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0 引言
物联网是目前各类技术的整合体,它囊括了电子技术、自动化技术、通信技术、生物技术、机械技术、材料技术、人工智能等以往完全无关联技术。物联网产业在自身发展的同时,带来庞大的产业集群效应。据保守估计,传感技术在智能交通、公共安全、重要区域防入侵、环保、电力安全、平安家居、健康监测等诸多领域的市场规模均超过百亿甚至千亿。权威机构预测,到2020年,物物互联业务与现有人人互联业务之比将达到30∶1,物联网产业将有可能成为下一个万亿级的产业。美国《福布斯》杂志评论未来的物联网将比现有的Internet大得多,市场前景将远远超过计算机、互联网、移动通信等市场。
1 物联网的起源与概念
物联网的起源可以追溯到1991年美国麻省理工学院首次提出物联网的概念。1995年比尔・盖茨在《未来之路》一书当中也提及物物互联。1999年麻省理工学院Auto-ID实验室提出“物联网”一词,此时的物联网是依托射频识别(RFID)技术的物流网络[1]。直至2005年,国际电信联盟(ITU)《ITU互联网报告2005:物联网》预示着“物联网”时代的来临[2,4]。
目前,关于物联网(Internet of things)还没有统一标准定义。物联网概念最早由美国Auto-ID于1999年提出,即通过RFID、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、气体感应器等信息传感设备,依照规定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交互,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
2 物联网技术体系结构
根据感应、传输、服务三方面,按照功能垂直划分,物联网可分为应用层、网络层和感知层[3,5,6],并从这三层可以细分为五层:
图1 物联网层次结构
应用层主要功能是处理和分析感知数据信息,为用户提供不同的服务,如PC上的各类应用软件,可以根据用户的需求定制开发功能不一的应用。
公共服务层为物联网应用提供公共服务,为应用层提供公共的数据处理和底层架构服务,如PC操作系统的职责,作为应用层的支撑,为应用层提供必要的接口共享公共数据,使应用层的开发变得更为简单可行。
中间件层负责数据存储管理、设备管理、服务管理、电源管理、QoS管理等。
网络层负责实现感知数据和控制信息的交互,网络层是物联网的枢纽,他可以建立在现有的通信网络之上为物联网上所有对象赋予唯一标示。
基础设备层包括物联网所涉及的各类物理设备,如传感器、RFID标签、RFID读写器、智能终端等。这些设备主要实现信息采集预处理、事件响应及用作用户终端或控制设备。
3 国内外发展现状
目前全球物联网还处于起步阶段,应用主要以RFID、传感器、M2M(Machine to Machine)等项目,大部分是试验性或小规模部署的处于探索和尝试阶段。但物联网应用规模正在逐步扩大,正在以点带面的趋势发展,据Visiongain最新所发行的联网汽车市场预测报告书显示,2013年,全球车联网市场规模预计将达到218.2亿美元,显然车联网已经成为物联网领域一个巨大金矿,正在带动各子物联网的蓬勃发展。
以传感器技术和RFID技术为代表的感知技术是目前发达国家重点发展的核心技术,RFID技术已步入成熟发展期。近距离无线通信技术目前面临多种技术并存的现状,其中IEEE 802.15.4技术影响最大,在低速低功耗无线技术方面正在研究适合智能电网和工业监控应用的增强技术。广域无线接入以蜂窝移动通信技术为代表,正在开展核心网和无线接入M2M增强技术的研究。
