【关键词】无线自组网 车载自组网 路由协议
1 车载自组网主要特点
车载自组网是极其特殊的移动自组织 网络 ，它同样存在一般无线自组网所固有的问题，如隐藏点问题、暴露点问题、信道捕获问题等。不过也带有自身独特的特性。
车载自组网的主要特点包括：由于节点高速移动性(速度大致在5}42m/s之间)，导致网络拓扑结构变化快，路径寿命短。
（1）无线信道质量不稳定，受多种因素影响，其中包括路边建筑、道路情况、车辆类型和车辆相对速度等。
（2）节点通过发动机可以提供源源不断的电力支持，车辆的承载空间也可以确保天线的尺寸和其他额外的通信设备，同时还具有强大的 计算 能力和存储能力等。
（3）节点移动具有一定的 规律 性，只能沿着车道单/双向移动，具有一维性。
道路的静态形状使得车辆移动是受限制的，车辆轨道一般可预测。
2 车载自组网路由研究
2.1传统无线自组网路由协议
到目前为至，根据自组网的特性研究人员已经提出了一些路由协议。这些移动自组网的路由协议，可以根据不同的分类原则，从多个角度加以分类：
(1)表驱动型路由(table driven),按需驱动型路由(on demand-driven)和混和型路由(hybrid)。
(2)平面型路由(flat)和层次型路由(hierarchical)。
(3)单路径型路由(single-path)和多路径型路由(multi-path)。
(4) gps辅助型路由(gps assisted)和非gps辅助(non-gfs assisted)型路由。
在以上这几种自组网路由协议分类中，表驱动型路由、按需驱动型路由和混和型路由的分类方式是目前使用的最为普遍的。
2.2车载自组网路由协议设计面临的问题
在车载自组网中，网络节点能量有限且一般没有能量补充，因此路由协议需要高效利用能量;同时由于wsns节点数目通常很大，节点只能获取局部的网络拓扑结构信息，路由协议还要能在局部网络信息的基础上选择合适的路径。
因此移动自组网路由协议，如aodv, dsr等，并不适合车载自组网，这主要是由于以下几个原因：
（1）频繁而可预测的拓扑变化。由于车载自组网络中车辆运动的绝对和相对速度快(在大多数道路情况下，车辆的运行速度超过801cm/h，甚至更高)，车载自组网的拓扑结构变法十分频繁。
（2）通信链路生命期短。观察和实验结果显示，即使假定车辆的信号范围是500米，通信链路的有效生命周期也仅平均为1分钟。并且，如果消息的传递需要多跳完成，有效传输时间将进一步被减小。
（3）频繁的网络分隔。由于车载自组网络的高速移动性，网络会被频繁地分割(或重新组合)成很多部分。一个车辆很有可能无法与离它不是很远的另一车辆通信。
（4）有限的冗余度。在车载自组网络中，系统的冗余能力，或者临时性地，或者功能性地受到了限制。
（5）丰富的资源。在车载自组网中，节点往往没有这些硬件资源的限制，而对协议其它方面的性能有更高的要求。
2.3分布式路由协议
根据数据传输的紧急程度不同，我们可以把适合vanets中的路由协议分为两类，一类是和安全相关的紧急应用中的消息分发机制，一类是非紧急应用的路由协议。消息分发传递的数据是突发的、少量的，通信时间短，而且通常没有固定的消息接收者，这类通信要求数据传递时延小、可靠性高。经典路由算法的路由建立需要较长的时间，不适合紧急消息分发。非紧急应用的路由协议往往用来在车辆间实现资源的共享，或者通过车载自组网向车辆提供internet接入服务。这种数据通信的持续时间较长，能够容忍一定的时延和数据丢失。
（1）dpp路由
dpp路由协议处理高速路车载自组网的消息传播。其主要思想是把高速路上的车辆划分为簇，每个簇都有一个簇头和一个簇尾，簇内节点的数据根据目的地的方向分别被传给簇头或簇尾。簇头和簇尾负责转发收到的数据给下一个相邻簇，并保存数据直到收到对数据被正确接收的确认。
（2）sar(sgaially aware routing )路由
算法的主要思想是利用静态的数字地图数据构建 网络 的拓扑图，然后根据图算法找到从源节点到目的节点的一条路径。数据包根据发现的路径，采用源路由方法，被传递到目的节点。此外，如果车辆找不到前向数据的邻居节点，它采用下面三种方法之一来恢复路由:①缓存该数据一定的时间然后重新发送；②放弃源路由，采用贪婪前向算法；③重新根据数字地图 计算 另一条路径。
（3）cblr路由
cblr路由算法假设所有的车辆能够通过gps获得自身的位置，它把网络划分为多个簇，每个簇由一个簇头和多个在簇头通信范围内的成员组成。簇头和簇成员通过下面的方法产生：车辆广播一个消息，如果它收到簇头的回复，则把自己作为簇头的成员;如果没有收到，则其自身成为簇头。簇头为了维持自己的簇，每隔一定的时间发送一消息通知成员。
（4）osr路由
gsr，其主要的目的是解决城市中障碍物的问题。gsr要求车辆装备有gps设备和当前车载自组网工作区域的数字地图。服务请求者根据的dijkstra算法在数字地图上找出从服务请求者到目的节点的最短路径，然后数据按照这条路径来路由数据包。
3 结束语
随着人们对个人通信要求的提高，人们越来越希望有一种更安全、高效率的方式移动到目的地。目前，虽然一些新的策略已经被引入到车载无线自组网路由协议的设计中，如充分挖掘用户需求，使用位置、能量信息等，在一定程度上解决了vanets路由协议的自适应性和自配置性问题，但总的说来，车载自组网中路由研究还处于探索阶段，还需要对各种车载网环境中的路由问题进行全面的分析和设计。
参考 文献 ：
[1]史美林，英春.自组网路由协议综述[j].通信学报，2001，22.
[2]程伟明.无线移动自组网及其关键技术[j].数据通信，2002，3.
关键词：计算机网络；移动服务量；车载网络；资源调度算法；二分图
中图分类号：TP311 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2015.05.012
0 引言
车载网络（Vehicular Ad Hoc Networks，VANETs）是支撑智能交通系统（Intelligent Transportation System，ITS）的关键技术，由具有无线通信能力的车辆节点或路边基础设施（Roadside Infrastructure Unit，RIU）构成。与传统移动自组织网络不同，车载网络管理的是公路上高速移动的机动车辆，网络拓扑随车辆移动动态变化，基于车载网络的交通应用对通信实时性要求较高。资源调度是提高车载网络数据吞吐量、降低数据传输时延的重要技术手段，是车载网络的重点研究内容。
为改进传统智能交通系统低效的通信模式，车载网络以更直接、高效的方式收集、传播和分发信息。资源调度是提高车载网络数据传输能力的重要技术手段，车载网络资源调度的主要挑战在于如何有效利用车载网络物理层条件（车辆移动性、车辆无线信道、车辆相对位置）满足应用层的需求。
Liu等人研究了如何利用RIU作为协作中继帮助车载网络车辆传输数据。Wu等人提出了一种从路边基站到行驶车辆的下行调度算法，对车载网络下行信道资源进行有效管理。Zhang等人提出了同时考虑上行和下行请求的调度算法。2013年Li针对WiMAX网络和WAVE网络中资源调度方式不同，提出一种基于反馈的两级资源调度机制。H.Ilhan等人提出了一种基于放大转发的自组织Ad Hoc网络的车载网络架构。M.Seyfi等人提出了一种两跳车载网络的中继选择策略。M.F.Feteiha等人提出了一种基于多天线放大中继的车载网络资源调度策略。Zheng等人基于图论提出了一种车辆与基础设施之间的链路V2I（Vehicle-to-Infrastructure）和车辆与车辆之间的链路V2V（Vehicle-to-Vehicle）并存的车载网络资源调度方法。文献[18]基于多选择的联合链路调度与资源优化方法。文献[19]基于LTE-Advanced架构提出了中继车载网络的一种传输方法。
这些研究从车载网络信道资源分配管理角度提高了路边基站的访问效率。不足之处在于，现有车载网络资源调度方法大多都基于车辆的瞬时状态，没有考虑车辆的移动性，难以准确刻画车载网络链路传输能力并充分发挥车载网络移动下的系统性能。
1 异构车载网络
如图1所示，一个典型的异构车载网络结构包含公路上高速行驶的车辆节点和RIU，所有的车辆都可通过V2I/V2V两种链路与RIU通信，进而接入Internet。同时，车辆与车辆之间通过V2V链路互相通信，共享路面信息。本文研究的异构车载网络由V2I（采用LTE-Advanced协议）和V2V（采用Dedicated Short RangeCommunication，DSRC协议）两部分链路组成；采用的调度算法是通过调度管理车载网络传输链路资源（V2I与V2V），帮助车载网络范围内各车辆互相协作，从而提高车载网络整体数据传输性能。
