李永萍 柳震

摘 要：近年來，車聯(lián)網(wǎng)被認為是物聯(lián)網(wǎng)體系中最有產(chǎn)業(yè)潛力、市場需求最明確的領域之一，對促進汽車和信息通信產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，構建汽車和交通服務新模式新業(yè)態(tài)，推動自動駕駛技術創(chuàng)新和應用，提高交通效率和安全水平具有重要意義。文章簡要介紹了車聯(lián)網(wǎng)的定義，分析了車聯(lián)網(wǎng)要素以及沿高速公路部署的車聯(lián)網(wǎng)關鍵技術，并對車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展前景進行了展望。

關鍵詞：車聯(lián)網(wǎng)；高速公路；關鍵技術

車聯(lián)網(wǎng)正在催生大量新技術、新產(chǎn)品、新服務。同時，車聯(lián)網(wǎng)技術向著智能化、網(wǎng)聯(lián)化方向演進，車載通信、新型汽車電子、車載操作系統(tǒng)、服務平臺、安全等關鍵技術成為研究熱點。車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈條長，角色豐富，跨界融合特征突出[1]。信息通信技術（Information Communications Technology，ICT）產(chǎn)業(yè)與汽車、交通產(chǎn)業(yè)走向深度融合，新型汽車電子產(chǎn)品、車/路通信服務正在形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模，汽車和交通服務創(chuàng)新日趨活躍，全新的產(chǎn)業(yè)生態(tài)即將構建。網(wǎng)絡連接、汽車智能化、服務新業(yè)態(tài)是車聯(lián)網(wǎng)的3個核心。

1 車聯(lián)網(wǎng)的定義

車聯(lián)網(wǎng)的定義是：借助新一代信息和通信技術，實現(xiàn)車內(nèi)、車與車、車與路、車與人、車與服務平臺的全方位網(wǎng)絡連接，提升汽車智能化水平和自動駕駛能力，構建汽車和交通服務新業(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[2]。

2 車聯(lián)網(wǎng)關鍵要素

車聯(lián)網(wǎng)主要包括人、車、路、通信、服務平臺五類要素。“人”是道路環(huán)境參與者和車聯(lián)網(wǎng)服務使用者；“車”是車聯(lián)網(wǎng)的核心，主要涉及車輛聯(lián)網(wǎng)和智能系統(tǒng)；“路”是車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的重要外部環(huán)境之一；“通信”是信息交互的載體，打通車內(nèi)、車際、車路、車云信息流；“服務平臺”是實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)服務能力的業(yè)務和數(shù)據(jù)載體。

3 沿高速公路部署的車聯(lián)網(wǎng)關鍵技術概述

車聯(lián)網(wǎng)關鍵技術分布在“端—管—云”3個層面：“端”層面關鍵技術包括汽車電子、車載操作系統(tǒng)技術等；“管”層面關鍵技術包括4G/5G車載蜂窩通信技術、LTE-V2X直連無線通信技術等；“云”層面管理多業(yè)務支持的車聯(lián)網(wǎng)平臺技術是核心。高速公路是一個與城市內(nèi)道路場景迥然不同的車聯(lián)網(wǎng)應用場景，因其路上少量的交通信號、無行人、無非機動車輛、無交叉路口以及高車速等特性，使其在部署車聯(lián)網(wǎng)技術上要充分考慮應用場景。路側(cè)部署的技術一般來講是V2I及V2N范疇，本文主要討論LTE-V2X、5G應用、車路協(xié)同、邊緣計算及衛(wèi)星通信。

3.1 LTE-V2X技術

通過共享信息使得交通運輸更安全、更環(huán)保和更智能是未來交通發(fā)展的方向。車輛與路上其他事物（行人、車輛、路側(cè)設備、網(wǎng)絡等）可以通過信息共享，實現(xiàn)減少交通擁堵、減輕交通對環(huán)境的影響從而減少致命交通事故的數(shù)量，以及獲得其他信息服務[3]。個人用戶如果要實現(xiàn)單臺車輛的自動駕駛，車輛必須具備強大的感知系統(tǒng)，能夠觀察周圍的環(huán)境情況且觀察范圍不局限于近處，所以除了車輛需要配置大量的車載傳感器外，V2X技術也是自動駕駛的一個重要感知手段。

支撐信息共享的一種關鍵技術是無線通信，涵蓋車到車（V2V）通信、汽車到行人（V2P）通信、汽車到基礎設施（V2I）通信以及基礎設施到汽車（I2V）通信，這些被總稱為汽車到萬物或V2X通信。

V2X技術需要在動態(tài)的環(huán)境中可靠地工作，在發(fā)射機和接收機之間具有較高通信速度，支持在高速公路和隧道等安全相關應用中提供極低的延時。

3.2 5G應用

5G技術研發(fā)進展迅速，與汽車和交通應用結合越來越緊密。目前汽車聯(lián)網(wǎng)以2G/3G/4G蜂窩通信技術為主，汽車行業(yè)已經(jīng)將聯(lián)網(wǎng)功能作為汽車產(chǎn)品的重要技術特性，實現(xiàn)定位導航、遠程通信、智能交通、車載娛樂、車輛診斷遠程控制、車隊管理和緊急救援等功能[4]。5G通信技術充分考慮汽車、交通產(chǎn)業(yè)需求，“高可靠低時延”成為ITU定義的5G三大應用場景之一，也是我國確定的四大應用場景之一。

