車載應(yīng)急通信技術(shù)與測試方法介紹

陳　珺　中國信息通信研究院泰爾終端實(shí)驗(yàn)室主任工程師吳　文　中國信息通信研究院泰爾終端實(shí)驗(yàn)室高級工程師果　敢　中國信息通信研究院泰爾終端實(shí)驗(yàn)室主任

車載應(yīng)急通信技術(shù)與測試方法介紹

陳珺中國信息通信研究院泰爾終端實(shí)驗(yàn)室主任工程師
吳文中國信息通信研究院泰爾終端實(shí)驗(yàn)室高級工程師
果敢中國信息通信研究院泰爾終端實(shí)驗(yàn)室主任

隨著車載信息技術(shù)的發(fā)展，車載應(yīng)急通信技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展正推動全球車載應(yīng)急產(chǎn)品和商用化部署的實(shí)現(xiàn)。本文對車載應(yīng)急技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、測試方法、國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展進(jìn)行了分析和研究。

eCall；ERA_GLONASS；緊急呼叫

1　引言

近幾年，擴(kuò)展汽車通信功能應(yīng)用的車聯(lián)網(wǎng)話題急速升溫，汽車產(chǎn)業(yè)與通信信息產(chǎn)業(yè)的結(jié)合是通信業(yè)發(fā)展新的契機(jī)，也為汽車行業(yè)帶來了高新信息技術(shù)應(yīng)用的無限前景，同時也存在跨行業(yè)合作的復(fù)雜性。目前，車聯(lián)通信系統(tǒng)的應(yīng)用遍布汽車駕駛、多媒體娛樂、交通信息交互、應(yīng)急救援的通信應(yīng)用等。本文從車載應(yīng)急通信系統(tǒng)出發(fā)，從車載應(yīng)急通信的技術(shù)特性、國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)、檢測產(chǎn)業(yè)進(jìn)展等方面進(jìn)行分析介紹。

車載應(yīng)急通信系統(tǒng)主要功能模塊包括自動緊急呼叫通信功能和定位功能兩個模塊。在發(fā)生嚴(yán)重交通事故后，即使司機(jī)和乘客失去知覺不能撥打電話，這一系統(tǒng)通過對碰撞力度的感應(yīng)觸發(fā)，基于以上兩個通信功能模塊，能夠自動撥叫統(tǒng)一的應(yīng)急救援平臺的緊急救援電話，并且同時報(bào)告事故車輛所處的位置信息（見圖1）。該系統(tǒng)對應(yīng)急通信的處理具有自動化和及時的特性，使得緊急事故的信息發(fā)送快速，同時因自動包含事發(fā)位置信息，可大大縮短救援時間。歐盟委員會曾在致力推動該系統(tǒng)在歐洲的普遍使用的政策研究中，提到采用這套系統(tǒng)，有可能使發(fā)生道路交通事故后的救援時間節(jié)省40%以上。

圖1　車載應(yīng)急通信系統(tǒng)（來自www.heero-pilot.eu）

2　車載應(yīng)急通信技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

2.1技術(shù)發(fā)展背景

車載應(yīng)急通信系統(tǒng)的技術(shù)近年在歐洲和俄羅斯發(fā)展迅速。早在 2005年歐盟委員會（European Commission）提出建立車載緊急呼叫業(yè)務(wù)eCall的需求，希望在歐洲范圍內(nèi)統(tǒng)一實(shí)施部署車載緊急呼叫服務(wù)系統(tǒng)。為了推廣這項(xiàng)重要的道路安全措施，2005年歐盟委員會將技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)下達(dá)至ETSI/3GPP（ETSI歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會），對eCall技術(shù)通信標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行開發(fā)建設(shè)；2008年，ETSI/3GPP開始發(fā)布eCall通信模塊技術(shù)系列標(biāo)準(zhǔn)；2011年，歐洲9國共同成立HeERO（泛歐州車車載緊急呼叫業(yè)務(wù)）聯(lián)盟，召集各國汽車行業(yè)和通信行業(yè)的公司組織共同加入對eCall的系統(tǒng)性推廣建設(shè)，致力于建立一個在歐洲范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)互操作的互聯(lián)互通的車載應(yīng)急通信大系統(tǒng)。HeERO聯(lián)盟的任務(wù)包括對eCall業(yè)務(wù)系統(tǒng)的模式設(shè)計(jì)和部署規(guī)劃、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的起草推動、技術(shù)試驗(yàn)測試、試商用推廣等。截止到2015年，HeERO已經(jīng)發(fā)展到16個國家范圍和包含車和通信行業(yè)在內(nèi)的43個產(chǎn)業(yè)合作伙伴的加盟。

