車聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u1897車聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)綜述 1267521.1車聯(lián)網(wǎng)組成 147221.2車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)研究 2293551.3主流車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究 499221.3.1車內(nèi)網(wǎng) 4326121.3.2車際網(wǎng) 6320581.3.3車載互聯(lián)網(wǎng) 71.1車聯(lián)網(wǎng)組成眾所周知，車聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)衍生發(fā)展的一個重要分支，所以它同樣以我們熟知的互聯(lián)網(wǎng)為核心，然后實現(xiàn)以車為中心的物物互聯(lián)新模式。車聯(lián)網(wǎng)的核心部分是通過無線通信技術(shù)實現(xiàn)車與人（Vehicle-to-People,V2P）、車與路（Vehicle-to-Infrastructure,V2I）、車與車（Vehicle-to-Vehicle,V2V）、車與互聯(lián)網(wǎng)（Vehicle-to-Network,V2N）的多端交互網(wǎng)絡(luò)，車聯(lián)網(wǎng)的最終目標(biāo)是實現(xiàn)車、人、路、網(wǎng)的協(xié)同發(fā)展并可以有效的緩解交通壓力和改善現(xiàn)有交通狀況。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1.1所示。人車人車V2P V2V車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)V2I V2N路路網(wǎng)網(wǎng)圖1.1車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)目前的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要由軟件模塊和硬件模塊兩部分組成。軟件模塊主要由車機(jī)系統(tǒng)和手機(jī)互聯(lián)APP組成。硬件模塊主要由傳感器模塊、衛(wèi)星定位模塊、通信模塊、車內(nèi)互聯(lián)模塊和天線組成。車機(jī)系統(tǒng)作為人機(jī)交互的窗口對車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展有著非常重要的作用，目前各大車企都推出了自己的車機(jī)系統(tǒng)，比如寶馬的iDrive、奧迪的MMI、奔馳的Command等。車機(jī)系統(tǒng)在快速發(fā)展的同時也存在著不少問題，最早的車機(jī)系統(tǒng)基本上都基于WindowsCE打造，隨后許多車企又開始轉(zhuǎn)向于黑莓公司開發(fā)的QNX架構(gòu)來設(shè)計車機(jī)系統(tǒng)，而目前的許多新造車勢力將車機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)轉(zhuǎn)向了Linux系統(tǒng)。各個車企的車機(jī)操作系統(tǒng)都獨具自家特色，它們并不像手機(jī)那樣只有IOS和安卓兩種操作系統(tǒng)，所以我認(rèn)為車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到一定程度后也會像智能手機(jī)的發(fā)展史一樣確定一種穩(wěn)定且可靠的底層操作系統(tǒng)，大家基于該底層架構(gòu)去設(shè)計自家操作系統(tǒng)，最終實現(xiàn)更可靠的人機(jī)交互。各系統(tǒng)對比見表1.1。表1.1車機(jī)操作系統(tǒng)對比表系統(tǒng)平臺優(yōu)點缺點實用性Windowsce技術(shù)較為成熟，具有良好的品牌效應(yīng)。兼容性差，功能不夠全面且可擴(kuò)展性差一般QNX相較于Windows使用車型較多，開發(fā)成本較低。平臺擴(kuò)展成本高較好linux應(yīng)用開發(fā)較為方便，與手機(jī)系統(tǒng)相類似，兼容性較好。操作不夠方便，可擴(kuò)展性一般較好目前的車機(jī)系統(tǒng)流暢度也做的不夠出色，死機(jī)、卡頓、黑屏都是目前的常見問題，在未來的車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中我們需要去解決上述問題。手機(jī)互聯(lián)APP同樣也是車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要一環(huán)，遠(yuǎn)程控車、車輛狀態(tài)監(jiān)測、車內(nèi)流量檢測都需要手機(jī)APP向用戶做出反饋，相較于車機(jī)系統(tǒng)，手機(jī)互聯(lián)APP的研發(fā)較為容易，但它所具有的功能將會變得越來越強(qiáng)大，我們可以通過手機(jī)實現(xiàn)越來越多的操作。