隨著無線通訊技術的成熟發展，汽車網路已經跳脫以往僅侷限於車內的限制，逐漸向車外發展。藉由新興的車內通訊、車間通訊、車路通訊以及車外通訊，相關單位紛紛著手於車載資通訊(Telematics)在先進行車安全應用的研發，期待能大幅提升現有行車安全系統的功能，以降低駕駛人/用路人生命與財產的損失。
第一次重大的汽車安全改革出現在1960年代，像是安全帶(seat belt)，屬於被動式安全(passive safety)，主要強調減緩事故發生的傷害程度；而在剎車防鎖死系統(Antilock Brake System，ABS)於1980年代起逐漸成為汽車的標準配備後，預防事故發生的主動式安全系統(active safety system)開始發跡。時至今日，不管在被動式或是主動式安全的領域中，重要的控制系統，如安全氣囊(airbag)、ABS、電子車身穩定系統 (Electronic Stability Control，ESC)、全方位底盤控制(Global Chassis Control，GCC)等，均已全面電子化且成為標準配備。
然而，這些系統大多仍是獨立運作 – 被動式安全、主動式安全仍是行車安全中兩個各自發展的系統；為了發揮最佳的行車防護效果，將此二者做有效的串接、整合是一個必然的趨勢；另外，隨著通訊技術的成熟發展，車載資通訊已經可以藉由車內(In-Vehicle)、車間(Vehicle to Vehicle，V2V)、車路(Vehicle to Roadside，V2R) 以及車外(Vehicle to Infrastructure，V2I)等通訊機制，收集到更多與行車有關的資訊，如車輛狀態、交通環境資訊等，並進一步將這些資訊做有效的彙整，形成先進的行車安全應用。本文將介紹一些較著名的計畫，並藉此一窺車載資通訊於行車安全的發展未來。
VSC計畫
2002年，7家汽車製造商：BMW、DaimlerChrysler、Ford、GM、Nissan、Toyota以及VW，與美國運輸部(U.S. Department of Transportation，USDOT)合作，共同評估通訊機制 – 尤其是「專用短距離通訊」(Dedicated Short Range Communication，DSRC)，亦稱為「車用環境無線接取」(Wireless Access in Vehicular Environments，WAVE)，對於行車安全效能的助益與提升。這些單位共組「車輛安全通訊聯盟」(Vehicle Safety Communications Consortium，VSCC)來執行為期2.5年(2002.5~2004.12)的VSC(Vehicle Safety Communications)計畫，針對行車安全的應用情境及系統功能定義進行研究與評估。其主要目的為：
■評估以通訊為基礎的行車安全應用對於車輛事故降低能帶來的效益
■對於選定之行車安全應用，明確地定義出其通訊需求
■與相關標準發展組織合作，確認DSRC是否能符合行車安全應用的需求
■研究影響DSRC於行車安全應用的技術議題
■評估以通訊為基礎的行車安全應用，於佈建時的可行性
■評估DSRC是否能符合安全應用的需求
該計畫特別針對「哪些行車安全應用可藉由車輛與外界的通訊來達成或加強」這個議題，進行了詳盡的研究，並從超過75的應用提案中，彙整出34個與行車安全有關、11個與行車安全無關的應用，其中與行車安全有關的應用情境描述。
該計畫並以美國境內的輕型交通工具(light-duty vehicles)為對象，以「預估實施時間」、「預估實施效益」、「預估市場普及率」以及「通訊模式」等原則，對表 1中的應用情境做進一步評估，以找出「哪些以通訊為基礎的行車安全應用具有最高的可能效益」，如表 2所示。
對這3個近程(near-term)及5個中程 (mid-term)的行車安全應用，該計畫進一步以「通訊類型」、「傳輸模式」、「更新速率」、「允許延遲」、「傳送/接收資料」、「最大通訊範圍」等項目做為指標，進行通訊需求分析。
針對上述8項行車安全應用，該計畫得到以下初步的分析結果：
■傳遞訊息的封包非常精簡，大小約在200-500 bytes左右(不考慮資料安全機制所帶來的額外負擔)
■最大通訊範圍介於50-300公尺
■大部分的應用採用單向(one-way)、單點對多點(point-to-multipoint)的廣播(broadcast)機制(除了Pre-Crash Sensing以外)
