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V2X關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展綜述

2019-02-19 10:47:20·  來(lái)源：商用車(chē)開(kāi)發(fā)院試驗(yàn)部  
　
【作者】劉宗巍，匡旭，趙福全【單位】清華大學(xué)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)與技術(shù)戰(zhàn)略研究院【期刊】《電訊技術(shù)》2019年1月第59卷第1期【摘要】V2X（Vehicle-to-Everything）通信技
【作者】劉宗巍，匡旭，趙福全
【單位】清華大學(xué)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)與技術(shù)戰(zhàn)略研究院
【期刊】《電訊技術(shù)》2019年1月第59卷第1期
【摘要】V2X（Vehicle-to-Everything）通信技術(shù)是智能交通和智能汽車(chē)的支撐技術(shù)之一，但目前仍然面臨技術(shù)路線不明確、政策發(fā)展滯后等問(wèn)題，尚未得到有效推廣。為此系統(tǒng)闡述了V2X技術(shù)的內(nèi)涵和重要作用，重點(diǎn)解析了DSRC（專用短程通信）和C-V2X（基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的車(chē)輛對(duì)外通信）兩類V2X主要技術(shù)路線的特點(diǎn)和當(dāng)前問(wèn)題，總結(jié)了國(guó)內(nèi)外相關(guān)政策法規(guī)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)化活動(dòng)的最新進(jìn)展，在此基礎(chǔ)上分析了未來(lái)V2X技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵趨勢(shì)，從而為國(guó)家制定V2X相關(guān)政策法規(guī)、企業(yè)明確技術(shù)戰(zhàn)略方向提供參考。
 
【關(guān)鍵詞】V2X通信；智能交通；技術(shù)路線；車(chē)聯(lián)網(wǎng)
0 引言
當(dāng)前，各國(guó)政府和產(chǎn)業(yè)界正在著力發(fā)展智能汽車(chē)，其中車(chē)輛與外界的通信是實(shí)現(xiàn)輔助駕駛乃至自動(dòng)駕駛、信息娛樂(lè)、出行管理等智能汽車(chē)重要功能的基礎(chǔ)，汽車(chē)專用的V2X（Vehicle-to-Everything）通信將成為未來(lái)智能交通系統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵組成部分。V2X技術(shù)從20世紀(jì)90年代起已經(jīng)得到了廣泛和深入的研究，但由于技術(shù)、政策、商業(yè)模式等方面的挑戰(zhàn)仍然未能實(shí)現(xiàn)有效推廣。本文總結(jié)了當(dāng)前V2X技術(shù)的路線特點(diǎn)、發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用挑戰(zhàn)，指出了符合中國(guó)特點(diǎn)的V2X技術(shù)方向，為研究機(jī)構(gòu)、政府部門(mén)和有關(guān)企業(yè)提供戰(zhàn)略支持和決策參考。
1 V2X技術(shù)發(fā)展路線
1.1 V2X技術(shù)的作用
 
V2X技術(shù)全面涵蓋車(chē)輛與車(chē)輛（Vehicle-to-Vehicle,V2V）、車(chē)輛與基礎(chǔ)設(shè)施（Vehicle-to-Infrastructure, V2I）、車(chē)輛與行人（Vehicle-to-Pedestrian,V2P）、車(chē)輛與外部網(wǎng)絡(luò)（Vehicle-to-Network, V2N）等各種通信應(yīng)用場(chǎng)景。目前而言，基于V2V通信，車(chē)輛能夠?qū)崿F(xiàn)前方碰撞預(yù)警、緊急電子制動(dòng)燈、變道輔助、左轉(zhuǎn)輔助、反向行駛預(yù)警、協(xié)同式自適應(yīng)巡航控制等駕駛輔助功能；基于V2I通信，可以實(shí)現(xiàn)交通優(yōu)先權(quán)和速度建議、交叉路口盲區(qū)預(yù)警、路況預(yù)警、闖紅燈預(yù)警、現(xiàn)場(chǎng)天氣影響預(yù)警、減速地帶和施工地段預(yù)警、停車(chē)位和充電樁尋位等應(yīng)用；基于V2P通信，能夠?qū)崿F(xiàn)弱勢(shì)道路使用者的預(yù)警和防護(hù)；基于V2N通信，可以開(kāi)展實(shí)時(shí)交通路徑規(guī)劃、地圖更新等云服務(wù)。
 
