V2X 关键技术应用与发展分析

陈 杰

（西华大学，四川 成都 610039）

引言

近年来，我国汽车数量不断增加，智能汽车项目是各国政府在大力推动的项目，智能汽车是进行出行娱乐和车际互联等的重要功能。根据有关数据显示车辆已经成为继手机和电脑之后发展第三快的设备生产者。因此，车联网技术正式走上历史舞台，并成为人们的焦点。通过V2X 车联网技术，高速公路上，高速行驶的汽车之间可以进行相互通信，人车互动可以提高人们的出行乐趣。而且通过V2X 车联网技术，可以大大减少交通事故的发生率，为人们的生命安全增加一份保障。车车互联，车人互联，车网互联等，可以帮助车辆判断路段是否拥挤、是否危险，这样有效地降低了交通事故的发生。因此，加快推广V2X 技术的相关应用极为重要。然而在推广过程中存在的一系列问题也不容忽视。本文将对V2X 技术应用推广以及存在的问题，未来发展趋势等进行相关论述。

1 V2X 技术介绍

（1）V2X 的概念。V2X 即为 vehicle to everything，也就是指车与外界信息的互换，即为车用无线通信技术。V2X 技术可以实现车与车，车与基站，基站与基站等的互通，能够大大提高行车的安全性。也可以提供影音等娱乐形式，增加出行乐趣。还可以减少拥堵，提高出行效率等。

（2）V2X 的分类。V2X 技术主要被分为四大类：V2V、V2I、V2P 和V2N，也就是分别将X 指代的everything 分成了 vehicle、infrastructure、pedestrian 和 network。表示车跟此四类媒介的信息互通。V2V 表示车与车之间能够直接进行通信。这里是将车作为一个具有传送和接收数据能力的移动通信终端。V2I 表示车与周围的基础设施可以进行通信，例如车与红绿灯，当大雾天气时，红绿灯信息可以直接显示到车载大屏上，这样就可以对十字路口的路况信息进行判断。V2P 表示车与人以及人身上的设备可以进行通信。比如车与人身上的手机，电脑等。V2N 表示车与边缘云可以进行通信，边缘云可以在盲区时对车辆进行判断，如果会发生危险，就会将信息向驾驶员预警。

（3）V2X 的发展历程。车联网技术兴起于美国，并且欧美和日本在该技术上一直处于领先地位，美国在2010年就颁布了车联网通信标准，也就是WAVE 系统标准，主要用于车的无线通信。日本在1991年就成立了车辆信息与通信系统中心，可以很好地为道路交通信息提供系统。我国的车联网技术发展与欧美相比就相对较晚了。2007年，通用汽车公司和上汽集团一起推出了安吉星服务，这为车联网在中国的发展奠定了坚实的基础。2009年被称为车联网元年，这年各大厂商纷纷推出车载的服务系统。车联网技术在中国迅速发展，中国正式进入车联网时代。2011年，随着车联网的不断发展，大唐电信和启明信息科技共同建立了通信与汽车电子产品实验室。这标志着我国正式进入车联网的应用阶段。

（4）V2X 技术路线。a. DSRC 技术特点。DSRC 技术是一种无线通信技术，该技术可以进行双向半双工中短距离无线通信，能够实现数据的高速传输，传输带宽能够达到3-27MB/S。有很多优点能够满足VANET 的需要，比如可以指定授权带宽，这样可以用于安全可靠的通信，还能够快速建立网络，实现快速通信，并且能够进行安全的高频更新，具有非常高的可靠性，这样在车辆行驶条件下即使碰到雷雨天气，也不会受到重大影响。在这些天气时，其安全等级也会非常高。虽然DSRC 技术有着很多的优点，但也存在许多的局限性。比如DSRC 技术采用载波监听多路访问协议（CSMA-CA）。该协议会产生数据包译码失败的情况。还有就是该技术使用了正交频分复用技术限制了最大传输速率以及传输范围。b. C-V2X 技术特点。C-V2X 解决方案用以解决DSRC 技术存在的一些问题，是一项能够提高长期演进技术的新技术。与DSRC 技术相比，C-V2X 技术可以提供稳健的基础设施与通信。能够增强通信的安全性与保密性。C-V2X 技术初始标准主要侧重于V2V 也就是车与车之间的信息互通，到后期才发展了V2X 中的其他应用场景。并且C-V2X 引进了新的D2D 通信端口用于实现近邻的通信服务。

