互聯網汽車發展及關鍵技術分析

李潔

（中國電信股份有限公司上海研究院，上海 200122）

互聯網汽車發展及關鍵技術分析

李潔

（中國電信股份有限公司上海研究院，上海 200122）

主要介紹了互聯網汽車與智能汽車的定義及區別，并對國內外互聯網汽車的發展現狀進行了簡要介紹，然后對互聯網汽車發展過程中牽涉的問題及關鍵技術進行了分析，最后結合國內現狀，對未來互聯網汽車的發展提出展望。

互聯網汽車；智能汽車；自動駕駛；信息安全；V2V；先進駕駛輔助系統

1 引言

隨著2015年3月5日李克強總理首次提出“互聯網+”行動計劃以來，“互聯網+”已經成為制造業發展與產業升級的契機。汽車產業作為中國五大支柱產業之一，截至2014年底，我國汽車保有量新增1 707萬輛，目前全國機動車保有量達2.64億輛，其中汽車1.54億輛，同時汽車工業的快速發展也給汽車后市場帶來了巨大商機，2014年汽車后市場規模已超7 000億元，5年內將超過1萬億元。

“互聯網+”汽車對于智慧交通的建設也有著重要意義，在有效利用現有交通設施的基礎上，充分發揮物聯網和云計算技術優勢，能夠在降低交通負荷、減少環境污染、保證交通安全、提高運輸效率等方面發揮效用。因此，互聯網與汽車的結合對于汽車產業的升級、智能交通的開展以及汽車相關產業的發展都有重要意義。

2 互聯網汽車與智能汽車的定義及關系

智能汽車即在普通車輛的基礎上增加了先進的傳感器（雷達、攝像）、控制器、執行器等裝置，通過車載傳感系統和信息終端實現與人、車、路等的智能信息交換，使車輛具備智能環境感知能力，能夠自動分析車輛行駛的安全及危險狀態，并使車輛按照人的意愿到達目的地，最終實現替代人工操作的目的。

而互聯網汽車則是以傳統汽車機械制造為核心，充分集成互聯網企業的操作系統、大數據、通信、導航、云計算、娛樂等資源的汽車。在汽車硬件背后，有一個開放融合的互聯網和大數據，圍繞用戶的用車生活整合線上、線下資源，為用戶提供智慧出行服務的互聯網汽車生態圈。通過部件電子化、服務互聯化、駕駛自動化、汽車生活互聯網化等，實現傳統汽車與互聯網的結合。

智能汽車主要是基于汽車本身的技術升級，而互聯網汽車則不單局限于汽車技術本身，而是將互聯網融合到整個汽車售前／售中／售后等產業鏈中，重塑汽車產業。因此，互聯網汽車與智能汽車相比，擁有更大的內涵，而智能汽車則是互聯網汽車實現的基礎。

3 國內外互聯網汽車發展現狀

作為互聯網汽車實現的基礎，智能汽車的實現對于互聯網汽車的發展有著基礎性作用。對于智能汽車，美國高速公路安全管理局將智能汽車定義為以下5個層次：無智能化（層次0）、具有特殊功能的智能化（層次1）、具有多項功能的智能化（層次2）、具有限制條件的無人駕駛（層次3，如谷歌無人駕駛汽車）、全工況無人駕駛（層次 4，可稱為完全自動駕駛階段或無人駕駛階段）。

美國、歐洲、日本都制定了智能汽車發展計劃，并開展了多個項目。美國將智能汽車項目分為3個階段：車內網絡建設及智能車輛開發階段；車內網與V2V／V2I技術集成階段；車內網、V2V／V2I、Telematics技術集成階段。美國已通過Safety pilot項目在2014年完成了9 000輛車的示范運行測試，而且2014年2月，NHTSA宣布將逐步在輕型車輛上推廣 DSRC（dedicated short range communication，專用短距通信）系統。歐洲則通過sim TD項目建立基于局域自組織網絡的車路協同式安全系統，并且于2014年，開始在“荷蘭—德國—奧地利”高速公路上進行示范運行。日本則通過Smart way項目，利用多種通信方式，集成ETC、VICS（vehicle information and communication system）、車載導航、Internet連接、駕駛輔助系統等，在 OBU（on board unit）上實現信息服務、網絡服務、收費服務等功能。

無人駕駛是智能汽車的最高階段，谷歌從2012年起開始展示其無人駕駛汽車，迄今為止已完成超過70萬英里的路測。繼谷歌之后，其他國際汽車企業也開始進行無人駕駛汽車的研發，奧迪繼谷歌之后第二個在美國內華達州獲得無人駕駛測試牌照，沃爾沃在2014年推出無人駕駛量產車型，奔馳則計劃在2020年銷售無人駕駛汽車。

