车联网概念及热点技术和应用前景分析

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　　车联网并非单纯的网络概念，而是一个包含了汽车、通信网络和诸多相关应用与服务的产业生态。车联网技术将围绕着智能化、网联化两条路线同步演进，并最终走向融合。

　　文章从端、管、云、信息安全四个方面对车联网热点技术进行分析总结，对以自动驾驶、主动安全、共享经济为代表的车联网重要应用进行了梳理和讨论。

　　1. 车联网概念和内涵

　　车联网是信息化与工业化深度融合的重要领域，具有应用空间广、产业潜力大、社会效益强的特点，对带动汽车、电子、信息通信、交通等行业的产业转型升级具有重要意义。

　　随着技术发展和研究的深入，车联网概念不断演进。现阶段对车联网的定义是：借助新一代信息和通信技术，提升汽车智能化水平，实现车与外部(人、车、路、服务平台)的全方位网络连接，打造汽车和交通服务新业态，从而提高交通效率，改善汽车驾乘感受，为用户提供智能、舒适、安全、节能、高效的综合服务。

图 1 车联网总体示意

　　汽车智能化、网络连接、服务新业态是构成车联网的三个核心要素。图 1 给出了车联网总体示意图。值得指出的是，车联网并非单纯的网络概念，而是一个包含了汽车、通信网络和诸多相关应用与服务的产业生态 [1]。

　　2. 车联网热点技术分析

　　车联网发展的热点技术逐步聚焦，分布在端、管、云和信息安全四个层面：

　　「端」：指的是车载终端、路侧终端以及手持终端等。各类终端的智能化、网联化进程加快，车载操作系统、汽车电子成为产业各方力量积极布局的焦点。

　　「管」：是指通信网络。目前 LTE-V 和短距离无线通信(DSRC：Dedicated Short Range Communications)等无线通信技术在车联网的应用逐步走向成熟，基于 5G 技术的车联网应用进入探索阶段。

　　在「云」方面，车联网大数据和云服务平台功能逐渐多样化，同类型的运营平台将由分散走向集中。

　　总体来说，车联网技术围绕着智能化、网联化两条路线同步演进，并最终走向融合。

　　2.1 「端」——我国汽车电子和软件整体处于竞争劣势

　　终端设备包含软、硬件两个层面。软件以车载操作系统和控制软件为主。

　　操作系统的智能化给手机产业带来了颠覆性变化，传统手机巨头诺基亚忽视了这一变革，一夜之间被市场淘汰。如今，智能操作系统又开始影响汽车的驾驶和操控方式。未来车载操作系统将主要朝着云服务和自动驾驶两个方向发展。云服务主要基于车载操作系统的多样化 App 应用，而自动驾驶将融合传感器、图像技术、通信技术和人工智能技术做出分析决策。

　　目前，底层操作系统仍然以 QNX、Embedded Windows 和 Linux 为主，其中 QNX 占据市场份额的 50% 以上。应用平台近年来发展迅猛，这些平台的出现为应用开发提供了框架和开发工具，使得应用的开发越来越独立于底层的操作系统。该类产品的代表有阿里巴巴推出的基于 Linux 的 YunOS，搭载了自主设计、架构、研发的系统核心虚拟机，为开发者提供便利，是我国自主操作系统跻身车联网操作系统领域的重要契机。

图 2 车用传感与雷达市场情况

　　硬件主要是高性能环境感知传感器以及微处理器，我国总体处于竞争劣势。从市场格局看，博世、英飞凌、恩智浦分别以 20%、12%、10% 位列汽车传感器收入份额前三，前 10 名中没有中国企业 [2]。车用传感与雷达市场情况如图 2 所示。

　　在处理器方面，搭载人工智能的 GPU 芯片推动自动驾驶发展。由 ARM、Qualcomm 及 Imagination 所主导的 SoC 阵营，在 GPU 技术中应用最广，市占率达到 70% 以上，英特尔、AMD、Nvidia 紧随其后。汽车领域正成为芯片厂商新蓝海，消费电子产品厂商也将业务领域向汽车电子产品拓展。

　　2.2 「管」——V2X技术路线选择存在竞争

　　信息网联技术包括 V2X 专用短距离通信技术，以及 3G/4G/5G 的蜂窝网技术。

　　V2X 是车车通信(V2V：Vehicle to Vehicle)、车路通信(V2I：Vehicleto Instruction)、车辆与行人通信(V2P：Vehicle to Pedestrian)等统称。通过 V2X 可以获得实时路况、道路信息、行人信息等一系列交通信息，是实现主动安全、自动驾驶等一系列应用的重要技术手段。

