车联网技术与发展

郑 智，魏爱国，高文伟

(军事交通学院 汽车指挥系，天津300161)

近年来，物联网在全球范围内受到高度关注，它是继互联网、计算机和移动通信网络之后，世界信息产业领域出现的又一次巨大浪潮。车联网作为物联网的典型应用，利用车载电子传感装置，通过网络完成信息交换，使车与路、车与车、车与人之间的信息互联互通，对车辆和交通状况进行有效的智能监控，促进了汽车、交通和信息技术产业向更加现代化、网络化和智能化的方向发展。区别于传统的智能交通系统，车联网更注重车与车、车与人之间的交互通信，通过提取更多车辆行驶参数和系统数据来保障车辆行驶安全、规避道路拥塞、提高出行舒适度。车联网的出现重新定义了车辆交通运行方式，应用车联网技术，城市交通将得到极大改善，将会为用户提供更加智能、安全的驾驶环境［1］。

1 车联网的概念及特点

1.1 车联网的定义

车联网指装载在车辆上的电子标签通过无线射频等识别技术，实现在信息网络平台上对所有车辆的属性信息和静、动态信息进行提取和有效利用，并根据不同的功能需求对所有车辆的运行状态进行有效的监管和提供综合服务。车联网可以实现车与车、车与建筑物以及车与基础设施之间的信息交换，它甚至可以帮助实现汽车与行人、汽车与非机动车之间的“对话”。就像互联网把每台单独的电脑连接起来，车联网能够把独立的汽车联结在一起。

1.2 车联网与物联网的关系

国际电信联盟给物联网的定义:物联网主要解决物品到物品，人到物品，人到人之间的互联。定义中特别指出，H2T 和H2H 中的H 指的是通过通用装置而非个人计算机实现互联的人。通过物联网，可以构建无处不在的网络，实现任何时间、任何地点，互联任何物品的需求。

由此可见，车联网是物联网的一部分。当物联网中互联的对象都是车辆以及一些道路基础设施的时候，物联网就成为了车联网。物联网的范畴要比车联网大的多，车联网只是物联网的一种特定应用。然而，要真正全面实现物联网，尚存在一些困难，比如全球标准不统一、部署成本过高、技术尚不够完善、安全性较低等问题。相比之下，车联网的实现就具有更高的可行性。车联网研究过程中需要借鉴物联网的研究成果和研究思路，同时，车联网的研究成果也将丰富物联网的研究工作。与物联网相比，车联网有以下特点［2］。

(1)高动态性。车联网当中的网络结点以车辆为主，这就决定了车联网的高动态特性。与一般的物联网相比，车联网当中的汽车节点移动速度更快，拓扑变化更频繁，路径的寿命更短。

(2)受干扰因素多。与一般的物联网相比，车联网当中的车辆节点间通信受到的干扰因素更多，包括路边的建筑物、天气状况、道路交通状况、车辆的相对行驶速度等。

(3)网络联通性不稳定。受到车辆运动情况、道路分布状况等因素的影响，车联网的联通性不稳定，这在一定程度上限制了车联网的推广使用。

(4)稳定的电源和承载空间。车联网当中的车辆有稳定的电源供电，网络工作时一般没有能量方面的限制;车辆当中有较大的承载空间，可以装备较高性能的车载计算机以及一些必要的外部辅助设备，如GPS、GIS 等。

(5)对网络的安全性、可靠性以及稳定性要求更高。车联网应用过程中，不能出现一些不安全、不可靠的事件，否则会引起车辆行驶混乱，造成巨大的生命和财产损失。

2 车联网研究现状

随着汽车和公路的日益智能化，越来越多的汽车和路边基础设施装备了通信设备，整个车联网以及针对车联网的相关应用发展已经成为必然的趋势。

2010 年10 月28 日在无锡举行的中国国际物联网大会上，“车联网”被提起，并传闻车联网将作为国家重大专项。2011 年3 月15 日，大唐电信与长春一汽旗下的启明信息技术股份有限公司携手共建联合实验室，研究下一代通信服务与汽车电子产品的融合，开发有自主知识产权的高性能、低功耗汽车电子产品，标志着我国车联网从概念阶段正式走向应用阶段。

