探析5G技術(shù)和車聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合發(fā)展的應(yīng)用以及可行性

隨著互聯(lián)網(wǎng)和一些可移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的不斷發(fā)展，基于智能交通的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還沒有一個(gè)成熟的體系，主要原因是作為支持車聯(lián)網(wǎng)最重要的一環(huán)的網(wǎng)絡(luò)支持方面還不夠完善。4G雖然有著幾倍于3G的速度和低延遲，但是還沒有達(dá)到車聯(lián)網(wǎng)的要求，而正在研發(fā)并成為各大公司和國(guó)家重視的5G網(wǎng)絡(luò)將克服4G網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)。本文重點(diǎn)介紹5G技術(shù)和車聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合發(fā)展在未來智能交通領(lǐng)域的應(yīng)用以及可行性探究。

1 5G

1.1 5G概述

5G（fifth-generation）即第五代移動(dòng)電話行動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，也可以成為第五代移動(dòng)通訊技術(shù)。當(dāng)前階段沒有統(tǒng)一規(guī)定的規(guī)格，各國(guó)和各公司都處于研發(fā)階段。預(yù)計(jì)2020年將投入商用，5G有比4G更高的速度和更低的延遲。隨著人們以及互聯(lián)網(wǎng)對(duì)通訊技術(shù)的不斷提高，我們將看到一系列新的移動(dòng)設(shè)備，例如更成熟的可穿戴計(jì)算設(shè)備和基于智能交通的車聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

1.2 5G的優(yōu)勢(shì)

1.2.1 傳輸速度

據(jù)三星和諾基亞的測(cè)試，5G的傳輸速度最快可以達(dá)到每秒7.5Gb和10Gb。在去年二月，英國(guó)的薩里大學(xué)的測(cè)試中，5G的速度最快達(dá)到了1Tb每秒，那就意味著下載一部超清的視頻只要4秒鐘。如果說4G是通訊娛樂的時(shí)代，那么5G就是互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代。在全世界各地的國(guó)家以及公司的科學(xué)家不斷的突破移動(dòng)設(shè)備連接的限制。在未來，5G接入的速度將會(huì)和光纖一樣。屆時(shí)，憑借5G對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的強(qiáng)大支撐能力，讓萬物互聯(lián)可以實(shí)現(xiàn)，不僅實(shí)現(xiàn)物與物聯(lián)網(wǎng)，也將形成人與人、人與物聯(lián)網(wǎng)，將使交通和車輛擁堵的問題得以更好地解決。

1.2.2 帶寬容量

對(duì)我們熟悉的4G來說，它最快能以100Mbps來進(jìn)行下載。通過這樣的速度，移動(dòng)設(shè)備可以更快捷的接收數(shù)據(jù)和處理工作。而研發(fā)5G的各個(gè)國(guó)家和機(jī)構(gòu)則稱，5G的帶寬容量將是4G的100倍到1000倍之間。在移動(dòng)設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入時(shí)，不需要等待時(shí)間，在任何時(shí)候都能快速的連接。這種機(jī)制將會(huì)非常有利于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行，特別是在智能交通方面，無人駕駛、車輛檢測(cè)、交通路況等都會(huì)滿足人們生活的要求，并減少事故發(fā)生。無人交通工具才會(huì)真正的用于我們的生活中。

1.2.3 網(wǎng)絡(luò)延遲

在5G時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)將會(huì)更加穩(wěn)定，并且不會(huì)斷開。據(jù)愛立信公司在2014年的一項(xiàng)報(bào)告中稱：4G網(wǎng)絡(luò)的接入延遲大約是50毫秒，也就是千分之一秒。而5G的預(yù)估狀態(tài)是1毫秒，這份報(bào)告說明了5G網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)比較好，并且不會(huì)像一樣存在偶爾延遲以及受限的狀況。這對(duì)移動(dòng)設(shè)備的應(yīng)用起了很大的輔助作用。

1.3 各個(gè)國(guó)家5G研究和計(jì)劃

現(xiàn)階段，由于商用和民用對(duì)網(wǎng)絡(luò)要求越來越高，世界各國(guó)和各大公司都在尋求網(wǎng)絡(luò)變革，并制訂了5G的發(fā)展和研究計(jì)劃以應(yīng)對(duì)未來發(fā)展趨勢(shì)。近幾年來各個(gè)機(jī)構(gòu)對(duì)5G關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用需求和候選頻段進(jìn)行了研究而且獲得了一些成果。

