認識5G車聯網

2017-10-04 14:28:16 C114中國通信網　點擊量：評論 (0)

列數近年熱門話題，5G、車聯網和自動駕駛都在其中。然而，經過和這個行業的深度全方面接觸，特別是和5GAA的主要車廠一直以來的雙邊合作，感覺這個話題還是有點眾說紛紜，有必要拿來澄清和探討下。　　先介

列數近年熱門話題，5G、車聯網和自動駕駛都在其中。然而，經過和這個行業的深度全方面接觸，特別是和5GAA的主要車廠一直以來的雙邊合作，感覺這個話題還是有點眾說紛紜，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、沃達豐、愛立信、英特爾、諾基亞與高通于2016年9月28日宣布結成了5G汽車聯盟（5GAA）。各公司將在車聯網通信解決方案的開發、測試、促進銷售方面展開合作，并支持標準化，加快商用化和向全球市場推廣。目前已涵蓋主要車企、運營商與設備商成員40+。

　　再介紹下5G: 國際電信聯盟（ITU）對5G的定義，5G網絡是能提供20Gbps速率，時延1毫秒，每平方公里100萬連接，網絡穩定性99.999%的下一代蜂窩無線通訊網絡。業內普遍預期5G將在2020年商用。

　　車聯網V2X是個啥概念？

　　車聯網V2X的名字很直觀，就是把車連到網或者把車連成網，包括汽車對汽車（V2V）、汽車對基礎設施（V2I）、汽車對互聯網（V2N）和汽車對行人（V2P）。這個網里的服務可以說是五花八門，讓人眼花繚亂，但從最終的客戶來看，不外乎這三個：

　　（1）乘客：用戶坐在車里享受的是移動互聯網業務，技術詞匯叫移動寬帶（MBB）。這是移動運營商傳統的業務范疇；

　　（2）駕駛員：開車的駕駛員需要的各種智能交通信息服務，包括交通路況，路線選擇，這些都可以在傳統的MBB業務范疇通過應用來解決，如各類電子地圖。此外車聯網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事故。這類告警信息對可靠性和時延的保障有一定的要求，是否當前通訊技術就能滿足，還存有爭議。

　　（3）車：這才是真正意義上的“以車為本”的車聯網業務。車駕駛需要的安全輔助信息，半自動到自動駕駛需要信息輸入和輸出；這塊業務會給移動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（超高可靠超低時延通信），5G-V2X等新課題；通常講的V2X更多的是指這個業務場景。

　　以上服務于乘客和駕駛員的車聯網業務，本質上就是傳統的MBB業務，只不過就是車這個終端尺寸更大，電源更足，給了技術上發揮的空間，包括車上部署更多的天線實現高階MIMO，提供更高的數據率，給車內提供高速互聯網接入。

　　如果有人在車上做了個聯網試驗，就說是在搞車聯網，那純屬誤導。如果有人搞了個交通信號燈提示也說是車聯網，你也別以偏概全，車聯網的價值遠大于此。

　　以下文字重點是對上面的第三個客戶“車”的場景進行討論。

　　V2X和自動駕駛是啥關系？

　　說到車聯網與自動駕駛的時候，需要強調的是，自動駕駛的核心是車，而不是網；如同物聯網的核心是物，而不是網。沒有V2X，駕駛也能自動，但是沒有V2X，無法真正的實現全場景自動駕駛。

　　如當前的谷歌、特斯拉、Mobileye自動駕駛系統，基于傳感器、雷達和攝像頭的各種信息輸入，通過人工智能技術決策，單車本身在一定程度上即可以自動駕駛。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、攝像頭看不見、看不清、看不準。特斯拉曾發生過的一次致命事故，即為在強烈的日照條件下，自動駕駛未能識別卡車的白色車身，因此未能及時啟動剎車系統所導致。針對這些場景開發性能更強的傳感器，成本會高到消費者無法承受的地步。這就需要車聯網里的V2X通信（V2N,V2I,V2V,V2P），提供遠超出當前傳感器感知范圍的信息。本質上可以把V2X視為一個拉長拉遠的“傳感器”，通過和周邊車輛、道路、基礎設施的通訊，獲取比單車能得到的更多的信息，大大增強對周圍環境的感知。5G網絡本身具有的超大帶寬超低時延特性，可以實時搜集傳輸更多更精確的環境信息，使用云化的計算能力用以車輛本身自動駕駛的決策。

　　認識到上面這一點就理解了，在實現車輛自動駕駛場景中，V2X是一個必要且增值的使能技術；換句話說，即便車輛本身就可以實現部分自動駕駛，通過車聯網技術依然可以進一步提升性能，且可以降低單車部署傳感器的成本，減少對高精度傳感器的依賴。

　　同時據非官方數據，車企內部驗證的結果是基于多車信息匯總的決策會比單車信息基礎上的決策在可靠性上提高三個數量級。（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的又一重要價值所在。

