鄔賀銓院士：5G車聯(lián)網(wǎng)有哪些挑戰(zhàn)？

2020年1月10日，中國電動(dòng)汽車百人會(huì)年會(huì)自動(dòng)駕駛論壇在北京釣魚臺國賓館舉行，中國工程院院士鄔賀銓在論壇做主題發(fā)言，以下為發(fā)言全文：　

鄔賀銓：尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo)、各位專家：

早上好！

我想就5G車聯(lián)網(wǎng)的挑戰(zhàn)這個(gè)題目跟大家談一下我的一些看法。

車聯(lián)網(wǎng)的通信模式可以分成四類：1.V2V（怎么解決汽車與汽車之間的通信）；2.V2P（汽車跟行人之間怎么通信）；3.V2I（汽車跟路邊、云、紅綠燈、停車場的通信），怎么控制信號燈的轉(zhuǎn)換；4.V2N（汽車到網(wǎng)絡(luò)的通信），解決優(yōu)化交通流量的問題，做好交通的規(guī)劃。

我們可以看到為什么會(huì)車聯(lián)網(wǎng)需要有通信呢？我們的汽車車速和剎車的距離，它們是有關(guān)系的，假如每小時(shí)開到112公里的話，到剎車的時(shí)候，差不多要真正剎住需要5秒鐘，我們說100米以內(nèi)可能是駕駛員的感知，200米是車輛的感知，V2V可以有300米的感知，可以提前一些，上到云可以有更遠(yuǎn)距離的感知（2公里）。

現(xiàn)在汽車作為自動(dòng)駕駛，是L5級別，不同級別對傳統(tǒng)時(shí)延有不同的要求的，這需要有不同的技術(shù)來支撐。就通信技術(shù)而言，在4G時(shí)代，L1、L2級別的支撐應(yīng)該是沒問題的，但是如果說真的要到L5級別，就需要5G，最底下一行eMBB是增強(qiáng)的移動(dòng)寬帶，eV2X是增強(qiáng)的v2x通信，包括車到車、車到路、車到基礎(chǔ)設(shè)施等等。實(shí)際上為什么會(huì)時(shí)延有要求？我們可以停車為例，應(yīng)該說對時(shí)延要求不是最嚴(yán)格的，但是我們可以算出來，如果停車精度要1米的話，扣除處理的時(shí)延10毫秒，制動(dòng)感應(yīng)30毫秒，這個(gè)時(shí)候可以看到V2X的時(shí)延只允許5毫秒。

遠(yuǎn)程駕駛、自動(dòng)駕駛要求端到端的時(shí)延不超過5毫秒，可靠性要求99.999%，需要聯(lián)網(wǎng)，每輛車每秒的數(shù)據(jù)會(huì)到一個(gè)GB，按照移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP對eV2X的要求，在自動(dòng)駕駛和傳感器共享的要求，時(shí)延不能高于3毫秒，傳感器共享要求帶寬1GB，我們可以看到在4G的時(shí)代，LTE的時(shí)延可能要到100毫秒，如果我們加上邊緣計(jì)算，可以減到10毫秒，但是仍然超出了目前自動(dòng)駕駛的要求，所以我們需要有5G+邊緣計(jì)算，可以說車聯(lián)網(wǎng)需要5G，只有5G才能支持這個(gè)要求。

車聯(lián)網(wǎng)的通信可以分成好幾類，總的叫V2X，一類是短距離的通信，最大傳輸距離800米這么長，而最高車速是60公里，最大數(shù)據(jù)率大概是27MB。另外容量不夠，如果交通擁堵的時(shí)候，車很多的時(shí)候就不能勝任了，在抗干擾方面以及覆蓋方面是它的不足，現(xiàn)在較多用C-V2X，C是蜂窩的意思，基于蜂窩的V2X可以分為在4G場景下的LTE的V2X，還有增強(qiáng)的LTE環(huán)境下的V2X，以及NR的V2X，就是5G，我們可以看到，在4G時(shí)代，帶寬可以擴(kuò)展到上百兆，帶寬可以到上行500兆，下行1G，但是用戶面的時(shí)延10毫秒，控制面的時(shí)延50毫秒。增強(qiáng)的4G的V2X增加了一些功能，像車聯(lián)網(wǎng)編隊(duì)、高級駕駛、擴(kuò)展遠(yuǎn)程駕駛。我們注意到最右邊5G的時(shí)候，它的通信距離延伸到1公里，最高相對車速可以支持500公里，最大帶寬到1G，最重要的是時(shí)延降到3毫秒，通信可靠性能做到99.99%。相對于其他的模式，5G是比較接近車聯(lián)網(wǎng)需要的。