通用汽车产品采用On-star 系统，它通过全球卫星定位系统和无线通信技术为汽车提供安全信息服务，包括自动撞车报警、道路求助、远程车辆解锁以及全程音控导航服务等。丰田公司的“G-book”基于消费者会员的公共建设信息服务系统，通过车上无线通讯终端来提供互助信息服务。除此之外，美国的智能车辆公路系统、日本的道路交通情报通信系统等已经在道路与车辆之间建立了有效的通信，实现了智能交通调度和管理。而近年来，WLAN、蓝牙、无线识别等无线通信技术在智能交通管理上已经得到了应用，如在智能停车场管理、路桥电子不停车收费、车流量信息采集等方面获得了一定成效［3］。

3 车联网的需求和挑战

车联网本质上是物联网技术的一种应用形式，物联网面临的问题同样也给车联网的实施带来挑战。同时由于车辆数量的急剧膨胀，车联网也面临巨大的现实需求和挑战。

国家工业和信息化部国际经济技术合作中心副主任李毅锴做《中美经贸摩擦对中国产业的影响及应对》的精彩分享，李主任通过生动的案例分享与内容讲解，详细说明了中美贸易摩擦带来的一系列问题以及应对的方式。包括后期如何申请排除申请、如何利用美国贸易的规则有效维护企业的自身利益等。

(1)车联网信息的统一标志问题。为实现物体的互联互通，首先要解决的问题是统一编码问题。车联网的发展需要有一个统一的物品编码体系，尤其是国家物品编码标准体系，这个统一的物品编码体系是车联网系统实现信息互联互通的关键。但目前与车联网相关的统一编码规范还不够健全，各个示范原型系统根据各自需求，建立起独立的编码识别体系，这为后续行业内不同系统乃至不同行业之间的互联互通带来了障碍［4］。

(2)网络接入时的IP 地址问题。车联网中的每个物品若要在网络中被寻找，都需要一个地址。由于IPv4 资源即将耗尽，而过渡到IPv6 又是一个漫长的过程，包括设备、软件、网络、运营商等都存在兼容问题。

(3)采集设备的信息化程度低。目前，道路、桥梁等交通基础设施并没有实现电子化管理，其智能程度较低。传统的设备通过传感器、采集设备等信息化处理才能具备联网能力。这些交通基础设施的信息化改造覆盖面广、投资额大、建设周期长，都是目前车联网实现终端信息化改造所面临的问题。

(4)车联网信息安全问题。车联网的安全问题主要来源于传统互联网的安全问题、物联网带来的安全问题以及车联网本身的安全问题3 个方面。车联网中的数据传输和消息交换还未有特定的标准，因此缺乏统一的安全保护体系。车联网中节点数量庞大，且以集群方式存在，因此会导致在数据传播时，由于大量机器的数据发送使网络拥塞。车联网中的感知节点部署在行驶车辆等设施中，如果遭到攻击者破坏，很容易造成生命危险、道路设施破坏等。因此，车联网中的信息安全是至关重要的，影响着车联网未来的发展［5］。

(5)车联网相关软件和服务产业链的成熟度。目前车联网概念刚刚兴起，还未出现较为成熟的软件平台和服务应用。而交通行业往往需要较高的安全要求。如果相关软硬件平台未经过大规模应用测试，势必对车联网的应用前途大打折扣。

(6)相关技术兼容度。车联网是一个相关技术的集成体，包括传感器技术、识别技术、计算技术、软件技术、纳米技术、嵌入式智能技术等。任何一个技术的不兼容或者基础薄弱，都会造成整个车联网系统的推广困难。

4 车联网的关键技术

车联网技术发展的动力来源于广泛的应用需求，如交通管理、车辆智能管理、环境污染改善等。针对车联网的需求和挑战，构建一个高效实用的车联网应用体系和环境，需要解决许多基础先行的技术问题。

(2)传感技术。利用传感器及汽车总线采集车辆、道路等交通基础设施的运行参数等。传感技术需要根据不同物体的运行参数进行订制。如车辆需要油耗、刹车、发动机等运行参数，而桥梁需要压力、老化程度等参数。传感技术是实现车联网数据采集的关键技术。

