劉陽 王碩 高洪偉

（中國第一汽車集團(tuán)有限公司 智能網(wǎng)聯(lián)開發(fā)院，長春 130000）

主題詞：5G 車聯(lián)網(wǎng) V2X 自動駕駛 SIP-adus 技術(shù)應(yīng)用 最新進(jìn)展

1 引言

隨著自動駕駛汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，作為核心技術(shù)的V2X（Vehicle to Everything）也受到越來越多的關(guān)注。在各國政府以及通信企業(yè)大力推進(jìn)下，基于DSRC（Dedicated Short Range Communication）或 LTE（Long Term Evolution）通信方式的V2X技術(shù)快速發(fā)展。特別是作為下一代移動互聯(lián)網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)5G技術(shù)，更是備受矚目。世界各國都在力爭成為5G的參與者甚至領(lǐng)導(dǎo)者。日本作為先行者在V2X、ITS（Intel?ligent Transportation System）等領(lǐng)域已經(jīng)走在了世界的前列，日本首相安倍更是提出在2020年東京奧運(yùn)會向全世界展示日本自動駕駛汽車的成就。

在此背景下，日本在跨部委戰(zhàn)略革新促進(jìn)計劃（SIP）中加入自動駕駛研究計劃，并成立了自動駕駛系統(tǒng)推進(jìn)委員會。該會自2014年起連同日本內(nèi)閣府科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新會議共同主辦SIP-adus Workshop，到2018年11月為止該會議已經(jīng)舉辦到第5屆。致力于推動自動駕駛技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

2 SIP-adus Workshop 2018會議概述

本次會議共邀請到了17個國家的包括145名知名專家在內(nèi)的516名行業(yè)相關(guān)人士參加。這是基于網(wǎng)聯(lián)自動駕駛系統(tǒng)研究領(lǐng)域的一次盛會，并且必將對行業(yè)發(fā)展起到引導(dǎo)作用。會議共分為口頭報告和看板展示兩個部分，其中口頭報告環(huán)節(jié)由65篇論文組成?？陬^報告以自動駕駛技術(shù)7大核心為主題，分為區(qū)域活動與現(xiàn)場運(yùn)行試驗（FOT）、動態(tài)地圖、網(wǎng)聯(lián)汽車、網(wǎng)絡(luò)安全、影響評估、下一代運(yùn)輸和人為因素，從一定程度上反映出自動駕駛領(lǐng)域新理論、新方法、新技術(shù)及應(yīng)用?？窗逭故经h(huán)節(jié)部分內(nèi)容由日本內(nèi)閣、交通部、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)部等各部委提供，共分為概述、動態(tài)地圖、網(wǎng)聯(lián)汽車、網(wǎng)絡(luò)安全、影響評估、下一代運(yùn)輸、人為因素、現(xiàn)場運(yùn)行試驗、SIP adus的第2階段9個板塊，共30篇內(nèi)容組成。本次主要關(guān)注的網(wǎng)聯(lián)汽車板塊由5篇論文組成，對美國、歐洲、日本的V2X發(fā)展進(jìn)程以及5G對V2X的影響分別進(jìn)行了介紹。

3 國際V2X進(jìn)展

3.1 美國V2X發(fā)展進(jìn)程

來自美國交通運(yùn)輸部負(fù)責(zé)自動駕駛項目的經(jīng)理Kevin Dopart對于美國國內(nèi)自動駕駛的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹。他從車聯(lián)網(wǎng)方面介紹了美國自動駕駛的應(yīng)用，并詳細(xì)說明了美國交通部利用V2X正在實施的協(xié)同自動化移動性應(yīng)用研究項目（CARMA），該項目以干道和高速公路作為研究中心，致力于安全的提高美國城鄉(xiāng)公路的運(yùn)營效率并達(dá)到效益最大化。2018至2020年為該項目的第3個階段，將要實現(xiàn)L2級自動駕駛的速度和轉(zhuǎn)向控制以及達(dá)到L3級自動駕駛能力。該階段除了利用V2V方式外，還將充分利用運(yùn)輸管理與運(yùn)營系統(tǒng)（TSMO）的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行交互作業(yè)。用以實現(xiàn)車道變換、車流合并、強(qiáng)化乘用車和卡車的車隊排列、工作區(qū)和交通事件管理、應(yīng)急車輛等方面的應(yīng)用[1]。

圖1 美國基于DSRC的V2X使用現(xiàn)狀[2]

