车联网技术与产业发展趋势 学习记录

新型电子电气信息架构是智能化、网络化汽车的关键环节。汽车数字化、网络化、智能化的发展趋势要求智能网络汽车在长寿命周期内具有功能升级、服务增值、网络和硬件扩展、道路云集成和以用户体验为中心的生态运营的新特点，这将直接导致汽车电子电气架构从面向信号的架构快速服务（SOA）转换。作为当前具有代表性的代表性 SOA 中间件，由 OMG 联盟标准化的数据分发服务（DDS），以数据驱动为中心，采用发布订阅架构可以提供丰富的服务 QoS 该策略能保证车内各种数据的实时、高效、灵活分发，引起了国内多家主机厂的关注和量产应用。汽车以太网，TCP/IP 实现等分层网络协议 SOA 重要的网络基础。随着车载网络带宽需求的快速增长，千兆作为车载骨干网络的重要承载技术 G（2.5G/5G/10Gbps）汽车以太网作为边缘接入手段 CAN/CAN FD/CAN XL/LIN/FlexRay/10BASE-T1S车载有线万兆媒体传输技术的上下非对称速率已成为当前研究的关键方向。虽然汽车以太网可以为汽车传输提供大带宽，但其传输特性并不能为自动驾驶等应用程序提供更高的服务 QoS 保证，基于以太网的汽车时间敏感网络（TSN）协议将有助于解决这一问题，为自动驾驶、关键控制应用和关键流量提供高可靠性、低冗余延迟和高延迟 QoS 保证abc
软件定义汽车逐渐形成共识，操作系统和中间件是智能网络演变的核心关键基础。与移动智能终端的发展轨迹相比，汽车软件逐渐成为反映设计差异、满足用户新体验需求的主要手段。辅助驾驶和自动驾驶功能、智能驾驶舱和远程在线更新应用程序，不断增加车辆代码，也促进大众、丰田、上汽等传统汽车企业成立软件部门。例如，上汽零束的整车全域及全生命周期 OTA 解决方案（XOTA），多达40个底盘、动力、车身、智能驾驶、娱乐等 多个控制器的升级刷写提供车辆软件版本管理和全生命周期覆盖，有利于研发、制造和售后全生命周期闭环的形成。同时，操作系统和中间件作为系统软件的核心，引起了广泛关注。智能网络汽车推广组（ICV-2035作系统的核心关键技术，培育应用生态系统，成立了操作系统工作组。国家汽车标准化技术委员会等行业组织将操作系统纳入标准化重点。北汽极狐、赛力斯等配备华为操作系统的车型 2021 基于英伟达自动驾驶平台的第一款车型将于今年内陆续发布。 2022 年下半年正式量产。当前，我国操作系统还未形成较为成熟完善的主流标准架构，不同中间件软件接口仍存在差异性。面对智能汽车和网络汽车的发展和变革，研究和突破操作系统核心关键技术，掌握中间部件标准的制定，将有助于提高中国在操作系统领域的国际话语权。智能驾驶舱已成为汽车第三空间数字革命的重要载体。随着车载屏幕的大屏幕/异形化，传统消费电子应用逐渐迁移到车端，智能驾驶舱可以更人性化地洞察和满足驾驶员在车内的不同需求，通过各种数字、网络和智能手段。触摸屏、语音交互、手势识别、增强现实抬头显示（AR HUD）多模式交互不断发展演进。其中，语音交互是最自然、最方便的人机交互方式，车载语音系统的发展注重自然语言处理 在后期，自然语言理解更加注重数据计算能力 汽车资源整合能力；手势识别是汽车互动模式的新趋势，技术还不成熟。手势识别可实现电话接听、音量调节、歌曲切割、导航控制、座椅调节、天窗调节等，交警和行人的手势识别或结合驾驶员手势识别建筑和环境的应用；驾驶员检测系统（DMS）早期以安全监测为主，逐步探索 ADAS、随着成本、硬件尺寸等因素的提高，人车互动等个性化服务和应用方向的发展，以 AR 基于技术的抬头显示将结合传感器信息 ADAS、导航、信息娱乐内容等方面发挥着越来越重要的作用

车联网多层次平台体系结构基本形成共识，核心业务逐步明确，部分关键技术需要进一步测试验证。车联网多层次平台可根据边缘、区域、中心三个维度进行横向解构。其中，边缘MEC 平台建在边缘机房，通过蜂窝通信模式提供社区级微观交通服务。区域 MEC 平台部署在边缘 MEC 平台上可以有一个或多个边缘 MEC 平台联动，提供区域宏观交通服务，实现用户管理、数据收集和业务调度。建在区域内的中心平台MEC 提供广域级宏观交通服务，作为业务应用的顶层。在纵向维度上，可以根据业务和管理进行分解。在业务方面，各级平台共同承载车联网综合数据底座、车路协同事件、新闻服务等业务功能，支持车路协同辅助/自动驾驶应用、公共交通出行、交通管制等服务。在管理方面，各级平台共同负责路边基础设施运维管理、车联网用户管理、平台安全管理等管理功能，为行业可持续运营提供基本支持。平台的业务面与管理面相结合，支持车路协同场景的实现。前期，中国通信标准化协会立项C-V2X 业务的 MEC》从需求与架构、服务能力与开放接口、功能与性能评价、跨域协调等方面开展标准化工作。下一阶段，多厂家路侧设备的统一接入能力、多层级平台的功能协同、跨平台数据互联互通与应用服务一致性等关键技术将成为行业内测试与验证的重点
协调推进多方角色，不断提高产业成熟度。车联网平台供应商主要包括基础云服务供应商、平台集成商、应用服务提供商等。其中，华为、联想等基础云服务提供商提供云平台软硬件 ICT 主要提供腾讯、阿里、百度、电信运营商 IaaS、PaaS 平台集成商包括海信、易华录等传统交通集成商，以及天安智联、云控智行等新兴企业，百度、阿里、腾讯、京东等互联网巨头也从提供车联网应用服务入手，延伸到集成商的角色。此外，由于车联网跨行业的突出应用特点，车联网平台的建设呈现出多主体合作的趋势。例如，天安智联、腾讯、华为与天津极客网联合作，在天津（西青）车联网先导区打造车路协同运营支撑平台，包括车路协同基础平台、应用平台、运营平台、引擎平台的“四平台”，以及车路协同运维管理体系和安全保障体系的“两体系”，支持与现有交通管理平台进行数据交互，支撑车路协同丰富的应用场景。此外，无锡、长沙、重庆、北京、武汉等地在车联网平台建设与运营方面也取得了显著成果。在多方角色助推下，平台产业成熟度目前呈现以下特点：一是互联网企业、智能交通集成商等依托其在城市大脑、传统智能交通平台等方面的积累，快速开发出车联网与智慧交通融合的平台产品并不断迭代。此类平台的成熟度、可用性、展示度较强，通常可部署在区域平台或中心平台，服务于提升区域交通的调度管理能力及整体通行效率；二是面向车联网行驶安全、大数据流量等业务的边缘平台仍处于验证阶段，电信运营商、设备商等积极联合汽车与交通行业企业在各地方建设 MEC 与C-V2X 融合测试床，对网络架构、端到端时延、应用场景可靠性等关键技术指标进行研究与验证
各地方围绕平台积极探索建设与运营模式，但分散化、碎片化建设的问题逐渐凸显。各地方陆续明确本地承担智慧城市平台建设的国有平台公司作为车联网平台投资建设主体，以促进车联网与智慧交通、智慧城市的数据互通业务融合。不再单一追求短期收入也考虑推动绿波通行、超视距感知、特殊车辆优先通行等重点场景以提升平台的社会价值。同时积极拥抱电信运营商、交通与汽车行业企业、互联网公司等主体参与平台的联合运营。例如，天安智联在无锡、天津积极参与业务运营，百度在广州、重庆等落地运营公司开展自动驾驶示范业务。但另一方面，由于各地平台建设时缺乏统一的顶层规划，不同省、市、区的车联网平台隶属于不同主体，数据服务于不同政府部门或行业企业，在推进车联网规模化商用进程中形成了信息孤岛，导致跨平台、跨区域的业务不一致、不连续。下一阶段，亟需推动产业形成统一的车联网平台基础业务底座，建立逻辑统一的管理与运营的顶层机制，完善平台标准体系，探索形成基础设施运营、数据运营、应用服务运营相互耦合的模式闭环

高精度地图及定位技术呈现多元化发展趋势，在车联网领域应用广泛。高精度地图作为车联网、自动驾驶、智慧交通应用中的数字底座，在传统导航电子地图的基础上，新增高精度、高鲜度、多要素等特点。由于其不受天气、障碍物等因素的影响，高精度地图将起到环境感知增强的效用，为车辆提供车道级定位、规划、决策等功能，但同时也面临着覆盖率不足、生产成本高以及法律法规等多方面挑战。高精度定位方面，为保障定位结果的连续性、可靠性和稳定性，考虑到目前单一的定位技术方案尚存在局限性，面向车联网应用的高精度定位方案通常采用相对定位与绝对定位相结合的多种技术方案。其中，以北斗导航定位系统为代表的 GNSS 作为目前车联网定位的基本方式，具备覆盖范围广、成本低等优势，但因为卫星信号遮挡或者多径的影响，在城市楼宇、高架桥下、地下停车场、隧道等场景会存在定位质量“降级”的现象。考虑到惯性测量单元（IMU）更新频率高以及不受环境影响的优点，通常将 GNSS与 IMU 结合构成主流的融合定位方案；同时亦可进一步融合摄像头、激光雷达、毫米波雷达等传感器以及高精度地图等技术实现高精度定位。多种技术融合的定位方案将有效弥补单一定位方案的缺点，以实现全天候环境下高精度定位结果的稳定输出，以满足车联网及自动驾驶的应用需求
高精度地图及定位产业链条丰富，覆盖终端芯片、运营服务等多个方面。终端芯片方面，汇聚北斗星通、司南导航、华大北斗等龙头骨干企业积极开展芯片自主设计、终端产品研发工作并为主机厂提供面向智能座舱、智能驾驶等产品解决方案；运营服务方面，千寻位臵、中国移动、六分科技、腾讯等企业在全国建设高精度定位网络，为未来车联网的全域普及提供良好的应用环境；高精度地图方面，除百度、高德、四维图新等传统图商以外，中海庭、华为、宽凳科技等企业也积极布局，为行业提供高精度地图服务。在示范应用方面，不少车联网先导区或示范区已把高精度定位网络及高精度地图作为规划建设基础设施的重要组成，为车辆提供城市级的高精度地图和高精度时空服务，助力智慧出行、城市治理等应用更好地落地实现
车联网及自动驾驶应用的不断演进，也给高精度地图及定位提出更高的性能要求。在全域范围保证服务质量的一致性和连续性成为需要解决的核心问题。目前技术方案上存在多种方案，企业将结合城市道路、矿山、港口等工况环境以及安全类、效率类、高级别自动驾驶等应用场景需求进行融合方案选择。同时，面向下一阶段的车辆商用量产，成本与定位性能之间的平衡是企业亟需解决的另一个问题，路侧辅助的定位方式也成为产业关注的重点

伴随联网车辆的加速渗透和连接能力的持续升级、以及全国各地路侧网络和设施平台的加速扩展，车联网网络安全和数据安全风险亟需关注。从落实车联网网络和数据安全保障工作的责任主体看，主要包括汽车生产企业、路侧设施建设运营企业和第三方应用服务商。在车企视角下，风险主要来自三个方面，一是汽车自身网络安全，车载联网终端（T-BOX）、车载信息娱乐系统（IVI）、软件在线升级系统（OTA）等设备和系统是网络攻击的重点对象，攻击者往往利用联网设备的系统漏洞进行跳板式攻击，进而干扰车内部件功能。二是汽车通信安全，车内通过 CAN 总线、车载以太网等技术实现车内部系统和设备间通信，车外通过车载诊断接口（OBD）、无线通信技术（WiFi、蓝牙、4G/5G、C-V2X 等）与外部实体和平台进行信息交互，攻击者通常利用身份认证或数据加密缺陷发起攻击，产生伪造、篡改、窃取等安全风险。三是车联网服务平台安全，汽车与相关车联网平台连接获取服务，面临传统信息服务平台安全威胁，攻击者可以远程发起拒绝服务、暴力破解、恶意脚本注入等攻击。在路侧视角下，风险主要来自两个方面，一是路侧设施安全，包含摄像机、雷达、信号机、通信设备等，攻击者可以利用设备漏洞入侵并篡改信息，扰乱交通秩序。二是业务服务系统平台安全，包括相关车联网云控平台、边缘计算平台等，攻击者可以通过其他终端设备的漏洞入侵平台，获取相关敏感信息。在第三方应用服务视角下，风险主要存在于车端应用（APP）与第三方应用服务系统后台连接过程中，面临网络攻击、通信协议破解、代码反编译、用户数据窃取等安全威胁，如果第三方应用还涉及到车辆控制功能，甚至可能存在车辆远程恶意控制风险。
近年来，产学研用各方主体高度关注车联网安全技术研发和应用，部分风险已经能够有效应对，针对车联网特有安全问题，身份认证、安全防护等技术逐渐得到创新应用。身份认证技术是解决车联网通信安全的核心手段，车与云、车与车、车与路、车与设备四类通信场景均需要以可信数字身份为基础保障业务安全开展。基于公钥基础设施（PKI）和商用密码的数字身份认证技术得到产业共识，通过为车辆、路侧设备等赋予可信的“数字身份”，确保各类主体的身份鉴别，抵御非法主体的伪造、篡改等安全攻击。工信部高度重视，于 2021 年组织开展车联网身份认证和安全信任试点项目工作，61 个试点项目入选，鼓励汽车、地方建设完善身份认证基础设施，并通过接入相关车联网安全信任根和工业和信息化部车联网安全信任根管理平台，实现跨企业、跨行业、跨地区互信互任和互联互通。卫士通、信大捷安、吉大正元、格尔软件、数字认证、晟安信息等企业陆续推出商用化解决方案，拉动安全芯片、软件算法等企业推进身份认证产业链加速成熟。车内网络安全防护是保障车辆自身安全的核心，当前系统级防护能力仍处于不断摸索阶段，核心技术产品仍需加强攻关。车端入侵检测与防御系统（IDPS）技术产品不断成熟，东软集团、奇虎 360 等众多企业产品已经能够实现对车辆内部 CAN 网络、车载以太网以及关键 ECU 的监视和保护，可以在车企安全运维人员协助下，建立对车辆网络安全状态的监视和响应处理能力。为满足车内海量数据安全通信的认证和加密处理，车规级安全芯片需求显著爆发，上海芯钛、信大捷安、紫光国微、华大电子等企业陆续完成车规级高性能安全芯片研发，但处理性能和稳定性仍需不断验证，产品价格和车企需求尚未有效平衡，仍需相关政策资源加大支持。此外，车载 APP、软件在线升级 OTA 等新业态，对车企产品的持续性安全运维带来挑战
车联网数据是实现各类应用业务的基础资源，尽管法规体系日趋完善，但针对性数据保护技术和产品仍处于探索起步阶段。各类车联网设备、应用数据采集规模持续扩张（车内外视频/音频数据、车辆行驶数据、用户个人数据、地理信息数据等），现阶段主要采用数据加密、访问控制、安全审计等技术，实现对车联网数据的安全存储、安全传输、分级访问控制，但针对数据脱敏和数据共享尚未建立有效防护机制。近年来，相关企业陆续提出利用区块链、隐私计算等技术，实现车联网数据隐私保护与安全共享，安恒信息、启明星辰、天融信、奇安信等传统安全企业已经能够提供数据脱敏、数据泄露防护等产品，积极研究隐私计算和零信任安全，布局车联网数据安全防护领域。百度、奇虎 360、天融信、国汽智联等企业积极构建智能汽车和云平台等数据安全态势监控平台，但仍需进一步在验证实效基础上推广应用

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