淺談V2X 在車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的應(yīng)用

陳陽

（寧波瀚科高分子材料有限公司，寧波 315000）

主題詞：V2X V2V 車聯(lián)網(wǎng) 短程通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（DSRC）

1 V2X介紹

V2X技術(shù)近20年來，隨著車載芯片技術(shù)和通訊技術(shù)的革新，呈現(xiàn)出跨越式的發(fā)展。目前一輛乘用車上的芯片用量約為100顆，業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)到2020年，車內(nèi)芯片數(shù)量將增加到1000顆。特別是在駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、V2X、新能源汽車等方面。芯片技術(shù)的普及和應(yīng)用將大幅度降低V2X的實(shí)施難度和成本，實(shí)現(xiàn)車與人，車與環(huán)境的無縫互聯(lián)。

1.1 V2X的定義

V2X是指車對(duì)外界的信息交換，是一系列車載通訊技術(shù)的總稱。V2X包含汽車對(duì)汽車（V2V）、汽車對(duì)道路設(shè)備（V2R）、汽車對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）、汽車對(duì)行人（V2P）、汽車對(duì)機(jī)動(dòng)車（V2M）及汽車對(duì)公交車（V2T）等六大類[1]。

V2X的實(shí)施平臺(tái)包括了專用短程通訊（DSRC），以及基于LTE的蜂窩通訊技術(shù)。目前這兩者都具有相當(dāng)?shù)目尚行耘c發(fā)展性。

1.2 V2X的發(fā)展現(xiàn)狀

目前在進(jìn)行V2X技術(shù)研究的主體有：

（1）傳統(tǒng)汽車廠商，如豐田、通用、奔馳、寶馬、大眾以及國(guó)內(nèi)的上汽、奇瑞等主機(jī)廠；

（2）互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，如GOOGLE，百度等；

（3）新能源汽車廠商，如蔚來汽車、威馬汽車、電咖汽車等。

其中，豐田的ITS Connect系統(tǒng)除了可以對(duì)交通信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行識(shí)別外，還可以與前方的車輛進(jìn)行通信，幫助駕駛員識(shí)別前車的狀態(tài)，判斷車輛的相對(duì)速度，以便駕駛員進(jìn)行減速或者剎車[2]。而大眾的V2X技術(shù)則基于目前的蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)，即將升級(jí)至LTE系統(tǒng)。這套被稱為“Time to Green”的系統(tǒng)側(cè)重于V2R和V2I的技術(shù)，將城市道路信息和固定設(shè)施信息與車輛進(jìn)行交互，可以幫助駕駛員了解道路狀況，規(guī)避擁堵和停車場(chǎng)信息等。國(guó)內(nèi)廠商奇瑞等依托國(guó)內(nèi)的實(shí)際路況和駕駛習(xí)慣，建立了模擬的道路場(chǎng)景，讓車輛在預(yù)設(shè)的V2V，V2I和V2P場(chǎng)景中進(jìn)行試驗(yàn)。逐步完善車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的行為邏輯和學(xué)習(xí)機(jī)制。

2 V2X在車載網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用實(shí)例

2.1 V2V的應(yīng)用

V2V實(shí)現(xiàn)了車與車之間的信息交互，幫助甚至代替駕駛員做出安全預(yù)警和安全措施。目前在車輛上得到實(shí)際應(yīng)用的有[5]：

（1）FCW：前碰撞預(yù)警（Forward Collision Warn?ing）；

（2）CLW：失控預(yù)警(Control Losing Warning)；

（3）EEBL：緊急電子剎車燈(Electronic Emergency Brake Light)；

（4）LTA：左轉(zhuǎn)輔助（Left Turn Assist）；

（5）BSW：盲區(qū)預(yù)警（Blind Spot Warning）。

借助V2V技術(shù)，可以有效幫助駕駛員管理車輛與前后車的距離，在前車緊急減速、停車、變道時(shí)及時(shí)提醒駕駛員降低車速，做出規(guī)避動(dòng)作。在轉(zhuǎn)向和通過路口等情況下，駕駛員由于存在A柱和后視鏡盲區(qū)等客觀因素容易對(duì)來車情況產(chǎn)生誤判，此時(shí)V2V盲區(qū)與轉(zhuǎn)向預(yù)警系統(tǒng)可以及時(shí)預(yù)警，降低車輛碰撞的事故發(fā)生概率。

2.2 V2R的應(yīng)用

V2R主要是指汽車與道路設(shè)備的信息交互，包括了高速道路和城市道路等不同場(chǎng)景。在高速道路場(chǎng)景中，主要包括了高速線路、出入口以及限速等信息交互，相對(duì)比較簡(jiǎn)單。而在城市道路中，需要處理的信息就要更多一些，這就要求車輛采集的信息更多，例如信號(hào)燈，車道和交通指示信息等，要求系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力更強(qiáng)，同時(shí)和V2I和V2P關(guān)聯(lián)。這是目前實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛最困難的障礙。

目前研究比較成熟的是高速場(chǎng)景下的輔助應(yīng)用，如變道預(yù)警LCW(Lane Change Warning)等[3]。城市道路場(chǎng)景下的IMA：交叉路口輔助(Intersection Move?ment Assist)系統(tǒng)還未完善。