通過(guò)以上應(yīng)用，V2X技術(shù)能夠顯著提升駕駛安全和交通效率。美國(guó)交通部研究顯示，一旦全國(guó)所有車(chē)輛裝備基于V2V的交叉口移動(dòng)輔助和左轉(zhuǎn)輔助功能，每年將可以減少40萬(wàn)-60萬(wàn)的碰撞事故和19萬(wàn)-27萬(wàn)的傷亡人數(shù)、挽救780條-1080條生命，如果再加上其它V2V和V2I應(yīng)用，V2X系統(tǒng)最高能夠減少80%的非酒精類汽車(chē)交通事故。此外，V2X技術(shù)將使自適應(yīng)協(xié)同駕駛成為可能，從而減少二氧化碳和污染物的排放。歐洲eCoMove項(xiàng)目研究成果表明，基于V2X的駕駛支持功能可以減少4%-25%的油耗和二氧化碳排放。同時(shí)，V2X技術(shù)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的重要手段，能夠彌補(bǔ)攝像頭、雷達(dá)等車(chē)載傳感器視距不足的缺陷，并拓展車(chē)輛在盲點(diǎn)交叉口、惡劣天氣環(huán)境等特殊條件下的感知能力，也有助于相關(guān)系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)。
 
1.2 V2X技術(shù)的功能要求
 
利用V2X技術(shù)搭建的車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)屬于車(chē)載自組織網(wǎng)絡(luò)（Vehicular ad-hoc Network, VANET），具有以下典型特征：（1）網(wǎng)絡(luò)由車(chē)輛自主創(chuàng)建，不斷進(jìn)行自我配置，即使缺少基礎(chǔ)設(shè)施的參與也能夠工作；（2）由于車(chē)輛處于高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)屬于高度動(dòng)態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具有不可預(yù)測(cè)性，而且時(shí)間要求嚴(yán)格；（3）自組織網(wǎng)絡(luò)信息交換頻繁；（4）網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有長(zhǎng)期的通信交換中心，需要分布式操作機(jī)制；（5）需要適應(yīng)多種通信環(huán)境，既包括相對(duì)簡(jiǎn)單的高速公路交通場(chǎng)景，也包括具有建筑物、樹(shù)木等障礙物的復(fù)雜城市環(huán)境；（6）車(chē)輛密度低時(shí)，網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常斷開(kāi)鏈接。
 
由于具有上述特征，VANET面臨一系列的技術(shù)挑戰(zhàn)：（1）網(wǎng)絡(luò)具有安全隱患，任何欺詐節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息的更改都可能造成嚴(yán)重破壞后果；（2）要求高可靠性和低延遲性；（3）車(chē)輛密度高時(shí)，可能出現(xiàn)頻道擁塞現(xiàn)象；（4）難以部署依賴于集中式控制器的媒介存取控制（Media Access Control, MAC）方案；（5）要求可擴(kuò)展性協(xié)議設(shè)計(jì)，在非常輕的負(fù)載或高度過(guò)載的網(wǎng)絡(luò)中均可正常操作；（6）需要解決網(wǎng)絡(luò)高多普勒頻散以及多徑延遲擴(kuò)展的問(wèn)題，并且需要實(shí)現(xiàn)非視距感知；（7）必要時(shí)應(yīng)該在道路預(yù)先部署接入點(diǎn)，以保持網(wǎng)絡(luò)連接。
 
1.3 V2X技術(shù)路線
 
針對(duì)VANET的特殊要求，國(guó)際上主要采用專用短程通信（Dedicated Short Range Communication,DSRC）和基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的車(chē)輛對(duì)外通信（Cellular-V2X,C-V2X）兩條技術(shù)路線。DSRC技術(shù)發(fā)展時(shí)間較長(zhǎng)，已經(jīng)被美國(guó)、日本等國(guó)家廣泛認(rèn)同，形成了完善的標(biāo)準(zhǔn)體系和產(chǎn)業(yè)布局。而C-V2X技術(shù)依托于蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)興起，正處于快速發(fā)展階段，受到了中國(guó)、歐盟等國(guó)家的高度重視。
 
