付長軍，李 斌，喬宏章

(中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081)

0 引言

全球互聯(lián)網(wǎng)增速降低以及移動互聯(lián)網(wǎng)爆發(fā)式擴(kuò)張浪潮退卻，預(yù)示著互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展進(jìn)入增長動力轉(zhuǎn)換階段[1]，“萬物互聯(lián)”的物聯(lián)網(wǎng)時代已經(jīng)開啟，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和車聯(lián)網(wǎng)作為其兩大主戰(zhàn)場將率先推進(jìn)。

車聯(lián)網(wǎng)通過整合人、車、路、周圍環(huán)境等相關(guān)信息，能夠為人們提供一體化服務(wù)，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在交通行業(yè)的典型應(yīng)用。在車聯(lián)網(wǎng)的推動下，傳統(tǒng)汽車正從代步工具向數(shù)據(jù)終端演變，“奔跑的智能手機(jī)”、“四輪智能手機(jī)”、“帶輪子的起居室”將成為未來汽車的標(biāo)簽。相關(guān)研究表明[2]，在車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的初級階段，即可明顯降低能源消耗和尾氣排放，大大緩解城市的交通擁堵，顯著減少80%的車輛事故率和30%～70%的死亡人數(shù)。在車聯(lián)網(wǎng)充分發(fā)展起來以后，可實現(xiàn)自主駕駛，能夠完全避免交通事故，大大提升交通效率，將人徹底地從枯燥的駕駛?cè)蝿?wù)中解放出來。

截止到2017年，我國汽車保有量已經(jīng)超過2億，中國汽車的制造和保有量位居世界前列。隨之而來的道路安全以及城市擁堵問題日趨嚴(yán)重，迫切需要車聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)加強(qiáng)管理和引導(dǎo)。此外，我國消費者已經(jīng)養(yǎng)成使用移動互聯(lián)網(wǎng)的習(xí)慣，對汽車尤其是網(wǎng)聯(lián)及智能服務(wù)的要求逐漸提高。巨大的消費群體和強(qiáng)烈的用戶需求為我國車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化發(fā)展帶來機(jī)遇。隨著我國5G技術(shù)的推廣以及杭甬超級高速等基礎(chǔ)設(shè)施，車聯(lián)網(wǎng)的市場潛力將會快速釋放，預(yù)計2022年市場規(guī)模達(dá)到1 560億美元[2-3]。

我國政府高度重視車聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展[2]，國務(wù)院出臺的《中國制造2025》和《國務(wù)院關(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導(dǎo)意見》對車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行指導(dǎo)。國家發(fā)改委發(fā)布的《推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”便捷交通，促進(jìn)智能交通發(fā)展的實施方案》對車聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、平臺和技術(shù)發(fā)展提出了要求。交通部通過的《關(guān)于加強(qiáng)道路運輸車輛動態(tài)監(jiān)管工作的通知》明確了對“兩客一危”的聯(lián)網(wǎng)聯(lián)控。工信部組織實施了多個重大專項、產(chǎn)業(yè)化專項用以支持車聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)、應(yīng)用和示范推廣，印發(fā)了《車聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展工作方案》，提出我國車聯(lián)網(wǎng)階段發(fā)展目標(biāo)、重點任務(wù)、關(guān)鍵技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、基礎(chǔ)條件等，聯(lián)合國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會編制《國家車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》系列文件，與北京、保定、重慶、浙江、吉林以及湖北等地方政府簽署車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范合作框架協(xié)議，積極推動車聯(lián)網(wǎng)示范區(qū)建設(shè)工作?？傮w來看，我國已經(jīng)明確了政府各部門和各級政府之間在車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展中的職責(zé)分工，但是面向行業(yè)參與主體的帶有強(qiáng)制執(zhí)行力的政策措施或強(qiáng)制立法仍有很多工作要做，與美國、歐盟和日本等國相比仍存在追趕空間。

1 車聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵與愿景

車聯(lián)網(wǎng)的概念引申于物聯(lián)網(wǎng)，根據(jù)不同的應(yīng)用背景，對車聯(lián)網(wǎng)的定義也不盡相同[4]。傳統(tǒng)車聯(lián)網(wǎng)的定義(狹義)是指裝載在車輛上的電子標(biāo)簽通過無線射頻等識別技術(shù)，實現(xiàn)在信息網(wǎng)絡(luò)平臺上對所有車輛的屬性信息和靜、動態(tài)信息進(jìn)行提取和有效利用，并根據(jù)不同的功能需求對所有車輛的運行狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)管和提供綜合服務(wù)的系統(tǒng)。其本質(zhì)上是由車輛位置、速度和路線等信息構(gòu)成的巨大交互網(wǎng)絡(luò)。

