天华中威科技微波小课堂_什么是车联网?

什么是车联网?

几十年来，汽车内置的电子设备一直在担负着各种内部功能的处理任务从数字速度计和里程表，到由计算机跟踪传感器控制的警示灯，再到数字调谐收音机。然而，直到最近，车载电脑才能够跨越这个封闭系统，与外部设备进行通信。

简而言之，组成车联网的互联汽车指的是那些能够通过软件和网络连接与各种设备及用户共享数据的车辆。互联汽车可以根据其特性和能力，与智能手机、本地基础设施制造商以及附近的其它车辆进行交互。

历史沿革

1946年，美国首次将车载通信系统——电话，连接至公共交换电话网络(PSTN)。早在第二次世界大战期间，贝尔实验室系统内部就已开始实验性地使用移动电话设备;其采用了西方电气公司(WesternElectric Corporation)28型甚高频(VHF)设备上的移动无线电。20世纪40年代，纽约推出了紧急无线电电话服务，使用AM 30-40兆周波段。当时，联邦通信委员会(FCC)和贝尔公司设想出了两种移动电话服务形式:高速路服务和城市服务。这两种服务都将使用甚高频(VHF)和调频(FM)。

到了20世纪50年代，摩托罗拉(Motorola)和通用电气(GeneralElectric)等制造商已经面向公众车辆开发了运营商拨号服务。车载电话服务在20世纪70年代变得更加流行；一种新技术应运而生，其与汽车电池相连，并使用附加到电话网络上的信号。这种车载电话被集成在汽车内部，因此无法在离开车辆时轻易携带。随后，1984年的模拟蜂窝服务以及20世纪90年代的数字服务问世，个人用蜂窝电话变得经济实惠，也让内置车载电话几乎被时代所抛弃。

由于内置车载电话逐渐失去市场需求，技术的发展重心开始转向为汽车构建专用通信服务。1996年，通用汽车推出OnStar，从而打造了首批量产型联网汽车。这种远程信息处理系统首次实现了向呼叫中心拨打电话的功能；在气囊弹出等紧急事故情况下，呼叫中心可以联系紧急救援人员。到2018年，欧洲推出了名为eCall的类似服务，并规定所有新车必须配备这一功能(作为远程信息处理系统控制单元，即TCU的一部分)。

随着更先进的车载计算机系统不断被设计出来——且每年都有更多的创新和功能发布——汽车正变得越来越智能。例如，许多现代车辆中的高级驾驶辅助系统(ADAS)能够为驾驶员提供先进的碰撞预警，甚至具备车道保持功能。电动汽车(EV)产品也十分复杂，其许多系统均由计算机控制。这些车载计算机软件系统会根据需要无线更新，以保持系统处于最佳运行状态。

随着通信系统的不断发展，汽车电子产品开发人员正探索更多途径来提升驾驶体验并挽救生命。例如，智能交通系统(ITS)提出了一种方法，让交通信号灯能够广播其当前和未来状态，这样车辆就可以预测交通信号灯何时会变化。

自主驾驶汽车

多年来，人们一直设想着能够建立一种能让车辆相互通信的系统，即车对车(V2V)通信。那么，这种技术究竟有何妙用？车联网的终极愿景是实现自主驾驶，即车辆能够自主行驶在道路上。如今，自主驾驶汽车已成为现实，但高昂的价格让许多人望而却步。不过，正如我们(手中)的许多电子设备一样；随着它们在市场上的普及，成本也将逐渐降低。

目前，已有数百辆自主驾驶汽车在采矿等主要行业中投入使用。截至2021年，卡特彼勒公司(Caterpillar)的自主驾驶卡车在短短七年的运营中已安全运输了超过30亿吨物料。

在采矿业中的成功应用，无疑为自主驾驶汽车所面临的各种挑战带来了一些希望。下面，让我们来看看正在运行的自主驾驶汽车的几个典型案例:

● Alphabet公司旗下的自主驾驶技术公司Waymo于2021年在旧金山推出了自主驾驶出租车服务。

● 2023年，苏格兰推出了世界上首个自主驾驶公交服务。

● 2023年，世界上首艘自主驾驶商用客轮在瑞典斯德哥尔摩启动运营;该渡船完全由电力驱动。

远程信息处理

在如今的车辆中，黑匣子技术利用无线通信技术来提高安全性并改善乘客的乘车体验。由于其融合了电信和信息技术，这种黑匣子技术被命名为”远程信息处理(Telematics)”。

过去十年间，汽车行业经历了深刻的变化;其中，无线连接技术的加入是主要变革之一。如图1-1所示，远程信息处理单元内部及其周边所配备的无线技术在车辆的内外通信中发挥了重要作用。

图1-1:多样化的车联网生态系统

无论是消费者还是制造商，都看到了无线技术在车辆内外应用所带来的广泛便利和安全优势，并从中受益。举例来说，最新款汽车能够利用蓝牙和超宽带(UWB)技术，通过钥匙扣或智能手机来锁定或解锁车辆。

随着消费者在车辆使用中对连接性、安全性和便利性的需求不断增加，预计未来车辆内部及周围采用无线技术的应用趋势将持续上升。

C-V2X与DSRC

蜂窝移动通信行业逐渐涉足汽车制造业，并与其建立起深厚的合作关系。双方都深知，借助4G长期演进(LTE)、5G，以及即将到来的6G技术，蜂窝车对万物(C-V2X)的通信模式将成为现实。

