．車聯網+時代，車聯網需要哪些關鍵技術？趨勢將會如何？

V2V Communication

來源：车行商行健

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，這點尤為明顯，相信身處大都會一線城市的人深有體會。

正所謂「時間就是金錢」，有數以億計的人，每天能花這麼多時間在交通工具上，就意味著這裡面蘊含著龐大的市場機會。這也是車聯網之所以成為市場上的「商機大餅」根本原因。

隨著技術的發展，人們對汽車等交通工具的需求，絕不僅僅只是一個「搬運工」而已，希望能夠在汽車裡的時間，可以做更多的事情，有更豐富的內容，這就需要車聯網技術，來對「汽車生活」進行支撐。

汽車應用領域已經出現了一系列新技術，包括電力系統的改進、非常複雜的遠端資訊處理，還有自動駕駛。今天的汽車，有更多的電子產品。然而，隨著諸如高級駕駛輔助系統(ADAS)等功能成為標準配置，而不是昂貴的選項，更多的先進功能模組，將會進入尋常百姓家的汽車當中。

下面我們一起來探討一下，目前車聯網技術都需要哪些關鍵的技術。

車用傳感器技術在眾多車聯網技術當中，傳感器技術是一項很基礎的支撐技術，在目前階段，傳感器以及涉及汽車的方方面面，比如說車速的監控、溫濕度、剎車、燃料監控等等，而未來，隨著智慧化的程度越來越高，汽車裡面所使用的傳感器數量與種類，也將會增加的更多。

在車聯網中，主要涉及到的傳感器有：

汽車運行監測傳感器在目前的汽車中，已經有功能豐富多樣的傳感器，來監測汽車的整體運行狀態，包括空調系統傳感器、空氣流量傳感器(MAF)、進氣歧管壓力傳感器(MAP)、曲軸位置傳感器(CKP)、凸輪軸位置傳感器(CMP)、發動機冷卻液溫度傳感器(ECT)、進氣溫度傳感器(IAT)、排氣溫度傳感器、節氣門開度傳感器、爆震傳感器、機油壓力傳感器、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、乘員區別傳感器等，其中碰撞傳感器又分為前碰撞傳感器和側碰撞傳感器。主要作用是在汽車發生碰撞時，判斷碰撞的烈度和方位，然後確定安全氣囊是否起爆。

超音波傳感器，模擬蝙蝠的導航模式，利用超音波從發射到接收的時間差，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，可以透過超音波傳感器，辨識障礙物到汽車的距離。

圖像傳感器，模擬人類的視野，利用幾個攝影機合成汽車周圍的環境圖像，立體攝影機還能生成3D圖像。在車聯網應用中，圖像傳感器除了能辨識距離外，還能辨識顏色和字體，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，增加安全性。

雷達傳感器，雷達傳感器的基本原理，也是透過電磁波遇到障礙後的反射信號，能夠即時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，長距離雷達與短距離雷達，能即時追蹤其他車輛的速度，並透過增加自動化駕駛的冗餘度來提升安全性。

LIDAR傳感器LIDAR(光探測及測距)傳感器，能發射不可見的雷射光速，對周圍環境進行掃描，可探測障礙物、測量距離，並生成3D圖像，LIDAR傳感器結合攝影機的數據，能精確辨識障礙物，判斷前方是人，還是其他的動物等等。

C-V2X通信2015年2月，3GPPSA1正式啓動了LTE-V2X業務需求研究項目，拉開了LTE-V2X技術在3GPP各小組的標準化序幕，並於2017年3月完成V2X第一階段標準的制訂。

按C-V2X按業務模式可以分為以下4類，包括：

V2N(vehicle-to-network)通信，包括動態地圖下載，自動駕駛相關線路規劃、遠程控制等;

V2V(vehicle-to-vehicle)通信，包括核心防碰撞，避擁塞等安全類應用，V2V安全類應用不受限於網絡覆蓋;

