認(rèn)識(shí)5G車聯(lián)網(wǎng)

2017-10-04 14:28:16 C114中國通信網(wǎng) 　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

列數(shù)近年熱門話題，5G、車聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)駕駛都在其中。然而，經(jīng)過和這個(gè)行業(yè)的深度全方面接觸，特別是和5GAA的主要車廠一直以來的雙邊合作，感覺這個(gè)話題還是有點(diǎn)眾說紛紜，有必要拿來澄清和探討下。　　先介

列數(shù)近年熱門話題，5G、車聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)駕駛都在其中。然而，經(jīng)過和這個(gè)行業(yè)的深度全方面接觸，特別是和5GAA的主要車廠一直以來的雙邊合作，感覺這個(gè)話題還是有點(diǎn)眾說紛紜，有必要拿來澄清和探討下。

　　先介紹下5GAA: 華為、奧迪、寶馬、戴姆勒、沃達(dá)豐、愛立信、英特爾、諾基亞與高通于2016年9月28日宣布結(jié)成了5G汽車聯(lián)盟（5GAA）。各公司將在車聯(lián)網(wǎng)通信解決方案的開發(fā)、測試、促進(jìn)銷售方面展開合作，并支持標(biāo)準(zhǔn)化，加快商用化和向全球市場推廣。目前已涵蓋主要車企、運(yùn)營商與設(shè)備商成員40+。

　　再介紹下5G: 國際電信聯(lián)盟（ITU）對(duì)5G的定義，5G網(wǎng)絡(luò)是能提供20Gbps速率，時(shí)延1毫秒，每平方公里100萬連接，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性99.999%的下一代蜂窩無線通訊網(wǎng)絡(luò)。業(yè)內(nèi)普遍預(yù)期5G將在2020年商用。

　　車聯(lián)網(wǎng)V2X是個(gè)啥概念？

　　車聯(lián)網(wǎng)V2X的名字很直觀，就是把車連到網(wǎng)或者把車連成網(wǎng)，包括汽車對(duì)汽車（V2V）、汽車對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）、汽車對(duì)互聯(lián)網(wǎng)（V2N）和汽車對(duì)行人（V2P）。這個(gè)網(wǎng)里的服務(wù)可以說是五花八門，讓人眼花繚亂，但從最終的客戶來看，不外乎這三個(gè)：

　　（1）乘客：用戶坐在車?yán)锵硎艿氖且苿?dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，技術(shù)詞匯叫移動(dòng)寬帶（MBB）。這是移動(dòng)運(yùn)營商傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)范疇；

　　（2）駕駛員：開車的駕駛員需要的各種智能交通信息服務(wù)，包括交通路況，路線選擇，這些都可以在傳統(tǒng)的MBB業(yè)務(wù)范疇通過應(yīng)用來解決，如各類電子地圖。此外車聯(lián)網(wǎng)還向駕駛員提供輔助安全告警信息，例如前方有障礙物有突發(fā)事故。這類告警信息對(duì)可靠性和時(shí)延的保障有一定的要求，是否當(dāng)前通訊技術(shù)就能滿足，還存有爭議。

　　（3）車：這才是真正意義上的“以車為本”的車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。車駕駛需要的安全輔助信息，半自動(dòng)到自動(dòng)駕駛需要信息輸入和輸出；這塊業(yè)務(wù)會(huì)給移動(dòng)通信帶來新的特性和新的需求。包括4G里的LTE-V，以及5G里的uRLLC（超高可靠超低時(shí)延通信），5G-V2X等新課題；通常講的V2X更多的是指這個(gè)業(yè)務(wù)場景。

　　以上服務(wù)于乘客和駕駛員的車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，本質(zhì)上就是傳統(tǒng)的MBB業(yè)務(wù)，只不過就是車這個(gè)終端尺寸更大，電源更足，給了技術(shù)上發(fā)揮的空間，包括車上部署更多的天線實(shí)現(xiàn)高階MIMO，提供更高的數(shù)據(jù)率，給車內(nèi)提供高速互聯(lián)網(wǎng)接入。

　　如果有人在車上做了個(gè)聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)，就說是在搞車聯(lián)網(wǎng)，那純屬誤導(dǎo)。如果有人搞了個(gè)交通信號(hào)燈提示也說是車聯(lián)網(wǎng)，你也別以偏概全，車聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值遠(yuǎn)大于此。

