1.2 车联网基本概念

1.2.1 车联网的定义

1.1节简要介绍了车联网概念以及应用背景，我们需要对其进行更详细的定义。车联网概念引申自物联网（Internet of Things, IoT）［4］，车联网全称为汽车移动互联网，传统的车联网定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的监管和提供综合服务的系统。

随着车联网技术与产业的发展，上述定义已经不能涵盖车联网的全部内容。根据世界电动车协会的定义，车联网（汽车移动互联网）是利用先进传感技术、网络技术、计算技术、控制技术、智能技术，对道路交通进行全面感知，对每部汽车进行交通全程控制，对每条道路进行交通全时空控制，实现道路交通“零堵塞”、“零伤亡”和“极限通行能力”的专门控制网络。由此可见，车联网运用了先进的信息通信技术，既要对车进行控制，又要对道路进行控制，其目标是实现交通安全“零伤亡”、交通效率“零堵塞”和“极限通行能力”，这是一个远景目标，勾画出了未来人类出行美好的蓝图。

根据车联网产业技术创新战略联盟的定义，车联网是以车内网、车际网和车云网为基础，按照约定的通信协议和数据交互标准，在车与车、车与路、车与行人之间，进行无线通信和信息交换的大系统网络，如图1-1所示。车内网是指通过应用成熟的总线技术建立的一个标准化的整车网络，车际网是指基于专用短距离通信技术（Dedicated Short Range Communications,DSRC）技术和LTE V2X技术构建的实现车与车和车与路边的基础设施之间中短程距离通信的动态网络，车云网（也称车载移动互联网）是指车载终端通过3G/4G等通信技术与Internet和云端进行远程无线连接的网络。车联网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。而根据行业背景不同，对车联网的定义也不尽相同，我们需要对相关概念进行了解和区分。

1.2.2 车联网的范畴

车联网一般又称为V2X（Vehicle to Everything）或C2X（Car to Everything），其中又包括了基于车与车、车与道路基础设施、车与行人（Vehicle to Pedestrians, V2P）以及车与后台数据中心或者车与云端（Vehicle to Cloud, V2C）的应用。在这里，车联网不仅是指将车连接起来的通信网络，而且还包括了基于车与其他实体之间交互（即V2X通信）的各种应用。在美国它被称为Connected Vehicles（简称为CV），是指车与车之间要进行互联，对应的还有Connected Corridors（又称为路联网），道路之间也需要通过网络互相沟通，以及车路协同（Vehicle Infrastructure Integration,VII），指道路和车辆之间需要协同工作，可见车路协同是车联网中的一个有机组成部分。所以广义的车联网既包括车与车、车与路、车与人、车与后台中心的连接，还包括路与路、路与人、路与后台中心之间的连接，它通过各种通信技术将人、车、路、中心有机地互联起来。而狭义的车联网是指车车/车路之间的互联，它采用一种专用的中短程通信技术，在车辆之间以及车辆和路侧单元之间建立一种自组织的网络，实现节点之间的直接通信。在欧盟它又被称为协作式智能交通系统（Cooperative Intelligent Transport Systems,C-ITS），是指智能交通系统中的各个交通要素之间通过网络进行协作，所以又称为协作式（又称合作式或协同式）智能交通系统，属于智能交通系统中的一个特例，代表了智能交通系统借助各种新型信息通信技术向未来交通演进的一种技术路线。有些人认为C-ITS主要为交通服务，因此主要解决交通拥堵问题以提高交通效率。实际上，欧盟在提出C-ITS系统框架（可以参考后面的章节）时，主要强调的是车、路、人和后台中心之间的协作，与美国的Connected Vehicles框架和标准相对应，因此它首要的目的还是针对交通安全，然后才是解决交通效率和环境污染问题。

1.2.3 车联网与其他概念的区别与联系

1. 与智能网联汽车的关联

自动驾驶汽车是当前发展的一大热点，随着智能驾驶技术的不断发展，智能处理技术正在与网络通信技术深度融合，这就产生了智能网联汽车。中国汽车工业协会将智能网联汽车（Intelligent Connected Vehicle, ICV）定义为：搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置，并融合现代通信与网络技术，实现车与X（人、车、路、后台等）智能信息交换共享，具备复杂的环境感知、智能决策、协同控制和执行等功能，可实现安全、舒适、节能、高效行驶，并最终可替代人来完成操作的新一代汽车。智能网联汽车是车联网与智能汽车的交集，图1-2显示了车联网与智能汽车、智能交通的相互关系。

2. 与ITS的关联

智能交通系统（Intelligent Transport System,ITS）是将先进的信息技术、通信技术、电子传感技术、控制技术等有效地集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。智慧交通是未来交通系统的发展方向，它是智慧城市的一个重要组成部分，其目的是使人、车、路密切配合达到和谐统一，发挥协同效应，极大地提高交通运输效率、保障交通安全、改善交通运输环境和提高能源利用效率。这里的“人”是指一切与交通运输系统有关的人，包括交通管理者、操作者和参与者；“车”包括各种运输方式的运载工具；“路”包括各种运输方式的通路、航线。“智能”是ITS区别于传统交通运输系统的最根本特征，是指运用于交通运输系统中的各种智能技术。从各国实际应用效果来看，发展智能交通系统确实可以提高交通效率，有效减缓交通压力，降低交通事故率，进而保护了环境、节约了能源。

