談車聯網之前，先聊聊V2X技術

提到車聯網，你或許將其簡單的理解為汽車聯網，但具體來說車聯網指的是通過汽車上集成的GPS定位，RFID識別，傳感器、攝像頭和圖像處理等電子組件，按照約定的通信協議和數據交互標準，在V2V、V2R、V2I之間，進行無線通信和信息交換的大系統網絡。V2X對于車聯網、自動駕駛安全有十分重要的作用。

V2X與車聯網有什么不同

車聯網是使用無線通信、傳感探測等技術收集車輛、道路、環(huán)境等信息，通過車-車（V2V）、車-路（V2R）信息交互和共享，使車和基礎設施之間智能協同與配合，從而實現智能交通管理控制、車輛智能化控制和智能動態(tài)信息服務的一體化網絡。

車聯網是物聯網技術在智能交通系統領域的延伸。車聯網安全應用系統架構包含感知層、通訊層與應用層，感知層包含雷達、光學雷達與影像傳感器等，提供車輛收集周邊環(huán)境信息；通訊層也可稱為汽車局域網絡（Vehicle Area Network， VAN），分為車載通訊（in-vehicle communicaTIon）、車外通訊、車間通訊（vehicle to vehicle communicaTIon）與車路通訊（vehicle to road communicaTIon）等四部分。

車聯網

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）、汽車對路側設備（V2R）、汽車對基礎設施（V2I）、汽車對行人（V2P）、汽車對機車（V2M）及汽車對公交車（V2T）等六大類。目前以V2V的發(fā)展最為成熟。

V2X

V2X 是未來智能交通運輸系統的關鍵技術，它可以通過通訊獲得實時路況、道路信息、行人信息等一系列交通信息，提高駕駛安全性、減少擁堵、提高交通效率、提供車載娛樂信息等?；赩2X 技術不僅可以大幅提升交通安全、降低交通事故率，而且可以為自動駕駛、智能交通和車聯網創(chuàng)新提供低成本、易實施的技術路線和基礎平臺。

V2X車聯網之三大應用領域（來源：工業(yè)技術研究院）

V2V通信原理及具體應用

V2V作為V2X中發(fā)展最為成熟的，重點了解一下V2V的原理及應用也十分必要。V2V通信是為了防止事故發(fā)生，通過專設的網絡發(fā)送車輛位置和速度信息給另外的車輛。依靠技術的實現，駕駛員收到警告后就能降低事故的風險或車輛本身就會采取自治措施，像是制動減速。

V2V通信原理

V2V通信需要一個無線網絡，在這個網絡上汽車之間互相傳送信息，告訴對方自己在做什么，這些信息包括速度、位置、駕駛方向、剎車等。V2V技術使用的是專用短程通信（DSRC），由類似FCC和ISO的機構設立的標準。有時候它會被描述成WiFi網絡，因為可能使用到的一個頻率是5.9GHz，這也是WiFi使用的頻率。不過更準確地說，DSRC是類WiFi網絡，它的覆蓋范圍最高達300米。

V2V是一種網狀網絡，網絡中的節(jié)點（汽車、智能交通燈等）可以發(fā)射、捕獲并轉發(fā)信號。網絡上5-10個節(jié)點的跳躍就能收集一英里外的交通狀況。這對多數駕駛者來說都有足夠的應對時間。

在發(fā)展之初，V2V對駕駛者來說可能只是閃爍的紅燈警告，或是指示哪個方向有危險，當然這些都還在概念階段?，F在已經有數千輛測試車了，多數原型車都到了可以自動剎車或轉彎來避開危險的水平。交通信號或其它固定設備即為V2I，也就是汽車-基礎設施。

關于V2V還有很多其它說法，一些廠商把它叫做Car-to-X，還有“internet of cars”以及“connected car”，目前看來V2V正脫穎而出。

V2V通信的應用

V2V通信被期望能夠在車道偏離、自適應巡航控制、盲點偵測、后方停車聲波定位、備份照相方面發(fā)揮更多的作用，對比當前的OEM預埋系統。因為V2V技術開啟了對四周威脅的360度智能感知。V2V通信成為普適計算不斷壯大的應用趨勢——物聯網——的分支部分。

V2V通信和智能交通系統的實現目前還存在三個主要的障礙：汽車廠商對于標準的一致意見，數據隱私安全和項目資金。

V2R

V2R需要分為兩種場景，第一種是高速公路，第二種是城市道路。高速公路是第一步，而城市道路需要在其基礎上，對城市道路中的增加標識的識別后，實現更復雜的數據判斷和數據通信。

高速路上的V2R相對來說比較容易。首先是標識明確，沒有人行道，紅綠燈，行人等復雜路況因素的影響，只需要識別高速路中與車輛行駛和高速公路出入口標識等就可以了。其次高精地圖已經提前布局高速路。高精地圖能夠精確到厘米級，對于車輛的路線規(guī)劃和自動駕駛有著的很大的幫助。有了高精地圖的支撐，V2R的交互就會相對變少，處理起來更加方便。最后，就是盡快實現V2V也能夠助力V2R的快速開發(fā)。因為每一輛車都可以共享采集到的道路信息，并將這個信息傳遞到云端，促進道路信息的合理化和完善化。

