随着汽车工业和信息技术的深度融合，车联网已成为实现智能交通和高级别自动驾驶的关键技术支撑。车联网并非单一的技术体系，而是一个复杂的通信生态系统，它通过无线通信技术，使得车辆能够与一切相关实体进行实时、可靠的信息交互，即“车对万物”的通信。这种革命性的通信能力，旨在从根本上改变传统的交通模式，通过信息共享来预防交通事故、优化交通流量，并最终为自动驾驶系统的安全决策提供超出车载传感器范围的感知能力。理解车联网的运作机制，需要深入剖析其核心的无线通信技术、信息交换的逻辑，以及在保障安全方面的技术要求。
车联网的核心基础是可靠的、低时延的无线通信技术。目前，车联网主要依赖于两种主流技术路径：一种是基于既有移动通信网络演进的蜂窝车联网技术，另一种是基于专用短程通信标准的直接通信技术。直接通信技术侧重于车辆之间以及车辆与路侧基础设施之间在短距离内的快速信息交换，具有极低的时延和高可靠性，尤其适用于碰撞预警、紧急刹车通知等对时间敏感的安全应用。而蜂窝车联网技术则通过利用广覆盖的移动网络，实现远距离的信息传输，例如实时交通信息、地图更新、远程诊断以及对非视距环境的感知信息共享。这两种技术在车联网架构中并非相互替代，而是相互补充，共同构成了车联网的多层级通信能力，保障了信息在不同场景下的实时流通。
车联网通信所传输的信息主要包含两大类：安全类信息和效率与服务类信息。安全类信息是保障交通安全的基础，包括车辆的基本状态信息，如位置、速度、加速度、刹车状态、方向等。这些信息以极高的频率在网络中广播，使得周围车辆和路侧设备能够实时构建环境模型，预测潜在的危险。例如，当前方一辆车突然急刹车时，其发出的紧急刹车通知能通过无线通信技术瞬间到达后方车辆，即使后车驾驶员或自动驾驶系统尚未通过视觉或雷达感知到前方情况，也能提前采取减速措施。这种信息共享机制极大地拓展了车辆的感知范围和预警时间，有效降低了追尾、侧碰等常见交通事故的发生概率。
实现车辆间安全信息的高可靠、低时延传输，是车联网技术最核心的挑战，对通信链路的时延要求通常在毫秒级别。这种超低时延的要求，不仅依赖于无线通信的物理特性，也依赖于精简的协议栈和高效的接入机制。在直接通信场景中，车辆通常采用非授权频谱，通过一种分布式、无中心控制的方式进行直接通信。这意味着每辆车都在一个共享的通信信道上平等地竞争传输资源，同时需要确保在车辆密度极高的情况下，通信的拥塞率和冲突率仍能维持在可接受的低水平，从而保障关键安全信息的及时送达。这种去中心化的设计，是保障系统在没有路侧基础设施支持时仍能独立运行的关键。
对于高级别的自动驾驶系统而言，车联网提供的非视距感知能力具有不可替代的价值。自动驾驶车辆依赖于自身的传感器（如摄像头、激光雷达和毫米波雷达）来构建周围环境的高精度模型。然而，这些传感器的有效感知范围受到视线、障碍物、天气条件等物理限制。车联网通过与路侧基础设施（如交通信号灯、摄像头、传感器）进行通信，使车辆能够获取到障碍物后方、交叉路口盲区、恶劣天气条件下的道路和交通信息。例如，当自动驾驶车辆靠近一个被建筑物遮挡的十字路口时，通过与路侧设备通信，它可以提前“看到”从侧方驶来的其他车辆，从而精确规划通过路口的策略。这种信息融合极大地增强了自动驾驶系统的鲁棒性和决策的安全性。
在车联网生态中，路侧基础设施扮演着重要角色，它不仅是信息的中转站，更是信息智能化的源头。路侧单元能够收集周围的交通信息、处理复杂的交通流数据，并向车辆广播实时、优化的信号灯配时信息、施工信息或危险区域警示。这种车辆与基础设施之间的通信模式，是实现交通信号灯优化、紧急车辆优先通行以及动态车道管理等智能交通管理功能的基础。通过这些实时的交通流信息共享，车联网能够有效减少交通拥堵、提高通行效率，并减少车辆在怠速和低速行驶时产生的排放。
然而，车联网在信息交换和数据共享方面也面临着严峻的安全与隐私保护挑战。由于车辆位置、速度等敏感信息需要实时广播，如何确保这些信息的真实性、防止恶意伪造和篡改，以及如何保护驾驶员的个人行程隐私，成为系统设计的重中之重。在安全方面，车联网要求建立一个完善的身份认证和加密体系。所有参与通信的设备，包括车辆和路侧单元，都需要通过数字证书进行身份验证，确保信息来源可信。同时，所有关键安全消息都必须进行加密和完整性保护，以防止信息被非法截获或恶意注入。在隐私保护方面，车联网通常采用匿名化和假名机制。车辆在广播安全信息时，使用不断变化的临时标识，而不是永久的车辆识别信息，从而避免外部实体通过长时间跟踪来识别和追踪特定的车辆和用户。
车联网技术通过构建一个立体、实时的无线通信网络，从根本上改变了车辆的感知和决策模式。它通过超低时延的直接通信，实现了毫秒级碰撞预警；通过蜂窝网络，实现了远距离信息共享；通过与路侧基础设施的协同，拓展了自动驾驶的感知边界。这种基于信息互联的交通系统，是保障未来高密度交通安全和实现高级别自动驾驶功能的核心技术保障。
