車聯網系統關鍵技術剖析

王冬+張菲菲

摘 要：車聯網技術是物聯網技術在交通領域的延伸及應用，是中國“十二五”規劃的重點應用領域之一。文章首先介紹了車聯網的基本概念，接著對車聯網中的RFID、傳感器、無線傳輸、信息安全、標準化、數據融合、異構網絡融合、大數據處理、云計算、移動計算等關鍵技術進行了剖析。與此同時，也對部分關鍵技術的發展趨勢進行了總結和展望。

關鍵詞：車聯網；RFID；傳感技術；大數據；移動計算

中圖分類號：TN915.03 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2014）03-0000-03

0 引 言

2009年，中國成為世界最大的汽車銷售市場和汽車生產國，交通擁阻情況日漸加劇，交通事故達每年幾十萬起，死亡人數連年增加，汽車保有量的增加也加速了環境污染及燃料浪費。在此背景下，車聯網技術得到我國政府的大力支持，并被確立為“十二五”規劃的重點應用領域之一，目前已有超過300多家科研機構和公司企業參與該技術的研究及開發，部分成果已得到初步推廣。本文主要剖析了車聯網系統中需要大力研發和推廣的技術，如：RFID、傳感器、無線傳輸、信息安全、標準化、數據融合、異構網絡融合、大數據處理、云計算、移動計算等關鍵技術。

車聯網（Connected Vehicles）是由車輛行駛速度、行駛路線及所處位置等構成的信息交互網絡，是一種向安全、節能、環保、信息通信等方向發展的車—網聯合技術[1]。通過RFID、GPS、高清攝像頭、傳感器及圖像處理等電子設備，實現對車輛、交通環境、道路等信息的采集；按照一定的通信協議和標準，在車—人—路—環境—網—基礎設施之間進行無線通信或信息交換；云計算中心采用計算機技術處理車輛數據信息，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，實現對車、人、路進行智能調度、監控和管理。車聯網是人類社會進入信息時代和汽車時代的必然結果，是物聯網技術在交通領域的延伸及應用[1-5]。

1 RFID技術

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并讀寫相關數據而無需接觸的通信技術。RFID讀寫器可分固定式和移動式，其典型應用有圖書借閱、門禁系統等。RFID由讀寫器、應答器兩部分組成。讀寫器由耦合元件、天線及芯片組成，主要用來讀取/寫入標簽信息，分為固定式和移動式兩種。應答器也是由耦合元件、天線以及芯片組成，應答器常見為標簽，每個標簽都有自身的唯一的序列號，附著在物體上用以唯一標識目標對象。

RFID主要優點：它是一種非接觸式的自動識別技術，通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，容易實現在聯網結點間數據的高效率、遠距離傳輸，識別工作無須人工干預，能穿透塵垢、霧、冰、雪、涂料和條形碼無法使用的惡劣環境閱讀標簽。RFID在性能方面，具有體積小、抗污染、可重復使用、數據存儲量大、安全、可穿透性等特點。

當標簽靠近到讀寫器和天線組成的感應范圍時，標簽會憑借感應電流將存儲在芯片里的數據（如產品信息）發送給讀寫器或者由標簽主動發送某一頻率的信號，讀寫器讀取信息并解碼后會將數據上傳至中央信息系統進行相關處理。

RFID技術作為車聯網發展的關鍵技術，市場潛力十分巨大；另外，不斷完善的超高頻技術和統一的RFID技術標準都是未來車聯網的發展趨勢。

2 傳感技術

傳感技術與計算機技術、通信技術并稱信息技術三大支柱。車聯網系統依靠各類傳感器獲取信息，如車輛胎壓、車速、加速度以及有關車輛當前的狀態、性能、安全等相關數據，然后通過處理將其轉為有用數據。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高低決定了傳感系統獲取的信息量和信息質量。傳感器呈現出微型化、數字化、智能化、多功能化、系統化、網絡化等發展趨勢。

3 無線傳輸技術

車聯網系統需要對大量的圖像數據進行傳輸與處理，其工作原理如圖1所示。

圖1 無線傳輸技術工作原理

無線傳輸技術的發展趨勢主要有兩點：一是ZigBee技術為無線智能家居提供了技術支持，促進了行業的普及式發展；其二則是4G技術，該技術正在向著保密性高、省電、傳輸距離遠等方向發展。

