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2020/11/27
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2020/11/27
车联网通信协议研究和系统开发
研究车联网通信协议和车联网的系统开发, 主要是车辆内部和车际 网络的信息处理与交换涉及问题, 包括通信模型、协议体系、数 据包格式等, 还包括车载网络通信实现的系统组成和功能设计。 目标是为车联网技术的开发和广泛应用建立一个普适的协议架构 和相关的协议数据格式标准。课题开发研究的实用系统则可用于 车辆的运行监控和安全行驶、车辆远程调度管理以及车辆动态信 息的交换和管理。
信息交换协议模型设计
• 信息交换协议模型设计车辆内部的动态数据包括车辆本身的参数 • 控制决策单元的命令主要来自电子控制单元, 因此车辆系统具有
简单的状态监测和故障诊断功能 • 高层决策信号来源于汽车驾驶员, 而驾驶员的决定依赖于车辆的
状况和远程信号除此之外, 高层决策信号还来自不断发生变化的 GPS、数据库和监控模块等。
RFID具有车辆通信、自动识别、定位、远距离监控等功能，在移动车辆的识别和管理系统方面有着非常 广泛20的20/应11/2用7 。
应用
• 车辆运行监控系统长久以来都是智能交通发展的重点领域。在国际上，美国的IVHS、日本 的VICS等系统通过车辆和道路之间建立有效的信息通信，已经实现了智能交通的管理和信 息服务。
2020/11/27
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相关概念
• ITS(Intelligent Transport System)
即智能交通。是将先进的传感器技术、通信技术、数据处理技术、网络技术、自动控制技术、信息发布 技术等有机地运用于整个交通运输管理体系而建立起的一种实时的、准确的、高效的交通运输综合管 理和控制系统。
“物”的涵义
满足以下条件才能够被纳入“物联网”的范围
数 据 传 输
一 定 的 存
C P U
操 作 系 统
专 门 的 应
遵 循 物 联
Βιβλιοθήκη Baidu
有 可 被 识
通储
用网别
路功
程的的
能
序通唯
信一
协编
议号
物联网的分类
1、私有物联网：一般面向单一机构内部提供服务； 2、公有物联网：基于互联网向公众或大型用户群体提供服务； 3、社区物联网：向一个关联的“社区”或机构群体提供服务； 4、 混合物联网：是上述的两种或以上的物联网的组合，
• 车联网把车载的传感器和装备联接成内部网, 然后把独立的车辆 联接到外部网, 还可以通过互联网和更广泛的网络整合, 使车辆成 为人类社会生产生活工具体系中的一个高度智能终端, 能更有效、 更安全、更经济地为人服务。
2020/11/27
系统原理示意图
2020/11/27
汽车内部网络使用CAN 总线作为基本通 信总线, 采用总线型与星型相结合的网络 拓扑结构连接传感器。通过车载网络可 进行汽车控制以及实现车内数据交换和 信息共享。GPRS /3G通信模块作为一 个无线接口被搭建在CAN 网络上, 数据 可在内部CAN 网上传输, 需要与外部系 统交互的数据可通过CAN /GPRS /3G 无线网关进行收发。
• 今车联网系统发展主要通过传感器技术、无线传输技术、海量数据处理技术、数据整合技 术相辅相成配合实现。车联网系统的未来，将会面临系统功能集成化、数据海量化、高传 输速率。
2020/11/27
三大瓶颈
• 车联网三大瓶颈:
2020/11/27
主导缺失
• 与智能电网、安防等领域相比,车联网并不是最成熟、最接近实际 应用的物联网应用 所谓车联网并无严格定义,简单地说,就是将汽车作为信息网络中的 节点,通过无线通信等手段实现人、车、路及环境的协同交互,实 现智能交通。然而,自诞生之日起,车联网便始终面临缺乏统一管 理主体的“无人驾驶”局面 由于车联网产业链较长,参与行业众多,对车联网“盲人摸象”式 的理解比比皆是,其中的利益博弈也在所难免。
2020/11/27
发展方向
• 未来的汽车有可能不是电动化的，但会是电子化的;汽车将成为最 大的电子品，这种观点也被越来越多的人接受。但是，汽车的电 子化发展，在方向有：传统汽车智能化、车联网、电动化、无人 驾驶等，而能够落地的只有传统汽车智能化和车联网两个方向。 传统汽车智能化，是以汽车厂商为主导的。车联网则比较复杂， 能连接汽车的方案，截止2012年8月,只有车机方式(用线束接CAN 总线)、OBD方式(CAN总线上开放的标准梯形口);车机方式，有车 厂主导的前装、有汽车设备商主导的后装;而OBD方式则是新兴的 IT主导的，是IT技术及其理念，在汽车服务方面的应用。
