車路協(xié)同、車聯(lián)網(wǎng)、智慧交通、智能網(wǎng)聯(lián)車、自動駕駛、無人駕駛、高精度地圖資料匯總與整理

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• 萬字詳解5G車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

5G車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要涉及車載設(shè)備、路側(cè)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)、云平臺、安全和高精度定位。車聯(lián)網(wǎng)車載設(shè)備有前裝和后裝不同的產(chǎn)品形態(tài)；路側(cè)設(shè)施包括4G/5G蜂窩基站通信基礎(chǔ)設(shè)備、C-V2X專用通信基礎(chǔ)設(shè)施、路側(cè)智能設(shè)施、MEC（多接入邊緣計算/移動邊緣計算）設(shè)備；網(wǎng)絡(luò)層面在5G時代會重點部署網(wǎng)絡(luò)切片；云平臺考慮分級部署，并建設(shè)云控平臺；安全方面將從網(wǎng)絡(luò)通信、業(yè)務(wù)應(yīng)用、車載終端和路側(cè)設(shè)備三個方面保障；高精度定位通過GNSS或其差分補(bǔ)償RTK、無線電（例如蜂窩網(wǎng)、局域網(wǎng)等）、慣性測量單元、傳感器以及高精度地圖實現(xiàn)。

本文節(jié)選自《5G與車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》一書的第5章，部分內(nèi)容有所刪減。本書主編吳冬升，東南大學(xué)博士，現(xiàn)任高新興科技集團(tuán)股份有限公司高級副總裁、粵港澳大灣區(qū)自動駕駛產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副理事長。

01 5G車聯(lián)網(wǎng)車載設(shè)備

智能網(wǎng)聯(lián)主要通過OBU（On Board Unit,車載單元）實現(xiàn)。OBU是一種安裝在車輛上用于實現(xiàn)V2X通信的硬件設(shè)備，可實現(xiàn)和其他車輛OBU（PC5）、路側(cè)RSU（PC5）、行人（PC5）和V2X平臺（Uu）之間通信。OBU上需要集成通信網(wǎng)絡(luò)，包括4G/5GUu通信芯片和模組，LTE-V2X/5G NR-V2X通信芯片和模組。

智能網(wǎng)聯(lián)汽車的車載終端OBU形態(tài)多樣化，包括傳統(tǒng)的2G/3G/4G T-BOX（遠(yuǎn)程信息處理器）、Tracker（追蹤器）、OBD（車載自動診斷系統(tǒng)）、UBI、智能后視鏡、行車記錄儀，以及ETC有源車載終端OBU和汽車電子標(biāo)志無源OBU等。隨著5G商用化時代和C-V2X預(yù)商用時代來臨，智能網(wǎng)聯(lián)汽車車載終端的產(chǎn)品形態(tài)正在發(fā)生變化。

1.1?傳統(tǒng)智能網(wǎng)聯(lián)車載終端

傳統(tǒng)智能網(wǎng)聯(lián)車載終端包括T-BOX、Tracker、OBD、UBI、ETC OBU、汽車電子標(biāo)志OBU等。

（1）T-BOX

T-BOX（Telematic BOX）是前裝智能車載終端，滿足車規(guī)級要求，集成2G、3G或4G無線模塊，直接與汽車CAN總線通信，獲取車身狀態(tài)、車況信息等，并且將這些參數(shù)上傳到云平臺，同時可以接收云平臺下發(fā)的指令并回傳執(zhí)行結(jié)果，具有自檢、遠(yuǎn)程查詢、遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置和遠(yuǎn)程升級等功能。前裝設(shè)備滿足車規(guī)級。通常來說車規(guī)級要求高于工規(guī)級，工規(guī)級要求高于商業(yè)級。比如溫度要求，一般來說，商業(yè)級（0～70℃）、工規(guī)級（-40～85℃）、車規(guī)級（-40～120℃）、軍工級（-55～150℃）。

（2）Tracker

Tracker（追蹤器）能實現(xiàn)定位管理，知道車輛的實時位置信息。Tracker根據(jù)配置不同，功能也不同，實現(xiàn)的也不再僅僅是一個定位功能。比如4G Tracker可以做到4G通信、車輛定位、車輛狀態(tài)檢測、異常提醒、4G Wi-Fi、藍(lán)牙4.0/3.0數(shù)傳、駕駛行為分析、行駛里程統(tǒng)計、遠(yuǎn)程設(shè)置及維護(hù)等功能。

（3）OBD

OBD（On-Board Diagnostics）是后裝設(shè)備，能在車輛運行過程中實時監(jiān)測發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)及車輛的其他功能模塊工作狀況，如發(fā)現(xiàn)工況異常，則根據(jù)特定的算法判斷出具體的故障。OBD接口的位置一般在方向盤下的內(nèi)飾板中，靠近駕駛員膝蓋附近，采用OBD-Ⅱ接口標(biāo)準(zhǔn)，梯形16針DLC形式接插件，讀取車輛CAN總線信息。有了OBD上報的各類數(shù)據(jù)，通過搭建車隊管理平臺，可以實現(xiàn)車隊的量化考核（統(tǒng)計排名等），安全用車（駕駛評分、車輛健康評估、安全告警等），效率提升（評估車輛和司機(jī)工作量等），成本透明（里程油耗監(jiān)控等）。

