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WiMAX 在 Telematics 服務系統之應用與發展趨勢
   
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  作者:資通訊產業聯盟 發表於2011/5/11 下午 04:22:05
 
WiMAX 在 Telematics 服務系統之應用與發展趨勢
資通訊產業聯盟

1、前言:
 
 近年來,Anytime、Anywhere 行動接入網際網路和無線多媒體數據業務的巨 大需求,推動了無線寬頻通訊技術的快速發展,通訊技術寬帶化、IP 化、移動化已成為未來的發展趨勢。無線通訊在人類生活中被應用的比例愈來愈高,不論是廣域的無線通訊技術如 HSxPA 系列、CDMA20001X EV-DO 系列、WiMAX 等,或是 區域的無線通訊技術如 Wi-Fi 等,甚至是短距的無線通訊技術如 Bluetooth、UWB、Zigbee 等等,均不斷地發展與成熟著。這些無線通訊技術的主要應用平台都是在強調行動生活的個人手持裝置上,但行動生活中佔有相當比例的車上生活,在這一波無線通訊熱潮中卻顯得有些保守。當網通大廠紛紛在家庭、辦公室、戶外空間極力推廣無線通訊應用時,被稱為是無線通訊未開發處女地的汽車空間便 成為無線通訊廠商的下一個目標。
 
 從另外一個角度來看,對於每天通勤的現代上班族來說,除了住家和辦公室 之外,車子幾乎是他們停留時間最長的地方,然而至今汽車仍是資訊化社會中資 訊傳輸的黑洞,當汽車使用者在汽車中待得愈久,無法從事資料存取的時間就愈 多。光是吹吹冷氣、聽聽音樂,或單向接收訊息,似乎已經無法滿足使用者需求。 使用者要求的是全面性的資訊掌控,例如多媒體影音播送、最新路況即時更新、 防盜保全功能、及時資訊存取、以及雙向且互動式的溝通等。幸好,汽車與通訊 大廠都感受到了這些需求,透過衛星、無線網路與資訊技術的結合,汽車不再是 資訊沙漠,反而搖身一變成為訊息收集與與理中心。這些加值服務可有效吸引消 費者,也使得汽車製造商獲得從製造業轉型到服務業的大好機會,且能延續其產 品的價值。

 以數位科技打造的未來概念車,近年來在知名車展中吸引了無數參展者的目光。其中,將網路、通訊、衛星定位和娛樂緊密結合在一起的數位傳訊系統,儼然已成為汽車和網通產業最熱衷的「未來」技術。「Telematics」一詞,源自 Telecommunication(通訊)Information(資訊)的合意字,表示汽車駕乘者在 車內利用無線通訊技術隨時隨地與外在環境資源做雙向的資訊傳輸,提供使用者 適時化、位置化、個人化的應用服務。Telematics 的運作模式相當複雜,牽涉 的層面甚廣。
 
 在此一運作系統中,通訊(Telecommunication)與資訊(Information)是 Telematics 的兩大核心技術。汽車內的車用電腦(Car PC、Auto PC)、或車載 資通訊控制器(Telematics Control Unit;TCU)/車載機(On-board unit;OBU), 透過無線通訊技術,連接 Telematics 服務提供者(Telematics Service Provider, TSP)、鄰近汽車、以及家庭甚至是辦公室,進行雙向的資訊交流。

 綜括 Telematics 的服務項目,可以概分為兩類:Pull-type 和 Push-type,如圖二所示。顧名思義,Pull-type 是「拉」出汽車所產生的資訊,以無線通訊技術,傳送至鄰近的汽車或是後台客戶服務中心,進行資訊交流,提供相對應的服務,如路況資訊、遠端診斷服務、緊急救援、失竊車輛追蹤、氣囊啟動通知等等。Push-type則是外部的機構將服務「推」送至汽車內,透過互動的機制,駕乘者自由的去選擇所想要的服務,像是行動商務、旅遊景點介紹、便利資訊、即時生活資訊、音樂下載、網路遊戲等。不論是 Pull-type 或是 Push-type,都可以藉由雙向溝通的模式,建立起消費者與系統服務商之間即時的傳遞橋樑,實現真正的個人化服務,讓汽車不再只是單純的交通工具,而是具有生命力的產品。
 
