車(chē)聯(lián)網(wǎng)下的傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

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【摘要】在車(chē)聯(lián)網(wǎng)中，車(chē)內(nèi)網(wǎng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)目前主要是由汽車(chē)制造商和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)雙方主導(dǎo)，但兩方側(cè)重點(diǎn)不同，使用通信方式也不同，汽車(chē)制造商一般使用成熟的總線技術(shù)，而互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)則大多采用各種無(wú)線通信技術(shù)。本文圍繞車(chē)內(nèi)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行探討，比較汽車(chē)制造商和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)組建網(wǎng)絡(luò)的不同之處，分析兩者應(yīng)該如何互聯(lián)互通，以及如何形成一個(gè)整體的傳感器網(wǎng)絡(luò)。

【關(guān)鍵詞】車(chē)聯(lián)網(wǎng)；傳感器網(wǎng)絡(luò)；V2X

引言

2010年10月召開(kāi)的中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)大會(huì)中車(chē)聯(lián)網(wǎng)（IOV，In-ternetofVehicles）的概念首次被提出。2018年6月《國(guó)家車(chē)聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》由工業(yè)和信息化部、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)共同制定并，該指南對(duì)于車(chē)聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義，為接下來(lái)車(chē)聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展指明了方向[1]。車(chē)聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)于智能交通、自動(dòng)駕駛、信息消費(fèi)、汽車(chē)節(jié)能減排等都將產(chǎn)生更有利的影響。

1車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及分類(lèi)

《國(guó)家車(chē)聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》（以下簡(jiǎn)稱《建設(shè)指南》）中提出的車(chē)聯(lián)網(wǎng)的概念：車(chē)聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)是依托信息通信技術(shù)，通過(guò)車(chē)內(nèi)、車(chē)與車(chē)、車(chē)與路、車(chē)與人、車(chē)與服務(wù)平臺(tái)的全方位連接和數(shù)據(jù)交互，提供綜合信息服務(wù)，形成汽車(chē)、電子、信息通信、道路交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)深度融合的新型產(chǎn)業(yè)形態(tài)[2]。根據(jù)《建設(shè)指南》中的描述，可以將車(chē)聯(lián)網(wǎng)看做由車(chē)內(nèi)網(wǎng)、車(chē)際網(wǎng)和車(chē)載移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)三種網(wǎng)絡(luò)組成，以下對(duì)這三種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。車(chē)內(nèi)網(wǎng)是由車(chē)載傳感器、射頻識(shí)別、攝像頭、GPS系統(tǒng)、車(chē)載終端、車(chē)載顯示器等設(shè)備共同組成的一個(gè)小型局域網(wǎng)，應(yīng)用車(chē)內(nèi)總線技術(shù)及無(wú)線通信技術(shù)，負(fù)責(zé)車(chē)內(nèi)傳感器與車(chē)載網(wǎng)關(guān)之間信號(hào)的傳遞，形成一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)。車(chē)際網(wǎng)主要解決車(chē)與車(chē)、車(chē)與路、車(chē)與人、車(chē)與云之間的互聯(lián)互通。車(chē)際網(wǎng)中信息交互的關(guān)鍵技術(shù)是V2X（vehicletoeverything）[3]通信技術(shù)，即車(chē)與X（人、車(chē)、路、云等），也可認(rèn)為是車(chē)聯(lián)萬(wàn)物，即駕駛?cè)?、?chē)輛、公路、云端之間的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。車(chē)載移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)或衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)將車(chē)內(nèi)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行無(wú)線連接。車(chē)聯(lián)網(wǎng)首先要通過(guò)安裝在車(chē)內(nèi)的傳感器設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛各種信息的采集和傳輸，因此，本文將主要介紹車(chē)聯(lián)網(wǎng)中傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及相關(guān)應(yīng)用。

2車(chē)內(nèi)傳感器網(wǎng)絡(luò)

2.1車(chē)內(nèi)傳感器

智能汽車(chē)的快速發(fā)展的前提是電子元件的快速發(fā)展和應(yīng)用，智能汽車(chē)的車(chē)內(nèi)傳感器網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)由幾十甚至上百個(gè)不同的傳感器組成，這些裝載在車(chē)輛上的大量傳感器將車(chē)輛運(yùn)行中各種信息轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)信號(hào)在傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳輸，實(shí)現(xiàn)車(chē)內(nèi)通信，并將數(shù)據(jù)傳輸給車(chē)載網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，以此判斷車(chē)輛各種運(yùn)行狀態(tài)，以便于給駕駛員能夠更安全、更高效、更舒心地進(jìn)行駕駛。車(chē)聯(lián)網(wǎng)的車(chē)內(nèi)傳感器如圖1所示，僅代表部分車(chē)輛上常用的傳感器類(lèi)型。

2.2傳感器網(wǎng)絡(luò)

