個人購買力增加，擁有汽車的數量也隨之成長，不時衍生許多交通事故，造成不必要的人員傷亡與資源浪費，各國政府無不積極思考解決之道；於是，整合車輛和道路，以各種資訊、通訊及控制技術系統性地解決交通問題的想法油然而生，帶動智慧型運輸系統(Intelligent Transportation System, ITS)興起。
國際間有關車輛智慧化發展的計畫，早期主要強調以電信網路作為汽車通訊時的手段；但在搭配全球衛星定位系統(GPS)後，便形成汽車的各項加值應用服務。此外，汽車主動式安全方面的技術研究，尤其是汽車的碰撞預防與警示等攸關駕駛與乘客生命安全的項目等等亦逐漸受到各國政府與車廠的重視，先進安全車輛(Advanced Safety Vehicle, ASV)計畫即是在此背景下誕生。
AVS計畫初期以影像處理及毫米波雷達等技術為基礎來建構獨立式的車輛防撞與駕駛安全技術，例如適應性巡航系統(Adaptive Cruise Control, ACC)、道路維持輔助系統(Lane Keeping Assistance, LKA)及智慧型夜視系統(Intelligent Night Vision System, LNVS)等；近期則規畫將諸多車對路、及車間通訊技術進行整合，藉由車輛內部的電子感測元件收集資訊，並與路側的通訊基礎建設相連結，以促成車輛與周邊行車環境互動，實現行車主動安全的即時性與效率化。
由此可見，在車輛的智慧化發展過程中，各種主被動式汽車電子元件的技術固然重要，與車載資通訊技術的整合才是真正賦予車輛靈魂的關鍵角色，以車載資通訊(Telematics)結合汽車電子技術將是智慧化車輛的未來發展趨勢。
無線技術進駐車用網路
Telematics服務是一種整合的應用，結合資訊、通訊及汽車電子技術，滿足行車環境之各項需求如便利、交通、溝通、娛樂、安全與商務等。目前世界主要先進國家均著重於第三代Telematics技術之開發，而在最為關鍵之通訊實體層技術中，日本各車廠與美國通用(GM)早先於2005年已透過參與執行先進安全車輛研發計畫ASV-3成功開發出以IEEE 802.11a實體層技術進行修改、並結合GPS、及以76GHz為中心頻率之毫米波雷達(Millimeter-wave Radar)為基礎之車間通訊技術。
但由於其成本高昂，距離商業化應用尚有一段距離；目前反而是以由美國交通部結合八大車廠與各州交通廳，共同規畫執行之車輛基礎設施整合(Vehicle Infrastructure Integration, VII)計畫所使用之5.9GHz WAVE/ DSRC車輛專用短距離通訊技術尤為全球所矚目(圖1)。若一切如期進展，將於2010年後提案呈交國會，2011～2012年全國布建。預估美國主要路段布建二十三萬九千個路側單元(Road-Side Unit, RSU)，且所有銷往美國之車輛皆須加裝DSRC 5.9GHz車載設備。得益於IEEE的努力推動，實體層技術已經成為IEEE技術標準規範之一，稱為IEEE 802.11p。
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| 資料來源：US DOT VII、拓墣產業研究所 圖1 VII系統之車內資訊網路 |
由於行車環境下，個別車輛多半處於快速移動狀態，彼此間的相對位置與速度變化使得通訊的品質與可靠度較難以掌控；此外，車輛行進間因此要實現安全可靠的車間通訊服務，便不能只依靠單純的實體層技術完成。大體而言，WAVE/DSRC車間通訊是由通訊實體層、通訊網路層技術以及車輛網路層等幾項技術建構而成。
VII採用基於IEEE 802.11p標準之短距通訊(DSRC)技術為其主要平台，透過車輛與其他車輛(V2V)與道路旁設施(V2I)之資訊交換，達到安全、效率、節能的目標(圖2)。由於美國是全球最大的汽車消費市場，該標準應會左右部分歐日標準的制定，日本標準尤其可能向美國看齊。
