基于5G車聯網技術的道路緊急救援系統研究

朱爽，張彬，后嘉龍，黃欣，趙冬婷

中國移動通信集團吉林有限公司長春分公司，吉林長春，130033

0 引言

車聯網技術是城市智慧交通的重要應用技術，基于5G移動網絡環境下，在城市交通設備上合理搭配使用傳感器技術、車聯網技術，實現城市交通運行效率的提升，面對突發情況能夠快速有效地實施應急救援處理[1]。作為智慧交通工程的首要環節，交通安全是人們出行的保障，本文針對基于5G車聯網技術下的道路緊急救援系統應用展開研究，相比于常規的人為報警救援方式，能夠有效提高交通救援管理效率，提高救援速度，降低意外交通情況造成的損失。通過科學應用5G網絡下的車聯網技術，實現網絡節點的適應性控制，進而提升節點間的數據收發質量和效率，完成道路緊急救援系統救援信息的快速可靠傳輸和處置安排。

1 基于5G移動網絡的車聯網技術

車聯網是車載自組織網絡的簡稱，5G車聯網主要以機動車及相關基礎設施為節點，利用5G移動通信網絡實現節點間數據通信，是移動自組織網絡的重要組成部分[2]。5G車聯網以C-V2X為統一標準通信協議，將機動車定義為自組織節點，以實現在道路交通行駛過程中的數據通信，是智能交通網絡的重要組成。以此為基礎，可以提供多種道路交通服務，如：道路交通擁堵調配、道路交通互聯網接入、某位置附近飯店及加油站等配套信息。

1.1 5G車聯網的網絡架構

車聯網的實現目的是使道路交通中的車輛能夠實現連網，在5G移動網絡中車輛可以接收和利用交通路況數據、車輛位置數據及最優路線數據，進而實現交通智能化管控、交通動態信息服務和車輛的智能化控制[3]。根據具體功能，可以將車聯網分成四部分：道路交通基礎設施、機動車終端、行人和基礎網絡，通過相互組合完成車聯網的車際網、車內網和車輛互聯網的搭建[4]。車聯網的具體應用場景如圖1所示。

圖1 車聯網應用場景示意圖

基于5G技術的車聯網網絡架構將更趨于立體，以保證車聯網能夠承載可靠性高、時延低、不同形式的業務接入。在滿足5G網絡業務需求的同時，還應保證繼續實現3G/4G通信技術業務。通過引入光纖通信技術，并安裝在道路周邊，結合應用邊繼云計算技術，實現車聯網通信質量的提升。

1.2 基于5G的車聯網特征分析

雖然基于5G技術的車聯網與常規的移動自組織網絡在多跳路由、節點間通信距離、節點間通信模式及底層網絡架構方面存在類似的地方，但也存在很多有別于移動自組織網絡的特點。網絡結構節點方面，其網絡內的機動車會在一定范圍內形成高速位移；在網絡環境方面，物聯網能夠實時了解道路交通環境中行駛路線、環境因素的不利因素，制定機動車在特定區域范圍內的最優路線方案[5-6]。

所以，5G車聯網區別于常規的移動自組織網絡，其網絡架構是動態、缺少組織的網絡，涵蓋網絡通信環境較復雜、節點位移可預測、節點位移速度較快、車載設備種類多等特點。發展路徑也從起初的Telematics發展到智能化網絡互聯，再到如今基于5G的智能交通，發展目標也趨向于更加全面、豐富和立體。

1.3 關鍵技術

（1）路由應用技術。在車輛網的網絡層應用路由技術，目的是解決多跳場景的路由分配和使用問題，包括網絡尋址、消息轉發及路由表數據管理。5G技術下的車聯網通過應用路由協議設計車載終端與附近基站之間、車載終端之間的信息轉發路由，以達到車聯網數據的高效傳輸，并實現降低傳輸延時和提高通信效率的目的，對于信息實時性互通標準要求極強的車聯網道路緊急救援系統具有重要意義。按路由標準，還可以將路由協議劃分為基于位置的路由協議、基于地圖的路由協議和基于拓撲的路由協議。

（2）數據云計算應用技術。將數據云計算技術應用到車聯網中，主要是利用云計算強大的運算能力實現業務的高速部署，獲得更加實時的數據和豐富的業務支撐，以便為使用者提供更高效、更便捷的服務[7]。將數據云計算應用到車輛導航技術中，能夠隨時獲得最新的路況信息，為用戶選擇最優路線，并緩解交通的整體壓力。利用數據云計算還可以通過計算交通路況數據，分析路況信息和道路緊急狀況的調配，為道路緊急救援系統獲取更有價值的路況信息。

（4）媒體訪問控制技術。媒體訪問技術在車聯網中的應用體現在合理分配頻譜資源，完成信道利用，以實現通信數據安全、高效的互通。除了信息同步和資源節約方面，媒體訪問控制技術還專注于提供高質量的業務服務并減少沖突發生率。媒體訪問控制技術可以針對車輛密集度、交通情況空閑時隙等減低間隔時延，通過提高安全分組傳送率，保證數據通信適用于道路緊急救援系統中車輛速度變化和密度變化的情況。

2 道路緊急救援系統

2.1 緊急救援系統概要

汽車行業及道路交通建設的高速發展，為國民經濟提高作出貢獻的同時，也伴隨著產生了很多社會問題，如：交通擁堵、環境污染及不斷攀升的交通事故。導致交通事故率攀升的原因各不相同，其中道路救援時效性和救援方式不科學無疑為道路事故救援雪上加霜，可見提升道路管理救援工作的效率具有一定的現實意義。