5G本身，我們走過了第一代移動(dòng)通信，一個(gè)蜂窩小區(qū)，是以頻率的不同區(qū)分用戶，我們叫頻分多址，它是模擬的，以GSN為代表的2G是數(shù)字的，以時(shí)隙的不同區(qū)分用戶，TDMA，3G都是CDMA，是以碼道的不同區(qū)分用戶，碼分多址。4G把頻分、時(shí)分、碼分都用上了，它的峰值速率可以上到100兆?，F(xiàn)在5G來了，在多址方式上，5G和4G有所改進(jìn)，但是并沒有完全變化。

應(yīng)該說整個(gè)移動(dòng)通信都是十年一代，每一代移動(dòng)通信的峰值速率是前一代的100倍，所以5G峰值速率可以上到20G，但是這是極端的情況，是工作在毫米波頻段800兆的窄頻，而且一個(gè)蜂窩全部給一個(gè)用戶用，服務(wù)器就在邊上，這種情況基本上是實(shí)驗(yàn)室做一個(gè)測試可以，對一般的應(yīng)用是不可能的。即便做不到20G，做到1G是沒有問題的。最重要的區(qū)別不在于帶寬，而在于它擴(kuò)展的應(yīng)用模式叫產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智慧城市，三代應(yīng)用場景增強(qiáng)移動(dòng)寬帶、超可靠、低延時(shí)、廣覆蓋、大連接，它基本上還依靠通信的基本原理，蜂窩做得更密，這樣容量更大，盡管頻率高了，傳輸距離短了，但是蜂窩密了，能夠適應(yīng)。其實(shí)是大規(guī)模的天線，也就是說把空分的能力也加上去了，還有窄寬頻率以及物理層的改進(jìn)。所以5G跟4G比，在多項(xiàng)性能上都有1-2個(gè)數(shù)量級的提升，比如說移動(dòng)性現(xiàn)在能支持500公里時(shí)速的高鐵，無線接口延時(shí)減少到1毫秒，連接密度提升10倍，一平方公里有100萬個(gè)連接，能效和密度密度各提高100倍。

但是整個(gè)5G雖然考慮了車聯(lián)網(wǎng)，但是準(zhǔn)確地來說，它首先還是為了公眾通信而設(shè)計(jì)的，公眾通信跟車聯(lián)網(wǎng)有什么不一樣？公眾通信是面向廣大的客戶，地域很寬，而城市里頭車聯(lián)網(wǎng)距離很短，包括前后的車輛也就幾十米的距離，所以距離是比較短的，公眾通信80%的情況下面是在房間里頭的，處于非移動(dòng)狀態(tài)，車聯(lián)網(wǎng)80%的情況是行駛的準(zhǔn)備，所以對移動(dòng)性管理是要求高的，通信只有在使用的時(shí)候才占用信道，但是車聯(lián)網(wǎng)基本上是永遠(yuǎn)在線的。通信應(yīng)該說主要是點(diǎn)到點(diǎn)，而城市車聯(lián)網(wǎng)的V2V環(huán)境下是點(diǎn)到多點(diǎn)，和多點(diǎn)到點(diǎn)。面向通信發(fā)送的方式是已知的，而車聯(lián)網(wǎng)發(fā)給誰不受車主控制，所以這要求是很多種多樣的，是不一樣的，我今天主要想說即便5G要滿足車聯(lián)網(wǎng)的要求也還是有很大的挑戰(zhàn)，比如說傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)是叫無連接的，所謂無連接在右圖可以看到，一個(gè)信件可以拆成很多個(gè)IP包，過去是無連接，我們的路由器既有節(jié)點(diǎn)控制功能，也有傳送轉(zhuǎn)發(fā)功能，過去收的一個(gè)IP包打開看一下地址，找到最近的路由器做轉(zhuǎn)發(fā)，這實(shí)際上是不考慮全網(wǎng)優(yōu)化的，現(xiàn)在我們希望把節(jié)點(diǎn)控制功能抽出來，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)操作，把應(yīng)用功能抽出來，然后全網(wǎng)收集全網(wǎng)的大數(shù)據(jù)，包括業(yè)務(wù)流量的數(shù)據(jù)以及車流的數(shù)據(jù)，還有網(wǎng)絡(luò)資源的數(shù)據(jù)。在源端就定義了端到端的這條路由，這就是叫面向連接。

