车联网产业发展现状研究

付长军，李 斌，乔宏章

(中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北 石家庄 050081)

0 引言

全球互联网增速降低以及移动互联网爆发式扩张浪潮退却，预示着互联网发展进入增长动力转换阶段[1]，“万物互联”的物联网时代已经开启，工业互联网和车联网作为其两大主战场将率先推进。

车联网通过整合人、车、路、周围环境等相关信息，能够为人们提供一体化服务，是物联网技术在交通行业的典型应用。在车联网的推动下，传统汽车正从代步工具向数据终端演变，“奔跑的智能手机”、“四轮智能手机”、“带轮子的起居室”将成为未来汽车的标签。相关研究表明[2]，在车联网应用的初级阶段，即可明显降低能源消耗和尾气排放，大大缓解城市的交通拥堵，显著减少80%的车辆事故率和30%～70%的死亡人数。在车联网充分发展起来以后，可实现自主驾驶，能够完全避免交通事故，大大提升交通效率，将人彻底地从枯燥的驾驶任务中解放出来。

截止到2017年，我国汽车保有量已经超过2亿，中国汽车的制造和保有量位居世界前列。随之而来的道路安全以及城市拥堵问题日趋严重，迫切需要车联网等新技术加强管理和引导。此外，我国消费者已经养成使用移动互联网的习惯，对汽车尤其是网联及智能服务的要求逐渐提高。巨大的消费群体和强烈的用户需求为我国车联网产业的规模化发展带来机遇。随着我国5G技术的推广以及杭甬超级高速等基础设施，车联网的市场潜力将会快速释放，预计2022年市场规模达到1 560亿美元[2-3]。

我国政府高度重视车联网相关技术及产业发展[2]，国务院出台的《中国制造2025》和《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》对车联网技术的发展进行指导。国家发改委发布的《推进“互联网+”便捷交通，促进智能交通发展的实施方案》对车联网基础网络、平台和技术发展提出了要求。交通部通过的《关于加强道路运输车辆动态监管工作的通知》明确了对“两客一危”的联网联控。工信部组织实施了多个重大专项、产业化专项用以支持车联网关键技术的研发、应用和示范推广，印发了《车联网创新发展工作方案》，提出我国车联网阶段发展目标、重点任务、关键技术、标准、基础条件等，联合国家标准化管理委员会编制《国家车联网产业标准体系建设指南》系列文件，与北京、保定、重庆、浙江、吉林以及湖北等地方政府签署车联网应用示范合作框架协议，积极推动车联网示范区建设工作。总体来看，我国已经明确了政府各部门和各级政府之间在车联网行业发展中的职责分工，但是面向行业参与主体的带有强制执行力的政策措施或强制立法仍有很多工作要做，与美国、欧盟和日本等国相比仍存在追赶空间。

1 车联网的内涵与愿景

车联网的概念引申于物联网，根据不同的应用背景，对车联网的定义也不尽相同[4]。传统车联网的定义(狭义)是指装载在车辆上的电子标签通过无线射频等识别技术，实现在信息网络平台上对所有车辆的属性信息和静、动态信息进行提取和有效利用，并根据不同的功能需求对所有车辆的运行状态进行有效监管和提供综合服务的系统。其本质上是由车辆位置、速度和路线等信息构成的巨大交互网络。

随着车联网技术和产业的发展，这种定义已经远远不能涵盖车联网的全部内容。根据车联网产业技术创新战略联盟的定义[3]：车联网是以车内网、车际网和车载移动互联网为基础，按照约定的通信协议和数据交互标准，在车与车(V2V)、车与路(V2I)、车与人(V2P)、车与网络(V2N)/云端(V2C)之间，进行无线通信和信息交换的大系统网络，是能够实现智能化交通管理、智能动态信息服务和车辆智能化控制的一体化网络，是物联网技术在交通系统领域的典型应用。

车联网依托于云计算、大数据技术、通信技术、搜索技术、导航、多媒体技术、移动支付等互联网工具，面向信息服务、交通安全和交通效率三大应用，为用户提供高效、安全、智慧的出行服务。图1给出了车联网的发展愿景[3-5]，预计未来发展需要经历以下三个阶段：发展初期将打通信息流、培养用户习惯，普及驾驶辅助服务；接着综合利用LTE-V2X、802.11p、5G等通信技术和智能化的汽车电子系统实现半自动驾驶，使车联网普及率和业务活跃度达到较高水平；最后实现高度自动驾驶和车辆全部联网，业务形态极大丰富，达到零事故零拥堵的终极目标。

图1 车联网愿景

2 车联网技术体系分析

图2给出车联网相关概念与技术[5-6]，人、车、环境和平台是车联网中密切相关的四类对象，智能交通、自动驾驶、网联汽车、主动安全、信息服务是车联网典型的应用，车联网涉及到的技术包括：信息安全、信息交互、环境感知、汽车脑、高精度地图、标准化及测试认证等关键技术。从体系架构上看，车联网由终端层(感知执行)、网络层(接入与传控)、平台层(协同计算控制)和应用层组成；从关键技术上看主要包括信息交互、环境感知、智能执行、汽车脑以及安全防护等。

