基于5G時代下的車聯網發展

楊森元 王浩 侯瑋 董江林

關鍵詞：網聯化;車聯網;交通智能化;C-V2X技術

一、車聯網的背景及意義

文獻u-提出關于交通系統的科學化、現代化、智能化，一直是人們不斷追尋的目標。早期的交通信號控制系統裝置采用了電子、傳感、傳輸等技術來實現交通道路中的科學管理。但是，伴隨著科學技術的發展，交通監視和誘導系統、信息采集系統等在智能交通領域中扮演著極為重要的角色，人類對于車聯網V2X技術在自動駕駛中應用的探索從未停止，并在車聯網V2X研究中掀起了新的浪潮。

但是汽車領域的不斷發展，但來的絕不僅僅只有福音，接踵而來的還有一系列例如交通堵塞、能源消耗和環境污染等社會問題。而車聯網旨在借助現代化科學技術改當前城市交通狀況，從而促進智能交通城市的發展。幸運的是，5G網絡化信息時代的到來，使車聯網的發展達到了新的高潮。

車聯網的發展顛覆了現有的傳統交通模式，使汽車不再是一個獨立的個體，而是龐大城市智能交通網絡系統有機體中的一員，一旦車聯網技術成熟，可能將避免堵車和交通事故的發生。從而達到最大挖掘路網潛力的目的，從而實現人、車、路一體化綜合智能發展的目標。推動車聯網技術的發展，已經逐漸成為全球發展的必然趨勢，智能交通行業的安全化、暢通化和高效化憑借著車聯網的發展逐步走向成熟。

其中V2X（Vehicle to Everything）技術是車聯網發展的靈魂核心。它借助新一代信息通信技術將車與一切事物相連接，從而實現車輛與一切可能影響車輛的實體全方位連接與信息交互。

二、目前車聯網的研究現狀

車聯網V2X技術早期主要是基于美國研發的DSRC（dedicatedshort range communication）技術及專用短距離通信技術，而后期隨著蜂窩移動通信技術的逐漸發展，才出現了C-V2x（Cellular Vehicle to Everything）技術。

隨著科學技術的發展，DSRC技術迎來了最大的對手——LTEV2X。LTE V2X是由3GPP基于LTE技術研究而成，LTE V2X技術包括直接通信（LTE-V-Direct）和蜂窩通信（LTE-V-Cell）兩種工作模式，前者作為自組織網絡在小范圍內進行V2X通信，后者利用現有的頻譜和基站進行蜂窩通信。LTE-V2X得到電信運營商的大力支持，華為、愛立信、高通、奧迪等多家廠商成立了5GAA聯盟。LTE-V2X優點在于無需投入新的路邊設施、成本更低、網絡覆蓋的距離更長。

從當前研究現狀來看，絕大多數廠商及科研機構研發的自動駕駛車輛仍處于單車智能的狀態，在沒有5G網絡車聯網的支撐下，想要達到L5級別的全場景自動駕駛幾乎是不可能的，更遑論未來城市智能交通網絡的實現。然而5G網絡的商用發展趨勢必將為城市智能交通領域的發展提供更加強大的契機，我們必將見證汽車交通領域的歷史性變革。

為什么5G時代的出現，會導致汽車與交通行業的歷史性變革呢？工信部部長苗圩在鰲亞洲論壇2019年年會上表示，在5G應用方面，最大的一個市場可能就是車聯網。基于4G的LTE-V2X技術在過去十年根本無法滿足車聯網迅速發展的需求，而5G網絡商用給LTE-V2X發展提供了更大的可能與契機。眾所周知，文獻[6]提出4G主要側重人與人之間的相互通信，而5G則形成了端到端的生態系統。因此5G-V2X可以支持更多面向高度自動駕駛的車聯網業務，但是5G-V2X想要成熟的應用于智能交通系統，還要經過更長時間的測試和驗證。

無可置疑，中國作為全球第一大汽車市場，車聯網的標準制定勢在必行。從我國擁有全球最大的LTE網絡現狀和C V2X演進的技術優勢來看，C-V2X應該是目前國內V2X技術標準的首選。