针对车载网络中网络节点是高速移动的机动车辆，本文提出了一种基于移动服务量的异构车载网络资源调度算法（Moble Services Resource Scheduling algorithm，MSRS）。MSRS算法中，由基站对两种网络资源进行统一调度。与现有算法（Achievable Rate-based Resource Scheduling algorithm，ARRS）使用车辆瞬时可达速率调度不同，MSRS算法首先依据车辆的运行轨迹计算调度周期内V2I和V2V链路移动服务量；根据V2I移动服务量分配车辆使用直接与基站通信还是通过协作转发车辆与基站通信；若车辆为协作通信方式，基站利用图论中的二分图最大权重匹配算法为车辆分配协作转发车辆，车辆作为二分图顶点、V2I和V2V链路为二分图边、V2I和V2V移动服务量为边的权重。MSRS算法为异构车载网络数据传输提供最大总吞吐量传输方案。仿真实验表明，与现有基于瞬时速率的资源调度算法相比，在不同车辆数量、车速、基站覆盖范围条件下MSRS算法都可以提供更高的数据吞吐量，与穷举资源调度算法相比，MSRS算法复杂度更低。
2 车载网络链路误差分析
车载网络中由于车辆快速移动，从而导致网络拓扑快速变化，节点间的通信链路质量变化也很快。采用基于瞬时可达速率的车载网络资源调度算法，为了适应网络的这种快变特点，必须缩短调度周期，不断计算并更新调度结果。这会带来调度计算和网络信令的开销大幅增长，降低车载网络有效传输能力。
如图2所示场景，V1远离RIU行驶，V2、V3与V1相对行驶靠近RIU。在图2（a）时刻车载网络进行资源调度，此时若采用传统的瞬时可达速率作为优化目标效用函数，由于V1此时离RIU近、信道条件好，则V3的最大可达速率策略为选择V1作为协作节点协助V3与RIU通信。图2（b）所示为调度周期结束时车辆的所在位置。比较图2（a）与（b）可以看出，由于V3与V1相对行驶且V1逐渐远离RIU，V3通过V1协助与RIU的可达速率不断减少，调度周期内V3获得的通信速率大大少于预期。可见，图2（a）调度获得的最优调度方案在实际运行时并不是最优方案，调度方案预期性能与实际效果有较大误差。
造成这种误差的原因是资源调度方案只考虑车载网络的瞬时静态可达速率状态，并以此为依据进行资源调度。而车载网络是不断运动变化的网络，节点相互位置动态变化，以静态方案规划动态变化的网络必然造成误差，难以达到最优配置网络资源的目的。为减少误差，现有资源调度方案大多通过增加调度频率、减少调度周期的方法减少网络在调度周期运行期间与方案规划时状态的差异。这种方法增加了通信开销，减少了算法有效持续时间，越来越不适应车辆密度越来越大、车速越来越快的现代交通网络。
因此，本文提出基于移动服务量的车载网络资源调度算法，通过计算调度周期内车辆能获得的移动服务量代替调度时的瞬时可达速率进行车载网络资源调度。该算法能反映调度周期内车辆位置变化带来的车辆可达速率改变，从而更精确的描述车载网络状态变化，减少车载网络资源调度算法在实际应用中出现的误差。
3 移动服务量
为设计更精确的资源调度方案，采用移动服务量代替瞬时可达速率，计算车辆在一个调度周期可以获得的移动服务量，从而更精确的描述车载网络链路状态，为更精确的资源调度方案设计打下基础。定义第k个调度周期可以获得的移动服务量为：
图7仿真车辆数目对MSRS算法的影响。20、40、60、80、100、120、140、160、180、200辆车辆随机分布在道路上，车辆最大时速35m/s，RIU覆盖半径500m，每种车辆数目进行200次实验取均值。从图7可以看出，十字路口场景下，无论车辆数目如何变化，MSRS算法相比ARRS算法所获得的资源分配方案更优，能使车载网络达到更大的数据吞吐量。
图8仿真车速对车载网络资源调度算法的影响。100辆车随机分布在道路上，RIU覆盖半径500m，车辆最大时速为22-52m/s，每种车速进行200次实验取均值。图8可以看出，十字路口场景下，无论最大车速如何变化，MSRS算法相比ARRS算法得出的资源分配方案更优，能使车载网络达到更大的数据吞吐量。随着最大车速增加，MSRS算法相对ARRS算法的总吞吐量也呈现不断增长趋势；在最大车速大于40米/秒后，MSRS算法相对ARRS算法的性能优势更明显，说明随着车速增加，车辆在一个调度周期移动的距离增大，ARRS算法描述车辆链路性能的误差也越大，因此MSRS算法相对ARRS算法的性能优势更加明显，MSRS算法更适合高速移动车载网络。
图9仿真RIU覆盖范围对车载网络资源调度算法的影响。100辆车辆随机分布在道路上，车辆最大时速为35m/s，RIU覆盖半径500-1500m，为每种覆盖半径进行200次实验取均值。
图9表明，随着RIU覆盖范围的不断增加，MSRS算法和ARRS算法的总吞吐量都在不断下降。这是因为RIU发送功率不变，当RIU覆盖范围增加时场景面积相应变大，车辆间、车辆与RIU间距离也相应增加，因此路径损耗变大、接收功率降低、吞吐量随之下降。但无论RIU覆盖范围如何变化，MSRS算法都优于ARRS算法，MSRS算法使车载网络达到更高的数据吞吐量。
关键词：车载信息平台；FPGA；车载网络
随着现代汽车工业和电子技术的发展，车辆导航、通信、移动办公、多媒体娱乐、安防辅助驾驶和远程故障诊断等功能电子系统可以通过网络技术联网形成车载信息网络系统。未来的汽车仪表系统向着集成化、智能化、全图形化车载信息系统平台的方向发展。
车载信息系统平台综述
未来的车载信息系统平台将全面超越传统汽车仪表的现有功能，系统主要功能包括：全图形化数字仪表、GPS导航、车载多媒体影音娱乐、整车状态显示、远程故障诊断、无线通信、网络办公、信息处理、智能交通辅助驾驶等等。未来的车载信息平台是人、车、环境的充分交互，集电子、通信、网络、嵌入式等技术为一体的高端车载综合信息显示平台。
车载信息平台领域的技术发展
车载信息平台包括多方面技术，下面仅将其中涉及到的几项关键技术简单介绍如下：
基于嵌入式技术的Telematics系统
Telamatics的技术特征充分表现了现代科技的大融合。它应用5种主要技术：卫星定位技术(GPS)；无线接入技术；蜂窝通信技术(2G／3G)；专用短程通信的窄带网络技术(DSRC)；数字广播和多媒体广播技术(DMB)。
Telematics装置通常是一种嵌入式系统，它在软、硬件系统架构设计上与普通嵌入式系统并没有差异。在PC产业里，运算平台的选择，也就是处理器及其相关参考设计的选择，是相当有限的，不外乎Intel或是AMD的那几种，然而嵌入式系统的硬件却需要面对各式各样不同的需求。正确的选型及架构设计必须能符合客户及产品需求，这是一件相当重要的事情。目前比较流行的一种基于嵌入式技术的Telematics系统设计，其硬件系统采用了高效、灵活的ARM+FPGA构架，其中ARM主要完成外部数据采集、整理、分析、存储等功能，FPGA主要用于用户界面的显示。这种硬件架构一个比较典型的应用实例就是赛灵思与微软汽车业务部推出的智能车载信息平台，它又被称为Microsoft Telematics Platform(微软车载信息处理平台)，巧妙地通过语音命令结合互联网连接进行通信和控制，是一种用于集成各种移动设备和通过互联网与无线网络传送信息的集线器。
对任何硬件平台而言，灵活性和伸缩性对架构能否成功获得市场接受都至关重要，无论是基本系统还是高性能的高端车载信息系统。鉴于此，微软开发了一个真正可以定制和伸缩的汽车标准车载信息处理平台。
该平台整合了一个基于ARM 9的微控制器，支持32MB闪存／32MB DRAM以上的内存，并包含集成GPS蓝牙和一个GSM电话模块。外部车辆连接包括一个CAN网络接口以及有保护的模拟和数字I／O，用于实现LED驱动和按钮输入等功能。该平台的基本架构如图1所示。
微软利用了FPGA技术的灵活性和高集成度能力。该平台使用了一个Spartan3 XC3S400 FPGA，用于实现多个独立的目的，如GSM电话接口、车辆接口(CAN控制器和K－线路)以及复杂的音频信号调节和路由功能(如图2所示)。
FPGA提供的高集成度也具有在一个器件内包含多种总线、接口和时钟的优点，从而使利用EMI的设计容易管理。此外，减少组件数量和电路板空间将降低生产成本，实现更高的制造质量，在任何汽车设计中这些都是重要的因素。