1.3.1 DSRC技術(shù)的特點(diǎn)
 
DSRC是一種雙向半雙工中短距離無(wú)線通信技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，帶寬可達(dá)3-27Mbps。DSRC具有一系列優(yōu)點(diǎn)可以滿足VANET的要求：指定授權(quán)帶寬，能夠用于安全可靠的通信；快速獲取網(wǎng)絡(luò)，便于立即建立通信，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)安全應(yīng)用的高頻更新；毫秒級(jí)的低延遲，使主動(dòng)安全應(yīng)用能夠及時(shí)識(shí)別彼此并傳輸信息；高可靠性，可以在車(chē)輛高速行駛條件下工作，且性能免受諸如雨、霧、雪等極端天氣條件的影響；安全應(yīng)用比非安全應(yīng)用的優(yōu)先級(jí)更高；確?；ゲ僮餍?，支持V2V和V2I通信，有利于普遍部署應(yīng)用；使用公鑰基礎(chǔ)設(shè)施（Public Key Infrastructure, PKI）實(shí)現(xiàn)安全信息認(rèn)證和隱私保護(hù)。
 
美國(guó)將DSRC視為V2X系統(tǒng)的主要實(shí)現(xiàn)手段，依托IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers）和SAE（Society of Automotive Engineers）兩大協(xié)會(huì)制定了完整的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議框架，如圖1所示。在此基礎(chǔ)上歐盟采用了不同的應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)，用ETSI TS 102 637系列替代了SAE J2735和J2945標(biāo)準(zhǔn)；日本也采用了不同的數(shù)據(jù)字典、信息集和協(xié)議。而在頻譜分配方面，美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)將5850MHz-5925MHz作為V2V和V2I通信的專用頻譜，包括5MHz的防護(hù)頻段以及7個(gè)10MHz的控制信道和業(yè)務(wù)信道；歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)在5.9GHz頻段內(nèi)分配30MHz的頻譜用于智能交通系統(tǒng)，未來(lái)將擴(kuò)展到整個(gè)5855MHz-5925MHz頻段；日本將5770MHz-5850MHz頻段用于DSRC電子收費(fèi)和V2V通信的同時(shí)，將755.5MHz-764.5MHz也用于智能交通系統(tǒng)以避免頻譜擁塞；韓國(guó)和澳大利亞也跟隨歐美將5855MHz-5925MHz頻段分配給智能交通系統(tǒng)；而中國(guó)對(duì)于DSRC的頻譜分配尚無(wú)正式規(guī)定，但也在研究5.9GHz頻段通信在V2X主動(dòng)安全及未來(lái)自動(dòng)駕駛中的應(yīng)用。
圖1 美國(guó)DSRC協(xié)議棧示意圖
盡管DSRC技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的實(shí)際驗(yàn)證和應(yīng)用，但其也存在一定的局限性。第一，DSRC采用的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)（Carrier Sense Multiple Access-Collision Avoidance, CSMA-CA）協(xié)議在高度密集的交通情況下可能會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)包譯碼失敗；第二，DSRC物理層的正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM）技術(shù)限制了最大傳輸功率以及傳輸范圍，不適用于需要長(zhǎng)通信距離或合理反應(yīng)時(shí)間的應(yīng)用場(chǎng)景；第三，DSRC屬于視距傳輸技術(shù)，障礙物較多的城市工況將對(duì)其構(gòu)成挑戰(zhàn)；第四，基于DSRC的V2I系統(tǒng)需要完善的基礎(chǔ)設(shè)施部署，其安全性也需要通過(guò)路側(cè)單元分發(fā)和管理車(chē)輛數(shù)字證書(shū)實(shí)現(xiàn)，因此對(duì)專用基礎(chǔ)設(shè)施的依賴性大；第五，自動(dòng)駕駛對(duì)通信范圍、魯棒性和可靠性具有更高要求，而目前的DSRC標(biāo)準(zhǔn)缺乏相關(guān)應(yīng)用研究，未來(lái)的技術(shù)演進(jìn)路線仍不明確。
 