1.3.1 美國(guó)

美國(guó)是部署LTE網(wǎng)絡(luò)的國(guó)家之一，美國(guó)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一直處于世界領(lǐng)先行列。在2012年7月，紐約理工大學(xué)成立了聯(lián)盟，為了向5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)NSF贈(zèng)予了這個(gè)聯(lián)盟80萬美金的激勵(lì)創(chuàng)新研究資助金，還為一些企業(yè)合作者提供了120萬美金的投入。

還有寬帶無線接入技術(shù)與應(yīng)用中心BWAC也在進(jìn)行5G的技術(shù)研發(fā)，并且收到NSF 160萬美金和其他投資400萬美金，為它的研究提供了有力的資源支撐。

1.3.2 歐洲

由于歐洲的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相對(duì)落后，所以在5G通訊領(lǐng)域中，歐盟希望能發(fā)展技術(shù)并且能獲得5G技術(shù)的核心地位。

歐盟為了研發(fā)5G技術(shù)已經(jīng)投資了大量的歐元。在2014年1月開始了“5G PPP”（5G Public - Private Partnership）計(jì)劃，總投入預(yù)計(jì)一億歐元。計(jì)劃在2020年進(jìn)行大面積商用。從2013年算起，歐盟已經(jīng)為5G研發(fā)投資總計(jì)7億歐元。

1）英國(guó)

英國(guó)在2012年10月已經(jīng)開始了5G技術(shù)的研究，而且建立了一個(gè)關(guān)于5G的研究中心。在2013年的11月5G創(chuàng)新中心成立。在5年內(nèi)，該中心獲得了發(fā)起人員的3000萬英鎊的支持和還有英國(guó)研究伙伴基金1160萬英鎊的投資。并且在2014年3月，英國(guó)官方承諾投資4500萬英鎊用以支持5G技術(shù)的研究。

2）德國(guó)

為了加強(qiáng)對(duì)5G技術(shù)的研發(fā)，德累斯頓工業(yè)大學(xué)20余位教授成立了5G實(shí)驗(yàn)室。并且在5G實(shí)驗(yàn)室中，20多位教授和500多位科學(xué)家成立了一個(gè)團(tuán)隊(duì)，專門對(duì)5G的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。

在去年6月，某個(gè)企業(yè)旗下機(jī)構(gòu)成為5G實(shí)驗(yàn)室的合作伙伴，共同進(jìn)行5G技術(shù)的研究。該公司與5G實(shí)驗(yàn)室主要的研究主要包括：

（1）關(guān)于提業(yè)務(wù)的可靠性用多個(gè)設(shè)備射頻

這方面研究主要是研究類似智能手機(jī)的接入射頻特性，用一臺(tái)設(shè)備來提高網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。研究主要目的是要建立多個(gè)5G射頻連接，為了減少網(wǎng)絡(luò)終端的可能性。

（2）關(guān)于5G空中接口

目前各大機(jī)構(gòu)正在分心5G空中接口的概念，并且在5G標(biāo)準(zhǔn)化中要進(jìn)行提案。該研究機(jī)構(gòu)主要是研究正交頻分復(fù)用波形，并有希望加入5G標(biāo)準(zhǔn)化。該項(xiàng)研究能大幅提升5G性能，并且能提高5G設(shè)備接入量并且會(huì)簡(jiǎn)化5G網(wǎng)絡(luò)。

1.3.3 日本

日本無線工業(yè)及商貿(mào)聯(lián)合會(huì)早在2013年就成立了5G研究組，這個(gè)研究組主要是對(duì)5G技術(shù)的構(gòu)成以及5G能提供的服務(wù)和無線接入等進(jìn)行研究。該組織在2015年公布了5G白皮書，主要是對(duì)5G技術(shù)的應(yīng)對(duì)措施。NTT DoCoMo企業(yè)對(duì)于5G技術(shù)的積極研究，并希望在近幾年內(nèi)就能對(duì)5G技術(shù)進(jìn)行商用。

日本對(duì)于5G研究的投入，主要希望通過振興網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的完備性，提高日本在國(guó)際上的網(wǎng)絡(luò)地位。日本曾表示到2020年要獲得1500Mhz的頻寬，這個(gè)計(jì)劃也受到各個(gè)機(jī)構(gòu)的關(guān)注。

1.3.4 韓國(guó)

