車(chē)載物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)探討

　　1 車(chē)載物聯(lián)網(wǎng)概念

　　車(chē)載物聯(lián)網(wǎng)是一項(xiàng)新興技術(shù)，可以大幅提高未來(lái)交通系統(tǒng)的安全和效率，并將車(chē)輛連接到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。車(chē)載物聯(lián)網(wǎng)能夠在行駛中的車(chē)輛之間建立無(wú)線(xiàn)通信，也能夠在過(guò)路車(chē)輛和路邊基站之間建立無(wú)線(xiàn)通信。利用多跳轉(zhuǎn)發(fā)的方式，車(chē)載網(wǎng)絡(luò)能夠讓兩個(gè)在信號(hào)范圍之外的車(chē)輛也建立通信連接。車(chē)載網(wǎng)絡(luò)將成為未來(lái)智能交通系統(tǒng)的重要組成部分。

　　當(dāng)前的智能交通系統(tǒng)嚴(yán)重依賴(lài)于預(yù)先部署的基礎(chǔ)設(shè)施。例如，嵌入路面的電磁感應(yīng)器，部署在主要道路交叉口的交通攝像頭，高速公路收費(fèi)口安裝的射頻標(biāo)簽（RFID）讀取器。通常，一個(gè)收集和發(fā)布交通信息的典型過(guò)程如下：首先，路面?zhèn)鞲衅鲗?duì)車(chē)流的速度、密度進(jìn)行檢測(cè)，然后上傳到城市交通中心。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理之后，流量報(bào)告可以通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)傳遞到用戶(hù)的手機(jī)。這樣來(lái)傳播與位置相關(guān)的信息是一個(gè)昂貴和低效的方式，因?yàn)橥ǔＰ畔⒃春托畔⑾�費(fèi)者的實(shí)際距離只有幾百米遠(yuǎn)。

　　車(chē)載網(wǎng)絡(luò)的短距離通信能力將會(huì)改變這種傳統(tǒng)的智能交通系統(tǒng)的通信模式，以更直接的方式幫助信息的產(chǎn)生、傳播和消費(fèi)。

　　本質(zhì)上車(chē)載物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)巨大的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)。每一輛汽車(chē)都可以被視為一個(gè)超級(jí)傳感器節(jié)點(diǎn)。通常一輛汽車(chē)裝備有內(nèi)部和外部溫度計(jì)、亮度傳感器、一個(gè)或多個(gè)攝像頭、麥克風(fēng)、超聲波雷達(dá)，以及許多其他裝備。此外，未來(lái)的汽車(chē)將配備一個(gè)車(chē)載計(jì)算機(jī)、GPS定位儀和無(wú)線(xiàn)收發(fā)裝置。這使得汽車(chē)之間，以及汽車(chē)和路邊基站之間能夠無(wú)線(xiàn)通信。這種前所未有的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)整個(gè)世界的感知與控制能力，并可以讓信息在本地產(chǎn)生和共享，不必涉及龐大的基礎(chǔ)設(shè)施。

　　未來(lái)的汽車(chē)和車(chē)載網(wǎng)絡(luò)為人們提供了一系列應(yīng)用。車(chē)載網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用可分為4個(gè)類(lèi)別。

　�。�1）安全應(yīng)用

　　安全應(yīng)用包括碰撞預(yù)警、電子路牌、紅綠燈警告、網(wǎng)上車(chē)輛診斷、道路濕滑檢測(cè)等。通常這類(lèi)應(yīng)用利用短距離通信實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)來(lái)為司機(jī)提供即時(shí)警告。

　�。�2）效率應(yīng)用

　　效率應(yīng)用包括城市交通管理、交通擁塞檢測(cè)、路徑規(guī)劃、公路收費(fèi)、公共交通管理等。這類(lèi)應(yīng)用致力于改善公眾和個(gè)人的出行效率。

　　（3）商業(yè)應(yīng)用

　　商業(yè)應(yīng)用包括基于位置的服務(wù)，將帶給人們巨大的商機(jī)。這些商業(yè)應(yīng)用的種類(lèi)繁多，如，最近的餐館、最便宜的加油站、商場(chǎng)促銷(xiāo)信息等。這些可能的商業(yè)應(yīng)用將為服務(wù)業(yè)帶來(lái)新的競(jìng)爭(zhēng)手段。

　�。�4）信息娛樂(lè)應(yīng)用

　　信息娛樂(lè)應(yīng)用包括視頻和音樂(lè)共享、基于位置的餐廳評(píng)論、拼車(chē)、社交網(wǎng)絡(luò)等。實(shí)際上，信息娛樂(lè)的一些應(yīng)用，如福特SYNC［1］和起亞UVO，已成為當(dāng)前汽車(chē)市場(chǎng)的一個(gè)引人注目的亮點(diǎn)。信息娛樂(lè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化將是必然趨勢(shì)。

