隨著技術(shù)的發(fā)展，人們對汽車等交通工具的需求絕不僅僅只是一個“搬運工”而已，希望能夠在汽車里的時間可以做更多的事情，有更豐富的內(nèi)容，這就需要車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來對“汽車生活”進行支撐。汽車應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)出現(xiàn)了一系列新技術(shù)，包括電力系統(tǒng)的改進、非常復(fù)雜的遠程信息處理，還有自動駕駛。今天的汽車有更多的電子產(chǎn)品。然而，隨著諸如高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)等功能成為標準配置，而不是昂貴的選項，更多的先進功能模塊將會進入尋常百姓家的汽車當中。下面我們一起來探討一下，目前車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)都需要哪些關(guān)鍵的技術(shù)。車用傳感器技術(shù)在眾多車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)當中，傳感器技術(shù)是一項很基礎(chǔ)的支撐技術(shù)，在目前階段，傳感器以及涉及汽車的方方面面，比如說車速的監(jiān)控、溫濕度、剎車、燃料監(jiān)控等等，而未來，隨著智能化的程度越來越高，汽車里面所使用的傳感器數(shù)量與種類也將會增加的更多。在車聯(lián)網(wǎng)中，主要涉及到的傳感器有：汽車運行監(jiān)測傳感器在目前的汽車中，已經(jīng)有功能豐富多樣的傳感器，來監(jiān)測汽車的整體運行狀態(tài)，包括空調(diào)系統(tǒng)傳感器、空氣流量傳感器(MAF)、進氣歧管壓力傳感器(MAP)、曲軸位置傳感器(CKP)、凸輪軸位置傳感器(CMP)、發(fā)動機冷卻液溫度傳感器(ECT)、進氣溫度傳感器(IAT)、排氣溫度傳感器、節(jié)氣門開度傳感器、爆震傳感器、機油壓力傳感器、車速傳感器、液壓油溫度傳感器等等。安全系統(tǒng)傳感器主要有碰撞傳感器、安全傳感器、中央安全氣囊傳感器、安全帶傳感器、乘員區(qū)別傳感器等，其中碰撞傳感器又分為前碰撞傳感器和側(cè)碰撞傳感器。主要作用是在汽車發(fā)生碰撞時，判斷碰撞的烈度和方位，然后確定安全氣囊是否起爆。超聲波傳感器超聲波傳感器模擬蝙蝠的導(dǎo)航模式，利用超聲波從發(fā)射到接收的時間差來確定障礙物的位置，在未來的自動駕駛與半自動駕駛汽車中，可以通過超聲波傳感器辨別障礙物到汽車的距離。圖像傳感器圖像傳感器模擬人類的視野，利用幾個攝像頭合成汽車周圍的環(huán)境圖像，立體攝像頭還能生成3D圖像。在車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，圖像傳感器除了能識別距離外，還能識別顏色和字體，比如說交通指示燈與指示牌，也能在其他傳感器失效時作為備用系統(tǒng)，增加安全性。雷達傳感器雷達傳感器的基本原理也是通過電磁波遇到障礙后的反射信號，能夠?qū)崟r的計算出汽車與障礙物的距離與接近速度，汽車車身四周所安裝的長距離雷達與短距離雷達能實時追蹤其他車輛的速度，并通過增加自動化駕駛的冗余度來提升安全性。LIDAR傳感器LIDAR(光探測及測距)傳感器能發(fā)射不可見的激光光速，對周圍環(huán)境進行掃描，可探測障礙物、測量距離并生成3D圖像，LIDAR傳感器結(jié)合攝像頭的數(shù)據(jù)能精確識別障礙物，判斷前方是人還是其他的動物等等。C-V2X通信2015年2月，3GPPSA1正式啟動了LTE-V2X業(yè)務(wù)需求研究項目，拉開了LTE-V2X技術(shù)在3GPP各小組的標準化序幕，并于2017年3月完成V2X第一階段標準的制定。按C-V2X按業(yè)務(wù)模式可以分為以下4類，包括：V2N(vehicle-to-network)通信，包括動態(tài)地圖下載，自動駕駛相關(guān)線路規(guī)劃、遠程控制等;V2V(vehicle-to-vehicle)通信，包括核心防碰撞，避擁塞等安全類應(yīng)用，V2V安全類應(yīng)用不受限于網(wǎng)絡(luò)覆蓋;V2P(vehicle-to-pedestrian)通信，車與人之間通信，主要用于行人安全;V2I(vehicle-to-infrastructure)通信，用于車與道路設(shè)施之間通信，提供或接受本地道路交通信息。
LTE-V2X的分類
同時C-V2X根據(jù)接口的不同又可分為V2X-Direct和V2X-Cellular兩種通信方式。V2X-Direct通過PC5接口，采用車聯(lián)網(wǎng)專用頻段，實現(xiàn)車車、車路、車人之間直接通信，時延較低，支持的移動速度較高，但需要有良好的資源配置及擁塞控制算法。V2X-Cellular則通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)U u接口轉(zhuǎn)發(fā)，采用蜂窩網(wǎng)頻段(如1.8GHz)。具體的PC5口和U u口對比如表所示。
基于Uu通信和基于PC5通信比對