隨著車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，這種定義已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能涵蓋車聯(lián)網(wǎng)的全部內(nèi)容。根據(jù)車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟的定義[3]：車聯(lián)網(wǎng)是以車內(nèi)網(wǎng)、車際網(wǎng)和車載移動互聯(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)，在車與車(V2V)、車與路(V2I)、車與人(V2P)、車與網(wǎng)絡(luò)(V2N)/云端(V2C)之間，進(jìn)行無線通信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。

車聯(lián)網(wǎng)依托于云計算、大數(shù)據(jù)技術(shù)、通信技術(shù)、搜索技術(shù)、導(dǎo)航、多媒體技術(shù)、移動支付等互聯(lián)網(wǎng)工具，面向信息服務(wù)、交通安全和交通效率三大應(yīng)用，為用戶提供高效、安全、智慧的出行服務(wù)。圖1給出了車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展愿景[3-5]，預(yù)計未來發(fā)展需要經(jīng)歷以下三個階段：發(fā)展初期將打通信息流、培養(yǎng)用戶習(xí)慣，普及駕駛輔助服務(wù)；接著綜合利用LTE-V2X、802.11p、5G等通信技術(shù)和智能化的汽車電子系統(tǒng)實現(xiàn)半自動駕駛，使車聯(lián)網(wǎng)普及率和業(yè)務(wù)活躍度達(dá)到較高水平；最后實現(xiàn)高度自動駕駛和車輛全部聯(lián)網(wǎng)，業(yè)務(wù)形態(tài)極大豐富，達(dá)到零事故零擁堵的終極目標(biāo)。

圖1 車聯(lián)網(wǎng)愿景

2 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系分析

圖2給出車聯(lián)網(wǎng)相關(guān)概念與技術(shù)[5-6]，人、車、環(huán)境和平臺是車聯(lián)網(wǎng)中密切相關(guān)的四類對象，智能交通、自動駕駛、網(wǎng)聯(lián)汽車、主動安全、信息服務(wù)是車聯(lián)網(wǎng)典型的應(yīng)用，車聯(lián)網(wǎng)涉及到的技術(shù)包括：信息安全、信息交互、環(huán)境感知、汽車腦、高精度地圖、標(biāo)準(zhǔn)化及測試認(rèn)證等關(guān)鍵技術(shù)。從體系架構(gòu)上看，車聯(lián)網(wǎng)由終端層(感知執(zhí)行)、網(wǎng)絡(luò)層(接入與傳控)、平臺層(協(xié)同計算控制)和應(yīng)用層組成；從關(guān)鍵技術(shù)上看主要包括信息交互、環(huán)境感知、智能執(zhí)行、汽車腦以及安全防護(hù)等。

圖2 車聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)及概念

2.1 體系結(jié)構(gòu)

車聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)在交通領(lǐng)域內(nèi)的具體實現(xiàn)，其體系架構(gòu)與物聯(lián)網(wǎng)有許多共同之處，未來車聯(lián)網(wǎng)基于終端層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層、應(yīng)用層四層架構(gòu)，實現(xiàn)多模通信、人車路交互、云網(wǎng)端協(xié)同的感知通信一體化網(wǎng)絡(luò)，如圖3所示。

圖3 車聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)

2.1.1 終端層——感知執(zhí)行

終端層主要包括車載終端、設(shè)備終端和用戶終端三大類，負(fù)責(zé)實時感知與采集車輛運行狀況、交通運控狀態(tài)、道路周邊環(huán)境等信息，與駕駛?cè)?、周圍車輛、行人與用戶、道路基礎(chǔ)設(shè)施、車聯(lián)網(wǎng)平臺進(jìn)行信息交互，為車輛行駛和安全提供支撐和輔助決策，為用戶提供娛樂和資訊服務(wù)，為交通管理提供數(shù)據(jù)支持。

2.1.2 網(wǎng)絡(luò)層——接入與傳控

網(wǎng)絡(luò)層從物理上可以分為承載網(wǎng)絡(luò)和接入網(wǎng)絡(luò)兩大類，未來承載網(wǎng)絡(luò)主要由移動通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)[7]以及其他行業(yè)專用網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成；未來接入網(wǎng)絡(luò)主要有基站、WLAN、WiMAX、RFID、專用短距離通信(Dedicated Short Range Communication,DSRC)等形式，主要為終端層和應(yīng)用層提供多模式信息傳輸服務(wù)，鑒于車聯(lián)網(wǎng)中低時延高可靠業(yè)務(wù)的需求，未來會利用邊緣計算技術(shù)，將數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)分流，由網(wǎng)絡(luò)層承接部分平臺層的部分存儲和分發(fā)業(yè)務(wù)。

