助力車(chē)路云一體化，EMQ在車(chē)路協(xié)同領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐

隨著汽車(chē)工業(yè)水平飛速發(fā)展,以及 IoT、5G、V2X 等信息通信技術(shù)的發(fā)展演進(jìn),通過(guò)汽車(chē)的智能化、網(wǎng)聯(lián)化升級(jí)為大眾帶來(lái)更智能、更便捷的駕乘體驗(yàn),成為汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì),自動(dòng)駕駛、智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)成為行業(yè)熱點(diǎn)。另一方面,隨著汽車(chē)保有量的激增、交通路網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的飛速建設(shè)、交通信息化系統(tǒng)的逐步成熟,通過(guò)智慧的車(chē)與智慧的路協(xié)同交互來(lái)實(shí)現(xiàn)安全便捷的出行、智能路況綜合感知以及動(dòng)態(tài)協(xié)同交通控制等,成為智慧交通的重要發(fā)展方向。近年來(lái),我國(guó)陸續(xù)頒布數(shù)字交通、交通強(qiáng)國(guó)等政策,「車(chē)路協(xié)同」成為智能汽車(chē)與智慧交通行業(yè)熱門(mén)高頻詞匯。

車(chē)路協(xié)同即 IVICS(Intelligent Vehicle Infrastructure Cooperative System)或 CVIS(Cooperative Vehicle-Infrastructure System),是智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)(ITS)的重要子系統(tǒng),融合了 V2X 通信技術(shù)、多源傳感技術(shù)、云計(jì)算、邊緣計(jì)算、交通控制等技術(shù)的綜合技術(shù)體系及系統(tǒng),總體目標(biāo)是掌握交通狀況、實(shí)現(xiàn)車(chē)路云信息交互,提升交通安全、效率及服務(wù)。

車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)是智能交通與智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)兩個(gè)行業(yè)跨界交疊發(fā)展的重要方向。它是指通過(guò)路側(cè)多源傳感技術(shù)實(shí)時(shí)獲取道路交通信息、環(huán)境信息,基于云控技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯聚、處理,并通過(guò) V2X 通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)車(chē)與路、車(chē)與云的智能協(xié)同。依靠車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)對(duì)車(chē)輛提供感知輔助及協(xié)同控制,能夠提升自動(dòng)駕駛安全性,降低自動(dòng)駕駛單車(chē)成本,被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)景自動(dòng)駕駛的技術(shù)路徑。同時(shí),車(chē)路云的數(shù)據(jù)交互也是智慧交通實(shí)現(xiàn)智能路況綜合感知、動(dòng)態(tài)協(xié)同交通控制等核心應(yīng)用的重要基礎(chǔ)。

車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

標(biāo)準(zhǔn)化與示范試點(diǎn)并進(jìn),中國(guó)式技術(shù)架構(gòu)逐步形成

車(chē)路協(xié)同技術(shù)發(fā)展是國(guó)家交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略引領(lǐng),交通部、工信部等多個(gè)部委都持續(xù)發(fā)布政策落實(shí)推進(jìn)我國(guó)汽車(chē)及公路向數(shù)字化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化方向快速發(fā)展。

我國(guó)車(chē)路協(xié)同目前正處于從測(cè)試示范到商業(yè)落地的過(guò)渡階段?；?C-V2X 的車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)是汽車(chē)、通信、交通、人工智能等多個(gè)技術(shù)融合發(fā)展的領(lǐng)域,標(biāo)準(zhǔn)化及測(cè)試示范是其發(fā)展初期重要一環(huán)。2017 年 3GPP 發(fā)布了第一代 C-V2X 標(biāo)準(zhǔn)后,在政策推動(dòng)下,我國(guó)積極開(kāi)展了車(chē)路協(xié)同標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。

從 2017 年首個(gè)國(guó)家級(jí)示范區(qū)無(wú)錫國(guó)家智能交通綜合測(cè)試基地落地,截至 2022 年 3 月,根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì),我國(guó)在城市封閉或開(kāi)放道路環(huán)境共建設(shè)國(guó)家級(jí)車(chē)路協(xié)同示范區(qū)/測(cè)試基地 10 個(gè),地方級(jí)車(chē)路協(xié)同示范區(qū)/測(cè)試基地 34 個(gè);在高速公路場(chǎng)景下,也有超 6000 公里高速公路已經(jīng)或?qū)⒁谄洳糠致范伍_(kāi)展車(chē)路協(xié)同創(chuàng)新示范工作。標(biāo)準(zhǔn)化和測(cè)試示范互相促進(jìn)共同發(fā)展的情況下,中國(guó)式車(chē)路協(xié)同技術(shù)架構(gòu)逐步形成。

網(wǎng)絡(luò)層面:我國(guó)車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)層采用 3GPP 制定的 C-V2X 蜂窩車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù),C-V2X 的最大特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)是提供了直連空口和 Uu 空口兩種鏈路,直連空口可以在沒(méi)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)情況下提供終端間廣播通信,具有低時(shí)延、靈活的優(yōu)勢(shì),應(yīng)用于車(chē)與車(chē)(V2V)以及車(chē)與路(V2I)場(chǎng)景;而 Uu 空口鏈路具有廣覆蓋、大帶寬的優(yōu)勢(shì),適用于車(chē)與云(V2N)的交互。我國(guó)蜂窩網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施完善,直連空口和 Uu 空口兩種鏈路綜合運(yùn)用的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有利于車(chē)路協(xié)同應(yīng)用場(chǎng)景豐富及車(chē)路協(xié)同網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本的優(yōu)化。CCSA 基于其對(duì) C-V2X 的關(guān)鍵技術(shù)的研究在 2017 年發(fā)布了《基于 LTE 的車(chē)聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)總體技術(shù)要求》等多項(xiàng)行標(biāo)。

