基于蜂窝物联网的车联网通信浅析

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　　摘要：随着经济水平的提高、基建的发展，以汽车作为出行的交通方式越发普遍，汽车保有量持续增长。基于此背景，智能化、网联化的汽车网络通信技术飞速发展，车联网技术由此诞生，推动了汽车产业的变革。本文基于蜂窝物联网的车联网通信展开研究论述，提出了发展基于蜂窝物联网通信技术的展望。
　　关键词：车联网;物联网;蜂窝通信
　　中图分类号：TN929.5     文献标识码：A    文章编号：1007-9416（2020）10-0000-00
　　 无线通信技术在车联网的发展中起着关键性的作用。为了满足车载通信的可靠性、传输速率和容量需求，车辆通信需要不断的完善与增强车联网技术。另一方面随着5G技术的推出，各企业纷纷致力于高质量、高可靠性、广覆盖的蜂窝物联网技术研究。基于蜂窝物联网技术，探究端、管、云体系的车联网通信，对于推动车辆通信的低功耗、广覆盖、大连接和长续航具有重大的意义，同时也对推动5G应用、5G联合创新具有积极意义。
　　1 蜂窝物联网与车联网通信概述
　　1.1 蜂窝物联网概述
　　1.1.1 物联网
　　 自互联网出现之后，人们对互联网通信的研究步伐加快，物联网便是在计算机移动通信发展的过程中新的信息产业产品。物联网技术的诞生推动了社会各个领域经济的发展，也逐步的走入人们日常生活中。对于物联网的概念，很多人有着不同的理解，但是从广义的角度来讲，物联网是指利用条码、射频识别、全球定位系统、激光扫射等信息的传感设备，通过技术协议实现人、物在不同情景与环境之间的信息交流。物联网能通过信息交换与交流，实现智能化的信息识别、跟踪、定位、监管、庞大网络系统[1]。从物联网的技术结构体系上分析，可分为：（1）基于传感器等感知终端的感知层、它由传感器和传感网络构成;（2）基于云计算等网络信息传递的网络层，由有线通信网，网络管理系统私有网络和云计算平台等构成[2]。（3）实现用户接口和行业需求的应用层，实现物联网与用户接口的实际应用系统。通过物联网应用可以实现人与系统的对接，不同时间、地点下的信息交流。
　　1.1.2 蜂窝物联网
　　 所谓的蜂窝物联网是指蜂窝移动通信网和物联网结合的信息产物。它是以窄带物联网、增强机器类通信为代表。在蜂窝物联网体系构架中，支持接入多类型的物联网终端或者传感设备，相比传统的物联网构架新型的蜂窝物联网体系，包括了物联网专网和连接管理云。蜂窝物联网连接管理平台，主要面向终端或者应用平台，提供对终端的在线监控、能力资源服务以及行业内大数据的分析。蜂窝物联网设备可用性更高，网络覆盖全球90%的人口，支持低功耗广域网的应用，相比传统的物联网技术蜂窝物联网更具优势[3]。
　　1.2 车联网概述
　　 车联网主要是指，通过GPS传感器，摄像头图像处理等相关的装置以及互联网技术，对车辆位置速度宣璐等相关的信息进行整理分析构成的巨大交互网络。车联网可以将不同时间地点下的各类信息进行搜集、汇聚到中央处理器，经过信息系统对搜集来的信息进行处理，然后通过信息技术对车辆的信息进行分析，而判断出车辆行驶过程中的车况。
　　2 基于蜂窝物联网的车联网通信必要性分析
　　2.1 智能交通的需求
　　 新世纪以来，公路交通已经越来越智能化，我们需要一套更加先进和一体化的交通管理智能系统。在该系统中，车辆能够靠自己的智能在路边上自动行驶;我们也能通过，智能系统并将交通流量调整到最佳，同时实现对车辆道路行踪全面掌握和高效指挥。
　　 智能交通是指利用先进的通讯计算机，控制以及传感技术，实现对交通的实时控制和指挥管理。基于蜂窝物联网的车联网具有高效的信息处理技术，通过车联网能够更加高效的控制和指挥交通管理，更加快速的反映交通信息，提供行车的安全，提高运行的效率[4]。见图1所示。
　　2.2 基于蜂窝物联网车联网的功能
　　 基于蜂窝物联网的车联网通信可以实现车辆的远程（远程控制汽车的关闭、启动或者解锁等）、远程定位（防止车辆丢失）、碰撞呼救，车辆跟踪、驾驶建议、驾驶评测、精准导航、紧急救援、违章提醒等功能。其应用场景包括车与互联网互连（V2N ）、车车互联（V2V）、车路互联（V2I）以及车人互联（V2P）。见表1所示。
