基于蜂窩物聯網的車聯網通信淺析

屈剛 查先毅

摘要：隨著經濟水平的提高、基建的發展，以汽車作為出行的交通方式越發普遍，汽車保有量持續增長。基于此背景，智能化、網聯化的汽車網絡通信技術飛速發展，車聯網技術由此誕生，推動了汽車產業的變革。本文基于蜂窩物聯網的車聯網通信展開研究論述，提出了發展基于蜂窩物聯網通信技術的展望。

關鍵詞：車聯網;物聯網;蜂窩通信

中圖分類號：TN929.5? ? ?文獻標識碼：A? ? 文章編號：1007-9416（2020）10-0000-00

無線通信技術在車聯網的發展中起著關鍵性的作用。為了滿足車載通信的可靠性、傳輸速率和容量需求，車輛通信需要不斷的完善與增強車聯網技術。另一方面隨著5G技術的推出，各企業紛紛致力于高質量、高可靠性、廣覆蓋的蜂窩物聯網技術研究。基于蜂窩物聯網技術，探究端、管、云體系的車聯網通信，對于推動車輛通信的低功耗、廣覆蓋、大連接和長續航具有重大的意義，同時也對推動5G應用、5G聯合創新具有積極意義。

1 蜂窩物聯網與車聯網通信概述

1.1 蜂窩物聯網概述

1.1.1 物聯網

自互聯網出現之后，人們對互聯網通信的研究步伐加快，物聯網便是在計算機移動通信發展的過程中新的信息產業產品。物聯網技術的誕生推動了社會各個領域經濟的發展，也逐步的走入人們日常生活中。對于物聯網的概念，很多人有著不同的理解，但是從廣義的角度來講，物聯網是指利用條碼、射頻識別、全球定位系統、激光掃射等信息的傳感設備，通過技術協議實現人、物在不同情景與環境之間的信息交流。物聯網能通過信息交換與交流，實現智能化的信息識別、跟蹤、定位、監管、龐大網絡系統[1]。從物聯網的技術結構體系上分析，可分為：（1）基于傳感器等感知終端的感知層、它由傳感器和傳感網絡構成;（2）基于云計算等網絡信息傳遞的網絡層，由有線通信網，網絡管理系統私有網絡和云計算平臺等構成[2]。（3）實現用戶接口和行業需求的應用層，實現物聯網與用戶接口的實際應用系統。通過物聯網應用可以實現人與系統的對接，不同時間、地點下的信息交流。

1.1.2 蜂窩物聯網

所謂的蜂窩物聯網是指蜂窩移動通信網和物聯網結合的信息產物。它是以窄帶物聯網、增強機器類通信為代表。在蜂窩物聯網體系構架中，支持接入多類型的物聯網終端或者傳感設備，相比傳統的物聯網構架新型的蜂窩物聯網體系，包括了物聯網專網和連接管理云。蜂窩物聯網連接管理平臺，主要面向終端或者應用平臺，提供對終端的在線監控、能力資源服務以及行業內大數據的分析。蜂窩物聯網設備可用性更高，網絡覆蓋全球90%的人口，支持低功耗廣域網的應用，相比傳統的物聯網技術蜂窩物聯網更具優勢[3]。

1.2 車聯網概述

車聯網主要是指，通過GPS傳感器，攝像頭圖像處理等相關的裝置以及互聯網技術，對車輛位置速度宣璐等相關的信息進行整理分析構成的巨大交互網絡。車聯網可以將不同時間地點下的各類信息進行搜集、匯聚到中央處理器，經過信息系統對搜集來的信息進行處理，然后通過信息技術對車輛的信息進行分析，而判斷出車輛行駛過程中的車況。

2 基于蜂窩物聯網的車聯網通信必要性分析

2.1 智能交通的需求

新世紀以來，公路交通已經越來越智能化，我們需要一套更加先進和一體化的交通管理智能系統。在該系統中，車輛能夠靠自己的智能在路邊上自動行駛;我們也能通過，智能系統并將交通流量調整到最佳，同時實現對車輛道路行蹤全面掌握和高效指揮。