應(yīng)用層面:2017 年 C-ITS 攜手重慶長(zhǎng)安汽車(chē)、通用汽車(chē)、清華大學(xué)等單位發(fā)布了我國(guó)第一部 V2X 應(yīng)用層團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《合作式智能運(yùn)輸系統(tǒng)車(chē)用通信系統(tǒng)應(yīng)用層及應(yīng)用數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn) T/CSAE 53-2017》。隨著示范試點(diǎn)的推進(jìn),一階段的應(yīng)用逐步落地。一階段共定義了 5 類(lèi) V2X 消息,包括 BSM(車(chē)輛基本安全消息)、MAP(地圖消息)、RSI(路側(cè)單元發(fā)布的交通事件消息)以及RSM(路側(cè)安全消息),基于這些消息可以實(shí)現(xiàn)車(chē)、路、云之間的有效交互溝通,從而實(shí)現(xiàn)各類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)景。2020 年《合作式智能運(yùn)輸系統(tǒng)車(chē)用通信系統(tǒng)應(yīng)用層及應(yīng)用數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)(第二階段)》(以下簡(jiǎn)稱(chēng) DAY2 標(biāo)準(zhǔn))發(fā)布,在第一階段標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)之上豐富了應(yīng)用層場(chǎng)景。同年,中國(guó)信息通信研究院牽頭發(fā)布了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《基于 LTE 的車(chē)聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)消息層技術(shù)要求 YD/T 3709-2020》,規(guī)范了消息層數(shù)據(jù)集的架構(gòu)以及具體的數(shù)據(jù)定義和編碼方式。除了標(biāo)準(zhǔn)定義的應(yīng)用場(chǎng)景,基于消息標(biāo)準(zhǔn),各示范項(xiàng)目通常會(huì)結(jié)合本地項(xiàng)目環(huán)境、本地需求打造面向安全、效率及出行服務(wù)的特色應(yīng)用場(chǎng)景。

平臺(tái)層面:2022 年 9 月,中國(guó)智能交通產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟公布了由東南大學(xué)牽頭的《車(chē)路協(xié)同云控基礎(chǔ)平臺(tái)第 1 部分:通用要求》和《車(chē)路協(xié)同云控基礎(chǔ)平臺(tái)第 2 部分:測(cè)試內(nèi)容要求》征求意見(jiàn)稿,規(guī)定了車(chē)路協(xié)同云控基礎(chǔ)平臺(tái)的總體架構(gòu)、云基礎(chǔ)設(shè)施要求、平臺(tái)基礎(chǔ)能力要求、基礎(chǔ)應(yīng)用能力要求、性能要求和安全可信要求。

車(chē)路協(xié)同云控平臺(tái)成為系統(tǒng)核心

隨著越來(lái)越多的車(chē)路協(xié)同示范項(xiàng)目在全國(guó)落地,車(chē)路協(xié)同示范系統(tǒng)典型的建設(shè)方案也基本形成,系統(tǒng)通常分為端側(cè)、網(wǎng)絡(luò)和云端三個(gè)層次開(kāi)展建設(shè)。

路側(cè)系統(tǒng)通常由路側(cè)單元(RSU)、路側(cè)感知設(shè)備、路側(cè)計(jì)算單元(MEC)、智能交通設(shè)施(紅綠燈、智能路牌等)組成:

路側(cè)單元 RSU 是部署在路側(cè)的 C-V2X 通信網(wǎng)關(guān)設(shè)備,可連接路側(cè)各類(lèi)設(shè)備、傳感器以及車(chē)輛;

路側(cè)能感知設(shè)備主要包括路側(cè)視頻監(jiān)控設(shè)備、路側(cè)激光雷達(dá)、路側(cè)毫米波雷達(dá)、微環(huán)境氣象監(jiān)測(cè)站等感知設(shè)備;

路側(cè)邊緣計(jì)算設(shè)備是邊緣側(cè)的本地計(jì)算節(jié)點(diǎn),通常搭載融合感知算法能處理感知設(shè)備的原始數(shù)據(jù)輸出結(jié)構(gòu)化分析結(jié)果,包括全量的交通參與者信息、交通事件信息以及交通流量信息。

目前的示范項(xiàng)目,通常圍繞城市交通的重點(diǎn)—路口進(jìn)行路側(cè)部署,要實(shí)現(xiàn)路口的全要素感知,通常需要部署 4 個(gè)攝像頭、4 個(gè)毫米波雷達(dá)、2 臺(tái)激光雷達(dá)、1-2 臺(tái)路側(cè)計(jì)算單元以及 1 臺(tái)路側(cè)通信單元 RSU。車(chē)輛側(cè)通常通過(guò)后裝 C-V2X 車(chē)載通信單元(OBU)通過(guò) C-V2X 網(wǎng)絡(luò)連接來(lái)與路側(cè)單元和云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,上傳包含車(chē)輛信息的 BSM 消息,接收應(yīng)用場(chǎng)景 V2X 消息。

根據(jù)《車(chē)路協(xié)同云控基礎(chǔ)平臺(tái)第 1 部分:通用要求》征求意見(jiàn)稿的定義,「云控基礎(chǔ)平臺(tái)」是指服務(wù)于車(chē)路協(xié)同業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)平臺(tái)系統(tǒng),具有基本的實(shí)時(shí)信息融合與共享、實(shí)時(shí)計(jì)算編排、智能應(yīng)用編排、大數(shù)據(jù)分析、信息安全等基礎(chǔ)性服務(wù)能力,可為智能汽車(chē)、管理及服務(wù)機(jī)構(gòu)、終端用戶(hù)提供輔助駕駛、自動(dòng)駕駛、交通運(yùn)輸安全、交通管理等協(xié)同應(yīng)用和數(shù)據(jù)服務(wù)提供基礎(chǔ)支撐?？梢钥闯?車(chē)路協(xié)同云控平臺(tái)是系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)端到端流轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)核心,是驅(qū)動(dòng)各項(xiàng)具體功能業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)核心。