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

V2I(vehicle-to-infrastructure)通信，用於車與道路設施之間通信，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，採用車聯網專用頻段，實現車車、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則通過蜂窩網絡U u接口轉發，採用蜂窩網頻段(如1.8GHz)。具體的PC5口和U u口對比如表所示。

邊緣雲車聯網業務中，有關駕駛安全類業務的主要特徵，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。邊緣雲是在現有行動網路中，實現低時延業務的使能技術之一。

行動多接入邊緣計算(Multi-access Edge Computing，MEC)是在靠近人、物或數據源頭的網路邊緣側，融合網路、計算、儲存、應用核心能力的開放平台，就近提供邊緣智慧服務，滿足行業數位化在敏捷連接、即時業務、數據優化、應用智慧、安全與隱私保護等方面的關鍵需求。

一般情況下針對車聯網場景，MEC系統有兩種構建方式，一種是在基地台側，利用若干台通用伺服器，建構的邊緣雲系統，完成流量本地卸載，及植入車聯網相關應用。

另一種是在基地台內部，提供一定的計算能力。邊緣雲提供本地化的雲服務，並可連接公有雲，或者其他網路內部的私有雲，實現混合雲服務。

邊緣雲計算透過將本地雲平台，下沈在基地台側，可為行動終端提供低時延業務。透過LTE蜂窩網路和MEC車聯網平台的本地計算，在緊急情況是下發警告等服務駕駛資訊給車載OBU，相比現有網路時延，車到車時延可降低至20ms以內，大幅度減少車主反應時間。

此外，透過MEC車聯平台，還可實現路徑優化分析，行車與停車引導，安全輔助資訊推送和區域交通服務指引等。

網路能力開放電信商，作為傳統的通信服務提供者，正在努力嘗試在新的產業合作中，進行角色轉換，以增加新的利潤營收點，網路能力開放便是其中的重要方式之一。

5G網路能力開放，將具有更加豐富的內涵，除了4G網路定義的網路內部資訊、QOS控制、網路監控能力、網路基礎服務能力等方面，能力的對外開放外，網路虛擬化、SDN技術、以及大數據分析能力的引入，也為5G網路提供了更為豐富的，可以開放的網路能力，比如：網路切片的編排管理能力等。

網路能力的開放，應結合具體業務場景，並綜合考慮第三方應用平台，在系統架構及業務邏輯方面的差異性，從而實現簡單友好的開放。

此外，網路能力開放必須具有足夠的靈活性，隨著網路功能的進一步豐富，網路能力可向第三方應用實現持續開放，而不必對第三方平台及網路系統自身進行複雜的改動。

網路能力開放主要包括：(1)網路及用戶資訊開放；(2)無線業務及網路資源開放；(3)網路計算資源開放。

運營商在新的產業模式下，實現網絡能力開放勢在必行，包含業務域，平台域和網絡域。

網路能力開放的三域架構願景圖

網路域包含了電信商的BSS/OSS、MANO、網路切片和網元實體、MEC、大數據分析平台等網路要素實體。

其中，BSS/OSS和MANO能力的結合，實現對網路切片的統一編排管理，以及對平台域的能力開放。

網路切片可支撐不同車聯網業務需求，在不同應用場景下，實現不同的網路配置。

網元實體實現具體的網路控制能力、監控能力、網路資訊，以及網路基本服務能力的開放。

大數據分析平台，實現對網路基礎數據的大數據分析，並將分析結果上報給平台域，進行對外開放。

其中，平台域是實現網路能力開放的大腦和核心，是連接網路內部能力和外部業務需求的紐帶，也是真正實現網路智慧化的關鍵。車聯網系統中，平台域不僅具有網路管理能力，向下實現連接管理、終端管理，向上實現業務管理。

