車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)挑戰(zhàn)及服務(wù)展望

引言

中國汽車產(chǎn)業(yè)自2009開始已成為世界最大的汽車生產(chǎn)國 及汽車銷售市場，隨之而來的交通擁擠、阻塞現(xiàn)象日益嚴重。 擁堵的交通引起噪音污染、城市光污染和化學(xué)污染、燃料浪 費等環(huán)境問題。尤為嚴重的是，全國范圍內(nèi)發(fā)生的交通事故達 每年幾十萬起，交通事故死亡人數(shù)居高不下。為解決以上問題, 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)運而生。車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)受到了專家學(xué)者的重視及國 家政府部門的大力支持，目前已被確定為“十二五”規(guī)劃的重 點應(yīng)用領(lǐng)域之一，我國已有300多家企業(yè)從事車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研 發(fā)工作，其成果也已在部分地區(qū)開始應(yīng)用。本文主要論述車 聯(lián)網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)和現(xiàn)有的技術(shù)服務(wù)，并對車聯(lián)網(wǎng)未來的服務(wù) 進行展望。

1車聯(lián)網(wǎng)的定義及關(guān)鍵技術(shù)

車聯(lián)網(wǎng)(Connected Vehicles):即由車輛位置、行駛速度、 行駛路線等構(gòu)成的信息交互網(wǎng)絡(luò)，是一種向信息通信、環(huán)保、 節(jié)能、安全等方向發(fā)展的車一網(wǎng)聯(lián)合技術(shù)。通過RFID、攝 像頭、傳感器、GPS及圖像處理等電子設(shè)備，實現(xiàn)對車輛、道路、 交通環(huán)境等信息的采集；按照一定的通信協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)，在車一 路一 人一網(wǎng)一環(huán)境一基礎(chǔ)設(shè)施之間進行無線通信或信息交換； 云中心采用計算機技術(shù)分析和處理車輛數(shù)據(jù)信息，從而計算 出不同車輛的最佳路線，及時匯報路況和安排信號燈周期， 實現(xiàn)對人、車、路進行智能監(jiān)控、調(diào)度和管理。車聯(lián)網(wǎng)是物 聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在交通系統(tǒng)領(lǐng)域的典型應(yīng)用，是信息社會和汽車社 會融合的結(jié)果。

車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包含：RFID、傳感、無線傳輸、 云計算、移動計算、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合、大數(shù)據(jù)處理、信息安全、 標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)融合等。

2車聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)存問題及技術(shù)挑戰(zhàn)

2.1現(xiàn)有問題

2.1.1行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一

如：傳感器接口、網(wǎng)絡(luò)傳輸方式、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)和傳輸協(xié)議、 通信頻道及通信模式等。如果每家公司或企業(yè)均制定自身的標(biāo) 準(zhǔn)，將會導(dǎo)致系統(tǒng)不兼容和資源浪費。國外車聯(lián)網(wǎng)起步比較早 的國家如美國、日本、歐洲)都已經(jīng)確定了適合自身的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。 2.1.2商業(yè)模式不明確

車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣闊前景和巨大商機，已吸引國內(nèi)外眾多 汽車廠商加入到研發(fā)中來。由于國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，進入車聯(lián)網(wǎng) 市場的產(chǎn)品和服務(wù)，如車載智能終端，一般都由汽車制造商買 單，免費服務(wù)1?2年。服務(wù)到期后，用戶是否會愿意買單？ 企業(yè)利益如何處理？如何增加消費者對車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的需求，對 車聯(lián)網(wǎng)市場的發(fā)展至關(guān)重要。

2.1.3產(chǎn)業(yè)鏈不完善

車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要有5個角色，即汽車制造商、網(wǎng)絡(luò)運營 商、技術(shù)供應(yīng)商和信息提供商、消費者。前四者必須設(shè)法獲取 消費者的反饋信息，以提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，增加市場競爭力。 只有五者建立起互利產(chǎn)業(yè)鏈，才能為車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的良性循環(huán) 提供堅實基礎(chǔ)。

2.1.4技術(shù)支寺體系缺乏

車聯(lián)網(wǎng)是車輛與互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，車輛通過各類設(shè)備感知 周圍環(huán)境，動態(tài)采集數(shù)據(jù)，匯總數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)往控制中心，控制中心處理完畢數(shù)據(jù)后，再發(fā)回車輛終端。在此方面，還存在信息采集、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)等技術(shù)問題。

2.2技術(shù)挑戰(zhàn)

車聯(lián)網(wǎng)作為一種新興的技術(shù)，其主要技術(shù)挑戰(zhàn)有：

（1）地址和地理尋址：部分車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序需要對車輛在某一地理區(qū)域內(nèi)的物理位置進行尋址。車輛的流動性使得對地址/地理尋址的跟蹤和管理極具挑戰(zhàn)性；