1.3.2 C-V2X技術(shù)的特點(diǎn)
 
針對(duì)DSRC技術(shù)可能存在的問(wèn)題，通信產(chǎn)業(yè)提出了C-V2X解決方案。C-V2X是一項(xiàng)利用和提高現(xiàn)有的長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)（Long Term Evolution, LTE）特點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)要素的新興技術(shù)，作為第三代合作伙伴計(jì)劃（The 3rd Generation Partnership Project, 3GPP）Release 14規(guī)范的一部分，該初始標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重于V2V通信，并逐漸增強(qiáng)對(duì)其他V2X操作場(chǎng)景的支持。C-V2X為實(shí)現(xiàn)鄰近通信服務(wù)，引入了新的設(shè)備到設(shè)備通信（Device-to-Device, D2D）接口PC5，并且已針對(duì)高速度（可達(dá)250km/h）和高密度（數(shù)千個(gè)節(jié)點(diǎn)）的車(chē)輛應(yīng)用情景進(jìn)行了改善。在此基礎(chǔ)上，C-V2X能夠針對(duì)“覆蓋范圍內(nèi)”和“覆蓋范圍外”兩種情景提供通信服務(wù)（如圖2所示），前者基于資源調(diào)度模式（mode 3），由基站安排傳輸資源，基站與車(chē)載設(shè)備通過(guò)Uu接口通信；而對(duì)于車(chē)輛處于基站覆蓋范圍以外的場(chǎng)景，也可以基于自動(dòng)資源選擇模式（mode 4）實(shí)現(xiàn)分布式調(diào)度，車(chē)輛之間可以直接通過(guò)PC5接口通信。目前3GPP組織已經(jīng)完成了LTE-V2X的業(yè)務(wù)需求、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、無(wú)線接入技術(shù)和V2V/V2X業(yè)務(wù)方面的研究與標(biāo)準(zhǔn)化，并將LTE-V2X標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)申請(qǐng)?zhí)峤坏絿?guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（International Organization for Standardization, ISO），預(yù)計(jì)2018年第三季度完成標(biāo)準(zhǔn)制訂工作。
圖2 C-V2X通信的兩種情景
 
相比于DSRC技術(shù)，C-V2X具有獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)（如表1所示）。首先，利用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商的基礎(chǔ)設(shè)施，C-V2X能夠提供穩(wěn)健的通信平臺(tái)，增強(qiáng)數(shù)據(jù)安全性和保密性，并通過(guò)邊緣計(jì)算保證時(shí)間要求；其次，C-V2X物理層采用頻分復(fù)用技術(shù)和更長(zhǎng)傳輸時(shí)間，提高了鏈路預(yù)算增益，能夠比DSRC提供更長(zhǎng)的預(yù)警時(shí)間和兩倍的通信范圍；最后，C-V2X基站節(jié)點(diǎn)往往位于高處，因此具有更好的非視距感知能力。除了技術(shù)層面的優(yōu)勢(shì)，C-V2X也得到了更多通信企業(yè)的重視和投入。一方面，5G（5th Generation）技術(shù)的導(dǎo)入以及移動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)的完善將為C-V2X制定清晰的技術(shù)演變路線提供支持；另一方面，利用移動(dòng)產(chǎn)業(yè)對(duì)蜂窩技術(shù)的研究和部署以及蜂窩運(yùn)營(yíng)商對(duì)C-V2X服務(wù)的積極推廣，能夠快速實(shí)現(xiàn)C-V2X系統(tǒng)的商業(yè)化，并且與車(chē)載遠(yuǎn)程信息處理服務(wù)相結(jié)合，進(jìn)一步提高效率、降低成本并創(chuàng)造出具有網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)的巨大收益。
表1 DSRC與C-V2X的特點(diǎn)比較
然而C-V2X的基礎(chǔ)技術(shù)LTE同樣存在一定局限性。第一，目前的蜂窩網(wǎng)絡(luò)無(wú)法提供足夠的數(shù)據(jù)帶寬以及滿足要求的低延遲，而D2D僅能在緊急情況下運(yùn)行、設(shè)備發(fā)現(xiàn)協(xié)議極慢，因此難以支持時(shí)間要求嚴(yán)格的應(yīng)用場(chǎng)景；第二，LTE采用增強(qiáng)型多媒體廣播多播（Evolved Multimedia Broadcast Multicast Service, eMBMS）等技術(shù)進(jìn)行單點(diǎn)到多點(diǎn)的接口管理，但主要支持靜態(tài)場(chǎng)景，對(duì)于大量車(chē)輛擁擠的情況可能無(wú)法提供所需的效能；第三，LTE涉及移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商之間的移交和應(yīng)用服務(wù)供應(yīng)商之間的合作，針對(duì)V2X應(yīng)用如何構(gòu)建新的合作模式尚不明確；第四，LTE或鄰近通信服務(wù)的安全機(jī)制并不適用于V2V通信，因?yàn)槠鋬H提供安全信息的加密，但對(duì)信息真實(shí)性并無(wú)保障。
 
1.3.3 5G技術(shù)的特點(diǎn)
 