我国政府对物联网一直十分重视,从政策和宏观调控上大力支持物联网的发展,目前,我国已形成基本齐全的物联网产业体系,部分领域已形成一定市场规模,正在缩短与国外相关技术的差距,打破高端技术必须从国外引进的困境。“十二五”期间物联网重点投资智能电网、智能交通、智能物流等十大领域,预计到2015年将形成核心技术的产业规模2000亿元,近期国家发改委会同多部委印发了《物联网发展专项行动计划(2013-2015)》。计划包括了顶层设计、标准制定、技术研发、应用推广、产业支撑、商业模式、安全保障、政府扶持、法律法规、人才培养10个专项行动计划。国内三大电信运营商也在大力发挥自有优势,以其基础设施支撑服务用户,目前已初步实现一卡通服务、安防系统服务的支持。
4 物联网发展研究方向
物联网行业应用需求量大,潜在市场规模巨大,但现阶段物联网的发展存在诸多瓶颈[7]。
4.1 技术标准
目前,物联网在国际上还未有统一标准,物联网标准化是物联网建设中一项重要的工作,对物联网发展影响有非常重要。但当下物联网的发展都以国家或企业独立研发为主,各自的标准相差甚远,在利益的趋势下,技术的统一步履维艰,因为谁掌握了标准就意味着占据了市场的制高点。现有物联网标准不兼容问题严重,若这一技术标准形成,一些原本复杂的问题将不复存在。物联网的标准化主要射击以下几个方面:物理/数据接口、M2M接入标准、信息存储与传输标准化、通信协议标准化、服务标准化、测试与评价标准化、信息安全标准化[6,7]等。
4.2 安全与隐私保护
物联网的安全比互联网的安全问题更加艰巨与重要,往往是一个被广泛关注的话题,因为物联网的连接对象主要是机器或物,主要是它能控制物体,这样便使得安全隐患甚大,例如:RFID标签中的个人数据以及商业情报数据一旦被他人利用,损失将无可估量,同时,无论是智能家庭、多媒体娱乐、交通运输、灾害应急等领域,都被他人入侵而失控,我们将无法想象给人们带来多大的灾难。从这种种隐患我们可以得到研究方向主要包括:读取控制、隐私保护、用户认证、不可抵赖性、数据保密性、通讯安全、数据完整性、随时可用性。
4.3 软件、算法与方法
物联网的建成,网络上的终端数量将成几何倍数的增长,所要处理的数据量与运算量也将急剧增长,所以一种新型的网络协议和算法的支持以及高效节能的嵌入式操作系统的支持至关重要。物联网的数据传输也需要更加可靠的加密算法的支持,实现低耗能低存储的理念。在公共服务领域,更需优化QoS的资源优化调度算法,为大数据时代做好准备。
5 未来物联网的憧憬
物联网的不断完善必定给人们的生活带来质的飞跃,这些新的技术与服务给使用者带来进一步的效率、便利和安全。全球都有统一的物联网标准,安全机制完善得到充分完善,真正做到足不出户,知天下事做天下事,比如家庭办公、智能家庭、智慧城市等。可能只是一部手机或者一部可收发指令终端,便可操纵身边的所有事物,下班前,可以用终端对家里的厨房设定晚餐,而我们回到家中时只需享用美味的晚餐;例如谷歌的一款无人驾驶汽车,我们有希望日后将不需要人为驾驶汽车,全有统一控制中心协调统筹规划,遵照一定的规定和规则行事,根据不同路段及路况做出最优的决策,车祸的发生概率将极大的减小。如同看美国科技大片那般科技发达的未来正在袭来。
6 结束语
物联网一词虽然已被人熟知,但是物联网的概念一直在发展和变化,从最早的传感网到泛在网,让人们能够在任何时间、任何地点使用任何网络与任何人或物的信息交换,但目前,对物联网的应用还仅仅局限与部分行业与领域。物联网的构建也是以小范围区域形式的建设,全球物体之间的互动互联还有一段很长且艰苦道路要走。
一场信息产业革命正在席卷而来,将像互联网一样改变我们的交流方式与商业模式。物联网的发展也将是我国难得的一次发展机遇。抓住他才能让我国在新世纪拥有一席之地,使我国早日强大与富裕。
【参考文献】
[1]Luigi Atzoria, Antonio Ierab, Giacomo Morabitocthe. The Internet of Things:a survey[J]. Computer Networks, 2010, 54(15): 2787-2805.