■大部分的應用採用週期性(periodic)的資料傳輸模式(除了Emergency Electronic Brake Lights與Pre-Crash Sensing以外)
■大部分的應用允許100 msec左右的延遲時間(除了Pre-Crash Sensing以外)
這計畫同時檢視多種無線通訊技術，評估它們是否能滿足這些行車安全應用的通訊需求。這些通訊技術除了5.9GHz DSRC之外，還包括2.5-3G數位式蜂巢系統 (Digital Cellular System)、藍芽(Bluetooth)、數位電視 (Digital Television，DTV)、高空平台(High Altitude Platforms)、IEEE 802.11 無線區域網路(Wireless LAN，WLAN)、全國差分衛星定位系統 (Nationwide Differential Global Positioning System，NDGPS)、雷達(Radar)、免鑰匙遙控入車(Remote Keyless Entry，RKE)、衛星數位音訊廣播系統(Satellite Digital Audio Radio Systems，SDARS)、地面數位廣播(Terrestrial Digital Radio)、雙向衛星(Two-Way Satellite)與超寬頻(Ultra-wideband，UWB)。結果顯示：只有DSRC能夠滿足指定行車安全應用的所有需求。
另外，對於通訊的資料安全性，行車安全應用一樣要確保兩件事：(1)所接收到的資料是未經過篡改的(unaltered)，而且(2)是來自於可信任的來源 (trusted source)；同時，為了確保資料的隱密性，其間的通訊應該是要匿名的(anonymous) – 這點與一般的資料安全應用不同。為此，這計畫做了以下的提案，使其更適用於低計算能力的車載環境：
■所有的車載單元(On-board Unit，OBU)以及路側單元(Roadside Unit，RSU)都被給予特殊且精簡的憑證(certificate)，而OBU可以有多數個憑證
■RSU的憑證要包含授權(authorization)資訊，如該單元被允許的運作區域以及該單元被允許廣播的資訊種類
■OBU的憑證不包含永久的車輛識別資料
■所有的訊息都要經過數位簽章(digitally signed)；任何有可能危及整體資訊安全的單元，其資訊都會記錄於撤銷清單(revocation list)中，而此清單將會被發佈給其他所有單元
VSC計畫的詳細研究報告，引發各界對於以通訊為基礎的行車安全應用的重視，也成為日後眾多相關研究的發展基礎。
EEBL(Emergency Electronic Brake Lights)計畫
基於VSC計畫的研究結果，VSCC中的6個成員：BMW、DaimlerChrysler、Ford、GM、Nissan以及Toyota，決定自行發展並評估一個以通訊為基礎的行車安全應用。他們選擇EEBL做為目標，原因是EEBL是一個近程可以實現的V2V應用。
在整個計畫的期間(2005.6~2006.3)，EEBL計畫的主要重點在於：
■發展該應用的使用概念、系統與通訊需求
■建立一個通用的EEBL訊息集(message set)以展示應用的互通性 (interoperability)
■執行共通的工程測試(engineering tests)
■提供研究成果供業界參考
■做為日後V2V行車安全應用的發展參考
為此，EEBL計畫著重於發展此應用所需的訊息協定(message protocol)– 何時傳送訊息，與訊息內容(message content)–訊息中必要的資訊。其中，三種訊息協定被用來進行評估：週期性訊息(10Hz)、事件驅動性訊息(如觸動煞車時所引發的訊息)以及結合兩者的混合性訊息；另外，一種共通的訊息格式也被制定出來。
在EEBL計畫中，他們成功地實作出「路徑預測」(path prediction)的應用–決定傳送訊息車輛(transmitting vehicle)是否與接收訊息車輛 (receiving vehicle)位於同樣的路徑上。這功能與「適應行駛控制」(Adaptive Cruise Control，ACC)所需的路徑預測機能類似，但藉由V2V通訊可將此資訊整合至傳輸訊息之中，能更有效地提升路徑預測的準確性。這是第一個開發成功的V2V應用，並且在參與廠商的車輛上獲得互通性的實證。之後，相關研究成果也轉移至「自動?工程師學會」(Society of Automotive Engineers，SAE)，做為發展DSRC Message Set Dictionary (J2735)的基礎。
