车联网的研究与应用论文

车联网的研究与应用信息工程学院6/14/20151车联网的研究与应用摘要：车联网是物联网技术在智能交通系统中的应用，已经引起了国内外相关研究机构的高度重视。通过介绍车联网的基本概念，结合车联网的具体应用场景和实际特点，对车联网的研究目标、发展历程、体系结构进行了分析探讨。进而研究分析了车联网发展过程中存在的一些技术难题，主要有RFID、传感技术、无线传输技术、云计算以及定位技术，并对车联网能够提供的应用服务和发展中的问题进行了归纳总结。车联网技术涉及众多学科领域，有待于展开更深一步的研究探讨。关键词：车联网；体系结构;RFID;应用服务0引言计算机、互联网与移动通信，这是世界信息产业的前两次浪潮，物联网(Internetofthings)被认为是第三次，目前世界上有多个国家斥巨资进行物联网相关技术的研究。我们国家也积极地展开了物联网方面的研究。2010年，全国两会上明确指出要利用物联网技术推动经济增长方式的转变。物联网已经成为国家重点发展的战略性新兴产业之一。目前。物联网已经在仓储物流。智能楼宇、路灯管理等领域得到了应用。大范围的在多领域当中部署物联网依然存有不少的困难，这其中不仅仅是技术方面的原因，还涉及一些安全、投资方面的难题。然而，将物联网应用于智能交通领域却有着非常广阔的前景，也具有较高的技术和经济可行性。车联网（Internetofvehicles）也成了全球顶尖信息技术专家们竞相关注的焦点话题。车联网是物联网技术应用于智能交通领域的集中体现。也是物联网技术大有可为的一个重点领域。车联网有望彻底解决目前存在的一些交通难题。如交通事故、交通拥塞等。车联网是一种全新的应用技术。本文将从介绍车联网的基本概念开始。对车联网的体系结构、研究目标、发展历程、关键技术以、重点应用、发展中的问题、主要功能以及未来技术的影响方面展开讨论。1车联网的相关简介1.1车联网的基本概念车联网(Internetofvehicles，IoV)概念的提出，使智能交通系统(intelligenttransportsystem，ITS)的轮廓逐渐变得清晰，已成为物联网(Internetofthings，IoT)领域一个重要分支。车联网即车辆物联网，是以行驶中的车辆为信息感知对象，使人与车、车与车、车与车联网的研究与应用信息工程学院6/14/20152道路基础设施之间实现高效的信息交换与共享，从而对人、车、路和交通设施进行智能管控，进而改善道路交通状况、提高出行效率、延伸信息化应用范围的综合信息服务与智能决策系统。1.2车联网的研究目标由于物联网技术的不断发展，以及其在智能交通领域的不断渗透，使得车联网技术越来越成熟了。车联网最初是为了解决拥堵的交通问题和安全有效的行车服务，以及在道路救援等方面的突出优势。车联网的发展也是要分布逐渐实现的，首先要在高速公路领域作为风向标首先使用车联网，然后再推广到全国道路交通网络，彻底并有效地解决各种交通问题。车联网的研究目标是设计更加合理的车联网体系结构，综合考虑可用性、通信稳定性、信息安全性、设备简洁性等各个方面，为用户提供稳定、可靠、安全的车联网服务。1.3车联网的发展历程车联网发展将经历3个阶段：第1阶段是孤立GPS导航，目前大规模的应用基本上还处于这个阶段；第2阶段是移动互联加上GPS阶段，利用车与3G等无线通信系统与智能交通平台之间的通信，实现导航、救援、信息服务等．这是车联网现阶段的主要任务；第3阶段是车车、车路、车人协同实现安全预警、交通优化等，实现全网全路的组网和信息交互。达到“人一车一路一环境”的和谐统一。1.4车联网的体系结构如今，并没有对车联网的体系结构给出统一的定义，我根据文献资料找到了一种依据物联网的网络体系结构和车联网需要提供的网络服务的内容，建议的车联网体系结构。可以分为感知层、网络层和应用层。车联网的研究与应用信息工程学院6/14/20153图1车联网的体系结构1.4.1感知层车联网感知层可以分为两个子层。