 以現階段的技術與消費者需求,Telematics服務可分為如下六大類:
 

 ‧ 安全:事故處理協助、緊急醫療、聲控撥號

‧ 車輛保全:遠端遙控門鎖服務、車輛防盜、失竊車輛追蹤
 
‧ 資訊與通訊:行動商務、秘書服務、適地性服務(Location  Based  Service, LBS)、網際網路

‧ 多媒體影音娛樂:數位廣播、數位電視
 
‧ 駕駛輔助:導航、道路指引服務、最佳行徑路程、即時交通路況
 
‧ 車輛資訊:遠端診斷服務、行駛資訊、交通意外分析、道路收費(Road Pricing/Electronic Toll Collection, RP/ETC)

 
  其中,「導航」與「車輛保全」是目前使用率最高的服務,但是「安全」卻 是消費者最為重視的項目。根據日本野村綜合研究所(NRI)對日本導航用車載機 市場預測,2009 年的搭載率將超過 40%,搭載車輛數將達到 3,000 萬輛,以一台 車載機約日幣 20~30 萬圓計算,單單一項車載導航服務,創造產值將可達到 6~9 兆日圓,尚不包括使用者低廉的通訊費用、交通建置與維修成本的支出節省、民 眾 相 當 可 觀 的 時 間 與 油 耗 成 本 節 省 。 分 析 日 本 車 載 導 航 系 統 服 務 (Vehicle Information And  Communication  System/Service,  VICS)何以成功的經驗,可 以歸納出如下四項主因:

1.基礎建設:政府將VICS視為推動車用導航產品與服務工具之一,並針對 基礎建設進行路邊偵測設備(Road Side Unit--RSU/Beacon)的建置,從而奠定此一服務的成功基礎。VICS中心為財團法人機構組織,在運作上由企業派駐專人實 際參與業務規劃與解決問題,將日本道路交通中心的資料,經過編輯、處理的壅 塞或交通規範等道路交通資訊以即時方式發送,然後在車載導航機以文字、圖形 顯示,車廠則在VICS的現有資料上進行加值服務。

2.社會需求:VICS提供的服務涵蓋路段有限,無法全面性解決交通預測和 塞車的問題,日本用路人於是期待VICS之外的服務,所以各廠商可以提供行車時 間預測,並成為主要應用服務。在日本成功的Telematics服務,不是娛樂/音樂 相關的情報,而是跟行車相關的情報,用路人要求提供交通與道路順暢度情報資訊更細膩與更準確。

 3.消費需求:在日本要讓車載資通訊服務普及,必須思考不直接向使用者收 費,或是只收取低廉通訊費用。VICS服務的費用已經含在汽車導航系統設備費用內,使用時並不需要再另外付費給VICS中心,所以形同免費,使用者接受度相當高。車廠從其他來源獲取收益的營運模式,才能具備普及的前提條件。

4.技術突破:將汽車當做移動式偵測器,即所謂浮動車輛數據(Floating Car Data, FCD)系統,由每位加入的會員車輛收集交通路況,車輛行經VICS中心尚未 佈線的道路路段時,自動以感測器蒐集並不斷回傳其路況資訊,只要會員數越 多,累積的路段歷史數據越多,行駛各路段的所需時間統計數據便可更趨精確。 根據Honda車廠  Intenavi VICS會員至 2006 年 8 月所累積之里程數已突破 1.5 億公里,其道路資訊才具備完整性與正確性。VICS中心的道路建置以高速道路、 國道及一部份的地方要道為主,所以對於非主要交通路線尚無法提供詳細的資 訊,具參考價值但不是實用價值。Honda Probe Car運用FCD System,在四年間,累積 40 萬人的會員數,所涵蓋行車資訊快且廣。相較VICS可提供的道路資訊約 為 4.2 萬公里,Probe Car收集到的道路資訊已達到 35.6 萬公里,涵蓋範圍是VICS的八倍,服務層面更廣,正可彌補VICS中心建置時效與實用性的不足。
 

