智能網(wǎng)聯(lián)汽車V2X技術(shù)分析

袁安錄 陳正 劉玥 冷衛(wèi)杰

（中汽研（天津）汽車工程研究院有限公司 天津市 300300）

智能網(wǎng)聯(lián)汽車是汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要趨勢，其在傳統(tǒng)汽車的基礎(chǔ)上，搭載傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置，并在現(xiàn)代通信技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支撐下，實現(xiàn)了車與X之間的信息共享與交流。在一定程度上，智能網(wǎng)聯(lián)汽車實現(xiàn)了復(fù)雜環(huán)境感知、智能決策的有機統(tǒng)一，其有效地實現(xiàn)了汽車系統(tǒng)控制和執(zhí)行管理，保證了汽車的安全性、舒適性和節(jié)能高效性。在智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展中，V2X技術(shù)的應(yīng)用極為關(guān)鍵，基于該技術(shù)開展智能網(wǎng)聯(lián)汽車通信和網(wǎng)絡(luò)管理，有效的地實現(xiàn)了車載傳感各個系統(tǒng)的優(yōu)勢互補，這為智能聯(lián)網(wǎng)汽車感知、決策、執(zhí)行功能的控制創(chuàng)造了良好條件。

1 主流V2X技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及研發(fā)

1.1 V2X技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1.2 V2X技術(shù)研發(fā)

DSRC技術(shù)源于20世紀90年代，其在V2V、V2I場景控制中具有突出作用。從應(yīng)用過程來看，DSRC技術(shù)不僅保證了高速移動車輛數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕覝p少了數(shù)據(jù)傳輸過程的延遲，確保了車輛運行場景控制的安全性[1]。美國交通運輸部研究報告支持：使用DSRC技術(shù)過程中，違反交通運輸信號燈指示時延、車輛防碰撞時延的要求分別是小于100ms和20ms[2]。要注意的是，DSRC技術(shù)在實際應(yīng)用中仍存在一定的缺點，即當(dāng)?shù)缆飞线\行車輛較多時，則該技術(shù)體系下的容量會急劇下降，此時當(dāng)面臨最大傳輸狀況時，傳輸時延和可靠性會逐漸變得難以控制，此時需要重新部署安全構(gòu)架。另外，DSRC技術(shù)的商業(yè)盈利模式不夠清晰，這使得其本身難以實現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化運作。隨著移動通信的不斷發(fā)展，DSRC技術(shù)開始在V2I、V2V等業(yè)務(wù)層面有所應(yīng)用。

早在3G時代時，移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)就開始與汽車長開展了業(yè)務(wù)接觸和融合，此時智能網(wǎng)聯(lián)汽車研究的項目主要集中在V2V、V2I領(lǐng)域。并且隨著移動通信網(wǎng)路技術(shù)的成熟，其與汽車領(lǐng)域的應(yīng)用日益深入，此時車輛網(wǎng)系統(tǒng)本身在可靠性、時延控制等層面具有了更高要求。到4.5G或5G網(wǎng)絡(luò)時代，基于V2X技術(shù)的網(wǎng)聯(lián)汽車智能感知、智能決策、智能控制或?qū)⑷鎸崿F(xiàn)。

現(xiàn)階段，智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的移動通信網(wǎng)絡(luò)仍局限在4G條件下，并且從實際應(yīng)用效果來看，4G的LTE-V技術(shù)應(yīng)用具備以下優(yōu)勢特征：

（1）LTE-V技術(shù)本身具有部署相對簡單的便捷的特點，這是因為在共用蜂窩網(wǎng)絡(luò)的支撐下，LTE-V技術(shù)的實現(xiàn)并不需要重新部署網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

