許昌職業(yè)技術(shù)學(xué)院 董晨煜

河南工業(yè)技師學(xué)院 賈廣濤

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN，Wireless Sensor Network，是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無(wú)線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對(duì)象的信息，并發(fā)送給觀察者） 的廣泛應(yīng)用，車聯(lián)網(wǎng)（IOV，Internet of Vehicles）作為一項(xiàng)跨越了汽車、交通運(yùn)輸、信息技術(shù)、通訊、消費(fèi)電子、工業(yè)電子、媒體娛樂等多個(gè)行業(yè)的新興技術(shù)，日益成為實(shí)現(xiàn)未來(lái)智能交通的有效途徑之一，是當(dāng)前全球研究和關(guān)注的焦點(diǎn)，車聯(lián)網(wǎng)在經(jīng)歷了前幾年的概念炒作熱潮后，正從概念階段逐步轉(zhuǎn)向市場(chǎng)化，并開始在市場(chǎng)占據(jù)一定的份額。

1 車聯(lián)網(wǎng)的概念和內(nèi)涵

車聯(lián)網(wǎng)概念引申自物聯(lián)網(wǎng)，車聯(lián)網(wǎng)到目前為止并沒有一個(gè)統(tǒng)一的定義，根據(jù)行業(yè)背景不同，對(duì)車聯(lián)網(wǎng)的定義也不盡相同。傳統(tǒng)的車聯(lián)網(wǎng)定義是指裝載在車輛上的電子標(biāo)簽通過無(wú)線射頻（RFID）等識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上對(duì)所有車輛的屬性信息和靜、動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行提取和有效利用，并根據(jù)不同的功能需求對(duì)所有車輛的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效的監(jiān)管和提供綜合服務(wù)的系統(tǒng)。這個(gè)概念是站在信息感知技術(shù)的角度對(duì)車聯(lián)網(wǎng)的面熟。從這個(gè)概念上不難發(fā)現(xiàn)，車聯(lián)網(wǎng)最早提出的目的是為了優(yōu)化人們的出行，以及及時(shí)掌握車輛的行駛狀態(tài)。隨著車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，上述定義已經(jīng)不能涵蓋車聯(lián)網(wǎng)的全部?jī)?nèi)容，車聯(lián)網(wǎng)的概念也在逐步發(fā)生變化。

根據(jù)車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟（由中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)發(fā)起成立，2013年8月27日在北京正式成立，由包括15家整車廠在內(nèi)的共30家單位組成，成員涵蓋了汽車制造商、移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商、硬件設(shè)備制造商、軟件服務(wù)提供商及有關(guān)科研院所，旨在通過聯(lián)合各相關(guān)行業(yè)的力量，協(xié)同攻關(guān)、協(xié)調(diào)發(fā)展，重點(diǎn)推動(dòng)車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)于汽車安全性與經(jīng)濟(jì)性等性能提升的應(yīng)用）的定義，車聯(lián)網(wǎng)是以車內(nèi)網(wǎng)、車際網(wǎng)和車載移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，按照約定的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)，在車-X（X為車、路、行人及互聯(lián)網(wǎng)等）之間，進(jìn)行無(wú)線通訊和信息交換的大系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，是能夠?qū)崿F(xiàn)智能化交通管理、智能動(dòng)態(tài)信息服務(wù)和車輛智能化控制的一體化網(wǎng)絡(luò)，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在交通系統(tǒng)領(lǐng)域的典型應(yīng)用。

根據(jù)中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)校企聯(lián)盟的定義，車聯(lián)網(wǎng)是由車輛位置、速度和路線等信息構(gòu)成的巨大交互網(wǎng)絡(luò)。通過GPS、RFID、傳感器、攝像頭圖像處理等裝置，車輛可以完成自身環(huán)境和狀態(tài)信息的采集；通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，所有的車輛可以將自身的各種信息傳輸匯聚到中央處理器；通過計(jì)算機(jī)技術(shù)，這些大量車輛的信息可以被分析和處理，從而計(jì)算出不同車輛的最佳路線、及時(shí)匯報(bào)路況和安排信號(hào)燈周期。