此外，俄羅斯近年大力發(fā)展車載應(yīng)急通信系統(tǒng)，基于俄羅斯的GLONASS定位衛(wèi)星系統(tǒng)，提出ERA_GLONASS車載應(yīng)急通信系統(tǒng)，其技術(shù)方案與歐洲eCall系統(tǒng)技術(shù)方案類似，也即在發(fā)生嚴(yán)重交通事故后，通過該系統(tǒng)也能夠自動撥叫俄羅斯緊急救援電話，并且報(bào)告事故車輛所處的位置和車倆信息，其定位衛(wèi)星技術(shù)明確使用的是俄羅斯的衛(wèi)星定位GLONASS系統(tǒng)。目前，俄羅斯已經(jīng)啟動了對ERA_GLONASS技術(shù)的強(qiáng)制要求。

2.2技術(shù)原理簡介

車載應(yīng)急通信技術(shù)（eCall技術(shù)）的設(shè)計(jì)主要包含兩條通信路徑：如圖2所示，一條路徑為通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)撥打語音緊急呼叫，這個過程與蜂窩網(wǎng)絡(luò)緊急呼叫的實(shí)現(xiàn)原理一致；另一條路徑是通過衛(wèi)星通信系統(tǒng)截取的定位信息，將位置信息及相關(guān)車輛信息打包成規(guī)范化格式的數(shù)據(jù)信息單元通過蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)傳送給應(yīng)急業(yè)務(wù)平臺。通過這兩個通信路徑，當(dāng)汽車發(fā)生緊急情況（如碰撞），人為或自動的觸發(fā)應(yīng)急狀態(tài)，將終端模塊當(dāng)前的位置信息通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)傳送給應(yīng)急業(yè)務(wù)平臺，同時發(fā)起緊急呼叫，聯(lián)絡(luò)到應(yīng)急業(yè)務(wù)平臺，在盡量短時間內(nèi)完成事故上報(bào)。

2.3技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展?fàn)顟B(tài)

3GPP作為eCall技術(shù)的國際標(biāo)準(zhǔn)制定的委托組織，從2005年起開展eCall技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作，陸續(xù)推出系列eCall系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信傳送技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。系列標(biāo)準(zhǔn)的主要功能目標(biāo)是定義兩條通信通路（定位信息和緊急呼叫）如何協(xié)調(diào)統(tǒng)一的工作。

eCall在通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要分別架設(shè)在兩個功能實(shí)體（見圖3），一個是車載系統(tǒng)（IVS-In-Vehicle System），一個是公共安全應(yīng)答業(yè)務(wù)系統(tǒng)（PSAP-PublicSafety Answering Point）。兩個功能實(shí)體通過GPS衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)和PLMN公共（蜂窩）電信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。

圖2　車載應(yīng)急通信系統(tǒng)兩條通信路徑（來自3GPPTS26.267）

圖3　車載應(yīng)急通信系統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)架構(gòu)（來自3GPPTS26.267）

ETSI/3GPP制定的eCall技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)對IVSData Modem和PSAP Data Modem兩個功能實(shí)體進(jìn)行了最小數(shù)據(jù)單元（MSD-Minimum Set of Data）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、字段內(nèi)容定義以及發(fā)送接收的流程的全面定義，系列標(biāo)準(zhǔn)參見表1。

緊急呼叫的流程因在3GPP標(biāo)準(zhǔn)體系早有定義，故此系列標(biāo)準(zhǔn)不再重新定義該部分，而是重點(diǎn)關(guān)注于MSD傳輸以及其與緊急呼叫過程之間的同步配合。圖3清晰地描述了MSD與Speech語音呼叫之間以時間分割開關(guān)來完成協(xié)調(diào)同步的通信。