[2]物联网白皮书(2011)[R]. 工业和信息化部电信研究院,2011,5.
[3]吕廷杰.物联网的由来与发展趋势[J].信息通信技术,2010(2):4-8.
[4]杨刚,沈沛意,郑春红.物联网理论与技术[M].北京:科学出版社,2010.
[5]李振汕.对物联网核心技术发展问题的探讨[J].硅谷,2011(1):17-18.
一、物联网发展现状
近年来,随着物联网的RFID技术、传感器技术、近程通信以及计算等技术的不断发展,物联网技术的研发广泛应用于环境监测、生物医疗、智能基础等领域。起初物联网的研发方向只是应用于商业零售、物流领域,运用的技术也主要是条形码、RFID技术。总的来说在研发和应用方面,美国、欧盟、日本等一部分的少数国家总体实力较强,起步较早。
我国发展物联网技术较早,在制定标准和技术研发等方面也具有一定实力。目前我国物联网标准体系已经初步形成框架,《国家中长期科学与技术发展规划(2006-2020年)》和“新一代宽带移动无线通信网”等重大项目中都将“传感网”列入重点研究领域,向国际标准化组织提交的多项标准提案也已经被采纳,中科院为此先后投入了数亿资金用于标准制定、技术开发等工作。以上这些说明我国在此领域已走在世界前端,与德国等一些发达国家一起成为引领“物联网”国际标准制度制定的主导国。
二、铁路集装箱运输现状
铁路集装箱最早起源于20世纪初的英国,对于其他一些国家例如美国、日本则在20世纪80年代就实现了运用集装箱运输来取代零散货物运输。90年代初美国的铁路集装箱运量达到340.8万TEU,占国家总运输量的一半以上。法国、德国等欧洲国家集装箱运量也都占有较大比重,均可达到国家货运总量的1/5左右,并以每年6~9%的速度增长。近些年来,集装箱运输已成为国际贸易中最重要的运输方式,并且许多发达国家继续保持增长的势头,并且这些国家铁路适箱货物的范围也在不断扩大。例如日本铁路把全部适箱货物都纳入集装箱来运输,其他很多国家铁路适箱货物范围也不断扩大,件杂货物由原来的零担、整车适箱货实现了集装箱化,而且纳入箱内货物种类由原来的普通货物扩展到一些特种货物。
我们国家铁路集装箱运输起源于20世纪60年代,在90年代得到了高速发展,在管理水平、服务质量、运输效率上都得到了空前l展,初步形成了我国的铁路集装箱运输系统。中国铁路集装箱运输大体经历了起步、徘徊、调整和快速发展四个阶段。尤其是进入了20世纪90年代,中国铁路集装箱运输设备发展、场站布局优化、技术革新、运输组织水平发展等方面有了很大的提高,取得了瞩目的成就。
近年来,随着国际化运输服务水平的整体提高,我国的铁路集装箱运输虽然实现快速增长,然而与其他发达国家的铁路集装箱运输相比,还仍然存在明显的差距与问题。从集装箱运量上看,目前我国大量适合用集装箱装载的货物仍然以整车的方式进行铁路运输,而发达国家铁路集装箱运输占铁路运输的比重远远超过我们,我国铁路适箱货物入箱率低于国际平均水平,应有巨大发展空间。从集装箱保有量看,按国际标准箱和自然箱计算,我国集装箱的持有率也不占优势,此现状显然不利于长远发展和参与市场竞争,因此大力发展我国铁路集装箱运输是必然趋势。
三、物联网在我国铁路运输领域的早期应用
在2001年物联网的主要技术RFID技术就已经运用到铁路系统当中,其中铁路车号自动识别系统成为物联网应用于我国铁路运输领域的先行成熟典范。铁路车号自动识别系统是指在铁路机车安装电子标签的基础上,在所有编组站、区段站、大型货运站的出入口、分界站等安装设置地面识别设备。建立铁路车号车次信息自动实时集中采集报告管理体系,实现全路程车次自动识别,运输点到点的成本精确计算,实时跟踪的动态管理等功能。除此之外,物联网技术在我国铁路运输领域的应用还远不止这些,近年更有突破性的发展。