站在智能交通技術(shù)的角度上，車聯(lián)網(wǎng)是指將先進(jìn)的信息感知技術(shù)、傳輸技術(shù)、信息控制技術(shù)及信息處理技術(shù)等運(yùn)用于交通管理系統(tǒng)而建立的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的綜合交通運(yùn)輸信息處理系統(tǒng)。站在車輛組網(wǎng)和通信技術(shù)的角度上，車聯(lián)網(wǎng)是由安裝無(wú)線通信終端的移動(dòng)車輛組成，車輛能夠介入到異構(gòu)或同構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)之中，用于完成車與車、車與路邊設(shè)施之間的通信。廣義上，人們普遍認(rèn)為車聯(lián)網(wǎng)是指利用先進(jìn)的傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)，通過汽車收集、處理和共享大量信息，實(shí)現(xiàn)V2X（X為車、路、行人、通信、服務(wù)平臺(tái)）之間無(wú)線通訊和信息交換的大系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。上述不同的描述都有一個(gè)基本的共識(shí)，即車聯(lián)網(wǎng)是利用先進(jìn)的信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將車輛、行人、道路和路邊設(shè)施等集成為一個(gè)有機(jī)的信息系統(tǒng)，以提供車輛安全、交通控制、綜合信息和互聯(lián)網(wǎng)接入等服務(wù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提高交通效率和降低交通事故的目的。在國(guó)際上，關(guān)于車聯(lián)網(wǎng)的概念目前形成的一個(gè)共識(shí)，是指以車輛、服務(wù)平臺(tái)作為終端，依托傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)，通過實(shí)現(xiàn)車與路、車與車主、車主與車主、車與車、車主與第三方服務(wù)商的有效連接，為車輛提供多種服務(wù)及對(duì)車輛實(shí)施有效監(jiān)控及提供有效服務(wù)。

隨著技術(shù)發(fā)展和研究的深入，車聯(lián)網(wǎng)概念不斷演進(jìn)，綜合上述幾種關(guān)于車聯(lián)網(wǎng)不同的描述，現(xiàn)階段我們可以將車聯(lián)網(wǎng)定義為：借助新一代信息和通信技術(shù)，提升汽車智能化水平，實(shí)現(xiàn)車與外部（人、車、路、服務(wù)平臺(tái)）的全方位網(wǎng)絡(luò)連接，打造汽車和交通服務(wù)新業(yè)態(tài)，從而提高交通效率，改善汽車駕乘感受，為用戶提供智能、舒適、安全、節(jié)能、高效的綜合服務(wù)。車聯(lián)網(wǎng)是傳統(tǒng)智能交通系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的產(chǎn)物，是一種特殊的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。由此可見，汽車智能化、網(wǎng)絡(luò)連接、服務(wù)新業(yè)態(tài)是構(gòu)成車聯(lián)網(wǎng)的3個(gè)核心要

素。圖1給出了車聯(lián)網(wǎng)總體示意圖，值得指出的是，車聯(lián)網(wǎng)并非單純的網(wǎng)絡(luò)概念，而是一個(gè)包含了汽車、通信網(wǎng)絡(luò)和諸多相關(guān)應(yīng)用與服務(wù)的產(chǎn)業(yè)生態(tài) ，車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將圍繞著智能化、網(wǎng)聯(lián)化兩條路線同步演進(jìn)，并最終走向融合。

以往車輛與人的互動(dòng)僅僅局限于機(jī)械操控，人作為主體控制車輛的運(yùn)行軌跡，車輛本身并不會(huì)提供太多技術(shù)上的幫助。但參考手機(jī)的發(fā)展歷程，手機(jī)作為載體，最初只能實(shí)現(xiàn)通話功能，而如今憑借移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)支持，手機(jī)升級(jí)為智能機(jī)，在生活?yuàn)蕵?、?gòu)物消費(fèi)、工作休閑等等場(chǎng)合，都能派上用場(chǎng)。雖然車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及率并不高，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)看，汽車作為載體，必須借助車聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)車與人、與道路環(huán)境的高效溝通。

2 車聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)

如圖2所示為車聯(lián)網(wǎng)包含的基本要素。車聯(lián)網(wǎng)的核心是汽車，主要涉及汽車聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)和汽車智能系統(tǒng)；人則是道路環(huán)境參與者和車聯(lián)網(wǎng)使用者；路是車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的重要外部環(huán)境，涉及道路通信設(shè)備、道路智能化設(shè)備、交通信息化設(shè)備等；通信則是信息交互的載體，打通車內(nèi)、車際、車路、車云信息流；服務(wù)平臺(tái)則是實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)能力的業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)載體。

