“車聯(lián)網(wǎng)”的前世今生

從汽車誕生的那一天起，對于城市交通，安全和便捷始終是最重要的課題。面對城市道路中日益增長的車輛，以及與日劇增的事故風險和通行壓力，城市管理者和交通領域的科研人員，利用交通信號設施來實現(xiàn)交通控制，并不斷地推陳出新。

19世紀60年代，英國倫敦議會大廈前的十字路口嗎，安裝了世界上第一盞交通信號燈（壁板式燃氣交通信號燈）。它由一位警察牽動皮帶進行燈色切換：紅燈停，綠燈行。雖然緩解了路口的交通壓力，但這第一盞交通信號燈在工作了23天后就爆炸自滅了。

1914 年，美國俄亥俄州克利夫蘭市(Cleveland, Ohio)開始部署電氣交通信號燈用于地面交通控制和協(xié)調(diào)，這被認為是最早的交通信號控制系統(tǒng)。

1918年，紐約市五號街的一座高塔上出現(xiàn)了三色（紅、黃、綠三種標志）的交通信號燈，這種經(jīng)典的“配色”一直延續(xù)到現(xiàn)在。

1926年，英國的沃爾佛漢普頓首次使用自動化控制器來控制信號燈：按照一個固定的周期切換信號燈的顏色。

20世紀60年代，美國丹佛市通過模擬計算機對交通信號實現(xiàn)集中化的實時性控制，可以同時對道路網(wǎng)中各交叉路口的交通信號進行協(xié)調(diào)控制。而后，加拿大的多倫多在全市范圍內(nèi)建成了第一個全市交通信號集中控制與協(xié)調(diào)系統(tǒng)。

至今，交通信號燈的樣子幾乎沒有什么改變，但交通控制的理論方法和運行系統(tǒng)卻一直在進步。

從人工操作或固定周期式的單點控制；到以協(xié)同相鄰道口的周期、保證道路沿線的綠燈具有連續(xù)性的干線控制；再到持續(xù)優(yōu)化整個區(qū)域交通資源（主要是信號燈的配時）的面控制，如今的交通控制技術，雖然演進出很強的自動化、智能化的特性，但同時也已經(jīng)達到了性能瓶頸。

采用單一的“紅綠信號燈”模式進行交通控制，已經(jīng)無法更有效地管理交通資源（實時性不足）：紅綠燈只在路口起效，其效用無法覆蓋整條道路；駕駛員可能因為天氣原因，以及在交通擁堵情況下看不清交通信號燈；司機容易陷入“黃燈時兩難境地”(Yellow interval dilemma)，即在黃燈閃爍時難以抉擇是“進”還是“停”；雖然在交通網(wǎng)絡中引進了誘導系統(tǒng)（提示路況信息），司機也可以使用實時反饋路況的導航系統(tǒng)，但對道路利用的整體效果并不明顯……

城市道路要容納更多的車輛、滿足更多的出行需求，就需要突破原有的技術領域，朝著更深度的信息化和智能化方向發(fā)展。

“智能交通”的想法早在20世紀初就已經(jīng)出現(xiàn)，它的誕生與城市化發(fā)展戚戚相關：城市管理者希望它能夠解決城市道路日益擁堵的狀態(tài)，以及所造成的經(jīng)濟損失。在20世界90年代，智能交通系統(tǒng)（ITS,Intelligent Transportation System）的概念逐漸成型。

目前，ITS已經(jīng)在許多發(fā)達國家獲得了廣泛應用，其研究推進工作呈現(xiàn)“三足鼎立（領先）”的局面：美國、歐洲、日本（美國智能運輸協(xié)會-ITS America、歐洲道路運輸通信技術實用化促進組織-ERTICO、日本道路交通車輛智能化推進協(xié)會-VERTIS）。

人們建設ITS的初衷是希望通過在交通控制系統(tǒng)中融入更多的信息技術，以解決交通的資源利用率和安全性的問題。不過如今，它還被寄予了其它功能：增加旅途的舒適性、輔助或自動駕駛、運輸效能提升（包括提高能源利用率、提供最短路徑）、增值服務等等。

