车联网+时代,车联网需要哪些关键技术?趋势将会如何?

交通工具作為日常生活的必需品之一,人們對它一直保持著很高的關注度與依賴度,而人們每天在交通工具上度過的時間,也是以小時計算,尤其是在大城市中,這點尤為明顯,相信身處大都會一線城市的人深有體會。
正所謂「時間就是金錢」,有數以億計的人,每天能花這麼多時間在交通工具上,就意味著這裡面蘊含著龐大的市場機會。這也是車聯網之所以成為市場上的「商機大餅」根本原因。
隨著技術的發展,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,希望能夠在汽車裡的時間,可以做更多的事情,有更豐富的內容,這就需要車聯網技術,來對「汽車生活」進行支撐。
汽車應用領域已經出現了一系列新技術,包括電力系統的改進、非常複雜的遠端資訊處理,還有自動駕駛。今天的汽車,有更多的電子產品。然而,隨著諸如高級駕駛輔助系統(ADAS)等功能成為標準配置,而不是昂貴的選項,更多的先進功能模組,將會進入尋常百姓家的汽車當中。
 

车联网+时代,车联网需要哪些关键技术?趋势将会如何?

  
 
下面我們一起來探討一下,目前車聯網技術都需要哪些關鍵的技術。
 
車用傳感器技術在眾多車聯網技術當中,傳感器技術是一項很基礎的支撐技術,在目前階段,傳感器以及涉及汽車的方方面面,比如說車速的監控、溫濕度、剎車、燃料監控等等,而未來,隨著智慧化的程度越來越高,汽車裡面所使用的傳感器數量與種類,也將會增加的更多。

在車聯網中,主要涉及到的傳感器有:
 
汽車運行監測傳感器在目前的汽車中,已經有功能豐富多樣的傳感器,來監測汽車的整體運行狀態,包括空調系統傳感器、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、乘員區別傳感器等,其中碰撞傳感器又分為前碰撞傳感器和側碰撞傳感器。主要作用是在汽車發生碰撞時,判斷碰撞的烈度和方位,然後確定安全氣囊是否起爆。
 
超音波傳感器,模擬蝙蝠的導航模式,利用超音波從發射到接收的時間差,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,可以透過超音波傳感器,辨識障礙物到汽車的距離。
 
圖像傳感器,模擬人類的視野,利用幾個攝影機合成汽車周圍的環境圖像,立體攝影機還能生成3D圖像。在車聯網應用中,圖像傳感器除了能辨識距離外,還能辨識顏色和字體,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,增加安全性。
 
雷達傳感器,雷達傳感器的基本原理,也是透過電磁波遇到障礙後的反射信號,能夠即時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,能即時追蹤其他車輛的速度,並透過增加自動化駕駛的冗餘度來提升安全性。
 
 

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LIDAR傳感器LIDAR(光探測及測距)傳感器,能發射不可見的雷射光速,對周圍環境進行掃描,可探測障礙物、測量距離,並生成3D圖像,LIDAR傳感器結合攝影機的數據,能精確辨識障礙物,判斷前方是人,還是其他的動物等等。
 
C-V2X通信2015年2月,3GPPSA1正式啓動了LTE-V2X業務需求研究項目,拉開了LTE-V2X技術在3GPP各小組的標準化序幕,並於2017年3月完成V2X第一階段標準的制訂。

按C-V2X按業務模式可以分為以下4類,包括:
V2N(vehicle-to-network)通信,包括動態地圖下載,自動駕駛相關線路規劃、遠程控制等;
 
V2V(vehicle-to-vehicle)通信,包括核心防碰撞,避擁塞等安全類應用,V2V安全類應用不受限於網絡覆蓋;
 
V2P(vehicle-to-pedestrian)通信,車與人之間通信,主要用於行人安全;
 
V2I(vehicle-to-infrastructure)通信,用於車與道路設施之間通信,提供或接受本地道路交通信息。
 
 

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LTE-V2X的分類
同時C-V2X根據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,採用車聯網專用頻段,實現車車、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則通過蜂窩網絡U u接口轉發,採用蜂窩網頻段(如1.8GHz)。具體的PC5口和U u口對比如表所示。
 
