車聯(lián)網(wǎng)運用無線通信

1、車聯(lián)網(wǎng)運用無線通信2008年全球金融危機爆發(fā)之后，為了促進科技發(fā)展，尋找經(jīng) 濟新的增長點，各國政府開始重視下一代的技術(shù)規(guī)劃，物聯(lián)網(wǎng)成為學(xué) 術(shù)界和業(yè)界關(guān)注的熱點之一。物聯(lián)網(wǎng)的概念很大，而且覆蓋面非常廣， 經(jīng)過數(shù)年的研究和發(fā)展，可以看到，真正能夠?qū)崿F(xiàn)其應(yīng)用的主要體現(xiàn) 在智能交通領(lǐng)域，車聯(lián)網(wǎng)的概念由此應(yīng)運而生，并被廣泛地研究和討 論1。車聯(lián)網(wǎng)作為物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，其架構(gòu)基本相似，重 點在于上層的應(yīng)用、下層的感知以及中間的信息傳輸。車聯(lián)網(wǎng)的主要 信息節(jié)點就是車，它的移動性決定了各種無線通信技術(shù)能否實現(xiàn)的關(guān) 鍵。本文擬就對無線通信技術(shù)在車聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用作初步探討。1車聯(lián)網(wǎng)的概念車聯(lián)網(wǎng)是指利用先進傳感技

2、術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算技術(shù)、控制技術(shù)、 智能技術(shù)，對道路和交通進行全面感知，實現(xiàn)多個系統(tǒng)間大范圍、大 容量數(shù)據(jù)的交互，解決人、車輛、路、站場之間的協(xié)同問題，以提供 交通效率和交通安全為主的網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用。車聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)見圖。從 圖1可以看出，無論是感知層的RFID.GPS，還是網(wǎng)絡(luò)層的3 G網(wǎng)絡(luò)，無線通信技術(shù)是車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實現(xiàn)的基礎(chǔ)。2車聯(lián)網(wǎng)的主要特點連接對象的移動性?，F(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)和移動通信網(wǎng)絡(luò)連接的對 象是人，主要提供人與人之間的信息交流。而車聯(lián)網(wǎng)連接的主要對象 是車，要實現(xiàn)的是車與車、車與路、車與站場、車與綜合信息平臺的 連接，就必須保證車輛在高速移動情況下通信鏈路和傳輸速率的穩(wěn)定。對信息傳輸安全性

3、和網(wǎng)絡(luò)可靠性有更高的要求。由于車輛 涉及到交通安全(如防碰撞報警、高危車輛查控等)，因此車聯(lián)網(wǎng)中 的關(guān)于車輛和道路信息傳輸?shù)陌踩允侵陵P(guān)重要的。車聯(lián)網(wǎng)中通信節(jié) 點數(shù)量龐大，而且一般是以集群的方式出現(xiàn)，大量的實時數(shù)據(jù)的交互 對網(wǎng)絡(luò)的可靠性提出了更高的要求。3無線通信技術(shù)在車聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用車聯(lián)網(wǎng)目前還處在不斷演進的階段，各種應(yīng)用相對獨立，不能完 全體現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)的特性，只能反映車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一個趨勢。如專用短程 通信技術(shù)DSRC用于車輛的識別，GPS全球定位技術(shù)用于獲取車 輛行駛位置的數(shù)據(jù)，3G無線傳輸技術(shù)用于信息的傳輸和共享，數(shù)字 廣播用于發(fā)布動態(tài)交通信息等。其中RFID射頻識別技術(shù)是其中的 關(guān)鍵。RF

4、ID(radiofrequencyIDentific ation）技術(shù)又稱電子標簽、無線射頻識別，是一種無線通信技 術(shù)，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)。車作為車聯(lián)網(wǎng) 中的信息節(jié)點，要實現(xiàn)與路、站場的信息交互，必須要有一個身份標 識，而RFID技術(shù)是目前解決該問題最為成熟和經(jīng)濟的手段。在車 輛上安裝電子標簽，可以實現(xiàn)道橋、停車場自動收費，結(jié)合道路上安 裝的RFID天線可以實現(xiàn)動態(tài)交通信息采集，如車輛的流量、流速 等2。目前國內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的是道橋和站場的自動收費，如廣 東高速聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)、武漢路橋ETC收費系統(tǒng)，以及在建的武漢智 能停車綜合管理系統(tǒng)，都是以射頻識別技術(shù)為基礎(chǔ)的。國外也