傳統的人工報警方式道路救援時效性差，車輛人員報警容易對救援產生誤導，而且如果肇事車輛不便完成人工報警，還會造成交通事故救援的延誤，從而降低救援效率。隨著5G車聯網技術的發展，能夠提供更加全面立體的服務類型，這也為道路緊急救援服務的開展創造了更優質的基礎平臺，并提供了全面的技術支持，優化了交通公共服務系統。利用5G車聯網實施交通救援能夠快速到達現場，節省救援時間，減少事故損失。將5G車聯網技術應用在道路緊急救援系統中，能夠實現傳感器傳感、位置定位及移動信息的高效通信，車輛在發生交通事故后，可以第一時間與救援服務中心完成通信，將發生位置和車輛數據傳送到救援中心，以便于救援中心迅速做出回應，調度資源完成救援。道路緊急救援系統模擬示意圖如圖2所示。

圖2 道路緊急救援系統模擬示意圖

2.2 道路緊急救援系統的構成

道路緊急救援系統由救援業務調度中心和行車終端構成。救援業務調度中心劃分為業務操作平臺和大數據處理平臺，調度中心接收到行車終端信息后，首先經過大數據處理平臺進行數據處理，然后將數據結果發送至業務操作平臺，利用軟件系統和多媒體設備實現應急救援場景在電子地圖的可視化呈現，從而進行交通調度，調配交通設施，為緊急救援創造便利的交通條件，縮短救援時間。行車終端的功能主要是利用車載傳感器完成收集救援數據信息并實現發送傳遞，數據信息涵蓋事故時間、地點、路況。道路緊急救援系統的構成如圖3所示。

圖3 道路緊急救援系統的構成

3 基于5G的車聯網技術在道路緊急救援系統的應用

道路緊急救援系統是基于5G車聯網技術的重要應用，由于救援系統對救援時間和救援效率有著較高的要求，所以應當利用5G車聯網技術有效降低信息收集、傳輸、處理、調度時長，以實現道路緊急救援效率的提升，并最大限度降低交通事故帶來的人身傷害和財產損失。利用5G車聯網技術實現道路緊急救援系統的應用體現在傳感器技術的應用、車輛的精準定位應用及系統通信技術應用。

3.1 傳感器技術應用

車聯網的構成元素包括道路交通基礎設施、機動車終端、行人和基礎網絡。5G車聯網技術在道路緊急救援系統中的應用體現在傳感器技術的應用方面。傳感器的作用是感知采集環境信息，實現多傳感信息的綜合，并利用信息技術、通信技術實現數據分析、控制及利用，為相應決策提供依據。根據傳感器的安裝部位，將傳感器劃分為車輛內部傳感器、車輛外部傳感器和道路交通傳感器。車輛內部傳感器用于實現車輛自身情況信息的采集，車輛外部傳感器主要完成車輛外界環境因素的采集，道路交通傳感器主要完成道路交通信息的采集和發送。

一旦車聯網中的機動車遇到緊急情況，會隨即啟動緊急救援系統。5G車聯網技術的傳感器應用可以實現救援消息的自動發出，并傳送至救援業務調度中心獲得救援幫助。行車終端傳感器包括安全氣囊傳感裝置、加速傳感裝置和碰撞傳感裝置。如果遇到機動車前部發生碰撞造成安全氣囊彈出，安全氣囊傳感裝置觸發響應，并通過氣囊打開得出機動車遇到事故的結論，隨即通過行車終端發出救援請求信息至救援業務調度中心。

3.2 機動車的精準定位應用

5G車聯網無線環境下機動車精準定位的應用主體是行車終端，如果機動車遭遇緊急狀況，機動車的方位確定則顯得十分重要，這將直接對救援業務調度中心能否準確判斷遇險機動車的準確位置造成影響，從而關系到整個救援的效率。其主要借助衛星定位技術實現機動車位置獲取，通常依靠北斗定位系統或GPS定位系統實現，但此類方式在機動車所處地域情況特殊或遭遇極端惡劣天氣時，對機動車位置信息獲取會比較困難，所以對獲取機動車位置信息的時效性和穩定性會產生不利影響。基于5G車聯網的機動車定位主要依據機動車內人員的手機終端5G網絡信號通過信令方式完成位置信息獲取，在基于位置的路由協議中建立一個路由路徑表，表中錄入該節點所有下一跳的相鄰節點位置信息，并通過設置周期性的接收相鄰節點的心跳消息進行路由路徑表的及時變更，根據路由表準確判定機動車位置，基于5G的車聯網位置路由協議的機動車位置定位應用能更準確、高效地實現位置信息獲取。

3.3 通信技術應用

基于5G車聯網道路緊急救援系統的通信質量是救援實施的基礎，也是保證救援管控的關鍵。5G車聯網能夠保證特定范圍內的機動車實現通信，包括機動車之間（V2V）通信、人與機動車之間（V2P）通信、車與交通設施（V2I）的通信。體現在道路緊急救援系統中，就是為了實現快速與機動車通信，獲取車輛及道路信息，應利用5G移動網絡數據包傳輸效率高、低時延的特點，利用E-GyTAR路由協議端到端低時延和高數據傳輸率優勢，提高救援通信質量，實現救援效率的提升。另外，利用5G移動網絡優化的MAC層協議，面對不同種類應用業務實現優先級劃分，將救援業務的優先級設置為最高，依據優先級建立救援通信，實現救援通信的質量提升。

4 結語

綜上所述，本文基于網絡架構、車聯網特征及車聯網關鍵技術等方面系統研究了5G車聯網技術，在此基礎上對基于5G車聯網技術的道路緊急救援系統展開了深入分析，并將5G技術及車聯網的優勢及特點應用到道路緊急救援系統中，希望本文的研究能夠切實有效提高道路緊急救援系統的救援效率，并為道路緊急救援提供一定借鑒。