車聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)研究進展

史小平，黃愛蓉，張濤

（湖北汽車工業(yè)學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院，湖北 十堰 442002）

車聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)研究進展

史小平，黃愛蓉，張濤

（湖北汽車工業(yè)學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院，湖北 十堰 442002）

車聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的具體應(yīng)用，車聯(lián)網(wǎng)獲取車輛運行參數(shù)和道路等交通基礎(chǔ)設(shè)施使用狀況，感知實時道路交通路況，提供豐富的智能交通綜合服務(wù)。介紹了車聯(lián)網(wǎng)相關(guān)概念及系統(tǒng)構(gòu)成，總結(jié)了車聯(lián)網(wǎng)的感知關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀，如射頻識別(RFID)、無線傳感網(wǎng)(WSN)以及兩者融合等，包括近期的研究工作，理論成果及實際應(yīng)用等，探討了存在的問題和今后發(fā)展的方向，認(rèn)為RFID和WSN的融合是未來車聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)的發(fā)展方向。

車聯(lián)網(wǎng)；感知技術(shù)；融合

0 引言

近幾年，物聯(lián)網(wǎng)在全球范圍內(nèi)受到高度關(guān)注，被預(yù)言為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后的世界信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮。目前，物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)已成為各國競爭的焦點。我國政府也制定了一系列的產(chǎn)業(yè)扶持政策，力爭在第三次信息產(chǎn)業(yè)浪潮中搶占制高點。“十二五”期間，我國物聯(lián)網(wǎng)重點投資智能電網(wǎng)、智能交通、智能物流等十大領(lǐng)域。智能交通旨在解決交通運輸業(yè)日益嚴(yán)峻的能耗、污染、擁堵及安全等問題。目前交通問題的重點和主要壓力在于城市道路擁堵。在道路建設(shè)與車輛增長不相匹配的情況下，解決擁堵問題，主要依靠對車輛進行管理和調(diào)配。智能交通亟待建立以車為節(jié)點的信息系統(tǒng)——車聯(lián)網(wǎng)。

車聯(lián)網(wǎng)，是指綜合應(yīng)用射頻識別（RFID）、全球定位系統(tǒng)、車用信息采集、道路環(huán)境信息感知等信息傳感設(shè)備，對人/車/路的靜、動態(tài)信息進行采集、識別、傳輸、融合和利用，從而能夠?qū)⑷?車/路與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，并根據(jù)不同的功能需求，對所有車輛的運行狀態(tài)進行有效的監(jiān)管和提供綜合服務(wù)。車聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一個重要應(yīng)用分支。

與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)成相同，車聯(lián)網(wǎng)也可劃分為3個層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，分別對應(yīng)著全面感知、可靠傳送和智能處理系統(tǒng)功能。相對于網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層而言，從技術(shù)角度來講感知層可以精準(zhǔn)定義和攻關(guān)，因此我國一直以來把研究重點放在了傳感網(wǎng)領(lǐng)域，即感知層。目前，我國與德國、美國、韓國等一起，成為該領(lǐng)域國際標(biāo)準(zhǔn)制定的主導(dǎo)國之一。

感知技術(shù)也可以稱為信息采集技術(shù)，它是實現(xiàn)物/車聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。其主要功能是識別物體，采集信息。在感知層，涉及多種傳感設(shè)備，如RFID、二維條碼、傳感器、定位設(shè)備、通信設(shè)備等，用于標(biāo)識物體和對客觀環(huán)境的物理屬性的傳感。其中應(yīng)用最為廣泛的是射頻識別技術(shù)和無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

1 射頻識別技術(shù)

射頻識別（RFID）是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，屬于近程通信。RFID通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別過程無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別高速運動物體并可同時識別多個標(biāo)簽，操作快捷方便；RFID技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、通信等技術(shù)相結(jié)合，可實現(xiàn)全球范圍內(nèi)物品跟蹤與信息共享。

