C-V2X技術(shù)在智能網(wǎng)聯(lián)行業(yè)中應用探討

（中國聯(lián)通智能城市研究院，北京 100048）

(China Unicom Smart City Research Institute, Beijing 100048, China)

智能網(wǎng)聯(lián)汽車是按照約定的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)交互標準，實現(xiàn)車與車、車與路以及車與云平臺等智能信息交換共享，實現(xiàn)安全、舒適、節(jié)能、高效行駛的新一代汽車。智能網(wǎng)聯(lián)產(chǎn)業(yè)具有技術(shù)整合、信息共享、產(chǎn)業(yè)融合的特點。感知技術(shù)、通信技術(shù)、定位技術(shù)等多種先進技術(shù)的融合，可實現(xiàn)高效的信息交互和智慧交通。

目前中國的政策大力扶持智能網(wǎng)聯(lián)行業(yè)發(fā)展，將推動智能網(wǎng)聯(lián)相關(guān)的技術(shù)研發(fā)和落地應用作為發(fā)展目標。中國目前有全球規(guī)模最大的的移動通信網(wǎng)絡以及第一的汽車保有量，對智能網(wǎng)聯(lián)行業(yè)的發(fā)展有強大的市場驅(qū)動力。蜂窩車用無線通信（C-V2X）技術(shù)使車與車、路、云能夠通信，從而獲得實時路況、道路信息、行人信息等一系列交通信息，是未來智能網(wǎng)聯(lián)行業(yè)的關(guān)鍵使能技術(shù)。對運營商來說，C-V2X也是探索業(yè)務轉(zhuǎn)型、拓展新市場的重點領域。

1 C-V2X技術(shù)研究現(xiàn)狀

目前，第三代合作伙伴計劃（3GPP）已經(jīng)分別發(fā)布了對基于長期演進的車用無線通信（LTE-V2X）技術(shù)以及基于5G的車用無線通信（5G-V2X）技術(shù)定義的27種[1]和25種[2]應用場景。其中，3GPP TR 22.885定義的應用場景主要實現(xiàn)輔助駕駛功能，包括主動安全（例如碰撞預警、緊急剎車等）、交通效率（例如車速引導）、信息服務3個方面。3GPP TR 22.886主要實現(xiàn)自動駕駛功能，包括高級駕駛、車輛編隊行駛、離線駕駛、擴展傳感器傳輸?shù)取?/p>

3GPP V2X研究可分為3個階段：

（1）第1階級在R14中完成，包括Uu（基站與終端間的通信）接口以及PC5（直接通信）接口2種通信方式，車對車（V2V）、車對基礎設施（V2I）、車對人（V2P）和車對網(wǎng)絡（V2N）4類業(yè)務模式和TR 22.885中的業(yè)務場景。同時，在業(yè)務需求方面，標準也針對LTE-V2X支持的最大移動速度、時延、消息發(fā)送頻率、數(shù)據(jù)包大小等參數(shù)進行了定義[3-4]。

（2）第2階段是在R15中完成對LTE-V2X技術(shù)增強，進一步提升V2X的時延、速率以及可靠性等性能，以進一步滿足更高級的V2X業(yè)務需求，即TR 22.886。其相關(guān)技術(shù)主要針對PC5的增強，采用與LTE-V2X相同的資源池設計理念和相同的資源分配格式；因此可以與LTE-V2X用戶共存且不產(chǎn)生資源碰撞干擾影響。

（3）第3階段是基于新空口的蜂窩車用無線通信（NR-V2X）技術(shù)標準技術(shù)研究。主要是在R15中完成對NRV2X技術(shù)研究（SI階級），并在R16中完成對NR-V2X的標準化（WI階段）。該階段預計在2020年3月份完成。

2016年9月，奧迪、寶馬、戴姆勒、愛立信、華為、英特爾、諾基亞及高通發(fā)起成立的會員式組織5G汽車聯(lián)盟（5GAA），著眼于開發(fā)、測試、推動用于自動駕駛、業(yè)務泛在接入、智慧城市整合及智能交通等應用的通信解決方案，助推標準，促進產(chǎn)品的商用化發(fā)展與全球市場滲透。此外，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）、未來移動通信論壇（FuTURE）等多個標準組織與產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟目前也正在積極推動V2X方面的標準研發(fā)和場景測試。