铁路运输近年在系统安防技术方面也有比较广泛的应用。由于各铁路沿线站点较多又分散,铁道部门一般会把各客运站、货运站作为路局的分控点。把系统前端监控到的信号,包括客、货运站和铁路沿线范围内的监控信息传输到分控站点的监控终端,并完成传输信息的管理和存储。铁路客、货运站的监控信息通过铁路内部的专网继续传输到上一级铁路局的监控管理中心。铁路局通过监控主机还原各分控点的监控图像,实现调度、指挥等各项任务,并能针对突发事件,完成预警和应急机制。
铁路集装箱堆场管理系统也可以利用物联网的RFID技术,利用数据自动识别和互联网等技术,可实现无人干预下的集装箱堆场管理,包括铁路集装箱堆场内的箱体自动识别、定位跟踪和智能管理,减少集装箱在堆存过程中的翻箱倒箱率, 提高自动化程度,减少人为因素影响集装箱运输,进而提高箱位分配的效率。
物联网技术大大提高了车辆利用水平和运输组织效率,同时也为我国铁路探索更加科学化、现代化、智能化的管理模式提供了有参考价值的实践经验,为其在我国铁路运输领域的普遍推广奠定了良好基础。
四、物联网技术在我国集装箱领域的应用实例
2012年3月开始,在大连集装箱码头的大连铁路集装箱中心站,随港口航线布局调整集装箱海铁联运全面采用RFID。作业现场虽然繁忙但井然有序,正是因为使用了应用物联网原理的无线调度指挥系统。中心站的设施控制布局机构场所与集装箱码头间只有一线之隔。贴在单个商品、包装箱或托盘上的RFID标签,可以提供供应链管理中产品流和信息流的双向通信,并通过互联网传输从标签采集到的数据。再利用高效的装卸搬运设备龙门吊将集装箱从班列上吊起装载到集卡上,集卡拖运集装箱进入中心站与集装箱码头共用的全自动化大门通道后,箱号识别系统自动识别箱号,RFID车号识别系统自动识别车号,所有数据在系统内与码头、车站、客户的作业计划进行核对,确认无误后自动放行。大连中心站如此高效的运作大幅度提高了作业效率和准确性。
铁路运输作为亚欧大陆桥的纽带,较海运相比具有时间短、安全等优势,越来越多的客户愿意通过集装箱铁路国际联运将商品运送到中亚及欧洲地区。我国于2013年提出“一带一路”构想,随着丝绸之路经济带的推进发展,铁路在此经济带中具有重要的作用和地位,借此中欧集装箱货运班列数量迅猛增长。我国铁路与国外尚未建立成熟完善的集装箱国际联运信息跟踪系统,导致集装箱从口岸离境后,只能依赖国外商来查询其运行踪迹。此状态长期继续下去不利于我国铁路集装箱的持续健康发展。
感知层:在需要检测和管理的物体上布设大量的传感节点,实现一个全面感知。感知层在物联网系统中的地位和作用如同分布在各处的“神经末梢上的各类感知器官”,是物联网中信息的来源和基础:
网络层:把感知层获得的信息及时准确地传输到应用层,同时又及时准确地把应用层的管理和命令传输到相应物体的网络设施和相应的协议,它在物联网系统中的地位和作用如同分布在整个系统中的“神经系统”,是物联网中物物相连的信息传输通道和载体:
应用层:将网络层传输来的信息进行分类、处理、分析,并实现智能管理、提供增值服务的处理系统,它在物联网系统中的地位和作用如同“大脑”,是物联网中信息处理、实现价值的核心。
物联网中的感知层、网络层和应用层是有机相连的,而把它们有机联系起来的是由各种“硬件设备”所采集、传输和处理的“信息”。从技术上来说,物联网是由软件和硬件的结合来实现虚拟和现实的连接、提供多样化的智能服务。在物联网中所涉及的技术大体上可以分为如下几大类:
