控切片；龙门架上安装车速提示牌。车速提示牌作为车速提醒标志，提醒测试驾驶员实时车速，用于提醒驾驶员测试过程中的测试车速，驾驶员可根据车速提示牌信息校验当前测试车速。

车载单元

车载单元包括本地应用单元、通信控制单元、中间件单元和物理天线单元，如图2所示。本地应用单元、通信控制单元和中间件单元设置在车载单元的控制机中，物理天线单元设置在车载单元中的物理天线中。本地应用单元用于根据测试用户的测试需求选择测试项目场景；通信控制单元包括通信控制模块和数据传输模块，通信控制单元用于控制本地应用单元与中间件单元的数据传输，同时保障信息交互的链路质量；中间件单元包括5G射频驱动模块、定位驱动模块、5G射频模块和定位模块；中间件单元介于通信控制单元和物理天线单元之间，用于屏蔽通信物理底层差异，为通信控制单元提供统一接口；物理天线单元包括5G天线和GPS天线，用于与5G基站之间的通信以及其他车载单元的通信；车载单元软件由预装在控制机内的一系列 5G车联网测试软件组成，负责在测试过程中对测试数据进行发送、接收和信令追踪以及数据的输入与输出，操作人员与车载单元可以进行人机交互，人为选择各种5G车联网测试功能。

车路通信测试系统中的5G核心网、5G核心云服务器、5G边缘云服务器及视频监控管理平台均为室内设备，放置在距离5G基站半径5m内的机房内。机房占地25平方米，除放置车路通信测试平台室内关键设备外，还需配备防火墙设备、机柜、机柜电源、视频监控管理监控屏、空调设备、通风设备、消防设备。

上述基于5G技术的车联网通信测试平台工作流程如图3所示，包括：

步骤1-1)系统内硬件设备加电启动，将载有车载单元的测试车移动到测试场地中；

步骤1-2)完成设备软件初始化，确认网络连接正常后等待测试开始；

步骤2-1)开展5G车联网车路通信测试，进行iperf服务器端及客户端配置，测试车按照测试项目要求的速度与方向沿测试车道行驶；

步骤2-2)5G边缘云服务器以车载单元为目标不断发送32KB大小UDP 数据包以进行iperf灌包测试，将测得的包含网络吞吐量以及丢包率的数据文件交予数据存储切片存储记录，绕场行驶两周后中断测试；

步骤2-3)5G边缘云服务器向车载单元提出连续ping请求，不断发送 32字节大小数据并将测得的时延数据交予数据处理切片进行处理，并将结果送至数据存储切片进行存储记录；

步骤3-1)开展5G车联网车车通信测试，进行iperf服务器端及客户端配置，进一步选择测试场景，所述测试场景包括车辆跟驰场景及车辆会车场景，两辆搭载车载单元的测试车即A车与B车根据选择场景所要求的速度和方向行驶；

步骤3-2)A车以B车车载单元为目标不断发送32KB大小UDP数据包以进行iperf灌包测试，将包含网络吞吐量以及丢包率的数据文件上传至5G 边缘云服务器交予数据处理切片完成数据处理，绕场行驶两周后中断测试；

步骤3-3)A车向B车的车载单元提出连续ping请求，不断发送32字节大小数据并将测得的时延数据交付数据处理切片进行处理，并将结果送至数据存储切片进行存储记录；

步骤4-1)开展5G车联网应用功能测试，两辆搭载车载单元的测试车，一辆车作为领航车辆，另一辆车作为后方车队车辆，按照应用场景要求行驶；

步骤4-2)领航车辆根据测试用户输入的目的地地址向5G边缘云服务器请求导航；

步骤4-3)行驶过程中，前车向后车不断发送自身行驶状态信息以及控制命令；

步骤4-4)到达目的地前，整个车队车辆向5G边缘云服务器实时发送包括位置信息、速度、加速度、车况的行驶状态信息，到达目的地后，将所有数据存储记录；

步骤5)将5G边缘云服务器存储的所有数据及日志传输到计算机上进行分析处理，从而得到详细的测试结果。

在本发明的测试方法中，测试项目包括车路通信性能测试，车车通信性能测试，5G车联网应用——编队行驶测试；所述车路通信性能测试内容包括：车载单元和5G边缘云服务器在车辆运动期间的无线网络性能，具体性能指标包括网络的吞吐量，传输时延和丢包率；所述车车通信性能测试包括：跟驰场景通信测试、会车场景通信测试，测试内容包括：两台搭载车载设备的车辆运动期间的无线网络性能。具体性能指标包括网络的吞吐量，传输时延和丢包率；所述编队行驶是指基于高精度定位、V2X技术实现的车辆按照一定的秩序和规则编队行进，后车通过得到的前车信息进行加速或减速以保持极小跟驰距离(2-5m)，从而降低燃油消耗以及二氧化碳的排放。其测试内容包括：车队实时车辆行驶状态信息，所述行驶状态信息包括位置信息、速度、加速度、车况。