CICAS-V與VSC-A計畫
美國的「汽車基礎設施整合聯盟」(Vehicle Infrastructure Integration – VII，現已更名為IntelliDrive)採用基於IEEE 802.11p/1609標準之WAVE/DSRC技術為其主要平台，透過V2V與V2I之資訊交換，來達到安全、效率、節能的目標。為了發展與測試VII的行車安全應用，「車輛安全通訊聯盟2」(Vehicle Safety Communications 2 Consortium，VSC 2)於2006年成立，在USDOT的贊助下著手兩個相關計畫：CICAS-V(Cooperative Intersection Collision Avoidance System–Violations)與VSC-A(Vehicle Safety Communications–Applications)。
CICAS計畫是美國一個主要的政府與業界合作提案，目的在於發展與佈建「協同式」(cooperative)的V2I系統，用以提升路口的行車安全。它是USDOT於VII計畫中的一項提案，主要進行三種提升行車安全的研究：
■CICAS-Violation(CICAS-V)–當駕駛人可能違反路口交通號誌時，藉由車內裝置警告駕駛人的一種系統
■CICAS-Stop Sign Assist(CICAS-SSA)–一種動態訊息號誌 (Dynamic Message Sign)系統，當主要道路的車流間距過小，提醒次要道路的駕駛人於進入交會處要小心
■CICAS-Signalized Left Turn Assist(CICAS-SLTA)–一種動態訊息號誌系統或車內裝置，提醒駕駛人於號誌路口左轉時要小心
CICAS-V系統由VSC 2中的5位成員：DaimlerChrysler、Ford、GM、Honda以及Toyota，共同開發，從2005.5起將為期4年，它的基本概念敘述如後。車輛與路口皆配置有DSRC，當車輛接近路口時，車輛可以得知前方路口是具有CICAS-V功能，並自DSRC一服務頻道取得路口圖資、定位校正等資訊；接著車輛便可將自己定位於所取得的路口圖資之上(可以精準定位到車道)並取得前方路口號誌的狀態。根據所得到的號誌狀態，車輛可以提供警示給駕駛人；而車輛本身以可以提供訊息給路口，如果有違反交通號誌情事發生的話。
在2006，VSC 2中的5位成員：Mercedes-Benz、Ford、GM、Honda以及Toyota，向USDOT提出一個為期3年(2006.12~2009.11)的VSC-A計畫，其目的在於：發展與測試以通訊為基礎的行車安全應用，來決定5.9 GHz DSRC結合車輛定位是否能提升自主性的車輛安全系統(autonomous vehicle-based safety systems)並創造新的行車安全應用。
其中，VSC-A計畫除了初步鎖定在發展與評估以下的行車安全應用外，更將積極推動相關標準的制定與驗證系統的設計
■Emergency Electronic Brake Lights(EEBL)
■Stopped Vehicle Ahead Warning(SVA)
■Blind Spot and Lane Change Warning(BSW+LCW)
■Forward Collision Warning(FCW)
■Pre-Crash Sensing and Collision Mitigation(PCS & CM)
■Curve Speed Warning(CSW)
■Do-Not-Pass Warning(DNPW)
■Intersection Movement Assist(IMA)
■Control Loss Warning(CLW)
未來的展望
先進車輛安全應用技術是屬於「智慧型運輸系統」(Intelligent Transportation System，ITS)的一支，其重點在於發展智慧型車輛(Smart Car)。在汽車電子技術的長年發展下，在被動式安全、主動式安全等領域已經有許多很好的成果；而隨著無線通訊技術的成熟發展，各國紛紛致力於車載資通訊相關技術研發，期以多元化的車輛通訊機制，帶動更多先進行車安全應用，來提升現有行車安全系統的功能，並改善整體的交通運輸環境。