2.1.3 平臺層——協(xié)同控制

平臺層以云計算、大數(shù)據(jù)[8]、語音交換技術(shù)和人工智能技術(shù)為核心，面向不同業(yè)務(wù)需求，對各類網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行協(xié)同管理，對各類終端進(jìn)行廣泛接入，對多種應(yīng)用場景進(jìn)行廣泛支撐，并向第三方平臺提供接入功能，從而為智能交通管理、車輛輔助駕駛、業(yè)務(wù)管理、服務(wù)交易等相關(guān)業(yè)務(wù)提供平臺支持。

2.1.4 應(yīng)用層

作為一個基于云架構(gòu)的車輛信息服務(wù)平臺，車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的對象眾多，包括個人用戶、交通管理者、車輛管理者、車輛、客貨運企業(yè)、維保企業(yè)、租賃企業(yè)、汽車制造商、保險、緊急救援方、互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容供應(yīng)商等等，涉及交通安全、交通效率以及信息服務(wù)三大類應(yīng)用類型，具體的應(yīng)用場景不勝枚舉。因此，車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的推廣不能一蹴而就，要率先在城市內(nèi)交通效率、安全編隊和自動駕駛、城市間營運車輛安全輔助等一些經(jīng)濟(jì)效益顯著且技術(shù)要求相對較低的特殊應(yīng)用場景率先開展，產(chǎn)業(yè)化成功后，逐步拓展車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范圍。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)分析

車聯(lián)網(wǎng)是一個多學(xué)科交叉技術(shù)領(lǐng)域，涵蓋通信、傳感器、汽車制造、人工智能、信息處理、安全防護(hù)，信息可視化等技術(shù)領(lǐng)域，在此僅對以下關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行探討與分析。

2.2.1 車聯(lián)網(wǎng)V2X通信技術(shù)

V2X通信技術(shù)是車聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，主要涉及車-車(V2V)、車-基礎(chǔ)設(shè)施(V2I)、車-人(V2P)以及車-網(wǎng)絡(luò)(V2N)、云平臺(V2C)五類通信場景[9-10]，目前主流的解決途徑有IEEE陣營(電氣電子工程師協(xié)會)的專用短距離通信(DSRC)和ITU陣營(國際電信聯(lián)盟)基于蜂窩的LTE-V技術(shù)兩種，兩者的對比情況如表1所示，預(yù)計未來兩者將會在競爭中共存以滿足不同需求。

2.2.2 環(huán)境感知技術(shù)

環(huán)境感知技術(shù)包括車輛工作狀態(tài)感知技術(shù)、車輛運動狀態(tài)感知技術(shù)和車輛行駛環(huán)境感知技術(shù)三類，主要用于判斷車輛是否異常和行駛環(huán)境是否安全，承擔(dān)著車聯(lián)網(wǎng)中關(guān)鍵數(shù)據(jù)的采集。

車輛工作狀態(tài)感知主要是通過CAN總線采集車內(nèi)各電子控制單元以及裝載在車上的各類傳感器，來獲取車體、動力、車輛制動、發(fā)動機(jī)、剎車等部件的狀態(tài)參數(shù)。

車輛運動狀態(tài)感知包括對車輛行駛狀態(tài)參數(shù)的感知，其中絕對位置信息感知和相對位置信息感知最為基礎(chǔ)和關(guān)鍵。為支持未來的自動駕駛業(yè)務(wù)需求，感知精度需要達(dá)到亞米級。

車輛行駛環(huán)境感知技術(shù)主要用于路面狀態(tài)、障礙物、交通信息、路徑、其他車輛等信息的感知，是汽車自動駕駛應(yīng)用的基礎(chǔ)支撐技術(shù)。

車輛運動狀態(tài)和行駛環(huán)境的感知主要依靠激光、雷達(dá)、超聲波、可見光、紅外、衛(wèi)星定位等位置傳感技術(shù)，以及基于V2X的位置信息交換和預(yù)報技術(shù)。