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| 資料來源：美國交通部-ITS、拓墣產業研究所 圖2 VII系統架構 |
實體層採用IEEE 802.11p技術規範
美國材料試驗協會(ASTM)組織為了發展專用DSRC技術，因此針對北美地區不同廠商的電子收費系統(Electronic Toll Collection, ETC)技術進行評估，當時以休斯公司的DSRC標準雀屏中選，這個規格的特色在於「採用915MHz頻段、利用分時多工(TDMA)作為通訊方式，以及含有主動式車載單元(On-Board Unit, OBU)」。但由於915MHz方面的頻道寬度，無法支援大檔案的傳輸(DSRC規範僅能支援0.5Mbit/s的傳輸速率)，且傳輸距離僅有30公尺；因此美國聯邦通訊委員會(FCC)決定將5.9GHz這個頻段資源應用在汽車通訊上(DSRC規範可支援6M～25Mbit/s的傳輸速率)，傳輸距離提升為數百公尺。
ASTM組織確定DSRC規範–E2213-02時，便將5.9GHz頻段納為規格制定方向，並決定採用IEEE 802.11a作為傳輸技術。E2213-03受到FCC的青睞，成為北美DSRC規範。後來，ASTM決議將E2213-03標準規格移往IEEE聯盟制定，期待以IEEE聯盟的勢力，對DSRC規範的推廣將有所助益，因而催生IEEE 802.11p。IEEE 802.11p標準以與E2213-03相容為出發，採5.9GHz頻段，利用IEEE 802.11a作為通訊技術。IEEE 802.11p的應用以DSRC原先所規畫的方向為主，並加強車用安全，包括碰撞警示、道路危險警示等。
為避免規格不一影響到市場接受度，IEEE 802.11p除了與ASTM E2213-03相容外，也與ISO組織專門制定車用規格的TC204(Intelligent Transport Systems)的工作小組WG16建立溝通管道，TC204 WG16也決議將支援最終的IEEE 802.11p版本。TC204 WG16制定的CALM M5(Communication Air interface for Long and Medium range–Microwave 5GHz)，主要規範車子快速移動時，車對車通訊、不斷線通訊與多媒體影音下載等應用。
CALM M5採用5GHz頻段，因此也是利用IEEE 802.11a作為傳輸技術(CALM還有其他版本，有利用2.5G與3G作為通訊技術的CALM Cellular等)。圖3為此規格所操作之頻率使用範圍，頻道178為控制頻道範圍，為任何車載設備皆可存取之頻帶，而其他頻帶存取皆由路側通訊設備指派。
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| 圖3 IEEE802.11p操作頻率使用範圍 |
在車輛行駛於道路上，連線至網際網路，如圖4所示，路側通訊單元之道路設備有其接口可達網際網路，而車輛形成一基本服務集合(Basic Service Set, BSS)，其中車載設備藉由道路設備提供具服務品質的媒體傳輸。
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| 資料來源：作者整理 圖4 車輛RSU通訊情境示意 |
IEEE 1609.1～IEEE1609.4為汽車通訊專用協定
為降低車間通訊時，實體層以上過多的通訊協定造成資訊傳輸延遲，並確保車間通訊過程中通訊網路與資訊傳輸可靠性，IEEE亦通過IEEE1609系列通訊協定，作為汽車通訊時的專用協定(圖5)。
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| 資料來源：作者整理 圖5 IEEE 1609.x系列通訊協定堆疊 |
IEEE1609標準由IEEE汽車技術學會智慧型運輸系統委員會發起，主要為支持美國運輸部的汽車基礎設施活動和智慧型運輸系統項目提供無線通訊元件。這些試用標準計畫將根據實驗結果進行更新，擬於2008或2009年成為正式使用的標準(表1)。