智能交通是一門交叉學科，它涉及各種交通要素：道路、車輛、駕駛者和乘客、收費站和車站、信息技術、行人、法規(guī)等；包含各類交通管理系統(tǒng)和服務：交通信息服務、車輛管理、電子收費、緊急救援、誘導信息服務等。（注釋：《解讀物聯(lián)網(wǎng)》-機械工業(yè)出版社）

智能交通的應用主要包括車輛行駛安全、電子收費、公路及車輛管理、導航定位、商業(yè)車隊管理等等領域。

智能交通的構建，是信息技術領域和交通運輸領域的深度融合。通信網(wǎng)絡、計算機技術、傳感技術、軟件工業(yè)是實現(xiàn)ITS的關鍵。

世界道路協(xié)會的《智能交通系統(tǒng)手冊》對ITS定義：在交通運輸領域集成應用“自動數(shù)據(jù)感知與采集”、“網(wǎng)絡通信”、“信息處理”與“智能控制”，使得交通運輸業(yè)變得更加安全、高效、環(huán)保和舒適的各種信信息系統(tǒng)的統(tǒng)稱。

從ITS定義中能夠看到：智能交通系統(tǒng)發(fā)展的本質(zhì)，就是“信息技術”與“交通技術”的組合進化。

3.1 70年代起步：

1970年，美國提出了電子道路導航系統(tǒng)（Electronic Route-Guidance System，ERGS），通過路邊設備提供車輛導航服務。

1973年，日本的汽車交通控制綜合系統(tǒng)（Comprehensive Automobile Traffic Control system，CACS）項目上線，這是日本第一個ITS項目。通過路邊設備引導車輛行駛，減少擁堵，避免安全事故，以及提供應急服務。

3.2 80年代三強局勢：

在1986年歐盟啟動了“最高效及安全歐洲交通項目（Program for European Traffic with Highest Efficiency and Unprecedented Safety，PROMETHEUS）”。

意在研究車-車通信（PRO-NET）、車-路通信（PRO-ROAD）、輔助駕駛（PRO-CAR）等先進的交通信息技術。此外，歐盟同期開始研究的還有“保障車輛安全的歐洲道路基礎設施計劃(DRIVE)”。

2000年歐盟發(fā)布的KAREN項目包含了ITS體系框架。2009年，開始委托多家機構制定統(tǒng)一的ITS標準。2011年，歐盟啟動了Drive C2X車聯(lián)網(wǎng)項目，意在打造一個安全、高效、環(huán)保的行車環(huán)境，該項目于2014年宣布試驗成功。

1992年，美國制訂了智能車輛道路系統(tǒng)（IVHS）的研究計劃，并在1995年由運輸部正式公布了“國家ITS項目規(guī)劃”。2009年，美國交通部發(fā)布了《智能交通系統(tǒng)戰(zhàn)略研究計劃：2010-2014》，明確了車聯(lián)網(wǎng)的構想。

2014年美國計劃強制推廣車際通訊（美國國家高速公路安全管理局：《法規(guī)制定預告通知》、《V2V技術應用已準備就緒》），并在2015年由美國交通運輸部啟動互聯(lián)汽車項目。

在前期研究成果的基礎上（車間通信系統(tǒng)-RACS、交通信息通信系統(tǒng)-TICS)，1995年日本道路交通情報中心建成了道路交通情報通信系統(tǒng)（VICS，Vehicle Information and Communication System Center）。司機可以通過裝載VICS系統(tǒng)的車載導航器，享受無償交通信息服務。

2000年開始，ETC電子收費系統(tǒng)（electronic toll collection）在日本大力發(fā)展。

2002年，VICS中心開始向手機、掌上電腦、個人電腦等終端提供交通信息。

2003年，高級公路輔助導航系統(tǒng)（AHS，advanced cruise-assist highway systems）的項目正式開始實施，該系統(tǒng)通過路-車的通信協(xié)同(采用DSRC，專用短程通信)，為駕駛?cè)藛T提供安全行車服務。

車聯(lián)網(wǎng)/車載網(wǎng)是ITS的重要組成部分。

在智能交通中，相對于其它領域的研究（例如城市公共交通管理、交通誘導與服務等），對車聯(lián)網(wǎng)/車載網(wǎng)的研究起步最晚，有些領域還處于最初級的階段。

