车联网的“新时代”「GGAI直播预告」学术资讯

来源：中国指挥与控制学会

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政府交通主管部门和汽车工业正在拥抱合作智能交通系统(C-ITS)。

目前，部分上市的新车已经可以自己“看”和“思考”。不过，即将推出的5G网络将使用一种更新的技术，它有望让他们获得另一项高级技能：相互“交谈”的能力。
C-V2X是一种通讯技术，使用与我们手机相同的蜂窝网络，将允许车辆彼此之间、与交通信号和其他路边设备进行无线通信，提高功能和安全性。
通过基于5G的C-V2X，允许车辆、基础设施和道路使用者(VRU)，连接并交互有关交通和道路的信息。最初是为搭载车端智能设备的车辆提供预警，但未来将用于支持自动驾驶。
根据5GAA的白皮书——《车辆到基础设施服务:C-V2X技术如何彻底改变道路运营商的成本公式》，目前公路上已经有超过1亿辆具备蜂窝网络连接能力的车辆。而爱立信发布的《用5G改造交通》显示，到2025年将有超过5亿辆汽车联网。
从目前的发展趋势来看，对于旨在与车辆和其他道路使用者进行通信的道路主管部门、道路交通数据及服务运营商和城市管理者来说，使用蜂窝网络是一种成本效益高的选择。
智能交通系统(C-ITS)将允许道路使用者和交通管理人员共享信息，由于受到4G和5G蜂窝网络的支持，它们将能够以极低的延迟传输数据。
在此基础上，传统的远程信息处理控制单元(TCUs)将发展成为需要更多处理能力、更多内存和更高速度连接的高度集成系统。
一、ADAS是切入点
从1958年克莱斯勒汽车配备巡航控制系统，到配备Autopilot的特斯拉，汽车一直在前进，司机也不再是汽车的主角。从A点到B点，司机是路上最大的安全风险。但无论汽车有多先进，它都需要借助周围环境来了解前方道路的可能危险障碍。
C-V2X的逐步使用，以允许早期警告(预期)、非视线通信和通信信道冗余。其中，第一种普遍场景是车到网到车(V2N2V)通信。另一种就是车辆到网络到基础设施(V2N2I)。此外，C-V2X也侧重于车辆和行人(V2P)的通信。
除了可以显著改善道路安全。C-V2X更广泛的好处包括，通过更有效的行程规划和油耗（电耗）优化，增加车辆的行驶里程和司机的便利性。
V2X通信系统主要用于提高安全性和防止碰撞。在传统车辆中，V2X系统可以向驾驶员传递有关恶劣天气、附近事故、路况和附近车辆危险活动的重要信息。在自动驾驶车辆中，V2X为车辆现有的导航系统提供额外的信息。
除了安全方面的好处之外，V2X技术还可以用于其他用途，比如集成过路费、停车费和类似费用的自动支付。从经济的角度来看，V2X技术的市场潜力是巨大的。
然而，V2X市场相对来说还处于起步阶段，在市场扩大之前，该系统的许多好处都不会完全体现出来。不过，从汽车制造商未来几年的新车型计划中，大规模的V2X集成已经是大势所趋。
今天的ADAS系统依靠车辆传感器来帮助驾驶员安全驾驶。蜂窝V2X连接可以进一步改善ADAS，通过使用标准化协议或者汽车制造商的专有协议。
初期的C-ITS服务要求通信延迟低于100毫秒，用于在车辆、网络和返回到其他车辆之间的端到端消息传递。
比如，大众的第八代高尔夫是这家全球最大汽车制造商最畅销汽车的最新版本，它可以接收来自交通基础设施以及800米外其他车辆的通知。不过，该车型目前采用的仍是DSRC技术，基于IEEE 802.11p无线电标准。
目前的4G LTE网络可以很容易地满足这些通信需求。然而，更高级别的ADAS服务对延迟、可靠性和系统容量有更严格的要求，可能只有通过5G通讯提供支持。
此外，与短程直接V2V和V2I通信相比，蜂窝网络通信为C-ITS和对ADAS服务的初始支持提供了更快的上市时间解决方案。
此外，基于蜂窝网络的解决方案可以很容易地将智能手机和便携式设备集成在一起，为行人和骑自行车的人等易受伤害的道路使用者提供保护。
对于汽车制造商来说，重要的是要把V2X不仅仅看作是另一种传感器，而是一种传输车辆间通信和数据的方式。
当然，汽车制造商如何处理这些数据取决于他们自己：例如，有些汽车制造商可能对这些数据的可信度感到担忧。然而，V2X带来的好处可能会成为品牌差异化的一个非常重要的因素，而V2X将为那些较早采取这种做法的汽车制造商提供竞争优势。
核心问题就是，如果V2X告诉你前方存在危险情况，汽车必须决定在多大程度上可以依赖这些数据，以及是否需要验证这些信息，可能需要通过与传感器交叉验证。此外，V2X的兼容性可能会成为未来新车五星安全评级的重要因素之一。