（4）UBI

UBI（Usage-Based Insurance/User-Behavior Insurance）即基于車主行為差異化保險，一般集成六軸陀螺儀算法和碰撞識別技術(shù)。三軸陀螺儀分別感應(yīng)Roll（左右傾斜）、Pitch（前后傾斜）、Yaw（左右搖擺）全方位動態(tài)信息，六軸陀螺儀是指三軸加速器（三軸加速器就是感應(yīng)XYZ立體空間三個方向，前后左右上下軸向的加速）和三軸陀螺儀合在一起的稱呼。有了UBI設(shè)備，保險公司可以實現(xiàn)針對不同客戶的精準(zhǔn)定價，還可以實現(xiàn)無需人員現(xiàn)場出勤的索賠管理等業(yè)務(wù)。同時，車企還能夠利用UBI數(shù)據(jù)進(jìn)行產(chǎn)品優(yōu)化，消費者可以利用UBI數(shù)據(jù)進(jìn)行駕駛行為分析等。

（5）ETC OBU

ETC OBU是有源設(shè)備，一般安裝在后視鏡座底部附近的擋風(fēng)玻璃后面，工作在5.8GHz頻段。與安裝在收費車道上的路側(cè)單元（簡稱RSU）按照GB/T20851-2007標(biāo)準(zhǔn)的專用短程通信（DSRC）協(xié)議進(jìn)行無線通信。帶IC卡的ETC OBU稱為雙片式，不帶IC卡的稱為單片式。

（6）汽車電子標(biāo)志OBU

汽車電子標(biāo)志OBU是無源設(shè)備，安裝在汽車前擋風(fēng)玻璃上，工作在920～925MHz頻段。ETC OBU因為需要電池提供電力，使用壽命一般為5年，而汽車電子標(biāo)志OBU不需要額外電力，使用壽命可伴隨車輛終身。車輛速度支持方面，ETC系統(tǒng)空中交易一次200ms左右，一般支持車速為60km/h，汽車電子標(biāo)志空中識讀一次20ms左右，可支持車速達(dá)到240km/h。

1.2?C-V2X車載終端

（1）OBU基本功能

OBU的基本功能包括業(yè)務(wù)、管理和安全三類，其中業(yè)務(wù)功能圍繞V2X業(yè)務(wù)的實現(xiàn)，完成BSM消息的上報、V2X消息的接收與解析、CAN數(shù)據(jù)的讀取與解析、消息的展示與提醒；管理功能負(fù)責(zé)完成設(shè)備的認(rèn)證、管理與維護(hù)；安全功能負(fù)責(zé)實現(xiàn)OBU設(shè)備自身，以及OBU與其他交互對象之間信息交互的安全保護(hù)，OBU功能如圖1所示。

圖1 OBU功能

業(yè)務(wù)功能圍繞V2X業(yè)務(wù)的實現(xiàn)，完成BSM（車輛安全消息）的上報，V2X消息的接收與解析、CAN數(shù)據(jù)的讀取與解析、消息的展示與提醒等功能。管理功能負(fù)責(zé)完成設(shè)備的認(rèn)證、管理和維護(hù)。安全功能負(fù)責(zé)實現(xiàn)OBU設(shè)備自身以及OBU與其他交互對象間信息交互的安全保護(hù)。

（2）OBU產(chǎn)品形態(tài)

目前的LTE-V2X OBU主要做消息展示與提醒，對應(yīng)前裝和后裝有不同的產(chǎn)品形態(tài)。前裝方面，除了C-V2X功能集成到T-BOX外，消息顯示與提醒可以放到液晶儀表盤或者中控顯示屏。典型C-V2X+T-BOX前裝設(shè)備的主要硬件包括LTE-V2X模塊、GNNS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）、LTE、MCU（微控制單元）、CAN控制器、車載以太網(wǎng)、電源管理、LTE-V2X雙天線/LTE天線/GNSS天線等。

后裝方面，在國家第一個車聯(lián)網(wǎng)先導(dǎo)區(qū)無錫，中國移動發(fā)布了YJ801智能后視鏡C-V2X試商用版本，能夠?qū)崿F(xiàn)紅綠燈信號推送、導(dǎo)航、定位等功能；在美國懷俄明州交通局（WYDOT）DSRC項目中使用OnboardHMI設(shè)備，可以看到嚴(yán)重預(yù)警信息（例如極端大霧天氣、道路施工等）、普通預(yù)警信息（例如雨雪天氣等）、限速信息、前向碰撞預(yù)警、車輛速度信息等；在美國佛羅里達(dá)州Tampa，由坦帕-希爾斯堡高速公路管理局（THEA）牽頭的DSRC項目中部署智能后視鏡HMI設(shè)備，可顯示前車緊急剎車信息、限速信息、車輛速度信息等。

（3）OBU未來融合產(chǎn)品形態(tài)

①5G融合。隨著5G商用時代到來，支持5G的車載終端會陸續(xù)推出。5G、LTE、LTE-V2X、Wi-Fi-6、藍(lán)牙、GNSS、北斗等，可能需要多達(dá)18根天線提供相關(guān)業(yè)務(wù)，鯊魚鰭復(fù)合天線及分布在車輛周圍的各種其他天線已經(jīng)無法滿足需求，支持多頻通信、具有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理功能的智能天線將應(yīng)運而生。

②ETC、汽車電子標(biāo)志融合。ETC和汽車電子標(biāo)志產(chǎn)品，將與C-V2X功能融合。例如半前裝ETC OBU可以連接C-V2X+T-BOX設(shè)備，與CAN總線隔離，實現(xiàn)不停車收費。汽車電子標(biāo)志OBU可以連接C-V2X+T-BOX設(shè)備，提供車輛信息交互的“身份根”信息。

