5G时代万物将互联,人与人、人与物、物与物可以通过无线网络进行连接,C-V2X车联网技术也逐渐成为了主流。
C-V2X means Cellular Vehicle-to-Everything,是基于蜂窝网络的车用无线通信技术。V2X早期主要是基于DSRC,全称是dedicated short range communication,专用短距离通信技术。
V2X车联网通信主要分为三大类:V2V(Vehicle to Vehicle)、V2I(Vehicle to Infrastructure)和V2P(Vehicle to Pedestrian)。
这3种类型的V2X可以使用“合作意识”,为用户提供更加智能的服务。这意味着运输实体,如车辆、路边的基础设施和行人,可以收集当地环境的信息(如从其它车辆或传感器设备接收到的信息),在进一步处理和共享这些信息,以提供更多的智能服务,如碰撞警告或自主驾驶。
简单的说:
V2X就像是给车配了部智能手机,可以获取更多信息,可以和其他“手机”形成互联,互通信息。同时还可以通过计算来进行智能操作,更好的履行“司机”的义务。
复杂的说:
V2X是对车载传感器的完善,甚至可以说车载传感器只是其辅助手段。
与车载传感器相比,V2X不会因沙尘天气或者大雨、大雾等不良天气的影响而弱化自身功能。相反V2X的应用能够增强对环境的感知能力、降低车载传感器成本、能使多车信息融合决策。
目前,用于V2X通信的主流技术包括专用短程通信(Dedicated Short Range Communication,DSRC)技术和基于蜂窝移动通信系统的C-V2X(Cellular Vehicle to Everything)技术(包括LTE-V2X和5G NR-V2X)。
DSRC是智能交通系统中最重要的基础通信协议之一
这项技术是1992年美国材料试验学会ASTM(American Society for Testing Materials)针对ETC业务而提出来的,后来经过不断完善,变成了IEEE的车联网通信技术标准(802.11p)。
它可以实现在特定小区域内(通常为数十米)对高速运动下的移动目标的识别和双向通信,高速上的ETC专用通道,就是通过DSRC技术实现车辆身份识别,电子扣费,实现不停车、免取卡,实现无人值守车辆顺利通过。
但基于Wi-Fi技术的DSRC性能存在局限性——Wi-Fi难以支持高速移动场景,移动速度一旦提高,DSRC信号就开始骤降、可靠性差、时延抖动较大,所以很长一段时间DSRC的性能不稳定,一直处于测试阶段。
21世纪后,由于蜂窝移动通信得到了快速的发展,技术水平和行业生态都飞速进步。于是,业界开始研究在蜂窝通信技术(Cellular)基础上重新设计V2X的构想,C-V2X(基于LTE技术)由此应运而生。
基于移动蜂窝网络的C-V2X通信技术
就像是手机连入3G/4G一样。LTE针对车辆应用定义了两种通信方式:集中式(LTE-V-Cell)和分布式(LTE-V-Direct)。
集中式(LTE-V-Cell)也称为蜂窝式
需要基站作为控制中心,利用基站作为集中式的控制中心和数据信息转发中心,由基站完成集中式调度、拥塞控制和干扰协调等,支持大带宽、大覆盖通信,可以显著提高LTE-V2X的接入和组网效率,保证业务的连续性和可靠性,满足Telematics应用需求。
分布式(LTE-V-Direct)也称为直通式
无需基站作为支撑,可以独立于蜂窝网络,实现车辆与周边环境节点低时延、高可靠的直接通信,满足行车安全需求。未来,LTE-V技术可以平滑向5G进行演进转换。
可以这么说,LTE-V是给车联网量身定制的LTE。
C-V2X技术在未来在汽车联网领域有广阔空间
C-V2X的一个重要优势就是成本效益。
