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

任開明，李紀(jì)舟，劉玲艷，宋文穎

(1.中國電子科技集團公司第30研究所，四川 成都 610041；2.解放軍91746部隊，北京 102206)

?

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

任開明1，李紀(jì)舟2，劉玲艷2，宋文穎2

(1.中國電子科技集團公司第30研究所，四川 成都 610041；2.解放軍91746部隊，北京 102206)

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，車聯(lián)網(wǎng)成為實現(xiàn)未來智能交通目標(biāo)的有效途徑之一。通信技術(shù)是車聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵核心技術(shù)，決定著車聯(lián)網(wǎng)的整體性能。首先介紹了車聯(lián)網(wǎng)的概念、體系架構(gòu)和特點優(yōu)勢，接著重點闡述了車聯(lián)網(wǎng)的通信類別、通信體系、通信標(biāo)準(zhǔn)、路由協(xié)議和通信安全技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀；然后分析了車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)發(fā)展面臨的問題，最后根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢，對車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了展望。

車聯(lián)網(wǎng)；通信技術(shù)；路由協(xié)議；通信標(biāo)準(zhǔn)

0 引 言

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，車聯(lián)網(wǎng)日益成為實現(xiàn)未來智能交通的有效途徑之一，是當(dāng)前全球研究和關(guān)注的焦點。通信技術(shù)作為車聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，決定著車聯(lián)網(wǎng)的整體性能，是車聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵支撐技術(shù)。

1 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

1.1 概念內(nèi)涵

車聯(lián)網(wǎng)到目前并沒有統(tǒng)一的定義，人們從不同的角度，對其有幾種不同的描述[1-2]：一是站在信息感知技術(shù)的角度，車聯(lián)網(wǎng)是指車輛上的電子標(biāo)簽通過RFID等無線射頻識別技術(shù)，實現(xiàn)對車輛的屬性、靜態(tài)和動態(tài)信息進(jìn)行提取和有效利用，并對車輛運行狀態(tài)進(jìn)行有效的監(jiān)管和提供綜合性的服務(wù)。二是站在智能交通技術(shù)的角度，車聯(lián)網(wǎng)是指將先進(jìn)的信息感知技術(shù)、傳輸技術(shù)、信息控制技術(shù)及信息處理技術(shù)等運用于交通管理系統(tǒng)而建立的實時、準(zhǔn)確、高效的綜合交通運輸信息處理系統(tǒng)。三是站在車輛組網(wǎng)和通信技術(shù)角度，車聯(lián)網(wǎng)是由安裝無線通信終端的移動車輛組成，車輛能夠接入到異構(gòu)或同構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)之中，用于完成車與車之間、車與路邊設(shè)施之間的通信。上述不同的描述都有一個基本的共識，即車聯(lián)網(wǎng)是利用先進(jìn)的信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將車輛、行人、道路和路邊設(shè)施等集成為一個有機的信息系統(tǒng)，以提供車輛安全、交通控制、綜合信息和互聯(lián)網(wǎng)接入等服務(wù)，進(jìn)而實現(xiàn)提高交通效率和降低交通事故的目的[1]。

綜合上述幾種不同的描述，車聯(lián)網(wǎng)的定義是指，利用車輛電子傳感設(shè)備，通過無線通信技術(shù)、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、智能終端設(shè)施和信息處理系統(tǒng)，使車與車、車與人、車與交通設(shè)施之間進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換與共享，實現(xiàn)對車、人、物、路等狀況的實時監(jiān)控、科學(xué)調(diào)度和有效管理，進(jìn)而改善道路運輸狀況、提高交通管理效率的綜合性智能決策信息系統(tǒng)。車聯(lián)網(wǎng)是傳統(tǒng)的智能交通系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的產(chǎn)物，是一種特殊的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

1.2 體系架構(gòu)

車聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)在交通領(lǐng)域中的具體實現(xiàn)，具有明顯的物聯(lián)網(wǎng)屬性，是互聯(lián)網(wǎng)的延伸[2]。其體系架構(gòu)與物聯(lián)網(wǎng)有許多共同之處，分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層等3個部分[3]，如圖1所示。

圖1 車聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)

感知層。負(fù)責(zé)車輛自身與交通信息的感知與采集，通過無線射頻識別、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、導(dǎo)航定位等技術(shù)，實時地感知和采集車輛運行狀況、交通運控狀態(tài)、道路周邊環(huán)境、天氣變化情況，以及車與車、車與人、車與道路基礎(chǔ)設(shè)施之間的位置等信息，為應(yīng)用層提供全面、原始的信息采集服務(wù)。

