車載應急通信技術與測試方法介紹

陳　珺　中國信息通信研究院泰爾終端實驗室主任工程師吳　文　中國信息通信研究院泰爾終端實驗室高級工程師果　敢　中國信息通信研究院泰爾終端實驗室主任

車載應急通信技術與測試方法介紹

陳珺中國信息通信研究院泰爾終端實驗室主任工程師
吳文中國信息通信研究院泰爾終端實驗室高級工程師
果敢中國信息通信研究院泰爾終端實驗室主任

隨著車載信息技術的發展，車載應急通信技術與標準化進展正推動全球車載應急產品和商用化部署的實現。本文對車載應急技術、標準、測試方法、國內外產業化進展進行了分析和研究。

eCall；ERA_GLONASS；緊急呼叫

1　引言

近幾年，擴展汽車通信功能應用的車聯網話題急速升溫，汽車產業與通信信息產業的結合是通信業發展新的契機，也為汽車行業帶來了高新信息技術應用的無限前景，同時也存在跨行業合作的復雜性。目前，車聯通信系統的應用遍布汽車駕駛、多媒體娛樂、交通信息交互、應急救援的通信應用等。本文從車載應急通信系統出發，從車載應急通信的技術特性、國內外標準、檢測產業進展等方面進行分析介紹。

車載應急通信系統主要功能模塊包括自動緊急呼叫通信功能和定位功能兩個模塊。在發生嚴重交通事故后，即使司機和乘客失去知覺不能撥打電話，這一系統通過對碰撞力度的感應觸發，基于以上兩個通信功能模塊，能夠自動撥叫統一的應急救援平臺的緊急救援電話，并且同時報告事故車輛所處的位置信息（見圖1）。該系統對應急通信的處理具有自動化和及時的特性，使得緊急事故的信息發送快速，同時因自動包含事發位置信息，可大大縮短救援時間。歐盟委員會曾在致力推動該系統在歐洲的普遍使用的政策研究中，提到采用這套系統，有可能使發生道路交通事故后的救援時間節省40%以上。

圖1　車載應急通信系統（來自www.heero-pilot.eu）

2　車載應急通信技術及標準現狀

2.1技術發展背景

車載應急通信系統的技術近年在歐洲和俄羅斯發展迅速。早在 2005年歐盟委員會（European Commission）提出建立車載緊急呼叫業務eCall的需求，希望在歐洲范圍內統一實施部署車載緊急呼叫服務系統。為了推廣這項重要的道路安全措施，2005年歐盟委員會將技術標準任務下達至ETSI/3GPP（ETSI歐洲電信標準協會），對eCall技術通信標準體系進行開發建設；2008年，ETSI/3GPP開始發布eCall通信模塊技術系列標準；2011年，歐洲9國共同成立HeERO（泛歐州車車載緊急呼叫業務）聯盟，召集各國汽車行業和通信行業的公司組織共同加入對eCall的系統性推廣建設，致力于建立一個在歐洲范圍內可實現互操作的互聯互通的車載應急通信大系統。HeERO聯盟的任務包括對eCall業務系統的模式設計和部署規劃、技術標準的起草推動、技術試驗測試、試商用推廣等。截止到2015年，HeERO已經發展到16個國家范圍和包含車和通信行業在內的43個產業合作伙伴的加盟。

此外，俄羅斯近年大力發展車載應急通信系統，基于俄羅斯的GLONASS定位衛星系統，提出ERA_GLONASS車載應急通信系統，其技術方案與歐洲eCall系統技術方案類似，也即在發生嚴重交通事故后，通過該系統也能夠自動撥叫俄羅斯緊急救援電話，并且報告事故車輛所處的位置和車倆信息，其定位衛星技術明確使用的是俄羅斯的衛星定位GLONASS系統。目前，俄羅斯已經啟動了對ERA_GLONASS技術的強制要求。