2020/11/27
由于数据交换方式的多样性以及协议标准的不确定性, 使得通信方 式难度变大, 新的协议目的是简化数据交换方式和标准化协议内 容。实现此目标的关键是理解和控制有关车辆信息流或其载体形 式: 数据流。
2020/11/27
• 从车辆特点来看, 车辆的信息流有几个明显的特点: 流动、分布、动态和不确定性
• 凭借移动网络通道的优势,三大运营商在车联网上的推进方式,基 本是将车载智能终端与无线通道相连,以提供实时交通路况、导航、 救援定位、车况检测、4S店预约等运营服务,多基于呼叫中心或移 动互联网,并不涉及什么新的技术,只相当于在现有网络基础上一 个新的业务拓展。
• 但即便是现有的这种模式,也并不能确保在商业模式上的成功。进 入市场的所谓“车联网”产品和服务,都是汽车制造商替终端用户 埋单,通常一年到三年,到期后是否会主动续约服务还是未知数。
2020/11/27
车联网：
车联网（Internet of Vehicles）概念引申自物联网（Internet of Things），根据行业背景不同，对车联网的定义也不尽相同。传 统的车联网定义是指装载在车辆上的电子标签通过无线射频等识 别技术，实现在信息网络平台上对所有车辆的属性信息和静、动 态信息进行提取和有效利用，并根据不同的功能需求对所有车辆 的运行状态进行有效的监管和提供综合服务的系统。
2020/11/27
车辆联网包括 2个部分:
• 在车辆上安装车载智能终端并通过信息传感设备与车辆设备连接 起来, 实现智能化监控和管理;
• 用移动通信技术把车载终端与外部网络连接起来, 实现车辆间、 车辆和固定站之间的信息交换。
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• 车辆信息系统是一个综合性系统, 一般由3部分组成: 定位系统、 信息采集系统和通讯系统。
• 第三层（云系统）：车联网是一个云架构的车辆运行信息平台，它的生态链包含了ITS、物流、客 货运、危特车辆、汽修汽配、汽车租赁、企事业车辆管理、汽车制造商、4S店、车管、保险、紧 急救援、移动互联网等，是多源海量信息的汇聚，因此需要虚拟化、安全认证、实时交互、海量 存储等云计算功能，其应用系统也是围绕车辆的数据汇聚、计算、调度、监控、管理与应用的复 2合020体/11系/27 。
术
物联网技术及应用
应 用 模 式
对象的智能标签。通过NFC(Near Field Communication)、二维码、RFID（Radio Frequency Identification））技术，用于区分对象个体，例如在生活中我们使用的各种智能卡，条码标签的基 本用途就是用来获得对象的识别信息；此外通过智能标签还可以用于获得对象物品所包含的扩展信息， 例如智能卡上的金额余额，二维码中所包含的网址和名称等。
对象的智能控制。物联网基于云计算平台和智能网络，可以依据传感器网络用获取的数据进行决 策，改变对象的行为进行控制和反馈。例如根据光线的强弱调整路灯的亮度，根据车辆的流量自动调 整红绿灯间隔等。
物联网的发展趋势
物联网将是下一个推动世界高速发展的“重要生产力”， 是继通信网之后的另一个万亿级市场。
物联网的用途范围
5
物联网的定义
物联网通过智能感知、识别技术与普适计算、广泛应用于网 络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业 发展的第三次浪潮。物联网是互联网的应用拓展，与其说物联网 是网络，不如说物联网是业务和应用。因此，应用创新是物联网 发展的核心，以用户体验为核心的创新2.0是物联网发展的灵魂 。
联
网
架
构
网络层由各种网络，包括互联网、广电网、网络管理系统和云计算平台等组成，是整个物
可 分
联网的中枢，负责传递和处理感知层获取的信息。
为
三
应用层是物联网和用户的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。
层
物联网技术及应用
物联网技术及应用
三
1、传感器技术
项
关
2、RFID 标签
键 技
3、嵌入式系统技术
• RFID