　　以下文字重點(diǎn)是對(duì)上面的第三個(gè)客戶“車”的場景進(jìn)行討論。

　　V2X和自動(dòng)駕駛是啥關(guān)系？

　　說到車聯(lián)網(wǎng)與自動(dòng)駕駛的時(shí)候，需要強(qiáng)調(diào)的是，自動(dòng)駕駛的核心是車，而不是網(wǎng)；如同物聯(lián)網(wǎng)的核心是物，而不是網(wǎng)。沒有V2X，駕駛也能自動(dòng)，但是沒有V2X，無法真正的實(shí)現(xiàn)全場景自動(dòng)駕駛。

　　如當(dāng)前的谷歌、特斯拉、Mobileye自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，基于傳感器、雷達(dá)和攝像頭的各種信息輸入，通過人工智能技術(shù)決策，單車本身在一定程度上即可以自動(dòng)駕駛。但是單車本身也有很大的局限性，在晚上、雨雪天，霧天等惡劣天氣下，在交叉路口、拐彎處等場景，雷達(dá)、攝像頭看不見、看不清、看不準(zhǔn)。特斯拉曾發(fā)生過的一次致命事故，即為在強(qiáng)烈的日照條件下，自動(dòng)駕駛未能識(shí)別卡車的白色車身，因此未能及時(shí)啟動(dòng)剎車系統(tǒng)所導(dǎo)致。針對(duì)這些場景開發(fā)性能更強(qiáng)的傳感器，成本會(huì)高到消費(fèi)者無法承受的地步。這就需要車聯(lián)網(wǎng)里的V2X通信（V2N,V2I,V2V,V2P），提供遠(yuǎn)超出當(dāng)前傳感器感知范圍的信息。本質(zhì)上可以把V2X視為一個(gè)拉長拉遠(yuǎn)的“傳感器”，通過和周邊車輛、道路、基礎(chǔ)設(shè)施的通訊，獲取比單車能得到的更多的信息，大大增強(qiáng)對(duì)周圍環(huán)境的感知。5G網(wǎng)絡(luò)本身具有的超大帶寬超低時(shí)延特性，可以實(shí)時(shí)搜集傳輸更多更精確的環(huán)境信息，使用云化的計(jì)算能力用以車輛本身自動(dòng)駕駛的決策。

　　認(rèn)識(shí)到上面這一點(diǎn)就理解了，在實(shí)現(xiàn)車輛自動(dòng)駕駛場景中，V2X是一個(gè)必要且增值的使能技術(shù)；換句話說，即便車輛本身就可以實(shí)現(xiàn)部分自動(dòng)駕駛，通過車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)依然可以進(jìn)一步提升性能，且可以降低單車部署傳感器的成本，減少對(duì)高精度傳感器的依賴。

　　同時(shí)據(jù)非官方數(shù)據(jù)，車企內(nèi)部驗(yàn)證的結(jié)果是基于多車信息匯總的決策會(huì)比單車信息基礎(chǔ)上的決策在可靠性上提高三個(gè)數(shù)量級(jí)。（注意這里并沒有要求路上所有的車輛都擁有V2X功能，車流中的部分車輛進(jìn)行信息共享即可在一定程度上提高單車與整體決策的可靠性）。這是V2X的又一重要價(jià)值所在。

　　所以在未來很長一段時(shí)間，盡管路上會(huì)是V2X與非V2X車輛共存的局面，單車由V2X技術(shù)所帶來的增益會(huì)隨V2X車型滲透率提高而逐步提升，從而正向驅(qū)動(dòng)非V2X車輛的升級(jí)和替換。

　　自動(dòng)駕駛需要通過V2X傳輸什么信息？

　　如上文所述可知，由V2X使能的自動(dòng)駕駛場景中，各種決策還是來自車輛本身。這一點(diǎn)決定了在車聯(lián)網(wǎng)這個(gè)環(huán)境里車本身是個(gè)獨(dú)立的決策主體，即使是車連上了網(wǎng)或者連成了網(wǎng)。這個(gè)結(jié)果是由兩個(gè)事實(shí)決定的：

　　第一，車主不會(huì)希望將自己的安危交給其它車或者第三方?jīng)Q定。周邊車提供的信息只是給本車做參考用。最終的決策還是在本車實(shí)現(xiàn)。周邊車輛的指令信息，特別是類似于“前車指令后車剎車”等決策信息是不會(huì)被本車直接采信的，此類信息必須是經(jīng)過幾層過濾，和本車上傳感器的信息對(duì)比以后才會(huì)由本車決定采納或拒絕。

　　第二，從商業(yè)角度考慮，車廠之間是互為競爭關(guān)系的，而且會(huì)有意識(shí)的凸顯不同品牌之間的差異性，自動(dòng)駕駛的性能好壞也是體現(xiàn)差異性的特征之一。基于V2X的自動(dòng)駕駛功能、對(duì)應(yīng)的決策算法、硬件上比如天線數(shù)的差異性，都是體現(xiàn)品牌優(yōu)越性的手段。所以車廠不會(huì)愿意把決策機(jī)制和算法分布到不同廠家的車上，甚至不愿意分布到自己高端和低端品牌的車上。

