基于5G時(shí)代下的車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展

楊森元 王浩 侯瑋 董江林

關(guān)鍵詞：網(wǎng)聯(lián)化;車聯(lián)網(wǎng);交通智能化;C-V2X技術(shù)

一、車聯(lián)網(wǎng)的背景及意義

文獻(xiàn)u-提出關(guān)于交通系統(tǒng)的科學(xué)化、現(xiàn)代化、智能化，一直是人們不斷追尋的目標(biāo)。早期的交通信號(hào)控制系統(tǒng)裝置采用了電子、傳感、傳輸?shù)燃夹g(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)交通道路中的科學(xué)管理。但是，伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，交通監(jiān)視和誘導(dǎo)系統(tǒng)、信息采集系統(tǒng)等在智能交通領(lǐng)域中扮演著極為重要的角色，人類對(duì)于車聯(lián)網(wǎng)V2X技術(shù)在自動(dòng)駕駛中應(yīng)用的探索從未停止，并在車聯(lián)網(wǎng)V2X研究中掀起了新的浪潮。

但是汽車領(lǐng)域的不斷發(fā)展，但來(lái)的絕不僅僅只有福音，接踵而來(lái)的還有一系列例如交通堵塞、能源消耗和環(huán)境污染等社會(huì)問(wèn)題。而車聯(lián)網(wǎng)旨在借助現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)改當(dāng)前城市交通狀況，從而促進(jìn)智能交通城市的發(fā)展。幸運(yùn)的是，5G網(wǎng)絡(luò)化信息時(shí)代的到來(lái)，使車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展達(dá)到了新的高潮。

車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展顛覆了現(xiàn)有的傳統(tǒng)交通模式，使汽車不再是一個(gè)獨(dú)立的個(gè)體，而是龐大城市智能交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有機(jī)體中的一員，一旦車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成熟，可能將避免堵車和交通事故的發(fā)生。從而達(dá)到最大挖掘路網(wǎng)潛力的目的，從而實(shí)現(xiàn)人、車、路一體化綜合智能發(fā)展的目標(biāo)。推動(dòng)車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)逐漸成為全球發(fā)展的必然趨勢(shì)，智能交通行業(yè)的安全化、暢通化和高效化憑借著車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展逐步走向成熟。

其中V2X（Vehicle to Everything）技術(shù)是車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的靈魂核心。它借助新一代信息通信技術(shù)將車與一切事物相連接，從而實(shí)現(xiàn)車輛與一切可能影響車輛的實(shí)體全方位連接與信息交互。

二、目前車聯(lián)網(wǎng)的研究現(xiàn)狀

車聯(lián)網(wǎng)V2X技術(shù)早期主要是基于美國(guó)研發(fā)的DSRC（dedicatedshort range communication）技術(shù)及專用短距離通信技術(shù)，而后期隨著蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)的逐漸發(fā)展，才出現(xiàn)了C-V2x（Cellular Vehicle to Everything）技術(shù)。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，DSRC技術(shù)迎來(lái)了最大的對(duì)手——LTEV2X。LTE V2X是由3GPP基于LTE技術(shù)研究而成，LTE V2X技術(shù)包括直接通信（LTE-V-Direct）和蜂窩通信（LTE-V-Cell）兩種工作模式，前者作為自組織網(wǎng)絡(luò)在小范圍內(nèi)進(jìn)行V2X通信，后者利用現(xiàn)有的頻譜和基站進(jìn)行蜂窩通信。LTE-V2X得到電信運(yùn)營(yíng)商的大力支持，華為、愛(ài)立信、高通、奧迪等多家廠商成立了5GAA聯(lián)盟。LTE-V2X優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)需投入新的路邊設(shè)施、成本更低、網(wǎng)絡(luò)覆蓋的距離更長(zhǎng)。

