車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)進展及關鍵技術分析

（中國移動通信研究院，北京100032 ）

(China Mobile Research Institute, Beijing 100032, China)

隨著車輛智能化的發(fā)展以及通信技術的快速演進，車聯(lián)網(wǎng)從以支持車載信息服務為主向以支持智能化和網(wǎng)聯(lián)化為基礎的輔助駕駛、自動駕駛和智慧交通的應用發(fā)展。在車載信息服務階段，車輛通過蜂窩網(wǎng)絡與云端服務器通信，實現(xiàn)娛樂、車載導航等應用；在輔助駕駛階段，車輛通過與周圍的車輛、路側交通基礎設施、人、云端服務通信，獲得周圍車輛的狀態(tài)、路側的交通信號燈、交通標志等信息，輔助提升車輛的安全行駛能力；在自動駕駛和智慧交通階段，將實現(xiàn)車、路、人、云的全方位連接，在進行智能感知信息的共享與交換同時共享部分決策信息，具備復雜環(huán)境感知、智能決策、協(xié)同控制等功能，從而實現(xiàn)最終的全天候無人駕駛和高度協(xié)同的智慧交通[1]。

現(xiàn)階段，全球車聯(lián)網(wǎng)界正在重點開展輔助駕駛的產(chǎn)業(yè)化推進及自動駕駛的技術研發(fā)，并積極探索商業(yè)模式及典型應用。

1 車聯(lián)網(wǎng)政策及產(chǎn)業(yè)情況

1.1 全球政策現(xiàn)狀

從全球來看，現(xiàn)階段的車聯(lián)網(wǎng)無線通信技術主要包括2種：以電氣和電子工程師協(xié)會標準（IEEE 802.11p）為基礎的專用短程通信（DSRC）技術和蜂窩車用無線通信（C-V2X）技術。美國、日本、歐洲等發(fā)達國家和地區(qū)普遍非常重視車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，均已開展了相關的技術研究和測試驗證工作。

美國的車聯(lián)網(wǎng)研發(fā)依托于智能交通系統(tǒng)（ITS）的整體發(fā)展，由政府主導，起步較早。美國交通部于2016年提案以立法形式推動2023年美國所有輕型車輛強制安裝DSRC（基于IEEE 802.11p技術）車載設備；但由于各州法律不同、產(chǎn)業(yè)意見不一致等問題被擱置。2019年3月，福特表示計劃于2021年在中國的車型優(yōu)先搭載C-V2X技術。目前C-V2X技術已在圣迭戈和底特律進行初步試驗。2019年12月，美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）發(fā)布消息，為C-V2X分配了20 MHz（5 905～5 925MHz）頻段，為C-V2X技術在美國應用帶來了可能。

日本政府推進“自動駕駛系統(tǒng)研發(fā)計劃”，設定短期（2014—2016年，開展車聯(lián)網(wǎng)協(xié)同系統(tǒng)和終端設備研發(fā)以及市場戰(zhàn)略部署）、中期（2017—2020年，完成駕駛安全支持系統(tǒng)研發(fā)和Level 1/2市場部署）以及遠期（2021—2030年，完成Level 3/4系統(tǒng)研發(fā)和市場部署）的發(fā)展階段和目標。日本內閣也于2019年通過《道路運輸車輛法》修正案。除了現(xiàn)有的ITS頻譜（760 MHz、5.8 GHz等）之外，日本正在開展為C-V2X分配其他頻率的可行性研究。

歐洲在2008年已為智能交通系統(tǒng)分配5.9 GHz頻段；歐盟委員會于2019年3月宣布通過“在歐洲道路上實施清潔的、連接和自動駕駛的法案”，車輛、交通標識牌和高速公路將于2019年安裝網(wǎng)聯(lián)設備。經(jīng)過產(chǎn)業(yè)各界的反饋及討論，最終該法案否決僅支持IEEE 802.11p的提案，為C-V2X的商用部署保留機會。

