沿高速公路部署的车联网关键技术

李永萍 柳震

摘 要：近年来，车联网被认为是物联网体系中最有产业潜力、市场需求最明确的领域之一，对促进汽车和信息通信产业创新发展，构建汽车和交通服务新模式新业态，推动自动驾驶技术创新和应用，提高交通效率和安全水平具有重要意义。文章简要介绍了车联网的定义，分析了车联网要素以及沿高速公路部署的车联网关键技术，并对车联网的发展前景进行了展望。

关键词：车联网；高速公路；关键技术

车联网正在催生大量新技术、新产品、新服务。同时，车联网技术向着智能化、网联化方向演进，车载通信、新型汽车电子、车载操作系统、服务平台、安全等关键技术成为研究热点。车联网产业链条长，角色丰富，跨界融合特征突出[1]。信息通信技术（Information Communications Technology，ICT）产业与汽车、交通产业走向深度融合，新型汽车电子产品、车/路通信服务正在形成产业规模，汽车和交通服务创新日趋活跃，全新的产业生态即将构建。网络连接、汽车智能化、服务新业态是车联网的3个核心。

1 车联网的定义

车联网的定义是：借助新一代信息和通信技术，实现车内、车与车、车与路、车与人、车与服务平台的全方位网络连接，提升汽车智能化水平和自动驾驶能力，构建汽车和交通服务新业态，从而提高交通效率，改善汽车驾乘感受，为用户提供智能、舒适、安全、节能、高效的综合服务[2]。

2 车联网关键要素

车联网主要包括人、车、路、通信、服务平台五类要素。“人”是道路环境参与者和车联网服务使用者；“车”是车联网的核心，主要涉及车辆联网和智能系统；“路”是车联网业务的重要外部环境之一；“通信”是信息交互的载体，打通车内、车际、车路、车云信息流；“服务平台”是实现车联网服务能力的业务和数据载体。

3 沿高速公路部署的车联网关键技术概述

车联网关键技术分布在“端—管—云”3个层面：“端”层面关键技术包括汽车电子、车载操作系统技术等；“管”层面关键技术包括4G/5G车载蜂窝通信技术、LTE-V2X直连无线通信技术等；“云”层面管理多业务支持的车联网平台技术是核心。高速公路是一个与城市内道路场景迥然不同的车联网应用场景，因其路上少量的交通信号、无行人、无非机动车辆、无交叉路口以及高车速等特性，使其在部署车联网技术上要充分考虑应用场景。路侧部署的技术一般来讲是V2I及V2N范畴，本文主要讨论LTE-V2X、5G应用、车路协同、边缘计算及卫星通信。

3.1 LTE-V2X技术

通过共享信息使得交通运输更安全、更环保和更智能是未来交通发展的方向。车辆与路上其他事物（行人、车辆、路侧设备、网络等）可以通过信息共享，实现减少交通拥堵、减轻交通对环境的影响从而减少致命交通事故的数量，以及获得其他信息服务[3]。个人用户如果要实现单台车辆的自动驾驶，车辆必须具备强大的感知系统，能够观察周围的环境情况且观察范围不局限于近处，所以除了车辆需要配置大量的车载传感器外，V2X技术也是自动驾驶的一个重要感知手段。

支撑信息共享的一种关键技术是无线通信，涵盖车到车（V2V）通信、汽车到行人（V2P）通信、汽车到基础设施（V2I）通信以及基础设施到汽车（I2V）通信，这些被总称为汽车到万物或V2X通信。

V2X技术需要在动态的环境中可靠地工作，在发射机和接收机之间具有较高通信速度，支持在高速公路和隧道等安全相关应用中提供极低的延时。

3.2 5G应用

5G技术研发进展迅速，与汽车和交通应用结合越来越紧密。目前汽车联网以2G/3G/4G蜂窝通信技术为主，汽车行业已经将联网功能作为汽车产品的重要技术特性，实现定位导航、远程通信、智能交通、车载娱乐、车辆诊断远程控制、车队管理和紧急救援等功能[4]。5G通信技术充分考虑汽车、交通产业需求，“高可靠低时延”成为ITU定义的5G三大应用场景之一，也是我国确定的四大应用场景之一。

