缩写词
3GPP(the 3rd Generation Partnership Project,第三代合作伙伴项目)
CA(Certificate Authority,证书授权)
C-ITS(Cooperative Intelligent Transportation System,协作式智能交通系统)
C-V2X(Cellular-V2X,蜂窝车联网)
D2D(Device to Device,设备到设备)
DSRC(Dedicated Short Range Communications,专用短程通信)
GNSS(Global Navigation Satellite System,全球卫星导航系统)
LTE(Long Term Evolution,长期演进)
LTE-V2X(Long Term Evolution V2X,基于LTE网络的R14版本的V2X)
5G-V2X(the fifth Generation V2X,基于5G网络的R16版本的V2X)
MEC(Multi-access Edge Computing,多接入边缘计算)
MQTT(Message Queuing Telemetry Transport,消息队列遥测传输协议)是一种基于发布/订阅(Publish/Subscribe)模式的轻量级通讯协议,该协议构建于TCP/IP协议上,属于应用层协议。
OBU(On Board Unit) 车载单元
RFID(radio frequency identification,无线射频识别)
RSU(Road Side Unit) 路侧单元
RSS(Road Side Server,路侧服务器)用于信息采集和边缘计算。
SOME/IP(Scalable service-Oriented MiddlewarE over IP)是车载以太网通信协议。
V2I(Vehicle to Infrastructure,车到基础设施 )
V2N(Vehicle to Network,车到网络)
V2P(Vehicle to Pedestrian,车到行人)
V2V(Vehicle to Vehicle,车到车)
V2X(Vehicle to Everything,车联网)
1. 历史背景
汽车行业具有高事故率和交通拥堵等带来等燃油消耗问题,在这种背景下V2X应运而生。
相对普通无线通信,车联网通信具有:节点高速移动,干扰环境复杂,高频度和周期性数据传输,多个车辆节点间并发通信等挑战。
车辆通信经历广播,车载导航和3G/4G信息服务,传感器和导航(ADAS),网联汽车(LTE-V2X),智能网联汽车(NR-V2X)等阶段。
与单车只能相比,V2X技术属于主动安全技术。自动驾驶发展至今基本已经解决了感知,决策和执行等核心问题,但却在真实场景应用上面临极端场景,无法预测的行人等挑战。在自动驾驶测试时,里程数并非唯一指标,场景覆盖性更为重要。
按照公路协会《车路协同自动驾驶发展报告》车路协同自动驾驶阶段划分如下:
阶段1:信息交互协同,系统参与者对信息的采集和融合
阶段2:感知预测决策协同,系统参与者对环境信息的全面采集和驾驶决策层面
阶段3:控制协同,系统参与制对环境信息全面采集,驾驶决策和控制执行全层面,部分场景应用
阶段4:车路一体化,全场景应用
V2X的发展存在两条技术路线,分别为:
1. 以802.11p为基础的DSRC,802.11p以802.11发展来,802.11即无线局域网,典型应用WIFI
2. 以及以蜂窝移动通讯为基础的C-V2X,其又分为LTE-V2X和NU-V2X两个阶段
DSRC即Dedicated Short Range Communications(专用短程通信技术),是以IEEE 802.11p为基础,提供短距离无线传输的技术,车车和车路通信为其主要应用方式。
C-V2X(Cellular-V2X,蜂窝车联网) 该技术在DSRC技术之后推出,目的同样是在车辆之间进行直接无线通信。
