车联网V2X技术现状、比对及发展展望

何蔼

摘 要：车联网V2X技术是以汽车为载体搭建多种互联的一种模式。文章介绍该技术在中国的发展，对DSR和4G条件下的LTE-V两种技术路线进行了比较，通过V2X和其他技术的对比，分析该技术的特点。并借助技术路线图，对5G技术发展后的V2X两种技术路线的未来发展进行了预测。

关键词：V2X;DSR;LTE-V;5G;技术路线图

中图分类号：TN915.03  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）03-30-05

1 V2X技术的现状与分析比对

1.1 V2X技术概述

在众多的网联化技术中，车联网V2X是以汽车为载体搭建多种互联的一种模式，V2X（Vehicle to Everything）是V（车）与各种X（万物）之间智能信息的交换共享，包括V2V（Vehicle to Vehicle）、V2I（Vehicle to Infrastructure），V2P（Vehicle to Pedestrian）等。在从感知到联通、控制、协同的全过程中，车联网融合了车云网、车际网和车内网等不同形式，涵盖了对道路交通的感知，车、路、地之间的互联互通，对交通的全时空控制，并可通过协同提升通行能力，减少堵塞与伤亡的发生。

按照中国汽车工业协会在2015年10月举行的第十三届中国汽车产业高峰论坛上给出的定义，搭载V2X功能汽车是指搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置，并融合现代通信与网络技术，实现车与X（人、车、路、后台等）智能信息的交换共享，具备复杂的环境感知、智能决策、协同控制和执行等功能，可实现安全、舒适、节能、高效行驶，并最终可替代人来操作的新一代汽车。

1.2 V2X技术在中国的发展情况

2009年之前，國内的汽车行业还没有出现车联网这个说法，只有“智能副驾”（丰田）、“车载信息服务”（安吉星）等叫法。

在美国，车联网被描述成Connected Vehicles，在欧盟，车联网更多被描述为 Cooperative ITS（C-ITS）合作智能交通系统。其他英文描述还有Internet of Vehicles（IOV），Connec -ted Car， In-car Internet和Telematics等，前三种基本上与前述的车云网、车际网、车内网的概念相符，而Telematics则更多用于车辆上的通讯技术，后文也将对它单独进行一次比对。

2015年随着“网联汽车”的定义出现，智能化和网联化这两个词越来越多地结合在了一起，V2X技术被覆盖在智能网联技术的大框架之下。在2017年9月，中国出现了首个V2X应用层的标准《合作式智能运输系统 车用通信系统 应用层及应用层数据交互标准》，该标准由中国智能网联汽车产业创新联盟正式发布，从应用定义、主要场景、系统基本原理、通信方式、基本性能要求和数据交互需求六个方面，给出了17个应用的具体要求，包括通信频率、类型、最大时延、通信距离以及定位精度，并支持LTE V2X、DSRC、5G三种通讯技术。

在上海汽车城的国家智能网联（上海）试点示范区封闭测试区拥有8套V2X路测系统，科普体验区则有10套V2X路测系统，并在10辆实验车上部署了支持该标准的V2X应用软件，实现了前向碰撞预警、交叉路口碰撞预警、紧急刹车预警、异常车辆提醒、限速预警、弱势交通参与者碰撞预警、车内标牌、绿波车速引导、信号灯优先控制等二十余种V2X应用。2017年11月，通用与上海国际汽车城和上海淞泓智能汽车有限公司一起，在位于上海科技创新港路周围的一段公共道路上，演示了车辆与基础设施（V2I）通信应用，测试车辆成功获取了道路交叉口的红绿灯状态和倒计时信息。

除上海汽车城之外，工信部又先后推动在杭州、北京、重庆成立“智能汽车与智慧交通产业创新示范区”，基于LTE-V/5G的通信环境建设，支撑开展智能驾驶、智慧交通相关示范应用。目前国内通信设备厂商已有基于LTE-V架构的原型样机，可进行车路协同实景演示。

