车联网的内涵主要指车辆上的车载设备通过无线通信技术，对信息网络平台中的所有车辆动态信息进行有效利用，在车辆运行中提供不同的功能服务。车联网具有以下几点特征：车联网能够为车与车之间的间距提供保障，降低车辆发生碰撞事故的概率；车联网可以帮助车主实时导航，并通过与其他车辆和网络系统的通信，提高交通运行的效率。车联网的概念源于物联网，即车辆物联网，是以行驶中的车辆为信息感知对象，借助新一代信息通信技术，实现车与其他对象，包括车与车、人、路、服务平台之间的网络连接，提升车辆整体的智能驾驶水平，为用户提供安全、舒适、智能、高效的驾驶感受与交通服务，同时提高交通运行效率，提升社会交通服务的智能化水平。高铁车联网（vehicle networking）则是车联网的进一步延伸。

1.高铁车联网体系结构

高铁车联网体系结构由三大层次结构组成，即采集层、网络层和应用层。

（1）采集层。采集层负责数据的采集，它是由各种车载传感器完成的，包括车辆实时运行参数、道路环境参数以及预测参数等，例如车速、方向、位

LTE网络架构是E-UTRAN（UMTS terrestrial radio access network，UMTS陆地无线接入网）去除RNC（radio network controller，无线网络控制器）网络节点，目的是简化网络架构和降低延时，RNC功能被分散到了演进型Node B（Evovled Node B，eNode B）和服务网关（Serving GateWay，S-GW）中。LTE接入网称为演进型UTRAN（Evovled UTRAN，E-UTRAN），相比传统的UTRAN架构，E-UTRAN采用更扁平化的网络结构。

E-UTRAN结构中包含了若干个eNode B，eNode B之间底层采用IP传输，在逻辑上通过X2接口互相连接，即网格（mesh）型结构，这样的设计主要用于支持UE在整个网络内的移动性，保证用户的无缝切换。每个eNode B通过S1接口连接到演进分组核心（evolved packet core，EPC）网络的移动管理实体（mobility management entity，MME），即通过S1-MME接口与MME相连，通过S1-U与S-GW连接，S1-MME和S1-U可以分别看作S1接口的控制置、里程、发动机转速、车内温度等。所有采集到的数据将会上传到后台服务器进行统一处理与分析，得到用户所需要的业务数据，为车联网提供可靠的数据支持。

（2）网络层。网络层主要功能是提供透明的信息传输服务，即实现对输入输出数据的汇总、分析、加工和传输，一般由网络服务器以及WEB服务组成。卫星定位信号及车载传感器信号上传到后台服务中心，由服务器对数据进行统计管理，为每辆车提供相应的业务，同时可以对数据进行联合分析，形成车与车之间的各种关系，成为局部车联网服务业务，为用户群提供高效、准确、及时的数据服务。

（3）应用层。应用层是车联网的最高层次，可以为联网用户提供各种车辆服务业务，主要由全球定位系统取得车辆的实时位置数据，然后返回给车联网控制中心服务器，经网络层的处理后进入用户的车辆终端设备，终端设备对定位数据进行相应的分析处理后，可以为用户提供各种导航、通信、监控、定位等应用服务。

2.高铁车联网的物理组成

高铁车联网主要由三部分组成，即演进的分组核心网、演进的地面无线接入网和车载设备。前两部分及系统间的接口沿用了LTE（long-term evolution）架构协议，而第三部分则是在LTE架构的基础上将车载设备作为移动收发设备，通过空口（air interface）与基站（eNodeB）相连。在地面无线接入网中，eNodeB之间的连接通过X2接口，在网络层采用IP协议进行传输，其中的数据包和信令的转发可以实现越区切换的无缝衔接。平面和用户平面。

在EPC侧，S-GW是3GPP移动网络内的锚点。MME功能与网关功能分离，主要负责处理移动性等控制信令，这样的设计有助于网络部署、单个技术的演进以及全面灵活的扩容。同时，LTE/SAE体系结构还能将SGSN和MME功能整合到同一个节点之中，从而实现一个同时支持GSM、WCDMA/HSPA和LTE技术的通用分组核心网。(www.daowen.com)

高铁车联网对现有的LTE网络设备和安全机制进行升级就可以实现LTE网络结构设计。一个eNodeB与多个移动性管理实体或者业务网关相连，是eNodeB在移动通信系统层面上的演进，增加了无线网络控制器的物理层（PHY）、媒体接入控制子层（MAC）、无线链路控制子层（RLC）、分组数据会聚协议子层（PDCP）和无线资源控制层（PRC）上的一些功能，以及移动性管理和无线资源管理等接入网的全部功能［22］。

高铁车联网的物理模型如图2-6所示。通过建立起来的高铁车联网，不仅能够实现监控中心对高铁列车的调度与实时信息交互，而且还实现了高铁列车相互间的信息交互。

图2-6　“车联网”系统物理模型

高铁车联网的通信采用两种互补的传输模式：一种是直接通信，以D2D（device-to-device）为基础，通过Side-Link链路直接进行中近距离的传输，它运行于ITS（intelligent transportation system，智能交通系统）频段，主要工作在5.9 GHz频率，是独立于蜂窝网络的；另一种是网络通信，也就是传统的借助于蜂窝网络的通信，采用的是Uu接口，运行在传统的移动宽带授权频段上，满足网络和终端之间的大数据量的要求。

高铁车联网与eNodeB的空口协议栈如图2-7所示。其中，空口部分继承了LTE空口协议，用户平面协议包括四个层次，并且都在网络侧的eNodeB实体处终止。包括LTE无线接入的控制平面空口协议栈如图2-8所示。

图2-7　车对车与eNodeB的空口协议栈

图2-8　车对车eNodeB控制平面空口协议栈