射頻識別（RFID）作為物聯(lián)網(wǎng)最基本的關(guān)鍵技術(shù)，首先被廣泛研究，并進入到車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。2008年8月，國家發(fā)改委在啟動的信息運用試點工作中將無線射頻識別（RFID）技術(shù)應(yīng)用列為重點，并且發(fā)出了《無線射頻技術(shù)應(yīng)用中要重點解決公安交通管理部門對路網(wǎng)動態(tài)監(jiān)測的通知》。目前，國內(nèi)浙江省、河南省、吉林省、廣東省已經(jīng)應(yīng)用RFID技術(shù)，建立高速公路ETC標(biāo)車標(biāo)識站，實現(xiàn)車輛自動識別和自動繳費功能。

隨著RFID技術(shù)的發(fā)展，多標(biāo)簽、多閱讀器密集分布于同一區(qū)域時，就可能發(fā)生信息碰撞問題：一類稱為多標(biāo)簽的信息碰撞問題，即多個標(biāo)簽同時回復(fù)一個閱讀器時產(chǎn)生的信息碰撞；另一類稱為多閱讀器信息碰撞問題，即相鄰的閱讀器在其信號交疊區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生相互干擾，導(dǎo)致閱讀器的閱讀范圍減小，甚至無法讀取任何標(biāo)簽。防沖突算法是RFID解決多目標(biāo)識別的關(guān)鍵技術(shù)。具體可分為標(biāo)簽防沖突和閱讀器防沖突2大類型。目前很多的研究和分析都是針對多標(biāo)簽的信息碰撞進行的，如Aloha法、二進制搜索法以及它們的改進方法等。文獻［1］提出了一種優(yōu)化的基于時隙Aloha的隨機型防碰撞算法——BIS算法。該算法對幀長動態(tài)調(diào)度，最大限度地減少空時隙的時間開銷。仿真結(jié)果表明，該算法的系統(tǒng)效率高于Aloha算法理想系統(tǒng)效率，識別速度比一般的時隙Aloha算法和二進制算法有較大幅度的提高。文獻［2］在二叉樹算法的基礎(chǔ)上提出了鎖位后退防碰撞（BLBO）算法，增加了鎖位尋呼指令，尋呼過程采用后退策略，算法充分考慮了閱讀器尋呼次數(shù)、傳輸時延、標(biāo)簽?zāi)芎囊约巴掏铝?個重要性能指標(biāo)，仿真結(jié)果表明，算法較其他二叉樹算法性能有明顯提高，更適用于RFID防碰撞協(xié)議。針對Aloha法和二進制法的算法性能會隨標(biāo)簽數(shù)量的擴大而急劇惡化的問題，文獻［3］提出了一種新的非線性自適應(yīng)Q值算法，這種算法采用改變參數(shù)Q值來適應(yīng)標(biāo)簽數(shù)目變化，從而解決標(biāo)簽數(shù)目不固定，且變化范圍很大情況下的防碰撞問題。劉（H.Liu）等人提出了一種基于哈夫曼擴散序列的被動射頻識別標(biāo)簽辨識技術(shù)，實驗表明，該算法優(yōu)于時隙ALOHA算法和二進制算法［4］。目前對多閱讀器信息碰撞問題研究較少，文獻［5］采用概率功率控制算法來解決多閱讀器的信息碰撞問題。該算法利用各閱讀器的發(fā)射功率在同一時隙服從不同的概率分布，從而來減少相互之間的干擾。仿真結(jié)果表明，算法能有效地防止閱讀器信息碰撞，提高閱讀器的讀寫范圍。

進一步縮小體積，降低能耗，擴大閱讀器與標(biāo)簽的通信距離也是目前RFID的研究重點。文獻［6］設(shè)計了一個超低功率的有源/無源 （電壓低于1.3 V時）雙模式的RFID電子標(biāo)簽，可工作于特高頻及微波頻段，在有源模式下，最大功耗為700 Na/1.5V，2.45 GHz頻率下的閾值功率為-19 dBm；915 MHz下，通信距離超過24 m。Roostaie等人設(shè)計了一款基于EPC Gen2協(xié)議的低功率特高頻RFID電子標(biāo)簽的內(nèi)核，在讀卡器控制下可在無源或有源模式間切換，在無源模式下采取了一些降低功耗的措施，實驗證明，1 V電壓下與讀卡器通信時，功耗為6.4 μW［7］。文獻［8］提出一種基于模糊控制理論的RFID讀寫器功率自適應(yīng)調(diào)節(jié)策略，在前后2次讀取RFID標(biāo)簽數(shù)差值的基礎(chǔ)上，采用相應(yīng)模糊控制算法動態(tài)改變RFID讀寫器的輸出功率。測試結(jié)果表明，該策略能明顯降低讀寫器的能耗。

