沿高速公路部署的車聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

李永萍 柳震

摘 要：近年來，車聯(lián)網(wǎng)被認(rèn)為是物聯(lián)網(wǎng)體系中最有產(chǎn)業(yè)潛力、市場需求最明確的領(lǐng)域之一，對促進(jìn)汽車和信息通信產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，構(gòu)建汽車和交通服務(wù)新模式新業(yè)態(tài)，推動(dòng)自動(dòng)駕駛技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用，提高交通效率和安全水平具有重要意義。文章簡要介紹了車聯(lián)網(wǎng)的定義，分析了車聯(lián)網(wǎng)要素以及沿高速公路部署的車聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，并對車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：車聯(lián)網(wǎng)；高速公路；關(guān)鍵技術(shù)

車聯(lián)網(wǎng)正在催生大量新技術(shù)、新產(chǎn)品、新服務(wù)。同時(shí)，車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)向著智能化、網(wǎng)聯(lián)化方向演進(jìn)，車載通信、新型汽車電子、車載操作系統(tǒng)、服務(wù)平臺、安全等關(guān)鍵技術(shù)成為研究熱點(diǎn)。車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈條長，角色豐富，跨界融合特征突出[1]。信息通信技術(shù)（Information Communications Technology，ICT）產(chǎn)業(yè)與汽車、交通產(chǎn)業(yè)走向深度融合，新型汽車電子產(chǎn)品、車/路通信服務(wù)正在形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模，汽車和交通服務(wù)創(chuàng)新日趨活躍，全新的產(chǎn)業(yè)生態(tài)即將構(gòu)建。網(wǎng)絡(luò)連接、汽車智能化、服務(wù)新業(yè)態(tài)是車聯(lián)網(wǎng)的3個(gè)核心。

1 車聯(lián)網(wǎng)的定義

車聯(lián)網(wǎng)的定義是：借助新一代信息和通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車內(nèi)、車與車、車與路、車與人、車與服務(wù)平臺的全方位網(wǎng)絡(luò)連接，提升汽車智能化水平和自動(dòng)駕駛能力，構(gòu)建汽車和交通服務(wù)新業(yè)態(tài)，從而提高交通效率，改善汽車駕乘感受，為用戶提供智能、舒適、安全、節(jié)能、高效的綜合服務(wù)[2]。

2 車聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵要素

車聯(lián)網(wǎng)主要包括人、車、路、通信、服務(wù)平臺五類要素?！叭恕笔堑缆翻h(huán)境參與者和車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)使用者；“車”是車聯(lián)網(wǎng)的核心，主要涉及車輛聯(lián)網(wǎng)和智能系統(tǒng)；“路”是車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的重要外部環(huán)境之一；“通信”是信息交互的載體，打通車內(nèi)、車際、車路、車云信息流；“服務(wù)平臺”是實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)能力的業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)載體。

3 沿高速公路部署的車聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)概述

車聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)分布在“端—管—云”3個(gè)層面：“端”層面關(guān)鍵技術(shù)包括汽車電子、車載操作系統(tǒng)技術(shù)等；“管”層面關(guān)鍵技術(shù)包括4G/5G車載蜂窩通信技術(shù)、LTE-V2X直連無線通信技術(shù)等；“云”層面管理多業(yè)務(wù)支持的車聯(lián)網(wǎng)平臺技術(shù)是核心。高速公路是一個(gè)與城市內(nèi)道路場景迥然不同的車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景，因其路上少量的交通信號、無行人、無非機(jī)動(dòng)車輛、無交叉路口以及高車速等特性，使其在部署車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)上要充分考慮應(yīng)用場景。路側(cè)部署的技術(shù)一般來講是V2I及V2N范疇，本文主要討論LTE-V2X、5G應(yīng)用、車路協(xié)同、邊緣計(jì)算及衛(wèi)星通信。

3.1 LTE-V2X技術(shù)

通過共享信息使得交通運(yùn)輸更安全、更環(huán)保和更智能是未來交通發(fā)展的方向。車輛與路上其他事物（行人、車輛、路側(cè)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)等）可以通過信息共享，實(shí)現(xiàn)減少交通擁堵、減輕交通對環(huán)境的影響從而減少致命交通事故的數(shù)量，以及獲得其他信息服務(wù)[3]。個(gè)人用戶如果要實(shí)現(xiàn)單臺車輛的自動(dòng)駕駛，車輛必須具備強(qiáng)大的感知系統(tǒng)，能夠觀察周圍的環(huán)境情況且觀察范圍不局限于近處，所以除了車輛需要配置大量的車載傳感器外，V2X技術(shù)也是自動(dòng)駕駛的一個(gè)重要感知手段。

支撐信息共享的一種關(guān)鍵技術(shù)是無線通信，涵蓋車到車（V2V）通信、汽車到行人（V2P）通信、汽車到基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）通信以及基礎(chǔ)設(shè)施到汽車（I2V）通信，這些被總稱為汽車到萬物或V2X通信。

V2X技術(shù)需要在動(dòng)態(tài)的環(huán)境中可靠地工作，在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間具有較高通信速度，支持在高速公路和隧道等安全相關(guān)應(yīng)用中提供極低的延時(shí)。