2019年1月重庆第一辆5G无人驾驶巴士已经进行了公司内部的试运行。这款无人驾驶巴士是重庆移动联合华为公司、东南大学先进车辆与新能源汽车实验室、法国Easy Mile进行的联合研发测试。

1.3 V2X技术发展路线

V2X技术发展主要有两条路线：DSRC（专用短程通信技术）与LTE-V（融合4G LTE网络的车辆通信解决方案）。

下表展示了对这两种技术路线进行初步比较的结果：

简单来说，DSRG依赖路边的WiFi发射器，而LTE-V则类似于基站发射4G信号，比WiFi更稳定，车与车之间的沟通更顺畅。在发展历程中，DSRC路线发展较早，LTE-V后来居上，但两种技术路线各有优缺点，目前通信业的说法认为LTE-V是基于运营商网络建设的，所以LTE V2X后续的发展潜力更大。总的来说，目前LTE-V还没有达到颠覆性新技术的情况，不过随着汽车与互联网融合的常态化，随着5G技术的发展，有可能会在两条技术路线间引发量与质的变化。

1.4 V2X技术与其他技术的比较

1.4.1 传统的智能汽车与搭载V2X功能的汽车的比较

表3对此进行了一个比较，可以初步看出V2X应用范围更广，功能更为全面。

1.4.2 传统的Telematics汽车信息服务与V2X的比较

Telematics由Telecommunication（通信）与Informatics（信息科学）组成。指利用无线通信和GPS卫星导航技术为车主提供所需信息的服务，主要包含位置、交通、娱乐、互联网、车辆诊断、安防等服务。

从比对中可以看出传统的Telematics主要是提供无线通讯功能，提供远程诊断，娱乐服务;而V2X更重于智能交通系统，并大大提高安全性。

1.4.3 常规的自动驾驶技术中摄像头或激光雷达等自主式感知手段与V2X技术比较

激光雷达是一类使用激光进行探测和测距的设备，通常以10Hz左右的速度对周围环境进行旋转扫描，其扫描一次的结果为密集的点构成的三维图，每个点具备（x，y，z）信息，即点云图（Point Cloud Graph），从而建立起周围环境的实时三维地图。

激光雷达因其可靠性是目前驾驶系统中最重要的传感器，然而它存在点云过于稀疏，甚至丢失部分点的问题;也难以辨别不规则的物体表面;且在大雨天无法使用。

和摄像头或激光雷达相比，V2X拥有更广的使用范围，它具有突破视觉死角和跨越遮挡物的信息获取能力，同时可以和其他车辆及设施共享实时驾驶状态信息，还可以通过研判算法产生预测信息。另外，V2X是唯一不受天气状况影响的车用传感技术，无论雨、雾或强光照射都不会影响其正常工作。

从比较可以看出在自动驾驶中传统的摄像头或激光雷达模式在应用场景下存在不少限制，而V2X技术可以完全规避这些限制，信息丰富、准确，对中远端及盲区环境感知能力突出，做到防患于未然，而基于自主感知技术的安全辅助系统，则可以作為对较近端安全威胁的补充，两者相结合，可以确保所有的安全。

不过目前V2X技术存在的一个缺点是它的信息交互是一个离散的过程，数据具有非实时性和间断性。这个问题有望在过渡到5G时代得以解决。

2 V2X技术的未来与可能的突破

2.1 V2X与5G的发展

2.1.1 国内V2X技术发展历史回顾

下图是根据行业分析报告，梳理出的一张国内V2X技术的时间与事件简单示意图：

2.1.2 5G技术的全球推进计划

中国：工信部从2015年9月之2018年10月主导5G技术试验，包含关键技术认证、技术方案认证和系统验证三个方面。中国移动计划在2019年预商用，而政府正在积极推进5G于2020年展开商用。

