（中國(guó)移動(dòng)通信研究院，北京100032 ）

(China Mobile Research Institute, Beijing 100032, China)

隨著車輛智能化的發(fā)展以及通信技術(shù)的快速演進(jìn)，車聯(lián)網(wǎng)從以支持車載信息服務(wù)為主向以支持智能化和網(wǎng)聯(lián)化為基礎(chǔ)的輔助駕駛、自動(dòng)駕駛和智慧交通的應(yīng)用發(fā)展。在車載信息服務(wù)階段，車輛通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)與云端服務(wù)器通信，實(shí)現(xiàn)娛樂、車載導(dǎo)航等應(yīng)用；在輔助駕駛階段，車輛通過與周圍的車輛、路側(cè)交通基礎(chǔ)設(shè)施、人、云端服務(wù)通信，獲得周圍車輛的狀態(tài)、路側(cè)的交通信號(hào)燈、交通標(biāo)志等信息，輔助提升車輛的安全行駛能力；在自動(dòng)駕駛和智慧交通階段，將實(shí)現(xiàn)車、路、人、云的全方位連接，在進(jìn)行智能感知信息的共享與交換同時(shí)共享部分決策信息，具備復(fù)雜環(huán)境感知、智能決策、協(xié)同控制等功能，從而實(shí)現(xiàn)最終的全天候無人駕駛和高度協(xié)同的智慧交通[1]。

現(xiàn)階段，全球車聯(lián)網(wǎng)界正在重點(diǎn)開展輔助駕駛的產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)及自動(dòng)駕駛的技術(shù)研發(fā)，并積極探索商業(yè)模式及典型應(yīng)用。

1 車聯(lián)網(wǎng)政策及產(chǎn)業(yè)情況

1.1 全球政策現(xiàn)狀

從全球來看，現(xiàn)階段的車聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù)主要包括2種：以電氣和電子工程師協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（IEEE 802.11p）為基礎(chǔ)的專用短程通信（DSRC）技術(shù)和蜂窩車用無線通信（C-V2X）技術(shù)。美國(guó)、日本、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)普遍非常重視車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，均已開展了相關(guān)的技術(shù)研究和測(cè)試驗(yàn)證工作。

美國(guó)的車聯(lián)網(wǎng)研發(fā)依托于智能交通系統(tǒng)（ITS）的整體發(fā)展，由政府主導(dǎo)，起步較早。美國(guó)交通部于2016年提案以立法形式推動(dòng)2023年美國(guó)所有輕型車輛強(qiáng)制安裝DSRC（基于IEEE 802.11p技術(shù)）車載設(shè)備；但由于各州法律不同、產(chǎn)業(yè)意見不一致等問題被擱置。2019年3月，福特表示計(jì)劃于2021年在中國(guó)的車型優(yōu)先搭載C-V2X技術(shù)。目前C-V2X技術(shù)已在圣迭戈和底特律進(jìn)行初步試驗(yàn)。2019年12月，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）發(fā)布消息，為C-V2X分配了20 MHz（5 905～5 925MHz）頻段，為C-V2X技術(shù)在美國(guó)應(yīng)用帶來了可能。

日本政府推進(jìn)“自動(dòng)駕駛系統(tǒng)研發(fā)計(jì)劃”，設(shè)定短期（2014—2016年，開展車聯(lián)網(wǎng)協(xié)同系統(tǒng)和終端設(shè)備研發(fā)以及市場(chǎng)戰(zhàn)略部署）、中期（2017—2020年，完成駕駛安全支持系統(tǒng)研發(fā)和Level 1/2市場(chǎng)部署）以及遠(yuǎn)期（2021—2030年，完成Level 3/4系統(tǒng)研發(fā)和市場(chǎng)部署）的發(fā)展階段和目標(biāo)。日本內(nèi)閣也于2019年通過《道路運(yùn)輸車輛法》修正案。除了現(xiàn)有的ITS頻譜（760 MHz、5.8 GHz等）之外，日本正在開展為C-V2X分配其他頻率的可行性研究。