在硬件模塊方面，通信模塊的發(fā)展是最重中之中。目前C-V2X技術(shù)是通信模塊研究的最主要方向，隨著5G技術(shù)的發(fā)展，NR-V2X也將帶給車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)更大的發(fā)展?jié)摿?。車?lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)可以在已經(jīng)存在的LTE/5GNR網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行改造即可，所以建設(shè)難度與任務(wù)都要小很多。在車輛端，現(xiàn)在也出現(xiàn)了非常多的硬件設(shè)施，比如車載全景影像、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、夜視儀、紅外傳感器等等。但是現(xiàn)在諸多領(lǐng)先硬件模塊暫時還未下放到一般家用轎車，要想獲得更好的用戶體驗就需要花大價錢選裝，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的最大原因是成本過高且無法保證產(chǎn)能。所以在智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展中必須要降低成本、提高產(chǎn)能且將技術(shù)下沉，這樣才能保證車聯(lián)網(wǎng)這張“網(wǎng)”能大面積鋪開，這對車聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展顯得尤其重要。1.2車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)研究車聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)應(yīng)用必須要在好的架構(gòu)下才能發(fā)揮出好的效果，同時架構(gòu)也直接決定著車輛系統(tǒng)的整體運(yùn)營效率，在目前的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)開發(fā)中大概可以將其分為三層，從下往上分別為感知層、互連層和應(yīng)用層，互連層也被稱為網(wǎng)絡(luò)層，該架構(gòu)如圖所示。其中感知層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)及信息的采集，它主要由感知硬件模塊組成，比如單目/雙目攝像頭、RFID傳感器、紅外傳感器等；互連層主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的連接與數(shù)據(jù)傳輸，其中包括接入網(wǎng)絡(luò)、接入設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等；應(yīng)用層則負(fù)責(zé)車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的具體應(yīng)用，它主要包括信息服務(wù)類業(yè)務(wù)、管理應(yīng)用類業(yè)務(wù)、車輛控制類業(yè)務(wù)等。目前的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)如圖1.2所示感知層。感知層的概念與人體的感官系統(tǒng)相類似，它相當(dāng)于車聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)末梢一樣，通過傳感器、雷達(dá)、攝像頭等等來對車內(nèi)外狀況、行駛數(shù)據(jù)、交通狀況、道路狀況反饋給駕駛員一側(cè)，然后駕駛員根據(jù)提示做出相應(yīng)的行駛狀態(tài)。比如防撞系統(tǒng)，傳感器將障礙物信息通過車載端傳遞給駕駛員，駕駛員在接到信息后做出減速措施。互連層?；ミB層則跟人體的大腦有所類似，它通過車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)、C-V2X網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)來分析感知層信息，然后處理感知層數(shù)據(jù)，最后負(fù)責(zé)信息傳輸；同時它還負(fù)責(zé)終端用戶的實時信息交互。應(yīng)用層。應(yīng)用層為體系架構(gòu)的最上層，它實則為服務(wù)層，它可以為用戶提供信息服務(wù)類、管理應(yīng)用類、車輛控制類等服務(wù)。