車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展前景探討

朱鏡瑾

(黃河交通學(xué)院,河南 鄭州454950)

1 引言

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分,也是“信息化”時(shí)代的重要發(fā)展階段,物聯(lián)網(wǎng)通過智能感知、識(shí)別技術(shù)與普適計(jì)算等通信感知技術(shù),廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)的融合中,也因此被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。

車聯(lián)網(wǎng)作為物聯(lián)網(wǎng)在城市交通方面的具體應(yīng)用,是物聯(lián)網(wǎng)概念的一個(gè)著陸點(diǎn),而汽車則是車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的終端載體。

車聯(lián)網(wǎng)由各個(gè)車輛組成網(wǎng)絡(luò),通過無線通信的方法收集、處理各種動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),用以實(shí)現(xiàn)汽車之間、汽車和建筑之間以及汽車和其他公共設(shè)施之間的信息交互,使汽車融入到城市網(wǎng)絡(luò)中。車主可以由無線通信的方式無間斷的和信息中心交互,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)導(dǎo)航、故障診斷、安全駕駛、娛樂通信等一系列功能,在車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支撐下讓汽車更加人性化。

2 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用

要實(shí)現(xiàn)汽車和道路及其周圍目標(biāo)之間建立可行的信息傳輸通道,實(shí)現(xiàn)道路交通管理和信息服務(wù)的智能化,車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)要具備以下幾種必要的功能。

第一,網(wǎng)絡(luò)通信功能,例如:多種信息播放方式之間合理的選擇;數(shù)據(jù)聚合和信息控制;實(shí)現(xiàn)信道和連通性管理方法;不同層次消息的優(yōu)先選擇;數(shù)據(jù)尋找方式;網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的管理。第二,無線通信能力,例如:無線通信頻道的選擇;無線通信的范圍;無線通信的帶寬及比特率;無線通信的信道魯棒性;無線通信在傳播困難情況下的補(bǔ)償水平,用以實(shí)現(xiàn)車輛和基礎(chǔ)設(shè)施直接的信息交換。第三,無線通信的安全,例如:信號(hào)的保密性和完備性;對(duì)外部惡意攻擊的防備能力,系統(tǒng)和數(shù)據(jù)完整性;所接收到的數(shù)據(jù)的真實(shí)性。第四,車輛的定位功能,例如:全球定位系統(tǒng)GPS;全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS;由本地地圖和全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)提供的信息組合定位功能。

要搭建起一個(gè)具有適用性及高效率的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),要實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基本功能,一系列的基礎(chǔ)先行技術(shù)必須完善,關(guān)鍵技術(shù)主要有以下幾點(diǎn):

(1)RFID射頻識(shí)別技術(shù)。要使汽車之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互通,彼此之間組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò),除了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)及中間鍵等技術(shù)的應(yīng)用之外,必須要用到RFID射頻識(shí)別技術(shù)用來識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù),可以說RFID射頻識(shí)別技術(shù)是保證車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠運(yùn)作的基礎(chǔ),但是我國(guó)在高頻率的RFID射頻識(shí)別技術(shù)方面缺乏關(guān)鍵技術(shù)。

(2)傳感器技術(shù)。人要感知外部環(huán)境的變化,依靠的是人身體內(nèi)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),相對(duì)于車輛而言,要知道車輛內(nèi)部的油耗、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、剎車穩(wěn)定性以及外部橋梁的受壓情況、路面的高低情況、前方道路的擁堵情況等,都要依靠各種各樣的傳感器。由不同的傳感器感知接受各種信號(hào),并且對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行融合、識(shí)別、分類并且再發(fā)送給車輛的各個(gè)部件去執(zhí)行相應(yīng)的命令,所以傳感器技術(shù)是車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息采集的關(guān)鍵。

(3)無線傳輸技術(shù)。由車輛的傳感器采集到新號(hào)之后,需要傳遞給服務(wù)器或者其他的終端設(shè)備,又或者是接收發(fā)出的控制命令,用以完成車輛的遠(yuǎn)程控制,有線傳輸?shù)姆绞绞遣豢赡?只能通過無線傳輸?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)目標(biāo)之間的信息互通。

(4)云計(jì)算技術(shù)。大批量的數(shù)據(jù)被采集完成之后,需要進(jìn)行快速有效的計(jì)算,并且能夠正確準(zhǔn)確的反饋,以便確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性,所以車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)要通過網(wǎng)絡(luò)以云計(jì)算的特性(按需、易擴(kuò)展的方式)獲得。

(5)車輛定位技術(shù)?，F(xiàn)階段除了國(guó)外的GPS定位系統(tǒng)之外,國(guó)內(nèi)的北斗也已經(jīng)投入使用,通過定位系統(tǒng)不但是提供車輛的大致位置信息,而且隨著定位系統(tǒng)的精確性不斷提升,車輛行駛位置的確定范圍也不斷縮小,路況的實(shí)時(shí)信息的精準(zhǔn)度和交通事件定位的精確度也不斷提高。

