基于5G技術車聯網的發展趨勢及應用前景分析

王世寶

福建技師學院 福建省福州市 350100

1 引言

隨著人民生活水平和汽車工業技術的不斷發展，汽車保有量在迅速增長，有關數據統計，截至2017年底全國汽車保有量2.17億輛。伴隨著汽車擁有數量的增長，人們的通行安全、出行效率、道路交通擁堵以及環境污染等問題日益嚴重，影響著社會經濟的發展和人們生活質量的提高。另一方面，隨著全球物聯網和移動互聯網的迅速發展，車輛和交通環境對網絡的要求越來越高，在這情形的推動下，車聯網的研究和發展越來越快速。移動通信技術憑借其覆蓋廣、全面性、安全可靠等特征在人們的日常生活中發揮著重要的作用，也因此在車聯網技術中得以應用與發展。

2 車聯網的概念

所謂車聯網是指以車內網、車際網和車載移動互聯網為基礎，按照約定的體系架構以及通信協議和數據交互標準，在車-X（X：車、路、行人及互聯網等）之間，進行無線通信和信息交換的系統網絡，實現智能化交通管理、智能動態信息服務和車輛智能化控制的一體化網絡。

按照車聯網通訊交互對象的不同，大致可以分三類：V2V（車輛與車輛之間的通訊）、V2R（車輛與道路的通訊）和V2I（車輛與后臺設施的通訊）。按傳輸距離的長遠來分類的話，可以分成短距離傳輸和遠距離傳輸。短距離傳輸主要在V2V和V2R場景中應用，遠距離傳輸主要在V2I場景中應用。移動通信技術主要在遠距離傳輸、V2I場景中使用。

3 移動通信技術在車聯網中的發展

我國的移動通信網絡具有覆蓋區域廣、可靠性高、互聯能力強、成本低的優勢，隨著技術不斷進步，不斷提高的無線數據傳輸通道的寬帶化能力為車聯網的發展提供了扎實的網絡基礎，在車聯網應用中起著舉足輕重的作用。

目前，有關車聯網的研究試驗主要建立在4G移動通信技術提供的無線信道多元化資源的基礎上。雖然4G移動通信技術與之前的2/3G網絡技術相比較有很大的改進，但它所具有的帶寬速率、吞吐量和時延要求還無法滿足復雜龐大的車聯網技術的要求，因為，根據有關數據計算，未來的無人駕駛汽車，每輛車每小時需要處理的數據量將達到100GB以上。而且4G網絡自身還存在一些問題，如功耗較大、部署困難、硬件過于復雜、設備成本較高，在此情況下，5G網絡技術應運而生。

4 5G相較4G網絡技術的優勢

2015年6月24日，國際電信聯盟(ITU)正式公布5G技術的名稱為IMT-2020。它是第五代移動電話通信標準，目前各國都在進行5G標準研究工作，計劃于2020年底前完成標準制定。當下，全球爭相加快實現5G商用的步伐，5G商用極有可能在2019年年中就全面落地。

與目前廣泛使用的4G網絡技術相比較，5G網絡技術主要有以下幾方面的優勢：

（1）高速率：5G網絡的峰值速率將達到10Gbps以上，用戶體驗速率達到100Mbps-1Gbps，可擁有移動高清、VR/AR、及時全息投影等暢快體驗；

（2）低延時：網絡延遲小于1ms，遠低于4G時代的50ms，滿足車聯網對時延的嚴格要求；

（3）海量鏈接：5G網絡可以使每平方公里內相關車載設備連接數量達100萬臺，滿足車載互聯的需求，與4G網絡相比，其鏈接能力大大提升；

（4）與4G網絡技術相比，5G網絡的數據通信具有更高的可靠性、安全性、靈活性的特征，具有更強的頻譜管理機制，在改善頻譜效率的同時還降低了成本。

因此，5G網絡可以說是4G的延伸優化，但5G并不僅僅是一種無線接入技術，而是真正意義上的融合網絡。它不是獨立存在的，而是能夠和當代蜂窩系統及WIFI標準進行融合，是多種技術的結合，包括2/3G、LTE、LTE-A、Wi-Fi、M2M等等。總體來說，5G對比4G網絡，網絡能效提升超過百倍，網絡性能實現了大幅提升，可以算是真正開啟車聯網的時代。

5 基于5G技術車聯網的應用場景

隨著車聯網產業的不斷壯大，5G技術的快速發展成熟，憑借著5G的高傳輸速率、低時延、高穩定性能、靈活的網絡架構等特點，以5G為基礎的車聯網在近年來發展越來越迅速。在車聯網中主要有以下幾個方面的應用：

