車載應(yīng)急通信技術(shù)與測試方法介紹

陳　珺　中國信息通信研究院泰爾終端實驗室主任工程師吳　文　中國信息通信研究院泰爾終端實驗室高級工程師果　敢　中國信息通信研究院泰爾終端實驗室主任

車載應(yīng)急通信技術(shù)與測試方法介紹

陳珺中國信息通信研究院泰爾終端實驗室主任工程師
吳文中國信息通信研究院泰爾終端實驗室高級工程師
果敢中國信息通信研究院泰爾終端實驗室主任

隨著車載信息技術(shù)的發(fā)展，車載應(yīng)急通信技術(shù)與標準化進展正推動全球車載應(yīng)急產(chǎn)品和商用化部署的實現(xiàn)。本文對車載應(yīng)急技術(shù)、標準、測試方法、國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)化進展進行了分析和研究。

eCall；ERA_GLONASS；緊急呼叫

1　引言

近幾年，擴展汽車通信功能應(yīng)用的車聯(lián)網(wǎng)話題急速升溫，汽車產(chǎn)業(yè)與通信信息產(chǎn)業(yè)的結(jié)合是通信業(yè)發(fā)展新的契機，也為汽車行業(yè)帶來了高新信息技術(shù)應(yīng)用的無限前景，同時也存在跨行業(yè)合作的復雜性。目前，車聯(lián)通信系統(tǒng)的應(yīng)用遍布汽車駕駛、多媒體娛樂、交通信息交互、應(yīng)急救援的通信應(yīng)用等。本文從車載應(yīng)急通信系統(tǒng)出發(fā)，從車載應(yīng)急通信的技術(shù)特性、國內(nèi)外標準、檢測產(chǎn)業(yè)進展等方面進行分析介紹。

車載應(yīng)急通信系統(tǒng)主要功能模塊包括自動緊急呼叫通信功能和定位功能兩個模塊。在發(fā)生嚴重交通事故后，即使司機和乘客失去知覺不能撥打電話，這一系統(tǒng)通過對碰撞力度的感應(yīng)觸發(fā)，基于以上兩個通信功能模塊，能夠自動撥叫統(tǒng)一的應(yīng)急救援平臺的緊急救援電話，并且同時報告事故車輛所處的位置信息（見圖1）。該系統(tǒng)對應(yīng)急通信的處理具有自動化和及時的特性，使得緊急事故的信息發(fā)送快速，同時因自動包含事發(fā)位置信息，可大大縮短救援時間。歐盟委員會曾在致力推動該系統(tǒng)在歐洲的普遍使用的政策研究中，提到采用這套系統(tǒng)，有可能使發(fā)生道路交通事故后的救援時間節(jié)省40%以上。

圖1　車載應(yīng)急通信系統(tǒng)（來自www.heero-pilot.eu）

2　車載應(yīng)急通信技術(shù)及標準現(xiàn)狀

2.1技術(shù)發(fā)展背景

車載應(yīng)急通信系統(tǒng)的技術(shù)近年在歐洲和俄羅斯發(fā)展迅速。早在 2005年歐盟委員會（European Commission）提出建立車載緊急呼叫業(yè)務(wù)eCall的需求，希望在歐洲范圍內(nèi)統(tǒng)一實施部署車載緊急呼叫服務(wù)系統(tǒng)。為了推廣這項重要的道路安全措施，2005年歐盟委員會將技術(shù)標準任務(wù)下達至ETSI/3GPP（ETSI歐洲電信標準協(xié)會），對eCall技術(shù)通信標準體系進行開發(fā)建設(shè)；2008年，ETSI/3GPP開始發(fā)布eCall通信模塊技術(shù)系列標準；2011年，歐洲9國共同成立HeERO（泛歐州車車載緊急呼叫業(yè)務(wù)）聯(lián)盟，召集各國汽車行業(yè)和通信行業(yè)的公司組織共同加入對eCall的系統(tǒng)性推廣建設(shè)，致力于建立一個在歐洲范圍內(nèi)可實現(xiàn)互操作的互聯(lián)互通的車載應(yīng)急通信大系統(tǒng)。HeERO聯(lián)盟的任務(wù)包括對eCall業(yè)務(wù)系統(tǒng)的模式設(shè)計和部署規(guī)劃、技術(shù)標準的起草推動、技術(shù)試驗測試、試商用推廣等。截止到2015年，HeERO已經(jīng)發(fā)展到16個國家范圍和包含車和通信行業(yè)在內(nèi)的43個產(chǎn)業(yè)合作伙伴的加盟。