4 云計算技術

云計算（cloud computing）是一種基于互聯網的計算方式，通過這種方式，共享的軟硬件資源和信息（如網絡、服務、應用、存儲等）可以按需求提供給計算機和其他設備。其工作原理如圖2所示。

圖2 云計算技術工作原理

云計算的發展趨勢有：

（1）元計算產業鏈將會越發完善；

（2）對云計算的服務需求快速增長；

（3）云計算服務潛在的安全性、穩定性問題會嚴重制約云計算的發展，因而需要找出解決方案以保證數據的可靠性。

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備，涉及移動通信、移動硬件和手機軟件。移動計算使終端設備通過無線網絡的連接實現了數據的傳輸及其資源共享，是計算技術研究中的熱點領域，是當前計算機技術研究的熱點領域。其工作原理如圖3所示。

圖3 移動計算技術工作原理

6 異構網絡融合技術

異構網絡融合是一個嶄新的概念，指的是盡可能將各種類型的網絡融合起來，在一個通用的網絡平臺上提供多種業務。異構網絡融合必須充分利用不同網絡間的互補特性，解決多種不同類型網絡的有機融合問題。具體來講，異構網絡融合就是采用通用的、開放的技術實現不同網絡或網元的互聯、互通和集成，涉及到接入網融合、核心網融合、終端融合、業務融合和運營管理融合等方面。其發展趨勢為：朝著無線異構網絡中的安全路由協議、接入認證技術、入侵檢測技術、加解密技術、節點間協作通信等安全技術方向進行研究，以提高無線異構網絡的安全保障能力。是未來移動網絡通信的發展趨勢[6]。

7 大數據處理技術

“大數據”指數據容量特別大，數據類別特別多的數據集，并且這樣的數據集無法用傳統數據庫工具對其內容進行抓取、管理和處理。大數據處理技術能處理各種類型的海量數據，無論是微博、文章、電子郵件、文檔、音頻、視頻，還是其它形態的數據。它正在改變傳統的計算機運行模式，利用大數據技術，我們可以從各種類型的數據中，快速獲得有價值信息，如：Google搜索引擎。

在大數據處理技術發展趨勢中，存在以下幾個問題值得關注[7]：

（1）如何在容錯的同時進行高效數據傳輸；

（2）如何在處理金融、醫療等數據時確保數據的安全；

（3）如何降低大數據處理的成本以及靈活性；

（4）如何使分布式數據處理平臺更好地支持復雜算法。

8 信息安全技術、標準化、數據融合技術

信息安全技術是指保證己方正常獲取、傳遞、處理和利用信息，而不被無權享用的他方獲取和利用己方信息的一系列技術的統稱，主要由信息保密技術，信息確認技術和網絡控制作用3部分組成。構建安全、可靠的車聯網應用系統是當前研究的熱點及難點技術。車聯網的開放性、匿名性帶來了一些不可避免的安全問題，如網絡攻擊。如何借助信息安全技術來抵御網絡攻擊、保證數據的真實性與完整性、保護個人的隱私將決定著車聯網的應用和普及程度。分層密鑰管理和身份認證技術是現階段車聯網解決信息安全的重要突破口之一。

標準化（Standardization）是制定和實施技術標準的過程。標準是科學、技術和實踐經驗的總結，一般是一份文件。標準化有助于商品化的獨立性、兼容性、互操作性、安全性、可重復性及質量保證。目前，車聯網產業起步比較早的一些國家已都有自己的一套標準。其發展趨勢為：標準運行過程規范，更加重視程序管理，標準制修訂程序更加公開、公正、公平、透明[8]。

數據融合技術，又稱多傳感器融合技術，是信息科學領域的一項重要分支，是新一代智能信息技術的重要基礎。它是研究多種信息的獲取、分析和處理的基本方法或技術以及信息的表示和內在聯系的一門技術。數據融合技術有容錯性、互補性、經濟性、實時性、可靠性等特點。數據融合技術的應用范圍非常廣，特別是在一些高端領域中應用很廣，但在技術尚不成熟，尚未形成基本理論框架。

9 結 語

車聯網技術在保障安全行車、環境保護、快捷出行等方面已取得了巨大的進步。本文針對新興的車聯網應用系統，剖析其關鍵技術，如：RFID、傳感器、無線傳輸、信息安全、標準化、數據融合、異構網絡融合、大數據處理、云計算、移動計算等，并對部分技術的發展趨勢進行總結及展望。未來，V2R（車與路）、V2P（車與人）、V2V（車與車）和V2I（車與基礎設施）的信息交互必將不斷完善，人們將逐步告別紅綠燈、交通事故及環境污染。

參 考 文 獻

[1]劉小洋，伍民友.車聯網：物聯網在城市交通網絡中的應用[J].計算機應用，2012，32（4）：900-904.

