5G+ 车联网
作为一个非强制性的通信标准,5G带给汽车行业的影响可能还不如前段时间公布的《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》更加直接。对汽车和通信的行业交集车联网(V2X)而言,5G仅仅是未来可能会被汽车行业采用的通信标准之一,然而从当前情况来看,5G很可能是目前影响力最大的一种解决方案。
截至目前,中国已出台了若干车联网的政策,积极促进该产业的发展,重点有以下几项:
• 2017年2月,国务院发布《“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》,提出加快推进智慧交通建设。
• 2017年4月,工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技术部联合发布《汽车产业中长期发展规划》,提出智能网联汽车推进工程。
• 2017年12月,工信部联合国家标准化管理委员会编制《国家车联网产业标准体系建设指南(智能网联汽车)》。
• 2018年1月,国家发改委对外发布《智能汽车创新发展战略(征求意见稿)》,作为我国智能汽车产业的顶层设计规划,提出了大力发展C–V2X的战略愿景。
• 2018年2月,交通运输部发布《关于加快推进新一代国家交通控制网和智慧公路试点的通知》。
• 2018年4月,工业和信息化部、公安部、交通运输部联合发布了《智能网联汽车道路测试管理规范(试行)》(以下简称《管理规范》),对测试主体、测试驾驶人及测试车辆,测试申请及审核、测试管理,交通违法和事故处理等方面做出规定。
目前,车联网业务包括三大类应用:以用户体验为核心的信息服务类应用、以车辆驾驶为核心的汽车智能化类应用,以及以协同为核心的智慧交通类应用。这三类应用的发展各有侧重,信息服务类应用以汽车厂商为主,汽车智能化类和智慧交通类应用则以互联网公司为主。
车联网与标准
车联网所指的“网”并不是简单地把车辆连接到互联网上,其正确含义为,车辆间或车辆与其他设备的通信。早在20世纪60年代,日本就已开展了车间通信的相关研究。车联网(vehicle-toeverything,V2X)这个概念里一般包含车–车(vehicle-to-vehicle,V2V),车–行人(vehicle-to-pedestrian,V2P),车–道路(vehicleto-infrastructure,V2I)和车–互联网(vehicle-to-network,V2N),如图5–6所示。
从现有影响力来说,V2X被认为是自动驾驶和智慧交通系统的未来。
• 从车辆本身角度,可以获得更多关于车辆、道路、行人、环境的感知信息,以协助自动驾驶进行决策。
• 从交通管理角度,它可以提高交通效率,减少道路拥堵。
目前车联网的无线通信标准和民用通信一样,也存在两种技术路线,以IEEE 802系列标准为基础的802.11p标准和以4G LTE、5G NR为基础的Cellular-based V2X(C–V2X)。其中,C–V2X从LTE时代就开始推动(见图5–7)。支持LTE–V2X的3GPPR14版本标准已于2017年正式发布;支持LTE–V2X增强(LTE–eV2X)的3GPP R15版本标准于2018年6月正式完成;支持5G–V2X的3GPP R16+版本标准于2018年6月启动研究,将与LTE–V2X/LTE–eV2X形成互补关系。
3GPP针对性研究了eV2X(增强V2X)应用场景,主要分为车辆编队行驶(vchicles platooning)、高级驾驶(advanced driving)、传感 器 信 息 交 互 ( extended sensors ) 、 远 程 遥 控 驾 驶 ( remote driving)。这四类增强的V2X业务对C–V2X演进的通信技术提出了更高的要求,即不仅仅是时延,还包括可靠性、吞吐量、车联网用户密度、安全等方面。
我国在2016年将5905MHz~5925MHz作为LTE–V2X的研究试验工作频段,并在2018年11月正式商用。目前美国和日本倾向于采用802.11p技术,中国、欧洲的车企和美国的一些运营商倾向于采用C–V2X。从性能对比上来说,C–V2X误码率更低,但是时延会更高一些(如表5–1所示)。
实际上,欧美主流车企、全球运营商和通信厂商发起成立的5G汽车联盟(5GAA)目前成员已经达到100多家,包含车联网相关5G产业链的上下游所有行业公司。
目前我国也已经建成了上海、无锡、重庆、北京、长春、乌镇、武汉等7个V2X示范验证区和测试中心,商业化在即。2019年9月11日,全国首个车联网先导区——江苏(无锡)车联网先导区正式揭牌,这也是全球第一个城市级应用示范项目。
车联网相关技术体系划分为无线和应用两大部分。通信行业主要负责无线技术,汽车行业主要负责应用开发,目前通信行业为主导,以后可能会带来更多应用上的探索。对于汽车行业本身来说,因为LTE–V2X目前看来性能不足以支持L4以上的自动驾驶功能,所以5G能够给V2X带来更好的产品和性能体验。
5G中可为V2X应用的新技术
5G在V2X行业的应用会带来怎样的变革?有关的新技术主要有四种:移动边缘计算、网络切片、高精度基站定位和雷达/通信一体化。
很显然,车辆安全类应用在时延方面要求最高,现在的车辆防撞第一决策信息来自车载雷达,但是如果涉及局部场景(比如一条公路)上的多车联合决策,这时候一个低时延的边缘计算节点(比如某个基站)就非常有必要。
