基于5G的平行驾驶智能汽车

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作为新一代基于云的自主驾驶技术，平行驾驶将智能车辆与控制平台、驾驶模拟器连接起来，并利用并行视觉与感知、并行学习、并行规划及并行控制等新技术走在世界前列。

这种结合使得自主驾驶更加可衡量和可控，提高了车辆对周围环境的响应速度[1]。降低了系统的总体成本，实现了车与车、车与路的交互。

5G网络的低延迟和高带宽对于满足高清视频流、快速响应和可靠连接的并行驱动应用程序的要求至关重要。5G网络将人、车、路和云整合到一个虚拟的交通世界中，与真实的交通世界平行。通过云平台对道路数据和车辆数据进行全方位监控，使交通更加安全高效，加快了智能交通向智能城市的传输[2]。

除了缓解驾驶疲劳、提高道路安全性外，未来基于5G网络的并行驾驶也将应用于一些特定场景。当发生地震、山体滑坡等自然灾害或人为灾害时，可采用平行行驶车辆进行道路抢修，降低抢险风险，提高抢险效率。它还可以应用于矿山、油田和荒地的远程生产作业，帮助工人远离高风险环境[3]。

5G和4G时延分析

5G（又称5G NR（新无线电）是第五代移动通信系统的简称，是4G技术的延伸。它在弥补4G技术不足的同时，进一步提高了系统在吞吐量、延迟、连接数和能耗等方面的性能。5G技术的特点是超高速、超大带宽，传输速率比4G高出一个数量级，同时5G网络具有更高的可靠性和更低的时延，可以满足物联网的个性化需求，拓宽融合发展空间产业，支持经济社会创新发展[4]。5G最初的设计意图之一是追求更高的吞吐量。通过引入更高的频率带宽、高阶调制和更多的空间数据流，5G网络的峰值速率比4G网络有了很大的提高。

以目前常用的100MHz频率带宽为例，5G网络的上行峰值速率至少比4G网络的上行峰值速率高5倍[5]。由于5G网络的峰值速率已经远远超过4G网络，因此5G网络的平均速率也远远超过4G网络的速率，这对控制对象的实时上传状态极为有利。

5G技术与并行驱动的结合

基于5G技术的平行驾驶充分利用5G技术的优势，增加了平行驾驶车辆对边缘云的感知、决策和控制功能模块。它依靠边缘云的计算能力来处理和发布数据，以减少对车辆传感器的依赖。所有车辆的监控都可以在后台的控制中心实现。

随着5G通信系统的使用，智能驾驶车辆、路边移动边缘计算（MEC）和云平台构成了一个三重互联或互补的并行交通世界，并以此构建应用场景。

1.云并行系统

并行驱动是在云计算或MEC（Mobile Edge Computing）端构建一个虚拟世界。物理世界中的车辆状态信息通过低延迟、高可靠的通信技术传输到云或MEC，然后利用虚拟世界的超级计算能力来推断时空行为。

抽象地说，平行驾驶就是给汽车一个云中的“虚拟大脑”。与人脑不同，人脑只能自己看到和听到，信息在虚拟世界中的不同个体之间是相互联系的。这使得虚拟大脑能够比人脑“看得更远、想得更深”，从而在驾驶时能够更早、更准确地做出预测。并行驾驶依靠通信技术来减少对车辆传感器和计算能力的依赖。每辆车都向云端报告其位置和状态，并在云端构建另一个“真实世界”。如果云中存储有足够的数据，平行驾驶可以比人脑更快、更准确地进行预测。

在并联驱动系统中，有四种车辆：物理车辆、描述车辆、预测车辆和引导车辆。首先，物理世界将当前时空映射到虚拟世界；其次，虚拟世界根据车辆的驾驶逻辑进行时空预测；最后，根据预测告诉下一步如何驾驶。在这个过程中，车辆不仅要相互连接，而且要与道路甚至一切相连。理想情况下，所有交通参与者，包括汽车、道路和人员等，都会主动向云端报告自己的位置，这样对车辆直接感知的要求就会少得多。