國內互聯網龍頭（百度、阿里巴巴集團、騰訊公司）分別表示將進軍無人駕駛、互聯網汽車、智能電動車領域，并分別在硬件開發、平臺建設方面開展投資與研發。國內的科技企業樂視、華為分別聯手主機廠商打造軟硬件合一的智能信息化平臺。

智能汽車與互聯網企業的結合，將發揮互聯網企業的優勢，把互聯網元素融入汽車售前／售中／售后中，實現汽車產業的互聯網化，從而實現真正意義上的互聯網汽車。2015年4月，阿里巴巴汽車事業部宣布了2015年戰略，將聯手整車、二手車、本地服務等汽車相關企業，打造“互聯網+”汽車產業，利用阿里大數據，將傳統的4S服務升級為16S服務，重新定義未來車生活。

4 互聯網汽車關鍵技術

4.1 ADAS技術

ADAS（advanced driving assistant system，先進駕駛輔助系統）是利用安裝于車上的各式各樣的傳感器，在第一時間收集車內外的環境數據，進行靜態、動態物體的辨識、偵測與追蹤等技術處理，從而能夠讓駕駛者在最快的時間內察覺可能發生的危險，以引起注意和提高安全性的主動安全技術。

ADAS技術包括 LDW（lane departure warning，車道偏離警告）、VD （vehicle detection，車輛檢測）、FCW（forward collision warning， 前 向 碰 撞 警 告 ）、PED （pedestrian detection，行人檢測）、TSR（traffic sign recognition，交通標志檢測）、IHC （intelligent headlight control，遠光自動控制）、HMW （headway monitoringamp;warning，車距檢測及警告）、ACC（adoptive cruise control，自適應巡航控制）、PA（parking assistance，泊車輔助）、SVM（surround view monitor，全景影像系統）、AR NAVI（augmented reality navigation，增強現實導航）等。

這些技術的應用可以有效地輔助汽車駕駛人員進行安全駕駛，降低事故發生幾率，但ADAS仍然處于智能汽車的層次2階段，若要實現層次3、4的無人駕駛階段，仍然需要進一步實現車與車之間的通信。

4.2 V2V通信技術

V2V通信技術的使用使得未來無人駕駛的普及成為可能，這將徹底改變用車方式。通過利用V2V通信技術實現車與車之間以及車與路邊設備間的互聯，車載設備可以獲得城市道路的交通情況和附近車輛的行駛情況，并根據所獲得的信息，系統推薦合理的行車路線，減少擁堵時間。另外，車車通信也可以讓駕駛員了解周圍車輛的駕駛情況，并避免追尾、撞車等交通事故的發生。

在實現車與車之間以及車與路邊設備間的互聯時有兩種技術方案：DSRC（IEEE 802.11p）技術與LTE-V技術。DSRC技術是現在主流的V2X技術，但其也有投資成本高、性能受密度影響大等缺點。從2014年開始，大唐電信、華為等廠商在3GPP提出了LTE-V，通過LTE D2D（device to device）方式實現 V2V通信，同時通過傳統 LTE蜂窩網絡實現車載信息服務。DSRC技術與LTE-V技術優缺點比較如下。

（1）DSRC

·受各國政府支持，技術經過較長時間演進與試驗，相對成熟；

·需要大量部署支持IEEE 802.11p技術的RSU，部署時間較長，成本較高；

·支撐安全應用的系統容量受限 （美國提供10 MHz帶寬，歐洲提供30 MHz帶寬）；

·IEEE 802.11p采用CSMA／CA資源競爭方案，存在擁塞問題和隱藏終端問題；

·安全和維護技術復雜；

·對未來ITS業務需求的支持，缺少清晰的技術演進路線。（2）LTE-V

·標準尚在制定過程中，技術相對而言成熟度較低；

·部署相對容易，可以利用現有蜂窩網絡，不需要部署新的網絡設備；

·頻譜帶寬分配靈活，可根據實際情況增減；

·傳輸更可靠，集中式資源分配協調技術，降低競爭沖突分組丟失；

·3GPP持續演進，可支持未來ITS業務需求。

以上兩種方案各有優缺點，因此未來采用哪種方案還需要通過進一步應用實踐進行驗證。

4.3 手機與車機互動技術

隨著智能手機的不斷普及，手機的很多應用，如導航地圖應用、在線音樂應用等，已越來越多地被用戶使用。智能手機在服務提供上相對嵌入式車機具有應用數量巨大、更新迅速的優勢，但也存在著影響駕駛安全的問題。因此為了融合手機與車機的優勢，手機與車機的互動方式應運而生。