美國豐田信息技術(shù)中心主任John Kenney從數(shù)據(jù)傳輸方面介紹了美國的經(jīng)驗。美國是最早使用基于IEEE 802.11進(jìn)行V2X通信的國家，DSRC被廣泛應(yīng)用于26個州內(nèi)的近79%的車輛(圖1)。Kenney還介紹了美國在將5.9 GHz用于V2X前所做的包括Wi-Fi對DSRC信號干擾等方面的一系列測試工作，并對應(yīng)測試結(jié)果給出了相關(guān)建議。關(guān)于DSRC的未來，雖然DSRC已經(jīng)在美國被廣泛應(yīng)用，并且有豐田、大眾、通用等企業(yè)正在推動新一代版本802.11db的研發(fā)工作。但C-V2X的出現(xiàn)為DSRC的發(fā)展帶來了很多不確定性。在報告的最后Kenney也提到了由于C-V2X不能與DSRC在同一信道中共存或互操作，C-V2X可能是DSRC進(jìn)一步發(fā)展的最大阻礙[2]。

3.2 歐洲的C-TIS進(jìn)展

來自法國雷諾公司的執(zhí)行專家Christian Rousseau介紹了歐盟為實現(xiàn)C-ITS而啟動的SCOOP計劃。該計劃在原有的歐盟框架基礎(chǔ)上已經(jīng)確定了V2X消息的數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)交換原則、數(shù)據(jù)所有權(quán)等內(nèi)容。其組織成員也逐年增加，現(xiàn)已包括、法國、德國、英國、意大利等絕大多數(shù)歐洲國家。為了促進(jìn)自動駕駛領(lǐng)域的合作，歐盟和各成員國建立了C-roads平臺，幫助其部署C-ITS。平臺可連接所有C-ITS研發(fā)機(jī)構(gòu)，共享和發(fā)布包括公共通信配置文件在內(nèi)的公共技術(shù)規(guī)范，SCOOP計劃將使用ETSIITSG5和蜂窩網(wǎng)絡(luò)的組合網(wǎng)絡(luò)，而C-roads平臺可以加快測試驗證這種基于公共通信配置文件開發(fā)的混合通信系統(tǒng)。進(jìn)而盡快實現(xiàn)歐盟內(nèi)成員國之間的自動駕駛一體化[3]。

3.3 5GAA組織在V2X領(lǐng)域的進(jìn)展

5GAA首席技術(shù)官比利時的Flament博士代表5GAA進(jìn)行了關(guān)于5G對于自動駕駛重要性的闡述。自從3GPP組織發(fā)布Rel14中加入C-V2X以來，5GAA便一直致力于開發(fā)、測試和推廣基于5G車聯(lián)網(wǎng)解決方案（圖2）。并致力于利用基于3GPP的蜂窩技術(shù)能提供比IEEE 802.11p更優(yōu)越的通信性能。C-V2X的出現(xiàn)為V2X找到了新的解決方式，那就是基于移動網(wǎng)絡(luò)的V2N、P2N、I2N來實現(xiàn)V2V、V2P、V2I。Flament博士同時介紹了基于3GPPRel14的兩種不同的V2X解決方案，1 km以內(nèi)短距離的直接通信以及超過1 km長距離的移動網(wǎng)絡(luò)通信方案。隨著3GPPRel15的已經(jīng)凍結(jié)，5GAA也將進(jìn)一步提供更優(yōu)質(zhì)的車聯(lián)網(wǎng)解決方案[4]。

圖2 5GAA給出的利用基于3GPP的蜂窩技術(shù)實現(xiàn)V2X[4]

3.4 日本V2X現(xiàn)狀與展望

日本馬自達(dá)技術(shù)研發(fā)部的小川從現(xiàn)狀和展望兩個方面介紹了日本的V2X車輛網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)。小川自2009年以來負(fù)責(zé)駕駛員輔助系統(tǒng)相關(guān)的研究。他從自動駕駛系統(tǒng)的V2V、V2I通信技術(shù)的發(fā)展、自動駕駛無線通信需求的制定、車對行人通信技術(shù)的發(fā)展、車輛探測信息的利用、為動態(tài)地圖提供動態(tài)信息等幾個方面介紹了日本V2X的現(xiàn)狀。其中內(nèi)容涵蓋了V2X與ITS系統(tǒng)如何配合使用降低事故隱患并提升安全性的研究，值得注意的是日本所使用的通信頻段除了ITS系統(tǒng)中一直沿用的700 MHz外，新加入了用于事故預(yù)警的5.8 GHz。這也意味著日本也開始使用國際上普遍使用的5.8 GHz用于V2X應(yīng)用。