RFID標(biāo)簽工藝簡單、價格低廉，日前已被廣泛應(yīng)用于零售、物流、生產(chǎn)、交通等各個行業(yè)中。不過，RFID技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)不再局限于車輛識別，車輛的無線定位是近年來RFID的一個研究熱點。文獻［9］通過現(xiàn)場測試的對比試驗說明RFID的物理搜索方式是四種位置測定方式（GPS、RFID、MAP、TEXT）中最為快速、可靠且受用戶歡迎的方式之一；文章建議RFID+MAP的方式可能會使定位更快速且簡單。文獻［10-11］研究了基于RFID的公交信息管理系統(tǒng)，以解決公共汽車的停靠站情況實時監(jiān)測問題，實現(xiàn)候車站點公車車況信息共享。Ma等人研究的基于RFID的高精確度車聯(lián)網(wǎng)位置感知系統(tǒng)，精度誤差達到1.64 m之內(nèi)，準(zhǔn)確度比LANDMARC提高至少13.24%，該系統(tǒng)證明在車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中采用RFID技術(shù)，可以得到很高的定位精度［12］。文獻［13］提出了一種新的多基站TDOA（到達時間差）車輛定位方法。利用多個基站的TDOA信息通過魯棒性估計找到車輛的大致位置，再采用與車輛距離最近的3個基站的TDOA信息對車輛進行精確定位。仿真結(jié)果表明該方法可滿足交通信息獲取系統(tǒng)中對機動車輛定位的要求。文獻［14］基于RFID技術(shù)，利用譜估計方法對由車輛移動所產(chǎn)生的多普勒頻移進行實時估計，采用牛頓迭代法計算車輛的實時速度及相對坐標(biāo)，實現(xiàn)高速公路車輛實時測速及定位。文獻［15］利用經(jīng)典信號傳播模型構(gòu)建了一種基于虛擬參考標(biāo)簽空間的移動對象定位方法，實際測試表明該系統(tǒng)可有效克服部署大量參考標(biāo)簽及定位讀寫器引起的設(shè)備干擾問題，定位精度在中心區(qū)域達到0.31～1.65 m，在外圍區(qū)域誤差為1.48～3.72m。

由于RFID系統(tǒng)具有標(biāo)識和可跟蹤性，攜帶RFID標(biāo)簽的用戶的個人隱私可能被跟蹤和泄露；標(biāo)簽與閱讀器之間采用無線通信，無線信號本身是開放的，這就給非法用戶的干擾和偵聽帶來了便利。RFID信號干擾、信息安全及隱私保護等問題是在車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中需要著重考慮的問題。

2 無線傳感網(wǎng)絡(luò)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）由許多功能相同或不同的無線傳感器節(jié)點組成，用來感知信息采集點的環(huán)境參數(shù)，為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的處理、傳輸、分析和反饋提供最原始的信息。每一個傳感器節(jié)點由數(shù)據(jù)采集模塊（傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器）、數(shù)據(jù)處理和控制模塊（微處理器、存儲器）、通信模塊（無線收發(fā)器）和供電模塊（電池、DC/AC能量轉(zhuǎn)換器）等組成。在物聯(lián)網(wǎng)中大量傳感器分布在實際環(huán)境中，為了保證環(huán)境信息獲取的快速性和準(zhǔn)確性，常采用多傳感器協(xié)同感知的手段。使用多傳感器相互協(xié)作來提高系統(tǒng)可靠性及可信性，還可以擴展傳感器的覆蓋范圍，包括空間覆蓋范圍和時間覆蓋范圍。

