沿高速公路部署的車聯網關鍵技術

李永萍 柳震

摘 要：近年來，車聯網被認為是物聯網體系中最有產業潛力、市場需求最明確的領域之一，對促進汽車和信息通信產業創新發展，構建汽車和交通服務新模式新業態，推動自動駕駛技術創新和應用，提高交通效率和安全水平具有重要意義。文章簡要介紹了車聯網的定義，分析了車聯網要素以及沿高速公路部署的車聯網關鍵技術，并對車聯網的發展前景進行了展望。

關鍵詞：車聯網；高速公路；關鍵技術

車聯網正在催生大量新技術、新產品、新服務。同時，車聯網技術向著智能化、網聯化方向演進，車載通信、新型汽車電子、車載操作系統、服務平臺、安全等關鍵技術成為研究熱點。車聯網產業鏈條長，角色豐富，跨界融合特征突出[1]。信息通信技術（Information Communications Technology，ICT）產業與汽車、交通產業走向深度融合，新型汽車電子產品、車/路通信服務正在形成產業規模，汽車和交通服務創新日趨活躍，全新的產業生態即將構建。網絡連接、汽車智能化、服務新業態是車聯網的3個核心。

1 車聯網的定義

車聯網的定義是：借助新一代信息和通信技術，實現車內、車與車、車與路、車與人、車與服務平臺的全方位網絡連接，提升汽車智能化水平和自動駕駛能力，構建汽車和交通服務新業態，從而提高交通效率，改善汽車駕乘感受，為用戶提供智能、舒適、安全、節能、高效的綜合服務[2]。

2 車聯網關鍵要素

車聯網主要包括人、車、路、通信、服務平臺五類要素?！叭恕笔堑缆翻h境參與者和車聯網服務使用者；“車”是車聯網的核心，主要涉及車輛聯網和智能系統；“路”是車聯網業務的重要外部環境之一；“通信”是信息交互的載體，打通車內、車際、車路、車云信息流；“服務平臺”是實現車聯網服務能力的業務和數據載體。

3 沿高速公路部署的車聯網關鍵技術概述

車聯網關鍵技術分布在“端—管—云”3個層面：“端”層面關鍵技術包括汽車電子、車載操作系統技術等；“管”層面關鍵技術包括4G/5G車載蜂窩通信技術、LTE-V2X直連無線通信技術等；“云”層面管理多業務支持的車聯網平臺技術是核心。高速公路是一個與城市內道路場景迥然不同的車聯網應用場景，因其路上少量的交通信號、無行人、無非機動車輛、無交叉路口以及高車速等特性，使其在部署車聯網技術上要充分考慮應用場景。路側部署的技術一般來講是V2I及V2N范疇，本文主要討論LTE-V2X、5G應用、車路協同、邊緣計算及衛星通信。

3.1 LTE-V2X技術

通過共享信息使得交通運輸更安全、更環保和更智能是未來交通發展的方向。車輛與路上其他事物（行人、車輛、路側設備、網絡等）可以通過信息共享，實現減少交通擁堵、減輕交通對環境的影響從而減少致命交通事故的數量，以及獲得其他信息服務[3]。個人用戶如果要實現單臺車輛的自動駕駛，車輛必須具備強大的感知系統，能夠觀察周圍的環境情況且觀察范圍不局限于近處，所以除了車輛需要配置大量的車載傳感器外，V2X技術也是自動駕駛的一個重要感知手段。

支撐信息共享的一種關鍵技術是無線通信，涵蓋車到車（V2V）通信、汽車到行人（V2P）通信、汽車到基礎設施（V2I）通信以及基礎設施到汽車（I2V）通信，這些被總稱為汽車到萬物或V2X通信。

V2X技術需要在動態的環境中可靠地工作，在發射機和接收機之間具有較高通信速度，支持在高速公路和隧道等安全相關應用中提供極低的延時。

3.2 5G應用

5G技術研發進展迅速，與汽車和交通應用結合越來越緊密。目前汽車聯網以2G/3G/4G蜂窩通信技術為主，汽車行業已經將聯網功能作為汽車產品的重要技術特性，實現定位導航、遠程通信、智能交通、車載娛樂、車輛診斷遠程控制、車隊管理和緊急救援等功能[4]。5G通信技術充分考慮汽車、交通產業需求，“高可靠低時延”成為ITU定義的5G三大應用場景之一，也是我國確定的四大應用場景之一。