具體到示范項(xiàng)目中,云控平臺(tái)的建設(shè),需要通過(guò)統(tǒng)一接入實(shí)現(xiàn)車(chē)側(cè)、路側(cè)、環(huán)境等交通全要素感知數(shù)據(jù)匯聚,引入交通流狀態(tài)、交通事件、道路氣象環(huán)境、道路基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)等監(jiān)測(cè)信息,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析,形成符合 V2X 消息標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用場(chǎng)景業(yè)務(wù)消息,并實(shí)時(shí)向車(chē)端及路側(cè)設(shè)備下發(fā)業(yè)務(wù)消息,從而支撐多樣化應(yīng)用實(shí)現(xiàn),是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中樞和業(yè)務(wù)核心。如面向輔助駕駛或自動(dòng)駕駛場(chǎng)景,提供道路行人檢測(cè)、交通事件檢測(cè)、路網(wǎng)狀態(tài)提醒、規(guī)劃決策等服務(wù);面向各地交通管理部門(mén)的監(jiān)管需求,平臺(tái)可提供提升城市交通運(yùn)行效率的智能管控決策建議。

目前的車(chē)路協(xié)同云控平臺(tái)建設(shè)方案中,主要包含數(shù)據(jù)模塊、V2X 消息轉(zhuǎn)發(fā)、云控可視化、運(yùn)維管理等功能模塊:

數(shù)據(jù)模塊提供數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入、數(shù)據(jù)分析、鑒權(quán)認(rèn)證等數(shù)據(jù)基礎(chǔ)能力;

V2X 消息轉(zhuǎn)發(fā)模塊主要負(fù)責(zé) V2X 消息處理、V2X 消息轉(zhuǎn)發(fā)、業(yè)務(wù)消息配置等核心功能,滿(mǎn)足車(chē)路協(xié)同 V2X 國(guó)標(biāo)消息高并發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)需求;

云控可視化模塊通常會(huì)結(jié)合高精度地圖實(shí)先數(shù)據(jù)可視化、數(shù)字孿生、電子地圖、車(chē)輛軌跡追蹤、事件監(jiān)控、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控等核心功能;

運(yùn)維管理模塊包括基礎(chǔ)管理配置、設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控、運(yùn)維中心及電子地圖等功能。

車(chē)路協(xié)同典型架構(gòu)圖

多級(jí)云控、云邊協(xié)同是未來(lái)技術(shù)趨勢(shì)

目前示范區(qū)建設(shè)項(xiàng)目中,通常單個(gè)項(xiàng)目建設(shè)一個(gè)車(chē)路協(xié)同云控平臺(tái),項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)所有數(shù)據(jù)接入、業(yè)務(wù)處理都由這個(gè)車(chē)路協(xié)同云控平臺(tái)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)。未來(lái)面向規(guī)?；逃?車(chē)路協(xié)同的建設(shè)必然會(huì)向著城市化發(fā)展,車(chē)路云一體化中國(guó)方案將向著「分層解耦、跨域共用」兩大技術(shù)特征演進(jìn),建設(shè)多級(jí)云控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)分層解耦,同時(shí)又能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和能力的跨域共用是未來(lái)云控平臺(tái)趨勢(shì)。

未來(lái)的車(chē)路協(xié)同云控平臺(tái)將由邊緣云、區(qū)域云與中心云三級(jí)組成,由邊到云,三級(jí)平臺(tái)提供的服務(wù)實(shí)時(shí)性要求逐層降低,服務(wù)范圍逐級(jí)擴(kuò)大。邊緣云可能會(huì)部署于運(yùn)營(yíng)商區(qū)縣級(jí)的機(jī)房,通過(guò)統(tǒng)一接入網(wǎng)關(guān)就近接入路側(cè)設(shè)備與車(chē)端設(shè)備數(shù)據(jù),并負(fù)責(zé)面向車(chē)路協(xié)同自動(dòng)駕駛提供感知輔助、安全告警等實(shí)時(shí)性強(qiáng)的應(yīng)用基礎(chǔ)服務(wù);區(qū)域云主要負(fù)責(zé)支撐面向智慧交通管理、公共交通、出行服務(wù)等弱實(shí)時(shí)性服務(wù);中心云則會(huì)面向更大范圍的業(yè)務(wù),例如運(yùn)營(yíng)注冊(cè)管理、宏觀數(shù)據(jù)分析等。

另一大趨勢(shì)是云端對(duì)路側(cè)邊緣端的管理協(xié)同,路側(cè)計(jì)算單元輸出的路側(cè)數(shù)據(jù)是云控功能和應(yīng)用場(chǎng)景的原材料,未來(lái)云端需要能夠?qū)ζ漭敵鰯?shù)據(jù)進(jìn)行靈活的調(diào)整以適應(yīng)不同路口不同的應(yīng)用場(chǎng)景需求,同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)路側(cè)計(jì)算單元數(shù)據(jù)分析算法的下發(fā)更新,增強(qiáng)系統(tǒng)可拓展性。

多級(jí)云控、云邊協(xié)同在目前已經(jīng)出現(xiàn)在一些城市級(jí)示范試點(diǎn)項(xiàng)目規(guī)劃方案中,但仍需產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同解決諸多問(wèn)題實(shí)現(xiàn)落地驗(yàn)證。