全球范圍內(nèi)，最主要的車聯(lián)網(wǎng)通信技術標準有兩種：DSRC（IEEE）和LTE-V（3GPP），支持車輛連接到所有的相關事物，包括道路設施、其它車輛、人等。

4.1 DSRC

在智能交通的發(fā)展中，專用短程通信（DeDICated Short Range CommunICation，簡稱DSRC）技術是ITS的基礎之一。隨著智能交通的發(fā)展而不斷發(fā)展，相關技術在90年代開始取得了突破性進展。

1992年，ASTM美國材料試驗學會（American Society for Testing Materials）主要針對ETC業(yè)務的開發(fā)而最先提出DSRC技術的概念，該通信技術采用915 MHz頻段開展標準化工作。

1999年10月，美國聯(lián)邦通信委員會在5.9GHz頻段中為V2V和V2I兩種類型的短距離連接（DSRC，Dedicated Short-Range Communication）劃分了專用頻道。

2001年，ASTM的相關標準委員會選定IEEE802.11a作為DSRC底層無線通信協(xié)議。

在2004年，IEEE修訂了IEEE802.11p協(xié)議規(guī)范，并成立工作組啟動了車輛無線接入（WAVE，Wireless Access in the Vehicles Environment）的標準制定工作，為進一步開展車路協(xié)同的技術研究，啟動VII/IntelliDrive項目。

同年的美國費城，ACM（國際計算機組織，Association Computing Machinery）第一屆VANET學術會議召開，“VANET”這個縮寫單詞第一次被正式使用。

2010年，WAVE工作組正式發(fā)布了IEEE 802.11p車聯(lián)網(wǎng)通信標準。該標準作為車載電子無線通信規(guī)范，應用于智能交通（ITS）系統(tǒng)，成為了DSRC標準下的底層協(xié)議（MAC層/PHY層，即OSI模型中的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層）。

歐洲早在1994年就由CEN（歐洲標準委員會）開始了DSRC標準的起草。1995 年，歐洲 DSRC 標準草案完成，并于1997年獲得通過（ENV12253“5.8GHz-DSRC-物理層” 和ENV12795“DSRC-數(shù)據(jù)鏈路層”）。

2001年6家歐洲汽車廠商（寶馬、大眾、戴姆勒-克萊斯勒等）聯(lián)合供應商、研究機構成立了“車輛間通信聯(lián)盟（C2C-CC，Car 2 Car Communication Consortium）”，聯(lián)盟旨在利用無線LAN技術開發(fā)車間通信功能，并制定歐洲的車輛與基礎設備之間的通信標準。

為解決車間通信問題，2004年寶馬和大眾加入了FleetNet項目（2000年）的后續(xù)工程：NOW（Network on Wheels），主要針對車間通信和保證數(shù)據(jù)安全性進行研究。

在2008年，歐洲電信標準協(xié)會ETSI在5.9GHz頻段為車載網(wǎng)劃分了專用頻道。

在歐盟的第六框架計劃中諸多智能交通項目（同時也是“eSafety項目”）都在推動車聯(lián)網(wǎng)/車載網(wǎng)相關技術的發(fā)展：COOPERS（智能交通安全協(xié)助系統(tǒng)-Austria tech公司）、CVIS(車路協(xié)同系統(tǒng)-歐洲智能交通協(xié)會)、SAFESPOT（SAFESPOT項目-菲亞特研究中心）等。

1994年日本聯(lián)合多家企業(yè)進行了ETC收費系統(tǒng)的野外試驗，并對DSRC頻率進行了選頻。1997 年，日本 TC204 委員會制定了日本的 DSRC 標準。2001年ETC系統(tǒng)正式開始服務。

1999年日本(23家企業(yè))啟動了Smart Way（智能道路系統(tǒng)），主要是在交通場景中提供各種信息交換的基礎設施，各類設施的通信方式主要都采用了DSRC。（注釋：日本的VICS、ETC、AHS目前都屬于Smart Way項目）2007年，日本初步完成了Smart Way項目部分路段的試驗計劃。

日本的DSRC由ISO/TC204制定，并支持最終的IEEE 802.11p版本（美國）。

4.2 LTE-V

在2006年，多家通信和汽車領域企業(yè)（愛立信、沃達豐、MAN Trucks、大眾）攜手推進智能汽車協(xié)作通信項目（Cocar, CoperativeCars），志在研究利用蜂窩通信技術（采用3G網(wǎng)絡）實現(xiàn)行車預警信息的相互傳遞（車輛之間間、車與道路管理系統(tǒng)之間）。