圖1 車聯(lián)網(wǎng)總體示意

圖2 車聯(lián)網(wǎng)的基本要素

車聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)在交通領(lǐng)域中的具體實(shí)現(xiàn)，具有明顯的物聯(lián)網(wǎng)屬性，是互聯(lián)網(wǎng)的延伸。其體系架構(gòu)與物聯(lián)網(wǎng)有許多共同之處，分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層等3個(gè)部分（圖3）。感知層負(fù)責(zé)車輛自身與交通信息的感知與采集，通過無(wú)線射頻識(shí)別、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、導(dǎo)航定位等技術(shù)，實(shí)時(shí)地感知和采集車輛運(yùn)行狀況、交通運(yùn)控狀態(tài)、道路周邊環(huán)境、天氣變化情況，以及車與車、車與人、車與道路基礎(chǔ)設(shè)施之間的位置等信息，為應(yīng)用層提供全面、原始的信息采集服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)整合感知層獲取的數(shù)據(jù)，為應(yīng)用層提供信息傳輸服務(wù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信和遠(yuǎn)程控制的目的。網(wǎng)絡(luò)層主要包括承載網(wǎng)絡(luò)和接入網(wǎng)絡(luò)兩部分，其中，承載網(wǎng)絡(luò)主要包括電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)、交通信息專用網(wǎng)絡(luò)等。接入網(wǎng)絡(luò)包括2G、3G、4G、5G等無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，或WLAN、WiMAX、RFID、衛(wèi)星通信等網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用層負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互通信功能，通過車載信息系統(tǒng)，獲取交通信息、汽車狀況和互聯(lián)網(wǎng)信息，實(shí)現(xiàn)智能交通管理、車輛安全控制、交通信息發(fā)布等功能，為個(gè)人、企業(yè)、政府提供應(yīng)用服務(wù)。車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用廣泛，可提供車輛安全、道路維護(hù)、交通監(jiān)控、生活?yuàn)蕵?、移?dòng)互聯(lián)網(wǎng)接入等服務(wù)。

圖3 車聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)

3 車聯(lián)網(wǎng)的熱點(diǎn)技術(shù)分析

車聯(lián)網(wǎng)第一個(gè)技術(shù)變革活躍期已經(jīng)到來(lái)，主要集中在2017年至2018年左右，體現(xiàn)在車載操作系統(tǒng)功能逐步豐富，向?qū)崟r(shí)操作系統(tǒng)與信息娛樂操作系統(tǒng)融合方向演進(jìn)，汽車電子智能化和網(wǎng)聯(lián)化技術(shù)快速發(fā)展，V2X技術(shù)走向應(yīng)用，業(yè)務(wù)平臺(tái)由封閉逐步走向開放。車聯(lián)網(wǎng)第二個(gè)技術(shù)變革活躍期預(yù)計(jì)在2020年至2021年左右，主要體現(xiàn)在車載操作系統(tǒng)發(fā)展為支持智能化控制和綜合業(yè)務(wù)的服務(wù)平臺(tái)，汽車電子系統(tǒng)支持部分/高級(jí)自動(dòng)駕駛，5G技術(shù)逐步開始應(yīng)用，各種關(guān)鍵技術(shù)圍繞著智能化和網(wǎng)聯(lián)化形成融合。從網(wǎng)絡(luò)上看，車聯(lián)網(wǎng)（IOV）系統(tǒng)是一個(gè)“端、管、云”三層體系。車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的熱點(diǎn)技術(shù)逐步聚焦，分布在端、管、云和信息安全4個(gè)層面。