由于LTE自身的局限性，未來(lái)5G技術(shù)將充分考慮車(chē)輛安全應(yīng)用的特殊場(chǎng)景，提供可擴(kuò)展的連接以支持極端的需求變化。針對(duì)汽車(chē)場(chǎng)景，5G V2X技術(shù)將具備以下特點(diǎn)：（1）采用毫米波波段提升頻譜帶寬，實(shí)現(xiàn)超高速無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸；（2）吞吐量達(dá)到1Gbps以上，具有更好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋均勻性；（3）使用多跳模式以拓寬覆蓋范圍，將車(chē)輛作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，直接實(shí)現(xiàn)D2D通信；（4）具有高可靠性，可以通過(guò)增信刪余碼對(duì)正常的流量進(jìn)行時(shí)分復(fù)用；（5）采用非正交資源擴(kuò)展型多址接入（non-orthogonal Resource Spread Multiple Access, RSMA）、協(xié)同沖突避免機(jī)制等手段，實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)的端對(duì)端延遲；（6）同時(shí)提供多條連接鏈路，滿足容錯(cuò)性和移動(dòng)性要求；（7）可以實(shí)現(xiàn)穿透式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，查看前方車(chē)輛反饋的視頻，并發(fā)現(xiàn)弱勢(shì)道路使用者。因此，5G能夠協(xié)助解決車(chē)輛感知、協(xié)同駕駛、遠(yuǎn)程控制等問(wèn)題，將是實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)駕駛的關(guān)鍵通信技術(shù)。但要使5G技術(shù)能夠適應(yīng)汽車(chē)用例的嚴(yán)格要求，還需要從頻譜管理機(jī)制、近鄰服務(wù)（Proximity-based Services, ProSe）的直接發(fā)現(xiàn)程序和中繼功能、Uu和PC5接口選擇等方面進(jìn)一步優(yōu)化和提升現(xiàn)有LTE技術(shù)。目前全球正在加緊制定5G國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)已于2017年展開(kāi)5G第二階段測(cè)試，并在2018年進(jìn)行大規(guī)模組網(wǎng)試驗(yàn)，最快將在2020年正式實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)的商用化。由于LTE網(wǎng)絡(luò)未來(lái)將平滑演進(jìn)到5G網(wǎng)絡(luò)，基于LTE的C-V2X技術(shù)能夠與未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行復(fù)用，因此高通等公司正在加快研發(fā)基于5G新空口的C-V2X產(chǎn)品及功能。
2 V2X技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展
2.1 DSRC應(yīng)用進(jìn)展
美國(guó)是推動(dòng)DSRC應(yīng)用的主要國(guó)家，美國(guó)交通部長(zhǎng)期致力于DSRC的試點(diǎn)部署工作，早在1999年便將DSRC選定為V2V通信方案，迄今已投入了約10億美元進(jìn)行開(kāi)發(fā)測(cè)試。2011年8月啟動(dòng)的“輕型車(chē)輛駕駛員接受度診所”項(xiàng)目，在美國(guó)6個(gè)地方設(shè)立不同的應(yīng)用環(huán)境，用以評(píng)估用戶對(duì)V2V安全應(yīng)用的接受程度，得到了奔馳、通用、福特、豐田等車(chē)企的參與，結(jié)果表明58%的受訪者愿意以200美元以下的價(jià)格購(gòu)買(mǎi)V2V相關(guān)安全功能。2012年8月到2014年2月密歇根大學(xué)交通研究所在安娜堡市進(jìn)行了“安全試點(diǎn)：模擬部署”測(cè)試，共計(jì)投入超過(guò)2800輛測(cè)試車(chē)輛以及25個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施站點(diǎn)，對(duì)V2X在真實(shí)環(huán)境下的運(yùn)行情況以及安全效益進(jìn)行評(píng)估。2016年美國(guó)交通部還進(jìn)一步在懷俄明州、紐約市和坦帕市啟動(dòng)了“網(wǎng)聯(lián)車(chē)輛試點(diǎn)部署”項(xiàng)目，投資超過(guò)4500萬(wàn)美元進(jìn)行網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建設(shè)和測(cè)試，如表2所示?；谝陨涎芯?，美國(guó)高速公路安全管理局在2016年12月發(fā)布V2V通信法規(guī)提案，計(jì)劃從2021年起實(shí)施新的法規(guī)，要求所有新增輕型車(chē)輛必須搭載基于DSRC的V2V技術(shù)。
表2 美國(guó)交通部“網(wǎng)聯(lián)車(chē)輛試點(diǎn)部署”項(xiàng)目
 