原來的無連接，一個(gè)郵件可以變成很多個(gè)信件，本來都是同一個(gè)源到同一個(gè)目的地的，但是實(shí)際上在互聯(lián)網(wǎng)上，我們是逐包轉(zhuǎn)發(fā)的，每一個(gè)包各自選路，這叫無連接，相當(dāng)于走不通的路。在當(dāng)初互聯(lián)網(wǎng)開始的時(shí)候認(rèn)為不穩(wěn)定，所以我們用這種方式能夠保證它通信的可靠性，即便一個(gè)包傳不了，可以重傳這個(gè)包，而不是一個(gè)信道都丟掉。如果用原來互聯(lián)網(wǎng)無連接的方式就顯得效率太低了，在車聯(lián)網(wǎng)上尤其如此，所以我們改用軟件定義網(wǎng)，也就是說通過網(wǎng)絡(luò)的集中管理，從頭到尾給它指定一個(gè)路由，這種情況在現(xiàn)實(shí)交通中，比如說我們在北京早高峰、晚高峰給公交車指定一個(gè)路由，但是平時(shí)不能對任何車定路由。而5G希望對所有的業(yè)務(wù)流能夠在源端把每一個(gè)路有指定好，優(yōu)化方式。實(shí)際上在現(xiàn)實(shí)情況下，可能只有級別很高的高級車輛才能有這種待遇。

如果把它用在車聯(lián)網(wǎng)上用，這實(shí)際上所有的車都要有單獨(dú)給它計(jì)算一個(gè)路由，這個(gè)計(jì)算量還是很大的，另外怎么能夠?qū)崟r(shí)？怎么能夠滿足低延時(shí)的要求？而且傳統(tǒng)的通信網(wǎng)在做這個(gè)計(jì)算，是在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的中心來做的，而車聯(lián)網(wǎng)不能夠把它放到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的運(yùn)營中心，因?yàn)橐粋€(gè)城市是一個(gè)城市，所以可能這種管理集中處理功能，只有放到城市里頭，而按城市來分級可能就會(huì)多了，另外，所有的車都要端到端的指定路由，這實(shí)際上是要求比較高的，所以是不是說未來一部分車指定，一部分車不指定，所以這也是一個(gè)挑戰(zhàn)。

其次，5G上面要適應(yīng)高鐵的通信，很多時(shí)候坐在家里用的時(shí)候根本沒有運(yùn)動(dòng)速度的要求，5G要支持高帶寬，當(dāng)然很多時(shí)候傳感器數(shù)據(jù)是低帶寬，所以要求是各種各樣的，我們不能把網(wǎng)絡(luò)做成不一樣，我們是通過邏輯上的切片，你要高帶寬的，我把網(wǎng)絡(luò)資源組成高帶寬，你要低延時(shí)就給你低延時(shí)，要高可靠就給你高可靠，就像馬路上一樣，大客車給它指定通道，小車給它指定通道，甚至摩托車給它指定通道，5G的時(shí)候希望這樣，但是實(shí)際上能做到這么精準(zhǔn)、這么細(xì)致也是有難題的。