RFID，是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别。它通过射频信号自动识别目标对象并获取相 关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识 别多个标签，操作快捷方便。基本的RFID系统由标签(Tag)、阅读器(Reader)、天线(Antenna)组成。RFID 技术有着广阔的应用前景，物流仓储、零售、制造业、医疗等领域都是RFID的潜在应用领域，另外， RFID由于其快速读取与难以伪造的特性，一些国家正在开展的电子护照项目都采用了RFID技术。
1995年——比尔盖茨《未来之路》（未引起重视）
1999年——MIT的“Auto-ID”，提出“万物皆可通过网络互联 ” 2003年——美国《技术评论》誉为十大技术之首
物联网的定义
Ⅰ、物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础 上的延伸和扩展的网络
Ⅱ、其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行 信息交换和通信 也就是物物相息
沈阳航空航天大学
计算机学院
成员： 邵元新 裴楠 张丹
2020/11/27
主要内容：
• 物联网 • 物联网的应用实例---车联网 • 车联网通信协议研究和系统开发 • 走进车联网（视频）
物联网
物联网的起源
1990年——施乐公司Networked Coke Machine（初次实践 ） 1991年——MIT的Kevin Ash-ton教授（首提概念）
但后台有统一运维实体； 5、 医学物联网：是将物联网技术应用于医疗、健康管理、
老年健康照护等领域； 6、 建筑物联网：是将物联网技术应用于路灯照明管控、景观照明管控、
楼宇照明管控、广场照明管控等领域。
技术及架构
感知层由各种传感器构成，包括温湿度传感器、二维码标签、RFID标签和读写器、摄像头、
物
红外线、GPS等感知终端。感知层是物联网识别物体、采集信息的来源。
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技术短板
• 绝大多数用于信息采集的高端传感器,其芯片核心技术并不为中国 公司所掌握。
• 通信网络带宽瓶颈,也成为车联网一个技术难题，不能满足未来对 图像和流媒体的传输需求
• 目前国内在芯片设计和开发上已经具备一定水平,但自主可控可管 的问题仍然严峻
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模式难行
物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消 防、工业监测、环境监测、路灯照明管控、景观照明管控、楼宇照明管控、广场照明管控、 老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域。
物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把感应器嵌入和装备 到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，然后 将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合，在这个整合的网 络当中，存在能力超级强大的中心计算机群，能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础 设施实施实时的管理和控制，在此基础上，人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生 活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系。
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体系结构
• 从网络上看，IOV系统是一个“端管云”三层体系。
• 第一层（端系统）：端系统是汽车的智能传感器，负责采集与获取车辆的智能信息，感知行车状 态与环境；是具有车内通信、车间通信、车网通信的泛在通信终端；同时还是让汽车具备IOV寻址 和网络可信标识等能力的设备。