2.2 C-V2X應(yīng)用進(jìn)展
歐洲和亞洲是C-V2X技術(shù)的積極倡導(dǎo)者，近期結(jié)成了各種旨在開(kāi)發(fā)、測(cè)試和推進(jìn)C-V2X技術(shù)的伙伴關(guān)系，包括5G汽車(chē)聯(lián)盟、德國(guó)“汽車(chē)連接未來(lái)一切”（Connected Vehicle to Everything of Tomorrow, ConVex）聯(lián)盟、法國(guó)“駛向5G”戰(zhàn)略合作、香港智能交通聯(lián)盟、韓國(guó)5G汽車(chē)應(yīng)用測(cè)試等。而中國(guó)將V2X技術(shù)作為智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)和智能交通系統(tǒng)的一部分，納入“中國(guó)制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”等國(guó)家戰(zhàn)略，DSRC和C-V2X技術(shù)分別得到政府的不同部委、基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商和汽車(chē)制造商等不同利益相關(guān)方的支持，各個(gè)政府部門(mén)和行業(yè)組織正在積極協(xié)調(diào)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定（如圖3所示）。目前由通用汽車(chē)、長(zhǎng)安汽車(chē)和清華大學(xué)共同制定的《合作式智能運(yùn)輸系統(tǒng)車(chē)用通信系統(tǒng)應(yīng)用層及應(yīng)用數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)》已經(jīng)正式發(fā)布，該標(biāo)準(zhǔn)將與底層通信技術(shù)無(wú)關(guān)的V2X信息格式標(biāo)準(zhǔn)化，有利于實(shí)現(xiàn)不同品牌車(chē)輛及V2X系統(tǒng)的互聯(lián)互通。而在上海嘉定的智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)試點(diǎn)示范區(qū)規(guī)劃中，也將同時(shí)測(cè)試DSRC與C-V2X兩種技術(shù)。
圖3 中國(guó)V2X技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定分工
2.3 V2X技術(shù)應(yīng)用存在的問(wèn)題
 
盡管V2X技術(shù)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但與大規(guī)模普及應(yīng)用仍然存在相當(dāng)大的距離，其中涉及技術(shù)、商業(yè)模式、法律法規(guī)等多方面挑戰(zhàn)。除了上述提到的技術(shù)局限性，V2X技術(shù)應(yīng)用還存在以下的問(wèn)題：

(1)技術(shù)成熟度問(wèn)題。DSRC已經(jīng)解決了最具挑戰(zhàn)性的車(chē)輛安全問(wèn)題，可以用于部署V2V系統(tǒng)，但V2I系統(tǒng)依賴于廣泛覆蓋的全新DSRC專用基礎(chǔ)設(shè)施，需要大量投資，因此可能并不適合成為最后進(jìn)行大規(guī)模部署的V2X系統(tǒng)。而C-V2X目前僅適用于涉及云端交互的非安全相關(guān)應(yīng)用場(chǎng)景，現(xiàn)在的基礎(chǔ)設(shè)施尚不足以支持在高速移動(dòng)或擁塞情況下要求低延遲的V2X安全應(yīng)用情景。因此一些專家提出兩種技術(shù)共存互補(bǔ)的解決方案，即允許C-V2X的V2V直接通信共享DSRC專用頻譜，C-V2X既可以在5.9GHz頻譜中工作，也可以在相鄰信道共存。但是共享頻譜的方案受到DSRC支持者的質(zhì)疑，同時(shí)車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)對(duì)頻譜共享后的移動(dòng)出行管理、網(wǎng)絡(luò)選擇機(jī)制和切換策略等均構(gòu)成相當(dāng)?shù)募夹g(shù)挑戰(zhàn)。

