【導(dǎo)讀】筆者前幾日一篇有關(guān)智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的文章:《從近日北京市長(zhǎng)陳吉寧親自乘坐百度Apollo汽車(chē)談起》,收到較多反饋和討論,很多朋友對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、自動(dòng)駕駛等表現(xiàn)出了特別的關(guān)注。
在汽車(chē)新四化(電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化、共享化)的大背景下,車(chē)聯(lián)網(wǎng)成為了不可逆轉(zhuǎn)之趨勢(shì)。基于此,本文就針對(duì)車(chē)聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)--V2X,做進(jìn)一步闡述。
車(chē)聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景國(guó)家政策
2020年3月,中共中央政治局常務(wù)委員會(huì)召開(kāi)會(huì)議提出,加快5G網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)度,新基建的號(hào)角正式吹響
2020年5月,《2020年國(guó)務(wù)院政府工作報(bào)告》提出,重點(diǎn)支持“兩新一重”(新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),新型城鎮(zhèn)化建設(shè),交通、水利等重大工程建設(shè))建設(shè)
行業(yè)需求
汽車(chē)正經(jīng)歷新四化的改造大潮,交通從傳統(tǒng)交通向智能交通轉(zhuǎn)變
2020年2月,由發(fā)改委、工信部等11部委聯(lián)合發(fā)布《智能汽車(chē)創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》
2020年10月,國(guó)務(wù)院印發(fā)《新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035年)》加快推動(dòng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展
V2X概述及發(fā)展路徑V2X(vehicle to everything):作為智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)中的信息交互關(guān)鍵技術(shù),主要用于實(shí)現(xiàn)車(chē)間信息共享與協(xié)同控制的通信保障。
在未來(lái)的自動(dòng)駕駛應(yīng)用中,V2X通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知的重要技術(shù)之一,與傳統(tǒng)車(chē)載激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭、超聲波等車(chē)載感知設(shè)備優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),為自動(dòng)駕駛汽車(chē)提供雷達(dá)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的超視距和復(fù)雜環(huán)境感知能力。
歷史可追溯到2013年:
2013年,時(shí)任大唐電信集團(tuán)副總裁的陳山枝博士在世界電信日大會(huì)上首次公開(kāi)提出了LTE-V2X的概念,并帶領(lǐng)大唐團(tuán)隊(duì)積極推動(dòng)C-V2X技術(shù)的國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)和演進(jìn)
2014年和2015年推動(dòng)3GPP立項(xiàng)
2016年完成國(guó)際化3GPP標(biāo)準(zhǔn)
2017年完成國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化相關(guān)工作,此后一直在推動(dòng)產(chǎn)業(yè)相關(guān)發(fā)展
在2020年,3GPP完成了基于NR-V2X標(biāo)準(zhǔn)的制定
中美V2X標(biāo)準(zhǔn)走向統(tǒng)一目前,世界上用于V2X通信的主流技術(shù)包括:DSRC和C-V2X。
DSRC(dedicated short range communication)標(biāo)準(zhǔn)由IEEE(美國(guó)電氣電子工程師學(xué)會(huì))基于WIFI制定,標(biāo)準(zhǔn)化流程開(kāi)始于2004年。通過(guò)OBU與RSU提供車(chē)間與車(chē)路間信息的雙向傳輸,RSU再透過(guò)光纖或行動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將交通信息傳送至后端智能運(yùn)輸系統(tǒng)平臺(tái)(ITS)。
DSRC系統(tǒng)包含
車(chē)載單元(On Board Unit,OBU)
路側(cè)單元(Road Site Unit,RSU)
C-V2X(cellular vehicle to everything):基于蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的技術(shù),分為L(zhǎng)TE-V2X和5G NR-V2X。
OBU
RSU
UU接口:OBU/RSU與基站之間的接口,實(shí)現(xiàn)與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信
PC5接口:C-V2X的底層直連蜂窩通信協(xié)議
2020年11月,美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)正式投票決定將原分配給DSRC(IEEE 802.11p)的5.9GHz頻段70MHz帶寬劃撥給Wi-Fi和C-V2X使用,標(biāo)志著美國(guó)正式宣布放棄DSRC(IEEE 802.11p)并轉(zhuǎn)向C-V2X,也標(biāo)志著由我國(guó)主推的C-V2X逐漸成為在全球范圍內(nèi)被認(rèn)可的事實(shí)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
中國(guó)和美國(guó)作為兩個(gè)世界上最大的超級(jí)經(jīng)濟(jì)體,無(wú)論是經(jīng)濟(jì)總量和活躍度,世界上沒(méi)有其他經(jīng)濟(jì)體可比擬的。汽車(chē)工業(yè)作為一個(gè)國(guó)家的支柱產(chǎn)業(yè),體量巨大,影響深遠(yuǎn),涉及產(chǎn)業(yè)廣泛。在汽車(chē)工業(yè)新四化的大背景下,中美兩個(gè)超級(jí)大國(guó),在V2X技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上走向統(tǒng)一,加速V2X產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展,對(duì)整個(gè)車(chē)聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)重大利好。
隨著C-V2X車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)賦能交通和汽車(chē)行業(yè)的不斷深入,我國(guó)將走出有自身特色的發(fā)展模式,以基于C-V2X的車(chē)路協(xié)同發(fā)展模式,支持未來(lái)自動(dòng)駕駛和智能交通發(fā)展。
C-V2X技術(shù)原理蜂窩通信(LTE)與DSRC(IEEE 802.11p),均無(wú)法滿(mǎn)足車(chē)聯(lián)網(wǎng)(V2X)通信的高可靠與低時(shí)延等需求。
“中國(guó)智慧”成功地解決了這一世界性難題!
