车联网系统关键技术剖析

引言

2009年，中国成为世界最大的汽车销售市场和汽车生产 国，交通拥阻情况日渐加剧，交通事故达每年几十万起，死亡 人数连年增加，汽车保有量的增加也加速了环境污染及燃料 浪费。在此背景下，车联网技术得到我国政府的大力支持，并 被确立为“十二五”规划的重点应用领域之一，目前已有超过 300多家科研机构和公司企业参与该技术的研究及开发，部分 成果已得到初步推广。本文主要剖析了车联网系统中需要大力 研发和推广的技术，如：RFID、传感器、无线传输、信息安 全、标准化、数据融合、异构网络融合、大数据处理、云计算、 移动计算等关键技术。

车联网(Connected Vehicles)是由车辆行驶速度、行驶 路线及所处位置等构成的信息交互网络，是一种向安全、节 能、环保、信息通信等方向发展的车一网联合技术。通过 RFID、GPS、高清摄像头、传感器及图像处理等电子设备, 实现对车辆、交通环境、道路等信息的采集；按照一定的通 信协议和标准，在车一人一路一环境一网一基础设施之间进行 无线通信或信息交换；云计算中心采用计算机技术处理车辆 数据信息，从而及时汇报路况，计算出不同车辆的最佳路线 并安排信号灯周期，实现对车、人、路进行智能调度、监控 和管理。车联网是人类社会进入信息时代和汽车时代的必然 结果，是物联网技术在交通领域的延伸及应用。

1 RFID技术

射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)。又称 无线射频识别，是一种可通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据而无需接触的通信技术。RFID读写器可分固定式和 移动式，其典型应用有图书借阅、门禁系统等。RFID由读写 器、应答器两部分组成。读写器由耦合元件、天线及芯片组成, 主要用来读取/写入标签信息，分为固定式和移动式两种。应 答器也是由耦合元件、天线以及芯片组成，应答器常见为标签, 每个标签都有自身的唯一的序列号，附着在物体上用以唯一标 识目标对象。

RFID主要优点：它是一种非接触式的自动识别技术，通 过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，容易实现在联 网结点间数据的高效率、远距离传输，识别工作无须人工干预, 能穿透尘垢、雾、冰、雪、涂料和条形码无法使用的恶劣环 境阅读标签。RFID在性能方面，具有体积小、抗污染、可重 复使用、数据存储量大、安全、可穿透性等特点。

当标签靠近到读写器和天线组成的感应范围时，标签会 凭借感应电流将存储在芯片里的数据(如产品信息)发送给读 写器或者由标签主动发送某一频率的信号，读写器读取信息并 解码后会将数据上传至中央信息系统进行相关处理。

RFID技术作为车联网发展的关键技术，市场潜力十分巨 大；另外，不断完善的超高频技术和统一的RFID技术标准 都是未来车联网的发展趋势。

2传感技术

传感技术与计算机技术、通信技术并称信息技术三大支柱。车联网系统依靠各类传感器获取信息，如车辆胎压、车速、加速度以及有关车辆当前的状态、性能、安全等相关数据，然后通过处理将其转为有用数据。一般来说，传感器由敏感元件和变换元件(有时又称为变换器)两部分组成：敏感元件指能够灵敏地直接感受被测变量并做出响应的元件；变换器能

将感受到的非电量变换为电量。

传感器的功能与品质高低决定了传感系统获取的信息量 和信息质量。传感器呈现出微型化、数字化、智能化、多功能化、 系统化、网络化等发展趋势。

3无线传输技术

车联网系统需要对大量的图像数据进行传输与处理，其 工作原理如图1所示。

无线传输技术的发展趋势主要有两点：一是ZigBee技术 为无线智能家居提供了技术支持，促进了行业的普及式发展； 其二则是4G技术，该技术正在向着保密性高、省电、传输距 离远等方向发展。

4云计算技术

云计算(cloud computing)是一种基于互联网的计算方式, 通过这种方式，共享的软硬件资源和信息(如网络、服务、应用、 存储等)可以按需求提供给计算机和其他设备。其工作原理 如图2所示。

云计算的发展趋势有:

元计算产业链将会越发完善；

对云计算的服务需求快速增长；

云计算服务潜在的安全性、稳定性问题会严重制约 云计算的发展，因而需要找出解决方案以保证数据的可靠性。 5移动计算

移动计算(Mobile Computing)，顾名思义是一种即使被 移动也能使用的计算设备，涉及移动通信、移动硬件和手机软 件。移动计算使终端设备通过无线网络的连接实现了数据的 传输及其资源共享，是计算技术研究中的热点领域，是当前 计算机技术研究的热点领域。其工作原理如图3所示。

6异构网络融合技术

异构网络融合是一个崭新的概念，指的是尽可能将各种 类型的网络融合起来，在一个通用的网络平台上提供多种业 务。异构网络融合必须充分利用不同网络间的互补特性，解决 多种不同类型网络的有机融合问题。具体来讲，异构网络融合 就是采用通用的、开放的技术实现不同网络或网元的互联、互 通和集成，涉及到接入网融合、核心网融合、终端融合、业务 融合和运营管理融合等方面。其发展趋势为：朝着无线异构 网络中的安全路由协议、接入认证技术、入侵检测技术、加解 密技术、节点间协作通信等安全技术方向进行研究，以提高 无线异构网络的安全保障能力。是未来移动网络通信的发展 趋势［6］。

7大数据处理技术

“大数据”指数据容量特别大，数据类别特别多的数据集, 并且这样的数据集无法用传统数据库工具对其内容进行抓取、 管理和处理。大数据处理技术能处理各种类型的海量数据, 无论是微博、文章、电子邮件、文档、音频、视频，还是其 它形态的数据。它正在改变传统的计算机运行模式，利用大 数据技术，我们可以从各种类型的数据中，快速获得有价值 信息，如:Google捜索引擎。

在大数据处理技术发展趋势中，存在以下几个问题值得 关注［7］:

如何在容错的同时进行高效数据传输；

如何在处理金融、医疗等数据时确保数据的安全；

如何降低大数据处理的成本以及灵活性；

如何使分布式数据处理平台更好地支持复杂算法。

8信息安全技术、标准化、数据融合技术

信息安全技术是指保证己方正常获取、传递、处理和利 用信息，而不被无权享用的他方获取和利用己方信息的一系列 技术的统称，主要由信息保密技术，信息确认技术和网络控 制作用3部分组成。构建安全、可靠的车联网应用系统是当前 研究的热点及难点技术。车联网的开放性、匿名性带来了一些 不可避免的安全问题，如网络攻击。如何借助信息安全技术来 抵御网络攻击、保证数据的真实性与完整性、保护个人的隐私 将决定着车联网的应用和普及程度。分层密钥管理和身份认 证技术是现阶段车联网解决信息安全的重要突破口之一。

标准化(Standardization)是制定和实施技术标准的过程。 标准是科学、技术和实践经验的总结，一般是一份文件。标 准化有助于商品化的独立性、兼容性、互操作性、安全性、可 重复性及质量保证。目前，车联网产业起步比较早的一些国家 已都有自己的一套标准。其发展趋势为：标准运行过程规范, 更加重视程序管理，标准制修订程序更加公开、公正、公平、 透明冏。

数据融合技术，又称多传感器融合技术，是信息科学领 域的一项重要分支，是新一代智能信息技术的重要基础。它 是研究多种信息的获取、分析和处理的基本方法或技术以及 信息的表示和内在联系的一门技术。数据融合技术有容错性、 互补性、经济性、实时性、可靠性等特点。数据融合技术的 应用范围非常广，特别是在一些高端领域中应用很广，但在技 术尚不成熟，尚未形成基本理论框架。

9结语

车联网技术在保障安全行车、环境保护、快捷出行等方 面已取得了巨大的进步。本文针对新兴的车联网应用系统，剖 析其关键技术，如：RFID、传感器、无线传输、信息安全、 标准化、数据融合、异构网络融合、大数据处理、云计算、 移动计算等，并对部分技术的发展趋势进行总结及展望。未来, V2R （车与路）、V2P （车与人）、V2V （车与车）和V2I（车与 基础设施）的信息交互必将不断完善，人们将逐步告别红绿灯、 交通事故及环境污染。

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