信息服務(wù)類管理應(yīng)用類車輛控制類信息服務(wù)類管理應(yīng)用類車輛控制類應(yīng)用層業(yè)務(wù)處理，數(shù)據(jù)處理，跨層優(yōu)化安全，同步業(yè)務(wù)處理，數(shù)據(jù)處理，跨層優(yōu)化安全，同步通信協(xié)議傳輸層通信協(xié)議傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層 系統(tǒng)平臺，性能評估操作系統(tǒng)存儲支持 互連層系統(tǒng)平臺，性能評估操作系統(tǒng)存儲支持 RFID傳感器紅外傳感器激光雷達(dá)單目/雙目攝像頭其他傳感設(shè)備等RFID傳感器紅外傳感器激光雷達(dá)單目/雙目攝像頭其他傳感設(shè)備等 感知層圖1.2車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu) 1.3主流車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究一般的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)由車內(nèi)網(wǎng)，車際網(wǎng)和車載互聯(lián)網(wǎng)組成。車內(nèi)網(wǎng)是指汽車內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)，它的主要功能是實現(xiàn)車與人之間的通信，人通過車載系統(tǒng)向車輛發(fā)出相關(guān)指令，然后車輛做出相應(yīng)的反饋。其中涉及到的主要技術(shù)包括語音識別技術(shù)、RFID射頻識別技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)、傳感器信息融合技術(shù)。車際網(wǎng)是指車輛與車輛之間的通信網(wǎng)絡(luò)，如果前車發(fā)生故障，那么前車可以將此消息發(fā)送給后車防止二次事故的發(fā)生。車際網(wǎng)中涉及的主要技術(shù)主要是無線通信技術(shù)。車載互聯(lián)網(wǎng)是車輛車載系統(tǒng)的連接網(wǎng)絡(luò)，同樣也是車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的核心。車載互聯(lián)網(wǎng)主要涉及的技術(shù)有云計算技術(shù)和信息安全技術(shù)，這兩種技術(shù)是保證車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)安全運(yùn)行的核心技術(shù)。1.3.1車內(nèi)網(wǎng)（1）語音識別技術(shù)語音識別技術(shù)也稱自動語音識別，是目前廣泛應(yīng)用于手機(jī)、電腦和車載系統(tǒng)等的一種識別技術(shù)，該技術(shù)通過對人的說話聲音產(chǎn)生的文字進(jìn)行編碼，然后對計算機(jī)進(jìn)行輸入，最后計算機(jī)通過對編碼進(jìn)行調(diào)制解調(diào)來轉(zhuǎn)化成我們需要的指令來實現(xiàn)人機(jī)交互。在我們生活中最常見的語音助手都用到語音識別技術(shù)，現(xiàn)在語音識別技術(shù)已經(jīng)從最開始的手機(jī)端發(fā)展到了我們生活中的各個地方，現(xiàn)在大量的車企也在汽車中安裝了語音助手。在車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中語音識別是現(xiàn)在車載終端不可或缺的一個功能，目前許多汽車都配備了語音識別功能，日常行車中我們要對車輛發(fā)送的一切指令都可以像人與人溝通一樣完成，這樣的方式很有效的避免了駕駛員因點擊屏幕或者接打電話而造成的方向盤控制不穩(wěn)或注意力不集中的問題。語音識別技術(shù)的加入可以很好的降低因其他操作而引起的交通安全風(fēng)險，有利于行車安全。語音識別技術(shù)在現(xiàn)在計算機(jī)技術(shù)的指導(dǎo)下已經(jīng)變得非常實用，但同樣也存在一定的問題，比如在我們?nèi)粘Ｊ褂弥袝霈F(xiàn)識別不夠準(zhǔn)確，方言無法識別等問題，這些問題是未來語音識別技術(shù)需要解決的問題。（2）RFID（射頻識別）技術(shù)RFID（射頻識別）技術(shù)是上世紀(jì)50年代隨著雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展被提出來的，上世紀(jì)末開始用于各個領(lǐng)域。射頻識別技術(shù)是一種常見的無接觸式的無線通信技術(shù)。它的原理是通過向特定的目標(biāo)發(fā)射特定頻率的電磁波來實現(xiàn)元器件間的耦合，最終獲取對方信息。射頻識別技術(shù)最大的優(yōu)點是它不需要物理硬連接就可以實現(xiàn)實現(xiàn)通信，同時由于發(fā)射信號是電磁波，所以它具有較好的穿透能力。射頻識別系統(tǒng)一般由閱讀器，電子標(biāo)簽、天線、數(shù)據(jù)交換中心和管理系統(tǒng)組成。結(jié)構(gòu)如圖1.3所示。管理系統(tǒng)天線電磁場電子標(biāo)簽天線閱讀器管理系統(tǒng)天線電磁場電子標(biāo)簽天線閱讀器圖1.3射頻識別系統(tǒng)基本組成射頻識別系統(tǒng)根據(jù)不同的工作頻段可分為微波段、低頻段、高頻段、超高頻段。工作頻率在30KHz到3GHz之間。射頻識別系統(tǒng)分為有源、無源和半有源三種，它們的區(qū)別是電子標(biāo)簽的能量供給方式不同。