感知技术:如图2所示,主要是各种硬件的设备和装置,如各种传感器、标识和能够实现自组织协同工作的装置以及中间件等,由于使用的环境要求这些节点具备体积小、功能强、成本低、能耗低等,因此,微机电系统MEM5、射频标签RFID、嵌入式系统等是主要的技术基础。
网络技术:物联网中所涉及的网络技术,由于应用环境和目的不同,因而也是全面和多样化的,而不仅仅是互联网。网络技术主要有图3所示的三种:
(1)广域网:无线移动通信网络、卫星通信网络、互联网、公众电话网、广播电视电网等,大趋势上是逐步实现多网之间的融合与信息共享,从而为广义上的物联网搭建网络基础。
(2)局域网:无线局域网w LA N、B1uetooth、zigBee等,这类网络适合小范围内的信息传输和处理。
(3)专用网:例如电网、气象、军用等行业内部的专用网络,是实现某些行业的智能物联网项目的网络基础。
对于大量细节、节点信息的感知,需要通过更便捷、更可靠、更安全的方式传输汇聚到中心节点或者提供给信息处理单元。可以提供海量节点地址的下一代互联网IP v6技术,无线数据传输的3G及LTE技术,都为大范围的物联网应用传输提供了可能。在传输的协议和通讯标准上,各网络技术需要尽快建立相应的标准。
信息技术:物联网的应用是以大量信息节点的实时感知和综合智能反馈处理为突出特征,所以,图4所示的信息处理技术是物联网的核心,其中集中式的超级运算、分布式的云计算将成为物联网运算的两条可选路径,此外,多媒体信息的处理、海量数据的存储、针对具体应用的数据模型和算法,对处理智能和效能的提升,都是信息技术在物联网时代所面临的挑战。
【关键词】物联网;商业模式;电信运营商;移动终端商
1.物联网的发展现状
从技术发展角度看,传感器网络(Sensor Network)的概念最早由美国军方提出,起源于1978年美国国防部高级研究计划局(DARPA)开始资助卡耐基梅隆大学进行分布式传感器网络的研究项目,当时此概念局限于由若干具有无线通信能力的传感器节点自组织构成的网络。随着近年来互联网技术和多种接入网络以及智能计算技术的飞速发展,2008年2月,ITU-T发表了《泛在传感器网络(Ubiquitous Sensor Networks)》研究报告。在报告中,ITU-T指出传感器网络已经向泛在传感器网络的方向发展,它是由智能传感器节点组成的网络,可以以“任何地点、任何时间、任何人、任何物”的形式被部署。该技术可以在广泛的领域中推动新的应用和服务,从安全保卫和环境监控到推动个人生产力和增强国家竞争力。
物联网的基本功能在于人与人、人与物、物与物之间在任何时间和任何地点都能够通过任何的网络获取任何的服务,物体也赋予了智能化。基本应用大体分为三类:信息识别及位置监控、(环境、物品属性)动态监测类、智能控制类。
物联网的一个突出特点就是将跨行业的物品信息,通过统一的接日标准和标识标准,集中存储、处理,实现跨行业信息资源共享,更广范围的协调处理,让世界变得更有“感知力”,更加“智慧”。
物联网采取集中计算处理和分布式计算处理两种信息处理模式同时采用,极大增强了边缘网络的快速反应能力,物体可嵌入智能芯片,让物品“更智能”,反应速度更快,边缘网络的处理能力更强。
物联网自身具备三个特征:(l)全面感知:即利用RFID,传感器等随时随地获取物体的信息;(2)可靠传递:通过各种电信网络与互联网的融合,将物体的信息实时准确地传递出去;(3)智能处理:利用云计算,模糊识别等各种智能计算技术,对海量的数据和信息进行分析和处理,对物体实施智能化的控制。
