基于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的車聯(lián)網(wǎng)通信淺析

屈剛 查先毅

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高、基建的發(fā)展，以汽車作為出行的交通方式越發(fā)普遍，汽車保有量持續(xù)增長?；诖吮尘埃悄芑?、網(wǎng)聯(lián)化的汽車網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)飛速發(fā)展，車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)由此誕生，推動了汽車產(chǎn)業(yè)的變革。本文基于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的車聯(lián)網(wǎng)通信展開研究論述，提出了發(fā)展基于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的展望。

關(guān)鍵詞：車聯(lián)網(wǎng);物聯(lián)網(wǎng);蜂窩通信

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

無線通信技術(shù)在車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中起著關(guān)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(qiáng)車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。另一方面隨著5G技術(shù)的推出，各企業(yè)紛紛致力于高質(zhì)量、高可靠性、廣覆蓋的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究?；诜涓C物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，探究端、管、云體系的車聯(lián)網(wǎng)通信，對于推動車輛通信的低功耗、廣覆蓋、大連接和長續(xù)航具有重大的意義，同時也對推動5G應(yīng)用、5G聯(lián)合創(chuàng)新具有積極意義。

1 蜂窩物聯(lián)網(wǎng)與車聯(lián)網(wǎng)通信概述

1.1 蜂窩物聯(lián)網(wǎng)概述

1.1.1 物聯(lián)網(wǎng)

自互聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)之后，人們對互聯(lián)網(wǎng)通信的研究步伐加快，物聯(lián)網(wǎng)便是在計算機(jī)移動通信發(fā)展的過程中新的信息產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的誕生推動了社會各個領(lǐng)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，也逐步的走入人們?nèi)粘Ｉ钪?。對于物?lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)是指利用條碼、射頻識別、全球定位系統(tǒng)、激光掃射等信息的傳感設(shè)備，通過技術(shù)協(xié)議實現(xiàn)人、物在不同情景與環(huán)境之間的信息交流。物聯(lián)網(wǎng)能通過信息交換與交流，實現(xiàn)智能化的信息識別、跟蹤、定位、監(jiān)管、龐大網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[1]。從物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)結(jié)構(gòu)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(wǎng)絡(luò)構(gòu)成;（2）基于云計算等網(wǎng)絡(luò)信息傳遞的網(wǎng)絡(luò)層，由有線通信網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)私有網(wǎng)絡(luò)和云計算平臺等構(gòu)成[2]。（3）實現(xiàn)用戶接口和行業(yè)需求的應(yīng)用層，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)與用戶接口的實際應(yīng)用系統(tǒng)。通過物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用可以實現(xiàn)人與系統(tǒng)的對接，不同時間、地點下的信息交流。

1.1.2 蜂窩物聯(lián)網(wǎng)

所謂的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)是指蜂窩移動通信網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的信息產(chǎn)物。它是以窄帶物聯(lián)網(wǎng)、增強(qiáng)機(jī)器類通信為代表。在蜂窩物聯(lián)網(wǎng)體系構(gòu)架中，支持接入多類型的物聯(lián)網(wǎng)終端或者傳感設(shè)備，相比傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架新型的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)體系，包括了物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)和連接管理云。蜂窩物聯(lián)網(wǎng)連接管理平臺，主要面向終端或者應(yīng)用平臺，提供對終端的在線監(jiān)控、能力資源服務(wù)以及行業(yè)內(nèi)大數(shù)據(jù)的分析。蜂窩物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可用性更高，網(wǎng)絡(luò)覆蓋全球90%的人口，支持低功耗廣域網(wǎng)的應(yīng)用，相比傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)蜂窩物聯(lián)網(wǎng)更具優(yōu)勢[3]。