陳山枝博士及大唐研究團(tuán)隊(duì)在2013年5月17日(國(guó)際電信日)最早提出LTE-V2X概念與關(guān)鍵技術(shù),確立了C-V2X的基本系統(tǒng)架構(gòu)、技術(shù)原理和技術(shù)路線(xiàn),其實(shí)現(xiàn)了蜂窩通信和短距直通通信融合創(chuàng)新,在蜂窩通信基礎(chǔ)上,引入終端直通通信特性,支持車(chē)-車(chē)、車(chē)-路的直接通信,很好適應(yīng)車(chē)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用低時(shí)延、高可靠傳輸要求。
隨后,大唐、華為等中國(guó)企業(yè)在2015年開(kāi)始牽頭在全球主流通信標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP中積極推動(dòng)LTE-V2X標(biāo)準(zhǔn)化工作。
蜂窩通信與直通通信融合的C-V2X包含了兩種通信模式:
蜂窩方式(LTE-V-cell):
終端和基站之間通過(guò)Uu接口通信,由基站作為集中式的控制中心和數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)發(fā)中心,完成集中式無(wú)線(xiàn)資源調(diào)度、擁塞控制和干擾協(xié)調(diào)
直通通信模式(LTE-V-direct):
車(chē)、人、路之間通過(guò)PC5接口實(shí)現(xiàn)短距離直連通信,解決車(chē)聯(lián)網(wǎng)中終端間低時(shí)延、高可靠傳輸?shù)膯?wèn)題
這兩種通信模式共同支持車(chē)聯(lián)網(wǎng)多樣化的應(yīng)用需求,直通方式可支持在沒(méi)有蜂窩基站覆蓋的場(chǎng)景下工作。
通過(guò)增加V2X應(yīng)用層與接入層間的適配層,實(shí)現(xiàn)通信模式智能選擇,支持業(yè)務(wù)分流控制、無(wú)線(xiàn)傳輸控制、業(yè)務(wù)質(zhì)量管理、連接控制管理等功能。
蜂窩通信(Uu)和直通通信(PC5)兩種模式優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),通過(guò)合理分配系統(tǒng)負(fù)荷,自適應(yīng)快速實(shí)現(xiàn)車(chē)聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)高可靠和連續(xù)通信——Uu接口基于4G/5G頻段支持時(shí)延不敏感業(yè)務(wù)(如地圖下載、信息娛樂(lè)等),PC5接口基于ITS專(zhuān)用頻段支持低時(shí)延、高可靠業(yè)務(wù)(如V2V、V2I、V2P等道路安全業(yè)務(wù))。
V2X主要包含:
車(chē)-車(chē)通信V2V---vehicle-to-vehicle
車(chē)-路通信V2I---vehicle-to-infrastructure
車(chē)-網(wǎng)通信V2N---vehicle-to-network
車(chē)-人通信V2P---vehicle-to-pedestrian
V2V車(chē)--車(chē)通信:
V2V的工作原理如下圖:
V2I車(chē)--路側(cè)設(shè)備通信:
V2I的工作原理如下圖:
基于V2X技術(shù)的軟件通用流程:
應(yīng)用軟件“?!币晥D:
下面,我們就V2X技術(shù)的軟件通用流程,作詳細(xì)解釋。
數(shù)據(jù)采集流程:
數(shù)據(jù)處理:
如何處理十字路口的碰撞預(yù)警?