5.1 無人駕駛汽車技術

5G網絡具有的超可靠、低時延的特點，使其能夠自動跟車進行互動，具有交互式的感知，從而給無人駕駛技術提供可靠的支持。自動駕駛里的一些場景，比如自動超車，協作式避免碰撞，行駛中車輛編隊等，都需要5G技術中的高可靠性和低延時性作保證。

5.2 交通路況管理優化

在道路交通管理方面，5G網絡的高傳輸速率可以實時報告道路交通路況，實現路段上的收費站、監控設備、電子公告欄等系統的智能運作。可以實時收集車輛、路況和天氣等信息，在車輛間進行信息交互，智能選擇最優路段進行行駛，使車輛做出正確、迅速的反應，大大減少交通擁堵情況的發生。

5.3 車載系統更豐富智能化

車載系統是車聯網的一個重要節點，是用戶獲取信息并實現交互的一種方式。在5G網絡的支持下，用戶可以在車上享受更多的車載終端服務，而開發商也能根據用戶需求開發更多的應用，豐富車上生活。5G的高帶寬、低時延可以滿足車內乘客對AR/VR、游戲、電影、移動辦公等車載信息娛樂的需求，還能提供高精度地圖，使車載導航的精確度得到極大地提高。

5.4 完善應急救援系統

車上安裝操作系統和定位系統，如果遇到緊急突發的事件，可以及時通過車聯網設備進行消息互傳。應用5G技術與云終端將消息發送到救援中心，救援中心可以迅速根據消息進行定位，分析周邊路況，及時通知附近的車輛避免進入事故區，同時傳遞相關信息給救援人員，使救援更加精準、快速，大大減少事故造成的損失。

5.5 自然災害場景的應急應用

目前的通信基礎設施，如果因地震、洪澇、臺風等自然災害遭到破壞，是無法為車載單元提供通信服務的，但5G車載單元不同，它可以在基礎設施遭到破壞的情況下，通過單跳或多跳的D2D（設備到設備通信）方式與其他5G車載單元實現通訊，它也可以作為通信中繼，與附近的5G車載終端交互信息，從而給行駛在路上的駕駛人和乘客或正準備駕乘車輛離開的人們傳遞信息，提高人們安全撤離的可能性，大大降低自然災害造成的損失。

6 車聯網發展面臨的挑戰

車聯網是物聯網中最有發展前景的應用領域，至今經歷了較長時間的發展，但其發展進程較為緩慢，這是有許多客觀原因引起的。分析來看，目前主要面臨以下幾個問題的挑戰：

一是相關部門間溝通協作需要不斷深入。車聯網涉及汽車、信息通信、智能終端、公共企業、發展改革、交通管理等多個行業，需要多個領域的政府部門、產業鏈之間積極合作、協同配合，才能促使該技術快速平穩地發展。

二是車聯網的普及率低。雖然目前車聯網技術有較大的市場空間，但是由于汽車行業沒有統一的規范標準，相關交通管理部門的重視度不夠，用戶的需求沒有被調動，目前發展研究的車聯網，在功能上比較簡單，還沒有達到智能化的水準，普及率、滲透率較低；

三是汽車行業車聯網的技術研究者的積極性有待提升，核心技術有待突破。目前高端傳感器、新型汽車電子、車載操作系統等處于高端環節的產業鏈的研發力不是很強，需要政府和行業共同的支持和關注，做好技術布局，進一步提高、加快技術研究的步伐，加大創新力度，加強核心技術的積累發展。

四是安全方面存在隱患。車聯網的安全防護系統、安全管理制度還不夠完善，數據安全和用戶個人隱私保護方面仍存在較大隱患，特別是對駕駛操作控制行為有影響的安全問題亟需進一步的研究解決。

五是運營及盈利模式復雜。我們提倡發展的多元化，但是如果沒有一個突出的核心，那么多元化也無從談起。特別是目前車聯網研發初期，建議國家及行業間有相關政策支持，有絕對核心的引導，使運營及盈利模式集中化，促進車聯網技術的快速發展，積極推動消費需求。

7 結語

車聯網的出現對汽車、交通、通信等相關產業，對環境保護，乃至對人類發展具有重要意義。同時，5G時代快速跑近，讓車聯網看到真正實現的曙光，其5G網絡技術將滿足車聯網高傳輸速率和處理大容量數據的需求，大大提高車載導航的精確度，減少交通事故。但車聯網正處在研究和發展階段，需要各方協同配合才能有更快的發展，同時還面臨著技術、安全、推廣普及等多方面的挑戰，亟需今后進一步的關注、探討、研究和解決。

相信，隨著5G網絡的快速發展成熟，以及車聯網問題的逐漸關注并解決，車聯網的研究和發展將朝著更快速、更智能化、更便捷和更安全的方向發展，最終將融入新時代并成為我們生活中重要的一部分。