韓國(guó)一直是網(wǎng)絡(luò)大國(guó)，網(wǎng)速領(lǐng)先世界。韓國(guó)政府預(yù)計(jì)在2018年小面積使用5G技術(shù)，而在2020年大面積推廣5G并領(lǐng)先于世界。

韓國(guó)研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)對(duì)5G各類服務(wù)進(jìn)行了定義，例如類型的多樣化，數(shù)據(jù)量的大幅度增長(zhǎng)以及終端的接入。對(duì)于這些研究還結(jié)合了當(dāng)下的云計(jì)算和大數(shù)據(jù)，主要目的是使技術(shù)更加智能化、簡(jiǎn)單化和公共化。韓國(guó)5G論壇執(zhí)行委員會(huì)主席Youngnam Han還表示在將舉行冬奧會(huì)的平昌6GHz已基本確定，在冬奧會(huì)期間將會(huì)有一些5G業(yè)務(wù)試用。

1.3.5中國(guó)

我國(guó)為了緊跟國(guó)際步伐，研究5G技術(shù)。在2013年2月由工信部、發(fā)改委和科技部聯(lián)合成立推進(jìn)組，現(xiàn)在已有56家單位，是推動(dòng)5G技術(shù)研究的主要平臺(tái)。

在2015年2月11日，推進(jìn)組發(fā)表了白皮書。白皮書中標(biāo)志性的指標(biāo)是關(guān)于Gbps速率，還有超密集組網(wǎng)、大規(guī)模天線陣列、新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和全頻譜接入。超密集組網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)容量大幅提升，滿足5G對(duì)容量需求。大規(guī)模天線陣列對(duì)5G的速率還有容量提供了支撐。新興網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要是基于SDN和云計(jì)算等技術(shù)的先進(jìn)的5G網(wǎng)絡(luò)。全頻譜接入可以大幅減少5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)頻譜資源的需求。

除此之外，華為、中興等企業(yè)也進(jìn)行了5G的研究。華為的主要目標(biāo)技術(shù)是超寬帶、傳輸延遲和海量設(shè)備。2016年6月華為宣布5G測(cè)試速度已經(jīng)達(dá)到70Gbps。

2 車聯(lián)網(wǎng)

車聯(lián)網(wǎng)是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)領(lǐng)域，而移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)領(lǐng)域。所以車聯(lián)網(wǎng)也屬于互聯(lián)網(wǎng)，車聯(lián)網(wǎng)和其他互聯(lián)網(wǎng)方式不同，它的交互節(jié)點(diǎn)是車載電腦，車載系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，處理數(shù)據(jù)。

2.1 結(jié)構(gòu)組成

車聯(lián)網(wǎng)是智能交通領(lǐng)域最重要的組成部分。車聯(lián)網(wǎng)屬于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，有著物聯(lián)網(wǎng)類似的屬性。其結(jié)構(gòu)組成和物聯(lián)網(wǎng)沒有太大的差別，和物聯(lián)網(wǎng)一樣，擁有感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三個(gè)層次。

2.1.1 感知層

主要是對(duì)交通信息和機(jī)動(dòng)車本身信息的感知和獲取，通過無線網(wǎng)絡(luò)，RFID，GPS來獲取車輛、交通和道路狀況、實(shí)時(shí)位置信息等，實(shí)現(xiàn)車與車、車與人和道路的互聯(lián)，為系統(tǒng)提供可靠的、全面的信息采集功能，所以感知層可以稱為車聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)末梢。

2.1.2 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層的責(zé)任是處理感知層收集的數(shù)據(jù)，然后把信息傳送到應(yīng)用層，實(shí)現(xiàn)三個(gè)層次的數(shù)據(jù)互通的功能。網(wǎng)絡(luò)層包含兩部分，他們是接入網(wǎng)絡(luò)和承載網(wǎng)絡(luò)。接入網(wǎng)絡(luò)一般指無線通訊網(wǎng)絡(luò)，4G還有正在研發(fā)的5G，還包括WLAN和RFID等網(wǎng)絡(luò)。承載網(wǎng)絡(luò)包括運(yùn)營(yíng)商的電信網(wǎng)，還有廣播網(wǎng)和交通信息網(wǎng)等。

2.1.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層是三個(gè)層次中的最上層，這個(gè)層次和用戶比較接近。應(yīng)用層的主要作用是實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器交互的任務(wù)，它會(huì)通過車輛承載的系統(tǒng)來獲取交通、道路和位置等信息，實(shí)現(xiàn)車輛管理，道路狀況分析和交通信息獲取等功能，為智能交通的實(shí)現(xiàn)起著關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)作用。