（2）資源緊張性問(wèn)題。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代各類通信技術(shù)對(duì)于頻譜資源的爭(zhēng)奪異常激烈，由于V2X技術(shù)尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用，美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)（Federal Communications Commission, FCC）正在考慮允許未授權(quán)的國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備共享DSRC頻譜。思科提出未授權(quán)設(shè)備可以監(jiān)視DSRC信道，如果檢測(cè)到正在發(fā)送的信號(hào)則避免使用整個(gè)頻段，否則可以借用信道；高通則提出了重新信道化的方案，要求將關(guān)鍵的控制信道和公共安全信道移動(dòng)到專用頻段，而將其余的DSRC服務(wù)信道重新配置，允許未授權(quán)設(shè)備和非安全類DSRC應(yīng)用共享該部分頻譜。但是頻譜共享的建議遭到了汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的普遍反對(duì)，都認(rèn)為頻譜共享違背了利用V2X技術(shù)改善道路安全的初衷，明確表態(tài)不支持重新分配頻段?？梢钥闯鲈谕ㄐ刨Y源日益緊張的今天，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)必須加快V2X的普及應(yīng)用，以確保在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代占據(jù)一席之地。
（3）立法客觀性問(wèn)題。美國(guó)是世界上第一個(gè)考慮將V2X系統(tǒng)的強(qiáng)制安裝納入法律法規(guī)的國(guó)家，由于美國(guó)政府之前在DSRC技術(shù)上的大量投入，美國(guó)交通部的立法明確要求車(chē)輛必須搭載基于DSRC的V2V技術(shù)。而隨著蜂窩技術(shù)的迅猛發(fā)展，各利益相關(guān)方對(duì)于20年前適合于V2V通信的DSRC是否仍然是最佳技術(shù)路線產(chǎn)生了巨大分歧。美國(guó)和日本車(chē)企及其供應(yīng)商已經(jīng)在DSRC技術(shù)開(kāi)發(fā)上投入了十余年的精力，普遍支持美國(guó)交通部的提議。通用汽車(chē)甚至在2017年3月推出的2017款凱迪拉克CTS車(chē)型上率先搭載了基于DSRC的V2V系統(tǒng)。但是電信產(chǎn)業(yè)以及多數(shù)歐洲汽車(chē)制造商并不完全支持此項(xiàng)提議，而是支持C-V2X方案或要求法規(guī)中立、由市場(chǎng)決定技術(shù)路線。包括5G汽車(chē)聯(lián)盟、思科、高通等企業(yè)在內(nèi)的反對(duì)方均認(rèn)為將DSRC作為法定技術(shù)的提議將嚴(yán)重阻礙美國(guó)V2X技術(shù)的創(chuàng)新，難以為消費(fèi)者提供最好、最先進(jìn)的解決方案。正是由于技術(shù)路線的不確定性，各國(guó)政府對(duì)于V2X應(yīng)用的法規(guī)制訂和普及建設(shè)仍然保持謹(jǐn)慎態(tài)度。
3 結(jié)論和建議
V2X通信技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)更加安全、高效、便捷的駕駛體驗(yàn)，同時(shí)也是未來(lái)高度自動(dòng)駕駛的基礎(chǔ)支撐，是汽車(chē)產(chǎn)業(yè)融入萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代的重要途徑。當(dāng)前，實(shí)現(xiàn)V2X的DSRC與C-V2X兩種技術(shù)路線引發(fā)了各界的激烈討論，由于各有優(yōu)劣，最佳路線尚無(wú)定論，而V2X系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用也仍需時(shí)日。中國(guó)作為智能汽車(chē)和智能交通的后發(fā)國(guó)家，應(yīng)當(dāng)從國(guó)際V2X技術(shù)的發(fā)展歷程中充分吸取經(jīng)驗(yàn)，更好地進(jìn)行頂層的統(tǒng)籌規(guī)劃和基礎(chǔ)建設(shè)工作。為此，本文總結(jié)提出以下結(jié)論：
 
（1）V2X技術(shù)最終將向5G發(fā)展。DSRC技術(shù)經(jīng)過(guò)近20年的研發(fā)已經(jīng)較為成熟，憑借其低延遲和高安全性的特點(diǎn)使得V2V系統(tǒng)的部署成為可能。然而其通信范圍受限、基礎(chǔ)設(shè)施依賴性強(qiáng)、缺乏技術(shù)演進(jìn)路線等問(wèn)題促使業(yè)界將目光投向了蜂窩技術(shù)的應(yīng)用。而C-V2X技術(shù)目前尚處于起步階段，初始標(biāo)準(zhǔn)剛剛完成，還不能滿足嚴(yán)格的車(chē)輛通信安全要求，僅適用于非安全相關(guān)的應(yīng)用。但是未來(lái)5G技術(shù)將充分考慮車(chē)輛應(yīng)用需求，有潛力提供高吞吐量、寬帶載波支撐、超低延遲和高可靠性的通信服務(wù)，從而真正滿足智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的核心訴求。因此，國(guó)家在制定相關(guān)法規(guī)政策以及推動(dòng)項(xiàng)目建設(shè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮當(dāng)前技術(shù)與未來(lái)5G通信的過(guò)渡銜接，避免戰(zhàn)略誤判和低效投入。從這個(gè)角度看，發(fā)展與5G技術(shù)兼容性更佳的C-V2X技術(shù)將更加符合長(zhǎng)遠(yuǎn)利益。
 
