從專利的角度看車聯(lián)網與網絡切片技術的結合

摘要：車聯(lián)網的發(fā)展順應了自動駕駛技術實現的需求，同時，5G網絡應用日漸廣泛。將5G技術的網絡切片技術與車聯(lián)網相結合，以實現車聯(lián)網數據傳送、服務與應用，為近年來業(yè)界探討的熱點。本文從專利視角提供車聯(lián)網與網絡切片技術結合的技術支持。

關鍵詞：車聯(lián)網；網絡切片；專利

一、引言

（一）關于車聯(lián)網

車輛，作為一種高效的交通工具，在現代社會中能夠滿足人們日常的出行需求。但隨之帶來資源的消耗、環(huán)境的污染、交通的擁堵、行車的安全等問題也亟待解決。由于車輛移動帶來的復雜、動態(tài)的網絡環(huán)境，傳統(tǒng)的車輛服務機制難以滿足現有的車輛服務需求。伴隨著物聯(lián)網的發(fā)展，激發(fā)了車聯(lián)網的出現[1]。

車聯(lián)網，統(tǒng)稱為V2X，其中V代表車輛（Vehicle），X代表任何事物（Everything），即車聯(lián)萬物。我們平時接觸到的包括：車輛對行人（V2P）、車輛對車輛（V2V）、車輛對基礎設施（V2I）和車輛對網絡（V2N），這些都屬于車聯(lián)網的范疇。

從字面來看，車聯(lián)網由兩部分組成，一部分是車，另一部分就是網絡。傳統(tǒng)的汽車環(huán)境就像是一個個孤島，信息交互僅限于車內自身網絡所覆蓋的設備之間，這時候的網絡其實并不能稱之為車聯(lián)網，姑且稱之為車內網。車聯(lián)網結合了先進的傳感技術、網絡技術、無線通信技術。車聯(lián)網實現了信息在車與車、車與路、車與人及車與互聯(lián)網之間的傳輸，進而提供車輛和云端數據的交互操作，為提升車輛超視距及交通參與者的感知能力提供了新的科學技術手段[2]。說到車聯(lián)網，就會提到自動駕駛技術。現在公認的自動駕駛分級標準由SAE（國際自動機工程師學會）制定。按照SAE的分級，自動駕駛技術分為L0-L5共6個等級。L0代表沒有自動駕駛加入的傳統(tǒng)人類駕駛，而L1-L5則隨自動駕駛的技術配置進行了分級。尤其是對應于L3-L5級的自動駕駛技術的實現，必須依賴于車聯(lián)網提供高等級的自動駕駛業(yè)務所匹配的網絡基礎。

（二）網絡切片技術簡介

從2019年開始，5G技術就開始投入商用。4G技術面向個人提供服務，5G面向的是萬物，能夠實現萬物的互聯(lián)。既然是萬物互聯(lián)，海量的設備會被接入網絡，衍生出了不同的應用場景。

快速發(fā)展的移動通信系統(tǒng)需要滿足多種場景的業(yè)務需求，不同的應用場景具有不同的特點和需求，同時，不同的應用場景也對網絡的可靠性、及時性、魯棒性、復雜性提出了新的要求。在這樣的場景下，5G網絡需要更靈活地部署，還要分類管理，而網絡切片正是這樣一種按需組網的方式。

網絡切片（NS）是基于不同服務要求定制的不同邏輯網絡。可以認為網絡切片是完成一個或一些服務所需的網絡功能和資源的組合，并且是完整的邏輯網絡。網絡切片可以是包括終端設備、接入網絡、傳輸網絡、核心網絡和應用服務器的端到端網絡，可以提供完整的電信服務，并且具有一定的網絡能力。作為端到端業(yè)務路徑的一部分，基于5G傳輸承載網需求構建的切片分組網（SPN）可滿足大帶寬、低時延、高效率的綜合業(yè)務需求[3]。網絡切片功能是5G SPN網絡的關鍵技術之一，可通過有序整合網絡資源實現特定場景下的用戶和業(yè)務需求[4]。

（三）車聯(lián)網與網絡切片技術的結合應用

相比其它網絡中的終端設備而言，車聯(lián)網中的車輛作為終端設備，具有移動快、網絡環(huán)境復雜、應用場景眾多等特點。5G網絡切片技術能夠為不同的應用場景提供隔離的網絡環(huán)境，滿足不同的應用場景可以根據自身要求定制功能與特性的需求。同時，網絡切片技術還允許運營商能夠根據需求選擇每個切片所需的特性，例如為碰撞預警提供低時延、高頻率的切片特性，為前方路況提供高時延、低頻率的切片特性。因此，將5G網絡切片技術應用于車聯(lián)網中，既能提高車輛與萬物之間交互的效率，又能使得運營商創(chuàng)建定制的可以針對不同市場場景來提供優(yōu)化的解決方案的網絡，為運營商節(jié)約成本開支，提高收益。