在了解了车辆开发的实质和目前已有的众多不同的车辆接口，微软有意设计了一个灵活的解决方案，可允许对后端车辆接口进行快速修改而不影响下层架构和系统性能。例如，未来将有可能调节FPGA解决方案，使之能满足带有诸如MOST、IDB-1394或其它数字车辆网络等汽车总线的最终应用的需求。
基于车载网络技术的多媒体信息，娱乐系统
对于购买配有车载网络汽车的用户来说，最大的受益是能在网络中共享信息。汽车可以通过车载网络，将视频、音频和数据内容传给乘客，用户可以通过这种网络，用互联网或者预订服务访问家用网络上的内容。随着3G时代的到来，迫切需要建立能够提供这些服务、传输这些内容的多媒体安全信息娱乐系统。
多媒体传输系统的设计方案
媒体和信息网络主要面向远程信息处理、多媒体、导航系统等，网络协议的传输比特率在250kbit／s～400Mbit／s之间。要实现车载系统中多媒体数据传输的功能，迫切需要解决以下4个问题。
・这些新的应用要求网络的频带比现有汽车上的网络频带宽一个数量级，例如，控制器局域网络(CAN)和局域互联网络(LIN)。
・视频和音频内容的性质决定了它们在内容时，必须考虑到的方式能够为用户所接受。音频延迟或者是在显示屏上出现错误的显示像素，是人们不能忍受的。
・由于内容是以数字形式向外的，那么，设计人员必须十分关心如何保证内容的安全。
・因为连接到客户的外设上时，有可能会不经意地把病毒带进来，所以必须确保网络的安全，以防止病毒的入侵。
随着嵌入式产品市场的发展，随之而来的是系统方面的一些难题，许多新出现的技术竞相成为主流的解决方案。归纳起来，共有4种主要的技术。
・CAN技术。CAN技术是目前正在使用的一种技术，而且新版的CAN已经提高了带宽。但这个协议并不支持高质量的服务。
・Firewire接口(IEEE1394)。在汽车市场中，从事消费产品的公司都推崇Firewire接口。
・面向多媒体的系统传输(MOST)。用塑料纤维实现这项技术，重量轻、成本低，深受供应商的欢迎，而且在宝马、奔驰和奥迪的一些汽车上已经采用了这项技术。从技术的角度看，这个协议在设计时从一开始就支持多媒体数据传输的需要，由总线提供同步通道，以确保足够的带宽。
・无线技术。由于众多原因，汽车市场在采用新标准方面进展缓慢。尽管超宽频带技术(UWB)简化了安装和维修，在价格方面还有优势，而且在技术上它似乎更适合于噪声环境下的短距离高速数据传输，但是由于缺乏一个明确的单一标准，整机制造商不愿使用它，也阻碍了它的推广。多个标准存在的时间越长，安装MOST技术的数量就会越大。
在过去10年中，为促进远程信息处理和车载多媒体系统的应用，汽车行业制定了许多规范，IDB(Intelligent Data Bus)是其中一个重要内容。它首次确定了汽车行业用于信息、通信和娱乐系统的接口标准。目前SAE已将各种IDB设备分为三类：低速设备
(IDB-C)、高速设备(IDB-M)和无线通信设备(IDB－Wireless)。
IDB-C发展较快，估计今后数年可在一些车辆中配置。由于它结合了CAN技术，而目前许多汽车生产商已将CAN网络产品应用于多种车载平台，因此IDB-C引起了汽车生产厂商的极大关注。IDB－C目前已成为SAE J2366标准。
IDB－M包括D2B、MOST(MediaOriented System Transport)、IDB1394等传输速率较高的标准和协议，其中D2B已在Mercedes1999S型轿车中得到应用。D2B技术于20世纪80年代后期由Philips、Sony、Matsushita等公司共同开发，1992年，被Honda、Alpine公司应用于汽车的多媒体控制系统中。D2B技术使汽车变成了一个流动的多媒体工具。但是D2B的速度还是太慢，因而在1998年，Audi、BMW等公司又联合开发了MOST协议，它是专门用于汽车工业的多媒体光纤网络标准，速率可达50Mbit／s。BMW目前在业界率先采用了MOST协议，Daimler Chrysler等欧洲汽车制造商也计划采用该协议。
目前的IDB-Wireless主要是指“蓝牙”技术。
MOST网络的构建
MOST网络技术使得汽车制造商和供应商能够简便地在车内增加一系列多媒体设备，进一步增强模块化功能。MOST网络的性能取决于光纤发射器和接收器(用于传送数据，以运行信息娱乐系统)能否在各种温度下正常运行。
MOST光纤网络为在车内的娱乐和信息设备之间进行音频、视频、数据和控制信息的交换提供了基础设施，而不再需要体积庞大的铜缆布线。MOST是支持车内信息娱乐系统的骨干技术。采用MOST网络技术的汽车在2001年首次问世，如今，已在23种车型中安装了超过1000万个节点。
要连接到MOST网络上，一般需要通过智能网络接口控制器(iNIC)，iNIC实现了PHY功能和MAC的大部分功能。车载信息平台系统是通过一个三引脚的串行总线――媒体本地总线(Media LB)，连接到iNIC上(见图3)。Media LB能够支持所有的MOST网络数据类型。
这个网络必须包含有连接点，这样，最终用户可以通过连接不包含在汽车之内、要单独购买的设备。最可能出现的情况是不只有一个专用网络。一个“可信的”网络将支持汽车出厂之前已经装上去的设备。用户可以通过第二个“不可信的”网络联接到用户设备上。我们可以通过一个网关来实现两个领域间的访问控制功能。
汽车远程故障诊断系统
目前，在汽车工业发达的国家，车载信息平台和导航服务项目已经逐渐成为标准配置。与此同时，汽车制造商正规划着信息服务的下一个发展阶段：使每辆汽车能够通过Internet与特约汽车维修厂进行数据通讯。在不久的将来，汽车制造商通过Internet或移动电话可以告知汽车驾驶员，他所拥有汽车的下一次检测日期；当汽车“抛锚”时，不管该车是处于什么地方，他都能够获得在线快速服务，并通过移动网络，让特约汽车维修厂能够随时知道他的汽车的运行和技术状况。
・汽车远程故障诊断系统的结构
图4为汽车远程故障诊断系统的结构示意图。其工作过程为：用户通过车载信息平台对汽车上的控制模块进行数据采集和状态监测后向远程诊断服务中心发出远程诊断请求；服务中心经权限检验后，对用户请求做出响应，启动相应功能模块，开始诊断工作，并借助网络与用户进行实时的信息交互传递。
・车载信息平台的远程诊断功能
车载信息平台的工作过程是：用户通过键盘向车载信息平台发出进行远程诊断的指令，嵌入式处理器通过与车内其它功能模块的进行通信，获得车内各系统的工作状态，将这些数据存储在存储器中；然后再通过无线传输模块向远程故障诊断服务中心的请求诊断服务，请求得到允许后，车载信息平台将存储在存储器中的车辆工作状态数据和故障代码信息发送到远端的诊断服务器；诊断服务器收到数据后进行诊断分析，将诊断结果返回，车载信息平台将接收到的诊断结果进行显示，从而达到诊断的目的。
・车载信息平台与远程故障诊断中心的通信
要实现远程诊断，必须要有远程通信技术的支持才有实现的可能。由于汽车的位置是不确定的，所以不可能通过有线的方式联接到Internet，这样要进行远距离数据传输就需要依靠无线通信。常用的无线通信实现方式有：
・利用现有的通信网络(GSM／GPRS、CDMA移动网等)和相应的无线通信产品；
关键词：车联网；核心技术
1 引言
这年来，“车联网”这个词在汽车行业成了热门词汇。那么什么是车联网呢？车联网就是汽车移动物联网，是指利用车载电子传感装置，通过移动通讯技术、汽车导航系统、智能终端设备与信息网络平台，使车与路、车与车、车与人、车与城市之间实时联网，实现信息互联互通，从而对车、人、物、路、位Z等进行有效的智能监控、调度、管理的网络系统。
车联网综合了GPS、GRS等功能，利用道路监控平台及物联网技术，通过车载设备、呼叫中心、手机客户端等为车辆和驾乘人员提供一体化全方位服务，更为重要的是，它可以提供前所未有的交通安全保障，大大降低交通事故的发生概率。
2 车联网发展的背景
1、政策上大力扶持
2010年总理在十一届全国人大三次会议上第一次在政府工作报告中提及物联网。2012年两会的政府工作报告中，物联网再次被提为战略新兴产业。工业和信息化部在其网站了《物联网“十二五”发展规划》，这是我国五年规划史上第一个物联网规划，规划中明确提出，物联网将在智能电网、智能交通、智能物流、金融与服务业等领域率先重点部署。车联网作为物联网在汽车行业的重要应用，现已被列为国家“十二五”期间的重点项目。工业和信息化部正在从产业规划、技术标准等多方面着手，加大对车载信息服务的支持力度，以推进车联网产业的全面铺开。此外，中国政府对于新能源和智能化汽车也有强有力的政策鼓励。可以预见的是，车联网也将迎来更多的扶持政策。