1.3?車載終端部署趨勢

2018年12月，工信部在《車聯(lián)網(wǎng)（智能網(wǎng)聯(lián)汽車）產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃》明確提出，到2020年，車聯(lián)網(wǎng)用戶滲透率達(dá)到30%以上，新車駕駛輔助系統(tǒng)（L2）搭載率達(dá)到30%以上，聯(lián)網(wǎng)車載信息服務(wù)終端的新車裝配率達(dá)到60%以上。中國汽車工程學(xué)會預(yù)測，2025年、2030年我國銷售新車聯(lián)網(wǎng)比率將分別達(dá)到80%、100%，聯(lián)網(wǎng)汽車銷售規(guī)模將分別達(dá)到2800萬輛、3800萬輛。預(yù)測到2025年L1/L2聯(lián)網(wǎng)汽車占比55%，L3聯(lián)網(wǎng)汽車占比20%，L4/L5聯(lián)網(wǎng)汽車占比5%。盡管中國汽車產(chǎn)業(yè)面臨產(chǎn)銷量下滑挑戰(zhàn)，智能網(wǎng)聯(lián)汽車依然將迎來快速發(fā)展期。

02 5G車聯(lián)網(wǎng)路側(cè)設(shè)施

5G智能網(wǎng)聯(lián)路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施主要包括通信基礎(chǔ)設(shè)施（4G/5G蜂窩基站）、C-V2X專用通信基礎(chǔ)設(shè)施（多形態(tài)的RSU）、路側(cè)智能設(shè)施、MEC（多接入邊緣計算/移動邊緣計算）設(shè)備。

2.1?5G通信基礎(chǔ)設(shè)施

中國目前共有558萬個4G基站，而5G基站建設(shè)大概率會采取先城區(qū)、再郊區(qū)，先熱點、再連片，先低頻、再高頻，先室外、再室內(nèi)，先宏站、再小微基站的模式，積極穩(wěn)妥分步推進(jìn)。除了宏站，5G發(fā)展還涉及大量小微基站、光傳輸、核心網(wǎng)、多接入邊緣計算等。預(yù)計中國5G投資周期十年，總投資金額1.6萬億元。

2.2?C-V2X專用通信基礎(chǔ)設(shè)施

（1）RSU基本功能[3]

C-V2X RSU是部署在路側(cè)的通信網(wǎng)關(guān)，解決的是感知層面的網(wǎng)聯(lián)化。RSU的基本功能包括業(yè)務(wù)、管理和安全三類。RSU功能如圖2所示。

圖5-2 RSU功能

業(yè)務(wù)能力圍繞V2X業(yè)務(wù)的實現(xiàn)，匯集路側(cè)交通設(shè)施和道路交通參與者的信息，上傳至V2X平臺，并將V2X消息廣播給道路交通參與者。管理功能負(fù)責(zé)完成設(shè)備認(rèn)證、管理和維護(hù)。安全功能負(fù)責(zé)實現(xiàn)RSU設(shè)備自身，以及RSU與其他交互對象之間信息交互的安全保護(hù)。

（2）RSU產(chǎn)品形態(tài)

RSU具有不同的產(chǎn)品形態(tài)。基礎(chǔ)版本支持LTE-V2X PC5通信能力，匯集路側(cè)智能設(shè)施和道路交通參與者的信息，上傳至云平臺，并將V2X消息廣播給道路交通參與者。RSU還有LTE Uu+LTE-V2X PC5雙模版本。5G時代到來后，RSU產(chǎn)品形態(tài)將更加多樣化，比如5G Uu+LTE-V2X PC5版本、LTE-V2X PC5+5G NR-V2X PC5版本，或者5G Uu+LTE-V2X PC5+5G NR-V2X PC5版本。除此之外，交通部主推的ETC路側(cè)設(shè)備、公安部主推的汽車電子標(biāo)志路側(cè)設(shè)備，甚至是交通信號燈都存在和V2X合一的產(chǎn)品形態(tài)，如圖5-3所示。RSU產(chǎn)品形態(tài)除了豐富通信能力外，還有一種可能，向智能化RSU演進(jìn)，即RSU上集成智能化邊緣計算能力，除了網(wǎng)聯(lián)化能力外，還將具備決策和控制能力。

圖3 C-V2X RSU產(chǎn)品形態(tài)演進(jìn)之路

2.3?路側(cè)智能設(shè)施

路側(cè)智能設(shè)施包括智能化交通控制設(shè)施（交通信號燈、標(biāo)志、標(biāo)線、護(hù)欄等）和攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等各類環(huán)境感知設(shè)備，其中應(yīng)用較多的是交通信號燈和多傳感器的融合。

（1）交通信號燈

交通信號燈信息可以通過信號燈控制中心平臺傳遞到車聯(lián)網(wǎng)云平臺，再傳遞給RSU，然后通過RSU廣播給車載OBU。但是由于信號燈控制中心平臺處于公安內(nèi)網(wǎng)，需要跨越邊界網(wǎng)關(guān)傳遞信息，存在十幾秒時延，無法及時向通過路口的車輛推送紅綠燈信息。較好的處理方式是在每個路口都由信號燈路口控制器分出一路信號給RSU，直接由RSU廣播給車載OBU。

（2）多傳感器融合

采用單一傳感器存在諸多挑戰(zhàn)，比如攝像頭沒有深度信息、受外界條件影響大；毫米波雷達(dá)無法探知高度信息、行人探測效果弱；激光雷達(dá)距離有限（16線約100m，32線約200m）、角分辨率不足、環(huán)境敏感度高（受大雪、大雨、灰塵影響）等。