（2）LTE-V技術(shù)的頻譜帶寬分配更加靈活，其能在考慮實際應(yīng)用情況的基礎(chǔ)上，進行頻譜帶寬的增減。同時在該技術(shù)支撐下，智能網(wǎng)聯(lián)汽車的現(xiàn)骨干信息的傳輸控制更加可靠，這種集中化的資源分配方式能有效減少競爭沖突丟包問題發(fā)生。

（3）LTE-V技術(shù)的應(yīng)用面相對廣泛，同時技術(shù)本身具有較為清晰的盈利模式。

選取金玲鎮(zhèn)農(nóng)戶1畝路邊田為試驗示范地，使用云天化葡萄套餐肥，作為示范田；示范田周圍田地使用其他品牌進口套餐肥，面積也為1畝，作為對照田。均根據(jù)農(nóng)戶常年種植習(xí)慣與用肥習(xí)慣進行相同施肥與管理。兩塊試驗田選在同一路邊地塊，且與農(nóng)戶常規(guī)施肥習(xí)慣一致。

要注意的是，在未來發(fā)展中，還需要正確認識到LTE-V技術(shù)本身存在標(biāo)準(zhǔn)不完善問題，應(yīng)重視相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)層的測試驗證。

2 智能網(wǎng)聯(lián)汽車V2X技術(shù)的通信需求框架

2.1 V2X技術(shù)通信需求

基于V2X技術(shù)開展智能網(wǎng)聯(lián)車通信管理式，移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)層次不同，其具體的通信需要也有一定差異。在4G及之前的移動網(wǎng)絡(luò)通信模式下，應(yīng)實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)管理，在系統(tǒng)通信層面需考慮以下要點：

（1）從車輛從采集診斷數(shù)據(jù)和定位數(shù)據(jù)時，要求數(shù)據(jù)本身具有較低的時延，此時應(yīng)重視小數(shù)據(jù)采集方式的應(yīng)用。

（2）對于一些較為敏感的數(shù)據(jù)實行小數(shù)據(jù)采集時，應(yīng)注重數(shù)據(jù)本身的可靠性，如在緊急呼叫服務(wù)層面，就必須考慮數(shù)據(jù)敏感性和可靠性兩個控制要素。

（3）通常大數(shù)據(jù)的上傳和下發(fā)對于時延控制的敏感性不強，此類數(shù)據(jù)不僅包含車載視頻監(jiān)控，而且涉及多媒體娛樂等諸多內(nèi)容。

（4）在下發(fā)人工輔助導(dǎo)航類數(shù)據(jù)時，采用小數(shù)據(jù)下發(fā)方式，但是這種數(shù)據(jù)對于時延的控制并不敏感[3]。

在4.5G標(biāo)準(zhǔn)下，針對智能網(wǎng)聯(lián)車的應(yīng)用應(yīng)系統(tǒng)考慮通信傳輸可靠性和低時延性。結(jié)合V2V、V2I等主動安全業(yè)務(wù)可知，在4.5G標(biāo)準(zhǔn)下，V2X技術(shù)在不同的業(yè)務(wù)場景也有不同的時延和覆蓋要求。如在防撞、告警增主動安全管理時，要求其時延保持在20～100ms，并且這種小數(shù)據(jù)包的覆蓋范圍應(yīng)小于300m。而在導(dǎo)航、紅綠燈、路況等業(yè)務(wù)場景下，應(yīng)將其延時控制在500ms，雖然此類數(shù)據(jù)包的規(guī)格小，但其覆蓋范圍相對較大，通常此類業(yè)務(wù)下的V2X技術(shù)通信副覆蓋范圍高達1000m，規(guī)范化地控制V2X技術(shù)，擴大導(dǎo)航、紅綠燈等的控制范圍，能有效保證交通的效率性。此外公共信息、娛樂信息的數(shù)據(jù)包較大，在V2X技術(shù)通信傳輸中，因?qū)⑵鋾r延控制在1～10s，并且應(yīng)注重信息覆蓋層面的全覆蓋。

