车联网技术-张馨文

1、车联网技术概述组长：张馨文 10255027组员：胡雅雯 10255004王婧怡 10255018尤齐钏 10255021王 晗 10255017马文杰 102550132013-12-30目录一基本框架和基本原理21.1车联网的基本原理21.2车联网的基本框架2二主要感知设备通讯方式32.1 车域网42.2 车载自组网5三车联网关键核心技术53.1 传感器技术及传感信息整合53.2 开放的、智能的车载终端系统平台63.3 语音识别技术63.4 服务端计算与服务整合技术63.5 通信及其应用技术63.6 互联网技术7四应用前景及存在的问题74.1 应用前景74.2 存在问题8五实例基于车联网技

2、术停车场管理系统的应用95.1总体架构95.2系统工作流程95.3管理平台介绍11一基本框架和基本原理1.1车联网的基本原理车联网作为物联网的衍生品，不同的人从不同的角度给它赋予了不同的涵义。从信息感知技术考虑，在中国射频识别技术与应用发展蓝皮书中有如下定义：车联网指装载在车辆上的电子标签通过无线射频等识别技术，实现在信息网络平台上对所有车辆的属性信息和静态、动态信息进行提取和有效利用，并根据不同的功能需求对所有车辆的运行状态进行有效的监管和提供综合服务；从智能交通技术考虑，车联网是将先进的数据通讯传输技术、感知技术、电子控制技术及数据处理技术等有效的集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种

3、在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统；从车辆组网和通信角度考虑，车联网是无线通信技术和自动控制产业高度发展融合后的新兴概念，主要由安装有无线接口的移动车辆组成，车辆可以接入同构或异构的网络，车联网不仅能满足车与车的通信，也能实现车辆与固定路边设施间的通信。虽然上述定义各不相同，但从中看出共同点：首先，车联网利用先进的信息技术，包括传感器技术、网络技术、计算技术、控制技术、智能技术，将车辆、道路、行人和路边设施集成一个有机的整体，以提供车辆安全、交通控制、信息服务和Internet接入等应用，最终提高交通效率、降低交通事故、提升道路的通行能力。车联网中的要素可描述

4、成3个集合的并集，即被服务终端、基础设施以及交通管理和控制实体。其中被服务终端包括汽车、飞机、列车以及路上行人等需要通过车联网得到各项服务的实体；基础设施包括热点接入点、基站、卫星、交通设施等可为被服务终端提供通信、接入或服务的实体；交通管理和控制实体包括交通控制中心、货运客运控制系统等全局或区域交通控制实体。这3种实体通过各种通信方式的融合最终连接到Internet上，以实现多元信息的融合，各种交通信息、服务信息及多媒体信息可以在各个实体间无阻碍地交互。在此基础上，车联网的各种实体通过互相协同，为被服务终端提供各种服务，如智能导航，辅助驾驶、安全告警和碰撞避免，用户高速接入、语音/视频服务、

5、道路及车辆监控、交通拥塞控制等。1.2车联网的基本框架作为物联网的一个重要分支，车联网遵循物联网的体系结构，同样也分为感知层、传送层、应用层3层，如图1所示。图1车联网的基本框架（1）车联网感知层承担车辆自身与道路交通信息的全面感知和采集，是车联网的神经末梢也是车联网“一枝独秀”于物联网的最显著部分。通过传感器、RFID、车辆定位等技术，实时感知车况及控制系统、道路环境、车辆与车辆、车辆与人、车辆与道路基础设施、车辆当前位置等信息，为车联网应用提供全面原始的终端信息服务。（2）车联网传送层通过制定专用的能够协同异构网络通信需要的网络架构和协议模型，整合感知层的数据；通过向应用层屏蔽通信网络的类

6、型，为应用程序提供透明的信息传输服务；通过对云计算、虚拟化等技术的综合应用，充分利用现有网络资源，为上层应用提供强大的应用支撑。（3）车联网应用层车联网的各项应用必须在现有网络体系和协议的基础上，兼容未来可能的网络拓展功能。应用需求是推动车联网技术发展的源动力，车联网在实现智能交通管理、车辆安全控制、交通事件预警等高端功能的同时，还应为车联网用户提供车辆信息查询、信息订阅、事件告知等各类服务功能。二主要感知设备通讯方式图2所示的是车联网通信架构其中感知层网络是一类特殊的移动无线传感器网络（mobile wireless sensor network，MWSN），通过在车辆上安装无线通信设备，将