　　所以在未來很長一段時間，盡管路上會是V2X與非V2X車輛共存的局面，單車由V2X技術所帶來的增益會隨V2X車型滲透率提高而逐步提升，從而正向驅動非V2X車輛的升級和替換。

　　自動駕駛需要通過V2X傳輸什么信息？

　　如上文所述可知，由V2X使能的自動駕駛場景中，各種決策還是來自車輛本身。這一點決定了在車聯網這個環境里車本身是個獨立的決策主體，即使是車連上了網或者連成了網。這個結果是由兩個事實決定的：

　　第一，車主不會希望將自己的安危交給其它車或者第三方決定。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現。周邊車輛的指令信息，特別是類似于“前車指令后車剎車”等決策信息是不會被本車直接采信的，此類信息必須是經過幾層過濾，和本車上傳感器的信息對比以后才會由本車決定采納或拒絕。

　　第二，從商業角度考慮，車廠之間是互為競爭關系的，而且會有意識的凸顯不同品牌之間的差異性，自動駕駛的性能好壞也是體現差異性的特征之一。基于V2X的自動駕駛功能、對應的決策算法、硬件上比如天線數的差異性，都是體現品牌優越性的手段。所以車廠不會愿意把決策機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之于自動駕駛，需要傳遞和交互的不會是最終抉擇指令，只會是周邊車輛與環境的狀態信息。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信息分享。這也符合前面所述V2X之于自動駕駛是一種“拉長”的傳感器的定位。

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

　　另外，自動駕駛的單車決策模式也可以導出另外一個事實：

　　V2X的通信模式會以多播廣播通信模式為主，以此更高效的分享周邊的信息，而不是傳統意義上的基于應答確認式的單播點對點通信方式（unicast）。

　　自動駕駛的1毫秒時延意味著什么？

　　3GPP定義了若干個1毫秒到幾個毫秒的低時延場景，主要集中在自動駕駛上。自動駕駛中制動等反應時間，是個系統響應時間，其中包括了給網絡云端計算處理、車間協商處理的時間，也包括了車輛本身系統計算及制動處理時間。如果要做到時速100km制動距離不超過30cm，那么系統整體響應時間不能超過10毫秒，而人類最好的F1車手的反應時間在100毫秒左右。從保障安全的角度，系統響應時間當然越低越好，其中對通訊時延的要求會更高。未來5G網絡能夠在提供99.999%穩定性的同時做到小于1毫秒的通訊時延，則自動駕駛車輛的低時延場景更需要系統其它環節的配合來實現。

　　仔細分析這些自動駕駛的場景就會發現，現有技術下自動駕駛操作本身所需的時間，包括數據采集、分析、算法決策、機器傳動，都遠遠大于1毫秒。通訊所帶來的時延在整個時間鏈里占的比例是非常小的。另外，外部環境的變化對車輛系統時延的影響也遠大于1毫秒，比方說，雨雪天路面對剎車制動的影響都在幾秒到幾十秒以上。因此從整體上考慮，是應該投入大量資源苛求V2X現階段在超低時延通訊上得到突破，還是致力于改進其它環節，比方說把圖像處理時延從100毫秒降到90毫秒，答案是顯而易見的。

　　因此在現階段，端到端的低時延更取決于傳感器、處理器、算法及機器傳動的改進。而在超低時延的5G網絡規模部署后，相信更先進的通訊技術會給車企帶來更多的創新，讓車輛更加安全。

　　自動駕駛最需要什么？V2V還是V2N？

　　回答這個問題要從兩個維度上分析。

　　一個是技術維度：自動駕駛的基本要求是V2V的通訊必須隨處可用，包括沒有網絡覆蓋的環境，所以V2V的直聯是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。許多自動駕駛場景下（如編隊行駛、并道等），因為收發車輛的距離近，V2V的直聯是更好的通訊模式。

　　另一個是商業維度，這個最終決定了V2X是否能被成功部署。一直以來，車企擔心依賴蜂窩技術的V2X會導致自動駕駛業務被電信運營商所控制，所以V2V直聯也會是車廠的首選。

　　然而，完全沒有網絡輔助的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的系統分析上已經多次被驗證了。比較可行的解決方案是在提供V2V直連通訊能力的同時，由蜂窩網絡提供輔助，通過V2N的通訊大幅疏解熱點地區的通訊壓力，保障車聯網通訊穩定性。

　　V2N同時可以用于地圖更新、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，在網絡中進行大數據分析，這更接近于5G的mMTC（海量物聯網通信）場景，隨著5G的到來，V2N的能力會進一步加強，更有助于自動駕駛信息的獲取與傳輸。