表1　系列標(biāo)準(zhǔn)

eCall技術(shù)發(fā)展已歷經(jīng)11年，其技術(shù)演進(jìn)依托于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)進(jìn)步。3GPP將eCall技術(shù)分成兩個發(fā)展階段：In-BAND eCall和演進(jìn)的 NG eCall（Next GenerationeCall）；目前，In-BANDeCall為發(fā)展階段，即上文所描述的基于2G或3G蜂窩移動通信系統(tǒng)將語音和數(shù)據(jù)包MSD打包一起進(jìn)行傳輸，并支持網(wǎng)絡(luò)向車載系統(tǒng)詢問信息的交互；NGeCall則被放到3GPPR14技術(shù)版本進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化工作，NGeCall將納入IMS語音及多媒體形式的數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)更高性能的報(bào)警傳輸。NGeCall目前還處于技術(shù)設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)化工作中。

此外，歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會CEN也對eCall在高層應(yīng)用要求，運(yùn)營要求和數(shù)據(jù)傳送及端到端測試方面開展了標(biāo)準(zhǔn)的起草編制工作。目前，eCall的CEN系列標(biāo)準(zhǔn)包括如下：

●CEN EN 15722：Intelligent Transport SystemseSafety-eCall minimum set of data（MSD）。

●CEN EN 16062：eCall High Level Application Requirements（HLAP）。

●CEN EN 16072：PanEuropean eCall-operating requirements。

●EN/ISO24978：ITS Safety&emergency messages usinganyavailablewireless media-Dataregistry procedures。

● CEN TS 16454：Intelligent transport systemseSafety-eCallend to end conformance testing。

其中，CENTS16454標(biāo)準(zhǔn)是eCall系統(tǒng)的通信模塊的主要測試標(biāo)準(zhǔn)，其內(nèi)容為對車載終端（IVS）和業(yè)務(wù)系統(tǒng)（PSAP）進(jìn)行包括注冊、業(yè)務(wù)觸發(fā)、SIM/USIM卡一致性、MSD傳送、語音呼叫等系列流程在內(nèi)的端到端的一致性測試方法。

3GPP技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系與CEN技術(shù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)共同實(shí)現(xiàn)了eCall清晰完整的技術(shù)和測試規(guī)范，為eCall的產(chǎn)品研發(fā)和網(wǎng)絡(luò)部署提供了技術(shù)依據(jù)。

俄羅斯的ERA_GLONASS系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)由俄羅斯國家標(biāo)準(zhǔn)起草機(jī)構(gòu)Interstate Standard起草編制，以測試標(biāo)準(zhǔn)為例，內(nèi)容涵蓋電磁兼容性、功能和協(xié)議、導(dǎo)航模塊等各類測試，目前GOST系列測試標(biāo)準(zhǔn)如下：

●GOSTR54618-2011：耐氣候和機(jī)械因素以及電磁兼容性測試Resistance to climatic and mechanical factors&EMC（Electro Magnetic Compatibility）。

●GOSTR 55530功能和協(xié)議測試Functional and Protocol Testing。

●GOSTR55531電話揚(yáng)聲器測試Speakerphone。

●GOSTR55532碰撞檢測Collision Detection。

●GOST R 55533通信模塊 Communication Modules（GS、UMTS）。

●GOST R 55534導(dǎo)航模塊，含俄羅斯衛(wèi)星定位GLONASS系統(tǒng)和全球定位GPS系統(tǒng)Navigation module。

其中，GOSTR55530-2013和GOSTR55533-2013標(biāo)準(zhǔn)包含了對蜂窩通信功能模塊的主要檢測內(nèi)容，其內(nèi)容類似CENTS16454標(biāo)準(zhǔn)，包括對車載終端（IVS）和業(yè)務(wù)系統(tǒng)（PSAP）進(jìn)行包括注冊、業(yè)務(wù)觸發(fā)、MSD傳送、語音呼叫等系列信令流程相關(guān)的測試方法。

3　車載應(yīng)急通信模塊測試方法介紹

車載應(yīng)急通信模塊測試方法在CENTS16454標(biāo)準(zhǔn)中進(jìn)行了詳細(xì)描述，CENTS16454標(biāo)準(zhǔn)包含IVS終端模塊的整體工作流程的測試，對于理解eCall業(yè)務(wù)模式比較完整。本部分重點(diǎn)對此標(biāo)準(zhǔn)所設(shè)計(jì)的測試方法進(jìn)行介紹。