7、行驶中的车辆变成一个个移动无线网络节点，实现车辆内部各设备设施之间、车辆之间以及车辆与道路基础设施之间的高速移动互联。根据组网方式和通信功能的不同，车联网感知层网络分为车域网（vehicle area network，VAN）和车载自组网（vehicular Ad Hoc network，VANET）两种类型图2 车联网通信架构2.1 车域网车域网即车载局域网，是使用有线或无线方式在车辆内部各设备（设施）之间构建的高度自治的局域网，并通过车载通信网关以无线方式接入周边的公共接入网络，实现车辆内部以及车辆与周边设备之间的直接或间接通信。在VAN中，车内设备（设施）之间可以利用CAN（contro

8、ller area network，控制器局域网）总线、LIN（ local interconnect network，本地互联网络）总线、蓝牙等方式实现短距离互联与通信。车辆定位模块、车辆信息采集模块、V2V、（vehicle to vehicle，车辆与车辆）通信模块、V2I （vehicle to infrastructure，车辆与基础设施）通信模块等需要与外界通信的功能模块，通过车载通信网关并以WLAN、WiMAX、蜂窝通信网络、通信卫星等方式接入被称为“路侧单元”（road side unit，RSU）的道路基础设施或公共接入网络。车域网的应用，一方面通过信息技术实现了车内设备（设

9、施）的智能集成，将车辆融入网络中；另一方面使网络应用延伸到车辆内部，实现了无线网络边缘的有效扩展。车域网是一个有线与无线集成、信息采集与处理结合、车内通信与车外信息交换融合的复杂异构网络系统，它是车载单元（on board unit，OBU）的重要组成部分，其主要功能如下。l 车辆定位模块采用卫星接收机获取车辆的实时位置信息，为车辆导航和定位管理提供服务。目前普遍使用的有美国的GPS，同时还有俄罗斯的GLONASS（格洛纳斯系统）、欧洲的Galileo（伽利略）卫星导航系统和我国的北斗卫星导航系统。l 通过安装在车辆的发动机、底盘、车身、电气系统等部位的车用传感器，实时采集车辆行驶过程中的车况

10、信息，例如发动机的进气量、冷却液温度、轮胎气压、车速、车辆行驶方向等。l V2V通信模块和V2I通信模块分别负责车辆与车辆之间以及车辆与RSU之间的通信，实现“人-车-路”之间的信息交换，确保行车安全。l 车辆所处环境的电磁干扰比较复杂。通过抗干扰模块，可以解决车辆内部电子元器件之间以及车辆与外界之间存在的电磁干扰，在确保行车安全的同时提供行车中的舒适性。车载单元中的另一个重要组成部分是电子车牌。电子车牌是对车辆身份的数字化标识，目前主要通过在车辆上嵌入主动式有源RFID标签来实现。与传统的车号牌相比，嵌入了RFID标签的电子车牌不仅能够提供与传统车号牌相同的识别功能，还能够提供车辆拥有者、车

11、辆机械参数、车辆年检情况车辆环保标志等交通管理的辅助信息。2.2 车载自组网VANET是基于MANET（mobile Ad Hoc network，移动自组织网络）的一类专用于道路交通环境下的网络形式。在VANET中，行驶中的车辆分别被虚拟成一个个移动网络节点，位于道路边的RSU被虚拟成网络静止节点，通过置于移动和静止网络节点的传感器感知和采集交通及周围环境状况。VANET的网络架构可以分为V2V和V2I两部分，其中V2V也称为IVC（inter vehicle communication，车辆互联通信）方式，可以使车辆实时监测道路上其他车辆的相关信息，并通过车载信息处理设备对信息进行综合分析

12、处理后，为行车安全及智能辅助驾驶提供信息服务。V2I也称为RVC（roadside to vehicle communication，路侧到车辆通信）方式，即建立OBU与RSU之间的通信，车辆通过分布在道路周边的RSU，将收集到的信息汇集到交通控制中心，交通控制中心实现对交通状况的实时监控，实现对全网范围的交通管理，并通过RSU实现收费、定位、发布交通信息等功能。VANET的主要特点如下。l 车辆的高速移动性，决定了VANET中网络拓扑的不稳定性。频繁变化的拓扑结构，使得车辆节点之间路由的生存期大大缩短。为此，车联网中的路由设计和算法实现要比其他类型的MANET复杂得多，传统的基于网络拓扑的路