　　在車(chē)載網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過(guò)程中，有4類(lèi)參與者將起到積極的作用。4類(lèi)參與者為政府、汽車(chē)制造商、本地零售商和消費(fèi)者。傳統(tǒng)智能交通系統(tǒng)由各國(guó)政府主導(dǎo)進(jìn)行投資和實(shí)施，其他少數(shù)幾個(gè)地理信息系統(tǒng)（GIS）公司，如谷歌、Garmin、TomTom等公司也參與了交通信息的采集和發(fā)布。然而，未來(lái)的車(chē)載網(wǎng)絡(luò)將吸引更多的參與者，并使他們從車(chē)載網(wǎng)絡(luò)中獲取巨大的商業(yè)利潤(rùn)。首先，汽車(chē)制造商將很樂(lè)于開(kāi)發(fā)裝備車(chē)載網(wǎng)絡(luò)的汽車(chē)，這將增強(qiáng)汽車(chē)的安全性，并提供更豐富的車(chē)內(nèi)娛樂(lè)系統(tǒng)，從而進(jìn)一步提高其汽車(chē)的競(jìng)爭(zhēng)力。汽車(chē)電子化是一種必然趨勢(shì)，安全系統(tǒng)和信息娛樂(lè)系統(tǒng)的電子化是進(jìn)程的兩個(gè)主要方面。福特SYNC車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng)是一個(gè)非常成功的例子。其次，本地零售商及服務(wù)商也將非常感興趣，車(chē)載網(wǎng)絡(luò)將十分方便地傳播他們的促銷(xiāo)信息以及推廣他們的服務(wù)。車(chē)載網(wǎng)絡(luò)會(huì)帶來(lái)激烈的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)。最后，毫無(wú)疑問(wèn)，這些增強(qiáng)的安全性、提高的效率、價(jià)廉物美的商品、豐富的娛樂(lè)應(yīng)用等將吸引更多的消費(fèi)者，并使他們成為最終受益人。

　　2 車(chē)載物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)

　　無(wú)線(xiàn)個(gè)人局域網(wǎng)（WPAN）在消費(fèi)電子產(chǎn)品（包括汽車(chē)電子產(chǎn)品）領(lǐng)域取得了巨大成功。福特的SYNC是一個(gè)很好的例子。它通過(guò)藍(lán)牙技術(shù)將司機(jī)的手機(jī)連接到汽車(chē)的音響系統(tǒng)，因而司機(jī)可以在行駛中通過(guò)語(yǔ)音命令播放音樂(lè)或撥打電話(huà)。由于大規(guī)模生產(chǎn)降低了成本，802.11a/b/g無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)被廣泛使用。雖然802.11a/b/g最初不是針對(duì)車(chē)載環(huán)境而設(shè)計(jì)的，但由于其被廣泛使用帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)，許多研究人員在車(chē)載環(huán)境中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，如文獻(xiàn)［2-4］對(duì)802.11a/b/g在車(chē)載環(huán)境中的應(yīng)用進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)。802.11p和專(zhuān)用短程通信（DSRC）標(biāo)準(zhǔn)對(duì)802.11標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了擴(kuò)充，以使其能夠適應(yīng)車(chē)載環(huán)境的無(wú)線(xiàn)通信［5-6］。802.11p技術(shù)使用5.9 GHz頻段，能夠在移動(dòng)的車(chē)輛之間，以及移動(dòng)車(chē)輛和路邊基站之間建立短距離無(wú)線(xiàn)通信。無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)（WMAN），也稱(chēng)為WiMAX（即IEEE 802.16），是另一項(xiàng)新興技術(shù)。無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)能夠以不同的方式提供長(zhǎng)距離傳輸，例如，兩個(gè)固定位置的節(jié)點(diǎn)之間的通信，以及類(lèi)似于蜂窩系統(tǒng)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通信。然而，目前為止，最常見(jiàn)的車(chē)載通信技術(shù)還基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，通常稱(chēng)之為汽車(chē)遠(yuǎn)程信息處理。通用汽車(chē)的OnStar系統(tǒng)［7］和福特的RESCU系統(tǒng)都基于這一類(lèi)技術(shù)。一些地理信息系統(tǒng)公司，如TomTom和Garmin等，也使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳輸實(shí)時(shí)交通信息。通常情況下，基于蜂窩的遠(yuǎn)程信息處理是一種基于用戶(hù)訂閱的有償服務(wù)。

　　本文認(rèn)為在不久的將來(lái)車(chē)載通信將建立于一種混合式的架構(gòu)，如圖1所示。在這種混合架構(gòu)中，長(zhǎng)距離通信技術(shù)，如蜂窩網(wǎng)絡(luò)和WiMAX，能夠?yàn)槿藗兲峁┘磿r(shí)的互聯(lián)網(wǎng)接入；而短距離通信技術(shù)，如DSRC、Wi-Fi（即802.11a/b/g），則能夠?yàn)榘踩�系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)響應(yīng)的保障以及為基于位置的信息服務(wù)提供有效支持。

　　本文認(rèn)為車(chē)載自組織網(wǎng)絡(luò)（VANET）將在未來(lái)智能交通系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。車(chē)載自組織網(wǎng)絡(luò)依靠短距離通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)車(chē)與車(chē)以及車(chē)與路邊基站之間的通信。與傳統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)相比，車(chē)載自組織網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)主要優(yōu)勢(shì)：首先，車(chē)載自組織網(wǎng)絡(luò)具有成本低、容易部署和操作的優(yōu)勢(shì)。消費(fèi)者無(wú)需訂閱即可享受服務(wù)。其次，從技術(shù)角度來(lái)看，智能交通系統(tǒng)中傳播的很多信息有很強(qiáng)的位置相關(guān)性，車(chē)載自組織網(wǎng)絡(luò)能夠很方便地為臨近車(chē)輛建立實(shí)時(shí)或者非實(shí)時(shí)的短距離通信。