2、WiMAX 在 Telematics 服務系統之應用:

  隨著行動通訊業務競爭愈來愈趨激烈,行動通訊業者不斷尋找新的加值服務獲利模式,在各種加值業務當中,適地性服務(LBS)最具有發展市場潛力。特 別在 3G/WiMAX 行動通訊陸續開台之後,適地性服務獲得 2Mbps 至 8Mbps 的頻寬 保證,將能提供更多元豐富的即時資訊。適地性服務是由定位(Positioning)、 內容(Content)及行動通訊三類業者合作提供,目前適地性服務所使用的定位技 術(表一),分析其中的差異,主要是在於定位系統的運算核心是在用戶終端設備(Handset-Based)、或是在網路上(Network-Based)。除了這兩種之外,也有業者提出混合式技術(Hybrid Solution)。目前用戶終端技術仍以  GPS 為主, 而網路端技術則因 Cell-ID 技術較為簡單、且佈建最為容易,為目前主流技術。 而混合式技術則以 A-GPS(Assisted-GPS)與 E-OTD(Enhanced-Observed Time Difference)為主要的技術。

 這些主要行動定位技術中,雖然傳統的 GPS 在定位精準度上已經可以滿足大部分定位服務的需求,但由於衛星電波容易受到建築物的干擾及阻礙,所以無法 在建築物密度較高的都會區及室內正常運作,也因此有許多混合式的技術被逐漸提出加以改良。定位技術對於業者而言,除了考量成本之外,精準度也相當重要,因為定位精準度越高,可以提供的服務類型較多、品質也較好,但目前世界各國 業者多數採用成本最低的 Cell-ID 提供服務,主要原因在於精準度高的 A-GPS 等技術成本相對較高,且仍有技術問題有待克服,例如天線的干擾以及耗電的問 題。不過 Cell-ID 技術所達到的精準度下,包括緊急救援、追蹤、導航或等服務 都無法提供,儘管目前以 Cell-ID 尚能應付,但基於提供完整且豐富的服務之立 場,未來精準度較高的 A-GPS 必定將成為業者必須考慮採用的定位技術。
 
 A-GPS 的運作原理是以 GPS 為基礎,其用戶終端也如同 GPS 設備一樣接收 衛星訊號,但與 GPS 技術最大的差別在於 A-GPS 在網路端也同樣加裝接收衛星訊 號的接收器,並將定位資訊由網路端回傳至用戶終端,再由用戶終端設備計算由網路傳來的定位資訊與用戶終端本身接收的衛星訊號,藉此獲得較為精準的定位 資訊(圖三)。同時,透過網路端的補助,A-GPS 可降低第一次定位(Time To First Fix,  TTFF)的時間至 5-10 秒左右(傳統 GPS 接收器必須不間斷地接收 30 秒以上 的時間,才能將 4 颗 GPS 衛星訊號完整收齊,接著才能進行定位計算),對於愈來愈重視資訊即時性(Real  Time)的適地性和保全服務而言可說是重大之改進。 而 A-GPS 技術系統相容性很高,在系統網路中加入 GPS 功能的模組,便可實現基 本的定位功能。但目前 A-GPS 仍需更新用戶終端的硬體及軟體,且加上網路端必 須增加的 GPS 接收設備,這些均是目前電信業者尚未大規模應用的原因。
 
