基于CAN总线测试思路的V2X测试方法探索

徐敏星　张武　杜迎军　何旭　王娇

摘 要：V2X（Vehicle To Everything）技术作为智能交通的关键技术，通过车与车、车与路边设备的直连通信，实现车与周围环境之间的信息交流。对于提升交通效率，降低交通事故有明显的帮助。本文主要基于CAN总线测试方法对V2X测试关注点及测试方法进行研究，为后续V2X测试工作提供参考。

关键词：直连通信;V2X测试;智能交通

1 引言

当前手机及其他终端的通信都是通过基站来进行转发实现的，即手机发送的信号都是先发送到基站，然后再由基站发送到另一端。经过基站的中转，无疑会增加通信的时延。为了实现车辆之间及环境的信息交流以及最大化的优化通信时延，V2X技术运用而生。V2X是Vehicle to everything的简称，是一系列技术的集合，类似于自动驾驶技术。自动驾驶技术并不是某一项具体技术的名称而是通过一系列的技术来达到自动驾驶的目的。同样V2X也并不是某一项具体的技术，而是通过一系列的技术来达到车与外界的互联，实现车与车、车与基础设施、车与行人、车与云等之间的信息交流。2018年11月工信部确定以5.9G频段作为基于LTE（Long Term Evolution）的V2X技术的车联网直连通信工作频段。直连通信的优势在于不通过基站，大大降低了信号传输的时延，能够快速感知周边环境并做出响应。V2X技术的最早应用是在2006年，由通用汽车公司在一辆凯迪拉克上做展示。从那之后，其他的汽车制造商和汽车配套产品供应商都纷纷开始研究这项技术。受于3G、4G通讯的时延，V2X技术一直不愠不火，根本无法与自动驾驶技术来媲美。目前，5G通訊的快速发展，其高速率、低时延等优点给V2X的发展带来了新机遇。

直连通信技术作为V2X的核心技术，承载了车与周围环境之间的信息交流，直连通信的准确性、稳定性、时效性以及安全性决定了V2X技术能给我们整个交通系统带来多大的改善。一项新技术从提出到成熟再到大规模商用，必然得经过大量的实验来验证，尤其对于此类与行车安全相关的技术。假如一台车载OBU（On Board Unit）未遵循相应的开发协议，则无法与周围环境进行信息交流，更甚者如果被不法分子攻击，则可能会产生交通事故，所以对V2X必须进行大量的实验测试。本文主要基于CAN（Controller Area Network）总线思维对V2X直连通信测试方法进行探索。

2 通过CAN总线思维来看V2X技术

利用CAN总线实现了各个车载ECU（Electronic Control Unit）之间的数据传输，使整车根据各个子系统的工作状态来协调工作，达到高效、稳定、安全的运行。如果将道路上行驶的车辆及路边设备看作为一个个子系统，则可以通过直连通信技术实现每个子系统之间的信息交互，从而达到协调工作。不同的是，CAN总线是承载车辆内部的信息交换，而V2X直连通信技术是承载本车与周围车辆及路边设施之间的信息交换。虽然应用范围不同，但两者都是信息传递的媒介，存在很大的共性。例如，V2X直连通信技术与CAN总线技术都是广播式发送，会将需要发送的信息广播给周围的所有节点。

由于是广播式发送，连接到CAN总线上的任何一个节点不需要任何安全认证均可以接收到其他ECU发送的数据。当前车载ECU的CAN总线测试思路主要是基于仿真一个节点接收被测ECU发送的CAN报文，再通过上位机软件解析来展开。围绕这个思路就可以进行CAN协议一致性及软件逻辑的测试。如果干扰发送端或者干扰发送过程，就可以测试在不同环境下传输的稳定性。通过仿真节点向被测端发送特定内容的CAN报文后通过监测被测端的数据变化来测试软件逻辑的正确性。

基于两者相同的消息传播方式，我们完全可以参考CAN总线的测试方法。通过添加一个处于相同频段的接收节点来接收发送端发送的数据，然后再通过电脑解析及监测接收端接收到的数据来对发送端进行测试。

