全球V2X技术进展概述—第5届SIP-adus大会(SIP-adus Workshop 2018)车联网综述

刘阳 王硕 高洪伟

（中国第一汽车集团有限公司 智能网联开发院，长春 130000）

主题词：5G 车联网 V2X 自动驾驶 SIP-adus 技术应用 最新进展

1 引言

随着自动驾驶汽车技术的不断发展，作为核心技术的V2X（Vehicle to Everything）也受到越来越多的关注。在各国政府以及通信企业大力推进下，基于DSRC（Dedicated Short Range Communication）或 LTE（Long Term Evolution）通信方式的V2X技术快速发展。特别是作为下一代移动互联网通信标准5G技术，更是备受瞩目。世界各国都在力争成为5G的参与者甚至领导者。日本作为先行者在V2X、ITS（Intel⁃ligent Transportation System）等领域已经走在了世界的前列，日本首相安倍更是提出在2020年东京奥运会向全世界展示日本自动驾驶汽车的成就。

在此背景下，日本在跨部委战略革新促进计划（SIP）中加入自动驾驶研究计划，并成立了自动驾驶系统推进委员会。该会自2014年起连同日本内阁府科学技术创新会议共同主办SIP-adus Workshop，到2018年11月为止该会议已经举办到第5届。致力于推动自动驾驶技术的发展和应用。

2 SIP-adus Workshop 2018会议概述

本次会议共邀请到了17个国家的包括145名知名专家在内的516名行业相关人士参加。这是基于网联自动驾驶系统研究领域的一次盛会，并且必将对行业发展起到引导作用。会议共分为口头报告和看板展示两个部分，其中口头报告环节由65篇论文组成。口头报告以自动驾驶技术7大核心为主题，分为区域活动与现场运行试验（FOT）、动态地图、网联汽车、网络安全、影响评估、下一代运输和人为因素，从一定程度上反映出自动驾驶领域新理论、新方法、新技术及应用。看板展示环节部分内容由日本内阁、交通部、经济产业部等各部委提供，共分为概述、动态地图、网联汽车、网络安全、影响评估、下一代运输、人为因素、现场运行试验、SIP adus的第2阶段9个板块，共30篇内容组成。本次主要关注的网联汽车板块由5篇论文组成，对美国、欧洲、日本的V2X发展进程以及5G对V2X的影响分别进行了介绍。

3 国际V2X进展

3.1 美国V2X发展进程

来自美国交通运输部负责自动驾驶项目的经理Kevin Dopart对于美国国内自动驾驶的发展现状进行了介绍。他从车联网方面介绍了美国自动驾驶的应用，并详细说明了美国交通部利用V2X正在实施的协同自动化移动性应用研究项目（CARMA），该项目以干道和高速公路作为研究中心，致力于安全的提高美国城乡公路的运营效率并达到效益最大化。2018至2020年为该项目的第3个阶段，将要实现L2级自动驾驶的速度和转向控制以及达到L3级自动驾驶能力。该阶段除了利用V2V方式外，还将充分利用运输管理与运营系统（TSMO）的基础设施进行交互作业。用以实现车道变换、车流合并、强化乘用车和卡车的车队排列、工作区和交通事件管理、应急车辆等方面的应用[1]。

图1 美国基于DSRC的V2X使用现状[2]

美国丰田信息技术中心主任John Kenney从数据传输方面介绍了美国的经验。美国是最早使用基于IEEE 802.11进行V2X通信的国家，DSRC被广泛应用于26个州内的近79%的车辆(图1)。Kenney还介绍了美国在将5.9 GHz用于V2X前所做的包括Wi-Fi对DSRC信号干扰等方面的一系列测试工作，并对应测试结果给出了相关建议。关于DSRC的未来，虽然DSRC已经在美国被广泛应用，并且有丰田、大众、通用等企业正在推动新一代版本802.11db的研发工作。但C-V2X的出现为DSRC的发展带来了很多不确定性。在报告的最后Kenney也提到了由于C-V2X不能与DSRC在同一信道中共存或互操作，C-V2X可能是DSRC进一步发展的最大阻碍[2]。