歐洲在2008年已為智能交通系統(tǒng)分配5.9 GHz頻段；歐盟委員會(huì)于2019年3月宣布通過“在歐洲道路上實(shí)施清潔的、連接和自動(dòng)駕駛的法案”，車輛、交通標(biāo)識(shí)牌和高速公路將于2019年安裝網(wǎng)聯(lián)設(shè)備。經(jīng)過產(chǎn)業(yè)各界的反饋及討論，最終該法案否決僅支持IEEE 802.11p的提案，為C-V2X的商用部署保留機(jī)會(huì)。

中國(guó)政府高度重視車聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，自從把加快車聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建納入國(guó)家“十三五”規(guī)劃以來，工業(yè)和信息化部（簡(jiǎn)稱為工信部）、交通部、科技部、發(fā)展和改革委員會(huì)（簡(jiǎn)稱為發(fā)改委）等多部委聯(lián)合出臺(tái)一系列規(guī)劃，從政策、法規(guī)、技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)試示范等多個(gè)維度支持中國(guó)車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展：2017年成立了“國(guó)家制造強(qiáng)國(guó)領(lǐng)導(dǎo)小組車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)委員會(huì)”，2018年確定5.9 GHz用于車聯(lián)網(wǎng)直連通信，2019年啟動(dòng)車聯(lián)網(wǎng)（智能網(wǎng)聯(lián)汽車）和自動(dòng)駕駛地圖應(yīng)用試點(diǎn)。同時(shí)，各部委自2016年開始積極與地方政府合作，推進(jìn)了中國(guó)示范區(qū)建設(shè)。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展

當(dāng)前支持車聯(lián)網(wǎng)的無線通信技術(shù)主要有2種：一種是IEEE組織制定的802.11p技術(shù)，一種是第三代合作伙伴計(jì)劃（3GPP）組織制定的C-V2X技術(shù)。其中，802.11p是IEEE于2003年以802.11a為基礎(chǔ)制定并于2010年完成標(biāo)準(zhǔn)化，其后續(xù)演進(jìn)版本802.11bd預(yù)計(jì)將于2021年10月完成。

C-V2X技術(shù)包含長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）-V2X和 5G-V2X。LTE-V2X是5G-V2X的先導(dǎo)技術(shù)，5G-V2X的標(biāo)準(zhǔn)后向兼容LTE-V2X標(biāo)準(zhǔn)。3GPP于2017年6月完成基本版本（R14）的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定，于2018年6月完成增強(qiáng)版LTE-eV2X（R15）的制定。5G-V2X通信標(biāo)準(zhǔn)（R16）正在制定中。

在中國(guó)，中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（CCSA）、中國(guó)智能交通產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（C-ITS）、中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)（C-SAE）、國(guó)際移動(dòng)通信系統(tǒng)（IMT）-2020 C-V2X工作組等組織積極推進(jìn)LTE-V2X端到端標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)建。目前已基本建設(shè)完成LTE-V2X標(biāo)準(zhǔn)體系和核心標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定，包括總體技術(shù)、空中接口、安全以及網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用消息層、車載終端和路側(cè)設(shè)備等各個(gè)部分，初步形成了覆蓋LTE-V2X標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議棧各層次、各層面、設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)體系。

5G-V2X的標(biāo)準(zhǔn)正在推進(jìn)中，CCSA及C-V2X工作組已開展C-V2X業(yè)務(wù)需求增強(qiáng)研究，已立項(xiàng)基于5G的車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)研究。此外，C-ITS/C-SAE等也開始啟動(dòng)應(yīng)用層數(shù)據(jù)規(guī)范第2階段研究。

1.3 產(chǎn)業(yè)進(jìn)展

1.3.1 國(guó)際進(jìn)展

下一代移動(dòng)通信網(wǎng)（NGMN）、5G汽車聯(lián)盟（5GAA）積極推進(jìn)C-V2X技術(shù)在國(guó)際上發(fā)展。NGMN于2016年成立了專門的V2X工作組，主要針對(duì)LTE-V2X的應(yīng)用場(chǎng)景、性能分析、商業(yè)價(jià)值等內(nèi)容進(jìn)行研究。V2X工作組發(fā)布V2X白皮書，充分證明C-V2X的技術(shù)先進(jìn)性，同時(shí)也促進(jìn)了全球?qū)νㄐ牌髽I(yè)支持C-V2X技術(shù)的車聯(lián)網(wǎng)的統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，并對(duì)整個(gè)車聯(lián)網(wǎng)的商用化部署提供了指導(dǎo)建議，開啟全球加速促進(jìn)車聯(lián)網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)品的成熟與應(yīng)用工作。

