交通工具作為日常生活的必需品之一，人們對它一直保持著很高的關(guān)注度與依賴度，而人們每天在交通工具上度過的時間也是以小時計算，尤其是在大城市中，這點(diǎn)尤為明顯，相信身處北上廣深等一線城市的人深有體會。正所謂“時間就是金錢”，有數(shù)以億計的人每天能花這么多時間在交通工具上，就意味著這里面蘊(yùn)含著龐大的市場機(jī)會。這也是車聯(lián)網(wǎng)之所以成為市場上的“香餑餑”根本原因。

　　隨著技術(shù)的發(fā)展，人們對汽車等交通工具的需求絕不僅僅只是一個“搬運(yùn)工”而已，希望能夠在汽車?yán)锏臅r間可以做更多的事情，有更豐富的內(nèi)容，這就需要車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來對“汽車生活”進(jìn)行支撐。

　　汽車應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)出現(xiàn)了一系列新技術(shù)，包括電力系統(tǒng)的改進(jìn)、非常復(fù)雜的遠(yuǎn)程信息處理，還有自動駕駛。今天的汽車有更多的電子產(chǎn)品。然而，隨著諸如高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)等功能成為標(biāo)準(zhǔn)配置，而不是昂貴的選項，更多的先進(jìn)功能模塊將會進(jìn)入尋常百姓家的汽車當(dāng)中。

　　下面我們一起來探討一下，目前車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)都需要哪些關(guān)鍵的技術(shù)。

　　車用傳感器技術(shù)

　　在眾多車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)當(dāng)中，傳感器技術(shù)是一項很基礎(chǔ)的支撐技術(shù)，在目前階段，傳感器以及涉及汽車的方方面面，比如說車速的監(jiān)控、溫濕度、剎車、燃料監(jiān)控等等，而未來，隨著智能化的程度越來越高，汽車?yán)锩嫠褂玫膫鞲衅鲾?shù)量與種類也將會增加的更多。在車聯(lián)網(wǎng)中，主要涉及到的傳感器有：

　　汽車運(yùn)行監(jiān)測傳感器

　　在目前的汽車中，已經(jīng)有功能豐富多樣的傳感器，來監(jiān)測汽車的整體運(yùn)行狀態(tài)，包括空調(diào)系統(tǒng)傳感器、空氣流量傳感器(MAF)、進(jìn)氣歧管壓力傳感器(MAP)、曲軸位置傳感器(CKP)、凸輪軸位置傳感器(CMP)、發(fā)動機(jī)冷卻液溫度傳感器(ECT)、進(jìn)氣溫度傳感器(IAT)、排氣溫度傳感器、節(jié)氣門開度傳感器、爆震傳感器、機(jī)油壓力傳感器、車速傳感器、液壓油溫度傳感器等等。

　　安全系統(tǒng)傳感器

　　主要有碰撞傳感器、安全傳感器、中央安全氣囊傳感器、安全帶傳感器、乘員區(qū)別傳感器等，其中碰撞傳感器又分為前碰撞傳感器和側(cè)碰撞傳感器。主要作用是在汽車發(fā)生碰撞時，判斷碰撞的烈度和方位，然后確定安全氣囊是否起爆。

　　超聲波傳感器

　　超聲波傳感器模擬蝙蝠的導(dǎo)航模式，利用超聲波從發(fā)射到接收的時間差來確定障礙物的位置，在未來的自動駕駛與半自動駕駛汽車中，可以通過超聲波傳感器辨別障礙物到汽車的距離。

　　圖像傳感器

　　圖像傳感器模擬人類的視野，利用幾個攝像頭合成汽車周圍的環(huán)境圖像，立體攝像頭還能生成3D圖像。在車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，圖像傳感器除了能識別距離外，還能識別顏色和字體，比如說交通指示燈與指示牌，也能在其他傳感器失效時作為備用系統(tǒng)，增加安全性。

　　雷達(dá)傳感器

　　雷達(dá)傳感器的基本原理也是通過電磁波遇到障礙后的反射信號，能夠?qū)崟r的計算出汽車與障礙物的距離與接近速度，汽車車身四周所安裝的長距離雷達(dá)與短距離雷達(dá)能實(shí)時追蹤其他車輛的速度，并通過增加自動化駕駛的冗余度來提升安全性。