2.路边MEC并联系统

路侧边缘系统以5G通信基站为基础，利用5G-V2X、雷达和视觉等多源感知系统的信息交互计算节点，共同构建路侧并行驾驶系统。为了全面覆盖路边的关键区域，可以根据需要部署多个雷达和视觉传感器。

路边平行系统的核心在于对整个交通系统的感知，即虚拟交通环境重建模块。虚拟交通环境除了提供本地高精度地图信息（包括路网、路段属性、视线和标线等）外，还主要集成本地车辆、人群、特殊交通事件等动态感知数据。其中，基于5G-V2X交互的信息感知是路边的感知主体。智能连接车辆、行人和非机动车辆均通过5G（车载/手持）终端与路边基站交互，以报告身份、类型数据、实时位置、速度及方向数据。

雷达传感器通过自身的分析单元，可以获取其探测范围内的所有运动目标数据（类型、位置、速度、方向及大小等），并输出相应的统计数据（交通流）作为路侧数据的补充。同时，雷达传感器还可以根据路障、交通事故等信息，对紧急情况进行感知和定位。摄像机传感器一方面通过云交互模块直接将本地视频流上传到云系统；另一方面通过机器学习算法对视频进行分析，提取交通事件和目标信息，然后进行定位。交通设施数据的采集包括交通灯等交通设施实时状态的感知和处理。

重建模块所形成的虚拟交通环境构成了一个并行的路边交通系统。它是一个完全由结构化数据描述的虚拟交通系统。其输出一方面通过云交互模块上传到云并行系统；另一方面输入到V2I算法模块，通过下游5G-V2X通道提供本地V2I服务（盲点提示、信号灯提示等）。

市场前景及应用分析

提高智能交通系统的安全性和效率具有重要意义。通过5G网络实现车辆与车辆、车辆与城市交通设施的信息交换，拓展更多新功能。通过加快并联驱动技术的发展和应用，为用户提供更节能、更安全、更舒适的驾驶体验。

5G通信、车载Ad-Hoe网络（VANET）和车-路-云融合系统等技术的曙光已经显现。此外，最终市场涉及汽车电子、道路电子设备、后端服务和监控平台。前端服务可以带动芯片设计和低级软件设计等行业。新的供应商将出现在产业链中间的车载单元（OBU）和路侧单元（RSU），这将为车辆供应商、道路电子和电气设备供应商[6]提供巨大的新机会。

在无线接入方面，5G并行驱动支持多模终端通信，保证业务的多样性。通过快速灵活的RSU部署和蜂窝网络的广泛覆盖，提供与车辆互联网的无缝连接，保证信息的返回和管理，实现业务的连续性。

在网络方面，5G并行驱动引入基于5G的C-V2X部署和边缘云，实现业务下沉，减少网络传输延迟[8]。通过网络切片可以保证不同的业务流服务能力，通过认证机制可以保证车辆互联网的安全。

在平台方面，可以构建一个集成的远程信息处理平台。一方面，它可以实现网络管理的功能，包括业务管理和连接管理；另一方面，可以实现网络能力的开放，如进行大数据分析，开发新的业务渠道。此外，允许第三方企业接入网络定制服务。

在业务应用方面，保留现有的远程通信服务，通过5G-V2X实现辅助驾驶、主动安全服务、自主驾驶、编队驾驶及高清视频传输。

结语

结合边缘云应用满足本地化处理需求，5G网络的高可靠性和低延迟通过网络切片为远程信息处理创造专用网络资源，确保车联网业务。同时，5G的大带宽可以为高清视频和大连接业务提供保障。作为未来物联网的基础，5G将是一个面向场景的通信网络，为交通系统的信息融合和重组提供无限的可能性。智能网络将改变传统的人类交通方式，使车辆向网络化、智能化方向发展。