CENTS16454標(biāo)準(zhǔn)的定義方法包括每個測試用例的準(zhǔn)備條件、測試步驟及結(jié)果判定。該標(biāo)準(zhǔn)將eCall服務(wù)提供鏈條上的參與實(shí)體的職責(zé)進(jìn)行了明確的定義和劃分，分別為車載系統(tǒng)（IVS）、移動通信網(wǎng)絡(luò)（MNO）、公共安全應(yīng)答平臺（PSAP）和第三方服務(wù)提供商（TPSP）。IVS包含兩種不同接入方式接入不同的業(yè)務(wù)平臺，Pan European與PSAP公共安全應(yīng)答平臺連接，TPS與第三方服務(wù)提供商連接。同時，CENTS16454標(biāo)準(zhǔn)為每個eCall服務(wù)參與實(shí)體都制定了詳細(xì)的測試方案。

車載系統(tǒng)IVS與PASP之間通信協(xié)議的測試是通過在協(xié)議流程上的每個關(guān)鍵環(huán)節(jié)設(shè)置一系列的檢查點(diǎn)，來檢查車載系統(tǒng)的行為是否滿足要求。例如，在出現(xiàn)緊急情況時是否能自動撥打語音電話，是否能自動發(fā)送MSD數(shù)據(jù)包等。

在遇到緊急情況時，MSD（Minimum Set of Data）能否被正常發(fā)送到PSAP非常關(guān)鍵。MSD雖然只有短短的140個字節(jié)，但其中包含了關(guān)系到是否能及時采取正確的方式對事故進(jìn)行處理及營救的極為重要的信息，如事故發(fā)生的時間、地點(diǎn)，事故車輛的品牌、車型及顏色。

以測試對象之一的車載模塊系統(tǒng)IVS為例，設(shè)計(jì)一個MSD消息發(fā)送的測試用例。其中，IVS終端模塊作為被測對象，其他參與主體用儀表進(jìn)行模擬，作為測試設(shè)備。IVS與PASP之間的通信協(xié)議流程，測試目的為驗(yàn)證IVS能否正常發(fā)送MSD消息，測試步驟設(shè)計(jì)如下：

（1）PSAP向IVS發(fā)送“Send MSD”請求。

（2）收到該請求，IVS將語音通話置于靜音模式。

（3）IVS發(fā)送MSD數(shù)據(jù)。

（4）PSAP確認(rèn)收到MSD。

（5）IVS停止發(fā)送MSD。

（6）PSAP檢查MSD數(shù)據(jù)的有效性及完整性。

（7）IVS接收PASP關(guān)于MSD數(shù)據(jù)有效性的反饋。

（8）IVS啟動語音模式。

（9）AP也啟動語音模式。

（10）VS與PSAP之間的語音通話是否正常。

4　國內(nèi)外車載應(yīng)急產(chǎn)品和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展

國內(nèi)目前在車載應(yīng)急安全方面主要基于目前各類信息技術(shù)的組合應(yīng)用，如兩客一危系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要結(jié)合多媒體技術(shù)于一體化的智能車載設(shè)備，并與后臺的服務(wù)和監(jiān)控平臺聯(lián)網(wǎng)，完成對車輛及駕駛的安全監(jiān)控和應(yīng)急防范。

圖4中的一體化智能車載系統(tǒng)，能將車輛上所需的各種功能高度集成，用單一設(shè)備即可完成多種智能化功能，包括客流分析、駕駛員疲勞檢測系統(tǒng)、身份認(rèn)證等，同時又配置了常規(guī)車載系統(tǒng)中所必須有的視頻監(jiān)控錄像系統(tǒng)、GPS系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)等，設(shè)備多種功能高度集成后，能帶來一定的便利性、功能多樣性、低成本的優(yōu)勢，但對應(yīng)急緊急處理全程全網(wǎng)和實(shí)時救援還有待新技術(shù)的支撐。

圖4　一體化智能車載系統(tǒng)