• 第二层（管系统）：解决车与车（V2V）、车与路（V2R）、车与网（V2I）、车与人（V2H）等的 互联互通，实现车辆自组网及多种异构网络之间的通信与漫游，在功能和性能上保障实时性、可 服务性与网络泛在性，同时它是公网与专网的统一体。
2020/11/27
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车联网通信协议研究和系统开发
研究车联网通信协议和车联网的系统开发, 主要是车辆内部和车际 网络的信息处理与交换涉及问题, 包括通信模型、协议体系、数 据包格式等, 还包括车载网络通信实现的系统组成和功能设计。 目标是为车联网技术的开发和广泛应用建立一个普适的协议架构 和相关的协议数据格式标准。课题开发研究的实用系统则可用于 车辆的运行监控和安全行驶、车辆远程调度管理以及车辆动态信 息的交换和管理。
信息交换协议模型设计
• 信息交换协议模型设计车辆内部的动态数据包括车辆本身的参数 • 控制决策单元的命令主要来自电子控制单元, 因此车辆系统具有
简单的状态监测和故障诊断功能 • 高层决策信号来源于汽车驾驶员, 而驾驶员的决定依赖于车辆的
状况和远程信号除此之外, 高层决策信号还来自不断发生变化的 GPS、数据库和监控模块等。
RFID具有车辆通信、自动识别、定位、远距离监控等功能，在移动车辆的识别和管理系统方面有着非常 广泛20的20/应11/2用7 。
应用
• 车辆运行监控系统长久以来都是智能交通发展的重点领域。在国际上，美国的IVHS、日本 的VICS等系统通过车辆和道路之间建立有效的信息通信，已经实现了智能交通的管理和信 息服务。
2020/11/27
2020/11/27
相关概念
• ITS(Intelligent Transport System)
即智能交通。是将先进的传感器技术、通信技术、数据处理技术、网络技术、自动控制技术、信息发布 技术等有机地运用于整个交通运输管理体系而建立起的一种实时的、准确的、高效的交通运输综合管 理和控制系统。
“物”的涵义
满足以下条件才能够被纳入“物联网”的范围
数 据 传 输
一 定 的 存
C P U
操 作 系 统
专 门 的 应
遵 循 物 联
Βιβλιοθήκη Baidu
有 可 被 识
通储
用网别
路功
程的的
能
序通唯
信一
协编
议号
物联网的分类
1、私有物联网：一般面向单一机构内部提供服务； 2、公有物联网：基于互联网向公众或大型用户群体提供服务； 3、社区物联网：向一个关联的“社区”或机构群体提供服务； 4、 混合物联网：是上述的两种或以上的物联网的组合，
• 车联网把车载的传感器和装备联接成内部网, 然后把独立的车辆 联接到外部网, 还可以通过互联网和更广泛的网络整合, 使车辆成 为人类社会生产生活工具体系中的一个高度智能终端, 能更有效、 更安全、更经济地为人服务。
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系统原理示意图
2020/11/27
汽车内部网络使用CAN 总线作为基本通 信总线, 采用总线型与星型相结合的网络 拓扑结构连接传感器。通过车载网络可 进行汽车控制以及实现车内数据交换和 信息共享。GPRS /3G通信模块作为一 个无线接口被搭建在CAN 网络上, 数据 可在内部CAN 网上传输, 需要与外部系 统交互的数据可通过CAN /GPRS /3G 无线网关进行收发。
• 今车联网系统发展主要通过传感器技术、无线传输技术、海量数据处理技术、数据整合技 术相辅相成配合实现。车联网系统的未来，将会面临系统功能集成化、数据海量化、高传 输速率。
2020/11/27
三大瓶颈
• 车联网三大瓶颈:
2020/11/27
主导缺失
• 与智能电网、安防等领域相比,车联网并不是最成熟、最接近实际 应用的物联网应用 所谓车联网并无严格定义,简单地说,就是将汽车作为信息网络中的 节点,通过无线通信等手段实现人、车、路及环境的协同交互,实 现智能交通。然而,自诞生之日起,车联网便始终面临缺乏统一管 理主体的“无人驾驶”局面 由于车联网产业链较长,参与行业众多,对车联网“盲人摸象”式 的理解比比皆是,其中的利益博弈也在所难免。
2020/11/27
发展方向
