智能网联V2X全球发展现状以及V2X平台设计简介

根据汽车V2X市场的最新市场研究报告，2017年市场预计价值为7.675亿美元，预计到2022年将达到28.1555亿美元，2017年至2022年的复合年增长率为29.69％。

“在汽车V2X市场中预计车到基础设施通信系统（V2I）的增长速率最快”

图1、V2I系统处于整个集成车载安全系统的核心

汽车V2I预计将以最高的速度增长。 V2I通信的好处是例如通过向司机通报车辆与安装在道路上的传感器之间的通信所获得的信息以及有效的交通管理，意外事故数量的减少预计将推动汽车V2I市场的发展。 2016年8月，奥迪宣布将于2017年初在美国推出首款名为交通信号（ Traffic light information）的V2I技术，并选择在奥迪Q7和A4等车型上安装。

图2、支持V2X服务的蜂窝生态系统

当前的V2X全球发展现状

美国

在美国的V2X努力被称为互连汽车技术（ connected vehicle technologies）。当前最广泛的应用是信息娱乐。美国汽车制造商已经迅速接受了辅助服务/舒适驾乘类别的产品。这些服务使用蜂窝（例如，LTE）来实现汽车和因特网之间的连接，并且支持用于乘客使用的汽车内的Wi-Fi热点。V2X技术还使智能手机能够以热点模式连接车载调制解调器。使用这种连接来召唤紧急救援也得到了广泛部署。 LTE连接知之较少但仍然不断出现的用途是制造商用来收集关于汽车本身的数据，这可以使设计或者机械缺陷能够及早发现，从而改进未来的设计并刺激创新。

处理ADAS（ 先进驾驶辅助系统(Advanced Driver AssistantSystem)）的无线电系统，环境意识和移动性服务已经开发了一段时间。 1999年，FCC在5.9 GHz频段中为使用所谓的DSRC（DSRC即Dedicated Short Range Communications（专用短程通信技术））的ITS（智能交通系统 （Intelligent Transport System,简称ITS））服务分配了75 MHz的频谱。此后，美国交通运输部（USDOT：United States Department of Transportation）已经与业界和公共部门的利益相关者合作，开发与DSRC相关的车载新技术，设备和应用。

图3、具有DSRC和路边传感器集成的安全应用示例

其中最重要的是在2012 - 2013年进行的安娜堡安全驾驶员试验项目（该试验项目的详情参见：https://www.its.dot.gov/research_archives/safety/safety_pilot_plan.htm），配备了3000台装有DSRC的车辆。该试验项目向NHTSA（National Highway Traffic Safety Administration：美国高速公路安全管理局）提供了对V2X的社会效益预期的见解，并为标准SAE J2945 / 1，即“On-Board System Requirements for V2V Safety Communications（V2V安全通信的车载系统要求）”（参见：http://standards.sae.org/j2945/1_201603/）提供了输入。预计NHTSA在不久的将来拟议的规则制定通知（NPRM）（Notice of Proposed Rulemaking (NPRM)）将参考SAE J2945 / 1标准。最终，NPRM将在美国联邦机动车辆安全标准（FMVSS：Federal Motor Vehicle Safety Standards）中寻求授权或者颁布法令，强制要求在美国在2020年开始使用的新车型中安装DSRC。值得注意的是，FMVSS的任务是规定V2V（Vehicle-to-Vehicle (V2V)，V2V(车车通讯)））的安全应用，不会管V2I（ Vehicle-to-Infrastructure (V2I：车到基础设置)）或V2P（V2P(Vehicle-to-Pedestrians ：车到行人)）之间的通信问题。 FMVSS可能仅指定V2V的通信要求。

尽管对V2V安全通信进行了严格的监管工作，但美国对V2I和V2P的应用仍在积极的试验和现场研究当中。前面提到过的安娜堡安全驾驶员试验项目（该试验项目的详情参见：https://www.its.dot.gov/research_archives/safety/safety_pilot_plan.htm）从未解散，并且在2016年4月，丰田汽车公司承诺为私人汽车提供额外的5000台DSRC收发信机用来调查V2X应用。

