什么是車聯(lián)網(wǎng)?

幾十年來，汽車內置的電子設備一直在擔負著各種內部功能的處理任務從數(shù)字速度計和里程表，到由計算機跟蹤傳感器控制的警示燈，再到數(shù)字調諧收音機。然而，直到最近，車載電腦才能夠跨越這個封閉系統(tǒng)，與外部設備進行通信。

簡而言之，組成車聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)汽車指的是那些能夠通過軟件和網(wǎng)絡連接與各種設備及用戶共享數(shù)據(jù)的車輛。互聯(lián)汽車可以根據(jù)其特性和能力，與智能手機、本地基礎設施制造商以及附近的其它車輛進行交互。

歷史沿革

1946年，美國首次將車載通信系統(tǒng)——電話，連接至公共交換電話網(wǎng)絡(PSTN)。早在第二次世界大戰(zhàn)期間，貝爾實驗室系統(tǒng)內部就已開始實驗性地使用移動電話設備;其采用了西方電氣公司(WesternElectric Corporation)28型甚高頻(VHF)設備上的移動無線電。20世紀40年代，紐約推出了緊急無線電電話服務，使用AM 30-40兆周波段。當時，聯(lián)邦通信委員會(FCC)和貝爾公司設想出了兩種移動電話服務形式:高速路服務和城市服務。這兩種服務都將使用甚高頻(VHF)和調頻(FM)。

到了20世紀50年代，摩托羅拉(Motorola)和通用電氣(GeneralElectric)等制造商已經(jīng)面向公眾車輛開發(fā)了運營商撥號服務。車載電話服務在20世紀70年代變得更加流行；一種新技術應運而生，其與汽車電池相連，并使用附加到電話網(wǎng)絡上的信號。這種車載電話被集成在汽車內部，因此無法在離開車輛時輕易攜帶。隨后，1984年的模擬蜂窩服務以及20世紀90年代的數(shù)字服務問世，個人用蜂窩電話變得經(jīng)濟實惠，也讓內置車載電話幾乎被時代所拋棄。

由于內置車載電話逐漸失去市場需求，技術的發(fā)展重心開始轉向為汽車構建專用通信服務。1996年，通用汽車推出OnStar，從而打造了首批量產(chǎn)型聯(lián)網(wǎng)汽車。這種遠程信息處理系統(tǒng)首次實現(xiàn)了向呼叫中心撥打電話的功能；在氣囊彈出等緊急事故情況下，呼叫中心可以聯(lián)系緊急救援人員。到2018年，歐洲推出了名為eCall的類似服務，并規(guī)定所有新車必須配備這一功能(作為遠程信息處理系統(tǒng)控制單元，即TCU的一部分)。

隨著更先進的車載計算機系統(tǒng)不斷被設計出來——且每年都有更多的創(chuàng)新和功能發(fā)布——汽車正變得越來越智能。例如，許多現(xiàn)代車輛中的高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)能夠為駕駛員提供先進的碰撞預警，甚至具備車道保持功能。電動汽車(EV)產(chǎn)品也十分復雜，其許多系統(tǒng)均由計算機控制。這些車載計算機軟件系統(tǒng)會根據(jù)需要無線更新，以保持系統(tǒng)處于最佳運行狀態(tài)。

隨著通信系統(tǒng)的不斷發(fā)展，汽車電子產(chǎn)品開發(fā)人員正探索更多途徑來提升駕駛體驗并挽救生命。例如，智能交通系統(tǒng)(ITS)提出了一種方法，讓交通信號燈能夠廣播其當前和未來狀態(tài)，這樣車輛就可以預測交通信號燈何時會變化。

自主駕駛汽車

多年來，人們一直設想著能夠建立一種能讓車輛相互通信的系統(tǒng)，即車對車(V2V)通信。那么，這種技術究竟有何妙用？車聯(lián)網(wǎng)的終極愿景是實現(xiàn)自主駕駛，即車輛能夠自主行駛在道路上。如今，自主駕駛汽車已成為現(xiàn)實，但高昂的價格讓許多人望而卻步。不過，正如我們(手中)的許多電子設備一樣；隨著它們在市場上的普及，成本也將逐漸降低。

目前，已有數(shù)百輛自主駕駛汽車在采礦等主要行業(yè)中投入使用。截至2021年，卡特彼勒公司(Caterpillar)的自主駕駛卡車在短短七年的運營中已安全運輸了超過30億噸物料。

