淺析5G V2X 通信應(yīng)用現(xiàn)狀及其側(cè)鏈路標(biāo)識(shí)符更新技術(shù)

胡燕儒

（蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)大學(xué)，甘肅 蘭州 730000）

V2X（Vehicle to Everything，車(chē)聯(lián)網(wǎng)）的概念在近年來(lái)早已為大眾熟知，它是指將車(chē)輛與周?chē)腥嘶蚱渌蛇B通事物實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)連接，從而使得雙方間能夠進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信，這對(duì)于進(jìn)一步推動(dòng)自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展、增強(qiáng)乘客體驗(yàn)及構(gòu)建高效交通網(wǎng)絡(luò)均有助益。隨著5G 網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，其高速率、大帶寬、低時(shí)延及允許海量連接的特點(diǎn)為V2X 通信帶來(lái)更多可能。

1 5G V2X 通信應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)并非在5G 時(shí)代才誕生的，因?yàn)檐?chē)輛與其他對(duì)象之間的信息交互并不是只能依靠蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)才能實(shí)現(xiàn)。國(guó)際上早前已經(jīng)能夠利用DSRC（Dedicated Short Range Communication，專(zhuān)用短程通信）實(shí)現(xiàn)車(chē)輛與其他事物（包括車(chē)、人、交通設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)）的連接及信息交互。但是，由于DSRC 技術(shù)支持的車(chē)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用受制于傳輸距離和基礎(chǔ)設(shè)施投入等因素，因此車(chē)聯(lián)網(wǎng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橛煞涓C移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)支持，出現(xiàn)了4G 時(shí)代的LTE-V2X 和5G 時(shí)代的NR-V2X，統(tǒng)稱(chēng)為C-V2X 技術(shù)，其中的C 正是指蜂窩（Cellular）。我國(guó)工信部已經(jīng)明確，將C-V2X 作為未來(lái)車(chē)聯(lián)網(wǎng)直連通信的技術(shù)路線(xiàn)。

針對(duì)5G V2X 技術(shù)，3GPP 在其發(fā)布的R16 標(biāo)準(zhǔn)中詳細(xì)定義了多個(gè)應(yīng)用實(shí)例，包括協(xié)同駕駛（車(chē)輛隊(duì)列）、高精度定位、車(chē)輛傳感器數(shù)據(jù)共享、遠(yuǎn)程駕駛等。有分析認(rèn)為，未來(lái)應(yīng)用5G V2X 技術(shù)支持的車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信能夠比現(xiàn)階段依靠單車(chē)傳感器具有更高的自動(dòng)化水平，且對(duì)通行效率和駕駛安全性的提升都很明顯。

1.2 5G V2X 通信應(yīng)用現(xiàn)狀

根據(jù)《中國(guó)商用車(chē)車(chē)聯(lián)網(wǎng)白皮書(shū)》預(yù)測(cè)，2018 ～2025 年，我國(guó)商用車(chē)聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模將以近28%的復(fù)合增速保持增長(zhǎng)，到2025 年可超過(guò)800 億元。

在全球范圍內(nèi)，5G V2X 通信的核心廠商主要有華為、高通、法可賽等企業(yè)，目前主要聚焦于自動(dòng)駕駛、車(chē)隊(duì)管理、智能交通系統(tǒng)、停車(chē)管理系統(tǒng)等方面的應(yīng)用。相對(duì)而言，中國(guó)車(chē)聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的發(fā)展?jié)摿Ω?，除了傳統(tǒng)的汽車(chē)企業(yè)，5G V2X 還將倒逼通信芯片企業(yè)（如華為、高通）、通信模組企業(yè)（如移遠(yuǎn)、大唐）、終端設(shè)備企業(yè)（如東軟）、運(yùn)營(yíng)服務(wù)商（如百度、阿里、電信運(yùn)營(yíng)商）、測(cè)試驗(yàn)證機(jī)構(gòu)（如信通院）及定位與地圖服務(wù)企業(yè)（如高德）等的技術(shù)與產(chǎn)品發(fā)展。

2 5G V2X 通信中的側(cè)鏈路標(biāo)識(shí)符更新技術(shù)

2.1 側(cè)鏈路通信

V2X 有兩種通信接口，即通過(guò)PC5 接口進(jìn)行直接通信，或通過(guò)Uu 接口也就是蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信接口，借助基站實(shí)現(xiàn)通信，如圖1 所示。

圖1 Uu 接口與PC5 接口示意圖

兩種通信接口的主要區(qū)別如表1 所示，二者可以共存，結(jié)合使用以便更好地支持C-V2X 通信。

表1 V2X 通信架構(gòu)中兩種通信接口的區(qū)別

PC5 接口所支持的這種設(shè)備或車(chē)輛間的直連通信不再使用傳統(tǒng)的Uplink 和Downlink 鏈路，為此，在LTE時(shí)代早就提出了一種新的鏈路，即Sidelink，專(zhuān)為支持設(shè)備間直連通信，因此，Sidelink 鏈路又被稱(chēng)為側(cè)鏈路或直通鏈路，到5G 時(shí)代則擴(kuò)展為NR Sidelink。相比之下，Uu 接口仍然使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的Uplink 和Downlink鏈路。