图2 车联网相关技术及概念

2.1 体系结构

车联网是物联网在交通领域内的具体实现，其体系架构与物联网有许多共同之处，未来车联网基于终端层、网络层、平台层、应用层四层架构，实现多模通信、人车路交互、云网端协同的感知通信一体化网络，如图3所示。

图3 车联网体系架构

2.1.1 终端层——感知执行

终端层主要包括车载终端、设备终端和用户终端三大类，负责实时感知与采集车辆运行状况、交通运控状态、道路周边环境等信息，与驾驶人、周围车辆、行人与用户、道路基础设施、车联网平台进行信息交互，为车辆行驶和安全提供支撑和辅助决策，为用户提供娱乐和资讯服务，为交通管理提供数据支持。

2.1.2 网络层——接入与传控

网络层从物理上可以分为承载网络和接入网络两大类，未来承载网络主要由移动通信网、互联网、广电网、卫星通信网[7]以及其他行业专用网络构成；未来接入网络主要有基站、WLAN、WiMAX、RFID、专用短距离通信(Dedicated Short Range Communication,DSRC)等形式，主要为终端层和应用层提供多模式信息传输服务，鉴于车联网中低时延高可靠业务的需求，未来会利用边缘计算技术，将数据与业务分流，由网络层承接部分平台层的部分存储和分发业务。

2.1.3 平台层——协同控制

平台层以云计算、大数据[8]、语音交换技术和人工智能技术为核心，面向不同业务需求，对各类网络进行协同管理，对各类终端进行广泛接入，对多种应用场景进行广泛支撑，并向第三方平台提供接入功能，从而为智能交通管理、车辆辅助驾驶、业务管理、服务交易等相关业务提供平台支持。

2.1.4 应用层

作为一个基于云架构的车辆信息服务平台，车联网服务的对象众多，包括个人用户、交通管理者、车辆管理者、车辆、客货运企业、维保企业、租赁企业、汽车制造商、保险、紧急救援方、互联网内容供应商等等，涉及交通安全、交通效率以及信息服务三大类应用类型，具体的应用场景不胜枚举。因此，车联网应用的推广不能一蹴而就，要率先在城市内交通效率、安全编队和自动驾驶、城市间营运车辆安全辅助等一些经济效益显著且技术要求相对较低的特殊应用场景率先开展，产业化成功后，逐步拓展车联网的应用范围。

2.2 关键技术分析

车联网是一个多学科交叉技术领域，涵盖通信、传感器、汽车制造、人工智能、信息处理、安全防护，信息可视化等技术领域，在此仅对以下关键技术领域进行探讨与分析。

2.2.1 车联网V2X通信技术

V2X通信技术是车联网的基础，主要涉及车-车(V2V)、车-基础设施(V2I)、车-人(V2P)以及车-网络(V2N)、云平台(V2C)五类通信场景[9-10]，目前主流的解决途径有IEEE阵营(电气电子工程师协会)的专用短距离通信(DSRC)和ITU阵营(国际电信联盟)基于蜂窝的LTE-V技术两种，两者的对比情况如表1所示，预计未来两者将会在竞争中共存以满足不同需求。