2、汽车电子以及信息传输网络的发展为车联网奠定了技术基础
车联网是继互联网、物联网之后未来智能城市的另一个标志。相比较传统移动通信服务，车联网的应用领域具有更广的业务种类、更长的价值链条、更专业化需求的特点。在技术层面，车联网需要首先通过各种传感器获取各种信息，如射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，这些设备能为汽车间的信息交换提供基础，从而实现智能化的识别、定位、跟踪、监控和管理[1]。近几年来，国内基于RFID电子标签技术的传感网发展迅猛，而车联网发展的重要基础--汽车电子也在快速发展。汽车电子是车联网得以实现的基础，特别是汽车电子中的各种车用传感器和执行器等，他们是促进汽车电子化、自动化、智能化发展的关键技术之一，对某些汽车电子系统，如发动机电控、安全气囊系统，传感器成本约占系统总成本的70%。世界各国对车用传感器的研究开发以及如何提高性价比都非常重视。汽车电子越发达，自动化程度越高，对传感器的依赖就越大。所以，国内外都将车用传感器技术列为重点发展的高新技术。除了传感器外，车载汽车电子装备也是车联网得以实现的重要载体，包括导航系统、车载娱乐系统等。另外，信息传输网络也是联网必不可少的技术环节之一。我国三大运营商都已经建成覆盖全国的基础通信网。特别是3G网络的建设，这为建设车联网提供了坚实的网络基础。
3 车联网的核心技术
车联网要成功，就离不开车联网的核心技术的支撑。下面从几个方面来说说车联网的核心技术。
（1）多传感器信息融合技术：车联网是车、路、人之间的网络，车联网中的技术应用主要是车的传感器网络和路的传感器网络。车的传感器网络又可分为车内传感器网络和车外传感器网络。车内传感器网络是向人提供关于车的状况信息的网络，车外传感器网络就是用来感应车外环境状况的传感器网络，路的传感器网络指用于感知和传递路的信息的传感器，一般铺设在路上和路边。无论是车内、车外，还是道路的传感器网络，都起到了环境感知的作用，其为“车联网”获得了独特的“内容”。整合这些“内容”，即整合传感网络信息将是“车联网”重要的技术发展内容，也是极具特色的技术发展内容。通过在一定准则下对计算机技术这些传感器及观测信息进行自动分析、综合以及合理支配和使用，将各种单个传感器获取的信息冗余或互补依据某种准则组合起来，形成基于知识推理的多传感器信息融合。
（2）开放智能车载终端系统平台：当前，很多车载导航娱乐终端并不适合“车联网”的发展，其核心原因是采用了非开放的，不够智能的终端系统平台。基于不开放、不够智能的终端系统平台是很难被打造成网络生态系统的。目前车联网的用户终端包括IOS系统，Android系统等，车联网的终端系统平台必须能搭载与adroid、iPhone平台载体，如：iPhone、iPad、adroid手机、adroid导航仪、adroid平板电脑等，只有开放的系统平台才能更好的为用户服务。按照目前的形势来看，Google Android也将会成为车联网终端系统的主流操作系统，而那些封闭式的操作系统也许目前发展不错，但最终会因为开放性问题发展遭到制约。
（3）自然语音识别技术：由于驾驶环境的特殊性，决定了车联网时代人机交互不能用鼠标、键盘，手机触摸屏，而语音交互的安全便捷，就顺理成章地成为人机交互的最佳方式，将是车联网发展的助推器。成熟的语音技术能够让司机通过语音来对车联网发号施令，能够用耳朵来接收车联网提供的服务，这是更适合车这个快速移动空间的体验的。成熟的语音识别技术依赖于强大的语料库及运算能力，因此车载语音技术的发展本身就得依赖于网络，因为车载终端的存储能力和运算能力都无法解决好非固定命令的语音识别技术，而必须要采用基于服务端技术的“云识别”技术。[2]将大量的语音识别数据进行收集和计算，依托网络计算技术，构建基于移动互联网环境下独特的车音网语音平台引擎，实现多种语言甚至方言的识别。
（4）云计算：云计算将在车联网中用于分析计算路况、大规模车辆路径规划建议、智能交通调度计算等。车网互联在产品中引入云计算，一方面可以实现业务快速部署，可以在短期内，为行业用户提供系统的Telematics服务；另一方面，平台有强大的运算能力、最新的实时数据、广泛的服务支持，能够对于服务起到强大的支撑作用。比如，传统的导航均是基于本地的数据，只是一条静态的道路，基于云计算的“云导航”则可以实现“实时智能导航”。云平台会按照用户的需求，考虑到实际的路况和突发事件等因素实时调整规划，保障用户始终掌握最符合实际、最便捷到达的路线。车联网和互联网、移动互联网一样都得采用服务整合来实现服务创新、提供增值服务。通过服务整合，可以使车载终端获得更合适更有价值的服务，如呼叫中心服务与车险业务整合、远程诊断与现场服务预约整合、位置服务与商家服务整合等等。
（5）LBS位置服务：LBS有传统服务和新型服务两大类。传统服务以整合服务产业链为主，提供的服务基本上以导航为主，也包括服务位置信息搜索（餐馆、娱乐、加油站??等）、资讯推送、天气提醒、汽车服务信息等，以静态的或者单向的信息为主。新型服务则再应用的基础上结合海量用户的移动互联，通过车联网社区形成诸多更具互动性的应用，比如位置信息的共享、自定义交通信息生成、用车经验交流、基于位置的优惠信息提供等，按照用户的需求和技术的发展，不断向周边延伸。从而让固有的服务逐步具备自我革新的生命力，为用户的工作、生活、娱乐带来更多便利。
（6）通信及其应用技术：车联网主要依赖两方面的通信技术：短距离视频通信和远距离的移动通信技术，前者主要是RFID传感设别及类似WIFI等2.4G通信技术，后者主要是GPRS、3G、LTE、4G等移动通信技术。这两类通信技术不是车联网的独有技术，因此技术发展重点主要是这些通信技术的应用，包括高速公路及停车厂自动缴费、无线设备互联等短距离无线通信应用及VOIP应用（车友在线、车队领航等）、监控调度数据包传输、视频监控等移动通信技术应用。
（7）互联网技术尤其是移动互联网技术：当智能手机上的各种应用铺天盖地而来的时候，用户也不再满足于车载系统上只具有基础的导航功能，而是需要如同智能手机一样支持移动互联网的产品。在车网互联的终端上，导航只是众多应用之一，还有很多针对基于用户位置的其他应用，比如车友会、突发事件上报等，另外还可以按照需求，自由安装微博、微信、米聊、各种游戏等应用，满足用户与汽车生活相关的所有应用需求。当然，车联网与现有通用互联网、移动互联网相比，其有两个关键特性：一是与车和路相关，二是把位置信息作为关键元素。因此需要围绕这两个关键特性发展车联网的特色互联网应用，将给车联网带来更加广泛的用户及服务提供者。
4 小结
未来的车联网，必将会把上述技术和应用重点展开， 相信融合了这些技术，车联网的发展会走得很快、很远。
参考文献
［关键词］车载网络通信电缆；结构设计；试验验证
引言
车载网络通信电缆是机车（城市地铁、轻轨和铁路列车）网络通信的主要传输通道，其质量直接影响着机车的控制和信息传输精度。为了满足机车特殊环境对车载网络通信电缆提出的较高使用要求，本公司对车载网络通信电缆进行了自主开发和研制。
1车载网络通信电缆的性能要求
为了确保机车的安全控制和信息传输精度，车载网络通信电缆必须具有如下性能：a．具有一般网络电缆的传输性能；b．耐温等级达到100℃；c．低烟无卤阻燃；d．严格的外径限制；e．良好的柔软性；f．优秀的耐环境和耐臭氧、耐油性能。以上性能要求使得车载网络通信电缆的结构设计和生产工艺难度都大大增加。
2车载网络通信电缆的结构设计
2．1初步结构设计