這個(gè)我們在通信上叫網(wǎng)絡(luò)切片，網(wǎng)絡(luò)切片就是給它組成了專用通道（VPN），我們知道VPN是大客戶，是少量的，而5G現(xiàn)在希望對所有的都做VPN，這顯然是一個(gè)難題。另外，車聯(lián)網(wǎng)如果在公共公用網(wǎng)上只有一種業(yè)務(wù)類型，是不是所有車聯(lián)網(wǎng)的車都成為一個(gè)大切片呢？這種想法跟原來切片提出的“小”思想是不完全一致的。雖然都是車，但是每一輛車對通信的要求是不一樣的，里面有特種車輛、一般車輛，需要區(qū)別對待。

還有一些問題，馬路上有一些車具有支持網(wǎng)絡(luò)切片的能力，原來的車并不具有支持這個(gè)能力。所有車混在一起，你有切片的能力好辦一點(diǎn)，沒有切片能力怎么辦？就像自動(dòng)駕駛的車上路了，你可以做到不撞別人，但是不等于別人的車不撞你，所以有一個(gè)管理上的挑戰(zhàn)。

另外，車聯(lián)網(wǎng)面對行駛中的車輛，要用無線聯(lián)網(wǎng)，不可能用光纖，剛才說過了，5G和其他的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)比是更有優(yōu)點(diǎn)的。當(dāng)然了，我們最方便的辦法是用運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)，車聯(lián)網(wǎng)上到運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)，這樣不需要重新投資基礎(chǔ)設(shè)施，可以節(jié)省成本。

但是有一個(gè)問題，傳統(tǒng)的運(yùn)營商的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)在5G的時(shí)候主要使用TDD的模式，TDD是什么意思？就是在一個(gè)頻段上既有上行也有下行，上下行不見得是對稱的，因?yàn)樵谙M(fèi)側(cè)的應(yīng)用，大部分消費(fèi)側(cè)希望從網(wǎng)上下載視頻的多，自己往上傳視頻的少，所以在同一個(gè)頻段安排上下行的時(shí)候一般是三七開，30%的時(shí)隙用于往上傳，70%的時(shí)隙用于接收網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，可是在物聯(lián)網(wǎng)，我們更多的是傳感器的數(shù)據(jù)往上報(bào)，而真正網(wǎng)絡(luò)指令的數(shù)據(jù)還是少的，所以應(yīng)該是倒的三七開。這兩者不同的上下行時(shí)隙的配比如果安在同一個(gè)運(yùn)營商的網(wǎng)上，這兩者是有互相干擾的，所以要不就設(shè)計(jì)在不同的窄頻，否則就很難配置，所以現(xiàn)在就提出一個(gè)問題，車聯(lián)網(wǎng)能完全上到運(yùn)營商的5G網(wǎng)絡(luò)嗎？所以我們有可能說我們城市里頭可能要建設(shè)一個(gè)支持車聯(lián)網(wǎng)的5G的專網(wǎng)，它可以有單獨(dú)的時(shí)隙配置，而不跟公眾網(wǎng)上的時(shí)隙配置沖突，這就需要專用頻率，歐洲對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)測算了，預(yù)留了76兆，德國分配100兆。目前分給車聯(lián)網(wǎng)的頻率是5.8G，帶寬不高于75兆，真正給V2V用的只有25兆，所以如果每一輛車都要有專用的廣播頻率的話，頻率就不夠了，所以頻率問題對車聯(lián)網(wǎng)來講也是一個(gè)挑戰(zhàn)。建設(shè)一個(gè)專用的城市車聯(lián)網(wǎng)的5G專網(wǎng)也有成本的挑戰(zhàn)。

另外，盡管5G的空口時(shí)延很短，但是如果存在地面，再經(jīng)過一些處理，那時(shí)延還是比較大的，所以我們需要把云的能力，部分計(jì)算能力下沉，成為邊緣云，邊緣云負(fù)責(zé)處理一些時(shí)延敏感的數(shù)據(jù)，過濾掉一些數(shù)據(jù)送到中心云，中心云搜集多個(gè)邊緣云的數(shù)據(jù)優(yōu)化模型再下發(fā)，所以我們說為了適應(yīng)車聯(lián)網(wǎng)的需要，需要大量使用邊緣計(jì)算，將存儲內(nèi)容分發(fā)下沉到邊緣云來處理。

