暢談5G車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在鄉(xiāng)村道路中的應(yīng)用

黃 田 李嘉輝 葛中會(huì)

(重慶郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院 重慶 400065)

引 言

車聯(lián)網(wǎng)需要的低時(shí)延、高速率在5G技術(shù)的支撐下得以實(shí)現(xiàn)。但是，它目前較多地應(yīng)用在城市智能化交通系統(tǒng)中，較少涉及到鄉(xiāng)村道路中的應(yīng)用。原因主要有以下幾個(gè)方面。

第一，城市中車輛數(shù)量多，車聯(lián)網(wǎng)成為了主陣地。城市道路較為規(guī)范，車輛、人員較為集中，車流量大；城市的通信技術(shù)覆蓋范圍較為全面，建筑物鱗次櫛比等特點(diǎn)，為車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用提供了一個(gè)很好的平臺(tái)。同時(shí)，城市堵車現(xiàn)象較為頻繁，車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可以更好地實(shí)時(shí)監(jiān)控區(qū)域車流量，在提前預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上能夠較好地實(shí)現(xiàn)車輛的流動(dòng)規(guī)劃，減少擁堵。

第二，農(nóng)村地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)較為落后。由于國家大力推進(jìn)城鎮(zhèn)化建設(shè)，因而，鄉(xiāng)村地區(qū)的發(fā)展遲遲不能提上日程，建設(shè)的速度一直很緩慢。

第三，現(xiàn)在的4G網(wǎng)絡(luò)不足以支撐車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用。由于車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中涉及到大量的數(shù)據(jù)計(jì)算和傳輸問題，在數(shù)據(jù)傳輸率和時(shí)延上面要求很高，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)難以達(dá)到要求。

綜合以上三個(gè)原因，可知鄉(xiāng)村車聯(lián)網(wǎng)目前仍然是一個(gè)需要我們研究與完善的問題。

一、鄉(xiāng)村車聯(lián)網(wǎng)主要特點(diǎn)

目前，鄉(xiāng)村大部分的地區(qū)實(shí)現(xiàn)了公路村村通，基礎(chǔ)道路設(shè)施得到了保障，為車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用奠定了一定的基礎(chǔ)。鄉(xiāng)村道路最大的特點(diǎn)是道路與車輛稀疏，在道路兩旁比較寬闊，遮擋物較少，多徑效應(yīng)較弱；在山區(qū)中就顯得比較復(fù)雜，樹木、彎道和山體都將會(huì)對(duì)信號(hào)的傳輸造成不同程度的影響，使得車輛的信息不能夠準(zhǔn)確而快速地傳輸。

鄉(xiāng)村道路的車流量較城市要小，這使得在車輛與車輛之間的數(shù)據(jù)處理會(huì)少一些工作量。但是，現(xiàn)有的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是剛性固化的，主要關(guān)注網(wǎng)絡(luò)的底層傳送能力，業(yè)務(wù)很難靈活地調(diào)用網(wǎng)絡(luò)能力，它更加關(guān)注接入網(wǎng)及核心網(wǎng)，是復(fù)雜度非常高的“煙囪”架構(gòu)[1]。而車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)要求網(wǎng)絡(luò)對(duì)上層應(yīng)用和業(yè)務(wù)開放，這就使得傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不能夠很好地適用于鄉(xiāng)村車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

同時(shí)，鄉(xiāng)村道路還需要考慮許多非人為因素的判定。比如，山體滑坡，泥石流等自然災(zāi)害。這是在城市車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)上面的延伸，將會(huì)豐富和完善車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在多場(chǎng)景下的應(yīng)用。

二、5G主要特點(diǎn)