此外，俄羅斯近年大力發(fā)展車載應(yīng)急通信系統(tǒng)，基于俄羅斯的GLONASS定位衛(wèi)星系統(tǒng)，提出ERA_GLONASS車載應(yīng)急通信系統(tǒng)，其技術(shù)方案與歐洲eCall系統(tǒng)技術(shù)方案類似，也即在發(fā)生嚴重交通事故后，通過該系統(tǒng)也能夠自動撥叫俄羅斯緊急救援電話，并且報告事故車輛所處的位置和車倆信息，其定位衛(wèi)星技術(shù)明確使用的是俄羅斯的衛(wèi)星定位GLONASS系統(tǒng)。目前，俄羅斯已經(jīng)啟動了對ERA_GLONASS技術(shù)的強制要求。

2.2技術(shù)原理簡介

車載應(yīng)急通信技術(shù)（eCall技術(shù)）的設(shè)計主要包含兩條通信路徑：如圖2所示，一條路徑為通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)撥打語音緊急呼叫，這個過程與蜂窩網(wǎng)絡(luò)緊急呼叫的實現(xiàn)原理一致；另一條路徑是通過衛(wèi)星通信系統(tǒng)截取的定位信息，將位置信息及相關(guān)車輛信息打包成規(guī)范化格式的數(shù)據(jù)信息單元通過蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)傳送給應(yīng)急業(yè)務(wù)平臺。通過這兩個通信路徑，當汽車發(fā)生緊急情況（如碰撞），人為或自動的觸發(fā)應(yīng)急狀態(tài)，將終端模塊當前的位置信息通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)傳送給應(yīng)急業(yè)務(wù)平臺，同時發(fā)起緊急呼叫，聯(lián)絡(luò)到應(yīng)急業(yè)務(wù)平臺，在盡量短時間內(nèi)完成事故上報。

2.3技術(shù)標準發(fā)展狀態(tài)

3GPP作為eCall技術(shù)的國際標準制定的委托組織，從2005年起開展eCall技術(shù)的標準化工作，陸續(xù)推出系列eCall系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信傳送技術(shù)標準。系列標準的主要功能目標是定義兩條通信通路（定位信息和緊急呼叫）如何協(xié)調(diào)統(tǒng)一的工作。

eCall在通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的實現(xiàn)主要分別架設(shè)在兩個功能實體（見圖3），一個是車載系統(tǒng)（IVS-In-Vehicle System），一個是公共安全應(yīng)答業(yè)務(wù)系統(tǒng)（PSAP-PublicSafety Answering Point）。兩個功能實體通過GPS衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)和PLMN公共（蜂窩）電信網(wǎng)絡(luò)進行連接。

圖2　車載應(yīng)急通信系統(tǒng)兩條通信路徑（來自3GPPTS26.267）

圖3　車載應(yīng)急通信系統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)架構(gòu)（來自3GPPTS26.267）

ETSI/3GPP制定的eCall技術(shù)標準詳細對IVSData Modem和PSAP Data Modem兩個功能實體進行了最小數(shù)據(jù)單元（MSD-Minimum Set of Data）的結(jié)構(gòu)設(shè)計、字段內(nèi)容定義以及發(fā)送接收的流程的全面定義，系列標準參見表1。

緊急呼叫的流程因在3GPP標準體系早有定義，故此系列標準不再重新定義該部分，而是重點關(guān)注于MSD傳輸以及其與緊急呼叫過程之間的同步配合。圖3清晰地描述了MSD與Speech語音呼叫之間以時間分割開關(guān)來完成協(xié)調(diào)同步的通信。