13、由协议在车联网中将不适用。l 车辆的高速移动性以及受道路周边建筑物和树木的影响，导致车联网的无线信道质量很不稳定。V2V之间以及V2I之间距离的频繁快速变化，产生了严重的多普勒频移效应。例如，当车辆快速经过RSU时，多普勒频移的极性在很短时间内发生反转，从而使前后信号的处理结果间出现较大的误差。l 虽然车辆的高速移动性使车联网变得非常复杂，但与其他MANET相比，受城市道路的约束，车辆节点的移动具有一定的规律性，车辆的行驶轨迹具有可预测性。同时，由于车辆本身提供了较为充足的电力和空间资源，从而对通信设备、传感器、定位设备及其他信息采集处理设备的能耗及集成度要求相对较低。三车联网关键核心技术3.

14、1 传感器技术及传感信息整合车联网是车、路、人之间的网络。车联网中的传感技术应用主要是车的传感器网络和路的传感器网络。车的传感器网络又可分为车内传感器网络和车外传感器网络。车内传感器网络是向人提供关于车的状况信息的网络，比如远程诊断就需要这些状况信息，以供分析判断车的状况；车外传感器网络就是用来感应车外环境状况的传感器网络，比如防碰撞的传感器信息、感应外部环境的摄像头，这些信息可以用来增强安全和作为辅助驾驶的信息。路的传感器网络指那些铺设在路上和路边的传感器构成的网络，这些传感器用于感知和传递路的状况信息，如车流量、车速、路口拥堵情况等，这些信息都能让车载系统获得关于道路及交通环境的信息。无论

15、是车内、车外，还是道路的传感器网络，都起到了车内状况和环境感知的作用，其为“车联网”获得了独特（有别于现在互联网）的“内容”。整合这些“内容”，即整合传感网络信息，将是“车联网”重要的技术发展内容，也是极具特色的技术发展内容。3.2 开放的、智能的车载终端系统平台就像互联网络中的电脑、移动互联网中的手机，车载终端是车主获取车联网最终价值的媒介，可以说是网络中最为重要的节点。当前，很多车载导航娱乐终端并不适合“车联网”的发展，其核心原因是采用了非开放的、非智能的终端系统平台。基于不开放、不够智能的终端系统平台是很难被打造成网络生态系统的。这方面可以参看智能手机领域来感受到这一点的重要：大量的开发

16、者基于苹果公司的IOS*lGoogleAndroid终端操作系统都构建了几十万款应用，这些应用为这两个手机网络生态系统创造了核心价值。而这一切都是因为开发者可以基于这样的系统开发应用，特别是Google的Android系统，源代码完全开放，可以被裁减和优化。反观当前车载终端用得最多的WinCE，可以说是一个封闭的系统，很难有进一步发展的空间，因为应用少得可怜，任何修改都由于微软的封闭策略而无能为力，辛辛苦苦开发了上网功能，却无特色的应用及服务可用。3.3 语音识别技术无论多好的触摸体验，对驾车者来说，行车过程中触摸操作终端系统都是不安全的，因此，语音识别技术显得尤为重要，它将是车联网发展的助推

17、器。成熟的语音技术能够让司机通过嘴巴来对车联网发号施令索取服务，能够用耳朵来接收车联网提供的服务，这是最适合车这个快速移动空间的应用体验的。成熟的语音识别技术依赖于强大的语料库及运算能力，因此车载语音技术的发展本身就得依赖于网络，因为车载终端的存储能力和运算能力都无法解决好非固定命令的语音识别技术，而必须要采用基于服务端技术的“云识别”技术。3.4 服务端计算与服务整合技术除上述语音识别要用到云计算技术外，很多应用和服务的提供都要采用服务端计算、云计算的技术。类似互联网及移动互联网，终端能力有限，通过服务端计算才能整合更多信息和资源向终端提供及时的服务，服务端计算开始进入了云计算时代。云计算将