2015年，美国交通运输部（USDOT：United States Department of Transportation）向纽约市，坦帕希尔斯伯勒高速公路管理局和怀俄明州高速公路管理局三家单位签署了互连汽车车型部署（Connected Vehicle Model Deployment ）协议，这三项工作存在显著的不同：纽约市项目完全基于DSRC，将涉及10,000辆公共车辆和多达1000台DSRC；而怀俄明州将采用DSRC等通信链路，研究道路和天气对商业重型车辆（卡车）运输的影响（该项目的详细内容参见：https://www.its.dot.gov/pilots/wave1.htm）。 USDOT的期望是，这些车型的部署情况将为永久性的设施建设和相关开发可使用ITS频谱中所有服务信道的V2X应用程序铺平道路。

展望未来，NHTSA计划为无人驾驶汽车试验花费2亿美元（参见：https://cms.dot.gov/sites/dot.gov/files/docs/DOT-fy-17factsheet.pdf）。此外，USDOT还有一个称为先进的交通和拥堵管理技术部署（ATCMTD：Advanced Transportation and Congestion Management Technologies Deployment）的计划（参见：https://www.grants.gov/custom/viewOppDetails.jsp?oppId=282433），作为国会通过的FAST法案的一部分。

在美国，基于DSRC的V2X部署的一个值得注意的事实是，支持者主张最大限度地利用所有频谱资源：V2V安全信道，其他服务信道和控制信道，采用由IEEE 1609.4所推动的多信道操作标准（参见：https://standards.ieee.org/findstds/standard/1609.4-2016.html）。 这一推动的示范和部署前项目的目的是保护所分配的频谱不会受频带共享计划干扰甚至是被无牌照的无线Wi-Fi所接管。多个DSRC信道的演示和部署前项目展示了该技术如何能够占领频谱，从而着重于是否以及如何共享V2X分配的频谱。

独立于NHTSA的FCC正在考虑频谱共享计划，不同的倡导者正在进行测试来评估所提出的方法。此外，在对FCC旨在更新国家无牌信息基础设施（U-NII：unlicensed national information infrastructure）设备与工作在5.850-5.925 GHz（U-NII-4）频段内的DSRC 业务之间的潜在共享解决方案通知的一些回应中，建议考虑与DSRC相比的其他技术。

欧洲地区

欧洲的V2X工作被称为协作ITS（C-ITS：cooperative ITS，参见：https://www.its-platform.eu/）。在V2X基础上的V2X技术正在考虑ETSI-ITS-G5（基于IEEE 802.11p / DSRC）（参见：http://www.etsi.org/technologies-clusters/technologies/automotive-intelligent-transport）和蜂窝V2X（4G和5G）。

在欧洲，有一些支持V2X系统开发的监管措施。将频谱放在未授权的5.9 GHz频段处，以使C-ITS与世界其他地区保留的频谱相一致。

目前，欧洲有三个标准组织的技术委员会（TC：technical committees）正在进行标准化工作：ISO（TC 204）（参见：https://www.iso.org/committee/54706.html），ETSI（TC ITS）（参见：http://www.etsi.org/technologies-clusters/technologies/automotive-intelligent-transport）和CEN（欧洲标准化委员会：European Committee for Standardization）（TC 278）（参见：http://www.itsstandards.eu/，以及http://coopsys.its-standards.info/）。

还有几个行业联盟在积极推动V2X。一个是由汽车制造商牵头的汽车通信联盟（C2C-CC： Car to Car Communications Consortium，参见：https://www.car-2-car.org/index.php?id=5），重点是协调C-ITS的欧洲标准，制定部署V2V和V2I的C-ITS的路线图，并促进采用共同的频谱资源。其他包括阿姆斯特丹集团（Amsterdam Group，参见：http://www.amsterdamgroup.net/）；领导并与C2C-CC协调的部署项目，以及促进召集利益相关者的会议，部署支持，V2X研究和结果传播的iMobility论坛（ iMobility Forum，参见：http://www.icarsupport.eu/）。

