基于5G 的車聯網組網架構研究

王 靜，周麗娜，楚佳盟，劉太龍

（中國通信建設集團設計院有限公司第一分公司，河北 保定 071000）

1 車聯網與5G

2019年9月，國務院印發《交通強國建設綱要》，明確提出要加強智能網聯汽車（智能汽車、自動駕駛、車輛協同）研發，提升城市交通基礎設施智能化水平，車聯網技術是指通過車路協同來提高提高行車安全、提高交通效率，降低交通擁堵和排放等，國際、國內方面車聯網標準的制定進展迅速。目前， 3GPP R16 版本已于2020年7月凍結， R17版本的研究工作也已啟動。

5G（Fifth Generation，第五代移動通信技術）標準包含增強移動寬帶、超高可靠和低延遲、大規模機器通信三大應用場景，相對于4G 標準，5G 在帶寬、時延、連接數等多方面的性能都有大幅度提升，可協助車聯網在遠程環境感知、信息交互和協同控制等關鍵技術上取得突破。本文主要對基于5G 的車聯網組網架構進行研究，并對其從車端、路端、網端、云端四個方面進行闡述，其次對車聯網應用進行總結和展望。

2 基于5G 的車聯網組網架構

車聯網涉及的物理對象和組成要素較多，重點包括人、車、路、網、云 5類物理要素，其中，“人”主要指道路環境參與者和車聯網使用者；“車”是車聯網的核心要素，未來主要向智能化和網聯化方向發展；“路”主要指路側基礎設施，包括紅綠燈、攝像頭、雷達、 RSU 等；“網”主要指車聯網通信網絡，實現人車路網云之間互相通信；“云”主要指平臺側，實現海量數據處理，決策下發等功能。本節將從車路網云四個方面進行闡述。

2.1 車端

車端是車聯網的核心組成要素，構建車聯網架構，車端通過前裝或后裝OBU（On board Unit，車載單元）設備實現智能網聯，OBU 設備主要功能是實現和其他車輛 OBU、路側RSU（Road Side Unit，路側單元）、行人和 V2X 平臺之間通信。

文獻[1]指出智能汽車已成為汽車產業發展的戰 略方向，汽車智能化和網聯化協同發展已成共識，而自動駕駛是汽車智能化具體呈現之一。根據工業和信息化部公示的《汽車駕駛自動化分級》（報批稿），自動化駕駛主要分為 L0-L5共6級，分類方法基本與 SAE（Society of Automotive Engineers，美國機動車工程師學會）一致。如表 1所示，目前市面上所售汽車產品搭載的包括車道保持、車道偏離預警、并線輔助、主動剎車、自適應巡航等功能多為2級或以下駕駛輔助[2]。L3以上級別的自動駕駛開發難度高、周期長，目前還無量產的設備和芯片，因此整體成本高，現階段大多商業公司正在集中 L3的落地。

表1 汽車駕駛自動化分級

2.2 路端

路端是實現車聯網及智能交通的關鍵環節，路端建設主要實現的功能有：通過路側傳感器以及車輛發送的數據，對道路通行狀況進行感知，數據經MEC（Mobile Edge Computing，邊緣計算）處理后，上傳至云端平臺或分發給車輛，進而對交通進行一定程度的優化。

構建車聯網架構，路端需要新增路側單元 RSU、傳感器、智慧燈桿等基礎設施。其中， RSU 的功能主要是匯集路側智能設施和道路交通參與者的信息，上傳至云平臺，并將 V2X 消息廣播給道路交通參與者，5G 與C-V2X 聯合組網可構建廣覆蓋與直連通信協同的融合網絡，保障智慧交通業務連續性。

根據中國公路學會自動駕駛工作委員會、自動駕駛標準化工作委員會 2019年9月發布的《智能網聯道路系統分級定義與解讀報告（征求意見稿）》，從交通基礎設施系統的信息化、智能化、自動化角度出發，并結合應用場景、混合交通、主動安全系統等情況，可以將交通基礎設施系統分為 I0-I5級，分別為無信息化 /無智能化、無自動化；初步數字化 /初步智能化 /初步自動化；部分網聯化 /部分智能化/部分自動化；基于交通基礎設施的有條件自動駕駛和高度網聯化；基于交通基礎設施的高度自動駕駛；基于交通基礎設施的完全自動化駕駛等。目前，各大企業現階段預期實現目標支持的自動駕駛均屬于I1級范疇。

2.3 網端

目前，車聯網通信技術主要分為 DSDR（Dedicated Short Range Communications，專用短程通信技術）和C-V2X（Cellular -Vehicle-to-Everything，基于蜂窩網絡的車用無線通信技術），其中， DSDR 技術起源較早，由IEEE 組織制定，是基于 IEEE802.11P 協議發展的技術，主要用于車輛間的無線通信； C-V2X 由3GPP 組織制定，是基于蜂窩移動通信發展的技術，主要分為 LTE-V2X以及5G-V2X 兩種，其中 V2X 主要包含 V2I（Vehicle-to-Infrastructure，車路互聯）、 V2N（Vehicle-to -Network，車網互聯）、 V2P（Vehicle-to-Pedestrian，車人互聯）以及V2V（Vehicle-to-Vehicle，車車互聯）。

根據工信部頒布實施的相關文件，我國將 C-V2X 確立為車聯網主要發展的通信技術，并且規定5，905-5，925 MHz 頻段作為 LTE-V2X 技術的車聯網（智能網聯汽車）直連通信的工作頻段。

2.4 云端

云端主要是接收來自車輛或基礎設施等的信息，并對海量數據進行分析處理進而將方案或決策信息反饋給車輛和基礎設施等，以實現交通資源的統一調配。車聯網業務具有高并發、高實時、高速移動、數據異構、基礎設施共享等特性[3]，5GAA（5G Automotive Association）建議根據應用需求的不同，將 V2X 平臺分層部署，中國移動將車聯網平臺分為 V2X 中心平臺、V2X 區域平臺和 V2X 邊緣平臺，中國聯通將其分為全局云平臺、邊緣云平臺、路側云平臺等三層架構，通過多層平臺架構的部署，可以滿足車聯網業務多樣化的需求。

3 車聯網應用案例

3GPP 針對LTE-V2X 技術定義了27種應用場景[4]，如前向碰撞前告知警告、排隊警告、自動泊車系統、V2N 流量優化燈等，主要可劃分為交通安全類應用、交通效率類應用和信息服務類應用等幾類；針對5G NRV2X 技術定義了25種應用場景[5]，主要可劃分為車輛編隊、擴展傳感器、自動駕駛、遠程駕駛等幾大類。

表2 車聯網應用場景分類

文獻[6]將車聯網應用場景分為協同服務類應用、交通安全類應用、交通效率類應用、信息服務類應用，本文參照文獻[6]的分類方法，將幾種典型應用的應用場景總結如表 2所示，文獻[7]認為車聯網未來的應用將有兩大趨勢：一是自動駕駛，二是融入金融等支付屬性，如停車場、加油站、充電樁等可以通過車載OBU 完成支付。

4 結束語

車聯網的標準制定、研發測試工作正在緊張進行當中，目前共有 46家公司參與并通過了智能網聯汽車C-V2X“新四跨”（跨整車、跨終端、跨芯片模組、跨數字安全認證、跨高精地圖 /定位）的一致性測試，相信在新基建的建設背景下，車聯網應用實現指日可待。