業界主要存在兩種手機與車機互動模式：API交互模式和屏幕投射模式。API交互模式的原理是通過標準的API協議將車內信息網關和汽車的部分能力進行開放，從而實現手機與車機的互動。屏幕投射技術能夠實現用戶直接操作手機所導致的屏幕變化同步映射到車機屏幕上，用戶可以在車機屏幕上對手機應用進行觸屏操作，這些操作信號能被手機接收為當前手機應用的輸入。目前實現模式主要包括鏡像鏈接（mirror link）、Wi-Fi display及基于MHL／HDMI+藍牙的互聯模式。鏡像鏈接通過藍牙／USB／Wi-Fi承載方式以及Wi-Fi display通過Wi-Fi直聯方式，都可以將手機屏幕投射到車載終端的屏幕，然后通過車載終端對手機應用進行控制?；贛HL／HDMI+藍牙的互聯模式則通過MHL／HDMI進行數據流傳輸以及通過藍牙技術進行控制信令傳輸。鏡像鏈接、Wi-Fi display技術的基本模式一致，只是實現的協議棧不同。Wi-Fi display原本定位于手機與電視屏幕等高畫質顯示屏之間的互動，因而更注重視頻壓縮、傳輸時延，這方面優于鏡像鏈接，但Wi-Fi display的手機耗電較大。而基于MHL／HDMI+藍牙的互聯模式，其音視頻傳輸性能在各種傳輸方案中更優，可支持未經壓縮的高達1080P的高清視頻和數字音頻且有很大余量，MHL同時具有超低的工作電流和待機功耗。

車機與手機通過屏幕投影模式建立互動連接后，車機可以隨意使用手機上的任何應用。而且兩者的UI界面完全一致。API交互模式下，車機只能使用手機來使用這些API開發的應用，兩者的顯示并不完全一致。相對而言，屏幕投射技術能夠帶來更開放的用戶體驗。

4.4 事故緊急救援呼叫

車輛事故緊急救援呼叫基于汽車傳感、移動通信、衛星定位技術，在事故發生后的第一時間與公共救援中心取得聯系，并自動將車輛位置及車輛信息發送至救援中心，救援中心確認事故后對事故人員進行救援。

汽車發生事故時，車輛需要發起車輛事故緊急救援呼叫至緊急公共服務點請求救援。汽車需要支持通過安裝在車輛上的多個傳感器感知碰撞事故的發生，并以此自動觸發車輛事故緊急救援呼叫。汽車應獲取車輛事故數據并向緊急公共服務點進行發送。為了幫助救援人員更快地進行救援，需要獲取并上傳的數據包括車輛經緯度位置數據、車輛類型、駕駛方向、事故發生時間、車輛識別碼（VIN）等信息。

在救援請求數據的發送上，應選擇可靠的通信技術方案，現有網絡下，可供選擇的通信傳輸技術包括：短消息技術、移動分組數據業務技術、DTMF（dual-tone multifrequency，雙音多頻）技術、帶內調制解調技術。根據車輛事故緊急救援呼叫的特點，在通信傳輸技術分析中著重考慮包括數據傳輸時延、可靠性、技術實現難度、網絡覆蓋度以及是否可以與事故救援語音呼叫一同路由5個維度。

表1總結了短消息技術、移動分組數據域業務技術、DTMF技術和帶內調制解調技術這4種通信方式優缺點。

從現在國際上的車輛事故公共緊急救援呼叫技術選擇來看，歐盟eCall與俄羅斯選擇了帶內調制解調技術，通過3GPP與IETF進行了技術規范，并組織產業鏈廠商進行技術驗證與產品開發。而日本HEM-NET則采用3G移動分組數據技術。分析其原因主要是歐盟與俄羅斯地域廣大，語音相對移動數據來說覆蓋率較高，并且公共服務點分散，采用基于語音通道的帶內調制解調技術較佳。而日本地域狹小，3G分組數據業務覆蓋較高，并且HEM-NET采用集中調度方式，平臺統一，從而采用3G分組數據技術較佳。

由于我國的情況與歐盟及俄羅斯類似，因此采用基于語音通道的帶內調制解調技術較為合適。隨著LTE技術發展及網絡建設，VoLTE已成為未來的發展趨勢，基于VoLTE的車輛事故緊急救援呼叫技術也需要進行進一步的關注與研究。

4.5 語音識別技術

在車輛駕駛環境下，人機交互的有效性和簡潔性對于駕駛的安全性有著非常重要的意義。在車內環境下，語音交互相對于按鍵交互等傳統的車內交互手段有著非常明顯的優勢，可以解放駕駛人員的雙手，減少駕駛分神的情況，從而提高駕駛安全性，降低事故的發生。但現有車內語音識別的準確率不高，主要存在以下挑戰。

·車內環境復雜，有各種噪音、回聲的干擾，會對語音識別的準確率造成不良的影響。因此，為了提高車內復雜環境下語音識別的準確率，需要在采樣時，大量收集實際場景下的語料，完善語音識別模型，不斷優化體驗效果。