5GAA于2016年9月由通信和汽車企業(yè)發(fā)起成立，旨在推動(dòng)智能車聯(lián)、智慧交通、自動(dòng)駕駛等信息通信解決方案和應(yīng)用，及端到端產(chǎn)業(yè)生態(tài)發(fā)展。5GAA自成立以來，充分吸引產(chǎn)業(yè)各方支持，積極與3GPP、歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（ETSI）等標(biāo)準(zhǔn)組織進(jìn)行技術(shù)交流，同時(shí)向歐盟委員會(huì)展示C-V2X技術(shù)的先進(jìn)性，成功推動(dòng)歐盟理事會(huì)否決僅使用ITS-G5技術(shù)實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的決議，為C-V2X的應(yīng)用發(fā)展贏取空間。

1.3.2 中國(guó)進(jìn)展

中國(guó)政府以及產(chǎn)業(yè)各方正大力推進(jìn)C-V2X產(chǎn)業(yè)發(fā)展，加速建立完善的端到端產(chǎn)業(yè)體系。

（1）LTE-V2X。

目前中國(guó)的產(chǎn)品已覆蓋芯片、模組、車載終端、路側(cè)終端、平臺(tái)、應(yīng)用等端到端的全產(chǎn)業(yè)鏈。支持LTEV2X的通信芯片有3家廠商，車規(guī)級(jí)通信模組有4家廠商，C-V2X車載終端有10余家廠商，路側(cè)終端有8家廠商。在車聯(lián)網(wǎng)V2X基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)、車企業(yè)務(wù)平臺(tái)、示范區(qū)測(cè)試數(shù)據(jù)平臺(tái)、第三方應(yīng)用平臺(tái)等均有產(chǎn)品，并在各地車聯(lián)網(wǎng)示范區(qū)開始部署驗(yàn)證。另外，各家車企也針對(duì)輔助駕駛業(yè)務(wù)開發(fā)相關(guān)應(yīng)用，并在各地示范區(qū)進(jìn)行聯(lián)合測(cè)試。2019年4月，上海汽車、中國(guó)第一汽車、東風(fēng)、長(zhǎng)安等14家車企共同發(fā)布C-V2X商用路標(biāo)，預(yù)計(jì)在2020年上半年到2021年下半年量產(chǎn)C-V2X汽車[2]。

測(cè)試驗(yàn)證方面，大唐電信、萬集科技等9家終端設(shè)備廠商完成了IMT-2020（5G）推進(jìn)組C-V2X工作組組織的網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層互操作、協(xié)議一致性測(cè)試。2018年11月，共有中外11家整車企業(yè)、8家LTE-V2X終端提供商和3家通信模組廠商共同參與世界首例“跨芯片模組、跨終端、跨整車”的LTE-V2X“三跨”互聯(lián)互通應(yīng)用示范。2019年10月22—24日，共有26家整車廠商、11家通信模組廠商、28家終端提供商、6家安全廠商和位置服務(wù)提供商共同參與C-V2X“四跨”（在“三跨”基礎(chǔ)上增加了“跨安全平臺(tái)”）互聯(lián)互通應(yīng)用示范活動(dòng)。

為了推進(jìn)車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用落地，工信部、交通部、公安部設(shè)立30多個(gè)應(yīng)用示范區(qū)，一方面在北京、上海、重慶等地建立了多場(chǎng)景、多環(huán)境測(cè)試場(chǎng)，驗(yàn)證C-V2X端到端的關(guān)鍵技術(shù)，推進(jìn)了車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品商用研發(fā)進(jìn)程。另一方面開展車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的規(guī)模示范應(yīng)用，探索車聯(lián)網(wǎng)可行的商業(yè)模式。例如，由中國(guó)移動(dòng)作為牽頭單位，在工信部、公安部、江蘇省無錫市政府的指導(dǎo)下，聯(lián)合公安部交通管理科學(xué)研究、無錫交警、中國(guó)信息通信研究院（簡(jiǎn)稱為信通院）等近30家單位，在無錫持續(xù)開展了C-V2X應(yīng)用示范：2017年建成了全球首個(gè)LTE-V2X開放道路示范樣板，2018年打造全球首個(gè)LTE-V2X城市級(jí)規(guī)模應(yīng)用；2019年獲批成為工信部推選的中國(guó)首個(gè)車聯(lián)網(wǎng)先導(dǎo)區(qū)，后續(xù)將進(jìn)一步推進(jìn)完成無錫C-V2X服務(wù)覆蓋，實(shí)現(xiàn)V2X的持續(xù)運(yùn)營(yíng)。目前，北京、上海、武漢等地也在逐步推進(jìn)C-V2X城市級(jí)應(yīng)用。