2.2 發(fā)展階段

2.2.1 導(dǎo)航階段

這個(gè)階段就是當(dāng)下處于的階段，汽車?yán)肎PS等導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行定位。由于比較孤立的使用定位系統(tǒng)，還有無線網(wǎng)絡(luò)速度以及穩(wěn)定性不能達(dá)到要求，所以該階段局限性很大，總會(huì)出現(xiàn)定位問題，嚴(yán)重影響用戶體驗(yàn)。這是車聯(lián)網(wǎng)的初級(jí)階段。

2.2.2 無線通訊和GPS的結(jié)合

這是車聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)階段主要努力的方向。雖然現(xiàn)在的4G網(wǎng)絡(luò)不能滿足車聯(lián)網(wǎng)對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的要求，但是各個(gè)國(guó)家和機(jī)構(gòu)都在研究的5G可以作為車聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。利用機(jī)動(dòng)車和5G的連接，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛、導(dǎo)航、救援和路況分析等服務(wù)。

2.2.3 車、人、網(wǎng)全面互動(dòng)

這是一個(gè)未來的發(fā)展方向，利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和人工智能等技術(shù)，智能化車輛系統(tǒng)。這個(gè)階段車將變得非常智能化，很多問題可以智能解決，這也是人類發(fā)展的一個(gè)目標(biāo)階段。

2.3 技術(shù)要求

2.3.1 射頻識(shí)別技術(shù)

車聯(lián)網(wǎng)不同于普通物聯(lián)網(wǎng)，它主要結(jié)合了RFID技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和中間件技術(shù)等。締造了一個(gè)由RFID大量聯(lián)網(wǎng)組成的龐大聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，比物聯(lián)網(wǎng)更為復(fù)雜。而這些技術(shù)的基礎(chǔ)和核心就是RFID射頻識(shí)別技術(shù)，超高頻RFID更是車聯(lián)網(wǎng)方面急需掌握的重要技術(shù)。

2.3.2 傳感技術(shù)

傳感技術(shù)作為信息技術(shù)的三大支柱之一，在車聯(lián)網(wǎng)中也起著重要的作用。傳感技術(shù)的主要是對(duì)道路和交通、車輛的參數(shù)進(jìn)行獲取。傳感技術(shù)也是信息獲取的重要技術(shù)，車與網(wǎng)絡(luò)交互的信息主要是由傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。

2.3.3 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)是實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)重要的網(wǎng)絡(luò)支撐。對(duì)于現(xiàn)在各個(gè)機(jī)構(gòu)正在研發(fā)的5G技術(shù)，它的傳輸速度和低延遲都滿足車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。無線技術(shù)是信息的傳輸中介，它會(huì)把傳感器收集的信息傳到服務(wù)器或者其他終端，實(shí)現(xiàn)信息和需求的交互。只要依靠合適的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，車聯(lián)網(wǎng)才能充分地實(shí)現(xiàn)交互。

2.3.4 GPS技術(shù)

定位技術(shù)現(xiàn)在有GPS還有我國(guó)的北斗系統(tǒng)，現(xiàn)在定位系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)用到我們的生活中了。車輛位置定位，對(duì)于擴(kuò)展服務(wù)有著重要的作用，例如車輛行駛路線、交通路況的通知和附近車輛的行駛狀況。實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的車輛定位系統(tǒng)能減少交通事故的發(fā)生，方便車輛行駛，也是實(shí)現(xiàn)車輛精準(zhǔn)服務(wù)重要的一環(huán)。

2.3.5 人工智能技術(shù)

人工智能是互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方向，也是車聯(lián)網(wǎng)未來的主要技術(shù)之一。人工智能擊敗圍棋高手已經(jīng)證明了人工智能的前景遠(yuǎn)大，而車聯(lián)網(wǎng)如果沒有人工智能進(jìn)行判定將會(huì)對(duì)信息處理不準(zhǔn)確，降低效率。車聯(lián)網(wǎng)中最主要的無人駕駛技術(shù)就需要人工智能的支撐，它會(huì)根據(jù)我們的需求還有信息判定最合適和安全的路線。道路上的智能攝像頭，收費(fèi)站等都會(huì)用到人工智能技術(shù)，這將使車聯(lián)網(wǎng)節(jié)省很多時(shí)間，也會(huì)對(duì)違法行為進(jìn)行很好的監(jiān)視。