二、車聯(lián)網與網絡切片技術結合的專利分析

為了更加直觀地了解車聯(lián)網與網絡切片技術結合的申請情況，我們利用關鍵詞車聯(lián)網、網絡切片技術在中國、美國公開數據庫中進行專利檢索，在去除干擾項的基礎上，對目前的申請現狀進行分析。局限于申請文件公開日期不固定，僅以檢索日生成的檢索數據作為參考。

（一）申請分布地區(qū)分析

首先，我們關注了哪些國家地區(qū)提交了相關申請，及其占比量。從圖1中，我們能夠直觀地看出，從申請分布地區(qū)來看，美國具有的汽車產業(yè)、通信技術的行業(yè)優(yōu)勢盡顯，其申請量基本占據了全部申請的半壁江山。這也說明，美國企業(yè)、學術團體要比其他國家地區(qū)對該技術的研發(fā)投入更加豐厚。結合本領域的專利申請情況，無論是在車聯(lián)網、還是車輛駕駛網絡、無線網絡研究技術方面，在美國的專利儲備的數量都要多于其他國家。相應地，美國的行業(yè)人員也能夠在市場的引導下，及時將技術研究轉化為技術應用，也顯示其對科研的投入、對技術內容的專利保護的敏感性也高于其他國家。

中國的申請量緊隨美國之后，位居第二。這也是依托于近年來我國的新能源車企、車聯(lián)網及5G技術研究的快速發(fā)展，以及申請人在高新技術研發(fā)、專利競爭中培養(yǎng)出的專利保護意識。近年來，我國的從業(yè)人員用申請量顯示了對車聯(lián)網和網絡切片技術的研究熱情。我國人口數量巨大，對汽車消費的巨大需求也會刺激市場的導向，使得更多的申請人加入該領域的研發(fā)中。

另外，我們看到，擁有代表性車企的國家，如日本和韓國，其申請量排在第三和第四，顯示了其一直在車輛相關領域的專利深耕，而擁有多家傳統(tǒng)通信企業(yè)的瑞典、芬蘭、德國等國家，也都在該領域進行了專利申請的部署。

（二）申請量分布分析

從圖2可以看出，在車聯(lián)網中涉及網絡切片技術，最早的申請于2017年公開，其申請日為2015年。這跟3GPP最初提出網絡切片的需求的時間點有關。3GPP最早是在R14階段由SA1的TR 22.864[5]報告中提出了網絡切片的需求，在R15階段SA2正式把切片的相關概念、方案寫入了TS 23.501[6]中。3GPP的R15階段是從2017年開始，在此之前，相關的研究已經初步形成，例如，申請?zhí)枮镃N2015107345820，申請人為中興通訊股份有限公司，申請日為2015年11月02日，申請名稱為“一種網絡切片能力開放的方法、裝置及系統(tǒng)”的中國專利申請中提到：在未來網絡系統(tǒng)中，網絡將被進一步抽象為“網絡切片”（Network Slice）。不同的網絡切片為特定的業(yè)務或特定的終端或特定的區(qū)域提供連接服務，網絡切片包含可動態(tài)創(chuàng)建的各個虛擬網元，網絡切片的功能及性能實現包括地理覆蓋區(qū)域、持續(xù)時間、容量、速度、延遲、可靠性、安全性和可用性等。未來5G網絡采用網絡切片為不同業(yè)務提供差異化的服務。因此該申請?zhí)岢隽艘环N適用于車聯(lián)網的基于增強能力的開放網絡架構。該申請已于2020年5月8日獲得中國專利授權。

隨著5G技術的深入發(fā)展，當網絡切片技術寫入3GPP標準后，在信息網絡中如何應用網絡切片技術的申請量也如井噴式增長。對于車聯(lián)網，中國汽車工程學會于2017年發(fā)布了車聯(lián)網業(yè)務分類，提出了車聯(lián)網中針對相關業(yè)務對通信質量的不同需求。如圖2所示，相關申請公開日從2020年開始急速上升，意味著從2017、2018年開始，國內外的申請人就已經針對該技術領域進行了各個方面的研究和技術實施。

技術內容方面，通過分析相關申請，在2017年—2018年公開的申請中，其主要涉及對3GPP標準的落地，標準制定到落地需要經過多個階段的發(fā)展，需要幾年的準備過程，因此最初的申請重點關注網絡切片技術本身的研究，同時提到其能夠在車聯(lián)網中適應性應用。對如何將網絡切片技術與車聯(lián)網深層次聯(lián)合、相關算法研究、網絡架構個性化搭建、終端接入等具體網絡技術細節(jié)涉及的比較少。而從2022年最新公開的申請中，就能夠看出對算法的研究以及對具體的個性化網絡架構的搭建的申請比例大幅度上升。