中國政府高度重視車聯(lián)網(wǎng)相關技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，自從把加快車聯(lián)網(wǎng)構建納入國家“十三五”規(guī)劃以來，工業(yè)和信息化部（簡稱為工信部）、交通部、科技部、發(fā)展和改革委員會（簡稱為發(fā)改委）等多部委聯(lián)合出臺一系列規(guī)劃，從政策、法規(guī)、技術、標準、測試示范等多個維度支持中國車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展：2017年成立了“國家制造強國領導小組車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項委員會”，2018年確定5.9 GHz用于車聯(lián)網(wǎng)直連通信，2019年啟動車聯(lián)網(wǎng)（智能網(wǎng)聯(lián)汽車）和自動駕駛地圖應用試點。同時，各部委自2016年開始積極與地方政府合作，推進了中國示范區(qū)建設。

1.2 標準進展

當前支持車聯(lián)網(wǎng)的無線通信技術主要有2種：一種是IEEE組織制定的802.11p技術，一種是第三代合作伙伴計劃（3GPP）組織制定的C-V2X技術。其中，802.11p是IEEE于2003年以802.11a為基礎制定并于2010年完成標準化，其后續(xù)演進版本802.11bd預計將于2021年10月完成。

C-V2X技術包含長期演進（LTE）-V2X和 5G-V2X。LTE-V2X是5G-V2X的先導技術，5G-V2X的標準后向兼容LTE-V2X標準。3GPP于2017年6月完成基本版本（R14）的國際標準制定，于2018年6月完成增強版LTE-eV2X（R15）的制定。5G-V2X通信標準（R16）正在制定中。

在中國，中國通信標準化協(xié)會（CCSA）、中國智能交通產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（C-ITS）、中國汽車工程學會（C-SAE）、國際移動通信系統(tǒng)（IMT）-2020 C-V2X工作組等組織積極推進LTE-V2X端到端標準體系的構建。目前已基本建設完成LTE-V2X標準體系和核心標準規(guī)范制定，包括總體技術、空中接口、安全以及網(wǎng)絡層與應用消息層、車載終端和路側設備等各個部分，初步形成了覆蓋LTE-V2X標準協(xié)議棧各層次、各層面、設備的標準體系。

5G-V2X的標準正在推進中，CCSA及C-V2X工作組已開展C-V2X業(yè)務需求增強研究，已立項基于5G的車聯(lián)網(wǎng)通信技術研究。此外，C-ITS/C-SAE等也開始啟動應用層數(shù)據(jù)規(guī)范第2階段研究。

1.3 產(chǎn)業(yè)進展

1.3.1 國際進展

下一代移動通信網(wǎng)（NGMN）、5G汽車聯(lián)盟（5GAA）積極推進C-V2X技術在國際上發(fā)展。NGMN于2016年成立了專門的V2X工作組，主要針對LTE-V2X的應用場景、性能分析、商業(yè)價值等內容進行研究。V2X工作組發(fā)布V2X白皮書，充分證明C-V2X的技術先進性，同時也促進了全球對通信企業(yè)支持C-V2X技術的車聯(lián)網(wǎng)的統(tǒng)一認識，并對整個車聯(lián)網(wǎng)的商用化部署提供了指導建議，開啟全球加速促進車聯(lián)網(wǎng)相關產(chǎn)品的成熟與應用工作。

5GAA于2016年9月由通信和汽車企業(yè)發(fā)起成立，旨在推動智能車聯(lián)、智慧交通、自動駕駛等信息通信解決方案和應用，及端到端產(chǎn)業(yè)生態(tài)發(fā)展。5GAA自成立以來，充分吸引產(chǎn)業(yè)各方支持，積極與3GPP、歐洲電信標準化協(xié)會（ETSI）等標準組織進行技術交流，同時向歐盟委員會展示C-V2X技術的先進性，成功推動歐盟理事會否決僅使用ITS-G5技術實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)應用的決議，為C-V2X的應用發(fā)展贏取空間。