• 未来的汽车有可能不是电动化的，但会是电子化的;汽车将成为最 大的电子品，这种观点也被越来越多的人接受。但是，汽车的电 子化发展，在方向有：传统汽车智能化、车联网、电动化、无人 驾驶等，而能够落地的只有传统汽车智能化和车联网两个方向。 传统汽车智能化，是以汽车厂商为主导的。车联网则比较复杂， 能连接汽车的方案，截止2012年8月,只有车机方式(用线束接CAN 总线)、OBD方式(CAN总线上开放的标准梯形口);车机方式，有车 厂主导的前装、有汽车设备商主导的后装;而OBD方式则是新兴的 IT主导的，是IT技术及其理念，在汽车服务方面的应用。
2020/11/27
由于数据交换方式的多样性以及协议标准的不确定性, 使得通信方 式难度变大, 新的协议目的是简化数据交换方式和标准化协议内 容。实现此目标的关键是理解和控制有关车辆信息流或其载体形 式: 数据流。
2020/11/27
• 从车辆特点来看, 车辆的信息流有几个明显的特点: 流动、分布、动态和不确定性
• 凭借移动网络通道的优势,三大运营商在车联网上的推进方式,基 本是将车载智能终端与无线通道相连,以提供实时交通路况、导航、 救援定位、车况检测、4S店预约等运营服务,多基于呼叫中心或移 动互联网,并不涉及什么新的技术,只相当于在现有网络基础上一 个新的业务拓展。
• 但即便是现有的这种模式,也并不能确保在商业模式上的成功。进 入市场的所谓“车联网”产品和服务,都是汽车制造商替终端用户 埋单,通常一年到三年,到期后是否会主动续约服务还是未知数。
2020/11/27
车联网：
车联网（Internet of Vehicles）概念引申自物联网（Internet of Things），根据行业背景不同，对车联网的定义也不尽相同。传 统的车联网定义是指装载在车辆上的电子标签通过无线射频等识 别技术，实现在信息网络平台上对所有车辆的属性信息和静、动 态信息进行提取和有效利用，并根据不同的功能需求对所有车辆 的运行状态进行有效的监管和提供综合服务的系统。
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车辆联网包括 2个部分:
• 在车辆上安装车载智能终端并通过信息传感设备与车辆设备连接 起来, 实现智能化监控和管理;
• 用移动通信技术把车载终端与外部网络连接起来, 实现车辆间、 车辆和固定站之间的信息交换。
2020/11/27
• 车辆信息系统是一个综合性系统, 一般由3部分组成: 定位系统、 信息采集系统和通讯系统。
• 第三层（云系统）：车联网是一个云架构的车辆运行信息平台，它的生态链包含了ITS、物流、客 货运、危特车辆、汽修汽配、汽车租赁、企事业车辆管理、汽车制造商、4S店、车管、保险、紧 急救援、移动互联网等，是多源海量信息的汇聚，因此需要虚拟化、安全认证、实时交互、海量 存储等云计算功能，其应用系统也是围绕车辆的数据汇聚、计算、调度、监控、管理与应用的复 2合020体/11系/27 。
术
物联网技术及应用
应 用 模 式
对象的智能标签。通过NFC(Near Field Communication)、二维码、RFID（Radio Frequency Identification））技术，用于区分对象个体，例如在生活中我们使用的各种智能卡，条码标签的基 本用途就是用来获得对象的识别信息；此外通过智能标签还可以用于获得对象物品所包含的扩展信息， 例如智能卡上的金额余额，二维码中所包含的网址和名称等。
对象的智能控制。物联网基于云计算平台和智能网络，可以依据传感器网络用获取的数据进行决 策，改变对象的行为进行控制和反馈。例如根据光线的强弱调整路灯的亮度，根据车辆的流量自动调 整红绿灯间隔等。
物联网的发展趋势
物联网将是下一个推动世界高速发展的“重要生产力”， 是继通信网之后的另一个万亿级市场。
物联网的用途范围
5
物联网的定义
物联网通过智能感知、识别技术与普适计算、广泛应用于网 络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业 发展的第三次浪潮。物联网是互联网的应用拓展，与其说物联网 是网络，不如说物联网是业务和应用。因此，应用创新是物联网 发展的核心，以用户体验为核心的创新2.0是物联网发展的灵魂 。
联
网
架
构
网络层由各种网络，包括互联网、广电网、网络管理系统和云计算平台等组成，是整个物
可 分
联网的中枢，负责传递和处理感知层获取的信息。
为
三
应用层是物联网和用户的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。
层
物联网技术及应用
物联网技术及应用
三
1、传感器技术
项
关