（2）5G-V2X。

早在2017年，中國(guó)移動(dòng)等單位在上海實(shí)現(xiàn)首個(gè)5G遠(yuǎn)程遙控駕駛，并在2018年世界移動(dòng)通信大會(huì)（MWC）期間演示了5G遠(yuǎn)程自動(dòng)編隊(duì)駕駛，對(duì)基于5G的車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用進(jìn)行了概念驗(yàn)證；隨著中國(guó)5G商用，基于5G 新空口（NR）的增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）芯片已商用；隨著高通等5G芯片的陸續(xù)發(fā)布，移遠(yuǎn)、LG等紛紛發(fā)布5G車載模組。在網(wǎng)絡(luò)方面，中國(guó)從2018年底到2019年初陸續(xù)部署5G NR eMBB網(wǎng)絡(luò)，3大運(yùn)營(yíng)商已于2019年10月31日正式推出5G商用套餐。中國(guó)移動(dòng)計(jì)劃2020年將為全國(guó)超過340個(gè)城市提供5G商用服務(wù)；中國(guó)聯(lián)通計(jì)劃將在7個(gè)城市正式開通5G實(shí)驗(yàn)網(wǎng)，在33個(gè)城市實(shí)現(xiàn)熱點(diǎn)區(qū)域覆蓋，在n個(gè)城市定制了5G網(wǎng)中專網(wǎng)；中國(guó)電信也計(jì)劃在2019年年底前建設(shè)4萬個(gè)5G基站，分布在約50個(gè)城市中。此外，目前基于5G NR（超可靠低時(shí)延車聯(lián)網(wǎng)）以及PC5（直連通信）的研發(fā)工作尚未開始。

總體來看，基于LTE-V2X的車聯(lián)網(wǎng)端到端技術(shù)、產(chǎn)品、應(yīng)用、測(cè)試已成熟，已具備預(yù)商用條件；而基于5G-V2X的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)品仍在推進(jìn)中，有待后續(xù)進(jìn)一步的技術(shù)驗(yàn)證及測(cè)試。

2 車聯(lián)網(wǎng)典型應(yīng)用場(chǎng)景及需求分析

借助于人、車、路、云平臺(tái)之間的全方位連接和高效信息交互，C-V2X目前正從信息服務(wù)類應(yīng)用向交通安全和效率類應(yīng)用發(fā)展，并將逐步向支持實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的協(xié)同服務(wù)類應(yīng)用演進(jìn)。

2.1 輔助駕駛典型應(yīng)用場(chǎng)景及需求

針對(duì)C-V2X輔助駕駛典型場(chǎng)景（具體如表1所示），通過C-V2X工作組、C-SAE、C-ITS等中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)業(yè)組織共同研究，面向輔助駕駛階段定義了17個(gè)C-V2X的基礎(chǔ)應(yīng)用場(chǎng)景。這些應(yīng)用場(chǎng)景基于C-V2X信息交互，實(shí)現(xiàn)車輛、道路設(shè)施、行人等交通參與者之間的實(shí)時(shí)狀態(tài)共享，輔助駕駛員進(jìn)行決策[3]。

此外，5GAA也定義了輔助駕駛典型應(yīng)用場(chǎng)景，包括安全、效率、高級(jí)輔助駕駛、行人保護(hù)4大類共計(jì)12個(gè)場(chǎng)景，具體場(chǎng)景與中國(guó)定義類似。