因此路側(cè)可以考慮采取多傳感器融合方式，比如大于200m范圍采用毫米波雷達(dá)，200～80m采用激光雷達(dá)+毫米波雷達(dá)，80m以內(nèi)采用攝像頭+激光雷達(dá)+毫米波雷達(dá)，如圖5-4所示。毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)實時采集環(huán)境信息，分析路面所有大機(jī)動車、小機(jī)動車、非機(jī)動車、行人等的位置、速度、角度和距離，判斷障礙物的危險系數(shù)，有效提前預(yù)警；雷達(dá)和攝像頭安裝得越近越好，有利于激光雷達(dá)三維坐標(biāo)標(biāo)定到圖像上，這樣攝像頭可以為雷達(dá)檢測到的障礙物提供融合識別數(shù)據(jù)，并能提供障礙物真實的圖像信息。例如車道線檢測，先在攝像頭圖像中檢測出車道線，然后再將激光雷達(dá)生成的點投射到圖像上，找出落在車道線上的點在激光雷達(dá)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，通過這些坐標(biāo)生成激光雷達(dá)坐標(biāo)系中的車道線。

圖4 多傳感器融合的路側(cè)智能設(shè)施

2.4?MEC

（1）基于MEC的C-V2X整體架構(gòu)

3GPP在TS23.285（V2X服務(wù)架構(gòu)增強(qiáng)）中定義了4G蜂窩網(wǎng)絡(luò)支持V2X應(yīng)用的改造架構(gòu)，在蜂窩網(wǎng)絡(luò)原有的架構(gòu)中，增加了V2X應(yīng)用服務(wù)器、V2X控制功能（CF）、V2X應(yīng)用等網(wǎng)元/功能。3GPP進(jìn)一步基于TS23.501引入關(guān)鍵5GC網(wǎng)元，再增加MEC，形成潛在的C-V2X演進(jìn)架構(gòu)，如圖5-5所示。如UMTS（通用移動通信系統(tǒng)）、E-UTRAN（3G的無線接入網(wǎng)）、MME（移動管理節(jié)點）、S/P-GW、HSS（歸屬簽約用戶服務(wù)器）等4G網(wǎng)元功能，將演變?yōu)?G NR、AMF（接入和移動管理功能）、SMF（會話管理功能）、UPF（用戶面功能）、UDM（統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理）的5G架構(gòu)，而V2X應(yīng)用服務(wù)器將成為5G體系中的應(yīng)用程序功能（AF）。

MEC支持多接入技術(shù)，其部署既可以和4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，也可以在5G部署后與5G NR邊緣節(jié)點結(jié)合。針對低時延、高可靠性需求的C-V2X業(yè)務(wù)，在引入MEC技術(shù)后，相比部署在中心云上可以顯著降低業(yè)務(wù)響應(yīng)時間。MEC也可以為車載/路側(cè)/行人終端提供在線輔助計算功能，實現(xiàn)快速的任務(wù)處理與反饋。另外，MEC具備本地屬性，可以提供區(qū)域化、個性化的本地服務(wù)，同時降低回傳網(wǎng)絡(luò)負(fù)載壓力。也可以將接入MEC的本地資源與網(wǎng)絡(luò)其他部分隔離，將敏感信息或隱私數(shù)據(jù)控制在區(qū)域內(nèi)部。

圖5 基于MEC的C-V2X整體架構(gòu)

（2）面向LTE-V2X的MEC業(yè)務(wù)架構(gòu)

面向LTE-V2X的MEC業(yè)務(wù)架構(gòu)如圖6所示，其架構(gòu)具有如下特點。

圖6?面向LTE-V2X的MEC業(yè)務(wù)架構(gòu)

①可采用多種LTE-V2X車載終端（OBU）、路側(cè)單元（RSU）及攝像頭、雷達(dá)等其他路側(cè)智能化設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)或MEC平臺，即各類型終端可以選擇通過Uu或PC5接口接入LTE-V2X網(wǎng)絡(luò)進(jìn)而接入MEC平臺，或通過其他合理的接入技術(shù)直接接入MEC平臺。

②可靈活部署MEC平臺，即MEC平臺可選擇部署在路側(cè)單元（RSU）后，或部署在eNB節(jié)點后，抑或部署在其他合理的位置。

③可靈活配置網(wǎng)絡(luò)中MEC平臺的層級數(shù)目，即網(wǎng)絡(luò)中可部署多級MEC平臺，下級MEC平臺可作為上級MEC平臺的接入端，且當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在多層級MEC平臺時，不限制上下級MEC平臺之間的網(wǎng)絡(luò)連接方式。

④MEC平臺分為三層，包括虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施、微服務(wù)組件、接入管理、應(yīng)用管理以及V2X服務(wù)器。MEC接入管理可以接入RSU、OBU、智能化交通控制設(shè)施（交通信號燈、標(biāo)志、標(biāo)線、護(hù)欄等）、攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等各類環(huán)境感知設(shè)備的信息，同時向上連接云平臺。MEC需要具備多傳感器融合處理能力，比如攝像頭+激光雷達(dá)+毫米波雷達(dá)融合分析算法；還需要具備ITS相關(guān)協(xié)議處理能力，比如針對交叉路口防碰撞預(yù)警業(yè)務(wù)，在車輛經(jīng)過交叉路口時，MEC通過對車輛位置、速度及軌跡分析研判，分析出可能存在的碰撞風(fēng)險，通過RSU傳輸?shù)杰囕vOBU，起到預(yù)警目的。

（3）MEC與C-V2X融合場景

基于MEC的C-V2X業(yè)務(wù)場景主要包括信息服務(wù)類、安全駕駛類和駕駛效率類。為了支撐這些C-V2X業(yè)務(wù)，MEC平臺除了基礎(chǔ)能力外，還需要提供其他相應(yīng)的能力，例如，V2X相關(guān)應(yīng)用的管理能力、V2X用戶的位置服務(wù)能力、V2X業(yè)務(wù)分流及QoS服務(wù)能力、大數(shù)據(jù)存儲和智能分析能力、V2X用戶身份識別和車輛管理能力，以及協(xié)同管理能力等。