（2）V2X系統(tǒng)的推廣應(yīng)該積極利用現(xiàn)有通信資源。無(wú)論采用DSRC還是C-V2X方案，V2X系統(tǒng)的應(yīng)用均需要對(duì)現(xiàn)有車(chē)載設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和交通管理設(shè)施等進(jìn)行升級(jí)改造。目前DSRC在中國(guó)主要應(yīng)用于基于5.8GHz頻段的電子不停車(chē)收費(fèi)（Electronic Toll Collection, ETC）系統(tǒng)，但其路側(cè)單元主要集中在高速公路收費(fèi)站、機(jī)場(chǎng)停車(chē)場(chǎng)、城市停車(chē)場(chǎng)等，設(shè)施數(shù)量較少，功能相對(duì)單一，難以達(dá)到未來(lái)中高級(jí)自動(dòng)駕駛的通信需求。相比而言，蜂窩移動(dòng)通信資源更為豐富，據(jù)工信部《2017年通信業(yè)統(tǒng)計(jì)公報(bào)》統(tǒng)計(jì)，2017年底國(guó)內(nèi)移動(dòng)通信基站數(shù)量已達(dá)到619萬(wàn)個(gè)，其中包括328萬(wàn)個(gè)4G（4th Generation）基站，到2020年將實(shí)現(xiàn)全國(guó)行政村4G覆蓋率超過(guò)98%。因此從網(wǎng)絡(luò)覆蓋率、基礎(chǔ)設(shè)施改造成本、用戶使用成本等各個(gè)角度綜合考慮，采用C-V2X方案將更有利于推動(dòng)V2X系統(tǒng)的大規(guī)模普及應(yīng)用。
 
（3）V2X標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的制定需要充分的國(guó)家安全考慮。V2X系統(tǒng)是未來(lái)智慧城市和智能交通的核心組成部分之一，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)決定了未來(lái)交通的安全性和產(chǎn)業(yè)的主導(dǎo)權(quán)。目前美國(guó)率先啟動(dòng)了V2X系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用法規(guī)的制定工作，極有可能將DSRC作為法定技術(shù)，然而這是建立在其多年研究基礎(chǔ)上的結(jié)果。美國(guó)DSRC的相關(guān)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)以及頻譜劃分已經(jīng)引領(lǐng)了世界的技術(shù)趨勢(shì)，通用、德?tīng)柛５裙揪哂行酆竦腄SRC技術(shù)積累，因此美國(guó)希望通過(guò)推廣DSRC技術(shù)掌握V2X產(chǎn)業(yè)甚至智能汽車(chē)以及智能交通產(chǎn)業(yè)的話語(yǔ)權(quán)。而中國(guó)目前并未確立DSRC技術(shù)的主導(dǎo)地位，在國(guó)內(nèi)通信企業(yè)掌握4G技術(shù)、并且正在積極參與5G標(biāo)準(zhǔn)制定的情況下，更應(yīng)當(dāng)充分利用自身優(yōu)勢(shì)，積極參與C-V2X技術(shù)和產(chǎn)品的基礎(chǔ)研發(fā)和應(yīng)用建設(shè)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的自主發(fā)展，確保汽車(chē)、信息兩大產(chǎn)業(yè)安全受控。
 
（4）V2X系統(tǒng)的完善需要汽車(chē)產(chǎn)業(yè)與通信產(chǎn)業(yè)的通力合作。目前國(guó)內(nèi)V2X技術(shù)的主要推動(dòng)方是各大通信企業(yè)，出于拓展業(yè)務(wù)、構(gòu)建生態(tài)等考慮積極參與汽車(chē)產(chǎn)業(yè)，而很多國(guó)內(nèi)汽車(chē)企業(yè)對(duì)于V2X的發(fā)展趨勢(shì)、應(yīng)用場(chǎng)景和實(shí)際需求都不明確，相關(guān)開(kāi)發(fā)和測(cè)試進(jìn)展相對(duì)緩慢。相比之下，國(guó)外往往是整車(chē)企業(yè)和零部件供應(yīng)商根據(jù)駕駛功能進(jìn)行需求定義，再由專業(yè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，進(jìn)而與電信運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行測(cè)試運(yùn)營(yíng)方面的合作。國(guó)內(nèi)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)應(yīng)當(dāng)提高該領(lǐng)域的戰(zhàn)略認(rèn)識(shí)，依托于智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟、國(guó)家智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)試點(diǎn)示范區(qū)等組織和項(xiàng)目，盡快形成統(tǒng)一的需求定義以及技術(shù)路線，從而更好地與通信產(chǎn)業(yè)分工協(xié)作，打造一流的車(chē)聯(lián)網(wǎng)解決方案。
 
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