·各種方言及口音，同樣也會極大地降低語音識別準確率。因此，車內語音識別開始從本地識別向在線識別轉變，通過云端的語音識別引擎收集大量具有方言特質的語音語料，從而進行實測模型訓練與識別匹配，可以大大提高不同方言口音的識別率。

·語音識別是一門交叉學科，涉及從語言學到通信理論等方方面面的內容，涉及聲紋、TTS、ASR等技術，同時也需要針對車內環境做特殊處理。此外，也需要軟件、硬件的共同配合協同，技術門檻較高。因此，車載語音識別技術還需要進一步的優化完善，提高識別的準確性，才能滿足未來互聯網汽車的業務需求。

4.6 互聯網汽車信息安全

隨著汽車智能化水平的不斷提高以及互聯網汽車數量的增多，互聯網汽車的信息安全問題越來越明顯。Charlie Miller在2015年黑帽子大會上公布了攻擊Jeep的方法，通過移動通信網絡成功遠程控制了一輛Jeep自由光。此外，隨著V2V及V2X技術在未來的普及，隨之而來的網絡安全問題也不斷得到顯現?；ヂ摼W汽車安全威脅主要牽涉以下方面。

（1）外部通信安全威脅

隨著車輛與外部通信的增多，外部通信（包括蜂窩通信網絡、Wi-Fi、藍牙、V2V／V2X、DSRC 等）面臨多種安全威脅，這些威脅分別會破壞汽車與外部所傳輸數據和控制信號的保密性、完整性和可用性。

（2）車內信息系統的安全威脅

表1 4種通信方式的優缺點

車載信息系統已逐漸普及，針對車載信息系統的安全威脅也不斷增多，包括針對操作系統及應用的威脅。這些威脅包括證書校驗、安全更新、用戶隱私數據、訪問權限等方面。

（3）車內電子電氣系統的安全威脅

由于車輛內部電子電氣系統在設計初期是相對封閉的網絡，設計初期對于安全性的考慮較少，所以攻擊者一旦通過外部網絡占領車載智能終端，則很可能對內部電子電氣系統全面控制。

（4）針對云端的安全威脅

對車載云端服務來說，由于提供的服務將與車輛行駛安全相關，黑客的攻擊手段也會有一定差異。主要包括通過云端的非法汽車控制、黑客掛馬威脅、汽車固件更新管理的非法使用以及未經授權的終端對云端的攻擊等。

因此，為了保證互聯網汽車的安全性，應通過多種安全措施，在云端、通信網絡、車內信息系統及車內電子電氣系統等方面提供全面的安全保證。安全措施包括：車載智能系統防篡改與完整性校驗、外部設備接入的認證和權限審核、遠程更新的認證及加密、用戶隱私數據的權限控制與加密、通信數據的加密與證書管理等。

5 結束語

互聯網汽車已成為未來智能交通的重要組成部分與發展趨勢，通過互聯網汽車不僅可以提高出行效率、降低擁堵、減少事故，而且可以打造開放融合的汽車上下游產業環境，實現汽車與互聯網的結合，從而徹底改變未來交通的模式與生態環境。

［1］3GPP.eCall data transfer；in-band modem solution；general description：TS 26.267 ［S］.2012.

［2］ ETSI.eCall high level application requirements：BS EN 16062［S］.2011.

［3］ ETSI.Pan-EuropeaneCalloperatingrequirements：BSEN16072［S］.2011.

［4］李潔.基于車聯網的事故公共緊急救援呼叫現狀及關鍵技術分析［J］.電信科學，2014，30（11）：56-60.LI J.Situation description and critical technology analysis of public emergency call service based on internet of vehicle ［J］.Telecommunications Science，2014，30（11）：56-60.

［5］熊靜，陳荊花，趙猛.手機車機互動的應用模式及關鍵技術分析［J］.電信科學，2012，28（6）：7-11.XIONG J，CHEN J H，ZHAO M.Analysis of application mode and technology of interaction between vehicle terminal and mobile phone ［J］.Telecommunications Science，2012，28（6）：7-11.

Introduction and critical technology analysis of internet of vehicle

LI Jie
Shanghai Research Institute of China Telecom Co.，Ltd.，Shanghai 200122，China

The definition and difference between internet of vehicle and smart car were described.And the development situation of internet of vehicle all over the world was described.The problems and critical technology in the development of internet of vehicle were analyzed.At last，the prospects of internet of vehicle was given under nowadays situation in China.

internet of vehicle，smart car，autonomous vehicle，information security，vehicle to vehicle，advanced driving assistant system

U495

A

10.11959／j.issn.1000-0801.2016228

2016-07-10；

2016-08-15

李潔（1980-），男，中國電信股份有限公司上海研究院物聯網部工程師，主要從事車聯網及工業互聯網領域的產品開發、技術研究工作。