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表1 目前已獲批准的IEEE 1609系列 |
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| 標準 | 範圍 | 內容 |
| IEEE 1609.1 | 汽車環境中無線存取試用標準–資源管理 | 規定多個遠端應用和資源管理間的控制互換流程 |
| IEEE 1609.2 | 汽車環境中無線存取試用標準–應用和管理資訊的安全服務 | 幫助機動車輛與其他車輛和路側通訊系統進行互動，進而獲得安全和旅行的相關訊息，包括WAVE資訊安全抵制竊聽、電子詐欺和其他襲擊的方法。 |
| IEEE 1609.3 | 汽車環境中無線接取試用標準–網路服務 | 定義支援該無線連接的網路和傳輸層中的服務，屬於車輛與車輛，以及車輛與路側通訊系列標準。 |
| IEEE 1609.4 | 汽車環境中無線存取試用標準–多通道運行 | 規定通訊協議媒體接取控制介面和IEEE 802.11p的多通道運行對單通道運行 |
| IEEE P1609.0 | 作為一項架構檔，正在籌備中 | 將對WAVE系統和其元件及運行進行整體的介紹；同時有助業內人士善加理解其他WAVE標準和IEEE 802.11。 |
資料來源：作者整理
「車用隨意網路」奠定動態車網雛型
當多數車輛皆安裝具備車間通訊功能之車載機行駛於道路上時，每輛車所提供的通訊電波無形中形成了一個高動態、高變化且極為複雜的通訊網路，此時任何一輛車隨時隨地皆有可能發送自身資訊給其他車輛，或是接收來自於周遭數量可觀的「鄰車」所發出的資訊。
這些資訊種類又非常多樣化，有些資料屬於駕駛安全與碰撞警示性質、有些則是屬於加值訊息；此一車輛間形成的複雜隨意網路參雜了位置、時間(時效)、資訊種類、交通環境等眾多變因，讓汽車通訊環境中的干擾問題變的更為詭譎多變，不為用路人與車廠、甚至交通管理機關所樂見，因此眾多專家學者將研究方向轉移至解決上述問題，企圖在複雜多變的車輛隨意形成的通訊網路中找尋到可靠且合理的運作模式。
近年來，隨著「車用隨意網路」(Vehicular Ad-hoc Networks, VANet)在研究上的前瞻性與未來的高應用價值，各國產官學界無不競相投入先期研發的行列。目前國內外的行動Ad-hoc Network研究主要考慮網路連接性問題，以及車輛網路中的資訊流動與傳輸模式；美國洛城加州大學分校(ULCA)的網路研究實驗室即開始研究如何在車用網路中提供點對點(P2P)功能，但尚未考慮到社群網路、例行內容及探索等技術。
德國的車輛網路(Network on Wheel, NOW)專案專注於「行車溝通的通訊協定設計」與「資料傳輸的安全議題」等兩大研發重心，IEEE的DSRC研究團隊則針對「行車間車輛的通訊」(Inter-Vehicle Communications, IVC)與「行車對路側通訊設備的通訊」(Roadside-to-Vehicle Communications, RVC)定義約四十種的相關應用，皆顯示出國際上對VANet的相關應用與研究發展之高度重視。雖然車輛自動駕駛尚待一段時間才可完全實現，但行車間自我組織形成(Self-Organized)的通訊網路，其應用發展無疑將成為VANet領域中未來的主要研究方向(圖6)。
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| 資料來源：作者整理 圖6 VANet情境 |
業界攜手創建中介軟體服務平台
為使服務可方便地在遠端及在使用者閘道器間部署，業界共同訂立一個開放性服務平台，於1999年3月成立「規範開放性的服務閘道器組織」(Open Service Gateway Initiative, OSGi)。以往無OSGi時，如果有使用者想要某服務商所提供的服務，使用者必須購買此服務商所出產的閘道器或軟體等，才能使用此服務；例如使用者如欲使用GPS導航服務，就必須購買GPS的軟硬體裝置才能使用。
