MEC与C-V2X融合系统的关键技术与产业化研究

余冰雁　康陈　刘宏洁

摘要：基于C-V2X的车联网应用对通信时延、计算与存储能力提出了较高的要求，引起业界对MEC与C-V2X融合系统的研究。分析了MEC与C-V2X融合系统可支持的应用场景，研究了MEC与C-V2X融合系统的总体架构、关键技术和标准情况，讨论了MEC与C-V2X融合的产业化路径，为MEC与C-V2X融合发展给出了可行的思路与建议。

关键词：MEC;C-V2X;车路协同;车联网

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2019.11.009        中图分类号：TN929.5

文献标志码：A        文章编號：1006-1010（2019）11-0051-06

引用格式：余冰雁，康陈，刘宏洁. MEC与C-V2X融合系统的关键技术与产业化研究[J]. 移动通信， 2019，43（11）： 51-56.

Research on the Key Technologies and Industrialization of MEC-based C-V2X Systems

YU Bingyan， KANG Chen， LIU Hongjie

（Technology and Standards Research Institute， China Academy of Information and Communications Technology， Beijing 100191， China）

[Abstract]

The application scenarios of the C-V2X raise high requirements of the communication delay， computation and storage capacity， which cause the increasing interests on the MEC-based C-V2X systems. This paper analyzes the application scenarios supported by MEC-based C-V2X systems， investigates the overall architecture， key technologies and standards progress of the MEC based C-V2X systems. Furthermore， the industrialization path for the fusion of MEC and C-V2X is disccused， and feasible ideas and suggestions are provided for the fusion development of MEC and C-V2X.

[Key words]MEC; C-V2X; vehicle-road cooperation; Internet of Vehicles

0   引言

多接入边缘计算（MEC， Multi-access Edge Computing）起初被称为移动边缘计算（Mobile Edge Computing），是由欧洲电信标准化协会（ETSI， European Telecommunications Standards Institute）于2013年提出的，目的是将云计算平台从移动核心网络内部迁移到移动接入网边缘，提供低时延、无拥塞的网络服务。2016年后，MEC的概念正式扩展为多接入边缘计算，其应用场景也从移动蜂窝网络进一步延伸至各类接入网络。

C-V2X（Cellular-Vehicle to Everything）是基于蜂窝移动通信演进形成的车用无线通信技术，可支持车联网各类应用场景，包括蜂窝通信模式（通过Uu接口通信）和直连通信模式（通过PC5接口通信）。当前，C-V2X技术仍处于LTE-V2X阶段，我国已基本形成覆盖LTE-V2X芯片、模组、终端、平台、应用服务等环节的相对完整产业链。国内以上汽、一汽、东风、长安等为代表的13家车企已共同宣布将于2020年下半年起量产前装LTE-V2X终端的车型，国外福特、宝马、奥迪、PSA等车企积极推动C-V2X车型的研发。随着我国5G网络逐步普及，5G蜂窝通信模式将逐步替代LTE-V2X蜂窝通信模式，届时C-V2X将呈现5G与LTE-V2X直连通信互补共存的局面[1]。

由于MEC可灵活支持多类接入方式，并可在网络边缘提供网络分流、计算、存储等特色功能，MEC与C-V2X的融合成为车联网技术发展路线上的重要一环。通过两者的融合，将车联网业务部署在MEC平台上，车载终端或路侧智能设备可通过C-V2X的Uu接口或PC5接口接入MEC，有效降低车联网业务端到端数据传输时延，缓解车载终端或路侧智能设备的计算与存储压力，减少海量数据回传中心云平台造成的网络负荷，提供具备本地特色的高质量车联网服务，支持实现“人—车—路—云”协同交互。

本文接下来将分析MEC与C-V2X系统的特性和应用场景，研究MEC与C-V2X融合系统的总体架构、关键技术以及标准化情况，并对MEC与C-V2X融合产业化发展情况进行探讨，给出下一步技术与产业发展的分析与建议。

1   MEC与C-V2X融合系统概述

1.1  特性分析

MEC与C-V2X融合具有网络信息开放、低时延高性能、本地服务等特性，不同的车联网业务可能需要其中一个或多个方面的能力。

信息开放：MEC能够承载网络信息开放功能，有能力通过标准化的北向接口向部署其上的边缘应用开放通用网络信息和车联网业务信息。其中，通用网络信息包括无线网络信息、位置信息、用户信息等。例如，在C-V2X的应用中，对高精度定位的需求较大，利用MEC的位置信息开放可以辅助车载终端实现快速定位，有效提高定位效率和精度;利用MEC开放的无线网络信息也可以对TCP传输的控制方法进行优化，有效规避高清视频等多媒体数据传输过程中发生的网络拥塞。又如，车联网业务信息包括由路侧智能设备汇聚来的感知信息、高精度地图信息、边缘应用的分析处理结果等，通过MEC的开放接口可实现边缘应用与接入侧终端设备之间、边缘应用与边缘应用之间的数据调用和交互。