網(wǎng)絡(luò)層。負(fù)責(zé)整合感知層獲取的數(shù)據(jù)，為應(yīng)用層提供信息傳輸服務(wù)，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信和遠(yuǎn)程控制的目的。網(wǎng)絡(luò)層主要包括承載網(wǎng)絡(luò)和接入網(wǎng)絡(luò)兩部分，其中，承載網(wǎng)絡(luò)主要包括電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)(下一代互聯(lián)網(wǎng))、廣電網(wǎng)、交通信息專用網(wǎng)絡(luò)等。接入網(wǎng)絡(luò)包括2G/3G/4G等無線移動通信網(wǎng)絡(luò)，或WLAN、WiMAX、RFID、衛(wèi)星通信等網(wǎng)絡(luò)。

應(yīng)用層。負(fù)責(zé)實現(xiàn)人機交互通信功能，通過車載信息系統(tǒng)，獲取交通信息、汽車狀況和互聯(lián)網(wǎng)信息，實現(xiàn)智能交通管理、車輛安全控制、交通信息發(fā)布等功能，為個人、企業(yè)、政府提供應(yīng)用服務(wù)。

1.3 特點優(yōu)勢

車聯(lián)網(wǎng)相對于傳統(tǒng)的移動互聯(lián)網(wǎng)或物聯(lián)網(wǎng)而言，有其自身獨有的特點和優(yōu)勢[4]：一是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)動態(tài)拓?fù)?。高速移動的車輛節(jié)點使得車聯(lián)網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)快速變化，接入方式也會因環(huán)境改變而動態(tài)變化。二是能量和存儲空間充足。車聯(lián)網(wǎng)中的通信節(jié)點是車輛，具有足夠的存儲空間和數(shù)據(jù)處理能力，以及不間斷的續(xù)航能力。三是車輛移動軌跡可預(yù)測。車輛的移動遵循于已經(jīng)建好的道路，只要獲取車輛的速度和道路地圖，車輛的運行狀態(tài)在一定時間內(nèi)就可以被預(yù)測。四是應(yīng)用場景具有多樣化。車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用廣泛，可提供車輛安全、道路維護(hù)、交通監(jiān)控、生活娛樂、移動互聯(lián)網(wǎng)接入等服務(wù)[5-6]。五是通信的實時性和可靠性要求強。車聯(lián)網(wǎng)中的車輛運行速度快，要求節(jié)點之間通信的實時性和可靠性高。

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

2.1 通信架構(gòu)

車聯(lián)網(wǎng)的通信架構(gòu)如圖2所示，包括移動部分和基礎(chǔ)設(shè)施，其中移動部分以車輛為載體，構(gòu)成一種特殊的移動無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，分為車載局域網(wǎng)(VAN)和車載自組網(wǎng)(VANET)兩類。基礎(chǔ)設(shè)施由公共接入網(wǎng)絡(luò)和承載網(wǎng)絡(luò)組成，為快速移動的車輛提供網(wǎng)絡(luò)接入和各種應(yīng)用服務(wù)。

圖2 車聯(lián)網(wǎng)通信架構(gòu)

車載局域網(wǎng)(VAN)又稱車域網(wǎng)，是建立于車輛內(nèi)部的局域網(wǎng)絡(luò)，用于實現(xiàn)車內(nèi)傳感器模塊、定位模塊、通信模塊(V2V、V2I)、顯示模塊等設(shè)施 (設(shè)備)之間的信息交換和共享。車輛內(nèi)部設(shè)施(設(shè)備)統(tǒng)稱為車載單元(OBU)，當(dāng)OBU需要與外界進(jìn)行通信時，可通過車載通信網(wǎng)關(guān)以WiMAX、蜂窩通信、WLAN及衛(wèi)星通信等手段接入路邊單元(RSU)的道路基礎(chǔ)設(shè)施或公共接入網(wǎng)絡(luò)。