依據(jù)是否需要路側(cè)協(xié)同以及車輛協(xié)同，可以將MEC與C-V2X融合場景分為“單車與MEC交互”“單車與MEC及路側(cè)智能設(shè)施交互”“多車與MEC協(xié)同交互”“多車與MEC及路側(cè)智能設(shè)施協(xié)同交互”四大類[4]。

無需路側(cè)協(xié)同的C-V2X應(yīng)用可以直接通過MEC平臺為車輛或行人提供低時延、高性能服務(wù)；當(dāng)路側(cè)部署了能接入MEC平臺的路側(cè)雷達(dá)、攝像頭、智能紅綠燈、智能化標(biāo)志等智能設(shè)施時，相應(yīng)地C-V2X應(yīng)用可以借助路側(cè)感知或采集的數(shù)據(jù)為車輛或行人提供更全面的信息服務(wù)。在沒有車輛協(xié)同時，單個車輛可以直接從MEC平臺上部署的相應(yīng)C-V2X應(yīng)用獲取服務(wù)；在多個車輛同時接入MEC平臺時，相應(yīng)地C-V2X應(yīng)用可以基于多個車輛的狀態(tài)信息，提供智能協(xié)同的信息服務(wù)，如圖7所示。

圖7 MEC與C-V2X融合場景

03 5G車聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)

5G對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了全面設(shè)計，可以對各類資源及QoS進(jìn)行端到端管理。網(wǎng)絡(luò)切片是SDN/NFV技術(shù)應(yīng)用于5G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵服務(wù)，一個網(wǎng)絡(luò)切片將構(gòu)成一個端到端的邏輯網(wǎng)絡(luò)，涵蓋所有網(wǎng)段，包括無線網(wǎng)絡(luò)、有線網(wǎng)絡(luò)、傳輸網(wǎng)、核心網(wǎng)、業(yè)務(wù)應(yīng)用，按切片需求方的需求靈活地提供一種或多種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，將所需的網(wǎng)絡(luò)資源靈活動態(tài)地在全網(wǎng)中面向不同的需求進(jìn)行分配及能力釋放，并進(jìn)一步動態(tài)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)連接，降低成本，提升效益。

網(wǎng)絡(luò)切片不是一個單獨的技術(shù)，它基于云計算、虛擬化、軟件定義網(wǎng)絡(luò)、分布式云架構(gòu)等幾大技術(shù)群實現(xiàn)，通過上層統(tǒng)一的編排讓網(wǎng)絡(luò)具備管理、協(xié)同能力，從而實現(xiàn)基于一個通用的物理網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)平臺，能夠同時支持多個邏輯網(wǎng)絡(luò)的功能。

網(wǎng)絡(luò)切片的能力包括超高帶寬、超低時延、海量連接、切片編排與自動部署、SLA性能保障、切片能力開放、切片商城。其中超高帶寬、超低時延、海量連接是5G提供的基礎(chǔ)能力，在網(wǎng)絡(luò)切片中也可以根據(jù)垂直行業(yè)需要進(jìn)行定制化的設(shè)計；切片編排與自動部署、SLA性能保障則是切片運維和運營需要的端到端核心能力，主要實現(xiàn)垂直行業(yè)應(yīng)用的快速創(chuàng)新和上線，并保證SLA滿足用戶的要求；切片能力開放和切片商城則是5G網(wǎng)絡(luò)切片的用戶側(cè)能力，主要提供網(wǎng)絡(luò)切片的用戶接口，方便用戶訂購、管理網(wǎng)絡(luò)切片，并和垂直行業(yè)自身的系統(tǒng)和應(yīng)用融合，打造行業(yè)的數(shù)字化應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)切片的工作流程如圖8所示。

圖8 網(wǎng)絡(luò)切片流程

5G網(wǎng)絡(luò)可以為車聯(lián)網(wǎng)提供eMBB、mMTC、URLLC不同類型的網(wǎng)絡(luò)切片。eMBB切片可以承載車載VR實時通信、全景合成等業(yè)務(wù)；mMTC切片可以承載汽車分時租賃等業(yè)務(wù)；URLLC切片可以承載AR導(dǎo)航等業(yè)務(wù)。

04 5G車聯(lián)網(wǎng)云平臺

統(tǒng)一的云平臺是未來車聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。云平臺作為連接網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用服務(wù)的橋梁，首先應(yīng)支持共性平臺建設(shè)，具有一定的通用性、靈活性、安全性以及穩(wěn)定性；其次需要保證各類用戶的體驗，具有網(wǎng)絡(luò)開放能力，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的互聯(lián)互通，支持泛在接入，通過模塊化實現(xiàn)云平臺的靈活彈性，保證用戶永遠(yuǎn)在線，并對客戶做出實時響應(yīng)；最后，要實現(xiàn)多場景支撐功能，例如主動安全、路徑規(guī)劃、共享數(shù)據(jù)以及協(xié)同感知等[5]。

車聯(lián)網(wǎng)云平臺作為車聯(lián)網(wǎng)V2X業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)能力平臺，旨在為V2X業(yè)務(wù)及上層應(yīng)用提供數(shù)據(jù)高并發(fā)接入、融合分析、高精度定位、網(wǎng)絡(luò)能力開放、邊緣計算、業(yè)務(wù)連續(xù)性保障等基礎(chǔ)能力，以滿足車聯(lián)網(wǎng)輔助駕駛、自動駕駛的業(yè)務(wù)需求[10]。

4.1?5G車聯(lián)網(wǎng)云平臺架構(gòu)[6]