比如,网络部署方面,由于C-V2X的基础设施是在蜂窝技术上发展起来的,仅通过改造现有的基站,就可以将C-V2X基础设施集成进去;终端部署方面,可以延用LTE和5G的生态系统,在一个通信的Tbox里面把LTE、V2X集成在一起,形成一个统一的连接性的解决方案,部署成本最优。
目前DSRC产业链更为成熟,但C-V2X可能后来居上,总体来看政府政策影响极大。智能驾驶和智能交通的融合将催生C-V2X的巨大市场。
在信息传输时效和速度的高要求下,需要更加重视信息传输过程中的安全稳定性,磐起信科旗下产品AutoTrust V2X及AutoTrust PKI,为车与万物的安全通信提供认证及加密系统解决方案,通过加密及签名功能保障车与OBU(车载单元)、RSU(路侧单元)之间的安全通信,并利用AutoTrust PKI证书管理系统进行证书颁发及管理,确保证书管理及安全通信无缝衔接。
C-V2X的应用
车联网具有大量的运用场景,如今有一些已经运用到现实的交通中,还有一些人们正在讨论与研究。车联网可应用在道路安全服务、自动停车系统、紧急车辆让行、自动跟车等方面。车联网的应用不仅保证了道路交通安全,还可以为车主提供便利。
道路安全服务
道路安全服务是指车辆利用与路边基础设施通过V2I信息实现信息的发收与共享,将车辆周边的环境信息(交通事故、道路拥堵情况等)在一定区域内实现共享,以帮助驾驶员了解周边道路交通情况,对危险路段提高警惕,避免不必要的事故,该服务主要应用于近距离危险警告,特别是在大雾、大雨等特殊天气环境下,这种应用的作用更加明显。
自动停车系统
在大型商场、饭店等区域有着大量的停车位,但由于停车管理效率不高,驾驶员往往很难在第一时间找到车位。APS(自动停车系统)包含一个数据库提供实时信息,包括车辆在市区的停车位,街上或在公共停车场的停车位信息。帮助连接的车辆实时保持数据库信息,同时这也支持通过智能手机访问。APS允许司机储备一个可用的停车位,通过导航应用程序引导车辆进入停车位,并使用免提支付停车,大大提高了停车效率。
紧急车辆让行
如今在现实道路交通中,警车、救护车等特殊车辆是通过鸣警笛向周围车辆发出紧急信号。虽然这在一定程度上也能起到紧急车辆让行的效果,不过使用这种方式并不能达到最佳让行效果,因为周边车辆的驾驶员仅仅知道紧急车辆的存在,但不能确定紧急车辆的所在位置与行驶方向,进而也就无法做出一致性的让行行为。但是这种缺点在车联网的应用中得到了完美的解决。在车联网应用场景中,当紧急车辆存在时,周围车辆将收到紧急救援信息,同时为周边车辆规划出一条合理的避让线路,加快紧急车辆的通行。
自动跟车服务
如今在各大城市上下班高峰期,由于道路上的车辆过多,导致车辆的行驶速度缓慢,在此场景中,自动跟车系统的作用便得到充分发挥。自动跟车系统使车辆自动跟随前方车辆向前行驶,通过对前车速度、转向等控制信息实现本车的半自动操作,同时通过距离信息自动保持与前车间的安全距离,在安全驾驶的前提下,保证了驾驶员适当的休息,避免疲劳驾驶。
随着汽车电子产品的发展以及通信技术的不断完善,车联网将在更多的领域为我们提供更高质量的服务。
C-V2X当前遇到的难题
网络覆盖问题
与D2D技术相似,在V2X场景中,也存在着网络覆盖场景与无网络覆盖场景,无论车辆处于哪种场景中,都应当支持V2X服务安全应用程序。在网络覆盖场景中,V2X车辆用户距离基站较近,服务质量较高,通信质量也较好,而对于无网络覆盖的通信场景,由于无法复用网络资源,在高密度V2V情况下,服务质量可能会有所下降。
频谱资源问题
如今,随着无线通信技术不断发展,对于频谱资源的需求将逐渐增多。然而在有限的频谱空间内如何提高频谱利用率都将是一项新技术所需要考虑的问题。在服务小区内,V2X用户将与LTE用户共享所有资源,此时就存在着两种情况:一是V2X用户与LTE用户分配相互正交的频谱资源,二是V2X用户与LTE用户分配相同的频谱资源。