[2] U.S Department of Transportation Research and Innovative Technology Administration. ITS strategic plan [EB/OL]. [2013-11-01]. http：//www.its.dot.gov/strategicplan/strategic_plan_2015.htm.

[3]中國智能交通協會. USDOT.ITS Strategic Research Plan 2010-2014[EB/OL]. [2010-04-28].http：//www.itschina.org/ UserFiles/2010-4/28/2010428132015236.pdf.

[4] SCHAGRIN M. Connected vehicle safety pilot program [EB/OL]. [2013-11-02]. http：//www.its.dot.gov/factsheets/pdf/ SafetyPilot_final.pdf.

[5] POL James. 2015_ITS_StrategicPlan2015-2019 [EB/OL]. [2013-11-02]. http：//www.its.dot.gov/strategicplan/pdf/ 2015_ITS_StrategicPlan2015-2019.pdf.

[6] SCHULZE Matthias. International initiatives Europe in comparison to USA and Japan [R]. Stuttgart： Vehicle IT and Services Research， 2006.

[7] RITA. Website of Cooperative Intersection Collision Avoidance Systems（CICAS） project [EB/OL]. [2013-11-03].http：//www.its.dot.gov/cicas/index.htm.

[8] ORSE. Official website of Electronic Toll Collection（ETC） project[EB/OL]. [2013-11-03]. http：//www.orse.or.jp/english/index.html.

[9] ETC portal site. Easy learning ETC[EB/OL]. [2013-11-03]. http：//www.go-etc.jp/english.

Analysis on Key Technologies of Internet of vehicles

WANG Dong， ZHANG Fei-fei

（School of Electronic Information Engineering， Qiongzhou University， Sanya 572022， China）

Abstract： Internet of vehicles is the application and extension of IOT in the field of traffic， which is one of the key applications in the “12th Five-Year Plan”. The basic concept of internet of vehicles is introduced， and then the key technologies are analyzed， such as RFID， sensor， wireless transmission， information security， standardization， data integration， heterogeneous network convergence， big data processing， cloud computing， and mobile computing technologies. Meanwhile， the development trend of the key technologies is summarized and prospected.

Keywords： internet of vehicles； RFID； sensor technology ； big data ； mobile computing

7 大數據處理技術

“大數據”指數據容量特別大，數據類別特別多的數據集，并且這樣的數據集無法用傳統數據庫工具對其內容進行抓取、管理和處理。大數據處理技術能處理各種類型的海量數據，無論是微博、文章、電子郵件、文檔、音頻、視頻，還是其它形態的數據。它正在改變傳統的計算機運行模式，利用大數據技術，我們可以從各種類型的數據中，快速獲得有價值信息，如：Google搜索引擎。

在大數據處理技術發展趨勢中，存在以下幾個問題值得關注[7]：

（1）如何在容錯的同時進行高效數據傳輸；

（2）如何在處理金融、醫療等數據時確保數據的安全；

（3）如何降低大數據處理的成本以及靈活性；

（4）如何使分布式數據處理平臺更好地支持復雜算法。

8 信息安全技術、標準化、數據融合技術

信息安全技術是指保證己方正常獲取、傳遞、處理和利用信息，而不被無權享用的他方獲取和利用己方信息的一系列技術的統稱，主要由信息保密技術，信息確認技術和網絡控制作用3部分組成。構建安全、可靠的車聯網應用系統是當前研究的熱點及難點技術。車聯網的開放性、匿名性帶來了一些不可避免的安全問題，如網絡攻擊。如何借助信息安全技術來抵御網絡攻擊、保證數據的真實性與完整性、保護個人的隱私將決定著車聯網的應用和普及程度。分層密鑰管理和身份認證技術是現階段車聯網解決信息安全的重要突破口之一。

標準化（Standardization）是制定和實施技術標準的過程。標準是科學、技術和實踐經驗的總結，一般是一份文件。標準化有助于商品化的獨立性、兼容性、互操作性、安全性、可重復性及質量保證。目前，車聯網產業起步比較早的一些國家已都有自己的一套標準。其發展趨勢為：標準運行過程規范，更加重視程序管理，標準制修訂程序更加公開、公正、公平、透明[8]。

