全球V2X技術(shù)進(jìn)展概述—第5屆SIP-adus大會(huì)(SIP-adus Workshop 2018)車聯(lián)網(wǎng)綜述

劉陽(yáng) 王碩 高洪偉

（中國(guó)第一汽車集團(tuán)有限公司 智能網(wǎng)聯(lián)開發(fā)院，長(zhǎng)春 130000）

主題詞：5G 車聯(lián)網(wǎng) V2X 自動(dòng)駕駛 SIP-adus 技術(shù)應(yīng)用 最新進(jìn)展

1 引言

隨著自動(dòng)駕駛汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，作為核心技術(shù)的V2X（Vehicle to Everything）也受到越來(lái)越多的關(guān)注。在各國(guó)政府以及通信企業(yè)大力推進(jìn)下，基于DSRC（Dedicated Short Range Communication）或 LTE（Long Term Evolution）通信方式的V2X技術(shù)快速發(fā)展。特別是作為下一代移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)5G技術(shù)，更是備受矚目。世界各國(guó)都在力爭(zhēng)成為5G的參與者甚至領(lǐng)導(dǎo)者。日本作為先行者在V2X、ITS（Intel?ligent Transportation System）等領(lǐng)域已經(jīng)走在了世界的前列，日本首相安倍更是提出在2020年?yáng)|京奧運(yùn)會(huì)向全世界展示日本自動(dòng)駕駛汽車的成就。

在此背景下，日本在跨部委戰(zhàn)略革新促進(jìn)計(jì)劃（SIP）中加入自動(dòng)駕駛研究計(jì)劃，并成立了自動(dòng)駕駛系統(tǒng)推進(jìn)委員會(huì)。該會(huì)自2014年起連同日本內(nèi)閣府科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新會(huì)議共同主辦SIP-adus Workshop，到2018年11月為止該會(huì)議已經(jīng)舉辦到第5屆。致力于推動(dòng)自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

2 SIP-adus Workshop 2018會(huì)議概述

本次會(huì)議共邀請(qǐng)到了17個(gè)國(guó)家的包括145名知名專家在內(nèi)的516名行業(yè)相關(guān)人士參加。這是基于網(wǎng)聯(lián)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)研究領(lǐng)域的一次盛會(huì)，并且必將對(duì)行業(yè)發(fā)展起到引導(dǎo)作用。會(huì)議共分為口頭報(bào)告和看板展示兩個(gè)部分，其中口頭報(bào)告環(huán)節(jié)由65篇論文組成?？陬^報(bào)告以自動(dòng)駕駛技術(shù)7大核心為主題，分為區(qū)域活動(dòng)與現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行試驗(yàn)（FOT）、動(dòng)態(tài)地圖、網(wǎng)聯(lián)汽車、網(wǎng)絡(luò)安全、影響評(píng)估、下一代運(yùn)輸和人為因素，從一定程度上反映出自動(dòng)駕駛領(lǐng)域新理論、新方法、新技術(shù)及應(yīng)用?？窗逭故经h(huán)節(jié)部分內(nèi)容由日本內(nèi)閣、交通部、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)部等各部委提供，共分為概述、動(dòng)態(tài)地圖、網(wǎng)聯(lián)汽車、網(wǎng)絡(luò)安全、影響評(píng)估、下一代運(yùn)輸、人為因素、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行試驗(yàn)、SIP adus的第2階段9個(gè)板塊，共30篇內(nèi)容組成。本次主要關(guān)注的網(wǎng)聯(lián)汽車板塊由5篇論文組成，對(duì)美國(guó)、歐洲、日本的V2X發(fā)展進(jìn)程以及5G對(duì)V2X的影響分別進(jìn)行了介紹。