2 C-V2X助力智能網(wǎng)聯(lián)業(yè)務

2.1 C-V2X與感知結(jié)合是智能網(wǎng)聯(lián)汽車未來的發(fā)展方向

面向未來高級智能駕駛的技術(shù)路線主要分為2個：一個是單車智能化，另一個是基于C-V2X技術(shù)的網(wǎng)聯(lián)化。

單車智能化主要通過雷達、攝像頭等傳感器來感知周圍環(huán)境狀態(tài)信息，并對數(shù)據(jù)進行收集處理、分析判定，最終下達行車指令?；诟兄侄潍@取路況信息較為精準，并且實時性高；但是，單車感知存在一定的弊端。這些弊端體現(xiàn)在：首先，信息探測范圍有限（一般在100～200 m之內(nèi)），并且容易受到如光照、天氣等環(huán)境因素的影響，傳感器靈敏度和精準度會大幅下降；其次，目前市面上的高精度感知設備成本非常高，具有高級別自動駕駛能力的智能化成本甚至可能高于車輛本身。因此，單車智能化無法大規(guī)模推廣應用。

基于C-V2X網(wǎng)聯(lián)化使車輛可以與周圍的車輛、行人、路側(cè)設備等任何具備通信能力的對象相連，以獲取周圍的環(huán)境信息。C-V2X網(wǎng)絡采集路側(cè)的基礎設施以及攝像頭、雷達等道路監(jiān)測傳感器的數(shù)據(jù)，使所有交通信息和交通元素更全面、更準確、更廣闊地為智能網(wǎng)聯(lián)汽車的感知系統(tǒng)提供決策和服務。網(wǎng)聯(lián)化的探測范圍比智能化的更大，但是它只能在網(wǎng)絡覆蓋的區(qū)域中才能發(fā)揮作用，并且受限于網(wǎng)絡的容量和傳輸速率；因此，網(wǎng)聯(lián)與智能相輔相成，二者結(jié)合是未來安全駕駛技術(shù)發(fā)展的方向[5]。

2.2 C-V2X與移動邊緣計算（MEC）融合為用戶提供區(qū)域化智能網(wǎng)聯(lián)業(yè)務

典型的C-V2X場景中包括如車載終端、道路基礎設施、移動網(wǎng)絡等，對應路側(cè)的路況感知與協(xié)同調(diào)度，多媒體視頻或高精度地圖分發(fā)等多種業(yè)務需求。業(yè)務平臺需要將車側(cè)、路側(cè)獲取的數(shù)據(jù)進行存儲和計算，為C-V2X設備提供所需要的各類應用服務；因此，大量終端接入及數(shù)據(jù)傳輸對網(wǎng)絡的帶寬和時延有很高的要求。

MEC是一種具有高帶寬、低延時、本地化等特點的技術(shù)，將計算存儲能力與業(yè)務服務能力向網(wǎng)絡邊緣遷移，使應用、服務和內(nèi)容實現(xiàn)本地化，一定程度上滿足網(wǎng)絡熱點高容量、低功耗大連接、低時延高可靠等技術(shù)場景的業(yè)務需求。將C-V2X 與MEC融合可以提升C-V2X端到端通信能力。MEC能夠提供強大的本地計算能力和存儲資源，支持部署更具本地區(qū)域特色、更高吞吐量的C-V2X服務[6]。

C-V2X的V2V通信大多可以通過PC5直接完成，也可以利用MEC實現(xiàn)信息傳輸?shù)臉蚪樱欢鳹2I與V2N場景則可以更多地與移動無線通信網(wǎng)絡發(fā)生關(guān)系，從而更充分利用MEC的能力。MEC在網(wǎng)絡的邊緣提供信息技術(shù)（IT）基礎資源以及虛擬化應用托管環(huán)境時，C-V2X應用可以部署在其中。這可以顯著降低C-V2X業(yè)務的端到端時延，改善用戶體驗。例如安全輔助駕駛、自動駕駛業(yè)務屬于對通信時延高敏感的業(yè)務場景。如果將此類業(yè)務部署在MEC上，就可以降低業(yè)務時延，實現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)處理和反饋。另外，MEC的本地屬性可以提供區(qū)域化、個性化的本地服務。

2.3 C-V2X與5G構(gòu)建智能網(wǎng)聯(lián)新生態(tài)

5G網(wǎng)絡擁有高速率、低時延的特性。5G車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務主要以智慧道路監(jiān)測、自動駕駛、遠程駕駛、編隊行駛等業(yè)務為主。C-V2X與5G聯(lián)合組網(wǎng)構(gòu)建廣覆蓋與直連通信協(xié)同的融合網(wǎng)絡，保障智慧交通業(yè)務連續(xù)性。