要使各種傳感器接入傳感器網(wǎng)絡(luò)中，主要有2個(gè)途徑：①汽車(chē)制造商在設(shè)計(jì)制造時(shí)嵌入不同類(lèi)型的傳感器，并通過(guò)成熟的CAN總線技術(shù)接入傳感器網(wǎng)絡(luò)。②互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)通過(guò)汽車(chē)制造商開(kāi)放的接口連接各種傳感器，接入車(chē)載網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，形成傳感器網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò)移動(dòng)通信接入云平臺(tái)。車(chē)聯(lián)網(wǎng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。汽車(chē)制造商搭建的傳感器網(wǎng)絡(luò)主要是用于實(shí)時(shí)檢測(cè)車(chē)輛狀態(tài)，從而為車(chē)輛的維修保養(yǎng)提供決策。汽車(chē)制造商在設(shè)計(jì)制造車(chē)輛時(shí)，預(yù)先在車(chē)輛內(nèi)部的重要部件上，比如發(fā)動(dòng)機(jī)、內(nèi)部線路、油箱、內(nèi)部管道等，都安裝上各種類(lèi)型的傳感器，從而實(shí)時(shí)采集到水、電、油、氣以及轉(zhuǎn)速、溫度、液位和壓力等相關(guān)參數(shù)。在系統(tǒng)中預(yù)設(shè)各個(gè)參數(shù)的合理值范圍，判斷獲得的參數(shù)是否在合理值范圍內(nèi)，從而能夠發(fā)現(xiàn)并確定車(chē)輛發(fā)生故障的部位。當(dāng)參數(shù)數(shù)值異常時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出警告，提醒駕駛員可能出現(xiàn)的問(wèn)題，并根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的的故障模型查找出合適的解決方案方便駕駛員進(jìn)行參考。互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)向汽車(chē)制造商要求開(kāi)放底層接口，通過(guò)前裝或后裝電子產(chǎn)品獲取汽車(chē)的數(shù)據(jù)。前裝市場(chǎng)由汽車(chē)制造商主導(dǎo)，比如通用的OnStar、寶馬的ConnectDrive，在整車(chē)出廠時(shí)汽車(chē)制造商就會(huì)裝備電子產(chǎn)品，汽車(chē)制造商更注重安全服務(wù)，但同時(shí)體現(xiàn)了較強(qiáng)的產(chǎn)品封閉性，作為汽車(chē)制造商對(duì)于汽車(chē)核心數(shù)據(jù)的采集是會(huì)盡力避免的，所以應(yīng)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)對(duì)車(chē)載系統(tǒng)的入侵，它們更傾向于僅僅開(kāi)放娛樂(lè)、網(wǎng)絡(luò)、語(yǔ)音、藍(lán)牙等接口，主打通訊等信息。這樣對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)開(kāi)放、共享的理念是相違背的，也不利于整個(gè)車(chē)聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈的構(gòu)建。后裝市場(chǎng)雖然由互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)主導(dǎo)，但是由于汽車(chē)制造商采用的CAN總線通信協(xié)議各不相同，并且對(duì)外封閉?；ヂ?lián)網(wǎng)企業(yè)設(shè)計(jì)制造的OBD（On-BoardDiagnostic，車(chē)載診斷系統(tǒng)）設(shè)備通過(guò)與汽車(chē)提供的接口連接，僅能獲得如里程、油耗、速度、駕駛行為等汽車(chē)制造商同意開(kāi)放的部分?jǐn)?shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)車(chē)載網(wǎng)關(guān)將傳輸?shù)皆破脚_(tái)，進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析后，為駕駛員提供服務(wù)與支持。OBD設(shè)備難達(dá)到普適性，又因?yàn)榉蔁o(wú)法采用破解手段直接采集車(chē)輛未公開(kāi)的數(shù)據(jù)，種種受限，后裝市場(chǎng)需要統(tǒng)一的汽車(chē)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)，才可能會(huì)有所突破。車(chē)輛內(nèi)部OBD與CAN總線架構(gòu)如圖3所示。

3結(jié)論

車(chē)聯(lián)網(wǎng)是我國(guó)智能交通的信息化基礎(chǔ)，目前汽車(chē)制造商和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)都大力投入到車(chē)聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)中并取得了一定成果，車(chē)聯(lián)網(wǎng)時(shí)代已經(jīng)據(jù)我們?cè)絹?lái)越近，但車(chē)聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的真正來(lái)臨還需要解決如下問(wèn)題：（1）進(jìn)一步發(fā)展傳感器技術(shù)，體積更小，采集信息更準(zhǔn)確，價(jià)格更便宜。（2）ECU（ElectronicControlUnit，電子控制單元，又稱行車(chē)電腦、車(chē)載電腦）處理速度更快，車(chē)輛計(jì)算能力更強(qiáng)；移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸速度更快，交互的時(shí)間變得更短。（3）汽車(chē)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)，并有條件的對(duì)外開(kāi)放，傳統(tǒng)汽車(chē)廠商企業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)共同發(fā)展車(chē)聯(lián)網(wǎng)。（4）電子地圖的精度更高，每輛汽車(chē)最微小的變化都可以實(shí)時(shí)反饋。

參考文獻(xiàn)

[1]王雷，王傳磊.車(chē)聯(lián)網(wǎng)及關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用分析[J]物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2018（7）：63-68.

[2]工信部聯(lián)科.國(guó)家車(chē)聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南[2018]109號(hào)[S].

[3]陳山枝，胡金玲，石巖，等.LTE-V2X車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)與應(yīng)用[J]電信科學(xué)，2018（4）：7-17.

作者：馬敏 單位：西安信息職業(yè)大學(xué)