車聯(lián)網(wǎng)通信技術發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

李健 張立恒

摘要 隨著中國在互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和傳感器通信技術上的快速發(fā)展，車聯(lián)網(wǎng)技術的應用有望在未來為城市建立智能交通系統(tǒng)，減少交通擁堵，減少安全事故上發(fā)揮重要作用。車聯(lián)網(wǎng)的技術核心是通信技術，其性能的好壞決定著車聯(lián)網(wǎng)的質量優(yōu)劣。本文旨在通過介紹車輛網(wǎng)的定義、組成結構和車輛網(wǎng)的優(yōu)勢，再分析車聯(lián)網(wǎng)通信技術的構成框架、車聯(lián)網(wǎng)通信類別和通信標準，提出目前車聯(lián)網(wǎng)通信方面存在的問題，并對未來車聯(lián)網(wǎng)通信技術做出展望。

[關鍵詞]車聯(lián)網(wǎng) 通信技術 通信標準

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)的廣泛建立和無線傳感器技術的廣泛應用，車聯(lián)網(wǎng)為城市交通帶來巨大的便利，引起廣泛的關注，是當今世界各國研究的重點。作為車聯(lián)網(wǎng)的基礎，通信技術的優(yōu)劣決定著車聯(lián)網(wǎng)整體的性能好壞。

1 車聯(lián)網(wǎng)技術

1.1 車聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵

車聯(lián)網(wǎng)是新時代出現(xiàn)的詞，到現(xiàn)在還沒有統(tǒng)一的定義。現(xiàn)代技術意義上的車聯(lián)網(wǎng)是指通過無線射頻識別技術，識別車輛屬性，收集靜、動態(tài)信息，并對車輛運行狀態(tài)進行有效的監(jiān)控并提供綜合性服務。簡單地說，既是車聯(lián)網(wǎng)整合各種模塊采集到的信息，為車輛提供安全、交通控制等服務，減少安全事故，提高交通效率。

1.2 車聯(lián)網(wǎng)組成結構

和物聯(lián)網(wǎng)類似，車聯(lián)網(wǎng)的實質是物聯(lián)網(wǎng)在交通領域的具體應用，具有很明顯的物聯(lián)網(wǎng)特性。車聯(lián)網(wǎng)的體系結構和物聯(lián)網(wǎng)有諸多相似之處，大體上可以分為感知層、網(wǎng)絡層和應用層等三部分。

感知層主要負責感知和采集車輛自身與交通信號信息，通過相應技術手段，如無線傳感器技術、導航定位技術等實現(xiàn)隨時隨地的掌握車輛運行情況、交通情況、道路情況、天氣變化情況以及人與車、車與車之間的復雜變換等的信息。感知層技術的實現(xiàn)，為應用層提供詳細的的、全面的信息源。

網(wǎng)絡層負責整理感知層收集到的信息，做好為應用層傳輸信息的準備。網(wǎng)絡層技術的實現(xiàn)，可以方便用戶實現(xiàn)遠距離通信和遠距離控制。網(wǎng)絡層由承載網(wǎng)絡和接入網(wǎng)絡兩部分組成。其中，承載網(wǎng)絡主要由電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)和交通信息專用網(wǎng)絡等組成。接入網(wǎng)絡包括無線移動通信網(wǎng)絡，如2G/3 G/4G，現(xiàn)在可以實現(xiàn)5G網(wǎng)絡通信，或者WLAN、衛(wèi)星通信等網(wǎng)絡

應用層主要負責人機交互通信的功能，通過車載信息系統(tǒng)，實現(xiàn)從外界獲取信息的功能，這些信息主要包括車輛交通信息、汽車狀況信息、互聯(lián)網(wǎng)、道路信息等。通過把收集到的信息整合到應用層，實現(xiàn)人工智能交通管理、車輛的安全控制、交通信息的發(fā)布等功能，不僅為個人，更為企業(yè)、公司提供了更多的快捷的服務，提高人民的生活質量。

1.3 車聯(lián)網(wǎng)自身優(yōu)勢

車聯(lián)網(wǎng)是新一代技術下的產(chǎn)物，相比于傳統(tǒng)的移動互聯(lián)網(wǎng)或者物聯(lián)網(wǎng)，車聯(lián)網(wǎng)有著自身突出的特點和優(yōu)勢。具體體現(xiàn)在以下幾點：