邊緣云車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)中有關(guān)駕駛安全類業(yè)務(wù)的主要特征是低時延、高可靠。在時延需求上，輔助駕駛要求20~100ms，而自動駕駛要求時延可低至3ms。邊緣云是在現(xiàn)有移動網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)低時延業(yè)務(wù)的使能技術(shù)之一。移動多接入邊緣計算(Multi-access Edge Computing，MEC)是在靠近人、物或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，融合網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲、應(yīng)用核心能力的開放平臺，就近提供邊緣智能服務(wù)，滿足行業(yè)數(shù)字化在敏捷連接、實時業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應(yīng)用智能、安全與隱私保護等方面的關(guān)鍵需求。一般情況下針對車聯(lián)網(wǎng)場景，MEC系統(tǒng)有兩種構(gòu)建方式，一種是在基站側(cè)利用若干臺通用服務(wù)器構(gòu)建的邊緣云系統(tǒng)，完成流量本地卸載，及植入車聯(lián)網(wǎng)相關(guān)應(yīng)用。另一種是在基站內(nèi)部提供一定的計算能力。邊緣云提供本地化的云服務(wù)，并可連接公有云或者其他網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的私有云實現(xiàn)混合云服務(wù)。邊緣云計算通過將本地云平臺下沉在基站側(cè)，可為移動終端提供低時延業(yè)務(wù)。通過LTE蜂窩網(wǎng)絡(luò)和MEC車聯(lián)網(wǎng)平臺的本地計算，在緊急情況是下發(fā)警告等服務(wù)駕駛信息給車載OBU，相比現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)時延，車到車時延可降低至20ms以內(nèi)，大幅度減少車主反應(yīng)時間。此外，通過MEC車聯(lián)平臺還可實現(xiàn)路徑優(yōu)化分析，行車與停車引導(dǎo)，安全輔助信息推送和區(qū)域交通服務(wù)指引等。
基于MEC平臺實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用
網(wǎng)絡(luò)能力開放運營商作為傳統(tǒng)的通信服務(wù)提供者，正在努力嘗試在新的產(chǎn)業(yè)合作中進行角色轉(zhuǎn)換，以增加新的利潤營收點，網(wǎng)絡(luò)能力開放便是其中的重要方式之一。5G網(wǎng)絡(luò)能力開放將具有更加豐富的內(nèi)涵，除了4G網(wǎng)絡(luò)定義的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部信息、QOS控制、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控能力、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)服務(wù)能力等方面能力的對外開放外，網(wǎng)絡(luò)虛擬化、SDN技術(shù)、以及大數(shù)據(jù)分析能力的引入，也為5G網(wǎng)絡(luò)提供了更為豐富的可以開放的網(wǎng)絡(luò)能力，比如：網(wǎng)絡(luò)切片的編排管理能力等。網(wǎng)絡(luò)能力的開放應(yīng)結(jié)合具體業(yè)務(wù)場景，并綜合考慮第三方應(yīng)用平臺在系統(tǒng)架構(gòu)及業(yè)務(wù)邏輯方面的差異性，從而實現(xiàn)簡單友好的開放。此外，網(wǎng)絡(luò)能力開放必須具有足夠的靈活性，隨著網(wǎng)絡(luò)功能的進一步豐富，網(wǎng)絡(luò)能力可向第三方應(yīng)用實現(xiàn)持續(xù)開放，而不必對第三方平臺及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)自身進行復(fù)雜的改動。網(wǎng)絡(luò)能力開放主要包括：(1)網(wǎng)絡(luò)及用戶信息開放;(2)無線業(yè)務(wù)及網(wǎng)絡(luò)資源開放;(3)網(wǎng)絡(luò)計算資源開放。運營商在新的產(chǎn)業(yè)模式下，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能力開放勢在必行，包含業(yè)務(wù)域，平臺域和網(wǎng)絡(luò)域。
網(wǎng)絡(luò)能力開放的三域架構(gòu)愿景圖
