車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)剖析

引言

2009年，中國成為世界最大的汽車銷售市場和汽車生產(chǎn) 國，交通擁阻情況日漸加劇，交通事故達(dá)每年幾十萬起，死亡 人數(shù)連年增加，汽車保有量的增加也加速了環(huán)境污染及燃料 浪費。在此背景下，車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到我國政府的大力支持，并 被確立為“十二五”規(guī)劃的重點應(yīng)用領(lǐng)域之一，目前已有超過 300多家科研機構(gòu)和公司企業(yè)參與該技術(shù)的研究及開發(fā)，部分 成果已得到初步推廣。本文主要剖析了車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中需要大力 研發(fā)和推廣的技術(shù)，如：RFID、傳感器、無線傳輸、信息安 全、標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)融合、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合、大數(shù)據(jù)處理、云計算、 移動計算等關(guān)鍵技術(shù)。

車聯(lián)網(wǎng)(Connected Vehicles)是由車輛行駛速度、行駛 路線及所處位置等構(gòu)成的信息交互網(wǎng)絡(luò)，是一種向安全、節(jié) 能、環(huán)保、信息通信等方向發(fā)展的車一網(wǎng)聯(lián)合技術(shù)。通過 RFID、GPS、高清攝像頭、傳感器及圖像處理等電子設(shè)備, 實現(xiàn)對車輛、交通環(huán)境、道路等信息的采集；按照一定的通 信協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)，在車一人一路一環(huán)境一網(wǎng)一基礎(chǔ)設(shè)施之間進(jìn)行 無線通信或信息交換；云計算中心采用計算機技術(shù)處理車輛 數(shù)據(jù)信息，從而及時匯報路況，計算出不同車輛的最佳路線 并安排信號燈周期，實現(xiàn)對車、人、路進(jìn)行智能調(diào)度、監(jiān)控 和管理。車聯(lián)網(wǎng)是人類社會進(jìn)入信息時代和汽車時代的必然 結(jié)果，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在交通領(lǐng)域的延伸及應(yīng)用。

1 RFID技術(shù)

射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)。又稱 無線射頻識別，是一種可通過無線電信號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)而無需接觸的通信技術(shù)。RFID讀寫器可分固定式和 移動式，其典型應(yīng)用有圖書借閱、門禁系統(tǒng)等。RFID由讀寫 器、應(yīng)答器兩部分組成。讀寫器由耦合元件、天線及芯片組成, 主要用來讀取/寫入標(biāo)簽信息，分為固定式和移動式兩種。應(yīng) 答器也是由耦合元件、天線以及芯片組成，應(yīng)答器常見為標(biāo)簽, 每個標(biāo)簽都有自身的唯一的序列號，附著在物體上用以唯一標(biāo) 識目標(biāo)對象。

RFID主要優(yōu)點：它是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，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)，容易實現(xiàn)在聯(lián) 網(wǎng)結(jié)點間數(shù)據(jù)的高效率、遠(yuǎn)距離傳輸，識別工作無須人工干預(yù), 能穿透塵垢、霧、冰、雪、涂料和條形碼無法使用的惡劣環(huán) 境閱讀標(biāo)簽。RFID在性能方面，具有體積小、抗污染、可重 復(fù)使用、數(shù)據(jù)存儲量大、安全、可穿透性等特點。

當(dāng)標(biāo)簽靠近到讀寫器和天線組成的感應(yīng)范圍時，標(biāo)簽會 憑借感應(yīng)電流將存儲在芯片里的數(shù)據(jù)(如產(chǎn)品信息)發(fā)送給讀 寫器或者由標(biāo)簽主動發(fā)送某一頻率的信號，讀寫器讀取信息并 解碼后會將數(shù)據(jù)上傳至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理。

RFID技術(shù)作為車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，市場潛力十分巨 大；另外，不斷完善的超高頻技術(shù)和統(tǒng)一的RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 都是未來車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢。