3 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的需求和挑戰(zhàn)

隨著社會(huì)的發(fā)展,汽車的數(shù)量日益增多,人為的進(jìn)行道路交通的管理將會(huì)變得愈加困難,車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)建將會(huì)成為迫切的需要,同樣的這將是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

第一,車聯(lián)網(wǎng)中的每一輛車都必須在網(wǎng)絡(luò)中給出一個(gè)地址編碼,由于IPv4為32位的地址位數(shù),發(fā)展至今已經(jīng)使用了30多年,由于互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展,IP位址的需求量愈來愈大,使得IP位址的發(fā)放愈趨嚴(yán)格,IPv4的資源即將耗盡,而下一版本的IPv6互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議雖然幾乎可以不受限制地提供地址,但對(duì)于原有的軟件、設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)營(yíng)商等都有兼容性問題。第二,車輛要實(shí)現(xiàn)互通需要一個(gè)統(tǒng)一的編碼體系,由于還未有統(tǒng)一的編碼,不同系統(tǒng)原型之間只能各自進(jìn)行編碼標(biāo)識(shí),這樣不僅行業(yè)內(nèi)的數(shù)據(jù)互通有隔閡,行業(yè)間的交流更加帶來障礙。第三,車聯(lián)網(wǎng)中的信息交互同樣沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),使得系統(tǒng)缺乏保護(hù),并且網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)量龐大,數(shù)據(jù)傳輸時(shí)會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)的擁堵,這些都會(huì)對(duì)車聯(lián)網(wǎng)的實(shí)施力度和未來發(fā)展造成影響。第四,目前的基礎(chǔ)設(shè)施并沒有都實(shí)現(xiàn)電子化管理,其智能化程度還很低,若對(duì)這些相對(duì)落后的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行大規(guī)模改造,不僅建設(shè)周期長(zhǎng),而且投資花費(fèi)金額較大,這些都是車聯(lián)網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)終端信息化所面臨的現(xiàn)實(shí)問題。第五,車聯(lián)網(wǎng)的概念興起時(shí)間不長(zhǎng),比較完善的服務(wù)應(yīng)用和軟件平臺(tái)還沒有實(shí)現(xiàn),若沒有相關(guān)軟件和硬件的平臺(tái)作為交通安全的支撐,那么車聯(lián)網(wǎng)的前途勢(shì)必會(huì)大打折扣。

不僅如此,車聯(lián)網(wǎng)尚未有統(tǒng)一的協(xié)調(diào)中心,道路交通中雖然有一些信息化的基礎(chǔ)應(yīng)用設(shè)施,但這些應(yīng)用設(shè)施之間大多是不相連的。車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的是要使這些應(yīng)用所使用的單一信道方式與分布式控制的要求相結(jié)合,這恰是車聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題所在。除此之外,無線電波的變化和車輛的移動(dòng)會(huì)帶來動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆绊?所以無線電波必須考慮天線的高度以及移動(dòng)車輛自身金屬反射對(duì)無線信道造成的不利影響;同時(shí)需要考慮車輛自適應(yīng)發(fā)射功率和速率控制,以保證可靠、低延時(shí)的通信。

4 車聯(lián)網(wǎng)前景展望

車聯(lián)網(wǎng)作為新生的力量,面臨著廣闊的發(fā)展空間,未來的車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)大致有一些幾個(gè)方面:

(1)由于石油能源的日益短缺,同時(shí)車輛尾氣的排放增加,未來的駕駛將會(huì)以生態(tài)為中心,提倡生態(tài)操作、生態(tài)出行。

(2)活動(dòng)安全協(xié)議,包括安全駕駛、協(xié)同駕駛等。

(3)交通智能化,例如:跟蹤定位貨物的位置信息,將服務(wù)嵌入整個(gè)貨物供應(yīng)鏈和物流鏈;車輛信息的實(shí)時(shí)傳輸,把車輛傳感器收集的信息發(fā)往云中心進(jìn)行計(jì)算分類,然后將不同類型的數(shù)據(jù)分發(fā)到不同的部門進(jìn)行處理,利用這些反饋回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行交通控制。

(4)導(dǎo)航精確化,依靠更加靈敏的導(dǎo)航系統(tǒng)使車輛能加快速獲取系統(tǒng)的指示和建議,并且會(huì)根據(jù)駕駛員的喜好計(jì)算導(dǎo)航路徑。

可以預(yù)見,在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展的今天,車聯(lián)網(wǎng)在此基礎(chǔ)之上必將會(huì)以飛快的速度帶給人類溢出。車聯(lián)網(wǎng)雖然還存在有很多問題,但這不僅是挑戰(zhàn)還是機(jī)遇,相信車聯(lián)網(wǎng)的最終發(fā)展是輝煌的。

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