（1）“端”指的是車載終端、路側(cè)終端及手持終端等，負(fù)責(zé)采集與獲取車輛的智能信息，感知行車狀態(tài)與環(huán)境，是具有車內(nèi)通信、車間通信、車網(wǎng)通信的泛在通信終端，同時(shí)還是讓汽車具備IOV尋址和網(wǎng)絡(luò)可信標(biāo)識(shí)等能力的設(shè)備。各類終端的智能化、網(wǎng)聯(lián)化進(jìn)程加快，車載操作系統(tǒng)、汽車電子成為產(chǎn)業(yè)各方力量積極布局的焦點(diǎn)。終端設(shè)備包含軟、硬件兩個(gè)層面。軟件以車載操作系統(tǒng)和控制軟件為主，智能操作系統(tǒng)開始影響汽車的駕駛和操控方式，未來(lái)車載操作系統(tǒng)將主要朝著云服務(wù)和自動(dòng)駕駛2個(gè)方向發(fā)展。云服務(wù)主要基于車載操作系統(tǒng)的多樣化APP應(yīng)用，而自動(dòng)駕駛將融合傳感器、圖像技術(shù)、通信技術(shù)和人工智能技術(shù)做出分析決策。目前，底層操作系統(tǒng)仍然以QNX、Embedded Windows和Linux為主，其中QNX占據(jù)市場(chǎng)份額的50%以上。應(yīng)用平臺(tái)近年來(lái)發(fā)展迅猛，這些平臺(tái)的出現(xiàn)為應(yīng)用開發(fā)提供了框架和開發(fā)工具，使得應(yīng)用的開發(fā)越來(lái)越獨(dú)立于底層的操作系統(tǒng)。該類產(chǎn)品的代表有阿里巴巴推出的基于Linux的YunOS，搭載了自主設(shè)計(jì)、架構(gòu)、研發(fā)的系統(tǒng)核心虛擬機(jī)，為開發(fā)者提供便利，是我國(guó)自主操作系統(tǒng)躋身車聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)領(lǐng)域的重要契機(jī)。硬件主要是高性能環(huán)境感知傳感器及微處理器，我國(guó)總體處于競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)。從市場(chǎng)格局看，博世、英飛凌、恩智浦分別以20%、12%、10%位列汽車傳感器收入份額前三，前10名中沒有中國(guó)企業(yè)。在處理器方面，搭載人工智能的GPU芯片推動(dòng)自動(dòng)駕駛發(fā)展。由ARM、Qualcomm及Imagination所主導(dǎo)的SoC陣營(yíng)，在GPU技術(shù)中應(yīng)用最廣，市場(chǎng)占有率達(dá)到70%以上，英特爾、AMD、Nvidia緊隨其后。汽車領(lǐng)域正成為芯片廠商新藍(lán)海，消費(fèi)電子產(chǎn)品廠商也將業(yè)務(wù)領(lǐng)域向汽車電子產(chǎn)品拓展。

（2）“管”是指通信網(wǎng)絡(luò)。管系統(tǒng)用于解決V2X的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)車輛自組網(wǎng)及多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的通信與漫游，在功能和性能上保障實(shí)時(shí)性、可服務(wù)性與網(wǎng)絡(luò)泛在性，同時(shí)它是公網(wǎng)與專網(wǎng)的統(tǒng)一體。V2X是車車通信（V2V，Vehicle to Vehicle）、車路通信（V2R，Vehicle to Road）、車與基礎(chǔ)設(shè)施通信（V2I，vehicle to infrastructure）、車與行人通信（V2P，Vehicle to Pedestrian）等的統(tǒng)稱。V2X信息網(wǎng)聯(lián)技術(shù)包括V2X專用短距離通信技術(shù)，以及 3G、4G、5G的蜂窩網(wǎng)技術(shù)。通過V2X可以獲得實(shí)時(shí)路況、道路信息、行人信息等一系列交通信息，是實(shí)現(xiàn)主動(dòng)安全、自動(dòng)駕駛等一系列應(yīng)用的重要技術(shù)手段。早期信息網(wǎng)聯(lián)主要形態(tài)是實(shí)現(xiàn)汽車和外界環(huán)境的基礎(chǔ)信息交互，如Telematics業(yè)務(wù)等，主要實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星定位導(dǎo)航、道路救援、車載多媒體娛樂等應(yīng)用，這些應(yīng)用對(duì)通信系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和高可靠性要求不高。目前LTE-V和短距離無(wú)線通信（DSRC，Dedicated Short Range Communications）等無(wú)線通信技術(shù)在車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用逐步走向成熟。國(guó)際V2X專用短距離通信技術(shù)包括2條技術(shù)路線：一是美國(guó)、日本采用的基于IEEE 802.11p的DSRC通信標(biāo)準(zhǔn)，由IEEE在10年前制定。由于標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布較早，實(shí)驗(yàn)測(cè)試較為充分，高通、恩智浦均已推出基于802.11p的V2X無(wú)線通信芯片。二是我國(guó)參與推動(dòng)的4.5GLTE-V2X技術(shù)，目前由大唐、華為等通信設(shè)備企業(yè)抓緊研發(fā)。與802.11p相比，LTE-V2X具有技術(shù)后發(fā)優(yōu)勢(shì)，且支持公網(wǎng)輔助模式，能滿足更高的業(yè)務(wù)需求，又可以利用成熟的蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋和芯片、終端產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，很有可能后來(lái)居上，成為另一項(xiàng)車聯(lián)網(wǎng)主流技術(shù)。LTE-V2X技術(shù)隨著需求的發(fā)展有清晰的技術(shù)演進(jìn)路線，且逐步向5G-V2X演進(jìn)，對(duì)以存量為主的汽車市場(chǎng)意義重大。目前，基于5G技術(shù)的車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用進(jìn)入探索階段，隨著LTE、5G等通信技術(shù)的不斷發(fā)展，許多依賴低時(shí)延、高可靠性的新應(yīng)用有了發(fā)展空間，使得基于V2X通信的智能輔助駕駛（ADAS，Advanced Driver Assistant System）及自動(dòng)駕駛成為可能。