車(chē)路云一體化方案體系架構(gòu)(來(lái)自《車(chē)路云一體化融合控制系統(tǒng)白皮書(shū)》)

豐富應(yīng)用、探索商業(yè)化成為行業(yè)發(fā)展關(guān)鍵

車(chē)路協(xié)同經(jīng)過(guò)技術(shù)概念探討、應(yīng)用場(chǎng)景探索、試點(diǎn)示范建設(shè)幾個(gè)階段,雖然示范試點(diǎn)成果顯著、產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)形成,但如何實(shí)現(xiàn)商業(yè)閉環(huán)及體現(xiàn)建設(shè)成果的價(jià)值,仍是未來(lái)車(chē)路協(xié)同行業(yè)需要共同面對(duì)和探索的問(wèn)題。未來(lái)的車(chē)路協(xié)同系統(tǒng),需要更加注重以數(shù)據(jù)為核心,深挖場(chǎng)景深度,拓寬應(yīng)用廣度,探索商業(yè)模式。

面向車(chē)路協(xié)同自動(dòng)駕駛,需要加深路側(cè)感知的精度、提升自動(dòng)駕駛車(chē)輛對(duì)路云感知輔助的信任,做深單車(chē)自動(dòng)駕駛痛點(diǎn)場(chǎng)景;

面向智慧交通管理,基于「數(shù)據(jù)基礎(chǔ)+平臺(tái)能力」,通過(guò)路網(wǎng)全要素?cái)?shù)字化實(shí)現(xiàn)全息感知、智慧認(rèn)知、輔助決策、交通評(píng)價(jià),提升管理效率,增加運(yùn)管手段,實(shí)現(xiàn)智慧交通;

面向公共交通出行,為公眾提供高效便捷的公共交通出行服務(wù),為公共交通運(yùn)輸提供車(chē)路協(xié)同應(yīng)用服務(wù),使得示范區(qū)價(jià)值更貼合公眾實(shí)際需求的體現(xiàn);

面向自動(dòng)駕駛,通過(guò)剛需應(yīng)用與車(chē)輛緊密綁定,通過(guò)無(wú)人公交、無(wú)人出租車(chē)等場(chǎng)景探索商業(yè)化。

車(chē)路協(xié)同云控平臺(tái)建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)

根據(jù)《車(chē)路協(xié)同云控基礎(chǔ)平臺(tái)第 1 部分:通用要求》,云控基礎(chǔ)平臺(tái)基礎(chǔ)能力主要分為:資源連接、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)共享。

資源連接層負(fù)責(zé)與車(chē)輛、路側(cè)邊緣計(jì)算單元、路側(cè)通信單元以及外部數(shù)據(jù)源進(jìn)行對(duì)接,包括接入管理功能和數(shù)據(jù)采集功能;

數(shù)據(jù)處理層主要提供對(duì)各類(lèi)數(shù)據(jù)的初步清洗、存儲(chǔ),并將數(shù)據(jù)與主題相關(guān)聯(lián),使數(shù)據(jù)進(jìn)入相應(yīng)的主題數(shù)據(jù)庫(kù);

數(shù)據(jù)共享層主要提供物理數(shù)據(jù)、能力數(shù)據(jù)、用戶(hù)數(shù)據(jù)等相關(guān)的主題數(shù)據(jù)庫(kù),供數(shù)據(jù)分析層調(diào)用。

這些能力要求,在未來(lái)大規(guī)模建設(shè)、商業(yè)化提速的新階段,對(duì)云控基礎(chǔ)平臺(tái)的構(gòu)建提出了諸多挑戰(zhàn)。

海量設(shè)備的高并發(fā)、高可靠、低時(shí)延連接

未來(lái)車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)中,云控平臺(tái)需要接入包括路側(cè)感知設(shè)備、路側(cè)計(jì)算單元、路側(cè)通信單元以及車(chē)載通信單元在內(nèi)的大量設(shè)備。另外,車(chē)路協(xié)同場(chǎng)應(yīng)用場(chǎng)景 20-100ms 的應(yīng)用時(shí)延要求,也對(duì)高并發(fā)連接后消息吞吐的性能提出極高挑戰(zhàn)。

路側(cè)感知數(shù)據(jù)的歸一化治理

目前行業(yè)內(nèi)路側(cè)計(jì)算單元構(gòu)化感知結(jié)果的輸出,尚未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),不同廠商的路側(cè)計(jì)算單元輸出格式往往存在差異,尤其在一些多廠商設(shè)備分區(qū)域部署的項(xiàng)目中,如何在數(shù)據(jù)接入層面就解決路側(cè)數(shù)據(jù)的歸一化治理、存儲(chǔ),往往是項(xiàng)目中云控平臺(tái)會(huì)遇到的難題。

海量流式數(shù)據(jù)的計(jì)算、存儲(chǔ)、分發(fā)

車(chē)路協(xié)同每種設(shè)備的多種類(lèi)型數(shù)據(jù)都以 1-10Hz 的頻率上傳,云控基礎(chǔ)平臺(tái)需要對(duì)不斷流入的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,并向車(chē)端實(shí)時(shí)下發(fā)結(jié)果、向云端其他應(yīng)用分發(fā)、持久化用于后續(xù)分析展示等。而當(dāng)前基本的方案都要涉及多個(gè)分布式組件,極大增加了云控平臺(tái)的開(kāi)發(fā)難度、運(yùn)維難度及可靠性。