2.2技術原理簡介

車載應急通信技術（eCall技術）的設計主要包含兩條通信路徑：如圖2所示，一條路徑為通過蜂窩網絡撥打語音緊急呼叫，這個過程與蜂窩網絡緊急呼叫的實現原理一致；另一條路徑是通過衛星通信系統截取的定位信息，將位置信息及相關車輛信息打包成規范化格式的數據信息單元通過蜂窩移動網絡傳送給應急業務平臺。通過這兩個通信路徑，當汽車發生緊急情況（如碰撞），人為或自動的觸發應急狀態，將終端模塊當前的位置信息通過蜂窩網絡傳送給應急業務平臺，同時發起緊急呼叫，聯絡到應急業務平臺，在盡量短時間內完成事故上報。

2.3技術標準發展狀態

3GPP作為eCall技術的國際標準制定的委托組織，從2005年起開展eCall技術的標準化工作，陸續推出系列eCall系統數據通信傳送技術標準。系列標準的主要功能目標是定義兩條通信通路（定位信息和緊急呼叫）如何協調統一的工作。

eCall在通信網絡技術的實現主要分別架設在兩個功能實體（見圖3），一個是車載系統（IVS-In-Vehicle System），一個是公共安全應答業務系統（PSAP-PublicSafety Answering Point）。兩個功能實體通過GPS衛星通信網絡和PLMN公共（蜂窩）電信網絡進行連接。

圖2　車載應急通信系統兩條通信路徑（來自3GPPTS26.267）

圖3　車載應急通信系統蜂窩系統架構（來自3GPPTS26.267）

ETSI/3GPP制定的eCall技術標準詳細對IVSData Modem和PSAP Data Modem兩個功能實體進行了最小數據單元（MSD-Minimum Set of Data）的結構設計、字段內容定義以及發送接收的流程的全面定義，系列標準參見表1。

緊急呼叫的流程因在3GPP標準體系早有定義，故此系列標準不再重新定義該部分，而是重點關注于MSD傳輸以及其與緊急呼叫過程之間的同步配合。圖3清晰地描述了MSD與Speech語音呼叫之間以時間分割開關來完成協調同步的通信。

表1　系列標準

eCall技術發展已歷經11年，其技術演進依托于蜂窩網絡的技術進步。3GPP將eCall技術分成兩個發展階段：In-BAND eCall和演進的 NG eCall（Next GenerationeCall）；目前，In-BANDeCall為發展階段，即上文所描述的基于2G或3G蜂窩移動通信系統將語音和數據包MSD打包一起進行傳輸，并支持網絡向車載系統詢問信息的交互；NGeCall則被放到3GPPR14技術版本進行標準化工作，NGeCall將納入IMS語音及多媒體形式的數據，以實現更高性能的報警傳輸。NGeCall目前還處于技術設計和標準化工作中。

此外，歐洲標準化委員會CEN也對eCall在高層應用要求，運營要求和數據傳送及端到端測試方面開展了標準的起草編制工作。目前，eCall的CEN系列標準包括如下：

●CEN EN 15722：Intelligent Transport SystemseSafety-eCall minimum set of data（MSD）。

●CEN EN 16062：eCall High Level Application Requirements（HLAP）。

●CEN EN 16072：PanEuropean eCall-operating requirements。

●EN/ISO24978：ITS Safety&emergency messages usinganyavailablewireless media-Dataregistry procedures。

● CEN TS 16454：Intelligent transport systemseSafety-eCallend to end conformance testing。

其中，CENTS16454標準是eCall系統的通信模塊的主要測試標準，其內容為對車載終端（IVS）和業務系統（PSAP）進行包括注冊、業務觸發、SIM/USIM卡一致性、MSD傳送、語音呼叫等系列流程在內的端到端的一致性測試方法。

3GPP技術標準體系與CEN技術產品標準共同實現了eCall清晰完整的技術和測試規范，為eCall的產品研發和網絡部署提供了技術依據。

俄羅斯的ERA_GLONASS系列技術標準由俄羅斯國家標準起草機構Interstate Standard起草編制，以測試標準為例，內容涵蓋電磁兼容性、功能和協議、導航模塊等各類測試，目前GOST系列測試標準如下：

