車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

李健 張立恒

摘要 隨著中國(guó)在互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和傳感器通信技術(shù)上的快速發(fā)展，車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用有望在未來(lái)為城市建立智能交通系統(tǒng)，減少交通擁堵，減少安全事故上發(fā)揮重要作用。車聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)核心是通信技術(shù)，其性能的好壞決定著車聯(lián)網(wǎng)的質(zhì)量?jī)?yōu)劣。本文旨在通過(guò)介紹車輛網(wǎng)的定義、組成結(jié)構(gòu)和車輛網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，再分析車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的構(gòu)成框架、車聯(lián)網(wǎng)通信類別和通信標(biāo)準(zhǔn)，提出目前車聯(lián)網(wǎng)通信方面存在的問(wèn)題，并對(duì)未來(lái)車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)做出展望。

[關(guān)鍵詞]車聯(lián)網(wǎng) 通信技術(shù) 通信標(biāo)準(zhǔn)

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)的廣泛建立和無(wú)線傳感器技術(shù)的廣泛應(yīng)用，車聯(lián)網(wǎng)為城市交通帶來(lái)巨大的便利，引起廣泛的關(guān)注，是當(dāng)今世界各國(guó)研究的重點(diǎn)。作為車聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，通信技術(shù)的優(yōu)劣決定著車聯(lián)網(wǎng)整體的性能好壞。

1 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

1.1 車聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵

車聯(lián)網(wǎng)是新時(shí)代出現(xiàn)的詞，到現(xiàn)在還沒(méi)有統(tǒng)一的定義。現(xiàn)代技術(shù)意義上的車聯(lián)網(wǎng)是指通過(guò)無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)，識(shí)別車輛屬性，收集靜、動(dòng)態(tài)信息，并對(duì)車輛運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效的監(jiān)控并提供綜合性服務(wù)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，既是車聯(lián)網(wǎng)整合各種模塊采集到的信息，為車輛提供安全、交通控制等服務(wù)，減少安全事故，提高交通效率。

1.2 車聯(lián)網(wǎng)組成結(jié)構(gòu)

和物聯(lián)網(wǎng)類似，車聯(lián)網(wǎng)的實(shí)質(zhì)是物聯(lián)網(wǎng)在交通領(lǐng)域的具體應(yīng)用，具有很明顯的物聯(lián)網(wǎng)特性。車聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)和物聯(lián)網(wǎng)有諸多相似之處，大體上可以分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層等三部分。

感知層主要負(fù)責(zé)感知和采集車輛自身與交通信號(hào)信息，通過(guò)相應(yīng)技術(shù)手段，如無(wú)線傳感器技術(shù)、導(dǎo)航定位技術(shù)等實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的掌握車輛運(yùn)行情況、交通情況、道路情況、天氣變化情況以及人與車、車與車之間的復(fù)雜變換等的信息。感知層技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，為應(yīng)用層提供詳細(xì)的的、全面的信息源。

網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)整理感知層收集到的信息，做好為應(yīng)用層傳輸信息的準(zhǔn)備。網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，可以方便用戶實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信和遠(yuǎn)距離控制。網(wǎng)絡(luò)層由承載網(wǎng)絡(luò)和接入網(wǎng)絡(luò)兩部分組成。其中，承載網(wǎng)絡(luò)主要由電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)和交通信息專用網(wǎng)絡(luò)等組成。接入網(wǎng)絡(luò)包括無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，如2G/3 G/4G，現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)通信，或者WLAN、衛(wèi)星通信等網(wǎng)絡(luò)

應(yīng)用層主要負(fù)責(zé)人機(jī)交互通信的功能，通過(guò)車載信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從外界獲取信息的功能，這些信息主要包括車輛交通信息、汽車狀況信息、互聯(lián)網(wǎng)、道路信息等。通過(guò)把收集到的信息整合到應(yīng)用層，實(shí)現(xiàn)人工智能交通管理、車輛的安全控制、交通信息的發(fā)布等功能，不僅為個(gè)人，更為企業(yè)、公司提供了更多的快捷的服務(wù)，提高人民的生活質(zhì)量。

1.3 車聯(lián)網(wǎng)自身優(yōu)勢(shì)

車聯(lián)網(wǎng)是新一代技術(shù)下的產(chǎn)物，相比于傳統(tǒng)的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)或者物聯(lián)網(wǎng)，車聯(lián)網(wǎng)有著自身突出的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。具體體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）車聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以對(duì)外界刺激做出快速的放應(yīng)，同時(shí)，其特殊的結(jié)構(gòu)也會(huì)使接入方式因環(huán)境而發(fā)生改變;