表1　系列標準

eCall技術(shù)發(fā)展已歷經(jīng)11年，其技術(shù)演進依托于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)進步。3GPP將eCall技術(shù)分成兩個發(fā)展階段：In-BAND eCall和演進的 NG eCall（Next GenerationeCall）；目前，In-BANDeCall為發(fā)展階段，即上文所描述的基于2G或3G蜂窩移動通信系統(tǒng)將語音和數(shù)據(jù)包MSD打包一起進行傳輸，并支持網(wǎng)絡(luò)向車載系統(tǒng)詢問信息的交互；NGeCall則被放到3GPPR14技術(shù)版本進行標準化工作，NGeCall將納入IMS語音及多媒體形式的數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)更高性能的報警傳輸。NGeCall目前還處于技術(shù)設(shè)計和標準化工作中。

此外，歐洲標準化委員會CEN也對eCall在高層應(yīng)用要求，運營要求和數(shù)據(jù)傳送及端到端測試方面開展了標準的起草編制工作。目前，eCall的CEN系列標準包括如下：

●CEN EN 15722：Intelligent Transport SystemseSafety-eCall minimum set of data（MSD）。

●CEN EN 16062：eCall High Level Application Requirements（HLAP）。

●CEN EN 16072：PanEuropean eCall-operating requirements。

●EN/ISO24978：ITS Safety&emergency messages usinganyavailablewireless media-Dataregistry procedures。

● CEN TS 16454：Intelligent transport systemseSafety-eCallend to end conformance testing。

其中，CENTS16454標準是eCall系統(tǒng)的通信模塊的主要測試標準，其內(nèi)容為對車載終端（IVS）和業(yè)務(wù)系統(tǒng)（PSAP）進行包括注冊、業(yè)務(wù)觸發(fā)、SIM/USIM卡一致性、MSD傳送、語音呼叫等系列流程在內(nèi)的端到端的一致性測試方法。

3GPP技術(shù)標準體系與CEN技術(shù)產(chǎn)品標準共同實現(xiàn)了eCall清晰完整的技術(shù)和測試規(guī)范，為eCall的產(chǎn)品研發(fā)和網(wǎng)絡(luò)部署提供了技術(shù)依據(jù)。

俄羅斯的ERA_GLONASS系列技術(shù)標準由俄羅斯國家標準起草機構(gòu)Interstate Standard起草編制，以測試標準為例，內(nèi)容涵蓋電磁兼容性、功能和協(xié)議、導航模塊等各類測試，目前GOST系列測試標準如下：

●GOSTR54618-2011：耐氣候和機械因素以及電磁兼容性測試Resistance to climatic and mechanical factors&EMC（Electro Magnetic Compatibility）。

●GOSTR 55530功能和協(xié)議測試Functional and Protocol Testing。

●GOSTR55531電話揚聲器測試Speakerphone。

●GOSTR55532碰撞檢測Collision Detection。

●GOST R 55533通信模塊 Communication Modules（GS、UMTS）。

●GOST R 55534導航模塊，含俄羅斯衛(wèi)星定位GLONASS系統(tǒng)和全球定位GPS系統(tǒng)Navigation module。

其中，GOSTR55530-2013和GOSTR55533-2013標準包含了對蜂窩通信功能模塊的主要檢測內(nèi)容，其內(nèi)容類似CENTS16454標準，包括對車載終端（IVS）和業(yè)務(wù)系統(tǒng)（PSAP）進行包括注冊、業(yè)務(wù)觸發(fā)、MSD傳送、語音呼叫等系列信令流程相關(guān)的測試方法。

3　車載應(yīng)急通信模塊測試方法介紹

車載應(yīng)急通信模塊測試方法在CENTS16454標準中進行了詳細描述，CENTS16454標準包含IVS終端模塊的整體工作流程的測試，對于理解eCall業(yè)務(wù)模式比較完整。本部分重點對此標準所設(shè)計的測試方法進行介紹。

