浅谈V2X 在车载网络技术中的应用

陈阳

（宁波瀚科高分子材料有限公司，宁波 315000）

主题词：V2X V2V 车联网 短程通信技术标准（DSRC）

1 V2X介绍

V2X技术近20年来，随着车载芯片技术和通讯技术的革新，呈现出跨越式的发展。目前一辆乘用车上的芯片用量约为100颗，业内预计到2020年，车内芯片数量将增加到1000颗。特别是在驾驶辅助系统（ADAS）、V2X、新能源汽车等方面。芯片技术的普及和应用将大幅度降低V2X的实施难度和成本，实现车与人，车与环境的无缝互联。

1.1 V2X的定义

V2X是指车对外界的信息交换，是一系列车载通讯技术的总称。V2X包含汽车对汽车（V2V）、汽车对道路设备（V2R）、汽车对基础设施（V2I）、汽车对行人（V2P）、汽车对机动车（V2M）及汽车对公交车（V2T）等六大类[1]。

V2X的实施平台包括了专用短程通讯（DSRC），以及基于LTE的蜂窝通讯技术。目前这两者都具有相当的可行性与发展性。

1.2 V2X的发展现状

目前在进行V2X技术研究的主体有：

（1）传统汽车厂商，如丰田、通用、奔驰、宝马、大众以及国内的上汽、奇瑞等主机厂；

（2）互联网企业，如GOOGLE，百度等；

（3）新能源汽车厂商，如蔚来汽车、威马汽车、电咖汽车等。

其中，丰田的ITS Connect系统除了可以对交通信号系统进行识别外，还可以与前方的车辆进行通信，帮助驾驶员识别前车的状态，判断车辆的相对速度，以便驾驶员进行减速或者刹车[2]。而大众的V2X技术则基于目前的蜂窝通信网络，即将升级至LTE系统。这套被称为“Time to Green”的系统侧重于V2R和V2I的技术，将城市道路信息和固定设施信息与车辆进行交互，可以帮助驾驶员了解道路状况，规避拥堵和停车场信息等。国内厂商奇瑞等依托国内的实际路况和驾驶习惯，建立了模拟的道路场景，让车辆在预设的V2V，V2I和V2P场景中进行试验。逐步完善车联网系统的行为逻辑和学习机制。

2 V2X在车载网络中的应用实例

2.1 V2V的应用

V2V实现了车与车之间的信息交互，帮助甚至代替驾驶员做出安全预警和安全措施。目前在车辆上得到实际应用的有[5]：

（1）FCW：前碰撞预警（Forward Collision Warn⁃ing）；

（2）CLW：失控预警(Control Losing Warning)；

（3）EEBL：紧急电子刹车灯(Electronic Emergency Brake Light)；

（4）LTA：左转辅助（Left Turn Assist）；

（5）BSW：盲区预警（Blind Spot Warning）。

借助V2V技术，可以有效帮助驾驶员管理车辆与前后车的距离，在前车紧急减速、停车、变道时及时提醒驾驶员降低车速，做出规避动作。在转向和通过路口等情况下，驾驶员由于存在A柱和后视镜盲区等客观因素容易对来车情况产生误判，此时V2V盲区与转向预警系统可以及时预警，降低车辆碰撞的事故发生概率。

2.2 V2R的应用

V2R主要是指汽车与道路设备的信息交互，包括了高速道路和城市道路等不同场景。在高速道路场景中，主要包括了高速线路、出入口以及限速等信息交互，相对比较简单。而在城市道路中，需要处理的信息就要更多一些，这就要求车辆采集的信息更多，例如信号灯，车道和交通指示信息等，要求系统对数据的处理能力更强，同时和V2I和V2P关联。这是目前实现自动驾驶最困难的障碍。

目前研究比较成熟的是高速场景下的辅助应用，如变道预警LCW(Lane Change Warning)等[3]。城市道路场景下的IMA：交叉路口辅助(Intersection Move⁃ment Assist)系统还未完善。