從當(dāng)前研究現(xiàn)狀來(lái)看，絕大多數(shù)廠商及科研機(jī)構(gòu)研發(fā)的自動(dòng)駕駛車輛仍處于單車智能的狀態(tài)，在沒(méi)有5G網(wǎng)絡(luò)車聯(lián)網(wǎng)的支撐下，想要達(dá)到L5級(jí)別的全場(chǎng)景自動(dòng)駕駛幾乎是不可能的，更遑論未來(lái)城市智能交通網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)。然而5G網(wǎng)絡(luò)的商用發(fā)展趨勢(shì)必將為城市智能交通領(lǐng)域的發(fā)展提供更加強(qiáng)大的契機(jī)，我們必將見(jiàn)證汽車交通領(lǐng)域的歷史性變革。

為什么5G時(shí)代的出現(xiàn)，會(huì)導(dǎo)致汽車與交通行業(yè)的歷史性變革呢？工信部部長(zhǎng)苗圩在鰲亞洲論壇2019年年會(huì)上表示，在5G應(yīng)用方面，最大的一個(gè)市場(chǎng)可能就是車聯(lián)網(wǎng)。基于4G的LTE-V2X技術(shù)在過(guò)去十年根本無(wú)法滿足車聯(lián)網(wǎng)迅速發(fā)展的需求，而5G網(wǎng)絡(luò)商用給LTE-V2X發(fā)展提供了更大的可能與契機(jī)。眾所周知，文獻(xiàn)[6]提出4G主要側(cè)重人與人之間的相互通信，而5G則形成了端到端的生態(tài)系統(tǒng)。因此5G-V2X可以支持更多面向高度自動(dòng)駕駛的車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，但是5G-V2X想要成熟的應(yīng)用于智能交通系統(tǒng)，還要經(jīng)過(guò)更長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試和驗(yàn)證。

無(wú)可置疑，中國(guó)作為全球第一大汽車市場(chǎng)，車聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)制定勢(shì)在必行。從我國(guó)擁有全球最大的LTE網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀和C V2X演進(jìn)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)來(lái)看，C-V2X應(yīng)該是目前國(guó)內(nèi)V2X技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的首選。

從基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展看，目前我國(guó)主推發(fā)展的5G NR和LTE-V，都將車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)作為重要的應(yīng)用領(lǐng)域，其特點(diǎn)是將傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)以“中心+基站”為核心的技術(shù)，拓展增加“分布式+自組織”功能，這能夠很好的支撐車輛之間的信息交換。但是目前我國(guó)在國(guó)際C-V2X整體推進(jìn)情況形勢(shì)較為嚴(yán)峻：一是國(guó)際社會(huì)在V2X項(xiàng)層設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)體系和頻譜規(guī)劃方面已完成布局;二是其他國(guó)家802.11p由于標(biāo)準(zhǔn)化完成相對(duì)較早，占據(jù)時(shí)間窗口優(yōu)勢(shì)，已開(kāi)展大量測(cè)試和應(yīng)用示范，并有相對(duì)較成熟產(chǎn)品和方案。

但是在國(guó)家政策的大力支持下，各汽車相關(guān)領(lǐng)域企業(yè)、科技巨頭、傳統(tǒng)車企、BAT等涉足汽車領(lǐng)域互聯(lián)網(wǎng)新貴紛紛入場(chǎng)，促進(jìn)了車聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展。

聯(lián)通的5G車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，將構(gòu)建核心云、邊緣云及車端、路端多級(jí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，打造車路云三重平行交通體系，創(chuàng)建基于“多模通信+車路協(xié)同+車云同步”的云網(wǎng)一體化智能交通系統(tǒng)，并提供全方位多樣化的新型車聯(lián)網(wǎng)服務(wù);華為制造的雙模C-V2X路側(cè)設(shè)備RSU，配合香港應(yīng)用科技研究院（應(yīng)科院）C-V2X軟件系統(tǒng)和演算法，利用C-V2X U、PC5通信道把信號(hào)燈，交通狀態(tài)等廣播資訊，傳遞到一汽、奧迪、東風(fēng)、長(zhǎng)安、上汽等汽車上。實(shí)現(xiàn)了（車、行人、路、網(wǎng)）之間低時(shí)延、高可靠感知資訊交換。中國(guó)聯(lián)通以及阿里巴巴基于此也紛紛出臺(tái)相關(guān)政策。