日本：2014年9月建立5GMF，致力于在政府、研究机构、产业三者之间推进5G系统合作。现计划在2020年东京奥运会之前实现5G商用。

欧洲：通过设立H2020计划，组建5GPPP联盟，主导5G标准节奏。在无线移动通讯方面，欧洲积累了丰厚的技术能力与经验。

美国：AT&T在实验室进行了大量5G测试工作。同时，在其技术论坛包括了思科、爱立信、因特尔、LG、三星、诺基亚和高通的Verizon一直引领着美国的5G研究，有望成为首个推出5G服务的美国运营商。Verizon宣布已完成5G规范制定。

2.2 V2X技术的突破可能

2.2.1 5G技术的影响

5G并非一次颠覆性创新，它本身是对2G到3G到4G的传统技术的改进。然而，一旦它和V2X车联网技术结合起来，所产生的影响，可能会带来一次巨大的变革。

5G采用非正交多址介入技术，干扰低、高速运动下传输效率高、且能被多用户共享。同时它采用高频段运输，可用频谱丰富，可实现极高速短距离通信是它超快的传输速度，延迟几乎可以忽略，以低成本高效率地实现车联网信息交互，并基于大数据量实时传输能力，可能实现近零成本的更高效率，从而改变整个V2X技术的格局。

上表简单小结了5G通讯技术的几个优点及其可能带来的技术影响，5G高速率、低时延、海量连接的特点，在物联网中很可能开启新一轮的革命。在其架构体系中涉及到的终端覆盖手机、汽车、家电、穿戴设备、工业设备、公共设备等，能够满足包括VR/AR，车联网/自动驾驶，工业互联网、远程医疗、智慧城市等应用场景的高要求。如果与汽车相结合，很可能带来V2X技术的巨大突破。

2.2.2 V2X技术与5G的结合方向

从V2X现有的两大技术路线来看，可以平滑过渡到5G技术的LTE-V路线和由汽车厂商主推的DSRC（专用短程通信技术）相比，前者在5G时代的受益很可能更大。

和过去不同，平滑过渡到5G之后的LTE-V技术路线将很可能成为V2X技术的主流发展方向。从目前看来，在快速发展的智能交通和5G的双重背景下，对这两条技术路线的未来发展做了如下的预测：

DSRC技术路线发展在前，LTE-V路线后来居上，发生变化的时间点将是5G标准落地的时间。

在LTE-V技术过渡到5G时代后，将可以消除现有V2X技术中信息交互离散，数据非实时性和间断性的缺点。不过，V2X通信安全隐私问题仍将是一个需要面对的信息安全隐患。

总的来看，5G网络将对车联网通信发展起到巨大的推动作用，甚至有可能带来影响到V2X技术最终路线的颠覆。

2.2.3 在5G时代展望无人驾驶

无人驾驶L5所需要的URLLC（超高可靠低时延）及mMTC（海量机器类终端通信）都是5G标准最后落地之后的标准，5G的短延迟特性使云端的远程操控变得可行，只有在5G网络环境下，才能实现高精地图（包括实施更新、云端交互、超高速带宽的数据更新，ms级的通讯延时）这一无人驾驶的核心技术，从而实现真正意义上的无人驾驶。

从整个物联网的角度来看，V2X技术是其中的一个具体应用方向;从智能交通系统的角度来看，V2X技术是智能交通系统中重要的一环。

这个网联车的交互模式的示意图显示了V2X技术在汽车和智能网联交通环境之间的桥梁作用，以汽车为载体搭建智能交通系统的互联。

通过车与路人、车与车、车与路测基础设施等之间的无线通信，实时感知车辆周边状况进行及时预警，从而有效提升道路安全问题的解决能力和交通系統的整体效率。在万物互联的新时代里，汽车可能是联系万物的结合点。未来车辆在进行车联网通信的过程中，需要进行海量、实时的数据交互，包括网络实时传输汽车导航信息、位置信息以及汽车各个传感器的数据，到云端或其他车辆终端，这一切都将在5G标准落地之后成型。

参考文献

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