東風(fēng)汽車公司技術(shù)中心 湖北武漢 430056

作為新一代基于云的自主駕駛技術(shù)，平行駕駛將智能車輛與控制平臺、駕駛模擬器連接起來，并利用并行視覺與感知、并行學(xué)習(xí)、并行規(guī)劃及并行控制等新技術(shù)走在世界前列。

這種結(jié)合使得自主駕駛更加可衡量和可控，提高了車輛對周圍環(huán)境的響應(yīng)速度[1]。降低了系統(tǒng)的總體成本，實現(xiàn)了車與車、車與路的交互。

5G網(wǎng)絡(luò)的低延遲和高帶寬對于滿足高清視頻流、快速響應(yīng)和可靠連接的并行驅(qū)動應(yīng)用程序的要求至關(guān)重要。5G網(wǎng)絡(luò)將人、車、路和云整合到一個虛擬的交通世界中，與真實的交通世界平行。通過云平臺對道路數(shù)據(jù)和車輛數(shù)據(jù)進行全方位監(jiān)控，使交通更加安全高效，加快了智能交通向智能城市的傳輸[2]。

除了緩解駕駛疲勞、提高道路安全性外，未來基于5G網(wǎng)絡(luò)的并行駕駛也將應(yīng)用于一些特定場景。當(dāng)發(fā)生地震、山體滑坡等自然災(zāi)害或人為災(zāi)害時，可采用平行行駛車輛進行道路搶修，降低搶險風(fēng)險，提高搶險效率。它還可以應(yīng)用于礦山、油田和荒地的遠程生產(chǎn)作業(yè)，幫助工人遠離高風(fēng)險環(huán)境[3]。

5G和4G時延分析

5G（又稱5G NR（新無線電）是第五代移動通信系統(tǒng)的簡稱，是4G技術(shù)的延伸。它在彌補4G技術(shù)不足的同時，進一步提高了系統(tǒng)在吞吐量、延遲、連接數(shù)和能耗等方面的性能。5G技術(shù)的特點是超高速、超大帶寬，傳輸速率比4G高出一個數(shù)量級，同時5G網(wǎng)絡(luò)具有更高的可靠性和更低的時延，可以滿足物聯(lián)網(wǎng)的個性化需求，拓寬融合發(fā)展空間產(chǎn)業(yè)，支持經(jīng)濟社會創(chuàng)新發(fā)展[4]。5G最初的設(shè)計意圖之一是追求更高的吞吐量。通過引入更高的頻率帶寬、高階調(diào)制和更多的空間數(shù)據(jù)流，5G網(wǎng)絡(luò)的峰值速率比4G網(wǎng)絡(luò)有了很大的提高。

以目前常用的100MHz頻率帶寬為例，5G網(wǎng)絡(luò)的上行峰值速率至少比4G網(wǎng)絡(luò)的上行峰值速率高5倍[5]。由于5G網(wǎng)絡(luò)的峰值速率已經(jīng)遠遠超過4G網(wǎng)絡(luò)，因此5G網(wǎng)絡(luò)的平均速率也遠遠超過4G網(wǎng)絡(luò)的速率，這對控制對象的實時上傳狀態(tài)極為有利。

5G技術(shù)與并行驅(qū)動的結(jié)合

基于5G技術(shù)的平行駕駛充分利用5G技術(shù)的優(yōu)勢，增加了平行駕駛車輛對邊緣云的感知、決策和控制功能模塊。它依靠邊緣云的計算能力來處理和發(fā)布數(shù)據(jù)，以減少對車輛傳感器的依賴。所有車輛的監(jiān)控都可以在后臺的控制中心實現(xiàn)。

隨著5G通信系統(tǒng)的使用，智能駕駛車輛、路邊移動邊緣計算（MEC）和云平臺構(gòu)成了一個三重互聯(lián)或互補的并行交通世界，并以此構(gòu)建應(yīng)用場景。

1.云并行系統(tǒng)

并行驅(qū)動是在云計算或MEC（Mobile Edge Computing）端構(gòu)建一個虛擬世界。物理世界中的車輛狀態(tài)信息通過低延遲、高可靠的通信技術(shù)傳輸?shù)皆苹騇EC，然后利用虛擬世界的超級計算能力來推斷時空行為。

抽象地說，平行駕駛就是給汽車一個云中的“虛擬大腦”。與人腦不同，人腦只能自己看到和聽到，信息在虛擬世界中的不同個體之間是相互聯(lián)系的。這使得虛擬大腦能夠比人腦“看得更遠、想得更深”，從而在駕駛時能夠更早、更準確地做出預(yù)測。并行駕駛依靠通信技術(shù)來減少對車輛傳感器和計算能力的依賴。每輛車都向云端報告其位置和狀態(tài)，并在云端構(gòu)建另一個“真實世界”。如果云中存儲有足夠的數(shù)據(jù)，平行駕駛可以比人腦更快、更準確地進行預(yù)測。

在并聯(lián)驅(qū)動系統(tǒng)中，有四種車輛：物理車輛、描述車輛、預(yù)測車輛和引導(dǎo)車輛。首先，物理世界將當(dāng)前時空映射到虛擬世界；其次，虛擬世界根據(jù)車輛的駕駛邏輯進行時空預(yù)測；最后，根據(jù)預(yù)測告訴下一步如何駕駛。在這個過程中，車輛不僅要相互連接，而且要與道路甚至一切相連。理想情況下，所有交通參與者，包括汽車、道路和人員等，都會主動向云端報告自己的位置，這樣對車輛直接感知的要求就會少得多。