IDC預(yù)測將來50%的數(shù)據(jù)都要在邊緣處理，當(dāng)然了，兩機(jī)云會(huì)比單機(jī)云的成本節(jié)省一些，但是在車聯(lián)網(wǎng)場景下，如果邊緣計(jì)算下沉到路邊單元，顆粒度很小，時(shí)延很低，但是太多了就碎片化，如果放到移動(dòng)通信的RSU，路邊的RSU效果是好的，但是邊緣計(jì)算就要管理很多個(gè)路邊RSU。所以這里面也有一個(gè)成本問題，而且有一個(gè)車聯(lián)網(wǎng)的問題，不是固定接入到一個(gè)邊緣計(jì)算，邊緣計(jì)算如果在基站，這個(gè)車一會(huì)兒開到另一個(gè)基站，也就意味著這種計(jì)算存儲要轉(zhuǎn)換到另一個(gè)基站上，這種基站到底是邊緣計(jì)算與邊緣計(jì)算之間溝通，還是上到中心云再來溝通，這里面各有優(yōu)缺點(diǎn)，邊緣計(jì)算和邊緣計(jì)算之間直接溝通時(shí)延很短，能適應(yīng)車聯(lián)網(wǎng)的要求，但是帶來了很大的開銷。

5G很重要的應(yīng)用是把物聯(lián)網(wǎng)的終端直接連到人工智能、大數(shù)據(jù)的分析，過去我們沒有5G的時(shí)候，除了光纖以外，其他手段不能解決傳感器跟后臺的大數(shù)據(jù)、人工智能之間的這種傳輸?shù)臅r(shí)延問題，因此往往大數(shù)據(jù)、人工智能的決策分析都是滯后的，也就是說它會(huì)帶來很大的時(shí)延，沒法實(shí)時(shí)化，現(xiàn)在5G的介入使它們兩者無縫融合，AI+IoT我們叫AIoT智聯(lián)網(wǎng)，5G對物聯(lián)網(wǎng)的要求是一平方公里100萬個(gè)傳感器能聯(lián)網(wǎng)，傳輸時(shí)延不高于10秒，丟包率不高于1%，按照這個(gè)數(shù)字，應(yīng)該是基本能夠滿足車聯(lián)網(wǎng)要求，盡管這里寫時(shí)延10秒，這是講端到端很長距離的，城市車聯(lián)網(wǎng)短距離不會(huì)有這么高。5G的AIoT需要一些技術(shù)來支撐，但是難題是什么？現(xiàn)在車?yán)锩鎺装賯€(gè)傳感器都是用選來方式管理嗎？這是一個(gè)挑戰(zhàn)。

另外，雖然5G一平方公里能接入100萬個(gè)傳感器，每個(gè)傳感器接進(jìn)來又印證，一個(gè)一個(gè)印證到什么時(shí)間？所以要群組印證，群組印證怎么保證群組跟個(gè)性的區(qū)別？另外車聯(lián)網(wǎng)V2V印證還要快，還要車聯(lián)網(wǎng)要有大量的終端，本身也有安全問題，所以需要有安全的協(xié)議，但是安全的協(xié)議不能太復(fù)雜，否則不但增加能耗，還加大時(shí)延。這么多車聯(lián)網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生DDOS攻擊，都被木馬攻陷了，100萬個(gè)傳感器共同訪問路邊的車聯(lián)網(wǎng)設(shè)施，也會(huì)把路邊的車聯(lián)網(wǎng)設(shè)施搞癱瘓了。

