车联网技术详解

2016-5-18 13:57| 发布者: admin| 查看: 551| 评论: 0

摘要: 车联网(IOV:Internet of Vehicle)是移动互联网、物联网向业务实质和纵深发展的必经之路,是未来信息通信、环保、节能、安全等发展的融合性技术。虽然IOV市场刚刚兴起,但在新兴产业面前,唯有迅速掌握其技术和标 ...

车联网(IOV:Internet of Vehicle)是移动互联网、物联网向业务实质和纵深发展的必经之路,是未来信息通信、环保、节能、安全等发展的融合性技术。虽然IOV市场刚刚兴起,但在新兴产业面前,唯有迅速掌握其技术和标准的核心,抢占战略制高点,才能提升话语权和运营主动权。

  车联网概念解析

   2004年中国提出“汽车计算平台”计划,防范汽车工业“空芯化”现象;巴西政府强制所有车辆2014年前必须安装类似“汽车身份识别”的系统并联网; 欧洲、日本的ITS(智能交通系统)计划中也都有“车联网”的概念;印度甚至要求所有黄包车都装上GPS与RFID;2011年初,中国四部委联合发文, 对“两客一危”运营类车辆提出了必须安装智能卫星定位装置并联网的强制性要求……这些都是车联网的雏形。

  美国国家网络可信身份标识战略 白皮书NSTIC则是一个里程碑,它要求所有移动终端、包括汽车都必须安装“安全ID芯片”;美国DOT进一步要求,2012年所有运营类车辆都必须遵从 M911。显而易见,车联网已经不只是一个汽车业信息化的问题了,而已经上升到了国家信息安全和国家战略层面,很多国家已经开始立法实施了。

  什么是车联网

   车联网(IOV:Internet of Vehicle)是指车与车、车与路、车与人、车与传感设备等交互,实现车辆与公众网络通信的动态移动通信系统。它可以通过车与车、车与人、车与路互联互 通实现信息共享,收集车辆、道路和环境的信息,并在信息网络平台上对多源采集的信息进行加工、计算、共享和安全发布,根据不同的功能需求对车辆进行有效的 引导与监管,以及提供专业的多媒体与移动互联网应用服务。

  从网络上看,IOV系统是一个“端管云”三层体系。

  第一层(端系统):端系统是汽车的智能传感器,负责采集与获取车辆的智能信息,感知行车状态与环境;是具有车内通信、车间通信、车网通信的泛在通信终端;同时还是让汽车具备IOV寻址和网络可信标识等能力的设备。

  第二层(管系统):解决车与车(V2V)、车与路(V2R)、车与网(V2I)、车与人(V2H)等的互联互通,实现车辆自组网及多种异构网络之间的通信与漫游,在功能和性能上保障实时性、可服务性与网络泛在性,同时它是公网与专网的统一体。

   第三层(云系统):车联网是一个云架构的车辆运行信息平台,它的生态链包含了ITS、物流、客货运、危特车辆、汽修汽配、汽车租赁、企事业车辆管理、汽 车制造商、4S店、车管、保险、紧急救援、移动互联网等,是多源海量信息的汇聚,因此需要虚拟化、安全认证、实时交互、海量存储等云计算功能,其应用系统 也是围绕车辆的数据汇聚、计算、调度、监控、管理与应用的复合体系。

  值得注意的是,目前GPS+GPRS并不是真正意义上的车联网,也 不是物联网,只是一种技术的组合应用,目前国内大多数ITS试验和IOV概念都是基于这种技术实现的。笔者以为,简单基于这样的技术来发展车联网,对国家 战略领先和技术创新是非常不利的,会造成整体落后国际竞争的被动局面。

  什么是GID

  IOV最核心的技术之一是根据车辆特性,给汽车开发了一款GID(Global ID,相对于RFID)终端。它是一个具有全球泛在联网能力的通信网关和车载终端,是车辆智能信息传感器,同时也具有全球定位和全球网络身份标识(网络车牌)功能。

  GID将汽车智能信息传感器、汽车联网、汽车网络车牌三大功能融为一体,具体表现为:

  车辆状态的信息感知功能:GID与汽车总线(OBD、CAN等)相连,内嵌多种传感器,可感知和监控几乎所有车辆的动态与静态信息,包括车辆环境信息和车辆状态诊断信息等;

  泛在通信功能:GID具有V2V、V2I和自组网(SON、移动Ad Hoc、AGPS等)的能力,具有车内联网以及多制式之间的桥接与中继功能,具备全球通信、全球定位与移动漫游能力;

  汽车网络车牌功能:GID从汽车、网络、用户中提取天然属性,生成汽车的“网络身份证”,使得每辆汽车在网络中都具有一种天然、唯一性的身份标识,它不是一个标签,而是网络可信标识与寻址技术。