1.3.2 中國進展

中國政府以及產(chǎn)業(yè)各方正大力推進C-V2X產(chǎn)業(yè)發(fā)展，加速建立完善的端到端產(chǎn)業(yè)體系。

（1）LTE-V2X。

目前中國的產(chǎn)品已覆蓋芯片、模組、車載終端、路側終端、平臺、應用等端到端的全產(chǎn)業(yè)鏈。支持LTEV2X的通信芯片有3家廠商，車規(guī)級通信模組有4家廠商，C-V2X車載終端有10余家廠商，路側終端有8家廠商。在車聯(lián)網(wǎng)V2X基礎數(shù)據(jù)平臺、車企業(yè)務平臺、示范區(qū)測試數(shù)據(jù)平臺、第三方應用平臺等均有產(chǎn)品，并在各地車聯(lián)網(wǎng)示范區(qū)開始部署驗證。另外，各家車企也針對輔助駕駛業(yè)務開發(fā)相關應用，并在各地示范區(qū)進行聯(lián)合測試。2019年4月，上海汽車、中國第一汽車、東風、長安等14家車企共同發(fā)布C-V2X商用路標，預計在2020年上半年到2021年下半年量產(chǎn)C-V2X汽車[2]。

測試驗證方面，大唐電信、萬集科技等9家終端設備廠商完成了IMT-2020（5G）推進組C-V2X工作組組織的網(wǎng)絡層應用層互操作、協(xié)議一致性測試。2018年11月，共有中外11家整車企業(yè)、8家LTE-V2X終端提供商和3家通信模組廠商共同參與世界首例“跨芯片模組、跨終端、跨整車”的LTE-V2X“三跨”互聯(lián)互通應用示范。2019年10月22—24日，共有26家整車廠商、11家通信模組廠商、28家終端提供商、6家安全廠商和位置服務提供商共同參與C-V2X“四跨”（在“三跨”基礎上增加了“跨安全平臺”）互聯(lián)互通應用示范活動。

為了推進車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)和應用落地，工信部、交通部、公安部設立30多個應用示范區(qū)，一方面在北京、上海、重慶等地建立了多場景、多環(huán)境測試場，驗證C-V2X端到端的關鍵技術，推進了車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品商用研發(fā)進程。另一方面開展車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的規(guī)模示范應用，探索車聯(lián)網(wǎng)可行的商業(yè)模式。例如，由中國移動作為牽頭單位，在工信部、公安部、江蘇省無錫市政府的指導下，聯(lián)合公安部交通管理科學研究、無錫交警、中國信息通信研究院（簡稱為信通院）等近30家單位，在無錫持續(xù)開展了C-V2X應用示范：2017年建成了全球首個LTE-V2X開放道路示范樣板，2018年打造全球首個LTE-V2X城市級規(guī)模應用；2019年獲批成為工信部推選的中國首個車聯(lián)網(wǎng)先導區(qū)，后續(xù)將進一步推進完成無錫C-V2X服務覆蓋，實現(xiàn)V2X的持續(xù)運營。目前，北京、上海、武漢等地也在逐步推進C-V2X城市級應用。

（2）5G-V2X。

早在2017年，中國移動等單位在上海實現(xiàn)首個5G遠程遙控駕駛，并在2018年世界移動通信大會（MWC）期間演示了5G遠程自動編隊駕駛，對基于5G的車聯(lián)網(wǎng)應用進行了概念驗證；隨著中國5G商用，基于5G 新空口（NR）的增強移動寬帶（eMBB）芯片已商用；隨著高通等5G芯片的陸續(xù)發(fā)布，移遠、LG等紛紛發(fā)布5G車載模組。在網(wǎng)絡方面，中國從2018年底到2019年初陸續(xù)部署5G NR eMBB網(wǎng)絡，3大運營商已于2019年10月31日正式推出5G商用套餐。中國移動計劃2020年將為全國超過340個城市提供5G商用服務；中國聯(lián)通計劃將在7個城市正式開通5G實驗網(wǎng)，在33個城市實現(xiàn)熱點區(qū)域覆蓋，在n個城市定制了5G網(wǎng)中專網(wǎng)；中國電信也計劃在2019年年底前建設4萬個5G基站，分布在約50個城市中。此外，目前基于5G NR（超可靠低時延車聯(lián)網(wǎng)）以及PC5（直連通信）的研發(fā)工作尚未開始。

