一分钟读懂“车联网标准化及产业进展”

摘要: 车联网V2X无线通信技术是车联网领域的技术核心和热点,经过不断的发展已经日趋成熟,并逐步形成通信标准。


车联网概念源自物联网,是物联网在汽车行业的典型应用。传统车联网通过为汽车加装传感采集设备或车载设备获得需求的车辆运行信息、人的驾驶行为信息以及周边道路路况信息,利用移动通信网络技术将信息汇聚到大数据中心进一步分析处理。而随着通信技术的跨时代发展,车联网将实现车内、车与车、车与路、车与人、车与云服务平台的V2XVehicle to Everything)全面的网络架构,大大提升了汽车智能化,从而布局新型的交通管理网络,并可以为辅助驾驶、自动驾驶等技术提供数据支持和可靠性保障,创造新的用户驾驶体验。综上,车联网这一“端管云”相结合的网络体系,伴随通信技术的进步,有着无穷的发展潜力。

根据预测2020年全球V2X市场突破6140亿元(950亿美元),中国市场将达到2000亿元,3亿存量车市场需要互联网连接。从全球汽车产业发展来看,目前已进入智能网联汽车实用化的竞争发展阶段。2017613日,工业和信息化部发布《国家车联网产业标准体系建设指南(智能网联汽车)(2017)》,确立了我国发展智能网联汽车的总体思路。车联网已经作为国家重点项目,在汽车、芯片、软件、通信等多领域被广泛关注。

车联网V2X无线通信技术是车联网领域的技术核心和热点,经过不断的发展已经日趋成熟,并逐步形成通信标准。国际成熟的V2X无线通信技术有两种技术路线选择,一是基于IEEE 802.11pDSRCDedicated Short Range Communications专用短程无线通信技术),该技术在美国、欧洲、日本受到了广泛重视,部分地区已经开始实际应用;二是由3GPP推动,基于LTEV2X无线通信技术(LTE-V2X),该技术标准会持续演进至基于未来5GNRNR-V2X,这一技术我国华为、大唐、中兴等企业都积极参与其中,更加受到国内通信领域的关注。下文中将围绕这两项技术的演进和产业推动情况加以详细介绍。 

1  DSRC技术介绍与发展情况

DSRC是车辆与基础设施之间进行短程无线通信的专用技术术语。DSRC预设两种类型设备:“车载单元(on-board unitOBU)”是车载的DSRC系统,它是高速移动的;“路边单元(roadside unit, RSU)”是一种在道路附近的固定点使用的DSRC系统,可以由政府机构或企业运行。DSRC通信的协议栈如图1所示,从物理层到应用层顺序组织而成。其中应用层分为安全应用和非安全应用,涉及的网络传输协议有所不同。                

1    DSRC通信的协议栈 

美国为基于IEEE 802.11pDSRC专用短程无线通信提供了5850-5925MHz75MHz频段,该频段由15MHz的保护频带和710MHz的信道组成;欧洲为DSRC划分了专用频道5855-5925MHz,其中30MHz用于主动安全应用;日本则选择将755.5-764.5MHz作为智能交通系统的专用通信频段。

DSRC技术标准,在美国已经形成SAEIEEE 1609IEEE 802.11p相关联衔接的系列技术标准体系,IEEE802.11p与上层IEEE 1609共同构成WAVE系列标准,SAE则以WAVE为基础设计制定了SAE J2945J2735相应协议标准,共同构成了美国交通部推进DSRC专用短程无线通信项目的基础;欧洲已经形成欧洲电信标准协会(ETSI/欧洲标准化委员会(CEN)联合制定的ITS-G5系列标准体系。日本的DSRC标准由TC204委员会承担,已经完成标准的制定工作,而TC204通过决议支持最终的IEEE 802.11p版本。

DSRC技术在美国、欧洲、日本已经进行了产业化实验验证和部分部署。美国在MCity示范区以及安娜堡地区对DSRC专用短程无线通信技术进行了大规模的测试验证,收获了数据样本,可用于进行DSRC通信性能和应用有效性的分析;美国交通部出资4200万美元在纽约、怀俄明州、弗罗里达州3个地方开展安全测试,利用DSRC技术减少交通拥堵和加快道路通行速度,预计截止2017年将试装1万辆。此外,美国汽车厂商通用在2017款凯迪拉克CTX已经前装DSRC通信模块。荷兰、德国和奥地利联合建立欧洲协同式智能交通走廊,基于ETSI ITS-G5技术,探索ITS与智能汽车发展。日本将ITS Connect车路、车车间通信系统作为合作式智能交通的重要部分,丰田、本田、电装等积极推进DSRC专用短程无线通信技术产品研发和试验验证。而在我国,基于DSRC技术的ETC停车场领域的产品已经得到了发展和使用,而汽车厂商于DSRC或是LTE-V的选择还是持观望态度。

