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数字通信世界
2021.01
1 车联网与5G
2019年9月，国务院印发《交通强国建设纲要》，明确提出要加强智能网联汽车（智能汽车、自动驾驶、车辆协同）研发，提升城市交通基础设施智能化水平，车联网技术是指通过车路协同来提高提高行车安全、提高交通效率，降低交通拥堵和排放等，国际、国内方面车联网标准的制定进展迅速。目前， 3GPP R16版本已于 2020年7月冻结， R17版本的研究工作也已启动。
5G （Fifth Generation ，第五代移动通信技术）标准包含增强移动宽带、超高可靠和低延迟、大规模机
器通信三大应用场景，相对于4G 标准，5G 在带宽、时延、连接数等多方面的性能都有大幅度提升，可协助车联网在远程环境感知、信息交互和协同控制等关键技术上取得突破。本文主要对基于5G 的车联网组网架构进行研究，并对其从车端、路端、网端、云端四个方面进行阐述，其次对车联网应用进行总结和展望。
2 基于5G 的车联网组网架构
车联网涉及的物理对象和组成要素较多，重点包括人、车、路、网、云 5类物理要素，其中，“人”主要指道路环境参与者和车联网使用者；“车”是车联网的核心要素，未来主要向智能化和网联化方向发展；“路”主要指路侧基础设施，包括红绿灯、摄像头、雷达、 RSU 等；“网”主要指车联网通信网络，实现人车路网云之间互相通信；“云”主要指平台侧，实现海量数据处理，决策下发等功能。本节将从车路网云四个方面进行阐述。
2.1 车端
车端是车联网的核心组成要素，构建车联网架构，车端通过前装或后装OBU （On board Unit ，车载单元）设备实现智能网联，OBU 设备主要功能是实现和其他车辆 OBU 、路侧RSU （Road Side Unit ，路侧单元）、行人和 V2X 平台之间通信。
文献[1]指出智能汽车已成为汽车产业发展的战 略方向，汽车智能化和网联化协同发展已成共识，而自动驾驶是汽车智能化具体呈现之一。根据工业和信息化部公示的《汽车驾驶自动化分级》（报批稿），自动化驾驶主要分为 L0-L5共6级，分类方法基本与 SAE （Society of Automotive Engineers ，美国机动车工程师学会）一致。如表 1所示，目前市面上所售汽车产品搭载的包括车道保持、车道偏离预警、并线辅助、主动刹车、自适应巡航等功能多为2级或以下驾驶辅助 [2]。L3以上级别的自动驾驶开发难度高、周期长，目前还无量产的设备和芯片，因此整体成本高，现阶段大多商业公司正在集中 L3的落地。
表1 汽车驾驶自动化分级
分级SAE 《汽车驾驶自动化分级》（报批稿）
L0无自动驾驶功能应急辅助L1驾驶员辅助部分驾驶辅助L2部分自动驾驶组合驾驶辅助L3有限自动驾驶有条件自动驾驶L4高度自动驾驶高度自动驾驶L5
完全自动驾驶
完全自动驾驶
2.2 路端
路端是实现车联网及智能交通的关键环节，路端建设主要实现的功能有：通过路侧传感器以及车辆发送的数据，对道路通行状况进行感知，数据经MEC （Mobile
基于5G 的车联网组网架构研究
王 静，周丽娜，楚佳盟，刘太龙
（中国通信建设集团设计院有限公司第一分公司，河北 保定 071000）
摘要：主要对基于5G 的车联网组网架构进行研究，主要从车端、路端、网端、云端四个方面进行阐述，最后对车联网应用进行总结及展望。
关键词：5G ；车联网；组网架构doi ：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2021.01.008中图分类号：TN929.53 文献标示码：A 文章编码：1672-7274（2020）01-0019-03
工信部汽车油耗Research on Networking Architecture of Vehicle Networking Based on 5G
WANG Jing, ZHOU Lina, CHU Jiameng, LIU Tailong
(The First Branch of China Communication Construction Group Design Institute Co., Ltd., Baoding 0
71000, China)Abstract :The paper mainly studies the networking architecture of vehicle networking based on 5G. Firstly, the vehicle,
roadside infrastructure, C-V2X and cloud platform have been elaborated. Finally, the application of Internet of Vehicles is summarized and prospected.
