淺析車聯網研究中的技術挑戰

鄭繼亭　王振宇

摘要：車聯網是智能交通系統的重要組成部分，本文首先對車聯網系統架構進行了介紹，然后從時長約束、網絡規模、節點移動性、系統波動性和系統應用性五個方面，對現有研究面臨的挑戰進行了分析。

關鍵詞：車聯網;車載自組網;車輛移動性

中圖分類號：U495 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）05-0231-01

車聯網[1]（Internet of Vehicle）技術的快速發展使其為用戶提供的服務和應用日趨豐富，用戶不僅能夠獲取安全輔助應用，避免發生事故，還能在駕駛過程中接入互聯網，提升駕駛體驗。考慮到車聯網中通信實體的特殊性，本文對現有的車聯網研究過程中面臨的挑戰進行了分析。

1 車聯網概述

作為一種特殊的移動自組網[2]（Mobile Ad hoc NETwork，簡稱MANET），車載自組網主要關注車輛和車輛間、車輛和路側設備（Road-Side Unit，簡稱RSU）間的自組織通信，借助交通參與者的信息共享，完成提高交通效率，避免事故發生的目標。為了實現這一目標，要求車輛配備車載單元（On-Board Unit，簡稱OBU），OBU同RSU間的通信則主要借助專用短程通信技術[3]（Dedicated Short Range Communication，簡稱DSRC）完成。

車聯網環境中不僅存在車輛與車輛間的數據交換，還存在車輛同路側設備的通信連接，車載單元不僅幫助車輛建立通信連接，還對車輛的行駛參數進行采集和上傳，這一數據可以幫助車聯網系統實現對車輛信息的采集，并完成系統對交通狀態的管控。同時，路側設備不僅具備為車輛節點提供網絡接入點的功能，同時，還可對其覆蓋范圍內的車輛節點發布系統的管控消息，幫助車輛及時獲取有效的交通輔助信息。

2 車聯網技術挑戰分析

車聯網技術的應用在帶來諸多安全、娛樂方面的便利的同時，在研究領域和工業領域仍面臨諸多挑戰。其中，影響較大的幾個方面分別是：時長約束、網絡規模、節點移動性、系統波動性和系統應用性。

2.1 時長約束

時長約束要求車聯網環境中通信實體的數據傳輸時長需要限制在固定的窗口期內，特別是針對與安全相關的應用，有必要執行嚴格的時長約束以保證數據的有效性。在安全應用中，為了避免車輛節點發生碰撞、追尾等安全事故，數據交換的時長約束不僅要求數據能夠及時、有效的傳輸至目標車輛節點，還需要保證目標車輛中的駕駛人員接收到預警信息后具有足夠的反應時間調整駕駛操作，因此，時長約束是研究車聯網數據傳輸時不可或缺的一項內容。此外，從安全角度出發，數據傳輸需要對數據進行授信并進行授信確認，考慮到這一操作直接增加傳輸時長，因此，有必要對消息傳輸的時長約束和數據的安全需求進行平衡。

2.2 網絡規模

車輛保有量的逐年上升為車聯網系統帶來了更多的通信實體，系統的網絡規模勢必會在未來得到進一步的擴大。然而，在對系統進行實現和部署時，過大的網絡規模對系統的管理調度提出了更高的要求。從整體來看，構建一個通用的管理系統仍面臨諸多問題：首先，不同地域的交通參與者對信息安全或隱私的要求不同，因此，很難針對多種要求制定統一的標準和規則;其次，難以在較大的網絡規模中為不同等級的交通參與者分配合適的授信權限;此外，為交通參與者分配公鑰和密鑰的合理機制同樣還未制定。

2.3 車輛移動性

車輛節點的高移動性不僅是使車聯網獨立于移動自組網的原因，亦是進行車聯網相關技術研究時需要面臨的挑戰。由于部分移動節點間的通信可能只進行一次，且通信時長往往只能持續幾秒，授信確認無法進行，因此，傳統的握手認證機制無法適用于這一場景。與此同時，由于車聯網環境中往往存在較為多樣的通信網絡，隨著車輛的持續移動，車輛需要在不同通信網絡中進行切換，因此，需要針對異構網絡切換機制進行研究，通過為車輛選取合適的接入點保證數據的準確、可靠傳輸。另外，這一特性對安全機制也提出了更高的要求。

2.4 系統波動性

波動性用于描述車聯網系統中全體節點間的通信時長參數。由于系統中車輛節點的移動軌跡不定、移動速度不同，兩個車輛節點間有可能只進行一次通信連接，也有可能存在持續一定時間的多跳連接，因此，系統波動性較大?？紤]到系統中上下文信息存續時間極短，這一特性直接導致系統無法保證所有的用戶設備通過密碼建立同安全的通信連接。

2.5 系統應用性

從車聯網應用的可推廣性角度，在對系統進行部署前，需要解決的是如何為用戶提供合適的服務，使其同意使用這一技術手段。這要求系統的應用不僅要具有較高的實用性，還要具有相比其他技術手段明顯的優勢。在系統應用的實用性方面，主要功能應包括：系統能夠為用戶提供前方路段的實時交通狀態，以幫助用戶避免擁堵路段;同時，系統的使用能夠極大的降低道路中的事故發生率，保證用戶的行車安全;考慮到交叉路口處復雜的交通狀態，系統應能在車輛駛過路口時提供有效的行車建議，或根據實時的車流狀態為用戶提前制定合理的行車路線，幫助其順利到達目標位置。此外，系統對娛樂應用的支持也是吸引用戶的有效手段，該應用要求系統能夠為用戶提供持續穩定的通信連接。

3 結語

車聯網技術的發展為未來交通管理提供了很好的解決思路，特別是安全輔助應用的研究，能夠通過對車輛進行預警有效的降低道路的事故發生率?？紤]到車聯網技術中通信實體的特殊性，本文分別從時長約束、網絡規模、節點移動性、系統波動性和系統應用性五個角度，闡述了現有的車聯網技術研究中面臨的挑戰，為未來進行車聯網相關技術研究進行了前期鋪墊。

參考文獻

[1] 胡錦超，趙祥模，王潤民，等.車聯網環境下IEEE 802.11p移動性支持仿真研究[J].計算機工程，2017，43（05）：23-27+34.

[2] 丁光帥，李強，陳琳，等.基于MANET的多媒體業務尋址方法研究綜述[J].電子設計工程，2018，26（22）：151-155.

[3] 陳濤，方威，安林芳.基于DSRC的車輛防追尾預警算法[J].汽車安全與節能學報，2017，8（02）：164-169.