车联网技术挑战及服务展望

引言

中国汽车产业自2009开始已成为世界最大的汽车生产国 及汽车销售市场，随之而来的交通拥挤、阻塞现象日益严重。 拥堵的交通引起噪音污染、城市光污染和化学污染、燃料浪 费等环境问题。尤为严重的是，全国范围内发生的交通事故达 每年几十万起，交通事故死亡人数居高不下。为解决以上问题, 车联网技术应运而生。车联网技术受到了专家学者的重视及国 家政府部门的大力支持，目前已被确定为“十二五”规划的重 点应用领域之一，我国已有300多家企业从事车联网技术的研 发工作，其成果也已在部分地区开始应用。本文主要论述车 联网面临的挑战和现有的技术服务，并对车联网未来的服务 进行展望。

1车联网的定义及关键技术

车联网(Connected Vehicles):即由车辆位置、行驶速度、 行驶路线等构成的信息交互网络，是一种向信息通信、环保、 节能、安全等方向发展的车一网联合技术。通过RFID、摄 像头、传感器、GPS及图像处理等电子设备，实现对车辆、道路、 交通环境等信息的采集；按照一定的通信协议和标准，在车一 路一 人一网一环境一基础设施之间进行无线通信或信息交换； 云中心采用计算机技术分析和处理车辆数据信息，从而计算 出不同车辆的最佳路线，及时汇报路况和安排信号灯周期， 实现对人、车、路进行智能监控、调度和管理。车联网是物 联网技术在交通系统领域的典型应用，是信息社会和汽车社 会融合的结果。

车联网系统的关键技术包含：RFID、传感、无线传输、 云计算、移动计算、异构网络融合、大数据处理、信息安全、 标准化、数据融合等。

2车联网现存问题及技术挑战

2.1现有问题

2.1.1行业标准不统一

如：传感器接口、网络传输方式、网络标准和传输协议、 通信频道及通信模式等。如果每家公司或企业均制定自身的标 准，将会导致系统不兼容和资源浪费。国外车联网起步比较早 的国家如美国、日本、欧洲)都已经确定了适合自身的统一标准。 2.1.2商业模式不明确

车联网技术的广阔前景和巨大商机，已吸引国内外众多 汽车厂商加入到研发中来。由于国内标准不统一，进入车联网 市场的产品和服务，如车载智能终端，一般都由汽车制造商买 单，免费服务1〜2年。服务到期后，用户是否会愿意买单？ 企业利益如何处理？如何增加消费者对车联网服务的需求，对 车联网市场的发展至关重要。

2.1.3产业链不完善

车联网系统主要有5个角色，即汽车制造商、网络运营 商、技术供应商和信息提供商、消费者。前四者必须设法获取 消费者的反馈信息，以提供更优质的服务，增加市场竞争力。 只有五者建立起互利产业链，才能为车联网技术的良性循环 提供坚实基础。

2.1.4技术支寺体系缺乏

车联网是车辆与互联网的结合，车辆通过各类设备感知 周围环境，动态采集数据，汇总数据，通过网络将数据发往控制中心，控制中心处理完毕数据后，再发回车辆终端。在此方面，还存在信息采集、网络通信、数据处理和转发数据等技术问题。

2.2技术挑战

车联网作为一种新兴的技术，其主要技术挑战有：

（1）地址和地理寻址：部分车联网应用程序需要对车辆在某一地理区域内的物理位置进行寻址。车辆的流动性使得对地址/地理寻址的跟踪和管理极具挑战性；

（2）风险分析和管理：风险分析和管理，用于识别和管理车辆通信时潜在的威胁和攻击。对于这类攻击的解决方案早已被提出，但攻击的行为模型（记录用户的历史行为，并按照一定的算法从中抽取规律）仍不明确；

（3）数据中心的信任和验证：数据中心对数据的信任和审核为车辆的数据通信提供了安全保障，确保接收器能够验证所接收到信息的完整性。数据中心的信任和验证保护车联网系统中的车辆免受网络安全威胁和攻击；

（4）转发算法：报文的转发与路由不同，路由的目标是选择最好的路线到达目的地，而转发是在路由（转发线路）被选定之后数据包怎样从一个节点转移到另一个节点；

（5）时延约束：车联网应用发送的数据包通常在时间和位置方面有着特殊的意义。设计车辆通信协议的主要挑战在于车速、不稳定的连接、快速网络拓扑变化的约束下，如何提供良好的时延性能；

（6）数据包和拥塞控制的优先级：携带交通安全和交通效率的信息数据包，应比其他包优先转发。但当紧急情况发生时，由于大规模的广播紧急消息，信道利用率可能会降低；

（7）传输层-网络层的跨层传输及其可靠性：由于车与车或车与网络之间通信的无线特性，连接可能会突然中断。因此，设计传输层和网络层之间的跨层协议，对于支持实时和多媒体应用的车载网络非常重要。

3车联网已实现服务及国外主要项目

3.1已实现服务

车联网技术尚处于起步阶段，目前以车载信息服务（Telematics）为主要代表，主要品牌有通用Onstar、丰田G-book、福特SYNC等，提供导航、紧急救援、车辆追踪服务，表1所列是目前品牌车联网已提供的服务。