2．1．1导体设计为了适应机车的特殊使用环境，车载网络通信电缆必须柔软性好，因此其导体采用了软绞合导体。根据GB／T3956《电缆的导体》规定，其中5类和6类导体均能满足车载网络通信电缆柔软性的要求。但如果采用该两类导体，则导体的圆整度和外表光滑度都无法满足通信电缆传输性能要求。这是因为网络用通信电缆的传输频率较高，最高可达20MHz，信号主要沿导体表面传输，为防止信号在传输过程发生波动和反射，导体必须圆整光滑。因此，车载网络通信电缆导体采用了正规绞合方式，这也是目前国内外网络通信电缆生产厂商基本采用的导体绞合方式，虽不符合GB／T3956标准对导体的要求，但导体性能却能够满足网络通信要求。另外，为了满足车载网络通信电缆使用的恶劣环境要求，导体采用了镀锡绞合导体。综上所述，车载网络通信电缆导体采用正规绞合的镀锡绞合导体，导体的结构尽量接近GB／T3956标准规定的5类导体要求。2．1．2绝缘设计目前，一般网络用通信电缆绝缘大多采用皮－泡－皮聚乙烯（PE）绝缘结构，这种绝缘结构的电缆具有优良的电气传输性能，可以很好地满足网络通信电缆的需求。但对于机车上使用的车载网络通信电缆，由于车体上特殊的环境温度，电缆绝缘层的耐温等级必须达到规定的要求。根据目前铁路电缆相关规定，电缆耐温等级低于100℃时是不允许上车的，这就要求车载网络通信电缆绝缘必须比一般通信电缆绝缘达到更高的耐温等级。通过对国内现有绝缘材料分析、筛选，制定并验证了以下几种设计方案：a．使用氟塑料发泡绝缘。虽然这种绝缘的耐温等级可达到200℃，且氟塑料的介电常数小，可很好地满足车载网络通信电缆的传输要求，但经过试验后发现，氟塑料发泡绝缘工艺控制难度较大，生产工艺不稳定，生产过程中浪费较大，且氟塑料的价格昂贵，这给生产和销售带来了一定的困难。b．使用交联PE（XLPE）绝缘。虽然这种绝缘方式可使电缆耐温等级提高到105℃，但由于XLPE绝缘料的介电常数相对较大，如果要保证产品电气性能达到要求，则绝缘外径尺寸必须加大，使得整个电缆的外径增大，满足不了机车电缆对外径的严格要求。c．采用辐照交联皮－泡－皮PE绝缘。通过咨询材料厂家并研究了相关资料后，认为理论上可通过交联的方式来提高皮－泡－皮PE绝缘层的耐温等级，但这种方式目前国内外还从未曾使用过，缺乏相关经验参考。为了了解发泡结构PE绝缘层辐照时的辐照剂量以及辐照后性能能否达到理想效果，选取了大量皮－泡－皮PE绝缘单线样品进行辐照交联试验。在辐照交联试验时，先对采用不同辐照剂量辐照后的皮－泡－皮PE绝缘单线样品的辐照交联效果进行验证，然后选择辐照交联效果理想的皮－泡－皮PE绝缘单线样品进行老化试验，同时选取未经辐照的皮－泡－皮PE绝缘单线进行对比试验。老化试验是在同一个恒温炉中进行的，试验温度为158℃，试验时间为168h。老化试验结束后发现，未经辐照的皮－泡－皮PE绝缘单线的绝缘层已经熔化，绝缘发泡层严重收缩，绝缘材料粘在挂钩上，并有明显的滴流痕迹；而经过辐照交联的皮－泡－皮PE绝缘单线的绝缘形状和外观基本保持完好，挂钩上未粘有绝缘材料。这初步证明了经过辐照交联后皮－泡－皮PE绝缘结构的耐温等级有了大幅提高。为了进一步验证辐照交联后皮－泡－皮PE绝缘的耐热性，采用电铬铁对辐照交联皮－泡－皮PE绝缘单线和未经辐照的皮－泡－皮PE绝缘单线进行了直观的耐热对比。当温度约为300℃的电铬铁轻放在绝缘表面3s后，未经辐照的皮－泡－皮PE绝缘层很快熔化，而辐照交联皮－泡－皮PE绝缘层则只有轻微的烫伤痕迹。通过该耐热试验进一步证明了辐照交联皮－泡－皮PE绝缘的耐热承受能力大大优于普通皮－泡－皮PE绝缘。因此，车载网络通信电缆的绝缘最终采用了辐照交联皮－泡－皮PE绝缘结构。2．1．3线对及缆芯设计车载网络通信电缆的线对和缆芯的绞合与计算机数据网络通信电缆基本相同，只是在选取包带时应充分考虑其使用环境的特殊性。目前缆芯包带有很多种，如玻璃纸（PT）包带、聚丙烯（PP）包带、PE包带、玻璃丝包带、无纺布包带、云母带等。其中PT包带和无纺布包带燃烧时发烟量大，不满足低烟要求；PE包带虽然发烟量低，但耐温等级只有70℃，达不到机车电缆的耐温等级要求；玻璃丝包带和云母带的耐温等级较高，且燃烧时的发烟量低，能够满足使用要求，但这两种包带的厚度太厚，会增加电缆外径；而PP包带的熔化温度为270℃，在150℃时仍然保持较好的状态，可满足机车电缆耐温等级要求，同时PP包带的相对介电常数小（约为2．0，小于PE包带的介电常数），燃烧时基本不发烟，这些性能都能很好满足机车电缆的要求。因此，车载网络通信电缆最终选取PP包带作为缆芯包带。另外，车载网络通信电缆的线对和缆芯的绞合节距在确保电缆性能的前提下应尽可能设计小些，以保证电缆的柔软性和串音、阻抗等电气参数的稳定性。2．1．4屏蔽层设计车载网络通信电缆必须具有良好的屏蔽性能，防止电磁干扰，同时还必须满足柔软性要求，以适应于机车内部安装敷设。由此，借鉴了同轴电缆的屏蔽方式，即屏蔽层采用0．04mm单面铝箔纵包（防电磁辐射）＋0．15mm镀锡铜线编织屏蔽（防磁场辐射）结构，铝箔搭盖宽度不小于3mm，编织密度不小于85％。该屏蔽结构可使外界电磁辐射及磁场辐射直接入地而对内层导体不干扰，既保证电缆有良好的屏蔽性能，又满足了电缆的柔软性。2．1．5护套料的选取由于车载网络通信电缆的特殊使用环境，因此其外护套应具有低烟无卤阻燃性能、优良的耐高低温性能（耐高温等级最低为105℃，耐低温等级为－25℃或－40℃）、优良的耐环境性能和耐臭氧性能，有的场所还需要其具有耐燃料油和矿物油等性能。目前，应用较多的低烟无卤阻燃护套材料有低烟无卤阻燃辐照交联聚烯烃护套料、阻燃低卤的改性氯磺化PE护套料等。通过对国内现有低烟无卤阻燃护套材料分析、筛选后，车载网络通信电缆选用125℃低烟无卤阻燃辐照交联耐油聚烯烃护套料，该材料耐温等级为125℃，具有优秀的耐环境和耐油性能，且工艺比较成熟，价格相对便宜，性能稳定。
2．2结构设计验证
2．2．1样品试制根据车载网络通信电缆的初步结构设计方案，在2015年试制了一根1000m长规格为2×2×0．5mm2的车载网络通信电缆（结构如图1所示），要求电缆的外径不大于9．5mm，1MHz时的特性阻抗为（120±10）Ω，电缆的耐温等级为－40～100℃。该车载网络通信电缆的试制方案如下：导体采用19×0．18mm的正规绞合导体，导体为镀锡导体，为满足高频线路传输要求，导体绞合过程进行了轻微的紧压，以保证导体外表的光滑度和圆整度；绝缘采用物理发泡皮－泡－皮PE绝缘结构，绝缘单线经过辐照交联（辐照剂量的控制为工艺关键）；线对绞合和缆芯绞合与数据电缆相同，包带为PP包带；屏蔽层采用铝箔＋镀锡铜线编织，编织密度不小于85％；护套采用125℃低烟无卤阻燃辐照交联耐油聚烯烃护套料（护套具有耐燃料油和矿物油性能）。2．2．2性能检测对试制的1000m长2×2×0．5mm2车载网络通信电缆样品进行了电气性能测试，测试结果如表1所示。首先进行了第一次电气性能测试，各项性能测试结果均满足了设计要求；随后选取一圈100m的电缆整体放入恒温老化箱中进行老化试验，试验温度为158℃，试验时间为168h，老化试验完成后将电缆从老化箱中取出，放置24h后进行第二次电气性能测试，各项性能测试结果与老化试验前的第一次性能测试结果基本一致，也均满足了设计要求；再将该圈100m的电缆样品放入老化箱中做耐温试验，试验温度为105℃，试验时间为24h，耐温试验后立即进行第三次电气性能测试，各项性能指标测试结果与老化试验前的第一次性能测试结果基本一致，只有衰减下降较多，但将105℃衰减值换算到20℃时（衰减的温度系数为0．002dB•（100m）－1•℃－1），该衰减值也能满足要求。经检测，该2×2×0．5mm2车载网络通信电缆样品的护套厚度为0．6mm，外径为9．3mm，电缆的弯曲性能及物理机械性能也都满足了设计要求。之后，对该电缆取样依据GB／T19666进行成束燃烧试验，试验结果满足标准中B类指标，同时其无卤、低烟指标均符合标准规定。这表明车载网络通信电缆初步结构设计方案完全可行且合理。
3车载网络通信电缆的现场检验
在车载网络通信电缆产品首件测试合格后，对车载网络通信电缆进行了批量的验证，各项指标均符合要求，且性能稳定。本公司将自行设计和生产的首批车载网络通信电缆委托交大思诺科技有限公司使用，进行现场验证。经过近两年使用后，该批车载网络通信电缆运行效果良好，并取得了用户使用报告。随后该公司和其它一些设备、车辆厂家陆续订购了本公司的该类电缆，使用后非常满意。
4结束语
关键词：列车网络通信系统；网络总线；光纤；ARCnet；TCN
中图分类号：U270.38 文献标识码：A
1 列车通信网络系统应用现状
随着电子技术的发展，网络技术越来越频繁的应用到列车的监视控制和管理系统中，推动着列车控制系统向着智能化、网络化和信息化的方向发展。目前列车的网络通信技术主要有如下几种。
1.1 WTB/MVB
WTB/MVB网络技术在欧洲得到了广泛应用。据不完全统计，共有301套WTB/MVB车载网络和26套MVB车载网络由ADtranz瑞典完成。还有717套WTB/MVB车载网络、5套WTB车载网络和393套MVB车载网络由ADtranz其他TCN项目完成。
1.2 LonWorks
LonWorks在北美地区得到了广泛应用，纽约地铁就采用了LonWorks的总线方式。日本的川崎重工和加拿大的Bombardier也开始将LonWorks应用于他们的铁路列车上。
1.3 ARCNET网络
