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大唐高鸿胡金玲:C-V2X 车联网发展

毋庸置疑,V2X 是实现智能驾驶至关重要的一环。尽管相关技术不断发展,标准化工作也持续推进,但 C-V2X 车联网的总体发展目前还面临着一些挑战。 近日,雷锋网…

毋庸置疑,V2X 是实现智能驾驶至关重要的一环。尽管相关技术不断发展,标准化工作也持续推进,但 C-V2X 车联网的总体发展目前还面临着一些挑战。

近日,雷锋网新智驾邀请了大唐高鸿车联网首席专家及车联网事业部副总经理胡金玲来进行业内分享。以下为胡金玲演讲内容,新智驾进行了不改变原意的整理:

大家好,我是大唐高鸿的胡金玲。

我今天演讲的重点是 C-V2X 车联网的进展,主要包括三部分:产业背景、C-V2X 技术及产业发展,以及大唐高鸿 C-V2X 整体方案。

产业背景

作为新基建的重要方向之一,5G 近来备受关注。

我们先来回顾一下 5G 应用场景与指标。此前,我国 IMT-2020(5G)推进组提出了四大应用场景,即广域覆盖、热点高容量、低功率大连接,以及低时延高可靠。经过 ITU-R(国际电信联盟无线电通信部门)的广泛讨论,最终将其融合为三大应用场景:

eMBB 增强移动宽带。可以理解为个人通信的部分,在现有移动宽带业务场景的基础上,对用户体验等性能进行提升;不仅传输高清照片和 3D 视频变得更加快捷,AR/VR 的应用也会不断展开。mMTC 海量机器类通信。该场景侧重点在于支持更广泛的物与物通信,即物联网;智慧城市和智能家居都可以属于这一类型的应用。uRLLC 超高可靠、低时延通信。这个场景与车联网的关联最密切。根据数据显示,相比起 4G 网络,5G 在包括流量密度、连接数密度、时延在内的关键指标上实现了全面增强。(如下图)

不仅如此,5G 通信技术还可以赋能垂直行业。比如,5G 与其他新兴技术结合,包括云计算、大数据、人工智能、区块链等,可以进一步推动社会各行业的新变革。

随着 5G 应用的进一步深入,智能网联汽车将变得更加安全、智能和舒适。未来汽车不单是一个交通工具,还将成为最大的移动终端。另一方面,车联网有助于解决当前一些社会问题,比如减少交通事故的发生,提升交通通行效率等。因此,车联网可以看作是未来出行的关键支撑技术。据预测,2025 年所有新车都将联网。

车联网还是跨界融合的载体。自 2016 年起,我国就出台了一系列政策支持车联网以及智能汽车的发展,尤其是今年年初,相关部委出台政策十分密集。

比如,发改委等 11 部委联合发布了《智能汽车创新发展战略》,其中提到“到 2025 年,车用无线通信网络(LTE-V2X)实现区域覆盖,新一代车用无线通信网络(5G-V2X)在部分城市、高速公路逐步开展应用,高精度时空基准服务网络实现全覆盖 ”;23 部委发文,要推动车联网部署应用;工信部也在日前发布关于推动 5G+车联网加速发展的通知。

车联网是 5G 重要应用场景,从技术角度可以分为 LTE-V2X 和 NR-V2X 两个阶段。LTE-V2X 最早由大唐电信于 2013 年提出,2017 年在 3GPP 完成标准化;NR-V2X 是 LTE-V2X 的演进技术,基于新空口的 V2X,面向未来增强的车联网应用。

C-V2X 技术及产业发展

接下来介绍蜂窝车联网技术和产业发展情况。

蜂窝车联网技术即 C-V2X(Cellular V2X),主要是基于移动通信蜂窝网络技术而发展出来的车联网解决方案,包括 LTE-V2X 及其演进的 NR-V2X。

一般来说,终端和终端之间进行通信需要经过基站,两辆车之间的通信也是如此。但与道路相关的应用对可靠性和时延的要求极高,如果车辆之间能够直接通信,或者通过路侧基础设施来实现直接通信的话,就可以进一步提升可靠性、降低时延,从而保障道路安全。简而言之,就是增加终端与终端之间的直通性。

