V2X 關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展分析

陳 杰

（西華大學(xué)，四川 成都 610039）

引言

近年來，我國汽車數(shù)量不斷增加，智能汽車項目是各國政府在大力推動的項目，智能汽車是進(jìn)行出行娛樂和車際互聯(lián)等的重要功能。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示車輛已經(jīng)成為繼手機和電腦之后發(fā)展第三快的設(shè)備生產(chǎn)者。因此，車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正式走上歷史舞臺，并成為人們的焦點。通過V2X 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，高速公路上，高速行駛的汽車之間可以進(jìn)行相互通信，人車互動可以提高人們的出行樂趣。而且通過V2X 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以大大減少交通事故的發(fā)生率，為人們的生命安全增加一份保障。車車互聯(lián)，車人互聯(lián)，車網(wǎng)互聯(lián)等，可以幫助車輛判斷路段是否擁擠、是否危險，這樣有效地降低了交通事故的發(fā)生。因此，加快推廣V2X 技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用極為重要。然而在推廣過程中存在的一系列問題也不容忽視。本文將對V2X 技術(shù)應(yīng)用推廣以及存在的問題，未來發(fā)展趨勢等進(jìn)行相關(guān)論述。

1 V2X 技術(shù)介紹

（1）V2X 的概念。V2X 即為 vehicle to everything，也就是指車與外界信息的互換，即為車用無線通信技術(shù)。V2X 技術(shù)可以實現(xiàn)車與車，車與基站，基站與基站等的互通，能夠大大提高行車的安全性。也可以提供影音等娛樂形式，增加出行樂趣。還可以減少擁堵，提高出行效率等。

（2）V2X 的分類。V2X 技術(shù)主要被分為四大類：V2V、V2I、V2P 和V2N，也就是分別將X 指代的everything 分成了 vehicle、infrastructure、pedestrian 和 network。表示車跟此四類媒介的信息互通。V2V 表示車與車之間能夠直接進(jìn)行通信。這里是將車作為一個具有傳送和接收數(shù)據(jù)能力的移動通信終端。V2I 表示車與周圍的基礎(chǔ)設(shè)施可以進(jìn)行通信，例如車與紅綠燈，當(dāng)大霧天氣時，紅綠燈信息可以直接顯示到車載大屏上，這樣就可以對十字路口的路況信息進(jìn)行判斷。V2P 表示車與人以及人身上的設(shè)備可以進(jìn)行通信。比如車與人身上的手機，電腦等。V2N 表示車與邊緣云可以進(jìn)行通信，邊緣云可以在盲區(qū)時對車輛進(jìn)行判斷，如果會發(fā)生危險，就會將信息向駕駛員預(yù)警。

（3）V2X 的發(fā)展歷程。車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)興起于美國，并且歐美和日本在該技術(shù)上一直處于領(lǐng)先地位，美國在2010年就頒布了車聯(lián)網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)，也就是WAVE 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，主要用于車的無線通信。日本在1991年就成立了車輛信息與通信系統(tǒng)中心，可以很好地為道路交通信息提供系統(tǒng)。我國的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展與歐美相比就相對較晚了。2007年，通用汽車公司和上汽集團一起推出了安吉星服務(wù)，這為車聯(lián)網(wǎng)在中國的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。2009年被稱為車聯(lián)網(wǎng)元年，這年各大廠商紛紛推出車載的服務(wù)系統(tǒng)。車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在中國迅速發(fā)展，中國正式進(jìn)入車聯(lián)網(wǎng)時代。2011年，隨著車聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，大唐電信和啟明信息科技共同建立了通信與汽車電子產(chǎn)品實驗室。這標(biāo)志著我國正式進(jìn)入車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用階段。