（3）車聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)云架構(gòu)的車輛運(yùn)行信息平臺(tái)，它的生態(tài)鏈包含了ITS（智能交通）、物流、客貨運(yùn)、危特車輛、汽修汽配、汽車租賃、企事業(yè)車輛管理、汽車制造商、4S店、車管、保險(xiǎn)、緊急救援、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等，是多源海量信息的匯聚，因此需要虛擬化、安全認(rèn)證、實(shí)時(shí)交互、海量存儲(chǔ)等云計(jì)算功能，其應(yīng)用系統(tǒng)也是圍繞車輛的數(shù)據(jù)匯聚、計(jì)算、調(diào)度、監(jiān)控、管理與應(yīng)用的復(fù)合體系。隨著車聯(lián)網(wǎng)的普及和車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的完善，各種效率出行、資源調(diào)度、信息服務(wù)類的新型平臺(tái)將不斷涌現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)更加科學(xué)、綠色、高效的智能交通系統(tǒng)。未來(lái)車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)和云服務(wù)平臺(tái)的應(yīng)用必將是“混合云”的發(fā)展模式。基于“混合云”模式，用戶既可以將相對(duì)隱私數(shù)據(jù)存放在“私有云”中，同時(shí)又可以獲得“公有云”的計(jì)算和服務(wù)資源。“公有云”提供各類信息娛樂導(dǎo)航服務(wù)，例如視頻、音頻、地圖導(dǎo)航、社交等服務(wù)，互聯(lián)網(wǎng)公司將是主要的服務(wù)提供商；“私有云”包括用戶個(gè)人數(shù)據(jù)、政府監(jiān)管、行業(yè)、企業(yè)等私有數(shù)據(jù)，例如用戶的位置信息、運(yùn)營(yíng)車輛車內(nèi)音頻或視頻監(jiān)控信息、汽車廠商收集的相應(yīng) CAN 總線信息等。隨著車聯(lián)網(wǎng)的普及，這些服務(wù)平臺(tái)的運(yùn)營(yíng)項(xiàng)目和模式也將更加多樣化，背后蘊(yùn)含著巨大的產(chǎn)業(yè)機(jī)遇，也必將成為未來(lái)商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。

（4）在車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中，安全作為一項(xiàng)重要挑戰(zhàn)一直備受關(guān)注。在當(dāng)前的車聯(lián)網(wǎng)通信中存在嚴(yán)重的安全問題，例如，在VANET中可能存在惡意的車輛，這些惡意的車輛發(fā)送虛假信息欺騙其他車輛，造成車輛信息和車主隱私信息的泄露。另外，一些惡意的車輛還會(huì)偷竊多個(gè)身份，偽造交通場(chǎng)景，影響交通秩序、破壞網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行，威脅用戶生命財(cái)產(chǎn)安全，因此安全認(rèn)證和隱私保護(hù)是車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的焦點(diǎn)問題。另外，車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展使汽車從架構(gòu)和技術(shù)上產(chǎn)生了極大的變革與創(chuàng)新，同時(shí)，技術(shù)的融合發(fā)展也帶來(lái)了新的隱患和風(fēng)險(xiǎn)。目前，演進(jìn)過程中車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)信息安全防護(hù)能力存在差異，大多數(shù)車型的車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)安全防護(hù)能力十分薄弱，一旦走向開放亟需進(jìn)行安全設(shè)計(jì)。隨著智能控制應(yīng)用的增加，汽車上越來(lái)越多的部件可以被黑客攻擊，甚至被非法控制。圖4列舉了一些智能網(wǎng)聯(lián)汽車可能存在的攻擊切入點(diǎn)。信息安全目前面臨的主要威脅集中在CAN總線、OBD接口設(shè)備及部分遠(yuǎn)程收發(fā)部件，如通訊模塊T-BOX、移動(dòng)端APP及云端平臺(tái)等。黑客對(duì)車輛信息接口的攻擊，會(huì)造成車輛信息泄露甚至汽車控制系統(tǒng)癱瘓，進(jìn)而引起事故，后果不堪設(shè)想。目前急需加快推進(jìn)息安全標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的編制，規(guī)范行業(yè)安全管理，加強(qiáng)信息安全技術(shù)研發(fā)和測(cè)試認(rèn)證平臺(tái)建設(shè)，提高技術(shù)支撐保障和市場(chǎng)服務(wù)能力。