表1 DSRC與LTE-V技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對比

V2X技術(shù)DSRCLTE-V技術(shù)特點以IEEE 802.11p為基礎(chǔ),物理層是WiFi的擴(kuò)展,MAC與WiFi相同。有集中式和分布式兩種通信方式:集中式需要基站作為控制中心進(jìn)行蜂窩通信,主要用于車輛與路側(cè)通信單元及基站設(shè)備的通信;分布式無需基站作為支撐,是一種自組網(wǎng)絡(luò),可在小范圍內(nèi)實現(xiàn)V2X通信。代表企業(yè)NXP華為、高通關(guān)鍵指標(biāo)支持車速200 km/h,反應(yīng)時間小于0.1 s,數(shù)據(jù)傳輸平均速度為12 Mbps,傳輸范圍1 km可支持車速500 km/h,集中式傳輸帶寬最高可擴(kuò)展至100 MHz,峰值速率上行500 Mbps,下行1 Gbps,時延小于50 ms優(yōu)點 1.已進(jìn)行廣泛實驗,唯一能滿足延遲要求的成熟通信選項,能夠支持基于車輛通信的防碰撞;2.得到NHSTA(國家公路交通安全管理局)的大力支持;3.DSRC的產(chǎn)品開發(fā)快速發(fā)展,通用已推出了第一款可進(jìn)行V2V通信的車輛2017CTS;4.成本明確。 1.共用現(xiàn)有基站,信道寬,同步性好,傳輸距離遠(yuǎn),可自然過渡到5G;2.能夠與帶傳感或聯(lián)網(wǎng)能力的任何設(shè)備相連(包括人和他們的手機(jī));3.對潛在威脅的預(yù)警能力強(qiáng)于DSRC;4.國內(nèi)許多企業(yè)廠家已經(jīng)著手LTE-V的研究及推廣。缺點 1.用戶多時可靠性下降,對車輛擁堵時的驗證不夠;2.需要路邊設(shè)施投入;3.國內(nèi)會有潛在干擾;4.高頻段穿透性差,限制了城市環(huán)境下信號的傳輸范圍。 1.標(biāo)準(zhǔn)未定;2.市場驗證不足;3.不能解決安全駕駛;4.可能存在訂閱費用。進(jìn)程2014年2月,DSRC被美國交通部認(rèn)定為V2X標(biāo)準(zhǔn)。于2017年11月完成相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定。

2.2.3 智能執(zhí)行技術(shù)

智能執(zhí)行技術(shù)是在車輛和環(huán)境廣泛感知的基礎(chǔ)上，通過智能決策，對車輛行為做出相應(yīng)控制。未來研究重點主要包括智能決策技術(shù)、HMI(人機(jī)交互)技術(shù)、信息顯示技術(shù)[11]、自動駕駛平臺等。

2.2.4 安全技術(shù)

車聯(lián)網(wǎng)的安全問題會直接造成財產(chǎn)損失和人身安全，是車聯(lián)網(wǎng)未來發(fā)展不可回避的重要環(huán)節(jié)，包括機(jī)械安全、電氣安全、數(shù)據(jù)安全、信息交換安全、平臺安全、支付安全等。安全問題如果得不到妥善的解決，車聯(lián)網(wǎng)將無從發(fā)展。

4 車聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈分析

車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈長，涉及產(chǎn)業(yè)角色多，跨界融合特征突出[12]。未來服務(wù)類企業(yè)的數(shù)量和產(chǎn)值將占據(jù)車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的絕大部分，尤其是車聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)提供商將成為車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中的核心角色。因此傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)參與車聯(lián)網(wǎng)的熱情非常高，并提出了很多具有顛覆性的理念，部分企業(yè)甚至滲透到汽車生產(chǎn)制作環(huán)節(jié)。從另一角度看，汽車廠商制作把控著汽車的控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN總線)，互聯(lián)網(wǎng)廠商難以獲取車內(nèi)各電子控制單元的信息，大大限制了互聯(lián)應(yīng)用的開展。隨著用戶需求的不斷提高以及產(chǎn)業(yè)活躍度的提高，車聯(lián)網(wǎng)將會給傳統(tǒng)汽車制作業(yè)帶來重構(gòu)，如圖4所示，平臺終端類企業(yè)將和應(yīng)用服務(wù)類企業(yè)緊密聯(lián)系，以適應(yīng)車聯(lián)網(wǎng)各類服務(wù)的業(yè)務(wù)需求。目前汽車廠商和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)正在走強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合的發(fā)展之路，各類角色的軟件與信息服務(wù)商也趨于融合，以適應(yīng)新趨勢的發(fā)展?？傮w來看，車聯(lián)網(wǎng)正處于爆發(fā)前的戰(zhàn)略機(jī)遇期。

圖4 為車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽鈭D

5 結(jié)束語

車聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)和智能傳感技術(shù)的發(fā)展必然，將大大提高行車安全，提升交通效率，全面地提供各類資訊服務(wù)，為汽車產(chǎn)業(yè)帶來了前所未有的歷史性機(jī)遇和挑戰(zhàn)。在車聯(lián)網(wǎng)的帶動下，汽車行業(yè)將從封閉不斷走向開放，流程和邊界將會從根本上得到重塑，一些企業(yè)如果無法徹底融入到新的產(chǎn)業(yè)生態(tài)中，將會被淘汰。值得一提的是，車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人們的預(yù)期，目前市面上銷售的2018款中高檔家庭轎車上普遍搭載了車聯(lián)網(wǎng)功能，預(yù)計未來三年是車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)切入的最佳時機(jī)。

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