由不同行业，学术界和公共部门的利益相关者组成的ERTICO ITS欧洲合作伙伴关系（ERTICO ITS Europe Partnership，参见：http://ertico.com/），着眼于当前和未来部署不同的V2X应用。该组织的一些举措包括协调欧盟资助的研究项目（例如Horizon 2020（参见：http://ec.europa.eu/programmes/horizon2020/），CEF（Connecting Europe Facility (CEF)，参见：https://ec.europa.eu/digital-single-market/connecting-europe-facility））以及公共 - 私营部门的联盟活动，以支持广泛的V2X应用场景。

此外，隶属欧盟委员会下的DG MOVE（交通运输总局：Directorate General for Transport，参见：https://ec.europa.eu/transport/index_en）成立了C-ITS论坛平台，汇编了一份列出当前趋势，差距和要求的报告，以促进V2X在欧洲的部署。该平台在2016年1月发布了第一个C-ITS报告（参见：https://ec.europa.eu/transport/themes/its/c-its_en，或者https://ec.europa.eu/transport/sites/transport/files/themes/its/doc/c-its-platform-final-report-january-2016.pdf），实现了连接和自动化车辆的第一个里程碑，讨论了相关的技术问题（如频谱，混合通信，安全）以及法律方面的问题（责任，数据保护和隐私）。它仍然是技术中立的。报告指出，接入层上的以下信息是不可知的：

接入层不可知：

WG6专家认为，确保C-ITS消息可以在可能的情况下独立于底层通信技术（接入层不可知论：access-layer agnostic）进行传输非常重要。根据C-ITS服务或者应用的类型和环境，可以使用短距离（例如IEEE802.11p / ETSI ITS-G5）和/或远程通信，例如蜂窝（3G，4G，5G ...）和/或广播（如DAB +）技术。注意：由于这些用例的延迟，可靠性，功能安全（ISO 26262，参见：https://en.wikipedia.org/wiki/ISO_26262）等要求，存在某些用例所有通信技术都将无法使用的情况。

此外，2016年4月，所有28个成员国的运输部长签署了“关于联合自主驾驶的阿姆斯特丹宣言”（参见：https://english.eu2016.nl/documents/publications/2016/04/14/declaration-of-amsterdam）。该文件承认V2X通信是C-ITS的关键推动者：“为了最大限度地提高道路安全和环境性能的效益，必须确保新的服务和系统在欧洲层面上的兼容性和互操作性，并协调投资来实现可靠通信的覆盖，利用混合通信的全部潜力，在相关的情况下，提高定位精度的性能，特别是使用GALILEO和EGNOS（参见：https://www.gsa.europa.eu/egnos/what-egnos）。

此外，在2015年9月，欧洲委员会通讯局局长（DG Connect）以及通讯网络内容与技术总局局长宣布了自动驾驶行业圆桌会议。目标是在GSMA（https://www.gsma.com/），ETNO（https://etno.eu/），ACEA（http://www.acea.be/）和CLEPA（http://clepa.eu/）等重要的电信和汽车行业协会的帮助下制定部署和加速连接自动驾驶的策略。它导致了2016年7月16日的泛欧大型预商业项目，以测试C-ITS V2X为基础的连接（4G / 5G）用例。

图4、蜂窝车联网的系统架构

欧洲目前还有其他一些V2X项目正在进行中，其中包括：

1、NL-D-AT ITS Corridor Project（NL-D-AT ITS走廊项目）：是荷兰，德国和奥地利之间沿着从鹿特丹到法兰克福到维也纳的公路走廊的联合活动。主要由所谓的“阿姆斯特丹集团”和“汽车2车通信协会（Car-2-Car Communication Consortium，参见：https://www.car-2-car.org/）”牵头，重点是交通管理的道路工程警告（RWW：road works warning）和车载信息（IVI：in-vehicle information）数据，以及交叉口安全检测。

2、SCOOP@F Project（SCOOP @ F项目）：是一个法国C-ITS项目，约3,000辆车覆盖了2000多公里的道路，其中包括5个试点。重点是道路工作警告和危险位置通知。

3、NordicWay Project（NordicWay项目）：是丹麦，瑞典和芬兰的项目，采用3G和4G蜂窝网络，包括约2,000辆车。重点是危险场所警告，合作天气警告（CWW：cooperative weather warning）和探测车辆数据（PVD：probe vehicle data）。该项目由公共部门和行业（如HERE，诺基亚，爱立信，沃尔沃）提供支持。