3 CAN总线测试思维带来的启发

直连通信的数据发送方式也是广播式发送，借鉴车载ECU的测试思路，可以通过仿真单元来接收车载单元或者路侧单元发送的消息，并搭配解析工具来进行相应的测试。CAN总线的数据是通过物理媒介来传输的，而直连通信技术是通过空口来传输的，仍然有一些差异，所以在搭建测试环境时需要注意以下事项：

1）确保周围无其他设备在以5.9G频段发送数据，避免由于存在多台设备发送数据造成的数据干扰。

2）由于是空口传输，不同设备之间的数据传输会加入安全认证，所以需要发送端设备与接收端设备能够进行安全认证或者测试时关闭安全认证。

3）发送端与接收端已锁定了基于GNSS（Global Navigation Satellite System）的位置，并完成与GNSS时钟同步。

基于此环境我们可以进行如下方向的测试：

1）在发送端发送带以GPS时间为基准的时间戳的数据包，发送端通过直连通信技术发送给接收端即仿真接收单元，在接收端将数据包中内容解析后，根据接收端与发送包中的时间戳的差值，测量端到端的传输时延。

2）通过配置发送端的DSM（Dedicated Short Message）消息中的DSMP（Dedicated Short Message Protocol）版本号信息、应用标识信息（AID）、数据长度信息、高层数据实体信息等内容后，在接收端解析后判断是否满足GB/T31024.3-2019标准中的要求。

3）《合作式智能运输系统-车用通信系统应用层及应用数据交互标准》中定义了5种最基本的应用层交互数据集，分别为BSM（Basic Safety Message）、MAP（Map Data）、 RSI（Road Side Information）、RSM（Road Side Safety Message）、SPAT（Signal Phase and Timing Message）。不同交通参与者通过这5种不同数据集的收发构建起了整个智能交通系统，对这些数据集的验证非常重要。通过在接收端解析收到的数据集来验证应用层软件开发是否满足数据集格式要求。

4）虚拟节点发送数据到待测设备，通过对待测设备中周期发送的消息集的检测和解析来判断处理策略的准确性。

5）由于是空口传输，我们更应该关注受到外界电磁干扰时的抗干扰性。在外界施加不同程度的电磁干扰，当发送端在稳定发送数据时，通过监测虚拟节点的接收情况来测试数据传输的稳定性。

无论是CAN总线测试还是V2X直连通信技术测试，作为对发送端数据进行收发及解析的仿真节点是测试环境中重要的环节。对于CAN总线测试，目前有大量的工具可以作为仿真节点进行CAN报文的收发，而且还有很成熟的PC（Personal Computer）软件来进行解析及仿真。目前，由于V2X的前沿性及专业性，测试工作还处于探索当中，可以用作仿真节点进行数据收发的工具比较少。在此推荐两种可以作为仿真节点的方法。首先，使用标准的OBU设备来作为接收端，将标准OBU设备与电脑连接，通过监测接收到的消息包并进行手动解析来对发送端进行测试。此种方法成本较低、易于操作，但是仅可以测试网络层及应用层的功能，而且对于作为接收端的OBU要求较高，作为检验工具必须通过更深层次测试确保接收端完全符合标准。另一种方法，可以使用CMW500等支持V2X测试的仪表作为仿真节点，以仪表作为仿真节点是最优的方案，也是目前业界最专业的方案，可以进行从物理层到应用层的完整测试，但是此方案成本较大。

4 总结

综上，在5G技术的背景下V2X业务将来必然会在智能交通领域发挥强大的影响力。随着V2X技术的逐渐成熟，V2X业务的测试能力则对加速V2X落地至关重要。虽然CAN总线的通讯方式与V2X直连通信技术在传输媒介及遵循的协议方面有差异，但是基于两者的相似点我们仍然可以借鉴传统CAN总线的测试思路，来规划V2X直连通信技术的测试方案。

参考文献：

[1]张亚萍，权建刚，徐浩宇，V2X测试环境搭建研究与分析[J].汽车工业研究，2017（7）：45-49.

[2]张钊，张嵩，罗悦齐，基于V2X应用场景的专用短程通信性能道路测试研究[J].汽车技术，2018（9）：6-11.