ARCNET网络主要应用于日本动力分散型电动车组上，主要的供应商有三菱、日立等公司，国内开行的CRH2型动车组就采用了这种通信网络。
1.4 CAN网络
CAN总线也在列车通信网络系统中有了一定的应用。国防科技大学磁悬浮技术工程研究中心就研制出了一种应用CAN总线方式的CMS-3型磁悬浮列车；而“神州”号DMU的动力重联（列车总线）也使用了这种总线方式。
2 CRH2型动车组网络通信系统介绍
2.1系统组成及功能简介
CRH2型动车组网络通信系统是基于ANSI/ATA-878.1（又称为ARCNET）协议开发设计的TIS系统完成的，整个信息系统通过列车的总线进行通讯信息的传送，而车辆运营即时状况和车上装置的动作信息也得以统一体现。CRH2型EMU200动车组列车网络通信系统主要包括七大板块，分别为车辆信息中央装置、显示控制装置、车辆信息终端装置、IC卡读写装置、监控显示器、乘客信息记录仪以及车厢内各对象装置等。
EMU200动车组网络通信系统的主要功能包括实时状态数据监测（状态信息、故障信息）、传输控制命令和跟踪数据收集等，其功能主要体现在以下几个方面：①传送装置的操作、回位指令；②传送牵引、制动指令；③传送指示灯、蜂鸣器操作指令；④司机、乘务员辅助指令；⑤记录结果；⑥服务控制设备；⑦车载试验；⑧自我核查；⑨远端指示；⑩页面指示等。
自先进的车辆网络信息系统引进以来，动车组控制能力和即时监控功能得到顺利实现，由此带来其控制上的自动化、智能化得到了极大的提高。由于列车各子系统装置的即时监控和控制功能，司机员对于动车组运营状态的实时操作、控制和处理问题的能力和效率也得到了极大的提升。
2.2网络拓扑结构
EMU200动车组车辆网络采用双层网络结构，上层结构以车辆运营控制计算机为核心，连接车辆的各级装置，采用双层环网结构，是连接各编组车辆的列车级通信网络。下层网络连接车辆内固定设备，主要作用于控制方面。
车辆网络主要采用了两种总线类型。一种基于ANSI/ATA-878.1（ARCNET）协议，采用了贯穿所有控制装置的光纤环网结构；另一种则是以总线方式连接中央装置和终端装置的备用总线自我诊断传输线（屏蔽双绞线），基于HDLC（高级数据链路控制）协议。当总线出现问题时，协议命令可以通过检测传送线路进行各传送部之间的信息传输。传送线路包括2种传送方式：
（1）光纤环网光节点之间的传送
①通过光纤双层环网进行数据传送；②循环传送为统一长度；③令牌类传送；④传送周期为10ms标准；⑤GI50/12类光纤；⑥传送速度为2.5Mbps。
（2）自我检测线的传送
①单向传送（发送部―接收部）通过多站总线结构进行；②循环传送为统一长度；③传送周期为10ms标准；④符号化基带方式为24 VP-P （120Ω平衡电路）；⑤38.4 kbps的HDLC方式；⑥安全确保式传输通过Dual-CPU方式进行。
2.3 车辆级网络
CRH2型EMU200动车组应用了光纤双层环网式的车辆主干网络总线，包容性较高，比较于其他传送方式，其传送光纤具有抗干扰能力强、不受电磁干扰影响、布线时不需特殊抗干扰介质等优势，但其机械性能稍差。为解决传输光纤易裂、易损等机械性能弱点，CRH2型动车组光纤选用了通过结构加强而特殊制作的材质，现车布线的问题得以顺利解决。
结语
CRH2型EMU200型动车组采用的车辆网络具有设备状态即时监控、重大故障引导处理功能，大大提升了司乘人员的即时操控和问题处理效率。而且，其高稳定性、上手容易等优点以及运用过程中的低故障率也使其可靠性得到了充分验证，赢得了用户和社会的一致认可。
参考文献
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[2]梁兆煜.高速铁路技术[M].北京：中国铁道出版社，2005：309-316.
车载自组织网络（Vehicular Ad Hoc Network， VANET）是一种特殊的无线Ad Hoc网络[1]，可以适应不断变化的网络拓扑结构，为道路车辆之间、车辆与路边固定接入点之间提供通信。VANET作为智能交通系统（Intelligent Transport Systems， ITS）的一个重要组成部分，由于其具有巨大的经济价值和社会价值引起了各国职能部门、科研和工业研究机构的高度关注[2]。通过VANET可实现车辆协同安全驾驶、交叉路口决策支持、区域交通智能调度、实时交通信息、无限增值信息服务，以及诸如对等网络（Peer to Peer， P2P）文件共享、视频传输、在线游戏等交互式流媒体通信方面的应用。
VANET作为一种新型的移动自组织网络，它既具有传统自组织网络的特点，如拓扑结构动态变化、自组织无中心、低带宽等，又有自己的特点：比如快速移动性、拓扑变化频繁、间歇连通性、网络规模大、充足的能量供应等。动态的网络拓扑结构直接影响着VANET连通特性，再加上无线信道的恶劣环境，使网络连通性问题研究十分复杂。连通性是VANET对用户提供可靠服务的先决条件，意义格外重要。
文献从链路连接特性、网络连通性和网络中心性等三个方面分析网络连通特性。
上述研究中存在一些问题：在理论分析中，假设车流服从指数分布，然而，真实车辆的时空分布及其运动绝不可能是完全随机的，而且都是建立在节点具有固定通信半径的理想路径损耗信道模型的基础之上。在仿真研究中，采用的移动模型可能与真实车辆交通环境相差甚远，比如随机路点模型、曼哈顿模型等。这与现实车载自组织网络中真实的环境存在较大差异，从而导致这些研究结论只能为实际的VANET部署提供有限的指导意义。另外，大部分研究中都没有考虑移动网络的动态时空特性，仅仅研究了网络的部分静态特征。事实上，VANET为含有时间的复杂网络，也称为动态网络。
移动模型被广泛应用于VANET相关协议和算法的性能评价中。智能驾驶模型（Intelligent Driver Model， IDM）由Treiber等，因此，本文采用IDMLC研究车载自组织网络的动态连通特征。
1 IDMLC
其中：al-a为当前车辆移动变道后的加速度增量，acur-alcur为当前车道尾随车辆加速度的损失，anew-alnew为候选车道车辆加速度的损失。当车辆向右变换车道时将加上abias，而向左变换车道时则减去abias，p为礼貌参数。athr表示变道最小加速度增益阈值，车辆变道后要保证车道上后面的车辆不需要明显的刹车行为，即减速度必须大于安全值asafe。
3.2 VANET连通特征分析
仿真实验中车辆数的初始值为200，仿真时间为500s，考虑到系统初始时存在的不稳定性，对100s以后的数据进行分析研究。图1（a）～（d）分别为t=100s、200s、300s和400s，通信半径为220m时网络拓扑的瞬时结构，图1中可连通节点用线段连接。
连通分支的数目是刻画网络连通性能的主要参数，图2为不同通信半径下的连通分支数随时间的变化。由图2可知当通信半径比较小时，网络连通分支数较多，网络分割现象较为严重，无法形成较大规模的连通分支； 本文由WwW. dyLw.neT提供，第一 论 文 网专业写作教育教学论文和毕业论文以及服务，欢迎光临dyLw.nET随着网络半径的增大，连通分支数减少，且当通信半径比较大时，连通分支数变化率会急剧下降。利用QQ图鉴别样本数据是否近似于正态分布，检验结果如图3（a）～（d）所示，QQ图上的点近似地在一条直线附近，同时用T检验进一步验证得出连通分支数服从正态分布。
图4（a）～（d）分别为不同半径时连通分支数的累积分布函数F（x），当通信半径为60m时，网络的连通分支数大于75的占80%，这时网络分割严重，存在大量孤立节点，很多节点之间无法通信；当半径增大为300m时，连通分支数大于13的占10%，这充分说明了通信半径对网络连通性的影响。图5为平均连通分支数与通信半径之间的关系，用指数函数拟合得到曲线为（r）=-97.84r0.1821+285.7，各参数95%的置信区间、和方差（Sum of Squares for Error， SSE）、确定系数Rsquare、均方根误差（Root Mean Square Error， RMSE）的值如表2所示，Rsquare=0.9995，说明拟合效果很好。
