暢談5G車聯網技術在鄉村道路中的應用

黃 田 李嘉輝 葛中會

(重慶郵電大學通信與信息工程學院 重慶 400065)

引 言

車聯網需要的低時延、高速率在5G技術的支撐下得以實現。但是，它目前較多地應用在城市智能化交通系統中，較少涉及到鄉村道路中的應用。原因主要有以下幾個方面。

第一，城市中車輛數量多，車聯網成為了主陣地。城市道路較為規范，車輛、人員較為集中，車流量大；城市的通信技術覆蓋范圍較為全面，建筑物鱗次櫛比等特點，為車聯網技術的應用提供了一個很好的平臺。同時，城市堵車現象較為頻繁，車聯網技術的應用可以更好地實時監控區域車流量，在提前預測的基礎上能夠較好地實現車輛的流動規劃，減少擁堵。

第二，農村地區的基礎設施建設較為落后。由于國家大力推進城鎮化建設，因而，鄉村地區的發展遲遲不能提上日程，建設的速度一直很緩慢。

第三，現在的4G網絡不足以支撐車聯網技術的應用。由于車聯網技術中涉及到大量的數據計算和傳輸問題，在數據傳輸率和時延上面要求很高，現有的網絡難以達到要求。

綜合以上三個原因，可知鄉村車聯網目前仍然是一個需要我們研究與完善的問題。

一、鄉村車聯網主要特點

目前，鄉村大部分的地區實現了公路村村通，基礎道路設施得到了保障，為車聯網技術的應用奠定了一定的基礎。鄉村道路最大的特點是道路與車輛稀疏，在道路兩旁比較寬闊，遮擋物較少，多徑效應較弱；在山區中就顯得比較復雜，樹木、彎道和山體都將會對信號的傳輸造成不同程度的影響，使得車輛的信息不能夠準確而快速地傳輸。

鄉村道路的車流量較城市要小，這使得在車輛與車輛之間的數據處理會少一些工作量。但是，現有的傳統網絡是剛性固化的，主要關注網絡的底層傳送能力，業務很難靈活地調用網絡能力，它更加關注接入網及核心網，是復雜度非常高的“煙囪”架構[1]。而車聯網技術要求網絡對上層應用和業務開放，這就使得傳統網絡不能夠很好地適用于鄉村車聯網技術。

同時，鄉村道路還需要考慮許多非人為因素的判定。比如，山體滑坡，泥石流等自然災害。這是在城市車聯網技術上面的延伸，將會豐富和完善車聯網技術在多場景下的應用。

二、5G主要特點

5G網絡即第五代移動通信網絡(5G：5th Generation Mobile Networks)，是最新一代蜂窩移動通信技術。其性能目標是高數據速率、減少延遲、節省能源、降低成本、提高系統容量和大規模設備連接。其主要優勢在于，數據傳輸速率遠高于以前的蜂窩網絡，最高可達10Gbit/s，比4G快100倍。目前5G已經投入商用，根據目前移動測試人員的數據結果來看，下行最高速率達到1617Mbps，最低為75Mbps；上行最高速率為139Mbps，最低為7.65Mbps。這將使很多領域產生質的飛躍[2]。

三、5G應用下的鄉村車聯網可能性分析

第一，高速率，低延遲可以滿足鄉村車聯網的需求。車聯網(V2X：Vehicle to Everything)是實現車輛與周圍的車、人、交通基礎設施和網絡等全方位連接和通信的新一代信息通信技術。車聯網通信包括車與車之間 (V2V：Vehicle to Vehicle)、車與路之間(V2I：Vehicle to Infrastructure)、車與人之間(V2P：Vehicle to Pedestrian)、車與網絡之間(V2N：Vehicle-to-Network)等，具有低時延、高可靠等特殊嚴苛的通信要求[3]。傳統網絡只能夠達到一些基本信息的傳輸，如定位，導航等，但對于自動駕駛技術卻難以達到要求。鄉村中車輛的數據傳輸往往需要上傳到骨干網。這樣，數據的傳輸速率就大大降低了，時延也很高。5G網絡使用的毫米波段，在數據傳輸上面就有很大的優勢，高速率、低延遲直接滿足了車聯網技術的要求。

第二，網絡結構更加扁平化，邊緣計算與云計算相結合，從而使得計算延遲大大降低。邊緣云，是一種在網絡邊緣或靠近用戶接入點側部署云數據中心的技術。該技術將傳統的集中式云計算能力下沉，讓靠近用戶的網絡邊緣側提供計算、存儲、網絡、加速、人工智能及大數據處理能力。同時為第三方服務應用提供開放的部署平臺，面向用戶提供種類多樣的第三方服務，最終實現節省后向帶寬、低時延、大連接的高效服務分發。[4]這一技術同車聯網技術的結合，車輛數據不再需要將數據傳輸至核心網處理之后再返回，直接在網絡邊緣進行計算，將大大減少車輛的數據在網絡中的傳輸時間，降低時延，使得車聯網技術在鄉村道路中的應用成為可能。

從上述的分析可以看出，5G技術的特征是信息傳輸高速率、低時延，并且計算時延也大大降低。這些技術特征能夠滿足鄉村環境下車聯網的業務需求，使得鄉村車聯網組建成為可能。

四、結論

5G網絡使用新的頻段，還有大規模的天線技術，使得數據的傳輸速率大大提升；同時，網絡結構更加的扁平化，使數據傳輸的延遲和計算延遲大大降低。上述特征基本達到了鄉村車聯網傳輸與計算的要求，使得鄉村車輛網的應用變為了可能，5G應用后鄉村也可以實現車聯網。