5G的低時延和C-V2X的道路環(huán)境感知能力，將會給交通的安全和效率帶來極大提升。例如，5G+C-V2X網(wǎng)絡構(gòu)建的智能路況監(jiān)測業(yè)務場景，可以通過5G網(wǎng)絡和C-V2X網(wǎng)路對路面積水、結(jié)冰、施工維護、車道異物、事故提醒、車速管控等交通路況實施采集，通過5G網(wǎng)絡將信息上傳至云平臺實時分析決策后，再通過5G和C-V2X將信息下發(fā)給車輛和行人，用于異常路況提醒、施工提醒、限速預警、闖紅燈預警、擁堵提醒等；信息下發(fā)給交通部門時，可用于道路精準監(jiān)控、智能交通流量分析、基礎設施故障監(jiān)控、智慧執(zhí)法等。5G+C-V2X實現(xiàn)有效規(guī)避、減少交通擁堵和事故，保障出行安全、提高通行效率。

5G+C-V2X能夠提升交通效率，降低社會成本。例如，在高速公路編隊行駛業(yè)務中，領隊車輛為有人駕駛或一定條件下的無人駕駛，跟隨車隊為基于實時信息交互的無人駕駛車。領隊車輛的車載攝像頭、雷達采集車輛周邊環(huán)境。5G終端將采集的感知信息及車輛狀態(tài)信息實時上傳。平臺基于上報的信息做出決策，并將決策指令下發(fā)，幫助車輛識別路況、變換行駛速度和方向。而車載V2X終端則實現(xiàn)車隊車輛之間及車路之間信息交互。編隊行駛可以提升整體道路的通行效率，降低人力和時間成本，帶來可觀的經(jīng)濟效益。

3 基于C-V2X的系統(tǒng)架構(gòu)與發(fā)展建議

3.1 C-V2X總體架構(gòu)

基于C-V2X的車聯(lián)網(wǎng)將采用“終端-網(wǎng)絡-平臺”的統(tǒng)一架構(gòu)，如圖1所示[7]。路端實現(xiàn)基礎設施的全面信息化，構(gòu)建全方位數(shù)字化鏡像映射交通系統(tǒng)；車端實現(xiàn)交通工具智能化，建立智能駕駛系統(tǒng)、智能物流系統(tǒng)；云端實現(xiàn)智能交通的一體化管控，包括大數(shù)據(jù)的收集、共享、分析，以及全局交通動態(tài)的智能管控等。

● 綜合業(yè)務平臺——打造車聯(lián)網(wǎng)協(xié)同互聯(lián)云平臺，實現(xiàn)互聯(lián)互通。在功能上，車聯(lián)網(wǎng)云平臺一方面具有網(wǎng)絡管理能力（包括業(yè)務管理、連接管理），含有車聯(lián)網(wǎng)通用業(yè)務分析組件，能夠?qū)崿F(xiàn)車車協(xié)同和車云協(xié)同；另一方面具有網(wǎng)絡開放能力，例如進行大數(shù)據(jù)分析、拓展新的業(yè)務渠道，或者向第三方企業(yè)開放網(wǎng)絡接入功能。

▲圖1 智能網(wǎng)聯(lián)體系總體架構(gòu)

● 一體化的交通網(wǎng)絡——縱向通過C-V2X，包括LTE-V2X以及NRV2X，實現(xiàn)車車、車路的直連通信，為實現(xiàn)智慧交通提供更可靠、高效的網(wǎng)絡服務。橫向?qū)崿F(xiàn)4G/5G網(wǎng)絡共存，依據(jù)不同的業(yè)務需求選用不同的網(wǎng)絡及技術(shù)，實現(xiàn)多模通信。C-V2X與蜂窩網(wǎng)絡相結(jié)合，可實現(xiàn)網(wǎng)絡的無縫覆蓋和“車-路-云”之間的多維高速信息傳輸。

● 基礎設施信息化——終端即基礎設施層，是智慧交通的神經(jīng)末梢，能實現(xiàn)道路的全面感知與檢測，同時實現(xiàn)感知數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化處理。雷達、攝像頭、車載單元（OBU）/路側(cè)設備（RSU）以及交通基礎設施等，通過傳感器或C-V2X通信實現(xiàn)周圍環(huán)境的信息收集。

