車聯網通信技術發展現狀及趨勢

李健 張立恒

摘要 隨著中國在互聯網、物聯網和傳感器通信技術上的快速發展，車聯網技術的應用有望在未來為城市建立智能交通系統，減少交通擁堵，減少安全事故上發揮重要作用。車聯網的技術核心是通信技術，其性能的好壞決定著車聯網的質量優劣。本文旨在通過介紹車輛網的定義、組成結構和車輛網的優勢，再分析車聯網通信技術的構成框架、車聯網通信類別和通信標準，提出目前車聯網通信方面存在的問題，并對未來車聯網通信技術做出展望。

[關鍵詞]車聯網 通信技術 通信標準

隨著互聯網技術的快速發展，物聯網的廣泛建立和無線傳感器技術的廣泛應用，車聯網為城市交通帶來巨大的便利，引起廣泛的關注，是當今世界各國研究的重點。作為車聯網的基礎，通信技術的優劣決定著車聯網整體的性能好壞。

1 車聯網技術

1.1 車聯網的內涵

車聯網是新時代出現的詞，到現在還沒有統一的定義。現代技術意義上的車聯網是指通過無線射頻識別技術，識別車輛屬性，收集靜、動態信息，并對車輛運行狀態進行有效的監控并提供綜合性服務。簡單地說，既是車聯網整合各種模塊采集到的信息，為車輛提供安全、交通控制等服務，減少安全事故，提高交通效率。

1.2 車聯網組成結構

和物聯網類似，車聯網的實質是物聯網在交通領域的具體應用，具有很明顯的物聯網特性。車聯網的體系結構和物聯網有諸多相似之處，大體上可以分為感知層、網絡層和應用層等三部分。

感知層主要負責感知和采集車輛自身與交通信號信息，通過相應技術手段，如無線傳感器技術、導航定位技術等實現隨時隨地的掌握車輛運行情況、交通情況、道路情況、天氣變化情況以及人與車、車與車之間的復雜變換等的信息。感知層技術的實現，為應用層提供詳細的的、全面的信息源。

網絡層負責整理感知層收集到的信息，做好為應用層傳輸信息的準備。網絡層技術的實現，可以方便用戶實現遠距離通信和遠距離控制。網絡層由承載網絡和接入網絡兩部分組成。其中，承載網絡主要由電信網、互聯網、廣電網和交通信息專用網絡等組成。接入網絡包括無線移動通信網絡，如2G/3 G/4G，現在可以實現5G網絡通信，或者WLAN、衛星通信等網絡

應用層主要負責人機交互通信的功能，通過車載信息系統，實現從外界獲取信息的功能，這些信息主要包括車輛交通信息、汽車狀況信息、互聯網、道路信息等。通過把收集到的信息整合到應用層，實現人工智能交通管理、車輛的安全控制、交通信息的發布等功能，不僅為個人，更為企業、公司提供了更多的快捷的服務，提高人民的生活質量。

1.3 車聯網自身優勢

車聯網是新一代技術下的產物，相比于傳統的移動互聯網或者物聯網，車聯網有著自身突出的特點和優勢。具體體現在以下幾點：

（1）車聯網的網絡結構采用拓撲結構，可以對外界刺激做出快速的放應，同時，其特殊的結構也會使接入方式因環境而發生改變;

（2）車聯網的能量和存儲空間足夠滿足人們的出行需要，車聯網是以車輛作為通信節點，具有足夠多的存儲空間和處理數據的能力，不僅如此，其超長的續航能力廣受青睞;

（3）車輛的運行軌跡可以實時監控。該技術的實現主要是基于車輛運行的軌跡是在已經建好的公路上，只需要獲取道路軌跡和車輛移動的速度，便可以在一段時間內對車輛運行軌跡進行監控;

（4）車聯網提供的服務多樣化。車聯網應用范圍廣泛，不僅可以為司機提供道路交通、車輛安全等信息，還可以提供生活娛樂和移動互聯網等服務;

（5）車聯網工作在車輛運行很快的環境下，所以對通信的實時性和穩定性要求很高。

2 車聯網通信技術的發展現狀

2.1 通信框架現狀

車聯網通信架構主要由移動部分和基礎部分兩部分組成。其中基礎設施包括公共接入網絡和承載局域網絡，為高速移動的車輛提供網絡接入和其他應用服務。移動部分主要是以車輛為載體，搭建移動的無線傳感器網絡，這樣的局域網絡可以分為VAN車載局域網和VANNET車載自組網兩大類。