（4）V2X 技術(shù)路線。a. DSRC 技術(shù)特點。DSRC 技術(shù)是一種無線通信技術(shù)，該技術(shù)可以進(jìn)行雙向半雙工中短距離無線通信，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸，傳輸帶寬能夠達(dá)到3-27MB/S。有很多優(yōu)點能夠滿足VANET 的需要，比如可以指定授權(quán)帶寬，這樣可以用于安全可靠的通信，還能夠快速建立網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)快速通信，并且能夠進(jìn)行安全的高頻更新，具有非常高的可靠性，這樣在車輛行駛條件下即使碰到雷雨天氣，也不會受到重大影響。在這些天氣時，其安全等級也會非常高。雖然DSRC 技術(shù)有著很多的優(yōu)點，但也存在許多的局限性。比如DSRC 技術(shù)采用載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議（CSMA-CA）。該協(xié)議會產(chǎn)生數(shù)據(jù)包譯碼失敗的情況。還有就是該技術(shù)使用了正交頻分復(fù)用技術(shù)限制了最大傳輸速率以及傳輸范圍。b. C-V2X 技術(shù)特點。C-V2X 解決方案用以解決DSRC 技術(shù)存在的一些問題，是一項能夠提高長期演進(jìn)技術(shù)的新技術(shù)。與DSRC 技術(shù)相比，C-V2X 技術(shù)可以提供穩(wěn)健的基礎(chǔ)設(shè)施與通信。能夠增強通信的安全性與保密性。C-V2X 技術(shù)初始標(biāo)準(zhǔn)主要側(cè)重于V2V 也就是車與車之間的信息互通，到后期才發(fā)展了V2X 中的其他應(yīng)用場景。并且C-V2X 引進(jìn)了新的D2D 通信端口用于實現(xiàn)近鄰的通信服務(wù)。

2 V2X 關(guān)鍵技術(shù)

（1）可靠的實時通信技術(shù)。在車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，主要用到的是無線通信技術(shù)。由于在實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通時，車輛可能在高速運行，這樣就要求通信技術(shù)的可靠性與實效性。要求能夠做到網(wǎng)絡(luò)接入的時間短，數(shù)據(jù)傳輸時延低，且數(shù)據(jù)傳輸具有高可靠性，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩耘c隱秘性等。針對這些技術(shù)要求，各個國家提出了多個車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。其中IEEE 和歐洲分別提出的WAVE 系統(tǒng)和CoCar 系統(tǒng)影響較大。

（2）車輛狀態(tài)感知技術(shù)。車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)屬于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一部分。因此對物體周邊狀態(tài)的感知尤為重要?；赩2X的應(yīng)用場景，在復(fù)雜的路況中，通過車輛狀態(tài)感知技術(shù)，可以實時監(jiān)測車輛的行駛環(huán)境，以及與周圍車輛的運動狀態(tài)。還有就是周圍有無交通事故的發(fā)生。車輛感知主要是通過總線電子控制單元以及各傳感器來獲取車輛的狀態(tài)。不僅能夠獲取車輛的位置和方向，還能獲取車輛的速度和加速度等。在車輛狀態(tài)感知完成后，若發(fā)現(xiàn)危險信息，將會對車輛給出預(yù)警。對車輛信息的感知以及復(fù)雜路況的判斷，主要是通過視頻、激光等技術(shù)進(jìn)行檢測。

（3）海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)。在感知獲取信息后，需要對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。這就需要有非常好的數(shù)據(jù)處理技術(shù)。通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行信息匯總?cè)诤?，并且能夠根?jù)信息給出判斷。信息融合和數(shù)據(jù)挖掘是兩項重要的手段。信息融合是指利用計算機技術(shù)對來自多個傳感器的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析處理，信息融合主要是通過對傳感器的充分利用，整合分析，從而能夠給出最好的處理意見。數(shù)據(jù)挖掘是指在大量的數(shù)據(jù)中，通過分析數(shù)據(jù)尋找規(guī)律。它主要有數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，規(guī)律尋找，規(guī)律表示三個步驟。這樣就能把我們所需要的數(shù)據(jù)整合成一個數(shù)據(jù)集，并將規(guī)律以可視化的形式展示出來。

3 V2X 關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

（1）道路安全服務(wù)應(yīng)用。道路安全服務(wù)主要由V2I 提供，V2I 可以將車輛周邊信息在一定的區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)共享，這樣能夠幫助駕駛員及時了解路況信息，在危險路段起到警示作用。能夠避免一定交通事故的產(chǎn)生。在應(yīng)用場景選擇上，由于該服務(wù)的特殊性，該服務(wù)在大霧以及陰雨天作用更加明顯。