3 國(guó)際V2X進(jìn)展

3.1 美國(guó)V2X發(fā)展進(jìn)程

來(lái)自美國(guó)交通運(yùn)輸部負(fù)責(zé)自動(dòng)駕駛項(xiàng)目的經(jīng)理Kevin Dopart對(duì)于美國(guó)國(guó)內(nèi)自動(dòng)駕駛的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹。他從車聯(lián)網(wǎng)方面介紹了美國(guó)自動(dòng)駕駛的應(yīng)用，并詳細(xì)說(shuō)明了美國(guó)交通部利用V2X正在實(shí)施的協(xié)同自動(dòng)化移動(dòng)性應(yīng)用研究項(xiàng)目（CARMA），該項(xiàng)目以干道和高速公路作為研究中心，致力于安全的提高美國(guó)城鄉(xiāng)公路的運(yùn)營(yíng)效率并達(dá)到效益最大化。2018至2020年為該項(xiàng)目的第3個(gè)階段，將要實(shí)現(xiàn)L2級(jí)自動(dòng)駕駛的速度和轉(zhuǎn)向控制以及達(dá)到L3級(jí)自動(dòng)駕駛能力。該階段除了利用V2V方式外，還將充分利用運(yùn)輸管理與運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)（TSMO）的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行交互作業(yè)。用以實(shí)現(xiàn)車道變換、車流合并、強(qiáng)化乘用車和卡車的車隊(duì)排列、工作區(qū)和交通事件管理、應(yīng)急車輛等方面的應(yīng)用[1]。

圖1 美國(guó)基于DSRC的V2X使用現(xiàn)狀[2]

美國(guó)豐田信息技術(shù)中心主任John Kenney從數(shù)據(jù)傳輸方面介紹了美國(guó)的經(jīng)驗(yàn)。美國(guó)是最早使用基于IEEE 802.11進(jìn)行V2X通信的國(guó)家，DSRC被廣泛應(yīng)用于26個(gè)州內(nèi)的近79%的車輛(圖1)。Kenney還介紹了美國(guó)在將5.9 GHz用于V2X前所做的包括Wi-Fi對(duì)DSRC信號(hào)干擾等方面的一系列測(cè)試工作，并對(duì)應(yīng)測(cè)試結(jié)果給出了相關(guān)建議。關(guān)于DSRC的未來(lái)，雖然DSRC已經(jīng)在美國(guó)被廣泛應(yīng)用，并且有豐田、大眾、通用等企業(yè)正在推動(dòng)新一代版本802.11db的研發(fā)工作。但C-V2X的出現(xiàn)為DSRC的發(fā)展帶來(lái)了很多不確定性。在報(bào)告的最后Kenney也提到了由于C-V2X不能與DSRC在同一信道中共存或互操作，C-V2X可能是DSRC進(jìn)一步發(fā)展的最大阻礙[2]。

3.2 歐洲的C-TIS進(jìn)展

來(lái)自法國(guó)雷諾公司的執(zhí)行專家Christian Rousseau介紹了歐盟為實(shí)現(xiàn)C-ITS而啟動(dòng)的SCOOP計(jì)劃。該計(jì)劃在原有的歐盟框架基礎(chǔ)上已經(jīng)確定了V2X消息的數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)交換原則、數(shù)據(jù)所有權(quán)等內(nèi)容。其組織成員也逐年增加，現(xiàn)已包括、法國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、意大利等絕大多數(shù)歐洲國(guó)家。為了促進(jìn)自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的合作，歐盟和各成員國(guó)建立了C-roads平臺(tái)，幫助其部署C-ITS。平臺(tái)可連接所有C-ITS研發(fā)機(jī)構(gòu)，共享和發(fā)布包括公共通信配置文件在內(nèi)的公共技術(shù)規(guī)范，SCOOP計(jì)劃將使用ETSIITSG5和蜂窩網(wǎng)絡(luò)的組合網(wǎng)絡(luò)，而C-roads平臺(tái)可以加快測(cè)試驗(yàn)證這種基于公共通信配置文件開發(fā)的混合通信系統(tǒng)。進(jìn)而盡快實(shí)現(xiàn)歐盟內(nèi)成員國(guó)之間的自動(dòng)駕駛一體化[3]。