在采礦業(yè)中的成功應用，無疑為自主駕駛汽車所面臨的各種挑戰(zhàn)帶來了一些希望。下面，讓我們來看看正在運行的自主駕駛汽車的幾個典型案例:

● Alphabet公司旗下的自主駕駛技術公司W(wǎng)aymo于2021年在舊金山推出了自主駕駛出租車服務。

● 2023年，蘇格蘭推出了世界上首個自主駕駛公交服務。

● 2023年，世界上首艘自主駕駛商用客輪在瑞典斯德哥爾摩啟動運營;該渡船完全由電力驅動。

遠程信息處理

在如今的車輛中，黑匣子技術利用無線通信技術來提高安全性并改善乘客的乘車體驗。由于其融合了電信和信息技術，這種黑匣子技術被命名為”遠程信息處理(Telematics)”。

過去十年間，汽車行業(yè)經(jīng)歷了深刻的變化;其中，無線連接技術的加入是主要變革之一。如圖1-1所示，遠程信息處理單元內部及其周邊所配備的無線技術在車輛的內外通信中發(fā)揮了重要作用。

圖1-1:多樣化的車聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)

無論是消費者還是制造商，都看到了無線技術在車輛內外應用所帶來的廣泛便利和安全優(yōu)勢，并從中受益。舉例來說，最新款汽車能夠利用藍牙和超寬帶(UWB)技術，通過鑰匙扣或智能手機來鎖定或解鎖車輛。

隨著消費者在車輛使用中對連接性、安全性和便利性的需求不斷增加，預計未來車輛內部及周圍采用無線技術的應用趨勢將持續(xù)上升。

C-V2X與DSRC

蜂窩移動通信行業(yè)逐漸涉足汽車制造業(yè)，并與其建立起深厚的合作關系。雙方都深知，借助4G長期演進(LTE)、5G，以及即將到來的6G技術，蜂窩車對萬物(C-V2X)的通信模式將成為現(xiàn)實。

C-V2X這一術語具有高度的概括性，它涵蓋了所有第三代合作伙伴計劃(3GPP)下的車對萬物(V2X)技術。3GPP作為電信組織間的一項協(xié)作倡議，致力于全球標準的制定。而V2X部分則廣泛涉及車輛內部與車輛外部任何網(wǎng)絡或設備之間的通信。

圖1-2展示了C-V2X通信的工作原理。通信將以兩種方式進行——一種是直接的，另一種是間接的。直接通信不經(jīng)由網(wǎng)絡，而間接通信則會利用網(wǎng)絡進行傳輸。

圖1-2:C-V2X通信

從基礎設施V2X的視角出發(fā)，車輛將通過兩種方式實現(xiàn)連接：C-V2X和專用短程通信(DSRC)。一些國家傾向于采用C-V2X技術，而另一些國家則決定使用DSRC技術。不論是在DSRC還是C-V2X中，每一個無線電設備都會廣播車輛的位置、速度、加速度等關鍵狀態(tài)數(shù)據(jù)，同時也在監(jiān)聽其它設備的廣播消息。

以下是DSRC與C-V2X之間的一些主要差異:

● DSRC采用802.11p無線標準，而C-V2X則遵循蜂窩通信標準。

● DSRC(協(xié)議)與C-V2X(協(xié)議)無法互通。

● DSRC的射頻(RF)范圍通常為300米，但根據(jù)需求，部分設備的覆蓋范圍可以更廣。由于C-V2X采用蜂窩通信標準，其覆蓋范圍比DSRC多出20%至30%。

● 在存在障礙物的情況下，C-V2X的性能優(yōu)于DSRC。

盡管DSRC與C-V2X在性能上存在差異，但兩者都已被證明適用于基本安全應用。

了解相關組織機構

車輛間共享信息、協(xié)同工作，以構建更安全、更環(huán)保、更愉悅的交通環(huán)境，這一設想無疑極具吸引力。ITS運用傳感、分析、控制和通信技術，通過廣泛的應用提升了交通的安全性、流動性和效率。其核心目標在于提供與各類交通方式和交通管理緊密相關的服務，使用戶能夠獲取更多信息，從而更安全、更協(xié)調、更明智地使用交通網(wǎng)絡。此外，ITS還致力于減少交通擁堵、降低交通對環(huán)境的影響，并大幅減少致命交通事故的發(fā)生。