　　早期信息网联主要形态是实现汽车和外界环境的基础信息交互，如 Telematics 业务等，主要实现卫星定位导航、道路救援、车载多媒体娱乐等应用，这些应用对通信系统的实时性和高可靠性要求不高。随着 LTE、5G 等通信技术的不断发展，许多依赖低时延、高可靠性的新应用有了发展空间，使得基于 V2X 通信的智能辅助驾驶(ADAS：Advanced Driver Assistant System)及自动驾驶成为可能。

　　国际 V2X 专用短距离通信技术包括两条技术路线：

　　一是美国、日本采用的基于 IEEE 802.11p 的 DSRC 通信标准 [3]，由 IEEE在 10年前制定。由于标准发布较早，实验测试较为充分，高通、恩智浦均已推出基于 802.11p 的 V2X 无线通信芯片。

　　二是我国参与推动的 4.5G LTE-V2X技术，目前由大唐、华为等通信设备企业抓紧研发。

　　与 802.11p 相比，LTE-V2X 具有技术后发优势，且支持公网辅助模式，能满足更高的业务需求，又可以利用成熟的蜂窝网络覆盖和芯片、终端产业基础，很有可能后来居上，成为另一项车联网主流技术。LTE-V2X 技术随着需求的发展有清晰的技术演进路线，且逐步向 5G V2X演进，对以存量为主的汽车市场意义重大。车联网各技术环节存在不同竞争主体，将推动车联网技术的成熟和生态的构建。

　　2.3 「云」——车联网大数据和云服务平台蕴含巨大商机

　　随着车辆联网的普及和车联网大数据的完善，各种效率出行、资源调度、信息服务类的新型平台将不断涌现，实现更加科学、绿色、高效的智能交通系统。

　　未来车联网大数据和云服务平台的应用必将是「混合云」的发展模式。基于「混合云」模式，用户既可以将相应隐私数据存放在私有云中，同时又可以获得公有云的计算和服务资源：

　　公有云提供各类信息娱乐导航服务，例如视频、音频、地图导航、社交等服务，互联网公司将是主要的服务提供商;

　　私有云包括用户个人数据、政府监管、行业、企业等私有数据，例如用户的位置信息、运营车辆车内音频或视频监控信息、汽车厂商收集的相应 CAN 总线信息等。

　　随着车联网的普及，这些服务平台的运营项目和模式也将更加多样化，背后蕴含着巨大的产业机遇，也必将成为未来商业竞争的焦点。

　　2.4 汽车信息安全隐患凸显

　　车联网技术的发展使汽车从架构和技术上产生了极大的变革与创新，同时，技术的融合发展也带来了新的隐患和风险。目前，演进过程中车内网络架构信息安全防护能力存在差异，大多数车型的车内网络架构安全防护能力十分薄弱，一旦走向开放亟需进行安全设计。随着智能控制应用的增加，汽车上越来越多的部件可以被黑客攻击，甚至被非法控制 [4]。

图 3 智能网联汽车可能的攻击入口

　　图 3 列举了一些智能网联汽车可能存在的攻击切入点。信息安全目前面临的主要威胁集中在 CAN 总线、OBD 接口设备以及部分远程收发部件，如通讯模块 T-BOX、移动端 App 以及云端平台等。

　　黑客对车辆信息接口的攻击，会造成车辆信息泄露甚至汽车控制系统瘫痪，进而引起事故，后果不堪设想。目前急需加快推进息安全标准、规范的编制，规范行业安全管理，加强信息安全技术研发和测试认证平台建设，提高技术支撑保障和市场服务能力。

　　3. 车联网应用前景

　　3.1 自动驾驶

　　自动驾驶是通过车载传感系统以及车与外界的通信，感知周围环境，规划行车路线并控制车辆行驶。主要包含环境感知、网络通信、驾驶决策、执行控制等几大板块。

　　目前自动驾驶技术的发展方向日趋明确，技术体系基本形成，ADAS 已经成为自动驾驶商业化的切入点，如前向碰撞预警、车道偏离预警、障碍物预警、智能泊车等技术已经开始广泛使用并得到认可。2013 到 2017 年，智能辅助驾驶市场规模以每年 33% 的速度增长。

　　车联网为自动驾驶的实现提供保障。自 2010 年谷歌开始布局自动驾驶车辆研发测试后，日本、欧洲、中国也紧跟其步伐，加入自动驾驶研发大军。除了谷歌、百度等互联网企业，还有奔驰、沃尔沃、长安等车企，以及博世、西门子等汽车零部件供应商都参与其中。

　　在 2017 年 4 月上海车展上，百度宣布了自动驾驶「Apollo」新计划，将免费向汽车行业开放其自动驾驶平台，包含一套完整的软硬件和服务解决方案，以促进自动驾驶技术的发展和普及。