低时延高性能：MEC运行在靠近用戶终端和路侧智能设备的网络边缘位置，基于C-V2X蜂窝通信模式的车联网业务可直接在MEC平台处理，无需回传至核心网和中心云，能够显著降低传输时延，确保业务时延的可靠性。驾驶安全类车联网业务对通信时延提出了苛刻的要求，尤其适合将此类业务部署在MEC上。此外，MEC可提供强大的计算与存储能力，改善用户体验。因此MEC也可以为车载/路侧/行人终端提供大数据分析处理、在线辅助计算等功能，实现任务快速处理与反馈，提高系统级处理与响应速度。

本地服务：MEC部署在网络边缘，覆盖一个相对较小的区域，具备显著的本地属性：一方面可以提供区域化、个性化的本地服务;另一方面可将接入MEC的本地资源与网络其它部分隔离，将敏感信息或隐私数据控制在区域内部。此外，可以通过本地化服务消化部分数据回传的需求，降低回传网络负载压力。例如，在智慧交叉路口场景中，MEC可以融合和分析多个路侧及车载传感器采集的数据，并对大量数据提供实时、精确和可靠的本地计算与分析，直接服务交叉路口附近的车辆和行人。同时，MEC只需要将路口状态、分析结果等数据回传，无需回传所有感知数据，更高效地使用网络资源。

1.2  应用场景

MEC与C-V2X融合可以支持多类车联网应用场景，由于接入MEC的终端类型不同，其所能支持的场景也不完全统一。按照目前业界对于接入MEC终端类型以及MEC系统架构的理解，应用场景可按照“车路协同”水平以及“车辆间协同”水平这两个维度进行分类。当没有路侧智能化设备（如路侧雷达、摄像头、智能化红绿灯、智能化电子标志标识等）接入MEC时，部署在MEC上的边缘应用可通过C-V2X收集附近车辆和行人的数据信息，并提供低时延、高性能的服务;当路侧部署了智能化设备并接入MEC后，边缘应用可进一步借助路侧信息为车辆和行人提供更全面、更高级的应用服务。当没有车辆间协同时，边缘应用可为接入MEC的单个车辆提供特定服务;当多个车辆同时接入MEC并能产生数据交互时，边缘应用可基于多个车辆的状态信息，提供更智能的服务。

因此，可以依据是否需要路侧协同以及车辆协同，将MEC与C-V2X融合的应用场景分为“单车与MEC交互”“单车与MEC及路侧智能设施交互”“多车与MEC协同交互”“多车与MEC及路侧智能设施协同交互”四大类，如图1所示。中国电信、中国信通院等多家单位联合在IMT-2020 C-V2X工作组内，针对MEC与C-V2X融合的应用场景开展的专门的课题研究，对四类应用场景进行了详细的描述和分析，并对MEC与C-V2X融合系统的各项需求进行了定性分析[2]。

2    MEC与C-V2X融合系统的技术分析

2.1  系统架构

面向LTE-V2X的MEC业务可基于灵活的网络架构实现[3]，LTE-V2X车载终端（OBU）、路侧单元（RSU）及摄像头、雷达等其他路侧智能化设备可灵活地选择通过各种接入方式接入MEC平台。同时，MEC平台也可以灵活选择部署位置，例如路侧单元（RSU）后、演进的B节点（eNodeB）后等。此外，系统中可部署多级MEC平台，下级MEC平台可作为上级MEC平台的接入端。

MEC与C-V2X融合的总体架构如图2所示。

按照终端接入MEC平台使用的C-V2X通信模式，MEC与C-V2X融合系统可分为Uu型MEC和PC5型MEC两类：当MEC平台部署于运营商网络内，终端通过Uu接口接入MEC平台时，定义为Uu型MEC;当MEC平台与运营商网络相对独立，终端通过PC5接口接入RSU进而接入MEC平台时，定义为PC5型MEC。