盡管側(cè)鏈路通信比起Uu 接口通信而言，不再?gòu)?qiáng)依賴(lài)蜂窩網(wǎng)絡(luò)基站，可被劃歸為自組織網(wǎng)絡(luò)，但側(cè)鏈路的管理仍然是確保V2X 通信高效和可靠的關(guān)鍵。由此，3GPP 標(biāo)準(zhǔn)中定義了鏈路層標(biāo)識(shí)符（以下簡(jiǎn)稱(chēng)標(biāo)識(shí)符），以便更好地識(shí)別和區(qū)分UE 間建立起的PC5 接口連接，使每個(gè)業(yè)務(wù)幀在發(fā)送UE 和接收UE 間正確傳輸。該標(biāo)識(shí)符是包含在每個(gè)業(yè)務(wù)幀中的，當(dāng)接收UE 接收的業(yè)務(wù)幀中所包含的標(biāo)識(shí)符與當(dāng)前側(cè)鏈路的標(biāo)識(shí)符信息不符時(shí)，接收UE 將丟棄此業(yè)務(wù)幀。可見(jiàn)，標(biāo)識(shí)符管理在側(cè)鏈路通信中非常重要。

2.2 一般性側(cè)鏈路標(biāo)識(shí)符更新

標(biāo)識(shí)符管理的難點(diǎn)在于，當(dāng)兩個(gè)UE 正在進(jìn)行V2X通信時(shí)，其中某個(gè)UE 就可以出于一些原因改變當(dāng)前的標(biāo)識(shí)符，例如，高層要求標(biāo)識(shí)符更新、發(fā)生標(biāo)識(shí)符沖突或者被配置為保持鏈路安全的定時(shí)器到期。

在3GPP R17 標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)V2X 單播鏈路標(biāo)識(shí)符更新的過(guò)程簡(jiǎn)單描述為：若以UE1 作為發(fā)射UE，以UE2 作為接收UE，當(dāng)UE1 出于前述某種原因需要更新鏈路標(biāo)識(shí)符，則UE1 會(huì)向UE2 發(fā)送鏈路標(biāo)識(shí)符更新請(qǐng)求。UE2 收到該請(qǐng)求后，會(huì)向UE1 回復(fù)鏈路標(biāo)識(shí)符更新響應(yīng)，UE1 在收到響應(yīng)消息后，將向UE2 發(fā)送鏈路標(biāo)識(shí)符更新確認(rèn)消息。在完成這三步后，雙方將使用新的標(biāo)識(shí)符進(jìn)行后續(xù)通信，基于此定義，細(xì)化后的流程如圖2 所示。

圖2 側(cè)鏈路標(biāo)識(shí)符更新?tīng)顟B(tài)不匹配導(dǎo)致傳輸失敗示例

在實(shí)際V2X 通信過(guò)程中，信令交互遠(yuǎn)比標(biāo)準(zhǔn)中定義的三步流程更復(fù)雜。此外，一旦源UE 或目標(biāo)UE 在某些時(shí)刻發(fā)送的消息需要重傳，或兩側(cè)UE 標(biāo)識(shí)符更新?tīng)顟B(tài)不匹配，就可能導(dǎo)致消息傳輸失敗，如圖2 所示，其中以s1、d1 分別作為源UE 和目標(biāo)UE 的初始鏈路標(biāo)識(shí)符，以s2 作為源UE 更新后的鏈路標(biāo)識(shí)符。由此，Msg m(s1∶d1)表示源UE 和目標(biāo)UE 分別以s1、d1 為鏈路標(biāo)識(shí)符，源UE 向目標(biāo)UE 發(fā)送了第m 條業(yè)務(wù)消息。

在圖2 中，源UE 首先發(fā)起標(biāo)識(shí)符更新流程，但在其還未將標(biāo)識(shí)符徹底更新前，目標(biāo)UE 已經(jīng)按照新的標(biāo)識(shí)符s2 給源UE 發(fā)送了消息Msg n+1，此時(shí)，源UE 不能識(shí)別s2，因此丟棄了該消息。這是典型的因?yàn)閭?cè)鏈路標(biāo)識(shí)符更新?tīng)顟B(tài)不匹配導(dǎo)致傳輸失敗的例子，因此，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臉?biāo)識(shí)符更新流程是確保V2X 通信可靠性的重要一環(huán)。

2.3 一種改進(jìn)的側(cè)鏈路標(biāo)識(shí)符更新方法

為了解決前文中因標(biāo)識(shí)符更新過(guò)程中UE 之間狀態(tài)不一致導(dǎo)致業(yè)務(wù)幀丟失的問(wèn)題，在此提出一種改進(jìn)的側(cè)鏈路標(biāo)識(shí)符更新方法，如圖3 所示。

圖3 采用“臨時(shí)標(biāo)識(shí)符”的側(cè)鏈路標(biāo)識(shí)符更新過(guò)程

在這種改進(jìn)的方法中，只要源UE 和目標(biāo)UE 中有一方尚未徹底完成標(biāo)識(shí)符更新，那么原標(biāo)識(shí)符就會(huì)始終在鏈路層每一次的消息傳輸過(guò)程中被攜帶。當(dāng)一側(cè)UE 已按照新的標(biāo)識(shí)符向?qū)?cè)發(fā)送消息時(shí)，盡管對(duì)側(cè)可能還未完成標(biāo)識(shí)符更新，但仍可根據(jù)消息中攜帶的臨時(shí)標(biāo)識(shí)符（原標(biāo)識(shí)符）將消息正確接收下來(lái)，就不會(huì)造成業(yè)務(wù)幀的丟失。

3 結(jié)語(yǔ)

未來(lái)5G 的三大應(yīng)用場(chǎng)景中，車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信是URLLC（超高可靠低時(shí)延通信）場(chǎng)景下的一類(lèi)典型應(yīng)用，而V2X 通信則是支持車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信的關(guān)鍵技術(shù)。本文中提出的采用“臨時(shí)標(biāo)識(shí)符”的側(cè)鏈路標(biāo)識(shí)符更新過(guò)程可以更好地解決雙方更新標(biāo)識(shí)符時(shí)狀態(tài)不匹配的問(wèn)題，一定程度上提高V2X 業(yè)務(wù)幀的傳輸成功率，進(jìn)一步確保車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信的可靠性。