車載自組網(wǎng)(VANET)是一種專門用于交通環(huán)境下的移動自組織網(wǎng)絡(luò)。其中，車輛被虛擬成移動的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，而道路周邊的RSU被虛擬成靜止的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，通過車輛和RSU內(nèi)的傳感器，來采集道路及車輛周邊的環(huán)境信息。目前的VANET主要有“車與車通信(V2V)”和“車與道路基礎(chǔ)設(shè)施通信(V2I)”兩種模式，其中V2V模式能讓車輛實時感知自身周邊其他車輛的運行狀況，為交通管理和智能駕駛提供安全服務(wù)。V2I模式用于OBU與RSU之間的通信，其中，OBU采集到的實時交通信息通過RSU匯集到交通控制中心，可對交通運行狀況進(jìn)行實時監(jiān)控和管理，而交通控制中心則通過RSU實現(xiàn)對車輛的實時定位跟蹤、收費管理和交通信息發(fā)布等服務(wù)。

2.2 通信分類

車聯(lián)網(wǎng)中涉及的通信技術(shù)眾多，依據(jù)通信對象不同，大致可分為：車內(nèi)通信、車與車通信、車與人通信、車與路通信，以及車與交通控制中心之間的通信等5類[7]。

2.2.1 車輛內(nèi)部通信

車內(nèi)通信，即汽車內(nèi)部的信息傳輸，是指車載終端設(shè)施與車內(nèi)的傳感器和信息控制設(shè)施之間相互連接所形成的車輛自身通信網(wǎng)絡(luò)，用于采集車輛數(shù)據(jù)，并根據(jù)交通控制中心的指令對車輛運行狀況進(jìn)行管控，為車輛檢測、車輛系統(tǒng)控制、輔助駕駛等提供支撐。車輛內(nèi)部是一個相對靜止的環(huán)境，采用的通信技術(shù)主要包括CAN、Bluetooth、LIN、MOST、FlexRay等，屬于車內(nèi)短距離有/無線通信，具有實時性強、可靠性高、通信距離短等特點。

2.2.2 車與車通信

車與車通信，即通過車載終端進(jìn)行的車與車之間的通信，主要用于車輛之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸，采用的通信技術(shù)包括微波、紅外技術(shù)、專用短程通信等，具有安全性、實時性要求高的特點。車載終端可實時采集周邊車輛的速度、位置、方向、車輛運行告警等信息，車與車之間通過無線通信技術(shù)構(gòu)成了一個互動的交流平臺，可以實時交換圖片、短信、視頻和音頻等信息。

2.2.3 車與人通信

車與人通信，是指人使用移動電子設(shè)備，如便攜式電腦、智能手機或其他手持設(shè)備(如多功能讀卡器、電子鑰匙等)與車載電子設(shè)備之間進(jìn)行的通信，采用的通信技術(shù)包括RFID、BlueTooth等，主要應(yīng)用于車輛信息管理、信息服務(wù)及智能鑰匙等。

2.2.4 車與路通信

車與路通信，是指車載電子設(shè)備與周邊道路設(shè)備，如交通攝像頭、紅綠燈、路邊單元(RSU)等進(jìn)行的通信，通過周邊道路設(shè)施可以感知獲取車輛周邊的車輛信息，并發(fā)布實時的交通或求助信息，實現(xiàn)車輛和基礎(chǔ)設(shè)施之間智能協(xié)同與配合[8]。車與路通信主要應(yīng)用于實時的信息服務(wù)、車輛的運行監(jiān)控、電子收費的管理等，通信特點是距離較短、高速移動，主要通信技術(shù)包括微波通信、紅外通信、專用短程通信等。

2.2.5 車與控制中心通信

車與控制中心通信，是指車載移動終端通過公共接入網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程的交通控制中心建立互通互聯(lián)，進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸和信息交換，實現(xiàn)車輛和交通控制中心之間的數(shù)據(jù)交互、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)處理，主要應(yīng)用于車輛導(dǎo)航、車輛遠(yuǎn)程監(jiān)控、緊急救援、信息娛樂服務(wù)等，具有距離遠(yuǎn)、高速移動的特點，主要通信技術(shù)包括GSM、GPRS、2G/3G/4G、GPS、衛(wèi)星等。

2.3 通信標(biāo)準(zhǔn)

車聯(lián)網(wǎng)通信還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各個國家或產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟根據(jù)自身的發(fā)展，對車聯(lián)網(wǎng)的通信提出了相關(guān)需求。美國提出的車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)需求主要包括[9]：①網(wǎng)絡(luò)接入時間短；②傳輸時延低，一般要求在100 ms左右；③傳輸可靠性高。車與車通信數(shù)據(jù)包在100字節(jié)內(nèi)，車與路通信的數(shù)據(jù)包在340字節(jié)內(nèi)；④信息安全性高和個人隱私得到保護(hù)；⑤通信范圍有限(傳輸距離在50～500 m)，頻譜的利用率高，具有低干擾功能；⑥具有足夠的通信帶寬保障等。歐盟、日本等全球車聯(lián)網(wǎng)研究組織，也在802.11、GSM、UMTS、3G等通信技術(shù)基礎(chǔ)上提出了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。目前，比較有影響的車聯(lián)網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)主要有專用短距離通信(DSRC)標(biāo)準(zhǔn)、IEEE802.11p標(biāo)準(zhǔn)和IEEE1609系列標(biāo)準(zhǔn)[3]。