（三）申請人分布分析

圖3為申請人的分布分析，可以看出，盡管車聯(lián)網與車輛密不可分，但顯然現有的汽車制造商們還是長于對車輛本身內部的網絡進行構建。而本身擅長網絡技術研究以及擁有網絡資源的通信公司、運營商這樣的非汽車制造商，也因為無法直接參與到汽車前期制造時搭建網絡的環(huán)節(jié)，所以，更多的是對后期與車輛互聯(lián)的網絡技術的關注。

圖3也呼應了圖1的申請人的地區(qū)分布。圖3中，申請人為美國公司的申請數量明顯占優(yōu)，并且數據顯示，大部分申請均提交了PCT（專利合作條約）申請，而PCT為申請人提供了一條同時向多個國家申請專利的便利途徑，這些申請具有多個同族申請。查閱這些申請的同族可以看到，其提交了覆蓋中國、歐洲、日本、韓國等多個國家地區(qū)的同族申請，顯示了申請人對專利申請具有很強的國際布局意識。相比美國的申請人，國內申請人華為一枝獨秀，其他通信企業(yè)如中興、聯(lián)想、OPPO、大唐，以及國內三大電信運營商均提交了該領域的專利申請。值得注意的是，國內眾多高校、科研技術單位也對該技術領域表現出了相當的興趣，其申請量位居表中第5位。經過分析，國內高校專注于對車聯(lián)網和網絡切片技術應用的深層次研究，例如申請?zhí)枮镃N2022107292927，申請人為東南大學，申請日為2022年6月24日，申請名稱為“一種基于網絡切片與NOMA的車聯(lián)網半正定資源分配方法”的中國申請，提出：現有文獻大多數研究的基于網絡切片的資源分配是在基站獲知用戶CSI（信道狀態(tài)信息）的前提下，對車輛用戶的信道進行估計，資源分配優(yōu)化方法主要為窮舉搜索、貪心算法等。而NOMA（非正交多址接入）在提升頻譜效率及能效方面具有潛力，現有的基于NOMA的車聯(lián)網資源分配與網絡切片的結合尚存在研究不足的情況，且多以機器學習、神經網絡作為優(yōu)化方法，尋找最優(yōu)解需要大量多次的訓練，效率不高，因此網絡切片與NOMA在車聯(lián)網資源分配中的應用仍待充分研究。該申請?zhí)岢隽艘环N基于網絡切片與NOMA的車聯(lián)網半正定資源分配方法，以解決現有技術存在的問題。這表明我國高校、科研技術單位能夠在高新技術領域研究和市場保持一致，教學和研究能夠一直跟隨技術的發(fā)展而不斷更新，能夠始終走在行業(yè)前列。從圖3中還可以看出，國內外傳統(tǒng)的通信企業(yè)基本均未缺席，均展示出卓越的市場跟隨能力與新技術的研發(fā)能力，同時，也表明該領域的市場布局和技術爭奪比較激烈。

三、結束語

安全舒適、節(jié)能環(huán)保是汽車行業(yè)一直追求的目標，車聯(lián)網的存在恰恰能夠支撐這一目標的實現。現有的5G網絡切片技術能夠提供的eMBB、URLLC、MIoT、V2X切片是否能夠滿足人們對車聯(lián)網系統(tǒng)中的高可靠性、實時性、連續(xù)性的要求，是值得關注和研究的方向。面向世界，我國在該領域無論是技術方面、還是市場方面，都具有巨大的潛力與發(fā)展前景。本文通過對車聯(lián)網與網絡切片技術結合的申請分布地區(qū)、申請量分布、申請人分布三個方面進行了專利申請的研究分析，希望能為業(yè)界提供一點啟示和幫助。

作者單位：安曉蘭 國家知識產權局專利局專利審查協(xié)作北京中心

參" 考" 文" 獻

[1] 譚紅平，陳金鷹，楊俊. 車聯(lián)網技術及其應用研究[C]. 四川省通信學會2011年學術年會， 2011： 15-18.

[2] 王小臣，蔣樹國，王成. 車聯(lián)網中移動邊緣計算的網絡架構[J]. 客車技術與研究， 2020， 42（02）： 9-11，22.

[3] 李晗. 面向5G的傳送網新架構及關鍵技術[J]. 中興通訊技術，2018， 24（01）：53-57.

[4] 陳騁，南蜀崇. 基于SPN的5G+車聯(lián)網的切片技術的應用與研究[J]. 郵電設計技術，2021（05）：87-92

[5] 3GPP TR 22.864[S]. https：//www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/22_series/22.864/

[6] 3GPP TS 23.501[S]. https：//www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/23_series/23.501/

[7] 岳勝. 車聯(lián)網技術研究[J]. 數字通信世界， 2020 （11）： 121-122.

安曉蘭（1978-），女，漢族，山西，助研，研究方向：通信與信息系統(tǒng)。