無源RFID是最早期出現(xiàn)的一種方式，電子標(biāo)簽不需要特定的供電系統(tǒng)，電子標(biāo)簽接受來自閱讀器傳來的電磁信號，然后通過電磁感應(yīng)線圈產(chǎn)生的微小信號來給自身短暫供電。無源RFID系統(tǒng)由于省去了供電系統(tǒng)所以可以將產(chǎn)品做得非常小，同時可以保證低故障率和低制造成本。無源RFID雖然保證了低故障率和低成本，但是由于電能供給不足，所以感應(yīng)距離受到了較大的限制，目前只應(yīng)用于門禁系統(tǒng)，公交卡等短距離感應(yīng)系統(tǒng)方面。有源RFID相較于無源RFID增加了供能系統(tǒng)，所以電子標(biāo)簽可以持續(xù)發(fā)射特定頻率的電磁波來尋找閱讀器，這樣的方式可以很大程度的增加感應(yīng)距離和感應(yīng)范圍，同時識別效率也有所提高。它的缺點是制造成本和設(shè)備體積會增加不少，目前的主要應(yīng)用有ETC（電子不停車收費(fèi)）系統(tǒng)、智慧停車場等。半有源RFID兼容了兩者的優(yōu)點，既可以做到長距離通信又可以做到省電。它采用被動觸發(fā)和主動發(fā)射兩者皆有的工作模式，電子標(biāo)簽接收到閱讀器發(fā)射的信號后主動發(fā)射信號來做出反饋。目前的主要應(yīng)用有汽車無鑰匙進(jìn)入，無鑰匙啟動等。（3）衛(wèi)星定位技術(shù)衛(wèi)星定位系統(tǒng)是使用衛(wèi)星對地球表面物體進(jìn)行精準(zhǔn)定位的技術(shù)，其核心是使用人造衛(wèi)星進(jìn)行點位測量，然后衛(wèi)星通過空間方程式可以計算出物體的經(jīng)緯度。目前全球應(yīng)用最廣泛的定位系統(tǒng)為GPS（全球定位系統(tǒng)），它起初是由美國國防部研發(fā)并應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，現(xiàn)在被廣泛運(yùn)用于民用領(lǐng)域。對于車聯(lián)網(wǎng)來講，衛(wèi)星定位技術(shù)顯得尤為重要，它是車輛的眼睛，實時為車輛提供最準(zhǔn)確的位置信息，現(xiàn)在的GPS通過大數(shù)據(jù)與云計算可以實現(xiàn)實時路況顯示和最優(yōu)路徑規(guī)劃，這為用戶出行帶來了極大的便利。在車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的衛(wèi)星定位技術(shù)還可以為車主提供定位服務(wù)，車主可以對自己的車輛位置有準(zhǔn)確的了解。目前我國的北斗衛(wèi)星系統(tǒng)也取得了很大的進(jìn)步，北斗導(dǎo)航也參與了中國車聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，我國目前開啟了北斗+GPS的雙基準(zhǔn)定位模式，這樣可以有效的提高定位精度，其為交通部門與用戶都帶來了極大便利，有效的降低了交通堵塞情況與事故發(fā)生率。（4）傳感器信息融合技術(shù)傳感器信息融合技術(shù)是多傳感器通過將收集到的信息傳輸至中心計算機(jī)，計算機(jī)對多個傳感器輸入的信號進(jìn)行整合與重組，然后編解碼形成相應(yīng)的指令。該技術(shù)類似于人類大腦對眼睛、耳朵、鼻子、嘴巴、皮膚等收集到的外界消息進(jìn)行整理并作出反應(yīng)的情況，其中眼睛和耳朵等屬于傳感器，然后它們把這些視覺跟聽覺的東西通過神經(jīng)系統(tǒng)傳輸給大腦，最后大腦根據(jù)信息做出反應(yīng)。多傳感器信息融合技術(shù)最關(guān)鍵的部分是對多源數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、處理、整合和重組，其中又涉及到信息處理技術(shù)，這些技術(shù)最終要通過多個集成芯片來處理，而我國在這方面的發(fā)展比較緩慢，目前還在起步發(fā)展?fàn)顟B(tài)。所以目前多數(shù)國產(chǎn)車企的芯片都在依賴進(jìn)口，在未來我國車聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展中必須要解決這些問題，這同時也是信息技術(shù)發(fā)展的重要保障。目前的汽車中都裝有大量的傳感器，如測距雷達(dá)，紅外傳感器，攝像頭等等，而現(xiàn)在汽車內(nèi)部的傳感器也在進(jìn)一步增加，發(fā)動機(jī)內(nèi)部也加入了大量傳感器來檢測運(yùn)行情況，輪胎里面有了胎壓傳感器，車內(nèi)有了溫度和濕度傳感器等等。這些傳感器可以帶來巨額的信息量，所以這對車載行車電腦提出了更高的要求，工程師必須通過不斷完善汽車領(lǐng)域的相關(guān)芯片來處理這些海量數(shù)據(jù)。1.3.2車際網(wǎng)（1）無線通信技術(shù)目前用于車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的無線通信技術(shù)有DSRC（專用短程通信技術(shù)）與C-V2X（蜂窩車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)）兩種。