（2）風(fēng)險分析和管理：風(fēng)險分析和管理，用于識別和管理車輛通信時潛在的威脅和攻擊。對于這類攻擊的解決方案早已被提出，但攻擊的行為模型（記錄用戶的歷史行為，并按照一定的算法從中抽取規(guī)律）仍不明確；

（3）數(shù)據(jù)中心的信任和驗證：數(shù)據(jù)中心對數(shù)據(jù)的信任和審核為車輛的數(shù)據(jù)通信提供了安全保障，確保接收器能夠驗證所接收到信息的完整性。數(shù)據(jù)中心的信任和驗證保護車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的車輛免受網(wǎng)絡(luò)安全威脅和攻擊；

（4）轉(zhuǎn)發(fā)算法：報文的轉(zhuǎn)發(fā)與路由不同，路由的目標(biāo)是選擇最好的路線到達目的地，而轉(zhuǎn)發(fā)是在路由（轉(zhuǎn)發(fā)線路）被選定之后數(shù)據(jù)包怎樣從一個節(jié)點轉(zhuǎn)移到另一個節(jié)點；

（5）時延約束：車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用發(fā)送的數(shù)據(jù)包通常在時間和位置方面有著特殊的意義。設(shè)計車輛通信協(xié)議的主要挑戰(zhàn)在于車速、不穩(wěn)定的連接、快速網(wǎng)絡(luò)拓撲變化的約束下，如何提供良好的時延性能；

（6）數(shù)據(jù)包和擁塞控制的優(yōu)先級：攜帶交通安全和交通效率的信息數(shù)據(jù)包，應(yīng)比其他包優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)。但當(dāng)緊急情況發(fā)生時，由于大規(guī)模的廣播緊急消息，信道利用率可能會降低；

（7）傳輸層-網(wǎng)絡(luò)層的跨層傳輸及其可靠性：由于車與車或車與網(wǎng)絡(luò)之間通信的無線特性，連接可能會突然中斷。因此，設(shè)計傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層之間的跨層協(xié)議，對于支持實時和多媒體應(yīng)用的車載網(wǎng)絡(luò)非常重要。

3車聯(lián)網(wǎng)已實現(xiàn)服務(wù)及國外主要項目

3.1已實現(xiàn)服務(wù)

車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)尚處于起步階段，目前以車載信息服務(wù)（Telematics）為主要代表，主要品牌有通用Onstar、豐田G-book、福特SYNC等，提供導(dǎo)航、緊急救援、車輛追蹤服務(wù)，表1所列是目前品牌車聯(lián)網(wǎng)已提供的服務(wù)。

由表1可見，目前車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域已提供的主要服務(wù)包括：車載信息服務(wù)、智能交通指揮、停車場車輛管理、事件發(fā)現(xiàn)/處理/發(fā)布、循跡輔助系統(tǒng)、電子不停車收費系統(tǒng)（ETC）、交通信號實時采集系統(tǒng)、交通誘導(dǎo)屏信息發(fā)布子系統(tǒng)、輔助駕駛、碰撞預(yù)警、營運車輛管理、應(yīng)急管理、道路交通信息通信系統(tǒng)（VICS）、智能車輛公路系統(tǒng)（IVHS）。

3.2國外車聯(lián)網(wǎng)主要項目

表2和表3列舉了美國和日本主要的車聯(lián)網(wǎng)相關(guān)項目，即ITS（IntelligentTransportSystem，智能交通系統(tǒng)）。

4 車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)藍圖

車聯(lián)網(wǎng)是未來互聯(lián)網(wǎng)的一部分，兩者相互使用對方提供的服務(wù)。車聯(lián)網(wǎng)所帶動的新興服務(wù)將是未來互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)不可分割的組成部分。這些服務(wù)旨在提供滿足來自社會需求，如環(huán)保，安全，經(jīng)濟，福利等方面的需求。

4.1 活動道路安全應(yīng)用

活動道路安全應(yīng)用主要是為了減少交通事故的概率和車主（乘客）的生命損失。每年在世界各地發(fā)生的交通事故中，相當(dāng)部分事故比例都是在路口處碰撞所致?；顒拥缆钒踩珣?yīng)用，主要提供信息幫助司機避免此類事故。這類事故可以通過共享車輛與用來預(yù)測碰撞的路側(cè)單元的信息來完成。這些信 息可以代表路口的位置，車輛的位置，速度和車頭距離。此外, 車輛和路側(cè)單元之間的信息交換用還可以用來定位道路上的 危險位置，如濕滑或坑洼路段。