總體來看，基于LTE-V2X的車聯(lián)網(wǎng)端到端技術、產(chǎn)品、應用、測試已成熟，已具備預商用條件；而基于5G-V2X的車聯(lián)網(wǎng)技術、標準及產(chǎn)品仍在推進中，有待后續(xù)進一步的技術驗證及測試。

2 車聯(lián)網(wǎng)典型應用場景及需求分析

借助于人、車、路、云平臺之間的全方位連接和高效信息交互，C-V2X目前正從信息服務類應用向交通安全和效率類應用發(fā)展，并將逐步向支持實現(xiàn)自動駕駛的協(xié)同服務類應用演進。

2.1 輔助駕駛典型應用場景及需求

針對C-V2X輔助駕駛典型場景（具體如表1所示），通過C-V2X工作組、C-SAE、C-ITS等中國標準及產(chǎn)業(yè)組織共同研究，面向輔助駕駛階段定義了17個C-V2X的基礎應用場景。這些應用場景基于C-V2X信息交互，實現(xiàn)車輛、道路設施、行人等交通參與者之間的實時狀態(tài)共享，輔助駕駛員進行決策[3]。

此外，5GAA也定義了輔助駕駛典型應用場景，包括安全、效率、高級輔助駕駛、行人保護4大類共計12個場景，具體場景與中國定義類似。

輔助駕駛典型應用場景的部署，對通信網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)處理、定位等方面提出了具體需求。在通信方面，時延要求小于100 ms（在特殊情況下小于20 ms），可靠性需滿足90%～99%，典型數(shù)據(jù)包大小為50～300 B，最大1 200 B；在數(shù)據(jù)處理方面，據(jù)統(tǒng)計單車產(chǎn)生的數(shù)據(jù)每天約為GB級，對大量車輛、道路、交通等數(shù)據(jù)的匯聚，需要滿足海量數(shù)據(jù)儲存的需求，同時對這些數(shù)據(jù)提出實時共享、分析和開放的需求；在定位方面，定位精度需滿足車道級定位，即米級定位，并且車輛需要獲取道路拓撲結構。

2.2 自動駕駛典型應用場景及技術需求

5G技術的更大數(shù)據(jù)吞吐量、更低時延、更高安全性和更海量連接等特性，極大地促進了智能駕駛和智慧交通發(fā)展。產(chǎn)業(yè)各方開始了面向自動駕駛的增強型應用場景的研究與制定，一方面從基礎典型應用場景的實時狀態(tài)共享過渡到車與車、車與路、車與云的協(xié)同控制，增強了信息交互復雜程度，可實現(xiàn)協(xié)同自動駕駛與智慧交通的應用；另一方面基于通信與計算技術的提升，交通參與者之間可以實時傳輸高精度視頻、傳感器數(shù)據(jù)，甚至是局部動態(tài)高精度地圖數(shù)據(jù)，提高了感知精度與數(shù)據(jù)豐富程度[2]，[4]。

產(chǎn)業(yè)界正逐步提出并對表2中增強的業(yè)務場景進行定義、研究和探索。

3GPP將增強的應用場景分為4類，包括車輛編隊行駛、半/全自動駕駛、傳感器信息交互和遠程駕駛；5GAA也針對面向自動駕駛的增強應用場景進行了定義，涉及安全、效率、自動駕駛、公共服務等方面。

