淺析車聯(lián)網(wǎng)研究中的技術(shù)挑戰(zhàn)

鄭繼亭　王振宇

摘要：車聯(lián)網(wǎng)是智能交通系統(tǒng)的重要組成部分，本文首先對車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)進行了介紹，然后從時長約束、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、節(jié)點移動性、系統(tǒng)波動性和系統(tǒng)應(yīng)用性五個方面，對現(xiàn)有研究面臨的挑戰(zhàn)進行了分析。

關(guān)鍵詞：車聯(lián)網(wǎng);車載自組網(wǎng);車輛移動性

中圖分類號：U495 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）05-0231-01

車聯(lián)網(wǎng)[1]（Internet of Vehicle）技術(shù)的快速發(fā)展使其為用戶提供的服務(wù)和應(yīng)用日趨豐富，用戶不僅能夠獲取安全輔助應(yīng)用，避免發(fā)生事故，還能在駕駛過程中接入互聯(lián)網(wǎng)，提升駕駛體驗?？紤]到車聯(lián)網(wǎng)中通信實體的特殊性，本文對現(xiàn)有的車聯(lián)網(wǎng)研究過程中面臨的挑戰(zhàn)進行了分析。

1 車聯(lián)網(wǎng)概述

作為一種特殊的移動自組網(wǎng)[2]（Mobile Ad hoc NETwork，簡稱MANET），車載自組網(wǎng)主要關(guān)注車輛和車輛間、車輛和路側(cè)設(shè)備（Road-Side Unit，簡稱RSU）間的自組織通信，借助交通參與者的信息共享，完成提高交通效率，避免事故發(fā)生的目標。為了實現(xiàn)這一目標，要求車輛配備車載單元（On-Board Unit，簡稱OBU），OBU同RSU間的通信則主要借助專用短程通信技術(shù)[3]（Dedicated Short Range Communication，簡稱DSRC）完成。

車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中不僅存在車輛與車輛間的數(shù)據(jù)交換，還存在車輛同路側(cè)設(shè)備的通信連接，車載單元不僅幫助車輛建立通信連接，還對車輛的行駛參數(shù)進行采集和上傳，這一數(shù)據(jù)可以幫助車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實現(xiàn)對車輛信息的采集，并完成系統(tǒng)對交通狀態(tài)的管控。同時，路側(cè)設(shè)備不僅具備為車輛節(jié)點提供網(wǎng)絡(luò)接入點的功能，同時，還可對其覆蓋范圍內(nèi)的車輛節(jié)點發(fā)布系統(tǒng)的管控消息，幫助車輛及時獲取有效的交通輔助信息。

2 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)挑戰(zhàn)分析

車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用在帶來諸多安全、娛樂方面的便利的同時，在研究領(lǐng)域和工業(yè)領(lǐng)域仍面臨諸多挑戰(zhàn)。其中，影響較大的幾個方面分別是：時長約束、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、節(jié)點移動性、系統(tǒng)波動性和系統(tǒng)應(yīng)用性。

2.1 時長約束

時長約束要求車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中通信實體的數(shù)據(jù)傳輸時長需要限制在固定的窗口期內(nèi)，特別是針對與安全相關(guān)的應(yīng)用，有必要執(zhí)行嚴格的時長約束以保證數(shù)據(jù)的有效性。在安全應(yīng)用中，為了避免車輛節(jié)點發(fā)生碰撞、追尾等安全事故，數(shù)據(jù)交換的時長約束不僅要求數(shù)據(jù)能夠及時、有效的傳輸至目標車輛節(jié)點，還需要保證目標車輛中的駕駛?cè)藛T接收到預(yù)警信息后具有足夠的反應(yīng)時間調(diào)整駕駛操作，因此，時長約束是研究車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸時不可或缺的一項內(nèi)容。此外，從安全角度出發(fā)，數(shù)據(jù)傳輸需要對數(shù)據(jù)進行授信并進行授信確認，考慮到這一操作直接增加傳輸時長，因此，有必要對消息傳輸?shù)臅r長約束和數(shù)據(jù)的安全需求進行平衡。