3.2 C-V2X發(fā)展建議

隨著C-V2X技術(shù)的發(fā)展成熟，未來的C-V2X網(wǎng)絡部署落地大體上可以分為以下3個階段：

（1）組織運營商、設備商、車企、交通部門等開展規(guī)模試驗，深入挖掘智能網(wǎng)聯(lián)服務的范圍，探索組網(wǎng)與運營模式的解決方案，提升終端設備、網(wǎng)絡設備和平臺開發(fā)的成熟度，建立起覆蓋C-V2X功能、性能、安全性等全方位的試驗體系。

（2）針對特定場景的試運營，在試點區(qū)域內(nèi)部署路側(cè)設備和5G基站，打造示范先導示范區(qū)。例如，在城市公交車專用道進行部署，即在公交車上部署車聯(lián)網(wǎng)車載終端，可以實現(xiàn)公交通安全、高效行駛、節(jié)能減排等各類業(yè)務應用；在高速公路規(guī)劃專用車道，可以實現(xiàn)物流卡車在這些路段的車輛編隊行駛，實現(xiàn)智慧物流。

（3）隨著C-V2X技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)品的進一步成熟和滲透率的提升，以及前2個階段的積累，建立包含智能網(wǎng)聯(lián)汽車、智慧道路和一體化管控平臺的智慧交通體系，進一步探索新的運營管理模式，并推廣到全國各重點城市和智慧新城中。

4 C-V2X應用面臨的挑戰(zhàn)

（1） C-V2X產(chǎn)品未規(guī)模商用化及推廣。

與單車感知、專用短程通信技術(shù)（DSRC）等技術(shù)相比，C-V2X技術(shù)的研究起步較晚。雖然C-V2X的關(guān)鍵產(chǎn)品（包括芯片、車載終端、路側(cè)基礎設施等）在近2年已經(jīng)取得了很大進展，但產(chǎn)品本身離商業(yè)部署還仍然有差距，尚沒有較大規(guī)模的商用化，市場滲透率也較低。仍需要加大研發(fā)力度，才能盡早實現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)模商用。

（2） C-V2X建設成本較高。

C-V2X技術(shù)旨在實現(xiàn)車路協(xié)同，需要路側(cè)基礎設施部署的覆蓋率和車載終端部署的滲透率共同實現(xiàn)。路側(cè)基礎設施的部署包括RSU、路側(cè)感知設備（攝像頭、雷達、環(huán)境感知設備）以及智能信號燈、智能化標志標識等；此外，網(wǎng)絡能力的增強還需要MEC、LTE或者5G蜂窩基站的部署等。目前，中國城市道路超過4×105km，高速公路里程也超過1.4×105km。如果實現(xiàn)全部覆蓋，建設成本預計在數(shù)千億元；因此，未來C-V2X網(wǎng)絡的建設規(guī)模、資金來源都是考驗產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素。

（3）尚未有成型的商業(yè)模式。

與以往傳統(tǒng)車聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)模式不同，C-V2X產(chǎn)業(yè)牽涉的主體眾多，還未形成強有力的主導方，未有統(tǒng)一的C-V2X網(wǎng)絡部署方案。整個C-V2X產(chǎn)業(yè)沒有形成核心的凝聚力，導致產(chǎn)業(yè)推動力量發(fā)散；因此，非常有必要基于示范項目逐步探索合適的商業(yè)模式，并在推動產(chǎn)品成熟與跨行業(yè)協(xié)作融合的同時，明確C-V2X關(guān)鍵的建設者和運營者。

5 結(jié)束語

智能網(wǎng)聯(lián)業(yè)務是未來智能交通的發(fā)展方向，而C-V2X是將車輛、道路與網(wǎng)絡平臺連接的橋梁。目前，LTE的網(wǎng)絡性能可以滿足部分車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務。隨著5G的到來，網(wǎng)絡能力會進一步加強，這更有利于駕駛信息的獲取與傳輸，有助于在未來實現(xiàn)更加豐富的車聯(lián)網(wǎng)服務。一方面，運營商作為傳統(tǒng)的通信管道提供商，需要通過網(wǎng)絡演進及升級來支持低時延、高可靠業(yè)務；另一方面，運營商也正在積極探索在新形成的車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中的角色轉(zhuǎn)變，即從傳統(tǒng)的管道服務向全面服務運營演進。