智能网联汽车V2X技术分析

袁安录 陈正 刘玥 冷卫杰

（中汽研（天津）汽车工程研究院有限公司 天津市 300300）

智能网联汽车是汽车产业发展的重要趋势，其在传统汽车的基础上，搭载传感器、控制器、执行器等装置，并在现代通信技术及网络技术的支撑下，实现了车与X之间的信息共享与交流。在一定程度上，智能网联汽车实现了复杂环境感知、智能决策的有机统一，其有效地实现了汽车系统控制和执行管理，保证了汽车的安全性、舒适性和节能高效性。在智能网联汽车发展中，V2X技术的应用极为关键，基于该技术开展智能网联汽车通信和网络管理，有效的地实现了车载传感各个系统的优势互补，这为智能联网汽车感知、决策、执行功能的控制创造了良好条件。

1 主流V2X技术标准及研发

1.1 V2X技术标准

1.2 V2X技术研发

DSRC技术源于20世纪90年代，其在V2V、V2I场景控制中具有突出作用。从应用过程来看，DSRC技术不仅保证了高速移动车辆数据传输的可靠性，而且减少了数据传输过程的延迟，确保了车辆运行场景控制的安全性[1]。美国交通运输部研究报告支持：使用DSRC技术过程中，违反交通运输信号灯指示时延、车辆防碰撞时延的要求分别是小于100ms和20ms[2]。要注意的是，DSRC技术在实际应用中仍存在一定的缺点，即当道路上运行车辆较多时，则该技术体系下的容量会急剧下降，此时当面临最大传输状况时，传输时延和可靠性会逐渐变得难以控制，此时需要重新部署安全构架。另外，DSRC技术的商业盈利模式不够清晰，这使得其本身难以实现大规模的商业化运作。随着移动通信的不断发展，DSRC技术开始在V2I、V2V等业务层面有所应用。

早在3G时代时，移动通信网络技术就开始与汽车长开展了业务接触和融合，此时智能网联汽车研究的项目主要集中在V2V、V2I领域。并且随着移动通信网路技术的成熟，其与汽车领域的应用日益深入，此时车辆网系统本身在可靠性、时延控制等层面具有了更高要求。到4.5G或5G网络时代，基于V2X技术的网联汽车智能感知、智能决策、智能控制或将全面实现。

现阶段，智能网联汽车中的移动通信网络仍局限在4G条件下，并且从实际应用效果来看，4G的LTE-V技术应用具备以下优势特征：

（1）LTE-V技术本身具有部署相对简单的便捷的特点，这是因为在共用蜂窝网络的支撑下，LTE-V技术的实现并不需要重新部署网络设备。

（2）LTE-V技术的频谱带宽分配更加灵活，其能在考虑实际应用情况的基础上，进行频谱带宽的增减。同时在该技术支撑下，智能网联汽车的现骨干信息的传输控制更加可靠，这种集中化的资源分配方式能有效减少竞争冲突丢包问题发生。

（3）LTE-V技术的应用面相对广泛，同时技术本身具有较为清晰的盈利模式。

选取金玲镇农户1亩路边田为试验示范地，使用云天化葡萄套餐肥，作为示范田；示范田周围田地使用其他品牌进口套餐肥，面积也为1亩，作为对照田。均根据农户常年种植习惯与用肥习惯进行相同施肥与管理。两块试验田选在同一路边地块，且与农户常规施肥习惯一致。

要注意的是，在未来发展中，还需要正确认识到LTE-V技术本身存在标准不完善问题，应重视相关标准层的测试验证。

2 智能网联汽车V2X技术的通信需求框架

2.1 V2X技术通信需求

基于V2X技术开展智能网联车通信管理式，移动通信网络技术层次不同，其具体的通信需要也有一定差异。在4G及之前的移动网络通信模式下，应实现车联网服务管理，在系统通信层面需考虑以下要点：

（1）从车辆从采集诊断数据和定位数据时，要求数据本身具有较低的时延，此时应重视小数据采集方式的应用。

（2）对于一些较为敏感的数据实行小数据采集时，应注重数据本身的可靠性，如在紧急呼叫服务层面，就必须考虑数据敏感性和可靠性两个控制要素。

（3）通常大数据的上传和下发对于时延控制的敏感性不强，此类数据不仅包含车载视频监控，而且涉及多媒体娱乐等诸多内容。

（4）在下发人工辅助导航类数据时，采用小数据下发方式，但是这种数据对于时延的控制并不敏感[3]。

在4.5G标准下，针对智能网联车的应用应系统考虑通信传输可靠性和低时延性。结合V2V、V2I等主动安全业务可知，在4.5G标准下，V2X技术在不同的业务场景也有不同的时延和覆盖要求。如在防撞、告警增主动安全管理时，要求其时延保持在20～100ms，并且这种小数据包的覆盖范围应小于300m。而在导航、红绿灯、路况等业务场景下，应将其延时控制在500ms，虽然此类数据包的规格小，但其覆盖范围相对较大，通常此类业务下的V2X技术通信副覆盖范围高达1000m，规范化地控制V2X技术，扩大导航、红绿灯等的控制范围，能有效保证交通的效率性。此外公共信息、娱乐信息的数据包较大，在V2X技术通信传输中，因将其时延控制在1～10s，并且应注重信息覆盖层面的全覆盖。