在可預見的將來，車載資通訊系統將會更有效地結合各式感測機能、車輛通訊網路(V2V、V2R、V2I等)以及後端平台與應用(如導航、車隊管理、遠端診斷等)，創造更具有智慧的車輛與行車環境，以提供用路人(包括駕駛、乘客與行人)一個優質的V2X願景。
第一次重大的汽車安全改革出現在1960年代，像是安全帶(seat belt)，屬於被動式安全(passive safety)，主要強調減緩事故發生的傷害程度；而在剎車防鎖死系統(Antilock Brake System，ABS)於1980年代起逐漸成為汽車的標準配備後，預防事故發生的主動式安全系統(active safety system)開始發跡。時至今日，不管在被動式或是主動式安全的領域中，重要的控制系統，如安全氣囊(airbag)、ABS、電子車身穩定系統 (Electronic Stability Control，ESC)、全方位底盤控制(Global Chassis Control，GCC)等，均已全面電子化且成為標準配備。
然而，這些系統大多仍是獨立運作 – 被動式安全、主動式安全仍是行車安全中兩個各自發展的系統；為了發揮最佳的行車防護效果，將此二者做有效的串接、整合是一個必然的趨勢；另外，隨著通訊技術的成熟發展，車載資通訊已經可以藉由車內(In-Vehicle)、車間(Vehicle to Vehicle，V2V)、車路(Vehicle to Roadside，V2R) 以及車外(Vehicle to Infrastructure，V2I)等通訊機制，收集到更多與行車有關的資訊，如車輛狀態、交通環境資訊等，並進一步將這些資訊做有效的彙整，形成先進的行車安全應用。本文將介紹一些較著名的計畫，並藉此一窺車載資通訊於行車安全的發展未來。
VSC計畫
2002年，7家汽車製造商：BMW、DaimlerChrysler、Ford、GM、Nissan、Toyota以及VW，與美國運輸部(U.S. Department of Transportation，USDOT)合作，共同評估通訊機制 – 尤其是「專用短距離通訊」(Dedicated Short Range Communication，DSRC)，亦稱為「車用環境無線接取」(Wireless Access in Vehicular Environments，WAVE)，對於行車安全效能的助益與提升。這些單位共組「車輛安全通訊聯盟」(Vehicle Safety Communications Consortium，VSCC)來執行為期2.5年(2002.5~2004.12)的VSC(Vehicle Safety Communications)計畫，針對行車安全的應用情境及系統功能定義進行研究與評估。其主要目的為：
■評估以通訊為基礎的行車安全應用對於車輛事故降低能帶來的效益
■對於選定之行車安全應用，明確地定義出其通訊需求
■與相關標準發展組織合作，確認DSRC是否能符合行車安全應用的需求
■研究影響DSRC於行車安全應用的技術議題
■評估以通訊為基礎的行車安全應用，於佈建時的可行性
■評估DSRC是否能符合安全應用的需求
該計畫特別針對「哪些行車安全應用可藉由車輛與外界的通訊來達成或加強」這個議題，進行了詳盡的研究，並從超過75的應用提案中，彙整出34個與行車安全有關、11個與行車安全無關的應用，其中與行車安全有關的應用情境描述。
該計畫並以美國境內的輕型交通工具(light-duty vehicles)為對象，以「預估實施時間」、「預估實施效益」、「預估市場普及率」以及「通訊模式」等原則，對表 1中的應用情境做進一步評估，以找出「哪些以通訊為基礎的行車安全應用具有最高的可能效益」，如表 2所示。
對這3個近程(near-term)及5個中程 (mid-term)的行車安全應用，該計畫進一步以「通訊類型」、「傳輸模式」、「更新速率」、「允許延遲」、「傳送/接收資料」、「最大通訊範圍」等項目做為指標，進行通訊需求分析。
針對上述8項行車安全應用，該計畫得到以下初步的分析結果：
■傳遞訊息的封包非常精簡，大小約在200-500 bytes左右(不考慮資料安全機制所帶來的額外負擔)
■最大通訊範圍介於50-300公尺
■大部分的應用採用單向(one-way)、單點對多點(point-to-multipoint)的廣播(broadcast)機制(除了Pre-Crash Sensing以外)
■大部分的應用採用週期性(periodic)的資料傳輸模式(除了Emergency Electronic Brake Lights與Pre-Crash Sensing以外)
