浅析5G V2X 通信应用现状及其侧链路标识符更新技术

胡燕儒

（兰州资源环境职业技术大学，甘肃 兰州 730000）

V2X（Vehicle to Everything，车联网）的概念在近年来早已为大众熟知，它是指将车辆与周围行人或其他可连通事物实现无线连接，从而使得双方间能够进行无线通信，这对于进一步推动自动驾驶技术发展、增强乘客体验及构建高效交通网络均有助益。随着5G 网络的快速发展，其高速率、大带宽、低时延及允许海量连接的特点为V2X 通信带来更多可能。

1 5G V2X 通信应用现状

1.1 车联网技术发展现状

车联网技术并非在5G 时代才诞生的，因为车辆与其他对象之间的信息交互并不是只能依靠蜂窝移动通信网络才能实现。国际上早前已经能够利用DSRC（Dedicated Short Range Communication，专用短程通信）实现车辆与其他事物（包括车、人、交通设施和网络）的连接及信息交互。但是，由于DSRC 技术支持的车联网应用受制于传输距离和基础设施投入等因素，因此车联网逐渐转变为由蜂窝移动网络支持，出现了4G 时代的LTE-V2X 和5G 时代的NR-V2X，统称为C-V2X 技术，其中的C 正是指蜂窝（Cellular）。我国工信部已经明确，将C-V2X 作为未来车联网直连通信的技术路线。

针对5G V2X 技术，3GPP 在其发布的R16 标准中详细定义了多个应用实例，包括协同驾驶（车辆队列）、高精度定位、车辆传感器数据共享、远程驾驶等。有分析认为，未来应用5G V2X 技术支持的车联网通信能够比现阶段依靠单车传感器具有更高的自动化水平，且对通行效率和驾驶安全性的提升都很明显。

1.2 5G V2X 通信应用现状

根据《中国商用车车联网白皮书》预测，2018 ～2025 年，我国商用车联网市场规模将以近28%的复合增速保持增长，到2025 年可超过800 亿元。

在全球范围内，5G V2X 通信的核心厂商主要有华为、高通、法可赛等企业，目前主要聚焦于自动驾驶、车队管理、智能交通系统、停车管理系统等方面的应用。相对而言，中国车联网市场的发展潜力更大，除了传统的汽车企业，5G V2X 还将倒逼通信芯片企业（如华为、高通）、通信模组企业（如移远、大唐）、终端设备企业（如东软）、运营服务商（如百度、阿里、电信运营商）、测试验证机构（如信通院）及定位与地图服务企业（如高德）等的技术与产品发展。

2 5G V2X 通信中的侧链路标识符更新技术

2.1 侧链路通信

V2X 有两种通信接口，即通过PC5 接口进行直接通信，或通过Uu 接口也就是蜂窝网络通信接口，借助基站实现通信，如图1 所示。

图1 Uu 接口与PC5 接口示意图

两种通信接口的主要区别如表1 所示，二者可以共存，结合使用以便更好地支持C-V2X 通信。

表1 V2X 通信架构中两种通信接口的区别

PC5 接口所支持的这种设备或车辆间的直连通信不再使用传统的Uplink 和Downlink 链路，为此，在LTE时代早就提出了一种新的链路，即Sidelink，专为支持设备间直连通信，因此，Sidelink 链路又被称为侧链路或直通链路，到5G 时代则扩展为NR Sidelink。相比之下，Uu 接口仍然使用蜂窝网络中的Uplink 和Downlink链路。

尽管侧链路通信比起Uu 接口通信而言，不再强依赖蜂窝网络基站，可被划归为自组织网络，但侧链路的管理仍然是确保V2X 通信高效和可靠的关键。由此，3GPP 标准中定义了链路层标识符（以下简称标识符），以便更好地识别和区分UE 间建立起的PC5 接口连接，使每个业务帧在发送UE 和接收UE 间正确传输。该标识符是包含在每个业务帧中的，当接收UE 接收的业务帧中所包含的标识符与当前侧链路的标识符信息不符时，接收UE 将丢弃此业务帧。可见，标识符管理在侧链路通信中非常重要。

2.2 一般性侧链路标识符更新

标识符管理的难点在于，当两个UE 正在进行V2X通信时，其中某个UE 就可以出于一些原因改变当前的标识符，例如，高层要求标识符更新、发生标识符冲突或者被配置为保持链路安全的定时器到期。

在3GPP R17 标准中，对V2X 单播链路标识符更新的过程简单描述为：若以UE1 作为发射UE，以UE2 作为接收UE，当UE1 出于前述某种原因需要更新链路标识符，则UE1 会向UE2 发送链路标识符更新请求。UE2 收到该请求后，会向UE1 回复链路标识符更新响应，UE1 在收到响应消息后，将向UE2 发送链路标识符更新确认消息。在完成这三步后，双方将使用新的标识符进行后续通信，基于此定义，细化后的流程如图2 所示。

图2 侧链路标识符更新状态不匹配导致传输失败示例

在实际V2X 通信过程中，信令交互远比标准中定义的三步流程更复杂。此外，一旦源UE 或目标UE 在某些时刻发送的消息需要重传，或两侧UE 标识符更新状态不匹配，就可能导致消息传输失败，如图2 所示，其中以s1、d1 分别作为源UE 和目标UE 的初始链路标识符，以s2 作为源UE 更新后的链路标识符。由此，Msg m(s1∶d1)表示源UE 和目标UE 分别以s1、d1 为链路标识符，源UE 向目标UE 发送了第m 条业务消息。

在图2 中，源UE 首先发起标识符更新流程，但在其还未将标识符彻底更新前，目标UE 已经按照新的标识符s2 给源UE 发送了消息Msg n+1，此时，源UE 不能识别s2，因此丢弃了该消息。这是典型的因为侧链路标识符更新状态不匹配导致传输失败的例子，因此，严谨的标识符更新流程是确保V2X 通信可靠性的重要一环。

2.3 一种改进的侧链路标识符更新方法

为了解决前文中因标识符更新过程中UE 之间状态不一致导致业务帧丢失的问题，在此提出一种改进的侧链路标识符更新方法，如图3 所示。

图3 采用“临时标识符”的侧链路标识符更新过程

在这种改进的方法中，只要源UE 和目标UE 中有一方尚未彻底完成标识符更新，那么原标识符就会始终在链路层每一次的消息传输过程中被携带。当一侧UE 已按照新的标识符向对侧发送消息时，尽管对侧可能还未完成标识符更新，但仍可根据消息中携带的临时标识符（原标识符）将消息正确接收下来，就不会造成业务帧的丢失。

3 结语

未来5G 的三大应用场景中，车联网通信是URLLC（超高可靠低时延通信）场景下的一类典型应用，而V2X 通信则是支持车联网通信的关键技术。本文中提出的采用“临时标识符”的侧链路标识符更新过程可以更好地解决双方更新标识符时状态不匹配的问题，一定程度上提高V2X 业务帧的传输成功率，进一步确保车联网通信的可靠性。