而對于城市道路來說，需要處理的信息就要更多一些，這也就要求車輛采集的信息更多，處理能力更強，同時對于V2I和V2P都有關聯，是實現自動駕駛的實現的最困難的障礙?？赡軐Ｓ械慕煌肪€或者是公共交通才是未來人類出行的主要方式，是值得探討和深度調研的。

V2R現在通過毫米波雷達和攝像頭進行開發(fā)的方案很多，再輔助高精地圖和云端支持，只要實現V2V，半自動駕駛和自動駕駛在高速公路上實現并不遙遠。

V2I

V2I中的I不是指電信基礎設施，而是指車輛行駛過程中遇到的所有基礎設施。這包括紅綠燈，公交站，電線桿，大樓，立交橋，隧道等等一切人類的建筑設施。

V2I通信功能具體將采用車載智能交通運輸系統的760MHz頻段，使用該頻段可以在不影響車載傳感器的情況下實現基礎實施與車輛之間相互通信功能，從而獲取得到必要的關鍵信息。在交叉路口能見度較差時，V2I通信系統就可以接收到紅綠燈的信息，并通過V2V和V2P系統，接收到車輛和行人的信息，匯總提交給車腦（AB）系統，車腦通過車載操作系統（AOS）分析處理，控制汽車繼續(xù)行駛還是繼續(xù)等待。

V2P

V2P是與每個人息息相關的技術，而且也不僅僅是技術的問題，還會上升到國家、社會、隱私、道德層面，因而變得非常難以實現。在網絡中搜到的資料，也巧妙而隨意的一筆帶過。

事實上，V2P并沒有想象中那么復雜。畢竟，如今人手一部手機的時代已經來臨。無論是手機，尤其是可穿戴設備，都可以客串本文中提到的P模塊，實現和車輛中V模塊的交互通信。

那么P模塊應該使用什么呢？筆者認為LTE-V中的LTE-V-Cell是實現V2I的有效工具，因為所有P（活動的人，人只有活動才有意義）都是需要隨時移動的，搭載一個長距離隨時可以互聯的模塊才能夠保證車輛能隨時接收到。車輛再輔以攝像頭，雷達傳感器等識別技術，便能夠有效的實現V2P。

V2X的標準之爭

目前主要有專用短程通信技術標準（DSRC）與研制中的基于 4.5G/5G 的 LTE-V 技術標準在性能上符合需求，V2X的主流通信標準之爭將在這兩者之間展開。當前智能交通系統 ITS 正處在第三階段，5G 標準在 LTE-V 的基礎上，為滿足未來自動駕駛的需求，性能指標會更進一步提升。

DSRC技術概要

DSRC由物理層標準IEEE 802.11p又稱為WAVE（Wireless Access in Vehicular Environment）及網絡層標準IEEE 1609所構成，在此基礎之上，美國汽車工程師協會（Society of AutomoTIve Engineers，SAE）規(guī)范V2V與V2I信息的內容與結構，歐洲相關標準由ETSI CT-ITS所規(guī)范。IEEE802.11p由IEEE 802.11標準擴充，專門應用于車用環(huán)境的無線通信技術，支持915MHz與5.9 GHz。

802.11p物理層架構與802.11a大致相同，采用正交多頻分工（Orthogonal Frequency-division Multiplexing，OFDM）調變技術，且52個子載波可支持正交振幅調變（Quadrature Amplitude Modulation，QAM）、相位移鍵調變（Phase-shift keying，PSK）等調變技術，同時搭配向前錯誤校正技術（Forward Error Correction，FEC），減少信息重新傳輸所發(fā)生的延遲情況，能夠因應在高速移動下信息傳遞的實時性。

802.11p在915MHz頻段中，支持傳輸距離小于300公尺，傳輸速率低于0.5 Mbit/s，使用5.9GHz頻段通訊時，傳輸距離最遠可達1，000公尺，以頻道帶寬10 MHz為單位，傳輸速率最高為27 Mbit/s，允許在車速260km/h下進行車與車之間以及車與道路設備之間的信息傳輸。

DSRC系統包含車載裝置（On Board Unit，OBU）與路側裝置（Road Site Unit，RSU）兩項重要組件，透過OBU與RSU提供車間與車路間信息的雙向傳輸，RSU再透過光纖或行動網絡將交通信息傳送至后端平臺（圖1）。由于車間與車路通訊應用情境復雜，汽車數量多寡、距離與道路氣候等都會影響無線網絡的通訊，通訊速度與質量將對用路人安全造成極大影響，因此車聯網安全應用相關通訊網絡通常被要求須要具備高移動性與低延遲率，IEEE將安全應用通訊延遲容許范圍定在50ms內，最多不超過100ms，允許接收訊息后有足夠反應時間。

