在美国国家公路交通安全委员会 (NHTSA) 快速立法的驱动下，在未来几年，我们将看到全新一代的互联“智能汽车”。这些新车将在将与其他车辆和交通管理中心网络进行不断的无线通信，提供有关实时交通状况的信息流。一旦法规全面实行，效益将包括降低交通事故死亡率、减少交通拥挤以及节约时间、金钱和汽油。
您可能已经熟悉车辆与固定地面接收站之间的无线通信。GM 的 OnStar 诞生于 1995 年左右，为语音和数据通信采用 CDMA 移动电话技术。而更近一点，Ford、Chrysler 和 BMW 已推出访问各种安全性、便利性和信息娱乐服务的系统。然而， 下一代智能汽车将远远超出这些专有系统。
车辆到基础设施 (V2I) 系统将允许车辆与交通信号灯、道路标识和其他基础设施进行无线通信。车对车 (V2V) 通信将允许车辆与彼此直接交流，交换有关速度、方向和位置的信息。这两个系统统称为 V2X。
图 1：利用 V2X 的车辆安全情景。（来源：IEEE.org）
据一份 NHTSA 报告估计，V2V 系统将解决高达 79％ 的潜在车祸，V2I 系统将解决 81％ 的所有事故。
如何让驾驶员受益于智能互联车辆？
• 变道协助：智能汽车将能够帮助驾驶员在没有清晰视野的情况下转换车道。在 V2V 通信的帮助下，车辆可以提醒迎面而来的汽车驾驶员，以避免迎头相撞。
• 路口协助：智能车辆将意识到进入交叉路口的其他靠近车辆，并可以提醒驾驶员或施加制动。
• 减少拥堵：V2I 系统将提醒驾驶员交通拥堵情况，从而减少事故的发生和交通延误；拟议的交通管理中心 (TMC) 网络将通过 Wi-Fi、专用短程通信 (DSRC) 系统、卫星或蜂窝系统与每辆车进行通信。智能交通灯可以根据大范围交通模式改变状态，以最大程度地减少总体拥塞。
• 节省时间和金钱：V2I 将能够帮助减少每年在交通堵塞中浪费的汽油量，节约驾驶员的时间（每年约 55 亿小时），并节约每年约 19 亿加仑的汽油。
• 扩展的安全应用：智能汽车将能够提醒驾驶员这些情况：车辆静止不动或停放；前方车辆突然停止或减慢；交通模式突然改变。
这些系统的推出时间有望比你想象的更早。GM 首席执行官 Mary Barra 在 2014 年 9 月的底特律智能交通系统世界大会上宣布，V2V 技术将被纳入 2017 年 Cadillac CTS。该系统将由 Delphi 提供，使用来自 Cohda Wireless 和 NXP 无线芯片组的应用软件。而就在今年 5 月，美国运输部长 Anthony Foxx 宣布加快 NHTSA 要求在新车上安装 V2V 设备的提议的日程。
隐私和安全担忧
当然，互联车辆会有很多好处，但它也有缺点。隐私和安全是尚待有效解决的两个问题；这些问题只会随着无线连接的普及变得更为迫切。
驾驶时的隐私受到损害，甚至是在现有车辆上。美国参议院工作人员的一份 2015 年报告发现，50% 的汽车制造商提供收集驾驶历史数据并将它无线传输到数据中心（包括第三方数据中心）的技术。收集的具体数据因制造商而异，但可能包括当前位置、车辆速度、最后停放位置以及行驶距离和时间。
图 2：收集和传输驾驶历史数据的汽车制作商百分比（来源：Edward Markey 参议院办公室）
在安全方面，大多数现有的车载网络没有设计成安全的。在最近的一次网络安全会议上，专家称大多数车辆有超过 50 个脆弱的“攻击点”。
我们说的不仅仅是无线连接。现代车辆有多达 50 个嵌入式控制器，这些控制器通过控制器局域网 (CAN 和本地互连网络 (LIN) 等本地网络进行交流。如图 3 所示，必须保障安全的代码总量有 1 亿行，这让其他复杂应用程序的代码总量相形见绌。
图 3：按代码行数划分的软件大小比较。（来源：Delphi）
安全故障的后果可以是财务方面的（车辆被盗），甚至可以是致命的。在 2013 年一项由美国国防高级研究计划局 (DARPA) 资助的研究中，两位研究人员展示了他们能够使用电缆将一台笔记本电脑连接到两个不同的车辆计算机系统，通过 CAN 向不同的控制单元发送命令，从而控制发动机、刹车、转向和其他关键汽车零部件。最近，黑客远程访问了一辆行驶在高速公路上的车，并成功停止了发动机运转。