《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)列為我國科技發(fā)展的“重大專項”、“優(yōu)先發(fā)展”和“前沿領(lǐng)域”。車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，WSN廣泛應(yīng)用于各類智能交通系統(tǒng)，提供交通車輛在線安全監(jiān)測、安全預(yù)警，交通協(xié)同控制及交叉口優(yōu)化等服務(wù)，保障交通安全。奔馳、寶馬等頂級汽車制造商在其麾下高端產(chǎn)品中，采用性能優(yōu)良的微波傳感器和紅外傳感器等車載傳感器，通過分析從雷達上傳來的脈動及其頻率變化，可以計算出車輛間的精確距離和相對速度，避免碰撞事故及提供安全預(yù)警；利用紅外線傳感器的輔助夜視系統(tǒng)，可以駕駛員更早識路障，顯著提高道路安全。文獻［16］設(shè)計了基于WSN的智能交通車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，將CAN和LIN組成車內(nèi)傳感網(wǎng)絡(luò)與路邊無線傳感網(wǎng)絡(luò)互連，通過對各種傳感器獲取的信息進行處理，求取車輛的車速、識別車型，統(tǒng)計車流量和路面占用率等交通信息，提供事故預(yù)警。文獻［17］介紹了WSN應(yīng)用于車聯(lián)網(wǎng)的彎路碰撞預(yù)警系統(tǒng)，系統(tǒng)實現(xiàn)了事件驅(qū)動操作、基于道路結(jié)構(gòu)部署及基于數(shù)據(jù)特性的路由機制，實際測試證明了WSN應(yīng)用于車聯(lián)網(wǎng)的可行性。文獻［18］實現(xiàn)了一種泊車引導(dǎo)系統(tǒng)，利用基于WSN的檢測子系統(tǒng)（VDS）來獲知車位狀態(tài)，VMS管理子系統(tǒng)處理提煉信息以確定最佳泊車位。文獻［19］實現(xiàn)了基于無線傳感的車聯(lián)網(wǎng)交叉路口安全系統(tǒng)，提出了一種無沖突動態(tài)調(diào)度協(xié)議（TSP）以保證高可靠性和實時性的數(shù)據(jù)聚合。

節(jié)點定位和跟蹤是WSN的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是WSN的主要應(yīng)用。傳感器網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點之間的相互測距和信息交換，從而確定每個節(jié)點的位置。在WSN系統(tǒng)中，位置信息對于WSN應(yīng)用至關(guān)重要，傳感器節(jié)點必須能夠準(zhǔn)確定位才能詳細(xì)說明“在什么位置或區(qū)域發(fā)生了特定事件”，實現(xiàn)對目標(biāo)的定位和追蹤。目前，無線定位技術(shù)主要可分為基于測距和無需測距的2種方法。基于測距的方法是通過測量節(jié)點之間的距離或角度信息，使用三邊測量、三角測量或最大似然估計等定位算法來計算節(jié)點的位置，定位精度較好，計算復(fù)雜度較高。其中，典型的測距技術(shù)包括到達時間（TOA）、到達時間差 （TDOA）、到達角 （AOA）、接收信號強度（RSSI）、飛行時差測距（TOF）等。而無需測距的方法則主要是利用節(jié)點間幾何拓?fù)潢P(guān)系或網(wǎng)絡(luò)多跳路由來完成定位，不需要距離和方向（角度）信息，硬件成本低，但相對基于測距的算法則定位精度稍差。定位方法主要包括APIT算法、質(zhì)心算法、DV-hop算法等。文獻［20］提出了一種基于模糊識別的非測距定位模型（FTLM），與質(zhì)心及Radar等定位模型相比，避免了誤差疊加和高計算復(fù)雜度與多參考點需求，提高了定位精度。文獻［21］提出了一種基于加權(quán)最小二乘法 （WLSE）和無跡卡爾曼濾波（UKF）的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）節(jié)點定位算法，算法在TOF測距基礎(chǔ)上，將加權(quán)最小二乘法和UKF濾波結(jié)合，可以較大提高節(jié)點的定位精度。文獻［22］提出了一種大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多層定位模型，按照各層次的特性設(shè)計相應(yīng)的定位算法，融合各定位層次為整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位。仿真結(jié)果表明，該模型對節(jié)點定位誤差和測距誤差具有一定的容錯性，在通信級節(jié)點點位誤差為0.05、RSSI測距誤差為0.3的情況下，相比DV-Hop算法平均點位誤差減小16%。