Uu型MEC在当前LTE网络阶段部署时，可以采用SGW-U+LBO下沉或附加PGW-U下沉两种方案，不同部署方案将在会话移动性管理、安全性、计费和合法拦截方面有不同的影响[4]。此外，Uu型MEC部署时需考虑车联网业务的时延要求以及运营成本的权衡：当部署在基站侧时，网络传输时延≤5 ms，但覆盖范围有限，单用户成本较高;当部署在接入环时，网络传输时延为20 ms左右，覆盖范围有提升，部署成本仍相对较高;当部署在汇聚环和传输核心层时，时延网络传输为30～40 ms，但覆盖用户数较多，成本较低。

PC5型MEC在部署时相对更加灵活，如图3所示。可选择与PC5型RSU或路侧智能设备集中部署，为小范围内的接入终端提供服务，如图中路侧MEC平台;也可选择独立部署，为一定区域内的接入终端或路侧MEC平台提供服务，如图中区域MEC平台。同时，多个PC5型MEC可级联部署，也可通过Uu接口接入Uu型MEC。

2.2  关键技术

在MEC与C-V2X融合系统中，MEC平台可以按需为车联网边缘应用编排IT基础资源，配置计算和存储能力，提供虚拟化应用托管环境，可对边缘应用的生命周期进行管理，对应用的上下文信息迁移进行管理，为应用开放通用网络信息和车联网业务信息等信息。此外，MEC与C-V2X融合的主要关键技术还包括以下方面：

（1）数据收集与分发：MEC可实时对所有交通、车辆等相关的数据进行收集。从车辆节点上收集大量数据，会造成很大的额外传输开销，有可能造成网络拥塞。需要根据数据的紧急程度和关键程度，对数据传输设立优先级;或根据地理位置或应用偏好等信息，对车辆节点进行分簇，同时结合历史数据，对每次数据收集对象进行评估，并使用增量计算方法，降低数据的收集总量。

（2）数据分析与融合：MEC需要对大量数据进行分析与融合，包括视频数据、传感器数据、交通融合数据等。尤其在使用SDN作为MEC的解决方案时，会制定各种决策，可能造成MEC更大的计算负担。可将多个MEC组成计算群组，结合数据处理的紧迫性和MEC的负载，将适当的分析计算工作转移到负载较低的MEC，实现负载均衡。

（3）业务连续性：MEC与C-V2X融合系统在接入用户（如车载终端）移动时需要支持业务的连续性。当用户移动时，可能会发生接入点的切换，导致终端至MEC的路径发生改变，或从MEC 1的覆蓋范围移动到MEC 2的覆盖范围。MEC的位置越靠近边缘，降低传输时延的效果越好，但同时发生切换和移出覆盖范围的几率也越大。对于LTE-V2X用户，需要的服务是泛在性的，在发生移动后不允许服务失效;涉及行车安全方面的LTE-V2X应用，也需要服务具有高可靠性和高可用性，不允许业务发生中断。

2.3  标准化情况

关于MEC的标准化工作主要集中在ETSI和3GPP，同时5GAA（5G Automotive Association，5G汽车协会）也对面向C-V2X的MEC进行了深入讨论。其中，ETSI的MEC特设组重点关注在MEC平台、基于MEC平台的网络能力开放、以及基于MEC平台的业务应用运营部署等方面。3GPP主要研究5G网络架构为支持MEC而需要具备的网络能力，而5GAA则以ETSI的MEC解决方案为基础，将MEC与C-V2X融合作为推荐解决方案。

具体来说，ETSI在2014年成立了MEC特设组来进行跨厂商平台的标准化，并于2017年中完成了第一个阶段的协议发布。在第一个版本的研究过程中，ETSI完成了对平台需求、参考架构的标准化。2018年，ETSI重点进行第二阶段的标准化工作，主要是将开放平台从移动网络场景扩展到多接入场景，同时重点关注MEC在实际部署过程中与已有规范的符合性。特别针对车联网方面，ETSI已经完成了基于MEC的V2X应用研究课题，并启动了V2X API标准项目，主要定义利用V2X API在多厂商、多接入方式和多运营商场景下提供V2X业务的增强服务。3GPP注重对移动网络服务的时延减少和带宽节省，网络对MEC基础能力就是本地分流的支持。在5G系统架构讨论中，3GPP从5G网络业务需求以及网络架构的演进趋势出发，通过支持用户面分布式下沉部署、灵活路由等功能，实现了5G网络对MEC的支持。5GAA发布了面向车联网和自动驾驶的边缘计算白皮书《Toward fully connected vehicles： Edge computing for advanced automotive communications》，并成功在慕尼黑举办了第一届“Edge computing and V2X”的开放研讨会，展示了边缘计算对于整个C-V2X的价值，同时也收集到了第一手的汽车业需求，进行后续方案针对性的改进。5GAA已经将MEC作为后续六大发展战略之一。