高效靈活的數(shù)據(jù)分類(lèi)管理及訪問(wèn)管控

在多路口、多設(shè)備、多數(shù)據(jù)類(lèi)型的未來(lái)車(chē)路協(xié)同實(shí)際落地系統(tǒng)中,路側(cè)感知結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、云控平臺(tái)生成的 V2X 應(yīng)用消息通常需要按照消息類(lèi)型、路口、設(shè)備、廠商等維度進(jìn)行高效的數(shù)據(jù)隔離管理、訪問(wèn)控制,以方便上級(jí)應(yīng)用靈活地提取數(shù)據(jù)數(shù)據(jù),這對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景的實(shí)現(xiàn)、平臺(tái)功能的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。

大量設(shè)備及數(shù)據(jù)的高效運(yùn)維管理

車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)對(duì)業(yè)務(wù)應(yīng)用的穩(wěn)定性、連續(xù)性有高要求,云控平臺(tái)需要對(duì)設(shè)備在線(xiàn)狀態(tài)、數(shù)據(jù)流入流出狀態(tài)進(jìn)行全局監(jiān)控。項(xiàng)目中有的路側(cè)設(shè)備不支持直接上報(bào)狀態(tài),平臺(tái)在設(shè)備及數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)管、系統(tǒng)問(wèn)題排查方面存在困難,平臺(tái)和設(shè)備間需要額外協(xié)商和開(kāi)發(fā)相關(guān)協(xié)議又會(huì)增加兩側(cè)的工作量。

設(shè)備接入安全保障

車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)涉及道路交通信息、車(chē)輛信息甚至交通及車(chē)輛的控制,信息安全至關(guān)重要,設(shè)備接入云控平臺(tái)之前,在保證通道安全的基礎(chǔ)上,云控平臺(tái)也需要通過(guò)設(shè)備秘鑰、證書(shū)、身份認(rèn)證等手段保障系統(tǒng)入口安全。

EMQ 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施助力云控平臺(tái)構(gòu)建

MQTT 在車(chē)路協(xié)同的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

在車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)中,路側(cè)上傳的數(shù)據(jù)以及車(chē)路云交互的 V2X 消息均為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)量通常在 1-5KB 左右,單條數(shù)據(jù)不大,但頻率高、數(shù)量多。多個(gè)不同的系統(tǒng)應(yīng)用可能會(huì)需要按照消息類(lèi)型、路口、設(shè)備、廠商等不同維度對(duì)同一設(shè)備上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行消費(fèi)取用,反向往往也需要按照路口維度將不同 V2X 應(yīng)用消息下發(fā)給多個(gè)設(shè)備。

MQTT 是基于發(fā)布/訂閱模式的物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議,提供靈活的多級(jí)主題定義,支持基于主題的靈活訂閱發(fā)布,報(bào)文結(jié)構(gòu)緊湊且 Payload 格式靈活,提供三種可選的 QoS 等級(jí),提供在線(xiàn)狀態(tài)感知及會(huì)話(huà)保持能力,這些特點(diǎn)能夠很好地滿(mǎn)足車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)需求,為云控基礎(chǔ)平臺(tái)及其應(yīng)用實(shí)現(xiàn)帶來(lái)很多便利。因此,雖然標(biāo)準(zhǔn)層面并未規(guī)定 TCP 之上需要使用 MQTT 協(xié)議,但越來(lái)越多的車(chē)路協(xié)同示范項(xiàng)目以及一些 V2X 開(kāi)源架構(gòu)項(xiàng)目中,MQTT 協(xié)議已經(jīng)成為主要的車(chē)云間、路云間交互協(xié)議。

面向典型車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)的解決方案架構(gòu)

車(chē)路協(xié)同屬于多領(lǐng)域交叉行業(yè),產(chǎn)業(yè)鏈涉及車(chē)路協(xié)同通信模組、路側(cè)及車(chē)端通信設(shè)備、路側(cè)感知設(shè)備、路側(cè)計(jì)算單元設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)、云控平臺(tái)系統(tǒng)以及車(chē)端自動(dòng)駕駛系統(tǒng),項(xiàng)目建設(shè)中也需要產(chǎn)業(yè)鏈各方通力合作。EMQ 可為車(chē)路協(xié)同產(chǎn)業(yè)鏈提供車(chē)路協(xié)同云控基礎(chǔ)平臺(tái)資源連接、數(shù)據(jù)接入層基礎(chǔ)軟件以及數(shù)據(jù)「采集-移動(dòng)-傳遞-對(duì)接」的整體解決方案,基于自研產(chǎn)品為客戶(hù)打造完整的云控物聯(lián)基礎(chǔ)架構(gòu),助力快速構(gòu)建云控平臺(tái)。

EMQ 車(chē)路協(xié)同整體解決方案以基于 MQTT 消息采集和傳遞框架為核心,結(jié)合分布式 MQTT 消息服務(wù)器 EMQX 和創(chuàng)新的流處理數(shù)據(jù)庫(kù) HStreamDB 打造系統(tǒng)數(shù)據(jù)中樞,解決車(chē)路數(shù)據(jù)采集、匯聚、傳遞、計(jì)算、存儲(chǔ)及管理等方面諸多挑戰(zhàn),讓客戶(hù)可基于此架構(gòu)快速構(gòu)建車(chē)路協(xié)同云控平臺(tái)的資源連接層、數(shù)據(jù)處理層,并實(shí)現(xiàn)這兩層與數(shù)據(jù)共享層的銜接。

其中,作為基于 MQTT 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的云原生分布式物聯(lián)網(wǎng)接入平臺(tái),EMQX 為實(shí)現(xiàn)車(chē)路協(xié)同高性能、高可靠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、移動(dòng)、處理和集成提供動(dòng)力:

多協(xié)議設(shè)備接入能力:除了支持 MQTT 3.1/3.1.1/5.0,同時(shí)支持 LwM2M、CoAP、MQTT-SN 或 TCP/UDP 私有協(xié)議接入,支持車(chē)載通信單元通過(guò) MQTT 或 JT-808/GBT-32960 車(chē)聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)協(xié)議接入,能適應(yīng)項(xiàng)目中不同的設(shè)備協(xié)議,實(shí)現(xiàn)全量設(shè)備統(tǒng)一接入。

千萬(wàn)級(jí)并發(fā)連接、百萬(wàn)級(jí)數(shù)據(jù)吞吐、毫秒級(jí)實(shí)時(shí)消息路由:基于高可用、分布式集群架構(gòu),支持百萬(wàn)到億級(jí)海量并發(fā)連接、毫秒級(jí)軟實(shí)時(shí)消息路由、百萬(wàn)級(jí) TPS 數(shù)據(jù)吞吐,滿(mǎn)足城市級(jí)規(guī)模車(chē)路系統(tǒng)在「路側(cè)-云端-車(chē)端」之間的雙向移動(dòng)。

強(qiáng)大規(guī)則引擎實(shí)現(xiàn)接入數(shù)據(jù)預(yù)處理歸一化:提供內(nèi)置的規(guī)則引擎,在接收車(chē)路設(shè)備數(shù)據(jù)后,通過(guò) SQL 語(yǔ)句低代碼形式就可以創(chuàng)建規(guī)則將來(lái)自不同設(shè)備、結(jié)構(gòu)有差異的感知數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)編解碼、篩選、聚合、模板歸一化,再根據(jù)不同應(yīng)用需求,將處理數(shù)據(jù)零代碼、高性能橋接集成到多種消息隊(duì)列及 SQL / NoSQL /時(shí)序列數(shù)據(jù)庫(kù)。

多種接入認(rèn)證保證系統(tǒng)安全:支持 TLS/SSL(包含國(guó)密算法)雙向認(rèn)證、內(nèi)置/外置賬密數(shù)據(jù)庫(kù)源認(rèn)證、一機(jī)一密方案適配,以及擴(kuò)展與第三方 C-V2X CA 認(rèn)證平臺(tái)進(jìn)行認(rèn)證對(duì)接。

支持靈活的消息分發(fā)及管控:通過(guò) MQTT 基于主題的發(fā)布/訂閱模式進(jìn)行消息傳遞,能夠支持車(chē)路數(shù)據(jù)按照類(lèi)型、所屬路口、設(shè)備廠商等多維度進(jìn)行靈活分類(lèi)和路由轉(zhuǎn)發(fā),訪問(wèn)控制機(jī)制能夠?qū)Σ煌K端進(jìn)行信息發(fā)布和訂閱的權(quán)限控制,方便上層應(yīng)用調(diào)用數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)。

提供豐富的 API 供上層應(yīng)用平臺(tái)集成:V2X 消息轉(zhuǎn)發(fā)模塊可以通過(guò)消息發(fā)布、主題訂閱等接口基于 EMQX 強(qiáng)大性能實(shí)現(xiàn) V2X 消息高并發(fā)轉(zhuǎn)發(fā);數(shù)據(jù)監(jiān)控應(yīng)用可通過(guò) API 獲取連接數(shù)、訂閱數(shù)、消息流量監(jiān)控,運(yùn)維管理可通過(guò)上下線(xiàn)消息通知實(shí)時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行情況。

作為首個(gè)專(zhuān)為流數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的「流原生數(shù)據(jù)庫(kù)」,HStreamDB 能夠?qū)?EMQX 輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行高效存儲(chǔ)、管理、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)分析:

輕松支持存儲(chǔ)和管理大規(guī)模的數(shù)據(jù)流,數(shù)據(jù)以流為單位進(jìn)行組織和訪問(wèn),在大量數(shù)據(jù)流并發(fā)讀寫(xiě)的情況下仍然能夠保持穩(wěn)定的讀寫(xiě)延遲。

完整的基于事件時(shí)間的狀態(tài)化處理方案,支持過(guò)濾、轉(zhuǎn)換、聚合以及基于多種時(shí)間窗口的計(jì)算,同時(shí)也支持亂序和晚到消息的特殊處理,保證 V2X 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性。

輕松靈活的數(shù)據(jù)集成,提供了多種常用上下游服務(wù)和數(shù)據(jù)系統(tǒng)對(duì)接,方便用戶(hù)和外部數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行集成開(kāi)發(fā)應(yīng)用。

賦能云控平臺(tái)關(guān)鍵業(yè)務(wù)場(chǎng)景

在典型車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)架構(gòu)中,邊緣計(jì)算單元會(huì)上傳傳感分析結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),主要包括交通參與者感知數(shù)據(jù)、交通流數(shù)據(jù)、交通事件數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)通常為大小在 3-5KB、頻率為 1 或 10Hz 的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

每個(gè)路口的邊緣計(jì)算設(shè)備通過(guò) MQTT 協(xié)議可將數(shù)據(jù)推送到對(duì)應(yīng)路口編號(hào)與設(shè)備編號(hào)所標(biāo)識(shí)的 MQTT Topic,借助 EMQX 高并發(fā)能力以及 MQTT 的訂閱發(fā)布模式,能對(duì)示范區(qū)域內(nèi)各路口的感知數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)接入?yún)R聚。EMQX 強(qiáng)大的內(nèi)置規(guī)則引擎能夠?qū)?shù)據(jù)接入進(jìn)行編解碼、篩選、統(tǒng)一格式等處理,再將數(shù)據(jù)橋接到 HStreamDB 或其他數(shù)據(jù)隊(duì)列、數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)或進(jìn)一步計(jì)算。云控平臺(tái)上層用于系統(tǒng)可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行消費(fèi),并調(diào)用 EMQX 豐富的 API,快速實(shí)現(xiàn)相關(guān)業(yè)務(wù)。