　　相比于谷歌、百度等互联网公司，传统汽车企业对于自动驾驶保持谨慎的态度。在更大程度上，传统车企选择自动驾驶是互联网企业倒逼的结果，是为了避免在新一轮的「互联网 +」智能汽车改造中沦为互联网公司的代工厂。当然，车企的谨慎是有原因的：

　　首先，一点一点的引入自动驾驶来升级现有的车辆安全设备有利于控制成本;

　　其次，由自动驾驶事故衍生出来的法律责任风险也是不可忽视的问题;

　　当然，最重要的是，渐进的方式不会颠覆汽车厂现有的商业模式。

　　对于未来的商业模式，互联网公司可能并不会自己造车，而是将自动驾驶控制软件提供给汽车厂商。这样的商业模式被微软(Windows)和谷歌(Android)证明是完全可行的，反倒是那些硬件厂商在苦苦找寻市场利润。

　　3.2 主动安全

　　交通安全一直是各国政府关注的焦点。据世界卫生组织统计，每年约有 125 万人死于交通事故，中国更是高居榜首，由此带来的经济损失巨大。汽车安全性正在经历从被动安全到主动安全的变革，未来再进一步演进到智能安全。

　　现阶段，ADAS 的应用在主动安全方面提供了诸多解决方案，如自动紧急刹车(AEB)，即当车辆与障碍物距离小于一定安全距离时能主动产生刹车效果;车道偏离预警(LDW)，即当车辆检测到汽车偏离车道时，发出报警信号等。表 1 是几种常见的 ADAS 系统功能应用。

表 1 常见的 ADAS 系统功能应用

　　目前，ADAS 产品规模化应用正在加速发展，通用、福特、丰田、沃尔沃等车企已将部分 ADAS 应用作为自己中、高端车型的标配。随着技术的成熟和成本的下降，ADAS 产品还将逐步向中低端车型渗透。

　　目前，ADAS 市场主要被国外供应商垄断，在乘用车市场，大陆、德尔福、电装、奥托立夫和博世占据了约 65% 的市场 [5]，国内高校、企业也加快了自主创新步伐，积极在该领域进行布局。

　　3.3 共享经济

　　汽车共享理念起源于德国和瑞士，最初的参与者都是熟人和朋友之间，后来开始进入商业化运作。国外经验表明，车辆共享可以提高高峰期车辆使用效率，缓解交通拥堵。

　　从 20 世纪 70 年代开始，新加坡在交通高峰期实施通行证制度，私家如果车辆空乘会罚款。美国旧金山在早晚高峰期，如果私家车仅有驾驶员 1 人的话，需要缴纳 4～5 美元的过桥费，而搭乘三人以上可以免费通行 [6]。截止到 2016 年，北京机动车保有量达到了 544 万辆，与纽约、巴黎、东京等城市机动车规模相当，但交通拥堵程度远超上述城市。2014 年北京交通委发布《北京市交通委员会关于北京市小客车合乘出行的意见》，鼓励上下班、节假日私家车合乘以缓解交通压力。

　　目前车辆共享有两种方式：

　　一种是车辆有固定驾驶员，多名乘客具有拼乘权利，称为「座位共享」，如 Uber、滴滴等;

　　另一种是车辆没有固定驾驶员，车辆在不同时段被多名乘客分享，称为「分时共享」，如绿狗、Go Fun 出行等。

　　互联网是鼓励分享的，在此模式下，可以合理配置闲置资源，将市场所能提供的服务和市场的需求高效匹配，实现利益最大化。目前在美国、日本、欧洲，对汽车共享都是持鼓励和扶持的，共享经济已经成为一种新的趋势。

　　2016 年 7 月，随着《关于深化改革推进出租汽车行业健康发展的指导意见》和《网络预约出租汽车经营服务管理暂行办法》对外公布，我国先后酝酿两年之久的出租汽车改革及网约车新政方案终于揭开神秘面纱。方案中最令人关注的是，网约车的合法地位获得明确。今后，满足条件的私家车可按一定程序转化为网约车，从事专车运营。

　　4. 结语

　　当下，世界汽车工业正在经历一场大变革，新能源技术、信息通信技术、人工智能等将颠覆现有汽车技术体系，重塑汽车产业生态和商业模式。

　　未来汽车不再仅仅是一台机械消费品，形成的车联网背后是庞大的产业服务生态，蕴含着巨大的商机。我国汽车产业必须在新形势下提前规划布局，努力提高技术创新能力，提升产品质量，才有可能借助「互联网 +」的东风扶摇直上，实现弯道超车。