5G車聯(lián)網(wǎng)云邊協(xié)同，可部署三級計算體系，其云平臺架構(gòu)如圖9所示。云中心平臺主要支撐全網(wǎng)業(yè)務(wù)，并提供全局管理功能，包括全網(wǎng)業(yè)務(wù)運營管理、全局交通環(huán)境感知及優(yōu)化、多級計算能力調(diào)度、應(yīng)用多級動態(tài)部署、跨區(qū)域業(yè)務(wù)及數(shù)據(jù)管理等功能。V2X區(qū)域中心平臺主要支撐省/市區(qū)域范圍內(nèi)業(yè)務(wù)，包括區(qū)域業(yè)務(wù)運營管理、區(qū)域交通環(huán)境感知及優(yōu)化、區(qū)域數(shù)據(jù)分析/開放/應(yīng)用托管、邊緣協(xié)同計算調(diào)度、V2X邊緣節(jié)點管理等功能，可服務(wù)對時延要求較高的業(yè)務(wù)場景。V2X邊緣節(jié)點主要支撐邊緣范圍內(nèi)高實時、高帶寬的V2X業(yè)務(wù)，包括邊緣范圍內(nèi)邊緣數(shù)據(jù)融合感知、動態(tài)全景感知圖構(gòu)建等功能，可服務(wù)于高級輔助駕駛和自動駕駛等應(yīng)用。

圖9 車聯(lián)網(wǎng)云平臺架構(gòu)

4.2 5G車聯(lián)網(wǎng)云平臺功能

車聯(lián)網(wǎng)云平臺提供網(wǎng)絡(luò)協(xié)同融合感知、實時計算/分析、數(shù)據(jù)存儲/開放、能力聚合/開放、資源調(diào)度、協(xié)同計算等多種基礎(chǔ)功能，同時，云平臺在參照多級架構(gòu)進(jìn)行部署時，各級平臺功能可依據(jù)所提供的應(yīng)用服務(wù)按需進(jìn)行部署，如圖10所示。

圖10?車聯(lián)網(wǎng)云平臺功能

4.3?5G車聯(lián)網(wǎng)云控平臺

云控平臺是通過“人車路網(wǎng)云一體化”，為智能駕駛提供協(xié)同感知、協(xié)同決策、協(xié)同控制服務(wù)的基礎(chǔ)性平臺。云控平臺采用自主可控、安全可靠的云控基礎(chǔ)軟件系統(tǒng)，建設(shè)邏輯統(tǒng)一、物理分散的云計算中心，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、開放共享的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)人、車輛、基礎(chǔ)設(shè)施、交通環(huán)境等領(lǐng)域的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)整合應(yīng)用，為智能汽車的研發(fā)制造、安全運行、交通管理、應(yīng)用服務(wù)等提供支撐。

5G車聯(lián)網(wǎng)云構(gòu)建的一體化開放數(shù)據(jù)公共服務(wù)平臺和云控平臺，如圖11所示，可為車載終端、一體化路側(cè)智能設(shè)施、第三方車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺提供高并發(fā)接入、實時計算、應(yīng)用托管、數(shù)據(jù)開放、決策控制等能力。海量微觀數(shù)據(jù)和宏觀數(shù)據(jù)，如微觀的個人駕駛行為數(shù)據(jù)，宏觀的交通數(shù)據(jù)等，將接入到云平臺。車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)經(jīng)過清洗、脫敏、建模、分析以及可視化后，一方面可用于提供一體化開放數(shù)據(jù)公共服務(wù)，衍生出大量面向主機(jī)廠、一級供應(yīng)商、運營商、行業(yè)客戶、政府管理者、普通消費者的增值服務(wù)；另外一方面可用于提供云控服務(wù)實現(xiàn)智能決策和實時調(diào)控。

圖11 一體化開放數(shù)據(jù)和云控平臺

05 5G車聯(lián)網(wǎng)安全

智能網(wǎng)聯(lián)汽車面臨諸多的信息安全威脅，包括外部威脅，如車聯(lián)網(wǎng)移動終端遠(yuǎn)程控制APP防護(hù)、充電樁操作系統(tǒng)防護(hù)和電量數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)加密傳輸、智能車鑰匙防止破解開鎖、OBD接口CAN報文防護(hù)等；終端威脅，如T-BOX威脅、IVI威脅、終端升級OTA（空中下載技術(shù)）威脅、車載OS威脅、接入風(fēng)險、傳感器風(fēng)險、車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)傳輸風(fēng)險、車載終端架構(gòu)的安全威脅等；網(wǎng)絡(luò)威脅，如認(rèn)證風(fēng)險（沒有驗證發(fā)送者的身份信息、偽造身份、動態(tài)劫持等）、傳輸風(fēng)險（車輛信息沒有加密或強(qiáng)度不夠、密鑰信息暴露、所有車型使用相同的對稱密鑰等）、協(xié)議風(fēng)險（一種協(xié)議偽裝成另一種協(xié)議等）；云端威脅，如數(shù)據(jù)隱私性、數(shù)據(jù)完整性、數(shù)據(jù)可恢復(fù)性等。

5.1 車聯(lián)網(wǎng)安全需求

車聯(lián)網(wǎng)主要從網(wǎng)絡(luò)通信、業(yè)務(wù)應(yīng)用、車載終端和路側(cè)設(shè)備三個方面保障LTE-V2X系統(tǒng)安全需求[7]。

（1）網(wǎng)絡(luò)通信安全需求

LTE-V2X網(wǎng)絡(luò)通信安全包含蜂窩通信接口通信安全和直連通信接口通信安全，在系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)滿足如下安全需求。

蜂窩通信接入過程中，終端與服務(wù)網(wǎng)絡(luò)之間應(yīng)支持雙向認(rèn)證，確認(rèn)對方身份的合法性。蜂窩通信過程中，終端與服務(wù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)對LTE網(wǎng)絡(luò)信令支持加密、完整性以及抗重放保護(hù)，對用戶數(shù)據(jù)支持加密保護(hù)，確保傳輸過程中信息不被竊聽、偽造、篡改、重放。

直連通信過程中，系統(tǒng)應(yīng)支持對消息來源的認(rèn)證，保證消息的合法性；支持對消息的完整性及抗重放保護(hù)，確保消息在傳輸時不被偽造、篡改、重放；應(yīng)根據(jù)需要支持對消息的機(jī)密性保護(hù)，確保消息在傳輸時不被竊聽，防止用戶敏感信息泄露。直連通信過程中，系統(tǒng)應(yīng)支持對真實身份標(biāo)志及位置信息的隱藏，防止用戶隱私泄露。

（2）業(yè)務(wù)應(yīng)用安全需求

基于云平臺的業(yè)務(wù)應(yīng)用與移動互聯(lián)網(wǎng)“云、管、端”的業(yè)務(wù)交互模式相同，故其安全需求與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)應(yīng)用層安全需求基本一致，需確保業(yè)務(wù)接入者及服務(wù)者身份的真實性、業(yè)務(wù)內(nèi)容訪問的合法性、數(shù)據(jù)存儲及傳輸?shù)臋C(jī)密性及完整性，平臺操作維護(hù)管理的有效性，并做好日志審計確保可追溯性。

基于直連通信的業(yè)務(wù)應(yīng)用具有新的特點，需要滿足傳輸帶寬、處理實時性等各方面要求，由此要求安全附加信息盡量精簡，運算處理時間盡量壓縮，以滿足車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)快速響應(yīng)的特點。在業(yè)務(wù)消息的傳輸過程中，系統(tǒng)還應(yīng)支持?jǐn)?shù)據(jù)源的認(rèn)證，保證數(shù)據(jù)源頭的合法性，防止假冒終端或偽造的數(shù)據(jù)信息；支持對消息的完整性及抗重放保護(hù)，防止消息被篡改、重放；根據(jù)需要可支持消息的機(jī)密性，保證消息在傳輸時不被竊聽，防止用戶私密信息泄露；同時支持對終端真實身份標(biāo)志及位置信息的隱藏，防止用戶隱私泄露。

（3）車載終端和路側(cè)設(shè)備安全需求

車載終端和UE型RSU具有很多共同的安全需求，其內(nèi)容涉及硬件設(shè)計、系統(tǒng)權(quán)限管理、運行環(huán)境安全、資源安全管理等方面，主要安全需求如下。

①應(yīng)注意有線和無線接口的安全防護(hù)。②應(yīng)具備對敏感數(shù)據(jù)的存儲和運算進(jìn)行隔離的能力。③應(yīng)支持系統(tǒng)啟動驗證功能，固件升級驗證功能，程序更新和完整性驗證功能以及環(huán)境自檢功能，確保基礎(chǔ)運行環(huán)境的安全。④應(yīng)支持訪問控制和權(quán)限管理功能。⑤應(yīng)具有安全信息采集能力和基于云端的安全管理能力。⑥應(yīng)具有入侵檢測和防御能力。

除了上述共同的安全需求外，UE型RSU還應(yīng)支持物理安全防護(hù)能力、防拆卸或拆卸報警能力、部署位置變動的報警能力等。eNB型RSU形態(tài)與eNB類似，應(yīng)參考現(xiàn)有eNB設(shè)備安全技術(shù)要求及安全防護(hù)要求進(jìn)行安全保護(hù)。

5.2 直連通信場景下應(yīng)用層安全機(jī)制[7]

為了實現(xiàn)OBU、RSU等V2X設(shè)備間的安全認(rèn)證和安全通信，LTE-V2X車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)使用基于公鑰證書的PKI機(jī)制確保設(shè)備間的安全認(rèn)證和安全通信，采用數(shù)字簽名等技術(shù)手段實現(xiàn)V2V/V2I/V2P直連通信安全。密碼算法應(yīng)采用國家密碼管理局批準(zhǔn)的國密算法，數(shù)字證書應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)或者行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。

為了能夠?qū)跀?shù)字證書的應(yīng)用層安全機(jī)制提供有效支撐，LTE-V2X車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)需要建立一套完整的CA管理系統(tǒng)，實現(xiàn)證書頒發(fā)、證書撤銷、終端安全信息收集、數(shù)據(jù)管理、異常分析等一系列與安全相關(guān)的功能，確保V2X業(yè)務(wù)的安全。“四跨”測試驗證安全基礎(chǔ)PKI/CA系統(tǒng)，包括偽造限速預(yù)警防御（在路邊配置一個攻擊RSU，廣播偽造限速信息20km/h，演示車輛能夠過濾不可信的RSU消息）、偽造紅綠燈信息防御（在非交叉路口配置一個攻擊RSU，持續(xù)廣播信號燈消息，演示車輛在通過該點位過程中，不觸發(fā)任何紅綠燈相關(guān)預(yù)警和提示）、偽造緊急車輛防御（在路側(cè)放置一臺不可信OBU，未實現(xiàn)通信安全身份認(rèn)證機(jī)制，持續(xù)對外廣播偽造的緊急車輛消息，演示車輛路過時，不會觸發(fā)前向碰撞預(yù)警）、偽造前向碰撞預(yù)警防御（在路側(cè)放置一臺不可信OBU，未實現(xiàn)通信安全身份認(rèn)證機(jī)制，持續(xù)對外廣播偽造的前方車輛消息，演示車輛路過時，不會觸發(fā)前向碰撞預(yù)警）。