計(jì)算本車(chē)到遠(yuǎn)車(chē)的方向角
通過(guò)比較本車(chē)朝向與方向角判斷遠(yuǎn)車(chē)在本車(chē)前方
兩車(chē)朝向必然成一定角度
兩車(chē)朝向的延長(zhǎng)線(xiàn)的交點(diǎn)為疑似碰撞點(diǎn)
兩車(chē)到達(dá)碰撞點(diǎn)的時(shí)間差滿(mǎn)足設(shè)定值
基于C-V2X的車(chē)聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈C-V2X產(chǎn)業(yè)鏈上下游分為:
通信芯片商
華為、大唐等可提供支持LTE-V2X的通信芯片
通信模組商
華為、大唐、高通、移遠(yuǎn)、芯訊通等可提供基于LTE-V2X的芯片模組
硬件終端商
華為、大唐、金溢、星云互聯(lián)、東軟、萬(wàn)集等廠(chǎng)商可提供基于LTE-V2X的OBU、RSU硬件設(shè)備,以及相應(yīng)的軟件協(xié)議棧
測(cè)試驗(yàn)證廠(chǎng)商
中國(guó)信通院、中汽中心、上機(jī)檢、中國(guó)汽研、上海國(guó)際汽車(chē)城等科研和檢測(cè)機(jī)構(gòu)開(kāi)展C-V2X通信、應(yīng)用相關(guān)測(cè)試驗(yàn)證工作
奇虎科技、華大電子等安全企業(yè)開(kāi)展C-V2X安全研究與應(yīng)用驗(yàn)證
運(yùn)營(yíng)服務(wù)商
國(guó)內(nèi)三大電信運(yùn)營(yíng)商均大力推進(jìn)C-V2X業(yè)務(wù)驗(yàn)證示范
百度、阿里、騰訊等互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)進(jìn)軍車(chē)聯(lián)網(wǎng),加速C-V2X應(yīng)用落地
高精度定位和地圖
北斗、高德、百度、四維圖新等企業(yè)致力于高精度定位的研究,為V2X行業(yè)提供高精度定位和地圖服務(wù)
車(chē)路協(xié)同與自動(dòng)駕駛風(fēng)雨同舟談到車(chē)路協(xié)同對(duì)于自動(dòng)駕駛的意義,我們首先看看當(dāng)前自動(dòng)駕駛的瓶頸:
信息感知能力差,成本高
自動(dòng)駕駛采用的傳感器都是類(lèi)視覺(jué)傳感器,在感知距離、感受視野、分辨率等因素上互相制約
多傳感器融合加大軟件算法復(fù)雜度
在高速自動(dòng)駕駛中,傳感器能力有限
“鬼探頭”挑戰(zhàn)懸而未決
高車(chē)流量交通環(huán)境應(yīng)變能力差
車(chē)輛密度的提升,環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜,自動(dòng)駕駛車(chē)輛容易陷入寸步難行的窘境(比如當(dāng)下的擁堵自動(dòng)跟隨功能)
針對(duì)以上自動(dòng)駕駛的當(dāng)前問(wèn)題,車(chē)路協(xié)同能做些什么?
車(chē)車(chē)協(xié)同(V2V)增強(qiáng)信息感知能力
RSU“站得高、看得全”,合理布設(shè)傳感器位置,消除盲區(qū)
RSU位置固定,有足夠的先驗(yàn)信息可以用來(lái)輔助感知,提升感知準(zhǔn)確性
RSU通過(guò)先進(jìn)的通信技術(shù)組合成泛在感知網(wǎng),提升車(chē)輛感知范圍
車(chē)路線(xiàn)協(xié)商機(jī)制
數(shù)字化,有非常高的抗干擾性,可以無(wú)損傳遞到車(chē)內(nèi)
提供兩車(chē)協(xié)同、多車(chē)協(xié)同和車(chē)隊(duì)協(xié)同
基礎(chǔ)設(shè)施改造,分?jǐn)偟矫颗_(tái)車(chē)的成本低
當(dāng)下車(chē)聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇單車(chē)智能“瓶頸”凸顯
長(zhǎng)尾問(wèn)題日益顯著
投入了10%的資源、精力和時(shí)間,已解決了90%的問(wèn)題;但剩下的10%的長(zhǎng)尾安全問(wèn)題,卻可能需要投入90%的資源、精力和時(shí)間才能解決掉
單車(chē)智能造成信息孤島,車(chē)路協(xié)同有限
缺乏超視距感知能力,易受天氣和光線(xiàn)的影響
缺乏上帝視角關(guān)于路況全局的信息,“鬼探頭”問(wèn)題棘手
軟件算法低時(shí)延和高可靠有待提高
C-V2X+ADAS融合勢(shì)在必行
車(chē)車(chē)協(xié)同(V2V)增強(qiáng)信息感知能力,構(gòu)建泛在感知網(wǎng)絡(luò)
路側(cè)前期投入比較大,商業(yè)模式尚不清晰
各級(jí)政府以及高速業(yè)主單位,敢于嘗試創(chuàng)新,有勇氣,有魄力
需要國(guó)家頂層設(shè)計(jì)規(guī)劃,各部委協(xié)同互動(dòng)
消除信息共享鴻溝,管理部門(mén)、企業(yè)等收集的信息如何通過(guò)公共平臺(tái)共享
安全風(fēng)險(xiǎn)與威脅不容忽視