1.2 車聯(lián)網(wǎng)概述

車聯(lián)網(wǎng)主要是指，通過GPS傳感器，攝像頭圖像處理等相關(guān)的裝置以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對車輛位置速度宣璐等相關(guān)的信息進(jìn)行整理分析構(gòu)成的巨大交互網(wǎng)絡(luò)。車聯(lián)網(wǎng)可以將不同時間地點下的各類信息進(jìn)行搜集、匯聚到中央處理器，經(jīng)過信息系統(tǒng)對搜集來的信息進(jìn)行處理，然后通過信息技術(shù)對車輛的信息進(jìn)行分析，而判斷出車輛行駛過程中的車況。

2 基于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的車聯(lián)網(wǎng)通信必要性分析

2.1 智能交通的需求

新世紀(jì)以來，公路交通已經(jīng)越來越智能化，我們需要一套更加先進(jìn)和一體化的交通管理智能系統(tǒng)。在該系統(tǒng)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(tǒng)并將交通流量調(diào)整到最佳，同時實現(xiàn)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(jìn)的通訊計算機(jī)，控制以及傳感技術(shù)，實現(xiàn)對交通的實時控制和指揮管理。基于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的車聯(lián)網(wǎng)具有高效的信息處理技術(shù)，通過車聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)車聯(lián)網(wǎng)的功能

基于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的車聯(lián)網(wǎng)通信可以實現(xiàn)車輛的遠(yuǎn)程（遠(yuǎn)程控制汽車的關(guān)閉、啟動或者解鎖等）、遠(yuǎn)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(zhǔn)導(dǎo)航、緊急救援、違章提醒等功能。其應(yīng)用場景包括車與互聯(lián)網(wǎng)互連（V2N ）、車車互聯(lián)（V2V）、車路互聯(lián)（V2I）以及車人互聯(lián)（V2P）。見表1所示。

結(jié)合汽車發(fā)展的趨勢，應(yīng)用與發(fā)展車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是很有必要的，車聯(lián)網(wǎng)可以為駕駛員提供非常大的便利，是一件非常實用的技術(shù)。它是實現(xiàn)無人駕駛、智能汽車發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施。

3 專用短程通信與基于蜂窩網(wǎng)的車聯(lián)網(wǎng)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(xiàn)小范圍內(nèi)的視音頻數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)、可靠、雙向傳輸專用于V2V、V2I的通信標(biāo)準(zhǔn)。專用短程通信是目前車輛通信中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一，發(fā)展相對較成熟。目前專用短程通信實現(xiàn)了相鄰車輛之間的行車安全數(shù)據(jù)通信與交換符合智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用，通過技術(shù)的改進(jìn)與創(chuàng)新也增強(qiáng)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(wǎng)的車聯(lián)網(wǎng)通信概述

2017年完成了基于LTE蜂窩網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)制定，目前基于5G的新空口蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也在逐步完善中。

基于LTE蜂窩網(wǎng)為基礎(chǔ)的車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的工作場景，包括了基于蜂窩網(wǎng)覆蓋面的場景和獨立于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的工作場景。前者可以通過蜂窩網(wǎng)的URL接口提供信息服務(wù)實現(xiàn)覆蓋面廣大寬帶的通信服務(wù)便于車輛與周圍環(huán)境節(jié)點及延時性、高可靠性的通信。而獨立于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的工作場景，更有利于滿足行車安全需求。整個蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋面的場景下，車輛通信之間的數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以支持車輛通行過程中車輛之間的動態(tài)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(jié)構(gòu)強(qiáng)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(wǎng)的車聯(lián)網(wǎng)通信比較

盡管專用短程通信技術(shù)趨于成熟，但基于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)相比專用短程通信技術(shù)，更具有后發(fā)優(yōu)勢。

技術(shù)上，基于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)在專用短程通信技術(shù)上，不斷的突破及性能缺點，在系統(tǒng)容量覆蓋范圍面更具優(yōu)勢?；诜涓C物聯(lián)網(wǎng)的車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，將車與互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)、車車互聯(lián)、車路互聯(lián)和車人互聯(lián)結(jié)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(shù)屬于分布式的系統(tǒng)，在整體上不具備此優(yōu)勢。