從基礎設施發展看，目前我國主推發展的5G NR和LTE-V，都將車聯網系統作為重要的應用領域，其特點是將傳統蜂窩網絡以“中心+基站”為核心的技術，拓展增加“分布式+自組織”功能，這能夠很好的支撐車輛之間的信息交換。但是目前我國在國際C-V2X整體推進情況形勢較為嚴峻：一是國際社會在V2X項層設計、標準體系和頻譜規劃方面已完成布局;二是其他國家802.11p由于標準化完成相對較早，占據時間窗口優勢，已開展大量測試和應用示范，并有相對較成熟產品和方案。

但是在國家政策的大力支持下，各汽車相關領域企業、科技巨頭、傳統車企、BAT等涉足汽車領域互聯網新貴紛紛入場，促進了車聯網的飛速發展。

聯通的5G車聯網業務，將構建核心云、邊緣云及車端、路端多級網絡構架，打造車路云三重平行交通體系，創建基于“多模通信+車路協同+車云同步”的云網一體化智能交通系統，并提供全方位多樣化的新型車聯網服務;華為制造的雙模C-V2X路側設備RSU，配合香港應用科技研究院（應科院）C-V2X軟件系統和演算法，利用C-V2X U、PC5通信道把信號燈，交通狀態等廣播資訊，傳遞到一汽、奧迪、東風、長安、上汽等汽車上。實現了（車、行人、路、網）之間低時延、高可靠感知資訊交換。中國聯通以及阿里巴巴基于此也紛紛出臺相關政策。

三、車聯網研究中的問題

如果車聯網C-V2X技術真的完全成熟，無人駕駛城市智能交通網絡真的形成，那么一切關于城市交通問題真的能得到完美解決嗎？

麻省理工學院主任Carlo Ratti的研究表明：車聯網V2X技術應用于城市交通領域，最終導致的后果可能是“超現實的交通擁堵”。而由此帶來的問題依舊嚴峻，不僅如此，車聯網技術本身也存在著很多問題：

1、車聯網V2X技術的最大難題就是在對周圍物體的識別上。車聯網V2X需要采集大量圖片信息，對車輛進行“訓練”，使其在絕大多數情景下都能準確識別周圍的環境信息。車聯網發展至今已經能實現絕大多數的物體識別，但在汽車高速行駛過程中依舊存在著不少“意外”。

2、從智能組網和傳輸角度看，車聯網V2X對于移動網絡有著極大的依賴性。車聯網V2X技術在實現信息交互時，要求移動網絡有著足夠的可靠性和穩定性，以支撐高性能、大容量的車聯網系統應用。5G時代的到來，使車聯網V2X技術便有了新的可能。

3、汽車大規模聯網后，另一關鍵問題就是路由問題。泛洪廣播是路由的前身，廣播不能是漫無目的廣播，而是為了能夠更好的找尋到目標車輛，真正實用的車聯網通信方式一定是智能路由傳輸。想要實現這一目標，需要設計低時延，高可靠的路由協議。然而高動態網絡拓撲對路由的穩定性，可靠性都提出了極大的挑戰，如何才能長時間的維持穩定的通信鏈路并保障路由下一跳節點的選擇是最優的？這就需要引入人工智能和深度學習來進一步保障。而現如今人工智能和深度學習技術盡管已經取得了一定成果，但未徹底成熟，依舊在不斷探索之中。

4、最后面臨著技術成熟度的問題，智能網聯是一個復雜的系統工程，從面對復雜交通環境下的感知技術、決策技術到車輛的運動控制技術、信息交互技術，均存在很多需要進一步研究解決的問題。例如：1、配套基礎設施發展的問題，智能網聯汽車的發展需要更加智能化的道路、更加先進的通信保障;2、法律法規、社會接受度等方面的挑戰，目前的法律法規尚不允許沒有人類駕駛員（或安全員）的自動駕駛車輛上路，自動駕駛車輛出現交通事故的責任劃分等問題。

四、感想與總結

順應科學技術發展的浪潮，在5G時代的大力推動下，車聯網的發展趨勢勢不可擋。車聯網的發展必將給智慧交通城市生活帶來新的活力，促進城市智能交通的發展。但是任何事物的發展過程中必然面臨著眾多挑戰，盡管車聯網存在許多難以攻克及技術難題和法律問題，但是我相信隨著時間的演進，科學技術的發展，必將帶來新的奇跡！