隨后，寶馬和福特公司加入了CoCarX項目，在LTE網(wǎng)絡覆蓋下，車間的協(xié)作通信取得了較好的性能測試結果。

2012年，歐盟資助LTEBE-IT項目，開展LTE演進協(xié)議在ITS中的應用研究。

2015年，3GPP國際組織分別設立了專題“LTE對V2X服務支持的研究”和“基于LTE網(wǎng)絡技術的V2X可行性服務研究”，正式啟動LTE V2X技術標準化的研究。行業(yè)內(nèi)，將“LTE-V2X”（LTE: Long Term Evolution，即4G通信技術；V2X:Vehicle to Everything）簡寫為“LTE-V”，它是基于無線蜂窩通信的車聯(lián)技術，在業(yè)內(nèi)也稱為“C-V2X（Cellular- Vehicle to Everything）”。國內(nèi)多家通信企業(yè)（華為、大唐、中興）參與了LTE-V的研發(fā)。

2016年9月3GPP完成了“基于LTE PC5接口的V2V”標準制定，其標準規(guī)范引入了LTE-D2D的SideLink鏈路技術，實現(xiàn)了高速度、高密度行車場景下的車與車直接通信。這種允許車間直連的通信方式，和以往的蜂窩通信技術有較大差異，也稱為“分布式（LTE-V-Direct）”工作方式。

（與“分布式（LTE-V-Direct）”相對的傳統(tǒng)蜂窩通信工作方式是“集中式（LTE-V-Cell）”，以基站為信息轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點進行通信）

2017年3月，3GPP 在“基于LTE的V2X業(yè)務”項目中，完成了車聯(lián)網(wǎng)中各類型通信（車與車的蜂窩網(wǎng)通信、車與道路設施通信、車與人通信等）的標準化制定。

在3GPP的5G通信標準中，LTE-V將逐步演進為NR-V2X。

4.3 車聯(lián)網(wǎng)和智能交通

從DSRC和LTE-V的發(fā)展歷史來看，DSRC起步較早，并且已經(jīng)在許多ITS的研究項目中嶄露頭角，實現(xiàn)了一部分相對成熟的車聯(lián)網(wǎng)應用。（例如日本的Smart Way中的各類子項目、歐洲的COOPERS、CVIS、SAFESPOT、PreVENT等項目、美國的ETC應用、VII/IntelliDrive等項目）。

在LTE-V標準之前，車輛使用3/4G的蜂窩無線技術連接到網(wǎng)絡，其稱之為Telematics（Telecommunications和Informatica的合成詞，意為“遠距離通信技術和信息技術結合的網(wǎng)絡”）。

Telematics是車聯(lián)網(wǎng)的一種常見形式，但由于只實現(xiàn)了車與云端的聯(lián)接，所以也被理解為“狹義車聯(lián)網(wǎng)”。LTE-V的出現(xiàn)，是試圖打破原本蜂窩接入網(wǎng)絡只能作為DSRC技術補充的境地，將短距、直連、非IP化的通信技術（PC5接口）和蜂窩通信技術進行融合，從而在車聯(lián)網(wǎng)領域形成一套完整的通信技術體系。

從各國對車聯(lián)網(wǎng)的研究模式來看，由于ITS應用場景復雜、需求多樣、終端種類繁多，所以車聯(lián)網(wǎng)的研究需要和ITS應用的開發(fā)同步推進，以滿足行車過程中對各類技術細節(jié)的要求。

為了實現(xiàn)更高層次的安全、高效、環(huán)保的生產(chǎn)（行車）目標，車輛（以及交通配套設備和系統(tǒng)）需要具備更多更強的感知能力、通信能力、計算能力（智能），通過增加交通系統(tǒng)整體的信息化能力以實現(xiàn)整個交通領域的升級。

也就是說，車聯(lián)網(wǎng)技術是和傳感、計算（例如自動駕駛）、軟件開發(fā)，等信息化技術同步發(fā)展的，未來的“智能交通”是交通（道路）網(wǎng)絡和信息網(wǎng)絡的深度交融。