　　LIDAR傳感器

　　LIDAR(光探測及測距)傳感器能發(fā)射不可見的激光光速，對周圍環(huán)境進(jìn)行掃描，可探測障礙物、測量距離并生成3D圖像，LIDAR傳感器結(jié)合攝像頭的數(shù)據(jù)能精確識別障礙物，判斷前方是人還是其他的動物等等。

　　C-V2X通信 C-V2X通信

　　2015年2月，3GPPSA1正式啟動了LTE-V2X業(yè)務(wù)需求研究項目，拉開了LTE-V2X技術(shù)在3GPP各小組的標(biāo)準(zhǔn)化序幕，并于2017年3月完成V2X第一階段標(biāo)準(zhǔn)的制定。按C-V2X按業(yè)務(wù)模式可以分為以下4類，包括：

　　V2N(vehicle-to-network)通信，包括動態(tài)地圖下載，自動駕駛相關(guān)線路規(guī)劃、遠(yuǎn)程控制等;

　　V2V(vehicle-to-vehicle)通信，包括核心防碰撞，避擁塞等安全類應(yīng)用，V2V安全類應(yīng)用不受限于網(wǎng)絡(luò)覆蓋;

　　V2P(vehicle-to-pedestrian)通信，車與人之間通信，主要用于行人安全;

　　V2I(vehicle-to-infrastructure)通信，用于車與道路設(shè)施之間通信，提供或接受本地道路交通信息。

　　LTE-V2X的分類

　　同時C-V2X根據(jù)接口的不同又可分為V2X-Direct和V2X-Cellular兩種通信方式。V2X-Direct通過PC5接口，采用車聯(lián)網(wǎng)專用頻段，實(shí)現(xiàn)車車、車路、車人之間直接通信，時延較低，支持的移動速度較高，但需要有良好的資源配置及擁塞控制算法。V2X-Cellular則通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)U u接口轉(zhuǎn)發(fā)，采用蜂窩網(wǎng)頻段(如1.8GHz)。具體的PC5口和U u口對比如表所示。

　　基于Uu通信和基于PC5通信比對

　　邊緣云 C-V2X通信

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

　　移動多接入邊緣計算(Multi-access Edge Computing，MEC)是在靠近人、物或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，融合網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲、應(yīng)用核心能力的開放平臺，就近提供邊緣智能服務(wù)，滿足行業(yè)數(shù)字化在敏捷連接、實(shí)時業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應(yīng)用智能、安全與隱私保護(hù)等方面的關(guān)鍵需求。一般情況下針對車聯(lián)網(wǎng)場景，MEC系統(tǒng)有兩種構(gòu)建方式，一種是在基站側(cè)利用若干臺通用服務(wù)器構(gòu)建的邊緣云系統(tǒng)，完成流量本地卸載，及植入車聯(lián)網(wǎng)相關(guān)應(yīng)用。另一種是在基站內(nèi)部提供一定的計算能力。 邊緣云提供本地化的云服務(wù)，并可連接公有云或者其他網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的私有云實(shí)現(xiàn)混合云服務(wù)。

　　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(wù)。通過LTE蜂窩網(wǎng)絡(luò)和MEC車聯(lián)網(wǎng)平臺的本地計算，在緊急情況是下發(fā)警告等服務(wù)駕駛信息給車載OBU，相比現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)時延，車到車時延可降低至20ms以內(nèi)，大幅度減少車主反應(yīng)時間。此外，通過MEC車聯(lián)平臺還可實(shí)現(xiàn)路徑優(yōu)化分析，行車與停車引導(dǎo)，安全輔助信息推送和區(qū)域交通服務(wù)指引等。