如圖3所示，日本已經(jīng)開始利用V2X進(jìn)行車流合并實驗。下一步日本計劃將現(xiàn)有經(jīng)驗應(yīng)用于高速公路上的封閉交通環(huán)境下，其內(nèi)容包括：入口交通流合并以及提供有關(guān)ETC門操作狀態(tài)的信息和信號燈信息。在此基礎(chǔ)上將在2020年東京奧運(yùn)會時實現(xiàn)臺場水上樂園至羽田機(jī)場兩地之間的自動駕駛，包括臺場區(qū)域的L4級自動駕駛、臺場至羽田機(jī)場高速公路上的自動駕駛以及羽田機(jī)場區(qū)域的L2-L4級自動駕駛[5]。

圖3 日本利用V2X進(jìn)行車流合并實驗[5]

4 V2X發(fā)展趨勢及其重要性

4.1 V2X的加入改變現(xiàn)有自動駕駛市場格局

在V2X尚未廣泛使用的當(dāng)下，自動駕駛不論是已經(jīng)產(chǎn)品化并且不斷迭代的特斯拉，還是想要一步到位的谷歌，以及其他已經(jīng)涉及自動駕駛領(lǐng)域的IT企業(yè)和傳統(tǒng)汽車制造企業(yè)，無一例外的選擇使用ADAS（Ad?vanced Driver Assistance System）搭配人工智能（AI）作為實現(xiàn)自動駕駛的核心技術(shù)。但由于各種傳感器的特性決定的局限性、激光傳感器等部分傳感器價格昂貴、對車載電腦計算能力的要求過高等因素的存在，都在一定程度上限制了ADAS+AI方案的快速發(fā)展，并在安全性方面存在一定的隱患。即使撇開以上這些因素不談，只人工智能學(xué)習(xí)所使用的數(shù)據(jù)這一項，初創(chuàng)企業(yè)沒有海量數(shù)據(jù)作為支撐，其基于人工智能迭代學(xué)習(xí)方式的自動駕駛算法方面將被領(lǐng)先企業(yè)越拉越遠(yuǎn)。這也將導(dǎo)致未來行業(yè)可能會向寡頭或獨占的不利方向發(fā)展。

即使能夠解決上述問題，V2X的引入仍然將在車與車間距、節(jié)能性以及安全性等方面給與自動駕駛技術(shù)帶來提升。基于云計算和邊緣計算的自動駕駛方式也能在一定程度上緩解企業(yè)之間算法上的巨大差距。打破現(xiàn)有格局，給初創(chuàng)企業(yè)帶來機(jī)遇。

4.2 5G為V2X帶來了前所未有的推動力

作為下一個可預(yù)見的風(fēng)口，5G被視為從自動駕駛汽車到未來智能城市等的技術(shù)支柱，因此世界各國都在力爭成為5G的領(lǐng)導(dǎo)者，期望自己能夠定義這一新一代移動互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。其對汽車和電信行業(yè)的影響作用突出，5G技術(shù)未來極有可能會成為改變汽車企業(yè)以及電信企業(yè)盈利模式以及未來業(yè)績增長的主要來源[6]。

對于電信企業(yè)來說移動通信用戶趨于飽和，現(xiàn)有的需求下很難再有大量的用戶增長。5G的低延遲、高速率等特點都能夠滿足V2X各場景下的應(yīng)用需求。根據(jù)5GAA R14給出的數(shù)據(jù)，現(xiàn)在5G應(yīng)用于V2X的性能指標(biāo)已經(jīng)優(yōu)于DSRC[7]，成為V2X的最佳選擇。中國現(xiàn)有的汽車存量市場和每年的增量市場都十分的巨大，這無疑為電信企業(yè)開辟了一塊尚未涉足的巨大市場。成為未來用戶增長的關(guān)鍵領(lǐng)域。

對于汽車制造企業(yè)來說分時租賃業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，使得原有的車輛銷售模式不再是唯一的選擇，車輛可以不再需要用戶購買而直接投入市場。任意地點取車、還車必然成為了發(fā)展趨勢，而如何合理布局車輛以及如何將偏僻地區(qū)車輛重新置于用車需求量大的地區(qū)的問題成了租賃公司以及汽車制造企業(yè)的需要解決的首要問題。5G中的C-V2X將成為解決此問題的關(guān)鍵技術(shù)。未來的分時租賃汽車除去加油或充電的時間以外始終處于接送用戶的狀態(tài)[8]。

