随着连通性、感知能力、计算能力的发展,车辆可以被作为一个产生数据、执行推断、并对交通、社会、经济产生巨大影响的平台。连通和协作可以提高车辆(队)的安全和效率。这篇文章为读者介绍了车联网领域的关键技术、机遇和挑战。
关键词:连接车辆、远程信息技术、汽车应用、车辆自组织网络、汽车电子、控制区域网络、V2V、V2X、V2R、V2B、智能交通系统、汽车工程、道路交通
现行的发动机控制机制是从1970至今,已经不能满足系统需求。1988年加州提出:车载诊断(OBD),到2008年CAN成为实际的OBD-II。常见的一些应用有:碰撞前自动拉紧安全带(2003);加速时改变震动阻尼提高舒适度(2004);车辆预测常见的目的地(2006)。但是在车辆连通性上仍然存在重大机会:预测发动机怠速,以消除短关闭(2016)。通过分布式感知、远程计算和大规模行动,车内外数据融合以提升安全、效率、舒适、便利性和降低运营成本。
一辆汽车具备多达70个电子控制控制单元(ECU),能够从底盘、动力系统、用户界面、安全网络捕获多达2500个信号。
连通性的使能技术:
感知:车轮速度传感器、偏航率、加速度、方向盘、驾驶员输入、动力输出。新兴的传感技术包括:摄像头(车道检测),定位系统(协同定位和自主导航,可通过惯性感知器精准定位)和测距设备(雷达,激光雷达)。通过互联提供超视距感知。
车内互联:原始设备制造商(OEM)通过OBD进行车辆检修和售后,非OBD:CAN, LIN, MOST, FlexRay。可以通过网关设备隔离车内不同设备。
车间互联:
Mesh网络:a) 通信标准:专用短程通信(DSRC),802.11P(是802.11的修订版,解决了DSRC的MAC部分,并支持车辆中的无线访问),SAE J2735(DSRC场景)、先进传输信息系统ATIS(WAVE场景)确定应用层信息类型。B) 广播类型:WAVE短信息协议(WSMP,时间敏感、安全、方便)。信息的传播方式:信标信息;泛洪信息(信标信息的扩展,依靠生存时间);GeoCast信息(依靠位置进行路由)。定向广播(采用GeoCast等);隐式确认的智能广播;主动性和反应性传播拓扑
蜂窝网络(又叫Vehicle to Broadband:V2B):机器到机器(M2M);direct-car-to-Internet cellular;5G网络技术;间接蜂窝连接:蓝牙、Wi-Fi和其他PF射频技术(安全,低时延)。
其他网络:混合网络(短途+mesh): LTE D2D
Inference:本地数据分析,远程数据分析。在数据分发之前进行一定的处理、聚合和综合,在线车辆分析:损伤预测、车辆状态监控、司机疲劳提醒等提高安全性。计算卸载分发;利用第三方设备(手机)收集预测故障以及用户画像。利用Hadoop并行数据管理
行动与反馈:接管对应部件,或为驾驶员提供反馈。
应用框架:
车载应用(远程信息处理应用? Telematics Applications):碰撞提醒、路旁协助、远程门锁、语音服务、转弯服务。利用聚合数据了解车队状况;利用出租车进行路况整合;按驾驶付费的保险;行程监控;距离预测;电池状况监测;车-云协同。平台:CarTel, CloudThink.
V2V和V2I应用:协同安全系统;道路安全;车队控制;导航;收费;多媒体共享。具体可分为四类:
信息服务:对时延和差错容忍度高。错误预测和响应(车辆部件诊断,损坏提醒,驾驶员提醒);数据收集与产生(可以优化驾驶习惯。生成驾驶map,增加定位精度;V2V(相机,雷达,其他驾驶员的驾驶行为监测等合作)提升预测精。问题在于车辆之间的信息要能相互理解(common reporting language),以及传输的时延保证);数据分发与分布(车车聊天,音乐分享,交互游戏,网络分享);效率提升(优化出行,维持平稳的车流量,减少堵塞,降低运行时间);便捷服务(自动导航,收费,车辆跟踪,远程泊车,车队形式)。
安全服务:先进驾驶辅助系统(ADAS,通过车道保持和自动巡航控制减少事故发生。但是延时和受损信息可能会造成严重影响。可实现自动刹车,扩展视野等。对应的服务分类有:碰撞避免:通过互联增加反应窗口或360度全景模拟;通过与路旁设备交互实现自适应车速;危险报告:增强的感知和长距视野,故障播报);驾驶员监测
个体运动控制:对车辆的直接控制用于防碰撞,节能,自动泊车,动态导航
组运动控制:用于节能,减少通行时间。车队形式(Platooning,最大化利用道路空间,增加车队大小,缓解堵塞,增加车流量);Intersection control:
应用和技术挑战
连通性条件:时延,带宽,数据量,节点密度,隐私性,安全性。
网络性能:低时延,无差错。先处理再传输(Data Proxies)
安全,隐私,认证:
协议设计:
车辆设计:
安全:防止外部可以直接读取车内数据,使用网关进行隔离,增加认证,防止车载程序奔溃。
感知:很多传感器对于车载只是一个黑盒子,精度
通信:车内,车间
数据处理:原始数据怎么处理,传输哪一部分的
架构:V2I
可发展方向
通信设计:减少数据量和包冲突,基于轨迹预测的路由协议。时延,可靠性,
平台和应用设计:可以从群智感知入手增强感知,合理利用车内和远端的数据。Eg. V2V和V2I相比LTE只占用了10%带宽。
车辆设计:
网络安全:防止非授权用户的访问,不正确或恶意信息的鉴别,利用大部分设备的行为排除小部分恶意设备(参看区块链的认证),对信息的加密,匿名,假名,分布式验证,主动假名测回,应用只与数字备份进行交互而不是真实的物理车辆,然后对操作进行验证后再在车辆上执行
社会问题和公众期待: