董夢(mèng)圓，付宇釧*，牛曉健

(1.西安電子科技大學(xué) 綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)理論及關(guān)鍵技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710071;2.西安電子科技大學(xué) 智慧交通研究院，陜西 西安710071)

0 引言

未來(lái)的6G將在5G的基礎(chǔ)上進(jìn)一步增強(qiáng)帶寬、拓展連接，支持智能交通系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展[1]。中國(guó)聯(lián)通 5G-A 通感算融合技術(shù)白皮書(shū)V3.0[2]指出5G即5G for Sensing 階段，通過(guò)結(jié)合算力的通信感知融合實(shí)現(xiàn)感知增強(qiáng)，6G階段為Sensing for 6G階段，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)感知對(duì)通信的反哺增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和利用率提升。中國(guó)通信學(xué)會(huì)在《通感算一體化網(wǎng)絡(luò)前沿報(bào)告》指出[3]：未來(lái)的6G將感知-通信-計(jì)算融合，旨在實(shí)現(xiàn)利用通信、計(jì)算輔助感知增強(qiáng)；利用感知、計(jì)算輔助通信增強(qiáng)；感知增強(qiáng)與通信增強(qiáng)進(jìn)一步輔助計(jì)算增強(qiáng)。面向6G，未來(lái)車(chē)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)有望將通信、感知和計(jì)算資源融合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)一種超靈活、智能的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行機(jī)制，為智能交通領(lǐng)域提供更高的數(shù)據(jù)速率(100 Gbit/s～1 Tbit/s)、極低的端到端延遲(<1 ms)以及極高的端到端可靠性(99.999 99%)。

為了滿(mǎn)足高可靠低時(shí)延的任務(wù)處理需求與網(wǎng)絡(luò)中有限的通信、計(jì)算資源之間的矛盾，研究者們致力于有效協(xié)同網(wǎng)絡(luò)中的通信、計(jì)算資源，利用車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的V2X通信技術(shù)鏈接網(wǎng)絡(luò)中分散的計(jì)算資源，實(shí)現(xiàn)計(jì)算增強(qiáng)；面對(duì)帶寬限制，將計(jì)算資源部署于數(shù)據(jù)附近，從而減少傳輸數(shù)據(jù)量，有效減輕通信負(fù)載，實(shí)現(xiàn)通信增強(qiáng)。雖然通信-計(jì)算融合可以在一定程度上促進(jìn)車(chē)聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，但不足以滿(mǎn)足無(wú)人駕駛對(duì)高可靠低時(shí)延的極致需求，因此，探究將車(chē)聯(lián)網(wǎng)中感知-通信-計(jì)算三者深度融合可進(jìn)一步提高系統(tǒng)的感知準(zhǔn)確性、通信吞吐量和計(jì)算效率。

6G車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的感知-通信-計(jì)算融合將滿(mǎn)足智能交通對(duì)于超低時(shí)延、超高可靠、超高速率、高精度感知和廣泛覆蓋的要求?；谕ㄐ?計(jì)算融合，車(chē)聯(lián)網(wǎng)感知-通信-計(jì)算三者融合有望通過(guò)通算融合感知，提供先驗(yàn)信息，實(shí)現(xiàn)資源互通；感知融合通算，擴(kuò)展感知深度，實(shí)現(xiàn)感知增強(qiáng)。未來(lái)車(chē)聯(lián)網(wǎng)通感通過(guò)資源互通，結(jié)合人工智能技術(shù)對(duì)異構(gòu)業(yè)務(wù)需求解耦與資源解耦，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)自適應(yīng)資源分配，有效實(shí)現(xiàn)通信增強(qiáng)、感知增強(qiáng)和計(jì)算增強(qiáng)。

1 車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展

隨著科技的不斷進(jìn)步，車(chē)輛的智能化給人們的出行帶來(lái)極大的便利，自動(dòng)駕駛成為近年來(lái)研究的熱門(mén)話(huà)題。而單車(chē)智能由于其感知范圍、感知精度與計(jì)算能力的限制，面對(duì)高動(dòng)態(tài)的車(chē)輛環(huán)境，無(wú)法滿(mǎn)足車(chē)輛對(duì)高可靠低時(shí)延的需求。隨著5G、6G通信技術(shù)與邊緣計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，大量學(xué)者開(kāi)始研究將通信、計(jì)算融合，通過(guò)協(xié)同共享環(huán)境信息并充分利用道路上的計(jì)算資源來(lái)適應(yīng)高動(dòng)態(tài)車(chē)聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的應(yīng)用需求。

研究人員在車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信和計(jì)算方面進(jìn)行了長(zhǎng)期研究。車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的三種通信模式為車(chē)車(chē)通信(Vehicle to Vehicle, V2V)、車(chē)與路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施通信(Vehicle to Infrastructure, V2I)以及車(chē)與行人通信(Vehicle to Pedestrian, V2P)[4]。自動(dòng)駕駛隨著5G的普及迎來(lái)了快速發(fā)展時(shí)期，但車(chē)聯(lián)網(wǎng)賦能的自動(dòng)駕駛?cè)詿o(wú)法實(shí)現(xiàn)真正的大規(guī)模普及，6G旨在促進(jìn)無(wú)線通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，提供比5G更高的性能，滿(mǎn)足不同場(chǎng)景的業(yè)務(wù)需求。車(chē)聯(lián)網(wǎng)中離散分布的計(jì)算資源主要包含本地計(jì)算、邊緣計(jì)算和云計(jì)算。本地計(jì)算資源即來(lái)自于車(chē)輛的計(jì)算資源，更靠近于數(shù)據(jù)源，但是數(shù)據(jù)處理能力不足；邊緣計(jì)算資源即靠近數(shù)據(jù)源的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)的計(jì)算資源，距離數(shù)據(jù)源有一定距離，計(jì)算能力較強(qiáng)；云計(jì)算資源即云端數(shù)據(jù)中心，遠(yuǎn)離數(shù)據(jù)源，計(jì)算能力強(qiáng)。三種計(jì)算資源的計(jì)算特性比較如表1所示。

表1 計(jì)算特性對(duì)比

2 車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信-計(jì)算融合架構(gòu)及需求

車(chē)聯(lián)網(wǎng)中通信-計(jì)算融合架構(gòu)如圖1所示。其中智能車(chē)輛可實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的全部或部分處理，以實(shí)時(shí)執(zhí)行駕駛決策，通過(guò)通信層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享或數(shù)據(jù)卸載至計(jì)算層，一方面可實(shí)現(xiàn)感知范圍的擴(kuò)展與感知精度的提高；另一方面可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布式高效處理，保證信息有效性。

圖1中，車(chē)聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用層包含自動(dòng)駕駛、高精度地圖構(gòu)建等，不同的應(yīng)用對(duì)時(shí)延的需求不同。網(wǎng)絡(luò)通信是服務(wù)于車(chē)聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用的關(guān)鍵媒介。通信層的基本思想是建立穩(wěn)定的互連與信息交換傳輸信道，保證車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)目煽啃耘c有效性。通信層一般包含兩個(gè)基本技術(shù)，即網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)與信息傳輸技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)可提供實(shí)時(shí)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)接入；信息傳輸技術(shù)為接入資源自適應(yīng)分配網(wǎng)絡(luò)帶寬，平衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載[5]。計(jì)算層是服務(wù)于車(chē)聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用的關(guān)鍵手段。其基本思想是增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算能力，為車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)中的海量數(shù)據(jù)有效處理提供保障，保證行車(chē)安全、提高駕駛舒適度。

圖1 車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信-計(jì)算融合系統(tǒng)架構(gòu)

為實(shí)現(xiàn)通信與計(jì)算的進(jìn)一步融合，需要設(shè)計(jì)新的信息傳輸處理協(xié)議及相應(yīng)系統(tǒng)架構(gòu)，以滿(mǎn)足計(jì)算密集型任務(wù)的高效處理需求。因此需要考慮針對(duì)不同的場(chǎng)景，設(shè)計(jì)低成本、低復(fù)雜度和高效率的通信-計(jì)算融合新系統(tǒng)架構(gòu)。

車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信-計(jì)算融合系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能與實(shí)際的場(chǎng)景，避免潛在的設(shè)計(jì)缺陷。第一，系統(tǒng)應(yīng)擁有適當(dāng)?shù)囊苿?dòng)管理策略與接入控制策略，面對(duì)車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)性仍能保證高效運(yùn)行，保證網(wǎng)絡(luò)鏈路的穩(wěn)定性；第二，面對(duì)異構(gòu)業(yè)務(wù)需求，系統(tǒng)能針對(duì)業(yè)務(wù)等級(jí)，保證有效的協(xié)調(diào)處理；第三，網(wǎng)絡(luò)中通信和計(jì)算資源有限，系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)資源分配策略，保證網(wǎng)絡(luò)資源的有效利用并滿(mǎn)足任務(wù)處理需求；第四，為了保護(hù)用戶(hù)的隱私安全，系統(tǒng)需要保證信息傳輸?shù)陌踩煽啃浴７謩e從車(chē)輛移動(dòng)性、多差分業(yè)務(wù)需求、通信-計(jì)算資源有限性和隱私安全四個(gè)方面確保系統(tǒng)架構(gòu)的高效性與魯棒性。

3 車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信-計(jì)算融合關(guān)鍵技術(shù)

3.1 基于任務(wù)執(zhí)行的通信-計(jì)算融合

面對(duì)來(lái)自網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算密集型任務(wù)需求，基于任務(wù)執(zhí)行的通信-計(jì)算融合通過(guò)通信技術(shù)鏈接車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)中車(chē)輛端、邊緣端及云端計(jì)算資源，加快任務(wù)處理進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)任務(wù)執(zhí)行成功率、延遲等的提升。其基于任務(wù)是否可以劃分為全部任務(wù)卸載與部分任務(wù)卸載。本節(jié)分別從全部任務(wù)卸載和部分任務(wù)卸載對(duì)相關(guān)研究進(jìn)行綜述。

3.1.1 全部任務(wù)卸載

車(chē)聯(lián)網(wǎng)中高度集成的任務(wù)或者相對(duì)簡(jiǎn)單的任務(wù)是不可分割的，可以選擇在本地車(chē)輛上執(zhí)行或者全部卸載到其他計(jì)算設(shè)備，全部卸載模型如圖2所示。當(dāng)任務(wù)決定在本地執(zhí)行時(shí)，由本地計(jì)算資源對(duì)該任務(wù)進(jìn)行處理，任務(wù)處理時(shí)延主要由本地計(jì)算能力決定，能量消耗主要為計(jì)算處理消耗[6]。由于車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)性，車(chē)輛通信性能受到嚴(yán)重影響，相關(guān)研究[7-11]針對(duì)車(chē)輛移動(dòng)性，對(duì)卸載決策進(jìn)行優(yōu)化。其中多以減少任務(wù)執(zhí)行延遲和降低能耗為優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)車(chē)輛移動(dòng)造成的通信信道影響[7-8]、切換影響[9-10]、多跳鏈路穩(wěn)定性[11]等進(jìn)行研究，通過(guò)聯(lián)合優(yōu)化通信的傳輸功率及上傳時(shí)間、計(jì)算的卸載決策和本地CPU頻率，提高車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)中的通信與計(jì)算能力。

圖2 全部卸載模型

3.1.2 部分任務(wù)卸載

部分卸載要求任務(wù)可以劃分為獨(dú)立的子任務(wù)，將劃分好的子任務(wù)分配給網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算設(shè)備，通過(guò)分布式計(jì)算，更能充分利用網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算資源。如圖3所示，部分卸載一般通過(guò)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)制定卸載決策，決定任務(wù)劃分比率，將任務(wù)劃分為一系列子任務(wù)，借助通信技術(shù)將子任務(wù)下發(fā)給網(wǎng)絡(luò)中其他計(jì)算設(shè)備協(xié)同處理。

任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間由以上幾個(gè)部分組成，如圖4所示。部分卸載的研究更能靈活地處理數(shù)據(jù)量大和延遲敏感的應(yīng)用。文獻(xiàn)[12-14]針對(duì)車(chē)輛移動(dòng)性造成的網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定問(wèn)題，對(duì)卸載決策及傳輸策略進(jìn)行優(yōu)化。其中文獻(xiàn)[12]通過(guò)設(shè)置7種卸載模式，證明了協(xié)作計(jì)算比獨(dú)立計(jì)算能達(dá)到更高的任務(wù)成功率及系統(tǒng)可靠性。為充分利用網(wǎng)絡(luò)中空閑的計(jì)算資源，文獻(xiàn)[15-16]研究了利用停放車(chē)輛的計(jì)算資源對(duì)任務(wù)執(zhí)行延遲的影響，通過(guò)設(shè)計(jì)卸載方案，聯(lián)合優(yōu)化卸載率、卸載決策及資源分配，降低任務(wù)執(zhí)行延遲。

圖4 任務(wù)執(zhí)行時(shí)間

綜上，可以看出任務(wù)卸載決策不僅取決于任務(wù)延遲要求和卸載數(shù)據(jù)的傳輸速率，也取決于車(chē)輛用戶(hù)的CPU頻率和傳輸功率。表2分別從研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容和計(jì)算協(xié)作方式對(duì)任務(wù)卸載相關(guān)研究進(jìn)行了總結(jié)。

表2 基于任務(wù)執(zhí)行的通信-計(jì)算融合相關(guān)工作性能比較

3.2 結(jié)合隱私保護(hù)的通信-計(jì)算融合

隨著自動(dòng)駕駛的發(fā)展，由于車(chē)載計(jì)算能力的限制，車(chē)輛產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)傾向于卸載到路側(cè)計(jì)算設(shè)備協(xié)助計(jì)算，這種交互容易造成車(chē)輛的信息泄露，區(qū)塊鏈技術(shù)的引入可以提高車(chē)聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)共享的可靠性，激勵(lì)車(chē)輛用戶(hù)進(jìn)行信息共享，促進(jìn)安全的通信-計(jì)算融合[17]。在任務(wù)卸載過(guò)程中存在的隱私問(wèn)題主要有車(chē)輛位置信息泄露、用戶(hù)的卸載模式泄露、卸載過(guò)程中的內(nèi)容信息泄露和卸載到不可信的邊緣服務(wù)器造成的隱私泄露等[18]。本文把隱私泄露風(fēng)險(xiǎn)分為基于任務(wù)卸載決策的隱私泄露與基于網(wǎng)絡(luò)特性的隱私泄露。

3.2.1 基于任務(wù)卸載決策的隱私泄露

通過(guò)對(duì)信道狀態(tài)的有效把握，任務(wù)卸載將傾向于在信道狀態(tài)良好的情況下進(jìn)行[11]；另外由于車(chē)輛的移動(dòng)，容易造成計(jì)算設(shè)備的切換，車(chē)輛需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移[17]；信道的通信質(zhì)量受通信距離的影響，直接通信范圍內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸成功率更高[8]。以上可以總結(jié)出任務(wù)卸載的一些偏好，比如更傾向于距離近的計(jì)算設(shè)備和信道狀態(tài)較好的情況。攻擊者利用這些卸載偏好來(lái)進(jìn)行信息的竊取，文獻(xiàn)[19]針對(duì)多智能體強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法的隱私漏洞存在卸載偏好攻擊，攻擊者誘導(dǎo)用戶(hù)將任務(wù)卸載給惡意的RSU；為了避免這種傾向，文獻(xiàn)[20]針對(duì)信息不完全的場(chǎng)景，通過(guò)結(jié)合區(qū)塊鏈和機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)隱私保護(hù)；針對(duì)用戶(hù)的計(jì)算設(shè)備切換行為，攻擊者可以推斷出用戶(hù)的行駛軌跡[21]等。針對(duì)邊緣設(shè)備上的推斷攻擊，文獻(xiàn)[22]使用Wald檢驗(yàn)對(duì)推斷攻擊進(jìn)行識(shí)別并揭示該設(shè)備存在的隱私風(fēng)險(xiǎn)。

3.2.2 基于網(wǎng)絡(luò)特性的隱私泄露

基于網(wǎng)絡(luò)特性的隱私泄露是由通信過(guò)程或計(jì)算設(shè)備的不可信產(chǎn)生的。通信的不可信體現(xiàn)在無(wú)線通信的廣播性質(zhì)，容易有被攻擊者竊聽(tīng)的風(fēng)險(xiǎn)，文獻(xiàn)[23-24]針對(duì)數(shù)據(jù)上傳過(guò)程中造成車(chē)輛的身份泄露問(wèn)題，設(shè)置隱私保護(hù)機(jī)制，保護(hù)卸載過(guò)程中的位置等隱私信息；計(jì)算設(shè)備的不可信體現(xiàn)在邊緣設(shè)備容易被攻擊者攻擊，當(dāng)用戶(hù)將多個(gè)隱私信息的任務(wù)卸載在同一個(gè)邊緣設(shè)備時(shí)，很容易造成隱私泄露，為此，文獻(xiàn)[25-26]將包含多個(gè)用戶(hù)隱私信息的數(shù)據(jù)分別卸載在不同邊緣設(shè)備上，很好地保護(hù)了用戶(hù)的隱私。在合作邊緣計(jì)算系統(tǒng)中，為了增強(qiáng)邊緣節(jié)點(diǎn)之間的信任，文獻(xiàn)[27]設(shè)計(jì)了一個(gè)基于區(qū)塊鏈的差分邊緣合作系統(tǒng)，保護(hù)隱私的同時(shí)也滿(mǎn)足了延遲敏感業(yè)務(wù)的延遲需求。

結(jié)合隱私保護(hù)的通信-計(jì)算融合相關(guān)工作性能比較如表3所示。

表3 結(jié)合隱私保護(hù)的通信-計(jì)算融合相關(guān)工作性能比較

3.3 基于網(wǎng)絡(luò)有限資源的聯(lián)合通信-計(jì)算資源分配

面對(duì)車(chē)輛的高移動(dòng)性與復(fù)雜的環(huán)境，自動(dòng)駕駛車(chē)輛行駛過(guò)程中激增的業(yè)務(wù)量與網(wǎng)絡(luò)中有限的通信和計(jì)算資源產(chǎn)生矛盾，不合理的資源分配將造成網(wǎng)絡(luò)的擁堵與資源浪費(fèi)，嚴(yán)重影響交通安全。因此如何對(duì)網(wǎng)絡(luò)中有限的通信-計(jì)算資源進(jìn)行高效分配，來(lái)滿(mǎn)足不同用戶(hù)的不同業(yè)務(wù)需求是需要解決的難題。

車(chē)聯(lián)網(wǎng)中資源分配的資源主要為計(jì)算資源、通信資源、存儲(chǔ)資源。計(jì)算資源通常指CPU頻率和內(nèi)存。通信資源是指頻譜資源、信道帶寬及傳輸功率等。存儲(chǔ)資源是指一些設(shè)備的存儲(chǔ)空間資源，這些存儲(chǔ)空間用于緩存用戶(hù)請(qǐng)求率高的熱門(mén)內(nèi)容，針對(duì)特定內(nèi)容的請(qǐng)求，可直接將提前緩存好的內(nèi)容交付給用戶(hù)，進(jìn)一步減少計(jì)算和通信負(fù)擔(dān)。

針對(duì)聯(lián)合通信-計(jì)算的資源分配，文獻(xiàn)[28]考慮車(chē)聯(lián)網(wǎng)中激增的業(yè)務(wù)需求和有限的通信、計(jì)算資源的矛盾，聯(lián)合優(yōu)化任務(wù)卸載決策、功率和帶寬資源分配、MEC任務(wù)分配、MEC的頻率比率，使系統(tǒng)的總能量消耗最小。文獻(xiàn)[29]利用車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)中停放車(chē)輛的資源，提出一種端-邊-云協(xié)同通信與計(jì)算資源分配問(wèn)題，減少任務(wù)的執(zhí)行延遲。文獻(xiàn)[30]同時(shí)考慮無(wú)線通信鏈路能力和計(jì)算效率的約束，采用不同的無(wú)線接入技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種車(chē)輛-道路-基站協(xié)同任務(wù)卸載體系結(jié)構(gòu)，并分析了三種任務(wù)卸載方式：本地卸載、通過(guò)PC5接口的RSU卸載和通過(guò)Uu接口的BS卸載，利用強(qiáng)化學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的任務(wù)卸載和資源分配，最小化延遲并提高系統(tǒng)吞吐量。

由于交通環(huán)境的復(fù)雜性，網(wǎng)絡(luò)中源源不斷地產(chǎn)生來(lái)自不同車(chē)輛用戶(hù)的不同業(yè)務(wù)需求，然而不同的業(yè)務(wù)類(lèi)型對(duì)任務(wù)延遲需求不同，對(duì)業(yè)務(wù)等級(jí)的有效劃分可以實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的需求與資源匹配，表4總結(jié)了不同優(yōu)先級(jí)的業(yè)務(wù)類(lèi)型與其對(duì)應(yīng)的延遲需求[31]。文獻(xiàn)[31-33]考慮了任務(wù)的優(yōu)先級(jí)加權(quán)，專(zhuān)注于不同類(lèi)型任務(wù)的資源分配問(wèn)題，通過(guò)聯(lián)合優(yōu)化信道分配和卸載決策，使優(yōu)先級(jí)加權(quán)的任務(wù)總時(shí)延最小。

表4 不同應(yīng)用優(yōu)先級(jí)對(duì)比

緩存可以顯著提高系統(tǒng)容量，減少內(nèi)容交付延遲，增大頻譜效率和能源效率。緩存單元可以部署在核心網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)和用戶(hù)設(shè)備上，通過(guò)在核心網(wǎng)絡(luò)上部署緩存單元，移動(dòng)流量可減少1/3～2/3[34]，文獻(xiàn)[35]針對(duì)有限的通信和計(jì)算資源，整合4C，即通信、本地計(jì)算、緩存、協(xié)作計(jì)算，提出了車(chē)輛邊緣計(jì)算中的通信-計(jì)算-緩存-協(xié)作計(jì)算系統(tǒng)架構(gòu)。文獻(xiàn)[36]為了均衡有限資源與應(yīng)用服務(wù)質(zhì)量之間的矛盾，聯(lián)合分配部分計(jì)算卸載決策、社交內(nèi)容緩存和無(wú)線電資源，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)效用最大化。文獻(xiàn)[10]使用強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法優(yōu)化資源分配與邊緣緩存決策，實(shí)現(xiàn)超過(guò)10%的平均服務(wù)延遲降低。文獻(xiàn)[37]考慮在邊緣端緩存流行軟件，通過(guò)優(yōu)化聯(lián)合緩存、卸載和時(shí)間分配策略，以節(jié)省網(wǎng)絡(luò)的通信-計(jì)算資源。

綜上，分別從研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容、是否考慮業(yè)務(wù)等級(jí)以及是否考慮緩存對(duì)現(xiàn)有研究進(jìn)行總結(jié)，如表5所示。

表5 基于聯(lián)合通信-計(jì)算資源分配相關(guān)工作性能比較

4 6G車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的通感算融合

車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信-計(jì)算融合的研究現(xiàn)狀表明通算融合可以在一定程度上滿(mǎn)足時(shí)延敏感型應(yīng)用對(duì)高可靠和低時(shí)延的需求。但不足以滿(mǎn)足新興智能應(yīng)用對(duì)極高可靠性、極低時(shí)延的極致需求，而6G車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的通感算融合旨在增強(qiáng)資源互通，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源協(xié)作增強(qiáng)，為解決上述問(wèn)題提供了新思路。本節(jié)對(duì)車(chē)聯(lián)網(wǎng)感知-通信-計(jì)算的有效融合進(jìn)行了探索，并分析了6G車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的通感算融合的未來(lái)應(yīng)用及面臨的挑戰(zhàn)。

4.1 6G車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的通感算融合的探索

基于5G的NR-V2X標(biāo)準(zhǔn)已成功運(yùn)用在車(chē)聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，有效促進(jìn)車(chē)輛編隊(duì)行駛、自動(dòng)駕駛等技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步。6G時(shí)代，將在5G網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上顯著提升網(wǎng)絡(luò)性能。借助通信性能的提升，智能交通系統(tǒng)將得到進(jìn)一步發(fā)展：基于空天地一體化通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)全域覆蓋，促進(jìn)安全可靠的無(wú)人駕駛技術(shù)的實(shí)現(xiàn)；基于通信感知集成技術(shù)，通信信號(hào)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的精準(zhǔn)感知，太赫茲通信技術(shù)和光通信技術(shù)將進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)環(huán)境信息的感知與獲取，實(shí)現(xiàn)安全可靠的感知；支持區(qū)塊鏈的分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可進(jìn)一步提高信息安全，實(shí)現(xiàn)安全可信的信息共享。

