1、1基于物联网实现的车联网技术摘要：车联网是能够对车用信息进行采集、识别、传输、融合和利用的一种物联网，能够实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理，被认为是最容易形成系统标准、最具备产业潜力的物联网应用。 关键词：物联网；车联网；监控和管理 中图分类号：TP391.44 文献标识码：A 文章编号：1008-4738（2013）02-0109-04 IBM 前首席执行官郭士纳的“十五年周期定律” ，计算模式每隔 15 年发生一次变革。1965 年前后的“大型机” ；1980 年前后的“个人计算机” ；1995 年前后的“互联网” ；2010 年前后“物联网” 。美国权威咨询机构Forester 预
2、测，到 2020 年，世界上物物互联的业务，跟人与人通信的业务相比，将达到 30：11，因此， “物联网”被称为是下一个 10 万亿元级的大市场。 1 物联网的定义和发展历程 1.1 物联网的定义 通过射频识别（RFID） 、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。 国际电信联盟曾描绘“物联网”时代的图景：当司机出现操作失误2时汽车会自动报警；公文包会提醒主人忘带了什么东西；衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求等等。 1.2 物联网概念的意义 “物联网”概念的问世，打
3、破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和 IT 基础设施分开：一方面是机场、公路、建筑物，而另一方面是数据中心，个人电脑、宽带等。在“物联网”时代，钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施，在此意义上，基础设施更像是一块新的地球工地，世界的运转就在它上面进行，其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活。 1.3 物联网应用实例 酒类信息系统：通过扫描酒类饮品的电子标签，利用手机或其他智能手持设备可以在网络上寻找并显示这一酒类的详细介绍和价格对比，方便用户采购。 对象识别系统：该系统通过摄像头取景，可以辨识出所拍摄景物并给出相关详细信息，可应用于旅行和迷路情况下产品追
4、溯系统：在医药、农产品、食品、烟草等行业领域，产品追溯体系发挥着货物追踪、识别、查询、信息采集与管理等方面的巨大作用。 智能交通2：上海交通大学的 TIG 项目在 2005 年开始运作。通过收集上海四千辆出租车的实时信息，结合历史数据来计算实时路况。该系统还有计算最优路径，公交车到站时间等应用。 医疗辅助系统：让病人身穿带有射频识别和传感器的衣物，可以得到病人的心跳电压等健康信息并上传网络，医生可以通过 PDA 等设备进3行远程即时诊断并安排护士帮助病人治疗。 2 车联网介绍 2.1 车联网概念 是指综合应用射频识别（RFID） 、全球定位系统、车用信息采集、道路环境信息感知等信息传感设备，对
5、人/车/路的静、动态信息进行采集、识别、传输、融合和利用，从而能够将人/车/路与互联网连接起来，并根据不同的应用需求，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种物联网。 2.2 车联网的发展 2.2.1Telematics 概念 Telematics 就是指应用无线通信技术的车载电脑系统，通过Telematics 提供的服务，用户不仅可以了解交通信息、临近停车场的车位状况，确认当前位置，还可以与家中的网络服务器连接，及时了解家中的电器运转情况、安全情况以及客人来访情况。也就是说：综合上述所有功能的车载计算机系统叫 Telematics。 在车联网提出之前， “Telematics”已经在国外