4.3 5G將成為中國在V2X領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)超越的最佳選擇

中國近年來在自動駕駛領(lǐng)域掀起了研發(fā)熱潮，很多研究成果與國外相比差距不大、甚至領(lǐng)先。特別是在5G研發(fā)以及C-V2X應(yīng)用方面，華為、大唐等企業(yè)已經(jīng)走在了世界的前列。

在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面中國也走在了世界的最前面。2018年7月13日美國無線通信和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會（CTIA）給出了一份各國在5G發(fā)展進(jìn)度上的排名。前三名分別是1.中國、2.韓國、3.美國，其后分別為日本、英國、德國、法國、加拿大和俄羅斯等國。宣稱2019年實現(xiàn)全國覆蓋5G的韓國被排在第2的主要原因是韓國商用5G是基于非獨立組網(wǎng)（NSA,Non-Standalone），而中國正在大力發(fā)展的5G是獨立組網(wǎng)下（SA,Stand?alone）的產(chǎn)業(yè)鏈并在積極培育各種垂直領(lǐng)域的應(yīng)用。

基于SA架構(gòu)下的真正5G網(wǎng)絡(luò)可以為C-V2X提供強(qiáng)有力的研發(fā)保證和支持，這也正是未來中國CV2X的優(yōu)勢所在。并且有可能在短時間內(nèi)實現(xiàn)SA架構(gòu)下的真正5G并將其廣泛應(yīng)用的國家絕無僅有。但在現(xiàn)今階段自動駕駛領(lǐng)域中國企業(yè)仍然面臨巨大的挑戰(zhàn)。這主要來源于國外公司對高新技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)封鎖以及國內(nèi)自主品牌企業(yè)發(fā)展速度不快。對此不僅要跟國外供應(yīng)商合作，還需要加強(qiáng)國內(nèi)研發(fā)機(jī)構(gòu)的合作，培育可長線合作的自主品牌供應(yīng)商。此外，智能汽車產(chǎn)業(yè)鏈不完整、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系滯后以及技術(shù)積累不足等，都將成為國內(nèi)智能汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制約因素。并且在沒有成型經(jīng)驗可以借鑒的情況下，如何發(fā)展中國自己的基于C-V2X的自動駕駛技術(shù)也將成為未來擺在我們面前的一個重要課題。

5 結(jié)語

本文從SIP-adus Workshop 2018會議中車輛網(wǎng)絡(luò)連接部分內(nèi)容出發(fā)，介紹了自動駕駛領(lǐng)域世界先進(jìn)的美國、歐洲、日本的V2X發(fā)展現(xiàn)狀。而未來美國、歐洲、日本也都面臨著各自不同的問題。美國作為V2X的先行者，基于DSRC技術(shù)的V2X已經(jīng)被廣泛使用，如何在現(xiàn)有DSRC為主的系統(tǒng)中使用5G是擺在面前的一個重要的課題；而對于歐盟國家來說其如何在眾多國家推廣統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的V2X系統(tǒng)仍然是首要的工作。因為只有標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一才能使V2X技術(shù)在歐洲大陸上廣泛應(yīng)用；日本方面，在世界各發(fā)達(dá)國家和地區(qū)都將5.9 GHz附近頻段用于V2X的背景下，日本終于也在ITS系統(tǒng)中加入5.8 GHz頻段，而接下來日本將如何進(jìn)一步使用該頻段是十分值得期待的。而從V2X領(lǐng)域的整體發(fā)展趨勢方向來看，隨著3GPP對5G版本的不斷更新，其中C-V2X部分性能也越來越優(yōu)于傳統(tǒng)的DSRC，各國也都規(guī)劃了用于5G的頻段，并計劃在現(xiàn)有的ITS中融入5G技術(shù)。可見5G的發(fā)展對于V2X甚至自動駕駛技術(shù)的發(fā)展都起到至關(guān)重要的意義。除此之外，從本次會議整體上來看當(dāng)前國際上自動駕駛領(lǐng)域的研發(fā)，無論是理論研究，還是技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用都已取得了非常多的成果，而動態(tài)地圖、V2X、網(wǎng)絡(luò)安全和ADAS等將是未來自動駕駛汽車研發(fā)的主要方向。