輔助駕駛典型應(yīng)用場(chǎng)景的部署，對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理、定位等方面提出了具體需求。在通信方面，時(shí)延要求小于100 ms（在特殊情況下小于20 ms），可靠性需滿足90%～99%，典型數(shù)據(jù)包大小為50～300 B，最大1 200 B；在數(shù)據(jù)處理方面，據(jù)統(tǒng)計(jì)單車產(chǎn)生的數(shù)據(jù)每天約為GB級(jí)，對(duì)大量車輛、道路、交通等數(shù)據(jù)的匯聚，需要滿足海量數(shù)據(jù)儲(chǔ)存的需求，同時(shí)對(duì)這些數(shù)據(jù)提出實(shí)時(shí)共享、分析和開放的需求；在定位方面，定位精度需滿足車道級(jí)定位，即米級(jí)定位，并且車輛需要獲取道路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

2.2 自動(dòng)駕駛典型應(yīng)用場(chǎng)景及技術(shù)需求

5G技術(shù)的更大數(shù)據(jù)吞吐量、更低時(shí)延、更高安全性和更海量連接等特性，極大地促進(jìn)了智能駕駛和智慧交通發(fā)展。產(chǎn)業(yè)各方開始了面向自動(dòng)駕駛的增強(qiáng)型應(yīng)用場(chǎng)景的研究與制定，一方面從基礎(chǔ)典型應(yīng)用場(chǎng)景的實(shí)時(shí)狀態(tài)共享過渡到車與車、車與路、車與云的協(xié)同控制，增強(qiáng)了信息交互復(fù)雜程度，可實(shí)現(xiàn)協(xié)同自動(dòng)駕駛與智慧交通的應(yīng)用；另一方面基于通信與計(jì)算技術(shù)的提升，交通參與者之間可以實(shí)時(shí)傳輸高精度視頻、傳感器數(shù)據(jù)，甚至是局部動(dòng)態(tài)高精度地圖數(shù)據(jù)，提高了感知精度與數(shù)據(jù)豐富程度[2]，[4]。

產(chǎn)業(yè)界正逐步提出并對(duì)表2中增強(qiáng)的業(yè)務(wù)場(chǎng)景進(jìn)行定義、研究和探索。

3GPP將增強(qiáng)的應(yīng)用場(chǎng)景分為4類，包括車輛編隊(duì)行駛、半/全自動(dòng)駕駛、傳感器信息交互和遠(yuǎn)程駕駛；5GAA也針對(duì)面向自動(dòng)駕駛的增強(qiáng)應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行了定義，涉及安全、效率、自動(dòng)駕駛、公共服務(wù)等方面。

面向自動(dòng)駕駛的增強(qiáng)應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)數(shù)據(jù)交互技術(shù)、高精度定位技術(shù)、多傳感器融合技術(shù)、高性能處理平臺(tái)、高精度地圖等提出了新的需求。在通信方面，單車上下行數(shù)據(jù)速率需求大于10 Mbit/s，部分場(chǎng)景需求50 Mbit/s，時(shí)延需求為3～50 ms，可靠性需大于99.999%；在信息交互方面，需實(shí)時(shí)交互車輛、道路、行人的全量數(shù)據(jù)，利用多傳感器融合技術(shù)獲取實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)交通高精度地圖；在數(shù)據(jù)處理方面，單車每天將產(chǎn)生高達(dá)PB級(jí)的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析等計(jì)算能力提出了更高的要求；在定位方面，需達(dá)到亞米級(jí)甚至厘米級(jí)的定位精度。

表2 面向自動(dòng)駕駛的增強(qiáng)應(yīng)用場(chǎng)景

3 車聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 整體架構(gòu)

基于C-V2X通信技術(shù)的“人-車-路-網(wǎng)”多方協(xié)同的車聯(lián)網(wǎng)不同于傳統(tǒng)Telematics網(wǎng)絡(luò)，它對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏斔俾省r(shí)延、可靠性等方面提出了更高的需求。網(wǎng)絡(luò)除了進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，還需要輔助實(shí)現(xiàn)協(xié)同計(jì)算；因此，運(yùn)營(yíng)商需要將傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)升級(jí)為“通信+計(jì)算”的網(wǎng)絡(luò)，以滿足新的車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景需求。

