5G將成為實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)的重要條件

導(dǎo)讀：2019被稱為5G元年，它實(shí)打?qū)嵉膩?lái)了，5G網(wǎng)絡(luò)相比較4G網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，具有更快的速度、更低的延時(shí)、更穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，以及可以解決很多的車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景的技術(shù)痛點(diǎn)，那5G網(wǎng)絡(luò)普及后，對(duì)促進(jìn)車聯(lián)網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生哪些變化呢？

圖片來(lái)自“東方IC”

據(jù)人民網(wǎng)輿論與公共政策研究中心統(tǒng)計(jì)，兩會(huì)前，2月25日至3月1日，以“5G”“全國(guó)兩會(huì)”為關(guān)鍵詞的報(bào)道1515篇、微信1706篇、APP 643篇、論壇66篇。隨著5G商用部署加速，5G已不再只是概念。

2019被稱為5G元年，它實(shí)打?qū)嵉膩?lái)了，5G網(wǎng)絡(luò)相比較4G網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，具有更快的速度、更低的延時(shí)、更穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，以及可以解決很多的車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景的技術(shù)痛點(diǎn)，那5G網(wǎng)絡(luò)普及后，對(duì)促進(jìn)車聯(lián)網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生哪些變化呢？

車聯(lián)網(wǎng)是產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

說(shuō)到車聯(lián)網(wǎng)就必須說(shuō)到LTE-V2X在車聯(lián)網(wǎng)中的作用，以及車聯(lián)網(wǎng)基本的通訊方式有哪些。V2X是未來(lái)交通運(yùn)輸系統(tǒng)下的關(guān)鍵技術(shù), 主要包含V2V（車-車）、V2I（車-基礎(chǔ)設(shè)施），V2N（車-互聯(lián)網(wǎng)）、V2P（車-行人）。

作為一種無(wú)線信息交互技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)車和其他一切實(shí)體之間的信息交互，從而獲取實(shí)時(shí)路況、道路信息、行人信息等一系列交通信息，提高駕駛安全性和交通效率。

為了滿足車輛V2X的通信需求，業(yè)內(nèi)通常有兩套方案：DSRC（Dedicated Short Range Communications專用短程通信技術(shù)）和LTE-V2X（融合4G LTE網(wǎng)絡(luò)的車輛通信解決方案）。而后者LTE-V2X是基于4G技術(shù)實(shí)現(xiàn)車與車的通訊，以LTE蜂窩網(wǎng)絡(luò)為V2X基礎(chǔ)的車聯(lián)網(wǎng)專有協(xié)議。 

車聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)車與人/車/路/服務(wù)平臺(tái)的全方位網(wǎng)絡(luò)連接，彌補(bǔ)了汽車單一無(wú)法對(duì)外通訊的缺陷，二者融合可以提升自動(dòng)駕駛的可靠性，并降低成本，是產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。車聯(lián)網(wǎng)對(duì)人類生活方式的改變一點(diǎn)都不亞于互聯(lián)網(wǎng)對(duì)人類生活方式的改變。

車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景主要分為安全類、信息類和交通效率類。

信息類的應(yīng)用場(chǎng)景主要包括緊急呼叫業(yè)務(wù)等提高車主駕車體驗(yàn)的應(yīng)用；比如呼叫車隊(duì)、實(shí)時(shí)直播、信息集群推送，車輛這個(gè)空間將會(huì)成為一個(gè)信息源和信息轉(zhuǎn)發(fā)中心。

交通效率類的應(yīng)用場(chǎng)景包含紅綠燈車速引導(dǎo)、交通事故提醒、潮汐車道提醒、交通擁堵提醒、限速提醒、緊急車輛通行提醒等應(yīng)用；

安全類的應(yīng)用主要有人車避撞提醒、電單車出沒(méi)提醒、緊急制動(dòng)提醒、交叉路口避撞提醒、前向碰撞預(yù)警等。

可以說(shuō)，有了車聯(lián)網(wǎng)，出行會(huì)更加智能。而且用過(guò)了就回不來(lái)，是一個(gè)不可逆的革命。

5G帶給車聯(lián)網(wǎng)的突破

在很多人的印象中，5G可能只是下載速率上的提升，連接時(shí)延的下降，但實(shí)際上，5G是一個(gè)更為豐富的連接系統(tǒng)，它涉及了三個(gè)方面，首先是增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶，其次是為關(guān)鍵業(yè)務(wù)型服務(wù)提供支持，最后是海量物聯(lián)網(wǎng)（含車聯(lián)網(wǎng)）的支持。