18、在车联网中用于分析计算路况、大规模车辆路径规划、智能交通调度计、基于庞大案例的车辆诊断计算等。车联网和互联网、移动互联网一样都得采用服务整合来实现服务创新、提供增值服务。通过服务整合，可以使车载终端获得更合适更有价值的服务，如呼叫中心服务与车险业务整合、远程诊断与现场服务预约整合、位置服务与商家服务整合等等。3.5 通信及其应用技术车联网主要依赖两方面的通信技术：短距离无线通信和远距离的移动通信技术，前者主要是RFID传感设别及类似WIFI等24G通信技术，后者主要是GPRS、3G、LTE、4G等移动通信技术。这两类通信技术不是车联网的独有技术，因此技术发展重点主要是这些通信技术的应用，包括高

19、速公路及停车厂自动缴费、无线设备互联等短距离无线通信应用及VOIP应用(车友在线、车队领航等)、监控调度数据包传输、视频监控等移动通信技术应用。3.6 互联网技术车联网的本质就是物联网与移动互联网的融合。车联网是通过整合车、路、人各种信息与服务，最终都是为人(车内的人及关注车内的人)提供服务的，因此，能够获取车联网提供的信息和服务的不仅仅是车载终端，而是所有能够访问互联网及移动互联网的终端，因此，电脑、手机也是车联网的终端。现有互联网及移动互联网的技术及应用基本上都能够在车联网中使用，包括媒体娱乐、电子商务、Web20应用、信息服务等。当然，车联网与现有通用互联网、移动互联网相比，其有两个关键

20、特性：一是与车和路相关，二是把位置信息作为关键元素。因此需要围绕这两个关键特性发展车联网的特色互联网应用，将给车联网带来更加广泛的用户及服务提供者。四应用前景及存在的问题4.1 应用前景目前，美国的IVHS、日本的VICS等系统通过车辆和道路之间建立有效的信息通信已经实现了智能交通的管理和信息服务。而WiFi、RFID等无线技术近年来也在交通运输领域智能化管理中得到了应用，如在智能公交定位管理和信号优先、智能停车场管理、车辆类型及流量信息采集、路桥电子不停车收费及车辆速度计算分析等方面取得了一定的应用成效。未来车联网将主要通过无线通信技术、GPs技术及传感技术的相互配合实现。在未来的车联网时代

21、，无线通信技术和传感技术之间会是一种互补的关系。当汽车处在转角等传感器的盲区时，无线通信技术就会发挥作用；而当无线通信的信号丢失时，传感器又可以派上用场。目前，通用汽车已经通过与中国电信合作，通过其3G网络为用户提供车载信息服务，并逐步建设车联网。当用户量还不具备规模的时候，现有的运营商网络可以承载各项服务；但当用户数大幅增加时，网络也将受到考验。车联网可以达到以下效果：1）管理部门无需再在各城市、各高速建设小范围的单一监控网，而是以极低的成本真正实现车辆、道路的全国统一管理。所有车辆实时在线，无论是本地汽车驶到外地，还是外地汽车驶来本地，管理部门都可以在网络上获得所需的车辆信息。2）对于车辆

22、定期检验、排放控制、走私车及套牌车查处、盗抢车追踪等，都有了简单快速高效的手段。3）通过对路口路段汽车数量、车速等数据的分析。可以实时掌握全国各城市及各条公路的交通状况，实现真正的智能交通指挥。必要时，管理部门还可以通过汽车电子信息网络，将指令或通告发送给汽车终端或现场指挥人员。4）可以设定热点区域，对驶入热点区域的汽车进行差别计价收费。5）汽车电子信息网络还可以实现全国高速公路的自动收费，无论是在城市内的高速公路，还是贯穿多个城市的长途高速公路，根据汽车在高速公路出入口经过的信息，直接实现不停车计费，准确快捷。6）以实时收集反馈的车辆车况信息，对有问题的车辆提前干预。除了通用汽车外，苏州金龙

23、也与中国联通合作创新探索车联网应用技术。目前，车联网已经得到政府和交通部门的高度重视。海口市已经在力争成为车联网试点城市。2010年7月8日9日，交通运输部信息化工作领导小组办公室在武汉组织召开了2010年交通运输通信信息中心主任交流研讨会全国交通系统的通信信息相关部门负责人几乎都参加了此次会议。会议强调了信息技术对于交通业转变发展方式的作用，推动“车联网”、“船联网”建设成为会议共识。4.2 存在问题1. 信息安全难以保证车联网和物联网有相似的应用技术，在应用过程中，每个人详细信息都将随时随地连接在这个网络上，随时随地被感知。这种暴露在公开场所之中的信号很容易被窃取，也更容易被干扰，这将直接