5、有類似 的應(yīng)用，如美國的“智能車輛公路系統(tǒng)（IVHS ）技術(shù)，它是在全 國公路安裝智能傳感器，以減少車輛被迫停車的次數(shù)建立車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng) 為目標。智能傳感器的目標是取消車輛收費亭，汽車通過看不見的邊 界時，收費裝置會從司機的銀行帳戶中自動扣除費用。智能傳感器也 能對運行中的卡車進行稱重，并能實現(xiàn)電腦化貨物檢查。RFID主要實現(xiàn)的是車與路、車與站場之間的通信，但是，由 于RFID天線在功率、方向性以及通信距離上的限制，加之天線成 本的居高不下，很難將天線普及安裝到車輛上來實現(xiàn)車與車之間的相 互識別。國內(nèi)相關(guān)廠商積極開發(fā)的基于3G網(wǎng)絡(luò)和GPS的車載終端 和配套的系統(tǒng)平臺也成為車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個亮點。該應(yīng)

6、用主要是通過 GPS定位和車載傳感器獲取車輛位置和車輛狀況數(shù)據(jù)，再通過3G 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到管理平臺，對數(shù)據(jù)進行分析之后反饋給信息需求方。該應(yīng) 用將現(xiàn)有的技術(shù)做了一定的融合，實現(xiàn)的是車與人，車與平臺的通信， 主要用于一些特殊車輛，如工程車輛、轎車、大型客車等。但3G網(wǎng) 絡(luò)在高速移動下通信鏈路的穩(wěn)定性和傳輸速率成為制約這些應(yīng)用進 一步發(fā)展的因素，如信息的實時性、大規(guī)模車輛參與通信造成的接入 和速率問題等2。4無線通信技術(shù)在車聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用展望從技術(shù)的角度而言，現(xiàn)階段車聯(lián)網(wǎng)可以建立一種混合式的架構(gòu)， 在這種混合架構(gòu)中，長距離通信技術(shù)，如蜂窩網(wǎng)絡(luò)和WiMAX，能 夠為人們提供即時的互聯(lián)網(wǎng)接入；而短距離通信技

7、術(shù)，如DSRC、 WiFi，則能夠為安全系統(tǒng)提供實時響應(yīng)的保障以及為基于位置 的信息服務(wù)提供有效支持；同時可以融合GPS技術(shù)，對車輛進行精 確定位，在一定程度上可以滿足車聯(lián)網(wǎng)的基本應(yīng)用。在未來為了更好 地實現(xiàn)車與路、車與車之間的通信，車載自組織網(wǎng)絡(luò)（VANET） 將發(fā)揮重要作用。車載自組織網(wǎng)絡(luò)是一種特殊的自組織網(wǎng)絡(luò)，是以車 輛和道路基礎(chǔ)設(shè)施為信息節(jié)點，在一定范圍內(nèi)自動組織形成的結(jié)構(gòu)開 放的通信網(wǎng)絡(luò)，它具有網(wǎng)絡(luò)拓撲變化快速頻繁、路徑壽命短等特點。利用車載自組織網(wǎng)絡(luò)，車輛可以及時地獲取附近行駛車輛的相關(guān) 數(shù)據(jù)，如相對車速、距離、位置、加速度等信息，同時將自身的信息 發(fā)送給其他車輛，并隨著車輛行進位置以及周圍車輛的變化不斷地變 更網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，實時更新信息，對周邊突發(fā)事件進行措施預(yù)判，從 而實現(xiàn)車輛的輔助駕駛、自動駕駛、防追尾等應(yīng)用。例如在發(fā)生擁堵 的路段，車輛會產(chǎn)生擁塞報告，提示前方擁堵，并通過車與車間的通 信，告知本車車后一定范圍內(nèi)（10 0 0m）的車輛，本車的位置、 速度等信息，提示車輛前方擁堵、注意減速等。不論是車與車通信還 是車與路通信，無線通信網(wǎng)絡(luò)都會受限于車輛高速移動造成的快速變 換的網(wǎng)絡(luò)拓撲和質(zhì)量不穩(wěn)定的無線信道，可靠性無法得到保障。因此 設(shè)計高效的路由算法，對原有無線