3G与汽车移动物联网创新实验平台建设探讨

摘要：3G通信技术日趋成熟，车联网是汽车产业信息化的必然趋势。介绍了基于移动通信的车联网体系架构并说明车联网发展与应用面临的关键技术。结合3G通信技术和物联网技术提出了在高校实验室建设车联网创新实验平台规划建设思路，并就建设目标、服务对象、方案实施等进行了深入探讨。设计了部分基础实验、开放式实验及综合性示范实验内容。

关键词：3G；车联网；射频识别；创新实验平台

作者简介：周海燕（1977-），女，湖南邵东人，桂林电子科技大学信息与通信学院，工程师；覃远年（1971-），男，广西昭平人，桂林电子科技大学信息与通信学院，高级实验师。（广西 桂林 541004）

基金项目：本文系桂林电子科技大学教改项目“3G移动通信技术实验课程的建设和开发”（项目编号：ZSH00503）、“应用型通信专业基础实验教学模式改革与研究”（项目编号：ZL230219）的研究成果。

中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）04-0132-02

目前我国已经成为全球最大的汽车生产和消费国，[1]高速发展的传感网和3G 网络，得天独厚的体制优势，使中国有能力在全球率先应用汽车移动物联网――车联网（Internet of Vehicles）。车联网已被列为我国重大专项宽带移动通信研究方向之一。物联网是新一代信息技术的重要组成部分，是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，通过信息交换和通信，实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。[2]车联网是物联网技术发展中的一个重点方向，是传统的交通领域和通信信息技术领域深度融合的标志。[3]3G网络为车联网提供了网络基础，我国三大运营商已经建成覆盖全国的基础通信网，3G通信网络提供了宽带化的无线信息传输通道，并可以处理图像、视频流等多种媒体形式，这为建设车联网提供了坚实的网络基础。车联网也将为通信业提供巨大市场，它的应用和推广，可以为3G网络带来庞大的用户市场，并衍生出丰富的行业应用。本文结合3G通信技术和物联网技术提出了车联网实验平台的规划建设思路，并就建设具体目标、方案、内容等进行了深入探讨。

一、3G车联网及关键技术

随着互联网及无线3G网络技术的普及和完善，未来智能交通系统将是合理解决交通堵塞、快速处理交通事故、优化城市汽车流量的重要方式之一。[4]通过先进的通信手段将交通设施、交通工具、出行者、交通管理者等相关的交通因素联结起来，实现交通运输系统信息化、智能化。在掌握充分信息的情况下，出行者可以选择出行方式和出行路线，或在出行途中实时改变出行方式及路线，以达到改善出行质量的目的。交通管理部门能够进行合理的交通疏导、控制和事件管理；运输部门可随时掌握车辆的运行情况，进行合理地调度；而交通规划部门则可以利用交通信息支持交通规划决策、交通发展战略决策等。基于3G的车联网就是通过装载在车辆上的电子标签、车载诊断系统、3G无线通信模块以及安装在道路两旁的无线射频识别、无线传感等技术，实现在互联网络上对车辆属性信息和动态信息的采集，并对车辆的运行状态进行有效监管和提供综合服务。车联网系统中车辆作为终端节点，利用车载终端设备接入到车联网，以获取包括语音服务通讯、定位导航、车辆服务中心连接、移动互联网接入、车辆第三方信息管理、车辆紧急救援、车辆数据和管理、车载娱乐等服务。[5]车联网关键技术可以概况为以下几点：[6]

1.通信及其应用技术

车联网主要依赖短距离无线通信和远距离的移动通信两种技术。前者主要是RFID，无线传感及WiFi等通信技术，后者主要是GPRS、3G、LTE-4G等移动通信技术。目前我国第三代移动通信网络已经成型，考虑到移动通信网络的覆盖范围和车辆的移动特性，第二代通信网络和第三代通信网络互为补充，为车联网应用提供了基本网络支撑。从通信的角度分析，车联网终端设备可以看作高速移动通信终端。这两类通信技术并不是车联网独有的关键技术，因此技术发展的重点主要是这些通信技术的应用，如高速公路及停车场自动缴费、无线设备互联等短距离无线通信应用及VOIP应用（车友在线、车队领航等）、监控调度数据包传输、视频监控等具体应用。

2.语音识别与传感信息整合

很多电子终端设计成手动操控模式，由于存在安全隐患，行车过程中操控终端系统受到极大限制。通过语音识别向车联网发号施令索取服务，依靠听觉接收车联网反馈信息从而获取提供的服务，这是最适合汽车这种快速移动空间的应用体验。车联网传感器包括汽车传感器和道路传感器。车内传感器提供关于车的状况信息；车外传感器就是用来感应如相对距离、外部环境等状况，这些信息用来增强安全和辅助驾驶。道路传感器用于感知和传递道路状况信息，如车流量、车速、路口拥堵情况等，这些信息都能让车载系统及时获得关于道路及交通环境的信息。

3.智能车载终端与云计算融合

车联网是一种智能化的新型网络，车载终端必须采用开放的、智能的终端系统平台，能包容不同的通信网络，这就要求车联网必须采用开放的网络通信协议。相应协议研发应结合车联网的实际特点，注重协议的运行效率，充分考虑信号处理识别、信息融合、网络控制、数据安全传输等方面的内容。云计算将在车联网中用于分析计算路况、大规模车辆路径规划、智能交通调度、基于庞大案例的车辆诊断计算等。车联网和互联网、移动互联网一样都要采用信息服务融合来实现服务创新、提供增值服务。整合信息和资源使车载终端获得更合适、更有价值的服务，如呼叫中心服务与车险业务整合、远程诊断与现场服务预约整合、位置服务与商家服务整合等。同时车联网的开放性、包容性和匿名性带来了一些不可避免的安全隐患。车联网还应考虑防御网络攻击、保护个人隐私、确保数据传输准确等方面的关键问题。