數據融合技術，又稱多傳感器融合技術，是信息科學領域的一項重要分支，是新一代智能信息技術的重要基礎。它是研究多種信息的獲取、分析和處理的基本方法或技術以及信息的表示和內在聯系的一門技術。數據融合技術有容錯性、互補性、經濟性、實時性、可靠性等特點。數據融合技術的應用范圍非常廣，特別是在一些高端領域中應用很廣，但在技術尚不成熟，尚未形成基本理論框架。

9 結 語

車聯網技術在保障安全行車、環境保護、快捷出行等方面已取得了巨大的進步。本文針對新興的車聯網應用系統，剖析其關鍵技術，如：RFID、傳感器、無線傳輸、信息安全、標準化、數據融合、異構網絡融合、大數據處理、云計算、移動計算等，并對部分技術的發展趨勢進行總結及展望。未來，V2R（車與路）、V2P（車與人）、V2V（車與車）和V2I（車與基礎設施）的信息交互必將不斷完善，人們將逐步告別紅綠燈、交通事故及環境污染。

參 考 文 獻

[1]劉小洋，伍民友.車聯網：物聯網在城市交通網絡中的應用[J].計算機應用，2012，32（4）：900-904.

[2] U.S Department of Transportation Research and Innovative Technology Administration. ITS strategic plan [EB/OL]. [2013-11-01]. http：//www.its.dot.gov/strategicplan/strategic_plan_2015.htm.

[3]中國智能交通協會. USDOT.ITS Strategic Research Plan 2010-2014[EB/OL]. [2010-04-28].http：//www.itschina.org/ UserFiles/2010-4/28/2010428132015236.pdf.

[4] SCHAGRIN M. Connected vehicle safety pilot program [EB/OL]. [2013-11-02]. http：//www.its.dot.gov/factsheets/pdf/ SafetyPilot_final.pdf.

[5] POL James. 2015_ITS_StrategicPlan2015-2019 [EB/OL]. [2013-11-02]. http：//www.its.dot.gov/strategicplan/pdf/ 2015_ITS_StrategicPlan2015-2019.pdf.

[6] SCHULZE Matthias. International initiatives Europe in comparison to USA and Japan [R]. Stuttgart： Vehicle IT and Services Research， 2006.

[7] RITA. Website of Cooperative Intersection Collision Avoidance Systems（CICAS） project [EB/OL]. [2013-11-03].http：//www.its.dot.gov/cicas/index.htm.

[8] ORSE. Official website of Electronic Toll Collection（ETC） project[EB/OL]. [2013-11-03]. http：//www.orse.or.jp/english/index.html.

[9] ETC portal site. Easy learning ETC[EB/OL]. [2013-11-03]. http：//www.go-etc.jp/english.

Analysis on Key Technologies of Internet of vehicles

WANG Dong， ZHANG Fei-fei

（School of Electronic Information Engineering， Qiongzhou University， Sanya 572022， China）

Abstract： Internet of vehicles is the application and extension of IOT in the field of traffic， which is one of the key applications in the “12th Five-Year Plan”. The basic concept of internet of vehicles is introduced， and then the key technologies are analyzed， such as RFID， sensor， wireless transmission， information security， standardization， data integration， heterogeneous network convergence， big data processing， cloud computing， and mobile computing technologies. Meanwhile， the development trend of the key technologies is summarized and prospected.

Keywords： internet of vehicles； RFID； sensor technology ； big data ； mobile computing

7 大數據處理技術

“大數據”指數據容量特別大，數據類別特別多的數據集，并且這樣的數據集無法用傳統數據庫工具對其內容進行抓取、管理和處理。大數據處理技術能處理各種類型的海量數據，無論是微博、文章、電子郵件、文檔、音頻、視頻，還是其它形態的數據。它正在改變傳統的計算機運行模式，利用大數據技術，我們可以從各種類型的數據中，快速獲得有價值信息，如：Google搜索引擎。