與4G主要側(cè)重人與人之間的通信不同，5G形成了端到端的生態(tài)系統(tǒng)。它增強(qiáng)了移動(dòng)帶寬，峰值速率可達(dá)20Gb/s，支持更低的延時(shí)（≤10ms），更高的可靠性（＞99.99%）以及更大的帶寬（每平方公里可連接100萬(wàn)個(gè)終端）。而這些數(shù)據(jù)都意味著更高的安全性，畢竟毫秒級(jí)的延時(shí)對(duì)于一場(chǎng)事故的發(fā)現(xiàn)和處理是有截然不同的意義的。過(guò)去多年自動(dòng)駕駛和車聯(lián)網(wǎng)即使有國(guó)家政策的支持，也因?yàn)樵S多客觀原因而難以快速發(fā)展。主要是在于基礎(chǔ)技術(shù)仍存在瓶頸，而5G網(wǎng)絡(luò)的商用勢(shì)必為自動(dòng)駕駛和車聯(lián)網(wǎng)的融合提供更合適的契機(jī)。

自動(dòng)駕駛除了車身具備的各種感知設(shè)備（雷達(dá)、攝像頭、IMU、GPS等）以外，也需要依賴真實(shí)行車環(huán)境中的各種V2X設(shè)施。國(guó)內(nèi)的道路環(huán)境異常復(fù)雜，雷達(dá)、攝像頭和激光雷達(dá)等本地傳感系統(tǒng)受限于視距、環(huán)境等因素影響，為了更高的行車安全性，自動(dòng)駕駛需要彌補(bǔ)本地傳感器所欠缺的感知能力，完善了車身感知設(shè)備所不能探測(cè)的各種實(shí)時(shí)道路情況，將來(lái)的交通燈、基站、甚至行人都是車聯(lián)網(wǎng)V2X的一員，整個(gè)城市的街道和車輛都會(huì)被編織成一張數(shù)字地圖，讓自動(dòng)駕駛算法的決策更加科學(xué)和智能。從人工智能的角度來(lái)看，機(jī)器無(wú)法完全替代人類的決策，在一些偶發(fā)的復(fù)雜場(chǎng)景需要人類參與決策，即“man in the loop”。但是對(duì)于自動(dòng)駕駛車輛來(lái)講，車內(nèi)的乘員可能并不會(huì)駕駛汽車，也無(wú)法參加決策。但有了5G技術(shù)，我們就可以讓遠(yuǎn)端服務(wù)中心的人員參與到?jīng)Q策中來(lái)。比如在一些特殊的場(chǎng)景，機(jī)器無(wú)法完成駕駛而造成脫離（disgagement），就像今天車輛發(fā)生故障時(shí)我們呼叫救援中心一樣，車輛可以利用5G網(wǎng)絡(luò)呼叫遠(yuǎn)端的服務(wù)中心，利用5G的低時(shí)延大帶寬，將現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)圖像和傳感器信息傳送給服務(wù)中心的專業(yè)人員，由專業(yè)人員在虛擬現(xiàn)實(shí)的場(chǎng)景下，遠(yuǎn)端控制車輛駛離復(fù)雜路況，直到駕駛系統(tǒng)能夠再次接管車輛。

利用5G技術(shù)低時(shí)延、高可靠、高速率和大容量的能力，車聯(lián)網(wǎng)不僅可以幫助車輛間進(jìn)行位置、速度、行駛方向和行駛意圖的溝通，更可以利用路邊設(shè)施輔助車輛對(duì)環(huán)境進(jìn)行感知。比如車輛利用自身的攝像頭可能無(wú)法保證對(duì)交通信號(hào)燈進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，進(jìn)而可能會(huì)發(fā)生闖紅燈的違章行為，但是利用車聯(lián)網(wǎng)的V2I技術(shù)，交通信號(hào)燈把燈光信號(hào)以無(wú)線信號(hào)的方式發(fā)給周邊的車輛，確保自動(dòng)駕駛汽車準(zhǔn)確了解交通信號(hào)燈的狀態(tài)。

不僅如此，交通信號(hào)燈還可以廣播下次信號(hào)改變的時(shí)間，甚至其他相鄰路口未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的信號(hào)狀態(tài)，自動(dòng)駕駛車輛可以據(jù)此精確的優(yōu)化行進(jìn)速度和路線，選擇一條紅燈最少、行駛最快的路線，即優(yōu)化了交通，又可以減少碳排放。

