1.2 車聯(lián)網(wǎng)基本概念

1.2.1 車聯(lián)網(wǎng)的定義

1.1節(jié)簡要介紹了車聯(lián)網(wǎng)概念以及應用背景，我們需要對其進行更詳細的定義。車聯(lián)網(wǎng)概念引申自物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things, IoT）［4］，車聯(lián)網(wǎng)全稱為汽車移動互聯(lián)網(wǎng)，傳統(tǒng)的車聯(lián)網(wǎng)定義是指裝載在車輛上的電子標簽通過無線射頻等識別技術，實現(xiàn)在信息網(wǎng)絡平臺上對所有車輛的屬性信息和靜、動態(tài)信息進行提取和有效利用，并根據(jù)不同的功能需求對所有車輛的運行狀態(tài)進行有效的監(jiān)管和提供綜合服務的系統(tǒng)。

隨著車聯(lián)網(wǎng)技術與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，上述定義已經(jīng)不能涵蓋車聯(lián)網(wǎng)的全部內(nèi)容。根據(jù)世界電動車協(xié)會的定義，車聯(lián)網(wǎng)（汽車移動互聯(lián)網(wǎng)）是利用先進傳感技術、網(wǎng)絡技術、計算技術、控制技術、智能技術，對道路交通進行全面感知，對每部汽車進行交通全程控制，對每條道路進行交通全時空控制，實現(xiàn)道路交通“零堵塞”、“零傷亡”和“極限通行能力”的專門控制網(wǎng)絡。由此可見，車聯(lián)網(wǎng)運用了先進的信息通信技術，既要對車進行控制，又要對道路進行控制，其目標是實現(xiàn)交通安全“零傷亡”、交通效率“零堵塞”和“極限通行能力”，這是一個遠景目標，勾畫出了未來人類出行美好的藍圖。

根據(jù)車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟的定義，車聯(lián)網(wǎng)是以車內(nèi)網(wǎng)、車際網(wǎng)和車云網(wǎng)為基礎，按照約定的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)交互標準，在車與車、車與路、車與行人之間，進行無線通信和信息交換的大系統(tǒng)網(wǎng)絡，如圖1-1所示。車內(nèi)網(wǎng)是指通過應用成熟的總線技術建立的一個標準化的整車網(wǎng)絡，車際網(wǎng)是指基于專用短距離通信技術（Dedicated Short Range Communications,DSRC）技術和LTE V2X技術構建的實現(xiàn)車與車和車與路邊的基礎設施之間中短程距離通信的動態(tài)網(wǎng)絡，車云網(wǎng)（也稱車載移動互聯(lián)網(wǎng)）是指車載終端通過3G/4G等通信技術與Internet和云端進行遠程無線連接的網(wǎng)絡。車聯(lián)網(wǎng)是能夠實現(xiàn)智能化交通管理、智能動態(tài)信息服務和車輛智能化控制的一體化網(wǎng)絡，是物聯(lián)網(wǎng)技術在交通系統(tǒng)領域的典型應用。而根據(jù)行業(yè)背景不同，對車聯(lián)網(wǎng)的定義也不盡相同，我們需要對相關概念進行了解和區(qū)分。