面向自動駕駛的增強應用場景對數(shù)據(jù)交互技術、高精度定位技術、多傳感器融合技術、高性能處理平臺、高精度地圖等提出了新的需求。在通信方面，單車上下行數(shù)據(jù)速率需求大于10 Mbit/s，部分場景需求50 Mbit/s，時延需求為3～50 ms，可靠性需大于99.999%；在信息交互方面，需實時交互車輛、道路、行人的全量數(shù)據(jù)，利用多傳感器融合技術獲取實時動態(tài)交通高精度地圖；在數(shù)據(jù)處理方面，單車每天將產(chǎn)生高達PB級的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)的存儲、分析等計算能力提出了更高的要求；在定位方面，需達到亞米級甚至厘米級的定位精度。

表2 面向自動駕駛的增強應用場景

3 車聯(lián)網(wǎng)關鍵技術

3.1 整體架構

基于C-V2X通信技術的“人-車-路-網(wǎng)”多方協(xié)同的車聯(lián)網(wǎng)不同于傳統(tǒng)Telematics網(wǎng)絡，它對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏斔俾?、時延、可靠性等方面提出了更高的需求。網(wǎng)絡除了進行數(shù)據(jù)傳輸，還需要輔助實現(xiàn)協(xié)同計算；因此，運營商需要將傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡升級為“通信+計算”的網(wǎng)絡，以滿足新的車聯(lián)網(wǎng)應用場景需求。

圖1所示為基于“通信+計算”網(wǎng)絡的車聯(lián)網(wǎng)體系架構。首先，運營商網(wǎng)絡需在通信技術上升級更新，引入直連通信，并隨大網(wǎng)演進至5G及更高級網(wǎng)絡；其次，引入計算能力，按需在網(wǎng)絡中部署多級計算平臺；再者，引入多形態(tài)智能車聯(lián)網(wǎng)終端。在端到端的網(wǎng)絡架構中，還要引入針對車聯(lián)網(wǎng)的安全機制，以保證通信安全、可靠。

3.2 平臺的關鍵技術

從整體架構的演進可以看出，為滿足車聯(lián)網(wǎng)新的需求，通信網(wǎng)絡將逐步引入“計算”能力，輔助實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的實時計算；因此，V2X平臺應具備以下能力：

（1）提供海量終端管理、用戶管理、計費管理、應用管理、安全管控、系統(tǒng)監(jiān)測控制等運營、運維管理能力；

（2）提供海量終端數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入、業(yè)務鑒權、交通數(shù)據(jù)匯聚及分析、應用托管、高性能數(shù)據(jù)存儲、交通信息開放、邊緣節(jié)點資源調度、路側傳感數(shù)據(jù)融合計算、業(yè)務連續(xù)性保持等業(yè)務支撐能力。V2X平臺參考架構見圖2[5]。

由于車聯(lián)網(wǎng)對海量數(shù)據(jù)高性能處理的需求，除增強平臺自身能力之外，對于部署方案也應進行優(yōu)化。相對傳統(tǒng)的“中心平臺-終端”架構，新的車聯(lián)網(wǎng)需要更貼近用戶、靈活性更高的部署方案。由此，引入V2X多級平臺系統(tǒng)架構。平臺各級能力可根據(jù)V2X業(yè)務對時延、數(shù)據(jù)計算量、部署等方面的需求，分層提供不同的服務能力，如圖3所示（初步考慮基于“中心-區(qū)域-邊緣”三層架構滿足車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務需求）。

3.3 通信網(wǎng)絡的關鍵技術

C-V2X通信技術包含LTE-V2X和5G-V2X。LTE-V2X主要是針對百毫秒時延的輔助駕駛場景，一方面引入直連通信，支持終端之間直接通信，降低時延，增強終端在無網(wǎng)絡覆蓋時通信能力；另一方面對公眾網(wǎng)Uu（基站與終端間的通信）接口進行性能優(yōu)化，定義應用于V2X的服務質量等級標識（QCI）、縮短多播控制信道（MCCH）周期等，降低時延，提升可靠性。5G-V2X主要是針對毫秒級時延、單車百兆速率的自動駕駛場景，基于5G NR Uu技術引入5G PC5。

