基于5G 的车联网组网架构研究

王 静，周丽娜，楚佳盟，刘太龙

（中国通信建设集团设计院有限公司第一分公司，河北 保定 071000）

1 车联网与5G

2019年9月，国务院印发《交通强国建设纲要》，明确提出要加强智能网联汽车（智能汽车、自动驾驶、车辆协同）研发，提升城市交通基础设施智能化水平，车联网技术是指通过车路协同来提高提高行车安全、提高交通效率，降低交通拥堵和排放等，国际、国内方面车联网标准的制定进展迅速。目前， 3GPP R16 版本已于2020年7月冻结， R17版本的研究工作也已启动。

5G（Fifth Generation，第五代移动通信技术）标准包含增强移动宽带、超高可靠和低延迟、大规模机器通信三大应用场景，相对于4G 标准，5G 在带宽、时延、连接数等多方面的性能都有大幅度提升，可协助车联网在远程环境感知、信息交互和协同控制等关键技术上取得突破。本文主要对基于5G 的车联网组网架构进行研究，并对其从车端、路端、网端、云端四个方面进行阐述，其次对车联网应用进行总结和展望。

2 基于5G 的车联网组网架构

车联网涉及的物理对象和组成要素较多，重点包括人、车、路、网、云 5类物理要素，其中，“人”主要指道路环境参与者和车联网使用者；“车”是车联网的核心要素，未来主要向智能化和网联化方向发展；“路”主要指路侧基础设施，包括红绿灯、摄像头、雷达、 RSU 等；“网”主要指车联网通信网络，实现人车路网云之间互相通信；“云”主要指平台侧，实现海量数据处理，决策下发等功能。本节将从车路网云四个方面进行阐述。

2.1 车端

车端是车联网的核心组成要素，构建车联网架构，车端通过前装或后装OBU（On board Unit，车载单元）设备实现智能网联，OBU 设备主要功能是实现和其他车辆 OBU、路侧RSU（Road Side Unit，路侧单元）、行人和 V2X 平台之间通信。

文献[1]指出智能汽车已成为汽车产业发展的战 略方向，汽车智能化和网联化协同发展已成共识，而自动驾驶是汽车智能化具体呈现之一。根据工业和信息化部公示的《汽车驾驶自动化分级》（报批稿），自动化驾驶主要分为 L0-L5共6级，分类方法基本与 SAE（Society of Automotive Engineers，美国机动车工程师学会）一致。如表 1所示，目前市面上所售汽车产品搭载的包括车道保持、车道偏离预警、并线辅助、主动刹车、自适应巡航等功能多为2级或以下驾驶辅助[2]。L3以上级别的自动驾驶开发难度高、周期长，目前还无量产的设备和芯片，因此整体成本高，现阶段大多商业公司正在集中 L3的落地。

表1 汽车驾驶自动化分级

2.2 路端

路端是实现车联网及智能交通的关键环节，路端建设主要实现的功能有：通过路侧传感器以及车辆发送的数据，对道路通行状况进行感知，数据经MEC（Mobile Edge Computing，边缘计算）处理后，上传至云端平台或分发给车辆，进而对交通进行一定程度的优化。

构建车联网架构，路端需要新增路侧单元 RSU、传感器、智慧灯杆等基础设施。其中， RSU 的功能主要是汇集路侧智能设施和道路交通参与者的信息，上传至云平台，并将 V2X 消息广播给道路交通参与者，5G 与C-V2X 联合组网可构建广覆盖与直连通信协同的融合网络，保障智慧交通业务连续性。

根据中国公路学会自动驾驶工作委员会、自动驾驶标准化工作委员会 2019年9月发布的《智能网联道路系统分级定义与解读报告（征求意见稿）》，从交通基础设施系统的信息化、智能化、自动化角度出发，并结合应用场景、混合交通、主动安全系统等情况，可以将交通基础设施系统分为 I0-I5级，分别为无信息化 /无智能化、无自动化；初步数字化 /初步智能化 /初步自动化；部分网联化 /部分智能化/部分自动化；基于交通基础设施的有条件自动驾驶和高度网联化；基于交通基础设施的高度自动驾驶；基于交通基础设施的完全自动化驾驶等。目前，各大企业现阶段预期实现目标支持的自动驾驶均属于I1级范畴。

2.3 网端

目前，车联网通信技术主要分为 DSDR（Dedicated Short Range Communications，专用短程通信技术）和C-V2X（Cellular -Vehicle-to-Everything，基于蜂窝网络的车用无线通信技术），其中， DSDR 技术起源较早，由IEEE 组织制定，是基于 IEEE802.11P 协议发展的技术，主要用于车辆间的无线通信； C-V2X 由3GPP 组织制定，是基于蜂窝移动通信发展的技术，主要分为 LTE-V2X以及5G-V2X 两种，其中 V2X 主要包含 V2I（Vehicle-to-Infrastructure，车路互联）、 V2N（Vehicle-to -Network，车网互联）、 V2P（Vehicle-to-Pedestrian，车人互联）以及V2V（Vehicle-to-Vehicle，车车互联）。

根据工信部颁布实施的相关文件，我国将 C-V2X 确立为车联网主要发展的通信技术，并且规定5，905-5，925 MHz 频段作为 LTE-V2X 技术的车联网（智能网联汽车）直连通信的工作频段。

2.4 云端

云端主要是接收来自车辆或基础设施等的信息，并对海量数据进行分析处理进而将方案或决策信息反馈给车辆和基础设施等，以实现交通资源的统一调配。车联网业务具有高并发、高实时、高速移动、数据异构、基础设施共享等特性[3]，5GAA（5G Automotive Association）建议根据应用需求的不同，将 V2X 平台分层部署，中国移动将车联网平台分为 V2X 中心平台、V2X 区域平台和 V2X 边缘平台，中国联通将其分为全局云平台、边缘云平台、路侧云平台等三层架构，通过多层平台架构的部署，可以满足车联网业务多样化的需求。

3 车联网应用案例

3GPP 针对LTE-V2X 技术定义了27种应用场景[4]，如前向碰撞前告知警告、排队警告、自动泊车系统、V2N 流量优化灯等，主要可划分为交通安全类应用、交通效率类应用和信息服务类应用等几类；针对5G NRV2X 技术定义了25种应用场景[5]，主要可划分为车辆编队、扩展传感器、自动驾驶、远程驾驶等几大类。

表2 车联网应用场景分类

文献[6]将车联网应用场景分为协同服务类应用、交通安全类应用、交通效率类应用、信息服务类应用，本文参照文献[6]的分类方法，将几种典型应用的应用场景总结如表 2所示，文献[7]认为车联网未来的应用将有两大趋势：一是自动驾驶，二是融入金融等支付属性，如停车场、加油站、充电桩等可以通过车载OBU 完成支付。

4 结束语

车联网的标准制定、研发测试工作正在紧张进行当中，目前共有 46家公司参与并通过了智能网联汽车C-V2X“新四跨”（跨整车、跨终端、跨芯片模组、跨数字安全认证、跨高精地图 /定位）的一致性测试，相信在新基建的建设背景下，车联网应用实现指日可待。