●GOSTR54618-2011：耐氣候和機械因素以及電磁兼容性測試Resistance to climatic and mechanical factors&EMC（Electro Magnetic Compatibility）。

●GOSTR 55530功能和協議測試Functional and Protocol Testing。

●GOSTR55531電話揚聲器測試Speakerphone。

●GOSTR55532碰撞檢測Collision Detection。

●GOST R 55533通信模塊 Communication Modules（GS、UMTS）。

●GOST R 55534導航模塊，含俄羅斯衛星定位GLONASS系統和全球定位GPS系統Navigation module。

其中，GOSTR55530-2013和GOSTR55533-2013標準包含了對蜂窩通信功能模塊的主要檢測內容，其內容類似CENTS16454標準，包括對車載終端（IVS）和業務系統（PSAP）進行包括注冊、業務觸發、MSD傳送、語音呼叫等系列信令流程相關的測試方法。

3　車載應急通信模塊測試方法介紹

車載應急通信模塊測試方法在CENTS16454標準中進行了詳細描述，CENTS16454標準包含IVS終端模塊的整體工作流程的測試，對于理解eCall業務模式比較完整。本部分重點對此標準所設計的測試方法進行介紹。

CENTS16454標準的定義方法包括每個測試用例的準備條件、測試步驟及結果判定。該標準將eCall服務提供鏈條上的參與實體的職責進行了明確的定義和劃分，分別為車載系統（IVS）、移動通信網絡（MNO）、公共安全應答平臺（PSAP）和第三方服務提供商（TPSP）。IVS包含兩種不同接入方式接入不同的業務平臺，Pan European與PSAP公共安全應答平臺連接，TPS與第三方服務提供商連接。同時，CENTS16454標準為每個eCall服務參與實體都制定了詳細的測試方案。

車載系統IVS與PASP之間通信協議的測試是通過在協議流程上的每個關鍵環節設置一系列的檢查點，來檢查車載系統的行為是否滿足要求。例如，在出現緊急情況時是否能自動撥打語音電話，是否能自動發送MSD數據包等。

在遇到緊急情況時，MSD（Minimum Set of Data）能否被正常發送到PSAP非常關鍵。MSD雖然只有短短的140個字節，但其中包含了關系到是否能及時采取正確的方式對事故進行處理及營救的極為重要的信息，如事故發生的時間、地點，事故車輛的品牌、車型及顏色。

以測試對象之一的車載模塊系統IVS為例，設計一個MSD消息發送的測試用例。其中，IVS終端模塊作為被測對象，其他參與主體用儀表進行模擬，作為測試設備。IVS與PASP之間的通信協議流程，測試目的為驗證IVS能否正常發送MSD消息，測試步驟設計如下：

（1）PSAP向IVS發送“Send MSD”請求。

（2）收到該請求，IVS將語音通話置于靜音模式。

（3）IVS發送MSD數據。

（4）PSAP確認收到MSD。

（5）IVS停止發送MSD。

（6）PSAP檢查MSD數據的有效性及完整性。

（7）IVS接收PASP關于MSD數據有效性的反饋。

（8）IVS啟動語音模式。

（9）AP也啟動語音模式。

（10）VS與PSAP之間的語音通話是否正常。

4　國內外車載應急產品和技術標準化進展

國內目前在車載應急安全方面主要基于目前各類信息技術的組合應用，如兩客一危系統，該系統主要結合多媒體技術于一體化的智能車載設備，并與后臺的服務和監控平臺聯網，完成對車輛及駕駛的安全監控和應急防范。