（2）自動停車系統(tǒng)應(yīng)用。自動停車系統(tǒng)即ABS 系統(tǒng)，主要用于大飯店，商場等的車位管理。這些區(qū)域內(nèi)有著大量車位，但由于管理效率不高，顧客往往很長時間也很難找到一個車位。自動停車系統(tǒng)包含實時的數(shù)據(jù)庫信息，可以直觀展示給用戶。自動停車系統(tǒng)也可以允許用戶儲備一個車位，這樣就大大提高了停車效率。

（3）緊急車輛避讓服務(wù)應(yīng)用。現(xiàn)在警車，救護(hù)車等緊急車輛往往通過鳴笛來表示自己的車輛是緊急車輛。這樣做在一定程度上可以起到緊急車輛讓行的效果，但在塞車等的情況下，司機往往無法正確挪動車輛來避讓緊急車輛，這樣就達(dá)不到最佳的車輛讓行效果。在車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用中，在一定區(qū)域內(nèi)就會將緊急救援信息發(fā)送給周圍的車輛，并提示緊急車輛的前進(jìn)方向，同時為周圍車輛提供一個合理的避讓路線。這樣就能達(dá)到最佳的緊急車輛讓行的效果。

（4）自動跟車系統(tǒng)服務(wù)應(yīng)用。自動跟車系統(tǒng)主要是根據(jù)早晚高峰的應(yīng)用場景設(shè)計，在早晚高峰情況下，道路上的車輛過多，造成擁擠。這樣就會導(dǎo)致車輛的行駛速度過于緩慢。在這個應(yīng)用場景下，自動跟車系統(tǒng)可以得到充分發(fā)揮，自動跟車系統(tǒng)可以通過觀察前車的速度以及行駛方向等來實現(xiàn)半自動化的操作。過程中還能跟前車保持安全距離。這樣做既能保證安全駕駛，還能給駕駛員以充分的時間來休息。

（5）無人駕駛汽車服務(wù)應(yīng)用。隨著我國汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，未來無人駕駛汽車的發(fā)展前景非常廣闊。而無人駕駛汽車都需要充分運用V2X 車輛網(wǎng)技術(shù)并通過定位導(dǎo)航，環(huán)境感知等實現(xiàn)無人駕駛的操作。這將是基于互聯(lián)網(wǎng)革命的一場技術(shù)革命。

（6）車載信息服務(wù)應(yīng)用。車載信息服務(wù)的應(yīng)用，最普遍的就是車載影音系統(tǒng)，可以給駕駛員帶來好的體驗。另外還包括緊急呼叫等的應(yīng)用場景。當(dāng)車輛發(fā)生緊急狀況，如發(fā)生交通事故時，如果此時駕駛員已經(jīng)失去意識，緊急呼叫服務(wù)可以及時向120 急救中心等發(fā)出緊急呼叫。并能夠準(zhǔn)確提供車輛的位置，車輛的類型等，使人員能夠得到及時救助。

4 V2X 技術(shù)發(fā)展問題分析

（1）網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題。由于車上無法達(dá)到實時網(wǎng)絡(luò)覆蓋，因此與D2D 技術(shù)相似，在V2X 技術(shù)發(fā)展過程中，也存在著有時網(wǎng)絡(luò)無法覆蓋的場景。雖然要求車輛都支持服務(wù)程序，但是當(dāng)用戶離基站越近時，服務(wù)質(zhì)量就越高，通信質(zhì)量也會非常好。相反，在無網(wǎng)絡(luò)覆蓋的情況下，服務(wù)質(zhì)量也許會有所下降。因此需要進(jìn)行車載網(wǎng)絡(luò)問題研究，盡最大的可能保證每輛車每時每刻可以連接網(wǎng)絡(luò)。

（2）頻譜資源問題?，F(xiàn)在，無線通信技術(shù)對于頻譜資源的要求會越來越多?；ヂ?lián)網(wǎng)對于頻譜資源的爭奪愈演愈烈。然而，對于新技術(shù)，如何考慮在有限的頻譜空間內(nèi)提高頻譜利用率是一個重要問題。當(dāng)V2X 用戶與LTE 用戶共享所有資源時，就會存在兩種情況，這兩種情況是兩種用戶使用相互正交的頻譜資源，或者相同的頻譜資源。當(dāng)使用正交的頻譜資源時，不會造成干擾。如果使用相同的頻譜資源，D2D通信將會對LTE 網(wǎng)絡(luò)造成一定的干擾，因此需要進(jìn)一步的進(jìn)行研究，才能夠使頻譜資源得到有效利用。

