淺談V2X 在車載網絡技術中的應用

陳陽

（寧波瀚科高分子材料有限公司，寧波 315000）

主題詞：V2X V2V 車聯(lián)網 短程通信技術標準（DSRC）

1 V2X介紹

V2X技術近20年來，隨著車載芯片技術和通訊技術的革新，呈現出跨越式的發(fā)展。目前一輛乘用車上的芯片用量約為100顆，業(yè)內預計到2020年，車內芯片數量將增加到1000顆。特別是在駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、V2X、新能源汽車等方面。芯片技術的普及和應用將大幅度降低V2X的實施難度和成本，實現車與人，車與環(huán)境的無縫互聯(lián)。

1.1 V2X的定義

V2X是指車對外界的信息交換，是一系列車載通訊技術的總稱。V2X包含汽車對汽車（V2V）、汽車對道路設備（V2R）、汽車對基礎設施（V2I）、汽車對行人（V2P）、汽車對機動車（V2M）及汽車對公交車（V2T）等六大類[1]。

V2X的實施平臺包括了專用短程通訊（DSRC），以及基于LTE的蜂窩通訊技術。目前這兩者都具有相當的可行性與發(fā)展性。

1.2 V2X的發(fā)展現狀

目前在進行V2X技術研究的主體有：

（1）傳統(tǒng)汽車廠商，如豐田、通用、奔馳、寶馬、大眾以及國內的上汽、奇瑞等主機廠；

（2）互聯(lián)網企業(yè)，如GOOGLE，百度等；

（3）新能源汽車廠商，如蔚來汽車、威馬汽車、電咖汽車等。

其中，豐田的ITS Connect系統(tǒng)除了可以對交通信號系統(tǒng)進行識別外，還可以與前方的車輛進行通信，幫助駕駛員識別前車的狀態(tài)，判斷車輛的相對速度，以便駕駛員進行減速或者剎車[2]。而大眾的V2X技術則基于目前的蜂窩通信網絡，即將升級至LTE系統(tǒng)。這套被稱為“Time to Green”的系統(tǒng)側重于V2R和V2I的技術，將城市道路信息和固定設施信息與車輛進行交互，可以幫助駕駛員了解道路狀況，規(guī)避擁堵和停車場信息等。國內廠商奇瑞等依托國內的實際路況和駕駛習慣，建立了模擬的道路場景，讓車輛在預設的V2V，V2I和V2P場景中進行試驗。逐步完善車聯(lián)網系統(tǒng)的行為邏輯和學習機制。

2 V2X在車載網絡中的應用實例

2.1 V2V的應用

V2V實現了車與車之間的信息交互，幫助甚至代替駕駛員做出安全預警和安全措施。目前在車輛上得到實際應用的有[5]：

（1）FCW：前碰撞預警（Forward Collision Warn?ing）；

（2）CLW：失控預警(Control Losing Warning)；

（3）EEBL：緊急電子剎車燈(Electronic Emergency Brake Light)；

（4）LTA：左轉輔助（Left Turn Assist）；

（5）BSW：盲區(qū)預警（Blind Spot Warning）。

借助V2V技術，可以有效幫助駕駛員管理車輛與前后車的距離，在前車緊急減速、停車、變道時及時提醒駕駛員降低車速，做出規(guī)避動作。在轉向和通過路口等情況下，駕駛員由于存在A柱和后視鏡盲區(qū)等客觀因素容易對來車情況產生誤判，此時V2V盲區(qū)與轉向預警系統(tǒng)可以及時預警，降低車輛碰撞的事故發(fā)生概率。

2.2 V2R的應用

V2R主要是指汽車與道路設備的信息交互，包括了高速道路和城市道路等不同場景。在高速道路場景中，主要包括了高速線路、出入口以及限速等信息交互，相對比較簡單。而在城市道路中，需要處理的信息就要更多一些，這就要求車輛采集的信息更多，例如信號燈，車道和交通指示信息等，要求系統(tǒng)對數據的處理能力更強，同時和V2I和V2P關聯(lián)。這是目前實現自動駕駛最困難的障礙。

目前研究比較成熟的是高速場景下的輔助應用，如變道預警LCW(Lane Change Warning)等[3]。城市道路場景下的IMA：交叉路口輔助(Intersection Move?ment Assist)系統(tǒng)還未完善。

