V2X 關鍵技術應用與發展分析

陳 杰

（西華大學，四川 成都 610039）

引言

近年來，我國汽車數量不斷增加，智能汽車項目是各國政府在大力推動的項目，智能汽車是進行出行娛樂和車際互聯等的重要功能。根據有關數據顯示車輛已經成為繼手機和電腦之后發展第三快的設備生產者。因此，車聯網技術正式走上歷史舞臺，并成為人們的焦點。通過V2X 車聯網技術，高速公路上，高速行駛的汽車之間可以進行相互通信，人車互動可以提高人們的出行樂趣。而且通過V2X 車聯網技術，可以大大減少交通事故的發生率，為人們的生命安全增加一份保障。車車互聯，車人互聯，車網互聯等，可以幫助車輛判斷路段是否擁擠、是否危險，這樣有效地降低了交通事故的發生。因此，加快推廣V2X 技術的相關應用極為重要。然而在推廣過程中存在的一系列問題也不容忽視。本文將對V2X 技術應用推廣以及存在的問題，未來發展趨勢等進行相關論述。

1 V2X 技術介紹

（1）V2X 的概念。V2X 即為 vehicle to everything，也就是指車與外界信息的互換，即為車用無線通信技術。V2X 技術可以實現車與車，車與基站，基站與基站等的互通，能夠大大提高行車的安全性。也可以提供影音等娛樂形式，增加出行樂趣。還可以減少擁堵，提高出行效率等。

（2）V2X 的分類。V2X 技術主要被分為四大類：V2V、V2I、V2P 和V2N，也就是分別將X 指代的everything 分成了 vehicle、infrastructure、pedestrian 和 network。表示車跟此四類媒介的信息互通。V2V 表示車與車之間能夠直接進行通信。這里是將車作為一個具有傳送和接收數據能力的移動通信終端。V2I 表示車與周圍的基礎設施可以進行通信，例如車與紅綠燈，當大霧天氣時，紅綠燈信息可以直接顯示到車載大屏上，這樣就可以對十字路口的路況信息進行判斷。V2P 表示車與人以及人身上的設備可以進行通信。比如車與人身上的手機，電腦等。V2N 表示車與邊緣云可以進行通信，邊緣云可以在盲區時對車輛進行判斷，如果會發生危險，就會將信息向駕駛員預警。

（3）V2X 的發展歷程。車聯網技術興起于美國，并且歐美和日本在該技術上一直處于領先地位，美國在2010年就頒布了車聯網通信標準，也就是WAVE 系統標準，主要用于車的無線通信。日本在1991年就成立了車輛信息與通信系統中心，可以很好地為道路交通信息提供系統。我國的車聯網技術發展與歐美相比就相對較晚了。2007年，通用汽車公司和上汽集團一起推出了安吉星服務，這為車聯網在中國的發展奠定了堅實的基礎。2009年被稱為車聯網元年，這年各大廠商紛紛推出車載的服務系統。車聯網技術在中國迅速發展，中國正式進入車聯網時代。2011年，隨著車聯網的不斷發展，大唐電信和啟明信息科技共同建立了通信與汽車電子產品實驗室。這標志著我國正式進入車聯網的應用階段。

（4）V2X 技術路線。a. DSRC 技術特點。DSRC 技術是一種無線通信技術，該技術可以進行雙向半雙工中短距離無線通信，能夠實現數據的高速傳輸，傳輸帶寬能夠達到3-27MB/S。有很多優點能夠滿足VANET 的需要，比如可以指定授權帶寬，這樣可以用于安全可靠的通信，還能夠快速建立網絡，實現快速通信，并且能夠進行安全的高頻更新，具有非常高的可靠性，這樣在車輛行駛條件下即使碰到雷雨天氣，也不會受到重大影響。在這些天氣時，其安全等級也會非常高。雖然DSRC 技術有著很多的優點，但也存在許多的局限性。比如DSRC 技術采用載波監聽多路訪問協議（CSMA-CA）。該協議會產生數據包譯碼失敗的情況。還有就是該技術使用了正交頻分復用技術限制了最大傳輸速率以及傳輸范圍。b. C-V2X 技術特點。C-V2X 解決方案用以解決DSRC 技術存在的一些問題，是一項能夠提高長期演進技術的新技術。與DSRC 技術相比，C-V2X 技術可以提供穩健的基礎設施與通信。能夠增強通信的安全性與保密性。C-V2X 技術初始標準主要側重于V2V 也就是車與車之間的信息互通，到后期才發展了V2X 中的其他應用場景。并且C-V2X 引進了新的D2D 通信端口用于實現近鄰的通信服務。

