大話(huà)中國(guó)C-V2X通訊標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)

一、前言

2017年9月18日，中國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟攜手重慶長(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》，該標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布填補(bǔ)了我國(guó)V2X應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)的空白。

2020年12月31日，中國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟聯(lián)合星云互聯(lián)、重慶長(zhǎng)安汽車(chē)、通用汽車(chē)等單位對(duì)2017年的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了完善，推出《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)（第一階段）T/CSAE 53－2020》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)DAY1）標(biāo)準(zhǔn)代替了T/CSAE 53－2017標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，中國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟也聯(lián)同星云互聯(lián)科技、電信科學(xué)技術(shù)研究院、華為技術(shù)有限公司等單位推出了V2X第二階段標(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)（第二階段）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)DAY2標(biāo)準(zhǔn)），在第一階段標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)之上豐富了應(yīng)用層場(chǎng)景。

北匯信息作為蜂窩車(chē)聯(lián)（C-V2X）工作組成員，2019年進(jìn)入C-V2X市場(chǎng)后，深耕C-V2X測(cè)試領(lǐng)域，已為數(shù)十家企業(yè)交付了成套的C-V2X測(cè)試臺(tái)架及測(cè)試服務(wù)，包括國(guó)內(nèi)多家汽車(chē)整車(chē)廠(chǎng)、零部件企業(yè)以及檢測(cè)機(jī)構(gòu)。

1.1在DAY1標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)合作式智能運(yùn)輸系統(tǒng)車(chē)用通信系統(tǒng)進(jìn)行了描述

合作式智能運(yùn)輸系統(tǒng)車(chē)用通信系統(tǒng)，旨在通過(guò)智能運(yùn)輸系統(tǒng)各子系統(tǒng)之間的信息交互，實(shí)現(xiàn)道路安全、通行效率、信息服務(wù)等各類(lèi)應(yīng)用。為此，不同廠(chǎng)商車(chē)輛之間，以及這些車(chē)輛與其所能到達(dá)的區(qū)域范圍內(nèi)的道路基礎(chǔ)設(shè)施之間，必須實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。

以車(chē)用通訊系統(tǒng)中的車(chē)載單元（OBUOn-Board Unit）為例，車(chē)載設(shè)備通常包括了如下圖所示的子系統(tǒng)：

圖1合作式智能運(yùn)輸系統(tǒng)車(chē)用通信系統(tǒng)車(chē)載設(shè)備構(gòu)成示意圖

• 無(wú)線(xiàn)電通信子系統(tǒng)：接收和發(fā)送空中信號(hào)。一個(gè)車(chē)載設(shè)備里可以裝配一個(gè)或者多個(gè)無(wú)線(xiàn)電通信子系統(tǒng)；
• 定位系統(tǒng)：該子系統(tǒng)通常包含全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS, Global Navigation Satellite System）接收器，用以提供車(chē)輛的位置、方向、速度和時(shí)間等信息。該子系統(tǒng)可以通過(guò)車(chē)速信號(hào)、慣性測(cè)量單元、差分定位系統(tǒng)等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)定位；
• 車(chē)載設(shè)備處理單元：運(yùn)行程序以生成需要發(fā)送的空中信號(hào)，以及處理接收的空中信號(hào)；
• 天線(xiàn)：實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的接收和發(fā)送。

車(chē)載設(shè)備通過(guò)接口與應(yīng)用電子控制單元相連，在應(yīng)用電子控制單元中運(yùn)行程序?qū)崿F(xiàn)車(chē)用通信系統(tǒng)的應(yīng)用，并通過(guò)人機(jī)交互界面（HMI, Human Machine Interface）來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)駕駛員的提醒，包括圖像、聲音、振動(dòng)等方式。

1.2標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)用范圍進(jìn)行了圈定

基于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）指定的通訊系統(tǒng)七層參考模型，及歐美正在制定的車(chē)用通訊系統(tǒng)構(gòu)架，車(chē)用通信系統(tǒng)通?？梢苑譃橄到y(tǒng)應(yīng)用、應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。DAY1標(biāo)準(zhǔn)著重關(guān)注了應(yīng)用層及應(yīng)用層與上下相鄰兩層的數(shù)據(jù)交互接口，如圖2所示。應(yīng)用層協(xié)議主要包括消息集和消息集內(nèi)的數(shù)據(jù)幀與數(shù)據(jù)元素，以及消息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和編碼方式。DAY1標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)對(duì)道路安全、通行效率和信息服務(wù)等基礎(chǔ)應(yīng)用的分析，定義在實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用時(shí)，本車(chē)與其他車(chē)輛、道路交通設(shè)施及其他交通參與者之間的信息交互內(nèi)容、交互協(xié)議與接口等。

圖2標(biāo)準(zhǔn)范圍示意圖

二、車(chē)用通信系統(tǒng)基礎(chǔ)應(yīng)用

2.1 DAY1應(yīng)用場(chǎng)景

DAY1標(biāo)準(zhǔn)選擇了安全、效率、信息服務(wù)三個(gè)方面覆蓋了17個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景，包括前向碰撞預(yù)警、交叉路口碰撞預(yù)警、異常車(chē)輛提醒、綠波車(chē)速引導(dǎo)、前方擁堵提醒、汽車(chē)近場(chǎng)支付等。如表1：

表1 DAY1應(yīng)用列表

DAY1標(biāo)準(zhǔn)在應(yīng)用定義、主要場(chǎng)景、系統(tǒng)基本原理、通信方式、基本性能要求和數(shù)據(jù)交互需求6個(gè)方面對(duì)17個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行定義的同時(shí)，也根據(jù)應(yīng)用對(duì)通信頻率和時(shí)延的不同需求將17個(gè)一期應(yīng)用分為了兩大類(lèi)：

• 一是高時(shí)延（＞100 ms）、低頻率（＜10 Hz）的應(yīng)用，可通過(guò)4G蜂窩通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)；
• 二是低時(shí)延（≤100 ms）、高頻率（≥10 Hz）的應(yīng)用，需要LTE-V2X、DSRC或5G通信技術(shù)的支持才能實(shí)現(xiàn)。

通過(guò)對(duì)比DAY1階段的CSAE53-2017和CSAE53-2020兩個(gè)版本需求，我們不難發(fā)現(xiàn)，相較于CSAE53-2017標(biāo)準(zhǔn)，CSAE53-2020對(duì)定位精度提出了更高要求，如表2所示：

表2一期應(yīng)用按通訊需求分類(lèi)表

除前方擁堵提醒定位精度保持5m、智能汽車(chē)近場(chǎng)支付定位精度取消外，其余應(yīng)用都將定位精度由5m提升到了1.5m，這對(duì)GNSS定位精度提出了更高的要求。

2.2 DAY2應(yīng)用場(chǎng)景

DAY2標(biāo)準(zhǔn)基于DAY1標(biāo)準(zhǔn)，選擇面向安全、效率、信息服務(wù)、交通管理、高級(jí)智能駕駛等領(lǐng)域，定義了12個(gè)典型應(yīng)用，其中包括感知數(shù)據(jù)共享、協(xié)作式變道、協(xié)作式車(chē)輛匯入等應(yīng)用，如表3：

表3 DAY2應(yīng)用列表

DAY2標(biāo)準(zhǔn)也在應(yīng)用定義、預(yù)期效果、主要場(chǎng)景、系統(tǒng)基本原理、通信方式、基本性能要求和數(shù)據(jù)交互需求7個(gè)方面，對(duì)12個(gè)第二階段應(yīng)用場(chǎng)景分別進(jìn)行描述。

對(duì)比DAY1和DAY2標(biāo)準(zhǔn)，我們不難發(fā)現(xiàn)，DAY1標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用場(chǎng)景更多關(guān)注的是單車(chē)在車(chē)路協(xié)同環(huán)境下的預(yù)警功能實(shí)現(xiàn)，而在DAY2階段，更多的場(chǎng)景則聚焦到了車(chē)路協(xié)作、交通控制管理等方面。筆者從場(chǎng)景分類(lèi)維度對(duì)DAY1和DAY2中的場(chǎng)景進(jìn)行了區(qū)分，如表4：

表4中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)V2X通訊應(yīng)用場(chǎng)景

由表4我們可以看到，DAY2標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)盲區(qū)預(yù)警/變道預(yù)警、弱勢(shì)交通參與者碰撞預(yù)警、緊急車(chē)輛提醒三個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行了更為深入的研討。在對(duì)應(yīng)的安全分類(lèi)中加入了感知數(shù)據(jù)共享、協(xié)作式車(chē)輛匯入、協(xié)作式交叉口通行應(yīng)用場(chǎng)景，在效率分類(lèi)中新加入了道路收費(fèi)服務(wù)、動(dòng)態(tài)車(chē)道管理、協(xié)作式車(chē)輛匯入及協(xié)作式交叉口同行場(chǎng)景，在信息服務(wù)分類(lèi)中加入了差分?jǐn)?shù)據(jù)服務(wù)、場(chǎng)站路徑引導(dǎo)服務(wù)、道路收費(fèi)服務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景。同時(shí)也新增加了交通管理及高級(jí)智能駕駛兩個(gè)分類(lèi)，在交通管理分類(lèi)中新增了動(dòng)態(tài)車(chē)道管理及浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用場(chǎng)景，在高級(jí)智能駕駛分類(lèi)新增了協(xié)作式車(chē)輛編隊(duì)管理應(yīng)用場(chǎng)景。

值得關(guān)注的是，DAY2標(biāo)準(zhǔn)更聚焦于“協(xié)作”上，DAY2標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于車(chē)輛的命名由DAY1標(biāo)準(zhǔn)中的HV(Host Vehicle)和RV(Remote Vehicle)變?yōu)榱薊V1(Equipped Vehicle 1)，EV-2（Equipped Vehicle 2），這也意味著標(biāo)準(zhǔn)由DAY1階段的關(guān)注自車(chē)“權(quán)益”轉(zhuǎn)向了DAY2階段的關(guān)注交通參與者的“權(quán)益”，也佐證了筆者DAY2標(biāo)準(zhǔn)更聚焦于“協(xié)作”的觀點(diǎn)。