引入滿足LTE-V2X場景的消息認(rèn)證專用安全芯片，存儲個人身份證書和簽名私鑰，提供數(shù)字簽名、簽名驗證和數(shù)據(jù)加解密等密鑰服務(wù)。智能網(wǎng)聯(lián)汽車在周邊有200臺其他智能網(wǎng)聯(lián)汽車的極端情況下，實現(xiàn)V2V功能，每秒鐘將接收200×10=2000條消息，因此安全芯片需要保障性能、算法功能、可靠性、安全性及應(yīng)用能力。

06 5G車聯(lián)網(wǎng)高精度定位[8]

定位技術(shù)是車聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，是實現(xiàn)車輛安全通行的重要保障。在車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，不同的應(yīng)用場景對定位的要求也不同。例如輔助駕駛對車的定位精度要求在米級，而自動駕駛業(yè)務(wù)對定位的精度要求為亞米級甚至厘米級。雖然不同應(yīng)用對定位精度要求不同，但定位的連續(xù)性是車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)安全可靠的必要前提，考慮到環(huán)境（遮擋、光線、天氣）、成本以及穩(wěn)定性等因素，單純采用某一種定位技術(shù)并不能滿足車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的定位需求。

根據(jù)場景以及定位性能的需求不同，車輛定位方案是多種多樣的。在大多數(shù)的車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景中，通常需要通過多種技術(shù)的融合來實現(xiàn)精準(zhǔn)定位，包括GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）、無線電（蜂窩網(wǎng)、局域網(wǎng)等）、慣性測量單元（IMU）、傳感器以及高精度地圖。其中，GNSS或其差分補(bǔ)償RTK（實時動態(tài)），是最基本的定位方法。考慮到GNSS技術(shù)在遮擋場景、隧道以及室內(nèi)的不穩(wěn)定性（或不可用），其應(yīng)用場景受限于室外環(huán)境。基于傳感器的定位是車輛定位的另一種常見方法，然而高成本和對環(huán)境的敏感性也限制了其應(yīng)用前景。通常，GNSS或傳感器等單一技術(shù)難以滿足現(xiàn)實復(fù)雜環(huán)境中車輛高精度定位的要求，無法保證車聯(lián)網(wǎng)定位的穩(wěn)定性。因此會通過其他輔助方法如慣性導(dǎo)航、高精度地圖等，以滿足高精度定位需求。

6.1 車聯(lián)網(wǎng)定位需求

車聯(lián)網(wǎng)主要應(yīng)用場景有交通安全業(yè)務(wù)、交通效率業(yè)務(wù)、信息服務(wù)業(yè)務(wù)三大類，各類中典型業(yè)務(wù)對定位的需求如表1所示。

表1?C-V2X主要應(yīng)用場景及定位指標(biāo)

同時，自動駕駛作為車聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用已經(jīng)逐步滲透到人們的生活中，封閉或半封閉園區(qū)的無人擺渡、無人清掃、無人派送，以及礦區(qū)的無人采礦、無人運輸?shù)?#xff0c;已經(jīng)成為無人駕駛的典型應(yīng)用。高精度定位是實現(xiàn)無人駕駛或者遠(yuǎn)程駕駛的基本前提，因此自動駕駛對定位性能的要求也非常嚴(yán)苛，其中L4/L5級自動駕駛對于定位的需求如表2所示。

表2?L4/L5級自動駕駛汽車定位指標(biāo)

6.2 基于RTK差分系統(tǒng)的GNSS定位

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System,GNSS）是能在地球表面或近地空間的任何地點為用戶提供全天候的三維坐標(biāo)、速度以及時間信息的空基無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，包括美國的GPS、俄羅斯的格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GLONASS）、歐洲的伽利略系統(tǒng)（GALILEO）和中國的北斗系統(tǒng)（BDS）。

高精度GNSS增強(qiáng)技術(shù)通過地面差分基準(zhǔn)參考站進(jìn)行衛(wèi)星觀測，形成差分改正數(shù)據(jù)，再通過數(shù)據(jù)通信鏈路將差分改正數(shù)據(jù)播發(fā)到流動測量站，進(jìn)而流動測量站根據(jù)收到的改正數(shù)進(jìn)行定位。

6.3 傳感器與高精地圖匹配定位

視覺定位是通過攝像頭或激光雷達(dá)等視覺傳感器設(shè)備獲取視覺圖像，再提取圖像序列中的一致性信息，根據(jù)一致性信息在圖像序列中的位置變化估計車輛的位置。根據(jù)事先定位所采用的策略，視覺定位可分為基于路標(biāo)庫和圖像匹配的全局定位、同時定位與地圖構(gòu)建的SLAM（即時定位與地圖構(gòu)建）、基于局部運動估計的視覺里程計三種方法。

①全局定位。全局定位需要預(yù)先采集場景圖像，建立全局地圖或路邊數(shù)據(jù)庫，當(dāng)車輛需要定位時，將當(dāng)期位置圖像與路邊數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配，再估計當(dāng)期圖像與對應(yīng)路邊之間的相對位置，最終得到全局的定位信息。

②V-SLAM。同時定位與地圖構(gòu)建基于采集到的視覺信息，在車輛行駛的過程中對經(jīng)過的區(qū)域進(jìn)行地圖構(gòu)建和定位。

③視覺里程計。視覺里程計（VO）是以增量式地估計移動機(jī)器人的運動參數(shù)。視覺里程計關(guān)注如何計算圖像序列中相鄰圖像間所反映出的機(jī)器人位姿變化，并將局部運動估計的結(jié)果累積到車輛軌跡中。

參考文獻(xiàn)

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[6]中國移動.中國移動車聯(lián)網(wǎng)V2X平臺白皮書[R].2019.

[7]IMT-2020（5G）推進(jìn)組.LTE-V2X安全技術(shù)[R].2019.

[8]IMT-2020（5G）推進(jìn)組.車輛高精度定位白皮書[R].2019.

總結(jié)

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