01 能力模塊一 對車聯網技術的認知

任務一 了解車聯網基礎概念

學習目標

知識索引

情境導入

獲取信息

車聯網的定義

車聯網至今沒有統一或公認的定義，根據行業背景不同，對車聯網的定義也不盡相同。下面給出目前具有代表性的幾個定義。

世界電動車協會的定義：車聯網（汽車移動互聯網）是利用先進傳感技術、網絡技術、計算技術、控制技術、智能技術，對道路交通進行全面感知，對每輛汽車進行交通全程控制，對每條道路進行交通全時空控制，實現道路交通“零堵塞”“零傷亡”和“極限通行能力”的專門控制網絡。車聯網示意如圖1-1-1所示。

車聯網產業技術創新戰略聯盟的定義：車聯網是以車內網、車際網和車載移動互聯網為基礎，按照約定的通信協議和數據交互標準，在V2X（即車與車、車與路、車與行人、車與互聯網等）之間，進行無線通信和信息交換的大系統網絡，是能夠實現智能化交通管理、智能動態信息服務和車輛智能化控制的一體化網絡，是物聯網技術在交通系統領域的典型應用。其中，車內網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絡，車際網是指基于專用短距離通信（Dedicated Short Range Communications，DSRC）技術和面向車聯網的長期演進（LTE-V2X）技術構建的實現車—車和車—路之間中短程距離通信的動態網絡，車載移動互聯網是指車載終端通過4G/5G等通信技術與Internet和云端進行的遠程無線連接網絡。

中國物聯網校企聯盟的定義：車聯網是由車輛位置、速度和路線等信息構成的巨大交互網絡。通過GPS、RFID、傳感器、攝像頭圖像處理等裝置，車輛可以完成自身環境和狀態信息的采集；通過互聯網技術，所有的車輛可以將自身的各種信息傳輸匯聚到中央處理器。通過計算機技術，將這些車輛的信息進行分析和處理，從而計算出不同車輛的最佳路線、及時匯報路況和安排信號燈周期。

車內網、車際網與車載移動互聯網的關系如圖1-1-2所示。

由上面的定義可知，世界電動車協會的定義強調車聯網運用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，目標是實現“零傷亡”“零堵塞”和具備“極限通行能力”的道路交通環境。車聯網產業技術創新戰略聯盟的定義強調了車聯網的網絡特征及交通功能。中國物聯網校企聯盟的定義側重于從技術應用的角度對車聯網進行闡釋。

事實上，車聯網的概念源于物聯網（Internet of Things，IoT），即車輛物聯網，是以行駛中的車輛為信息感知對象，借助新一代信息通信技術，實現車與車、人、路、服務平臺等對象之間的網絡連接，提升車輛整體的智能駕駛水平，為用戶提供安全、舒適、智能、高效的駕駛感受與交通服務，同時提高交通運行效率，提升社會交通服務的智能化水平（圖1-1-3）。車聯網也是一種應用于道路上的新型移動無線自組織網絡，它使車與車、車與路之間的高速通信成為可能，能夠大大提高城市交通管理效率，是未來智慧城市、智能交通的重要支撐。

車聯網的范疇

車聯網一般又被稱為V2X（Vehicle to Everything）或C2X（Car to Everything），其中X通常是指車輛（Vehicle）、道路基礎設施（Infrastructure）、行人（Pedestrians）、后臺車聯網數據中心或者云端（Cloud），因此V2X具體涉及V2V、V2I、V2P和V2C四類。在這里，車聯網不僅是指將車連接起來的通信網絡，而且還包括基于車與其他實體之間交互（即V2X通信）的各種應用。