   简而言之,GID改进了传统RFID单向、短距、低速、被动、无智能、无感知、无通信、覆盖面积小、高成本、非标准、易丢失毁坏等问题。同时,它具备了 目前车联网所需要的V2V、V2I和全球漫游与覆盖功能,不单纯是一种Telematics(车载通讯)设备。更突出的是,GID使汽车具备了“网络车 牌”或“网络身份证”的能力,解决了物联网中最困难的移动寻址与可信标识无法分离的问题,增强了网络可视性,可以唯一地区分全球所有车辆。此外,配合云后 台系统,GID可随时通过“心跳”功能把车况、行车状态,甚至是汽车“黑匣子”实时上报。如图1所示。

图1 GID与RFID功能对比
图1 GID与RFID功能对比

   从GID获得的多源动态数据信息,是车联网、机器移动、ITS、云计算领域的一种创新型应用技术。当车辆装载了GID终端后,汽车与交通状态信息可以从 CAN总线等采集到,这些状态涉及车辆行驶(位置、方向、速度、加速度),车体(内外温度、空气流量、胎压),动力(油压、转速、机油),车辆安全(安全 带、气囊、门窗锁),环境(天气、路况、拥塞)等,从而让车辆成为了解决道路和交通矛盾的智慧主体。

  基于GID的IOV系统 IOV与ITS的创新影响

   车联网的发展与ITS、汽车电子、移动互联网密不可分。下一代ITS发展需要解决的难题包括:全面获取交通状态、及时侦测道路路况并了解车辆的运行状 况、根据车/路况等相关状态智能发布信息,为出行者提供更有效的交通信息,达到绿色运输、改善效率、提升服务质量的目标。

  由此可见,ITS的核心是“道路”和“车辆”的均衡博弈。传统ITS解决方案大都围绕静态和固定的道路关联因素,如路边单元RSU、视频摄像、信息发布牌、RFID Reader、压感线圈等,而忽略了车辆本身是交通路况、事故、路边环境等最直接的制造者和矛盾的主体。

   基于GID的车联网的出现,是传统M2M和Telematics的进化与飞跃。基于GID能力,车联网完全可以把以往借助道路等外部信息源,转移到借助 车辆自身信息源的方向上来,使ITS在技术和管制等多方面遇到的困难迎刃而解,实现从“静态信息”向“动态信息”的视角转变,从信息的点采集,向面采集、 立体交叉采集、云计算处理转变,是ITS技术体制的一种本质改变。

  IOV与云计算的关系

  车联网产生的信息总量远大于电信业。以ITS为例,一个城市的多源动态交通信息采集,车辆信息的实时积聚、处理、发布,以及驱动决策和执行活动的智能化全过程,将是一个P级信息处理系统。

  因此,IOV与ITS云计算平台就成为了信息化成功的关键。在云框架下,综合信息采集处理、道路交通状况监测、车辆监管与疏导、信号控制、系统联动以及预测预报、信息发布与诱导等,都必须做到与整体情报系统的融合、共享和统一决策。

  如图2所示,车联网、ITS相关的云服务,主要分为三类。

图2 基于云计算的ITS体系总体架构
图2 基于云计算的ITS体系总体架构

   IaaS基础云服务:基于云框架,提供车联网与交通相关的基础计算服务,如车辆/交通状态数据存储、车辆区域监控、车辆安全状态监控、道路交通实时分 析、接入计费与结算等等;同时,作为一种核心能力,以开放性接口API提供给任何第三方应用开发商使用,帮助他们快速构建相关的应用服务。

  PaaS平台云服务:提供海量GPS数据和GID数据处理、ITS全息数据处理、云存储、信息挖掘与分析、信息安全、数据总线等功能。

  SaaS应用云服务:基于基础云服务的能力和第三方的服务资源,任何开发者可开发出特定的支持车联网、ITS特性的应用,并能发布和支持多种用户终端(特定终端、PC浏览器、手机等)。

  把握机遇 迎接挑战

   IOV是互联网、物联网、通信、汽车制造、汽车售后服务、ITS、汽车保险、交管、LBS、移动互联网等融合的产物,跨界跨行涉及了大量产业,经济覆盖 面极广。受其影响,ITS、城市拥塞疏导、运输与物流、城市交通、公共设施建设、电信运营、生活方式、终端制造等都将发生一些本质性的变化。同时,IOV 的概念和范畴目前在不同角度还很难统一。因此,IOV体系需要从国家角度来进行顶层设计,并从国家战略和信息化利益角度去思考诸多问题。

  IOV亟需解决的若干问题

  V2V、V2I融合通信:在一辆车里,V2V与V2I通常是两种体制,目前车辆很少具有V2V能力,V2I也只在普通公网有限应用,实时性等得不到保障,而802.11P并不能完全胜任V2V及与V2I的融合与桥接能力。