（1）車聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡結構采用拓撲結構，可以對外界刺激做出快速的放應，同時，其特殊的結構也會使接入方式因環(huán)境而發(fā)生改變;

（2）車聯(lián)網(wǎng)的能量和存儲空間足夠滿足人們的出行需要，車聯(lián)網(wǎng)是以車輛作為通信節(jié)點，具有足夠多的存儲空間和處理數(shù)據(jù)的能力，不僅如此，其超長的續(xù)航能力廣受青睞;

（3）車輛的運行軌跡可以實時監(jiān)控。該技術的實現(xiàn)主要是基于車輛運行的軌跡是在已經(jīng)建好的公路上，只需要獲取道路軌跡和車輛移動的速度，便可以在一段時間內(nèi)對車輛運行軌跡進行監(jiān)控;

（4）車聯(lián)網(wǎng)提供的服務多樣化。車聯(lián)網(wǎng)應用范圍廣泛，不僅可以為司機提供道路交通、車輛安全等信息，還可以提供生活娛樂和移動互聯(lián)網(wǎng)等服務;

（5）車聯(lián)網(wǎng)工作在車輛運行很快的環(huán)境下，所以對通信的實時性和穩(wěn)定性要求很高。

2 車聯(lián)網(wǎng)通信技術的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 通信框架現(xiàn)狀

車聯(lián)網(wǎng)通信架構主要由移動部分和基礎部分兩部分組成。其中基礎設施包括公共接入網(wǎng)絡和承載局域網(wǎng)絡，為高速移動的車輛提供網(wǎng)絡接入和其他應用服務。移動部分主要是以車輛為載體，搭建移動的無線傳感器網(wǎng)絡，這樣的局域網(wǎng)絡可以分為VAN車載局域網(wǎng)和VANNET車載自組網(wǎng)兩大類。

VAN車載局域網(wǎng)通常被稱為車域網(wǎng)，是一種建立在車輛內(nèi)部的通信網(wǎng)絡。車輛內(nèi)部設備統(tǒng)稱為車載單元，主要有傳感器模塊、通信模塊、顯示器模塊。單元之間的信息交換是通過車載局域網(wǎng)來實現(xiàn)的，對于交換外界信息，則需要通過車載通信網(wǎng)以衛(wèi)星通信或WLAN通信等方式接入外界的道路基礎設施或者公共網(wǎng)絡的方式，實現(xiàn)信息的共享。VANNET車載自組網(wǎng)是專門用于車輛運行環(huán)境下的移動自動組織網(wǎng)絡，把車輛虛擬為移動的網(wǎng)絡節(jié)點，同時把路邊的接入單元虛擬為靜止的網(wǎng)絡節(jié)點，通過兩者之間的傳感器，達到信息交換的目的。近幾年來，VANNET車載自組網(wǎng)已經(jīng)發(fā)展出兩種模式：V2V車與車通信模式和V21車與道路基礎設施通信模式。其中V2V車與車通信模式已經(jīng)實現(xiàn)能夠讓車輛實時的接收來自周邊的車輛的信息，并與之進行通訊，極大地方便了車輛的出行，增加道路交通的安全性。

2.2 通信類別發(fā)展現(xiàn)狀

通信技術作為車聯(lián)網(wǎng)技術的核心，其類別需要滿足不同對象下的車聯(lián)網(wǎng)通信。根據(jù)通信對象的不同，可以將通信劃分為以下幾個類別：車輛內(nèi)部通信、車輛之間通信、人車通信、車路通信。以下將詳細接受這幾類通信：

2.2.1 車輛內(nèi)部通信

車輛內(nèi)部通信是指汽車內(nèi)部車載單元之間的信息交流和共享。車載終端設備與車內(nèi)的傳感器單元形成車輛自身的通信網(wǎng)絡，主要用于車輛數(shù)據(jù)采集，監(jiān)控車輛運行安全。車輛內(nèi)部可以提供相對靜止環(huán)境，可以采用車內(nèi)短距離有線或無線通信方式，如CAN、Bluetooth等，具有可靠性高、穩(wěn)定性強、實時性高等優(yōu)點

2.2.2 車輛之間通信

車輛之間的通信是指通過車載終端，進行的車與車之間雙向的數(shù)據(jù)通信。采用的通信技術包括微波通信、紅外通信和專用的短程通信等技術，突出體現(xiàn)的優(yōu)勢在于安全性高、實時性要求準確。車載終端可以采集周邊車輛的各種信息，包括周邊車輛的速度、方向、位置、車輛發(fā)出的信號等，而且通過車與車之間的通信，可以搭建一個交流平臺，供參與者共享位置、方位、視頻、短信等信息。