由表1可见，目前车联网领域已提供的主要服务包括：车载信息服务、智能交通指挥、停车场车辆管理、事件发现/处理/发布、循迹辅助系统、电子不停车收费系统（ETC）、交通信号实时采集系统、交通诱导屏信息发布子系统、辅助驾驶、碰撞预警、营运车辆管理、应急管理、道路交通信息通信系统（VICS）、智能车辆公路系统（IVHS）。

3.2国外车联网主要项目

表2和表3列举了美国和日本主要的车联网相关项目，即ITS（IntelligentTransportSystem，智能交通系统）。

4 车联网服务蓝图

车联网是未来互联网的一部分，两者相互使用对方提供的服务。车联网所带动的新兴服务将是未来互联网服务不可分割的组成部分。这些服务旨在提供满足来自社会需求，如环保，安全，经济，福利等方面的需求。

4.1 活动道路安全应用

活动道路安全应用主要是为了减少交通事故的概率和车主（乘客）的生命损失。每年在世界各地发生的交通事故中，相当部分事故比例都是在路口处碰撞所致。活动道路安全应用，主要提供信息帮助司机避免此类事故。这类事故可以通过共享车辆与用来预测碰撞的路侧单元的信息来完成。这些信 息可以代表路口的位置，车辆的位置，速度和车头距离。此外, 车辆和路侧单元之间的信息交换用还可以用来定位道路上的 危险位置，如湿滑或坑洼路段。

有关活动道路安全应用的具体应用包括：交叉口碰撞预 警、超速警告、盲点警告、车辆超车警告、头部碰撞预警、 追尾警告、紧急车辆警告（救护车、警车等）、紧急制动警告、 逆行预警、禁行警告、静止的车辆警告、交通条件的预警、 交通信号违规警告、碰撞风险预警、十字路口处预警、危险 位置通知、禁止疲劳或酗酒驾驶、失控车辆警告。

4.2交通效率和管理应用

交通效率和管理应用主要是提高车流量，交通协调和辅 助，以及提供动态的现场信息、地图等，可分为速度管理和 协同导航两大部分。

速度管理：速度管理应用主要是协助驾驶员对自身车辆 的速度进行管理，以保证车辆的顺畅驾驶，以避免不必要的 停车。如：综合考虑限速及绿灯的最佳速度咨询（路侧单元 将信号灯信息广播给车辆，车辆收到信息后可以根据自身情况 而调整车速，避免不必要停车或等红灯的时间浪费））

协同导航：通过车辆之间的合作、车辆和路侧单元之间 的合作来管理车辆的导航系统以提高交通效率。主要包含以 下几部分：交通信息和行程建议、提高路线指引和导航、限制 访问警告和绕行通知、车内交通信号接收、电子不停车收费、 协同自适应巡航控制系统、协同公路-车辆自动系统、智能交 通诱导系统、交通信号灯的智能控制、交通信息预测系统等。

4.3信息娱乐应用

信息娱乐应用包括本地服务和Internet服务等。本地服 务包括：兴趣点通知、ITS本地电子商贸（如停车、购物等）、 媒体下载等。Internet服务包括：保险和金融服务、车队管理、 车辆软件/数据的配置和更新、气象服务、出行信息等。

4.4公共服务应用

公共服务应用主要是为方便普通大众而提供的服务。如： 公交车智能调度系统：根据车辆、驾驶员或路侧单元发 回来的当前人流量信息，对公交车进行智能调度，减少延迟。

智能停车场管理系统：入停车场时，自动识别车牌号, 更新数据库，放行。出停车场时，再次自动识别车牌号，数据 库端对车牌号进行匹配，匹配成功，扣除相应停车费，余额 不足时或匹配失败时，系统给管理员发生警告信息。

多式联运:对货物的位置、发车时间、运输方式、行驶时间、 里程、当前货物状况等进行实时远程跟踪管理，随时调整交 通工具或货物运输方式。

营运车辆管理：车辆终端记录下车辆当前的速度、行驶 里程、超车次数、停车次数、行驶时间形成报表，通过网络, 如3G、GPRS发回控制中心。根据卫星定位系统对车辆进行 跟踪记录下车辆的当前位置，控制中心可对车辆远程智能管 理，根据报表可以对驾驶员的驾驶习惯进行相关奖励或纠正。

5结语

车联网是一种面向信息通信的车一网联合技术，旨在安 全、环保、节能地解决目前地面交通存在或面临的问题，是 物联网技术在交通系统领域的典型应用。本文首先讨论了车 联网的概念、车联网关键技术；接着详细剖析了车联网面临 的挑战，如行业标准不统一、商业模式不明确、产业链不完善、 技术支持体系等；总结了车联网服务与应用的现状；最后对未 来车联网服务进行展望。未来的车联网必将满足人类社会在 环保、安全、经济、福利等方面的需求，车联网技术将在生 态为中心的驾驶、活动安全协议、智能交通、集成式移动服务、 智能协同交通、敏捷的导航系统等方面取得长足进步。

20211121_619a020f57b7b__车联网技术挑战及服务展望