■大部分的應用允許100 msec左右的延遲時間(除了Pre-Crash Sensing以外)
這計畫同時檢視多種無線通訊技術，評估它們是否能滿足這些行車安全應用的通訊需求。這些通訊技術除了5.9GHz DSRC之外，還包括2.5-3G數位式蜂巢系統 (Digital Cellular System)、藍芽(Bluetooth)、數位電視 (Digital Television，DTV)、高空平台(High Altitude Platforms)、IEEE 802.11 無線區域網路(Wireless LAN，WLAN)、全國差分衛星定位系統 (Nationwide Differential Global Positioning System，NDGPS)、雷達(Radar)、免鑰匙遙控入車(Remote Keyless Entry，RKE)、衛星數位音訊廣播系統(Satellite Digital Audio Radio Systems，SDARS)、地面數位廣播(Terrestrial Digital Radio)、雙向衛星(Two-Way Satellite)與超寬頻(Ultra-wideband，UWB)。結果顯示：只有DSRC能夠滿足指定行車安全應用的所有需求。
另外，對於通訊的資料安全性，行車安全應用一樣要確保兩件事：(1)所接收到的資料是未經過篡改的(unaltered)，而且(2)是來自於可信任的來源 (trusted source)；同時，為了確保資料的隱密性，其間的通訊應該是要匿名的(anonymous) – 這點與一般的資料安全應用不同。為此，這計畫做了以下的提案，使其更適用於低計算能力的車載環境：
■所有的車載單元(On-board Unit，OBU)以及路側單元(Roadside Unit，RSU)都被給予特殊且精簡的憑證(certificate)，而OBU可以有多數個憑證
■RSU的憑證要包含授權(authorization)資訊，如該單元被允許的運作區域以及該單元被允許廣播的資訊種類
■OBU的憑證不包含永久的車輛識別資料
■所有的訊息都要經過數位簽章(digitally signed)；任何有可能危及整體資訊安全的單元，其資訊都會記錄於撤銷清單(revocation list)中，而此清單將會被發佈給其他所有單元
VSC計畫的詳細研究報告，引發各界對於以通訊為基礎的行車安全應用的重視，也成為日後眾多相關研究的發展基礎。
EEBL(Emergency Electronic Brake Lights)計畫
基於VSC計畫的研究結果，VSCC中的6個成員：BMW、DaimlerChrysler、Ford、GM、Nissan以及Toyota，決定自行發展並評估一個以通訊為基礎的行車安全應用。他們選擇EEBL做為目標，原因是EEBL是一個近程可以實現的V2V應用。
在整個計畫的期間(2005.6~2006.3)，EEBL計畫的主要重點在於：
■發展該應用的使用概念、系統與通訊需求
■建立一個通用的EEBL訊息集(message set)以展示應用的互通性 (interoperability)
■執行共通的工程測試(engineering tests)
■提供研究成果供業界參考
■做為日後V2V行車安全應用的發展參考
為此，EEBL計畫著重於發展此應用所需的訊息協定(message protocol)– 何時傳送訊息，與訊息內容(message content)–訊息中必要的資訊。其中，三種訊息協定被用來進行評估：週期性訊息(10Hz)、事件驅動性訊息(如觸動煞車時所引發的訊息)以及結合兩者的混合性訊息；另外，一種共通的訊息格式也被制定出來。
在EEBL計畫中，他們成功地實作出「路徑預測」(path prediction)的應用–決定傳送訊息車輛(transmitting vehicle)是否與接收訊息車輛 (receiving vehicle)位於同樣的路徑上。這功能與「適應行駛控制」(Adaptive Cruise Control，ACC)所需的路徑預測機能類似，但藉由V2V通訊可將此資訊整合至傳輸訊息之中，能更有效地提升路徑預測的準確性。這是第一個開發成功的V2V應用，並且在參與廠商的車輛上獲得互通性的實證。之後，相關研究成果也轉移至「自動?工程師學會」(Society of Automotive Engineers，SAE)，做為發展DSRC Message Set Dictionary (J2735)的基礎。
CICAS-V與VSC-A計畫