CENTS16454標準的定義方法包括每個測試用例的準備條件、測試步驟及結(jié)果判定。該標準將eCall服務(wù)提供鏈條上的參與實體的職責進行了明確的定義和劃分，分別為車載系統(tǒng)（IVS）、移動通信網(wǎng)絡(luò)（MNO）、公共安全應(yīng)答平臺（PSAP）和第三方服務(wù)提供商（TPSP）。IVS包含兩種不同接入方式接入不同的業(yè)務(wù)平臺，Pan European與PSAP公共安全應(yīng)答平臺連接，TPS與第三方服務(wù)提供商連接。同時，CENTS16454標準為每個eCall服務(wù)參與實體都制定了詳細的測試方案。

車載系統(tǒng)IVS與PASP之間通信協(xié)議的測試是通過在協(xié)議流程上的每個關(guān)鍵環(huán)節(jié)設(shè)置一系列的檢查點，來檢查車載系統(tǒng)的行為是否滿足要求。例如，在出現(xiàn)緊急情況時是否能自動撥打語音電話，是否能自動發(fā)送MSD數(shù)據(jù)包等。

在遇到緊急情況時，MSD（Minimum Set of Data）能否被正常發(fā)送到PSAP非常關(guān)鍵。MSD雖然只有短短的140個字節(jié)，但其中包含了關(guān)系到是否能及時采取正確的方式對事故進行處理及營救的極為重要的信息，如事故發(fā)生的時間、地點，事故車輛的品牌、車型及顏色。

以測試對象之一的車載模塊系統(tǒng)IVS為例，設(shè)計一個MSD消息發(fā)送的測試用例。其中，IVS終端模塊作為被測對象，其他參與主體用儀表進行模擬，作為測試設(shè)備。IVS與PASP之間的通信協(xié)議流程，測試目的為驗證IVS能否正常發(fā)送MSD消息，測試步驟設(shè)計如下：

（1）PSAP向IVS發(fā)送“Send MSD”請求。

（2）收到該請求，IVS將語音通話置于靜音模式。

（3）IVS發(fā)送MSD數(shù)據(jù)。

（4）PSAP確認收到MSD。

（5）IVS停止發(fā)送MSD。

（6）PSAP檢查MSD數(shù)據(jù)的有效性及完整性。

（7）IVS接收PASP關(guān)于MSD數(shù)據(jù)有效性的反饋。

（8）IVS啟動語音模式。

（9）AP也啟動語音模式。

（10）VS與PSAP之間的語音通話是否正常。

4　國內(nèi)外車載應(yīng)急產(chǎn)品和技術(shù)標準化進展

國內(nèi)目前在車載應(yīng)急安全方面主要基于目前各類信息技術(shù)的組合應(yīng)用，如兩客一危系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要結(jié)合多媒體技術(shù)于一體化的智能車載設(shè)備，并與后臺的服務(wù)和監(jiān)控平臺聯(lián)網(wǎng)，完成對車輛及駕駛的安全監(jiān)控和應(yīng)急防范。

圖4中的一體化智能車載系統(tǒng)，能將車輛上所需的各種功能高度集成，用單一設(shè)備即可完成多種智能化功能，包括客流分析、駕駛員疲勞檢測系統(tǒng)、身份認證等，同時又配置了常規(guī)車載系統(tǒng)中所必須有的視頻監(jiān)控錄像系統(tǒng)、GPS系統(tǒng)、報警系統(tǒng)等，設(shè)備多種功能高度集成后，能帶來一定的便利性、功能多樣性、低成本的優(yōu)勢，但對應(yīng)急緊急處理全程全網(wǎng)和實時救援還有待新技術(shù)的支撐。

圖4　一體化智能車載系統(tǒng)