圖4 智能網(wǎng)聯(lián)汽車可能的攻擊入口

為了支持?jǐn)?shù)據(jù)流量的不斷增加，5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)需要更高的容量和高效的安全機(jī)制。而在5G網(wǎng)絡(luò)通信體系中，終端用戶和不同的接入點(diǎn)之間需要更加頻繁的認(rèn)證以防止假冒終端和中間人的攻擊。5G車聯(lián)網(wǎng)的用戶和車輛相關(guān)數(shù)據(jù)的傳輸需要經(jīng)過其他車載單元、移動(dòng)終端及基站，因此，必須采取有效措施保證通信的安全性和數(shù)據(jù)的完整性。為了解決車聯(lián)網(wǎng)通信中所面臨的安全問題，早期提出了一些安全認(rèn)證方案，包括基于公鑰基礎(chǔ)設(shè)施（PKI，public key infrastructure）的認(rèn)證、基于身份簽名（identity-based signature）的認(rèn)證、基于群簽名（group signature）的認(rèn)證、基于保密的訪問控制等。近期，針對(duì)5G安全通信問題，有文獻(xiàn)提出將SDN（Software Defined Network，軟件定義網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)（是Emulex網(wǎng)絡(luò)一種新型網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新架構(gòu)，是網(wǎng)絡(luò)虛擬化的一種實(shí)現(xiàn)方式，其核心技術(shù)OpenFlow通過將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制面與數(shù)據(jù)面分離開來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)流量的靈活控制，使網(wǎng)絡(luò)作為管道變得更加智能）用于5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)智能化和可編程性，實(shí)現(xiàn)高效的安全管理。有文獻(xiàn)研究了用于控制ad hoc D2D（device-to-device，設(shè)備到設(shè)備）網(wǎng)絡(luò)并在ad hoc環(huán)境下基于群密鑰協(xié)商方法管理群密鑰的ad hoc D2D協(xié)議。此外，為了在竊聽者存在的場(chǎng)景下提高可靠的傳輸速率，有文獻(xiàn)研究了一種用于D2D無(wú)線通信中設(shè)備自適應(yīng)地選擇協(xié)作通信機(jī)制和基于協(xié)作架構(gòu)的最優(yōu)功率分配的分布式算法。

在5G車聯(lián)網(wǎng)復(fù)雜的通信過程中必須實(shí)施多方安全認(rèn)證。5G車聯(lián)網(wǎng)實(shí)施的多方安全認(rèn)證主要包括車內(nèi)無(wú)線局域網(wǎng)中用戶移動(dòng)終端與5G車載單元（OBU）的強(qiáng)安全認(rèn)證，車際網(wǎng)中車與車之間、車與行人之間、車與中繼（5G移動(dòng)終端或者車載單元）之間及車與5G基站之間的安全認(rèn)證。