3 基于5G技術(shù)車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

隨著交通對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求越來越高，5G以靈活的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以滿足各種各樣的需求。5G有高速度、低延遲等優(yōu)點(diǎn)，5G為基礎(chǔ)的車聯(lián)網(wǎng)將是未來的發(fā)展方向。下面是以5G技術(shù)車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用發(fā)展。

3.1 無人駕駛

無人駕駛汽車已經(jīng)有很多公司在研發(fā)，比如美國(guó)的谷歌公司和我國(guó)的百度公司。但是，無人駕駛現(xiàn)在是處于一種實(shí)驗(yàn)階段，不能進(jìn)行商用，一方面是因?yàn)闆]有成熟的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行支撐。5G的到來可以給無人駕駛技術(shù)提供可靠的支持，無人駕駛可以大幅度減少交通事故的產(chǎn)生，駕駛員不用過高的集中在駕駛上。在交通路況方面，車輛可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了解，選擇最可靠的路段進(jìn)行行駛，很大程度優(yōu)化了交通路況，促使車輛及時(shí)做出合理、迅速的行為。

3.2 救援系統(tǒng)

車輛上裝有操作系統(tǒng)和定位系統(tǒng)，如果發(fā)生了緊急的事故可以通過車載系統(tǒng)進(jìn)行傳遞消息。消息通過云終端發(fā)送到救援中心，救援中心可以快速定位以及對(duì)周圍路況進(jìn)行分析。然后通知附近的車輛，防止其他車輛進(jìn)入事故區(qū)。使救援人員更精準(zhǔn)、更快速的進(jìn)行救援，降低事故造成的損失。

3.3 交通管理

通過收集車輛、路況和天氣等信息，對(duì)車輛進(jìn)行傳遞?？梢允管囕v能了解這段時(shí)間的路況以及各個(gè)路段的狀況。通過5G網(wǎng)絡(luò)快速的傳輸速度，可以實(shí)時(shí)報(bào)告路況，各個(gè)道路上的收費(fèi)站、監(jiān)控等系統(tǒng)可以智能運(yùn)行，有效地加快行駛效率并對(duì)犯罪追蹤和預(yù)防暴力有很好的預(yù)防作用。

3.4 車載系統(tǒng)

車載系統(tǒng)是車聯(lián)網(wǎng)方向重要的終端，它能對(duì)用戶能起到更直接快捷的獲取信息以及進(jìn)行交互。在車載系統(tǒng)上可以安裝實(shí)用的移動(dòng)應(yīng)用，這樣可以更快捷的處理問題。移動(dòng)應(yīng)用不僅能快速的收集信息還能把當(dāng)前的狀態(tài)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳遞。在5G網(wǎng)絡(luò)的支持下，車輛可以通過移動(dòng)應(yīng)用進(jìn)行更快捷的操作，用戶能在車上享受各種的應(yīng)用，使旅途不那么枯燥。開發(fā)商可以根據(jù)用戶需求開發(fā)更多的應(yīng)用，豐富車上生活。在安全方面，更有針對(duì)性的應(yīng)用可以更有效地控制車輛，使車輛更安全和穩(wěn)定的行駛，保證車輛和交通的安全性。

4 結(jié)語

在這個(gè)被稱為世界第三次工業(yè)革命的時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅速。交通和車輛對(duì)網(wǎng)絡(luò)要求越來越高，車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也越來越快。車輛網(wǎng)的未來發(fā)展前景巨大，很多的機(jī)構(gòu)也正在研究車聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的硬件以及軟件應(yīng)用。像谷歌的無人汽車就是車輛網(wǎng)的一大突破。雖然，車聯(lián)網(wǎng)有著各種各樣的便利，但是受限于現(xiàn)階段的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)限制不能很好地解決問題，比如交通信息交互，環(huán)境問題等。為了解決這個(gè)問題，正在研發(fā)并已經(jīng)有進(jìn)展的5G網(wǎng)絡(luò)比較適合作為車聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。5G有著高速度，低延遲，高穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)，作為車聯(lián)網(wǎng)的支撐網(wǎng)絡(luò)，車聯(lián)網(wǎng)就會(huì)朝向更方便、更快捷和更安全的方向發(fā)展，最終融入我們的生活并成為我們生活中的重要一部分。