2.3 V2P、V2I等領(lǐng)域的應(yīng)用

V2P是指車輛與人之間的互動(dòng)，也是目前發(fā)展比較快的應(yīng)用之一。這里的V2P包含了車與駕乘人員的互動(dòng)以及車與行人的互動(dòng)。在LTE的構(gòu)架中，車輛通過蜂窩系統(tǒng)將空間信息與車身300 m內(nèi)的人通過手機(jī)或者智能設(shè)備聯(lián)系起來。車輛可以將位置、車況等信息和駕駛員進(jìn)行交互。在行駛中跟據(jù)車與行人之間速度、位置等信號(hào)判斷有一定的碰撞隱患時(shí)，車輛通過儀表及蜂鳴器提醒駕駛員，通過手機(jī)或智能穿戴設(shè)備圖像及聲音提示行人注意前方車輛。

V2I是指車輛與周邊環(huán)境特別是安全環(huán)境之間的信息交互。V2I與V2R最大的區(qū)別在與信息覆蓋的區(qū)域不同。V2R更關(guān)注于收集道路本身的信息，包括交通信號(hào)，人行橫道等。而V2I則在更廣的區(qū)域內(nèi)收集包括天氣信息，如SWIW：天氣預(yù)警（Spot Weather Im?pact Warning），WZW：限速限行區(qū)域預(yù)警（Reduced Speed/Work Zone Warning），目的地停車場(chǎng)信息DPI（Destination Parking Information）等。

此外，車輛與機(jī)動(dòng)車V2M、車輛與公交車輛V2T的系統(tǒng)也在逐步發(fā)展與完善。

3 V2X實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)

3.1 DSRC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：

專用短程通訊（DSRC）是IEEE 802.11p底層通信協(xié)議與IEEE 1609系列標(biāo)準(zhǔn)所構(gòu)成的技術(shù)，采用5.9 GHz頻段，具備有傳輸延遲低的特性，以提供車用環(huán)境中短距離通訊服務(wù)[6]。而IEEE802.11p解決在高速移動(dòng)環(huán)境中數(shù)據(jù)的可靠低時(shí)延傳輸問題，IEEE1609系列規(guī)范對(duì)V2X通信的系統(tǒng)架構(gòu)、資源管理、安全機(jī)制等進(jìn)行闡釋。

1999年，美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)(FCC)決定將5.9 GHz(5.850～5.925 GHz)頻段分配給汽車通訊使用。DSRC的頻段規(guī)劃，將5.9 GHz以10 MHz頻寬為單位，將75 MHz頻寬劃分成七個(gè)頻道，并由低頻至高頻分別給予172、174、175、178、180、182與184頻道編號(hào)。頻道178為控制頻道(CCH)，剩余的六個(gè)頻道為服務(wù)頻道(SCH)，其包含兩個(gè)公共安全專用服務(wù)頻道(頻道172為V2V公共安全專用服務(wù)頻道，頻道184為交叉路口公共安全專用服務(wù)頻道)、兩個(gè)中距離公共安全、私用共享服務(wù)頻道（頻道174與176），以及兩個(gè)短距離公共安全/私用共享服務(wù)頻道（頻道180與182）[4]。

3.2 LTE-V及5G技術(shù)

3GPP在2016年9月已經(jīng)完成了對(duì)其首份蜂窩車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，并在3GPP RAN會(huì)議上將其納入到LTE Release 14中。它主要聚焦于V2V，是基于LTE Release 12及LTE Release 13所規(guī)范的鄰近通信技術(shù)中的D2D（終端設(shè)備間直接通信），但是引入了一種新的D2D接口——PC5。作為3GPP V2V WI的一部分，PC5接口主要用于解決高速（最高250 km/h）及高節(jié)點(diǎn)密度環(huán)境下的蜂窩車聯(lián)網(wǎng)通信問題。

隨著5G的標(biāo)準(zhǔn)落地，LTE可以更好的解決離路覆蓋、盈利模式、容量及安全等各方面存在的問題。它的部署相對(duì)容易，頻譜帶寬分配靈活，傳輸可靠，覆蓋廣而且隨著3GPP持續(xù)演進(jìn)，可支持未來ITS業(yè)務(wù)需求。目前LTE的信息傳遞延時(shí)已經(jīng)低于100 ms，進(jìn)入了可以實(shí)際使用的階段。

4 V2X在車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用展望

目前V2X技術(shù)的應(yīng)用大部分還是集中于輔助駕駛的層面，更多的是對(duì)駕駛員提出預(yù)警和幫助。而在未來的自動(dòng)駕駛場(chǎng)景中，駕駛員和乘員的角色定位將趨于模糊，基于V2X的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和雷達(dá)以及圖像識(shí)別技術(shù)將代替人類完成路線規(guī)劃、行駛、泊車等駕駛行為。這些都將通過V2X得以實(shí)現(xiàn)。

最新的消息是，3GPP關(guān)于所有LTE V2X的標(biāo)準(zhǔn)R14，其中包括應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、接入層的所有標(biāo)準(zhǔn)體系都已經(jīng)完備，預(yù)計(jì)2019年前后啟動(dòng)商用，現(xiàn)在只等在國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的落地。

在可預(yù)期的將來，車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)會(huì)在現(xiàn)有的車廠原車信息服務(wù)的基礎(chǔ)上，充分拓展V2X的應(yīng)用，將信息覆蓋到整個(gè)車輛的使用生命周期中。從駕乘出行、泊車停車到維護(hù)保養(yǎng)、車輛安全等各個(gè)方面幫助車主活動(dòng)更安全更便利的使用體驗(yàn)。

5 結(jié)語

隨著短波雷達(dá)、激光雷達(dá)、視頻圖像分析技術(shù)的完善，以及人工智能技術(shù)的深入應(yīng)用，V2X必將在交通安全、車輛共享、舒適出行等各方面發(fā)揮更為顯著的作用。