此外，不同廠商所生產的產品無法簡便替換使用，例如使用者買了A廠所生產的軟硬體，若想把軟體部分改成平時慣用的B廠產品，目前即使能做到，對使用者來說仍不便利。再者，此裝置的擴充性是按照廠商所生產的產品內部所決定，使用者大多只能使用同一廠商所提供的擴充功能。
OSGi出現後，上述問題將大幅改觀。使用者只要購買符合OSGi規範的車用閘道器，再購買或使用免費的GPS服務，此服務就會自動下載到閘道器上並自動安裝，而使用者也能自行挑選想要哪些擴充服務，經由同樣方便的部署方法，使用者便能輕鬆的享受服務。而且透過此開放性的規範，使用者即可挑選不同的服務商所提供的服務，服務之間也能互相溝通且搭配使用。OSGi具有以下幾個優點：
| 此規範是利用Java平台來達到與作業系統區隔的目的，由於規範是架構在Java虛擬機上，服務開發者毋須對運作環境的作業系統考慮太多。 |
| 使用者可自行選擇要使用哪些OSGi服務，即使這些服務不是由同一家廠商所提供，只要符合OSGi規範即可，使用者可藉此享用多重服務。 |
| 透過此規範，使用者不必管這些服務如何安裝或移除；只要向廠商說明要安裝哪種服務，廠商就會自動透過此規範所對應的架構，將服務安裝至使用者的閘道器中。 |
OSGi架構有框架(Framework)、組合包(Bundle)，以及服務(Service)等三個元件，簡單來說，Framework是架構於Java虛擬器(JVM)之上，提供介面以及管理Bundle的機制；Bundle則是在Framework上執行、用以提供服務的組合包；Bundle可透過Framework，方便地部署在OSGi Framework上。Bundle所提供的服務甚至還可透過OSGi Framework平台提供給其他Bundle，讓Bundle與Bundle之間可一起協同合作。圖7為OSGi的縱觀架構。
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| 資料來源：作者整理 圖7 OSGi技術架構 |
OSGi發展組織為擴大中介軟體(Middleware)平台的應用範圍，特別成立「汽車平台專家群組」(Vehicle Expert Group, VEG)；其主要任務為針對汽車應用研究並規畫符合車內駕駛環境下的各項服務，以及如何透過OSGi平台的功能予以精簡及效率化，將車內各種通訊介面、人機介面以及汽車電子元件加以整合(圖8)。2007年3月，VEG於例行專家會議中提出相當完整的技術需求規畫，並整理歸納出八項最重要的技術需求(Top-8 Requirements)：
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| 資料來源：CTAG OSGi Activities、Eindhoven、資通所整理 圖8 OSGi-VEG車輛系統平台整合 |
| 規畫開發一車輛物件模型(Vehicle Object Model)，讀取車內或車外所有靜態與動態車輛資訊的統一化介面，以作為各車廠於平台設計製造時的遵循規格。此模型將涵蓋車內控制與通訊網路、群組軟體伺服器樹(Groupware Server Tree, GST)、保全(Security)和授權(Authorization)等。 |
| 開發以車輛導航為基礎的定位服務介面，包含服務點位資訊(Point of Interest, POI)、衛星定位技術、導航路徑的規畫/指引、地理圖資的處理(資料庫更新、擴展)，以及交通路況資訊等。 |
| 規畫開發車輛之通訊鏈路管理自動化，包括根據應用服務的型態，在電信網路、車間通訊網路以及數位廣播網路間的有效切換等。 |
| OSGi車用服務平台中，原生碼(Native Code)與組合包(Bundles)的統一與管理。 |
| 嚴格要求反應時間，不容許延遲發生。 |