2 V2X 关键技术

（1）可靠的实时通信技术。在车联网技术中，主要用到的是无线通信技术。由于在实现数据互通时，车辆可能在高速运行，这样就要求通信技术的可靠性与实效性。要求能够做到网络接入的时间短，数据传输时延低，且数据传输具有高可靠性，保证数据传输的安全性与隐秘性等。针对这些技术要求，各个国家提出了多个车联网系统。其中IEEE 和欧洲分别提出的WAVE 系统和CoCar 系统影响较大。

（2）车辆状态感知技术。车联网技术属于物联网技术的一部分。因此对物体周边状态的感知尤为重要。基于V2X的应用场景，在复杂的路况中，通过车辆状态感知技术，可以实时监测车辆的行驶环境，以及与周围车辆的运动状态。还有就是周围有无交通事故的发生。车辆感知主要是通过总线电子控制单元以及各传感器来获取车辆的状态。不仅能够获取车辆的位置和方向，还能获取车辆的速度和加速度等。在车辆状态感知完成后，若发现危险信息，将会对车辆给出预警。对车辆信息的感知以及复杂路况的判断，主要是通过视频、激光等技术进行检测。

（3）海量数据处理技术。在感知获取信息后，需要对获取的数据进行处理。这就需要有非常好的数据处理技术。通过数据处理系统进行信息汇总融合，并且能够根据信息给出判断。信息融合和数据挖掘是两项重要的手段。信息融合是指利用计算机技术对来自多个传感器的数据信息进行分析处理，信息融合主要是通过对传感器的充分利用，整合分析，从而能够给出最好的处理意见。数据挖掘是指在大量的数据中，通过分析数据寻找规律。它主要有数据准备，规律寻找，规律表示三个步骤。这样就能把我们所需要的数据整合成一个数据集，并将规律以可视化的形式展示出来。

3 V2X 关键技术应用

（1）道路安全服务应用。道路安全服务主要由V2I 提供，V2I 可以将车辆周边信息在一定的区域内实现共享，这样能够帮助驾驶员及时了解路况信息，在危险路段起到警示作用。能够避免一定交通事故的产生。在应用场景选择上，由于该服务的特殊性，该服务在大雾以及阴雨天作用更加明显。

（2）自动停车系统应用。自动停车系统即ABS 系统，主要用于大饭店，商场等的车位管理。这些区域内有着大量车位，但由于管理效率不高，顾客往往很长时间也很难找到一个车位。自动停车系统包含实时的数据库信息，可以直观展示给用户。自动停车系统也可以允许用户储备一个车位，这样就大大提高了停车效率。

（3）紧急车辆避让服务应用。现在警车，救护车等紧急车辆往往通过鸣笛来表示自己的车辆是紧急车辆。这样做在一定程度上可以起到紧急车辆让行的效果，但在塞车等的情况下，司机往往无法正确挪动车辆来避让紧急车辆，这样就达不到最佳的车辆让行效果。在车联网的应用中，在一定区域内就会将紧急救援信息发送给周围的车辆，并提示紧急车辆的前进方向，同时为周围车辆提供一个合理的避让路线。这样就能达到最佳的紧急车辆让行的效果。

（4）自动跟车系统服务应用。自动跟车系统主要是根据早晚高峰的应用场景设计，在早晚高峰情况下，道路上的车辆过多，造成拥挤。这样就会导致车辆的行驶速度过于缓慢。在这个应用场景下，自动跟车系统可以得到充分发挥，自动跟车系统可以通过观察前车的速度以及行驶方向等来实现半自动化的操作。过程中还能跟前车保持安全距离。这样做既能保证安全驾驶，还能给驾驶员以充分的时间来休息。

（5）无人驾驶汽车服务应用。随着我国汽车技术的不断发展，未来无人驾驶汽车的发展前景非常广阔。而无人驾驶汽车都需要充分运用V2X 车辆网技术并通过定位导航，环境感知等实现无人驾驶的操作。这将是基于互联网革命的一场技术革命。

（6）车载信息服务应用。车载信息服务的应用，最普遍的就是车载影音系统，可以给驾驶员带来好的体验。另外还包括紧急呼叫等的应用场景。当车辆发生紧急状况，如发生交通事故时，如果此时驾驶员已经失去意识，紧急呼叫服务可以及时向120 急救中心等发出紧急呼叫。并能够准确提供车辆的位置，车辆的类型等，使人员能够得到及时救助。