圖4中的一體化智能車載系統，能將車輛上所需的各種功能高度集成，用單一設備即可完成多種智能化功能，包括客流分析、駕駛員疲勞檢測系統、身份認證等，同時又配置了常規車載系統中所必須有的視頻監控錄像系統、GPS系統、報警系統等，設備多種功能高度集成后，能帶來一定的便利性、功能多樣性、低成本的優勢，但對應急緊急處理全程全網和實時救援還有待新技術的支撐。

圖4　一體化智能車載系統

近幾年，與eCall和ERA_GLONASS技術類似的車載應急通信技術標準建設在“車載信息服務產業應用聯盟（TIAA）”旗下的eCall技術工作子組中有所推動。該子組起草了《緊急救援系統車載子系統技術要求》，對車載應急通信功能的要求進行了初步定義。同時，CCSA（中國通信標準化協會）的ST3（應急組）也起草了《個人緊急情況下報警及位置信息傳送技術要求》系列標準，其中對移動終端的定義范圍涵蓋了車載終端。因為跨行業的技術討論合作和標準化組織的多樣性，需要國內產業界更緊密的合作，來推動國內eCall技術標準的盡快制定以支持產業的部署和產品商用化實現。

歐盟委員會多年來通過制定政策和推動行業，也逐步實現了eCall技術體系的不斷完善并將其納入強制范圍。回顧2005年以來歐盟委員會屢次將eCall提到重要的討論議程上，在2009年引入eCall系統的4年進展報告中委員會曾提到：項目推廣初始，以企業和個人自愿的方式加入十分無效，因而必須考慮強制措施。2012年7月，歐洲議會通過了一項決議，敦促委員會提交一份提案——要求所有成員國新批準的汽車搭載112-eCall系統；2012年11月，歐盟委員會再次提出推廣eCall系統也作為歐盟汽車業的一個重點項目進行建設。至此，可以預見2018年將在歐洲范圍內實現eCall汽車配件產品的大規模強制檢測認證，屆時歐盟境內所銷售的新家用車和輕型乘用車都必須安裝緊急救援呼叫系統，以最大限度地減少道路交通事故中因救援遲緩造成的人員死亡。作為一個重要的道路安全措施，同時還要考慮現有車載系統的設備升級或后裝市場的推動。在PSAP業務系統方面也需要進行全面的建設部署和完善。

俄羅斯的ERA_GLONASS商業部署目前進展非常快速，自2015年俄羅斯政府強制要求政策確定后，目前進入俄羅斯市場的汽車產品被強制要求通過ERA_GLONASS系列標準要求的檢測，檢測認證由俄羅斯政府官方授權的檢測實驗室完成。

5　結束語

國內車載應急系統目前還處于標準研究和制定階段。在定位系統方面，中國北斗導航衛星系統（BDS）已經在亞太區域開通運行，俄羅斯GLONASS衛星在全球運行并對車載應急通信系統展開了應用，這對中國北斗來說，具有一定參考性；在蜂窩網絡方面，國內GSM、UMTS以及LTE的技術和產業發展也已成熟，并與全球蜂窩網絡的應用同步，借鑒eCall和ERA_GLONASS的技術和設備測試的經驗，可大大縮短我國車載應急通信產業的部署周期，從而使得車載應急通信技術能盡快步入商用，服務大眾。

［1］CENEN 15722. Intelligent Transport Systems - eSafety - eCall minimum set of data（MSD）.

［2］CENEN 16072.PanEuropeane Call-operating requirements.

［3］CEN TS 16454. Intelligent transport systems - eSafety - eCall end to end conformance testing.

［4］GOST R 55530 Functional and protocol testing.

［5］3GPPTS26.267 eCall Data Transfer In-band modem solution General description.

Introduction of eCall technology and test methods

CHEN Jun，WU Wen，GUO Gan

With the rapid development of in- vehicle communication technology， progress of technical research and stand ardization of eCall system have promoted the industry of in-vehicle communication safety system. This paper introduces eCall technology， standards， test specification and domestic and foreign industry status.

eCall；ERA_GLONASS；emergency call

2016-04-25）