圖1　DSRC技術包含車載單元與路側單元，可以支持車與車之間和車與路側設備的雙向數據傳輸。

LTV-V技術概要

車間與車路間的通訊技術除DSRC外，華為、高通（Qualcomm）等網通廠商積極推動以LTE網絡為基礎的LTE V2X技術，3GPP自2015年底將LTE-V技術納入Release 14標準制定，目前于SA WG1內進行相關服務之研究及討論。

德國電信亦宣布將與華為、豐田（Toyota）及奧迪（Audi）汽車合作，在因哥爾斯塔特高速公路的測試場域上進行LTE-V技術實證。德國電信將在LTE基地臺上設置華為供應的LTE-V硬件，Toyota及Audi車載LTE-V裝置同樣由華為提供。中國政府也看好LTE應用于車聯網環(huán)境中，由中國信息通信研究院主導成立LTE-V核心工作組，在中國通訊標準化協會與3GPP架構下推動LTE-V的標準化與商業(yè)化發(fā)展。

在3GPP架構下，與V2X相關技術標準包含多媒體廣播群播（Multimedia Broadcast Multicast Service，MBMS）與LTE Direct通訊。利用MBMS技術可同時對大量裝置廣播如公共警示等緊急訊息，LTE Direct通訊部分，3GPP于2011年展開相關研究，并正式將其納入Release 12的標準制定，LTE Direct可自動搜尋鄰近上千臺裝置，能夠讓處于LTE訊號覆蓋范圍內外之車輛、路側裝置等在不透過基地臺情形下相互溝通（圖2）。

圖2　LTE-V可以再細分為LTE-V Cell（集中式）與LTE-V-Direct（分布式）兩種不同通訊模式。前者需由基地臺提供服務，后者則類似DSRC，可實現直接聯機。

3GPP于TS 22.185文件中描述LTE-V應用情境與傳輸要求，LTE-V應用情境包含LTE網絡范圍內及范圍外的V2V、車對基礎建設/網絡（V2I/N）及車對行人（V2P）等。傳輸部分須達到支持最大相對速度280km/h、絕對速度160km/h的高速移動，以及V2V環(huán)境下延遲速度低于100ms等要求。

LTE-V的實際運作可分為LTE覆蓋范圍外的V2X通訊，單一營運商透過基地臺管理的V2X通訊以及多營運商透過基地臺管理的V2X通訊等。3GPP認為，在多營運商提供V2X服務的情境下，訊息傳遞有三種情形需被考慮：

第一，特定區(qū)域內僅有一家營運商有基地臺，該營運商與其他營運商分享基地臺提供包含V2X等多種服務；

第二，特定區(qū)域內僅有一家營運商擁有V2X頻段，該營運商分享基地臺給其他營運商限定提供V2X服務；

第三，特定區(qū)域內有2家營運商都擁有基地臺，V2X服務器分配V2X訊息給2家營運商的網絡。終端應能夠接收不同營運商之V2X訊息，避免漏接重要信息。

DSRC、LTE標準對比

在標準進程與導入方面，DSRC發(fā)展較成熟，美國、歐洲等國家已提出相關標準規(guī)格，LTE-V目前已在3GPP進入標準制定流程，但至少需到2017年Release 14中才會完成，在布建上DSRC由于需要安裝新的路側設備，將增加導入成本與時間，LTE-V則能夠整合既有的基地臺裝置，不需要大量布建新基礎建設，可縮短導入時間，兩者之間互有優(yōu)勢。

DSRC關鍵指標：支持車速 200km/h，反應時間 100ms，數據傳輸速率平均 12Mbps（最大27Mbps），傳輸范圍 1km。根據美國交通運輸部的報告，違反交通信號燈指示的時延要求是小于100ms；車輛防碰撞指示的時延要求是小于20ms。

LTE-V-Cell 關鍵指標：傳輸帶寬最高可擴展至100MHz，峰值速率上行500Mbps，下行1Gbps，時延用戶面時延≤10ms，控制面時延≤50ms，支持車速 500km/h，覆蓋范圍與 LTE 范圍類似。LTE-V-Direct 目前還沒有詳細的技術指標，據悉 LTE-D 具備能尋找 500 公尺內數以千計裝臵以及服務的能力，因此能讓兩個以上最接近的 LTE-D 裝臵在網內通訊。

表：LTE-V 與 DSRC 優(yōu)劣勢對比

總結

車間與車路間通訊技術可協助提升車輛安全，也是未來自動駕駛車輛的關鍵技術之一，DSRC與LTE-V都利用車載裝置間以及車輛與路側裝置間進行信息交換，達到實時信息傳遞，提供駕駛者判斷或車輛自動控制，兩者在技術上都必須達到一定傳輸要求來實現車輛安全應用。

目前 DSRC 產業(yè)鏈更為成熟，但 LTE-V/5G 可能后來居上，總體來看政府政策影響極大。智能駕駛和智能交通融合將催生 V2X 的巨大市場，正如 NB-IOT 在物聯網低頻低速率數據場景下的應用，我們中長期看好 LTE-V/5G 在車聯網 V2X 領域的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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