4 V2X 技术发展问题分析

（1）网络覆盖问题。由于车上无法达到实时网络覆盖，因此与D2D 技术相似，在V2X 技术发展过程中，也存在着有时网络无法覆盖的场景。虽然要求车辆都支持服务程序，但是当用户离基站越近时，服务质量就越高，通信质量也会非常好。相反，在无网络覆盖的情况下，服务质量也许会有所下降。因此需要进行车载网络问题研究，尽最大的可能保证每辆车每时每刻可以连接网络。

（2）频谱资源问题。现在，无线通信技术对于频谱资源的要求会越来越多。互联网对于频谱资源的争夺愈演愈烈。然而，对于新技术，如何考虑在有限的频谱空间内提高频谱利用率是一个重要问题。当V2X 用户与LTE 用户共享所有资源时，就会存在两种情况，这两种情况是两种用户使用相互正交的频谱资源，或者相同的频谱资源。当使用正交的频谱资源时，不会造成干扰。如果使用相同的频谱资源，D2D通信将会对LTE 网络造成一定的干扰，因此需要进一步的进行研究，才能够使频谱资源得到有效利用。

（3）车辆移动问题。在V2X 应用场景中，车辆往往是处于高速移动的状态，因此，对于车辆位置的定位，就要更加准确，并且能够不同的应用场景实时切换。这样的话，通信服务质量有可能会降低。因此，在车联网技术的发展过程中，解决车辆移动性的问题也非常重要。

（4）技术成熟度问题。尽管V2X 技术已经经过了多年的发展，但离大规模推广使用还有相当长的距离。DSRC 技术解决了车辆安全性的问题，能够被用来部署系统，但V2I系统依赖于广泛的基础设施，这样就需要大量的投资，因此不可能大规模的去部署V2X 系统，C-V2X 技术目前尚不能支持高速通信中的低延迟。虽然专家提出供互补的方案，但共享频谱的方案受到质疑。目前看来，大规模推广技术尚不成熟。

（5）立法客观性问题。美国已经将V2X 系统强制安装写入法律。美国政府之前在DSRC 技术上有很大投入，因此，美国交通部才要求车辆必须搭载V2X 系统。然而，随着车联网技术的发展。蜂窝数据带动了C-V2X 方案的产生，各国对最佳解决方案的选择也就产生了分歧。分歧产生之后也就无法做到客观的进行立法。

5 V2X 技术发展展望

目前V2X 系统的推广，并没有积极利用现有的资源，随着未来全国网络覆盖率的提高，用户之间的数据传输速度将会大大提高，因此更有利于系统的大规模应用。未来V2X 标准法规的指定，将更多的考虑国家安全性的问题。V2X 技术代表着未来智能汽车和智能交通领域的发展趋势。其核心技术标准的制定，也就具有着未来交通安全和产业的主导性。美国已经率先启动V2X 系统技术标准和法规的制定，由于美国研究DSRC 技术多年，所以很有可能将DSRC 定为法定技术，而目前我国并未将DSRC 技术确定为主导地位，在此情况下，更应该发挥自身优势，积极参与CV2X 技术的研究中。这样才能保证汽车与信息两大产业不受他国控制。未来V2X 系统将与汽车行业和通信行业大力合作，积极推动技术研究，推广V2X 系统，希望能够打造出世界一流的车联网解决方案。

6 结束语

近年来，人口的增长，人民生活水平的提高带来了车辆的猛增。车辆的猛增也就产生了一系列的交通安全等的问题。这些问题促使着V2X 车联网技术的发展。V2X 技术集成了车辆通信，感知信息等的各项前沿领域的技术。因此，V2X 车联网技术的发展成为各国研究的热点，也是未来智能交通发展的热点，该项技术得到了世界各国的广泛关注。发达国家对于车联网技术研究较早，已经进行了各项研究，并产生了相关成果与标准。我国的车路协同起步较晚。但因为我国人口数量多，车辆多，交通问题也就日益突出。因此，我国需要更先进的车联网技术来降低车祸的风险。为了避免在技术研究上受制于人，应该及早进行研究，及时突破技术瓶颈，研究出具有自主知识产权的新技术。