智能交通是指利用先進的通訊計算機，控制以及傳感技術，實現對交通的實時控制和指揮管理。基于蜂窩物聯網的車聯網具有高效的信息處理技術，通過車聯網能夠更加高效的控制和指揮交通管理，更加快速的反映交通信息，提供行車的安全，提高運行的效率[4]。見圖1所示。

2.2 基于蜂窩物聯網車聯網的功能

基于蜂窩物聯網的車聯網通信可以實現車輛的遠程（遠程控制汽車的關閉、啟動或者解鎖等）、遠程定位（防止車輛丟失）、碰撞呼救，車輛跟蹤、駕駛建議、駕駛評測、精準導航、緊急救援、違章提醒等功能。其應用場景包括車與互聯網互連（V2N ）、車車互聯（V2V）、車路互聯（V2I）以及車人互聯（V2P）。見表1所示。

結合汽車發展的趨勢，應用與發展車聯網技術是很有必要的，車聯網可以為駕駛員提供非常大的便利，是一件非常實用的技術。它是實現無人駕駛、智能汽車發展的基礎設施。

3 專用短程通信與基于蜂窩網的車聯網通信比較分析

3.1 專用短程通信概述

專用短程通信可以實現小范圍內的視音頻數據的精準、可靠、雙向傳輸專用于V2V、V2I的通信標準。專用短程通信是目前車輛通信中應用最廣泛的技術之一，發展相對較成熟。目前專用短程通信實現了相鄰車輛之間的行車安全數據通信與交換符合智能交通系統的應用，通過技術的改進與創新也增強了車輛通行之間熱點的切換以及通信的安全性[5]。

3.2 基于蜂窩網的車聯網通信概述

2017年完成了基于LTE蜂窩網絡為基礎的車聯網通信技術的標準制定，目前基于5G的新空口蜂窩網絡技術也在逐步完善中。

基于LTE蜂窩網為基礎的車聯網通信技術的工作場景，包括了基于蜂窩網覆蓋面的場景和獨立于蜂窩網絡的工作場景。前者可以通過蜂窩網的URL接口提供信息服務實現覆蓋面廣大寬帶的通信服務便于車輛與周圍環境節點及延時性、高可靠性的通信。而獨立于蜂窩網絡的工作場景，更有利于滿足行車安全需求。整個蜂窩網絡覆蓋面的場景下，車輛通信之間的數據傳輸在悠悠接口和PC5接口之間靈活無縫切換。通過LTE蜂窩網絡的車聯網技術，可以支持車輛通行過程中車輛之間的動態信息，如速度、位置方、向等的快速交換和高效無限資源分配，其物理層結構強度更高，支持超過500km/h的移動速度需求。

3.3 專用短程通信與基于蜂窩網的車聯網通信比較

盡管專用短程通信技術趨于成熟，但基于蜂窩物聯網通信技術相比專用短程通信技術，更具有后發優勢。

技術上，基于蜂窩物聯網的車聯網通信技術在專用短程通信技術上，不斷的突破及性能缺點，在系統容量覆蓋范圍面更具優勢。基于蜂窩物聯網的車聯網通信技術，將車與互聯網互聯、車車互聯、車路互聯和車人互聯結合成一個整體，覆蓋面更廣，低時延的傳輸更具有保障。而專用短程通信技術屬于分布式的系統，在整體上不具備此優勢。

終端層面，基于蜂窩物聯網的通信技術，降低了芯片復雜度，從而也減少了系統中芯片的成本，另一方面，基于蜂窩網的物流通信技術豐富了車載信息服務。

產業層面[6]。目前對于LTE蜂窩網絡基站設備進行了升級，國內外，對于LTE網絡的基礎設施布局相對較廣，更有利于基于LTE網絡的車聯網，通信技術產業的發展。另一方面，通過物聯網和車聯網模式融合未來可以進一步的完善，平滑的過度到5G技術更具有發展的前景。

4 基于蜂窩物聯網的車聯網通信展望

4.1 聚焦蜂窩物聯網，突破端與端的發展

基于蜂窩物聯網的車聯網通信技術要不斷的突破技術瓶頸，為車輛通信提供高質量高可靠，覆蓋面廣的蜂窩物聯網。相關的企業或者研發部門應當努力致力于自主研發基礎通信套件及標準化的協議封裝，推動適配海量的物聯網傳感器，滿足車輛通信的需求，實現車輛終端通信能力的標準化[7]。