　　 结合汽车发展的趋势，应用与发展车联网技术是很有必要的，车联网可以为驾驶员提供非常大的便利，是一件非常实用的技术。它是实现无人驾驶、智能汽车发展的基础设施。
　　3 专用短程通信与基于蜂窝网的车联网通信比较分析
　　3.1 专用短程通信概述
　　 专用短程通信可以实现小范围内的视音频数据的精准、可靠、双向传输专用于V2V、V2I的通信標准。专用短程通信是目前车辆通信中应用最广泛的技术之一，发展相对较成熟。目前专用短程通信实现了相邻车辆之间的行车安全数据通信与交换符合智能交通系统的应用，通过技术的改进与创新也增强了车辆通行之间热点的切换以及通信的安全性[5]。
　　3.2 基于蜂窝网的车联网通信概述
　　 2017年完成了基于LTE蜂窝网络为基础的车联网通信技术的标准制定，目前基于5G的新空口蜂窝网络技术也在逐步完善中。
　　 基于LTE蜂窝网为基础的车联网通信技术的工作场景，包括了基于蜂窝网覆盖面的场景和独立于蜂窝网络的工作场景。前者可以通过蜂窝网的URL接口提供信息服务实现覆盖面广大宽带的通信服务便于车辆与周围环境节点及延时性、高可靠性的通信。而独立于蜂窝网络的工作场景，更有利于满足行车安全需求。整个蜂窝网络覆盖面的场景下，车辆通信之间的数据传输在悠悠接口和PC5接口之间灵活无缝切换。通过LTE蜂窝网络的车联网技术，可以支持车辆通行过程中车辆之间的动态信息，如速度、位置方、向等的快速交换和高效无限资源分配，其物理层结构强度更高，支持超过500km/h的移动速度需求。 　　3.3 專用短程通信与基于蜂窝网的车联网通信比较
　　 尽管专用短程通信技术趋于成熟，但基于蜂窝物联网通信技术相比专用短程通信技术，更具有后发优势。
　　 技术上，基于蜂窝物联网的车联网通信技术在专用短程通信技术上，不断的突破及性能缺点，在系统容量覆盖范围面更具优势。基于蜂窝物联网的车联网通信技术，将车与互联网互联、车车互联、车路互联和车人互联结合成一个整体，覆盖面更广，低时延的传输更具有保障。而专用短程通信技术属于分布式的系统，在整体上不具备此优势。
　　 终端层面，基于蜂窝物联网的通信技术，降低了芯片复杂度，从而也减少了系统中芯片的成本，另一方面，基于蜂窝网的物流通信技术丰富了车载信息服务。
　　产业层面[6]。目前对于LTE蜂窝网络基站设备进行了升级，国内外，对于LTE网络的基础设施布局相对较广，更有利于基于LTE网络的车联网，通信技术产业的发展。另一方面，通过物联网和车联网模式融合未来可以进一步的完善，平滑的过度到5G技术更具有发展的前景。
　　4 基于蜂窝物联网的车联网通信展望
　　4.1 聚焦蜂窝物联网，突破端与端的发展
　　 基于蜂窝物联网的车联网通信技术要不断的突破技术瓶颈，为车辆通信提供高质量高可靠，覆盖面广的蜂窝物联网。相关的企业或者研发部门应当努力致力于自主研发基础通信套件及标准化的协议封装，推动适配海量的物联网传感器，满足车辆通信的需求，实现车辆终端通信能力的标准化[7]。
　　 另一方面，为了推动车辆通信中端到端的通信能力，发展基于蜂窝物联网的车联网通信技术要涵盖海量通信、数据储存、应用孵化、能力输出、信息发布、数据监控和数据分析等功能。
　　4.2 蜂窝物联网与车联网协同发展，助推产业升级
　　 协同发展蜂窝物联网与车联网，推动车辆通信的发展，同时助推产业的快速成熟。在车联网的车载信息服务、辅助驾驶和智能驾驶中融入蜂窝物联网技术，使得在车辆行驶的过程中能够自主感知周边信息，实现车与车车与人的周围信息感知。完善智联通信的技术融合，提高信息通信的高度，降低通信的成本。另一方面要不断的完善基于蜂窝物联网的车联网通信技术标准，完成车辆通行过程中的时间、传输速率、通信距离等方面的技术升级。
　　4.3 创新发展蜂窝物联网的车联网技术，实现5G互联
　　 蜂窝模组是物联网中的核心连接器。发展与完善物联网的蜂窝模组可以进一步的推动车辆行驶过程中与其它事物的连接效率，和连接覆盖面。
　　 另外为了推动基于蜂窝物联网，的车联网通信技术发展5G新型技术应当重点聚焦在5G通信能力、基础通信设施等方面的建设。不断的完善5G的车联网通信技术，实现高密度车辆场景下的高可靠性、高容量、高传输速率的需求。