（3）車輛移動問題。在V2X 應(yīng)用場景中，車輛往往是處于高速移動的狀態(tài)，因此，對于車輛位置的定位，就要更加準(zhǔn)確，并且能夠不同的應(yīng)用場景實時切換。這樣的話，通信服務(wù)質(zhì)量有可能會降低。因此，在車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展過程中，解決車輛移動性的問題也非常重要。

（4）技術(shù)成熟度問題。盡管V2X 技術(shù)已經(jīng)經(jīng)過了多年的發(fā)展，但離大規(guī)模推廣使用還有相當(dāng)長的距離。DSRC 技術(shù)解決了車輛安全性的問題，能夠被用來部署系統(tǒng)，但V2I系統(tǒng)依賴于廣泛的基礎(chǔ)設(shè)施，這樣就需要大量的投資，因此不可能大規(guī)模的去部署V2X 系統(tǒng)，C-V2X 技術(shù)目前尚不能支持高速通信中的低延遲。雖然專家提出供互補的方案，但共享頻譜的方案受到質(zhì)疑。目前看來，大規(guī)模推廣技術(shù)尚不成熟。

（5）立法客觀性問題。美國已經(jīng)將V2X 系統(tǒng)強制安裝寫入法律。美國政府之前在DSRC 技術(shù)上有很大投入，因此，美國交通部才要求車輛必須搭載V2X 系統(tǒng)。然而，隨著車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。蜂窩數(shù)據(jù)帶動了C-V2X 方案的產(chǎn)生，各國對最佳解決方案的選擇也就產(chǎn)生了分歧。分歧產(chǎn)生之后也就無法做到客觀的進(jìn)行立法。

5 V2X 技術(shù)發(fā)展展望

目前V2X 系統(tǒng)的推廣，并沒有積極利用現(xiàn)有的資源，隨著未來全國網(wǎng)絡(luò)覆蓋率的提高，用戶之間的數(shù)據(jù)傳輸速度將會大大提高，因此更有利于系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用。未來V2X 標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的指定，將更多的考慮國家安全性的問題。V2X 技術(shù)代表著未來智能汽車和智能交通領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。其核心技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定，也就具有著未來交通安全和產(chǎn)業(yè)的主導(dǎo)性。美國已經(jīng)率先啟動V2X 系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的制定，由于美國研究DSRC 技術(shù)多年，所以很有可能將DSRC 定為法定技術(shù)，而目前我國并未將DSRC 技術(shù)確定為主導(dǎo)地位，在此情況下，更應(yīng)該發(fā)揮自身優(yōu)勢，積極參與CV2X 技術(shù)的研究中。這樣才能保證汽車與信息兩大產(chǎn)業(yè)不受他國控制。未來V2X 系統(tǒng)將與汽車行業(yè)和通信行業(yè)大力合作，積極推動技術(shù)研究，推廣V2X 系統(tǒng)，希望能夠打造出世界一流的車聯(lián)網(wǎng)解決方案。

6 結(jié)束語

近年來，人口的增長，人民生活水平的提高帶來了車輛的猛增。車輛的猛增也就產(chǎn)生了一系列的交通安全等的問題。這些問題促使著V2X 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。V2X 技術(shù)集成了車輛通信，感知信息等的各項前沿領(lǐng)域的技術(shù)。因此，V2X 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展成為各國研究的熱點，也是未來智能交通發(fā)展的熱點，該項技術(shù)得到了世界各國的廣泛關(guān)注。發(fā)達(dá)國家對于車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究較早，已經(jīng)進(jìn)行了各項研究，并產(chǎn)生了相關(guān)成果與標(biāo)準(zhǔn)。我國的車路協(xié)同起步較晚。但因為我國人口數(shù)量多，車輛多，交通問題也就日益突出。因此，我國需要更先進(jìn)的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來降低車禍的風(fēng)險。為了避免在技術(shù)研究上受制于人，應(yīng)該及早進(jìn)行研究，及時突破技術(shù)瓶頸，研究出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)。