实验简介：
本实验教学课程是南京邮电大学基于多年物联网导论、车联网概论等理论实践课程的教学成果，运用三维仿真技术开发的，以帮助学生了解5G蜂窝车联网网络通信原理、掌握车辆网基础网络配置、优化、安全风险评估技能为目的虚拟仿真实验教学项目。实验本着“宁实不虚”的设计理念，围绕5G蜂窝车联网基本通信原理认知和安全风险评估原则，可用于网络工程等专业不同培养方向的课程实验，满足包括物联网概论、车联网概论、计算机网络等多课程的实验需求。实验总体框架设计共包括5G蜂窝车联网通信网络设计、通信网络安全评估设计、车载环境感知设计、导航定位评估设计四大模块，旨在对5G蜂窝车联网环境下的通信网络配置与安全风险评估提综合性、强交互性的情景模拟。今后，随着我国车联网建设的推进，车联网及其基础设施将大幅度提升用户网络通信体验与交通出行效率，本项目模拟仿真车联网通信环境与安全评估，为5G物联网开发人才培养提供支持。
实验背景：
本实验教学课程是南京邮电大学物联网学院基于多年来物联网相关的教学科研成果，尤其是车联网技术的成果，运用三维虚拟仿真技术开发而成，以帮助学生了解和掌握我国主导蜂窝车联网技术的基本组成和原理，掌握对区域级智能车辆协同组网与风险评估设计技能，培养学生解决复杂工程问题能力和自主探索的创新能力为目标的虚拟仿真实验教学项目。
1.实验的必要性及实用性
随着汽车产业电动化、智能化、网联化、共享化的发展驱动，全球主要强国均将智能网联汽车(ICV)列为国家战略发展方向。作为5G和汽车领域最具潜力的应用之一，5G蜂窝车联网建设在我国已上升到国家战略高度。本实验教学课程具有重要的建设意义与必要性：
（1）面向国家新基建重大战略，培养车联网紧缺专业人才
基于国家“新基建”重大战略，结合电子信息类人才培养迫切需求，搭建虚拟仿真平台，加深学生对复杂工程问题的综合理解，强化学生的工程实践能力。
（2）响应国家5G建设人才需求，培养学生的社会责任感
始终秉持“立德树人”的教育理念，响应国家5G建设需求，引导学生用智慧和能力服务于国家和民族，提升社会责任意识与建设科技强国的时代使命。
（3）紧扣学科前沿，提升学生自主学习与探索式钻研能力
对区域级智能车辆协同组网场景进行模拟，提升学生自主学习与探索式钻研设计的能力；并通过可视化评价指标，帮助学生制定更合理的组网方案。
因此，培养5G蜂窝车联网研究方面的高层次人才，对5G蜂窝车联网建设起着关键的基础作用。然而，开展5G蜂窝车联网的研究却面临着现实不可及、实验不可逆和危险程度高等困难，目前多数高校均难以开展现场实验，导致了理论教学与实践的脱节。
（1）现实不可及。智能车辆V2X通信链路看不见摸不着，实际测试的数据无法让学生直观地观察和理解V2X链路对车联网协同组网和风险评估的影响，同时实测组织难度大。
（2）实验不可逆。智能车辆的局域自组网，丰富了车云、路云和车路云协同场景，对车联网系统中各个对象的风险分析，有利于安全驾驶和区域交通的优化和管理。实验中的车辆都处在高速移动中，外部环境变化迅速，难以重复实验。
（3）危险程度高。智能车辆采用无人自动驾驶模式，区域级智能车辆的协作驾驶运行于高速高路和特定路段，因此学生进行实景实验时危险度高，不适合在真实场地开展实践教学。
2.教学设计的合理性
鉴于以上原因，开发5G蜂窝车联网通信网络安全风险评估虚拟仿真实验，可以摆脱车联网技术教学的时空限制，满足工程实践人才的培养需求。采用三维虚拟仿真、多维时空数据和动态可视化等技术，通过5G与车联网融合组网的技术架构演进，让学生认知到5G蜂窝车联网通信网络安全评估的必要性，通过5G蜂窝车联网的车路协同场景建模，显著提高学生对车路协同组网、入网切换等知识的认知，通过完成车辆配置，让学生掌握车载环境感知技术的类别及工作原理，完成自主开展单车通信安全、多车通信安全、车路协同安全的规划和安全评估模型的设计，从而激发学生开发5G蜂窝车联网的兴趣，提升学生网络设计能力，增强学生自主创新设计的能力，培养具有创新意识和创新能力的车联网高层次紧缺专业人才。
3.实验系统的先进性