圖2 V2X平臺參考架構

為滿足車聯(lián)網(wǎng)低時延、高可靠性、大帶寬等需求，5G Uu網(wǎng)絡引入了V2X通信切片、邊緣計算、服務質量（QoS）預測等特性。

（1）5G切片技術。車聯(lián)網(wǎng)的應用場景非常豐富，業(yè)務需求呈現(xiàn)出多樣性的特征，既有大帶寬、數(shù)據(jù)傳輸速率高的需求，又有對可靠性、時延等要求高的需求。對車聯(lián)網(wǎng)可考慮3種類型切片：第1類為eMBB切片，支持車內娛樂、視頻應用及在線游戲等業(yè)務需求；第2類是V2X通信切片，支持駕駛相關業(yè)務的網(wǎng)絡需求；第3類是針對汽車廠商定制化的切片，可以由車廠單獨運營，支持某品牌車輛特有服務，如遠程問題診斷等。

（2）邊緣計算技術。移動邊緣計算（MEC）技術將計算、存儲、業(yè)務服務能力向靠近終端或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡邊緣遷移，具有本地化處理、分布式部署的特性。面向車聯(lián)網(wǎng)的MEC一方面通過將業(yè)務部署在邊緣節(jié)點，以降低C-V2X網(wǎng)絡的端到端通信時延；另一方面作為本地服務托管環(huán)境，提供強大的計算、存儲資源。

（3）QoS預測。車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務有別于其他5G網(wǎng)絡業(yè)務，對通信性能的改變十分敏感。面對這一需求，5G網(wǎng)絡引入了智能網(wǎng)元網(wǎng)絡數(shù)據(jù)分析功能（NWDAF），通過采集分析數(shù)據(jù)，提前預判某車輛進入的小區(qū)是否能夠滿足5G-V2X業(yè)務的QoS需求，從而提前通知車輛。此外，5G-V2X應用還將反饋給網(wǎng)絡最高QoS需求和最低QoS需求，最大限度保障5G-V2X的業(yè)務。

圖3 V2X多級平臺部署架構

（4）業(yè)務連續(xù)性。業(yè)務連續(xù)性指在終端移動狀態(tài)下，通過不同網(wǎng)絡側會話管理機制來保障車輛快速移動狀態(tài)下不同用戶面功能（UPF）切換時的業(yè)務體驗。目前3GPP標準中R15版本定義的保障業(yè)務連續(xù)性主要有3種模式。在R16版本中又增加了1種超可靠低時延的業(yè)務連續(xù)性方案，在涉及到切換的2個UPF之間建立轉發(fā)通道，保障車輛在移動過程中會話不中斷。

5G在直連通信技術上也進行了增強，同LTE-V2X類似，NR PC5也支持2種通信模式，即模式1和模式2（類似于LTE-V2X中的模式3和模式4）。3GPP正在討論新增資源調度NR 模式2的子模式以優(yōu)化通信性能。在低時延方面，NR V2X支持 3 ms端到端超低時延需求，引入60 kHz子載波間隔支持更短的子幀結構，NR Sidelink 支持基于預配置資源的免調度傳輸方案。在高可靠方面，5G-V2X支持單播及組播，并支持混合自動重傳請求（HARQ）等重傳技術，確保高于99.999%的超高可靠性。同時，5G-V2X PC5既支持ITS頻段，又可擴展到IMT頻段，從而創(chuàng)造了更多的業(yè)務空間。

3.4 車聯(lián)網(wǎng)安全關鍵技術

隨著車聯(lián)網(wǎng)的不斷完善與逐步應用，產(chǎn)業(yè)界越來越意識到車聯(lián)網(wǎng)信息安全問題的重要性[6]。如何在不降低系統(tǒng)運行效率，不增加額外開銷的前提下，有效實現(xiàn)車路協(xié)同系統(tǒng)節(jié)點安全認證，確保車載終端、路側設備、云平臺等網(wǎng)元實體之間信息通信的安全性，是當前產(chǎn)業(yè)界面臨的主要技術挑戰(zhàn)；因此，在車聯(lián)網(wǎng)安全方面需在兩方面取得突破進展。