 

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邊緣雲車聯網業務中,有關駕駛安全類業務的主要特徵,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。邊緣雲是在現有行動網路中,實現低時延業務的使能技術之一。
 
行動多接入邊緣計算(Multi-access Edge Computing,MEC)是在靠近人、物或數據源頭的網路邊緣側,融合網路、計算、儲存、應用核心能力的開放平台,就近提供邊緣智慧服務,滿足行業數位化在敏捷連接、即時業務、數據優化、應用智慧、安全與隱私保護等方面的關鍵需求。

一般情況下針對車聯網場景,MEC系統有兩種構建方式,一種是在基地台側,利用若干台通用伺服器,建構的邊緣雲系統,完成流量本地卸載,及植入車聯網相關應用。

另一種是在基地台內部,提供一定的計算能力。邊緣雲提供本地化的雲服務,並可連接公有雲,或者其他網路內部的私有雲,實現混合雲服務。
 
邊緣雲計算透過將本地雲平台,下沈在基地台側,可為行動終端提供低時延業務。透過LTE蜂窩網路和MEC車聯網平台的本地計算,在緊急情況是下發警告等服務駕駛資訊給車載OBU,相比現有網路時延,車到車時延可降低至20ms以內,大幅度減少車主反應時間。

此外,透過MEC車聯平台,還可實現路徑優化分析,行車與停車引導,安全輔助資訊推送和區域交通服務指引等。
 
 

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網路能力開放電信商,作為傳統的通信服務提供者,正在努力嘗試在新的產業合作中,進行角色轉換,以增加新的利潤營收點,網路能力開放便是其中的重要方式之一。

5G網路能力開放,將具有更加豐富的內涵,除了4G網路定義的網路內部資訊、QOS控制、網路監控能力、網路基礎服務能力等方面,能力的對外開放外,網路虛擬化、SDN技術、以及大數據分析能力的引入,也為5G網路提供了更為豐富的,可以開放的網路能力,比如:網路切片的編排管理能力等。
 
網路能力的開放,應結合具體業務場景,並綜合考慮第三方應用平台,在系統架構及業務邏輯方面的差異性,從而實現簡單友好的開放。

此外,網路能力開放必須具有足夠的靈活性,隨著網路功能的進一步豐富,網路能力可向第三方應用實現持續開放,而不必對第三方平台及網路系統自身進行複雜的改動。
 
網路能力開放主要包括:(1)網路及用戶資訊開放(2)無線業務及網路資源開放(3)網路計算資源開放。
 
 
運營商在新的產業模式下,實現網絡能力開放勢在必行,包含業務域,平台域和網絡域。
 
 

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網路能力開放的三域架構願景圖
網路域包含了電信商的BSS/OSS、MANO、網路切片和網元實體、MEC、大數據分析平台等網路要素實體。
 
其中,BSS/OSS和MANO能力的結合,實現對網路切片的統一編排管理,以及對平台域的能力開放。
 
網路切片可支撐不同車聯網業務需求,在不同應用場景下,實現不同的網路配置。
 
網元實體實現具體的網路控制能力、監控能力、網路資訊,以及網路基本服務能力的開放。
 
大數據分析平台,實現對網路基礎數據的大數據分析,並將分析結果上報給平台域,進行對外開放。
 
其中,平台域是實現網路能力開放的大腦和核心,是連接網路內部能力和外部業務需求的紐帶,也是真正實現網路智慧化的關鍵。車聯網系統中,平台域不僅具有網路管理能力,向下實現連接管理、終端管理,向上實現業務管理。

允許第三方應用接入,實現車聯網業務虛擬營運管理,因此需要具備第三方業務的簽約管理,對業務域的API開放和計費功能,以及對網路域的能力編排,和能力調度功能。
 
業務域包含了車聯網所有可以,和網路有交互能力的個人和企業,可以是第三方業務提供商、虛擬營運商、終端用戶,或是營運商的自營業務等。

業務域既可以向平台域輸入網路能力的需求資訊,並接受平台域提供的網路能力,也可以向平台域提供,網路域需求的能力資訊,實現反向的能力開放。
 
車聯網資訊息安全作為低時延、高可靠通信的重要應用,車聯網的資訊安全問題同樣受到重視。隨著車聯網應用範圍不斷擴大,那麼安全攻擊也就相應增多。在車聯網「端—管—雲」的基本網路架構下,每一個環節都是資訊安全的防護重點。