5G移動通達信網(wǎng)絡(luò)模式下，汽車移動駕駛功能將基本實現(xiàn)，此時LTE-V技術(shù)的通信需求為：一方面，基于LTE-V技術(shù)的移動聯(lián)網(wǎng)通信具有低時延性的特點，其時延要求不超過1ms，該技術(shù)模式下，要求移動通信網(wǎng)絡(luò)能實現(xiàn)自動駕駛過程中各類信息的交互需要。另一方面，在5G時代下，單設(shè)備支撐10個以上的鏈接，此時信息數(shù)據(jù)的容量較大，但鏈接下的信息傳輸便捷，如此時鏈接下行速度可達到100Mbit/s，這能有效滿足自動駕駛模式下高清地圖下載需要[4]。另外，處于5G技術(shù)下的LTE-V技術(shù)通信還具有海量鏈接、高可靠性、高移動性的特點，其能有效滿足智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展應(yīng)用需要。

2.2 V2X技術(shù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

自4.5G移動網(wǎng)絡(luò)通信以來，在V2X技術(shù)應(yīng)用層面，人們提出了LTE-V網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式。該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式下，能夠充分滿足V2V、V2I情景模式下時延性和可靠性控制需要，智聯(lián)通信方案得到了推廣和應(yīng)用。該方案下，要求在移動通信網(wǎng)絡(luò)的支撐下，處于車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的車輛能實現(xiàn)身份認真和可靠性接入。同時在短距業(yè)務(wù)控制中，為確保信道安全，應(yīng)在D2D直聯(lián)通信作用下，實現(xiàn)信息共享、發(fā)現(xiàn)、廣播以及交換的有機統(tǒng)一。此外，在新時期的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，應(yīng)注重傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與短距直聯(lián)通信的有效結(jié)合，以此來組成LTE-V通信模式，滿足廣域移動通信網(wǎng)絡(luò)通信實際應(yīng)用需要。

基于LTE-V2X技術(shù)支撐，智能網(wǎng)聯(lián)汽車在V2V、V2I、V2P等層面不僅實現(xiàn)了點對點銜接，而且實現(xiàn)了點對多點的通信應(yīng)用。這有效地滿足了廣域通信需要，對于智能駕駛的功能的實現(xiàn)具有積極作用。除控制V2V、V2I、V2P應(yīng)用場景外，應(yīng)重視應(yīng)用服務(wù)器、V2X網(wǎng)絡(luò)通信控制功能的系統(tǒng)管理。

3 基于4.5G、5G的V2X技術(shù)應(yīng)用關(guān)鍵問題分析

3.1 服務(wù)授權(quán)

傳統(tǒng)車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)管理模式下，網(wǎng)絡(luò)通行服務(wù)的可靠性與終端普及率并無較大差異，但是汽車主動安全類服務(wù)與之相反；即在主動安全類服務(wù)模式下，需重視V2X終端普及率的控制，要求在完成V2X終端后，系統(tǒng)化的開展具有較高可靠性和低時延性的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。另外，當(dāng)V2X終端運營商不同時，為確保通信的安全性、可靠性，還應(yīng)注重身份授權(quán)的系統(tǒng)管理。

在使用V2X服務(wù)，針對V2X終端的管理應(yīng)注重以下要點：

（1）要求V2X終端獲得運營商的授權(quán)服務(wù)，并且在服務(wù)模式才層面，除簽約運營商LTE無線接入模式外，應(yīng)注重非簽約運營商LTE無線方法的有效使用。

（2）當(dāng)運營商不同時，應(yīng)在V2X終端之間建立直聯(lián)通信鏈接，同時應(yīng)對該接口的授權(quán)測策略進行優(yōu)化，在授權(quán)策略控制中，應(yīng)由運營商進行4.5G、5G模式下V2X項目實驗的有效分析，以此來確定最終的通信授權(quán)策略。