　　5 结语
　　 广义上，蜂窝物联网的车联网是一个具有未来发展的愿景，是在泛网络中实现车辆任何时间地点，任何网络与任何人物信息的交流与交换。我们应当挖掘蜂窝物联网的车联网的优势，并科学合理的应用于车联领域，提高社会车辆通信领域的信息化的交流。本文展开基于蜂窝物联网的车联网通信展开研究，提出了基于蜂窝物联网的车联网通信必要性分析、专用短程通信与于蜂窝网的车联网通信比较分析和基于蜂窝物联网的车联网通信展望，望能为满足车载通信的可靠性、传输速率和容量需求的车辆通信技术建设提供理论指导意义。
　　参考文献
　　[1]肖瑞雪，冯英伟，吕国，等.面向5G移动通信的蜂窝物联网关键技术研究[J].现代电子技术，2020，43（9）：29-32.
　　[2]刘娅汐，皇甫伟.面向物联网业务绿色接入的异构蜂窝网络优化[J].工程科学学报，2020，42（4）：483-489.
　　[3]金叶奇，郑敏，谭冲，等.面向蜂窝物联网的RB动态预分配调度方案[J].中国科学院大学学报，2019，36（6）：825-831.
　　[4]黄海旭.基于MEC的车联网系统安全研究[J].信息安全与通信保密，2020（6）：88-93.
　　[5]李文杰.基于激光扫描的车联网监控系统设计[J].激光杂志，2020，41（5）：178-182.
　　[6]薛拯，刘洋，韩国军，等.车联网下基于模糊逻辑的簇头选择与数据传输策略研究[J].小型微型计算机系统，2020，41（7）：1458-1463.
　　[7]谢爽.LTE无线通信技术与物联网技术的结合与发展[J].科学与财富，2018（25）：90.
　　收稿日期：2020-08-24
　　作者简介：屈刚（1983—），男，四川南充人，硕士，高级工程师，研究方向：无线通信网、5G通信和物联网。
　　An Analysis of Vehicle Network Communication Based on Cellular Internet of Things
　　QU Gang，ZHA Xian-yi
　　（China Information Consulting & Designing Institute Co.， Ltd， Nanjing， Jiangsu 210019）
　　Abstract： With the improvement of the economic level and the development of infrastructure， the use of automobiles as a mode of transportation has become more common， and the quantity of cars retains sustained growth. Based on this background， with the rapid development of intelligent and networked automobile network communication technology， the Internet of Vehicles technology was born， which has promoted the transformation of the automobile industry. This paper conducts the research and discussion of the Internet of Vehicles communication based on the cellular Internet of Things， and puts forward the prospect of developing the communication technology based on the cellular Internet of Things.
　　Keywords： Internet of Vehicles;Internet of Things;Cellular communication
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