車聯網產業鏈較長,涉及到終端設備、通信設備、以及雲端管理和服務平台,涉及的廠商有零組件供應商、設備生產商、整車廠商、軟硬體技術提供商、通信服務商、資訊服務提供商等,包括控制安全、數據安全、功能安全等各個方面。
 
 

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車聯網安全防護環節眾多、網路安全問題複雜,其中容易受到攻擊的部分主要包括:
 
端:資訊娛樂系統、T-box、CAN網路、鑰匙手機、手錶上的App與CAN網連接的OBD設備等
 
管:包括從車機、T-box到後台的通訊,App到後台的通訊等其中V2X是車聯網通信的關鍵技術,對於不可信節點的檢測、隔離,以及處罰都缺乏相應的機制
 
雲:TSP後台所在的雲端伺服器等
 
在解決車聯網網路安全策略上,針對不同的部分採取不同的安全防護措施。
 
比如說車載智慧終端,除了硬件採取加密措施,例如晶片防護、硬體加密外,開啓車聯網終端安全監測分析,加強對終端應用程序的應用加密、安全啓動等。
 
通信安全:加強訪問控制,實施分域管理,對網進行分域管理,將控制域與資訊服務域進行隔離,對數據進行分域管理,降低攻擊風險加強網切面的功能,網側進行異常流量檢測,提升車聯網網安全防護能力加強身份認證及秘鑰管理,進行基於證書的私有通信加密。
 
雲服務平台:採用現有網技術進行安全加固,部署防火牆、入侵檢測系統等安全設備建立車聯網用戶憑證管理系統,對車輛、行動終端、應用程序等,進行身份驗證、加強密鑰管理對不同業務進行物理隔離,依照業務的安全級別,採用不同級別的安全防護措施對數據進行加密處理,同時建立數據共享、集中管理的核心憑條,對威脅情報及不安全因素進行系統共享。
 
 

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車聯網資訊安全防護措施
高精度定位位置資訊,為實現車聯網業務的提供重要參考,位置資訊越準確,車聯網業務可靠性越高。因此,高精度定位研究,是實現車聯網業務的關鍵技術之一。
 
在室外場景下,常用的定位技術包括GPS、輔助GPS(Assisted GPS,A-GPS),以及基於無線通信蜂窩網路的定位,如小區ID技術(Cell-ID),增強型小區ID技術(Enhance Cell IDECID)。
 
而定位技術,在室內場景下的更為複雜,為滿足室內定位性能要求,近年來全球學者及科研機構,研究利用WLAN、射頻辨識(RFID)、超寬頻(Ultra Wide BandUWB)、藍牙等無線網路,來實現室內行動終端的定位技術,其定位精度可達米級,而採用UWB技術甚至可達釐米級精度。
 
 

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  無線定位系統示意圖
  
無線定位系統主要由兩部分組成,包括資訊提取和位置計算。各部分功能如下:
 
信息提取:可用於定位的對象包括無線信號(例如GPS、WiFi、蜂窩網等)、傳感器(例如加速器、陀螺儀等)以及地圖資訊等,而不同的對象提取出的定位資訊參數,也各不相同。
 
對於無線信號,收發機之間距離資訊,需要透過估計兩者無線信道鏈路的參數資訊來獲取,該參數包括接收信號強度(Received Signal StrengthRSS)、到達時間(Time of ArrivalTOA)、到達時間差(Time Difference of ArrivalTDOA)、到達角(Angle of ArrivalAOA)等。
 
實際接收的無線信號受,非視距傳輸及多徑效應、陰影效應的影響,因而即使精確估計信道參數資訊,也難以獲取準確的收發機之間的直線距離。

傳感器獲得的是定位目標的運動方向、步長等資訊。地圖資訊通常透過繪制高精地圖,獲得向量化參數,用來對定位目標進行約束或優化。上述參數,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,性能的關鍵性影響因素,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,有較低的複雜度和時延。
 