在网络受到持续的攻击时，最大连通子图（分支）规模大小是测量网络连通功能一个重要的量。在这个子图内所包含的节点比其他子图的都多，并且任意两个节点之间都存在连接通路，通常用节点数来表示这种最大连通分支规模，它与网络连通性长度，共同作为复杂网络连通性和稳定性的一种度量。图6为不同通信半径时最大连通分支的规模的变化，当半径为60m、140m、220 m和300m时，其均值分别为12.0375，23.9600，61.9700和128.2800，标准差分别为4.9042，6.8341，21.1698和21.2213，变异系数为0.4074，0.2852，0.3416和0.1654，可见当半径较小时，变异系数越大，其相对变化率越大；反之则最大连通分支规模的变化率越小。由图7知，连通率随传输半径增加而增大，特别是半径较大时，曲线变化很快，可以达到较高的连通率。通信半径和连通率之间的关系可用高斯函数表示（r）=2.186e-（r-551.4255.1）2，其余拟合参数如表2所示。
当网络频繁分割时，可用网络连通性长度来描述其连通特征，图8给出了不同通信半径时连通性长度随时间的变化曲线；图9为平均连通性长度图9为平均连通性长度随通信半径的变化曲线此处语句不太通顺，请作相应调整。 本文由WwW. dyLw.neT提供，第一 论 文 网专业写作教育教学论文和毕业论文以及服务，欢迎光临dyLw.nET。通信半径较小时，网络连通性长度很大，这是由于网络严重分割，故拓扑结构很不稳定，网络的连通性得不到保证；随着通信半径的增加，连通性长度迅速减小，当半径大于200m时，趋于平稳。通信半径和连通性长度之间的关系可用函数（r）=3306r-0.8603-18.33近似表示，其余参数如表2所示，确定系数的值接近于1，表明该函数能较好地描述通信半径与平均连通性长度直接之间的关系。
4 结语
在VANET中，连通性对于分析整个网络性能来说十分重要，尤其是在增强安全性和舒适性方面的应用。本文基于IDMLC对车载自组织网络动态连通特征作了研究，仿真结果分析表明当通信半径比较小时，网络分割研究严重此处语句不通顺，请作相应调整。，连通性差，增加通信半径可有效改善VANET的连通性；另外，研究了网络连通分支数的统计特征。真实车载自组织网络拓扑连通性呈现怎样的特征？根据连通特征，建立合理的连通性数学模型，为VANET路由协议设计、数据分发机制、移动性管理等方面的研究提供理论支撑，这些将是下一步工作。 参考文献：
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自2015年总理在政府工作报告中明确提出“互联网+”行动计划以来，“互联网+”已经影响及改造了多个行业，而在此进程中也浮现出诸多问题，如物联网、大数据等新技术该如何融合创新、传统产业该如何推动产业的转型与变革、电信运营商如何借助“互联网+”之力打造新的增长点等。因此，本期专题既提出了针对物联网、车联网等的解决方案，也探讨了“互联网+”在医疗、国土资源管理等领域的应用，并对运营商如何推进“互联网+”的体系架构及其转型策略进行了分析，希望借本次专题回顾“移动互联网+”在过去几年的技术研究和应用成果，同时也对其发展方向与前景进行展望。
【摘 要】为了探讨如何解决目前车联网行业发展的信息化问题，首先分析了车联网发展的现状，并针对当前阻碍车联网行业发展的行业解决方案欠缺的瓶颈问题，提出了一种基于移动互联网的集云应用、管道、应用终端的一体化综合解决方案。该方案的实施旨在为运营商带来新的经济效益增长点，同时为城市智慧交通建设提供一种有效的解决方案，为绿色低碳城市建设做出积极贡献。
【关键词】移动互联网 车联网 智慧交通 绿色低碳
[Abstract] To discuss how to solve the informationization problem of the vehicle networking industry， this paper analyzed the development status of the vehicle networking， and in view of bottleneck problems of the lack of solutions hindered the development of the industry， it used a set of integrated and comprehensive solutions for cloud applications， pipelines， application terminals， based on mobile internet. The program not only brought operators significant new financial growth point， but also provided effective solutions for urban intelligent transportation construction， making a positive contribution to green low-carbon urban construction.
[Key words]mobile Internet vehicle networking intelligent transportation green low carbon
1 项目背景
1.1 国内外车联网发展现状
随着全球智能汽车行业的高速发展，当今车联网技术也进入前所未有的高速发展时期。美国与日本等国家已经通过建立车辆和道路之间有效的信息通信实现智能交通的管理和信息服务。相关统计数据显示，在未来五年内，全球车联网市场规模将突破3000亿元，并且至2020年将会达到90%的车型配置车联网技术。
我国在2010年将“车联网”列为国家重大专项第三专项的重要项目，并在同年提出两项涉及车联网的关键技术的项目；在2011年明确提出物联网在智能交通、智能物流等领域率先部署；2012年指出重型载货汽车和半挂牵引车应在出厂前安装卫星定位装置，并接入道路货运车辆公共监督平台；2013年交通部推进“两客一危”车辆安装北斗兼容车载终端，并接入全国道路货运车辆公共监管与服务平台；2014年正式实施《道路运输车辆动态监督管理办法》。
当前国内互联网汽车市场发展非常迅速。在地图领域开发方面，腾讯通过12亿元购买四维图新股份成为第二大股东，而阿里巴巴也以11亿美元收购高德；在硬件与接口开发方面，腾讯拥有路宝盒子，阿里推出智驾盒子，淘宝网开始涉足汽车维修O2O，百度也推出了开放车联网协议Carnet。
1.2 车联网信息化发展的需求
至2016年3月，我国的机动车保有量达2.83亿辆，目前，缓解交通拥堵与减少交通事故成为智慧城市建设发展急迫需要解决的问题，车联网的提出成为智慧城市发展中的一个重要环节，它将引领智慧城市的发展方向。车联网的组成以车内网、车际网和车载移动互联网为基础，以规定的通信协议和数据交互标准，实现车与车之间、车与路人之间、车与人之间、车与互联网之间的连接，从而达到车辆控制智能化、信息服务移动化、交通智能化的智能交通物联网络。
构成车联网产业链的组成部分包括车辆制造商、服务提供商、设备提供商、内容提供商、移动网络运营商等，涵盖汽车、计算机、物联网、通信等多个行业，这决定产业链条的发展需要产业链上下游企业的协同发展与应用整合。
随着车联网行业信息化的发展，可以通过实现道路利用情况的动态实时反馈与掌握各类车辆的驾驶行驶状况的方式，达到合理分配利用城市道路资源、监管各类车辆驾驶状态的目的，最终实现缓解城市道路交通拥堵问题、优化车辆行驶路线、减少汽车尾气排放污染及发现与排除车辆安全隐患等，实现城市交通的透明化管理。
车联网的信息化将会带动智能交通技术，可以实现智能公交管理、智能停车场管理、车流量监测与管理、智能信号管理等功能，以做到合理疏导和调度道路车辆行驶，提高道路通行能力与利用率，降低交通事故发生率与交通堵塞，降低城市能耗以促进绿色低碳城市的建设。
2 车联网一体化运营综合解决方案
2.1 技术架构介绍
图1为车联网一体化运营综合解决方案技术结构。该解决方案的技术架构由“云、管、端”三个部分组成。“端”主要由感知终端组成，由个人PC、手机终端、行业终端、企业信息终端以及车载Wi-Fi等组成；“管”是实现车联网通信的承载移动网络，由GSM/WCDMA/LTE移动网络、专线APN（Access Point Name，接入点）、共享APN与Wi-Fi组成，同时搭配防火墙、AAA（Authentication、Authorization、Accounting，验证、授权和记账）认证与DDOS（Distributed Denial of Service，分布式拒绝服务）防护等技术；“云”部分由车载音乐、实时路况、位置服务平台、车联网辅助分析平台以及微信客户端等组成，并由云数据中心实现对所有云应用的承载。