3.2 欧洲的C-TIS进展

来自法国雷诺公司的执行专家Christian Rousseau介绍了欧盟为实现C-ITS而启动的SCOOP计划。该计划在原有的欧盟框架基础上已经确定了V2X消息的数据类型、数据交换原则、数据所有权等内容。其组织成员也逐年增加，现已包括、法国、德国、英国、意大利等绝大多数欧洲国家。为了促进自动驾驶领域的合作，欧盟和各成员国建立了C-roads平台，帮助其部署C-ITS。平台可连接所有C-ITS研发机构，共享和发布包括公共通信配置文件在内的公共技术规范，SCOOP计划将使用ETSIITSG5和蜂窝网络的组合网络，而C-roads平台可以加快测试验证这种基于公共通信配置文件开发的混合通信系统。进而尽快实现欧盟内成员国之间的自动驾驶一体化[3]。

3.3 5GAA组织在V2X领域的进展

5GAA首席技术官比利时的Flament博士代表5GAA进行了关于5G对于自动驾驶重要性的阐述。自从3GPP组织发布Rel14中加入C-V2X以来，5GAA便一直致力于开发、测试和推广基于5G车联网解决方案（图2）。并致力于利用基于3GPP的蜂窝技术能提供比IEEE 802.11p更优越的通信性能。C-V2X的出现为V2X找到了新的解决方式，那就是基于移动网络的V2N、P2N、I2N来实现V2V、V2P、V2I。Flament博士同时介绍了基于3GPPRel14的两种不同的V2X解决方案，1 km以内短距离的直接通信以及超过1 km长距离的移动网络通信方案。随着3GPPRel15的已经冻结，5GAA也将进一步提供更优质的车联网解决方案[4]。

图2 5GAA给出的利用基于3GPP的蜂窝技术实现V2X[4]

3.4 日本V2X现状与展望

日本马自达技术研发部的小川从现状和展望两个方面介绍了日本的V2X车辆网络连接技术。小川自2009年以来负责驾驶员辅助系统相关的研究。他从自动驾驶系统的V2V、V2I通信技术的发展、自动驾驶无线通信需求的制定、车对行人通信技术的发展、车辆探测信息的利用、为动态地图提供动态信息等几个方面介绍了日本V2X的现状。其中内容涵盖了V2X与ITS系统如何配合使用降低事故隐患并提升安全性的研究，值得注意的是日本所使用的通信频段除了ITS系统中一直沿用的700 MHz外，新加入了用于事故预警的5.8 GHz。这也意味着日本也开始使用国际上普遍使用的5.8 GHz用于V2X应用。

如图3所示，日本已经开始利用V2X进行车流合并实验。下一步日本计划将现有经验应用于高速公路上的封闭交通环境下，其内容包括：入口交通流合并以及提供有关ETC门操作状态的信息和信号灯信息。在此基础上将在2020年东京奥运会时实现台场水上乐园至羽田机场两地之间的自动驾驶，包括台场区域的L4级自动驾驶、台场至羽田机场高速公路上的自动驾驶以及羽田机场区域的L2-L4级自动驾驶[5]。

图3 日本利用V2X进行车流合并实验[5]

4 V2X发展趋势及其重要性

4.1 V2X的加入改变现有自动驾驶市场格局

在V2X尚未广泛使用的当下，自动驾驶不论是已经产品化并且不断迭代的特斯拉，还是想要一步到位的谷歌，以及其他已经涉及自动驾驶领域的IT企业和传统汽车制造企业，无一例外的选择使用ADAS（Ad⁃vanced Driver Assistance System）搭配人工智能（AI）作为实现自动驾驶的核心技术。但由于各种传感器的特性决定的局限性、激光传感器等部分传感器价格昂贵、对车载电脑计算能力的要求过高等因素的存在，都在一定程度上限制了ADAS+AI方案的快速发展，并在安全性方面存在一定的隐患。即使撇开以上这些因素不谈，只人工智能学习所使用的数据这一项，初创企业没有海量数据作为支撑，其基于人工智能迭代学习方式的自动驾驶算法方面将被领先企业越拉越远。这也将导致未来行业可能会向寡头或独占的不利方向发展。

即使能够解决上述问题，V2X的引入仍然将在车与车间距、节能性以及安全性等方面给与自动驾驶技术带来提升。基于云计算和边缘计算的自动驾驶方式也能在一定程度上缓解企业之间算法上的巨大差距。打破现有格局，给初创企业带来机遇。