2.2 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模

車輛保有量的逐年上升為車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)帶來了更多的通信實體，系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模勢必會在未來得到進一步的擴大。然而，在對系統(tǒng)進行實現(xiàn)和部署時，過大的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模對系統(tǒng)的管理調(diào)度提出了更高的要求。從整體來看，構(gòu)建一個通用的管理系統(tǒng)仍面臨諸多問題：首先，不同地域的交通參與者對信息安全或隱私的要求不同，因此，很難針對多種要求制定統(tǒng)一的標準和規(guī)則;其次，難以在較大的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模中為不同等級的交通參與者分配合適的授信權(quán)限;此外，為交通參與者分配公鑰和密鑰的合理機制同樣還未制定。

2.3 車輛移動性

車輛節(jié)點的高移動性不僅是使車聯(lián)網(wǎng)獨立于移動自組網(wǎng)的原因，亦是進行車聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)研究時需要面臨的挑戰(zhàn)。由于部分移動節(jié)點間的通信可能只進行一次，且通信時長往往只能持續(xù)幾秒，授信確認無法進行，因此，傳統(tǒng)的握手認證機制無法適用于這一場景。與此同時，由于車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中往往存在較為多樣的通信網(wǎng)絡(luò)，隨著車輛的持續(xù)移動，車輛需要在不同通信網(wǎng)絡(luò)中進行切換，因此，需要針對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換機制進行研究，通過為車輛選取合適的接入點保證數(shù)據(jù)的準確、可靠傳輸。另外，這一特性對安全機制也提出了更高的要求。

2.4 系統(tǒng)波動性

波動性用于描述車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中全體節(jié)點間的通信時長參數(shù)。由于系統(tǒng)中車輛節(jié)點的移動軌跡不定、移動速度不同，兩個車輛節(jié)點間有可能只進行一次通信連接，也有可能存在持續(xù)一定時間的多跳連接，因此，系統(tǒng)波動性較大?？紤]到系統(tǒng)中上下文信息存續(xù)時間極短，這一特性直接導(dǎo)致系統(tǒng)無法保證所有的用戶設(shè)備通過密碼建立同安全的通信連接。

2.5 系統(tǒng)應(yīng)用性

從車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的可推廣性角度，在對系統(tǒng)進行部署前，需要解決的是如何為用戶提供合適的服務(wù)，使其同意使用這一技術(shù)手段。這要求系統(tǒng)的應(yīng)用不僅要具有較高的實用性，還要具有相比其他技術(shù)手段明顯的優(yōu)勢。在系統(tǒng)應(yīng)用的實用性方面，主要功能應(yīng)包括：系統(tǒng)能夠為用戶提供前方路段的實時交通狀態(tài)，以幫助用戶避免擁堵路段;同時，系統(tǒng)的使用能夠極大的降低道路中的事故發(fā)生率，保證用戶的行車安全;考慮到交叉路口處復(fù)雜的交通狀態(tài)，系統(tǒng)應(yīng)能在車輛駛過路口時提供有效的行車建議，或根據(jù)實時的車流狀態(tài)為用戶提前制定合理的行車路線，幫助其順利到達目標位置。此外，系統(tǒng)對娛樂應(yīng)用的支持也是吸引用戶的有效手段，該應(yīng)用要求系統(tǒng)能夠為用戶提供持續(xù)穩(wěn)定的通信連接。

3 結(jié)語

車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為未來交通管理提供了很好的解決思路，特別是安全輔助應(yīng)用的研究，能夠通過對車輛進行預(yù)警有效的降低道路的事故發(fā)生率?？紤]到車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中通信實體的特殊性，本文分別從時長約束、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、節(jié)點移動性、系統(tǒng)波動性和系統(tǒng)應(yīng)用性五個角度，闡述了現(xiàn)有的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究中面臨的挑戰(zhàn)，為未來進行車聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)研究進行了前期鋪墊。

參考文獻

[1] 胡錦超，趙祥模，王潤民，等.車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下IEEE 802.11p移動性支持仿真研究[J].計算機工程，2017，43（05）：23-27+34.

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[3] 陳濤，方威，安林芳.基于DSRC的車輛防追尾預(yù)警算法[J].汽車安全與節(jié)能學(xué)報，2017，8（02）：164-169.