一文看懂“车联网”的前世今生.pdf

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一文看懂“车联网”的前世今生pdf,从汽车诞生的那一天起,对于城市交通,安全和便捷始 终是最重要的课题。面对城市道路中日益增长的车辆,以及 与日剧增的事故风险和通行压力,城市管理者和交通领域的 科研人员,利用交通信号设施来实现交通控制,并不断地推 陈出新。
欧洲道路运输通信技术实用化促进组织 ERTICO、日本道路 交通车辆智能化推进协会Ⅴ ERTIS)。人们建设ITS的初衷是 希望通过在交通控制系统中融入更多的信息技术,以解决交 通的资源利用率和安全性的问题。不过如今,它还被寄予了 其它功能:增加旅途的舒适性、辅助或自动驾驶、运输效能 提升(包括提高能源利用率、提供最短路径)、增值服务等 等。智能交通是一门交叉学科,它涉及各种交通要素:道路、 车辆、驾驶者和乘客、收费站和车站、信息技术、行人、法 规等;包含各类交通管理系统和服务:交通信息服务、车辆 管理、电子收费、紧急救援、诱导信息服务等。(注释:《解 读物联网》-机械工业出版社)智能交通的应用主要包括车辆 行驶安仝、电子收费、公路及车辆管理、导航定位、商业车 队管理等等领域。智能交通的构建,是信息技术领域和交通 运输领域的深度融合。通信网络、计算机技术、传感技术、 软件工业是实现ITS的关键。世界道路协会的《智能交通系 统手册》对ⅣS定乂:在交通运输领域集成应用“自动数据 感知与采集”、“网络通信”、“信息处理”与“智能控制”, 使得交通运输业变得更加安全、高效、环保和舒适的各种信 信息系统的统称。从IS定义中能够看到:智能交通系统发 展的本质,就是“信息技术”与“交通技术”的组合进化。 3.170年代起步:1970年,美国提出了电子道路导航系统 ( Electronic Route-Guidance System,ERGS),通过路边设备 提供车辆导航服务。1973年,日本的汽车交通控制综合系统 Comprehensive Automobile Traffic Control system, CACS) 项目上线,这是日本第一个ITS项目。通过路边设备引导车 辆行驶,减少拥堵,避免安全事故,以及提供应急服务。3.2 80年代三强局势:在1986年欧盟启动了“最高效及安全欧 洲交通项目( Program for European Traffic with Highest Efficiency and Unprecedented Safety, PROMETHEUS)”。意 在研究车-车通信(PRO-NET)、车-路通信(PRO-ROAD)、 辅助驾驶( PRO-CAR)等先进的交通信息技术。此外,欧盟 同期开始研究的还有“保障车辆安全的欧洲道路基础设施计 划( DRIVE)”。2000年欧盟发布的 KAREN项目包含了TS 体系框架。2009年,开始委托多家机构制定统一的IS标准。 2011年,欧盟启动了 Drive c2X车联网项目,意在打造一个 安全、高效、环保的行车环境,该项目于2014年宣布试验 成功。1992年,美国制订了智能车辆道路系统(IVHS)的 研究计划,并在1995年由运输部止式公布了“国家ITS项 目规划”。2009年,美困交通部发布了《智能交通系统战略 研究计划:2010-2014》,明确了车联网的构想。2014年美国 计划强制推广车际通讯(美国国家高速公路安全管理局:《法 规制定预告通知》、《V2ⅴ技术应用已准备就绪》),并在2015 年由美国交通运输部启动互联汽车项目。在前期研究成果的 基础上(车间通信系统-RACS、交通信息通信系统TICS), 1995年日本道路交通情报屮心建成了道路交通情报通信系 3i (VICS, Vehicle Information and Communication System Center)。司机可以通过装载VICS系统的车载导航器,亨受 无偿交通信息服务。2000年开始,ETC电子收费系统 ( electronic toll collection)在日本大力发展。