車聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用無(wú)線通信

1、車聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用無(wú)線通信2008年全球金融危機(jī)爆發(fā)之后，為了促進(jìn)科技發(fā)展，尋找經(jīng) 濟(jì)新的增長(zhǎng)點(diǎn)，各國(guó)政府開(kāi)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(diǎn)之一。物聯(lián)網(wǎng)的概念很大，而且覆蓋面非常廣， 經(jīng)過(guò)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(yùn)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(diǎn)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(diǎn)就是車，它的移動(dòng)性決定了各種無(wú)線通信技術(shù)能否實(shí)現(xiàn)的關(guān) 鍵。本文擬就對(duì)無(wú)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(jìn)傳感技

2、術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、控制技術(shù)、 智能技術(shù)，對(duì)道路和交通進(jìn)行全面感知，實(shí)現(xiàn)多個(gè)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(chǎng)之間的協(xié)同問(wèn)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(jiàn)圖。從 圖1可以看出，無(wú)論是感知層的RFID.GPS，還是網(wǎng)絡(luò)層的3 G網(wǎng)絡(luò)，無(wú)線通信技術(shù)是車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。2車聯(lián)網(wǎng)的主要特點(diǎn)連接對(duì)象的移動(dòng)性?，F(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)連接的對(duì) 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(duì)象 是車，要實(shí)現(xiàn)的是車與車、車與路、車與站場(chǎng)、車與綜合信息平臺(tái)的 連接，就必須保證車輛在高速移動(dòng)情況下通信鏈路和傳輸速率的穩(wěn)定。對(duì)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(bào)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(diǎn)數(shù)量龐大，而且一般是以集群的方式出現(xiàn)，大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的交互 對(duì)網(wǎng)絡(luò)的可靠性提出了更高的要求。3無(wú)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(jìn)的階段，各種應(yīng)用相對(duì)獨(dú)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(gè)趨勢(shì)。如專用短程 通信技術(shù)DSRC用于車輛的識(shí)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(wú)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(dòng)態(tài)交通信息等。其中RFID射頻識(shí)別技術(shù)是其中的 關(guān)鍵。RF

4、ID(radiofrequencyIDentific ation）技術(shù)又稱電子標(biāo)簽、無(wú)線射頻識(shí)別，是一種無(wú)線通信技 術(shù)，可通過(guò)無(wú)線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)。車作為車聯(lián)網(wǎng) 中的信息節(jié)點(diǎn)，要實(shí)現(xiàn)與路、站場(chǎng)的信息交互，必須要有一個(gè)身份標(biāo) 識(shí)，而RFID技術(shù)是目前解決該問(wèn)題最為成熟和經(jīng)濟(jì)的手段。在車 輛上安裝電子標(biāo)簽，可以實(shí)現(xiàn)道橋、停車場(chǎng)自動(dòng)收費(fèi)，結(jié)合道路上安 裝的RFID天線可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)交通信息采集，如車輛的流量、流速 等2。目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的是道橋和站場(chǎng)的自動(dòng)收費(fèi)，如廣 東高速聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)、武漢路橋ETC收費(fèi)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(shí)別技術(shù)為基礎(chǔ)的。國(guó)外也

5、有類似 的應(yīng)用，如美國(guó)的“智能車輛公路系統(tǒng)（IVHS ）技術(shù)，它是在全 國(guó)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(biāo)。智能傳感器的目標(biāo)是取消車輛收費(fèi)亭，汽車通過(guò)看不見(jiàn)的邊 界時(shí)，收費(fèi)裝置會(huì)從司機(jī)的銀行帳戶中自動(dòng)扣除費(fèi)用。智能傳感器也 能對(duì)運(yùn)行中的卡車進(jìn)行稱重，并能實(shí)現(xiàn)電腦化貨物檢查。RFID主要實(shí)現(xiàn)的是車與路、車與站場(chǎng)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(lái)實(shí)現(xiàn)車與車之間的相 互識(shí)別。國(guó)內(nèi)相關(guān)廠商積極開(kāi)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(tái)也成為車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個(gè)亮點(diǎn)。該應(yīng)

6、用主要是通過(guò) 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(guò)3G 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到管理平臺(tái)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)現(xiàn)的是車與人，車與平臺(tái)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(dòng)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(jìn) 一步發(fā)展的因素，如信息的實(shí)時(shí)性、大規(guī)模車輛參與通信造成的接入 和速率問(wèn)題等2。4無(wú)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(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

7、術(shù)，如DSRC、 WiFi，則能夠?yàn)榘踩到y(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；同時(shí)可以融合GPS技術(shù)，對(duì)車輛進(jìn)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(lái)為了更好 地實(shí)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(diǎn)，在一定范圍內(nèi)自動(dòng)組織形成的結(jié)構(gòu)開(kāi) 放的通信網(wǎng)絡(luò)，它具有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓焖兕l繁、路徑壽命短等特點(diǎn)。利用車載自組織網(wǎng)絡(luò)，車輛可以及時(shí)地獲取附近行駛車輛的相關(guān) 數(shù)據(jù)，如相對(duì)車速、距離、位置、加速度等信息，同時(shí)將自身的信息 發(fā)送給其他車輛，并隨著車輛行進(jìn)位置以及周圍車輛的變化不斷地變 更網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)時(shí)更新信息，對(duì)周邊突發(fā)事件進(jìn)行措施預(yù)判，從 而實(shí)現(xiàn)車輛的輔助駕駛、自動(dòng)駕駛、防追尾等應(yīng)用。例如在發(fā)生擁堵 的路段，車輛會(huì)產(chǎn)生擁塞報(bào)告，提示前方擁堵，并通過(guò)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(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)都會(huì)受限于車輛高速移動(dòng)造成的快速變 換的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜唾|(zhì)量不穩(wěn)定的無(wú)線信道，可靠性無(wú)法得到保障。因此 設(shè)計(jì)高效的路由算法，對(duì)原有無(wú)線