（2）車聯(lián)網(wǎng)的能量和存儲(chǔ)空間足夠滿足人們的出行需要，車聯(lián)網(wǎng)是以車輛作為通信節(jié)點(diǎn)，具有足夠多的存儲(chǔ)空間和處理數(shù)據(jù)的能力，不僅如此，其超長(zhǎng)的續(xù)航能力廣受青睞;

（3）車輛的運(yùn)行軌跡可以實(shí)時(shí)監(jiān)控。該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要是基于車輛運(yùn)行的軌跡是在已經(jīng)建好的公路上，只需要獲取道路軌跡和車輛移動(dòng)的速度，便可以在一段時(shí)間內(nèi)對(duì)車輛運(yùn)行軌跡進(jìn)行監(jiān)控;

（4）車聯(lián)網(wǎng)提供的服務(wù)多樣化。車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用范圍廣泛，不僅可以為司機(jī)提供道路交通、車輛安全等信息，還可以提供生活?yuàn)蕵?lè)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等服務(wù);

（5）車聯(lián)網(wǎng)工作在車輛運(yùn)行很快的環(huán)境下，所以對(duì)通信的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性要求很高。

2 車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 通信框架現(xiàn)狀

車聯(lián)網(wǎng)通信架構(gòu)主要由移動(dòng)部分和基礎(chǔ)部分兩部分組成。其中基礎(chǔ)設(shè)施包括公共接入網(wǎng)絡(luò)和承載局域網(wǎng)絡(luò)，為高速移動(dòng)的車輛提供網(wǎng)絡(luò)接入和其他應(yīng)用服務(wù)。移動(dòng)部分主要是以車輛為載體，搭建移動(dòng)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，這樣的局域網(wǎng)絡(luò)可以分為VAN車載局域網(wǎng)和VANNET車載自組網(wǎng)兩大類。

VAN車載局域網(wǎng)通常被稱為車域網(wǎng)，是一種建立在車輛內(nèi)部的通信網(wǎng)絡(luò)。車輛內(nèi)部設(shè)備統(tǒng)稱為車載單元，主要有傳感器模塊、通信模塊、顯示器模塊。單元之間的信息交換是通過(guò)車載局域網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，對(duì)于交換外界信息，則需要通過(guò)車載通信網(wǎng)以衛(wèi)星通信或WLAN通信等方式接入外界的道路基礎(chǔ)設(shè)施或者公共網(wǎng)絡(luò)的方式，實(shí)現(xiàn)信息的共享。VANNET車載自組網(wǎng)是專門用于車輛運(yùn)行環(huán)境下的移動(dòng)自動(dòng)組織網(wǎng)絡(luò)，把車輛虛擬為移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，同時(shí)把路邊的接入單元虛擬為靜止的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)兩者之間的傳感器，達(dá)到信息交換的目的。近幾年來(lái)，VANNET車載自組網(wǎng)已經(jīng)發(fā)展出兩種模式：V2V車與車通信模式和V21車與道路基礎(chǔ)設(shè)施通信模式。其中V2V車與車通信模式已經(jīng)實(shí)現(xiàn)能夠讓車輛實(shí)時(shí)的接收來(lái)自周邊的車輛的信息，并與之進(jìn)行通訊，極大地方便了車輛的出行，增加道路交通的安全性。

2.2 通信類別發(fā)展現(xiàn)狀

通信技術(shù)作為車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心，其類別需要滿足不同對(duì)象下的車聯(lián)網(wǎng)通信。根據(jù)通信對(duì)象的不同，可以將通信劃分為以下幾個(gè)類別：車輛內(nèi)部通信、車輛之間通信、人車通信、車路通信。以下將詳細(xì)接受這幾類通信：

2.2.1 車輛內(nèi)部通信

車輛內(nèi)部通信是指汽車內(nèi)部車載單元之間的信息交流和共享。車載終端設(shè)備與車內(nèi)的傳感器單元形成車輛自身的通信網(wǎng)絡(luò)，主要用于車輛數(shù)據(jù)采集，監(jiān)控車輛運(yùn)行安全。車輛內(nèi)部可以提供相對(duì)靜止環(huán)境，可以采用車內(nèi)短距離有線或無(wú)線通信方式，如CAN、Bluetooth等，具有可靠性高、穩(wěn)定性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性高等優(yōu)點(diǎn)

2.2.2 車輛之間通信

車輛之間的通信是指通過(guò)車載終端，進(jìn)行的車與車之間雙向的數(shù)據(jù)通信。采用的通信技術(shù)包括微波通信、紅外通信和專用的短程通信等技術(shù)，突出體現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)在于安全性高、實(shí)時(shí)性要求準(zhǔn)確。車載終端可以采集周邊車輛的各種信息，包括周邊車輛的速度、方向、位置、車輛發(fā)出的信號(hào)等，而且通過(guò)車與車之間的通信，可以搭建一個(gè)交流平臺(tái)，供參與者共享位置、方位、視頻、短信等信息。