現(xiàn)有研究通過(guò)雷達(dá)通信一體化與邊緣計(jì)算協(xié)同，一定程度上融合了通感算資源。文獻(xiàn)[38]從聯(lián)合優(yōu)化的角度探討通信、感知和計(jì)算的協(xié)調(diào)增益，將移動(dòng)邊緣計(jì)算與通信-感知集成技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建了感知-通信-計(jì)算融合實(shí)現(xiàn)框架。文獻(xiàn)[39]從車(chē)聯(lián)網(wǎng)感知-通信融合到感知-通信-計(jì)算融合探討了實(shí)現(xiàn)感知-通信-計(jì)算融合的理論難題和技術(shù)挑戰(zhàn)。另外，針對(duì)以環(huán)境數(shù)據(jù)作為輸入的應(yīng)用，通過(guò)協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)中感知設(shè)備的選取與通信-計(jì)算資源的聯(lián)合分配，在一定程度上融合了通感算資源。其中文獻(xiàn)[40]針對(duì)車(chē)路協(xié)同感知場(chǎng)景，聯(lián)合分配感知塊信息、通信資源和計(jì)算資源，增強(qiáng)感知信息的時(shí)效性和降低信息處理的時(shí)延；文獻(xiàn)[41]針對(duì)任務(wù)卸載過(guò)程導(dǎo)致的高傳輸時(shí)延問(wèn)題，提出一種自適應(yīng)傳輸數(shù)據(jù)或計(jì)算指令的卸載方法，通過(guò)調(diào)配網(wǎng)絡(luò)中感知設(shè)備協(xié)同感知及通信計(jì)算資源的合理分配，減少傳輸資源的利用和任務(wù)處理時(shí)延。

綜上，6G車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的通感算融合旨在增強(qiáng)資源互通，實(shí)現(xiàn)按需資源調(diào)配。通過(guò)通算融合感知，提供先驗(yàn)信息，實(shí)現(xiàn)資源互通；感知融合通算，擴(kuò)展感知深度，實(shí)現(xiàn)感知增強(qiáng)。通感算融合可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源協(xié)作增強(qiáng)，是車(chē)聯(lián)網(wǎng)未來(lái)的研究趨勢(shì)。

4.2 6G車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的通感算融合的應(yīng)用

6G車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的通感算融合有望將先進(jìn)的感知資源、通信資源和計(jì)算資源集成運(yùn)用于整個(gè)智能交通系統(tǒng)，有效解決無(wú)限需求與有限資源之間產(chǎn)生的矛盾沖突，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性、高效性及時(shí)效性，在自動(dòng)駕駛、數(shù)字孿生、編隊(duì)控制、安全可信等領(lǐng)域具有越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

自動(dòng)駕駛促進(jìn)更高級(jí)別的自動(dòng)駕駛的發(fā)展與大規(guī)模落地，結(jié)合6G空天地一體化通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)全域覆蓋，拓展自動(dòng)駕駛車(chē)輛的通信寬度，利用通信感知集成技術(shù)實(shí)現(xiàn)駕駛過(guò)程中的感知增強(qiáng)，端-邊-云協(xié)同的計(jì)算網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)人工智能使能的實(shí)時(shí)決策，實(shí)現(xiàn)安全可靠的無(wú)人駕駛技術(shù)。

數(shù)字孿生6G推進(jìn)實(shí)現(xiàn)物理世界和數(shù)字世界的交互，太赫茲通信技術(shù)和光通信技術(shù)提供超低延遲、超高容量的數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)智慧化的交通決策與管理。

編隊(duì)控制6G車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的通感算融合將促進(jìn)編隊(duì)狀態(tài)更新速率，結(jié)合通信可靠性增強(qiáng)與時(shí)延降低，為車(chē)輛編隊(duì)行駛提供更可靠的保證。