2.3.1 DSRC標(biāo)準(zhǔn)

專用短距離通信協(xié)議(DSRC)是一種專門用于車輛與車輛(V2V)和車輛與道路基礎(chǔ)設(shè)施(V2I)之間的通信標(biāo)準(zhǔn)，其優(yōu)點是數(shù)據(jù)的傳輸速率高、時延短，支持點對點或點對多點通信，廣泛地應(yīng)用在不停車收費、出入控制、車隊管理、信息服務(wù)等領(lǐng)域。DSRC標(biāo)準(zhǔn)最早由美國材料與試驗協(xié)會(ASTM) 于1992年提出，通信頻段為915 MHz，通信覆蓋距離為30 m，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)為0.5 Mbit/s。ASTM于2002年和2003年分別發(fā)布了E2213-02 DSRC和E2203-03 DSRC標(biāo)準(zhǔn)，通信頻段為5.9 GHz，通信覆蓋距離為1 000 m，數(shù)據(jù)傳輸速率為6～27 Mbit/s。1997年，歐洲的CEN/TC278工作組發(fā)布了ENV12253 DSRC物理層和ENV12795 DSRC數(shù)據(jù)鏈路層標(biāo)準(zhǔn)，使用的頻段是5.8 GHz。2001年和2004年，日本的TC204工作小組分別發(fā)布了ARIB STD-T75和ARIB STD-T88標(biāo)準(zhǔn)，通信頻段是700 MHz。但到目前為止，歐洲的標(biāo)準(zhǔn)與美國、日本采用的制式，頻段和調(diào)制方式等都不同，還沒有形成統(tǒng)一明確的國際標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.2 IEEE802.11p標(biāo)準(zhǔn)

為了促進(jìn)DSRC的標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化，IEEE組織2004年成立了車輛無線接入(WAVE) 工作組，負(fù)責(zé)研究美國ASTM制定的5.9 GHz頻段DSRC標(biāo)準(zhǔn)，并對其進(jìn)行升級完善，設(shè)計制定統(tǒng)一的、全球通用的車聯(lián)網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)。2010年7月，IEEE的WAVE工作組正式發(fā)布了IEEE802.11p車聯(lián)網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)。

IEEE802.11p通信標(biāo)準(zhǔn)是對無線局域網(wǎng)IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的擴展和補充，適用于V2V和V2I之間的通信，引入了先進(jìn)的數(shù)據(jù)傳輸、移動互聯(lián)、通信安全和身份認(rèn)證等機制。IEEE802.11p通信標(biāo)準(zhǔn)對DSRC標(biāo)準(zhǔn)中的物理層(PHY)和介質(zhì)訪問控制層(MAC)的內(nèi)容進(jìn)行了規(guī)范。其中，物理層沿用了IEEE802.11a標(biāo)準(zhǔn)中的正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)，用以降低因多徑衰落和多普勒頻移所造成的碼間干擾，其采用5.850～5.925 GHz頻段，工作頻段跨度75 MHz，并將其劃分為7個帶寬為10 MHz的子信道，其中1個控制信道(CCH)負(fù)責(zé)安全消息的傳輸，6個服務(wù)信道(SCH)負(fù)責(zé)非安全消息的傳輸；MAC層協(xié)議仍采用IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)，但對實體管理、介質(zhì)訪問控制方式和接入優(yōu)先級等方面做了升級改善[10]。

2.3.3 IEEE1609標(biāo)準(zhǔn)

IEEE1609系列標(biāo)準(zhǔn)是為了完善DSRC標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用層功能而提出的，是以IEEE802.11p標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的高層系列標(biāo)準(zhǔn)，目前共有四個標(biāo)準(zhǔn)：

IEEE 1609.1標(biāo)準(zhǔn)提供資源管理，規(guī)范了遠(yuǎn)程應(yīng)用和資源管理間的控制互換流程，讓具有控制能力的節(jié)點能對一個區(qū)域內(nèi)的所有節(jié)點實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，并為DSRC設(shè)備提供了可擴展性和管理機制。