允許第三方應用接入，實現車聯網業務虛擬營運管理，因此需要具備第三方業務的簽約管理，對業務域的API開放和計費功能，以及對網路域的能力編排，和能力調度功能。

業務域包含了車聯網所有可以，和網路有交互能力的個人和企業，可以是第三方業務提供商、虛擬營運商、終端用戶，或是營運商的自營業務等。

業務域既可以向平台域輸入網路能力的需求資訊，並接受平台域提供的網路能力，也可以向平台域提供，網路域需求的能力資訊，實現反向的能力開放。

車聯網資訊息安全作為低時延、高可靠通信的重要應用，車聯網的資訊安全問題同樣受到重視。隨著車聯網應用範圍不斷擴大，那麼安全攻擊也就相應增多。在車聯網「端—管—雲」的基本網路架構下，每一個環節都是資訊安全的防護重點。

車聯網產業鏈較長，涉及到終端設備、通信設備、以及雲端管理和服務平台，涉及的廠商有零組件供應商、設備生產商、整車廠商、軟硬體技術提供商、通信服務商、資訊服務提供商等，包括控制安全、數據安全、功能安全等各個方面。

車聯網安全防護環節眾多、網路安全問題複雜，其中容易受到攻擊的部分主要包括：

端：資訊娛樂系統、T-box、CAN網路、鑰匙；手機、手錶上的App；與CAN網路連接的OBD設備等；

管：包括從車機、T-box到後台的通訊，App到後台的通訊等；其中V2X是車聯網通信的關鍵技術，對於不可信節點的檢測、隔離，以及處罰都缺乏相應的機制；

雲：TSP後台所在的雲端伺服器等；

在解決車聯網網路安全策略上，針對不同的部分採取不同的安全防護措施。

比如說車載智慧終端，除了硬件採取加密措施，例如晶片防護、硬體加密外，開啓車聯網終端安全監測分析，加強對終端應用程序的應用加密、安全啓動等。

通信安全：加強訪問控制，實施分域管理，對網路進行分域管理，將控制域與資訊服務域進行隔離，對數據進行分域管理，降低攻擊風險；加強網路切面的功能，網路側進行異常流量檢測，提升車聯網網路安全防護能力；加強身份認證及秘鑰管理，進行基於證書的私有通信加密。

雲服務平台：採用現有網路技術進行安全加固，部署防火牆、入侵檢測系統等安全設備；建立車聯網用戶憑證管理系統，對車輛、行動終端、應用程序等，進行身份驗證、加強密鑰管理；對不同業務進行物理隔離，依照業務的安全級別，採用不同級別的安全防護措施；對數據進行加密處理，同時建立數據共享、集中管理的核心憑條，對威脅情報及不安全因素進行系統共享。

車聯網資訊安全防護措施

高精度定位位置資訊，為實現車聯網業務的提供重要參考，位置資訊越準確，車聯網業務可靠性越高。因此，高精度定位研究，是實現車聯網業務的關鍵技術之一。

在室外場景下，常用的定位技術包括GPS、輔助GPS(Assisted GPS，A-GPS)，以及基於無線通信蜂窩網路的定位，如小區ID技術(Cell-ID)，增強型小區ID技術(Enhance Cell ID，ECID)。

而定位技術，在室內場景下的更為複雜，為滿足室內定位性能要求，近年來全球學者及科研機構，研究利用WLAN、射頻辨識(RFID)、超寬頻(Ultra Wide Band，UWB)、藍牙等無線網路，來實現室內行動終端的定位技術，其定位精度可達米級，而採用UWB技術甚至可達釐米級精度。

　　無線定位系統示意圖

無線定位系統主要由兩部分組成，包括資訊提取和位置計算。各部分功能如下：

信息提取：可用於定位的對象包括無線信號(例如GPS、WiFi、蜂窩網等)、傳感器(例如加速器、陀螺儀等)以及地圖資訊等，而不同的對象提取出的定位資訊參數，也各不相同。