3.2 消息收發(fā)管理

智能網(wǎng)聯(lián)汽車運維中，針對V2X技術(shù)下的消息收發(fā)管理，除考慮V2X業(yè)務(wù)外，還需對V2V、V2P模式下的消息收發(fā)進行系統(tǒng)管理。在V2X業(yè)務(wù)模式下，開展消息收發(fā)管理，應(yīng)注重以下要點：

（1）在消息收發(fā)初期階段，應(yīng)注重消息傳輸機制的系統(tǒng)管理，要求該消息收發(fā)傳輸機制不僅滿足車載終端與路邊設(shè)施信息傳輸需要，而且能有效服務(wù)V2I服務(wù)廣播的信息尋址操作。

（2）在V2X信息收發(fā)中，應(yīng)注重路段服務(wù)消息類型的系統(tǒng)把控，準(zhǔn)確了解路段服務(wù)消息內(nèi)容，以此來確保收發(fā)消息的動態(tài)性。

（3）在V2X消息收發(fā)管理中，需考慮V2X終端是否存在漫游情況，同時需判斷其簽約運營商的無線接入情況，以此來滿足實際通信需要。

在V2V、V2P業(yè)務(wù)中，消息收發(fā)傳輸?shù)膬?nèi)容具有一定的周期性、實踐性。在實際傳輸中，應(yīng)在特定消息傳輸機制下，考慮終端漫游、無線接入等諸多問題，此外針對V2V、V2P業(yè)務(wù)下的信息收發(fā)，還需要考慮RSU通過問題等。要注意的是，不論在何種業(yè)務(wù)信息收發(fā)中，針對具有特定職能的消息，應(yīng)提供一定的優(yōu)先傳輸支撐，如救護車、值班巡邏車等

3.3 基于eMBMS架構(gòu)的消息接收

當(dāng)使用增強多媒體廣播多播（eMBMS）架構(gòu)時，要實現(xiàn)V2X消息的快速收發(fā)，需對MBMS業(yè)務(wù)區(qū)域的地理信息位置進行系統(tǒng)管理，然后改進eMBMS的時延性及V2X服務(wù)器發(fā)現(xiàn)機制，以此來滿足V2X業(yè)務(wù)控制需要。

3.4 其他考慮因素

要進一步提升V2X技術(shù)應(yīng)用水平，還應(yīng)注意以下要點控制：

（1）在服務(wù)策略管理中，應(yīng)重視任何情境下，V2X信息收發(fā)授權(quán)策略及相關(guān)參數(shù)的系統(tǒng)管理。

（2）在V2X通信中，還應(yīng)注重最大傳輸頻次、最大時延的有效控制，此外，應(yīng)對信息傳輸可靠性進行管理，滿足特定場景應(yīng)用需要。

（3）在V2X技術(shù)下的通信管理中，應(yīng)重視運營商之間的網(wǎng)絡(luò)協(xié)協(xié)同管理，即應(yīng)建立完善的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)機制，以此來滿足智能網(wǎng)聯(lián)汽車服務(wù)需要，實現(xiàn)汽車自動駕駛功能。

4 結(jié)語

V2X技術(shù)的應(yīng)用對于智能網(wǎng)聯(lián)汽車功能實現(xiàn)具有積極作用；其本身是車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)移動通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)下信息收發(fā)功能實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。新時期，人們對于智能駕駛和主動駕駛提出了更高要求，在智能駕駛和主動駕駛過程中，應(yīng)重視通信需求的系統(tǒng)管理?；诖耍藗冎挥谐浞终J識到V2X技術(shù)的功能，結(jié)合V2X技術(shù)通信需要系統(tǒng)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并進行4.5G、5G下的V2X技術(shù)管理，系統(tǒng)完成車聯(lián)網(wǎng)通信，這樣才能有效提升V2X技術(shù)的應(yīng)用水平，促進智能網(wǎng)聯(lián)汽車的有序發(fā)展。