3.2 5G應(yīng)用

5G技術(shù)研發(fā)進(jìn)展迅速，與汽車和交通應(yīng)用結(jié)合越來越緊密。目前汽車聯(lián)網(wǎng)以2G/3G/4G蜂窩通信技術(shù)為主，汽車行業(yè)已經(jīng)將聯(lián)網(wǎng)功能作為汽車產(chǎn)品的重要技術(shù)特性，實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航、遠(yuǎn)程通信、智能交通、車載娛樂、車輛診斷遠(yuǎn)程控制、車隊(duì)管理和緊急救援等功能[4]。5G通信技術(shù)充分考慮汽車、交通產(chǎn)業(yè)需求，“高可靠低時(shí)延”成為ITU定義的5G三大應(yīng)用場景之一，也是我國確定的四大應(yīng)用場景之一。

2018年6月，工業(yè)和信息化部與國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)印發(fā)《國家車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（總體要求）》等系列文件，指南中明確指出“制定基于LTE-V2X的無線通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，探索5G技術(shù)在車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用”。

3.3 車路協(xié)同

車路協(xié)同是采用先進(jìn)的無線通信和新一代互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，全方位實(shí)施車車、車路動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)信息交互，并在全時(shí)空動(dòng)態(tài)交通信息采集與融合的基礎(chǔ)上開展車輛主動(dòng)安全控制和道路協(xié)同管理，充分實(shí)現(xiàn)人車路的有效協(xié)同，保證交通安全，提高通行效率，從而形成的安全、高效和環(huán)保的道路交通系統(tǒng)[5]。

要實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同，意味著除智能車輛之外，需要建設(shè)智能路側(cè)設(shè)備，收集汽車行駛過程中的信息并提供決策信息。同時(shí)，還需要能夠連接車輛及路側(cè)設(shè)備的網(wǎng)聯(lián)數(shù)據(jù)中心。通信方面，需要搭配多模式、高可靠的無線通信技術(shù)。當(dāng)車—車、車—路之間可以信息交互后，就可以形成協(xié)同安全，從被動(dòng)安全轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)安全。

3.4 邊緣計(jì)算

車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)中有關(guān)駕駛安全類業(yè)務(wù)的主要特征是低時(shí)延、高可靠。在時(shí)延需求上，輔助駕駛要求20～100 ms，而自動(dòng)駕駛要求時(shí)延可低至3 ms。邊緣云是在現(xiàn)有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)低時(shí)延業(yè)務(wù)的使能技術(shù)之一。

邊緣計(jì)算是在靠近人、物或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，融合網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)、應(yīng)用核心能力的開放平臺，就近提供邊緣智能服務(wù)，滿足行業(yè)數(shù)字化在敏捷連接、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應(yīng)用智能、安全與隱私保護(hù)等方面的關(guān)鍵需求。

邊緣云計(jì)算通過將本地云平臺下沉在基站側(cè)，可為移動(dòng)終端提供低時(shí)延業(yè)務(wù)。通過LTE蜂窩網(wǎng)絡(luò)和邊緣計(jì)算車聯(lián)網(wǎng)平臺的本地計(jì)算，在緊急情況對下發(fā)警告等服務(wù)駕駛信息給車載單元，相比現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，車到車時(shí)延可降低至20 ms以內(nèi)，大幅度減少車主反應(yīng)時(shí)間。此外，通過邊緣計(jì)算車聯(lián)平臺還可實(shí)現(xiàn)路徑優(yōu)化分析，行車與停車引導(dǎo)，安全輔助信息推送和區(qū)域交通服務(wù)指引等。

3.5 衛(wèi)星通信

當(dāng)前主流的車聯(lián)網(wǎng)通信方式主要采用3G或4G LTE連接，但衛(wèi)星車聯(lián)網(wǎng)的長遠(yuǎn)應(yīng)用潛力仍然存在，目前美國SpaceX準(zhǔn)備發(fā)射并構(gòu)建Starlink小型衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)（由4425顆衛(wèi)星組成），并將上述衛(wèi)星送入近地軌道中，我國也提出了“行云”“虹云”低軌通信衛(wèi)星星座，均旨在提供持續(xù)的全球?qū)拵Х?wù)。利用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)采集數(shù)據(jù)后，車聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋及性能將不受地面網(wǎng)絡(luò)部署情況的約束，進(jìn)一步提升邊遠(yuǎn)地區(qū)作業(yè)車輛的信息化水平。

衛(wèi)星在車聯(lián)網(wǎng)中的另一個(gè)重要應(yīng)用是能夠提供精準(zhǔn)的位置信息，有些車企的自動(dòng)駕駛是建立在高度精準(zhǔn)地圖的基礎(chǔ)上，通過實(shí)時(shí)掌握車輛在地圖中的準(zhǔn)確位置來推送與之相關(guān)的信息，進(jìn)而包括未來的對車輛的完全控制，最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛。

衛(wèi)星車聯(lián)網(wǎng)目前的主要應(yīng)用場景是預(yù)測性車輛診斷和維護(hù)、安全檢查、遠(yuǎn)程信息處理等不需要大帶寬傳輸?shù)膽?yīng)用。

4 結(jié)語

近年來，隨著自動(dòng)駕駛、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，車聯(lián)網(wǎng)成為國內(nèi)外新一輪科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必爭之地。雖然目前車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域還面臨一些障礙，但是在政策與市場的雙重驅(qū)動(dòng)下，發(fā)展前景依然非常值得期待，車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)步入發(fā)展快車道。車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)向著智能化、網(wǎng)聯(lián)化方向演進(jìn)，車載操作系統(tǒng)、新型汽車電子、車載通信、服務(wù)平臺、安全等關(guān)鍵技術(shù)成為研究熱點(diǎn)。期待在不久的將來，車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以真正在高速公路落地，早日實(shí)現(xiàn)智慧高速的愿景，降低交通事故，提交交通運(yùn)輸效率。

[參考文獻(xiàn)]

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