5G 使 AV 成為車輪上的數(shù)據(jù)中心

無人駕駛、自主交通是這十年的宏偉夢想。要使這個(gè)夢想成為現(xiàn)實(shí)，需要獨(dú)特的技術(shù)組合來克服自動(dòng)駕駛的首要挑戰(zhàn)。

完美匹配的追求

自動(dòng)駕駛汽車 (AV) 需要實(shí)時(shí)處理前所未有的大量信息。例如，為避免碰撞、檢測障礙物和行人并通知空閑停車位，必須在車輛、城市基礎(chǔ)設(shè)施（例如交通信號燈、公共安全系統(tǒng)）、霧/云服務(wù)提供商之間交換大量元數(shù)據(jù)，甚至汽車制造商。根據(jù) Intel ?的說法，每天必須為一輛這樣的車輛處理 3.9TB（太字節(jié)）的數(shù)據(jù)。這相當(dāng)于 2,666 名互聯(lián)網(wǎng)用戶每天的數(shù)據(jù)使用量。超聲波、雷達(dá)、全球定位系統(tǒng)、攝像頭和信息娛樂系統(tǒng)等汽車部件都加劇了這一數(shù)據(jù)激增。

電氣和電子工程師協(xié)會(huì)和美國交通部是為車輛（車對車 [V2V]）、車對基礎(chǔ)設(shè)施 (V2I)、車對網(wǎng)絡(luò) (V2N)、車對行人 (V2P)——統(tǒng)稱為車對一切 (V2X)。

但是，僅有 V2X 標(biāo)準(zhǔn)是不夠的。為了讓車輛在不破壞道路安全的情況下實(shí)時(shí)做出復(fù)雜、自主的決策，V2X 系統(tǒng)必須與移動(dòng)通信生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)，其速度和數(shù)據(jù)處理能力可以與人類的反應(yīng)相匹配。近年來報(bào)道的涉及自動(dòng)駕駛道路測試的事故強(qiáng)調(diào)了這一要求。在第三代合作伙伴計(jì)劃 (3GPP) 無線標(biāo)準(zhǔn)中，5G 旨在滿足這些要求。

5G 如何適應(yīng) V2X 用例？

AV 的共同前提是它們不斷感知觀察到的環(huán)境以實(shí)時(shí)選擇它們的駕駛軌跡。在帶寬受限的無線電環(huán)境中，它們必須應(yīng)對高水平的噪聲和干擾以及外部實(shí)體的高度動(dòng)態(tài)配置。要支持 V2X 用例，高數(shù)據(jù)吞吐量是不夠的。網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施還必須支持跨不同通信范圍的低延遲、高可靠性網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)安全。

最終可能導(dǎo)致完全連接的自動(dòng)駕駛車輛的常見 V2X 用例包括：

合作意識（例如，緊急車輛警告）；

協(xié)作傳感（交換原始傳感器數(shù)據(jù)）；

協(xié)作機(jī)動(dòng)（協(xié)調(diào)車輛之間的軌跡以進(jìn)行變道、列隊(duì)行駛、交叉路口控制等）；

弱勢道路使用者——即行人、騎自行車者等的通知；和

道路交通效率（路線、地圖等的動(dòng)態(tài)更新）。

為了支持這些用例，可能需要不止一種無線技術(shù)。例如，對于設(shè)備（V2V、V2I 和 V2P）之間的短距離直接通信，調(diào)度不依賴于網(wǎng)絡(luò)。3GPP Release 12/13 LTE Proximity Services設(shè)備到設(shè)備接口可用于以超低延遲在相鄰車輛之間可靠地傳輸大量數(shù)據(jù)。在設(shè)備到網(wǎng)絡(luò) (V2N) 通信的情況下，傳統(tǒng)的蜂窩云服務(wù)是必需的，而 5G 新空口技術(shù)是實(shí)現(xiàn)其承諾的合適選擇。