Keywords :5G; internet of vehicles; networking architecture
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20DIGITCW
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Edge Computing ，边缘计算）处理后，上传至云端平台或分发给车辆，进而对交通进行一定程度的优化。
构建车联网架构，路端需要新增路侧单元 RSU 、传感器、智慧灯杆等基础设施。其中， RSU 的功能主要是汇集路侧智能设施和道路交通参与者的信息，上传至云平台，并将 V2X 消息广播给道路交通参与者，5G 与C-V2X 联合组网可构建广覆盖与直连通信协同的融合网络，保障智慧交通业务连续性。
根据中国公路学会自动驾驶工作委员会、自动驾驶标准化工作委员会 2019年9月发布的《智能网联道路系统分级定义与解读报告（征求意见稿）》，从交通基础设施系统的信息化、智能化、自动化角度出发，并结合应用场景、混合交通、主动安全系统等情况，可以将交通基础设施系统分为 I0-I5级，分别为无信息化 /无智能化、无自动化；初步数字化 /初步智能化 /初步自动化；部分网联化 /部分智能化/部分自动化；基于交通基础设施的有条件自动驾驶和高度网联化；基于交通基础设施的高度自动驾驶；基于交通基础设施的完全自动化驾驶等。目前，各大企业现阶段预期实现目标支持的自动驾驶均属于I1级范畴。
2.3 网端
目前，车联网通信技术主要分为 DSDR （Dedicated Short Range Communications ，专用短程通信技术）和 C-V2X （Cellular -Vehicle-to-Everything ，基于蜂窝网络的车用无线通信技术），其中， DSDR 技术起源较早，由 IEEE 组织制定，是基于 IEEE802.11P 协议发展的技术，主要用于车辆间的无线通信； C-V2X 由3GPP 组织制定，是基于蜂窝移动通信发展的技术，主要分为 LTE-V2X 以及5G-
V2X 两种，其中 V2X 主要包含 V2I （Vehicle-to-Infrastructure ，车路互联）、 V2N （Vehicle-to -Network ，车网互联）、 V2P （Vehicle-to-Pedestrian ，车人互联）以及 V2V （Vehicle-to-Vehicle ，车车互联）。
根据工信部颁布实施的相关文件，我国将 C-V2X 确立为车联网主要发展的通信技术，并且规定5，905-5，925 MHz 频段作为 LTE-V2X 技术的车联网（智能网联汽车）直连通信的工作频段。
2.4 云端
云端主要是接收来自车辆或基础设施等的信息，并对海量数据进行分析处理进而将方案或决策信息反馈给车辆和基础设施等，以实现交通资源的统一调配。车联网业务具有高并发、高实时、高速移动、数据异构、基础设施共享等特性 [3]，5GAA （5G Automotive Association ）建议根据应用需求的不同，将 V2X 平台分层部署，中国移动将车联网平台分为 V2X 中心平台、
V2X 区域平台和 V2X 边缘平台，中国联通将其分为全局云平台、边缘云平台、路侧云平台等三层架构，通过多层平台架构的部署，可以满足车联网业务多样化的需求。
3 车联网应用案例
3GPP 针对LTE-V2X 技术定义了27种应用场景[4]，如前向碰撞前告知警告、排队警告、自动泊车系统
、 V2N 流量优化灯等，主要可划分为交通安全类应用、交通效率类应用和信息服务类应用等几类；针对5G NR-V2X 技术定义了25种应用场景[5]，主要可划分为车辆编队、扩展传感器、自动驾驶、远程驾驶等几大类。
表2 车联网应用场景分类
分类
应用名称应用场景
协同服务类应用
智慧高速编队行驶
高速专用道路上，将多辆车辆编成队列连接行驶，编队行驶可以降低空气阻力省油，节省人力
基于5G 的远程行驶实时获取车辆的行驶状态和周边交通环境信息，通过指令控制远程的车辆，完成启动、加减速、转向等真实驾驶操作，可以应用于危险品及矿区运输
智慧路口协作通行
主要应用于交叉路口，可实现闯红灯预警、绿波车速引导、协同启动、信号灯配时动态优化和路口车道动态管理等。
交通安全
类应用
协同驾驶与防碰撞
车与车：车辆间信息交互和协同控制，提高行车效率，改善交通安全；车内：实时采集车身网和动力网数据，分析驾驶行为，实现油耗等智能预测；车辆与路侧设备通信：获取道路信息
车道变更警告应用
常用于高速路车道变更场景
高速追尾预警应用
基于车车通信、以前车位置、行驶方向和道路状况等信息作为碰撞报警的决策依据，考虑不同的驾驶员接受度，实时对比警告信息和行驶环境，以此设计不同的警告策略
交通效率类应用
智慧路况监测
可实现道路环境监控、流量分析、基础设施故障监控、智慧执法等
自动代客泊车针对大众停车难、以及停车场管理等诸多痛点问题而设计实现的应用场景
智能导航
实现在不同道路环境中的精准位置服务；结合实时路况信息，为车主合理规避交通拥堵，实现智能导航
信息服务类应用
eCall
利用车载卫星定位系统获取车辆位置，由传感器检测触发自动报警或用户手动报警，在建立语音通话时将车辆位置、行驶方向、车牌等信息自动发送给救援中心