3.3 5GAA組織在V2X領(lǐng)域的進(jìn)展

5GAA首席技術(shù)官比利時(shí)的Flament博士代表5GAA進(jìn)行了關(guān)于5G對(duì)于自動(dòng)駕駛重要性的闡述。自從3GPP組織發(fā)布Rel14中加入C-V2X以來(lái)，5GAA便一直致力于開發(fā)、測(cè)試和推廣基于5G車聯(lián)網(wǎng)解決方案（圖2）。并致力于利用基于3GPP的蜂窩技術(shù)能提供比IEEE 802.11p更優(yōu)越的通信性能。C-V2X的出現(xiàn)為V2X找到了新的解決方式，那就是基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的V2N、P2N、I2N來(lái)實(shí)現(xiàn)V2V、V2P、V2I。Flament博士同時(shí)介紹了基于3GPPRel14的兩種不同的V2X解決方案，1 km以內(nèi)短距離的直接通信以及超過(guò)1 km長(zhǎng)距離的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信方案。隨著3GPPRel15的已經(jīng)凍結(jié)，5GAA也將進(jìn)一步提供更優(yōu)質(zhì)的車聯(lián)網(wǎng)解決方案[4]。

圖2 5GAA給出的利用基于3GPP的蜂窩技術(shù)實(shí)現(xiàn)V2X[4]

3.4 日本V2X現(xiàn)狀與展望

日本馬自達(dá)技術(shù)研發(fā)部的小川從現(xiàn)狀和展望兩個(gè)方面介紹了日本的V2X車輛網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)。小川自2009年以來(lái)負(fù)責(zé)駕駛員輔助系統(tǒng)相關(guān)的研究。他從自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的V2V、V2I通信技術(shù)的發(fā)展、自動(dòng)駕駛無(wú)線通信需求的制定、車對(duì)行人通信技術(shù)的發(fā)展、車輛探測(cè)信息的利用、為動(dòng)態(tài)地圖提供動(dòng)態(tài)信息等幾個(gè)方面介紹了日本V2X的現(xiàn)狀。其中內(nèi)容涵蓋了V2X與ITS系統(tǒng)如何配合使用降低事故隱患并提升安全性的研究，值得注意的是日本所使用的通信頻段除了ITS系統(tǒng)中一直沿用的700 MHz外，新加入了用于事故預(yù)警的5.8 GHz。這也意味著日本也開始使用國(guó)際上普遍使用的5.8 GHz用于V2X應(yīng)用。

如圖3所示，日本已經(jīng)開始利用V2X進(jìn)行車流合并實(shí)驗(yàn)。下一步日本計(jì)劃將現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用于高速公路上的封閉交通環(huán)境下，其內(nèi)容包括：入口交通流合并以及提供有關(guān)ETC門操作狀態(tài)的信息和信號(hào)燈信息。在此基礎(chǔ)上將在2020年?yáng)|京奧運(yùn)會(huì)時(shí)實(shí)現(xiàn)臺(tái)場(chǎng)水上樂園至羽田機(jī)場(chǎng)兩地之間的自動(dòng)駕駛，包括臺(tái)場(chǎng)區(qū)域的L4級(jí)自動(dòng)駕駛、臺(tái)場(chǎng)至羽田機(jī)場(chǎng)高速公路上的自動(dòng)駕駛以及羽田機(jī)場(chǎng)區(qū)域的L2-L4級(jí)自動(dòng)駕駛[5]。

圖3 日本利用V2X進(jìn)行車流合并實(shí)驗(yàn)[5]

4 V2X發(fā)展趨勢(shì)及其重要性

4.1 V2X的加入改變現(xiàn)有自動(dòng)駕駛市場(chǎng)格局

在V2X尚未廣泛使用的當(dāng)下，自動(dòng)駕駛不論是已經(jīng)產(chǎn)品化并且不斷迭代的特斯拉，還是想要一步到位的谷歌，以及其他已經(jīng)涉及自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的IT企業(yè)和傳統(tǒng)汽車制造企業(yè)，無(wú)一例外的選擇使用ADAS（Ad?vanced Driver Assistance System）搭配人工智能（AI）作為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的核心技術(shù)。但由于各種傳感器的特性決定的局限性、激光傳感器等部分傳感器價(jià)格昂貴、對(duì)車載電腦計(jì)算能力的要求過(guò)高等因素的存在，都在一定程度上限制了ADAS+AI方案的快速發(fā)展，并在安全性方面存在一定的隱患。即使撇開以上這些因素不談，只人工智能學(xué)習(xí)所使用的數(shù)據(jù)這一項(xiàng)，初創(chuàng)企業(yè)沒有海量數(shù)據(jù)作為支撐，其基于人工智能迭代學(xué)習(xí)方式的自動(dòng)駕駛算法方面將被領(lǐng)先企業(yè)越拉越遠(yuǎn)。這也將導(dǎo)致未來(lái)行業(yè)可能會(huì)向寡頭或獨(dú)占的不利方向發(fā)展。