以下进行详细举例说明：

1)车路通信性能测试

测试对象是车载单元和5G边缘云服务器在车辆运动期间的无线网络性能。具体性能指标包括网络的吞吐量，传输时延和丢包率。

预制条件：系统加电完毕并正常运行，车载单元与基站网络连接正常，并成功附着。5G边缘云服务器运行iperf客户端，车载单元运行iperf服务器端。

车路通信性能测试流程如图4所示，具体测试包括以下步骤：

a)车载单元运行iperf服务器端，输入命令iperf-s-u-p 9999以在本机端口9999上启动iperf服务器端，并运行于udp模式；5G边缘云服务器端运行iperf客户端，输入命令iperf-c 59.74.140.117(server-ip)-p 9999-i 1-u以实现iperf客户端向iperf服务器端发送32KB大小的UDP数据包；

b)在测试道路上，测试车以30km/h的恒定速度行驶；

c)5G边缘云服务器以车载单元为目标进行iperf灌包测试；

d)5G边缘云服务器记录车载单元的下载速度，将测试数据交予数据处理切片进行处理分析；数据处理切片将处理后数据交给数据存储切片进行存储记录；

e)在围绕试验场地两周后中断iperf测试；

f)5G边缘云服务器向车载单元提出连续ping请求，输入命令ping-t59.74.140.117(server-ip)实现5G边缘云服务器端向车载单元不断发送32 字节大小数据直至按下Ctrl+C结束，将ping测试结果回传至5G边缘云服务器数据处理切片；

g)数据处理切片根据ping原始数据计算出网络时延，并将所有数据交予数据存储切片存储记录；

h)将测试速度提高30km/h，重复(a)-(f)，直到完成120km/h速度的测试，记录系统吞吐量、传输时延以及丢包率；

i)5G边缘云服务器根据以上获得数据绘制出速度-吞吐量变化曲线，速度-传输时延变化曲线，速度-丢包率变化曲线。

2)车车通信性能测试

测试对象是两台车载设备车辆运动期间的无线网络性能。具体性能指标包括网络的吞吐量，传输时延和丢包率。

预制条件：系统加电完毕并正常运行，两辆车上搭载的5G终端网络连接正常。其中A车的车载单元运行iperf客户端，B车的车载单元运行服务器端，并响应A车车载单元的ping请求。

车车通信性能测试流程如图5所示，具体测试包括以下步骤：

A.两测试车在车辆跟驰场景下进行车车通信时的吞吐量、传输时延和丢包率的测试。

a)B车的车载单元运行服务器端，输入命令iperf-s-u-p 9999以在本机端口9999上启动iperf，并运行于udp模式；A车的车载单元运行iperf客户端，输入命令iperf-c59.74.140.117(server-ip)-p 9999-i 1-u以实现iperf客户端向iperf服务器端发送32KB大小的UDP数据包；

b)在测试道路上，A、B两车一前一后在同一车道以30km/h的恒定速度，保持安全跟车距离，同向行驶；

c)A车以B车车载单元为目标进行iperf灌包测试；

d)B车车载单元记录下载速度，并将数据信息交予5G边缘云服务器数据处理切片进行处理，数据处理切片将处理后数据交予数据存储切片存储记录；

e)在围绕试验场地两周后中断iperf测试；

f)A车向B车的车载单元提出连续ping请求，输入命令ping-t 59.74.140.117(server-ip)实现A车向B车车载单元不断发送32字节大小数据直至按下Ctrl+C结束，将ping测试结果上传至5G边缘云服务器数据处理切片；

g)数据处理切片根据ping原始数据计算出网络时延，并将所有数据交予数据存储切片存储记录；

h)将测试速度提高30km/h，重复(a)-(f)，直到完成120km/h速度的测试，记录系统吞吐量、传输时延以及丢包率；

i)5G边缘云服务器根据以上获得数据绘制出速度-吞吐量变化曲线，速度-传输时延变化曲线，速度-丢包率变化曲线。

B.两测试车在车辆会车场景下进行车车通信时的吞吐量、传输时延和丢包率的测试：

a)B车的车载单元运行服务器端，输入命令iperf-s-u-p 9999以在本机端口9999上启动iperf，并运行于udp模式。A车的车载单元运行iperf客户端，输入命令iperf-c59.74.140.117(server-ip)-p 9999-i 1-u以实现iperf客户端向iperf服务器端发送32KB大小的UDP数据包；