6、进行商业运作。Telematics 由 Telecommunications 与 Informatics 组合而成，可以理解为利用无线通信技术、卫星导航系统、信息技术等为汽车用户提供导航、监控、娱乐、安全等各种服务的车载信息服务平台。 2.2.2Telematics 在国内外的应用情况 美国是 Telematics 产业3的先行者，早在 1997 年，通用汽车公司就已经开始推行 Onstar（安吉星）服务，而福特汽车则推出了 Wingcast4车载互联网服务，与之竞争。目前，各大汽车生产厂商都在 Telematics方面推出了自己的系统，如通用安吉星 OnStar 系统、BMW 的Connec
7、tedDrive 系统、奥迪的 MMI-nav-plus 系统、福特的 SYNC 系统、丰田的 G-book 系统等。 中国的 Telematics 业务在近两年集中爆发。丰田先将 G-Book 引入中国；紧接着，上海通用也开始向凯迪拉克车主提供安吉星服务，并迅速向下覆盖至旗下多个品牌。本土厂商上汽推出了首个基于联通 3G 网络的前装 Telematics 服务INKANET；吉利在 2011 年上海车展上推出新一代 3G“智能汽车” 。 2.2.3 车联网的诞生 在 Telematics 方兴未艾之时，随着物联网的兴起，作为 Telematics的扩展，车联网应运而生。2010 年 10 月
8、 28 日在无锡举行的中国国际物联网（传感网）大会传出消息，车联网项目将被列为我国重大专项第三专项“新一代宽带无线移动通信网重大专项”中的重要项目。财政部也于 2011 年 4 月制定了物联网发展专项资金管理暂行办法 ，而车联网被认为是最容易形成系统标准、最具备产业潜力的物联网应用。 2.3 车联网典型应用 车车协同式安全保障：车路协同环境下，营运车辆在运行过程中实时与周围他车进行信息交互，使司机及时了解前后左右车辆的拐弯、超车、并道的行为，避免追尾、刮蹭碰撞事故。 隧道内危险环境感知：车路协同环境下，营运车辆在隧道内运行过程中实时与周围他车、道路基础设施进行信息交互，实时感知行车环境，5以免
9、造成车载危险货物的泄露、爆炸而引发二次事故。 交叉口行车安全辅助：交叉口行车环境复杂，通过车车、车路通信，车辆在行经交叉口时实时与周围他车、道路基础设施进行信息交互，实时感知行车环境，避免事故发生。 车用自组织网络：我国每年交通事故的损失巨大，以汽车安全为突破口，研究车辆网络体系和关键技术，以提高车辆主动安全性，降低交通事故发生，具有重要的学术价值、应用价值和广阔的市场前景。 3 车联网核心技术 与物联网类似，车联网技术也涉及四个层次，分别是感知层、传输层、平台支撑层和应用层。 主要涉及的技术有射频技术和通信技术。 3.1 射频识别技术与无线传感网络技术 车联网中的射频识别技术用于标识物体和对
10、客观环境的物理属性的传感；现有的射频识别标准不统一需要首选解决全局标识问题，如 RFID与 WSN 融合的问题。 无线传感网络技术主要包括各种感知设备，这些设备要求低功耗、低成本、体积小、高集成度。而通信与网络技术将标识和传感信息接入自组织网络或者互联网，在整个车联网中会涉及诸多问题如：网络地址需求与分配（IPv6） ，频谱分配与空间频谱复用、自动组网和接入和无线Mesh 网络，传输控制与无线多媒体等。 3.2 车联网的硬件和软件技术 车联网硬件需求：车联网的终端设备一般使用嵌入式集成系统，要求低功耗、小型化、易安置、低成本。而服务器设备要求高性能集群同6时具有先进计算功能。 车联网的软件需求
11、，包括嵌入式操作系统和各类应用软件，需要解决的关键问题有统一的语义体系，中间件技术，数据处理技术，面向物联网的搜索引擎等。 3.3 车联网的安全隐私 车联网处于一个开放的网络中安全隐私问题是一个必须要考虑的问题，在互联网上所面临的安全问题在物联网中同样存在如：密码分析、拒绝服务攻击、扫描、病毒和蠕虫、木马等。同时由于无线网络的广播特性，安全问题更为突出。此外还涉及个人隐私保护（个人信息、行为模式） 。 3.4 车车交互关键技术 车联网的核心技术包括：随机车辆间信息交换技术、编队车辆间信息交换技术、车路协同关键技术、远程车网关键技术、车-路-中心关键技术。 随机车辆间信息交换技术：为道路上快速移