下子层的主要功能是对网络当中的结点进行识别，感知并采集车辆位置、行驶速度、道路交通状况、天气情况等相关数据：上子层的主要功能是在自组织网络范围内（有源CPS结点之间）传输数据。感知层需要的物理设备主要有RFID标签和读写器、各种传感器f感知温度、速度、车辆状况等信息)、GPS、摄像头等。感知层传输数据时可以采用RFID技术实现。1.4.2网络层车联网网络层的主要功能是实现Internet接入．完成数据的分析处理和远距离大范围传输；同时，网络层也可以实现对车联网络内结点的远程监控和管理功能。网络层主要使用的设备是互联网CPS结点，其功能相当于传统网络当中的路由器；当然，互联网CPS结点所具备的控制功能是传统路由器不具备的。将车联网接入到Intemet当中．需要进行协议转换。因为在车联网的底层所使用的网络协议是与TCP／IP协议不同的。1.4.3应用层车联网应用层可以进一步划分为两个子层．下子层是应用程序层，主要功能是进行数据处理。车联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联网的各种服务是较好的选择：上子层是人机交互界面．定义与用户交互的方式和内容。应用层使用的设备主要是一些提供网络服务的服务器和用户使用的车载计算机等。2车联网技术需求车联网成为继互联网、物联网之后，未来智慧城市的又一个标志，是汽车未来的发展方向，它在保障车辆安全行驶、规避道路阻塞等方面的广泛需求，促进其进一步发展。车联网的发展和构建一个完善实用的车联网系统，需要很多技术支持，下面依次介绍一些关键技术。2.1RFID射频识别技术车联网中主要使用RFID技术，并且结合了传统的网络技术、数据库技术、中间件技术等，构建一个由大量联网的RFID终端组成的物联网，它比传统的互联网更为庞大。因此RFID技术是实现车联网的基础技术，是必不可少的。我国虽然初步掌握了RFID的相关技术，但仍然缺乏关键核心技术，特别是在超高频RFID方面。2.2传感技术在车联网中广泛使用了传感技术，比如采集车辆、道路等交通基础设施的运行参数等都车联网的研究与应用信息工程学院6/14/20154是利用的传感技术。传感技术是信息获取的最重要、最基本的技术，是实现车联网数据采集的关键技术。2.3无线传输技术目前我国的无线传输技术已经从2G迈向了3G，有了更快的传输速度，在车联网中，无线传输技术主要负责将传感器采集得到的数据传送到服务器或其它终端，以及接收控制指令完成物体远程控制等。只有通过无线传输技术，才能更加充分地实现信息的交换和共享。2.4云计算技术车联网是一个十分庞大的网络，其中的数据量自然也是非常庞大的。而云计算技术在处理、分析和计算海量数据方面是很有优势的。因此，车联网系统通常也会通过网络以按需、易扩展的方式获得云计算所提供的服务。2.5定位技术为了实时监控等功能的实现，需要对车辆进行定位，现阶段主要通过GSP技术、无线定位技术等提高车联网中物体的位置精度。定位精度提高后，可以更加准确的获取车辆行驶位置，提高实时路况精准度、交通事件定位精确度等，从而使车联网系统更加实时和精确的服务。3车联网的应用车联网是一种全新的概念与应用，具有广阔的应用前景和商业价值。车联网所能提供的主要应用归纳如表1所示。表1车联网的应用车联网的研究与应用信息工程学院6/14/201554车联网中的发展问题4.1没有明确的商业发展模式车联网的实施需要涉及到非常多的行业，其中包括汽车制造业、信息产业、IT业以及政府部门的统一协调管理等，而且要求各方要同步运行，它的成本是及其庞大的。但是目前电信运营商和汽车制造商等是围绕车载智能化平台进行集成，以一种简化版的模式推进车联网运营模式，由于客户需求量小，行业推动力不足，产业链不完善，而且又缺乏盈利模式、技术参数不齐等，极大影响了车联网产业的发展。4.2缺乏核心技术虽然我国在移动互联网络、射频识别等技术领域有所发展，但并没有主导权，绝大多数用于信息采集的高端传感器芯片的核心技术，我国都还没有掌握，这些都受制于美国和其他一些欧洲国家。