圖1所示為基于“通信+計(jì)算”網(wǎng)絡(luò)的車聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)。首先，運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)需在通信技術(shù)上升級(jí)更新，引入直連通信，并隨大網(wǎng)演進(jìn)至5G及更高級(jí)網(wǎng)絡(luò)；其次，引入計(jì)算能力，按需在網(wǎng)絡(luò)中部署多級(jí)計(jì)算平臺(tái)；再者，引入多形態(tài)智能車聯(lián)網(wǎng)終端。在端到端的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，還要引入針對(duì)車聯(lián)網(wǎng)的安全機(jī)制，以保證通信安全、可靠。

3.2 平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)

從整體架構(gòu)的演進(jìn)可以看出，為滿足車聯(lián)網(wǎng)新的需求，通信網(wǎng)絡(luò)將逐步引入“計(jì)算”能力，輔助實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)計(jì)算；因此，V2X平臺(tái)應(yīng)具備以下能力：

（1）提供海量終端管理、用戶管理、計(jì)費(fèi)管理、應(yīng)用管理、安全管控、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)控制等運(yùn)營(yíng)、運(yùn)維管理能力；

（2）提供海量終端數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入、業(yè)務(wù)鑒權(quán)、交通數(shù)據(jù)匯聚及分析、應(yīng)用托管、高性能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、交通信息開放、邊緣節(jié)點(diǎn)資源調(diào)度、路側(cè)傳感數(shù)據(jù)融合計(jì)算、業(yè)務(wù)連續(xù)性保持等業(yè)務(wù)支撐能力。V2X平臺(tái)參考架構(gòu)見圖2[5]。

由于車聯(lián)網(wǎng)對(duì)海量數(shù)據(jù)高性能處理的需求，除增強(qiáng)平臺(tái)自身能力之外，對(duì)于部署方案也應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化。相對(duì)傳統(tǒng)的“中心平臺(tái)-終端”架構(gòu)，新的車聯(lián)網(wǎng)需要更貼近用戶、靈活性更高的部署方案。由此，引入V2X多級(jí)平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)。平臺(tái)各級(jí)能力可根據(jù)V2X業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延、數(shù)據(jù)計(jì)算量、部署等方面的需求，分層提供不同的服務(wù)能力，如圖3所示（初步考慮基于“中心-區(qū)域-邊緣”三層架構(gòu)滿足車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求）。

3.3 通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)

C-V2X通信技術(shù)包含LTE-V2X和5G-V2X。LTE-V2X主要是針對(duì)百毫秒時(shí)延的輔助駕駛場(chǎng)景，一方面引入直連通信，支持終端之間直接通信，降低時(shí)延，增強(qiáng)終端在無網(wǎng)絡(luò)覆蓋時(shí)通信能力；另一方面對(duì)公眾網(wǎng)Uu（基站與終端間的通信）接口進(jìn)行性能優(yōu)化，定義應(yīng)用于V2X的服務(wù)質(zhì)量等級(jí)標(biāo)識(shí)（QCI）、縮短多播控制信道（MCCH）周期等，降低時(shí)延，提升可靠性。5G-V2X主要是針對(duì)毫秒級(jí)時(shí)延、單車百兆速率的自動(dòng)駕駛場(chǎng)景，基于5G NR Uu技術(shù)引入5G PC5。

圖2 V2X平臺(tái)參考架構(gòu)

為滿足車聯(lián)網(wǎng)低時(shí)延、高可靠性、大帶寬等需求，5G Uu網(wǎng)絡(luò)引入了V2X通信切片、邊緣計(jì)算、服務(wù)質(zhì)量（QoS）預(yù)測(cè)等特性。

（1）5G切片技術(shù)。車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景非常豐富，業(yè)務(wù)需求呈現(xiàn)出多樣性的特征，既有大帶寬、數(shù)據(jù)傳輸速率高的需求，又有對(duì)可靠性、時(shí)延等要求高的需求。對(duì)車聯(lián)網(wǎng)可考慮3種類型切片：第1類為eMBB切片，支持車內(nèi)娛樂、視頻應(yīng)用及在線游戲等業(yè)務(wù)需求；第2類是V2X通信切片，支持駕駛相關(guān)業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)需求；第3類是針對(duì)汽車廠商定制化的切片，可以由車廠單獨(dú)運(yùn)營(yíng)，支持某品牌車輛特有服務(wù)，如遠(yuǎn)程問題診斷等。

