邊緣計算在車路協同中的場景應用分析

［高頔］

1 引言

邊緣計算是在靠近應用場景的網絡邊緣，將計算、存儲、通信等任務分配到網絡邊緣的計算模式，就近提供邊緣智能服務。邊緣計算在用戶終端附近進行數據處理而無需交由云端，大大提升處理效率，減輕云端的負荷，滿足了實時業務、智能應用和公共安全等方面的需求，為我們的生活帶來更多的便利。

車路協同簡單來說，就是車與路之間的聯通與數據共享，雙方基于各項數據分析進行交通行為的協同決策。早在上世紀90 年代，美日歐就已開始在此領域進行研究探索，我國也在近10 年開始進行相關技術的研究。在真實道路交通場景中對計算的需求十分復雜，特別是隨著我國機動車保有量不斷增加，道路交通壓力不斷提升的情況下，根據實時局部信息快速分析計算并將結果反饋給周邊車輛，或是匯總全局信息，俯瞰大局統一分析等應用更為迫切。

邊緣計算在車路協同中能夠發揮極大的作用。邊緣計算服務器可以發揮近距離部署的優勢，及時獲取路況信息，如果是緊急事件，就直接下發給車/路設備，提醒各方及時處理；如果是可能影響全局的數據，就上報給中心云，由中心云計算決定是否追加下發，同時協助中心云繪制出整體交通態勢圖。

2 場景模型

本文車路協同場景涉及公路A 是一級公路標準，雙向六車道規模，全長約18 km，設計速度80 km/h。協同系統需涵蓋視頻監控（滿足公安綜合防控）、網格管理、城市應急指揮等多方面的應用需要，提升智慧城市服務水平。經過與需求方溝通和實際現場觀測，公路A 節點建設需覆蓋區域所有監控視頻流；多路高清視頻實時傳送，滿足高吞吐量和低時延傳輸；能夠實現對視頻的人員識別、目標識別等功能；進行數據存儲，滿足規定時間的視頻文件保存功能。

公路A 的節點建設較為分散，節點位置靠近終端，節點業務如圖1 所示，涉及卡口攝像機（高清）、交通視頻監控攝像機、電子警察攝像機、交通信號控制機、交通引導顯示屏和交通事件監測攝像機等。上述業務要求超大帶寬、超低時延、超大連接、高可靠性等。

圖1 節點業務需求分析

3 車路協同系統及邊緣計算組網架構

車路協同是智慧交通的重要發展方向之一，通過具體場景應用分析可以更好的說明車路協同系統的運行。以行人穿行預警為例，車輛行駛到路口時一般要減速，防止與行人或非機動車碰撞。但由于駕駛者的視覺盲區或行人不守交規現象的存在，路口事故仍然常常發生。在車路協同系統中，路口部署了攝像頭和毫米波雷達實時監控，邊緣節點基于行人的實時位置和信號燈的狀態進行計算，將紅燈或靠近車道的行人信息進行下發，協助駕駛者做出減速決策。邊緣云也可以將初步分析后的行人數據上報給中心云，中心云根據大數據預測行人行動軌跡，將離路口有一定距離、但正在接近路口的行人信息追加發送給車輛，進一步降低了事故發生率，如圖2 所示。

圖2 行人穿行預警協同系統

這個場景中，邊緣節點快速響應路口實時出現的意外狀況，中心云統一處理計算量大、俯瞰全局的數據，做到交通數據的最大化利用，如圖3 所示。

圖3 車路協同系統組網架構

4 邊緣計算節點部署方案

通過對公路A 的交通量、建設進度及周圍環境情況進行反復的勘測，特別是在方案設計初期對區域城市規劃方案進行了綜合測算，結合委托方時效性的要求，采用部署移動式集裝箱作為公路A 的邊緣計算節點，租用現有運營商鏈路上聯至數據中心云平臺，如圖4 所示。與傳統室外機方式相比，移動式邊緣計算節點具有部署靈活、云邊協同、算力擴容靈活和一站式交付等眾多優點。該方案可快速定制、不受季節影響，建設周期短，完全符合業主單位建設需求，具有一定的示范性和廣闊的市場推廣價值。

圖4 邊緣節點移動式集裝箱設備示意圖

根據業務模型測算，公路A 涉及卡口攝像機（高清）、交通視頻監控攝像機、電子警察攝像機、交通信號控制機和交通事件監測攝像機等監控設備近300 個，數據處理設備配置為流媒體服務器6 臺，應用服務器6 臺，其它服務器3 臺，數據存儲量約240 TB。移動式集裝箱邊緣計算節點電氣設備組成包括4 個IT 機柜，3 個25 kW 列間空調，1 個組合式開關電源，1 個標準600＊600 機柜（電池專用）配4 組48V 100 AH 鐵鋰電池，以上配置可保證該邊緣計算節點在車路協同系統中充分發揮作用。

5 結論

上述系統經過短期建設成功部署后，經過3 個月試運行，其功能完全滿足設計之初的要求。系統搭建的便捷性得到了委托方的認可，為公共交通管理單位和社會秩序保障單位提供了高帶寬、低時延的數據，道路通行效率得到提升。在該系統運行后，在模擬區間進行車輛道路預警測試，其結果完全符合試驗預期。