二、3G车联网创新实验平台建设思路[6]

教学及科研用3G车联网实验平台的建设应遵循可靠性、开放性、可扩展性和先进性原则，总体设计应满足实际实验教学、科研开发及应用体验的要求。围绕培养学生的学习兴趣、培养学生的动手能力和推动学校科研工作等目标，构建实验平台要满足基础性教学实验要求，提供实验的真实环境、实验设备、网络拓扑以及详实的操作步骤等，加深学生对移动通信与物联网技术基础理论知识的理解。另外，要紧密结合车联网产业技术的发展，规划和建设若干个具有行业应用背景的物联网场景和实验项目，以激发学生兴趣，培养其工程应用、设计和管理的综合能力。车联网融合了多种技术，由于多学科的交叉融合和影响，新的技术创新成为可能。3G车联网实验平台将构建射频识别、无线传感网、通信网络、中间件技术及嵌入式技术等多种技术的平台，为学校科研人员提供一个开放的环境平台支撑，并为开展具体的行业应用及交叉学科的教学研究提供技术支持。

三、实验内容设置

1.基础教学实验内容

实验室平台方案整体实验内容计划将满足移动通信与车联网技术的基础教学和实验。3G移动通信在实验设置上倾向于工程应用，如利用3G模块进行远程控制、视频监控等。车联网是物联网的重要分支，因此实验教学部分将开设与物联网相关的教学实验。为了激发学生的科研兴趣，围绕电子吊杆控制、ETC系统、模拟交通指挥系统、车辆定位和公交线路管理等设计出了更多的综合应用设计扩展实验。以下给出部分参考实验题目及简要内容。无线数据传输通信实验：掌握3G无线通信传输协议和实现方式；有线、无线局域网混合组网实验：了解车联网的网络组成及通信调试；WiFi无线接入点（AP）管理与配置实验：了解车联网无线网络接入点知识；WiFi设备服务器管理与配置实验：了解车联网内设备联网模块知识；无线温湿度传感器数据采集实验：以温湿度传感器为例掌握传感器在车联网内的应用；无线射频识别（RFID）实验：掌握射频识别中电磁感应、数据交换等基本知识；模拟交通灯控制平台实验：模拟车联网远程交通管控；物流仓储管理平台实验：汽车制造环节中仓储物流流程；环境监测平台实验：模拟工厂、仓库环境信息采集和处理；[7]视频监控平台实验：模拟行车视频、停车场、汽车制造物流视频监控；车辆信息采集与管理实验：采用RFID技术采集车辆信息及对车主信息进行管理。

2.车联网应用综合实验系统

利用先进无线传感技术、网络技术、计算技术、控制技术、智能技术等组建一个车联网系统，对道路和交通进行全面感知，实现多个系统间大范围、大容量数据的交互，对每一辆汽车进行交通全程控制，对每一条道路进行交通全时空控制，为交通提高效率安全。图1是车载智能终端及信息交互过程示意图，车载终端利用3G模块经过基站和通信传输网络及服务中心构成完整的车联网应用系统。在此平台上可以模拟终端行车信息的采集，服务中心将有效的通行道路路况等信息及时传送到终端，这样实验平台就形成了一个综合的车联网应用体验室。基于这个平台，可以扩展建设几个常用的车联网智能交通应用：[8]ETC系统、车载信息诊断系统、智能充电系统、智能交通指挥以及线路导航，这些模拟应用体验加深了师生对车联网技术的发展的理解，而且能够支持新的智能交通课题开发。

四、结语

车联网将在缓解城市交通堵塞、减少车辆尾气污染以及减小车辆安全隐患方面发挥重要作用。日趋成熟的3G移动通信为车辆终端与道路交管系统保持实时通讯提供可靠保障。车联网必将彻底改变人类出行模式，未来城市交通将告别红绿灯、拥堵、交通事故、停车难等一系列问题。3G与车联网实验平台的建设不仅助推了高校新兴专业发展及创新人才的培养，而且促进了通信、汽车电子以及智能交通产业的进一步融合。

参考文献：

[1]李乔.超越日本中国成为世界最大汽车生产国[J].轻型汽车技术，2010，（4）：43.

[2]贾保先，谢圣献.物联网发展关键技术研究[J].自动化仪表，

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[3]李晶，张莉，杜娟，等.3G网络技术在智能交通系统中的应用[J].吉林交通科技，2010，（2）：38-39.

[4]杨景.车联网：交通和信息业深度融合的动力[J].运输经理世界，2011，（10）：95-96.

[5]顾振飞.一个改进的车联网系统架构设计[J].电子世界，2011，

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[6]广州飞瑞敖公司.车联网实验平台及汽车制造物流模拟应用实验室建设解决方案[Z].

[7]熊春花，云亮.基于3G和物联网的智能环境监控应用研究[J].电信技术，2011，（5）：63-65.

[8]刘小洋，伍民友.车联网：物联网在城市交通网络中的应用[J].计算机应用，2012，32（4）：900-904.