三、車聯(lián)網(wǎng)研究中的問(wèn)題

如果車聯(lián)網(wǎng)C-V2X技術(shù)真的完全成熟，無(wú)人駕駛城市智能交通網(wǎng)絡(luò)真的形成，那么一切關(guān)于城市交通問(wèn)題真的能得到完美解決嗎？

麻省理工學(xué)院主任Carlo Ratti的研究表明：車聯(lián)網(wǎng)V2X技術(shù)應(yīng)用于城市交通領(lǐng)域，最終導(dǎo)致的后果可能是“超現(xiàn)實(shí)的交通擁堵”。而由此帶來(lái)的問(wèn)題依舊嚴(yán)峻，不僅如此，車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)本身也存在著很多問(wèn)題：

1、車聯(lián)網(wǎng)V2X技術(shù)的最大難題就是在對(duì)周圍物體的識(shí)別上。車聯(lián)網(wǎng)V2X需要采集大量圖片信息，對(duì)車輛進(jìn)行“訓(xùn)練”，使其在絕大多數(shù)情景下都能準(zhǔn)確識(shí)別周圍的環(huán)境信息。車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展至今已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)絕大多數(shù)的物體識(shí)別，但在汽車高速行駛過(guò)程中依舊存在著不少“意外”。

2、從智能組網(wǎng)和傳輸角度看，車聯(lián)網(wǎng)V2X對(duì)于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)有著極大的依賴性。車聯(lián)網(wǎng)V2X技術(shù)在實(shí)現(xiàn)信息交互時(shí)，要求移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)有著足夠的可靠性和穩(wěn)定性，以支撐高性能、大容量的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用。5G時(shí)代的到來(lái)，使車聯(lián)網(wǎng)V2X技術(shù)便有了新的可能。

3、汽車大規(guī)模聯(lián)網(wǎng)后，另一關(guān)鍵問(wèn)題就是路由問(wèn)題。泛洪廣播是路由的前身，廣播不能是漫無(wú)目的廣播，而是為了能夠更好的找尋到目標(biāo)車輛，真正實(shí)用的車聯(lián)網(wǎng)通信方式一定是智能路由傳輸。想要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要設(shè)計(jì)低時(shí)延，高可靠的路由協(xié)議。然而高動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?duì)路由的穩(wěn)定性，可靠性都提出了極大的挑戰(zhàn)，如何才能長(zhǎng)時(shí)間的維持穩(wěn)定的通信鏈路并保障路由下一跳節(jié)點(diǎn)的選擇是最優(yōu)的？這就需要引入人工智能和深度學(xué)習(xí)來(lái)進(jìn)一步保障。而現(xiàn)如今人工智能和深度學(xué)習(xí)技術(shù)盡管已經(jīng)取得了一定成果，但未徹底成熟，依舊在不斷探索之中。

4、最后面臨著技術(shù)成熟度的問(wèn)題，智能網(wǎng)聯(lián)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，從面對(duì)復(fù)雜交通環(huán)境下的感知技術(shù)、決策技術(shù)到車輛的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)、信息交互技術(shù)，均存在很多需要進(jìn)一步研究解決的問(wèn)題。例如：1、配套基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的問(wèn)題，智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展需要更加智能化的道路、更加先進(jìn)的通信保障;2、法律法規(guī)、社會(huì)接受度等方面的挑戰(zhàn)，目前的法律法規(guī)尚不允許沒(méi)有人類駕駛員（或安全員）的自動(dòng)駕駛車輛上路，自動(dòng)駕駛車輛出現(xiàn)交通事故的責(zé)任劃分等問(wèn)題。

四、感想與總結(jié)

順應(yīng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的浪潮，在5G時(shí)代的大力推動(dòng)下，車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)勢(shì)不可擋。車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展必將給智慧交通城市生活帶來(lái)新的活力，促進(jìn)城市智能交通的發(fā)展。但是任何事物的發(fā)展過(guò)程中必然面臨著眾多挑戰(zhàn)，盡管車聯(lián)網(wǎng)存在許多難以攻克及技術(shù)難題和法律問(wèn)題，但是我相信隨著時(shí)間的演進(jìn)，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，必將帶來(lái)新的奇跡！