 另外,近年來世界各國相繼推動智慧型運輸系統(Intelligent Transportation  System, ITS)之建設,其目的在節省能源使用、改善交通擁塞 問題、加強運輸效率、增進經濟生產力、減少交通事故,並且以改善交通運輸的 安全性和效率為其首要目標(圖四)。結合資訊技術及通訊網路的 Telematics 服 務,是 ITS 的一項重要應用,而以車輛為主軸的 ITS 服務,則被視為行動數據服 務的殺手級應用之一。根據世衞組織的資料顯示,目前全球每年因車禍受傷的人 數高達 2000 萬人,死亡人數為 120 萬人,因車禍造成的財產損失則佔全球國民 生產毛額 2%。世衛組織預估,全球車禍死亡率在  2020  年將提高至 6 7 % ;德國及美國的統計數據則顯示, 9 3 % 的車禍肇因於人為因 素。一項由  MercedesBenz 主導的研究發現,只要增加  0 . 5 秒的 警示時間,就能避免  6 0 % 的追撞事故;如果警示時間增加至  1 . 5 秒,更能提高到  9 0 % ;澳洲阿德徠德大學的研究則顯示, 29%的 駕駛在發生事故之前並沒有徹底煞 車 。 從以上數據可以發 現 : 增 加駕駛的反應時間是確保行車安全的不二法門,而運行在 ITS/Telematics  系統下的智慧型車輛則是提高駕駛反應時間最 有效的手段。
 
 去年,我國行政院產業科技策略會議中揭櫫了四大主軸,其中在「智慧車輛」 議題上便是以「安全」為主軸,積極提升我國智慧車輛產業的附加價值以及核心 競爭力。另外,在新十大建設中的行動台灣(M-Taiwan)計畫中,我行政院科顧組 規劃出「台灣WiMAX發展藍圖」,不僅投入龐大資源鼓勵國內廠商投入WiMAX相關 技術、產品的研發,同時,更吸引國內外業者參與推動我國WiMAX應用服務的普 及和商業運轉,企圖透過這些應用服務,讓台灣變成一個WiMAX的行動展示櫥窗, 藉以培育國內無線通訊產業,再造我國科技界的另一個兆元產業。因此,隨著世 界各國政府對國人生命、財產安全促進、維護的相關政策推動,結合交通界及資 通訊業界的領域專長,運用各種技術(例如WiMAX可以當作Telematics系統的 Backhaul、廣域通訊媒介以及車輛Real Time準確定位之輔助)及系統整合能量, 建立ITS/Telematics平台技術,發展出成功的ITS/Telematics加值應用服務,將 有助於帶動資通訊產業另一個新興的應用領域,並為ITS/Telematics的發展帶來 具體效益。
 

3、WiMAX 在 Telematics 系統應用之發展趨勢:

 
 Telematics 應用之理想境界,是希望和家庭一樣的高度數位化應用,也能 在汽車環境中實現。由於汽車屬於移動物體,除車內可採有/無線方式將相關設 備連結起來之外,若欲接收或傳達訊息至外部,無線通訊實為關鍵技術。為實現 多樣化的 Telematics 服務,主要仰賴裝配於車內之 OBU(On Board Unit),再透 過有/無線之線路串連相關設備及人機介面裝置。
 
 通訊介面為 OBU 重要元件,目前多數 OBU 配備 GSM 或 GPRS 模組,做為 OBU 與廣域網路通訊技術;其他用於廣域通訊技術尚有 WiMAX、3G/3.5G 及數位廣播 技術(DAB、DVB-T、DVB-H、DMB…)。至於 DSRC(Dedicated  Short  Range Communication)泛指 OBU 與近端路側設施(Road Side Unit—RSU)通訊方式,包 括紅外線、微波方式,此外,近年來在 WLAN 運用方面亦多所著墨。
 
 Telematics 系統的網路架構是由骨幹網路(IP Backbone Network)和接取網 路(Access Network)所組成的,在這個模型中有兩種無線的通訊架構存在於接取 網路,其中一個就是 DSRC 系統,另一個就是 WiMAX 行動通訊系統。每一個接取 網路都是一個由控制中心、基地台和終端用戶所組成的層級網路架構,基地台依在當地的鄰近性組成了一個群體,而一個通訊閘(Gateway)位於這個群體的上層,行動車輛透過這些基地台和控制中心取得所需要的服務 。