2.2.3 人車通信

人車通信是指人使用的移動設備，如手機、電腦或其他的智能設備與車載終端之間進行的通信，采用的技術包括Bluetooth，RIFD等，主要應用在車輛管理，智能鑰匙和車輛信息服務上。

2.2.4 車路通信

車路通信是指車內(nèi)終端設備和道路基礎設備之間的信息交流，通過道路周邊信息的采集，可以獲得車輛周邊信息，實現(xiàn)車輛和基礎設施之間的智能交通。車輛和路邊設施距離短，移動速度快，鑒于此特點，應采用微波或紅外通信技術，實現(xiàn)車輛運行的監(jiān)控。

2.3 通信標準

目前，在車聯(lián)網(wǎng)上還沒有統(tǒng)一的國際標準，各個國家根據(jù)國內(nèi)企業(yè)的發(fā)展特點，對車聯(lián)網(wǎng)提出適應國內(nèi)智能交通的通信標準。其中以美國提出的標準最為規(guī)范，指出車聯(lián)網(wǎng)技術的通信標準需要包括以下幾點：

（1）網(wǎng)絡接入時間要短;

（2）傳輸延時低;

（3）通信效率高;

（4）具有較高的可靠性和穩(wěn)定性;

（5）信息安全性高。

3 車聯(lián)網(wǎng)通信技術的發(fā)展趨勢

針對車聯(lián)網(wǎng)存在以上問題，結合當今互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢，并根據(jù)我國國情，預計車聯(lián)網(wǎng)通信技術的發(fā)展趨勢如下：

3.1 通信標準得到有效建設

完善通信標準協(xié)議對于加快車聯(lián)網(wǎng)技術的普及具有一定的推進作用，主要表現(xiàn)在以下幾點。

（1）完善的通信標準協(xié)議為通信對象之間提供了通信規(guī)范;

（2）完善的通信標準可以讓某些通信協(xié)議提供更多的服務;

（3）統(tǒng)一的國際標準可以實現(xiàn)不同國家車輛之間的信息共享。

3.2 通信網(wǎng)絡融合率提高

隨著時代的快速發(fā)展，車聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模逐步擴大，所包含的節(jié)點越來越多，接入的網(wǎng)絡結構越來越多，也就越來越復雜。復雜多樣的網(wǎng)絡結構將形成不同的網(wǎng)絡結構共存局面，從而影響不同網(wǎng)絡結構之間信息交流不順暢。因此，需要加強協(xié)議轉換技術的研究，實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)之間的無縫連接。

3.3 通信效率和容量增加

近幾年，汽車行業(yè)快速發(fā)展，全球車輛持有量大幅提升，車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)不斷擴增，接入車聯(lián)網(wǎng)的節(jié)點越來越多，車聯(lián)網(wǎng)需要采集、處理、分析的信息呈指數(shù)增加。因此通信的容量和效率成為車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重點研究對象，運用云計算、大數(shù)據(jù)處理等技術，來開發(fā)大容量、高效率的通信技術是正確的發(fā)展方向。

3.4 通信安全新技術得到發(fā)展

車聯(lián)網(wǎng)是一個開放的網(wǎng)絡，通信安全得不到保障，個人隱私容易泄露，因此，保障個人信息安全是未來車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要方向。加快安全技術研發(fā)：

（1）要加強密鑰管理技術開發(fā)，

（2）開發(fā)更嚴密的身份驗證技術，

（3）通信抗干擾技術研發(fā)。

4 總結

綜上所述，便車聯(lián)網(wǎng)是未來智能交通發(fā)展的主要方向，而通信技術作為車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的核心，決定著車聯(lián)網(wǎng)信息傳輸?shù)臅r效性和穩(wěn)定性。目前，車聯(lián)網(wǎng)還在不斷地發(fā)展過程中，各部分模塊還不能完全融合在一起，僅顯現(xiàn)出車聯(lián)網(wǎng)的初步特征，面臨的問題還有很多。相信，隨著大數(shù)據(jù)處理、云計算、通信技術的發(fā)展，未來的車聯(lián)網(wǎng)能在智能交通上可以提供更好的服務。

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