4G通信技术在车联网中的应用研究

王琴

（无锡机电高等职业技术学校， 江苏 无锡 214028）

4G通信技术在车联网中的应用研究

王琴

（无锡机电高等职业技术学校， 江苏 无锡 214028）

本文介绍了物联网的发展历程，诠释了物联网、车联网的概念，设计了车联网系统的整体框架，结合车联网的主要技术特点探讨了LTE通信技术在车联网中的应用策略，进而根据车联网的应用需求提出了4G通信网络改造方案，并通过案例展望了车联网的应用前景。

物联网；车联网；移动通信；4G

温家宝总理2009年在无锡视察时，提议建立“感知中国”示范中心，这掀起了信息产业革命的新浪潮，引发了我国物联网产业的启动。为加快物联网发展，培育和壮大新一代信息产业，工业和信息化部印发了《物联网“十二五”发展规划》，物联网成为了当前新经济和科技发展的战略制高点之一。车联网是物联网多种应用中的首选，日益受到各方的重视。由于车联网的信息节点具有多元性和高速移动性的特点，因而其联网技术的首选无疑是各种无线通信技术。随着中国移动、中国电信、中国联通三大运营商陆续获得LTE运营牌照，移动通信网络的数据通信功能日益强大，业务范围也不断扩大，4G通信技术在物联网中的应用已成为业界关注的热点，这些都为物联网的实现提供了强大的技术支撑。

一、车联网基本概念

2005年，国际电信联盟（ITU）在《ITU互联网报告2005：物联网》报告中，首次提出了物联网（The Internet of Things，简称ITO）的概念。物联网是互联网的扩展，它在互联网的基础之上延伸和叠加了一张新的网络，通过有线、无线通信方式建立传感设备、控制设备、机器和人员间的信息交换和通信，从而实现实时监控、定位跟踪、调度指挥、远程控制等智能化管理和识别功能。

目前，要全面实现物联网存在许多困难，如标准不统一、物品类型过于繁杂、安全性有待提高等等。然而，车联网是业界公认的物联网明确而又可行的应用方向。车联网（Internet of Vehicles）是一种新的综合信息化网络，主要是利用GPS、RFID、传感、摄像等技术采集车辆的环境和状态信息，然后通过互联网技术将各种信息传输汇聚到中央处理器，最后通过计算机技术对信息进行分析和处理，以解决定位、通信、拥堵等交通问题，从而达到提升道路通行能力的目的。车联网是集中性的系统解决方案，车联网从应用领域可分为汽车导航、物联网设备、汽车电子、交通信息化等几大子板块，其建设与发展必将带来交通运输、传感网络、移动通信、计算机软件、互联网应用等整个产业链的腾飞。

二、车联网系统的基本架构设计

如图1所示，车联网系统从整体架构上可以划分为感知层、网络层和应用层三个层次。

（一）车联网感知层

感知层是车联网的神经末梢，指汽车上的各种智能传感器，即在汽车内部、汽车之间、汽车与网络之间进行通信的智能终端，主要负责采集汽车的相关信息，感知汽车行驶状态及周边环境。

（二）车联网网络层

网络层的作用是实现感知层信息的广域网信息传递。即建立车与车、车与路、车与人、车与网络等多维拓扑的互联互通，通过有线、无线通信方式实现车辆与网络应用层的实时信息传送。

（三）车联网应用层

应用层是车联网的应用核心，与车辆相关的各类应用均可以涵盖在其中，如智能车辆驾驶、道路导航、物流运输、4S车辆服务、汽车修理、汽车保养、紧急道路救援等等。另外随着云计算的兴起、移动互联网的日益普及，车联网又增加了安全认证、海量数据存储、实时网络交换等新业务功能。总之，车联网构建了一个围绕车辆使用方方面面的全新生态圈。