在发现这样的问题时，它们通常可以通过安全修补程序解决（上述例子即采用了这种方式），但是我们需要的远不止这一点。物联网社会正在面临很多同样的问题，所以大量精力被投入开发强大的标准化加密和身份验证解决方案。
除了直接威胁到车辆，汽车零部件供应商（和他们的律师）担心的其他与安全有关的领域包括：
• 车内使用的移动媒体信息的安全性，如受版权保护的视频和音频
• 车载参数的安全性，如发动机校准、里程表读数等等
• 车载参数的准确性和有效性，如车速
• 排放控制系统的健全性
• 仿冒 ECU 的检测
V2I 和 V2V 技术概述
V2V 和 V2I 已等待了很长时间。1999 年，美国联邦通信委员会 (FCC) 为智能交通系统 (ITS) 在 5.9 GHz 频段 (5.850-5.925 GHz) 分配了 75 MHz 频谱。在欧洲，ETSI 紧随其后，在 2008 年分配了 30 MHz。
从技术层面来看，用于 V2V/V2I 的 DSRC 系统在几个方面有别于现有的移动通信系统：
1) 用户（车辆）可以不依靠专用协调元件（基站或接入点）与彼此通信；
2) 源站和目的站都是移动的，它们能以高车速 (> 120 km/h) 移动；
3) 用户之间的通信发生在地面上，从而使三维散射的影响变得显著；
4) 该系统的范围小，通常为约 400 米。
这些区别要求新型 V2V DRSC 系统收发器的设计在恶劣的传播条件下达到高频谱效率。
对 IEEE 802.11（Wi-Fi 标准）的 IEEE 802.11p 修订定义了支持 ITS 的增强功能，其中使用的是 10 MHz 而不是 802.11 中的 20 MHz 渠道。一半的带宽等于特定数据符号传输时间的两倍。这使得接收器能够更好地应付车辆通信环境的无线电信道的特性，例如，从其他车辆或房屋反射的信号回波。
由于可用于通信的时间可能非常短暂，由 IEEE 802.11 提供的身份验证和数据机密性机制不能使用，所以它们必须由较高网络层来提供。汽车环境无线接入 (WAVE) 的 IEEE 1609 标准系列定义了体系结构以及协议、服务和接口补集，它们共同实现了安全的 V2V 和 V2I 通信。
图 4：NXP/Cohda MK5 802.11p 无线电模块（来源：NXP/Cohda Wireless）
半导体供应商 NXP在 1 月举行的消费电子展 (CES) 上展示了其安全互联汽车技术。NXP RoadLINK™ 芯片组是 V2X 通信演示的基础，小到可以安装在车顶鲨鱼鳍天线中，并采用了多标准 ITS 体系结构，包括用于密钥存储和消息签名的 IEEE 1609.2 安全功能。
图 4 中的 MK5 无线电模块由 NXP Semiconductors（硬件）和 Cohda Wireless（固件）共同开发，包括 SAF5100EL 收发器、两个 5.9 GHz 天线以及 USB、SPI 和 GPIO 接口。包括 RF 屏蔽在内，它的大小为 30 mm x 40 mm x 4 mm。该收发器包括带有 IEEE 802.11p PHY 和 MAC 的软件定义无线电。
下一阶段：自主车和 V2X
智能车辆运输另一个潜在的革命性发展是自主车辆，这种车能够感应其环境，并在无需人工干预的情况下进行导航。NHTSA 已经提出了自主车的正式分类系统，该分类系统从 0 级（驾驶员始终完全控制车辆）开始，一直到 4 级（车辆在整个行程中执行所有重要的安全功能，驾驶员不需要在任何时间控制车辆）。请注意，由汽车制造商定义的“自主”不同于“自驾”；后者暗示者完全独立（即没有方向盘或其他控件）。
智能车辆的下一阶段也呼之欲出。Google 已经在美国旧金山对它的自主车进行了测试，该自主车已经行驶了 30 万英里，其中包括 5 万英里不受任何驾驶员干预的测试。唯一记录的事故是在人为控制下发生的轻微碰撞。
到 2016 年，Mercedes 计划推出“高速公路试点”计划，这将实现无需用手操作、自主超越其他车辆的公路驾驶。同年，科技公司 Mobileye 预计将推出高速公路自动驾驶技术。即使除了技术，仍有许多问题需要解决，包括损坏责任、许可和个人阻力。
据预计，自主车将在 V2I 和 V2V 技术可用时全面整合它们。当那一天到来的时候，也许我们就终于可以在下班后回家的路上小酌几杯或小睡一下，在漫长的一天后好好放松一下自己。