美國的「汽車基礎設施整合聯盟」(Vehicle Infrastructure Integration – VII，現已更名為IntelliDrive)採用基於IEEE 802.11p/1609標準之WAVE/DSRC技術為其主要平台，透過V2V與V2I之資訊交換，來達到安全、效率、節能的目標。為了發展與測試VII的行車安全應用，「車輛安全通訊聯盟2」(Vehicle Safety Communications 2 Consortium，VSC 2)於2006年成立，在USDOT的贊助下著手兩個相關計畫：CICAS-V(Cooperative Intersection Collision Avoidance System–Violations)與VSC-A(Vehicle Safety Communications–Applications)。
CICAS計畫是美國一個主要的政府與業界合作提案，目的在於發展與佈建「協同式」(cooperative)的V2I系統，用以提升路口的行車安全。它是USDOT於VII計畫中的一項提案，主要進行三種提升行車安全的研究：
■CICAS-Violation(CICAS-V)–當駕駛人可能違反路口交通號誌時，藉由車內裝置警告駕駛人的一種系統
■CICAS-Stop Sign Assist(CICAS-SSA)–一種動態訊息號誌 (Dynamic Message Sign)系統，當主要道路的車流間距過小，提醒次要道路的駕駛人於進入交會處要小心
■CICAS-Signalized Left Turn Assist(CICAS-SLTA)–一種動態訊息號誌系統或車內裝置，提醒駕駛人於號誌路口左轉時要小心
CICAS-V系統由VSC 2中的5位成員：DaimlerChrysler、Ford、GM、Honda以及Toyota，共同開發，從2005.5起將為期4年，它的基本概念敘述如後。車輛與路口皆配置有DSRC，當車輛接近路口時，車輛可以得知前方路口是具有CICAS-V功能，並自DSRC一服務頻道取得路口圖資、定位校正等資訊；接著車輛便可將自己定位於所取得的路口圖資之上(可以精準定位到車道)並取得前方路口號誌的狀態。根據所得到的號誌狀態，車輛可以提供警示給駕駛人；而車輛本身以可以提供訊息給路口，如果有違反交通號誌情事發生的話。
在2006，VSC 2中的5位成員：Mercedes-Benz、Ford、GM、Honda以及Toyota，向USDOT提出一個為期3年(2006.12~2009.11)的VSC-A計畫，其目的在於：發展與測試以通訊為基礎的行車安全應用，來決定5.9 GHz DSRC結合車輛定位是否能提升自主性的車輛安全系統(autonomous vehicle-based safety systems)並創造新的行車安全應用。
其中，VSC-A計畫除了初步鎖定在發展與評估以下的行車安全應用外，更將積極推動相關標準的制定與驗證系統的設計
■Emergency Electronic Brake Lights(EEBL)
■Stopped Vehicle Ahead Warning(SVA)
■Blind Spot and Lane Change Warning(BSW+LCW)
■Forward Collision Warning(FCW)
■Pre-Crash Sensing and Collision Mitigation(PCS & CM)
■Curve Speed Warning(CSW)
■Do-Not-Pass Warning(DNPW)
■Intersection Movement Assist(IMA)
■Control Loss Warning(CLW)
未來的展望
先進車輛安全應用技術是屬於「智慧型運輸系統」(Intelligent Transportation System，ITS)的一支，其重點在於發展智慧型車輛(Smart Car)。在汽車電子技術的長年發展下，在被動式安全、主動式安全等領域已經有許多很好的成果；而隨著無線通訊技術的成熟發展，各國紛紛致力於車載資通訊相關技術研發，期以多元化的車輛通訊機制，帶動更多先進行車安全應用，來提升現有行車安全系統的功能，並改善整體的交通運輸環境。
在可預見的將來，車載資通訊系統將會更有效地結合各式感測機能、車輛通訊網路(V2V、V2R、V2I等)以及後端平台與應用(如導航、車隊管理、遠端診斷等)，創造更具有智慧的車輛與行車環境，以提供用路人(包括駕駛、乘客與行人)一個優質的V2X願景。
