车联网技术：基于RFID与北斗导航的网络架构

（1）车联网概述

车联网（Internet of Vehicle，IOV）是指车与车、车与路、车与人、车与传感设备等交互，实现车辆与公众网络通信的动态移动通信系统。它可以通过车与车、车与人、车与路互联互通实现信息共享，收集车辆、道路和环境的信息，并在信息网络平台上对多源采集的信息进行加工、计算、共享和安全发布，根据不同的功能需求对车辆进行有效的引导与监管，以及提供专业的多媒体与移动互联网应用服务（图2-16）。

图2-16　车联网关系图

车联网能够实现智能化交通管理、智能动态信息服务和车辆控制的一体化网络，是物联网技术在交通系统领域的典型应用，是移动互联网、物联网向业务实质和纵深发展的必经之路，是未来信息通信、环保、节能、安全等发展的融合性技术。

车联网为车辆提供无处不在的网络接入、实时安全消息、多媒体业务、辅助控制等，包含车内网和车外网。车内网通过应用成熟的总线技术建立一个标准化的整车网络实现电器间控制信号及状态信息在整车网络上的传递，实现车载电器的控制、状态监控以及故障诊断等功能。车外网用无线通信技术把车载终端与外部网络连接起来，实现车辆间、车辆和固定设施间的网络连接。

车联网有以下几个特性：

① 所有车辆都是具有独立身份和独立思考能力的智能体，就像一个智能机器人，能自动判断路况，不需人驾驶。

② 所有车辆都可以实时感知自身，以及与其相关的物体的身份和状态。借助无线通信，城市内车与车之间，车与建筑物之间，以及车与城市基础设施之间实现互联互通。

③ 所有车辆所在的系统呈现出物体协同运作、系统状态最优的自组织运行模式。车辆如深海中的鱼群快速地游动却彼此永不相撞。

（2）车联网架构

① 车联网系统架构。

车联网技术是在交通基础设备日益完善和车辆管理难度不断加大的背景下提出的，到目前为止仍处于初步的研究探索阶段，但经过多年的发展，当前已基本形成了一套比较稳定的车联网技术体系结构。在车联网体系结构中，主要有三大层次，由高到低分别是应用层、网络层和感知层（图2-17）。

图2-17　车联网系统架构

（a）应用层：

应用层是车联网的最高层次，可以为联网用户提供各种车辆服务业务，从当前最广泛就业的业务内容来看，主要就是由全球定位系统取得车辆的实时位置数据，然后反馈给车联网控制中心服务器，经网络层的处理后进入用户的车辆终端设备，终端设备对定位数据进行相应的分析处理后，可以为用户提供各种导航、通信、监控、定位等应用服务。

（b）网络层：

网络层主要功能是提供透明的信息传输服务，即实现对输入输出的数据的汇总、分析、加工和传输，一般由网络服务器以及Web服务组成。GPS定位信号及车载传感器信号上传到后台服务中心，由服务器对数据进行统计的管理，为每辆车提供相应的业务，同时可以对数据进行联合分析，形成车与车之间的各种关系，成为局部车联网服务业务，为用户群提供高效、准确、及时的数据服务。(www.xing528.com)

（c）感知层：

由多种传感器及传感器网关构成，包括车载传感器和路侧传感器。感知层是车联网的神经末梢，是信息的来源。通过这些传感器，可以提供车辆的行驶状态信息、运输物品的相关信息、交通状态信息、道路环境信息等。

② 车联网网络架构。

车联网的网络架构主要由车车之间的通信和车路之间的通信组成。车辆通过安装的车载单元（Onboard Unit，OBU）与其他车辆或者固定设施进行通信。这里的固定设施通常指的是路边单元（Roadside Unit，RSU）。车载单元包括信息采集模块、定位模块、通信模块等。路边单元一方面将车辆的信息上传至控制中心，另一方面也将控制中心下发的指令和相关信息传给车辆。控制中心将其管理区域内路侧单元获取的车辆相关信息进行汇总以对交通状况进行实时监控，包括交通管理模块、紧急事故处理模块、动态交通诱导模块、停车诱导模块等。此外，驾驶员和乘客也可通过智能手机等设备与车载单元和路边单元连接，获取所需的信息（图2-18）。

图2-18　车联网网络架构

（3）车联网关键技术

车联网就是将多种先进技术有机地运用于整个交通运输管理体系而建立起的一种实时的、准确的、高效的交通运输管理和控制系统以及由此衍生的诸多增值服务。

① 射频识别技术（RFID）。

射频识别技术是通过无线射频信号实现物体识别的一种技术，具有非接触、双向通信、自动识别等特征，对人体和物体均有较好的效果。RFID不但可以感知物体位置，还能感知物体的移动状态并进行跟踪。RFID定位法目前已广泛应用于智慧交通领域，尤其是车联网技术中更是对RFID技术有强烈的依赖，成为车联网体系的基础性技术。RFID技术一般与服务器、数据库、云计算、近距离无线通信等技术结合使用，由大量的RFID通过物联网组成庞大的物体识别体系。

② 传感网络技术。

车辆服务需要大量数据的支持，这些数据的原始来源正是由各类传感器进行采集。不同的传感器或大量的传感器通过采集系统组成一个庞大的数据采集系统，动态采集一切车联网服务所需要的原始数据，例如车辆位置、状态参数、交通信息等。当前传感器已由单个或几个传感器演化为由大量传感器组成的传感器网络，并且通能够根据不同的业务进行处性化定制，为服务器提供数据源，经过分析处理后作为各项业务数据为车辆提供优质服务。

③ 卫星定位技术。

随着全球定位技术的发展，车联网的发展迎来了新的历史机遇，传统的GPS系统成为车联网技术的重要技术基础，为车辆的定位和导航提供了高精度的可靠位置服务，成为车联网的核心业务之一。随着我国北斗导航系统的日益完善并投入使用，车联网技术又有了新的发展方向，并逐步实现向国产化、自主知识产权的时期过渡。北斗导航系统将成为我国车联网体系的核心技术之一，成为车联网核心技术自主研发的重要开端。

④ 无线通信技术。

传感网络采集的少量处理需要通信系统传输出去才能得到及时的处理和分析，分析后的数据也要经过通信网络的传输才能到达车辆终端设备。考虑到车辆的移动特性，车联网技术只能采用无线通信技术来进行数据传输，因此无线通信技术是车联网技术的核心组成部分之一。在各种无线传输技术的支持下，数据可以在服务器的控制下进行交换，实现业务数据的实时传输，并通过指令的传输实现对网内车辆的实时监测和控制。

⑤ 大数据分析技术。

大数据（Big Data）是指借助于计算机技术、互联网，捕捉到数量繁多、结构复杂的数据或信息的集合体。在计算机技术和网络技术的发展推动下，各种大数据处理方法已经开始得到广泛的应用。常见的大数据技术包括信息管理系统、分布式数据库、数据挖掘、类聚分析等，成为不断推动大数据在车联网中应用的强大驱动力。