IEEE 1609.2標(biāo)準(zhǔn)提供安全服務(wù)，即為車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和信息管理提供安全保障機制，如防范信道竊聽、電子欺詐和入侵攻擊等。

IEEE 1609.3標(biāo)準(zhǔn)提供網(wǎng)絡(luò)層的通信協(xié)議及管理機制，縮小信息在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的傳輸時延。

IEEE 1609.4標(biāo)準(zhǔn)主要用于多信道的協(xié)調(diào)通信，通過控制信道協(xié)調(diào)其他6個服務(wù)信道的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間交換信息。

2.4 路由協(xié)議

路由協(xié)議是通信技術(shù)的基礎(chǔ)，決定著車聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)通信能力。目前研究的車聯(lián)網(wǎng)通信路由協(xié)議主要分為以下3種類型[3]。

2.4.1 按需路由協(xié)議

按需路由協(xié)議又稱作被動型路由協(xié)議，是依據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)送請求，從源節(jié)點到目的節(jié)點被動地搜索最佳路由，在數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束或沒有數(shù)據(jù)發(fā)送時，通信節(jié)點不必維護(hù)路由表。其優(yōu)點是能降低網(wǎng)絡(luò)的開銷，提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量；缺點是具有許多不確定性，并且可靠性和安全性較低，僅適用于節(jié)點移動速率低、規(guī)模小、安全性要求較低的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

2.4.2 分層路由協(xié)議

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可將路由協(xié)議分為平面路由和分層路由協(xié)議[11]。其中，平面路由協(xié)議不適合用于車聯(lián)網(wǎng)，而分層路由協(xié)議采用了簇的機制，能對移動節(jié)點進(jìn)行分層管理，其思路是將一定范圍內(nèi)的相鄰節(jié)點組成一個簇，每個簇設(shè)置一個簇首，簇與簇之間利用各自的網(wǎng)關(guān)節(jié)點實現(xiàn)通信，由簇首和網(wǎng)關(guān)構(gòu)成高層的虛擬骨干網(wǎng)。目前，研究的分層路由協(xié)議有CBRP、CL-DSR和AOW協(xié)議[12-14]。分層路由協(xié)議的優(yōu)點是擴展性好，比較適用于規(guī)模大、節(jié)點多的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，能實現(xiàn)對移動節(jié)點的有效管理。

2.4.3 地理位置輔助路由協(xié)議

根據(jù)是否應(yīng)用了地理位置信息，網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議可分為地理位置輔助路由協(xié)議和非地理位置輔助路由協(xié)議。其中，非地理位置輔助路由協(xié)議需要有路由表的支持，不適合用于車聯(lián)網(wǎng)中。地理位置輔助路由協(xié)議是車聯(lián)網(wǎng)路由協(xié)議的重點研究方向，有貪婪路由協(xié)議和錨路由協(xié)議2種類型。

(1)貪婪路由。貪婪算法是一個解決最優(yōu)化問題的近似方法。2000年，Brad Karp等人提出了GPSR協(xié)議[14]，將貪婪算法與地理位置信息相結(jié)合，并應(yīng)用到車聯(lián)網(wǎng)感知層的路由協(xié)議中。該協(xié)議的基本思路是:一個節(jié)點周期性地播發(fā)含有自身身份標(biāo)識和當(dāng)前實時地理位置坐標(biāo)的數(shù)據(jù)報文，其他節(jié)點接收到數(shù)據(jù)報文后，進(jìn)行分析并做出相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，進(jìn)而建立起鄰節(jié)點列表。然后，當(dāng)某個節(jié)點要發(fā)送數(shù)據(jù)時，首先查找鄰節(jié)點列表，確定出到達(dá)目的節(jié)點的最近直聯(lián)相鄰節(jié)點，再將數(shù)據(jù)發(fā)送給該節(jié)點。而接收到數(shù)據(jù)的節(jié)點，以同樣的方式選擇下一個直聯(lián)鄰節(jié)點，直到數(shù)據(jù)到達(dá)目的節(jié)點為止。貪婪路由協(xié)議省略了路由選擇的窮舉過程，具有較高的效率。2008年，Kevin C Lee等人在GPSR協(xié)議貪婪路由算法的基礎(chǔ)上，提出了LOUVER協(xié)議[15]，引入了車輛自主感知車輛密度的方法來輔助路由選擇，拓展了貪婪路由協(xié)議的功能。