2傳感技術(shù)

傳感技術(shù)與計算機技術(shù)、通信技術(shù)并稱信息技術(shù)三大支柱。車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)依靠各類傳感器獲取信息，如車輛胎壓、車速、加速度以及有關(guān)車輛當(dāng)前的狀態(tài)、性能、安全等相關(guān)數(shù)據(jù)，然后通過處理將其轉(zhuǎn)為有用數(shù)據(jù)。一般來說，傳感器由敏感元件和變換元件(有時又稱為變換器)兩部分組成：敏感元件指能夠靈敏地直接感受被測變量并做出響應(yīng)的元件；變換器能

將感受到的非電量變換為電量。

傳感器的功能與品質(zhì)高低決定了傳感系統(tǒng)獲取的信息量 和信息質(zhì)量。傳感器呈現(xiàn)出微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、 系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化等發(fā)展趨勢。

3無線傳輸技術(shù)

車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)需要對大量的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸與處理，其 工作原理如圖1所示。

無線傳輸技術(shù)的發(fā)展趨勢主要有兩點：一是ZigBee技術(shù) 為無線智能家居提供了技術(shù)支持，促進(jìn)了行業(yè)的普及式發(fā)展； 其二則是4G技術(shù)，該技術(shù)正在向著保密性高、省電、傳輸距 離遠(yuǎn)等方向發(fā)展。

4云計算技術(shù)

云計算(cloud computing)是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計算方式, 通過這種方式，共享的軟硬件資源和信息(如網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)、應(yīng)用、 存儲等)可以按需求提供給計算機和其他設(shè)備。其工作原理 如圖2所示。

云計算的發(fā)展趨勢有:

元計算產(chǎn)業(yè)鏈將會越發(fā)完善；

對云計算的服務(wù)需求快速增長；

云計算服務(wù)潛在的安全性、穩(wěn)定性問題會嚴(yán)重制約 云計算的發(fā)展，因而需要找出解決方案以保證數(shù)據(jù)的可靠性。 5移動計算

移動計算(Mobile Computing)，顧名思義是一種即使被 移動也能使用的計算設(shè)備，涉及移動通信、移動硬件和手機軟 件。移動計算使終端設(shè)備通過無線網(wǎng)絡(luò)的連接實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的 傳輸及其資源共享，是計算技術(shù)研究中的熱點領(lǐng)域，是當(dāng)前 計算機技術(shù)研究的熱點領(lǐng)域。其工作原理如圖3所示。

6異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合是一個嶄新的概念，指的是盡可能將各種 類型的網(wǎng)絡(luò)融合起來，在一個通用的網(wǎng)絡(luò)平臺上提供多種業(yè) 務(wù)。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合必須充分利用不同網(wǎng)絡(luò)間的互補特性，解決 多種不同類型網(wǎng)絡(luò)的有機融合問題。具體來講，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合 就是采用通用的、開放的技術(shù)實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)元的互聯(lián)、互 通和集成，涉及到接入網(wǎng)融合、核心網(wǎng)融合、終端融合、業(yè)務(wù) 融合和運營管理融合等方面。其發(fā)展趨勢為：朝著無線異構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)中的安全路由協(xié)議、接入認(rèn)證技術(shù)、入侵檢測技術(shù)、加解 密技術(shù)、節(jié)點間協(xié)作通信等安全技術(shù)方向進(jìn)行研究，以提高 無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的安全保障能力。是未來移動網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展 趨勢［6］。

7大數(shù)據(jù)處理技術(shù)

“大數(shù)據(jù)”指數(shù)據(jù)容量特別大，數(shù)據(jù)類別特別多的數(shù)據(jù)集, 并且這樣的數(shù)據(jù)集無法用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫工具對其內(nèi)容進(jìn)行抓取、 管理和處理。大數(shù)據(jù)處理技術(shù)能處理各種類型的海量數(shù)據(jù), 無論是微博、文章、電子郵件、文檔、音頻、視頻，還是其 它形態(tài)的數(shù)據(jù)。它正在改變傳統(tǒng)的計算機運行模式，利用大 數(shù)據(jù)技術(shù)，我們可以從各種類型的數(shù)據(jù)中，快速獲得有價值 信息，如:Google捜索引擎。