2 V2X 關鍵技術

（1）可靠的實時通信技術。在車聯網技術中，主要用到的是無線通信技術。由于在實現數據互通時，車輛可能在高速運行，這樣就要求通信技術的可靠性與實效性。要求能夠做到網絡接入的時間短，數據傳輸時延低，且數據傳輸具有高可靠性，保證數據傳輸的安全性與隱秘性等。針對這些技術要求，各個國家提出了多個車聯網系統。其中IEEE 和歐洲分別提出的WAVE 系統和CoCar 系統影響較大。

（2）車輛狀態感知技術。車聯網技術屬于物聯網技術的一部分。因此對物體周邊狀態的感知尤為重要。基于V2X的應用場景，在復雜的路況中，通過車輛狀態感知技術，可以實時監測車輛的行駛環境，以及與周圍車輛的運動狀態。還有就是周圍有無交通事故的發生。車輛感知主要是通過總線電子控制單元以及各傳感器來獲取車輛的狀態。不僅能夠獲取車輛的位置和方向，還能獲取車輛的速度和加速度等。在車輛狀態感知完成后，若發現危險信息，將會對車輛給出預警。對車輛信息的感知以及復雜路況的判斷，主要是通過視頻、激光等技術進行檢測。

（3）海量數據處理技術。在感知獲取信息后，需要對獲取的數據進行處理。這就需要有非常好的數據處理技術。通過數據處理系統進行信息匯總融合，并且能夠根據信息給出判斷。信息融合和數據挖掘是兩項重要的手段。信息融合是指利用計算機技術對來自多個傳感器的數據信息進行分析處理，信息融合主要是通過對傳感器的充分利用，整合分析，從而能夠給出最好的處理意見。數據挖掘是指在大量的數據中，通過分析數據尋找規律。它主要有數據準備，規律尋找，規律表示三個步驟。這樣就能把我們所需要的數據整合成一個數據集，并將規律以可視化的形式展示出來。

3 V2X 關鍵技術應用

（1）道路安全服務應用。道路安全服務主要由V2I 提供，V2I 可以將車輛周邊信息在一定的區域內實現共享，這樣能夠幫助駕駛員及時了解路況信息，在危險路段起到警示作用。能夠避免一定交通事故的產生。在應用場景選擇上，由于該服務的特殊性，該服務在大霧以及陰雨天作用更加明顯。

（2）自動停車系統應用。自動停車系統即ABS 系統，主要用于大飯店，商場等的車位管理。這些區域內有著大量車位，但由于管理效率不高，顧客往往很長時間也很難找到一個車位。自動停車系統包含實時的數據庫信息，可以直觀展示給用戶。自動停車系統也可以允許用戶儲備一個車位，這樣就大大提高了停車效率。

（3）緊急車輛避讓服務應用。現在警車，救護車等緊急車輛往往通過鳴笛來表示自己的車輛是緊急車輛。這樣做在一定程度上可以起到緊急車輛讓行的效果，但在塞車等的情況下，司機往往無法正確挪動車輛來避讓緊急車輛，這樣就達不到最佳的車輛讓行效果。在車聯網的應用中，在一定區域內就會將緊急救援信息發送給周圍的車輛，并提示緊急車輛的前進方向，同時為周圍車輛提供一個合理的避讓路線。這樣就能達到最佳的緊急車輛讓行的效果。

（4）自動跟車系統服務應用。自動跟車系統主要是根據早晚高峰的應用場景設計，在早晚高峰情況下，道路上的車輛過多，造成擁擠。這樣就會導致車輛的行駛速度過于緩慢。在這個應用場景下，自動跟車系統可以得到充分發揮，自動跟車系統可以通過觀察前車的速度以及行駛方向等來實現半自動化的操作。過程中還能跟前車保持安全距離。這樣做既能保證安全駕駛，還能給駕駛員以充分的時間來休息。

（5）無人駕駛汽車服務應用。隨著我國汽車技術的不斷發展，未來無人駕駛汽車的發展前景非常廣闊。而無人駕駛汽車都需要充分運用V2X 車輛網技術并通過定位導航，環境感知等實現無人駕駛的操作。這將是基于互聯網革命的一場技術革命。

（6）車載信息服務應用。車載信息服務的應用，最普遍的就是車載影音系統，可以給駕駛員帶來好的體驗。另外還包括緊急呼叫等的應用場景。當車輛發生緊急狀況，如發生交通事故時，如果此時駕駛員已經失去意識，緊急呼叫服務可以及時向120 急救中心等發出緊急呼叫。并能夠準確提供車輛的位置，車輛的類型等，使人員能夠得到及時救助。