2.3 V2P、V2I等领域的应用

V2P是指车辆与人之间的互动，也是目前发展比较快的应用之一。这里的V2P包含了车与驾乘人员的互动以及车与行人的互动。在LTE的构架中，车辆通过蜂窝系统将空间信息与车身300 m内的人通过手机或者智能设备联系起来。车辆可以将位置、车况等信息和驾驶员进行交互。在行驶中跟据车与行人之间速度、位置等信号判断有一定的碰撞隐患时，车辆通过仪表及蜂鸣器提醒驾驶员，通过手机或智能穿戴设备图像及声音提示行人注意前方车辆。

V2I是指车辆与周边环境特别是安全环境之间的信息交互。V2I与V2R最大的区别在与信息覆盖的区域不同。V2R更关注于收集道路本身的信息，包括交通信号，人行横道等。而V2I则在更广的区域内收集包括天气信息，如SWIW：天气预警（Spot Weather Im⁃pact Warning），WZW：限速限行区域预警（Reduced Speed/Work Zone Warning），目的地停车场信息DPI（Destination Parking Information）等。

此外，车辆与机动车V2M、车辆与公交车辆V2T的系统也在逐步发展与完善。

3 V2X实施的标准

3.1 DSRC技术标准：

专用短程通讯（DSRC）是IEEE 802.11p底层通信协议与IEEE 1609系列标准所构成的技术，采用5.9 GHz频段，具备有传输延迟低的特性，以提供车用环境中短距离通讯服务[6]。而IEEE802.11p解决在高速移动环境中数据的可靠低时延传输问题，IEEE1609系列规范对V2X通信的系统架构、资源管理、安全机制等进行阐释。

1999年，美国联邦通讯委员会(FCC)决定将5.9 GHz(5.850～5.925 GHz)频段分配给汽车通讯使用。DSRC的频段规划，将5.9 GHz以10 MHz频宽为单位，将75 MHz频宽划分成七个频道，并由低频至高频分别给予172、174、175、178、180、182与184频道编号。频道178为控制频道(CCH)，剩余的六个频道为服务频道(SCH)，其包含两个公共安全专用服务频道(频道172为V2V公共安全专用服务频道，频道184为交叉路口公共安全专用服务频道)、两个中距离公共安全、私用共享服务频道（频道174与176），以及两个短距离公共安全/私用共享服务频道（频道180与182）[4]。

3.2 LTE-V及5G技术

3GPP在2016年9月已经完成了对其首份蜂窝车联网技术标准的制定工作，并在3GPP RAN会议上将其纳入到LTE Release 14中。它主要聚焦于V2V，是基于LTE Release 12及LTE Release 13所规范的邻近通信技术中的D2D（终端设备间直接通信），但是引入了一种新的D2D接口——PC5。作为3GPP V2V WI的一部分，PC5接口主要用于解决高速（最高250 km/h）及高节点密度环境下的蜂窝车联网通信问题。

随着5G的标准落地，LTE可以更好的解决离路覆盖、盈利模式、容量及安全等各方面存在的问题。它的部署相对容易，频谱带宽分配灵活，传输可靠，覆盖广而且随着3GPP持续演进，可支持未来ITS业务需求。目前LTE的信息传递延时已经低于100 ms，进入了可以实际使用的阶段。

4 V2X在车载网络技术的应用展望

目前V2X技术的应用大部分还是集中于辅助驾驶的层面，更多的是对驾驶员提出预警和帮助。而在未来的自动驾驶场景中，驾驶员和乘员的角色定位将趋于模糊，基于V2X的车联网技术和雷达以及图像识别技术将代替人类完成路线规划、行驶、泊车等驾驶行为。这些都将通过V2X得以实现。

最新的消息是，3GPP关于所有LTE V2X的标准R14，其中包括应用层、网络层、接入层的所有标准体系都已经完备，预计2019年前后启动商用，现在只等在国内标准的落地。

在可预期的将来，车载网络技术会在现有的车厂原车信息服务的基础上，充分拓展V2X的应用，将信息覆盖到整个车辆的使用生命周期中。从驾乘出行、泊车停车到维护保养、车辆安全等各个方面帮助车主活动更安全更便利的使用体验。

5 结语

随着短波雷达、激光雷达、视频图像分析技术的完善，以及人工智能技术的深入应用，V2X必将在交通安全、车辆共享、舒适出行等各方面发挥更为显著的作用。