在大數據處理技術發展趨勢中，存在以下幾個問題值得關注[7]：

（1）如何在容錯的同時進行高效數據傳輸；

（2）如何在處理金融、醫療等數據時確保數據的安全；

（3）如何降低大數據處理的成本以及靈活性；

（4）如何使分布式數據處理平臺更好地支持復雜算法。

8 信息安全技術、標準化、數據融合技術

信息安全技術是指保證己方正常獲取、傳遞、處理和利用信息，而不被無權享用的他方獲取和利用己方信息的一系列技術的統稱，主要由信息保密技術，信息確認技術和網絡控制作用3部分組成。構建安全、可靠的車聯網應用系統是當前研究的熱點及難點技術。車聯網的開放性、匿名性帶來了一些不可避免的安全問題，如網絡攻擊。如何借助信息安全技術來抵御網絡攻擊、保證數據的真實性與完整性、保護個人的隱私將決定著車聯網的應用和普及程度。分層密鑰管理和身份認證技術是現階段車聯網解決信息安全的重要突破口之一。

標準化（Standardization）是制定和實施技術標準的過程。標準是科學、技術和實踐經驗的總結，一般是一份文件。標準化有助于商品化的獨立性、兼容性、互操作性、安全性、可重復性及質量保證。目前，車聯網產業起步比較早的一些國家已都有自己的一套標準。其發展趨勢為：標準運行過程規范，更加重視程序管理，標準制修訂程序更加公開、公正、公平、透明[8]。

數據融合技術，又稱多傳感器融合技術，是信息科學領域的一項重要分支，是新一代智能信息技術的重要基礎。它是研究多種信息的獲取、分析和處理的基本方法或技術以及信息的表示和內在聯系的一門技術。數據融合技術有容錯性、互補性、經濟性、實時性、可靠性等特點。數據融合技術的應用范圍非常廣，特別是在一些高端領域中應用很廣，但在技術尚不成熟，尚未形成基本理論框架。

9 結 語

車聯網技術在保障安全行車、環境保護、快捷出行等方面已取得了巨大的進步。本文針對新興的車聯網應用系統，剖析其關鍵技術，如：RFID、傳感器、無線傳輸、信息安全、標準化、數據融合、異構網絡融合、大數據處理、云計算、移動計算等，并對部分技術的發展趨勢進行總結及展望。未來，V2R（車與路）、V2P（車與人）、V2V（車與車）和V2I（車與基礎設施）的信息交互必將不斷完善，人們將逐步告別紅綠燈、交通事故及環境污染。

參 考 文 獻

[1]劉小洋，伍民友.車聯網：物聯網在城市交通網絡中的應用[J].計算機應用，2012，32（4）：900-904.

[2] U.S Department of Transportation Research and Innovative Technology Administration. ITS strategic plan [EB/OL]. [2013-11-01]. http：//www.its.dot.gov/strategicplan/strategic_plan_2015.htm.

[3]中國智能交通協會. USDOT.ITS Strategic Research Plan 2010-2014[EB/OL]. [2010-04-28].http：//www.itschina.org/ UserFiles/2010-4/28/2010428132015236.pdf.

[4] SCHAGRIN M. Connected vehicle safety pilot program [EB/OL]. [2013-11-02]. http：//www.its.dot.gov/factsheets/pdf/ SafetyPilot_final.pdf.

[5] POL James. 2015_ITS_StrategicPlan2015-2019 [EB/OL]. [2013-11-02]. http：//www.its.dot.gov/strategicplan/pdf/ 2015_ITS_StrategicPlan2015-2019.pdf.

[6] SCHULZE Matthias. International initiatives Europe in comparison to USA and Japan [R]. Stuttgart： Vehicle IT and Services Research， 2006.

[7] RITA. Website of Cooperative Intersection Collision Avoidance Systems（CICAS） project [EB/OL]. [2013-11-03].http：//www.its.dot.gov/cicas/index.htm.

[8] ORSE. Official website of Electronic Toll Collection（ETC） project[EB/OL]. [2013-11-03]. http：//www.orse.or.jp/english/index.html.

[9] ETC portal site. Easy learning ETC[EB/OL]. [2013-11-03]. http：//www.go-etc.jp/english.

Analysis on Key Technologies of Internet of vehicles

WANG Dong， ZHANG Fei-fei

（School of Electronic Information Engineering， Qiongzhou University， Sanya 572022， China）

Abstract： Internet of vehicles is the application and extension of IOT in the field of traffic， which is one of the key applications in the “12th Five-Year Plan”. The basic concept of internet of vehicles is introduced， and then the key technologies are analyzed， such as RFID， sensor， wireless transmission， information security， standardization， data integration， heterogeneous network convergence， big data processing， cloud computing， and mobile computing technologies. Meanwhile， the development trend of the key technologies is summarized and prospected.

Keywords： internet of vehicles； RFID； sensor technology ； big data ； mobile computing