郭秀花

（武威職業學院 甘肅省武威市 733000）

1 車載物聯網概念、研究進展

伴隨著微電子技術、計算機技術以及通信技術的飛速發展、相互融合，相應的通訊網絡技術也得到了快速發展，已經滲透到了人民群眾生活中的各個方面。基于此，國際電信聯盟于2005年提出了物聯網（IOT）的概念，它是指人與物、物與物之間通過互聯網實現信息交換，通過信息的交換實現多種服務與應用。該技術已經融入當代社會中，在智能家居、醫療以及交通運輸等領域有良好的應用前景。

近年來，隨著社會經濟的發展，與日常生活密切關聯的交通工具得到了爆炸式的發展，車載通訊的服務需求日趨增長，而通過IOT 技術則能夠通過將車輛鏈接到計算機網絡的方式滿足這些需求并大幅的提高未來的交通安全性。車載IOT 能夠在車輛與路邊基站上建立無線通信，同時還能夠在車輛之間建立聯系，通過車輛多次轉發的方式，這種復雜的網絡能夠讓信號外的車輛建立連接，對建立智能交通系統有著重要意義[1,2]。

因此，車載物聯網技術的研究已經成為了當今車輛通信技術、智能交通領域的熱點，收到了全世界研究人員的矚目。目前，眾多發達國家已經致力于將各自的通信網絡技術應用到車輛物聯網系統中，部分研究已經卓有成效。譬如，由電氣和電子工程師協會（IEEE）制定的車輛通信基本架構協議802.11p；由美國密歇根大學的向衛東與郭錦華教授開發的面向車輛間近距離通信的WAVE 系統；加利福尼亞大學的G.Pau 教授報道的車輛系統特殊路由協議（PVRP），并驗證了系統的可行性。在車載系統方面，Clarion 公司早在1998年就與微軟合作，以Windows 系統為基礎，開發了世界第一部車載電腦“歌樂”，使得將信息、通信、音視頻三者相結合，構建了車內信息空間的雛形。而后于2000年，Ford 公司則與Qualcomm公司合作推出了型號為“24-7”概念車型，指的是車內人員能夠無時無刻的和外接保持聯系。

相較于國外的車載物聯網技術研究，我國的起步則較晚。但進入21世紀以來，由于我國信息技術的快速發展，各種針對車載技術的相關研究也在日漸增多，該類研究涉及了基礎理論研究和實際應用技術的開發。在理論研究層面，馮金生教授于2008年設計了一種基于城市節點位置和交通地圖的車載網絡的被動位置路由算法，并對其進行了試驗驗證；在不遠的2010年，鐘婷等人則涉及了一種針對車載網絡系統的交通信息高效分發算法ETDA。而在實際應用技術的開發方面，城市智能交通網絡系統、集裝箱追蹤技術、交通智能收費系統等實際應用價值較高的技術也不斷被開發出來，投入到市場應用當中。

由此可見，車載物聯網系統作為新型的網絡通信技術，有著重要的商業和應用價值，當前的車載物聯網系統，仍然對基礎設施的建設有著比較大的依賴。譬如，部署在交通干道上的交通攝像頭、路面的嵌入式電磁感應器以及高速公路上布置的射頻讀取裝置（RFID）等。通常來說，在信息的收發過程中，由嵌入路面的感應器對車輛的速度進行檢測；隨后上傳到交通指揮中心；在經過數據處理之后所獲得的報告在通過網絡（蜂窩網絡，wifi 等）傳輸到手機或者車載智能系統上。鑒于信息的接受者與傳播源之間的距離往往很短，這使得該種傳統傳遞信息的方式的缺點（效率低下、成本昂貴）被暴露出來。因此，車載網絡的未來發展方向需要通過短距離通信的方式，更直接的將信息傳輸給消費者，該方式不再需要大型、大量的基礎設施建設，經濟上可行性高。從技術的角度上看，車載物聯網就類似一個大型的無線體系，而在其中每輛車都能夠作為網絡中的節點，汽車上的各種裝備，如傳感器，攝像頭，GPS 定位儀，車載計算機等設備為實現車輛間的信息交換提供了可能。而在不遠的未來，通過在車輛上裝在無線首發設備，就能夠徹底的實現車輛間及車輛基站車間的相互通信。

2 車載物聯網系統的應用

當前，隨著對車載物聯網系統的不斷研究，人們將該系統應用在多個領域，取得了較好的應用成果[3]。主要體現為四個方面：

2.1 出行效率方面的應用

車載物聯網對改善城市交通有著重要應用。通過對現有道路交通堵塞情況監測、合理規劃出行路徑、公路交通管理及收費等方面的全面統計，能夠提升市民的外出效率，解決城市上下班高峰期的交通堵塞問題。