2.路邊MEC并聯(lián)系統(tǒng)

路側(cè)邊緣系統(tǒng)以5G通信基站為基礎(chǔ)，利用5G-V2X、雷達和視覺等多源感知系統(tǒng)的信息交互計算節(jié)點，共同構(gòu)建路側(cè)并行駕駛系統(tǒng)。為了全面覆蓋路邊的關(guān)鍵區(qū)域，可以根據(jù)需要部署多個雷達和視覺傳感器。

路邊平行系統(tǒng)的核心在于對整個交通系統(tǒng)的感知，即虛擬交通環(huán)境重建模塊。虛擬交通環(huán)境除了提供本地高精度地圖信息（包括路網(wǎng)、路段屬性、視線和標線等）外，還主要集成本地車輛、人群、特殊交通事件等動態(tài)感知數(shù)據(jù)。其中，基于5G-V2X交互的信息感知是路邊的感知主體。智能連接車輛、行人和非機動車輛均通過5G（車載/手持）終端與路邊基站交互，以報告身份、類型數(shù)據(jù)、實時位置、速度及方向數(shù)據(jù)。

雷達傳感器通過自身的分析單元，可以獲取其探測范圍內(nèi)的所有運動目標數(shù)據(jù)（類型、位置、速度、方向及大小等），并輸出相應(yīng)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)（交通流）作為路側(cè)數(shù)據(jù)的補充。同時，雷達傳感器還可以根據(jù)路障、交通事故等信息，對緊急情況進行感知和定位。攝像機傳感器一方面通過云交互模塊直接將本地視頻流上傳到云系統(tǒng)；另一方面通過機器學(xué)習(xí)算法對視頻進行分析，提取交通事件和目標信息，然后進行定位。交通設(shè)施數(shù)據(jù)的采集包括交通燈等交通設(shè)施實時狀態(tài)的感知和處理。

重建模塊所形成的虛擬交通環(huán)境構(gòu)成了一個并行的路邊交通系統(tǒng)。它是一個完全由結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)描述的虛擬交通系統(tǒng)。其輸出一方面通過云交互模塊上傳到云并行系統(tǒng)；另一方面輸入到V2I算法模塊，通過下游5G-V2X通道提供本地V2I服務(wù)（盲點提示、信號燈提示等）。

市場前景及應(yīng)用分析

提高智能交通系統(tǒng)的安全性和效率具有重要意義。通過5G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)車輛與車輛、車輛與城市交通設(shè)施的信息交換，拓展更多新功能。通過加快并聯(lián)驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，為用戶提供更節(jié)能、更安全、更舒適的駕駛體驗。

5G通信、車載Ad-Hoe網(wǎng)絡(luò)（VANET）和車-路-云融合系統(tǒng)等技術(shù)的曙光已經(jīng)顯現(xiàn)。此外，最終市場涉及汽車電子、道路電子設(shè)備、后端服務(wù)和監(jiān)控平臺。前端服務(wù)可以帶動芯片設(shè)計和低級軟件設(shè)計等行業(yè)。新的供應(yīng)商將出現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)鏈中間的車載單元（OBU）和路側(cè)單元（RSU），這將為車輛供應(yīng)商、道路電子和電氣設(shè)備供應(yīng)商[6]提供巨大的新機會。

在無線接入方面，5G并行驅(qū)動支持多模終端通信，保證業(yè)務(wù)的多樣性。通過快速靈活的RSU部署和蜂窩網(wǎng)絡(luò)的廣泛覆蓋，提供與車輛互聯(lián)網(wǎng)的無縫連接，保證信息的返回和管理，實現(xiàn)業(yè)務(wù)的連續(xù)性。

在網(wǎng)絡(luò)方面，5G并行驅(qū)動引入基于5G的C-V2X部署和邊緣云，實現(xiàn)業(yè)務(wù)下沉，減少網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲[8]。通過網(wǎng)絡(luò)切片可以保證不同的業(yè)務(wù)流服務(wù)能力，通過認證機制可以保證車輛互聯(lián)網(wǎng)的安全。

在平臺方面，可以構(gòu)建一個集成的遠程信息處理平臺。一方面，它可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理的功能，包括業(yè)務(wù)管理和連接管理；另一方面，可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能力的開放，如進行大數(shù)據(jù)分析，開發(fā)新的業(yè)務(wù)渠道。此外，允許第三方企業(yè)接入網(wǎng)絡(luò)定制服務(wù)。

在業(yè)務(wù)應(yīng)用方面，保留現(xiàn)有的遠程通信服務(wù)，通過5G-V2X實現(xiàn)輔助駕駛、主動安全服務(wù)、自主駕駛、編隊駕駛及高清視頻傳輸。

結(jié)語

結(jié)合邊緣云應(yīng)用滿足本地化處理需求，5G網(wǎng)絡(luò)的高可靠性和低延遲通過網(wǎng)絡(luò)切片為遠程信息處理創(chuàng)造專用網(wǎng)絡(luò)資源，確保車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。同時，5G的大帶寬可以為高清視頻和大連接業(yè)務(wù)提供保障。作為未來物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，5G將是一個面向場景的通信網(wǎng)絡(luò)，為交通系統(tǒng)的信息融合和重組提供無限的可能性。智能網(wǎng)絡(luò)將改變傳統(tǒng)的人類交通方式，使車輛向網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展。