精準度與複雜度之間的平衡,是定位系統開發考慮的重要因素。根據提取參數的不同,採用的定位算法也各不相同。例如根據無線信號提取的參數,可以採用非線性方程組算法、最優化算法或圖樣匹配算法,而採用傳感器資訊和地圖資訊,則可採用位置跟蹤算法,包括粒子濾波、路徑約束等。
 
另外,在高精度定位系統中,通常採用多源資訊融合的,混合定位算法。
 
語音辨識技術,無論多好的觸控體驗,對駕車者來說,行車過程中,觸控操作終端系統都是不安全的,因此語音辨識技術顯得尤為重要,它將是車聯網發展的助推器。
 
成熟的語音技術,能夠讓司機透過嘴巴,來對車聯網發號施令索取服務,能夠用耳朵來接收車聯網提供的服務,這是最適合車這個快速移動空間的應用體驗的。
 
成熟的語音辨識技術,依賴於強大的語料庫及運算能力,因此車載語音技術的發展,本身就得依賴於網路,因為車載終端的儲存能力和運算能力,都無法解決好非固定命令的語音辨識技術,而必須要採用基於服務端技術的「雲辨識」技術。
 
當然,技術是不斷發展變化的,在車聯網的發展中,肯定會碰到現在還沒有想到的問題,也會有新的技術與解決方案出現,未來車聯網將會如何,我們拭目以待。
 
 

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車聯網的發展趨勢:
1、傳感器技術及傳感資訊整合
「車聯網是車、路、人之間的網路」,車聯網中的傳感技術應用,主要是車的傳感器網路,和道路的傳感器網路。車的傳感器網路,又可分為車內傳感器網路,和車外傳感器網路。

車內傳感器網路,是向人提供關於車的狀況資訊的網路,比如遠端診斷就需要這些狀況資訊,以供分析判斷車的狀況車外傳感器網路,就是用來感應車外環境狀況的傳感器網路,比如防碰撞的傳感器資訊、感應外部環境的攝影機,這些資訊可以用來增強安全,和作為輔助駕駛的資訊。

道路的傳感器網路,是指那些鋪設在路上和路邊的傳感器,所構成的網路,這些傳感器用於感知,和傳遞道路的狀況資訊,如車流量、車速、路口擁堵情況等,這些資訊都能讓車載系統,獲得關於道路及交通環境的資訊。

無論是車內、車外,還是道路的傳感器網路,都起到了車內狀況和環境感知的作用,其為「車聯網」獲得了獨特(有別於現在互聯網)的」內容」,整合這些「內容」,即整合傳感網路資訊,將是「車聯網」重要的技術發展內容,也是極具特色的技術發展內容。
 
 

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2、開放的、智慧的車載終端系統平台
就像互聯網中的電腦、行動網中的手機,車載終端是車主獲取車聯網最終價值的媒介,可以說是網路中最為重要的節點。當前,很多車載導航娛樂終端,並不適合「車聯網」的發展,其核心原因,是採用了非開放的、非智慧的終端系統平台。

基於不開放、不夠智慧的終端系統平台,是很難被打造成網路生態系統的。這方面可以參看智慧手機領域,來感受到這一點的重要:大量的開發者,基於蘋果公司的IOS和Google的Android終端操作系統,都構建了幾十萬款應用,這些應用為這兩個手機網路生態系統,創造了核心價值。

而這一切都是因為開發者,可以基於這樣的系統開發應用,特別是Google的Android系統,源代碼完全開放,可以被裁減和優化。因此,從目前來看Google的Android,也將會成為車聯網終端系統的主流操作系統,它天然為網路應用而生,並專為觸控操作設計,體驗良好、可客製化訂製,應用豐富且應用數量快速成長,已經形成了成熟的網路生態系統。

反觀當前車載終端,用得最多的WinCE,可以說是一個封閉的系統,很難有進一步發展的空間,因為應用少得可憐,任何修改都由於微軟的封閉策略,而無能為力,辛辛苦苦開發了上網功能,卻無特色的應用及服務可用。