5G網(wǎng)絡(luò)即第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)(5G：5th Generation Mobile Networks)，是最新一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)。其性能目標(biāo)是高數(shù)據(jù)速率、減少延遲、節(jié)省能源、降低成本、提高系統(tǒng)容量和大規(guī)模設(shè)備連接。其主要優(yōu)勢(shì)在于，數(shù)據(jù)傳輸速率遠(yuǎn)高于以前的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，最高可達(dá)10Gbit/s，比4G快100倍。目前5G已經(jīng)投入商用，根據(jù)目前移動(dòng)測(cè)試人員的數(shù)據(jù)結(jié)果來看，下行最高速率達(dá)到1617Mbps，最低為75Mbps；上行最高速率為139Mbps，最低為7.65Mbps。這將使很多領(lǐng)域產(chǎn)生質(zhì)的飛躍[2]。

三、5G應(yīng)用下的鄉(xiāng)村車聯(lián)網(wǎng)可能性分析

第一，高速率，低延遲可以滿足鄉(xiāng)村車聯(lián)網(wǎng)的需求。車聯(lián)網(wǎng)(V2X：Vehicle to Everything)是實(shí)現(xiàn)車輛與周圍的車、人、交通基礎(chǔ)設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)等全方位連接和通信的新一代信息通信技術(shù)。車聯(lián)網(wǎng)通信包括車與車之間 (V2V：Vehicle to Vehicle)、車與路之間(V2I：Vehicle to Infrastructure)、車與人之間(V2P：Vehicle to Pedestrian)、車與網(wǎng)絡(luò)之間(V2N：Vehicle-to-Network)等，具有低時(shí)延、高可靠等特殊嚴(yán)苛的通信要求[3]。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)只能夠達(dá)到一些基本信息的傳輸，如定位，導(dǎo)航等，但對(duì)于自動(dòng)駕駛技術(shù)卻難以達(dá)到要求。鄉(xiāng)村中車輛的數(shù)據(jù)傳輸往往需要上傳到骨干網(wǎng)。這樣，數(shù)據(jù)的傳輸速率就大大降低了，時(shí)延也很高。5G網(wǎng)絡(luò)使用的毫米波段，在數(shù)據(jù)傳輸上面就有很大的優(yōu)勢(shì)，高速率、低延遲直接滿足了車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的要求。

第二，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加扁平化，邊緣計(jì)算與云計(jì)算相結(jié)合，從而使得計(jì)算延遲大大降低。邊緣云，是一種在網(wǎng)絡(luò)邊緣或靠近用戶接入點(diǎn)側(cè)部署云數(shù)據(jù)中心的技術(shù)。該技術(shù)將傳統(tǒng)的集中式云計(jì)算能力下沉，讓靠近用戶的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)提供計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、加速、人工智能及大數(shù)據(jù)處理能力。同時(shí)為第三方服務(wù)應(yīng)用提供開放的部署平臺(tái)，面向用戶提供種類多樣的第三方服務(wù)，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)省后向帶寬、低時(shí)延、大連接的高效服務(wù)分發(fā)。[4]這一技術(shù)同車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合，車輛數(shù)據(jù)不再需要將數(shù)據(jù)傳輸至核心網(wǎng)處理之后再返回，直接在網(wǎng)絡(luò)邊緣進(jìn)行計(jì)算，將大大減少車輛的數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸時(shí)間，降低時(shí)延，使得車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在鄉(xiāng)村道路中的應(yīng)用成為可能。

從上述的分析可以看出，5G技術(shù)的特征是信息傳輸高速率、低時(shí)延，并且計(jì)算時(shí)延也大大降低。這些技術(shù)特征能夠滿足鄉(xiāng)村環(huán)境下車聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求，使得鄉(xiāng)村車聯(lián)網(wǎng)組建成為可能。

四、結(jié)論

5G網(wǎng)絡(luò)使用新的頻段，還有大規(guī)模的天線技術(shù)，使得數(shù)據(jù)的傳輸速率大大提升；同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加的扁平化，使數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t和計(jì)算延遲大大降低。上述特征基本達(dá)到了鄉(xiāng)村車聯(lián)網(wǎng)傳輸與計(jì)算的要求，使得鄉(xiāng)村車輛網(wǎng)的應(yīng)用變?yōu)榱丝赡埽?G應(yīng)用后鄉(xiāng)村也可以實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)。