另一方面，為了推動車輛通信中端到端的通信能力，發展基于蜂窩物聯網的車聯網通信技術要涵蓋海量通信、數據儲存、應用孵化、能力輸出、信息發布、數據監控和數據分析等功能。

4.2 蜂窩物聯網與車聯網協同發展，助推產業升級

協同發展蜂窩物聯網與車聯網，推動車輛通信的發展，同時助推產業的快速成熟。在車聯網的車載信息服務、輔助駕駛和智能駕駛中融入蜂窩物聯網技術，使得在車輛行駛的過程中能夠自主感知周邊信息，實現車與車車與人的周圍信息感知。完善智聯通信的技術融合，提高信息通信的高度，降低通信的成本。另一方面要不斷的完善基于蜂窩物聯網的車聯網通信技術標準，完成車輛通行過程中的時間、傳輸速率、通信距離等方面的技術升級。

4.3 創新發展蜂窩物聯網的車聯網技術，實現5G互聯

蜂窩模組是物聯網中的核心連接器。發展與完善物聯網的蜂窩模組可以進一步的推動車輛行駛過程中與其它事物的連接效率，和連接覆蓋面。

另外為了推動基于蜂窩物聯網，的車聯網通信技術發展5G新型技術應當重點聚焦在5G通信能力、基礎通信設施等方面的建設。不斷的完善5G的車聯網通信技術，實現高密度車輛場景下的高可靠性、高容量、高傳輸速率的需求。

5 結語

廣義上，蜂窩物聯網的車聯網是一個具有未來發展的愿景，是在泛網絡中實現車輛任何時間地點，任何網絡與任何人物信息的交流與交換。我們應當挖掘蜂窩物聯網的車聯網的優勢，并科學合理的應用于車聯領域，提高社會車輛通信領域的信息化的交流。本文展開基于蜂窩物聯網的車聯網通信展開研究，提出了基于蜂窩物聯網的車聯網通信必要性分析、專用短程通信與于蜂窩網的車聯網通信比較分析和基于蜂窩物聯網的車聯網通信展望，望能為滿足車載通信的可靠性、傳輸速率和容量需求的車輛通信技術建設提供理論指導意義。

參考文獻

[1]肖瑞雪，馮英偉，呂國，等.面向5G移動通信的蜂窩物聯網關鍵技術研究[J].現代電子技術，2020，43（9）：29-32.

[2]劉婭汐，皇甫偉.面向物聯網業務綠色接入的異構蜂窩網絡優化[J].工程科學學報，2020，42（4）：483-489.

[3]金葉奇，鄭敏，譚沖，等.面向蜂窩物聯網的RB動態預分配調度方案[J].中國科學院大學學報，2019，36（6）：825-831.

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[5]李文杰.基于激光掃描的車聯網監控系統設計[J].激光雜志，2020，41（5）：178-182.

[6]薛拯，劉洋，韓國軍，等.車聯網下基于模糊邏輯的簇頭選擇與數據傳輸策略研究[J].小型微型計算機系統，2020，41（7）：1458-1463.

[7]謝爽.LTE無線通信技術與物聯網技術的結合與發展[J].科學與財富，2018（25）：90.

收稿日期：2020-08-24

作者簡介：屈剛（1983—），男，四川南充人，碩士，高級工程師，研究方向：無線通信網、5G通信和物聯網。

An Analysis of Vehicle Network Communication Based on Cellular Internet of Things

QU Gang，ZHA Xian-yi

（China Information Consulting & Designing Institute Co.， Ltd， Nanjing， Jiangsu 210019）

Abstract： With the improvement of the economic level and the development of infrastructure， the use of automobiles as a mode of transportation has become more common， and the quantity of cars retains sustained growth. Based on this background， with the rapid development of intelligent and networked automobile network communication technology， the Internet of Vehicles technology was born， which has promoted the transformation of the automobile industry. This paper conducts the research and discussion of the Internet of Vehicles communication based on the cellular Internet of Things， and puts forward the prospect of developing the communication technology based on the cellular Internet of Things.

Keywords： Internet of Vehicles;Internet of Things;Cellular communication