三、4G通信技术在车联网中的应用

（一）LTE通信技术

车联网是一个泛在的网络，要发展车联网必须拥有一张延伸至任何地方的物理网络，而以LTE技术为代表的4G无线通信网络正好满足了车联网发展的需要。

LTE（Long Term Evolution，长期演进）是4G时代的无线技术标准。LTE采用了很多先进的无线技术来大幅提升无线数据传输速率和频谱效率，如正交频分复用（OFDM）、多输入多输出（MIMO）等。目前，在20M的频谱带宽下LTE已经可以实现上行50Mbps、下行100Mbps的传输速率。

此外，LTE减少了3G时代的RNC无线控制器节点，整个系统只含有两个网元：负责核心网部分的EPC（Evolved Packet Core，演进分组核心网）、负责接入网部分的eNode B（Evolved Node B，演进Node B）。这使得LTE系统的结构更加扁平化，且其组网方式完全使用IP网络，更大的提升了传输速率。

（二）车联网的主要技术特点

由于服务对象的不同，车联网有着移动通信网和互联网都没有的自身特点。

1.连接终端的高速移动性

目前，移动通信网络和互联网主要是给人提供服务的，用于满足人与人之间传送信息需要。而车联网连接的主要对象是车，主要是实现汽车与汽车、汽车与道路、汽车与建筑、汽车与信息平台之间的连接，因而必须确保高速移动情况下链路和速率的稳定性。

2.信息安全性的高要求

每个使用人的信息都连接在网络上，暴露在光天化日之下，一旦有人窃取或干扰这些信息，势必威胁到整个车联网体系的安全。此外，车辆还涉及到交通安全、生命财产安全的问题，因此车联网的信息安全性和数据传送及时性显得尤为重要。综上所述，终端合法性的认证、网络黑客攻击的防卫、个人信息冒用的预防、个人财产安全的保障等都是车联网发展过程中需要突破的重大难题。

（三）LTE通信技术在车联网中的应用策略

LTE通信技术应用于车联网，需要分别解决感知层、网络层和应用层三个层面的问题。

1.感知层

物联网也被称作传感网，其中包含了大量不同种类的传感器。无线传感网技术标准众多，有IrDA、Bluetooth、Wi-Fi、ZigBee、RFID和UWB等等，当车辆所处场景不同时采用的通信方式也不尽相同，这意味着车联网中的很多信息需要在不同的网络中传递。因此，在感知层要解决的问题是：在实现无线通信网络与各种异构网络协调工作的同时，兼顾对感知网的管理监控，从而实现无缝的信息交换。

2.网络层

网络层包含接入终端和接入网络两部分。接入网络我们采用4G移动通信网络，但是目前的4G通信网络主要是负责人与人之间的通信，而车联网的终端品种繁多，其行为特点与人的通信方式也存在着巨大的差异，因而，必须对现有的移动通信网络进行相应的建设和优化。可见，网络层要解决的问题是：在确保实时传送车联网终端和应用服务器数据的同时，有效管理车联网终端，以保证车联网网络的持续有效运行。

3.应用层

应用层是车联网的控制中心，负责海量感知数据的存储与分析。其主要工作是运用先进的云计算技术、计算机软件管理技术、智能控制技术对感知数据进行管理与处理，从而满足广大用户车辆导航、跟踪定位、车辆维修保养、智能交通等应用需求。因此，应用层要解决的问题是：充分发挥现有网络优势，结合移动网络、数据网络、虚拟主机业务等提供全方位的技术解决方案，做好应用的集成处理。

（四）4G移动通信网络应用于车联网的改造方案

传统的移动通信网主要服务于人，而车联网服务对象的种类、数量繁多，为了很好的满足海量车联网终端的使用，必须对移动通信网进行以下改造。

1.编码方案

为了有效的管理数目繁杂的物联网终端，必须给每个终端分配唯一的号码。目前，我们使用的手机

11号码是十一位的，满足十多亿人的手机终端需求没有问题，但要满足海量的车联网终端则明显力不从心，寻找新的编码方案势在必行。我们可以选用IMPU/IMPI、IP地址、MSISDN、IMSI等编码方式，来构建物联网终端设备的标识码。同时，我们需要对现网负责码号分配的HLR设备进行改造，增加相应的设备标识字段，以增加容量、提升性能。