2.物联网的应用
物联网的基本功能包括:智能控制,信息识别,位置监测和动态监测功能等,在业务上分为垂直应用模式,行业共性平台模式和公共服务模式。垂直应用是针对一个企业或者行业开展业务,满足特定的行业和企业要求,例如电力,石油、铁路、公路的企业应用;而行业共性模式是一类行业及其相关的行业和企业,例如物流相关领域,医疗相关领域等。虽然目前物联网处在零散应用的产业启动期,但是应用已经较为广泛,目前已经较为成熟的应用包括环境监测系统、物流信息化系统、智能交通系统及基础设施安全系统等。2009年三大电信运营商推出物联网的初级业务,其中包括中移动推出的手机钱包、手机购电业务;中国电信的“平安e家”业务;联通的无线环保监测平台等,正在用创新的应用来吸引客户。行业应用在最近的1年中有了飞速的发展,相应的研究与应用已经扩展智能物流、智能楼宇、金融安防,工业监测、智能交通、平安家居、智能消防、环境保护、政府工作、食品溯源、医疗健康等多个领域。
2.1智能交通
现在各地城市遍布交通摄像头和一些交通情况检测传感器,这些传感器连接到交管中心,形成了一张城市交通监控网络,目前的摄像系统功能比较简单,基本上是纠察违章行为,可以称为“交通监测传感网”。在此基础上,补充信息处理的软件硬件,充分利用获得的信息,进行交通流量实时分析、预测,建立一种向车辆反馈指挥的体系,诱导、分流车辆,预判和防止交通事故,将会大大改善现有城市交通状况,我们将会在一个更加智能的交通环境中行车。这就是物联网在“智能交通”中的应用。
2.2智能家庭
“智能化家庭应用”系统依托移动网络、固定电话网、宽带城域网和具有网络计算机功能的家庭生活设备组成的服务系统,采取目前国际先进的西门子技术,由家庭网关,智能化安全防护系统,智能化家庭生活设备,例如空调、冰箱、洗衣机、生活电器、电视、电脑等组成。它具有安全防护,家庭电器设备管理,家庭娱乐,家庭通信等智能化功能。
2.3医疗保健
医疗健康工作与物联网结合将给国家的医疗事业带来的深远影响,尤其是对于距离市区医院或医疗机构数百公里之外的欠发达社区。结合3G网的移动医疗健康工具无疑是解决农村地区专业医疗人员及医疗设备匾乏问题的有效方法之一。
2.4食品溯源
食品溯源是指在食物链的各个环节(包括生产、加工、分送以及销售等)中,食品及其相关信息能够被追踪和回溯,使食品的整个生产经营活动处于有效地监控之中。不过,食品溯源的定义有多种表示,即:(l)国际标准化组织(1509000/2000)将食品溯源定义为:溯源产品的地点、使用、以及来源的能力;(2)国际食品法典委员会(CAC)将食品溯源定义为:鉴别/识别食品如何变化、来自何处、送往何地、以及产品之间的关系和信息的能力:欧盟将食品溯源定义为:在整个食物链全过程中发现和追踪食品生产、加工、配送、以及用于食品生产的动物的饲料或其它原料的可能性。
3.物联网的发展前景
物联网的细分市场有公共管理与服务,企业应用,个人和家庭应用三部分。按照马斯洛需求层次理论分类:把需求分成生理需求、安全需求、社交需求、尊重需求、和自我实现需求五类,依次由较低层次到较高层次排列。马斯洛指出了人的需要是由低级向高级不断发展的,先关心的是低级需求然后才关注高级需求。
智能家居的特点:智能,低碳概念,舒适,实用和个性,因此归为自我实现需求;智能交通的特点:安全,快捷,属于安全需求;远程医疗涉及诊断、监测,属于生理需求;食品溯源涉及食品安全,健康,属于安全需求;环境监测涉及环境卫生,健康,属于安全需求。