即使能夠解決上述問題，V2X的引入仍然將在車與車間距、節(jié)能性以及安全性等方面給與自動(dòng)駕駛技術(shù)帶來(lái)提升?；谠朴?jì)算和邊緣計(jì)算的自動(dòng)駕駛方式也能在一定程度上緩解企業(yè)之間算法上的巨大差距。打破現(xiàn)有格局，給初創(chuàng)企業(yè)帶來(lái)機(jī)遇。

4.2 5G為V2X帶來(lái)了前所未有的推動(dòng)力

作為下一個(gè)可預(yù)見的風(fēng)口，5G被視為從自動(dòng)駕駛汽車到未來(lái)智能城市等的技術(shù)支柱，因此世界各國(guó)都在力爭(zhēng)成為5G的領(lǐng)導(dǎo)者，期望自己能夠定義這一新一代移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。其對(duì)汽車和電信行業(yè)的影響作用突出，5G技術(shù)未來(lái)極有可能會(huì)成為改變汽車企業(yè)以及電信企業(yè)盈利模式以及未來(lái)業(yè)績(jī)?cè)鲩L(zhǎng)的主要來(lái)源[6]。

對(duì)于電信企業(yè)來(lái)說(shuō)移動(dòng)通信用戶趨于飽和，現(xiàn)有的需求下很難再有大量的用戶增長(zhǎng)。5G的低延遲、高速率等特點(diǎn)都能夠滿足V2X各場(chǎng)景下的應(yīng)用需求。根據(jù)5GAA R14給出的數(shù)據(jù)，現(xiàn)在5G應(yīng)用于V2X的性能指標(biāo)已經(jīng)優(yōu)于DSRC[7]，成為V2X的最佳選擇。中國(guó)現(xiàn)有的汽車存量市場(chǎng)和每年的增量市場(chǎng)都十分的巨大，這無(wú)疑為電信企業(yè)開辟了一塊尚未涉足的巨大市場(chǎng)。成為未來(lái)用戶增長(zhǎng)的關(guān)鍵領(lǐng)域。

對(duì)于汽車制造企業(yè)來(lái)說(shuō)分時(shí)租賃業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，使得原有的車輛銷售模式不再是唯一的選擇，車輛可以不再需要用戶購(gòu)買而直接投入市場(chǎng)。任意地點(diǎn)取車、還車必然成為了發(fā)展趨勢(shì)，而如何合理布局車輛以及如何將偏僻地區(qū)車輛重新置于用車需求量大的地區(qū)的問題成了租賃公司以及汽車制造企業(yè)的需要解決的首要問題。5G中的C-V2X將成為解決此問題的關(guān)鍵技術(shù)。未來(lái)的分時(shí)租賃汽車除去加油或充電的時(shí)間以外始終處于接送用戶的狀態(tài)[8]。

4.3 5G將成為中國(guó)在V2X領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)超越的最佳選擇

中國(guó)近年來(lái)在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域掀起了研發(fā)熱潮，很多研究成果與國(guó)外相比差距不大、甚至領(lǐng)先。特別是在5G研發(fā)以及C-V2X應(yīng)用方面，華為、大唐等企業(yè)已經(jīng)走在了世界的前列。