近幾年，與eCall和ERA_GLONASS技術(shù)類似的車載應(yīng)急通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)在“車載信息服務(wù)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用聯(lián)盟（TIAA）”旗下的eCall技術(shù)工作子組中有所推動。該子組起草了《緊急救援系統(tǒng)車載子系統(tǒng)技術(shù)要求》，對車載應(yīng)急通信功能的要求進(jìn)行了初步定義。同時，CCSA（中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會）的ST3（應(yīng)急組）也起草了《個人緊急情況下報(bào)警及位置信息傳送技術(shù)要求》系列標(biāo)準(zhǔn)，其中對移動終端的定義范圍涵蓋了車載終端。因?yàn)榭缧袠I(yè)的技術(shù)討論合作和標(biāo)準(zhǔn)化組織的多樣性，需要國內(nèi)產(chǎn)業(yè)界更緊密的合作，來推動國內(nèi)eCall技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的盡快制定以支持產(chǎn)業(yè)的部署和產(chǎn)品商用化實(shí)現(xiàn)。

歐盟委員會多年來通過制定政策和推動行業(yè)，也逐步實(shí)現(xiàn)了eCall技術(shù)體系的不斷完善并將其納入強(qiáng)制范圍?；仡?005年以來歐盟委員會屢次將eCall提到重要的討論議程上，在2009年引入eCall系統(tǒng)的4年進(jìn)展報(bào)告中委員會曾提到：項(xiàng)目推廣初始，以企業(yè)和個人自愿的方式加入十分無效，因而必須考慮強(qiáng)制措施。2012年7月，歐洲議會通過了一項(xiàng)決議，敦促委員會提交一份提案——要求所有成員國新批準(zhǔn)的汽車搭載112-eCall系統(tǒng)；2012年11月，歐盟委員會再次提出推廣eCall系統(tǒng)也作為歐盟汽車業(yè)的一個重點(diǎn)項(xiàng)目進(jìn)行建設(shè)。至此，可以預(yù)見2018年將在歐洲范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)eCall汽車配件產(chǎn)品的大規(guī)模強(qiáng)制檢測認(rèn)證，屆時歐盟境內(nèi)所銷售的新家用車和輕型乘用車都必須安裝緊急救援呼叫系統(tǒng)，以最大限度地減少道路交通事故中因救援遲緩造成的人員死亡。作為一個重要的道路安全措施，同時還要考慮現(xiàn)有車載系統(tǒng)的設(shè)備升級或后裝市場的推動。在PSAP業(yè)務(wù)系統(tǒng)方面也需要進(jìn)行全面的建設(shè)部署和完善。

俄羅斯的ERA_GLONASS商業(yè)部署目前進(jìn)展非?？焖伲?015年俄羅斯政府強(qiáng)制要求政策確定后，目前進(jìn)入俄羅斯市場的汽車產(chǎn)品被強(qiáng)制要求通過ERA_GLONASS系列標(biāo)準(zhǔn)要求的檢測，檢測認(rèn)證由俄羅斯政府官方授權(quán)的檢測實(shí)驗(yàn)室完成。

5　結(jié)束語

國內(nèi)車載應(yīng)急系統(tǒng)目前還處于標(biāo)準(zhǔn)研究和制定階段。在定位系統(tǒng)方面，中國北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)（BDS）已經(jīng)在亞太區(qū)域開通運(yùn)行，俄羅斯GLONASS衛(wèi)星在全球運(yùn)行并對車載應(yīng)急通信系統(tǒng)展開了應(yīng)用，這對中國北斗來說，具有一定參考性；在蜂窩網(wǎng)絡(luò)方面，國內(nèi)GSM、UMTS以及LTE的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展也已成熟，并與全球蜂窩網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用同步，借鑒eCall和ERA_GLONASS的技術(shù)和設(shè)備測試的經(jīng)驗(yàn)，可大大縮短我國車載應(yīng)急通信產(chǎn)業(yè)的部署周期，從而使得車載應(yīng)急通信技術(shù)能盡快步入商用，服務(wù)大眾。

［1］CENEN 15722. Intelligent Transport Systems - eSafety - eCall minimum set of data（MSD）.

［2］CENEN 16072.PanEuropeane Call-operating requirements.

［3］CEN TS 16454. Intelligent transport systems - eSafety - eCall end to end conformance testing.

［4］GOST R 55530 Functional and protocol testing.

［5］3GPPTS26.267 eCall Data Transfer In-band modem solution General description.

Introduction of eCall technology and test methods

CHEN Jun，WU Wen，GUO Gan

With the rapid development of in- vehicle communication technology， progress of technical research and stand ardization of eCall system have promoted the industry of in-vehicle communication safety system. This paper introduces eCall technology， standards， test specification and domestic and foreign industry status.

eCall；ERA_GLONASS；emergency call

2016-04-25）