另一個(gè)例子是交叉路口的通行優(yōu)化和橫穿行人告警。今天道路上經(jīng)常發(fā)生橫穿路口的行人/自行車與車輛間的碰撞事故，尤其是左轉(zhuǎn)車輛，由于視線受阻，司機(jī)和車載傳感器經(jīng)常無(wú)法觀察到路口內(nèi)橫穿的行人，一個(gè)解決辦法就是通過(guò)在路口上安裝雷達(dá)和攝像機(jī)對(duì)路口內(nèi)行人進(jìn)行監(jiān)視，如果檢測(cè)到斑馬線上和路口內(nèi)有行人，并且行人在車輛的行進(jìn)路線上，路邊設(shè)施（RSU）可以將檢測(cè)到的情況即時(shí)通知即將轉(zhuǎn)彎或直行的車輛注意避讓，規(guī)避事故的發(fā)生。

現(xiàn)階段的自動(dòng)駕駛技術(shù)所依賴自身的感知設(shè)備往往是非常昂貴的，而且技術(shù)變革很快，但汽車本身的硬件升級(jí)不太容易，這很容易導(dǎo)致當(dāng)前的汽車感知設(shè)備很快落伍。

而5G物聯(lián)網(wǎng)普及之后，街上的路燈、廣告牌、行人身上的手機(jī)、手表等等都可以助力自動(dòng)駕駛。從汽車的第一人稱視角，轉(zhuǎn)化成第三人稱視角，達(dá)到旁觀者清的效果。而且這些設(shè)備成本更低，技術(shù)迭代更快，可以為自動(dòng)駕駛的落地提供有效的基礎(chǔ)設(shè)施能力支持。

信息安全和隱私問(wèn)題亟待解決

在工信部和交通部的大力推動(dòng)下，基于3GPP R14版本的車聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)基本完成量產(chǎn)前的技術(shù)準(zhǔn)備，當(dāng)然在大規(guī)模商用前還有一些政策和技術(shù)上的問(wèn)題急需解決。對(duì)于大眾消費(fèi)者來(lái)講，除了關(guān)注車聯(lián)網(wǎng)帶給我們的諸多便利和道路安全，也更加關(guān)心車聯(lián)網(wǎng)所設(shè)計(jì)的信息安全和隱私問(wèn)題。

為保護(hù)車主的隱私，提高網(wǎng)絡(luò)的安全系數(shù)，C-V2X設(shè)計(jì)了匿名密鑰體制，周期性變更標(biāo)識(shí)和信息簽名，為此需要在車輛中安裝幾百甚至幾千個(gè)證書。由于涉及到信息安全問(wèn)題，迫切需要國(guó)家多個(gè)相關(guān)部門的相互協(xié)作，制定出題套適合我國(guó)國(guó)情的證書管理和分發(fā)體制。

此外，在C-V2X信息安全方面要求使用我國(guó)自行開發(fā)的SM2/3加密算法，該算法已廣泛應(yīng)用于銀行等系統(tǒng)，具有一定的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。但是，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有支持SM2/3算法的芯片在處理能力上尚且無(wú)法滿足C-V2X所需的每秒上千次的簽名和驗(yàn)簽的要求，并且多數(shù)從事安全芯片開發(fā)的國(guó)內(nèi)企業(yè)還缺乏開發(fā)車規(guī)級(jí)產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)。而國(guó)外芯片廠商盡管已經(jīng)從國(guó)標(biāo)體系獲取了SM2/3算法，但由于不完全了解國(guó)密算法所涉及的認(rèn)證環(huán)節(jié)以及相關(guān)的認(rèn)證風(fēng)險(xiǎn)，故而遲遲未能給出支持C-V2X安全規(guī)范的產(chǎn)品規(guī)劃。因此，需要進(jìn)一步從政策和資金上進(jìn)行推動(dòng)，期望國(guó)內(nèi)外從事安全芯片設(shè)計(jì)開發(fā)的公司盡快拿出支持國(guó)密SM2/3算法的高處理能力的車規(guī)級(jí)芯片。

基于3GPP R14版本的C-V2X可以增強(qiáng)自動(dòng)駕駛車輛對(duì)環(huán)境的感知，為低級(jí)別自動(dòng)駕駛提供更加準(zhǔn)確的駕駛輔助信息。L4/L5高級(jí)自動(dòng)駕駛所需的協(xié)作式?jīng)Q策，將對(duì)V2X通信提出更高的要求，需要V2X提高更高的帶寬，更短的時(shí)延，最重要的是需要提供更高的可靠性（>99%）。

小結(jié)

車聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)是一個(gè)比較成熟的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域，曾有業(yè)界預(yù)測(cè)，2020年全球車聯(lián)網(wǎng)有望突破1000億歐元規(guī)模。而5G將成為實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)的重要條件，5G技術(shù)將是加速或完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛汽車效益的核心。