（1）安全認證技術。為了確保車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務中消息來源的真實性、內容的完整性，并防止消息重放，中國C-V2X車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)采用數(shù)字證書通過數(shù)字簽名/驗簽等密碼技術對V2X業(yè)務消息進行保護，因此，需要車聯(lián)網(wǎng)安全管理系統(tǒng)來實現(xiàn)證書頒發(fā)與撤銷、終端安全信息收集、數(shù)據(jù)管理、異常分析等一系列功能。在此之前，車聯(lián)網(wǎng)終端必須完成設備初始化，以安全的方式完成數(shù)字證書等敏感參數(shù)的初始配置。目前針對該問題，有2種解決方案：一種是車企自建證書管理體系，自己維護系統(tǒng)，確保系統(tǒng)的安全可靠；另一種方案則是基于通用認證機制（GBA）的終端認證服務，如圖4所示。

對于安裝USIM卡，支持LTE-Uu接口通信的V2X設備，可基于用戶與運營商間的共享密鑰K和蜂窩網(wǎng)基礎認證及密鑰協(xié)商能力簡化設計，實現(xiàn)CA管理實體與V2X設備間的身份認證，并在兩者之間建立初始信任關系，滿足ECA證書及其他證書初始申請、安全傳輸?shù)男枰?。該方案能夠使車載單元（OBU）終端僅依靠自身安全硬件和網(wǎng)絡GBA安全能力即可在線完成初始安全配置，避免了工廠復雜的密鑰管理，降低了汽車企業(yè)生產(chǎn)線及管理系統(tǒng)安全改造的成本，提高了汽車工業(yè)自動化生產(chǎn)水平。未來該技術的演進還可為5G車聯(lián)網(wǎng)的應用提供可靠的安全保障。

圖4 基于通用認證機制的車聯(lián)網(wǎng)證書初始安全配置方案

（2）車聯(lián)網(wǎng)高性能安全芯片技術。C-V2X車聯(lián)網(wǎng)技術目前已確定采用通過數(shù)字簽名/驗簽的方式對車聯(lián)網(wǎng)消息進行保護。為了實現(xiàn)上述機制，車聯(lián)網(wǎng)終端需要以芯片/硬件/固件安全為基礎，以安全的方式生成隨機數(shù)及密鑰，實現(xiàn)密碼運算，對密碼公私鑰對、數(shù)字證書等敏感參數(shù)進行安全存儲。

根據(jù)3GPP提供業(yè)務模型估計，車聯(lián)網(wǎng)終端設備的驗簽處理能力預計至少應達到2 000次/秒，這對安全芯片的處理性能提出了較高要求。除此之外，安全芯片應當符合車規(guī)級，滿足測試標準。同時，在中國境內使用的安全芯片產(chǎn)品還應符合《密碼法》規(guī)定及要求，應支持采用商用密碼（SM）2/SM3/SM4算法實現(xiàn)密碼相關處理及運算。然而，同時滿足支持國密算法以及車規(guī)級性能要求的高性能安全芯片目前在中國是沒有的。因此，研究高性能安全芯片技術是當前車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)。

4 結束語

車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展是未來實現(xiàn)自動駕駛及智慧交通的關鍵，近年來在中國政府及產(chǎn)業(yè)各方的大力推動下，基于C-V2X的車聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)在標準、核心技術和產(chǎn)業(yè)推進等方面取得長足的發(fā)展，具備產(chǎn)業(yè)化部署的能力。但目前仍存在運營方不確定、運營模式不清晰、頻譜政策不明確等問題，導致車聯(lián)網(wǎng)商業(yè)化應用動力不足?；贑-V2X的車聯(lián)網(wǎng)需進一步探索優(yōu)化政策環(huán)境，加強跨行業(yè)合作，推動形成深度融合、創(chuàng)新活躍、安全可信、競爭力強的車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)新生態(tài)。

致謝

本研究得到中國移動李鳳高級工程師、郄雅坤工程師、張翼鵬工程師的幫助，謹致謝意！