3   MEC与C-V2X融合的产业化推进

3.1  产业现状

MEC与C-V2X融合已经成为信息通信、汽车、交通等车联网相关领域重点关注的技术方向。三大电信运营商及华为、中兴、诺基亚等设备商从2016年起先后开展各类MEC试点示范应用，随着LTE-V2X、5G和自动驾驶应用逐渐受到关注，2017年底至今，运营商、设备商纷纷将车联网视为MEC的重点应用方向加以试点和推广。IT企业开始进军基于MEC与C-V2X融合领域，2018年3月阿里宣布战略投入边缘计算领域，滴滴、腾讯等互联网企业也积极开展探索和试验研究。千方、金溢、百度等智能交通与自动驾驶企业利用MEC作为车路协同系统中重要的边缘节点，积极推动在MEC部署并提供各类及感知、计算、通信于一体的智能交通和自动驾驶服务，构建安全、高效的道路环境。

虽然产业各界对于MEC与C-V2X融合持续高度关注，但也要看到，MEC与C-V2X融合在落地应用过程中还存在很长的路要走。在网联通信方面，MEC与C-V2X融合的概念在业内尚未统一，MEC平台与C-V2X通信系统Uu模式、PC5模式相结合的系统架构尚未形成标准化方案;在车联网应用方面，MEC与C-V2X融合能支持开展的车联网应用场景尚不清晰，部分已开展试点应用尚未形成规模化测试验证能力。

3.2  测试床建设

为了更快地推动MEC与C-V2X融合能够更快的发展，IMT-2020 C-V2X工作组于2019年启动了MEC与C-V2X测试床立项工作。经过立项征集与专家评审，工作组从17个立项申请中遴选出首批10个支持创建的测试床，牵头单位包括电信运营商、设备商、车联网服务商、运营与检测单位等，参与单位超过20家，建设地点涉及9个省/自治区/直辖市。

在未来1年的建设时间内，测试床项目将对照C-V2X工作组的研究成果及国内外有关标准迅速开展建设工作，尽快提供基于MEC的车路协同应用场景测试验证能力，并依托建设实践经验推动MEC与C-V2X融合解决方案的相关标准化工作。

4   结束语

本文研究了MEC与C-V2X融合系统的特性、应用场景、总体架构、关键技术、标准化与产业化情况。MEC与C-V2X的融合，可以有效地为基于C-V2X的车联网应用提供网络边缘转发、计算、存储环境，有利于推动C-V2X应用落地推广。MEC与C-V2X融合具有信息开放、低时延高性能、服务本地化的特点。依据接入MEC终端数量及类型的不同，MEC于C-V2X融合系统可以支持不同类型的应用场景。本文研究了系统的总体架构，并从数据收集分发、融合分析、移动业务连续性等方面分析了系统的关键技术。本文还研究了MEC与C-V2X融合的标准化与产业化情况。

下一步，MEC与C-V2X融合的成功需要跨行业共同协作和努力。在标准化工作方面，为确保部署MEC平台、边缘应用之间的互联互通，需推动研制面向车联网应用场景的MEC与C-V2X融合系列标准，规范数据接口与服务流程。在测试验证方面，网络运营商、车联网服务提供商、整车企业不同产业主体需要加快建设测试床，为MEC平台能力测试、边缘应用功能测试、智能网联汽车功能测试等提供测试环境，尽快开展MEC与C-V2X融合的应用方案验证性测试，并利用测试结果指导未来技术发展方向。在试点应用方面，需要积极推动各地方开展基础设施建设，开展MEC与C-V2X融合的区域级试点应用，逐步构建产业生态，进一步探索商业模式。

参考文献：

[1] IMT-2020（5G）推进组. C-V2X白皮书[R]. 2018.

[2] IMT-2020（5G）推进组. 《MEC与C-V2X融合 应用场景》白皮书[R]. 2019.

[3] CCSA TC10 WG1. 《面向LTE-V2X的MEC业务 架构与总体需求》（征求意见稿）[Z]. 2019.

[4] CCSA TC5 WG12. 《基于LTE网络的边缘计算总体技术要求》（报批稿）[Z]. 2019. ★