浅析车联网技术.doc

浅析车联网技术1引言2010年 ,通用汽车在上海世博会期间，在“直达2030”可持续交通系统论坛的第二场论坛“车联网-网联城市智能交通”中首次提出了车联网的概念，其所畅想的未来美好城市交通愿景“零排放、零油耗、零堵塞、零事故、且驾乘充满时尚和乐趣”令人心驰神往。谈及车辆网的由来，首先要介绍一下物联网。国际电信联盟（ITU）给物联网的定义是：物联网主要解决物品到物品（thing to thing，T2T）,人到物品（human to thing，H2T），人到人（human to human，H2H）之间的互联。其中，“H2T”和“H2H”中的H（human）指的是通过通用装置而非个人计算机实现互联的人。通过物联网，可以构建无处不在的网络，实现没有空间界限的物品的互通。由此可见，车联网是物联网在交通领域的着陆点，将物联网具体指向车、路与人。目前，车联网已被国家列入“十二五”期间物联网面向智能交通领域的重点应用示范工程项目，并在汽车厂商的积极推动下，在物联网以及智能交通的直接牵引下，在移动运营商的大力拉动下，车联网在转瞬之间成了热点。2 车联网概念及相关技术车联网是指车与车、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1。其主要技术有：1） 智能交通（Intelligent Transport System，简称ITS）。ITS系统将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、电子控制技术以及计算机处理技术等有效地集成运用于整个交通运输管理体系，而建立起的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合运输和管理系统。2） 射频识别技术（Radio Frequency Identification ，简称RFID）。RFID是通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。基本的RFID系统由标签(Tag)、阅读器(Reader)、天线(Antenna)组成。3） 第三代移动通讯技术（3rd-generation，简称3G）：是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。3G服务能够同时传送声音及数据信息，速率一般在几百kbps以上。目前3G存在四种标准：CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA，WiMAX。目前国内支持国际电联确定三个无线接口标准，分别是中国电信的CDMA2000，中国联通的WCDMA，中国移动的TD-SCDMA，GSM设备采用的是时分多址，而CDMA使用码分扩频技术，先进功率和话音激活至少可提供大于3倍GSM网络容量，业界将CDMA技术作为3G的主流技术，国际电联确定三个无线接口标准，分别是美国CDMA2000，欧洲WCDMA，中国TD-SCDMA。4） 全球定位系统技术（Global Positioning System，简称GPS）。GPS起始于1958年美国军方的一个项目，1964年投入使用。20世纪70年代，美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统GPS 。主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。5） Telematics是远距离通信的电信（Telecommunications）与信息科学（Informatics）的合成词，按字面可定义为通过内置在汽车、航空、船舶、火车等运输工具上的计算机系统、无线通信技术、卫星导航装置、交换文字、语音等信息的互联网技术而提供信息的服务系统。也就是说通过无线网络，随时给行车中的人们提供驾驶、生活所必需的各种信息。6） 云计算技术（cloud computing）。云计算是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。云是网络、互联网的一种比喻说法。过去在图中往往用云来表示电信网，后来也用来表示互联网和底层基础设施的抽象。狭义云计算指IT基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需资源；广义云计算指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需服务。这种服务可以是IT和软件、互联网相关，也可是其他服务。它意味着计算能力也可作为一种商品通过互联网进行流通。7） 微型智能和传感器技术。车联网所需的智能化、微型化、网络化传感器，需要与IC工艺、MEMS工艺紧密结合，充分利用IC的低功耗芯片设计、各种形式的封装、软硬件协同设计以及大片集成工艺等技术的有机结合及应用。需要传感器制造企业和集成电路制造厂商通力合作，从芯片设计到制备工艺，从产品开发到工业应用，探索出新的组织结构与模式。当前，国内在集成化、网络化以及MEMS工艺技术创新进程上比较缓慢，新型方面的国家标准较为分散凌乱，有待于进一步规范与完善。车联网传感器不仅需要满足微型化、低成本、低价格、低功耗以及可灵活编程等基本条件，同时，还要在稳定性、可靠性、高精度、灵敏度、抗干扰能力等性能指标上，达到更高技术标准和要求。8） 无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）。WSN是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。9） 数据挖掘(Data Mining)。数据挖掘是通过分析每个数据，从大量数据中寻找其规律的技术，主要有数据准备、规律寻找和规律表示3个步骤。数据准备是从相关的数据源中选取所需的数据并整合成用于数据挖掘的数据集；规律寻找是用某种方法将数据集所含的规律找出来；规律表示是尽可能以用户可理解的方式（如可视化）将找出的规律表示出来。10） 智能图像视频分析系统。智能图像视频分析系统是一种涉及图像处理、模式识别、人工智能等多个领域的智能视频分析产品。它能够对视频区域内出现的警戒区警戒线闯入、物品遗留或丢失、逆行、人群密度异常等异常情况进行分析，及时发出告警信息。该系统能够对视频区域内出现的运动目标自动识别出目标类型并跟踪，对目标进行标记并画出目标运动轨迹，能够同时监测同一场景里多个目标，可以根据防范目标的特点进行灵活设置；它能够适应不同的环境变化，包括光照、四季、昼夜、晴雨等，并能够很好地抗摄像头抖动。11） 车联网安全体系。该体系包括在车联网物体信息化之后的安全度、传输器安全度、传输技术安全以及服务端安全。安全是保障车辆网系统能够快速推广的前提。3 车联网系统架构2车联网系统架构可分为感知层、网络层和应用层等三个层次。1） 感知层负责信息采集与发布，信息的采集主要利用汽车配备的车载信息系统通过CAN总线网络技术采集车内各电控单元与车内各传感器的实时数据，这些信息能够实施反应车辆行驶状态、车辆位置、车辆安全与车辆识别；信息的发布是指来自路侧设备或数据中心的交通信息在车载信息系统上的发布，包括路况、事故、天气等信息。2） 网络层通过DSRC（dedicated short range communications，专用短程通信）、3G/4G、Wi-Fi、GPS、WIMAX、以太网等现代网络通信的技术与有段，实现车联网信息的可靠传输。3） 应用层可分为两个子层，下子层是应用程序层，主要功能是进行数据处理，车辆网的各种具体的服务也在这一子层进行定义与实现，现在一般认为采用中间件技术实现车辆网的各种服务是较好的选择；上子层是人机交互界面，定