1.2.2 車聯(lián)網(wǎng)的范疇

車聯(lián)網(wǎng)一般又稱為V2X（Vehicle to Everything）或C2X（Car to Everything），其中又包括了基于車與車、車與道路基礎設施、車與行人（Vehicle to Pedestrians, V2P）以及車與后臺數(shù)據(jù)中心或者車與云端（Vehicle to Cloud, V2C）的應用。在這里，車聯(lián)網(wǎng)不僅是指將車連接起來的通信網(wǎng)絡，而且還包括了基于車與其他實體之間交互（即V2X通信）的各種應用。在美國它被稱為Connected Vehicles（簡稱為CV），是指車與車之間要進行互聯(lián)，對應的還有Connected Corridors（又稱為路聯(lián)網(wǎng)），道路之間也需要通過網(wǎng)絡互相溝通，以及車路協(xié)同（Vehicle Infrastructure Integration,VII），指道路和車輛之間需要協(xié)同工作，可見車路協(xié)同是車聯(lián)網(wǎng)中的一個有機組成部分。所以廣義的車聯(lián)網(wǎng)既包括車與車、車與路、車與人、車與后臺中心的連接，還包括路與路、路與人、路與后臺中心之間的連接，它通過各種通信技術將人、車、路、中心有機地互聯(lián)起來。而狹義的車聯(lián)網(wǎng)是指車車/車路之間的互聯(lián)，它采用一種專用的中短程通信技術，在車輛之間以及車輛和路側單元之間建立一種自組織的網(wǎng)絡，實現(xiàn)節(jié)點之間的直接通信。在歐盟它又被稱為協(xié)作式智能交通系統(tǒng)（Cooperative Intelligent Transport Systems,C-ITS），是指智能交通系統(tǒng)中的各個交通要素之間通過網(wǎng)絡進行協(xié)作，所以又稱為協(xié)作式（又稱合作式或協(xié)同式）智能交通系統(tǒng)，屬于智能交通系統(tǒng)中的一個特例，代表了智能交通系統(tǒng)借助各種新型信息通信技術向未來交通演進的一種技術路線。有些人認為C-ITS主要為交通服務，因此主要解決交通擁堵問題以提高交通效率。實際上，歐盟在提出C-ITS系統(tǒng)框架（可以參考后面的章節(jié)）時，主要強調(diào)的是車、路、人和后臺中心之間的協(xié)作，與美國的Connected Vehicles框架和標準相對應，因此它首要的目的還是針對交通安全，然后才是解決交通效率和環(huán)境污染問題。

1.2.3 車聯(lián)網(wǎng)與其他概念的區(qū)別與聯(lián)系

1. 與智能網(wǎng)聯(lián)汽車的關聯(lián)

自動駕駛汽車是當前發(fā)展的一大熱點，隨著智能駕駛技術的不斷發(fā)展，智能處理技術正在與網(wǎng)絡通信技術深度融合，這就產(chǎn)生了智能網(wǎng)聯(lián)汽車。中國汽車工業(yè)協(xié)會將智能網(wǎng)聯(lián)汽車（Intelligent Connected Vehicle, ICV）定義為：搭載先進的車載傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置，并融合現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡技術，實現(xiàn)車與X（人、車、路、后臺等）智能信息交換共享，具備復雜的環(huán)境感知、智能決策、協(xié)同控制和執(zhí)行等功能，可實現(xiàn)安全、舒適、節(jié)能、高效行駛，并最終可替代人來完成操作的新一代汽車。智能網(wǎng)聯(lián)汽車是車聯(lián)網(wǎng)與智能汽車的交集，圖1-2顯示了車聯(lián)網(wǎng)與智能汽車、智能交通的相互關系。

2. 與ITS的關聯(lián)

智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transport System,ITS）是將先進的信息技術、通信技術、電子傳感技術、控制技術等有效地集成運用于整個地面交通管理系統(tǒng)而建立的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的，實時、準確、高效的綜合交通運輸管理系統(tǒng)。智慧交通是未來交通系統(tǒng)的發(fā)展方向，它是智慧城市的一個重要組成部分，其目的是使人、車、路密切配合達到和諧統(tǒng)一，發(fā)揮協(xié)同效應，極大地提高交通運輸效率、保障交通安全、改善交通運輸環(huán)境和提高能源利用效率。這里的“人”是指一切與交通運輸系統(tǒng)有關的人，包括交通管理者、操作者和參與者；“車”包括各種運輸方式的運載工具；“路”包括各種運輸方式的通路、航線。“智能”是ITS區(qū)別于傳統(tǒng)交通運輸系統(tǒng)的最根本特征，是指運用于交通運輸系統(tǒng)中的各種智能技術。從各國實際應用效果來看，發(fā)展智能交通系統(tǒng)確實可以提高交通效率，有效減緩交通壓力，降低交通事故率，進而保護了環(huán)境、節(jié)約了能源。

車聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)在智能交通領域的應用，是智慧交通的發(fā)展新動向。踏入新世紀，物聯(lián)網(wǎng)、智慧地球、智慧城市等概念興起，具體到交通領域的應用便產(chǎn)生了智慧交通、車聯(lián)網(wǎng)的概念。物聯(lián)網(wǎng)的概念，在中國早在1999年就提出來了，當時不叫“物聯(lián)網(wǎng)”而叫傳感網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)概念的產(chǎn)生與物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的快速發(fā)展，與智能交通交匯融合，產(chǎn)生了智能交通行業(yè)的新動向——車聯(lián)網(wǎng)。車聯(lián)網(wǎng)就是汽車移動互聯(lián)網(wǎng)，它強調(diào)的是以車為載體構建的一種信息網(wǎng)絡平臺，使車與車、車與路、車與人、車與后臺中心之間實時聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)信息互聯(lián)互通，從而對人、車、路、網(wǎng)進行有效的管理，實現(xiàn)人、車、路在時空環(huán)境下的高度協(xié)同。

3. 與車路協(xié)同系統(tǒng)的關聯(lián)

車聯(lián)網(wǎng)雖然關注的也是車與車、車與路、車與行人之間的信息交換，但是車聯(lián)網(wǎng)并不等價于ITS。ITS下產(chǎn)生的一個重要概念為車路協(xié)同系統(tǒng)（Cooperative Vehicle Infrastructure System, CVIS），車路協(xié)同系統(tǒng)是基于無線通信、傳感探測等技術獲取車輛和道路信息，通過車車、車路通信進行信息的交互和共享，并在全時空動態(tài)交通信息采集與融合的基礎上開展車輛主動安全控制和道路協(xié)同管理，充分實現(xiàn)汽車與道路的有效協(xié)同，保證交通安全，提高通行效率，從而形成安全、高效和環(huán)保的道路交通系統(tǒng)。值得注意的是，車聯(lián)網(wǎng)與車路協(xié)同系統(tǒng)不盡相同且互有交集，可以說廣義的車聯(lián)網(wǎng)是一個比車路協(xié)同更寬廣的概念，廣義的車聯(lián)網(wǎng)包括車聯(lián)基礎網(wǎng)絡以及其應用，而車路協(xié)同只是車聯(lián)網(wǎng)中的應用方式之一。車路協(xié)同最關注的是車路信息的交互與交通流的疏導，而車聯(lián)網(wǎng)還關注車車之間的信息交互，希望解決行車安全，高效駕駛，減小碳排放，提供信息娛樂等方面的問題。車路協(xié)同缺點是沒有好的模式、感興趣的車企少，需要通過政府來大力推行基礎設施的建造工作，只有在道路信息化和智能化比較高的情況下才能有效地發(fā)揮作用，而車聯(lián)網(wǎng)具有更好的商業(yè)模式，使得車企更有興趣參與進來。

4. 與Telematics的關聯(lián)

Telematics即車載信息服務系統(tǒng)，是Telecommunications（遠距離通信）與Informatics（信息科學）的合成詞。Telematics的目的是以無線語音、數(shù)字通信和衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)為平臺，通過定位系統(tǒng)和無線通信網(wǎng)，向駕駛員和乘客提供交通信息、緊急情況應對策略、遠距離車輛診斷和互聯(lián)網(wǎng)增值（金融交易、新聞、電子郵件等）服務的業(yè)務，可以說Telematics是車聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，強調(diào)的是遠程無線通信的接入，特別是跟Internet的互聯(lián)。車聯(lián)網(wǎng)除了包含Telematics之外，還包括一個車輛自組織網(wǎng)絡，它可以在沒有Internet接入的情況下形成一個獨立而又相對完善的網(wǎng)絡環(huán)境，為車車/車路之間的信息交互提供有力的支撐與保障。Telematics目前發(fā)展比較成熟，通過與后臺服務中心的蜂窩連接可以為駕駛員提供包括緊急救援在內(nèi)的對通信時延要求不太高的服務，市場化程度較高的產(chǎn)品包括OnStar、G-Book、InkaNet等。早期不少人誤認為Telematics就是車聯(lián)網(wǎng)，這與美國所要發(fā)展的Connected Vehicles和歐盟的Cooperative ITS是截然不同的，因為后面兩者強調(diào)的是車車/車路之間的中、短程通信，而不是車與后臺中心之間的通信，而且要求極低的通信時延和極高的傳輸可靠性，比如在200ms以內(nèi)實現(xiàn)基本安全消息（Basic Safety Message,BSM）的交互，這是Telematics采用3G/4G技術提供遠程接入所達不到的。