马斯洛的需求层次理论,在一定程度上反映了人类行为和心理活动的共同规律。马斯洛从人的需要出发研究人的行为和探索人的激励,抓住了问题的关键;指出了人的需要是由低级向高级不断发展的,这一趋势基本上符合人的需要发展规律的。这个理论本来是用在人事管理领域的,但是这里用这个分类标识物联网新应用对人的需求满足的层次。因为人总是会优先满足底层需求,所以可以分析出各个应用的发展前景。也就是说当个人用户可以自主选择物联网服务时,定位在满足生理和安全的大众需求会在物联网发展初期会较快的满足客户,快速实现规模化。从现在的情况看,即使定位于高层需求的智能家居,在发展过程中依然是把推广家庭安防作为优先推广的应用。对于企业和组织客户来说,那些能够解决当前问题和降低成本提高效率的应用是最需要的,也会是市场接受程度最高的。
【参考文献】
[1]菲利普·科特勒[美]著,梅清豪译,《Marketing Management》(Eleventh Edition),中文名称《营销管理》(第12版).上海人民出版社,2006.
关键字:车联网 IPV6 路由协议
中图分类号:TP39 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2015)09(a)-0012-02
随着信息技术的高速发展,网络通信的界限也在不断扩张,1999年提出了物联网概念,其主要核心是每一个物件都可以寻址,每个物件都可以控制,每一个物件都可以通信。车联网技术作为物联网技术应用于智能交通领域的一种具体体现,同时也是一个物联网大有可为的重点领域之一。它的技术组成一般包括车辆之间的网络链路、车辆与路边通信结点之间的网络链路、路边结点之间的相互网络链路、以及上述通信节点的集合等等网络要素。
1 车联网的特点和研究内容
1.1 车联网的特点
随着国内车辆和各地公路的智能化的发展,更多的车辆和公路边的基础设施都开始安装各种数据通信设备。车联网是自组织网络的一个新的研究和应用领域,已逐渐成为无线网络以及智能交通领域热门的研究课题。车联网是一种特殊的自组织移动网络,除了具备普通物联网的特点与问题,也有着自己的特点和问题:
(1)高动态特性:车联网当中的网络结点以车辆为主,车辆位置变化较快,导致拓扑变化更频繁、链路存活的周期更短。
(2)网络管理:由于网络管理面较广,需要适当的路由算法来解决节点定位和地址自动分配等问题。
(3)噪声:车联网环境中的车辆之间的通信受到的干扰因素很多,其中包括天气状况、马路边各种构造的建筑物、道路情况、车辆移动速度等。
(4)不可靠的网络链路和间歇的网络连接: 由于车辆高速运动原因,AdHoc网络中的链路连接也是动态多变的。
1.2 研究内容
该论文研究主要内容分以下三部分:
(1)介绍车联网技术的基本架构原理,对其基于移动互联的工作流程、动态车辆寻址定位等技术进行了分析,分析讨论该论文的关健技术。
(2)探讨车联网环境中的结点问题,提出了基于车载终端识别和地图匹配的简单交通状态判别算法。
(3)讨论车联网技术的广泛应用,车联网是一种全新的概念,目前还在继续研究还探讨 ,其具有广阔的应用前景和商业价值,会为社会的进步做出很大贡献。
2 车联网的关健技术
2.1 车联网技术的寻址
IP协议是当今因特网的核心协议,随着Internet技术的飞速发展,IPv4技术已日渐成熟,然而IPv4协议技术也在随着网络应用的多样化而面临着许多难以解决的问题:IPv4地址空间即将耗尽、移动性差和配置复杂等特性。IPv6技术的提出能很好的解决上述问题。移动IPv6技术随着IPv6技术的不断研究而得到快速发展,移动互联网已成为未来互联网络的发展方向之一。