V2X 消息生成和下發(fā)

V2X 消息生成和下發(fā)負(fù)責(zé)將路側(cè)交通情況、交通事件等數(shù)據(jù)與車(chē)輛上報(bào)的基本信息進(jìn)行分析、匹配、下發(fā),借助 5G Uu 空口實(shí)現(xiàn)告警、交通信息、服務(wù)信息向車(chē)端的傳遞推送,也可以先發(fā)送到對(duì)應(yīng)路口 RSU,再由 RSU 在路口區(qū)域內(nèi)廣播發(fā)布。

該模塊可以從 HStreamDB 中實(shí)時(shí)消費(fèi)路側(cè)上傳的交通參與者感知數(shù)據(jù)、交通流數(shù)據(jù)、交通事件數(shù)據(jù),根據(jù) V2X 國(guó)標(biāo)消息格式生成行人位置信息 RSM、擁堵提醒 RSI 消息、事故告警 RSI 等應(yīng)用場(chǎng)景消息,并綜合每個(gè)路口 MAP 地圖消息中的地理信息、事件的位置信息、車(chē)載 OBU 上傳的 BSM 消息中車(chē)輛位置信息進(jìn)行匹配、分析,決策出每個(gè)消息下發(fā)的目標(biāo)。再通過(guò)調(diào)用 EMQX 消息訂閱發(fā)布能力將應(yīng)用場(chǎng)景消息下發(fā)給相應(yīng)的車(chē)載 OBU。OBU 解析消息內(nèi)容,通過(guò)車(chē)上的人機(jī)交互設(shè)備完成信息內(nèi)容的傳遞實(shí)現(xiàn)輔助駕駛,或?qū)鬟f信息內(nèi)容給自動(dòng)駕駛計(jì)算系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)感知輔助。

云控可視化

云控可視化功能通?；陔娮拥貓D或高精度地圖實(shí)現(xiàn)交通元素孿生展示、云控事件告警、大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)看板,該功能模塊可以從 HStreamDB 中實(shí)時(shí)消費(fèi)路側(cè)上傳的交通參與者數(shù)據(jù),疊加在高精度地圖或三維建模環(huán)境中,實(shí)現(xiàn)交通全要素的動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)孿生再現(xiàn);也可以實(shí)時(shí)消費(fèi)各類(lèi)交通事件 RSI 消息,形成交通事件在高精地圖的實(shí)時(shí)告警、應(yīng)用場(chǎng)景在示范區(qū)域的分布情況統(tǒng)計(jì)等;或其從 HStreamDB 或其對(duì)接的其他數(shù)據(jù)庫(kù)中拿取持久化的歷史數(shù)據(jù),用作大數(shù)據(jù)分析,實(shí)現(xiàn)歷史交通流量分析、歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)、軌跡回溯等業(yè)務(wù)。云控模塊還可以調(diào)用 EMQX 豐富的消息吞吐統(tǒng)計(jì) API,輕松實(shí)現(xiàn)云控平臺(tái)上下行消息統(tǒng)計(jì)、不同時(shí)間維度的消息吞吐統(tǒng)計(jì)展示。

另外,客戶(hù)端上下線(xiàn)事件通知、客戶(hù)端詳細(xì)信息查詢(xún) API 等,可以支撐云控平臺(tái)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)管、路側(cè)設(shè)備注冊(cè)管理、車(chē)輛注冊(cè)管理等運(yùn)維管理功能。

在不同項(xiàng)目中,EMQ 的云控基礎(chǔ)設(shè)施解決方案能夠根據(jù)客戶(hù)需求適配物理機(jī)、容器/K8S、私有云、混合云及公有云多種部署方式,與客戶(hù)應(yīng)用系統(tǒng)部署在同一環(huán)境中,幫助客戶(hù)快速實(shí)現(xiàn)不同項(xiàng)目中異廠商設(shè)備數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入、匯聚和移動(dòng),快速搭建高性能、高可靠、多功能的車(chē)路協(xié)同云控平臺(tái)。

賦能未來(lái)「多級(jí)云控、云邊協(xié)同」

未來(lái)的車(chē)路協(xié)同云控平臺(tái)「邏輯協(xié)同、物理分散」的多級(jí)分層架構(gòu),邊緣云在實(shí)現(xiàn)接入路側(cè)及車(chē)端設(shè)備數(shù)據(jù)移動(dòng)的同時(shí),也需要邊緣云與邊緣云之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互以保證應(yīng)用服務(wù)的連續(xù)性,區(qū)域云和中心云需要從邊緣云同步接入或處理生成的關(guān)鍵數(shù)據(jù),這些都對(duì)云控基礎(chǔ)平臺(tái)接入、移動(dòng)能力提出了更高的挑戰(zhàn)。

EMQX 具備靈活的數(shù)據(jù)橋接能力,當(dāng)作為云控基礎(chǔ)平臺(tái)的接入平臺(tái)時(shí),能夠連接部署在其他區(qū)域及云端的其他多個(gè) EMQX 或者其他 MQTT 消息中間件,支持設(shè)定規(guī)則把指定主題的消息轉(zhuǎn)發(fā)至橋接節(jié)點(diǎn),橋接節(jié)點(diǎn)收到消息后在本節(jié)點(diǎn)/集群中轉(zhuǎn)發(fā)該消息。三級(jí)云控往往部署在不同環(huán)境的云資源上,EMQX 支持跨 VPC 部署,提高整個(gè)三級(jí)架構(gòu)的覆蓋能力;支持異構(gòu)節(jié)點(diǎn)橋接,如果其他邊緣云或區(qū)域云采用一些使用其他協(xié)議的消息服務(wù)作為數(shù)據(jù)接入網(wǎng)關(guān),如果有協(xié)議適配器,也可以通過(guò)橋接轉(zhuǎn)發(fā)消息過(guò)去。