4 V2X 技術發展問題分析

（1）網絡覆蓋問題。由于車上無法達到實時網絡覆蓋，因此與D2D 技術相似，在V2X 技術發展過程中，也存在著有時網絡無法覆蓋的場景。雖然要求車輛都支持服務程序，但是當用戶離基站越近時，服務質量就越高，通信質量也會非常好。相反，在無網絡覆蓋的情況下，服務質量也許會有所下降。因此需要進行車載網絡問題研究，盡最大的可能保證每輛車每時每刻可以連接網絡。

（2）頻譜資源問題。現在，無線通信技術對于頻譜資源的要求會越來越多。互聯網對于頻譜資源的爭奪愈演愈烈。然而，對于新技術，如何考慮在有限的頻譜空間內提高頻譜利用率是一個重要問題。當V2X 用戶與LTE 用戶共享所有資源時，就會存在兩種情況，這兩種情況是兩種用戶使用相互正交的頻譜資源，或者相同的頻譜資源。當使用正交的頻譜資源時，不會造成干擾。如果使用相同的頻譜資源，D2D通信將會對LTE 網絡造成一定的干擾，因此需要進一步的進行研究，才能夠使頻譜資源得到有效利用。

（3）車輛移動問題。在V2X 應用場景中，車輛往往是處于高速移動的狀態，因此，對于車輛位置的定位，就要更加準確，并且能夠不同的應用場景實時切換。這樣的話，通信服務質量有可能會降低。因此，在車聯網技術的發展過程中，解決車輛移動性的問題也非常重要。

（4）技術成熟度問題。盡管V2X 技術已經經過了多年的發展，但離大規模推廣使用還有相當長的距離。DSRC 技術解決了車輛安全性的問題，能夠被用來部署系統，但V2I系統依賴于廣泛的基礎設施，這樣就需要大量的投資，因此不可能大規模的去部署V2X 系統，C-V2X 技術目前尚不能支持高速通信中的低延遲。雖然專家提出供互補的方案，但共享頻譜的方案受到質疑。目前看來，大規模推廣技術尚不成熟。

（5）立法客觀性問題。美國已經將V2X 系統強制安裝寫入法律。美國政府之前在DSRC 技術上有很大投入，因此，美國交通部才要求車輛必須搭載V2X 系統。然而，隨著車聯網技術的發展。蜂窩數據帶動了C-V2X 方案的產生，各國對最佳解決方案的選擇也就產生了分歧。分歧產生之后也就無法做到客觀的進行立法。

5 V2X 技術發展展望

目前V2X 系統的推廣，并沒有積極利用現有的資源，隨著未來全國網絡覆蓋率的提高，用戶之間的數據傳輸速度將會大大提高，因此更有利于系統的大規模應用。未來V2X 標準法規的指定，將更多的考慮國家安全性的問題。V2X 技術代表著未來智能汽車和智能交通領域的發展趨勢。其核心技術標準的制定，也就具有著未來交通安全和產業的主導性。美國已經率先啟動V2X 系統技術標準和法規的制定，由于美國研究DSRC 技術多年，所以很有可能將DSRC 定為法定技術，而目前我國并未將DSRC 技術確定為主導地位，在此情況下，更應該發揮自身優勢，積極參與CV2X 技術的研究中。這樣才能保證汽車與信息兩大產業不受他國控制。未來V2X 系統將與汽車行業和通信行業大力合作，積極推動技術研究，推廣V2X 系統，希望能夠打造出世界一流的車聯網解決方案。

6 結束語

近年來，人口的增長，人民生活水平的提高帶來了車輛的猛增。車輛的猛增也就產生了一系列的交通安全等的問題。這些問題促使著V2X 車聯網技術的發展。V2X 技術集成了車輛通信，感知信息等的各項前沿領域的技術。因此，V2X 車聯網技術的發展成為各國研究的熱點，也是未來智能交通發展的熱點，該項技術得到了世界各國的廣泛關注。發達國家對于車聯網技術研究較早，已經進行了各項研究，并產生了相關成果與標準。我國的車路協同起步較晚。但因為我國人口數量多，車輛多，交通問題也就日益突出。因此，我國需要更先進的車聯網技術來降低車禍的風險。為了避免在技術研究上受制于人，應該及早進行研究，及時突破技術瓶頸，研究出具有自主知識產權的新技術。