在美國，具備V2X技術的車輛被稱為Connected Vehicles（簡稱為CV），是指車與車之間能進行互聯，對應的還有Connected Corridors（又稱為路聯網）。換言之，車聯網除了與車輛之間網絡互聯，還包括與道路之間的網絡互聯，車輛與道路之間的互聯通常又被稱為車路協同（Vehicle Infrastructure Integration，VII）。VII表明道路和車輛之間需要協同工作，車路協同是車聯網中一個有機的組成部分。因此，廣義的車聯網既包括車與車、車與路、車與人、車與后臺中心（云平臺）的連接，還包括路與路、路與人、路與后臺中心（云平臺）之間的連接，它通過各種通信技術將人、車、路、云平臺有機地互聯起來（圖1-1-4）。狹義的車聯網是指車車、車路之間的互聯，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絡，實現節點之間的直接通信。

在歐盟，V2X又被稱為協作式智能交通系統（Cooperative Intelligent Transport Systems，CITS），是指智能交通系統中的各個交通要素之間通過網絡進行協作，屬于智能交通系統中的一個特例，代表了智能交通系統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系統框架時，主要強調的是車、路、人和后臺中心之間的協作，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境污染問題。

車聯網相關概念分析

（一）與ETC及其標準的關系

ETC（Electronic Toll Collection）即電子不停車收費系統，為車聯網的應用之一。其技術和工作原理是通過在汽車風窗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（圖1-1-5）。通過車載設備實現車輛識別、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進行無線通信。它主要由車輛自動識別系統、中心管理系統和其他輔助設施等組成。其中，車輛自動識別系統由車載單元（Onboard Unit，OBU）、路邊單元（Roadside Unit，RSU）、環路感應器等組成。OBU中存有車輛的識別信息，一般安裝于車輛前面的風窗玻璃上，RSU安裝于收費站旁邊，環路感應器安裝于車道地面下。車載設備和路邊設備通過DSRC協議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。

這里用于ETC的DSRC協議與V2X系統中所采用的主流DSRC協議有著完全一樣的名稱，極易讓人混淆。根據美國DSRC標準的描述，專用短距離通信技術在美國被用于和車載環境無線接入（Wireless Access in Vehicular Environments，WAVE）協議相關的無線電頻譜或技術，美國汽車工程師學會（Society of Automotive Engineers，SAE）已經明確提出WAVE協議要使用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）。從上述描述可以看出，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，主要規定了物理層、數據鏈路層和應用層，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，數據鏈路層主要采用HDLC協議。而用于V2X的DSRC協議具有更加復雜和完備的協議棧，包括IEEE 802.11p和IEEE 1609.X以及SAE J2735，工作在5.9GHz，覆蓋范圍能達到數百米，傳輸速率能達到幾兆比特每秒，而且采用主動的工作方式。此外，它們之間也存在密切的關聯。首先，日本用于V2X的DSRC協議就是在用于ETC的DSRC協議基礎上逐步發展起來的，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獨立運行，也可以通過實現了包括IEEE 1609.11標準的DSRC系統來提供支付服務，這在美國的高層協議IEEE 1609.11里具有明確的描述。

（二）與Telematics的關系

Telematics即車載信息服務系統，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、數字通信和衛星導航定位系統為平臺，通過定位系統和無線通信網，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網增值（金融交易、新聞、電子郵件等）服務的業務，可以說Telematics是車聯網的重要組成部分，強調的是遠程無線通信的接入，特別是同Internet的互聯。車聯網除了包含Telematics之外，還包括一個車輛自組織網絡，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絡環境，為車車、車路之間的信息交互提供有力的支撐與保障（圖1-1-6）。

Telematics目前發展比較成熟，通過與后臺服務中心的無線網絡連接可以為駕駛員提供包括緊急救援在內的對通信時延要求不太高的服務，市場化程度較高的產品包括OnSrar（安吉星），C-Book InkaNet等。早期不少人誤認為Telematics就是車聯網，這與美國所要發展的Connected Vehicles和歐盟的Cooperative ITS是截然不同的，因為后面兩者強調的是車車、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以內實現基本安全消息（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。