在前裝市場上榮威350及其INKANET,在後裝市場,路暢科技的Android平台產品,已經證明瞭Android的價值,Android將是車載娛樂導航終端平台,操作系統的必然選擇。
 
 

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3、語音辨識技術
無論多好的觸控體驗,對駕車者來說,行車過程中觸控操作終端系統,都是不安全的,因此語音辨識技術,顯得尤為重要,它將是車聯網發展的助推器。
 
成熟的語音技術,能夠讓司機透過嘴巴,來對車聯網發號施令索取服務,能夠用耳朵來接收車聯網提供的服務,這是最適合車這個快速移動空間的應用體驗的。
 
成熟的語音辨識技術,依賴於強大的語料庫及運算能力,因此車載語音技術的發展,本身就得依賴於網路,因為車載終端的儲存能力和運算能力,都無法解決非固定命令的語音辨識技術,而必須要採用基於服務端技術的「雲辨識」技術
 
 

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4、服務端計算與服務整合技術
除上述語音辨識要用到雲計算技術外,很多應用和服務的提供都要採用服務端計算、雲計算的技術。類似互聯網及行動互聯網,終端能力有限,透過服務端計算,才能整合更多資訊和資源,向終端提供即時的服務,服務端計算,開始進入了雲計算時代。
 
雲計算將在車聯網中,用於分析計算路況、大規模車輛路徑規劃、智慧交通調度計、基於龐大案例的車輛診斷計算等。

車聯網和互聯網、行動網一樣,都得採用服務整合,來實現服務創新、提供增值服務。透過服務整合,可以使車載終端,獲得更合適更有價值的服務,如呼叫中心服務與車險業務整合、遠端診斷與現場服務預約整合、位置服務與商家服務整合等等
 
 

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5、通信及其應用技術
車聯網主要依賴兩方面的通信技術:短距離無線通信和遠距離的行動通信技術,前者主要是RFID傳感設備,及類似WiFi等2.4G通信技術;後者主要是GPRS、3G、LTE、4G等行動通信技術。

這兩類通信技術不是車聯網的獨有技術,因此技術發展重點,主要是這些通信技術的應用,包括高速公路及停車廠自動繳費、無線設備互聯等,短距離無線通信應用,及VOIP應用(車友在線、車隊領航等)、監控調度數據包傳輸、影像監控等行動通信技術應用。
 
 

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6、互聯網技術
車聯網的本質,就是物聯網與行動網的融合。車聯網是透過整合車、路、人各種資訊與服務,最終都是為人(車內的人及關注車內的人)提供服務的,因此,能夠獲取車聯網提供的資訊和服務的,不僅僅是車載終端,而是所有能夠訪問互聯網及行動網的終端,因此電腦、手機也是車聯網的終端。
 
現有互聯網及行動網的技術及應用基本上,都能夠在車聯網中使用,包括媒體娛樂、電子商務、Web2.0應用、資訊服務等。當然,車聯網與現有通用互聯網、行動網相比,其有兩個關鍵特性:一是與車和路相關,二是把位置資訊作為關鍵元素。因此需要圍繞這兩個關鍵特性,發展車聯網的特色與互聯網應用,將給車聯網帶來更加廣泛的用戶,及服務提供者。
 

车联网+时代,车联网需要哪些关键技术?趋势将会如何?

  
 
上述技術和應用,應是車聯網近期,需要重點發展的技術和應用,而這些技術和應用細分下去,是非常龐大的技術體系,因此需要許多廠商一起合作,來共同打造這個網路生態系統。
 
但是,並非要先建成了完整的技術體系,才能夠開發車聯網的應用與服務。和現在互聯網一樣,對用戶有價值、能夠讓用戶有良好體驗的細分應用,都將會獲得成功。
 
近兩年來,無論是前裝市場上,通用引入OnStar,豐台引入G-BOOK到中國,還是路暢科技率先推向後裝市場的車聯網服務iBook,都證明瞭車聯網已經在路上。

就像PC走進互聯網,手機走進行動網一樣、汽車必將走進車聯網,且會走得很快、很遠。

 

 

Reference: https://3smarket-info.blogspot.com/2018/09/blog-post_790.html

 

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