（2）邊緣計(jì)算技術(shù)。移動(dòng)邊緣計(jì)算（MEC）技術(shù)將計(jì)算、存儲(chǔ)、業(yè)務(wù)服務(wù)能力向靠近終端或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣遷移，具有本地化處理、分布式部署的特性。面向車聯(lián)網(wǎng)的MEC一方面通過將業(yè)務(wù)部署在邊緣節(jié)點(diǎn)，以降低C-V2X網(wǎng)絡(luò)的端到端通信時(shí)延；另一方面作為本地服務(wù)托管環(huán)境，提供強(qiáng)大的計(jì)算、存儲(chǔ)資源。

（3）QoS預(yù)測(cè)。車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)有別于其他5G網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，對(duì)通信性能的改變十分敏感。面對(duì)這一需求，5G網(wǎng)絡(luò)引入了智能網(wǎng)元網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析功能（NWDAF），通過采集分析數(shù)據(jù)，提前預(yù)判某車輛進(jìn)入的小區(qū)是否能夠滿足5G-V2X業(yè)務(wù)的QoS需求，從而提前通知車輛。此外，5G-V2X應(yīng)用還將反饋給網(wǎng)絡(luò)最高QoS需求和最低QoS需求，最大限度保障5G-V2X的業(yè)務(wù)。

圖3 V2X多級(jí)平臺(tái)部署架構(gòu)

（4）業(yè)務(wù)連續(xù)性。業(yè)務(wù)連續(xù)性指在終端移動(dòng)狀態(tài)下，通過不同網(wǎng)絡(luò)側(cè)會(huì)話管理機(jī)制來保障車輛快速移動(dòng)狀態(tài)下不同用戶面功能（UPF）切換時(shí)的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。目前3GPP標(biāo)準(zhǔn)中R15版本定義的保障業(yè)務(wù)連續(xù)性主要有3種模式。在R16版本中又增加了1種超可靠低時(shí)延的業(yè)務(wù)連續(xù)性方案，在涉及到切換的2個(gè)UPF之間建立轉(zhuǎn)發(fā)通道，保障車輛在移動(dòng)過程中會(huì)話不中斷。

5G在直連通信技術(shù)上也進(jìn)行了增強(qiáng)，同LTE-V2X類似，NR PC5也支持2種通信模式，即模式1和模式2（類似于LTE-V2X中的模式3和模式4）。3GPP正在討論新增資源調(diào)度NR 模式2的子模式以優(yōu)化通信性能。在低時(shí)延方面，NR V2X支持 3 ms端到端超低時(shí)延需求，引入60 kHz子載波間隔支持更短的子幀結(jié)構(gòu)，NR Sidelink 支持基于預(yù)配置資源的免調(diào)度傳輸方案。在高可靠方面，5G-V2X支持單播及組播，并支持混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求（HARQ）等重傳技術(shù)，確保高于99.999%的超高可靠性。同時(shí)，5G-V2X PC5既支持ITS頻段，又可擴(kuò)展到IMT頻段，從而創(chuàng)造了更多的業(yè)務(wù)空間。

3.4 車聯(lián)網(wǎng)安全關(guān)鍵技術(shù)

隨著車聯(lián)網(wǎng)的不斷完善與逐步應(yīng)用，產(chǎn)業(yè)界越來越意識(shí)到車聯(lián)網(wǎng)信息安全問題的重要性[6]。如何在不降低系統(tǒng)運(yùn)行效率，不增加額外開銷的前提下，有效實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)安全認(rèn)證，確保車載終端、路側(cè)設(shè)備、云平臺(tái)等網(wǎng)元實(shí)體之間信息通信的安全性，是當(dāng)前產(chǎn)業(yè)界面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)；因此，在車聯(lián)網(wǎng)安全方面需在兩方面取得突破進(jìn)展。

（1）安全認(rèn)證技術(shù)。為了確保車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)中消息來源的真實(shí)性、內(nèi)容的完整性，并防止消息重放，中國(guó)C-V2X車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)采用數(shù)字證書通過數(shù)字簽名/驗(yàn)簽等密碼技術(shù)對(duì)V2X業(yè)務(wù)消息進(jìn)行保護(hù)，因此，需要車聯(lián)網(wǎng)安全管理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)證書頒發(fā)與撤銷、終端安全信息收集、數(shù)據(jù)管理、異常分析等一系列功能。在此之前，車聯(lián)網(wǎng)終端必須完成設(shè)備初始化，以安全的方式完成數(shù)字證書等敏感參數(shù)的初始配置。目前針對(duì)該問題，有2種解決方案：一種是車企自建證書管理體系，自己維護(hù)系統(tǒng)，確保系統(tǒng)的安全可靠；另一種方案則是基于通用認(rèn)證機(jī)制（GBA）的終端認(rèn)證服務(wù)，如圖4所示。

