汽車通訊中電子網(wǎng)絡技術(shù)應用

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摘要:近年來隨著汽車通訊的發(fā)展，電子網(wǎng)絡技術(shù)的應用逐漸普及至汽車通訊的每個角落，汽車通訊技術(shù)主要有移動通信技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動傳真技術(shù)和移動電話技術(shù)等。通過對電子網(wǎng)絡技術(shù)的概念及該技術(shù)在汽車通訊中的應用進行論述，并對今后發(fā)展進行展望，為今后電子網(wǎng)絡技術(shù)在汽車通訊方面的研究提供理論基礎。

關鍵詞:汽車通訊;電子網(wǎng)絡技術(shù);5G

0引言

汽車通訊系統(tǒng)中的電子網(wǎng)絡技術(shù)應用廣泛，它是一種集成概念，主要包括:物聯(lián)網(wǎng)、智能通行和車聯(lián)網(wǎng)等。隨著近年來汽車行業(yè)的飛速發(fā)展與新能源汽車的發(fā)展，汽車出行成為現(xiàn)代人類的一種生活方式，而智能化的交通運行成為了人們的期望。無線移動的電子通信技術(shù)是車聯(lián)網(wǎng)信息傳輸?shù)闹匾夹g(shù)手段，目前汽車將逐漸成為移動的多媒體信息中心，與辦公場所、家庭住宅通過先進的通訊技術(shù)密切相連，充分體現(xiàn)“無縫移動通信”的互聯(lián)要求，并逐漸向靈活性、數(shù)字化、互聯(lián)性、整合性及私密性趨勢發(fā)展。本文通過對電子網(wǎng)絡技術(shù)及其在汽車通訊領域的應用進行論述并展望，進而為相關研究提供理論基礎。

1電子網(wǎng)絡技術(shù)

1.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

近年來物聯(lián)網(wǎng)廣泛應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、家居生活、工業(yè)監(jiān)控等行業(yè)，在汽車通訊中尤為頻繁。物聯(lián)網(wǎng)的概念于1999年由美國ID公司率先提出，其主要結(jié)構(gòu)包括感知層、網(wǎng)絡層和應用層。感知層是以感知層傳感器技術(shù)為中心，由各種傳感器組成，通過傳感器實現(xiàn)信息采集、目標識別的作用。網(wǎng)絡層目的是實現(xiàn)信息輸送與通訊［1］。應用層是將各個服務組進行應用實現(xiàn)。在物聯(lián)網(wǎng)中，智能接口用于異構(gòu)網(wǎng)絡的無縫集成，異構(gòu)設備之間的互操作性是物聯(lián)網(wǎng)的主要目標之一。物聯(lián)網(wǎng)正在革新許多新的研究和應用發(fā)展領域，正在將智能化整合到現(xiàn)有領域。

1.2智能交通系統(tǒng)

智能交通系統(tǒng)作為一種應用電子網(wǎng)絡技術(shù)面向社會交通服務的系統(tǒng)，能實現(xiàn)交通系統(tǒng)信息的收集、處理、分發(fā)和交換。該系統(tǒng)是未來智能化交通系統(tǒng)的發(fā)展方向(圖1)，采用多種高精尖技術(shù)對地面路況進行全方位判斷，通過高效利用交通設施，如紅綠燈、燈崗等對交通進行梳理，減少交通壓力使交通流順暢。隨著智能交通系統(tǒng)的發(fā)展，智能交通系統(tǒng)(ITS)已經(jīng)向車載通信發(fā)展。車輛對車輛(V2V)和車輛對路邊單元(V2Ｒ)通信的概念作為另一種稱為車輛專用網(wǎng)絡(VANETs)的通信網(wǎng)絡在研發(fā)中出現(xiàn)［1，2］。該系統(tǒng)能夠在道路旁或道路上移動的任何預先建立的基礎設施的幫助下，實現(xiàn)道路車輛之間的通信。許多與新一代無線接入技術(shù)(WAT)相關的最先進設備與車輛結(jié)合在一起，這些設備包括用戶端，如車載顯示屏、傳感器等終端，如全球定位系統(tǒng)(GPS)、中央處理器(CPU)等［3，4］。作為車載單元的集成使車輛通信能夠提高安全性、舒適性和經(jīng)濟性。在稀疏車輛網(wǎng)絡環(huán)境中，預先建立的基礎設施或特定路線中預先指定的常規(guī)車輛(如公共汽車)被用作路邊單元(ＲSU)，用于提供道路車輛之間的通信。