C-V2X这一术语具有高度的概括性，它涵盖了所有第三代合作伙伴计划(3GPP)下的车对万物(V2X)技术。3GPP作为电信组织间的一项协作倡议，致力于全球标准的制定。而V2X部分则广泛涉及车辆内部与车辆外部任何网络或设备之间的通信。

图1-2展示了C-V2X通信的工作原理。通信将以两种方式进行——一种是直接的，另一种是间接的。直接通信不经由网络，而间接通信则会利用网络进行传输。

图1-2:C-V2X通信

从基础设施V2X的视角出发，车辆将通过两种方式实现连接：C-V2X和专用短程通信(DSRC)。一些国家倾向于采用C-V2X技术，而另一些国家则决定使用DSRC技术。不论是在DSRC还是C-V2X中，每一个无线电设备都会广播车辆的位置、速度、加速度等关键状态数据，同时也在监听其它设备的广播消息。

以下是DSRC与C-V2X之间的一些主要差异:

● DSRC采用802.11p无线标准，而C-V2X则遵循蜂窝通信标准。

● DSRC(协议)与C-V2X(协议)无法互通。

● DSRC的射频(RF)范围通常为300米，但根据需求，部分设备的覆盖范围可以更广。由于C-V2X采用蜂窝通信标准，其覆盖范围比DSRC多出20%至30%。

● 在存在障碍物的情况下，C-V2X的性能优于DSRC。

尽管DSRC与C-V2X在性能上存在差异，但两者都已被证明适用于基本安全应用。

了解相关组织机构

车辆间共享信息、协同工作，以构建更安全、更环保、更愉悦的交通环境，这一设想无疑极具吸引力。ITS运用传感、分析、控制和通信技术，通过广泛的应用提升了交通的安全性、流动性和效率。其核心目标在于提供与各类交通方式和交通管理紧密相关的服务，使用户能够获取更多信息，从而更安全、更协调、更明智地使用交通网络。此外，ITS还致力于减少交通拥堵、降低交通对环境的影响，并大幅减少致命交通事故的发生。

全球各国政府都已为车辆间通信预留了ITS 5.9GHz频谱频段。

实现先进车对车(V2V)通信的一个关键原因在于减少因机动车碰撞导致的死亡、伤害和经济损失。为了降低死亡率，美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)、美国交通运输部(DOT)、欧洲电信标准化协会(ETSI)和汽车工程师协会(SAE)等组织均提出了V2V通信系统，并为其实施制定了标准。

目前，SAE和ETSI为V2X直接通信提供标准，规定了高层协议交换和数据传输的单独底层协议。这些标准支持两种数据传输协议：C-V2X和DSRC。

NHTSA发布了一份V2V通信报告：报告更新了V2V技术在各个不同应用场景下的准备情况，并列出了ETSI和SAE的初步与预期用例。早期用例主要集中在道路安全和效率方面。3GPP、5G汽车协会(5GAA)以及第五代通信汽车研究与创新(5GCAR)等组织机构已经引入了针对高度自动化的全新高阶用例。

在ITS 5.9频段中，使用了不受干扰的专用频率来进行V2V通信。在这个频段中，C-V2X可以在不涉及蜂窝网络的情况下支持短距离低延迟连接。CV2X和DSRC都使用全球导航卫星系统(GNSS)来确定车辆位置并同步车辆与路侧基础设施间的通信。C-V2X和DSRC可以在相同的ITS5.9GHz频谱中共存；但根据5GAA最近发布的数据，C-V2X的可靠性显著更高。

以下是推动智能交通系统(ITS)实施的主要组织机构。

● 全球移动通信系统协会(GSMA)是一家代表全球移动网络运营商权益的行业协会组织。超过750家移动运营商是GSMA的正式会员;而在更广泛的移动生态系统中，其联合成员企业超过400家。GSMA与移动运营商、汽车制造商、供应商、行业协会和监管机构合作，通过统一的安全、监管及基础设施解决方案，推动车联网市场的增长。

● 5G汽车协会(5GAA)成立于2016年，是一个由汽车、科技及信息通信技术(ICT)领域企业组成的全球跨行业组织，致力于为未来出行和交通服务开发端到端的解决方案。自成立以来，5GAA迅速扩展，吸纳了汽车、科技和电信行业具有全球影响力的关键参与者。

● ETSI-ITS作为车辆远程信息处理和通信领域的标准制定机构，涵盖了车对车(V2V)和车对基础设施(V2I)的交互。

● 欧洲汽车与电信联盟(EATA)是一个致力于共同开发并加强出行移动性的委托机构。

● CAR 2 CAR通信联盟(C2C-CC)是一个由通用汽车(GM)、现代(Hyundai)、大众(Volkswagen)和沃尔沃(Volvo)等原始设备制造商(OEM)形成的联盟合作伙伴关系，并得到一级供应商联合会员的鼎力支持。C2C-CC专注于为所有车辆提供跨国界、跨品牌的无线通信技术应用。

● 汽车电子委员会(AEC)总部设在美国，是一家为汽车电子行业的零部件制定资质标准的组织;其AEC-Q100和AEC-Q200分别针对有源和无源组件。

● 电气电子工程师协会(IEEE)定义了用于车载环境中无线接入(WAVE)的802.11p标准，包括车辆中的专用短程通信(DSRC)设备和路侧单元(RSU)；这种标准也是广受欢迎的802.11无线网络标准的补充。

这些组织在V2X技术领域的协同合作，将共同推动全球车联网的普及和最终自主驾驶汽车的实现。