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关于“车联网”的最强科普!

发布时间:2018-12-5 8:31:47    点击量:24
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大家好,我是小枣君,今天我们来聊聊车联网。

 

 

说到车联网,相信大家一定不会陌生。现在不管是汽车制造商、销售商,还是阿里腾讯这样的互联网企业,都会经常提到它。

 

简单来说,车联网就是把汽车连起来,组成网络。

 

不过,从宏观上来说,车联网其实是一个非常庞大的体系。很多人了解的车联网,可能只是车联网体系的一小部分而已。

 

今天,我想对车联网进行一个全面介绍,希望能够讲清楚车联网的相关概念,帮助大家具体、客观、理性地了解车联网。

 

这篇文章,将围绕着以下问题展开:

 

1、到底什么是车联网?

2、车联网包括哪些东西?是一个什么样的架构?

3、车联网有哪些主要的技术?是如何发展和演进的?

4、车联网会带来什么好处?会如何影响我们的生活?

5、马上要到来的5G,和车联网又有什么关系?

 

好了,废话不多说,我们直入主题。

 

什么是车联网

 

车联网,英文叫做 IoV(Internet of Vehicles),它属于物联网(IoT,Internet of Things)的一种。

 

Vehicle,就是车辆、交通工具的意思。以前我们学英语,都知道把车叫做car、bus、truck,其实,vehicle老外用得更多,相当于是统称。

 

前面说了,车联网,就是把车连接在一起的网络。

 

其实,确切来说,车联网并不只是把车与车连接在一起,它还把车与行人、车与路、车与基础设施(信号灯等)、车与网络、车与云连接在一起。

 

这里牵出了好几个大家经常看到的车联网概念:

 

V2V:车与车,Vehicle to Vehicle

V2P:车与行人,Vehicle to Pedestrian

V2R:车与路,Vehicle to Road

V2I:车与基础设施,Vehicle to Infrastructure

V2N:车与网络,Vehicle to Network

V2C:车与云,Vehicle to Cloud

 

不管是V2什么,都可以统称为V2X(X代表everything,任何事物)

 

有的同学把上面的某个V2当作了车联网,这样是不准确的。实际上,真正的车联网,就是V2X(车连万物)。

 

 

前装车联网和后装车联网

 

在讨论V2X之前,我们先来看看这个Vehicle本身,也就是先看看车的内部。

 

对于一辆车来说,它包括很多的部件,例如空调、音响、摄像头、发动机、轮胎等。这些部件都可以信息化、数字化。通过安装传感器,可以产生表达状态的数据。例如轮胎,可以安装胎压传感器,产生胎压数据,监控轮胎的状态。

 

 

有了数据,就可以进行传输。将车内各个部件的数据,传递给这辆车的“神经中枢”,这种网络,可以称之为“车内网”

 

对于车内网来说,传感器技术显得非常关键。这里的传感器,并不只是车内信息的采集,更包括车辆外部的传感器数据,例如防碰撞的传感器信息,感应外部环境变化的摄像头,监测路面路况的传感器,等等。这些传感器数据,关系到车辆的舒适性和安全性。

 

 

除了传感器之外,更关键的,就是“神经中枢”了。

 

一般来说,汽车制造商喜欢在生产汽车时,就把作为“神经中枢”的车联网设备给装配好,通常称之为“前装车联网”

 

前装的代表,就是福特的SYNC、通用的OnStar(安吉星),以及国内上汽集团的inkaNet、吉利的iNTEC、长安的Incall等。

 

前装车联网系统一般包括四部分:主机、车载T-BOX,手机APP及后台系统。

 

T-BOX,就是Telematics BOX(Telematics是电信Telecommunications与信息科学Informatics的合成词),又称TCU(车联网控制单元)。简单说,就是安装在汽车上用于控制和跟踪汽车状态的一台计算机(嵌入式)。

 

T-BOX

 

