车联网V2X通信技术浅析与应用(中)

2020-09-30江苏高惠民

汽车维修与保养 2020年5期

◆文/江苏高惠民

(接2020年第3期)

④LTE-V2X通信方式

LTE-V2X系统的通信方式采用了“广域集中式蜂窝通信”(LTE-V-Cell蜂窝)和“短程分布式直通通信”(LTE-VDirect直通)两种技术方案。分别对应LTE-Uu(UTRAN-UE，接入网-用户终端)和PC5(ProSeDirectCommunication，ProSe直接通信)接口。广域集中式蜂窝通信(Uu接口)技术是基于现有蜂窝技术的扩展，主要承载传统的车联网远程业务，满足终端与V2X应用服务器间大数据量传输要求，如图12所示。

图12 基于Uu接口的V2V和V2I通信

短程分布式直通通信( PC5 接口) 技术引入LTED2D(Device-to-Device，端-端)，绕过RSU进行V2V、V2I直接通信，主要承载了车辆主动安全业务，图13所示。因此LTE-V-Direct具有低时延、通信容量大和无需网络设备(基站或路边设施)即可工作的优点。上述通信方式的多样性，不仅减少了网络节点，降低了系统的复杂程度，而且还提高了系统通信的低时延性和高可靠性，也降低了网络部署和维护成本。

⑤LTE-V2X安全认证技术

涉及交通时，其安全重要性不言而喻。由于车辆是一个高速移动的物体，LTE-V2X系统需要提供安全机制来保障使用者的信息安全，预防非法及伪装终端设备进入网络。对车辆间的高速认证和安全数据传输也提出了极高的要求，包括身份认证管理、异常用户检测、个人隐私保护、安全机制的更新、信息加密等。目前在传统联网系统中经常采用集中式管理机制，具有的安全性较高，但对于庞大的车辆管理数量来说，同时也会造成时延的问题；而分布式管理机制相对较灵活，作为集中式的补充对LTEV2X系统来说是个可行的解决方法。

⑥LTE-V2X工作场景

如图14所示为LTE-V2X技术的典型工作场景。

图14 LTE—V2X典型工作场景

图14(a)中，车辆通过基站或路侧单元获得与远端ITS(智能交通系统)服务器的IP地址接入；图(b)中，车辆通过不同的基站或路侧单元，进而通过云平台，获得分发的远距离车辆的信息；图(c)中，车辆间直接交互与道路安全相关的低时延安全业务信息；图(d)为非视距(notlineofsight，NLOS)场景，车辆在十字路口由于建筑物的遮挡不能直接交互低时延安全业务，此时可以通过基站或路侧设备的转发，获得车辆间的道路安全信息。在上述场景中，图(c)可采用LTE-V-direct模式进行通信，其他场景可采用LTE-V-cell模式进行通信。图15所示是LTE-V2X技术在智能网联汽车上的应用框图。

图15 LTE—V2X通信技术在智能网联汽车上的应用框图

⑦5G-V2X技术

与LTE-V2X相比，5-V2X将支持更加多样化的场景，融合多种无线接入方式，并充分利用低频和高频等频谱资源。同时，5G还将满足网络灵活部署和高效运营维护的需求，大幅提升频谱效率、能源效率和成本效率，实现车载移动通信网络的可持续发展。基于5G新空口的V2X可以提供高吞吐量、宽带载波支持、超低时延和高可靠性，从而支持众多面向自动驾驶的技术需求。5-V2X业务场景具体包括：

车辆编队：车辆编队使车辆形成动态编队一起行驶。编队中的所有车辆从编队头车获取信息来管理这个编队，这些管理信息能够以比正常行驶更接近(编队车辆之间间隔仅2～5m)、更协调的方式同向行驶。

传感器扩展：扩展传感器使车辆之间、车与路侧单元之间、车与行人之间以及车与V2X服务器之间可以交互本地传感器信息和实时视频图像信息等，车辆可以获得额外的环境感知能力，更全面了解周边环境。

先进驾驶：先进驾驶用于支持半自动或全自动驾驶。每个车辆把通过自身传感器获得的感知数据以及自身的驾驶意图分享给周围车辆，从而支持多个车辆之间同步和协调其行驶轨迹。

驾驶：远程驾驶使远程司机或车联网应用服务器遥控车辆的行驶，适应于车主不能自己驾车或远程车辆处于危险环境中等特殊场景。高可靠性和低延迟通信是远程驾驶的主要要求。5GV2X业务场景对通信的需求，具体如表1所示。

表1 5GV2X业务场景对通信的需求

⑧C-V2X与DSRC(IEEE802.11p)的比较

作为车联网的V 2 X 无线通信技术，虽然D S R C(IEEE802.11p)有先发优势，但是C-V2X以蜂窝技术作为基础，通过增强的接入层，应对当前和未来智能交通系统的应用。尤其C-V2X的多种通信模式，可以利用现有的蜂窝网络基础设施提供大容量的数据传输和低时延的广域通信，这样就为交通道路安全借助强大的云端处理能力和边缘计算的保驾护航途径。例如C-V2X在性能改进上的体现，通过仿真比较了汽车分别采用LTE-V2X和DSRC时的最大容许刹车反应距离/时间(即汽车感知到前方危险后司机拥有的反应距离/时间)。如图16所示结果显示，相比于DSRC，LTE-V2X技术能够让司机在更远距离的位置感知危险并开始刹车，也就是司机拥有更长的刹车反应时间。图中例子是汽车以140km/h速度行驶的时候，采用LTE-V2X的汽车比采用DSRC技术的汽车拥有额外的5.9s(9.2s～3.3s)来决定是否刹车。

图16 C-V2X和DSRC(IEEE802.11p)传输距离比较

此外，C-V2X的直接通信技术在ITS频谱(5.9GHz)下操作，以确保直接安全通信的匿名性和蜂网络覆盖区域外的直通需求。从产业化进程而言，C-V2X正在逐步缩小与DSRC(IEEE802.11p)之间的差距。尤其在网络建设和维护方面，尽管DSRC可利用现有的Wi-Fi基础进行产业布局，由于Wi-Fi接入点未达到蜂窝网络的广覆盖和高业务质量，不仅DSRC的新建路侧单元需要大量投资进行部署，而且DSRCV2X通信安全相关设备、安全机制维护需要新投入资金。而C-V2X可以利用现有LTE商用网络中的基站等安全设备进行升级扩展，支持安全证书的更新以及路侧单元的日常维护。

另外，目前国内在DSRC系列技术和产业方面缺乏核心知识产权和产业基础。而基于我国自主研发的4GTD-LTE移动通信技术标准，C-V2X技术拥有核心自主知识产权，可以打破国外产业在V2X通信技术垄断，减少在知识产权方面的限制。整个C-V2X预期发展的关键时间节点如图17所示。

(3)车云网

车云网也称车载移动互联网。它是以车为移动终端，通过远距离无线通信(Telematics)技术构建的车与互联网之间的网络，实现车与服务信息在车载移动互联网上传输，如图18所示。车载移动互联网是先通过短距离通信技术在车内建立无线个域网或无线局域网，再通过4G或5G技术与互联网连接。