對(duì)于安裝USIM卡，支持LTE-Uu接口通信的V2X設(shè)備，可基于用戶與運(yùn)營(yíng)商間的共享密鑰K和蜂窩網(wǎng)基礎(chǔ)認(rèn)證及密鑰協(xié)商能力簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)CA管理實(shí)體與V2X設(shè)備間的身份認(rèn)證，并在兩者之間建立初始信任關(guān)系，滿足ECA證書及其他證書初始申請(qǐng)、安全傳輸?shù)男枰?。該方案能夠使車載單元（OBU）終端僅依靠自身安全硬件和網(wǎng)絡(luò)GBA安全能力即可在線完成初始安全配置，避免了工廠復(fù)雜的密鑰管理，降低了汽車企業(yè)生產(chǎn)線及管理系統(tǒng)安全改造的成本，提高了汽車工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)水平。未來該技術(shù)的演進(jìn)還可為5G車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用提供可靠的安全保障。

圖4 基于通用認(rèn)證機(jī)制的車聯(lián)網(wǎng)證書初始安全配置方案

（2）車聯(lián)網(wǎng)高性能安全芯片技術(shù)。C-V2X車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)目前已確定采用通過數(shù)字簽名/驗(yàn)簽的方式對(duì)車聯(lián)網(wǎng)消息進(jìn)行保護(hù)。為了實(shí)現(xiàn)上述機(jī)制，車聯(lián)網(wǎng)終端需要以芯片/硬件/固件安全為基礎(chǔ)，以安全的方式生成隨機(jī)數(shù)及密鑰，實(shí)現(xiàn)密碼運(yùn)算，對(duì)密碼公私鑰對(duì)、數(shù)字證書等敏感參數(shù)進(jìn)行安全存儲(chǔ)。

根據(jù)3GPP提供業(yè)務(wù)模型估計(jì)，車聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的驗(yàn)簽處理能力預(yù)計(jì)至少應(yīng)達(dá)到2 000次/秒，這對(duì)安全芯片的處理性能提出了較高要求。除此之外，安全芯片應(yīng)當(dāng)符合車規(guī)級(jí)，滿足測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，在中國(guó)境內(nèi)使用的安全芯片產(chǎn)品還應(yīng)符合《密碼法》規(guī)定及要求，應(yīng)支持采用商用密碼（SM）2/SM3/SM4算法實(shí)現(xiàn)密碼相關(guān)處理及運(yùn)算。然而，同時(shí)滿足支持國(guó)密算法以及車規(guī)級(jí)性能要求的高性能安全芯片目前在中國(guó)是沒有的。因此，研究高性能安全芯片技術(shù)是當(dāng)前車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)。

4 結(jié)束語

車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展是未來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛及智慧交通的關(guān)鍵，近年來在中國(guó)政府及產(chǎn)業(yè)各方的大力推動(dòng)下，基于C-V2X的車聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)在標(biāo)準(zhǔn)、核心技術(shù)和產(chǎn)業(yè)推進(jìn)等方面取得長(zhǎng)足的發(fā)展，具備產(chǎn)業(yè)化部署的能力。但目前仍存在運(yùn)營(yíng)方不確定、運(yùn)營(yíng)模式不清晰、頻譜政策不明確等問題，導(dǎo)致車聯(lián)網(wǎng)商業(yè)化應(yīng)用動(dòng)力不足?；贑-V2X的車聯(lián)網(wǎng)需進(jìn)一步探索優(yōu)化政策環(huán)境，加強(qiáng)跨行業(yè)合作，推動(dòng)形成深度融合、創(chuàng)新活躍、安全可信、競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)的車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)新生態(tài)。

致謝

本研究得到中國(guó)移動(dòng)李鳳高級(jí)工程師、郄雅坤工程師、張翼鵬工程師的幫助，謹(jǐn)致謝意！