在云邊協(xié)同方面,EMQ 提供邊緣流數(shù)據(jù)計(jì)算引擎 eKuiper 以及云邊協(xié)同管理模塊。eKuiper 能夠部署在路側(cè)邊緣計(jì)算單元,對(duì)路側(cè)計(jì)算單元輸出的路側(cè)感知結(jié)果進(jìn)行云端所配置的數(shù)據(jù)聚合、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)篩選數(shù)據(jù)處理規(guī)則,以適應(yīng)不同路口不同的應(yīng)用場(chǎng)景需求。同時(shí)能集成機(jī)器學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)等算法框架,配合云邊管理及影子服務(wù)功能,實(shí)現(xiàn)云端算法向路側(cè)計(jì)算單元的遠(yuǎn)程下發(fā)、異步下發(fā),作為未來(lái)路側(cè)算法升級(jí)及應(yīng)用擴(kuò)展的通道,增強(qiáng)系統(tǒng)的可拓展性。

未來(lái)展望

車(chē)路協(xié)同領(lǐng)域是智慧交通、智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)及智慧城市融合的新型行業(yè)。EMQ 多年來(lái)也在與中國(guó)移動(dòng)等客戶(hù)共同積極探索車(chē)路協(xié)同試點(diǎn)示范的落地。目前,基于面向車(chē)路云一體化云控基礎(chǔ)設(shè)施解決方案已被運(yùn)用到重慶、廈門(mén)等地的國(guó)家級(jí)或地區(qū)級(jí)車(chē)路協(xié)同示范項(xiàng)目中,為車(chē)路協(xié)同云控平臺(tái)提供車(chē)路數(shù)據(jù)采集、匯聚、傳遞、計(jì)算、存儲(chǔ)及管理等方面能力支持。例如重慶兩江協(xié)同創(chuàng)新區(qū)車(chē)路協(xié)同二期項(xiàng)目,EMQ 的車(chē)路協(xié)同解決方案助力中國(guó)移動(dòng)上海產(chǎn)業(yè)研究院實(shí)現(xiàn)了車(chē)-路-云數(shù)據(jù)連接,支撐客戶(hù)構(gòu)建了示范區(qū) 5G 時(shí)空信息車(chē)路協(xié)同服務(wù)平臺(tái)。

未來(lái),EMQ 將和合作伙伴共同探索下一階段車(chē)路協(xié)同技術(shù)架構(gòu)演進(jìn)以及大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。

推動(dòng)流式數(shù)據(jù)庫(kù)在車(chē)路協(xié)同的應(yīng)用

依托「流原生數(shù)據(jù)庫(kù)」HStreamDB 的大規(guī)模數(shù)據(jù)流計(jì)算、存儲(chǔ)及管理能力,逐步試點(diǎn)優(yōu)化目前車(chē)路云控平臺(tái)針對(duì)海量流數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)而采用的多個(gè)分布式組件集成的解決方案,降低云控平臺(tái)業(yè)務(wù)應(yīng)用構(gòu)建難度,提升系統(tǒng)可靠性及運(yùn)維效率。

推動(dòng)「多級(jí)云控、云邊協(xié)同」架構(gòu)的落地及演進(jìn)

「邊緣-區(qū)域-中心」三級(jí)式分層的車(chē)路協(xié)同云控平臺(tái)架構(gòu),是支撐車(chē)路協(xié)同走向大規(guī)模商業(yè)化階段的重要技術(shù)路徑。EMQ 將結(jié)合自身產(chǎn)品云邊協(xié)同布局以及多級(jí)協(xié)同的產(chǎn)品能力,與云控平臺(tái)建設(shè)探索多級(jí)云控平臺(tái)的實(shí)現(xiàn),與路側(cè)邊緣計(jì)算單元提供商共同探索基于云邊協(xié)同的靈活邊緣計(jì)算、算法更新等應(yīng)用場(chǎng)景的打造,推動(dòng)「多級(jí)云控、云邊協(xié)同」架構(gòu)的落地驗(yàn)證及后續(xù)演進(jìn)探索。

探索創(chuàng)新技術(shù)方案

探索 MQTT over QUIC 技術(shù)在車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)的應(yīng)用。QUIC 是下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 HTTP/3 的底層傳輸協(xié)議,致力解決弱網(wǎng)絡(luò)、頻切換、易擁塞等問(wèn)題。EMQ 正積極推進(jìn) MQTT over QUIC 的標(biāo)準(zhǔn)化落地,同時(shí)結(jié)合 5G 網(wǎng)絡(luò)探索實(shí)現(xiàn)車(chē)路協(xié)同所需的全場(chǎng)景低時(shí)延、高可靠傳輸。

促進(jìn)車(chē)與路進(jìn)一步加深協(xié)同

EMQ 產(chǎn)品在路側(cè)設(shè)備與云端互聯(lián)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)車(chē)機(jī)與云端連接兩方面都有豐富服務(wù)和系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)驗(yàn),EMQ 將進(jìn)一步將數(shù)據(jù)連接能力延伸至生態(tài)連接、應(yīng)用連接,協(xié)同車(chē)輛主機(jī)廠、路側(cè)設(shè)備供應(yīng)商、云控平臺(tái)建設(shè)方共同探索車(chē)與路之間更緊密的協(xié)同,形成可落地、有價(jià)值的商業(yè)化應(yīng)用場(chǎng)景。

審核編輯：湯梓紅