全球各國政府都已為車輛間通信預留了ITS 5.9GHz頻譜頻段。

實現(xiàn)先進車對車(V2V)通信的一個關鍵原因在于減少因機動車碰撞導致的死亡、傷害和經(jīng)濟損失。為了降低死亡率，美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)、美國交通運輸部(DOT)、歐洲電信標準化協(xié)會(ETSI)和汽車工程師協(xié)會(SAE)等組織均提出了V2V通信系統(tǒng)，并為其實施制定了標準。

目前，SAE和ETSI為V2X直接通信提供標準，規(guī)定了高層協(xié)議交換和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯为毜讓訁f(xié)議。這些標準支持兩種數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議：C-V2X和DSRC。

NHTSA發(fā)布了一份V2V通信報告：報告更新了V2V技術在各個不同應用場景下的準備情況，并列出了ETSI和SAE的初步與預期用例。早期用例主要集中在道路安全和效率方面。3GPP、5G汽車協(xié)會(5GAA)以及第五代通信汽車研究與創(chuàng)新(5GCAR)等組織機構已經(jīng)引入了針對高度自動化的全新高階用例。

在ITS 5.9頻段中，使用了不受干擾的專用頻率來進行V2V通信。在這個頻段中，C-V2X可以在不涉及蜂窩網(wǎng)絡的情況下支持短距離低延遲連接。CV2X和DSRC都使用全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)來確定車輛位置并同步車輛與路側基礎設施間的通信。C-V2X和DSRC可以在相同的ITS5.9GHz頻譜中共存；但根據(jù)5GAA最近發(fā)布的數(shù)據(jù)，C-V2X的可靠性顯著更高。

以下是推動智能交通系統(tǒng)(ITS)實施的主要組織機構。

● 全球移動通信系統(tǒng)協(xié)會(GSMA)是一家代表全球移動網(wǎng)絡運營商權益的行業(yè)協(xié)會組織。超過750家移動運營商是GSMA的正式會員;而在更廣泛的移動生態(tài)系統(tǒng)中，其聯(lián)合成員企業(yè)超過400家。GSMA與移動運營商、汽車制造商、供應商、行業(yè)協(xié)會和監(jiān)管機構合作，通過統(tǒng)一的安全、監(jiān)管及基礎設施解決方案，推動車聯(lián)網(wǎng)市場的增長。

● 5G汽車協(xié)會(5GAA)成立于2016年，是一個由汽車、科技及信息通信技術(ICT)領域企業(yè)組成的全球跨行業(yè)組織，致力于為未來出行和交通服務開發(fā)端到端的解決方案。自成立以來，5GAA迅速擴展，吸納了汽車、科技和電信行業(yè)具有全球影響力的關鍵參與者。

● ETSI-ITS作為車輛遠程信息處理和通信領域的標準制定機構，涵蓋了車對車(V2V)和車對基礎設施(V2I)的交互。

● 歐洲汽車與電信聯(lián)盟(EATA)是一個致力于共同開發(fā)并加強出行移動性的委托機構。

● CAR 2 CAR通信聯(lián)盟(C2C-CC)是一個由通用汽車(GM)、現(xiàn)代(Hyundai)、大眾(Volkswagen)和沃爾沃(Volvo)等原始設備制造商(OEM)形成的聯(lián)盟合作伙伴關系，并得到一級供應商聯(lián)合會員的鼎力支持。C2C-CC專注于為所有車輛提供跨國界、跨品牌的無線通信技術應用。

● 汽車電子委員會(AEC)總部設在美國，是一家為汽車電子行業(yè)的零部件制定資質標準的組織;其AEC-Q100和AEC-Q200分別針對有源和無源組件。

● 電氣電子工程師協(xié)會(IEEE)定義了用于車載環(huán)境中無線接入(WAVE)的802.11p標準，包括車輛中的專用短程通信(DSRC)設備和路側單元(RSU)；這種標準也是廣受歡迎的802.11無線網(wǎng)絡標準的補充。

這些組織在V2X技術領域的協(xié)同合作，將共同推動全球車聯(lián)網(wǎng)的普及和最終自主駕駛汽車的實現(xiàn)。