VAN車載局域網通常被稱為車域網，是一種建立在車輛內部的通信網絡。車輛內部設備統稱為車載單元，主要有傳感器模塊、通信模塊、顯示器模塊。單元之間的信息交換是通過車載局域網來實現的，對于交換外界信息，則需要通過車載通信網以衛星通信或WLAN通信等方式接入外界的道路基礎設施或者公共網絡的方式，實現信息的共享。VANNET車載自組網是專門用于車輛運行環境下的移動自動組織網絡，把車輛虛擬為移動的網絡節點，同時把路邊的接入單元虛擬為靜止的網絡節點，通過兩者之間的傳感器，達到信息交換的目的。近幾年來，VANNET車載自組網已經發展出兩種模式：V2V車與車通信模式和V21車與道路基礎設施通信模式。其中V2V車與車通信模式已經實現能夠讓車輛實時的接收來自周邊的車輛的信息，并與之進行通訊，極大地方便了車輛的出行，增加道路交通的安全性。

2.2 通信類別發展現狀

通信技術作為車聯網技術的核心，其類別需要滿足不同對象下的車聯網通信。根據通信對象的不同，可以將通信劃分為以下幾個類別：車輛內部通信、車輛之間通信、人車通信、車路通信。以下將詳細接受這幾類通信：

2.2.1 車輛內部通信

車輛內部通信是指汽車內部車載單元之間的信息交流和共享。車載終端設備與車內的傳感器單元形成車輛自身的通信網絡，主要用于車輛數據采集，監控車輛運行安全。車輛內部可以提供相對靜止環境，可以采用車內短距離有線或無線通信方式，如CAN、Bluetooth等，具有可靠性高、穩定性強、實時性高等優點

2.2.2 車輛之間通信

車輛之間的通信是指通過車載終端，進行的車與車之間雙向的數據通信。采用的通信技術包括微波通信、紅外通信和專用的短程通信等技術，突出體現的優勢在于安全性高、實時性要求準確。車載終端可以采集周邊車輛的各種信息，包括周邊車輛的速度、方向、位置、車輛發出的信號等，而且通過車與車之間的通信，可以搭建一個交流平臺，供參與者共享位置、方位、視頻、短信等信息。

2.2.3 人車通信

人車通信是指人使用的移動設備，如手機、電腦或其他的智能設備與車載終端之間進行的通信，采用的技術包括Bluetooth，RIFD等，主要應用在車輛管理，智能鑰匙和車輛信息服務上。

2.2.4 車路通信

車路通信是指車內終端設備和道路基礎設備之間的信息交流，通過道路周邊信息的采集，可以獲得車輛周邊信息，實現車輛和基礎設施之間的智能交通。車輛和路邊設施距離短，移動速度快，鑒于此特點，應采用微波或紅外通信技術，實現車輛運行的監控。

2.3 通信標準

目前，在車聯網上還沒有統一的國際標準，各個國家根據國內企業的發展特點，對車聯網提出適應國內智能交通的通信標準。其中以美國提出的標準最為規范，指出車聯網技術的通信標準需要包括以下幾點：

（1）網絡接入時間要短;

（2）傳輸延時低;

（3）通信效率高;

（4）具有較高的可靠性和穩定性;

（5）信息安全性高。

3 車聯網通信技術的發展趨勢

針對車聯網存在以上問題，結合當今互聯網和物聯網的發展趨勢，并根據我國國情，預計車聯網通信技術的發展趨勢如下：

3.1 通信標準得到有效建設

完善通信標準協議對于加快車聯網技術的普及具有一定的推進作用，主要表現在以下幾點。

（1）完善的通信標準協議為通信對象之間提供了通信規范;

（2）完善的通信標準可以讓某些通信協議提供更多的服務;

（3）統一的國際標準可以實現不同國家車輛之間的信息共享。

3.2 通信網絡融合率提高

隨著時代的快速發展，車聯網的規模逐步擴大，所包含的節點越來越多，接入的網絡結構越來越多，也就越來越復雜。復雜多樣的網絡結構將形成不同的網絡結構共存局面，從而影響不同網絡結構之間信息交流不順暢。因此，需要加強協議轉換技術的研究，實現車聯網和互聯網數據之間的無縫連接。

3.3 通信效率和容量增加

近幾年，汽車行業快速發展，全球車輛持有量大幅提升，車聯網行業不斷擴增，接入車聯網的節點越來越多，車聯網需要采集、處理、分析的信息呈指數增加。因此通信的容量和效率成為車聯網發展的重點研究對象，運用云計算、大數據處理等技術，來開發大容量、高效率的通信技術是正確的發展方向。

3.4 通信安全新技術得到發展

車聯網是一個開放的網絡，通信安全得不到保障，個人隱私容易泄露，因此，保障個人信息安全是未來車聯網發展的重要方向。加快安全技術研發：

（1）要加強密鑰管理技術開發，

（2）開發更嚴密的身份驗證技術，

（3）通信抗干擾技術研發。

4 總結

綜上所述，便車聯網是未來智能交通發展的主要方向，而通信技術作為車聯網系統的核心，決定著車聯網信息傳輸的時效性和穩定性。目前，車聯網還在不斷地發展過程中，各部分模塊還不能完全融合在一起，僅顯現出車聯網的初步特征，面臨的問題還有很多。相信，隨著大數據處理、云計算、通信技術的發展，未來的車聯網能在智能交通上可以提供更好的服務。

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