互联网公司这样的非汽车制造商,因为无法参与汽车前期制造环节,所以,只能通过后装的方式,安装用于车联网的车载终端。

 

后装的代表,是腾讯的路宝盒子。这是一种后期加装的通过汽车OBD接口获取实时车辆数据的装置。OBD,就是On-Board Diagnostic,车载自动诊断系统。

 

腾讯路宝

 

汽车上的OBD接口

 

这种设备通过OBD接口获取数据后,再通过蓝牙等方式,将数据传输给手机。

 

 

注意,这个神经中枢,除了硬件之外,软件也很重要,所以像阿里这样的公司,就做了YUN OS Auto这样的车载智能操作系统(VOS,Vehicle Operating System)。相当于手机的Android一样,是给汽车用的操作系统。

 

总之,不管是前装还是后装,不管是硬件还是软件,都是为了获取数据,监测和控制车辆。

 

 

继续,继续。

 

如果车辆本身没有对外进行通讯的能力,那么,“车内网”就是一个局域网,一个孤岛

 

汽车的“神经中枢”,可以通过仪表盘或者中控,告知驾驶员车辆的情况。或者,按刚才说的,通过蓝牙和手机相连,把数据传出来。

 

但是,这种方式不管是传输速率,还是数据量、及时性、便捷性等,都是不够的。

 

于是,就要想办法让车辆具备足够强大的外部通讯能力

 

DSRC vs LTE-V

 

敲黑板!这一部分很关键!

 

实现车辆的对外通讯,是有很高要求的。因为车辆通常在高速移动,而且是长距离大范围移动。

 

早期的时候,为了实现车辆的对外通信,采用的是DSRC技术(DeDICated Short Range CommunICation,专用短程通信)

 

这项技术是1992年美国材料试验学会ASTM(American Society for Testing Materials)针对ETC业务而提出来的,后来经过不断完善,变成了IEEE的车联网通信技术标准(802.11p)。

 

在很长一段时间里,DSRC都是像美国这样国家的主流车联网通信技术,现在也仍然有很多国家以它为主流标准。

 

DSRC的工作原理

RSU,Road Side Unit,路侧单元

OBU,On Board Unit,车载单元

ITS,Intelligent Transport System,智能交通系统 

 

DSRC技术其实就类似于,在道路边上装Wi-Fi,让车辆通过这个Wi-Fi进行通信。

 

从名字也可以看出来,“专用短程通信”,短程,就是适合短距范围内进行通信,如果距离长了,可靠性等各方面都会存在问题。

 

那么,什么技术的通信距离长呢?

 

当然是蜂窝移动通信啦!也就是我们使用的手机通信。

 

进入21世纪后,蜂窝移动通信得到了快速的发展,技术水平和行业生态都飞速进步。于是,人们开始研究使用蜂窝通信技术(Cellular),用于车联网通信。

 

目前我们最主流的蜂窝通信技术标准是什么呢?当然是4G LTE

 

2014年9月,LG向3GPP提交了LTE在V2X通信应用的规范草案。同年12月,Ericsson提交了增强LTE D2D相近服务的规范草案。

 

随后,2015年,3GPP正式启动了LTE-V技术标准化的研究。

 

速度很快,到2016年9月,3GPP就在R14版本里完成了对LTE-V2X标准的制定。

 

可以这么说,LTE-V是给车联网量身定制的LTE

 

 

LTE-V依托现有的LTE基站,避免了重复建设,而且工作距离远比DSRC大,提供了更高的带宽,更高的传输速率,更大的覆盖范围。

 

 

LTE-V技术包括集中式(LTE-V-Cell)分布式(LTE-V-Direct)两个工作模式。LTE-V-Cell需要基站作为控制中心,实现大带宽、大覆盖通信,而LTE-V-Direct可以无需基站作为支撑,可直接实现车辆与车辆,车辆与周边环境节点的可靠通信。

 

车与车通信(V2V),及时互相通报路况和异常

 