4、A2/M2 Project（A2 / M2项目）：是沿高速公路A102-M2-A2的英国项目。重点是路边警告，多佛港口的货运信息，城市C-ITS和交通信息服务。

5、BaSIC Project（BaSIC项目）：是捷克共和国的国家项目，重点是V2X技术，用于缓慢移动车辆警告（SMVW：slow moving vehicle warnings），固定式车辆/拖车信息（SVI： stationary vehicle/trailer information），即将到来的紧急车辆警告（AEVW： approaching emergency vehicle warning），交通堵塞预警（TJAW：traffic jam ahead warning）和车内标牌（IVS：in-vehicle signage）。该项目预计将与NL-D-AT和SCOOP @ F ITS走廊项目密切合作。

6、Compass-4D Project（指南针4D项目）：是由七个城市（波尔多，哥本哈根，赫尔蒙德，纽卡斯尔，塞萨洛尼基，维罗纳和维哥）由欧盟委员会资助的项目。重点是红灯违规警告（RLW：red light violation warning），道路危险警告（RHW：road hazard warning）和节能交叉口（EEI：energy efficient intersection）的使用情况。

在德国，还有一个名为Autobahn A9的应用/规划阶段的项目。它专注于排队和停车和交通管制系统，并期望使用ITS-G5和蜂窝（4G / 5G）技术以及边缘计算。

图5、波束控制在车联网中的应用

中国

中国V2X的努力被称为智能连接汽车和智能交通系统（intelligent connected vehicle and intelligent transportation systems）。目前，LTE技术以及DSRC都受到不同利益相关者的支持，包括中央政府，基础设施供应商和汽车制造商的不同部门等。

智能连接车辆（ICV：intelligent connected vehicles）的概念包括V2X安全应用，运输效率和远程信息处理。 ICV是中央政府牵头的“中国制造2025”和“互联网+”国家战略计划的一部分。为了促进行业进步，2015年底开始实施多项试点项目。试点项目由政府支持，主要参与者为汽车制造商，通信服务提供商和互联网服务提供商。

上海安亭的项目计划在2019年的最后一期完工后，在300公里的试验路上运行了一万辆试验车。第一期施工已经完成，开幕式于2016年6月举行。作为技术 - 中立试验场，安亭将为安全应用提供DSRC和LTE V2X试验道路。计划对北京，浙江，重庆等城市进行第二批试点工作，试点工作正在建设中。

为了支持ICV安全应用，作为工信部一部分的无线电监管局（BRR：Bureau of Radio Regulation）正在领先的频谱研究和促进ICV应用的专用频谱分配。目前候选频谱为5.9 GHz，其中一个建议是为V2X主动安全应用分配30 MHz频谱，为未来的自动驾驶应用预留20 MHz频谱。

表1、世界各地分配的DRSC频谱资源

关于部署的考虑

部署V2X技术的一个挑战是服务提供商的业务激励不明确。即使在可能强制要求V2V部署的美国，关于建设利用平衡通道的基础设施的计划以及哪些实体应该管理交通安全网络功能，仍然缺乏明确性。由于迄今为止所有资金的大部分是政府出资，目前尚不清楚商业服务业务模式是否可以适用于加快基础设施部署或者部署将由政府管理。

在其他地区，仍然主要是政府机构推动试点工作，通过提高交通效率，减少排放和尽量减少碰撞事故，有利于城市经济。通过蜂窝V2X，移动运营商的参与带来了提供额外的商业驱动服务的机会。这其中的受益者可能是用户和道路运营商。

以下是小编通过国内外的V2V领域成功过的案例所做的一个V2V整体系统方案设计基本需求，相信国内的车厂或是汽车解决方案厂商也在研究这项工作及设计中。2020年自动驾驶年，从现在开始（自动驾驶汽车解决方案厂商、科技互联网公司）把握未来的V2V基础架构以及整体解决方案的方法和路线，抢先占领市场。