2002年,VICS 中心开始向手机、掌上电脑、个人电脑等终端提供交通信息。 2003年,高级公路辅助导航系统(AHS, advanced cruise- assist highway systems)的项目正式开始实施,该系统通过路车的 通信协同(釆用DSRC,用短程通信),为驾驶人员提供安 全行车服务。车联网/车载网是ITS的重要组成部分。在智能 交通中,相对于其它领域的研究(例如城市公共交通管理、 交通诱导与服务等),对车联网/车载网的研究起步最晚,有 些领域还处于最初级的阶段。全球范围内,最主要的车联网 通信技术标准有两种:DSRC(IEEE)和LTEV(3GPP), 支持车辆连接到所有的相关事物,包括道路设施、其它车辆、 人等。4.1DSRC在智能交通的发展中,专用短程通信 ( DeDICated Short Range CommunICation,简称DSRC)技 术是IS的基础之一。随着智能交通的发展而不断发展,相 关技术在90年代开始取得了突破性进展。1992年,ASTM 美国材料试验学会( American Society for Testing Materials) 主要针对ETC业务的开发而最先提出DSRC技术的概念, 该通信技术采用915MHz频段开展标准化工作。1999年10 月,美国联邦通信委员会在59GHz频段中为V2V和Ⅴ2I两 种类型的短距离连接(DSRC, Dedicated Short-Range Communication)划分了专用频道。2001年,ASTM的相关 标准委员会选定IEEE80211a作为DSRC底层无线通信协议。 在2004年,正EE修订了IEE802l1p协议规范,并成立 作组启动了车辆无线接入(WAVE, Wireless access in the Vehicles environment)的标准制定工作,为进一步开展车路 协同的技术研究,启动ⅤI/ IntelliDrive项目。同年的美国费 城,ACM(国际计算机组织, Association Computing Machinery)第一届ANET学术会议召开,“VNET”这个 缩写单词第一次被正式使用。2010年,WAVE工作组正式发 布了IEE802.11p车联网通信标准。该标准作为车载电子无 线通信规范,应用于智能交通(IS)系统,成为了DSRC 标准下的底层协议(MAC层/PHY层,即OSI模型中的数据 链路层和物理层)。欧洲早在1994年就由CEN(欧洲标准委 员会)廾始了DSRC标准的起草。1995年,欧洲DSRC标 准草案完成,并于1997年获得通过(ENV12253 “58GHz-DSRC物理层”和ENV12795“DSRC-数据链路 层”)。200l年6家欧洲汽车厂商(宝马、大众、戴姆勒-克 莱斯勒等)联合供应商、硏究杋构成立了“车辆间通信联盟 (C2CCC,Car2 Car Communication Consortiun)”,联盟旨 在利用无线LAN技术开发车间通信功能,并制定欧洲的车 辆与基础设备之间的通信标准。为解决车间通信问题,2004 年宝马和大众加入了 FleetNet项目(2000年)的后续T程: NOW( Network on wheels),主要针对车间通信和保证数据 安全性进行研究。在2008年,欧洲电信标准协会ETSI在 59GHz频段为车载网划分了专用频道。在欧盟的第六框架计 划中诸多智能交通项目(同时也是“ eSafety项目”)都在推 动车联网/车载网相关技术的发展: COOPERS(智能交通安 全协助系统- Austria tech公司)、CVS(车路协同系统-欧洲智 能交通协公)、 SAFESPOT( SAFESPOT项目-菲亚特研究中 心)等。1994年日本联合多家企业进行了ETC收费系统的 野外试验,并对DSRC频率进行了选频。1997年,日本 TC204委员会制定了日木的DSRC标准。2001年ETC系 统正式开始服务。1999年日本(23家企业)启动了 Smart Way (智能道路系统),主要是在交通场景中提供各种信息交换 的基础设施,各类设施的通信方式主要都采用了DSRC。