| 包含與車內控制平台AutoSAR連結的定義與介接，以及OSGi與AutoSAR兩者之物件介面間的整合。 |
| 車輛內部資料庫的定義與存取介面制訂。 |
| 制訂人機操作的API，使未來各項先進的駕駛操作硬體元件可與OSGi平台快速整合。 |
OSGi是基於JVM下一個有效且方便管理服務的Framework，透過把服務包成一個個Bundle，OSGi Framework能極方便地進行Bundle部署/管理或更新/移除。Bundle之間也能透過提供服務給其他Bundle，或是採用其他Bundle提供的服務來減低開發時程，使Bundle之間可協同運作。
透過此機制，OSGi Framework只須安裝新的Bundle即可擴展功能，使用者不必煩惱如何安裝新服務、移除舊服務或設定服務，因此OSGi的軟體模組化設計概念，將對於在車輛平台的設計與應用產生非常實用的整合效果，以單一中介服務平台即可達成車內與車外各種資訊、通訊的效率化管理，以及應用服務的快速開發推展。
「資通訊驅動服務」給予台商發揮的新舞台
乍看之下，全球Telematics應用需求會是從安全(Safety)及保全(Security)相關服務開始，然後才是資訊和娛樂之類的應用。然而由於電信業者和營運商積極介入電信服務的經營，因此，多元化的資通訊相關應用提供將會與Safety及Security類別的服務同步。
這種平行化的發展情勢提供台灣廠商絕佳的機會，因為資通訊技術(ICT)是台灣的強項，若資訊和娛樂方面的創新應用及其關鍵技術能成功發展，可強化國際車廠以Safety和Security為應用導向之車機產品的差異性，有助於品牌形象的塑造、附加價值以及汽車銷售數量的提升；台灣的ICT廠商對於國際車廠而言，具有十足加分效果。相較於ICT產業，我國缺乏國際級的大車廠，故在Safety及Security相關應用服務與核心技術的策略發展上，應與國外車廠合作，才能成功切入國際舞台。
另從技術發展趨勢上來看，WAVE/DSRC將會是V2V和V2I的主流標準。然而OSGi-VEG的成立，其開放式架構開啟了原本封閉、專屬性甚高的汽車市場，故發展符合汽車需求之OSGi R3&R4關鍵中介軟體亦是車輛智慧化的發展趨勢。而車用隨意網路(Vehicular Ad-hoc Network)、行動點對點傳輸(Mobile P2P Communication)、合作系統(Cooperative Systems)、社群網路(Community Network)、保全與隱私權(Security & Privacy)和獎勵模式(Incentive Model)等是車載資通訊創新應用的「促成科技」(Enabling Technology)。
隨著電子零件在汽車中所占的成本比例越形重要(2001年占整輛車的19%，預估到2010年將會增加至40%)，汽車產業在某種程度上，逐漸向ICT產業靠攏，邁向整合式平台與開放式架構；從私有規格邁向使用標準化元件，將可降低成本。此外，大部分車廠也都投資經營車載資通訊服務提供(Telematics Service Provider, TSP)的業務；這是繼車廠跨入維修服務後，又向前邁進一步。畢竟服務業能提供持續性的營收。
然而，現代化的服務業是所謂的「資通訊驅動服務」(ITC-enabled Service, ITCeS)，趨勢上是以單一整合式平台提供多樣化的服務。由美、日等智慧化車輛的發展經驗可知，車路協同運作系統(包含車路與車間通訊)的安全技術中樞就是無線通訊，也將會是下一波發展的主軸。美國VII計畫規畫以符合IEEE802.11p標準之DSRC為主要通訊技術，同時實現車路與車間的互相通訊，可達成交通紓解智慧化、有效提高駕駛安全，亦可實現諸如ETC、行動電子商務等公領域及私領域各項應用服務。
先進的汽車電子科技與下世代車載資通訊技術的完善結合，其最終效果都將於車輛的運作與行駛過程中一一展現，因此車輛的智慧化，其實就是車內與車外環境有效連結的結果。
(本文作者任職於工研院資通所)