V2V产品开发的功能要求：

人机交互中控系统：

在汽车中控系统上面有人机交互系统，通过屏幕可以查看本车车速、信号连接状态、与目标RSU/OBU距离、当前预警信息显示，提供如以下几个功能：

红绿灯车速引导GLOSA、信号机配时信息显示、道路施工预警RCW、信号机配时信息显示、人车冲突预警VRUCW、路侧交通事件信息发布、换道预警LCW、人车安全预警、前向碰撞应用FCW、车车交互盲区/碰撞预警、交叉路口碰撞预警ICW，通过交通大数据服务中心云平台强大的计算能力，通过在线实时信息发布，直接显示出信息发布内容，有效改善驾驶体验。

车联网路侧控制单元:

应用于智能交通路侧系统一体化协同控制。设备可接入车联网V2X路侧通讯终端、交通视频检测器、微波检测器、交通信号机等，可实现局部交通数据的采集与交互，具备与交通数据中心实时通信功能。具有视频、微波、地磁、红外等多种检测器接口、需要能支持接入主流信号控制机、可实时采集信号机状态、支持通过光纤、3G/4G和广域无线网等远程通信方式，支持与数据中心信息交互、路侧系统综合管理功能、支持局部逻辑路网管理、实时上传路侧数据及设备工况、支持交通事件远程发布功能。

车联网智能车载通讯终端

支持完整的DSRC/LTE-V WAVE软件解决方案，集成智能手机连接应用程序，简化人机交互界面，实现小尺寸的车载部署，集成高精度GNSS、蓝牙通信，大功率802.11p/LTE-V无线传输，符合Omni-Air认证。

功能接口方面：需支持可切换双DSRC天线， 以太网口 ,持续/交替广播模式,USB/智能卡槽,LTE-V通讯模块（后期开发）,可接入外部图形界面设备,Wi-Fi模块,安全启动与存储机制,北斗/GPS多模导航模块,电气性能符合车规级要求,蓝牙模块,多应用、高数据流通能力,CAN接口,WSMP与IP协议超高流量处理,可通过cellular网络上传数据至中心。

车联网智能路侧通讯终端

可通过DSRC/LTE-V WAVE软件解决方案实现无缝户外部署，集成高精度GNSS、蓝牙通讯，大功率802.11p无线传输。

功能接口方面：可切换双DSRC天线,NEMA 6标准防水天线,持续/交替广播模式,  IP67规格封装,LTE-V通讯模块（后期开发）, 全过载保护,北斗/GPS多模导航模块,,可靠户外连接性能,蓝牙模块,电气性能符合GB 4934规定要求,以太网全功率供电,多应用、高数据流通能力,严格支持户外工况环境正常运行,WSMP与IP协议超高流量处理,对接当地视频/微波检测器,可通过cellular网络上传数据至中心.      

 

智能网联V2X云平台

 

平台需求分析：

V2I管理：通过V2X平台，能支持LTE_V以及DSRC技术通信网络，通过云平台能支持对V2I交通基础设施基础的管理和监控，查看城市各个节点的车联网路侧控制单元运行状态，监控车联网智能车载通讯终端与车联网路侧控制单元连接的负载情况等

V2V管理：通过V2X云平台，能查看城市某个片区汽车终端通信终端的运行状态，是否出现频繁的流量波动，可监控终端是否存在异常的非法行为警报，可查看终端汽车的配置V2V配置信息文件（开放的车速、航向、GPS位置），历史某一终端或多个车载终端的异常行为查询，这些查询将提供用于保险UBI相关分析。

自动驾驶：每个用户私有权限查询个人的自动驾驶历史路线，里程信息，交通标识故障记录。

自动寻找停车位：通过路侧终端自动寻找城市交通停车位。

UBI保险功能：时间有限，没空写。略。

共亨出行：时间有限。没空写。略。

V2P：重点部分，车载终端与马路的行人用户的手机APP互相链接起来，采用一定的通信技术，使得低头族过马路有手机实时预警，APP可后台运行，采用声音，图形警告方式，改善消费者过马路、或路上走路，无法看到四面八方的车躲避来不及导致的车撞人现象。

 下期再和大家分享V2X的信息安全要求和设计安全。