12、动的车辆之间建立一个支持多跳灵活组网、快速网络切换、实时数据交换等特性的无线网络，实现车辆间位置、安全等信息的实时共享。 编队车辆间信息交换技术：研究大型车辆编队中车辆间的无线通信、可靠组网、安全通信、决策支持等关键技术，为车队在复杂路况和恶劣环境下的高效安全行进提供有效的通信和决策保障。 车路协同关键技术：是将多种先进技术有机地运用于整个交通系统，通过车路信息交互和共享，实现车路智能协同与配合，保障交通运输系7统的协调运行和安全。通过车辆与道路（基础设施）之间通讯联系的建立，研究新一代交通信息采集和交通管理手段，在此基础上发展新一代交通理论和应用。 远程车网关键技术：研究移动车辆快速接入路边
13、网络基础设施的关键技术，解决车辆移动过程中的漫游切换、路由寻址、异构信息实时交换等关键问题，为车辆与互联网服务中心信息共享提供网络基础条件。 车-路-中心关键技术：通过车、路及交通数据管理中心之间的交互通信，进行车路协同一体化研究，最终仿真实现并展示其在交通安全、效率和排放等方面的影响。 4 物联网和车联网的未来 4.1 CPS（信息-物理融合系统） CPS 是一个综合计算、网络和物理环境的复杂系统，通过3C（Computation、Communication、Control）技术的有机融合与深度协作，实现现实世界与信息世界相互作用，提供实时感知、动态控制和信息反馈等服务4。CPS 在信息方面
14、就像一面镜子通过传感技术与通信技术将现实世界与信息虚拟世界一一对应起来。它的控制反馈功能又把镜子两侧的世界互动了起来。信息世界可以控制物理世界的事物或环境，物理世界亦可以影响信息世界的事物或环境。 4.2CPS 应用实例 MIT 的分布式机器人花园：在小规模花园中，传感器收集温度、湿度、光照等信息。计算系统根据这些信息来自动控制撒种、松土、灌溉、施肥的时间和量，让植物在无人照看的情况下顺利的生长5。 8任天堂的 WII 游戏机：2006 年推出。通过玩家在传感设备的输入，来控制虚拟游戏，让玩家在参与到游戏中时拥有更高的体验感。 4.3 物联网和 CPS 的区别 物联网和 CPS 常被混淆，因为
15、两者的关键技术相近，有共同的应用领域，其中物联网受到工业界的关注，而 CPS 更吸引学术界的目光。但是，二者是不同的，从概念上，物联网强调网络连通作用，而 CPS 更强调循环反馈作用；从信息标识上，物联网以物体标识和传感信息为基础，而 CPS 无需记录所有标识和传感信息；物联网是规模化的信息整合，需要人的参与，而 CPS 能自适应调整。 4.4 物联网的未来：CPI（信息-物理网） 物联网有着自身的不足，仅仅物物相连是不够的，物联网需要向控制方向纵深发展，而 CPS 也需要向大规模方向扩散发展。两者融合后的CPI 是物联网与 CPS 优势的结合，同时具有将现实世界中任意对象及其属性联接到网络的
16、特性和通过计算与网络通信对物理世界作用的特性。 CPI 是大势所趋，物联网与 CPS 有其各自优势和不足，单独发展不足以完全支撑起下一次信息产业的浪潮。它们的融合，即 CPI，才是未来发展的大势所趋。通过 CPI，现实与信息世界的链接和相互作用不再局限于一个小的时空范围，而是拥有全球性的宏观监控，达到真正意义上的智慧地球。典型应用如：平衡全世界的生态系统，统一合理调度国际航班的起降时间迅速应对自然灾害、传染病等突发状况。 4 结论 车载产品的发展才刚刚起步，其政策、资金、技术及支撑的产业链9条仍不完善成熟，因此政府要构建一个博弈环境，引导汽车业、电子业、通讯业等企业协同，共同打造未来车联网价值的增长点，才能吸引更多的人来参与和开发车联网市场。 参考文献 1 邹力.物联网与智能交通M.北京：电子工业出版社，2012：152. 2 须超.车联网网络架构与媒质接入机制研究J. 中兴通讯技术，2011（3）：16. 3 张秀玉.车联网架构与关键技术研究J. 微计算机信息，2011（4）：156. 4 陈文聪.车联网前端系统研制D. 杭州：浙江大学，2012：45. 5 顾振飞.车联网系统架构及其关键技术研究D.南京：南京邮电大学，2012：10.