(2)錨路由協(xié)議。其基本思路是，根據(jù)交通網(wǎng)絡(luò)的分布規(guī)律和在時間上的相對穩(wěn)定性，將道路交通的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息引入到路由選擇中。2003年，Christian Lochert等人提出了GSR協(xié)議[16]，將源節(jié)點到目的節(jié)點之間的道路十字路口設(shè)定為錨節(jié)點序列，在兩個錨節(jié)點之間仍使用貪婪算法來確定路由，讓信息沿著道路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行傳輸，進(jìn)而降低了交通環(huán)境對通信質(zhì)量的干擾。

3 車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)發(fā)展面臨的問題

車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正處于發(fā)展的初級階段，其通信技術(shù)的發(fā)展面臨著如下的問題[3，17]：

3.1 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議不完善

一是標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議不健全。目前研究的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議大都用于解決車與車、車與基礎(chǔ)設(shè)施的通信，而車與人、車與控制中心的通信標(biāo)準(zhǔn)還不多。二是標(biāo)準(zhǔn)還不完善。比如IEEE802.1lp協(xié)議還處于起步階段，還需修正完善 。三是還沒有形成一個成熟的、統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)。目前的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議都是各國或者產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟提出的，沒有形成國際認(rèn)可的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。四是與互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的轉(zhuǎn)換問題。為了安全自主，目前的車聯(lián)網(wǎng)沒有直接采用TCP/IP協(xié)議，車聯(lián)網(wǎng)接入互聯(lián)網(wǎng)是未來的發(fā)展趨勢，將面臨著協(xié)議轉(zhuǎn)換問題。

3.2 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)需融合

車聯(lián)網(wǎng)中存在多種不同的無線通信網(wǎng)絡(luò)，包括無線局域網(wǎng)(WLAN)、全球微波互聯(lián)接入(WIMAX)、超寬帶通信(UWB)、2G/3G蜂窩通信、4G LTE、衛(wèi)星通信以及各種傳感器網(wǎng)絡(luò)等，要想使這些不同結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)互通互聯(lián)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸交換，實現(xiàn)信息共享，必須解決不同異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的融合問題。

3.3 信息處理要求高

車聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模大，接入的節(jié)點多，提供的業(yè)務(wù)類型多，通信系統(tǒng)的感知層所采集的人、車、路邊設(shè)施等方面的信息量非常巨大，加之車輛行駛的速度快，路況信息復(fù)雜多變，如果不能對這些大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時、有效的處理和利用，將會迅速地被新產(chǎn)生的信息所湮沒，這就要求車聯(lián)網(wǎng)的信息處理速度快、時效性高。

3.4 通信安全有隱患

一是車聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的延伸和發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)中的通信安全問題也給車聯(lián)網(wǎng)帶來隱患。二是車聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，還無法制定統(tǒng)一的通信安全措施。三是車聯(lián)網(wǎng)中節(jié)點數(shù)量多，容易造成無線網(wǎng)絡(luò)擁塞。四是車輛的高速行駛，需要車輛節(jié)點與感知信息采集節(jié)點之間進(jìn)行不斷的切換，給密鑰管理和身份認(rèn)證帶來困難等。

4 車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)發(fā)展趨勢

針對車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)面臨的問題，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢，預(yù)計車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)將向如下幾個方面發(fā)展[3，17，18]：

4.1 完善通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議

一是制定新的通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議為車與人通信、車內(nèi)通信和車與控制中心通信提供規(guī)范。二是完善已有的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，如對IEEE802.11p標(biāo)準(zhǔn)、IEEE1609標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂完善，提供更多服務(wù)功能。三是建立統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，在各個國家和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟現(xiàn)有的車聯(lián)網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，由國際權(quán)威通信組織牽頭，制定頒發(fā)統(tǒng)一的車聯(lián)網(wǎng)國際通信標(biāo)準(zhǔn)[19]。

4.2 深化異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合

隨著物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，車聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模將越來越大，接入網(wǎng)絡(luò)的車輛節(jié)點和路邊單元節(jié)點也越來越多，引入的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多種多樣，將形成不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)共存的局面，影響車聯(lián)網(wǎng)內(nèi)各子網(wǎng)絡(luò)之間的信息共享和數(shù)據(jù)互聯(lián)，需要深化異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合集成，實現(xiàn)信息的無縫交換。因此，車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展必須為未來異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的融合提供支撐。同時，車聯(lián)網(wǎng)最終要與互聯(lián)網(wǎng)融為一體，需要加強協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)研究，使車聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)實現(xiàn)無縫切換。