b)在测试道路上，A、B两车以30km/h的恒定速度反向环绕场地行驶；

c)A车以B车车载单元为目标进行iperf灌包测试；

d)B车车载单元记录下载速度，并将数据信息交予5G边缘云服务器数据处理切片进行处理，数据处理切片将处理后数据交予数据存储切片存储记录；

e)在围绕试验场地两周后中断iperf测试；

f)A车向B车的车载单元提出连续ping请求，输入命令ping-t 59.74.140.117(server-ip)实现A车向B车车载单元不断发送32字节大小数据直至按下Ctrl+C结束，将ping测试结果上传至5G边缘云服务器数据处理切片；

g)数据处理切片根据ping原始数据计算出网络时延，并将所有数据交予数据存储切片存储记录；

h)将测试速度提高30km/h，重复(a)-(f)，直到完成120km/h速度的测试，记录系统吞吐量、传输时延以及丢包率；；

i)5G边缘云服务器根据以上获得数据绘制出速度-吞吐量变化曲线，速度-传输时延变化曲线，速度-丢包率变化曲线。

3)5G车联网应用-编队行驶。

测试对象是车队实时车辆行驶状态信息，所述行驶状态信息包括位置信息、速度、加速度、车况。

预置条件：整个车队搭载有车载单元，5G边缘云服务器具备提供本地数据业务功能，如本地高精度地图下载，车辆信息及路侧信息发布等。

5G车联网典型应用——编队行驶测试流程如图6所示，具体包括以下步骤：

a)整个车队所有车辆向5G核心云服务器请求时间同步；

b)领航车辆通过车载单元向5G边缘云服务器发出本地高精度地图请求；

c)5G边缘云服务器作出响应，领航车下载本地高精度地图；

d)领航车向5G边缘云服务器发送目的地地址，请求导航；

e)5G边缘云服务器根据当前路况等环境信息规划行驶路线，并将路线发送给领航车辆；

f)领航车辆带领整个车队根据规划行驶路线行驶；

g)行驶期间，前方车辆不断向后方车辆发送自身行驶状态信息以及控制命令；

h)后方车辆接收到信息后，调整车速，与前车保持极小跟驰距离(2-5m)；

i)整个车队车辆在测试开始后不断向5G边缘云服务器发送自身行驶状态信息直至到达目的地；

j)5G边缘云服务器根据以上获得数据绘制出位置-时间曲线，速度-时间曲线，加速度-时间曲线。

以下给出本发明中涉及的专业缩略语：

第五代移动网络(5th Generation Mobile Networks，简称5G)

网络功能虚拟化(Network Function Virtualization，简称NFV)

软件定义网络(Software Defined Network，简称SDN)

公共数据网(Public Data Network，简称PDN)

路侧单元(Road Side Unit，简称RSU)

车载单元(On Board Unit，简称OBU)

非视距(Non-Line of Sight，简称NLOS)

移动边缘计算(Mobile Edge Computing，简称MEC)

网络性能分析工具(Internet Performance Analysis Tools，简称iperf)。

Claims (10)

1.一种基于5G技术的车路通信测试系统，其特征在于，包括5G核心网、云服务器、5G基站、测试道路和车载单元；5G基站设置于测试道路路侧；

5G核心网采用NFV技术与SDN技术在通用的商用服务器上通过软件来实现网元功能，实现云服务器与车载单元之间的数据交换；

云服务器用于任务启动并向车载单元发送控制信号以及采用NFV技术用于将各种功能划分成不同切片，实现切片数据处理；

5G基站用于无线接入点的中继转发，协助车载单元与5G核心网通信，同时用于路侧单元在高速运行的环境下与车载单元实时通信并通过广播的方式向所在范围内车辆发布交通信息和为车载单元提供定位；

测试道路为测试车辆提供测试场地，并且在测试道路上设有用于获取测试场景实时视频图像的摄像机；

车载单元用于接收云服务器控制信号并根据控制信号选择测试场景控制车辆按照设定程序运行并将运行信息反馈至云服务器。

2.根据权利要求1所述的一种基于5G技术的车路通信测试系统，其特征在于，云服务器包括5G核心云服务器及5G边缘云服务器；

5G核心云服务器包括接入和移动管理切片、会话管理切片以及用户面管理切片；接入和移动管理切片负责终端的移动性和接入管理；会话管理切片负责会话管理；用户面管理切片负责对用户面功能管理；