本实验适应于智能物联网时代车联网领域人才培养的需要，坚持“问题导向、方法创新”的教学理念和“多方联动、以虚补实”的原则，以5G蜂窝车联网通信组网与安全风险评估为主题，模拟城市大脑基于智能车辆组网通信并行为分析过程，引导学生对专业前言问题进行探索研究。同时，通过虚拟实验这一新颖的授课方式，强化学生对车联网技术课程核心知识的掌握，包括车辆协同组网与风险评估的基本流程、原理、方法等。实验教学过程是以解决问题为导向以及驱动探究式教学模式为设计基础，进行实验教学的开展。
本仿真系统的先进性体现在：
（1）虚实结合：包括虚拟仿真显示真实场景、实测数据、实际模型，本实验通过仿真设定，以车身姿态同步、多传感器分信号注入和不同组网协议下测试场景导入进行对比分析，可使学生深入掌握智能车辆的环境感知、组网控制与协作机制等抽象的技术原理和实验方法，培养学生解决复杂工程问题的综合能力。
（2）科研成果转换教学资源：本虚拟仿真实验将教学团队多年来自主开发的国家自然科学基金项目科研成果“V2X组网模型”和“网络风险评估策略”转换为本科教学资源，实现智能车辆组网的可视化，使得学生能直观地理解，掌握看不见摸不着的链路模型和车-车、车-路以及局部组网的关系。
（3）教评融合：实验教学基于形成性过程评价：本实验将基于能力培养的考核评价有机融入教学全过程，创造性地构建了效率评价与成本评价相结合的评价体系，体现了科学性与经济性并重的专业特点。
（4）本仿真系统采用云部署架构，编辑界面提供智能车辆、传感器、地图和场景编辑功能，同时提供测试案例库的功能，仿真实验在云服务器运行，完成实验后自动生成评价报告。
设计原则：
在充分掌握5G蜂窝车联网通信网络原理与安全评估原理的基础上，结合实际部署的车联网场景与网络通信实测数据，依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库、数值模拟和网络通讯等信息化技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，展示5G蜂窝车联网通信网络部署与相应安全评估等关键环节的操作要点，实现真实网络情况下5G车联网通信网络由于相对成本较高导致难以完成的教学功能。结合虚拟仿真系统的人机交互功能，促使学生在虚拟环境中开展实验，达到所要求的认知与实践教学效果。
实验目标：
《车联网技术》是网络工程专业的一门专业必修课，课程以车联网技术为研究对象，是融合信息通信、汽车与交通等领域交叉形成的一门学科，同时也是与传感技术、通信网络技术、决策控制技术等密切相关的学科。课程主要介绍车联网环境感知、导航定位、智能决策、协同控制与网络安全等内容。通过本课程的学习，要求学生掌握5G蜂窝车联网以及V2X等车联网关键技术，能够加深对车联网技术在推动智能化道路升级中作用的理解。5G蜂窝车联网通信网络安全与风险评估是《车联网技术》课程中的前沿内容之一。本实验通过对5G蜂窝车联网通信网络安全与风险评估的虚拟仿真，使学生通过自主学习，了解我国主导蜂窝车联网技术的基本组成和原理，并通过区域级智能车辆协同组网与风险评估设计的综合训练，强化学生对协同组网与风险评估设计能力，从而较好的解决了现有教学中因蜂窝车联网项目内容抽象、实践成本高且不可逆、危险程度高等诸多限制。有利于学生掌握最前沿的车辆通信、车路协同安全的规划和安全评估方法，培养能胜任在各类科研单位及组织中从事车联网通信组网与安全评估的高级专门人才。
实验要求：
实验后应达到的知识水平：
1、熟悉5G蜂窝车联网与V2X技术融合的发展特点；
2、熟悉5G蜂窝车联网基本组网及其网络配置原理；
3、掌握5G蜂窝车联网中的V2X通信网络与路损模型；
4、掌握车联网与车辆的协同组网模式以及智能车辆基本配置要素；
5、掌握5G蜂窝车联网中的安全评估与网络优化原理；
实验后应达到的能力水平：
1、掌握车路协同基本场景与基本配置要素；
2、能够依据毫米波雷达以及5G蜂窝基站等工作特性，构建车联网网络架构；
3、能够根据已构建的车联网网络架构，通过调整参数，优化网络通信链路；
4、掌握车联网下车辆自主驾驶以及道路参数和车辆协同配置要素，以测试蜂窝车联网网络安全；
5、能够通过单车/多车通信安全、车路协同安全的规划和安全评估模型，对区域智能车辆的安全评估；
掌握不同策略下的车联网拓扑与网络通信链路变化，完成对区域智能车辆的安全性进行优化整改；