4.3 提高通信容量和速率

隨著全球車輛保有量的不斷升高、車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的不斷壯大，接入車聯(lián)網(wǎng)的車輛規(guī)模將不斷擴大，車聯(lián)網(wǎng)需要采集、傳輸、處理、分析的數(shù)據(jù)量將指數(shù)級增長，呈現(xiàn)出大數(shù)據(jù)的特征，如果不能對車聯(lián)網(wǎng)中的大規(guī)模數(shù)據(jù)進(jìn)行及時有效的處理、挖掘，將會嚴(yán)重影響車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的正常運行。通信速率和通信帶寬對車聯(lián)網(wǎng)的信息處理能力有重要的作用，因此，充分運用云計算、大數(shù)據(jù)技術(shù)，研發(fā)大容量、高速率的通信產(chǎn)品或技術(shù)，將是車聯(lián)網(wǎng)的重點發(fā)展方向之一。

4.4 研發(fā)通信安全技術(shù)

車聯(lián)網(wǎng)是一個開放的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)，面臨著多種多樣的通信安全問題，確保車聯(lián)網(wǎng)的通信安全和個人隱私安全將是未來的研究重點。一是要加強密鑰管理技術(shù)的研發(fā)。密鑰管理是數(shù)據(jù)加密技術(shù)中的重要環(huán)節(jié)，是確保車聯(lián)網(wǎng)通信安全的關(guān)鍵技術(shù)。二是要加強身份認(rèn)證技術(shù)的研發(fā)，保證合法車輛用戶的接入，確保通信的真實性和有效性。三是要加強通信抗干擾技術(shù)研發(fā)，消除城市復(fù)雜環(huán)境所帶來的電磁干擾問題和車輛高速行駛所帶來的多徑衰落等問題。

5 結(jié) 語

車聯(lián)網(wǎng)是未來智能交通的發(fā)展方向，通信技術(shù)是車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵支撐，決定了車聯(lián)網(wǎng)信息傳輸?shù)膶崟r性和有效性。車聯(lián)網(wǎng)目前還處在不斷演進(jìn)的階段，各種應(yīng)用相對獨立，不能完全體現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)的特性，只能反映車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一個趨勢，其通信技術(shù)也面臨著較多的問題，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，特別是大數(shù)據(jù)、云計算、無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，將給車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展帶來新的動力。

[1] 孫小紅. 車聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用研究[J]. 通信技術(shù),2013,46(04):47-50. SUN Xiao-hong. Key Technology and Its Application of IoV[J]. Communications Technology, 2013, 46(04):47-50.

[2] XU Q，Mark T，Ko J，etal．Vehicle-to-Vehicle Safety Messaging in DSRC[C]//Proceedings of the 1st ACM International Workshop on Vehicular Ad Hoc Networks，Philadelphia: ACM，2004:19-28.

[3] 王群,錢煥延.車聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)及感知層關(guān)鍵技術(shù)研究[J].電信科學(xué)，2012,12(12):1-9. WANG Qun，QIAN Huan-yan. Architecture and Key Technologies for Internet of Vehicles[J]. Telecommunications Science, 2012, 12(12):1-9.

[4] 徐婷,王新紅,王平.車聯(lián)網(wǎng)中基于多優(yōu)先級的自適應(yīng)動態(tài)路由協(xié)議[J]. 通信技術(shù),2014,47(02):163-166. XU Ting，WANG Xin-hong，WANG Ping. Multi-Priority Dymamic Adaptive Routing Protocol for VANET[J]. Communications Technology, 2014, 47(02):163-166.

[5] A.GOEL, V.GRUHN. Integration of Telematics for Efficient Management of Carrier Operations[C],IEEE International Conference on e-Business Engineering,2005.ICEBE 2005,404-408

[6] David S，Breed. Telematics System for Vehicle Diagnostics. United States Patent.Patent number: 6738697.189-210.

[7] 孟源，柴舒楊，羅正華等.車聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分析[J].成都大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2012,31(04):346-349. MENG Yuan, CHAI Shu-yang, LUO Zhen-hua,et al. Analysis of Network Architecture of Internet of Vehicles [J]. Journal of Chengdu University (Natural Science Edition, 2012, 31(04):346-349.

