观文总结——A Survey of the Connected Vehicle Landscape—Architectures, Enabling Technologies, Applications

Posted 2021-12-28 awgn

A Survey of the Connected Vehicle Landscape—Architectures, Enabling Technologies, Applications, and Development

随着连通性、感知能力、计算能力的发展，车辆可以被作为一个产生数据、执行推断、并对交通、社会、经济产生巨大影响的平台。连通和协作可以提高车辆（队）的安全和效率。这篇文章为读者介绍了车联网领域的关键技术、机遇和挑战。

关键词：连接车辆、远程信息技术、汽车应用、车辆自组织网络、汽车电子、控制区域网络、V2V、V2X、V2R、V2B、智能交通系统、汽车工程、道路交通

现行的发动机控制机制是从1970至今，已经不能满足系统需求。1988年加州提出：车载诊断（OBD），到2008年CAN成为实际的OBD-II。常见的一些应用有：碰撞前自动拉紧安全带（2003）；加速时改变震动阻尼提高舒适度（2004）；车辆预测常见的目的地（2006）。但是在车辆连通性上仍然存在重大机会：预测发动机怠速，以消除短关闭（2016）。通过分布式感知、远程计算和大规模行动，车内外数据融合以提升安全、效率、舒适、便利性和降低运营成本。

一辆汽车具备多达70个电子控制控制单元（ECU），能够从底盘、动力系统、用户界面、安全网络捕获多达2500个信号。

连通性的使能技术：

感知：车轮速度传感器、偏航率、加速度、方向盘、驾驶员输入、动力输出。新兴的传感技术包括：摄像头（车道检测），定位系统（协同定位和自主导航，可通过惯性感知器精准定位）和测距设备（雷达，激光雷达）。通过互联提供超视距感知。

车内互联：原始设备制造商（OEM）通过OBD进行车辆检修和售后，非OBD：CAN, LIN, MOST, FlexRay。可以通过网关设备隔离车内不同设备。

车间互联：

Mesh网络：a) 通信标准：专用短程通信（DSRC），802.11P（是802.11的修订版，解决了DSRC的MAC部分，并支持车辆中的无线访问），SAE J2735（DSRC场景）、先进传输信息系统ATIS（WAVE场景）确定应用层信息类型。B) 广播类型：WAVE短信息协议（WSMP，时间敏感、安全、方便）。信息的传播方式：信标信息；泛洪信息（信标信息的扩展，依靠生存时间）；GeoCast信息（依靠位置进行路由）。定向广播（采用GeoCast等）；隐式确认的智能广播；主动性和反应性传播拓扑

蜂窝网络（又叫Vehicle to Broadband：V2B）：机器到机器（M2M）；direct-car-to-Internet cellular；5G网络技术；间接蜂窝连接：蓝牙、Wi-Fi和其他PF射频技术（安全，低时延）。

其他网络：混合网络（短途+mesh）: LTE D2D

Inference：本地数据分析，远程数据分析。在数据分发之前进行一定的处理、聚合和综合，在线车辆分析：损伤预测、车辆状态监控、司机疲劳提醒等提高安全性。计算卸载分发；利用第三方设备（手机）收集预测故障以及用户画像。利用Hadoop并行数据管理

行动与反馈：接管对应部件，或为驾驶员提供反馈。

应用框架：

       车载应用（远程信息处理应用？ Telematics Applications）：碰撞提醒、路旁协助、远程门锁、语音服务、转弯服务。利用聚合数据了解车队状况；利用出租车进行路况整合；按驾驶付费的保险；行程监控；距离预测；电池状况监测；车-云协同。平台：CarTel, CloudThink.

       V2V和V2I应用：协同安全系统；道路安全；车队控制；导航；收费；多媒体共享。具体可分为四类：

              信息服务：对时延和差错容忍度高。错误预测和响应（车辆部件诊断，损坏提醒，驾驶员提醒）；数据收集与产生（可以优化驾驶习惯。生成驾驶map，增加定位精度；V2V（相机，雷达，其他驾驶员的驾驶行为监测等合作）提升预测精。问题在于车辆之间的信息要能相互理解（common reporting language），以及传输的时延保证）；数据分发与分布（车车聊天，音乐分享，交互游戏，网络分享）；效率提升（优化出行，维持平稳的车流量，减少堵塞，降低运行时间）；便捷服务（自动导航，收费，车辆跟踪，远程泊车，车队形式）。

              安全服务：先进驾驶辅助系统（ADAS，通过车道保持和自动巡航控制减少事故发生。但是延时和受损信息可能会造成严重影响。可实现自动刹车，扩展视野等。对应的服务分类有：碰撞避免：通过互联增加反应窗口或360度全景模拟；通过与路旁设备交互实现自适应车速；危险报告：增强的感知和长距视野，故障播报）；驾驶员监测

              个体运动控制：对车辆的直接控制用于防碰撞，节能，自动泊车，动态导航

              组运动控制：用于节能，减少通行时间。车队形式（Platooning，最大化利用道路空间，增加车队大小，缓解堵塞，增加车流量）；Intersection control:

应用和技术挑战

       连通性条件：时延，带宽，数据量，节点密度，隐私性，安全性。

              网络性能：低时延，无差错。先处理再传输（Data Proxies）

              安全，隐私，认证：

              协议设计：

       车辆设计：

              安全：防止外部可以直接读取车内数据，使用网关进行隔离，增加认证，防止车载程序奔溃。

              感知：很多传感器对于车载只是一个黑盒子，精度

              通信：车内，车间

       数据处理：原始数据怎么处理，传输哪一部分的

       架构：V2I

可发展方向

       通信设计：减少数据量和包冲突，基于轨迹预测的路由协议。时延，可靠性，

       平台和应用设计：可以从群智感知入手增强感知，合理利用车内和远端的数据。Eg. V2V和V2I相比LTE只占用了10%带宽。

       车辆设计：

       网络安全：防止非授权用户的访问，不正确或恶意信息的鉴别，利用大部分设备的行为排除小部分恶意设备（参看区块链的认证），对信息的加密，匿名，假名，分布式验证，主动假名测回，应用只与数字备份进行交互而不是真实的物理车辆，然后对操作进行验证后再在车辆上执行

 

       社会问题和公众期待：