2.2 商業方面的應用

由于車載物聯網系統的信息傳播無法避免的會與周邊的地理位置出現關聯，那么利用這種優勢就能在為消費者提供增值服務的同時，為商家帶來更多機會。商業應用的種類較多，例如利用車載物聯網為乘客提供附近的商店、餐廳、景點、加油站、商場的促銷信息，這不但能給客戶帶來實惠，同時還能給商家創造利潤。

2.3 安全方面的應用

早期的電子狗等設備就是該應用的雛形，通過分析現有路段的路況，為駕駛員提供實時信息。隨著技術的發展，目前已經能實現包括電子路牌、道路干濕程度、汽車碰撞預警以及紅綠燈提醒等多方面的應用。由于車載物聯網系統的傳輸距離較短，這些安全信息往往能夠非常及時的傳輸給司機，極大的提升了駕駛安全。

此外，鑒于物聯網技術能夠構建傳感器網絡，因此可以通過使用傳感器延伸人類的管控范圍，加強人與物之間的交流，實現對社會安全方面的監測。如通過車載大氣檢測傳感器，能夠實現完整的大氣監測系統，從而進一步實現在較低成本下的對大氣污染物、粉塵（PM2.5，PM10）等的檢測，使得這些污染物質能夠被實時監測。而裝載相應裝置的車輛越多，實際運行的車輛越多，監測數據的可信度也會愈加可靠，有利于國家及地方政府對大氣污染物質的科學化、系統化管理。

2.4 娛樂方面的應用

娛樂應用主要體現在基于位置服務應運而生的網絡社交、餐廳評價、打車、拼車以及音視聽等服務。現如今，信息娛樂方面的服務已經成為車輛銷售領域中的亮點領域，受到到了廣大消費者的關注。而在這方面的應用上，Ford 公司的sync 車載娛樂系統則是比較成功的案例，在當地的銷售行業中受到了廣泛的認可。車載物聯網通過對娛樂應用的開發，改變了生產商、零售商的產品促銷方式，這種促銷方式的改變勢必會增加各生產商在市場中的競爭。但是，毫無疑問的是，這些生產商在競爭過程中提供的價廉物美的商品、豐富的娛樂應用會最終提升消費者的生活品質，使他們成為最終的受益者。

3 車載物聯網的需求和挑戰

3.1 車輛配置

針對未來的車載互聯網發展的需求，車輛自身的配置勢必需要進一步升級。從目前的一些設想上看，未來的車輛還需要增加以下配置：

預警發布模塊主要實現預警消息的發布及推送，由預警發布服務端、預警接收客戶端、配置文件以及日志文件所組成。

（1）車輛自身狀態感知系統。通過安裝檢測器，實時對車輛自身的車速、電控系統、胎壓等車輛狀態以及對司機是否疲勞、注意力能否集中等方面進行檢測，能夠針對異常情況提出預警，排除潛在的危險。

（2）外部環境監測裝置。通過外部環境的檢測裝置，監測外部復雜的道路信息、交通信息、空氣環境等。

（3）輔助駕駛裝置。包括自動駕駛系統、行車輔助、剎車輔助、倒車輔助以及自動停車系統等。目前各國內外企業已經在針對該類技術做研發，相信不久之后就會出現在實際的應用中。

（4）智能規劃系統。通過車內外監測裝置的信息匯總，對汽車的車速、出行路線進行規劃，提高人們的出行效率。緊急情況下，為駕駛員提供意見甚至直接作出決策。

（5）新型的通信裝置。通信手段的升級能夠為傳輸大量數據提供支持，因此在不遠的將來，通過使用無線wifi、5G 網絡和衛星等方式構建立體網絡，有網實現高效的信息傳輸。

（6）智能計算機設備。未來的車載物聯網的系統設計，除了針對監測、通信裝置的改良外，還需要對車輛自身的計算機系統進行改進，以適應大量數據的處理環境。通過運用機器學習、啟發式算法、遺傳算法以及模糊邏輯算法等先進技術，將所監測、收集的大量數據進行分類、甄別，快速的得到所需的信息，為規劃系統提供依據。

（7）遠程協助。得益于車載物聯網系統的高速信息傳遞，當駕駛員身體不適或者車輛受損的情況下，可以及時的向相關部門發出求救信息，以便及時的得到援助。

3.2 車載物聯網面臨的挑戰

車載物聯網雖然會給人們的生活帶來便捷的體驗，但也面臨著諸多的挑戰[4]。

3.2.1 鏈路層面的挑戰

未來的使用中，需要采用合適的鏈路層協議以適應不同的車輛運行環境，才能使其展現出最優的性能。該層面主要涉及到了3 個目標，即響應能力、擴展能力以及可靠性。首先，該層面的設計需要考慮到對高速行駛中汽車的移動性和實際新到條件的高速響應。除此以外，鏈路層的可靠性以及可拓展性也是至關重要的。當前所使用的一些老舊的鏈路層協議，如地址解析協議，媒體訪問控制超時等問題已經在現有的高速車載環境內日趨凸顯，無法滿足人們的需求，導致了可靠性的下降。而可靠性的下降也恰恰說明了現有鏈路層協議的可拓展性不足，難以滿足當今的需求。