節(jié)點任務(wù)分配是目標(biāo)跟蹤的重要組成部分。尤其是當(dāng)WSN監(jiān)測區(qū)域出現(xiàn)多個目標(biāo)，且多個目標(biāo)接近（或相遇）時，如何優(yōu)化分配傳感器節(jié)點任務(wù)，構(gòu)成多個動態(tài)監(jiān)測聯(lián)盟進行協(xié)同跟蹤，在保證跟蹤準(zhǔn)確度的同時，降低網(wǎng)絡(luò)能耗，是當(dāng)前WSN目標(biāo)跟蹤研究的難題。文獻［23］提出一種基于最近鄰的離散粒子群優(yōu)化節(jié)點跟蹤任務(wù)分配算法，快速實現(xiàn)節(jié)點優(yōu)化分配。實驗表明，與最近鄰方法相比,在節(jié)點覆蓋較稀疏情況下，該方法能耗大大減少，并能有效解決多目標(biāo)跟蹤節(jié)點任務(wù)分配沖突問題和多個監(jiān)測聯(lián)盟對傳感器資源競爭沖突時系統(tǒng)能耗增加的問題。文獻［24］基于IMM濾波器提出一種自適應(yīng)多傳感器協(xié)同跟蹤策略。在目標(biāo)跟蹤過程中，動態(tài)地喚醒網(wǎng)絡(luò)中部分節(jié)點形成分簇，并選擇合適的簇首和采樣間隔進行目標(biāo)跟蹤。簇內(nèi)節(jié)點通過協(xié)作感知以及測量信息融合。仿真結(jié)果表明，與NSSS和DGSS等單傳感器任務(wù)節(jié)點相比，跟蹤精度明顯提高；與DCSS相比，在保證一定跟蹤精度的同時，節(jié)約了能量消耗。

由于WSN電源能量有限、通信能力有限，而能耗與能量均衡直接決定著網(wǎng)絡(luò)的壽命與穩(wěn)定，如何在保障可靠通信的前提下盡可能地延長網(wǎng)絡(luò)生存周期，這項任務(wù)始終圍繞各種技術(shù)和應(yīng)用的開展而進行。Sang等人設(shè)計并實現(xiàn)了一個混合結(jié)構(gòu)傳感器的軟硬件架構(gòu)，在傳統(tǒng)無線傳感節(jié)點的基礎(chǔ)上增加了部分硬件設(shè)備，集低功率傳感模塊和高性能傳感模塊與一體，有效地降低功耗，并改善了傳感網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)檢測時間［25］。CHA等針對大規(guī)模節(jié)點組網(wǎng)及多跳傳輸?shù)墓β氏膯栴}，采用基于策略的管理模式，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點自主組網(wǎng)和管理，仿真證明，該框架比LEACH及LEACH-C功耗更低，生存周期更長［26］。文獻［27］設(shè)計一種具有傳感器節(jié)點能量和地理位置意識的基于蟻群優(yōu)化方法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法（ELACO），提高了路由搜索成功率，能夠更好地均衡傳感器節(jié)點能量消耗，從而延長網(wǎng)絡(luò)使用壽命。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包含多種不同傳感器的節(jié)點，不同種類的傳感器所采集到的數(shù)據(jù)，或者同種類的傳感器在不同監(jiān)測環(huán)境下，采集到的數(shù)據(jù)變化特點是不相同的，采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)減少傳感器節(jié)點和Sink節(jié)點之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，也是降低能耗的有效方法之一。數(shù)據(jù)融合就是要將不同的傳感器測量到的一個或多個數(shù)據(jù)包合并成為一個簡單的數(shù)據(jù)包，減少數(shù)據(jù)冗余，從而減輕網(wǎng)絡(luò)帶寬的負(fù)擔(dān)及大量數(shù)據(jù)包處理所帶來的能量損耗。作者及課題組在該方面也做了大量工作，參與實現(xiàn)了面向汽車安全的車聯(lián)網(wǎng)原型系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于多種車內(nèi)總線網(wǎng)絡(luò)（包括LIN、CAN等）和多種無線網(wǎng)絡(luò) （如藍牙、Wi-Fi等），結(jié)合車內(nèi)傳感系統(tǒng)、OBD系統(tǒng)、GPS系統(tǒng)、無線視頻采集模塊等，不僅能夠獲取車輛相關(guān)綜合信息，實現(xiàn)了車輛間及車輛與控制中心的實時信息交互，為駕駛員提供駕駛參考，而且，針對原型系統(tǒng)設(shè)計了合理的信息交換融合協(xié)議，保證了各類數(shù)據(jù)準(zhǔn)確實時的傳輸，并為未來汽車應(yīng)用所需的多源信息融合提供基礎(chǔ)。