2018年6月，工業(yè)和信息化部與國家標準化管理委員會印發(fā)《國家車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)標準體系建設指南（總體要求）》等系列文件，指南中明確指出“制定基于LTE-V2X的無線通信網(wǎng)絡建設及關鍵技術標準體系，探索5G技術在車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)領域的應用”。

3.3 車路協(xié)同

車路協(xié)同是采用先進的無線通信和新一代互聯(lián)網(wǎng)等技術，全方位實施車車、車路動態(tài)實時信息交互，并在全時空動態(tài)交通信息采集與融合的基礎上開展車輛主動安全控制和道路協(xié)同管理，充分實現(xiàn)人車路的有效協(xié)同，保證交通安全，提高通行效率，從而形成的安全、高效和環(huán)保的道路交通系統(tǒng)[5]。

要實現(xiàn)車路協(xié)同，意味著除智能車輛之外，需要建設智能路側(cè)設備，收集汽車行駛過程中的信息并提供決策信息。同時，還需要能夠連接車輛及路側(cè)設備的網(wǎng)聯(lián)數(shù)據(jù)中心。通信方面，需要搭配多模式、高可靠的無線通信技術。當車—車、車—路之間可以信息交互后，就可以形成協(xié)同安全，從被動安全轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃影踩?/p>

3.4 邊緣計算

車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務中有關駕駛安全類業(yè)務的主要特征是低時延、高可靠。在時延需求上，輔助駕駛要求20～100 ms，而自動駕駛要求時延可低至3 ms。邊緣云是在現(xiàn)有移動網(wǎng)絡中實現(xiàn)低時延業(yè)務的使能技術之一。

邊緣計算是在靠近人、物或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡邊緣側(cè)，融合網(wǎng)絡、計算、存儲、應用核心能力的開放平臺，就近提供邊緣智能服務，滿足行業(yè)數(shù)字化在敏捷連接、實時業(yè)務、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應用智能、安全與隱私保護等方面的關鍵需求。

邊緣云計算通過將本地云平臺下沉在基站側(cè)，可為移動終端提供低時延業(yè)務。通過LTE蜂窩網(wǎng)絡和邊緣計算車聯(lián)網(wǎng)平臺的本地計算，在緊急情況對下發(fā)警告等服務駕駛信息給車載單元，相比現(xiàn)有網(wǎng)絡時延，車到車時延可降低至20 ms以內(nèi)，大幅度減少車主反應時間。此外，通過邊緣計算車聯(lián)平臺還可實現(xiàn)路徑優(yōu)化分析，行車與停車引導，安全輔助信息推送和區(qū)域交通服務指引等。

3.5 衛(wèi)星通信

當前主流的車聯(lián)網(wǎng)通信方式主要采用3G或4G LTE連接，但衛(wèi)星車聯(lián)網(wǎng)的長遠應用潛力仍然存在，目前美國SpaceX準備發(fā)射并構建Starlink小型衛(wèi)星網(wǎng)絡（由4425顆衛(wèi)星組成），并將上述衛(wèi)星送入近地軌道中，我國也提出了“行云”“虹云”低軌通信衛(wèi)星星座，均旨在提供持續(xù)的全球?qū)拵Х?。利用衛(wèi)星網(wǎng)絡采集數(shù)據(jù)后，車聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡覆蓋及性能將不受地面網(wǎng)絡部署情況的約束，進一步提升邊遠地區(qū)作業(yè)車輛的信息化水平。

衛(wèi)星在車聯(lián)網(wǎng)中的另一個重要應用是能夠提供精準的位置信息，有些車企的自動駕駛是建立在高度精準地圖的基礎上，通過實時掌握車輛在地圖中的準確位置來推送與之相關的信息，進而包括未來的對車輛的完全控制，最終實現(xiàn)自動駕駛。

衛(wèi)星車聯(lián)網(wǎng)目前的主要應用場景是預測性車輛診斷和維護、安全檢查、遠程信息處理等不需要大帶寬傳輸?shù)膽谩?/p>

4 結語

近年來，隨著自動駕駛、物聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展，車聯(lián)網(wǎng)成為國內(nèi)外新一輪科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必爭之地。雖然目前車聯(lián)網(wǎng)領域還面臨一些障礙，但是在政策與市場的雙重驅(qū)動下，發(fā)展前景依然非常值得期待，車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)步入發(fā)展快車道。車聯(lián)網(wǎng)技術向著智能化、網(wǎng)聯(lián)化方向演進，車載操作系統(tǒng)、新型汽車電子、車載通信、服務平臺、安全等關鍵技術成為研究熱點。期待在不久的將來，車聯(lián)網(wǎng)技術可以真正在高速公路落地，早日實現(xiàn)智慧高速的愿景，降低交通事故，提交交通運輸效率。

[參考文獻]

[1]張繼文，張海濤.車聯(lián)網(wǎng)關鍵技術與應用[J].電子技術與軟件工程，2017（7）：257.

[2]李雨宣，周桐.車聯(lián)網(wǎng)體系架構研究[J].科技展望，2016（29）：146.

[3]黃鴻基，王雨菡，程鑠雅，等.車聯(lián)網(wǎng)特點與發(fā)展趨勢[J].中國新技術新產(chǎn)品，2016（15）：169-172.

[4]章如峰，宋婷，吳昊旻，等.車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展與市場前景分析[C].北京：第八屆中國智能交通年會，2013.

[5]李克強，戴一凡，李升波，等.智能網(wǎng)聯(lián)汽車（ICV）技術的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J].汽車安全與節(jié)能學報，2017（1）：16-17.