邊緣計算在車路協(xié)同中的場景應用分析

［高頔］

1 引言

邊緣計算是在靠近應用場景的網(wǎng)絡(luò)邊緣，將計算、存儲、通信等任務(wù)分配到網(wǎng)絡(luò)邊緣的計算模式，就近提供邊緣智能服務(wù)。邊緣計算在用戶終端附近進行數(shù)據(jù)處理而無需交由云端，大大提升處理效率，減輕云端的負荷，滿足了實時業(yè)務(wù)、智能應用和公共安全等方面的需求，為我們的生活帶來更多的便利。

車路協(xié)同簡單來說，就是車與路之間的聯(lián)通與數(shù)據(jù)共享，雙方基于各項數(shù)據(jù)分析進行交通行為的協(xié)同決策。早在上世紀90 年代，美日歐就已開始在此領(lǐng)域進行研究探索，我國也在近10 年開始進行相關(guān)技術(shù)的研究。在真實道路交通場景中對計算的需求十分復雜，特別是隨著我國機動車保有量不斷增加，道路交通壓力不斷提升的情況下，根據(jù)實時局部信息快速分析計算并將結(jié)果反饋給周邊車輛，或是匯總?cè)中畔?，俯瞰大局統(tǒng)一分析等應用更為迫切。

邊緣計算在車路協(xié)同中能夠發(fā)揮極大的作用。邊緣計算服務(wù)器可以發(fā)揮近距離部署的優(yōu)勢，及時獲取路況信息，如果是緊急事件，就直接下發(fā)給車/路設(shè)備，提醒各方及時處理；如果是可能影響全局的數(shù)據(jù)，就上報給中心云，由中心云計算決定是否追加下發(fā)，同時協(xié)助中心云繪制出整體交通態(tài)勢圖。

2 場景模型

本文車路協(xié)同場景涉及公路A 是一級公路標準，雙向六車道規(guī)模，全長約18 km，設(shè)計速度80 km/h。協(xié)同系統(tǒng)需涵蓋視頻監(jiān)控（滿足公安綜合防控）、網(wǎng)格管理、城市應急指揮等多方面的應用需要，提升智慧城市服務(wù)水平。經(jīng)過與需求方溝通和實際現(xiàn)場觀測，公路A 節(jié)點建設(shè)需覆蓋區(qū)域所有監(jiān)控視頻流；多路高清視頻實時傳送，滿足高吞吐量和低時延傳輸；能夠?qū)崿F(xiàn)對視頻的人員識別、目標識別等功能；進行數(shù)據(jù)存儲，滿足規(guī)定時間的視頻文件保存功能。

公路A 的節(jié)點建設(shè)較為分散，節(jié)點位置靠近終端，節(jié)點業(yè)務(wù)如圖1 所示，涉及卡口攝像機（高清）、交通視頻監(jiān)控攝像機、電子警察攝像機、交通信號控制機、交通引導顯示屏和交通事件監(jiān)測攝像機等。上述業(yè)務(wù)要求超大帶寬、超低時延、超大連接、高可靠性等。

圖1 節(jié)點業(yè)務(wù)需求分析

3 車路協(xié)同系統(tǒng)及邊緣計算組網(wǎng)架構(gòu)

車路協(xié)同是智慧交通的重要發(fā)展方向之一，通過具體場景應用分析可以更好的說明車路協(xié)同系統(tǒng)的運行。以行人穿行預警為例，車輛行駛到路口時一般要減速，防止與行人或非機動車碰撞。但由于駕駛者的視覺盲區(qū)或行人不守交規(guī)現(xiàn)象的存在，路口事故仍然常常發(fā)生。在車路協(xié)同系統(tǒng)中，路口部署了攝像頭和毫米波雷達實時監(jiān)控，邊緣節(jié)點基于行人的實時位置和信號燈的狀態(tài)進行計算，將紅燈或靠近車道的行人信息進行下發(fā)，協(xié)助駕駛者做出減速決策。邊緣云也可以將初步分析后的行人數(shù)據(jù)上報給中心云，中心云根據(jù)大數(shù)據(jù)預測行人行動軌跡，將離路口有一定距離、但正在接近路口的行人信息追加發(fā)送給車輛，進一步降低了事故發(fā)生率，如圖2 所示。

圖2 行人穿行預警協(xié)同系統(tǒng)

這個場景中，邊緣節(jié)點快速響應路口實時出現(xiàn)的意外狀況，中心云統(tǒng)一處理計算量大、俯瞰全局的數(shù)據(jù)，做到交通數(shù)據(jù)的最大化利用，如圖3 所示。

圖3 車路協(xié)同系統(tǒng)組網(wǎng)架構(gòu)

4 邊緣計算節(jié)點部署方案

通過對公路A 的交通量、建設(shè)進度及周圍環(huán)境情況進行反復的勘測，特別是在方案設(shè)計初期對區(qū)域城市規(guī)劃方案進行了綜合測算，結(jié)合委托方時效性的要求，采用部署移動式集裝箱作為公路A 的邊緣計算節(jié)點，租用現(xiàn)有運營商鏈路上聯(lián)至數(shù)據(jù)中心云平臺，如圖4 所示。與傳統(tǒng)室外機方式相比，移動式邊緣計算節(jié)點具有部署靈活、云邊協(xié)同、算力擴容靈活和一站式交付等眾多優(yōu)點。該方案可快速定制、不受季節(jié)影響，建設(shè)周期短，完全符合業(yè)主單位建設(shè)需求，具有一定的示范性和廣闊的市場推廣價值。

圖4 邊緣節(jié)點移動式集裝箱設(shè)備示意圖

根據(jù)業(yè)務(wù)模型測算，公路A 涉及卡口攝像機（高清）、交通視頻監(jiān)控攝像機、電子警察攝像機、交通信號控制機和交通事件監(jiān)測攝像機等監(jiān)控設(shè)備近300 個，數(shù)據(jù)處理設(shè)備配置為流媒體服務(wù)器6 臺，應用服務(wù)器6 臺，其它服務(wù)器3 臺，數(shù)據(jù)存儲量約240 TB。移動式集裝箱邊緣計算節(jié)點電氣設(shè)備組成包括4 個IT 機柜，3 個25 kW 列間空調(diào)，1 個組合式開關(guān)電源，1 個標準600＊600 機柜（電池專用）配4 組48V 100 AH 鐵鋰電池，以上配置可保證該邊緣計算節(jié)點在車路協(xié)同系統(tǒng)中充分發(fā)揮作用。

5 結(jié)論

上述系統(tǒng)經(jīng)過短期建設(shè)成功部署后，經(jīng)過3 個月試運行，其功能完全滿足設(shè)計之初的要求。系統(tǒng)搭建的便捷性得到了委托方的認可，為公共交通管理單位和社會秩序保障單位提供了高帶寬、低時延的數(shù)據(jù)，道路通行效率得到提升。在該系統(tǒng)運行后，在模擬區(qū)間進行車輛道路預警測試，其結(jié)果完全符合試驗預期。