V2X是一项相对较新的技术，对于供应商来说，目前的主要任务之一是向业界展示其潜力，解决道路安全领域的车辆应用问题。此外，城市交通管理部门、基础设施供应商和道路运营商的作用也将至关重要。
从目前各个主要国家的政策方向来看，除了中国从一开始就坚定支持C-V2X技术路线，欧洲电信标准化协会(ETSI)也已经批准了一项新的欧洲标准(EN)，将C-V2X作为智能交通系统设备的接入层技术。在美国，最新的现场测试显示，C-V2X直接通信具有足够的范围、可靠性和性能。
目前，C-V2X已经可以在今天普遍存在的4G网络上运行。开发无线网络标准的行业组织3GPP已经融入了一些C-V2X技术，允许汽车通过4G网络广播基本驾驶信息。
原本预计在今年发布的Release 16将实现更激进的C-V2X功能，这将需要5G的快速响应，在业界被称为低延迟。这意味着，延迟将从几十毫秒降低到10毫秒以内。
二、C-V2X，释放自动驾驶潜力
尽管存在争议，汽车行业仍在自动驾驶汽车上投入巨资。
关于开发自动驾驶车辆所使用的技术的讨论，过去几年主要围绕着三种类型的传感器：摄像头、雷达和激光雷达。但是另一项已经存在的无线技术可以为自动驾驶汽车带来显著的附加价值：车辆到一切(V2X)。
自动驾驶有五个级别，每一级都提供更多的自主权，从一个级别到下一个级别的平滑过渡，需要越来越多的感知数据，以使车辆做出正确的决定。
车对车(V2V)通信支持具有非视距和对延迟敏感的防撞能力的安全系统，使驾驶员、乘客、骑自行车者和共享道路的其他人受益。
车辆到基础设施(V2I)通信应用于各种安全和交互性应用，包括道路相关信息标识、控制排放和减少拥堵的交通信号相位定时以及确保车辆安全通过十字路口的红绿灯通信。
投资于自动驾驶的公司已经在道路上记录了数千小时和数百/千万英里的行驶记录，以测试传感器阵列组合（激光雷达、雷达、摄像头）有效性，但这些复杂的系统仍然面临限制，特别是在跟踪和预测行人、自行车和其他动态物体的运动轨迹方面。
而对于自动驾驶系统而言，V2X对于安全高效的目标实现至关重要：
1、准确的车辆信息：其他车辆传感器只能估计车辆数据。只有V2X可以提供准确的速度、航向、制动踏板状态等等。
2、感知障碍物：V2X提醒自动驾驶汽车它不能直接看到的物体(非视线范围)，这对安全至关重要，有助于系统做出更好的决策。
3、在所有环境条件下工作：雨雪雾和太阳眩光限制某些传感器的性能，V2X是一个高度可靠的传感器，在任何天气或照明条件。
4、交通灯状态和定时：V2X提高了交通效率，车辆获得绿灯信号周期以优化其速度，交通灯甚至可以根据到达的车辆进行调整。
随着汽车工业向完全自动驾驶的方向发展，最终目标就是一辆能够安全运行的汽车，不受任何人的控制以及任何道路环境因素的限制。
这样的车辆必须能够检测到任何与其驾驶有关的情况，解释这种情况和任何潜在的挑战，然后做出决定并采取最合适的行动。然而，移动网络从来都不是100%可靠的。这意味着，该项技术仍然只是辅助决策的依据之一。
此外，随着时间的推移，C-V2X标准化的时间滞后将不再是一个关键问题，一旦C-V2X相关芯片组可以大批量装车，将迅速降低其单位成本。
比如，在投入了大量DSRC研发资金后，福特汽车认为，C-V2X更快、更可靠、更便宜。C-V2X甚至最终可能会让城市取消传统的交通信号。
从目前的测试数据来看，LTE网络结合边缘计算可以处理15毫秒的延迟要求。考虑到大多数时间关键型应用程序的延迟要求为100毫秒，这应该足以作为增强安全性级别。但，真正的无人驾驶，需要双向超低延迟或大规模的汽车通信带宽支持。
对于自动驾驶的兴起，所有利益相关者——汽车制造商、芯片和设备制造商、行业机构、监管机构和移动运营商——必须联合起来，推动标准进入市场。
“C-V2X将通过增加一种额外的感知，释放自动驾驶技术的全部潜力。”5GAA联盟首席技术官马克西姆·弗朗斯特表示，C-V2X将取代诞生历史长达20年之久的专用短程通信(DSRC)。
随着汽车的智能化、网联化发展，车载远程信息处理的应用越来越多。从最初的紧急呼叫功能，逐步集成信息交互共享，发展成支持V2X的车联网节点。
6月22日（星期一）晚上7点-8点半，德州仪器工程师邓国辉、李坤将在高工智能汽车直播间针对车载远程信息处理的最新技术发展趋势，讨论硬件设计挑战以及TI最新远程信息处理整体解决方案如何支持不同层级的市场需求。

来源：c2_china 中国指挥与控制学会

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