2018年6月，工业和信息化部与国家标准化管理委员会印发《国家车联网产业标准体系建设指南（总体要求）》等系列文件，指南中明確指出“制定基于LTE-V2X的无线通信网络建设及关键技术标准体系，探索5G技术在车联网产业领域的应用”。

3.3 车路协同

车路协同是采用先进的无线通信和新一代互联网等技术，全方位实施车车、车路动态实时信息交互，并在全时空动态交通信息采集与融合的基础上开展车辆主动安全控制和道路协同管理，充分实现人车路的有效协同，保证交通安全，提高通行效率，从而形成的安全、高效和环保的道路交通系统[5]。

要实现车路协同，意味着除智能车辆之外，需要建设智能路侧设备，收集汽车行驶过程中的信息并提供决策信息。同时，还需要能够连接车辆及路侧设备的网联数据中心。通信方面，需要搭配多模式、高可靠的无线通信技术。当车—车、车—路之间可以信息交互后，就可以形成协同安全，从被动安全转变为主动安全。

3.4 边缘计算

车联网业务中有关驾驶安全类业务的主要特征是低时延、高可靠。在时延需求上，辅助驾驶要求20～100 ms，而自动驾驶要求时延可低至3 ms。边缘云是在现有移动网络中实现低时延业务的使能技术之一。

边缘计算是在靠近人、物或数据源头的网络边缘侧，融合网络、计算、存储、应用核心能力的开放平台，就近提供边缘智能服务，满足行业数字化在敏捷连接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求。

边缘云计算通过将本地云平台下沉在基站侧，可为移动终端提供低时延业务。通过LTE蜂窝网络和边缘计算车联网平台的本地计算，在紧急情况对下发警告等服务驾驶信息给车载单元，相比现有网络时延，车到车时延可降低至20 ms以内，大幅度减少车主反应时间。此外，通过边缘计算车联平台还可实现路径优化分析，行车与停车引导，安全辅助信息推送和区域交通服务指引等。

3.5 卫星通信

当前主流的车联网通信方式主要采用3G或4G LTE连接，但卫星车联网的长远应用潜力仍然存在，目前美国SpaceX准备发射并构建Starlink小型卫星网络（由4425颗卫星组成），并将上述卫星送入近地轨道中，我国也提出了“行云”“虹云”低轨通信卫星星座，均旨在提供持续的全球宽带服务。利用卫星网络采集数据后，车联网的网络覆盖及性能将不受地面网络部署情况的约束，进一步提升边远地区作业车辆的信息化水平。

卫星在车联网中的另一个重要应用是能够提供精准的位置信息，有些车企的自动驾驶是建立在高度精准地图的基础上，通过实时掌握车辆在地图中的准确位置来推送与之相关的信息，进而包括未来的对车辆的完全控制，最终实现自动驾驶。

卫星车联网目前的主要应用场景是预测性车辆诊断和维护、安全检查、远程信息处理等不需要大带宽传输的应用。

4 结语

近年来，随着自动驾驶、物联网技术的快速发展，车联网成为国内外新一轮科技创新和产业发展的必争之地。虽然目前车联网领域还面临一些障碍，但是在政策与市场的双重驱动下，发展前景依然非常值得期待，车联网产业步入发展快车道。车联网技术向着智能化、网联化方向演进，车载操作系统、新型汽车电子、车载通信、服务平台、安全等关键技术成为研究热点。期待在不久的将来，车联网技术可以真正在高速公路落地，早日实现智慧高速的愿景，降低交通事故，提交交通运输效率。

[参考文献]

[1]张继文，张海涛.车联网关键技术与应用[J].电子技术与软件工程，2017（7）：257.

[2]李雨宣，周桐.车联网体系架构研究[J].科技展望，2016（29）：146.

[3]黄鸿基，王雨菡，程铄雅，等.车联网特点与发展趋势[J].中国新技术新产品，2016（15）：169-172.

[4]章如峰，宋婷，吴昊旻，等.车联网产业发展与市场前景分析[C].北京：第八届中国智能交通年会，2013.

[5]李克强，戴一凡，李升波，等.智能网联汽车（ICV）技术的发展现状及趋势[J].汽车安全与节能学报，2017（1）：16-17.