有關(guān)活動道路安全應(yīng)用的具體應(yīng)用包括：交叉口碰撞預(yù) 警、超速警告、盲點警告、車輛超車警告、頭部碰撞預(yù)警、 追尾警告、緊急車輛警告（救護車、警車等）、緊急制動警告、 逆行預(yù)警、禁行警告、靜止的車輛警告、交通條件的預(yù)警、 交通信號違規(guī)警告、碰撞風(fēng)險預(yù)警、十字路口處預(yù)警、危險 位置通知、禁止疲勞或酗酒駕駛、失控車輛警告。

4.2交通效率和管理應(yīng)用

交通效率和管理應(yīng)用主要是提高車流量，交通協(xié)調(diào)和輔 助，以及提供動態(tài)的現(xiàn)場信息、地圖等，可分為速度管理和 協(xié)同導(dǎo)航兩大部分。

速度管理：速度管理應(yīng)用主要是協(xié)助駕駛員對自身車輛 的速度進行管理，以保證車輛的順暢駕駛，以避免不必要的 停車。如：綜合考慮限速及綠燈的最佳速度咨詢（路側(cè)單元 將信號燈信息廣播給車輛，車輛收到信息后可以根據(jù)自身情況 而調(diào)整車速，避免不必要停車或等紅燈的時間浪費））

協(xié)同導(dǎo)航：通過車輛之間的合作、車輛和路側(cè)單元之間 的合作來管理車輛的導(dǎo)航系統(tǒng)以提高交通效率。主要包含以 下幾部分：交通信息和行程建議、提高路線指引和導(dǎo)航、限制 訪問警告和繞行通知、車內(nèi)交通信號接收、電子不停車收費、 協(xié)同自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)、協(xié)同公路-車輛自動系統(tǒng)、智能交 通誘導(dǎo)系統(tǒng)、交通信號燈的智能控制、交通信息預(yù)測系統(tǒng)等。

4.3信息娛樂應(yīng)用

信息娛樂應(yīng)用包括本地服務(wù)和Internet服務(wù)等。本地服 務(wù)包括：興趣點通知、ITS本地電子商貿(mào)（如停車、購物等）、 媒體下載等。Internet服務(wù)包括：保險和金融服務(wù)、車隊管理、 車輛軟件/數(shù)據(jù)的配置和更新、氣象服務(wù)、出行信息等。

4.4公共服務(wù)應(yīng)用

公共服務(wù)應(yīng)用主要是為方便普通大眾而提供的服務(wù)。如： 公交車智能調(diào)度系統(tǒng)：根據(jù)車輛、駕駛員或路側(cè)單元發(fā) 回來的當(dāng)前人流量信息，對公交車進行智能調(diào)度，減少延遲。

智能停車場管理系統(tǒng)：入停車場時，自動識別車牌號, 更新數(shù)據(jù)庫，放行。出停車場時，再次自動識別車牌號，數(shù)據(jù) 庫端對車牌號進行匹配，匹配成功，扣除相應(yīng)停車費，余額 不足時或匹配失敗時，系統(tǒng)給管理員發(fā)生警告信息。

多式聯(lián)運:對貨物的位置、發(fā)車時間、運輸方式、行駛時間、 里程、當(dāng)前貨物狀況等進行實時遠程跟蹤管理，隨時調(diào)整交 通工具或貨物運輸方式。

營運車輛管理：車輛終端記錄下車輛當(dāng)前的速度、行駛 里程、超車次數(shù)、停車次數(shù)、行駛時間形成報表，通過網(wǎng)絡(luò), 如3G、GPRS發(fā)回控制中心。根據(jù)衛(wèi)星定位系統(tǒng)對車輛進行 跟蹤記錄下車輛的當(dāng)前位置，控制中心可對車輛遠程智能管 理，根據(jù)報表可以對駕駛員的駕駛習(xí)慣進行相關(guān)獎勵或糾正。

5結(jié)語

車聯(lián)網(wǎng)是一種面向信息通信的車一網(wǎng)聯(lián)合技術(shù)，旨在安 全、環(huán)保、節(jié)能地解決目前地面交通存在或面臨的問題，是 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在交通系統(tǒng)領(lǐng)域的典型應(yīng)用。本文首先討論了車 聯(lián)網(wǎng)的概念、車聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)；接著詳細剖析了車聯(lián)網(wǎng)面臨 的挑戰(zhàn)，如行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、商業(yè)模式不明確、產(chǎn)業(yè)鏈不完善、 技術(shù)支持體系等；總結(jié)了車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)與應(yīng)用的現(xiàn)狀；最后對未 來車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)進行展望。未來的車聯(lián)網(wǎng)必將滿足人類社會在 環(huán)保、安全、經(jīng)濟、福利等方面的需求，車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將在生 態(tài)為中心的駕駛、活動安全協(xié)議、智能交通、集成式移動服務(wù)、 智能協(xié)同交通、敏捷的導(dǎo)航系統(tǒng)等方面取得長足進步。

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