在保證通信安全過程中，駕駛?cè)藛T更關(guān)心的是隱私的安全性，這關(guān)系到車聯(lián)網(wǎng)能否被市民接受并廣泛使用。在通信過程中，車輛無(wú)線信號(hào)在開放的空間中傳輸，容易被竊取并暴露車輛和用戶的身份，若車內(nèi)數(shù)據(jù)總線網(wǎng)絡(luò)遭入侵，可能造成不可預(yù)估的災(zāi)難，如何保障用戶和車輛的隱私安全，成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。除了使用近期提到的匿名算法，如采用動(dòng)態(tài)匿名方案，OBU在一定時(shí)間間隔或當(dāng)車輛進(jìn)入不同區(qū)域后都要更換匿名，排除通過對(duì)匿名收集、分析而捕獲車輛真實(shí)身份的攻擊?？紤]到5G車聯(lián)網(wǎng)多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的存在，將會(huì)出現(xiàn)新型的安全通信與隱私保護(hù)協(xié)議，譬如，在5G終端通信中利用SDN技術(shù)，根據(jù)數(shù)據(jù)流的敏感度級(jí)別，為數(shù)據(jù)流選擇多種傳輸路徑，在接收端，只有接收者可以用私人密鑰解密并重組來(lái)自多個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸路徑的數(shù)據(jù)流，從而避免隱私在無(wú)線接入點(diǎn)泄露。隨著計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力不斷突破，尤其是量子技術(shù)的逐漸成熟，傳統(tǒng)基于計(jì)算能力的高層加密技術(shù)變得不牢靠，而基于香農(nóng)信息論的物理層安全技術(shù)對(duì)計(jì)算復(fù)雜度依賴性低，竊聽者即使擁有較強(qiáng)的計(jì)算能力也不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的安全性能產(chǎn)生巨大的影響。另外，車聯(lián)網(wǎng)通信中多個(gè)竊聽者的存在及車輛節(jié)點(diǎn)在通信網(wǎng)絡(luò)中快速地連通與中斷，使安全密鑰分發(fā)與管理成為亟待解決的問題。

車聯(lián)網(wǎng)重要應(yīng)用之一就是交通安全，而駕駛行為分析和預(yù)測(cè)是安全保障的基礎(chǔ)，如何對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡預(yù)測(cè)并建模是提高交通安全的關(guān)鍵問題。雖然車聯(lián)網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漕l繁變化，數(shù)據(jù)海量遞增，但車輛運(yùn)動(dòng)受道路拓?fù)洹⒔煌ㄒ?guī)則和駕駛者意圖的限制，為行為預(yù)測(cè)提供了可能性。車聯(lián)社會(huì)網(wǎng)絡(luò)（VSN，vehicular social network）中節(jié)點(diǎn)的活動(dòng)規(guī)律能夠在車聯(lián)網(wǎng)行為預(yù)測(cè)中發(fā)揮作用。通過對(duì)大規(guī)模OBU數(shù)據(jù)的挖掘和分析，提取有應(yīng)用價(jià)值的社群交互特征信息，VSN能夠?qū)σ恍┙煌▎栴}和車輛安全問題提供有力的支持，如預(yù)計(jì)道路車流量、預(yù)測(cè)交通堵塞地段、主動(dòng)安全等。在對(duì)駕駛行為的建模和預(yù)測(cè)中，數(shù)據(jù)來(lái)源和數(shù)據(jù)挖掘是首要問題，也是安全系統(tǒng)應(yīng)用的瓶頸。目前，車輛行駛軌跡數(shù)據(jù)獲取的主要來(lái)源是基于歷史數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)，而歷史數(shù)據(jù)必須準(zhǔn)確且具有時(shí)效性。但現(xiàn)有VANET環(huán)境下的方法無(wú)法滿足獲取運(yùn)動(dòng)軌跡的精度要求（包括位置精度和時(shí)間精度），5G車聯(lián)網(wǎng)中采用D2D通信方式，可為每個(gè)用戶提供每秒千兆級(jí)的數(shù)據(jù)速率以滿足QoS的要求，空口時(shí)延約為1 ms、端到端時(shí)延限制在毫秒級(jí)的實(shí)現(xiàn)，極大程度上保證了時(shí)間精度，同時(shí)，基于5G基站的精確定位將位置精度控制在允許范圍內(nèi)，解決了預(yù)測(cè)模型中的數(shù)據(jù)來(lái)源問題。目前，針對(duì)車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)挖掘，并沒有太多的算法和技術(shù)提出，車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵是在對(duì)海量數(shù)據(jù)（TB級(jí)）進(jìn)行挖掘時(shí)，要保證當(dāng)前數(shù)據(jù)流（平均數(shù)萬(wàn)條/秒）的高速可靠寫入，如何快速對(duì)讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、建模、預(yù)測(cè)，是未來(lái)研究的重要方向。