当V2X用户与LTE用户分配相互正交的频谱资源时,V2X用户间的相互通信将不会对原有的LTE网络造成干扰。若V2X用户与LTE用户分配相同的频谱资源时,D2D通信将会对原有的LTE网络造成一定的干扰。因此需要对V2X用户所需的频谱问题进行进一步的研究,使频谱资源得到充分的利用。
车辆移动性问题
在V2X通信场景中,由于车辆处于高速移动状态,对于所在位置信息具有更加精确的要求。同时高速移动状态下,车辆在场景切换与服务小区切换将变得更加频繁,通信服务质量也会受到相应的降低。因此在移动性问题也将是限制车联网的一大因素,不过鉴于信息科技的发展,对于这些硬件上的问题将会得到很好的解决。
国内C-V2X产业政策及发展趋势
1.政策和产业环境逐渐成熟,C-V2X发展进入快车道。
在顶层设计方面,2018年11月,车联网产业发展专项委员会第二次会议在雄安召开,会议指出要强化产业链协同创新,加快基础设施升级改造,把LTE-V2X、5G等通信网络部署和智能交通、交通管理信息化协同推进。
2018年12月,工信部发布指导性文件《车联网(智能网联汽车)产业发展行动计划》,分两阶段推动车联网跨行业融合,促进规模化商业应用,实现“人-车-路-云”高度协同。
2018年11月,工信部发布了《车联网(智能网联汽车)直连通信使用5905-5925MHz频段的频率管理规定(暂行)》,确定了基于LTE-V2X技术的车联网(智能网联汽车)直连通信的工作频段及使用要求。
在工业和信息化部无线电管理局指导下,海南省无线电监督管理局、天津市工业和信息化局分别向中国铁塔股份有限公司海南省分公司和天津市马可尼信息技术有限公司颁发5905MHz~5925MHz频段车联网(智能网联汽车)试验频率使用许可。
在标准体系建设方面,我国已基本建设完成LTE-V2X标准体系和核心标准规范,包括总体技术、空中接口、安全以及网络层与应用消息层等各个部分。
为加强跨行业标准协同,全国汽车标准化技术委员会、全国智能运输系统标准化技术委员会、全国通信标准化技术委员会和全国道路交通管理标准化技术委员会共同签署了《关于加强汽车、智能交通、通信及交通管理C-V2X标准合作的框架协议》。
在测试验证方面,目前全国多地积极开展C-V2X应用示范并逐步推广商用,覆盖测试园区、开放道路、高速公路等多种环境。
中国信通院、中汽中心、上机检测等测试机构已建立实验室测试环境,对外提供V2X应用功能、通信性能、协议一致性等测试服务;各示范区、行业联盟纷纷组织外场测试,验证外场环境下V2X应用的功能,LTE-V2X“三跨”互联互通应用示范活动组织20余家企业单位,实现了世界首例跨通信模组、跨终端、跨整车的互联互通。
2.跨行业融合创新生态体系初步形成,C-V2X产业链主体日益丰富。
C-V2X产业链主要包括通信芯片、通信模组、软硬件设备、整车制造、平台与运营、安全与测试验证、高精度定位和地图服务、科研机构及其他,包括了芯片厂商、设备厂商、主机厂、方案商、电信运营商、地图供应商等众多参与方。此外,科研院所、投资机构以及关联的技术与产业组织对于C-V2X应用落地实现起到了关键的支撑作用。
在芯片模组方面,大唐、华为、高通、移远、芯讯通等企业已对外提供基于LTE-V2X的芯片模组。
在软硬件设备方面,华为、大唐、金溢、星云互联、东软、万集等厂商已经可以提供基于LTE-V2X的OBU、RSU硬件设备,以及相应的软件协议栈。
在整车制造方面,上汽、一汽、福特、通用、吉利等主机厂逐步开发V2X相关产品,大力推动新车的联网功能。2019年3月26日,福特宣布首款C-V2X车型2021年量产。
在平台与运营方面,国内三大电信运营商均大力推进C-V2X业务验证示范;百度、阿里、腾讯、滴滴等互联网企业进军车联网,加速C-V2X应用落地;北京、无锡、上海、重庆、长沙等示范区已建立C-V2X运营服务平台。