對於無線信號，收發機之間距離資訊，需要透過估計兩者無線信道鏈路的參數資訊來獲取，該參數包括接收信號強度(Received Signal Strength，RSS)、到達時間(Time of Arrival，TOA)、到達時間差(Time Difference of Arrival，TDOA)、到達角(Angle of Arrival，AOA)等。

實際接收的無線信號受，非視距傳輸及多徑效應、陰影效應的影響，因而即使精確估計信道參數資訊，也難以獲取準確的收發機之間的直線距離。

傳感器獲得的是定位目標的運動方向、步長等資訊。地圖資訊通常透過繪制高精地圖，獲得向量化參數，用來對定位目標進行約束或優化。上述參數，是進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，性能的關鍵性影響因素，一方面要求定位算法有較好的精準度；另一方面又要求定位系統，有較低的複雜度和時延。

精準度與複雜度之間的平衡，是定位系統開發考慮的重要因素。根據提取參數的不同，採用的定位算法也各不相同。例如根據無線信號提取的參數，可以採用非線性方程組算法、最優化算法或圖樣匹配算法，而採用傳感器資訊和地圖資訊，則可採用位置跟蹤算法，包括粒子濾波、路徑約束等。

另外，在高精度定位系統中，通常採用多源資訊融合的，混合定位算法。

語音辨識技術，無論多好的觸控體驗，對駕車者來說，行車過程中，觸控操作終端系統都是不安全的，因此語音辨識技術顯得尤為重要，它將是車聯網發展的助推器。

成熟的語音技術，能夠讓司機透過嘴巴，來對車聯網發號施令索取服務，能夠用耳朵來接收車聯網提供的服務，這是最適合車這個快速移動空間的應用體驗的。

成熟的語音辨識技術，依賴於強大的語料庫及運算能力，因此車載語音技術的發展，本身就得依賴於網路，因為車載終端的儲存能力和運算能力，都無法解決好非固定命令的語音辨識技術，而必須要採用基於服務端技術的「雲辨識」技術。

當然，技術是不斷發展變化的，在車聯網的發展中，肯定會碰到現在還沒有想到的問題，也會有新的技術與解決方案出現，未來車聯網將會如何，我們拭目以待。

車聯網的發展趨勢：

1、傳感器技術及傳感資訊整合

「車聯網是車、路、人之間的網路」，車聯網中的傳感技術應用，主要是車的傳感器網路，和道路的傳感器網路。車的傳感器網路，又可分為車內傳感器網路，和車外傳感器網路。

車內傳感器網路，是向人提供關於車的狀況資訊的網路，比如遠端診斷就需要這些狀況資訊，以供分析判斷車的狀況；車外傳感器網路，就是用來感應車外環境狀況的傳感器網路，比如防碰撞的傳感器資訊、感應外部環境的攝影機，這些資訊可以用來增強安全，和作為輔助駕駛的資訊。

道路的傳感器網路，是指那些鋪設在路上和路邊的傳感器，所構成的網路，這些傳感器用於感知，和傳遞道路的狀況資訊，如車流量、車速、路口擁堵情況等，這些資訊都能讓車載系統，獲得關於道路及交通環境的資訊。

無論是車內、車外，還是道路的傳感器網路，都起到了車內狀況和環境感知的作用，其為「車聯網」獲得了獨特(有別於現在互聯網)的」內容」，整合這些「內容」，即整合傳感網路資訊，將是「車聯網」重要的技術發展內容，也是極具特色的技術發展內容。

2、開放的、智慧的車載終端系統平台

就像互聯網中的電腦、行動網中的手機，車載終端是車主獲取車聯網最終價值的媒介，可以說是網路中最為重要的節點。當前，很多車載導航娛樂終端，並不適合「車聯網」的發展，其核心原因，是採用了非開放的、非智慧的終端系統平台。