在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面中國(guó)也走在了世界的最前面。2018年7月13日美國(guó)無(wú)線通信和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會(huì)（CTIA）給出了一份各國(guó)在5G發(fā)展進(jìn)度上的排名。前三名分別是1.中國(guó)、2.韓國(guó)、3.美國(guó)，其后分別為日本、英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、加拿大和俄羅斯等國(guó)。宣稱2019年實(shí)現(xiàn)全國(guó)覆蓋5G的韓國(guó)被排在第2的主要原因是韓國(guó)商用5G是基于非獨(dú)立組網(wǎng)（NSA,Non-Standalone），而中國(guó)正在大力發(fā)展的5G是獨(dú)立組網(wǎng)下（SA,Stand?alone）的產(chǎn)業(yè)鏈并在積極培育各種垂直領(lǐng)域的應(yīng)用。

基于SA架構(gòu)下的真正5G網(wǎng)絡(luò)可以為C-V2X提供強(qiáng)有力的研發(fā)保證和支持，這也正是未來(lái)中國(guó)CV2X的優(yōu)勢(shì)所在。并且有可能在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)SA架構(gòu)下的真正5G并將其廣泛應(yīng)用的國(guó)家絕無(wú)僅有。但在現(xiàn)今階段自動(dòng)駕駛領(lǐng)域中國(guó)企業(yè)仍然面臨巨大的挑戰(zhàn)。這主要來(lái)源于國(guó)外公司對(duì)高新技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)封鎖以及國(guó)內(nèi)自主品牌企業(yè)發(fā)展速度不快。對(duì)此不僅要跟國(guó)外供應(yīng)商合作，還需要加強(qiáng)國(guó)內(nèi)研發(fā)機(jī)構(gòu)的合作，培育可長(zhǎng)線合作的自主品牌供應(yīng)商。此外，智能汽車產(chǎn)業(yè)鏈不完整、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系滯后以及技術(shù)積累不足等，都將成為國(guó)內(nèi)智能汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制約因素。并且在沒有成型經(jīng)驗(yàn)可以借鑒的情況下，如何發(fā)展中國(guó)自己的基于C-V2X的自動(dòng)駕駛技術(shù)也將成為未來(lái)擺在我們面前的一個(gè)重要課題。

5 結(jié)語(yǔ)

本文從SIP-adus Workshop 2018會(huì)議中車輛網(wǎng)絡(luò)連接部分內(nèi)容出發(fā)，介紹了自動(dòng)駕駛領(lǐng)域世界先進(jìn)的美國(guó)、歐洲、日本的V2X發(fā)展現(xiàn)狀。而未來(lái)美國(guó)、歐洲、日本也都面臨著各自不同的問題。美國(guó)作為V2X的先行者，基于DSRC技術(shù)的V2X已經(jīng)被廣泛使用，如何在現(xiàn)有DSRC為主的系統(tǒng)中使用5G是擺在面前的一個(gè)重要的課題；而對(duì)于歐盟國(guó)家來(lái)說(shuō)其如何在眾多國(guó)家推廣統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的V2X系統(tǒng)仍然是首要的工作。因?yàn)橹挥袠?biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一才能使V2X技術(shù)在歐洲大陸上廣泛應(yīng)用；日本方面，在世界各發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)都將5.9 GHz附近頻段用于V2X的背景下，日本終于也在ITS系統(tǒng)中加入5.8 GHz頻段，而接下來(lái)日本將如何進(jìn)一步使用該頻段是十分值得期待的。而從V2X領(lǐng)域的整體發(fā)展趨勢(shì)方向來(lái)看，隨著3GPP對(duì)5G版本的不斷更新，其中C-V2X部分性能也越來(lái)越優(yōu)于傳統(tǒng)的DSRC，各國(guó)也都規(guī)劃了用于5G的頻段，并計(jì)劃在現(xiàn)有的ITS中融入5G技術(shù)?？梢?G的發(fā)展對(duì)于V2X甚至自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展都起到至關(guān)重要的意義。除此之外，從本次會(huì)議整體上來(lái)看當(dāng)前國(guó)際上自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的研發(fā)，無(wú)論是理論研究，還是技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用都已取得了非常多的成果，而動(dòng)態(tài)地圖、V2X、網(wǎng)絡(luò)安全和ADAS等將是未來(lái)自動(dòng)駕駛汽車研發(fā)的主要方向。