2.2.2 环境感知技术

环境感知技术包括车辆工作状态感知技术、车辆运动状态感知技术和车辆行驶环境感知技术三类，主要用于判断车辆是否异常和行驶环境是否安全，承担着车联网中关键数据的采集。

车辆工作状态感知主要是通过CAN总线采集车内各电子控制单元以及装载在车上的各类传感器，来获取车体、动力、车辆制动、发动机、刹车等部件的状态参数。

车辆运动状态感知包括对车辆行驶状态参数的感知，其中绝对位置信息感知和相对位置信息感知最为基础和关键。为支持未来的自动驾驶业务需求，感知精度需要达到亚米级。

车辆行驶环境感知技术主要用于路面状态、障碍物、交通信息、路径、其他车辆等信息的感知，是汽车自动驾驶应用的基础支撑技术。

车辆运动状态和行驶环境的感知主要依靠激光、雷达、超声波、可见光、红外、卫星定位等位置传感技术，以及基于V2X的位置信息交换和预报技术。

表1 DSRC与LTE-V技术标准对比

V2X技术DSRCLTE-V技术特点以IEEE 802.11p为基础,物理层是WiFi的扩展,MAC与WiFi相同。有集中式和分布式两种通信方式:集中式需要基站作为控制中心进行蜂窝通信,主要用于车辆与路侧通信单元及基站设备的通信;分布式无需基站作为支撑,是一种自组网络,可在小范围内实现V2X通信。代表企业NXP华为、高通关键指标支持车速200 km/h,反应时间小于0.1 s,数据传输平均速度为12 Mbps,传输范围1 km可支持车速500 km/h,集中式传输带宽最高可扩展至100 MHz,峰值速率上行500 Mbps,下行1 Gbps,时延小于50 ms优点 1.已进行广泛实验,唯一能满足延迟要求的成熟通信选项,能够支持基于车辆通信的防碰撞;2.得到NHSTA(国家公路交通安全管理局)的大力支持;3.DSRC的产品开发快速发展,通用已推出了第一款可进行V2V通信的车辆2017CTS;4.成本明确。 1.共用现有基站,信道宽,同步性好,传输距离远,可自然过渡到5G;2.能够与带传感或联网能力的任何设备相连(包括人和他们的手机);3.对潜在威胁的预警能力强于DSRC;4.国内许多企业厂家已经着手LTE-V的研究及推广。缺点 1.用户多时可靠性下降,对车辆拥堵时的验证不够;2.需要路边设施投入;3.国内会有潜在干扰;4.高频段穿透性差,限制了城市环境下信号的传输范围。 1.标准未定;2.市场验证不足;3.不能解决安全驾驶;4.可能存在订阅费用。进程2014年2月,DSRC被美国交通部认定为V2X标准。于2017年11月完成相关标准制定。

2.2.3 智能执行技术

智能执行技术是在车辆和环境广泛感知的基础上，通过智能决策，对车辆行为做出相应控制。未来研究重点主要包括智能决策技术、HMI(人机交互)技术、信息显示技术[11]、自动驾驶平台等。

2.2.4 安全技术

车联网的安全问题会直接造成财产损失和人身安全，是车联网未来发展不可回避的重要环节，包括机械安全、电气安全、数据安全、信息交换安全、平台安全、支付安全等。安全问题如果得不到妥善的解决，车联网将无从发展。

4 车联网的产业链分析

车联网产业链长，涉及产业角色多，跨界融合特征突出[12]。未来服务类企业的数量和产值将占据车联网产业的绝大部分，尤其是车联网信息服务提供商将成为车联网产业链中的核心角色。因此传统互联网企业参与车联网的热情非常高，并提出了很多具有颠覆性的理念，部分企业甚至渗透到汽车生产制作环节。从另一角度看，汽车厂商制作把控着汽车的控制器局域网络(CAN总线)，互联网厂商难以获取车内各电子控制单元的信息，大大限制了互联应用的开展。随着用户需求的不断提高以及产业活跃度的提高，车联网将会给传统汽车制作业带来重构，如图4所示，平台终端类企业将和应用服务类企业紧密联系，以适应车联网各类服务的业务需求。目前汽车厂商和互联网企业正在走强强联合的发展之路，各类角色的软件与信息服务商也趋于融合，以适应新趋势的发展。总体来看，车联网正处于爆发前的战略机遇期。

图4 为车联网产业链示意图

5 结束语

车联网是互联网和智能传感技术的发展必然，将大大提高行车安全，提升交通效率，全面地提供各类资讯服务，为汽车产业带来了前所未有的历史性机遇和挑战。在车联网的带动下，汽车行业将从封闭不断走向开放，流程和边界将会从根本上得到重塑，一些企业如果无法彻底融入到新的产业生态中，将会被淘汰。值得一提的是，车联网发展速度远远高于人们的预期，目前市面上销售的2018款中高档家庭轿车上普遍搭载了车联网功能，预计未来三年是车联网行业切入的最佳时机。

[1] 中国信息通信研究院(工业和信息化部电信研究院).互联网发展趋势报告[R],2017.

[2] 中国银河证券研究部.车联网，下一个必争入口[R],2014

[3] FuTURE-TIAA联合工作组.智能网联汽车基本应用[R],2016.

[4] 诸彤宇,王家川,陈智宏.车联网技术初探[J].交通工程,2011,77(5):266-268.

[5] 武晓宇，汤立波，刘丽娜.车联网热点技术和应用前景分析[J].现代电信科技，2017,47(3)：7-12.

[6] 李克强，戴一凡，李升波，等.智能网联汽车(ICV)技术的发展现状及趋势[J].汽车安全与节能学报,2017,8(1):1-14.

[7] 刘坤，朱立东．基于 LTE 的卫星移动通信随机接入技术研究[J]．无线电通信技术，2017,43(2):12-15．

[8] 付长军，乔宏章．大数据产业发展现状研究[J]．无线电通信技术,2016,42(4):1-4,28.

[9] 鲍海森.浅析下一代车联网V2X技术[J].网络与通信,2017,7:111-114.

[10] 任开明,李纪舟,刘玲艳,等.车联网通信技术发展现状及趋势研究[J].通信技术,2015,48(5):507-513.

[11] 付长军，乔宏章．大数据可视化技术探析[J]．无线电通信技术,2017,43(5):01-05．

[12] 伦一.自动驾驶产业发展现状及趋势[J].电信网技术,2017(6):33-36.