（三）與智能交通系統的關系

智能交通系統（Intelligent Transportation 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而建立的一種在大范圍內、全方位發揮作用的，實時、準確、高效的綜合交通運輸管理系統（圖1-1-7）。智能交通是未來交通系統的發展方向，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一，發揮協同效應、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有關的人，包括交通管理操作者和參與者；“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區別于傳統交通運輸系統的最根本特征，是指運用于交通運輸系統中的各種智能技術。從各國實際應用效果來看，發展智能交通系統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，進而保護環境、節約能源。

車聯網是物聯網在智能交通領域的應用，是智慧交通的發展新動向。踏入21世紀，隨著物聯網、智慧地球、智慧城市等概念興起，在交通領域便產生了智慧交通、車聯網的概念。中國早在1999年就提出來了物聯網的概念，當時不叫“物聯網”而叫“傳感網”。物聯網與智能交通交匯融合，產生了智能交通行業的新概念——車聯網。車聯網就是汽車移動互聯網，它強調的是以車為載體構建的一種信息網絡平臺，使車與車、車與路、車與人、車與后臺中心之間實時聯網，實現信息互聯互通，從而對人、車、路、網進行有效的管理，實現人、車、路在時空環境下的高度協同。

（四）與車路協同系統的關系

車聯網雖然關注的也是車與車、車與路、車與行人之間的信息交換，但是車聯網并不等價于ITS。ITS下產生的一個重要概念即車路協同系統（Cooperative Vehicle Infrastructure System，CVIS）。CVIS是指基于無線通信、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同管理，充分實現汽車與道路的有效協同，保證交通安全，提高通行效率，從而形成安全、高效和環保的道路交通系統（圖1-1-8）。值得注意的是，車聯網與車路協同系統不盡相同且互有交集，可以說廣義的車聯網是一個比車路協同更寬廣的概念，廣義的車聯網包括車聯網基礎網絡及其應用，而車路協同只是車聯網中的應用方式之一。車路協同關注的是車路信息的交互與交通流的疏導，而車聯網還關注車車之間的信息交互，希望解決行車安全、高效駕駛、減少碳排放、提供信息娛樂等方面的問題。

（五）與智能網聯汽車的關系

隨著汽車智能駕駛技術的不斷發展，智能駕駛技術正在與網絡通信技術深度融合，這就產生了智能網聯汽車。中國汽車工業協會將智能網聯汽車（Intelligent Connected Vehicles，ICV）定義為：搭載先進的車載傳感器、控制器、執行器等裝置，并融合現代通信與網絡技術，實現車與X（人、車、路、后臺等）智能信息交換共享，具備復雜的環境感知、智能決策、協同控制和執行等功能，可實現安全、舒適、節能、高效行駛，并最終可替代人來完成操作的新一代汽車（圖1-1-9）。

未來用戶在選擇汽車產品時，不會單純去關注動力、機械性能或者懸架等技術，反而會更加關注汽車的智能化水平以及軟件服務能力，因此智能網聯汽車更多強調的是智能，用戶可以通過車做更多事情。車聯網是物聯網重要的組成部分，也是汽車行業轉型升級的關鍵所在。車聯網不僅僅是指汽車聯網，而是指由車輛位置、速度和路線等信息構成的巨大交互網絡，對智能交通的實現、減少交通事故和擁堵等都具有重要意義。

任務分組

工作計劃

按照前面所了解的知識內容和小組內部討論的結果，制定工作方案，落實各項工作負責人，如任務實施前的準備工作、實施中主要操作及協助支持工作、實施過程中相關要點及數據的記錄工作等。

進行決策

1.各組派代表闡述資料查詢結果。

2.各組就各自的查詢結果進行交流，并分享技巧。

3.教師結合各組完成的情況進行點評，選出最佳方案。

任務實施

評價反饋

1.各組代表展示匯報PPT，介紹任務的完成過程。

2.以小組為單位，請對各組的操作過程與操作結果進行自評和互評，并將結果填入綜合評價表中的小組評價部分。

3.教師對學生工作過程與工作結果進行評價，并將評價結果填入綜合評價表中的教師評價部分。