由于车联网是高速动态的移动网络,在研究的过程中必然要用到移动IP协议技术。移动IP是一种网络层的移动解决方案,具有可扩展性、可靠性和安全性并能使节点在切换链路时仍能保持正在进行中的通信。移动IP提供了一种路由机制,使移动节点可以一个永久的IP地址连接到任何变化的链路上。
2.2 车联网中存在的结点
首先给大家介绍一种系统―网络化物理系统(CPS),其在国际上是一种利用计算技术监测和控制物理设备行为的深入嵌入式系统。CPS目前是当今国内外研究的一种热点技术,涉及网络技术、通信技术、和单片机等等各种学科,CPS结点就是物联网中必要的一部分 。根据车联网技术的具体使用环境和服务的需求,需要在车联网当中主要通信设备主要选取有源CPS结点, 固定通信设施当中的主要设备采用互联网CPS结点。其中由于有源CPS结点的计算能力、存储能力和联网能力等方面均优于无源CPS结点。另外,有源CPS结点能够更好的支持快速移动性,具备主动感知等各种性能。互联网CPS结点除了具备有源CPS结点的基本性能外,还有网络控制和网络管理接入等功能,安全性比较高,稳定性强于有源CPS结点,所以在车联网中一般作为固定基础设施,例如电子警察、路灯等。
2.3 车联网下的交通判别算法
车联网技术所采集到的大量网络中的车辆定位数据,通过车辆终端识别技术可以对采集到的车辆各种信息进行数据的分类统计,并记录大量车辆的平均速度和速度峰值。通过地图匹配算法,对道路路网下的各个路段的交通情况分别进行判断和监控。其中地图匹配技术与车载终端识别分别保证了数据来源的针对性和正确性,是大规模路网交通状态判别实现的基础。路网中不同区域所在路段存在的差异决定要使用不同的判别方法对整个路网的交通状态进行判别。因此为了得出路网中的车辆速度峰值、车辆平均速度以及路口排队数量与当前交通状态中存在的离散型关系,利用应用最广泛的解决离散型性问题的分类预测方法――决策树学习ID3算法,对整个路网的交通状态进行判别。
ID3算法是一种贪心算法,用来构造决策树。主要解决的问题是为树的每个结点选取要测试的实例属性,D3算法起源于概念学习系统(CLS),以信息熵的下降速度为选取测试属性的标准,即在每个节点选取还尚未被用来划分的具有最高信息增益的属性作为划分标准,然后继续这个过程,直到生成的决策树能完美分类训练样例。
3 车联网的应用
在国际上,日本的VICS和美国的IVHS等系统通过道路和车辆之间建立有效的网络通信,基本已经实现了车联网。而RFID和Wi-Fi等无线技术近年来也在交通运输领域智能化管理中越来越得到了广泛应用。在未来的车联网时代,无线通信技术和传感技术是是实现车联网的关键,并且之间会是一种互补的关系,比如当车辆处在转角等传感器不能识别的盲区时,无线通信技术就会发挥作用;而当无线通信的信号丢失时,传感器又派上了用场。作为众多无线应用的典型代表,车联网时代的到来必将推动更多无线技术的应用和普及,也会再一次看到了移动宽带需求的迅猛增长。
4 结语
该文浅要探讨了车联网的概念、车联网的体系结构、车联网环境下的关键技术以及车联网能够提供的各项服务等内容,以期能够为将来车联网技术的进一步深入研究提供一些思路。与此同时也应该意识到,车联网涉及的技术学科众多,车联网的普及应用还任重道远,需要相关领域的专家学者们开展更深的研究工作,为车联网的美好将来付出更多的努力。
参考文献
[1] 王建强,吴辰文,李晓军.车联网架构与关键技术研究[J].微计算机信息,2011,27(4):156-158.