　　因此V2X之于自動(dòng)駕駛，需要傳遞和交互的不會(huì)是最終抉擇指令，只會(huì)是周邊車輛與環(huán)境的狀態(tài)信息。例如在超車等場景下需要周邊車輛的傳感器信息共享，并道等場景下需要周邊車輛駕駛操作狀態(tài)信息分享。這也符合前面所述V2X之于自動(dòng)駕駛是一種“拉長”的傳感器的定位。

　　本質(zhì)上無論哪種應(yīng)用場景，需要V2X傳遞的信息其實(shí)就是這兩種：傳感器信息共享與周邊車輛駕駛操作狀態(tài)信息分享。可以說，所有的V2X自動(dòng)駕駛消息都是這兩種信息的不同表達(dá)形式。

　　另外，自動(dòng)駕駛的單車決策模式也可以導(dǎo)出另外一個(gè)事實(shí)：

　　V2X的通信模式會(huì)以多播廣播通信模式為主，以此更高效的分享周邊的信息，而不是傳統(tǒng)意義上的基于應(yīng)答確認(rèn)式的單播點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式（unicast）。

　　自動(dòng)駕駛的1毫秒時(shí)延意味著什么？

　　3GPP定義了若干個(gè)1毫秒到幾個(gè)毫秒的低時(shí)延場景，主要集中在自動(dòng)駕駛上。自動(dòng)駕駛中制動(dòng)等反應(yīng)時(shí)間，是個(gè)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，其中包括了給網(wǎng)絡(luò)云端計(jì)算處理、車間協(xié)商處理的時(shí)間，也包括了車輛本身系統(tǒng)計(jì)算及制動(dòng)處理時(shí)間。如果要做到時(shí)速100km制動(dòng)距離不超過30cm，那么系統(tǒng)整體響應(yīng)時(shí)間不能超過10毫秒，而人類最好的F1車手的反應(yīng)時(shí)間在100毫秒左右。從保障安全的角度，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間當(dāng)然越低越好，其中對(duì)通訊時(shí)延的要求會(huì)更高。未來5G網(wǎng)絡(luò)能夠在提供99.999%穩(wěn)定性的同時(shí)做到小于1毫秒的通訊時(shí)延，則自動(dòng)駕駛車輛的低時(shí)延場景更需要系統(tǒng)其它環(huán)節(jié)的配合來實(shí)現(xiàn)。

　　仔細(xì)分析這些自動(dòng)駕駛的場景就會(huì)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)下自動(dòng)駕駛操作本身所需的時(shí)間，包括數(shù)據(jù)采集、分析、算法決策、機(jī)器傳動(dòng)，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1毫秒。通訊所帶來的時(shí)延在整個(gè)時(shí)間鏈里占的比例是非常小的。另外，外部環(huán)境的變化對(duì)車輛系統(tǒng)時(shí)延的影響也遠(yuǎn)大于1毫秒，比方說，雨雪天路面對(duì)剎車制動(dòng)的影響都在幾秒到幾十秒以上。因此從整體上考慮，是應(yīng)該投入大量資源苛求V2X現(xiàn)階段在超低時(shí)延通訊上得到突破，還是致力于改進(jìn)其它環(huán)節(jié)，比方說把圖像處理時(shí)延從100毫秒降到90毫秒，答案是顯而易見的。

　　因此在現(xiàn)階段，端到端的低時(shí)延更取決于傳感器、處理器、算法及機(jī)器傳動(dòng)的改進(jìn)。而在超低時(shí)延的5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)模部署后，相信更先進(jìn)的通訊技術(shù)會(huì)給車企帶來更多的創(chuàng)新，讓車輛更加安全。

　　自動(dòng)駕駛最需要什么？V2V還是V2N？

　　回答這個(gè)問題要從兩個(gè)維度上分析。

　　一個(gè)是技術(shù)維度：自動(dòng)駕駛的基本要求是V2V的通訊必須隨處可用，包括沒有網(wǎng)絡(luò)覆蓋的環(huán)境，所以V2V的直聯(lián)是V2X的基本功能。IEEE下面有IEEE 802.11p（DSRC），LTE下面有 LTE-V PC5，都支持V2V直聯(lián)。許多自動(dòng)駕駛場景下（如編隊(duì)行駛、并道等），因?yàn)槭瞻l(fā)車輛的距離近，V2V的直聯(lián)是更好的通訊模式。