[8] Hewer T D，Nekovee M．Congestion Reduction Using Ad-Hoc Message Dissemination in Vehicular Networks[C]．The First International ICST Conference on Communications Infrastructure，Systems and Applications in Europe，2009: 128-139．

[9] 王建昱. V2X車聯(lián)網(wǎng)及其關(guān)鍵技術(shù)[J]. 信息技術(shù)與信息化,2013(05):60-64. WANG Jian-yu. V2X VANET and Key Technology[J]. Information Technology and Informatization, 2013(05):60-64.

[9] IEEESTD.2010.5514475. IEEE Standard for Information Technology-Telecommunications and Information Exchange between Systems-Local and Metropolitan Area Networks-Specific Requirements Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications Amendment 6: Wireless Access in Vehicular Environments， July 2010.

[10] Wahid N,Luiz A S,Denis T．Adaptive Approaches for Efficient Parallel Algorithms on Cluster-based Systems． International Journal of Grid and Utility Computing，2009，1(2)：98-108.

[11] Yu T Y,Chong P H J,Zhang M．Performance of Eifcient CBRP in Mobile Ad Hoc Networks (MANETS)．Proceedings of Vehicular Technology Conference, Calgary, Alberta, Canada, September2008.

[12] LU X B, ZHOU L Y．A Reliable Dynamic Source routing based Cluster Label in Mobile Ad Hoc Networks． Proceedings of Vehicular Technology Conference，Barcelona，Spain，April 2009.

[13] Chatterjee M,Sas S K,Turgut D．An On-Demand Weighted Clustering Algorithm (WCA) for Ad Hoc Networks． Proceedings of Global Telecommunications Conference， GLOBECOM ’00，San Francisco，USA，November 2000.

[14] Kevin C L， Michael L， Jerome H， et al．LOUVER：Landmark Overlays for Urban Vehicular Routing Environments．Proceedings of the 68th Vehicular Technology Conference (VTC-Fall'08),Calgary,Canada，September 2008.

[15] Brad K，Kung H T.GPSR:Greedy Perimeter Stateless Routing for Wireless Networks.Proceedings of the 6th Annual International Conference Mobile Computing and Networking(MOBICOM’00), Boston, MA, USA, August 2000.

[16] 馮濤.車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的信息安全研究[J].信息安全與技術(shù),2011,(08):28-30. FENG Tao. The Research of Information Security in Internet of Vehicles[J]. Information Security & Technology，2011,(08):28-30.

[17] 東輝,唐景然,于東興.物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢綜述[J].通信技術(shù),2014,47(11):1233-1239. DONG Hui, TANG Jing-ran, YU Dong-xing. The Development Status and Trend of ToT Communication Technology[J].Communications Technology, 2014,47(11):1233-1239.

[18] 許勇.車聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議研究和系統(tǒng)開發(fā)[J].桂林電子科技大學(xué)學(xué)報,2010,35(05):457-461. XU-Yong. Design and Implementation of Communication Protocols for Vehicular Networking[J]. Journal of Guilin University, 2010, 35(05): 457-461.

Development Status and Tendency of IoV Communication Technology

REN Kai-ming1， LI Ji-zhou2, LIU Ling-yan2, SONG Wen-ying2

(1.NO.30 Institute of CETC, Chengdu Sichuan 610041, China;2. Unit 91746 of PLA, Beijing 102206, China)

With wide application of Mobile Internet, IoT (Internet of Things) and WSN (Wireless Sensor Network), IoV (Internet of Vehicles) becomes one of the effective methods to achieve intelligent transportation. Communication technology,as the core technology in IoV, determines the overall performance of IoV. Firstly, the concept, architecture, characters and advantages of IoV is described, then the development status of IoV communication category, system, standard, routing protocol is discussed including the development of communication security technology, and meanwhile, the possible challenges of IoV communictaion technology are also analyzed. Finally the development trend of IoV communication technology is forecasted in accordance with the development trend of IoT and mobile Internet.

IoV; communication technology; routing protocol; communication standard

10.3969/j.issn.1002-0802.2015.05.001

2014-11-09；

2015-02-26 Received date:2014-11-09；Revised date：2015-02-26

TN914

A

1002-0802(2015)05-0507-07

任開明(1980—)，男，碩士，工程師，主要研究方向為通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；

李紀(jì)舟(1967—),男，研究生，高級工程師，主要研究方向為信息處理與通信技術(shù)；

劉玲艷(1982—),女，博士，工程師，主要研究方向為信息處理與通信技術(shù)；

宋文穎(1974—),女，碩士，工程師，主要研究方向為信息處理與通信技術(shù)。