　　基于MEC平臺實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

　　網(wǎng)絡(luò)能力開放 C-V2X通信

　　運(yùn)營商作為傳統(tǒng)的通信服務(wù)提供者，正在努力嘗試在新的產(chǎn)業(yè)合作中進(jìn)行角色轉(zhuǎn)換，以增加新的利潤營收點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)能力開放便是其中的重要方式之一。5G網(wǎng)絡(luò)能力開放將具有更加豐富的內(nèi)涵，除了4G網(wǎng)絡(luò)定義的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部信息、QOS控制、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控能力、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)服務(wù)能力等方面能力的對外開放外，網(wǎng)絡(luò)虛擬化、SDN技術(shù)、以及大數(shù)據(jù)分析能力的引入，也為5G網(wǎng)絡(luò)提供了更為豐富的可以開放的網(wǎng)絡(luò)能力，比如：網(wǎng)絡(luò)切片的編排管理能力等。

　　網(wǎng)絡(luò)能力的開放應(yīng)結(jié)合具體業(yè)務(wù)場景，并綜合考慮第三方應(yīng)用平臺在系統(tǒng)架構(gòu)及業(yè)務(wù)邏輯方面的差異性，從而實(shí)現(xiàn)簡單友好的開放。此外，網(wǎng)絡(luò)能力開放必須具有足夠的靈活性，隨著網(wǎng)絡(luò)功能的進(jìn)一步豐富，網(wǎng)絡(luò)能力可向第三方應(yīng)用實(shí)現(xiàn)持續(xù)開放，而不必對第三方平臺及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)自身進(jìn)行復(fù)雜的改動。

　　網(wǎng)絡(luò)能力開放主要包括：(1)網(wǎng)絡(luò)及用戶信息開放;(2)無線業(yè)務(wù)及網(wǎng)絡(luò)資源開放;(3)網(wǎng)絡(luò)計算資源開放。

　　運(yùn)營商在新的產(chǎn)業(yè)模式下，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能力開放勢在必行，包含業(yè)務(wù)域，平臺域和網(wǎng)絡(luò)域。

　　網(wǎng)絡(luò)能力開放的三域架構(gòu)愿景圖

　　網(wǎng)絡(luò)域包含了運(yùn)營商的BSS/OSS、MANO、網(wǎng)絡(luò)切片和網(wǎng)元實(shí)體、MEC、大數(shù)據(jù)分析平臺等網(wǎng)絡(luò)要素實(shí)體。

　　其中，BSS/OSS和MANO能力的結(jié)合實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)切片的統(tǒng)一編排管理，以及對平臺域的能力開放。

　　網(wǎng)絡(luò)切片可支撐不同車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求，在不同應(yīng)用場景下實(shí)現(xiàn)不同的網(wǎng)絡(luò)配置。

　　網(wǎng)元實(shí)體實(shí)現(xiàn)具體的網(wǎng)絡(luò)控制能力、監(jiān)控能力、網(wǎng)絡(luò)信息以及網(wǎng)絡(luò)基本服務(wù)能力的開放。

　　大數(shù)據(jù)分析平臺實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)分析，并將分析結(jié)果上報給平臺域進(jìn)行對外開放。

　　其中，平臺域是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能力開放的大腦和核心，是連接網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部能力和外部業(yè)務(wù)需求的紐帶，也是真正實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)智能化的關(guān)鍵。 車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，平臺域不僅具有網(wǎng)絡(luò)管理能力，向下實(shí)現(xiàn)連接管理、終端管理，向上實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)管理。允許第三方應(yīng)用接入，實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)虛擬運(yùn)營管理，因此需要具備第三方業(yè)務(wù)的簽約管理，對業(yè)務(wù)域的API開放和計費(fèi)功能，以及對網(wǎng)絡(luò)域的能力編排和能力調(diào)度功能。

　　業(yè)務(wù)域包含了車聯(lián)網(wǎng)所有可以和網(wǎng)絡(luò)有交互能力的個人和企業(yè)，可以是第三方業(yè)務(wù)提供商、虛擬運(yùn)營商、終端用戶，或是運(yùn)營商的自營業(yè)務(wù)等。 業(yè)務(wù)域既可以向平臺域輸入網(wǎng)絡(luò)能力的需求信息，并接受平臺域提供的網(wǎng)絡(luò)能力，也可以向平臺域提供網(wǎng)絡(luò)域需求的能力信息，實(shí)現(xiàn)反向的能力開放。