1.3車輛互聯(lián)網(wǎng)

車輛互聯(lián)網(wǎng)(IOV)又稱車聯(lián)網(wǎng)，是物聯(lián)網(wǎng)在汽車通訊中的革命之一，是一種利用射頻識別技術(shù)區(qū)別車輛的屬性、提取信息、將車輛狀態(tài)加載至標簽中的應用，現(xiàn)階段已發(fā)展成通過智能手機連到智能汽車，主要是通過無線技術(shù)與路邊單元的輔助實現(xiàn)車輛間的實時通信，從而降低事故發(fā)生率［5］，以低廉的運營成本及較強的交通安全保障受到大眾注視。并且基于感知層傳感器技術(shù)、中間傳輸技術(shù)和后端信息處理技術(shù)的智能交通IOV－IOT關鍵技術(shù)，實現(xiàn)了車輛與道路、旅行者和車輛、旅行者和管理者之間的互操作性。

2電子網(wǎng)絡技術(shù)在汽車通信的應用

2.1衛(wèi)星定位系統(tǒng)

現(xiàn)階段，正在穩(wěn)定運行的衛(wèi)星定位系統(tǒng)有北斗導航系統(tǒng)(中國)、GPS系統(tǒng)(美國)、GLONASS(俄羅斯)、伽利略(歐洲)，衛(wèi)星定位系統(tǒng)是通過衛(wèi)星掃描為用戶提供所處環(huán)境的電子地圖，而用戶使用時僅僅需要一個終端就能實現(xiàn)全天候、高精度、實時性高的衛(wèi)星定位導航服務。其中配合進行導航服務的主要技術(shù)是浮動車數(shù)據(jù)技術(shù)，其基本原理是通過車載導航設備記錄車輛在移動過程中的車況信息，配合地圖匹配路徑進行道路模型建立，通過算法進行處理從而得到浮動車的位置信息。當某一區(qū)域車輛數(shù)量充足時，通過對車輛位置信息的收集，信息中心處理后就能獲得這一區(qū)域的交通動態(tài)，如事故多發(fā)地、堵車信息、路況信息等，再對用戶進行反饋，進而實現(xiàn)減少用戶在道路上行駛的時間。

2.2汽車通信技術(shù)系統(tǒng)

2.2.1總線通信技術(shù)。汽車總線通信技術(shù)是將汽車內(nèi)部的各個ECU節(jié)點聯(lián)結(jié)起來，從而形成一個汽車內(nèi)部的局域網(wǎng)絡。節(jié)點根據(jù)自身的傳感器信息及總線上的信息，完成預定的控制功能和動作，如電機啟停等，節(jié)點之間的通訊通過總線來實現(xiàn)。每個節(jié)點一般由MCU(或DSP等)、接口電路、總路線控制器、總線驅(qū)動器等構(gòu)成。主要形式及技術(shù)參數(shù)如表1所示。主要包括CAN(ControllerAreaNetwork)全稱為“控制器局域網(wǎng)”技術(shù)，CANFD(CANwithFlexibleData－rate)是BOSCH公司2011年發(fā)布的CAN替代總線技術(shù)、LIN(LocalInterconnectNetwork)低成本的串行總線通信技術(shù)等。2.2.2無線通訊。無線通訊是指僅利用電磁波而不通過線纜進行的通信方式，無線通訊的實現(xiàn)方式有很多種，如無線電、廣播、蜂窩式網(wǎng)絡(1G、2G、3G、4G、5G)、短距離點對點通訊(遙控、DSＲC)、無線感測網(wǎng)絡(Zig-Bee、Bluetooth)、無線局域網(wǎng)(WLAN、WiFi)等。無線通訊系統(tǒng)廣泛應用于IOV，如3G技術(shù)、4G技術(shù)、WiFi技術(shù)、ZigBee技術(shù)等，在應用過程中常常和傳感器配合使用，其中無線通訊系統(tǒng)有著傳輸速度快、安全性高、成本低、空間小等特點。常見的汽車無線通訊技術(shù)主要包括汽車上的無線通信技術(shù)(LTE、WiFi、BT、NFC、ETC、5G、C－V2X等)。近年來隨著新能源汽車的發(fā)展，汽車結(jié)構(gòu)中布線越來越多，無線通訊技術(shù)空間小、布線少的特點越來越吸引廠家。在網(wǎng)絡化時代車輛采集的數(shù)據(jù)量巨大，需要通過無線通訊系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳輸至云端進行分析與儲存，所以無線通訊技術(shù)是車輛通訊中的核心技術(shù)與重要組成部分。目前，我國的5G技術(shù)為IOV帶來了更加廣闊的發(fā)展空間，無線傳輸技術(shù)也可在數(shù)據(jù)支持下完成對車輛進行遠程控制，例如，特斯拉公司的無人駕駛與小鵬汽車公司的自動倒車入庫等。