2018年6月，工業和信息化部與國家標準化管理委員會印發《國家車聯網產業標準體系建設指南（總體要求）》等系列文件，指南中明確指出“制定基于LTE-V2X的無線通信網絡建設及關鍵技術標準體系，探索5G技術在車聯網產業領域的應用”。

3.3 車路協同

車路協同是采用先進的無線通信和新一代互聯網等技術，全方位實施車車、車路動態實時信息交互，并在全時空動態交通信息采集與融合的基礎上開展車輛主動安全控制和道路協同管理，充分實現人車路的有效協同，保證交通安全，提高通行效率，從而形成的安全、高效和環保的道路交通系統[5]。

要實現車路協同，意味著除智能車輛之外，需要建設智能路側設備，收集汽車行駛過程中的信息并提供決策信息。同時，還需要能夠連接車輛及路側設備的網聯數據中心。通信方面，需要搭配多模式、高可靠的無線通信技術。當車—車、車—路之間可以信息交互后，就可以形成協同安全，從被動安全轉變為主動安全。

3.4 邊緣計算

車聯網業務中有關駕駛安全類業務的主要特征是低時延、高可靠。在時延需求上，輔助駕駛要求20～100 ms，而自動駕駛要求時延可低至3 ms。邊緣云是在現有移動網絡中實現低時延業務的使能技術之一。

邊緣計算是在靠近人、物或數據源頭的網絡邊緣側，融合網絡、計算、存儲、應用核心能力的開放平臺，就近提供邊緣智能服務，滿足行業數字化在敏捷連接、實時業務、數據優化、應用智能、安全與隱私保護等方面的關鍵需求。

邊緣云計算通過將本地云平臺下沉在基站側，可為移動終端提供低時延業務。通過LTE蜂窩網絡和邊緣計算車聯網平臺的本地計算，在緊急情況對下發警告等服務駕駛信息給車載單元，相比現有網絡時延，車到車時延可降低至20 ms以內，大幅度減少車主反應時間。此外，通過邊緣計算車聯平臺還可實現路徑優化分析，行車與停車引導，安全輔助信息推送和區域交通服務指引等。

3.5 衛星通信

當前主流的車聯網通信方式主要采用3G或4G LTE連接，但衛星車聯網的長遠應用潛力仍然存在，目前美國SpaceX準備發射并構建Starlink小型衛星網絡（由4425顆衛星組成），并將上述衛星送入近地軌道中，我國也提出了“行云”“虹云”低軌通信衛星星座，均旨在提供持續的全球寬帶服務。利用衛星網絡采集數據后，車聯網的網絡覆蓋及性能將不受地面網絡部署情況的約束，進一步提升邊遠地區作業車輛的信息化水平。

衛星在車聯網中的另一個重要應用是能夠提供精準的位置信息，有些車企的自動駕駛是建立在高度精準地圖的基礎上，通過實時掌握車輛在地圖中的準確位置來推送與之相關的信息，進而包括未來的對車輛的完全控制，最終實現自動駕駛。

衛星車聯網目前的主要應用場景是預測性車輛診斷和維護、安全檢查、遠程信息處理等不需要大帶寬傳輸的應用。

4 結語

近年來，隨著自動駕駛、物聯網技術的快速發展，車聯網成為國內外新一輪科技創新和產業發展的必爭之地。雖然目前車聯網領域還面臨一些障礙，但是在政策與市場的雙重驅動下，發展前景依然非常值得期待，車聯網產業步入發展快車道。車聯網技術向著智能化、網聯化方向演進，車載操作系統、新型汽車電子、車載通信、服務平臺、安全等關鍵技術成為研究熱點。期待在不久的將來，車聯網技術可以真正在高速公路落地，早日實現智慧高速的愿景，降低交通事故，提交交通運輸效率。

[參考文獻]

[1]張繼文，張海濤.車聯網關鍵技術與應用[J].電子技術與軟件工程，2017（7）：257.

[2]李雨宣，周桐.車聯網體系架構研究[J].科技展望，2016（29）：146.

[3]黃鴻基，王雨菡，程鑠雅，等.車聯網特點與發展趨勢[J].中國新技術新產品，2016（15）：169-172.

[4]章如峰，宋婷，吳昊旻，等.車聯網產業發展與市場前景分析[C].北京：第八屆中國智能交通年會，2013.

[5]李克強，戴一凡，李升波，等.智能網聯汽車（ICV）技術的發展現狀及趨勢[J].汽車安全與節能學報，2017（1）：16-17.