　　另一個(gè)是商業(yè)維度，這個(gè)最終決定了V2X是否能被成功部署。一直以來，車企擔(dān)心依賴蜂窩技術(shù)的V2X會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)駕駛業(yè)務(wù)被電信運(yùn)營商所控制，所以V2V直聯(lián)也會(huì)是車廠的首選。

　　然而，完全沒有網(wǎng)絡(luò)輔助的V2V在擁塞、干擾管理和覆蓋上有很多的問題。這些缺陷在IEEE 802.11p的系統(tǒng)分析上已經(jīng)多次被驗(yàn)證了。比較可行的解決方案是在提供V2V直連通訊能力的同時(shí)，由蜂窩網(wǎng)絡(luò)提供輔助，通過V2N的通訊大幅疏解熱點(diǎn)地區(qū)的通訊壓力，保障車聯(lián)網(wǎng)通訊穩(wěn)定性。

　　V2N同時(shí)可以用于地圖更新、交通管理，以及提供一定距離以外的路況環(huán)境等信息。此外，車廠也希望能通過V2N收集車輛的駕駛和傳感器信息，在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，這更接近于5G的mMTC（海量物聯(lián)網(wǎng)通信）場景，隨著5G的到來，V2N的能力會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)，更有助于自動(dòng)駕駛信息的獲取與傳輸。

　　V2V通信：11p與C-V2X誰更優(yōu)秀？

　　11p又叫做DSRC，是基于IEEE 802.11p的用于V2V通信的協(xié)議。許多車廠在DSRC系統(tǒng)上已經(jīng)做了幾乎10年的研究和測試評(píng)估活動(dòng)，在各個(gè)車廠內(nèi)部也相應(yīng)的培養(yǎng)了一批支持者，但是商用進(jìn)展一直不理想。近年來來蜂窩陣營加入這個(gè)角逐，推出了C-V2X技術(shù)包括LTE-V及未來的5G-V2X同11p PK，更上升為中歐合作共同對(duì)抗美國標(biāo)準(zhǔn)的政治高度。

　　蜂窩陣營一直以來都在極力證明基于蜂窩技術(shù)的性能比11p好，而且可以復(fù)用運(yùn)營商基站，減少路測設(shè)備投資，加快車聯(lián)網(wǎng)商用。然而車廠并不買賬，甚至個(gè)別車廠因?yàn)?GAA明確以蜂窩技術(shù)為主導(dǎo)，而不愿意加入5GAA。經(jīng)過深入溝通才發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上車廠都很清楚技術(shù)層面蜂窩技術(shù)比11p好，真正的原因還是擔(dān)心蜂窩技術(shù)V2X會(huì)導(dǎo)致車廠被電信運(yùn)營商控制。直到MAO架構(gòu)在5GAA被提出，平衡了V2X中各方勢力的劃分，這部分車廠才基本打消了他們對(duì)蜂窩網(wǎng)V2X的顧慮。

　　什么是基于5G切片的MAO架構(gòu)？

　　從技術(shù)維度上來講，網(wǎng)絡(luò)輔助的V2V方案，例如LTE-V Mode 3和Mode 4，都需要在車載終端和基站上定義新的信令，由基站來調(diào)度和管理V2V的資源。這樣，對(duì)車載終端和基站就有了升級(jí)和匹配的要求。

　　從商業(yè)維度上看，現(xiàn)在的LTE-V，以及未來的5G-V2X都存在一個(gè)分批部署和兼容的問題。汽車產(chǎn)品生命周期比智能手機(jī)長得多，需要提前N年部署準(zhǔn)備。然而沒有匹配的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，僅有車載終端也無法開展業(yè)務(wù)。但同時(shí)如果沒有明確的業(yè)務(wù)，運(yùn)營商也不愿先投入成本專門部署或升級(jí)V2X蜂窩網(wǎng)絡(luò)。

　　一個(gè)可行的解決辦法是把蜂窩網(wǎng)絡(luò)提供的V2V通信需要的輔助無線資源管理和調(diào)度功能上移到云端，V2V資源調(diào)配和管理的功能可以通過Cloud Server云化服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)，整體上這個(gè)架構(gòu)我們稱之為MAO（Mobile Automotive Operator移動(dòng)汽車運(yùn)營商）架構(gòu)。

　　這個(gè)Cloud Server可以集中或分布式部署在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)內(nèi)或外，可由車企，移動(dòng)運(yùn)營商或第三方來運(yùn)營，從而跨運(yùn)營商跨車廠。而V2V資源調(diào)配和管理的信息通過已有的MBB或5G eMBB管道在Cloud Server和車載終端之間傳輸。這種針對(duì)某個(gè)特定行業(yè)提供特定網(wǎng)絡(luò)特性的業(yè)務(wù)，正是未來5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)所擅長的，我們稱之為5G網(wǎng)絡(luò)切片。