WSN還有許多關(guān)鍵技術(shù)，如大規(guī)模（幾百上千節(jié)點）網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù)、路由和媒質(zhì)接入控制技術(shù)、安全技術(shù)等需要攻克，現(xiàn)有的很多研究也僅限于實驗仿真環(huán)境中，與實際應(yīng)用還有較大距離。大量的問題尚未解決，大量的新應(yīng)用尚待開發(fā)。

3 射頻識別與無線傳感網(wǎng)絡(luò)的融合

RFID與WSN之間的融合和兼容 （互操作性）問題也是當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)和車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展需要考慮的問題之一。RFID與WSN的技術(shù)融合主要有4類方式［28］：1）傳感器標(biāo)簽，即在RFID標(biāo)簽中加入傳感器，形成一類具有傳感器功能的特殊的RFID標(biāo)簽，此類標(biāo)簽與常規(guī)RFID標(biāo)簽一樣，使用RFID通信協(xié)議，只能與讀卡器通信。2）多跳的RFID標(biāo)簽，此類標(biāo)簽不再是傳統(tǒng)意義上的RFID標(biāo)簽，而是將RFID標(biāo)簽與傳感器節(jié)點（或傳感器設(shè)備）結(jié)合，標(biāo)簽之間能夠互聯(lián)或與其他無線傳感設(shè)備互聯(lián)，構(gòu)成多跳傳輸網(wǎng)絡(luò)，協(xié)議可采用RFID通信協(xié)議或其他無線傳輸協(xié)議。3）RFID讀卡器與無線傳感節(jié)點或傳感設(shè)備結(jié)合，此類讀卡器兼具RFID讀卡器和傳感器節(jié)點功能，可識別物體，感知物體狀態(tài)和周圍環(huán)境，并與其他讀卡器互聯(lián)構(gòu)成傳輸網(wǎng)絡(luò)。4）RFID和WSN在系統(tǒng)層次上的融合，此類融合不需設(shè)計專門的器件，只是將現(xiàn)有的RFID系統(tǒng)和WSN網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，由此可能帶來很多通信沖突問題，必須在軟件平臺對多維信息進行識別分析和綜合處理，實現(xiàn)兩網(wǎng)信息融合。目前四類技術(shù)融合在實際產(chǎn)品研制和理論研究方面都有很多研究結(jié)果，在環(huán)境監(jiān)測、野生動物資源保護、機器人救助及醫(yī)療服務(wù)領(lǐng)域進行了實驗和應(yīng)用。

在車聯(lián)網(wǎng)這個新興領(lǐng)域，可綜合借鑒前述各領(lǐng)域的研究成果，前述第4類融合技術(shù)由于不需要設(shè)計專門的器件，得到理論界和業(yè)界的廣泛關(guān)注。文獻［29］提出一種RFID系統(tǒng)和WSN網(wǎng)絡(luò)的集成框架（SARIF），通過在上層采用中間件技術(shù)，使系統(tǒng)應(yīng)用更加多元化，系統(tǒng)管理更加有效，仿真證明，采用任務(wù)分配和負(fù)載均衡策略，保證了任務(wù)的有效傳送，降低了能耗。隨著片上工藝和制造工藝的進步，專用器件的設(shè)計和使用成本不斷降低，前述第1、2、3類融合技術(shù)也逐步進入到車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，并與第4類技術(shù)結(jié)合，擴展系統(tǒng)功能和性能。文獻［30］基于有源RFID和Zigbee協(xié)議的無線監(jiān)測/定位網(wǎng)絡(luò),構(gòu)建一種全新的集裝箱監(jiān)測系統(tǒng)，有效解決了RFID系統(tǒng)的信號碰撞問題，以及WSN無法獲得目標(biāo)詳細(xì)信息的問題。此項技術(shù)可以方便的進行擴展應(yīng)用于無人收費站，智能化停車庫等領(lǐng)域。文獻［31］使用雙頻率雙協(xié)議的RFID讀卡器和智能多跳標(biāo)簽，結(jié)合GIS技術(shù)，提出了一個集RFID、WSN和GIS于一體的WSID異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)識別平臺，實現(xiàn)對物體的定位和跟蹤，提供物品的“I+E+W”等綜合信息.Ben等人在RFID讀卡器中加入傳感模塊，優(yōu)化了RFID的性能，增加了RFID的讀取范圍，同時將RFID系統(tǒng)和WSN網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，設(shè)計并實現(xiàn)了智能公交管理系統(tǒng)，監(jiān)視車輛到站狀況［32］。文獻［33］介紹了基于多種無線技術(shù) （RFID,ZIGBEE,WiFi,GPS）的公共交通服務(wù)系統(tǒng)（MobiPlus），該系統(tǒng)致力于增加殘障人士和盲人服務(wù)功能，文章給出了系統(tǒng)實現(xiàn)的軟硬件結(jié)構(gòu)及通信協(xié)議等。該系統(tǒng)已在法國克萊蒙費朗市投入使用。