2、RFID 标签
键 技
3、嵌入式系统技术
• RFID
RFID，是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别。它通过射频信号自动识别目标对象并获取相 关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识 别多个标签，操作快捷方便。基本的RFID系统由标签(Tag)、阅读器(Reader)、天线(Antenna)组成。RFID 技术有着广阔的应用前景，物流仓储、零售、制造业、医疗等领域都是RFID的潜在应用领域，另外， RFID由于其快速读取与难以伪造的特性，一些国家正在开展的电子护照项目都采用了RFID技术。
1995年——比尔盖茨《未来之路》（未引起重视）
1999年——MIT的“Auto-ID”，提出“万物皆可通过网络互联 ” 2003年——美国《技术评论》誉为十大技术之首
物联网的定义
Ⅰ、物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础 上的延伸和扩展的网络
Ⅱ、其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行 信息交换和通信 也就是物物相息
沈阳航空航天大学
计算机学院
成员： 邵元新 裴楠 张丹
2020/11/27
主要内容：
• 物联网 • 物联网的应用实例---车联网 • 车联网通信协议研究和系统开发 • 走进车联网（视频）
物联网
物联网的起源
1990年——施乐公司Networked Coke Machine（初次实践 ） 1991年——MIT的Kevin Ash-ton教授（首提概念）
但后台有统一运维实体； 5、 医学物联网：是将物联网技术应用于医疗、健康管理、
老年健康照护等领域； 6、 建筑物联网：是将物联网技术应用于路灯照明管控、景观照明管控、
楼宇照明管控、广场照明管控等领域。
技术及架构
感知层由各种传感器构成，包括温湿度传感器、二维码标签、RFID标签和读写器、摄像头、
物
红外线、GPS等感知终端。感知层是物联网识别物体、采集信息的来源。
2020/11/27
技术短板
• 绝大多数用于信息采集的高端传感器,其芯片核心技术并不为中国 公司所掌握。
• 通信网络带宽瓶颈,也成为车联网一个技术难题，不能满足未来对 图像和流媒体的传输需求
• 目前国内在芯片设计和开发上已经具备一定水平,但自主可控可管 的问题仍然严峻
2020/11/27
模式难行
物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消 防、工业监测、环境监测、路灯照明管控、景观照明管控、楼宇照明管控、广场照明管控、 老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域。
物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把感应器嵌入和装备 到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，然后 将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合，在这个整合的网 络当中，存在能力超级强大的中心计算机群，能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础 设施实施实时的管理和控制，在此基础上，人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生 活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系。
2020/11/27
体系结构
• 从网络上看，IOV系统是一个“端管云”三层体系。
• 第一层（端系统）：端系统是汽车的智能传感器，负责采集与获取车辆的智能信息，感知行车状 态与环境；是具有车内通信、车间通信、车网通信的泛在通信终端；同时还是让汽车具备IOV寻址 和网络可信标识等能力的设备。
• 第二层（管系统）：解决车与车（V2V）、车与路（V2R）、车与网（V2I）、车与人（V2H）等的 互联互通，实现车辆自组网及多种异构网络之间的通信与漫游，在功能和性能上保障实时性、可 服务性与网络泛在性，同时它是公网与专网的统一体。