　　MAO架構(gòu)方案可以實(shí)現(xiàn)V2X車載終端、V2X網(wǎng)絡(luò)的分別演進(jìn)，各自的創(chuàng)新與升級(jí)都會(huì)加速自動(dòng)駕駛的實(shí)現(xiàn)。LTE-V/5G終端可先期部署到車上，不影響車廠的測試和產(chǎn)品發(fā)布。隨著LTE/LTE-V向5G網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，可以提供更高的V2X性能，支持更多應(yīng)用場景。

　　5G能給車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及商業(yè)模式帶來什么？

　　根據(jù)華為發(fā)布的最新5G外場測試結(jié)果，當(dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)可以在保障高穩(wěn)定性與移動(dòng)性下，實(shí)現(xiàn)下行吞吐率超過25Gbps，用戶界面時(shí)延小于0.5毫秒。性能已經(jīng)超過了ITU對(duì)5G的定義。

　　我們不妨圍繞將來自動(dòng)駕駛發(fā)生后系統(tǒng)審視下對(duì)未來通信網(wǎng)絡(luò)的需求：

　　（1）圍繞汽車駕駛及安全相關(guān)的“網(wǎng)”：V2N作為傳統(tǒng)傳感器的延伸，車車直接通信（V2V）結(jié)合V2N的協(xié)助（MAO架構(gòu)），安全性和穩(wěn)定性會(huì)得到5G網(wǎng)絡(luò)的極大加強(qiáng)。

　　（2）圍繞道路交通信息管理的“網(wǎng)”：今天討論較多的V2I，本質(zhì)上可以在V2N管道的應(yīng)用層去做創(chuàng)新。5G帶來的超高性能網(wǎng)絡(luò)會(huì)進(jìn)一步使能新的應(yīng)用。

　　（3）圍繞汽車這個(gè)載體里的人需要的寬帶“網(wǎng)”：自動(dòng)駕駛發(fā)生后，車已經(jīng)不是車了，電影院、游戲廳、在線診所…，V2N的需求可以想象，這個(gè)是5G增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶發(fā)力的天然場景。

　　從整體商業(yè)價(jià)值出發(fā)，只要車連上了網(wǎng)，就會(huì)有新的商業(yè)機(jī)會(huì)。

　　對(duì)于終端領(lǐng)域來講，以支持自動(dòng)駕駛的V2X通訊模塊為入口，進(jìn)一步整合車內(nèi)的各種功能模塊，包括車內(nèi)計(jì)算，存儲(chǔ)等功能，構(gòu)筑新的車載電子業(yè)務(wù)領(lǐng)域，這也可以說是芯片公司的商業(yè)范疇。打造更高性能更安全的聯(lián)網(wǎng)汽車，更快實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，提供更好的車內(nèi)乘客互聯(lián)體驗(yàn)，成為管理車內(nèi)應(yīng)用的軟硬件平臺(tái)，則是車廠差異化競爭力所在。

　　對(duì)于無線網(wǎng)絡(luò)來講，車聯(lián)上網(wǎng)之后，無論車車通信使用了哪種技術(shù)，車輛產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)需要通過V2N來分流，傳感器感知距離外更多更精密的信息需要V2N來承載，各類業(yè)務(wù)的創(chuàng)新必然會(huì)推動(dòng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸更高的需求，以及在此基礎(chǔ)上對(duì)低時(shí)延，高可靠V2N更高的需求（如上述的MAO架構(gòu)基礎(chǔ)上的對(duì)V2V調(diào)度的性能保證）。同時(shí)因?yàn)閂2N業(yè)務(wù)的特殊性，也對(duì)5G切片網(wǎng)絡(luò)提出了新的訴求。？

　　綜上，只有從以上諸多角度理解清楚5G-V2X在自動(dòng)駕駛中的價(jià)值、定位、技術(shù)訴求與商業(yè)模式才相對(duì)容易在電信行業(yè)和汽車行業(yè)達(dá)成一致理解和共識(shí)，才能推動(dòng)產(chǎn)業(yè)落地。現(xiàn)實(shí)情況是以上諸多角度的問題理解還存在偏差，有些還停留在概念層面，無論是5GAA內(nèi)的某些參與成員，還是車聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈的一些參與者都還未真正理解問題的本質(zhì)，這也是5GAA需要承擔(dān)的使命。

責(zé)任編輯：lixin

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