2.网络安全保障方案

车联网对安全性能要求很高，如何使终端安全的接入应用平台是必须认真考虑的问题。否则，一旦出现黑客攻击、设备冒用等情况，就有可能导致车辆、人身安全事故的发生。为了实现端到端通信链路安全，我们采用类似于VPN的隧道安全技术。此外，考虑到接入方式的多样性，网络应该支持使用公有IP地址的应用服务器能向某些私有地址的终端设备发送管理消息。

3.终端接入认证方案

为了预防非法终端的恶意侵入，车联网必须对接入终端进行合法性鉴权，并对可信终端进行应用授权。我们可以通过安装usim卡以及使用公开密钥算法来完成对终端的合法性鉴权及相关签约数据的管理。

4.扩容方案

大量无线终端同时接入车联网网络，无疑会对无线接入网、分组核心网、数据互联网都造成很大的负

2荷。为保持永久在线，移动通信网络需要频繁响应附着、激活、业务请求、创建承载等信令交互；进行数据交互时，还需要同时向特定的服务器进行数据通信，这可能导致IP网络、远程服务器的拥塞。为了满足海量车联网终端的接入，我需要对4G通信网的很多环节进行相应的扩容改造，如Ipv6地址的启用，PGW、SGW附着数量、激活数量的扩容，HSS用户容量的扩容。

四、车联网应用案例

未来的车联网将整合车联网服务平台、无线通信网络以及安装车载移动终端的智能车辆形成一个车联网公共信息服务平台。如图2所示，安装车载移动终端的智能车辆在行驶过程中可以和交通监控中心交互信息获取实时道路路况信息，以选择合适的出行路线减少交通拥堵；车辆驶入陌生道路时可以随时向导航公司获取车辆导航的实时线路图；长途行驶时车载智能终端可以作为娱乐终端，上网冲浪获取娱乐影音等休闲信息；遇到意外状况，车辆可以通过智能终端及时向汽车救援服务公司、保险公司发出道路救援请求；智能车辆还会定期的向4S店发送车辆运行数据，并获得4S店的维修保养建议；此外，交管部门可以通过车联网服务平台获取车辆的违规信息，以便交警及时对违法车辆进行处置；二手车交易市场也可以通过车联网服务平台获取完整的车辆运行状态，对二手车做出合理估价。

五、结论

作为物联网最具潜力的应用，车联网的发展是社会前进的必然。本文通过对车联网整体架构体系的分析和研究，从编码方式、网络安全保障、终端接入认证和扩容改造四个方面详细阐述了4G通信网络的改造方案，很好的满足了车联网的应用需求，对4G通信技术与车联网技术融合进行了有益的探索。

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［2］杨永志，高建华.试论物联网及其在我国的科学发展［J］.中国流通经济，2010，（2）.

［3］刘富强，单连海.车载移动异构无线网络架构及关键技术研究［J］.中兴通讯技术，2010，（3）.

［4］王 群，钱焕延.物联网的技术路线及属性形成［J］.电信科学，2012，（7）.

［5］罗 涛，王 昊.车辆无线通信网络及其应用［J］.中兴通讯，2011，（3）.

（责任编辑：袁 媛）

Applications of 4G Communications Technology to Internet of Vehicles

WANG Qin
（Wuxi Machineryand Electron Higher Professional and Technical School，Wuxi 214028，Jiangsu）

The concepts of Internet of Things and Internet of Vehicles are introduced.The framework design of Internet of Vehicles is made.Based on the technological features of Internet of Vehicles，the strategy of applying the LTE communications technology to Internet of Vehicles is studied.An improvement scheme of 4G communications network is proposed tomeet the application requirements ofInternet of Vehicles.The application prospects of Internet ofVehicles are alsoillustrated with real cases.

Internet ofThings；Internet ofVehicle；mobile communication；4G

TM919

A

1671-802X（2015）06-0009-04

2015-10-28

王 琴（1975-），女，江苏无锡人，讲师，研究方向：电子与通信。E-mail：723503983@qq.com.