　　車聯(lián)網(wǎng)信息安全 C-V2X通信

　　作為低時延、高可靠通信的重要應(yīng)用，車聯(lián)網(wǎng)的信息安全問題同樣受到重視。隨著車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，那么安全攻擊也就相應(yīng)增多。在車聯(lián)網(wǎng)“端—管—云”的基本網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，每一個環(huán)節(jié)都是信息安全的防護(hù)重點(diǎn)。車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈較長，涉及到終端設(shè)備、通信設(shè)備、以及云端管理和服務(wù)平臺，涉及的廠商有元器件供應(yīng)商、設(shè)備生產(chǎn)商、整車廠商、軟硬件技術(shù)提供商、通信服務(wù)商、信息服務(wù)提供商等，包括控制安全、數(shù)據(jù)安全、功能安全等各個方面。

　　車聯(lián)網(wǎng)安全防護(hù)環(huán)節(jié)眾多、網(wǎng)絡(luò)安全問題復(fù)雜，其中容易受到攻擊的部分主要包括：

　　端： 信息娛樂系統(tǒng)、T-box、CAN網(wǎng)絡(luò)、鑰匙;手機(jī)、手表上的App;與CAN網(wǎng)絡(luò)連接的OBD設(shè)備等;

　　管： 包括從車機(jī)、T-box到后臺的通訊，App到后臺的通訊等;其中V2X是車聯(lián)網(wǎng)通信的關(guān)鍵技術(shù)，對于不可信節(jié)點(diǎn)的檢測、隔離以及處罰都缺乏相應(yīng)的機(jī)制;

　　云： TSP后臺所在的云端服務(wù)器等;

　　在解決車聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全策略上，針對不同的部分采取不同的安全防護(hù)措施。

　　比如說車載智能終端 ，除了硬件采取加密措施，例如芯片防護(hù)、硬件加密外，開啟車聯(lián)網(wǎng)終端安全監(jiān)測分析，加強(qiáng)對終端應(yīng)用程序的應(yīng)用加密、安全啟動等。

　　通信安全： 加強(qiáng)訪問控制，實(shí)施分域管理，對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分域管理，將控制域與信息服務(wù)域進(jìn)行隔離，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分域管理，降低攻擊風(fēng)險;加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)切面的功能，網(wǎng)絡(luò)側(cè)進(jìn)行異常流量檢測，提升車聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)能力;加強(qiáng)身份認(rèn)證及秘鑰管理，進(jìn)行基于證書的私有通信加密。

　　云服務(wù)平臺： 采用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行安全加固，部署防火墻、入侵檢測系統(tǒng)等安全設(shè)備;建立車聯(lián)網(wǎng)用戶憑證管理系統(tǒng)，對車輛、移動終端、應(yīng)用程序等進(jìn)行身份驗(yàn)證、加強(qiáng)秘鑰管理;對不同業(yè)務(wù)進(jìn)行物理隔離，依照業(yè)務(wù)的安全級別采用不同級別的安全防護(hù)措施;對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，同時建立數(shù)據(jù)共享、集中管理的核心憑條，對威脅情報及不安全因素進(jìn)行系統(tǒng)共享。

　　車聯(lián)網(wǎng)信息安全防護(hù)措施

　　高精度定位 C-V2X通信

　　位置信息為實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的提供重要參考，位置信息越準(zhǔn)確，車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)可靠性越高。因此，高精度定位研究是實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

　　在室外場景下，常用的定位技術(shù)包括GPS、北斗、輔助GPS(Assisted GPS,A-GPS)以及基于無線通信蜂窩網(wǎng)絡(luò)的定位，如小區(qū)ID技術(shù)(Cell-ID)，增強(qiáng)型小區(qū)ID技術(shù)(Enhance Cell ID,ECID)。

　　其中北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)是我國擁有獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，目標(biāo)是形成完善的國家衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)支撐、推廣和保障體系，推動衛(wèi)星導(dǎo)航在國民經(jīng)濟(jì)社會各行業(yè)的廣泛應(yīng)用。

　　而定位技術(shù)在室內(nèi)場景下的更為復(fù)雜，為滿足室內(nèi)定位性能要求，近年來國內(nèi)外學(xué)者及科研機(jī)構(gòu)研究利用WLAN、射頻識(Radio Frequency Identification,RFID)、超寬帶(Ultra Wide Band,UWB)、藍(lán)牙等無線網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)室內(nèi)移動終端的定位技術(shù)，其定位精度可達(dá)米級，而采用UWB技術(shù)甚至可達(dá)厘米級精度。

　　無線定位系統(tǒng)示意圖

　　無線定位系統(tǒng)主要由兩部分組成，包括信息提取和位置計算。 各部分功能如下：

　　信息提?。?/strong> 可用于定位的對象包括無線信號(例如GPS、北斗、WiFi、蜂窩網(wǎng)等)、傳感器(例如加速器、陀螺儀等)以及地圖信息等，而不同的對象提取出的定位信息參數(shù)也各不相同。對于無線信號，收發(fā)機(jī)之間距離信息需要通過估計兩者無線信道鏈路的參數(shù)信息來獲取，該參數(shù)包括接收信號強(qiáng)度(Received Signal Strength,RSS)、到達(dá)時間(Time of Arrival,TOA)、到達(dá)時間差(Time Difference of Arrival,TDOA)、到達(dá)角(Angle of Arrival,AOA)等。實(shí)際接收的無線信號受非視距傳輸及多徑效應(yīng)、陰影效應(yīng)的影響，因而即使精確估計信道參數(shù)信息，也難以獲取準(zhǔn)確的收發(fā)機(jī)之間的直線距離。傳感器獲得的是定位目標(biāo)的運(yùn)動方向、步長等信息。地圖信息通常通過繪制高精地圖，獲得向量化參數(shù)，用來對定位目標(biāo)進(jìn)行約束或優(yōu)化。上述參數(shù)是進(jìn)行下一步位置估計的前提。

　　位置計算： 定位算法是整個定位系統(tǒng)性能的關(guān)鍵性影響因素，一方面要求定位算法有較好的精準(zhǔn)度;另一方面又要求定位系統(tǒng)有較低的復(fù)雜度和時延。精準(zhǔn)度與復(fù)雜度之間的平衡，是定位系統(tǒng)開發(fā)考慮的重要因素。根據(jù)提取參數(shù)的不同，采用的定位算法也各不相同。例如根據(jù)無線信號提取的參數(shù)，可以采用非線性方程組算法、最優(yōu)化算法或圖樣匹配算法，而采用傳感器信息和地圖信息則可采用位置跟蹤算法，包括粒子濾波、路徑約束等。另外，在高精度定位系統(tǒng)中，通常采用多源信息融合的混合定位算法。

　　語音識別技術(shù) C-V2X通信

　　無論多好的觸摸體驗(yàn)，對駕車者來說，行車過程中觸摸操作終端系統(tǒng)都是不安全的，因此語音識別技術(shù)顯得尤為重要，它將是車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的助推器。成熟的語音技術(shù)能夠讓司機(jī)通過嘴巴來對車聯(lián)網(wǎng)發(fā)號施令索取服務(wù)，能夠用耳朵來接收車聯(lián)網(wǎng)提供的服務(wù)，這是最適合車這個快速移動空間的應(yīng)用體驗(yàn)的。成熟的語音識別技術(shù)依賴于強(qiáng)大的語料庫及運(yùn)算能力，因此車載語音技術(shù)的發(fā)展本身就得依賴于網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)檐囕d終端的存儲能力和運(yùn)算能力都無法解決好非固定命令的語音識別技術(shù)，而必須要采用基于服務(wù)端技術(shù)的“云識別”技術(shù)。

　　當(dāng)然，技術(shù)是不斷發(fā)展變化的，在車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中，肯定會碰到現(xiàn)在還沒有想到的問題，也會有新的技術(shù)與解決方案出現(xiàn)，未來車聯(lián)網(wǎng)將會如何，我們拭目以待。