安全可信區(qū)塊鏈能夠?yàn)檐?chē)聯(lián)網(wǎng)信息數(shù)據(jù)提供安全保障，6G中支持區(qū)塊鏈的分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可進(jìn)一步提高信息安全，實(shí)現(xiàn)安全可信的信息共享。

4.3 面臨的挑戰(zhàn)

6G車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的通感算融合旨在將感知資源、通信資源、計(jì)算資源有效集成，滿(mǎn)足各種新興應(yīng)用對(duì)極高可靠性、極低時(shí)延的需求。但是，實(shí)現(xiàn)感知-通信-計(jì)算的有機(jī)融合將面臨以下技術(shù)挑戰(zhàn)。

異構(gòu)環(huán)境下的需求保障車(chē)聯(lián)網(wǎng)中存在海量業(yè)務(wù)需求，對(duì)需求進(jìn)行分析與解耦可實(shí)現(xiàn)更可靠的資源分配決策，高效處理網(wǎng)絡(luò)中的海量異構(gòu)業(yè)務(wù)需求。

安全可信的數(shù)據(jù)共享自動(dòng)駕駛在行駛過(guò)程中不斷地收集信息來(lái)制定相應(yīng)的駕駛決策，保證駕駛安全，因此激勵(lì)更多的車(chē)輛用戶(hù)參與信息共享是保障安全行駛的關(guān)鍵。因此，如何設(shè)置信息的共享機(jī)制來(lái)保障用戶(hù)的隱私安全，實(shí)現(xiàn)安全可信的數(shù)據(jù)共享是亟需解決的難題。

通感算資源的相互制約與耦合關(guān)系理論研究通過(guò)分析通感算資源的內(nèi)在沖突與權(quán)衡，可以有效促進(jìn)資源的高效利用，保障安全可靠的自動(dòng)駕駛。但目前研究欠缺關(guān)于通感算資源的相互制約與耦合關(guān)系理論研究。

智能的通感算資源調(diào)度如何設(shè)計(jì)高效的自適應(yīng)通感算資源調(diào)度決策，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)需求與資源的高度匹配，提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率，平衡有限的資源與海量需求之間的矛盾，是需要解決的難題。人工智能技術(shù)由于其智能化的計(jì)算特性，可有效輔助實(shí)現(xiàn)高效的感知-通信-計(jì)算資源調(diào)度策略。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著車(chē)聯(lián)網(wǎng)中通信和計(jì)算技術(shù)的迅速發(fā)展，通信-計(jì)算融合因其帶來(lái)的巨大協(xié)作增益而備受關(guān)注。但隨著無(wú)人駕駛的發(fā)展，其難以滿(mǎn)足車(chē)輛對(duì)高可靠低時(shí)延的極致需求。而6G車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的感知-通信-計(jì)算融合有望實(shí)現(xiàn)超低時(shí)延、超高可靠、超高速率、高精度感知和廣泛覆蓋的要求，在智能交通領(lǐng)域具有廣泛的發(fā)展前景。首先，回顧了車(chē)聯(lián)網(wǎng)中通信和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展；其次，針對(duì)車(chē)聯(lián)網(wǎng)中通信-計(jì)算融合的系統(tǒng)架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)兩個(gè)方向?qū)ο嚓P(guān)工作進(jìn)行了回顧總結(jié)，分別從基于任務(wù)執(zhí)行的通信-計(jì)算融合、結(jié)合區(qū)塊鏈的網(wǎng)絡(luò)安全的通信-計(jì)算資源融合、基于網(wǎng)絡(luò)有限資源的聯(lián)合通信-計(jì)算資源分配三個(gè)方面對(duì)現(xiàn)有的通信-計(jì)算融合關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了綜述；最后，提出了6G車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的通感算融合在未來(lái)的研究方向與面臨的挑戰(zhàn)。本文通過(guò)對(duì)車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信-計(jì)算融合已有研究成果的綜述，進(jìn)一步提出對(duì)6G車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的通感算融合的未來(lái)展望，為相關(guān)領(lǐng)域研究人員對(duì)車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信-計(jì)算融合和感知-通信-計(jì)算融合的研究提供參考和幫助。