2  LTE-V技术介绍与发展情况

LTE-VLTE蜂窝网络作为V2X的基础。LTE-V2X能重复使用现有的蜂巢式基础建设与频谱,营运商不需要布建专用的路侧设备(road side unitRSU)以及提供专用频谱。LTE V2X主要解决交通实体之间的共享传感Sensor Sharing)问题,可将车载探测系统(如雷达、摄像头)从数十米、视距范围扩展到数百米以上、非视距范围,成倍提高车载AI的效能,实现在相对简单的交通场景下的辅助驾驶。LTE V2X包括集中式(LTE-V-Cell)和分布式(LTE-V-Direct)两种技术。其中LTE-V-Cell以基站为分布中心,LTE-V-Direct则是车车之间的直接通信,其中LTE-V-Direct工作方式将引入SideLink链路(LTE-D2D相关技术),信道、参考信号和资源处理将会与以往工作模式有所不同。

2   LTE-V示意图

LTE-V是我国具有自主知识产权的V2X技术,示意图如图2所示。华为、大唐为3GPPLTE-V标准化研究工作的主导方,LTE-V标准化过程中SI(Study Item)WI(Work Item)的主要报告起草人。对于LTE-V空口研究,3GPP RAN(无线技术工作组)于20157月启动SI立项,已于20166月完成结项;2016年初,对直通车与车通信(V2V)启动WI立项,已于20169月完成标准化,支持基于短距离直接通信的车与车通信;20166月,启动车与路侧基础设施通信(V2I)的WI立项,于20173月完成标准化,至此LTE-V2X标准全面完成。而在20173月,3GPPV2X未来通信数据指标提出了新的预测,具体指标如表1所示。LTE-V2X也将在R15阶段继续演进,并将在未来面向5GNR逐步演进为NR-V2X,从而将车联网业务由传统联网业务到R14版本支持辅助驾驶等部分安全应用业务向未来包括无人驾驶在内的全部安全应用业务全面迈进。

1   3GPP对未来车联网业务数据指标预测 

LTE-V在国内受关注度很高,产业进展迅速。201611月,大唐电信集团基于自主研发制造的LTE-V2X芯片级解决方案,完成LTE-V2X通信设备预商用设备开发,包括LTE-V2X车载单元(OBU)和路侧单元(RSU)预商用产品。基于上海试点示范区的道路无线通信网络部署实践,清华大学车路协同研究团队(北京星云互联科技有限公司)支撑芜湖市政府开展中心城区改造工程,重点实施了基于V2X无线通信系统的交通基础设施改造。在芜湖市城区中心挑选10个比较典型的路口安装了路侧通信设备,通过路侧通信设备与相应的信号机、微波等交通基础设施进行实时数据通讯,为装载车载通信设备的车辆提供车速引导、闯红灯预警、车辆避撞、行人避撞等多种应用服务。

3  DSRCLTE-V对比

相对于同样提供V2X通信的DSRCLTE-V有诸多优势。DSRC基于802.11p,而802.11p作为一种无线局域网标准,有许多无线局域网标准的共同缺陷。LTE-V作为一种基于LTE的增强技术,则不仅拥有LTE相对于无线局域网的技术优势,还在时延和可靠性等关键指标上进行了改善:(1)为保证交通安全,实现实时通信,V2X通信的关键是实现相对于普通交通系统更低的时延,DSRC5.9GHZ频率短距离通信的系统时延超过100ms LTE-V通常为50ms。并且DSRC传输时延抖动通常很大,LTE-V在满足时延要求的前提下,也有更小的时延抖动。(2)可靠性直接影响信息传输的质量以及控制执行的操作,是智能驾驶服务提供的重要保障,V2X通信对可靠性有很高的要求。数据分组传输率(分组丢失率的反向指标)等主要衡量指标上LTE-V均优于DSRC。(3)系统容量汽车保有量和销售量的增长使得交通系统中的联网汽车更加密集,系统容量的大小因此成为V2X通信性能的重要衡量指标。相对于单播和广播的方式,LTE-V-Direct的点对点通信拥有更大的系统容量,这也是LTE-V技术中应用D2D的初衷。(4LTE-V是基于TD-LTE的演进技术,显然,5G是其未来的演进方向。而基于802.11无线局域网标准的DSRC技术,未来的演进路径不清晰,将在未来的一段时间制约V2X的发展。但从目前产业发展情况看,DSRC技术标准演进发展时间更长,且该技术在美国、欧洲、日本拥有长期的测试数据积累和部署试点经验,对于实际应用来说也具备一定优势和参考价值。 

4  结束语

尽管DSRC有一定的产业成熟度,但着眼未来,从中国移动角度出发,对于车联网技术选择毫无疑问将是以LTE蜂窝网络作为基础的LTE-V技术。对于网络规划来说,车联网对时延、可靠性的要求,车辆快速行驶对于移动速率的满足都是需要重点关注的。车联网LTE-V将会马上由技术阶段走向实践、部署阶段,也会引领一个新的时代到来。

 





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