在大數(shù)據(jù)處理技術(shù)發(fā)展趨勢中，存在以下幾個問題值得 關(guān)注［7］:

如何在容錯的同時進(jìn)行高效數(shù)據(jù)傳輸；

如何在處理金融、醫(yī)療等數(shù)據(jù)時確保數(shù)據(jù)的安全；

如何降低大數(shù)據(jù)處理的成本以及靈活性；

如何使分布式數(shù)據(jù)處理平臺更好地支持復(fù)雜算法。

8信息安全技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)融合技術(shù)

信息安全技術(shù)是指保證己方正常獲取、傳遞、處理和利 用信息，而不被無權(quán)享用的他方獲取和利用己方信息的一系列 技術(shù)的統(tǒng)稱，主要由信息保密技術(shù)，信息確認(rèn)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)控 制作用3部分組成。構(gòu)建安全、可靠的車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)是當(dāng)前 研究的熱點及難點技術(shù)。車聯(lián)網(wǎng)的開放性、匿名性帶來了一些 不可避免的安全問題，如網(wǎng)絡(luò)攻擊。如何借助信息安全技術(shù)來 抵御網(wǎng)絡(luò)攻擊、保證數(shù)據(jù)的真實性與完整性、保護(hù)個人的隱私 將決定著車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用和普及程度。分層密鑰管理和身份認(rèn) 證技術(shù)是現(xiàn)階段車聯(lián)網(wǎng)解決信息安全的重要突破口之一。

標(biāo)準(zhǔn)化(Standardization)是制定和實施技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的過程。 標(biāo)準(zhǔn)是科學(xué)、技術(shù)和實踐經(jīng)驗的總結(jié)，一般是一份文件。標(biāo) 準(zhǔn)化有助于商品化的獨立性、兼容性、互操作性、安全性、可 重復(fù)性及質(zhì)量保證。目前，車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)起步比較早的一些國家 已都有自己的一套標(biāo)準(zhǔn)。其發(fā)展趨勢為：標(biāo)準(zhǔn)運行過程規(guī)范, 更加重視程序管理，標(biāo)準(zhǔn)制修訂程序更加公開、公正、公平、 透明冏。

數(shù)據(jù)融合技術(shù)，又稱多傳感器融合技術(shù)，是信息科學(xué)領(lǐng) 域的一項重要分支，是新一代智能信息技術(shù)的重要基礎(chǔ)。它 是研究多種信息的獲取、分析和處理的基本方法或技術(shù)以及 信息的表示和內(nèi)在聯(lián)系的一門技術(shù)。數(shù)據(jù)融合技術(shù)有容錯性、 互補性、經(jīng)濟性、實時性、可靠性等特點。數(shù)據(jù)融合技術(shù)的 應(yīng)用范圍非常廣，特別是在一些高端領(lǐng)域中應(yīng)用很廣，但在技 術(shù)尚不成熟，尚未形成基本理論框架。

9結(jié)語

車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在保障安全行車、環(huán)境保護(hù)、快捷出行等方 面已取得了巨大的進(jìn)步。本文針對新興的車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，剖 析其關(guān)鍵技術(shù)，如：RFID、傳感器、無線傳輸、信息安全、 標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)融合、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合、大數(shù)據(jù)處理、云計算、 移動計算等，并對部分技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行總結(jié)及展望。未來, V2R （車與路）、V2P （車與人）、V2V （車與車）和V2I（車與 基礎(chǔ)設(shè)施）的信息交互必將不斷完善，人們將逐步告別紅綠燈、 交通事故及環(huán)境污染。

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