DSRC的工作頻段是在5.9GHz頻段上，帶寬為75MHz，通信距離大約在1000米左右。它使用的通信標(biāo)準(zhǔn)是IEEE801.11，其特點是簡單且可進(jìn)行分布式操作，主要應(yīng)用范圍為點對點通信。DSRC在美國應(yīng)用的時間較早且發(fā)展也較為成熟。DSRC在目前主要應(yīng)用在V2V（車對車）場景。在該場景下的消息類型大多都是緊急事故，例如前方的車輛發(fā)生事故，這時需要緊急告知后方車輛要提前減速來防止二次事故的發(fā)生。所以這就需要對通信的連接時延與可靠性提出了很高的要求，而DSRC自身的短程通信特點就可以很好的滿足這兩點要求。但現(xiàn)實中車輛必須要在路邊的網(wǎng)關(guān)范圍內(nèi)才可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，但是車輛在高速移動時通信建立的時間非常短，所以車輛在不斷的網(wǎng)絡(luò)切換中，隨之通信中斷的情況就會發(fā)生。雖然在車輛密度較大時可以采用周圍車輛作為中繼站來擴(kuò)大通信范圍，但也無法保證網(wǎng)絡(luò)路徑一直存在，這是DSRC的弊端所在。V2X是指基于無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)的V2X技術(shù)。C-V2X是根據(jù)DSRC的不足而被提出來的，由于它是基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的一種通信技術(shù)，所以它的發(fā)展也相應(yīng)的隨著無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一起發(fā)展，其中就包括LTE-V2X和現(xiàn)在正在發(fā)展的NR-V2X。蜂窩網(wǎng)絡(luò)具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣、帶寬大、通信可以不通過基站等特點，這些正是車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)需要的。相較于DSRC技術(shù)，C-V2X有以下三個優(yōu)點。首先是其具有較高的網(wǎng)絡(luò)容量，這可以很好的滿足車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的大容量需求，同時其支持大數(shù)據(jù)量需求和高帶寬。其次，移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)的通信覆蓋范圍是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于DSRC的，所以車輛與基站之間的訪問時間非常充足，從而降低了網(wǎng)絡(luò)切換頻率，這可以有效的減少網(wǎng)絡(luò)控制的信令開支同時保證了通信質(zhì)量。再次，C-V2X技術(shù)由于基于現(xiàn)有的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，所以不需要重新來進(jìn)行網(wǎng)關(guān)部署，其只需要對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造即可投入使用，方便簡單且成本低。1.3.3車載互聯(lián)網(wǎng)（1）云計算技術(shù)云計算技術(shù)是伴隨著信息時代的到來應(yīng)運(yùn)而生的一種全新的信息技術(shù)，它是指透過網(wǎng)絡(luò)將龐大的計算處理程序自動分拆成無數(shù)個較小的子程序，再交由多部服務(wù)器所組成的龐大系統(tǒng)經(jīng)搜尋、計算分析之后將處理結(jié)果回傳給用戶。目前，只靠物理計算機(jī)已經(jīng)難以對大規(guī)模數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，在這種情況下人們需要更高效率、更可擴(kuò)展、更可靠的計算模式來滿足應(yīng)用需求。在這樣的背景下，網(wǎng)格計算、分布式計算、效用計算混合演變成了目前我們看到的云計算。云計算目前在社會各個領(lǐng)域都有應(yīng)用，互聯(lián)網(wǎng)，科學(xué)計算，虛擬現(xiàn)實，軍工領(lǐng)域等都用到了云計算技術(shù)，而目前的車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展也同樣依賴云計算技術(shù)的發(fā)展，云計算技術(shù)是車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的核心技術(shù)，云計算技術(shù)的發(fā)展也給車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展帶來了巨大的變化。云計算是一種集計算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為一體的全新服務(wù)模式，它們?nèi)诤辖M成的資源共享池就叫做“云”，云計算將多種資源結(jié)合