 從 Telematics 服務來看,與外界互動的通訊技術為其關鍵,而由於汽車的 移動特性,行動通訊技術又是重點所在。目前 Telematics 設備行動通訊技術主 要仍以 GSM/GPRS 為主,隨著無線寬頻通訊技術逐漸普及,未來可提供較高傳輸 速率之 HSxPA、CDMA20001x EV-DO 或 WiMAX 技術,可望促成更多樣化 Telematics 服務出現。

 另外,消費者對 Telematics 要求亦走向希望與汽車更深度結合、以提供更高安全保障、更友善的人機介面,因此,車內網路與外部網路整合需求興起,再加上汽車業者對通訊技術需求走向標準化,不再以專屬規格為主,資通業者介入 機會大增。而隨著各式各樣可攜裝置出現,再加上電信業背景的 TSP(Telematics Service Provider)以手機為 Telematics 推動主軸,如何讓可攜裝置與車內設備 互通,促進便利性因而甚為關鍵。 從當前可用的車用通訊技術中吾人可以發現,屬於無線部分在車輛的應用一般可以分為四大類,分別為:車內、車路、車間與車外通訊。通訊的對象不同,能提供的應用範圍也不同。

 比較了各種無線通訊型態之車輛應用,此類應用大多為專屬系統之應用,至於開放性技術的發展,則仍處於討論階段。美國所推動 Vehicle Infrastructure Integration (VII) 計畫,即是討論有關 DSRC 應用於車與車之間、車與路側設施之間的通訊技術, 目前主要在發展工作於 5.9GHz 頻段之 IEEE802.11P(或稱為  WAVE:Wireless Access in  Vehicular  Environment)標準。歐洲則已推動 CAR-to-CAR 計畫,日 本則是推動 Advanced  Highway  System(AHS)為主。DSRC 目前應用最普遍的屬電 子收費(Electronic Toll  Collection  ---- ETC)應用,如高速公路電子收費、 停車場電子收費、企業門禁管理等等。

 另外,亦可在固定點如停車場、加油站休 息區等地方架設基地台,讓車輛可在此交換大量資訊。移動中應用則包括接收交 通資訊,如將前方交通狀況顯示於車載機顯示幕上,或在緊急車輛上安裝資訊發 射器,將前方交通號誌改為全綠狀態,讓緊急車輛能夠順利通行。DSRC 係用於 車與路以及車與車間、短到中等距離、支援公共安全和個人資通訊應用的一種通 訊技術,因此它可以與現有的多種行動通訊技術,良好的互補。基於應用的需求,DSRC 特別注重高數據傳輸率、低傳輸延遲以及相鄰 DSRC 小區之間射頻信號互 相干擾的排除問題。

 車間通訊表車輛與車輛之間的通訊,其利用 DSRC 技術,讓車輛在一定距離內能夠自動連通,並互相交換資訊。車間通訊由於技術層次較高,發展時程較晚,目前全球尚未有商業化的應用實例,但相關研究正逐漸增加中。車間通訊的網 路型態為 Ad Hoc,屬 Peer-to-Peer 通訊,與其他通訊應用的 Server-Client 不 同,車輛間亦能夠以傳遞(Relay)的方式,將資訊不斷傳遞到其他較遠的車輛上。車外通訊指車輛與遠方的通訊設備進行資訊交換,遠方的通訊設備包括廣域無 線網路的基地台及通訊衛星等。

4、WiMAX 在 Telematics 系統應用之競爭分析:
 
 基於 WiMAX/DSRC 技術的 Telematics 系統,由於使用了純 IP 通訊協定,系 統結構較現行的 DAB/DVB 及 GSM/GPRS 系統簡單,網路建置成本較低,維護升級 容易,同時頻譜使用效率較高,系統參數配置靈活,舉凡未來基於 IP、隨時在 線(Always On-line),必將成為主流的各種互動式多媒體應用,例如:定位及在 地資訊服務(LBS)、行動電子商務(M-commerce)、行動電視(Mobile TV)及影音服 務(MOD)、行動安全監控(M-surveillance)、行動網上遊戲(On-line Game)等等,均可透過這個符合國際主流標準、完全開放式的前瞻性共通平台來加以提供。環顧目前眾多廣域無線通訊技術當中,以覆蓋範圍、傳輸速率而言,能 與 WiMAX 相互比較的,應屬 3G 以及正在制定標準的 IEEE 802.20。