5G移动通达信网络模式下，汽车移动驾驶功能将基本实现，此时LTE-V技术的通信需求为：一方面，基于LTE-V技术的移动联网通信具有低时延性的特点，其时延要求不超过1ms，该技术模式下，要求移动通信网络能实现自动驾驶过程中各类信息的交互需要。另一方面，在5G时代下，单设备支撑10个以上的链接，此时信息数据的容量较大，但链接下的信息传输便捷，如此时链接下行速度可达到100Mbit/s，这能有效满足自动驾驶模式下高清地图下载需要[4]。另外，处于5G技术下的LTE-V技术通信还具有海量链接、高可靠性、高移动性的特点，其能有效满足智能网联汽车的发展应用需要。

2.2 V2X技术网络架构

自4.5G移动网络通信以来，在V2X技术应用层面，人们提出了LTE-V网络架构模式。该网络架构模式下，能够充分满足V2V、V2I情景模式下时延性和可靠性控制需要，智联通信方案得到了推广和应用。该方案下，要求在移动通信网络的支撑下，处于车联网系统中的车辆能实现身份认真和可靠性接入。同时在短距业务控制中，为确保信道安全，应在D2D直联通信作用下，实现信息共享、发现、广播以及交换的有机统一。此外，在新时期的网络架构中，应注重传统网络架构与短距直联通信的有效结合，以此来组成LTE-V通信模式，满足广域移动通信网络通信实际应用需要。

基于LTE-V2X技术支撑，智能网联汽车在V2V、V2I、V2P等层面不仅实现了点对点衔接，而且实现了点对多点的通信应用。这有效地满足了广域通信需要，对于智能驾驶的功能的实现具有积极作用。除控制V2V、V2I、V2P应用场景外，应重视应用服务器、V2X网络通信控制功能的系统管理。

3 基于4.5G、5G的V2X技术应用关键问题分析

3.1 服务授权

传统车联网服务管理模式下，网络通行服务的可靠性与终端普及率并无较大差异，但是汽车主动安全类服务与之相反；即在主动安全类服务模式下，需重视V2X终端普及率的控制，要求在完成V2X终端后，系统化的开展具有较高可靠性和低时延性的网络服务。另外，当V2X终端运营商不同时，为确保通信的安全性、可靠性，还应注重身份授权的系统管理。

在使用V2X服务，针对V2X终端的管理应注重以下要点：

（1）要求V2X终端获得运营商的授权服务，并且在服务模式才层面，除签约运营商LTE无线接入模式外，应注重非签约运营商LTE无线方法的有效使用。

（2）当运营商不同时，应在V2X终端之间建立直联通信链接，同时应对该接口的授权测策略进行优化，在授权策略控制中，应由运营商进行4.5G、5G模式下V2X项目实验的有效分析，以此来确定最终的通信授权策略。

3.2 消息收发管理

智能网联汽车运维中，针对V2X技术下的消息收发管理，除考虑V2X业务外，还需对V2V、V2P模式下的消息收发进行系统管理。在V2X业务模式下，开展消息收发管理，应注重以下要点：

（1）在消息收发初期阶段，应注重消息传输机制的系统管理，要求该消息收发传输机制不仅满足车载终端与路边设施信息传输需要，而且能有效服务V2I服务广播的信息寻址操作。

（2）在V2X信息收发中，应注重路段服务消息类型的系统把控，准确了解路段服务消息内容，以此来确保收发消息的动态性。

（3）在V2X消息收发管理中，需考虑V2X终端是否存在漫游情况，同时需判断其签约运营商的无线接入情况，以此来满足实际通信需要。

在V2V、V2P业务中，消息收发传输的内容具有一定的周期性、实践性。在实际传输中，应在特定消息传输机制下，考虑终端漫游、无线接入等诸多问题，此外针对V2V、V2P业务下的信息收发，还需要考虑RSU通过问题等。要注意的是，不论在何种业务信息收发中，针对具有特定职能的消息，应提供一定的优先传输支撑，如救护车、值班巡逻车等

3.3 基于eMBMS架构的消息接收

当使用增强多媒体广播多播（eMBMS）架构时，要实现V2X消息的快速收发，需对MBMS业务区域的地理信息位置进行系统管理，然后改进eMBMS的时延性及V2X服务器发现机制，以此来满足V2X业务控制需要。

3.4 其他考虑因素

要进一步提升V2X技术应用水平，还应注意以下要点控制：

（1）在服务策略管理中，应重视任何情境下，V2X信息收发授权策略及相关参数的系统管理。

（2）在V2X通信中，还应注重最大传输频次、最大时延的有效控制，此外，应对信息传输可靠性进行管理，满足特定场景应用需要。

（3）在V2X技术下的通信管理中，应重视运营商之间的网络协协同管理，即应建立完善的网络协调机制，以此来满足智能网联汽车服务需要，实现汽车自动驾驶功能。

4 结语

V2X技术的应用对于智能网联汽车功能实现具有积极作用；其本身是车联网系统移动通信网络系统下信息收发功能实现的关键技术。新时期，人们对于智能驾驶和主动驾驶提出了更高要求，在智能驾驶和主动驾驶过程中，应重视通信需求的系统管理。基于此，人们只有充分认识到V2X技术的功能，结合V2X技术通信需要系统构建网络架构，并进行4.5G、5G下的V2X技术管理，系统完成车联网通信，这样才能有效提升V2X技术的应用水平，促进智能网联汽车的有序发展。