網(wǎng)絡(luò)域包含了運營商的BSS/OSS、MANO、網(wǎng)絡(luò)切片和網(wǎng)元實體、MEC、大數(shù)據(jù)分析平臺等網(wǎng)絡(luò)要素實體。其中，BSS/OSS和MANO能力的結(jié)合實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)切片的統(tǒng)一編排管理，以及對平臺域的能力開放。網(wǎng)絡(luò)切片可支撐不同車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求，在不同應(yīng)用場景下實現(xiàn)不同的網(wǎng)絡(luò)配置。網(wǎng)元實體實現(xiàn)具體的網(wǎng)絡(luò)控制能力、監(jiān)控能力、網(wǎng)絡(luò)信息以及網(wǎng)絡(luò)基本服務(wù)能力的開放。大數(shù)據(jù)分析平臺實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)分析，并將分析結(jié)果上報給平臺域進行對外開放。其中，平臺域是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能力開放的大腦和核心，是連接網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部能力和外部業(yè)務(wù)需求的紐帶，也是真正實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)智能化的關(guān)鍵。車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，平臺域不僅具有網(wǎng)絡(luò)管理能力，向下實現(xiàn)連接管理、終端管理，向上實現(xiàn)業(yè)務(wù)管理。允許第三方應(yīng)用接入，實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)虛擬運營管理，因此需要具備第三方業(yè)務(wù)的簽約管理，對業(yè)務(wù)域的API開放和計費功能，以及對網(wǎng)絡(luò)域的能力編排和能力調(diào)度功能。業(yè)務(wù)域包含了車聯(lián)網(wǎng)所有可以和網(wǎng)絡(luò)有交互能力的個人和企業(yè)，可以是第三方業(yè)務(wù)提供商、虛擬運營商、終端用戶，或是運營商的自營業(yè)務(wù)等。業(yè)務(wù)域既可以向平臺域輸入網(wǎng)絡(luò)能力的需求信息，并接受平臺域提供的網(wǎng)絡(luò)能力，也可以向平臺域提供網(wǎng)絡(luò)域需求的能力信息，實現(xiàn)反向的能力開放。車聯(lián)網(wǎng)信息安全作為低時延、高可靠通信的重要應(yīng)用，車聯(lián)網(wǎng)的信息安全問題同樣受到重視。隨著車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用范圍不斷擴大，那么安全攻擊也就相應(yīng)增多。在車聯(lián)網(wǎng)“端—管—云”的基本網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，每一個環(huán)節(jié)都是信息安全的防護重點。車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈較長，涉及到終端設(shè)備、通信設(shè)備、以及云端管理和服務(wù)平臺，涉及的廠商有元器件供應(yīng)商、設(shè)備生產(chǎn)商、整車廠商、軟硬件技術(shù)提供商、通信服務(wù)商、信息服務(wù)提供商等，包括控制安全、數(shù)據(jù)安全、功能安全等各個方面。車聯(lián)網(wǎng)安全防護環(huán)節(jié)眾多、網(wǎng)絡(luò)安全問題復(fù)雜，其中容易受到攻擊的部分主要包括：端：信息娛樂系統(tǒng)、T-box、CAN網(wǎng)絡(luò)、鑰匙;手機、手表上的App;與CAN網(wǎng)絡(luò)連接的OBD設(shè)備等;管：包括從車機、T-box到后臺的通訊，App到后臺的通訊等;其中V2X是車聯(lián)網(wǎng)通信的關(guān)鍵技術(shù)，對于不可信節(jié)點的檢測、隔離以及處罰都缺乏相應(yīng)的機制;云：TSP后臺所在的云端服務(wù)器等;在解決車聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全策略上，針對不同的部分采取不同的安全防護措施。比如說車載智能終端，除了硬件采取加密措施，例如芯片防護、硬件加密外，開啟車聯(lián)網(wǎng)終端安全監(jiān)測分析，加強對終端應(yīng)用程序的應(yīng)用加密、安全啟動等。通信安全：加強訪問控制，實施分域管理，對網(wǎng)絡(luò)進行分域管理，將控制域與信息服務(wù)域進行隔離，對數(shù)據(jù)進行分域管理，降低攻擊風險;加強網(wǎng)絡(luò)切面的功能，網(wǎng)絡(luò)側(cè)進行異常流量檢測，提升車聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全防護能力;加強身份認證及秘鑰管理，進行基于證書的私有通信加密。云服務(wù)平臺：采用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行安全加固，部署防火墻、入侵檢測系統(tǒng)等安全設(shè)備;建立車聯(lián)網(wǎng)用戶憑證管理系統(tǒng)，對車輛、移動終端、應(yīng)用程序等進行身份驗證、加強密鑰管理;對不同業(yè)務(wù)進行物理隔離，依照業(yè)務(wù)的安全級別采用不同級別的安全防護措施;對數(shù)據(jù)進行加密處理，同時建立數(shù)據(jù)共享、集中管理的核心憑條，對威脅情報及不安全因素進行系統(tǒng)共享。