3.2.2 網絡層面的需求

針對越來越快的信息傳遞需求，亟需開發構建新的路由模式，以促進、滿足信息傳播所需的要求。近年來，研究人員對無線自組織網絡方面進行了大量研究并提出了許多有競爭力的路由協議，例如VADD 和MDDV 等協議。其中MDDV 協議就是一種通過數字地圖技術、GPS 定位等技術，在車輛行駛過程中將數據包轉發的技術。究其本質，都是以數據包為傳輸基本單位的傳輸方式，而這種傳輸方式是不能滿足未來的高速、大量的信息傳播的需求。這主要是由于以下兩個原因：首先：該協議所傳輸的信息的目的地和產生節點不明確，造成可數據的不完整、不清晰。第二，信息傳輸過程中可能會發生失真的現象。譬如，在交通擁擠的情況下，車載物聯網系統所傳輸的擁堵報告極有可能互相融合，從而在傳遞的過程中被修改。雖然這些問題在改進后能夠被部分解決，但是這種不徹底的解決方式無法滿足未來的需求，人們需要的是新的路由協議，徹底的解決現有的傳輸問題。

3.2.3 應用層面的挑戰

車載物聯網在應用方面面臨的挑戰主要是如何及時的發現車載網絡所檢測、傳輸的有效信息，并將這些有用的信息記錄下來。而命名和尋址則是該方面的核心問題。研究者們一直在研究如何對信息建立索引，以便于信息的記錄和傳遞。尋址是車載物聯網與現實信息的匯合之處，因此新的尋址和命名需求勢必對路由產生新的挑戰。除此以外，由于車載物聯網是基于高速移動汽車而開發的，這就需要將車輛的實時位置和移動的情況準確的映射到數字地址上。例如針對車輛的監控就需要特定空間內所有移動和停滯車輛的位置信息，而該需求是物聯網體系的最基本需求之一。筆者認為，在現階段可以考慮通過RARP 協議技術解決解決這類問題。

數據的分布式管理則是車載物聯網系統應用層面的另一個挑戰。要實現分布式數據管理需要解決數據在復制、刪除以及緩存等方面的問題。舊式的分布式數據管理是假定在不同地點的服務器連接在同一網絡上而建立的，而該方式在未來的車載網絡體系中則不復存在。在當今的車載物聯網系統中，每輛汽車都能夠作為大數據庫中的小子集，車輛間不定期的交換數據會使整個系統的數據得到流通、更新。

4 車載物聯網系統中的信息傳播

車載物聯網是以信息為中心構建的一種分布式系統，信息在車輛的活動中被生成、采集并發布。從信息傳遞的角度上看，這種信息傳遞的方式主要可以分為兩種，即宏觀傳播和圍觀傳播。宏觀傳播的目標是在減少信息傳遞過程中的時間浪費，減少信息傳遞的相關費用的同時，提高信息查詢的成功率。目前，在宏觀信息傳播領域的研究方向主要有信息路由、數據緩存以及數據融合等方面。

微觀信息的傳播主要是指一跳或者幾跳的局部信息傳遞過程。由于現在處在車載物聯網的初級市場化階段，單一車輛與其他車輛或路邊設施的交互方式還較為單一，因此提高車輛相遇時的信息傳遞效率非常重要。目前來看，微觀信息傳播的挑戰在于如何將客觀存在的下層條件（如信道、車輛的移動性）與上層實際應用的需求聯系在一起。而近來的報道表明，雖然通過才用新的網絡通信協議能夠在一定程度上解決單跳問題，但仍然無法很好的解決上下層之間的連接問題。

可見，信息傳播也是在車載物聯網發展中需要關注的領域之一。

5 結束語

車載物聯網作為一個很有潛力的新型發展領域，能夠將人們的日常生活與信息通信技術相結合，在提高通勤效率，改善交通問題，增強出行安全，提供生活便捷等方面有著很強的現實意義。也因此在近年來被政府部門、汽車產業以及科研人員所重視，相應的標準也在逐步制定和公布。但是在實際應用方面，該技術還不能夠適應較為復雜的環境，還有很多的問題亟待解決。需要更多更深入的研究，車載物聯網技術才能夠走出實驗室，投入實際應用。