   CAN总线的开放:不同品牌的汽车,甚至同一品牌不同型号、不同年代的车辆,其CAN协议也是不同的。这给汽车在线设置了巨大的障碍,也严重影响了国家 信息安全。因此,为打破“空芯化”局面,让中国的ITS和IOV发挥更大的作用,促进IOV产业的健康发展,CAN的开放对于我国汽车制造业和IOV产业 都是必须的。

  精确的车辆定位:AGPS不能完全满足车辆定位的要求,也不具备执法效力和足够的安全保障,从国家利益角度出发,也需要尽快使用北斗卫星定位,创新出快速、精准、综合的定位技术方法。

  IOV标准问题:由于IOV涉及面极广,不同角度的关注点和出发点不同,交通部、公安部、安监局、工信部、国安局、军队等各自对IOV都有着自己的理解,因此,什么是IOV的制高点,从哪里入手制定什么样的标准和行规,且如何兼顾国家利益和自主创新,都亟需明确和统一。

  另外,GID虽阐述了IOV需要的车载机功能,但GID与云的通信协议、与IOV用户终端的交互、与网络的泛在通信能力等,都存在标准亟需统一的问题,否则将无法实现互联互通。

  在国家立法方面,车联网作为未来汽车行业的标配功能,在前装与后装市场上的规范、法制、监管、标准等都需要尽快出台试行草案。

   IOV运营问题:IOV数据量极大,非普通平台所能承受,为保证安全可信,IOV必须是实名制的,同时每辆车都捆绑了若干移动终端、若干人员、若干设 备,有多属性、多归属特点,因此,其运营主体既不是传统电信运营商,也不简单是TSP、移动互联网SP、车厂或4S店,对“虚拟运营”的要求已经十分明 显。

  此外,云平台的开放与接口技术、网络可视技术、定位与计算技术、快速检索技术、数据挖掘与分析技术等,都存在大量技术难点和障碍,随着产业的纵深发展,未来还将会有大量的新问题出现。

  IOV发展前景广阔

  车联网是特殊的通信形态,是电信转型、互联网转型、工业化与信息化结合的下一个重心,是汽车工业发展的新兴领域。发展IOV是汽车工业继“绿色”之后的第二大核心主题,在此过程中也充满了各种机遇。

  首先,车辆状态的在线检查、在线年检、在线监控将成为现实。通过在线识别车辆状态和状况,可以了解车辆是否具备合法运营执照,是否符合环保要求,是否有危险行车行为等。此业务每年可节省数百至上千亿元,符合国际发展趋势,必将对车辆监管与消费行业产生重大影响。

   其次,汽车具有了网络身份证。汽车都是准实名制的实物,容易实现网络空间与物理空间的映射,因此IOV在提高车辆网络可视性的同时,还具备了网络防伪、 防套牌、防假冒、网络追踪、反走私等功能,可方便地与移动支付、驾乘者信息档案等捆绑,实现从网络世界到物理世界的整体安全可信性,仅“网络车牌”和“黑 匣子”就将诞生出巨大的产业。

  第三,IOV将补充和完善RFID+GPS系统。如前所述,GID是具有处理器、传感器、通信器、基因安 全ID、存储器、无线网桥等功能的新型车终端,它极大地拓展了RFID与GPS产业的空间,改变了当前ITS与车联网终端的立足点,与现有ITS系统融合 使用可实现移动终端的实时发布、智能路线导航等,必将影响整个ITS布局。

  第四,IOV能拓展移动互联与LBS服务的新空间。汽车与社 区结合,将产生更具现实与虚拟意义的人类社区。车联网把大量物理世界的事物引入到网络世界中来,同时又避免了实名对隐私的侵犯,保证了虚实的映射唯一。因 此,IOV将对移动互联网产生巨大的冲击,一方面使客户数量剧增,另一方面开挖了诚信交易、隐私保护和可信标识等下一代金矿,其潜力不可估量。

   第五,IOV将产生强大的数据服务。IOV实现了路网、路车、车人、人车、车网多级数据存储和查询,实现了与汽车相关产业链的6度关联,把人们生活中的 点滴都联系在一起。这种海量数据存储、处理、分发、应用、电子商务、数字交易等都需要由一个真实的平台完成,该平台的规模将比现有通信平台大得多,将把大 量物理世界的能耗转换为网络世界的能耗,因此IOV必将推动云计算产业的蓬勃发展,也必将是物联网云计算的第一个实用场景。

  第六,未来 将涌现出大量车联网行业的智能终端。IOV不仅提出了对车载机的更高要求,同时也提出了IOV云概念,这必然产生所谓的IOV云应用手机。未来,IOV终 端应具有车联网所需要的特殊人机界面,可以与车载屏幕对接,可以作为移动支付终端,具备IOV LBS与SNS功能,具备IOV云上所有特殊服务,如ITS、车险、救援、事故报警、电子栅栏、智能路线、路况视频、IOV支付等,同时还可能具备导航、 定位搜索、查车、远程诊断以及与GID共组网等功能,前景不可限量。

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