DSRC和LTE-V的竞争非常激烈,两者都希望成为主流的车联网通信标准目前,我们国家倾向于采用LTE-V。

 

车联网的意义

 

车联网说了那么多年,一直都不温不火,其实,问题就在于车辆的对外通讯能力

 

汽车制造商善于造车,车内网可以搞得很溜,但解决不了外部通讯能力问题。互联网企业,软件搞得很溜,但是拿不到数据,也是白搭。

 

所以,在广域物联网通信技术没有成熟之前,车联网很难有实质性的意义。

 

现在不一样了,借助LTE-V的能力,车辆对外通讯的这个瓶颈,有望打破。车联网的潜在能力,很有可能彻底释放出来。

 

首先,车辆数据联网,所有关于车的运行状态信息都会传到云端。围绕这些信息数据,是海量的应用场景。

 

 

例如,车没有油或者没有电了,云端会告知车主,哪里有加油站(充电桩)。车的某个零部件数据异常,云端会进行分析,然后告知可能存在的风险。

 

不仅可以上传数据,还可以下载数据,交通导航、拥堵路况信息、车位数据、气象信息等,都可以下载到车里,影音娱乐更是小儿科。

 

 

在上面这些初级应用之上,在更加庞大的云计算能力和通信能力的支撑下,远程驾驶甚至是自动驾驶,终于变成了可能。

 

自动驾驶,可以说是车联网进化的终极形态。

 

自动驾驶

 

汽车,和各种交通基础设施(例如信号灯),全部接入网络,由强悍的云计算系统,分析整个城市的交通流量、拥堵状况,对所有道路车辆进行路径规划,辅以交通调度,就可以最大效率地提升城市的运力。同时,还会大幅降低交通事故的发生概率。

 

阿里和腾讯都提出了“城市大脑”这个概念,其实就是在朝这个方向努力。

 

 

说白了,就是计算机的算力,代替人类的脑力。

 

此外,配合大数据和人工智能,对车主的驾驶习惯进行分析,对企业的物流需求进行分析,对城市车流的流向规律进行分析,可以挖掘的商业价值就更大了。

 

简而言之,我们不是为了联网而联网,联网是为了数据。有了车联网,就有了数据。有了数据,辅以强大的计算能力,就有了一切。

 

 

 

5G和车联网

 

 

那么,即将到来的5G,又和车联网有什么关系呢?

 

刚才我们说的LTE-V,仍然不够强大。刚才LTE-V和DSRC进行对比时,细心的同学会发现,有一项指标,LTE-V是不如DSRC的,那就是时延。

 

时延在车联网里,就意味着生死。你看,现在高速公路的时速是120Km/h,也就是33米每秒。刹车哪怕是晚了1秒,也会有40米以上的制动距离。

 

所以,如果要支持远程驾驶或自动驾驶,这个网络的时延,必须是个位数的毫秒级(ms)

 

LTE做不到,但是5G作为LTE的演进,可以做到。5G的时延,可以达到1ms,足以满足要求。

 

LTE会演进到5G,LTE-V,就随着演进为NR-V2X。

 

除了时延之外,5G还拥有很多LTE不具备的优点——它拥有更高的带宽,支持更大数量的连接,还支持更高的移动速度。

 

所以说,5G就是为物联网而生的。

 

 

5G和车联网的关系,简单来说,就是相互依赖。

 

没有5G,车联网就不是真正的车联网。没有车联网,5G就少了一个很重要的应用,也就少了投资来源,少了存在的必要性,价值也大打折扣。

 

目前看来,车联网是现在5G最重要的一个应用场景,也是最有可能引爆5G需求的场景。别的物联网需求,都无法形成车联网这样的规模和体量,也不会有车联网这么强大的推动力。

 

甚至可以说,车联网就是未来五年5G兴衰的晴雨表。

 

 

好啦,今天的介绍就到这里。想要了解更多5G和物联网的知识,可以翻看鲜枣课堂的历史文章。

 

感谢大家的支持!

  

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