近幾年，與eCall和ERA_GLONASS技術(shù)類似的車載應(yīng)急通信技術(shù)標準建設(shè)在“車載信息服務(wù)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用聯(lián)盟（TIAA）”旗下的eCall技術(shù)工作子組中有所推動。該子組起草了《緊急救援系統(tǒng)車載子系統(tǒng)技術(shù)要求》，對車載應(yīng)急通信功能的要求進行了初步定義。同時，CCSA（中國通信標準化協(xié)會）的ST3（應(yīng)急組）也起草了《個人緊急情況下報警及位置信息傳送技術(shù)要求》系列標準，其中對移動終端的定義范圍涵蓋了車載終端。因為跨行業(yè)的技術(shù)討論合作和標準化組織的多樣性，需要國內(nèi)產(chǎn)業(yè)界更緊密的合作，來推動國內(nèi)eCall技術(shù)標準的盡快制定以支持產(chǎn)業(yè)的部署和產(chǎn)品商用化實現(xiàn)。

歐盟委員會多年來通過制定政策和推動行業(yè)，也逐步實現(xiàn)了eCall技術(shù)體系的不斷完善并將其納入強制范圍。回顧2005年以來歐盟委員會屢次將eCall提到重要的討論議程上，在2009年引入eCall系統(tǒng)的4年進展報告中委員會曾提到：項目推廣初始，以企業(yè)和個人自愿的方式加入十分無效，因而必須考慮強制措施。2012年7月，歐洲議會通過了一項決議，敦促委員會提交一份提案——要求所有成員國新批準的汽車搭載112-eCall系統(tǒng)；2012年11月，歐盟委員會再次提出推廣eCall系統(tǒng)也作為歐盟汽車業(yè)的一個重點項目進行建設(shè)。至此，可以預見2018年將在歐洲范圍內(nèi)實現(xiàn)eCall汽車配件產(chǎn)品的大規(guī)模強制檢測認證，屆時歐盟境內(nèi)所銷售的新家用車和輕型乘用車都必須安裝緊急救援呼叫系統(tǒng)，以最大限度地減少道路交通事故中因救援遲緩造成的人員死亡。作為一個重要的道路安全措施，同時還要考慮現(xiàn)有車載系統(tǒng)的設(shè)備升級或后裝市場的推動。在PSAP業(yè)務(wù)系統(tǒng)方面也需要進行全面的建設(shè)部署和完善。

俄羅斯的ERA_GLONASS商業(yè)部署目前進展非常快速，自2015年俄羅斯政府強制要求政策確定后，目前進入俄羅斯市場的汽車產(chǎn)品被強制要求通過ERA_GLONASS系列標準要求的檢測，檢測認證由俄羅斯政府官方授權(quán)的檢測實驗室完成。

5　結(jié)束語

國內(nèi)車載應(yīng)急系統(tǒng)目前還處于標準研究和制定階段。在定位系統(tǒng)方面，中國北斗導航衛(wèi)星系統(tǒng)（BDS）已經(jīng)在亞太區(qū)域開通運行，俄羅斯GLONASS衛(wèi)星在全球運行并對車載應(yīng)急通信系統(tǒng)展開了應(yīng)用，這對中國北斗來說，具有一定參考性；在蜂窩網(wǎng)絡(luò)方面，國內(nèi)GSM、UMTS以及LTE的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展也已成熟，并與全球蜂窩網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用同步，借鑒eCall和ERA_GLONASS的技術(shù)和設(shè)備測試的經(jīng)驗，可大大縮短我國車載應(yīng)急通信產(chǎn)業(yè)的部署周期，從而使得車載應(yīng)急通信技術(shù)能盡快步入商用，服務(wù)大眾。

［1］CENEN 15722. Intelligent Transport Systems - eSafety - eCall minimum set of data（MSD）.

［2］CENEN 16072.PanEuropeane Call-operating requirements.

［3］CEN TS 16454. Intelligent transport systems - eSafety - eCall end to end conformance testing.

［4］GOST R 55530 Functional and protocol testing.

［5］3GPPTS26.267 eCall Data Transfer In-band modem solution General description.

Introduction of eCall technology and test methods

CHEN Jun，WU Wen，GUO Gan

With the rapid development of in- vehicle communication technology， progress of technical research and stand ardization of eCall system have promoted the industry of in-vehicle communication safety system. This paper introduces eCall technology， standards， test specification and domestic and foreign industry status.

eCall；ERA_GLONASS；emergency call

2016-04-25）