終端層面，基于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的通信技術(shù)，降低了芯片復(fù)雜度，從而也減少了系統(tǒng)中芯片的成本，另一方面，基于蜂窩網(wǎng)的物流通信技術(shù)豐富了車載信息服務(wù)。

產(chǎn)業(yè)層面[6]。目前對于LTE蜂窩網(wǎng)絡(luò)基站設(shè)備進(jìn)行了升級，國內(nèi)外，對于LTE網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施布局相對較廣，更有利于基于LTE網(wǎng)絡(luò)的車聯(lián)網(wǎng)，通信技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。另一方面，通過物聯(lián)網(wǎng)和車聯(lián)網(wǎng)模式融合未來可以進(jìn)一步的完善，平滑的過度到5G技術(shù)更具有發(fā)展的前景。

4 基于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的車聯(lián)網(wǎng)通信展望

4.1 聚焦蜂窩物聯(lián)網(wǎng)，突破端與端的發(fā)展

基于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)要不斷的突破技術(shù)瓶頸，為車輛通信提供高質(zhì)量高可靠，覆蓋面廣的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)。相關(guān)的企業(yè)或者研發(fā)部門應(yīng)當(dāng)努力致力于自主研發(fā)基礎(chǔ)通信套件及標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議封裝，推動適配海量的物聯(lián)網(wǎng)傳感器，滿足車輛通信的需求，實現(xiàn)車輛終端通信能力的標(biāo)準(zhǔn)化[7]。

另一方面，為了推動車輛通信中端到端的通信能力，發(fā)展基于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)要涵蓋海量通信、數(shù)據(jù)儲存、應(yīng)用孵化、能力輸出、信息發(fā)布、數(shù)據(jù)監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析等功能。

4.2 蜂窩物聯(lián)網(wǎng)與車聯(lián)網(wǎng)協(xié)同發(fā)展，助推產(chǎn)業(yè)升級

協(xié)同發(fā)展蜂窩物聯(lián)網(wǎng)與車聯(lián)網(wǎng)，推動車輛通信的發(fā)展，同時助推產(chǎn)業(yè)的快速成熟。在車聯(lián)網(wǎng)的車載信息服務(wù)、輔助駕駛和智能駕駛中融入蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使得在車輛行駛的過程中能夠自主感知周邊信息，實現(xiàn)車與車車與人的周圍信息感知。完善智聯(lián)通信的技術(shù)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(lián)網(wǎng)的車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，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(shù)升級。

4.3 創(chuàng)新發(fā)展蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)5G互聯(lián)

蜂窩模組是物聯(lián)網(wǎng)中的核心連接器。發(fā)展與完善物聯(lián)網(wǎng)的蜂窩模組可以進(jìn)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(lián)網(wǎng)，的車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)發(fā)展5G新型技術(shù)應(yīng)當(dāng)重點聚焦在5G通信能力、基礎(chǔ)通信設(shè)施等方面的建設(shè)。不斷的完善5G的車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，實現(xiàn)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(jié)語

廣義上，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的車聯(lián)網(wǎng)是一個具有未來發(fā)展的愿景，是在泛網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)車輛任何時間地點，任何網(wǎng)絡(luò)與任何人物信息的交流與交換。我們應(yīng)當(dāng)挖掘蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的車聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢，并科學(xué)合理的應(yīng)用于車聯(lián)領(lǐng)域，提高社會車輛通信領(lǐng)域的信息化的交流。本文展開基于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的車聯(lián)網(wǎng)通信展開研究，提出了基于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的車聯(lián)網(wǎng)通信必要性分析、專用短程通信與于蜂窩網(wǎng)的車聯(lián)網(wǎng)通信比較分析和基于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的車聯(lián)網(wǎng)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(shù)建設(shè)提供理論指導(dǎo)意義。

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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(wǎng)、5G通信和物聯(lián)網(wǎng)。

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