(3)无线传输技术。无线传输技术将传感器采集得到的数据发送至服务器或其他终端，或者接收控制指令完成物体远程控制。只有通过无线传输技术，才能实现信息的交换和共享。

(4)云计算技术。对采集获取的物体数据进行综合加工分析，并提供各类综合服务。车联网系统通过网络，以按需、易扩展的方式获得云计算所提供的服务。

(5)车联网标准体系。标准是一个产业兴起的重要标志。车联网只有建立一套易用、统一的标准体系，才能实现不同物体之间的相互通信，不同车联网系统的融合，才能带动汽车、交通产业的快速发展。

(6)车联网安全体系。包括车联网物体信息化之后的安全度、传输器安全度、传输技术安全以及服务端安全。安全是保障车联网系统能够快速推广的前提。

(7)定位技术。通过GPS、无线定位等技术提高当前车联网中物体的位置精度。通过定位精度的提高，将准确获取车辆行驶位置，提高实时路况精准度、交通事件定位精确度。

5 车联网的应用

车联网最大的价值在于处理信息，而且能够以最有效的方式解决交通拥堵问题。据预测，车联网的应用可以使交通拥堵减少约60%，使短途运输效率提高将近70%，使现有道路网的能力提高2 ～3 倍［6］。除了提高效率、减少成本之外，车联网能够实现对整个公众资源的有效利用，政府也可以大幅度减少管理费用。车联网所能提供的主要应用见表1。

表1 车联网的应用

6 车联网的发展前景

未来的交通是汽车和通信的融合，当汽车制造与信息技术完美结合在一起，将是一个高效、环保、智能的美好交通时代。在车联网时代，汽车将具备行人探测功能，司机不用踩刹车，车辆可以实现自动刹车、紧急刹车、智能停靠;车辆可以主动寻找到停车场，找到充电站完成充电;人们可以在车上收发电子邮件、进行电子购物，查看交通信息、餐馆信息、治安服务，能在车上获得各种娱乐信息;汽车行驶中若出现故障可进行远程车辆诊断，维修人员可随时得到车辆的准确故障位置和原因;汽车能与道路进行“对话”，从而感知拥堵路段并设计最佳行车路线，可以感知车距以避免出现交通事故……

车联网的发展前景需要更多力量的帮助，具体包括:打破专业壁垒，跨产业通力合作;政府的重视，在政策上给予支持和引导;城市规划者和基础设施专家的努力;汽车制造企业的长远眼光和开放心态，做好产品的研发和市场策划;信息技术服务企业的共同参与，建立更加扎实的信息基础设施，为信息的采集、传递、处理做好准备。

7 结 语

车联网将会成为未来智能城市的一个重要标志，彻底改变人们的出行方式和生活方式，给人们的生活带来更多的快捷和便利。车联网技术可以弥补传统交通技术和智能交通系统的很多不足，正吸引着越来越多研究者和工业界的关注。不过，该领域研究尚处于起步阶段，很多问题都没有得到解决，尤其是如何适应车辆行驶参数的安全采集、大规模车辆通信参与等，将是下一步研究的内容。随着研究的不断深入，车联网必将实现“车—人—路—城市”之间的和谐、有序、统一发展。

［1］ 诸彤宇，王家川，陈智宏.车联网技术初探［J］. 公路交通科技:应用技术版，2011(5):266-268.

［2］ 王建强，吴辰文，李晓军.车联网架构与关键技术研究［J］.微计算机信息，2011，27(4):156-158.

［3］ 程刚，郭达. 车联网现状与发展研究［J］. 移动通信，2011，35(17):23-26.

［4］ Kevin C L，Uichin Lee，Mario G，et al. Geo-opportunistic routing for vehicular networks［J］. IEEE Communications Magazine，2010(5):164-170.

［5］ Hannes H，Kenneth P L. A tutorial survey on vehicular ad hoc networks［J］. IEEE Communications Magazine，2008(6):164-171.

［6］ 谢波.面向无线车辆网络的可生存性技术研究［D］. 长沙:国防科技大学，2008.