商业应用方面,C-V2X 将结合短距与中长距通信,从而更加有效支持多样化的车联网应用。

实际上,关于 3GPP 关于车联网标准的演进一共经历了三大版本:

2017 年 3 月,LTE-V2X R14 版本完成。这一版本支持基本的道路安全业务,主要引入了 PC5 接口(终端之间的直通接口),支持 V2X 短距直通,支持基于网络中转的 V2X 通信方式。LTE-eV2X R15 版本能够支持更高级的 V2X 业务,引入了多项技术和机制进一步增强了 PC5 接口在速率、可靠性、低时延方面的性能。随着新技术的发展,支持自动驾驶及未来车联网需求的 NR-V2X R16/R17 标准版本也已开始讨论。具体来说,目前正在研究基于 NR R15 Uu 口潜在增强技术、研究 NR 直通链路的工作框架(包括直通链路的网络架构和协议),以及研究考虑低于和高于 6GHz 的 ITS 频段和 IMT 频段。除了国际标准化组织,国内也有标准化组织和产业论坛在研究车联网标准,比如 CCSA,即中国通信标准化协会。该协会主要分为两个技术委员会,一个是专注于无线标准的 TC5,另一个是专注于物联网标准的 TC10。

车联网的发展不仅需要解决通信问题,还涉及到交通和汽车行业的应用。目前,交通方面的车联网标准工作主要是在 C-ITS 智能交通产业联盟、ITS 标委会开展;汽车方面在 C-SAE 智能网联创新联盟 V2X 工作组、汽标委智能网联分标委推进。

交通和汽车车联网标准的研究都在行业应用的基础之上,针对道路安全应用、智能驾驶应用等研究车联网通信需求,制定路侧及车载应用、消息层标准。

如今,C-ITS 与 C-SAE 已联合发布了团体标准《车用通信系统应用层及应用数据交互标准》,正在展开第二阶段研究。汽标委也已启动国标《基于 LTE-V2X 的车载信息交互系统直连通信技术要求》制定工作。

除了技术和标准的发展,中国在 C-V2X 的产业推动方面也做了大量工作,车联网通信最重要的是实现互联互通。

2018 年 10 月,上海举行了 C-V2X“三跨”互联互通应用测试,这是世界首例“跨通信模组、跨终端、跨整车”的 C-V2X 互通测试。2019 年举行的“四跨”互联互通应用测试在“三跨”的基础上增加了“跨安全平台”的测试。此次活动由大唐高鸿和国汽智联的验证平台提供通信安全证书。

在 C-V2X“四跨”互联互通应用展示中,除了 V2I 和 V2V 两种经典演示场景,还增加了安全机制验证场景,比如伪造限速预警防御、伪造红绿灯信息防御、伪造紧急车辆防御、伪造前向碰撞预警防御等。

上述安全机制主要是为了解决一些新的风险,比如通过终端直通接口来进行广播的恶意/假冒信息,这些信息将严重破坏通信安全。该机制的运作原理可以这么来理解:

首先,消息发送、接收方之间需要建立信任关系,车辆或路侧终端需向 CA 平台申请授权证书,证书申请通过之后,该设备就拥有了合法发送信息的凭证。设备发送消息要使用证书进行签名,信息接收方可通过验证签名证书来确认信息发送方的设备是否合法,其发送的信息是否可信。如果对方设备没有通过验证,它所发出的消息则会被抛弃。

不过,授权证书的管理体系也涉及到隐私问题。为了解决证书信息被跟踪的问题,管理体系引入了“匿名证书”,换句话说就是给车辆/路侧终端发放多个证书,证书可随时间发生变化,从而减小被跟踪的风险,实现隐私保护。同时,如果管理系统检测到异常行为,会对证书进行撤销。

目前国内 LTE-V2X 和 C-V2X 的发展已经形成了较为完整的产业链:模组-车载设备-路侧设备-测试与验证-应用与平台-车企。NR-V2X 的标准制定也在持续推进,当前典型的应用场景为车辆编队、传感共享、高级自动驾驶、远程驾驶,这些场景对通信指标的要求都进一步提升。