車聯(lián)網(wǎng)信息安全防護措施
高精度定位位置信息為實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的提供重要參考，位置信息越準確，車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)可靠性越高。因此，高精度定位研究是實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)之一。在室外場景下，常用的定位技術(shù)包括GPS、北斗、輔助GPS(Assisted GPS,A-GPS)以及基于無線通信蜂窩網(wǎng)絡(luò)的定位，如小區(qū)ID技術(shù)(Cell-ID)，增強型小區(qū)ID技術(shù)(Enhance Cell ID,ECID)。其中北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)是我國擁有獨立知識產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，目標是形成完善的國家衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)支撐、推廣和保障體系，推動衛(wèi)星導(dǎo)航在國民經(jīng)濟社會各行業(yè)的廣泛應(yīng)用。而定位技術(shù)在室內(nèi)場景下的更為復(fù)雜，為滿足室內(nèi)定位性能要求，近年來國內(nèi)外學者及科研機構(gòu)研究利用WLAN、射頻識(Radio Frequency Identification,RFID)、超寬帶(Ultra Wide Band,UWB)、藍牙等無線網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)室內(nèi)移動終端的定位技術(shù)，其定位精度可達米級，而采用UWB技術(shù)甚至可達厘米級精度。
無線定位系統(tǒng)示意圖
無線定位系統(tǒng)主要由兩部分組成，包括信息提取和位置計算。各部分功能如下：信息提?。嚎捎糜诙ㄎ坏膶ο蟀o線信號(例如GPS、北斗、WiFi、蜂窩網(wǎng)等)、傳感器(例如加速器、陀螺儀等)以及地圖信息等，而不同的對象提取出的定位信息參數(shù)也各不相同。對于無線信號，收發(fā)機之間距離信息需要通過估計兩者無線信道鏈路的參數(shù)信息來獲取，該參數(shù)包括接收信號強度(Received Signal Strength,RSS)、到達時間(Time of Arrival,TOA)、到達時間差(Time Difference of Arrival,TDOA)、到達角(Angle of Arrival,AOA)等。實際接收的無線信號受非視距傳輸及多徑效應(yīng)、陰影效應(yīng)的影響，因而即使精確估計信道參數(shù)信息，也難以獲取準確的收發(fā)機之間的直線距離。傳感器獲得的是定位目標的運動方向、步長等信息。地圖信息通常通過繪制高精地圖，獲得向量化參數(shù)，用來對定位目標進行約束或優(yōu)化。上述參數(shù)是進行下一步位置估計的前提。位置計算：定位算法是整個定位系統(tǒng)性能的關(guān)鍵性影響因素，一方面要求定位算法有較好的精準度;另一方面又要求定位系統(tǒng)有較低的復(fù)雜度和時延。精準度與復(fù)雜度之間的平衡，是定位系統(tǒng)開發(fā)考慮的重要因素。根據(jù)提取參數(shù)的不同，采用的定位算法也各不相同。例如根據(jù)無線信號提取的參數(shù)，可以采用非線性方程組算法、最優(yōu)化算法或圖樣匹配算法，而采用傳感器信息和地圖信息則可采用位置跟蹤算法，包括粒子濾波、路徑約束等。另外，在高精度定位系統(tǒng)中，通常采用多源信息融合的混合定位算法。語音識別技術(shù)無論多好的觸摸體驗，對駕車者來說，行車過程中觸摸操作終端系統(tǒng)都是不安全的，因此語音識別技術(shù)顯得尤為重要，它將是車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的助推器。成熟的語音技術(shù)能夠讓司機通過嘴巴來對車聯(lián)網(wǎng)發(fā)號施令索取服務(wù)，能夠用耳朵來接收車聯(lián)網(wǎng)提供的服務(wù)，這是最適合車這個快速移動空間的應(yīng)用體驗的。成熟的語音識別技術(shù)依賴于強大的語料庫及運算能力，因此車載語音技術(shù)的發(fā)展本身就得依賴于網(wǎng)絡(luò)，因為車載終端的存儲能力和運算能力都無法解決好非固定命令的語音識別技術(shù)，而必須要采用基于服務(wù)端技術(shù)的“云識別”技術(shù)。當然，技術(shù)是不斷發(fā)展變化的，在車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中，肯定會碰到現(xiàn)在還沒有想到的問題，也會有新的技術(shù)與解決方案出現(xiàn)，未來車聯(lián)網(wǎng)將會如何，我們拭目以待。
轉(zhuǎn)自智能汽車電子與軟件