C-V2X由3GPP组织定义,基于蜂窝调制解调器技术,其接入层与DSRC有着本质上的不同,完全不兼容。C-V2X中的C是指蜂窝(Cellular),它是基于3G/4G/5G等蜂窝网通信技术演进形成的车用无线通信技术,包含了两种通信接口:一种是车、人、路之间的短距离直接通信接口(PC5),另一种是终端和基站之间的通信接口(Uu),可实现长距离和更大范围的可靠通信。C-V2X是基于3GPP全球统一标准的通信技术,包含LTE-V2X和5G-V2X,从技术演进角度讲,LTE-V2X支持向5G-V2X平滑演进。
C-V2X作为后起之秀,在通信范围、容量、车辆移动速度、抗干扰性等方面的性能,全面优于DSRC。经过对比测试的结果,LTE-V2X在通信距离(无遮拦及有遮拦两种环境)、抗干扰能力等方面的性能是DSRC的2~3倍。
此外,C-V2X还具备未来可支持无人自动驾驶的演进路线优势,也就是NR-V2X,目前NR-V2X标准的制定在 3GPP R16 中发布了。
中国工业与信息化部,已经明确选择了 C-V2X 技术路线,作为车联网(智能网连汽车)的直连通信技术。结合国家政策及产业链生态的发展,C-V2X 技术更适合中国车联网的发展。
2020年FCC决定将原分配给DSRC(IEEE 802.11p)的5.9Ghz频段(5.850~5.925GHz)划拨给
Wi-Fi和C-V2X使用,这标志着美国正式放弃DSRC并转入C-V2X。
性能指标 |
DSRC (IEEE 802.11P) |
LTE-V2X (3GPP R14/R15) |
NR-V2X (3GPP R16) |
频率 |
5805~5925MHz(75MHz) |
5905~5925MHz(20MHz) |
待定 |
时延 |
<100ms |
R14:20ms R15:10ms |
3ms |
可靠性 | 竞争,不支持 |
R14:>90% R15:>95% |
>99.999% |
同步 | 异步系统 | GNSS等同步 | GNSS等同步 |
传输范围 |
100m |
R14:320m R15:500m |
1000m |
传输速率 | 6Mbit/s |
R14:31Mbit/s R15:300Mbit/s |
>400Mbit/s |
2. 应用需求
车联网基本应用需求:道路安全类,交通效率类和信息娱乐类。
道路安全类
从碰撞角度,安全类需求可细分为以下场景:
- 紧急制动预警
- 前向碰撞预警
- 盲区预警/变道预警
- 逆向超车预警
- 交叉路口碰撞预警
- 车辆失控预警
- 左转辅助
这些场景对通信性能的需求为:
数据包50~300byte(触发类1200byte);频率10Hz;时延100ms(碰撞20ms);定位精度1.5m;通讯范围:150~300m;车速250~500km/h
交通效率类
交通效率类覆盖很多,以下为两个典型场景:
- 绿波车速引导
- 紧急车辆提醒
这两类应用对通信性能需求为:频率2~10Hz,延时100~200ms,定位精度1.5~5m,通讯范围150~300m
信息娱乐类
信息娱乐类,典型应用场景为车辆收费服务(ETC),此场景下的性能需求为:通讯频率2Hz,延时500ms,定位精度5m,通讯距离150m
增强应用需求
车联网增强应用需求包括:编队驾驶,半/全自动驾驶,传感器扩展和远程驾驶等。
应用 | 数据包 | 频率 | 延时 | 通信范围 |
车辆编队 | 50~6500byte | 2~50Hz | 10~25ms | 80~350m |
半/全自动驾驶 | 300~12000byte | 10~100Hz | 3~100ms | 360~700m |
传感器扩展 | 1200byte | 3ms | 1000m | |
远程驾驶 | 5ms |
. 性能标准
延伸阅读:
《蜂窝车辆网(C-V2X)》 陈山枝著
工业和信息化部关于印发《车联网(智能网联汽车)直连通信使用5905-5925MHz频段管理规定(暂行)》的通知_部门政务_中国政府网
5GAA:C-V2X和DSRC的性能对比分析报告 – 专知
5G NR-V2X PC5直连通信候选频段和兼容性研究.pdf-原创力文档
C-V2X 技术介绍_yunfan-CSDN博客_c-v2x