2.3 V2P、V2I等領域的應用

V2P是指車輛與人之間的互動，也是目前發(fā)展比較快的應用之一。這里的V2P包含了車與駕乘人員的互動以及車與行人的互動。在LTE的構架中，車輛通過蜂窩系統(tǒng)將空間信息與車身300 m內的人通過手機或者智能設備聯(lián)系起來。車輛可以將位置、車況等信息和駕駛員進行交互。在行駛中跟據車與行人之間速度、位置等信號判斷有一定的碰撞隱患時，車輛通過儀表及蜂鳴器提醒駕駛員，通過手機或智能穿戴設備圖像及聲音提示行人注意前方車輛。

V2I是指車輛與周邊環(huán)境特別是安全環(huán)境之間的信息交互。V2I與V2R最大的區(qū)別在與信息覆蓋的區(qū)域不同。V2R更關注于收集道路本身的信息，包括交通信號，人行橫道等。而V2I則在更廣的區(qū)域內收集包括天氣信息，如SWIW：天氣預警（Spot Weather Im?pact Warning），WZW：限速限行區(qū)域預警（Reduced Speed/Work Zone Warning），目的地停車場信息DPI（Destination Parking Information）等。

此外，車輛與機動車V2M、車輛與公交車輛V2T的系統(tǒng)也在逐步發(fā)展與完善。

3 V2X實施的標準

3.1 DSRC技術標準：

專用短程通訊（DSRC）是IEEE 802.11p底層通信協(xié)議與IEEE 1609系列標準所構成的技術，采用5.9 GHz頻段，具備有傳輸延遲低的特性，以提供車用環(huán)境中短距離通訊服務[6]。而IEEE802.11p解決在高速移動環(huán)境中數據的可靠低時延傳輸問題，IEEE1609系列規(guī)范對V2X通信的系統(tǒng)架構、資源管理、安全機制等進行闡釋。

1999年，美國聯(lián)邦通訊委員會(FCC)決定將5.9 GHz(5.850～5.925 GHz)頻段分配給汽車通訊使用。DSRC的頻段規(guī)劃，將5.9 GHz以10 MHz頻寬為單位，將75 MHz頻寬劃分成七個頻道，并由低頻至高頻分別給予172、174、175、178、180、182與184頻道編號。頻道178為控制頻道(CCH)，剩余的六個頻道為服務頻道(SCH)，其包含兩個公共安全專用服務頻道(頻道172為V2V公共安全專用服務頻道，頻道184為交叉路口公共安全專用服務頻道)、兩個中距離公共安全、私用共享服務頻道（頻道174與176），以及兩個短距離公共安全/私用共享服務頻道（頻道180與182）[4]。

3.2 LTE-V及5G技術

3GPP在2016年9月已經完成了對其首份蜂窩車聯(lián)網技術標準的制定工作，并在3GPP RAN會議上將其納入到LTE Release 14中。它主要聚焦于V2V，是基于LTE Release 12及LTE Release 13所規(guī)范的鄰近通信技術中的D2D（終端設備間直接通信），但是引入了一種新的D2D接口——PC5。作為3GPP V2V WI的一部分，PC5接口主要用于解決高速（最高250 km/h）及高節(jié)點密度環(huán)境下的蜂窩車聯(lián)網通信問題。

隨著5G的標準落地，LTE可以更好的解決離路覆蓋、盈利模式、容量及安全等各方面存在的問題。它的部署相對容易，頻譜帶寬分配靈活，傳輸可靠，覆蓋廣而且隨著3GPP持續(xù)演進，可支持未來ITS業(yè)務需求。目前LTE的信息傳遞延時已經低于100 ms，進入了可以實際使用的階段。

4 V2X在車載網絡技術的應用展望

目前V2X技術的應用大部分還是集中于輔助駕駛的層面，更多的是對駕駛員提出預警和幫助。而在未來的自動駕駛場景中，駕駛員和乘員的角色定位將趨于模糊，基于V2X的車聯(lián)網技術和雷達以及圖像識別技術將代替人類完成路線規(guī)劃、行駛、泊車等駕駛行為。這些都將通過V2X得以實現。

最新的消息是，3GPP關于所有LTE V2X的標準R14，其中包括應用層、網絡層、接入層的所有標準體系都已經完備，預計2019年前后啟動商用，現在只等在國內標準的落地。

在可預期的將來，車載網絡技術會在現有的車廠原車信息服務的基礎上，充分拓展V2X的應用，將信息覆蓋到整個車輛的使用生命周期中。從駕乘出行、泊車停車到維護保養(yǎng)、車輛安全等各個方面幫助車主活動更安全更便利的使用體驗。

5 結語

隨著短波雷達、激光雷達、視頻圖像分析技術的完善，以及人工智能技術的深入應用，V2X必將在交通安全、車輛共享、舒適出行等各方面發(fā)揮更為顯著的作用。