浅析车联网研究中的技术挑战

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　　摘要：车联网是智能交通系统的重要组成部分，本文首先对车联网系统架构进行了介绍，然后从时长约束、网络规模、节点移动性、系统波动性和系统应用性五个方面，对现有研究面临的挑战进行了分析。
　　关键词：车联网;车载自组网;车辆移动性
　　中图分类号：U495 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）05-0231-01
　　车联网[1]（Internet of Vehicle）技术的快速发展使其为用户提供的服务和应用日趋丰富，用户不仅能够获取安全辅助应用，避免发生事故，还能在驾驶过程中接入互联网，提升驾驶体验。考虑到车联网中通信实体的特殊性，本文对现有的车联网研究过程中面临的挑战进行了分析。
　　1 车联网概述
　　作为一种特殊的移动自组网[2]（Mobile Ad hoc NETwork，简称MANET），车载自组网主要关注车辆和车辆间、车辆和路侧设备（Road-Side Unit，简称RSU）间的自组织通信，借助交通参与者的信息共享，完成提高交通效率，避免事故发生的目标。为了实现这一目标，要求车辆配备车载单元（On-Board Unit，简称OBU），OBU同RSU间的通信则主要借助专用短程通信技术[3]（Dedicated Short Range Communication，简称DSRC）完成。
　　车联网环境中不仅存在车辆与车辆间的数据交换，还存在车辆同路侧设备的通信连接，车载单元不仅帮助车辆建立通信连接，还对车辆的行驶参数进行采集和上传，这一数据可以帮助车联网系统实现对车辆信息的采集，并完成系统对交通状态的管控。同时，路侧设备不仅具备为车辆节点提供网络接入点的功能，同时，还可对其覆盖范围内的车辆节点发布系统的管控消息，帮助车辆及时获取有效的交通辅助信息。
　　2 车联网技术挑战分析
　　车联网技术的应用在带来诸多安全、娱乐方面的便利的同时，在研究领域和工业领域仍面临诸多挑战。其中，影响较大的几个方面分别是：时长约束、网络规模、节点移动性、系统波动性和系统应用性。
　　2.1 时长约束
　　时长约束要求车联网环境中通信实体的数据传输时长需要限制在固定的窗口期内，特别是针对与安全相关的应用，有必要执行严格的时长约束以保证数据的有效性。在安全应用中，为了避免车辆节点发生碰撞、追尾等安全事故，数据交换的时长约束不仅要求数据能够及时、有效的传输至目标车辆节点，还需要保证目标车辆中的驾驶人员接收到预警信息后具有足够的反应时间调整驾驶操作，因此，时长约束是研究车联网数据传输时不可或缺的一项内容。此外，从安全角度出发，数据传输需要对数据进行授信并进行授信确认，考虑到这一操作直接增加传输时长，因此，有必要对消息传输的时长约束和数据的安全需求进行平衡。
　　2.2 网络规模
　　车辆保有量的逐年上升为车联网系统带来了更多的通信实体，系统的网络规模势必会在未来得到进一步的扩大。然而，在对系统进行实现和部署时，过大的网络规模对系统的管理调度提出了更高的要求。从整体来看，构建一个通用的管理系统仍面临诸多问题：首先，不同地域的交通参与者对信息安全或隐私的要求不同，因此，很难针对多种要求制定统一的标准和规则;其次，难以在较大的网络规模中为不同等级的交通参与者分配合适的授信权限;此外，为交通参与者分配公钥和密钥的合理机制同样还未制定。
　　2.3 车辆移动性
　　车辆节点的高移动性不仅是使车联网独立于移动自组网的原因，亦是进行车联网相关技术研究时需要面临的挑战。由于部分移动节点间的通信可能只进行一次，且通信时长往往只能持续几秒，授信确认无法进行，因此，传统的握手认证机制无法适用于这一场景。与此同时，由于车联网环境中往往存在较为多样的通信网络，随着车辆的持续移动，车辆需要在不同通信网络中进行切换，因此，需要针对异构网络切换机制进行研究，通过为车辆选取合适的接入点保证数据的准确、可靠传输。另外，这一特性对安全机制也提出了更高的要求。
　　2.4 系統波动性
　　波动性用于描述车联网系统中全体节点间的通信时长参数。由于系统中车辆节点的移动轨迹不定、移动速度不同，两个车辆节点间有可能只进行一次通信连接，也有可能存在持续一定时间的多跳连接，因此，系统波动性较大。考虑到系统中上下文信息存续时间极短，这一特性直接导致系统无法保证所有的用户设备通过密码建立同安全的通信连接。
　　2.5 系统应用性
　　从车联网应用的可推广性角度，在对系统进行部署前，需要解决的是如何为用户提供合适的服务，使其同意使用这一技术手段。这要求系统的应用不仅要具有较高的实用性，还要具有相比其他技术手段明显的优势。在系统应用的实用性方面，主要功能应包括：系统能够为用户提供前方路段的实时交通状态，以帮助用户避免拥堵路段;同时，系统的使用能够极大的降低道路中的事故发生率，保证用户的行车安全;考虑到交叉路口处复杂的交通状态，系统应能在车辆驶过路口时提供有效的行车建议，或根据实时的车流状态为用户提前制定合理的行车路线，帮助其顺利到达目标位置。此外，系统对娱乐应用的支持也是吸引用户的有效手段，该应用要求系统能够为用户提供持续稳定的通信连接。
　　3 结语
　　车联网技术的发展为未来交通管理提供了很好的解决思路，特别是安全辅助应用的研究，能够通过对车辆进行预警有效的降低道路的事故发生率。考虑到车联网技术中通信实体的特殊性，本文分别从时长约束、网络规模、节点移动性、系统波动性和系统应用性五个角度，阐述了现有的车联网技术研究中面临的挑战，为未来进行车联网相关技术研究进行了前期铺垫。
　　参考文献
　　[1] 胡锦超，赵祥模，王润民，等.车联网环境下IEEE 802.11p移动性支持仿真研究[J].计算机工程，2017，43（05）：23-27+34.
　　[2] 丁光帅，李强，陈琳，等.基于MANET的多媒体业务寻址方法研究综述[J].电子设计工程，2018，26（22）：151-155.
　　[3] 陈涛，方威，安林芳.基于DSRC的车辆防追尾预警算法[J].汽车安全与节能学报，2017，8（02）：164-169.
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