车联网是物联网在智能交通领域的应用，是智慧交通的发展新动向。踏入新世纪，物联网、智慧地球、智慧城市等概念兴起，具体到交通领域的应用便产生了智慧交通、车联网的概念。物联网的概念，在中国早在1999年就提出来了，当时不叫“物联网”而叫传感网，物联网概念的产生与物联网行业的快速发展，与智能交通交汇融合，产生了智能交通行业的新动向——车联网。车联网就是汽车移动互联网，它强调的是以车为载体构建的一种信息网络平台，使车与车、车与路、车与人、车与后台中心之间实时联网，实现信息互联互通，从而对人、车、路、网进行有效的管理，实现人、车、路在时空环境下的高度协同。

3. 与车路协同系统的关联

车联网虽然关注的也是车与车、车与路、车与行人之间的信息交换，但是车联网并不等价于ITS。ITS下产生的一个重要概念为车路协同系统（Cooperative Vehicle Infrastructure System, CVIS），车路协同系统是基于无线通信、传感探测等技术获取车辆和道路信息，通过车车、车路通信进行信息的交互和共享，并在全时空动态交通信息采集与融合的基础上开展车辆主动安全控制和道路协同管理，充分实现汽车与道路的有效协同，保证交通安全，提高通行效率，从而形成安全、高效和环保的道路交通系统。值得注意的是，车联网与车路协同系统不尽相同且互有交集，可以说广义的车联网是一个比车路协同更宽广的概念，广义的车联网包括车联基础网络以及其应用，而车路协同只是车联网中的应用方式之一。车路协同最关注的是车路信息的交互与交通流的疏导，而车联网还关注车车之间的信息交互，希望解决行车安全，高效驾驶，减小碳排放，提供信息娱乐等方面的问题。车路协同缺点是没有好的模式、感兴趣的车企少，需要通过政府来大力推行基础设施的建造工作，只有在道路信息化和智能化比较高的情况下才能有效地发挥作用，而车联网具有更好的商业模式，使得车企更有兴趣参与进来。

4. 与Telematics的关联

Telematics即车载信息服务系统，是Telecommunications（远距离通信）与Informatics（信息科学）的合成词。Telematics的目的是以无线语音、数字通信和卫星导航定位系统为平台，通过定位系统和无线通信网，向驾驶员和乘客提供交通信息、紧急情况应对策略、远距离车辆诊断和互联网增值（金融交易、新闻、电子邮件等）服务的业务，可以说Telematics是车联网的重要组成部分，强调的是远程无线通信的接入，特别是跟Internet的互联。车联网除了包含Telematics之外，还包括一个车辆自组织网络，它可以在没有Internet接入的情况下形成一个独立而又相对完善的网络环境，为车车/车路之间的信息交互提供有力的支撑与保障。Telematics目前发展比较成熟，通过与后台服务中心的蜂窝连接可以为驾驶员提供包括紧急救援在内的对通信时延要求不太高的服务，市场化程度较高的产品包括OnStar、G-Book、InkaNet等。早期不少人误认为Telematics就是车联网，这与美国所要发展的Connected Vehicles和欧盟的Cooperative ITS是截然不同的，因为后面两者强调的是车车/车路之间的中、短程通信，而不是车与后台中心之间的通信，而且要求极低的通信时延和极高的传输可靠性，比如在200ms以内实现基本安全消息（Basic Safety Message,BSM）的交互，这是Telematics采用3G/4G技术提供远程接入所达不到的。

5. 与ETC及其标准的关联

ETC（Electronic Toll Collection）即电子不停车收费系统，为车联网的应用之一。其技术和工作原理是通过在汽车挡风玻璃上安装感应卡并预存费用，在车辆通过收费站时，无须停车，只需放慢速度即可，通过车载设备实现车辆识别、信息写入，通行费将从预先绑定的IC卡或银行账户上自动扣除。

ETC系统是通过安装于车辆上的车载装置和安装在收费站车道上的天线之间进行无线通信和信息交换。它主要由车辆自动识别系统、中心管理系统和其他辅助设施等组成。其中，车辆自动识别系统有车载单元（On Board Unit,OBU）、路边单元（Roadside Unit,RSU）、环路感应器等组成。OBU中存有车辆的识别信息，一般安装于车辆前面的挡风玻璃上，RSU安装于收费站旁边，环路感应器安装于车道地面下。车载设备和路边设备通过专用短程通信协议DSRC完成路边设备对车载设备信息的一次读写，即完成收（付）费交易所必需的信息交换手续。

这里用于ETC的DSRC协议与V2X系统中的所采用的主流DSRC协议有着完全一样的名称，极易让人混淆。根据美国DSRC标准的描述，专用短距离通信技术在美国被用于和WAVE协议相关的无线电频谱或技术，美国机动车工程师学会（Society of Automotive Engineers,SAE）已经明确提出WAVE协议要使用5.9GHz的频带。在美国以外，DSRC可能指的是一个使用5.8GHz频带的不同的无线电技术，例如电子收费（Electronic Fee Collection, EFC）。从这句话可以看出，用于ETC的DSRC采用的是不一样的通信技术，不同之处包括：它采用半双工通信、工作在5.8GHz频段，主要规定了物理层、数据链路层和应用层，工作距离只有10～30m，传输速率不到0.5Mbit/s，采用被动工作方式，数据链路层主要采用HDLC协议。而用于V2X的DSRC协议具有更加复杂和完备的协议栈，包括IEEE 802.11p和IEEE 1609.X以及SAEJ2735，工作在5.9GHz，覆盖范围能达到数百米，传输速率能达到几兆，而且采用主动工作方式。此外，它们之间也存在密切的关联。首先，日本用于V2X的DSRC协议就是在用于ETC的DSRC协议基础上逐步发展起来的，所以也保留了5.8GHz的工作频段；其次，ETC可以作为一个单独的系统独立运行，也可以通过实现了包括IEEE 1609.11标准的DSRC系统来提供支付服务，这在美国的高层协议IEEE 1609.11里具有明确的描述，如图1-3所示。