本文以DAY1中的盲區(qū)預(yù)警/變道預(yù)警場(chǎng)景和DAY2中的協(xié)作式變道場(chǎng)景為例說(shuō)明。

盲區(qū)預(yù)警/變道預(yù)警和協(xié)作式變道兩個(gè)場(chǎng)景共同關(guān)注點(diǎn)及預(yù)期效果都在于兩輛車(chē)之間如何安全的進(jìn)行變道，以消除駕駛盲區(qū)所帶來(lái)的駕駛風(fēng)險(xiǎn)。圖3、4、5分別是DAY1的變道預(yù)警場(chǎng)景和DAY2的協(xié)作式變道場(chǎng)景，展示了一輛車(chē)（盲區(qū)預(yù)警/變道預(yù)警場(chǎng)景中為HV，協(xié)作式變道場(chǎng)景中為EV-1）在行駛過(guò)程中意圖變道，另一輛車(chē)(盲區(qū)預(yù)警/變道預(yù)警場(chǎng)景中為RV，協(xié)作式變道場(chǎng)景中為EV-2)在該過(guò)程中存在安全風(fēng)險(xiǎn)，以期避免風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生的過(guò)程。不同的是盲區(qū)預(yù)警/變道預(yù)警場(chǎng)景的預(yù)期目的是HV駕駛員收到預(yù)警后，能有足夠時(shí)間采取措施，避免與相鄰車(chē)道上的 RV發(fā)生碰撞。而協(xié)作式變道場(chǎng)景的預(yù)期目的則是相關(guān)車(chē)輛（EV-2）接收到 EV-1變道意圖信息，結(jié)合自身行駛狀態(tài)與周?chē)h(huán)境信息做出判斷，采取減速讓道或加速通過(guò)駕駛行為。

圖3 DAY1盲區(qū)預(yù)警/變道預(yù)警場(chǎng)景

圖4 DAY2協(xié)作式變道場(chǎng)景EV-2加速通過(guò)

圖5 DAY2協(xié)作式變道場(chǎng)景EV-2減速讓行

在盲區(qū)預(yù)警/變道預(yù)警場(chǎng)景中關(guān)注的是HV的行駛安全及狀態(tài)，而在協(xié)作式變道場(chǎng)景更多關(guān)注的是協(xié)作車(chē)輛之間的協(xié)作行為。

三、應(yīng)用層交互數(shù)據(jù)集

CSAE應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)遵循“消息集-數(shù)據(jù)幀-數(shù)據(jù)元素”三層嵌套結(jié)構(gòu)規(guī)則對(duì)應(yīng)用層數(shù)據(jù)集進(jìn)行制定；采用了ASN.1抽象語(yǔ)法進(jìn)行定義，實(shí)現(xiàn)了跨平臺(tái)和不同編程語(yǔ)言的兼容；考慮到射頻性能，數(shù)據(jù)集交互的編解碼方式遵循非對(duì)齊壓縮編碼規(guī)則UPER（Unaligned Packet Encoding Rules），有效壓縮空口通信數(shù)據(jù)包的大小。

在DAY1標(biāo)準(zhǔn)中定義了基礎(chǔ)的BSM、SPAT、RSI、MAP、RSM五大類(lèi)消息，如圖6。DAY2在DAY1基礎(chǔ)上對(duì)MAP、RSI消息進(jìn)行了拓展之外，也新提出了PAM、PSM、RSC等新的消息體，如圖7。

圖6 DAY1中的應(yīng)用層交互數(shù)據(jù)集

圖7 DAY2中的應(yīng)用層交互數(shù)據(jù)集

四、總結(jié)

DAY1標(biāo)準(zhǔn)、DAY2標(biāo)準(zhǔn)的推出對(duì)中國(guó)V2X通信標(biāo)準(zhǔn)的建立和深化有著重要意義，對(duì)車(chē)用通信系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景開(kāi)發(fā)、驗(yàn)證及商用起到了極大的推動(dòng)作用。

北匯信息作為蜂窩車(chē)聯(lián)（C-V2X）工作組成員，2020年也參與到了由中國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟、IMT-2020（5G）推進(jìn)組C-V2X工作組、中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)等單位承辦的“C-V2X新四跨暨大規(guī)模先導(dǎo)應(yīng)用示范活動(dòng)“中，如圖8。

圖8北匯信息在“C-V2X新四跨暨大規(guī)模先導(dǎo)應(yīng)用示范活動(dòng)“

北匯信息專(zhuān)注于汽車(chē)電子，深耕C-V2X測(cè)試，提供專(zhuān)業(yè)多元化的C-V2X測(cè)試系統(tǒng)搭建及測(cè)試咨詢(xún)服務(wù)。

本次為大家簡(jiǎn)單介紹了中國(guó)V2X通訊標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)，后續(xù)將會(huì)為大家?guī)?lái)更多的基于C-V2X測(cè)試的相關(guān)內(nèi)容。同時(shí)也歡迎垂詢(xún)和溝通，共同探討。

注：本文圖片素材源于CSAE 53-2017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)、CSAE 53-2020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)（第一階段）、CSAE 157-2020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）