RFID與WSN之間的融合還有很多工作要做。RFID技術(shù)遵循EPC或ISO標(biāo)準(zhǔn)，而WSN網(wǎng)絡(luò)遵循802.15.4等協(xié)議。由于采用的協(xié)議不同，會引發(fā)數(shù)據(jù)格式、通信協(xié)議的不兼容等問題。因此RFID與WSN的協(xié)作需要對統(tǒng)一的數(shù)據(jù)編碼標(biāo)準(zhǔn)、物品間信息交換的協(xié)議系統(tǒng)進行研究，需要建立一個全新的物體標(biāo)識體系，能夠支持現(xiàn)存的全球范圍內(nèi)各種典型的標(biāo)識方案和將來可能會有的標(biāo)識系統(tǒng)，而且可以與現(xiàn)存的互聯(lián)網(wǎng)和萬維網(wǎng)的標(biāo)識架構(gòu)相兼容。

4 結(jié)語

RFID和WSN是兩類重要的無線感知技術(shù)，具有廣泛應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用前景。RFID標(biāo)識和定位物體的能力更強，可以檢測和識別WSN不易檢測和區(qū)分的物體；而WSN可以檢測物體狀態(tài)及周邊環(huán)境參數(shù)，兩者結(jié)合可以進一步提高系統(tǒng)性能和功用。通過不同類型的技術(shù)融合，RFID標(biāo)簽或者閱讀器也可具有多跳通信的能力和對物體狀態(tài)與環(huán)境信息的監(jiān)測能力，同時WSN網(wǎng)絡(luò)也可具有RFID的標(biāo)識能力。將WSN和RFID技術(shù)融合是實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的絕好途徑，可以更好的實現(xiàn)車輛定位跟蹤，車/路況檢測，全面掌握交通信息，實現(xiàn)碰撞預(yù)警、交通信息發(fā)布、危險路段提示、重點車輛監(jiān)管、尾氣排放監(jiān)控、遠(yuǎn)程故障診斷等應(yīng)用。

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Research and Development of Sensing Technologies in Internet of Cars

Shi Xiaoping,Huang Airong,Zhang Tao
（School of Electrical and Information Engineering,Hubei Automotive Industries Institute,Shiyan 442002,China）

The Internet of Cars is a specific application of the Internet of Things（IoT）.It is an integrated intelligence transportation system based on real-time traffic condition by collecting driving data of vehicles and conditions of road traffic.The basic concepts and architecture of the Internet of Cars are briefly introduced.The state of art of sensing technologies in the Internet of Cars,such as Radio Frequency Identification（RFID）,Wireless Sensor Network（WSN）and integration of RFID& WSN is presented in detail,including recent research work,academic achievements and applications.Open issues and development trend of sensing technologies are also discussed.The integration of RFID&WSN will be the development trend for sensing technologies in the Internet of Cars.

Internet of Cars;sensing technologies;integration

TP391

A

1008-5483（2011）03-0039-06

2011-08-23

湖北省教育廳科學(xué)研究計劃項目（B2011804，Q2011803）

史小平（1981-），女，黑龍江佳木斯人，碩士，從事信號處理研究。