5. 與ETC及其標準的關聯(lián)

ETC（Electronic Toll Collection）即電子不停車收費系統(tǒng)，為車聯(lián)網(wǎng)的應用之一。其技術和工作原理是通過在汽車擋風玻璃上安裝感應卡并預存費用，在車輛通過收費站時，無須停車，只需放慢速度即可，通過車載設備實現(xiàn)車輛識別、信息寫入，通行費將從預先綁定的IC卡或銀行賬戶上自動扣除。

ETC系統(tǒng)是通過安裝于車輛上的車載裝置和安裝在收費站車道上的天線之間進行無線通信和信息交換。它主要由車輛自動識別系統(tǒng)、中心管理系統(tǒng)和其他輔助設施等組成。其中，車輛自動識別系統(tǒng)有車載單元（On Board Unit,OBU）、路邊單元（Roadside Unit,RSU）、環(huán)路感應器等組成。OBU中存有車輛的識別信息，一般安裝于車輛前面的擋風玻璃上，RSU安裝于收費站旁邊，環(huán)路感應器安裝于車道地面下。車載設備和路邊設備通過專用短程通信協(xié)議DSRC完成路邊設備對車載設備信息的一次讀寫，即完成收（付）費交易所必需的信息交換手續(xù)。

這里用于ETC的DSRC協(xié)議與V2X系統(tǒng)中的所采用的主流DSRC協(xié)議有著完全一樣的名稱，極易讓人混淆。根據(jù)美國DSRC標準的描述，專用短距離通信技術在美國被用于和WAVE協(xié)議相關的無線電頻譜或技術，美國機動車工程師學會（Society of Automotive Engineers,SAE）已經(jīng)明確提出WAVE協(xié)議要使用5.9GHz的頻帶。在美國以外，DSRC可能指的是一個使用5.8GHz頻帶的不同的無線電技術，例如電子收費（Electronic Fee Collection, EFC）。從這句話可以看出，用于ETC的DSRC采用的是不一樣的通信技術，不同之處包括：它采用半雙工通信、工作在5.8GHz頻段，主要規(guī)定了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應用層，工作距離只有10～30m，傳輸速率不到0.5Mbit/s，采用被動工作方式，數(shù)據(jù)鏈路層主要采用HDLC協(xié)議。而用于V2X的DSRC協(xié)議具有更加復雜和完備的協(xié)議棧，包括IEEE 802.11p和IEEE 1609.X以及SAEJ2735，工作在5.9GHz，覆蓋范圍能達到數(shù)百米，傳輸速率能達到幾兆，而且采用主動工作方式。此外，它們之間也存在密切的關聯(lián)。首先，日本用于V2X的DSRC協(xié)議就是在用于ETC的DSRC協(xié)議基礎上逐步發(fā)展起來的，所以也保留了5.8GHz的工作頻段；其次，ETC可以作為一個單獨的系統(tǒng)獨立運行，也可以通過實現(xiàn)了包括IEEE 1609.11標準的DSRC系統(tǒng)來提供支付服務，這在美國的高層協(xié)議IEEE 1609.11里具有明確的描述，如圖1-3所示。