所以總的來說雖然5G能支持車聯(lián)網(wǎng)大量的傳感器聯(lián)網(wǎng)，但是也面臨很大的挑戰(zhàn)，車聯(lián)網(wǎng)用什么標(biāo)識，車聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)里面有很多種標(biāo)識方案，在5G上當(dāng)然希望用IPV6，但是實(shí)際上前面4G的車聯(lián)網(wǎng)以及DSRC的車聯(lián)網(wǎng)可能會(huì)用其他的標(biāo)識，怎么實(shí)現(xiàn)標(biāo)識之間的互通就是一個(gè)問題，而且車聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)識一般是在一個(gè)運(yùn)營商范圍里頭的，而城市里的車，可能某些車接入到移動(dòng)，某些接入電信，某些接入聯(lián)通，是不同的運(yùn)營商，不同的運(yùn)營商之間要互通，這就帶來難題，一個(gè)是標(biāo)識能不能一致，另外，過去我們?nèi)齻€(gè)運(yùn)營商不是在任何城市都是直聯(lián)的，在中國三個(gè)運(yùn)營商直聯(lián)的點(diǎn)只有13個(gè)，有些省，比如云南、西藏這些是沒有的，云南電信跟云南聯(lián)通要連通就要到成都的直聯(lián)點(diǎn)才能實(shí)現(xiàn)。車聯(lián)網(wǎng)上如果是這樣的話，時(shí)延就沒法保證，所以車聯(lián)網(wǎng)就要求運(yùn)營商的網(wǎng)間直聯(lián)點(diǎn)要下沉到每一個(gè)城市，這也是現(xiàn)有運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)做不到的。

車聯(lián)網(wǎng)是5G的一種業(yè)務(wù)，5G的業(yè)務(wù)采用一種開放的方式，可以說接入到你需要什么能力我可以附加什么能力，就像App一樣，這也方便我們的業(yè)務(wù)靈活性，5G本身又改變了協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)的移動(dòng)通信是專用的協(xié)議，所以5G是互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)議。之所以開放和采用互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)議是為了讓現(xiàn)有的業(yè)務(wù)更靈活，當(dāng)然也帶來挑戰(zhàn)，原來網(wǎng)絡(luò)是封閉的，協(xié)議是專用的，很少聽說有網(wǎng)絡(luò)安全事件發(fā)生在運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)，把運(yùn)營商搞癱了，現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)是開放的，協(xié)議是通用的，一定意義上5G會(huì)增加更多的安全風(fēng)險(xiǎn)。車聯(lián)網(wǎng)對安全的要求又比一般的通信高，所以在這個(gè)情況下，我們需要付出更多的安全代價(jià)，而且車聯(lián)網(wǎng)一般是短包，而互聯(lián)網(wǎng)的TCP/IP對短包是沒有什么效率的，所以是不是考慮新的協(xié)議應(yīng)對物聯(lián)網(wǎng)。

運(yùn)營支撐也很復(fù)雜，5G有虛擬NFV，就是網(wǎng)絡(luò)單元虛擬化，還有網(wǎng)絡(luò)切片，這些都是動(dòng)態(tài)的，要進(jìn)行動(dòng)態(tài)的管理，很復(fù)雜的管理系統(tǒng)，車聯(lián)網(wǎng)一個(gè)問題要快速計(jì)算和處理，運(yùn)營支撐系統(tǒng)不能只是運(yùn)營商一個(gè)，可能到每一個(gè)城市也有一個(gè)，否則就不能實(shí)時(shí)性了，所以應(yīng)該說實(shí)時(shí)性對5G也好，對車聯(lián)網(wǎng)也好，都是很大的挑戰(zhàn)。所以我說整個(gè)5G來講，雖然說它相對于其他移動(dòng)通信系統(tǒng)更靠攏車聯(lián)網(wǎng)的需要，但是實(shí)際上車聯(lián)網(wǎng)的一些特點(diǎn)，不是5G所面對公眾通信的特點(diǎn)，它是不一樣的，而且有很多新的需求，現(xiàn)有的5G技術(shù)未必能適應(yīng)。我的看法是：5G的車聯(lián)網(wǎng)想說愛你也不容易，汽車永遠(yuǎn)在路上，5G的車聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新也永遠(yuǎn)在路上！

謝謝大家！