　　V2V通信：11p與C-V2X誰更優秀？

　　11p又叫做DSRC，是基于IEEE 802.11p的用于V2V通信的協議。許多車廠在DSRC系統上已經做了幾乎10年的研究和測試評估活動，在各個車廠內部也相應的培養了一批支持者，但是商用進展一直不理想。近年來來蜂窩陣營加入這個角逐，推出了C-V2X技術包括LTE-V及未來的5G-V2X同11p PK，更上升為中歐合作共同對抗美國標準的政治高度。

　　蜂窩陣營一直以來都在極力證明基于蜂窩技術的性能比11p好，而且可以復用運營商基站，減少路測設備投資，加快車聯網商用。然而車廠并不買賬，甚至個別車廠因為5GAA明確以蜂窩技術為主導，而不愿意加入5GAA。經過深入溝通才發現，實際上車廠都很清楚技術層面蜂窩技術比11p好，真正的原因還是擔心蜂窩技術V2X會導致車廠被電信運營商控制。直到MAO架構在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蜂窩網V2X的顧慮。

　　什么是基于5G切片的MAO架構？

　　從技術維度上來講，網絡輔助的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，由基站來調度和管理V2V的資源。這樣，對車載終端和基站就有了升級和匹配的要求。

　　從商業維度上看，現在的LTE-V，以及未來的5G-V2X都存在一個分批部署和兼容的問題。汽車產品生命周期比智能手機長得多，需要提前N年部署準備。然而沒有匹配的蜂窩網絡，僅有車載終端也無法開展業務。但同時如果沒有明確的業務，運營商也不愿先投入成本專門部署或升級V2X蜂窩網絡。

　　一個可行的解決辦法是把蜂窩網絡提供的V2V通信需要的輔助無線資源管理和調度功能上移到云端，V2V資源調配和管理的功能可以通過Cloud Server云化服務器來實現，整體上這個架構我們稱之為MAO（Mobile Automotive Operator移動汽車運營商）架構。

　　這個Cloud Server可以集中或分布式部署在運營商網絡內或外，可由車企，移動運營商或第三方來運營，從而跨運營商跨車廠。而V2V資源調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。這種針對某個特定行業提供特定網絡特性的業務，正是未來5G網絡架構所擅長的，我們稱之為5G網絡切片。

　　MAO架構方案可以實現V2X車載終端、V2X網絡的分別演進，各自的創新與升級都會加速自動駕駛的實現。LTE-V/5G終端可先期部署到車上，不影響車廠的測試和產品發布。隨著LTE/LTE-V向5G網絡的演進，可以提供更高的V2X性能，支持更多應用場景。

　　5G能給車聯網技術及商業模式帶來什么？

　　根據華為發布的最新5G外場測試結果，當前5G網絡已經可以在保障高穩定性與移動性下，實現下行吞吐率超過25Gbps，用戶界面時延小于0.5毫秒。性能已經超過了ITU對5G的定義。

　　我們不妨圍繞將來自動駕駛發生后系統審視下對未來通信網絡的需求：

　　（1）圍繞汽車駕駛及安全相關的“網”：V2N作為傳統傳感器的延伸，車車直接通信（V2V）結合V2N的協助（MAO架構），安全性和穩定性會得到5G網絡的極大加強。

　　（2）圍繞道路交通信息管理的“網”：今天討論較多的V2I，本質上可以在V2N管道的應用層去做創新。5G帶來的超高性能網絡會進一步使能新的應用。

　　（3）圍繞汽車這個載體里的人需要的寬帶“網”：自動駕駛發生后，車已經不是車了，電影院、游戲廳、在線診所…，V2N的需求可以想象，這個是5G增強型移動寬帶發力的天然場景。

　　從整體商業價值出發，只要車連上了網，就會有新的商業機會。

　　對于終端領域來講，以支持自動駕駛的V2X通訊模塊為入口，進一步整合車內的各種功能模塊，包括車內計算，存儲等功能，構筑新的車載電子業務領域，這也可以說是芯片公司的商業范疇。打造更高性能更安全的聯網汽車，更快實現自動駕駛，提供更好的車內乘客互聯體驗，成為管理車內應用的軟硬件平臺，則是車廠差異化競爭力所在。

　　對于無線網絡來講，車聯上網之后，無論車車通信使用了哪種技術，車輛產生的大量數據需要通過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，各類業務的創新必然會推動對網絡數據傳輸更高的需求，以及在此基礎上對低時延，高可靠V2N更高的需求（如上述的MAO架構基礎上的對V2V調度的性能保證）。同時因為V2N業務的特殊性，也對5G切片網絡提出了新的訴求。？

　　綜上，只有從以上諸多角度理解清楚5G-V2X在自動駕駛中的價值、定位、技術訴求與商業模式才相對容易在電信行業和汽車行業達成一致理解和共識，才能推動產業落地。現實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內的某些參與成員，還是車聯網生態圈的一些參與者都還未真正理解問題的本質，這也是5GAA需要承擔的使命。