5G边缘云服务器包括Web切片、PDN切片、视频监控切片、数据存储切片以及数据处理切片，Web切片负责整个系统的信息设置和查询处理；PDN切片负责整个公共网络的交换服务和数据分发；视频监控切片负责车路通信测试试验场内的视频数据采集，对现场外围视频采集设备进行控制，实现收集现场数据并进行转发的目的；数据存储切片将数据进行集中存储，采用磁盘阵列进行数据存储；数据处理切片对现场车载单元收集的数据进行处理、分析和转发。

3.根据权利要求2所述的一种基于5G技术的车路通信测试系统，其特征在于，5G核心网遵循控制面和用户面分离原则，5G核心网控制面功能由5G核心云服务器完成执行，5G核心网用户面其中一部分功能由5G核心云服务器完成执行，5G核心网用户面另一部分功能下沉至5G边缘云服务器完成执行。

4.根据权利要求1所述的一种基于5G技术的车路通信测试系统，其特征在于，5G基站基于多天线大规模输入输出技术，5G基站装有128根天线构成多组天线阵列，天线阵列的阵元间隔为接收波长的一半。

5.根据权利要求1所述的一种基于5G技术的车路通信测试系统，其特征在于，车载单元包括本地应用单元、通信控制单元、中间件单元和物理天线单元；本地应用单元用于根据测试用户的测试需求选择测试项目场景；通信控制单元用于控制本地应用单元与中间件单元的数据传输，同时保障信息交互的链路质量；中间件单元用于屏蔽通信物理底层差异，为通信控制单元提供统一接口；物理天线单元用于与5G基站之间的通信以及其他车载单元的通信。

6.根据权利要求5所述的一种基于5G技术的车路通信测试系统，其特征在于，通信控制单元包括通信控制模块和数据传输模块。

7.根据权利要求5所述的一种基于5G技术的车路通信测试系统，其特征在于，中间件单元包括5G射频驱动模块、定位驱动模块、5G射频模块和定位模块。

8.根据权利要求5所述的一种基于5G技术的车路通信测试系统，其特征在于，物理天线单元包括5G天线和GPS天线。

9.一种基于权利要求1所述的一种基于5G技术的车路通信测试系统的车路通信测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)将载有车载单元的测试车移动到测试场地中；

步骤2)完成设备软件初始化，确认网络连接正常后等待测试开始；

步骤3)云服务器启动任务，根据测试项目将控制信号发送至车载单元，车载单元根据控制信号指令完成测试任务，车载单元同时记录车辆行驶信息并反馈至云服务器直至完成测试任务；

步骤4)将5G边缘云服务器存储的所有数据及日志传输到计算机上进行分析处理，从而得到测试结果。

10.根据权利要求9所述的一种基于5G技术的车路通信测试方法，其特征在于，测试项目包括5G车联网车路通信测试、5G车联网车车通信测试和5G车联网应用功能测试；

5G车联网车路通信测试：

步骤1-1)5G边缘云服务器以车载单元为目标不断发送32KB大小UDP数据包以进行iperf灌包测试，将测得的包含网络吞吐量以及丢包率的数据文件交予数据存储切片存储记录，绕场行驶两周后中断测试；

步骤1-2)5G边缘云服务器向车载单元提出连续ping请求，不断发送32字节大小数据并将测得的时延数据交予数据处理切片进行处理，并将结果送至数据存储切片进行存储记录，完成测试；

5G车联网车车通信测试：

步骤2-1)开展5G车联网车车通信测试，进行iperf服务器端及客户端配置，进一步选择测试场景，所述测试场景包括车辆跟驰场景及车辆会车场景，两辆搭载车载单元的测试车即A车与B车根据选择场景所要求的速度和方向行驶；

步骤2-2)A车以B车车载单元为目标不断发送32KB大小UDP数据包以进行iperf灌包测试，将包含网络吞吐量以及丢包率的数据文件上传至5G边缘云服务器交予数据处理切片完成数据处理，绕场行驶两周后中断测试；

步骤2-3)A车向B车的车载单元提出连续ping请求，不断发送32字节大小数据并将测得的时延数据交付数据处理切片进行处理，并将结果送至数据存储切片进行存储记录，完成测试；

5G车联网应用功能测试：

步骤3-1)开展5G车联网应用功能测试，两辆搭载车载单元的测试车，一辆车作为领航车辆，另一辆车作为后方车队车辆，按照应用场景要求行驶；

步骤3-2)领航车辆根据测试用户输入的目的地地址向5G边缘云服务器请求导航；

步骤3-3)行驶过程中，前车向后车不断发送自身行驶状态信息以及控制命令；

步骤3-4)到达目的地前，整个车队车辆向5G边缘云服务器实时发送包括位置信息、速度、加速度、车况的行驶状态信息，到达目的地后，将数据存储记录。