2.2 关键功能架构描述
车联网一体化运营综合解决方案从纵向划分为云服务+智慧管道+行业应用终端，横向划分为车载音乐+实时路况查询+位置服务+辅助分析+专网Portal服务+微信客户端等应用，通过横纵结合发力，构建基于“云应用+网络运营+多元终端”的车联网综合解决方案。
（1）云应用
“云”端由自建平台或者与第三方合作建设的平台共同组成，包括位置服务平台、路况查询服务平台、物联网自辅助分析平台、微信平台、音乐平台、视频空间、语音对讲、支付平台及其他应用平台，如图2所示。
1）位置服务平台：位置综合服务平台（LCS）采用了LBS和GPS两种定位技术，以提高GIS并发能力及综合处理能力，并可以在LCS基础上建设位置通等其他业务系统。平台实现在位置服务的基础上建设面向车联网的位置服务共享应用平台与GPS定位平台，并提供扩充地理信息系统的标准开放接口。
2）交通服务平台：通过与深圳市智能交通信息系统平台合作建设的交通服务增值服务平台，实现城市路况、高速路况、公交出行、地铁出行等多项功能，结合高速3G WCDMA与4G FDD-LTE移动网络为用户提供便捷出行功能。
3）物联网自服务分析平台：物联网自服务分析平台提供“贴身的”增值服务给迫切需要部署物联网应用的车联网企业，平台由几大功能块组成，涵盖了用户管理、账户查询充值、流量预警、充值和机卡分离控制、漫游控制、报告报表等功能，从而实现了车联网企业的自服务平台系统。
4）微信服务平台：面向车联网客户提供专属的官方微信，实现用户设备与卡号码的绑定关系，为车联网客户端提供基础服务功能，包括登录、查询、充值、转套餐、报失等基本功能。
5）专用Portal平台：通过提供专网Portal，面向客户提供免费享用Wi-Fi上网服务的同时，提供多种增值服务，包括业务查询、支付等专网通道。通过广告引入消费环节，将普通Wi-Fi设备升级成为商用广告Wi-Fi，实现多元营销。
6）音乐平台：与三方音乐平台合作提供客户音乐定制下载业务。
7）语音对讲：与三方语音对讲平台合作开发基于IP的对讲平台，通过车载电子设备实现车友间的对话和群聊功能。
8）语音识别：与三方语音识别平台合作开发实现通过语音识别技术对车辆下达操作指令。
9）支付平台：通过三方充值平台实现用户充值功能，支持微支付、支付宝、银行卡以及充值卡的用户个人充值方式。
（2）智慧“管”道
移动互联网智能“管”道主要从移动网络与安全网络机制两方面实现：
1）移动网络：依托高速与成熟的WCDMA/LTE无线网络技术，并利用APN技术提供的安全机制与接入手段，实现车载终端用户的无线数据的传输功能。
公众网：采用普通公网卡，实现与所有网络的互联互通，具备高速、开通便捷的特点。
共享APN：行业客户所有的APN卡采用共享的域名，其内部网络通过公共互联网（有固定IP地址）与公网GGSN设备相连，实现车载终端与行业客户内部网络的互联互通，具备低成本、开通方便快捷的特点。
专线APN：行业客户所有的APN卡采用特定域名，其内部网络通过专线（MSTP（Multi-Service Transfer Platform，基于SDH的多业务传送平台）、SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系））与公网GGSN（Gateway GSN，网关GSN）设备相连，实现车载终端与行业客户内部网络的互联互通，具备安全性高、高质量保障特点。
2）安全网络机制：对于行业安全性需求较高的客户，提供企业级的硬件防火墙、AAA认证服务器及DDOS防护设备与系统等安全防护体系。
防火墙：提供包括过滤防火墙、应用网关防火墙、状态检测防火墙以及复合防火墙等多类产品，为行业客户提供不同层次需求的防火墙设备。
AAA认证服务器：AAA认证提供给行业客户APN接入的二次认证管理平台，完成认证、授权、审计三项功能，实现对用户身份合法性的认证授权，控制用户的不同服务访问权限。通过AAA认证服务器平台能够满足APN用户的安全认证需求，并能提供业务管理和系统管理等功能。通过与APN产品结合，为企业提供AAA认证服务，既能为客户提供更完善的无线通信安全解决方案，也能增强传统APN产品的竞争实力。
DDOS防护设备/系统：通过在骨干网络为行业客户部署DDOS检测处理设备，通过把控正常数据流量的通行与攻击流量的清理过滤，实时检查用户流量安全。通过部署DDOS防护设备/系统，为行业客户提供安全性高的互联网络。
（3）多元终端
实现包括手机类终端、PC类终端、企业信息终端、SIM卡芯片嵌入的车载终端的多元云接入解决方案，打造“云服务+多元终端+车联网沃”的一体化解决方案。
1）手机类终端：支持目前主流的IOS操作系统、安卓操作系统的智能手机接入。
2）个人PC类终端：支持目前Windows操作系统、苹果Mac OS操作系统、Linux操作系统的电脑终端接入，同时支持IE、Google、Safari等主流浏览器的登录。
3）车载类终端：支持安卓类操作系统的车载类终端接入。根据不同厂家设备将会对兼容性做进一步扩展。
4）行业应用终端：提供特定厂家（中兴、华为）芯片模组的网络接入，并根据市场需求将会进一步支持更多行业应用终端。
5）车载Wi-Fi：实现车载类Wi-Fi的访问，实现车内移动终端免费上网功能。
随着车联网一体化运营管理系统的规模放大，将会不断扩大终端的支持数量与内容。
2.3 方案关键技术描述
（1）实现面向企业与用户的一体化服务平台
车联网一体化运营综合解决方案打造面向企业级（B2B）与面向用户级（B2C）的免费的增值服务平台，并实现个人渠道的充值系统平台。通过一体化服务平台建设，不仅向企业提供强自服务平台，并且向个人客户提供贴身的个性化服务平台，从而强化企业之间合作的深度与用户的使用黏度。
（2）实现从“传统SIM”至“机器专用M2M卡”的转变
针对汽车环境因素所具备的温差变化大、潮湿、强振动等各种因素，满足车联网企业特殊要求，量身打造专用芯片和汽车专用模组。
方案使用工业级的车载设备专用M2M异型芯片卡取代传统消费级的SIM卡，具备耐高温、防尘、防潮的特点，并可集成于汽车专用通信模组，达到低成本、更长的使用寿命以及高集成度产品的目的。
（3）基于大数据挖掘的分析方式
通过对每天50 TB左右的原始话单与位置定位数据进行采集分析，参照3GPP通信协议规范挖掘原始数据中的CELLID、IMEI、IMSI、流量等所需字段信息，并按需求制定分析与统计规则，实现机与卡对应匹配、位置定位与流量统计等相关应用分析。
（4）多源定位技术
通过LBS与GPS两位定位技术的结合，并支持AGPS定位技术，实现精确度达到5 m的精准定位。同时结合凯立德实时路况数据，为车载用户提供多元定位服务。
3 项目意义
车联网一体化运营综合解决方案对车联网产业链上下游整合发展、城市智慧交通发展，以及绿色低碳城市建设都有积极的意义：
（1）车联网产业链上下游整合发展。车联网产业链的构成包括车厂、内容提供商、设备提供商、网络提供商、服务提供商等，涵盖汽车、计算机、物联网、通信等多个行业，这些应用要求相关行业的协同发展，这将会带动这些行业的企业进行科技创新与应用整合。在中国经济转型建设创新型社会的过程中，将会对经济效益和社会效益起到重要作用。
（2）城市智慧交通发展：通过车联网运营项目可以动态实时地掌控道路利用情况、各种车辆的驾驶行驶状况等，由此实现对道路资源的合理分配与利用、监管（营运、私家）车辆的驾驶行驶状态，可以有效缓解道路交通拥堵、减少车辆尾气污染、及时发现和排除车辆安全隐患、优化车辆行驶路线等，实现了交通、车辆的及时透明化管理。
（3）绿色低碳城市建设：通过车联网运营项目带动了智能交通技术，可以实现智能公交管理、智能停车场管理、车流量监测与管理、智能信号管理等功能。这些能够在现有的道路交通基础上，对道路上的行驶车辆进行合理疏导和调度，最大限度地发挥道路的通行能力，有效减少交通事故的发生，减少道路交通堵塞，降低燃料消耗，提高经济性，提高道路的利用率。
4 结束语
车联网一体化运营综合解决方案旨在实现运营商对物联网行业应用市场开拓进程的一次强有力推进。本项目融合车联网行业发展需求，采用“云+管+端”技术架构，再结合运营商网络资源等几大要素，符合现代城市交通未来发展的方向，实现了城市交通“低碳环保”和“科学管理”等系统目标。希望通过该方案促进城市智慧交通的建设，并且有效带动车联网行业的发展，为车联网上下游企业带来一定的经济效益。
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