 3G/3.5G(HSxPA/CDMA2000  1X EV-DO)商業運轉雖較成熟,卻不是純 IP 的網路,不但網路結構複雜,將來擴充維護較難,而且頻譜效率不高,網路建置成本 較高,多層次服務提供的能力也較低。至於另一個尚在標準制定起步階段的行動 寬頻技術 MBWA(Mobile Broadband  Wireless  Access, IEEE802.20),則因為聚 焦於高速移動能力(High  Mobility),以致於數據傳輸效能亦有所不足,而且商 業化的時程尚早。另外,基於 Telematics、LBS 等應用(汽車與路側單元、汽車 與汽車間的通訊)的需求,DSRC 技術特別注重高數據傳輸率(High Throughput)、低傳輸延遲(Low Latency)以及相鄰 DSRC 小區之間射頻信號互相干擾的排除 (Mutual  Interference Suppression)問題。DSRC 通訊技術擁有之許多優點,是 其它系統較為欠缺的。例如:非常高的資料傳輸率、很好之可靠度、可定位於很 小之通訊範圍,在特定之車道上精準偵測車流參數等等。表四列出了 DSRC 與其它DSRC 能夠使用非常高速的傳輸速率來傳送資料,並且也可以提供廣播的服務。此外,DSRC 還有以下的特徵:

(1)在覆蓋區域內可以很有效率的使用頻率

(2)對移動中的車輛可提供大容量及高傳輸速度的資料

(3)透過微波來達到電子收費和定位的服務

(4)提供網際網路服務

 從以上的分析裡,吾人發現:建構於 WiMAX(802.16e)與 DSRC 技術之上的 Telematics 系統,可望能有較佳的服務品質、較豐富的應用內涵,乃至較靈活 的網路配置、與較低的建置成本。
 

5、結論:

 Telematics/ITS 目前為全球最熱門的 4C 技術,日本、歐洲及美、加各先 進國家都有政府支持的大型研發和佈建、測試計畫在積極進行,包括我國、韓國、澳洲、中國大陸等國家亦急起直追,真可謂蔚為風氣、方興未艾。另外,以WiMAX為主的無線寬頻技術在最近幾年內,儼然成為許多過去鮮少寬頻建設的地區及國家,如:東歐、中南美洲、中東、非洲、南亞等地,一步到位提供互動式寬頻服務的最佳選擇。由於無線寬頻及車載資通訊建設與 國際化、人民取得資訊的便利性,有著息息相關的關係。因此,若某國政府疏忽了 Telematics/ITS 或 WiMAX 於該國的發展,勢將造成該國電子資訊及交通建設、國人生命和財產安全維護及總體產業競爭力落後,影響層面廣大,因而世界各國無不全力推展 Telematics/ITS 與 WiMAX 的基礎建設和應用。 在可預見的未來,吾人將會發現我们日常的生活與工作竟是如此的與基於 WiMAX 網路架構之 Telematics/ITS 服務密不可分了。

 

 
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VDSL2 於市場應用的可行性分析
2008 年第一季我國行動上網觀測
台灣WiMAX網路佈建與事業推動現況
WiMAX 技術與發展趨勢
從南韓WiBro營運經驗觀察台灣WiMAX推動策略
2007年WiMAX發展觀察重點
宜蘭觀光智慧小鎮
南投埔里智慧樂活小鎮
提高蜂巢式無線通訊系統傳輸率的進階技術
寬頻智慧島 網通全世界
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從無線通訊看系統構裝產業趨勢
 
 
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