24、影响到车联网体系的安全。在车联网环境中如何确保信息的安全性和隐私性，避免受到病毒攻击和恶意破坏，防止个人信息、业务信息和财产丢失或被他人盗用，都将是车联网发展过程中需要突破的重大难题。这一方面要求技术层面的不断改进，另一方面则要求加快车联网相关法律法规体系的制定与完善，为车联网的推广和应用提供坚实的法律保障。2. 标准和结构没有统一要促进车联网的健康发展，就必须充分利用现在互联网的标准和它的生态系统。互联网的巨大成功很大程度上得益于开放的标准和开放的体系结勾，因此，未来的车联网应该和互联网一起打造一个共同的用户体验，将来的解决方案应该既可以利用在互联网上，也可以利用在车联网上，这样也有利于使车

25、联网技术能够跟上手机以及计算机快速更新的发展速度。所以，通信行业和汽车行业需要加强交流与合作，两个行业之间应该有更多的交流和互动。汽车行业应当更主动地让电信行业了解汽车行业对通信网络的需求，而通信行业在制定网络技术标准和网络建设规划的时候，如果不了解汽车行业或者说车联网发展的需求，也就很难为其未来发展提供有力的支撑。3. 成本比较昂贵据调查，上海世博会上汽集团通用汽车馆的ENV车型，目前每辆造价300万美元左右，这对于普通的消费者而言是过于昂贵。同样，与车联网相关的设施建设也是花费巨大，比如要建立一个巨大的无线网络，将需要耗费巨资，这无疑也是车联网发展过程中的一个瓶颈。车联网在应用过程中还会出

26、现不少新的问题。例如，车联网在推广中还面临技术不完善、存在利用技术壁垒进行恶性竞争的情况、知识产权保护、法律法规跟进等方面的问题。4. 车联网信息的统一标识问题为实现物体的互联互通，首先要解决的问题是统一编码问题。车联网的发展需要有一个统一的物品编码体系，尤其是国家物品编码标准体系。这个统一的物品编码体系是车联网系统实现信息互联互通的关键。但目前由于车联网概念刚刚兴起，相关的统一编码规范还未出台，各个示范原型系统根据各自需求，建立起独立的编码识别体系。这为后续行业内不同系统乃至不同行业之间的互联互通带来了障碍。5. 网络接入时的 I P 地址问题车联网中的每个物品都需要在网络中被寻址，就需要一

27、个地址.由于 I P v 4 资源即将耗尽，而过渡到 I P v 6 又是一个漫长的过程。包括设备，软件，网络，运营商等都存在兼容问题。6. 采集设备的信息化程度低目前道路，桥梁等交通基础设施并没有实现电子化管理，其智能程度较低。传统的设备通过传感器，采集设备等信息化处理才能具备联网能力。这些交通基础设施的信息化改造覆盖面广，投资额大，建设周期长，都是目前车联网实现终端信息化改造所面临的问题。7. 车联网相关软件和服务产业链的成熟度目前车联网概念刚刚兴起，还未出现较为成熟的软件平台和服务应用。而交通行业往往需要较高的安全要求，如保证行车安全等。如果相关软硬件平台未经过大规模应用测试，势必对车联

28、网的应用前途大打折扣。8. 相关技术兼容度车联网是一个相关技术的集成体，包括传感器技术，识别技术，计算技术，软件技术，纳米技术，嵌入式智能技术等。任何一个技术的不兼容或者基础薄弱，都会造成整个车联网系统的推广难度。五实例基于车联网技术停车场管理系统的应用5.1总体架构停车场管理系统主要由前端设备、传输网络、管理中心组成。见图3。图3 系统架构前端设备主要用来采集数据、信息发布、语音提示、报警显示等。前端设备包括信息读写器、地磁感应器、车牌识别及视频监控摄像机、栏杆机、扬声器和信息显示牌等。传输网络主要用来将前端收集到的信息发送到管理中心。网络环境支持WIFI、3G4G、GPRS技术。管理中心提供的功能包括设备管理、车辆管理、计费管理、用户管理、记录与查询管理和数据统计等。由应用服务器、WEB服务器、数据库服务器、客户端和呼叫中心组成。5.2系统工作流程1. 车辆驶入停车场的过程。当车辆驶入停车场人口时，流程见图4。图4 入口工