2.3云計算技術(shù)

云計算將用于分析和計算IOV中的道路、大規(guī)模車輛路徑規(guī)劃方案、智能交通調(diào)度計算。首先，數(shù)據(jù)通過無線通訊技術(shù)傳輸至云端進行儲存，通過云計算，在短時間內(nèi)進行車輛路徑規(guī)劃方案的計算，并將優(yōu)化后的數(shù)據(jù)傳輸至用戶端，從而指導用戶操作。另外隨著時間推進，云端數(shù)據(jù)庫越發(fā)龐大，通過強大的計算與龐大的實時數(shù)據(jù)庫支持，對服務的穩(wěn)定性起到了強大的支撐，提升用戶使用便捷度與體驗感。例如，車輛駛?cè)肽车貐^(qū)后的車況信息、交通信息、天氣信息等，讓用戶出行更加便利。

2.4電子收費系統(tǒng)(ETC)

該系統(tǒng)通過識別車輛將車輛、收費站系統(tǒng)及相關設施建立聯(lián)系，主要起到完成收費數(shù)據(jù)與車輛識別的作用?，F(xiàn)階段常用于高速路收費，當車輛初次駛?cè)胧召M站時，通過傳感器對車內(nèi)ETC進行掃描。實現(xiàn)車輛在運行過程中在不停駛的情況下進行繳費，并且在掃描后數(shù)據(jù)進入ETC管理中心與系統(tǒng)后，收費站欄桿、付費流程會通過計算機自動進行識別，在疫情當下的今天，大幅度減少車輛運行過程中的人員接觸具有重要意義。除此之外，在車輛違規(guī)停車等還可通過地面?zhèn)鞲衅髯R別技術(shù)、攝像頭視頻識別技術(shù)等對車輛進行感知，從而減少交通事故的發(fā)生。其中ETC安裝在收費站路邊傳感器單元和車載單元中，當車輛通過時通過無線傳輸進行信息通信。

2.5交通誘導系統(tǒng)

交通誘導系統(tǒng)(TGS)是在根據(jù)起、終兩點與當前的交通路況及未來一段時間的交通情況預測的綜合考量后對用戶進行最佳路徑引導，其目的是改善用戶體驗和道路擁堵，并且在用戶駕駛過程中，仍會通過不斷更新的道路情況進行路線改進與優(yōu)化。該系統(tǒng)通過優(yōu)化路徑的方式誘導用戶選擇最優(yōu)路徑，并且也會減少交通擁堵的情況發(fā)生，減少車輛在道路停留時間，降低尾氣排放最終達到在路網(wǎng)中車輛組成的交通流的最優(yōu)合理分布。

2.6車輛M2M通訊系統(tǒng)

車輛M2M通訊系統(tǒng)使車輛之間的實時信息交換來防止事故。該系統(tǒng)可實現(xiàn)各種自動操作，包括速度控制、車道變換、停車、轉(zhuǎn)向控制等。該系統(tǒng)對高速公路和密集的城市交通環(huán)境非常有益，在這兩種環(huán)境中，在緊急情況下，車輛自動控制對安全性具有重大影響。在緊急情況下，它會聯(lián)系警察和家人或朋友及其他服務機構(gòu)，具有自動控制和手動控制兩種應用模式，可以提供與車輛當前及歷史相關的所有信息，如乘客數(shù)量、速度、方向、位置、車道、緊急情況原因等。

3結(jié)論

總之，隨著科技的發(fā)展與人們對更便捷、更安全生活的向往，在汽車通信過程中電子網(wǎng)絡技術(shù)滲透廣泛。本文通過對物聯(lián)網(wǎng)、智能交通和IOV概念的介紹與相關電子網(wǎng)絡技術(shù)在汽車通訊中應用的介紹，對不同情況的應用進行論述，深入探討電子網(wǎng)絡技術(shù)在汽車通訊中的應用，并為今后理論研究提供理論基礎。

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作者:楊玉好 袁國倫 單位:雅安職業(yè)技術(shù)學院