同时,如果涉及V2I决策优化(比如车辆–信号等控制联合优化、车辆拥堵场景分析、区域内高精度地图加载、调度、突发局域事件预警、卡车透视场景优化),这时候一个边缘计算节点也比单车决策或者是中心的决策节点更加有效,时延更低。
现在的车辆感知都是单车决策,但是如果想要多车协作感知,甚至与城市道路电子系统之间相互通信,那么车辆的实时数据上传下载占用带宽会很高,比如一个64通道,5Hz~15Hz旋转速率的激光雷达,实时上传速率需要25Mbps;而如果是图像数据,采用H.265作为压缩算法的视频流,那么至少需要10Mbps上传速率。下面重点谈下移动边缘计算与C–V2X的融合应用。
MEC与C–V2X融合应用
MEC与C–V2X融合的理念是将C–V2X业务部署在MEC平台上,从而降低端到端数据传输时延,缓解终端或路侧智能设施的计算与存储压力,减少海量数据回传造成的网络负荷,提供具备本地特色的高质量服务。
根据有无车辆协同,有无路侧协同,可以将上述融合场景分为四类。这四类场景对网络、车载通信设备的要求不同,对MEC的需求也不同。下面以多车与MEC协同交互场景为例,简要说明下该场景的功能和要求。
在多车与MEC协同交互场景中,V2V信息转发、车辆感知共享等功能可通过多车与MEC协同交互实现。应用场景如图5–8所示。
在该场景下,可以实现车与车之间的通信,实时交流车辆位置、速度、方向及刹车、开启双闪等车辆状态信息,提升道路安全。同时,MEC部署的车辆感知共享功能,可将具备环境感知车辆的感知结果转发至周围其他车辆,用于扩展其他车辆的感知范围,也可以用于透视(See Through)场景。同时,当前车遮挡后车视野时,前车对前方路况进行视频监控并将视频实时传输至MEC,MEC的车辆感知共享功能对收到的视频进行实时转发至后方车辆,便于后方车辆利用视频扩展视野,有效解决汽车行驶中的盲区问题,提高车辆的驾驶安全。
在该场景下,需要MEC具备超低时延的信息传输功能,具备传感信息、视频流等信息的转发功能;需要网络保证低时延、大带宽的通信能力。
这些功能和能力是5G环境下车联网的典型需求。
5G车联网演进方向
从产业结构看,相比ICT产业,传统汽车制造业生态更加封闭,构成了以整车厂、一级供应商、次级供应商为主的垂直产业链。但随着ICT的加入,产业链有了显著的变化。
目前,车联网的产业链主要有整车厂商、车载设备制造商、网络运营商、汽车远程服务提供商(Telematics Service Provider,TSP)、内容提供商、运营平台等多个主体。随着近几年汽车产业的变革,车联网的价值链也在不断变化中。
基于此价值链,车联网的三大类应用的商用模式各有侧重。信息服务类应用看重基础性车载信息类应用的盈利点,整车厂商、互联网公司、软/硬件厂商等都会参与其中;汽车智能化类应用则由于有大量新兴汽车企业和互联网公司的参与,其安全和效率类应用正处于快速成长期,渗透率将逐步提升,整体市场规模有望进一步拓展;智慧交通类应用则侧重自动驾驶车辆的协同化应用,传统汽车厂商、互联网公司、运营平台都会参与(见图5–9)。
如果只是聚焦到C–V2X产业链上,从狭义上来说主要包括通信芯片、通信模组、终端与设备、整车制造、解决方案、测试验证以及运营与服务等环节,这其中包括了芯片厂商、设备厂商、主机厂、方案商、电信运营商等众多参与方。
虽然车联网为产业链各方都带来了不少机遇,但由于多方合作与博弈暂未达到一个较为稳定成熟的状态,因此目前车联网行业尚未出现具有明显优势的主导者,也暂未形成统一的行业标准。目前,车联网技术主要以车企研发为主,有些车企会选择与互联网公司合作,结合App的开发,实现数据的传输与交互。由于车联网涉及技术领域较多,而单个企业力量有限,并且多方博弈中,往往会构筑壁垒,导致互相沟通较少,难以实现技术的核心突破。加之目前企业尚未找到成熟的商业模式,社会认知尚受限,制度和基础设施建设还有较长的路要走,这都是当前所面临的切实问题和瓶颈。
我国汽车保有量在2017年中已突破2亿辆,预计2023年将超过4亿,这为我国车联网提供了千亿级的市场。目前,高新兴、四维图新、德赛西威、金溢科技等业内企业激烈竞争,积极布局,车联网近年的发展相当值得期待。
5G网络提供的高可靠、高带宽、低时延的通信特性,在环境感知、数据学习、判决决策、快速反应、路线优化等方面,为车联网应用的落地提供更有力的技术支撑。而且,5G专为物联网、车联网设定的uRLLC场景,也将有助于促进车辆与街边智能终端乃至接入智慧城市形成多点覆盖的生态系统,使得车辆的信息来源更多样,系统运算能力更强,即时通信更顺畅。5G网络的建设,将在车联网相关技术引导、产业构建、未来发展等方面起到积极作用。
5G应用场景对车联网中的用户体验、车辆驾驶和协同通信都有极大的支撑作用,但5G的商用部署对车联网产业链影响最大的部分是运营平台、整车厂商和车载设备制造商。
运营平台既包括面向用户的大带宽信息服务,如实时交通和预测等,也包括面向车辆的超高可靠低时延服务,如自动驾驶、编队行驶、车路协同等。这些需要基于5G网络实现现有车联网运营平台的升级改造,因为随着技术的引入,性能的大幅提升,新平台也许会有新的业务出现,产业链在运营平台这个环节的分裂或者合并也许在所难免。
目前已经有不少整车厂商和车载设备制造商启动了工业互联网的进程,就目前已有的效果来看,内网智能化和外网标准化的改造、“数字车间”和“数字厂房”的建设可以大大提高生产效率,进而提升企业竞争力。
车联网的基础设施一旦完成,价值链也将随着产业链的重构而发生变化,价值高地将从整车厂商迁移到运营平台,未来的交通也将大为改观。
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