連接性和性能

擴(kuò)展數(shù)據(jù)和設(shè)備是自動(dòng)駕駛時(shí)代的首要挑戰(zhàn)。與4G/LTE相比，5G單位面積帶寬增加1000倍，流量增加10000倍，單位面積連接設(shè)備數(shù)量增加100倍。使用毫米波頻段的 5G 小型基站技術(shù)具有更高的頻譜效率，這對于帶寬受限的 V2X 環(huán)境來說是一大優(yōu)勢。

可靠性

5G 承諾超低延遲（>1 毫秒），滿足關(guān)鍵任務(wù) V2X 用例的可靠性預(yù)期。相對而言，無線數(shù)據(jù)更容易被攔截，也更容易受到中間人攻擊。5G 有望通過包括相互身份驗(yàn)證、本地安全元素、傳輸層安全、99.999% 的可用性以及 5G 電子設(shè)備的無線固件更新來提高安全性。

網(wǎng)絡(luò)切片

就像虛擬化硬件平臺上的虛擬機(jī)一樣，5G 的網(wǎng)絡(luò)切片功能可以通過同一基礎(chǔ)設(shè)施支持來自不同供應(yīng)商的不同類別的汽車服務(wù)。例如，它將允許電信運(yùn)營商、道路運(yùn)營商和汽車制造商通過通用 5G 基礎(chǔ)設(shè)施為車輛及其乘客提供不同的服務(wù)。

5G V2X 的要求和設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

為了連接車輛和后端基礎(chǔ)設(shè)施，5G V2X 應(yīng)用需要對通信系統(tǒng)提出新的設(shè)計(jì)要求。5G V2X 規(guī)范是3GPP 第 16 版的一部分。

3GPP 和 5G 汽車協(xié)會(huì)等行業(yè)論壇已經(jīng)確定了 5G V2X 系統(tǒng)在延遲、可靠性和數(shù)據(jù)速率方面的用例特定性能要求。3GPP 確定了以下五類 5G V2X 要求。

一般方面：適用于所有 V2X 場景的互通、通信相關(guān)要求

Vehicles platooning：車輛以極小的距離一起行駛

高級駕駛：半自動(dòng)或全自動(dòng)駕駛

擴(kuò)展傳感器：所有支持 V2X 的設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)元素的信息交換

遠(yuǎn)程駕駛：操作員遠(yuǎn)程控制駕駛（例如，在危險(xiǎn)環(huán)境中）

請務(wù)必注意，5G V2X 系統(tǒng)的要求取決于用例場景（圖 1）。與緊急情況下的合作機(jī)動(dòng)相比，典型的車道變更需要的延遲/延遲和可靠性要求要低得多。

圖 1：圖中顯示了 3GPP 指南中定義的 5G 延遲和數(shù)據(jù)速率 V2X 要求。這些要求正在根據(jù)汽車原始設(shè)備制造商的意見進(jìn)行微調(diào)。（來源：5G/V2X/arxiv.org 的用例、要求和設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)）

結(jié)論

AV 本質(zhì)上是車輪上的數(shù)據(jù)中心；他們嚴(yán)重依賴邊緣計(jì)算能力。要通過先進(jìn)的 Wi-Fi 連接傳輸一周的自動(dòng)駕駛汽車數(shù)據(jù)，今天需要 230 天。因此，針對新無線電和天線架構(gòu)的產(chǎn)品和專用集成電路處理技術(shù)的顛覆性創(chuàng)新對于支持 5G V2X 至關(guān)重要。

Sravani Bhattacharjee 擔(dān)任數(shù)據(jù)通信技術(shù)專家已有 20 多年。她是《實(shí)用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)安全》一書的作者，這是第一本關(guān)于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)安全的書籍。直到 2014 年，作為思科的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者，Sravani 領(lǐng)導(dǎo)了多個(gè)企業(yè)云/數(shù)據(jù)中心解決方案的架構(gòu)規(guī)劃和產(chǎn)品路線圖。作為 Irecamedia.com 的負(fù)責(zé)人，Sravani 目前與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新者合作，通過制作各種編輯和技術(shù)營銷內(nèi)容來推動(dòng)意識和業(yè)務(wù)決策。Sravani 擁有電子工程碩士學(xué)位。她是 IEEE 物聯(lián)網(wǎng)分會(huì)的成員、作家和演講者。

審核編輯黃宇