(注 释:日本的CS、ETC、AHS目前都属于 Smart Way项目 2007年,日木初步完成了 Smart Way项目部分路段的试验计 划。日本的DSRC由 ISO/TC204制定,并攴持最终的IEE 802.llp版本(美国)。4.2LTEV在2006年,多家通信和 汽车领域企业(爱立信、沃达丰、 MAN Trucks、大众)携手 推进智能汽车协作通信项目( Cocar, Coperative Cars),志在 研究利用蜂窝通信技术(采用3G网络)实现行车预警信息、 的相互传递(车辆之间间、车与道路管理系统之间)。随后, 宝马和福特公司加入了 CoCarX项目,在LTE网终覆盖下, 车间的协作通信取得了较好的性能测试结果。2012年,欧盟 资助 LTEBE-II项目,开展LTE演进协议在ITS中的应用研 究。2015年,3GPP国际组织分别设立了专题“LTE对V2X 服务支持的研究”和“基于LTE网络技术的V2X可行性服 务研究”,止式启动LTEV2X技术标准化的研究。行业内, 将“LTEV2X”(LTE: Long Term Evolution,即4G通信技术; V2X: Vehicle to Everything)简写为“LTEV”,它是基于无线 峰窝通信的车联技术,在业内也称为“CV2X( Cellular- Vehicle to Everything)”。国内多家通信企业(华为、大唐 中兴)参与了LTEV的研发。2016年9月3GPP完成了“基 于 LTE PC5接口的V2V”标准制定,其标准规范引入了 LTE-D2D的 Sideline链路技术,实现了高速度、高密度行车 场景下的车与车直接通信。这种允许车间直连的通信方式, 和以往的蜂窝通信技术有较大差异,也称为“分布式 ( LTE--Direct”工作方式。(与“分布式(LTEⅤ- Direct)” 相对的传统蜂窝通信工作方式是“集中式(LTEV-Cel)”, 以基站为信息转发节点进行通信)2017年3月,3GPP在“基 于LTE的V2X业务”项目屮,完成了车联网屮各类型通信 车与车的蜂窝网通信、车与道路设施通信、车与人通信等) 的标准化制定。在3GPP的5G通信标准中,LTEV将逐步 演进为NRV2X。43车联网和智能交通从DSRC和LTEV 的发展历史来看,DSRC起步较早,并且已经在许多ITS的 研究项目中崭露头角,实现了一部分相对成熟的车联网应 用。(例如日本的 Smart Way中的各类子项目、欧洲的 COOPERS、CVIS、 SAFESPOT、 PreVent等项目、美国的 ETC应用、VI/ ntelliDrive等项目)。在LTE-Ⅴ标准之前, 车辆使用3/4G的蜂窝无线技术连接到网络,其称之为 Telematics( Telecommunications和 Informatica的合成词,意 为“远距离通信技术和信息技术结合的网络”)。 Telematics 是车联网的一种常见形式,但由于只实现了车与云端的联 接,所以也被理解为“狭义车联网”。ITE-V的出现,是试 图打破原木蜂窝接入网络只能作为DSRC技术补充的境地, 将短距、直连、非IP化的通信技术(PC5接口)和蜂窝通信 技术进行融合,从而在车联网领域形成一套完整的通信技术 体系。从各国对车联网的研究模式来看,由于ITS应用场景 复杂、需求多样、终端种类繁多,所以车联网的研究需要和 ITS应用的开发同步推进,以满足行车过程中对各类技术细 节的要求。为了实现更高层次的安全、高效、环保的生产(行 车)目标,车辆(以及交通配套设备和系统)需要具备更多 更强的感知能力、通信能力、计算能力(智能),通过增加 交通系统整体的信息化能力以实现整个交通领域的升级。也 就是说,车联网技术是和传感、计算(例如自动驾驶)、软 件开发,等信息化技术同步发展的,未来的“智能交通”是 交通(道路)网络和信息网络的深度交融

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    2019-09-17
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