除此之外,通信模式也变得更加复杂,比如协同式环境感知:车辆 C 具备 V2X 能力,而车辆 A 不具备,由于车辆 C 视线被卡车B所遮挡,直接变道存在与车辆 A 相撞的风险。这时,具备 V2X 能力的卡车 B 可以和车辆 C 进行信息共享,帮助车辆 C 得知车辆 A 的行驶状态,避免相撞。

3GPP R16 NR-V2X WI 工作范围大致概括如下:

NR 直通链路设计支持单播、组播和广播。另外,新模式必然带来新的信道结构设计,并且涉及资源分配、同步、单播组播相关的 HARQ 反馈、信道状态指示 CSI 等。未来 LTE-V2X 和 NR-V2X 会在一段时间内共存,因此设备内部 NR-V2X 和 LTE-V2X 共存、LTE Uu 接口控制 NR 直通链路、NR Uu 接口控制 LTE 直通链路也是重要的研究内容。

相比起 R14 和 R15,NR-V2X 的标准设计是非常复杂的,不过,NR-V2X 标准制定的工作在持续推进。2018 年年中,3GPP 开始进行相应的研究,并于 2019 年 Q1 启动了标准化的制定工作。

不过,受到疫情影响,原本定于今年 Q1 完成核心部分的计划略有延迟,预计初步的版本将在今年 6 月问世。之后就是性能完善的相关工作。

在产业发展方面,2017 年到 2020 年,主要是 LTE-V2X 进行技术实验、规模实验,以及先导试验;NR-V2X 标准研究和制定。2020 年到 2023 年,LTE-V2X 实现商业应用,起步发展;NR-V2X 概念验证,并且进行技术试验。2023 年到 2025 年,LTE-V2X 在商业应用的基础上成为主流应用技术;NR-V2X 则进行互通试验和规模试验。

大唐高鸿 C-V2X 整体解决方案

大唐高鸿是中国信科(大唐电信与烽火集团合并后成立的中国信息通信科技集团)旗下的一个上市公司。为了加强车联网产业布局,推动 C-V2X 产业发展,2019 年中国信科在大唐高鸿框架下成立了车联网事业部,其中又包括市场营销部、解决方案部、系统标准部和研发部。

大唐一直致力于 LTE-V2X 系列产品的研发。

2012 年,首次提出 LTE-V2X 概念;2014 年,研发出全球首台 LTE-V 样机;2016 年发布业界首款预商用设备并广泛应用于各大示范区;2017 年发布业界首款商用 LTE-V2X 通信模组 DMD31;2018 年,发布采用全新架构设计的下一代产品,在“三跨”互联互通测试中作为“桥梁”,为多家企业提供解决方案;2019 年,发布 C-V2X 车规级模组 DMD3A,5G+C-V2X 智能路侧终端。

除了提到的一系列的硬件设备,大唐高鸿还提供:

软件。包括 LTE-V SDK、LTE-V APP、安全预警预处理算法、交通安全预警算法、车路协同应用、云控子系统。解决方案。高速公路解决方案、智慧园区解决方案、智联公交解决方案、城市道路解决方案服务。V2X 网联规划与优化、测试床搭建、高精定位、LTE-V2X 技术咨询和培训。同时,大唐高鸿也参与了业内许多重大产业事件的推动,比如 2018 年和 2019 年的 i-VISTA 自动驾驶大赛,大唐高鸿对参赛车辆的车载设备部署以及场地路侧设备部署提供了支持。另外,还有近两年举办的 C-V2X“三跨”“四跨”互联互通应用,大唐高鸿也在其中发挥了重要作用。

基于 5G 技术,大唐高鸿目前在智能网联汽车也开展了许多落地项目。比如在厦门引进了首个 BRT 快速公交 5G 智能网联应用;在重庆打造了首个 5G 自动驾驶应用示范公共服务平台;在天津、保定、北京、无锡等地均开展了大量工作。

作为国内最早一批研究 LTE-V2X 的公司,大唐高鸿参与了我国众多 C-V2X 智能网联应用示范区的建设,包括北京、上海、长春、重庆等地区的测试示范区。在城市道路、高速公路等实际项目当中,大唐高鸿的技术也有相关部署。

总而言之,随着 C-V2X 的持续发展,人们未来在出行时能够享受到更好的服务。大唐高鸿也希望能够和产业界伙伴共同合作,推动这一产业的发展。

谢谢大家,以上就是今天演讲的全部内容。

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