4.3轻量级的RFID认证协议车联网系统中，基站与车载单元之间的通信是基于RFID系统的，车载单元中都内置了标签，存储与车辆有关的信息，而基站中则内置了RFID阅读器。RFID（RadioFrequencyIdentification）是一种无线射频识别技术，它属于非接触式的自动识别技术，它利用射频信号通过电磁发射或者电磁耦合实现无接触信息传递，进而实现多目标识别。在硬件组成上它主要包含阅读器和电子标签两部分，阅读器连接在一个后端服务器和大型数据库上。通常的电子标签可以分为有源标签和无源标签，其中，有源标签中有一个电源，它可以通过自身发射信号与阅读器进行交互，电源的存在可以使得发射范围到达几米到几十米，而无源标签不含有电源，因此信号的发射范围只有几英寸。车联网系统的标签属于有源标签的一种，签内嵌在车载单元，可以通过车辆提供电源。射频识别系统通常由电子标签、阅读器和后台服务器（通常会包含数据库处理系统）三部分组成，其基本构成如图2所示。RFID安全具有特殊性，主要表现在RFID芯片是低成本芯片，它的存储和计算能力都是非常有限的,传统且相对完善的对称或者非对称加密算法不能直接用在这里，必须设计适合RFID系统的轻量级的认证和加密算法。目前国内外关于低成本标签的安全技术的研究主要集中在两个方面：物理方法和密码方法。车联网的研究与应用信息工程学院6/14/20156图2RFID系统构成5车联网系统的主要功能5.1信息采集功能车联网系统的信息采集功能主要分为三个方面：（1）基站通过和车辆建立无线链路，采集车辆相关信息，其中包括：车辆只读数据采集，如车牌、颜色、车型、自重、载重/座位数、轴数等；车辆的自检信息，如行车速度、加速度等；车辆触发的异常情况或者潜在危险：车辆异常自动通知和告警信息、前方障碍物信息、汽车碰撞告警信息等。（2）基站通过外接或内置传感器检测路况信息，包括：车检传感器收集到的流量、车速、车头距、占有率等信息；气象传感器收集到的天气状况、能见度等信息。（3）基站衍生信息采集，包括：分行驶方向、分车道、分机动车分类、分机动车分型、流量、地点车速、车头时距、跟车百分比、车头间距、时间占有率等。5.2行车服务在高速公路行驶的车辆，可以通过和基站的交换获得众多的服务，为安全快捷行车提供依据，这些服务包括：（1）其他车辆异常情况或者潜在危险告警服务，包括：接收并展示或播报其他车辆或基站发出的汽车碰撞告警信息、障碍物信息；接收并展示或播报其他车辆或基站发出的车辆异常自动通知和告警信息；接收并展示或播报其他联网汽车的运行状况（位置、距离、相对速度、加速度等）。（2）基站信息服务，包括：基本信息服务如位置信息、方向信息、服务区信息、加油站信息以及呼叫中心联系方式等行车基本服务信息；告警信息服务如车辆超速告警、车距警告、事故、养护施工等等需要引起驾驶员注意的信息；诱导信息服务比如左道封闭／前方障碍物等信息；气象信息服务：比如前方大雾、减速慢行等信息。（3）车辆主动请求的其他服务，包括：车辆向基站发送导航定位请求；车辆向基站发送救援及咨询请求等信息查询；建立与服务平台或客服的语音服务通道等。5.3与高速已有系统集成当今的高速公路经过多年的信息化发展，已经存在很多的系统，如何将车联网系统和现有的系统进行集成是必须要考虑的重点问题。（1）ETC收费兼容：现行高速公路已经实现了部分车道不停车收费，在高速公路车联车联网的研究与应用信息工程学院6/14/20157网系统中使用和ETC相同的通信协议；因此可以将基站作为ETC车道使用，实现重复利用投资。（2）多路径识别集成：现行高速公路收费结算中，涉及到多环路精确路径识别的难题；在实施高速公路车联网后，通过高速公路沿路的基站能精确记录车辆的行驶路径，有效的解决该难题。（3）情报板自动控制集成：高速公路车联网提供了多个外接模块，能将紧急的信息直接发生到邻近的高速公路情报板上，强化高速公路信息发布能力。（4）监控设备联动集成：在事故发生时，