4.2 5G为V2X带来了前所未有的推动力

作为下一个可预见的风口，5G被视为从自动驾驶汽车到未来智能城市等的技术支柱，因此世界各国都在力争成为5G的领导者，期望自己能够定义这一新一代移动互联网的标准。其对汽车和电信行业的影响作用突出，5G技术未来极有可能会成为改变汽车企业以及电信企业盈利模式以及未来业绩增长的主要来源[6]。

对于电信企业来说移动通信用户趋于饱和，现有的需求下很难再有大量的用户增长。5G的低延迟、高速率等特点都能够满足V2X各场景下的应用需求。根据5GAA R14给出的数据，现在5G应用于V2X的性能指标已经优于DSRC[7]，成为V2X的最佳选择。中国现有的汽车存量市场和每年的增量市场都十分的巨大，这无疑为电信企业开辟了一块尚未涉足的巨大市场。成为未来用户增长的关键领域。

对于汽车制造企业来说分时租赁业务的出现，使得原有的车辆销售模式不再是唯一的选择，车辆可以不再需要用户购买而直接投入市场。任意地点取车、还车必然成为了发展趋势，而如何合理布局车辆以及如何将偏僻地区车辆重新置于用车需求量大的地区的问题成了租赁公司以及汽车制造企业的需要解决的首要问题。5G中的C-V2X将成为解决此问题的关键技术。未来的分时租赁汽车除去加油或充电的时间以外始终处于接送用户的状态[8]。

4.3 5G将成为中国在V2X领域实现超越的最佳选择

中国近年来在自动驾驶领域掀起了研发热潮，很多研究成果与国外相比差距不大、甚至领先。特别是在5G研发以及C-V2X应用方面，华为、大唐等企业已经走在了世界的前列。

在5G网络建设方面中国也走在了世界的最前面。2018年7月13日美国无线通信和互联网协会（CTIA）给出了一份各国在5G发展进度上的排名。前三名分别是1.中国、2.韩国、3.美国，其后分别为日本、英国、德国、法国、加拿大和俄罗斯等国。宣称2019年实现全国覆盖5G的韩国被排在第2的主要原因是韩国商用5G是基于非独立组网（NSA,Non-Standalone），而中国正在大力发展的5G是独立组网下（SA,Stand⁃alone）的产业链并在积极培育各种垂直领域的应用。

基于SA架构下的真正5G网络可以为C-V2X提供强有力的研发保证和支持，这也正是未来中国CV2X的优势所在。并且有可能在短时间内实现SA架构下的真正5G并将其广泛应用的国家绝无仅有。但在现今阶段自动驾驶领域中国企业仍然面临巨大的挑战。这主要来源于国外公司对高新技术领域的技术封锁以及国内自主品牌企业发展速度不快。对此不仅要跟国外供应商合作，还需要加强国内研发机构的合作，培育可长线合作的自主品牌供应商。此外，智能汽车产业链不完整、技术标准体系滞后以及技术积累不足等，都将成为国内智能汽车产业发展的制约因素。并且在没有成型经验可以借鉴的情况下，如何发展中国自己的基于C-V2X的自动驾驶技术也将成为未来摆在我们面前的一个重要课题。

5 结语

本文从SIP-adus Workshop 2018会议中车辆网络连接部分内容出发，介绍了自动驾驶领域世界先进的美国、欧洲、日本的V2X发展现状。而未来美国、欧洲、日本也都面临着各自不同的问题。美国作为V2X的先行者，基于DSRC技术的V2X已经被广泛使用，如何在现有DSRC为主的系统中使用5G是摆在面前的一个重要的课题；而对于欧盟国家来说其如何在众多国家推广统一标准的V2X系统仍然是首要的工作。因为只有标准的统一才能使V2X技术在欧洲大陆上广泛应用；日本方面，在世界各发达国家和地区都将5.9 GHz附近频段用于V2X的背景下，日本终于也在ITS系统中加入5.8 GHz频段，而接下来日本将如何进一步使用该频段是十分值得期待的。而从V2X领域的整体发展趋势方向来看，随着3GPP对5G版本的不断更新，其中C-V2X部分性能也越来越优于传统的DSRC，各国也都规划了用于5G的频段，并计划在现有的ITS中融入5G技术。可见5G的发展对于V2X甚至自动驾驶技术的发展都起到至关重要的意义。除此之外，从本次会议整体上来看当前国际上自动驾驶领域的研发，无论是理论研究，还是技术开发与应用都已取得了非常多的成果，而动态地图、V2X、网络安全和ADAS等将是未来自动驾驶汽车研发的主要方向。