保證功能安全,避免隨機(jī)性故障和環(huán)境影響造成的安全風(fēng)險(xiǎn)
保證網(wǎng)絡(luò)安全,避免被人為利用造成的安全風(fēng)險(xiǎn)
車(chē)載網(wǎng)絡(luò)安全無(wú)法量化設(shè)計(jì)與驗(yàn)證度量
保險(xiǎn)行業(yè)不敢為智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)提供保險(xiǎn)服務(wù)
全天候、全場(chǎng)景乘用車(chē)無(wú)人駕駛道路坎坷
NR-V2X關(guān)鍵技術(shù)仍需驗(yàn)證
芯片模組等尚不具備商用能力
算力匱乏
帶寬需求有待研究
頻譜規(guī)劃有待確定
法律法規(guī)尚未明確
車(chē)聯(lián)網(wǎng)低時(shí)延高可靠的演進(jìn)
由輔助駕駛--------》自動(dòng)駕駛
C-V2X產(chǎn)業(yè)界的典型案例:
可以用于城市、高速、封閉園區(qū)等場(chǎng)景
華為C-V2X解決方案:
紅綠燈信號(hào)機(jī)的對(duì)接
高精定位
高精地圖動(dòng)態(tài)圖層
豐富的路側(cè)感知能力
在云端,華為的解決方案已經(jīng)跟六家V2X平臺(tái)進(jìn)行過(guò)對(duì)接
在路側(cè),信號(hào)機(jī)跟十幾家知名廠(chǎng)商進(jìn)行過(guò)對(duì)接,雷達(dá)跟四家廠(chǎng)商進(jìn)行過(guò)對(duì)接,T-Box跟十家以上的廠(chǎng)商進(jìn)行過(guò)對(duì)接
中國(guó)信科基于C-V2X的研究起步較早
大唐高鴻是中國(guó)信科集團(tuán)旗下發(fā)展車(chē)聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的骨干載體,從2012年即開(kāi)展我國(guó)核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)的C-V2X(LTE-V2X和NR-V2X)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和市場(chǎng)推廣工作
其產(chǎn)品涵蓋基于集團(tuán)自研芯片的車(chē)規(guī)級(jí)模組、車(chē)載終端(OBU)、路側(cè)設(shè)備(RSU)、路側(cè)多傳感器融合感知站等硬件產(chǎn)品,以及基于自研模組的LTE-V SDK開(kāi)發(fā)包,ITS協(xié)議棧、LTE-V-APP、CA安全驗(yàn)證平臺(tái)、云控平臺(tái)等軟件產(chǎn)品和方案
基于智慧高速、城市道路、智慧園區(qū)、智慧出行、智慧礦山、智慧隧道等解決方案已在不同應(yīng)用場(chǎng)景下完成部署,具有豐富成熟的落地項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)
對(duì)車(chē)聯(lián)網(wǎng)未來(lái)展望和建議積極推進(jìn)LTE-V2X技術(shù)將向5G V2X演進(jìn),解決5G新空口(5G new radio,5G NR)的兼容性問(wèn)題
大力推動(dòng)C-V2X+ADAS深度融合,從單車(chē)智能走向網(wǎng)聯(lián)智能
大力發(fā)展半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),軟件定義汽車(chē),不能讓芯片依然“卡脖子”
大力發(fā)展高精度定位和地圖服務(wù)
政策要有所突破,通過(guò)政策和法規(guī)進(jìn)行受控共享開(kāi)放,推進(jìn)商業(yè)模式的創(chuàng)新,推進(jìn)路網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的形成
促進(jìn)出行服務(wù)行業(yè)提供變革、保險(xiǎn)行業(yè)商業(yè)創(chuàng)新
大膽創(chuàng)新,小心求證、我們有理由相信,基于車(chē)路協(xié)同的自動(dòng)駕駛有望成為我國(guó)繼高鐵之后,實(shí)現(xiàn)由交通大國(guó)走向交通強(qiáng)國(guó)的又一張新名片
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原文標(biāo)題:談?wù)勡?chē)聯(lián)網(wǎng)--V2X技術(shù)
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安全可靠的V2X路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施白皮書(shū)發(fā)布
V2X車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)

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