基於不開放、不夠智慧的終端系統平台，是很難被打造成網路生態系統的。這方面可以參看智慧手機領域，來感受到這一點的重要：大量的開發者，基於蘋果公司的IOS和Google的Android終端操作系統，都構建了幾十萬款應用，這些應用為這兩個手機網路生態系統，創造了核心價值。

而這一切都是因為開發者，可以基於這樣的系統開發應用，特別是Google的Android系統，源代碼完全開放，可以被裁減和優化。因此，從目前來看Google的Android，也將會成為車聯網終端系統的主流操作系統，它天然為網路應用而生，並專為觸控操作設計，體驗良好、可客製化訂製，應用豐富且應用數量快速成長，已經形成了成熟的網路生態系統。

反觀當前車載終端，用得最多的WinCE，可以說是一個封閉的系統，很難有進一步發展的空間，因為應用少得可憐，任何修改都由於微軟的封閉策略，而無能為力，辛辛苦苦開發了上網功能，卻無特色的應用及服務可用。

在前裝市場上榮威350及其INKANET，在後裝市場，路暢科技的Android平台產品，已經證明瞭Android的價值，Android將是車載娛樂導航終端平台，操作系統的必然選擇。

3、語音辨識技術

無論多好的觸控體驗，對駕車者來說，行車過程中觸控操作終端系統，都是不安全的，因此語音辨識技術，顯得尤為重要，它將是車聯網發展的助推器。

成熟的語音辨識技術，依賴於強大的語料庫及運算能力，因此車載語音技術的發展，本身就得依賴於網路，因為車載終端的儲存能力和運算能力，都無法解決非固定命令的語音辨識技術，而必須要採用基於服務端技術的「雲辨識」技術；

4、服務端計算與服務整合技術

除上述語音辨識要用到雲計算技術外，很多應用和服務的提供都要採用服務端計算、雲計算的技術。類似互聯網及行動互聯網，終端能力有限，透過服務端計算，才能整合更多資訊和資源，向終端提供即時的服務，服務端計算，開始進入了雲計算時代。

雲計算將在車聯網中，用於分析計算路況、大規模車輛路徑規劃、智慧交通調度計、基於龐大案例的車輛診斷計算等。

車聯網和互聯網、行動網一樣，都得採用服務整合，來實現服務創新、提供增值服務。透過服務整合，可以使車載終端，獲得更合適更有價值的服務，如呼叫中心服務與車險業務整合、遠端診斷與現場服務預約整合、位置服務與商家服務整合等等；

5、通信及其應用技術

車聯網主要依賴兩方面的通信技術：短距離無線通信和遠距離的行動通信技術，前者主要是RFID傳感設備，及類似WiFi等2.4G通信技術；後者主要是GPRS、3G、LTE、4G等行動通信技術。

這兩類通信技術不是車聯網的獨有技術，因此技術發展重點，主要是這些通信技術的應用，包括高速公路及停車廠自動繳費、無線設備互聯等，短距離無線通信應用，及VOIP應用(車友在線、車隊領航等)、監控調度數據包傳輸、影像監控等行動通信技術應用。

6、互聯網技術

車聯網的本質，就是物聯網與行動網的融合。車聯網是透過整合車、路、人各種資訊與服務，最終都是為人(車內的人及關注車內的人)提供服務的，因此，能夠獲取車聯網提供的資訊和服務的，不僅僅是車載終端，而是所有能夠訪問互聯網及行動網的終端，因此電腦、手機也是車聯網的終端。

現有互聯網及行動網的技術及應用基本上，都能夠在車聯網中使用，包括媒體娛樂、電子商務、Web2.0應用、資訊服務等。當然，車聯網與現有通用互聯網、行動網相比，其有兩個關鍵特性：一是與車和路相關，二是把位置資訊作為關鍵元素。因此需要圍繞這兩個關鍵特性，發展車聯網的特色與互聯網應用，將給車聯網帶來更加廣泛的用戶，及服務提供者。