2.2.3 人車通信

人車通信是指人使用的移動(dòng)設(shè)備，如手機(jī)、電腦或其他的智能設(shè)備與車載終端之間進(jìn)行的通信，采用的技術(shù)包括Bluetooth，RIFD等，主要應(yīng)用在車輛管理，智能鑰匙和車輛信息服務(wù)上。

2.2.4 車路通信

車路通信是指車內(nèi)終端設(shè)備和道路基礎(chǔ)設(shè)備之間的信息交流，通過(guò)道路周邊信息的采集，可以獲得車輛周邊信息，實(shí)現(xiàn)車輛和基礎(chǔ)設(shè)施之間的智能交通。車輛和路邊設(shè)施距離短，移動(dòng)速度快，鑒于此特點(diǎn)，應(yīng)采用微波或紅外通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車輛運(yùn)行的監(jiān)控。

2.3 通信標(biāo)準(zhǔn)

目前，在車聯(lián)網(wǎng)上還沒(méi)有統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)國(guó)家根據(jù)國(guó)內(nèi)企業(yè)的發(fā)展特點(diǎn)，對(duì)車聯(lián)網(wǎng)提出適應(yīng)國(guó)內(nèi)智能交通的通信標(biāo)準(zhǔn)。其中以美國(guó)提出的標(biāo)準(zhǔn)最為規(guī)范，指出車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的通信標(biāo)準(zhǔn)需要包括以下幾點(diǎn)：

（1）網(wǎng)絡(luò)接入時(shí)間要短;

（2）傳輸延時(shí)低;

（3）通信效率高;

（4）具有較高的可靠性和穩(wěn)定性;

（5）信息安全性高。

3 車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

針對(duì)車聯(lián)網(wǎng)存在以上問(wèn)題，結(jié)合當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，并根據(jù)我國(guó)國(guó)情，預(yù)計(jì)車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)如下：

3.1 通信標(biāo)準(zhǔn)得到有效建設(shè)

完善通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議對(duì)于加快車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及具有一定的推進(jìn)作用，主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

（1）完善的通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議為通信對(duì)象之間提供了通信規(guī)范;

（2）完善的通信標(biāo)準(zhǔn)可以讓某些通信協(xié)議提供更多的服務(wù);

（3）統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)可以實(shí)現(xiàn)不同國(guó)家車輛之間的信息共享。

3.2 通信網(wǎng)絡(luò)融合率提高

隨著時(shí)代的快速發(fā)展，車聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模逐步擴(kuò)大，所包含的節(jié)點(diǎn)越來(lái)越多，接入的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越來(lái)越多，也就越來(lái)越復(fù)雜。復(fù)雜多樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將形成不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)共存局面，從而影響不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之間信息交流不順暢。因此，需要加強(qiáng)協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)之間的無(wú)縫連接。

3.3 通信效率和容量增加

近幾年，汽車行業(yè)快速發(fā)展，全球車輛持有量大幅提升，車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)不斷擴(kuò)增，接入車聯(lián)網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)越來(lái)越多，車聯(lián)網(wǎng)需要采集、處理、分析的信息呈指數(shù)增加。因此通信的容量和效率成為車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重點(diǎn)研究對(duì)象，運(yùn)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)處理等技術(shù)，來(lái)開發(fā)大容量、高效率的通信技術(shù)是正確的發(fā)展方向。

3.4 通信安全新技術(shù)得到發(fā)展

車聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)開放的網(wǎng)絡(luò)，通信安全得不到保障，個(gè)人隱私容易泄露，因此，保障個(gè)人信息安全是未來(lái)車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要方向。加快安全技術(shù)研發(fā)：

（1）要加強(qiáng)密鑰管理技術(shù)開發(fā)，

（2）開發(fā)更嚴(yán)密的身份驗(yàn)證技術(shù)，

（3）通信抗干擾技術(shù)研發(fā)。

4 總結(jié)

綜上所述，便車聯(lián)網(wǎng)是未來(lái)智能交通發(fā)展的主要方向，而通信技術(shù)作為車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的核心，決定著車聯(lián)網(wǎng)信息傳輸?shù)臅r(shí)效性和穩(wěn)定性。目前，車聯(lián)網(wǎng)還在不斷地發(fā)展過(guò)程中，各部分模塊還不能完全融合在一起，僅顯現(xiàn)出車聯(lián)網(wǎng)的初步特征，面臨的問(wèn)題還有很多。相信，隨著大數(shù)據(jù)處理、云計(jì)算、通信技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)的車聯(lián)網(wǎng)能在智能交通上可以提供更好的服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

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