文献[6]将车联网应用场景分为协同服务类应用、交通安全类应用、交通效率类应用、信息服务类应用，
本文参照文献[6]的分类方法，将几种典型应用的应用场景总结如表 2所示，文献[7]认为车联网未来的应用将有两大趋势：一是自动驾驶，二是融入金融等支付属性，如停车场、加油站、充电桩等可以通过车载OBU 完成支付。
4 结束语
车联网的标准制定、研发测试工作正在紧张进行当中，目前共有 46家公司参与并通过了智能网联汽车C-V2X “新四跨”（跨整车、跨终端、跨芯片模组、跨数字安全认证、跨高精地图 /定位）的一致性测试，相信在新基建的建设背景下，车联网应用实现指日可待。
参考文献
[1] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.智能汽车创新发展战略（征求意见稿）[EB].2018.1
[2] 工信部公示《汽车驾驶自动化分级》国家标准（报（下转第
235页）
Experience Exchange
经验交流
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2.2 大数据分析平台
大数据平台的数据获取层包括分布式消息队列Kafka 和传统的FTP 、HTTP 数据，以及支持传统关系数据库数据同步功能的Sqoop 组件，提供获取不同数据源类型数据的功能。
数据计算层，包括离线批处理和流式实时计算框架。在大数据平台上提供多种类型的数据处理能够满足各种场合下对海量数据的处理。对于实时性要求不高可以使用MapReduce 或者基于MapReduce 的HQL 、来处理。对于实时事件流进行不间断的实时处理使用parkStreaming 这样的流式实时计算框架进行处理。数据存储层主要包括HDFS 、Hbase 、Hive 和Redis 。基于API 、Web Service 、FTP 、消息队列等方式对外提供统一数据服务，适配不同场景需求。
2.3 视频监控子系统
视频监控系统采用前端监控设备、分布式存储、远程集中监控、分控智能管理的结构模式，以数字视频调度和管理为核心，为用户提供实时高清的视频和方便易用的业务。对前端视频监控的监控录像数据存储管理。实现所有监控录像数据的远程检索、远程回放、远程下载功能。通过设备巡检功能，实现对网内所有监控设备进行远程巡检，确保设备出现故障时，可第一时间向监控中心通知。
2.4 稽查布控子系统
稽查布控系统用于对公路车辆的行驶情况进行监测。建设公路车辆稽查布控系统，可以实时监控出入卡口的机动车辆，对过往的车辆进行图片抓拍，采集机动车号牌原始数据、机动车辆轮廓原始数据以及司乘人员面部特征的原始数据，记录出、入卡口机动车的信息，包括车辆行驶方向、车牌、时间、车速和图像等信息，并将采集到的数据与后台数据库进行比对处理。为车辆设防、布控，以及驾驶人关联排查等公安业务提供高质量的数据源。在紧急时期可以进行车辆动态布控，不但能够针对被盗抢、肇事逃逸、作案嫌疑、海关监控等“黑名单”车辆进行实时比对报警。而且还可以监测出被盗车辆或罪犯所乘车辆通行公路的时间以及行经路线状况，这为快速侦破案件提供了科学、有效的依据。
2.5 交通信号控制子系统
交通信号控制系统是城市公安交通指挥系统（public security traf fi c command system of city ）的重要基础应用系统，其主要功能是自动协调和控制区域内交通信号灯的配时方案，均衡路网内交通流运
行，使停车次数、延误时间及环境污染等减至最小，充分发挥道路系统的交通同行效率。必要时，可通过指挥中心人工干预，直接控制路口信号机执行指定相位，强制疏导交通。
2.6 非现场违法数据采集
通过电警、卡口、违停、区间测速，定点测速等方式采集道路交通违法行为，通过后端数据处理，生成违法数据，上传到违法处理系统。
3 电子信息化管理的重要作用
电子信息化系统的应用可以带来巨大的经济效益和社会效益，以智慧交警辅助指挥平台系统的运行预估为例，具体表现为：
社会效益栅格化的前端设备布控，扁平化的指挥中心，路网内的车辆有据可查。科技兴警，打造智慧警察，解放警力，能更好的投入到服务工作中。
交通状态提前预警，交通事故迅速到警，交通事件可管、可追、可查。增加了多渠道的宣贯手段，提高了服务内容，规范引导了交通行为。
有效提高公安交通监管水平，提升行业服务水平。良好的交通秩序，树立良好的政府形象。经济效益提前预判并多渠道的发布通道，道路情况早知道。
减少车辆滞留道路时间，降低道路拥堵率，绿出行，节能减排。
立体化的交通管控网络，规范引导了交通参与者的行为，降低事故发生率，减少因事故造成的经济损失。
提高便民出行效率，降低便民行车、出行成本。提高数据的利用效益，提高了数据应用分析水平。
4 结束语
电子信息化管理已深入到国民经济、生活各个领域，开展数字化转型与建设已成为各行各业的共识。电子信息化管理帮助我们将数字技术与实际紧密结合起来，帮助我们打造新型城市，构建新型产业并以飞速发展的态势改变着社会生产生活方式。
参考文献
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（上接第20页）批稿）[EB].观察者网.https ：//baijiahao.baidu/
s?id=1660756974755965899，2020.3.
[3] 中国移动.中国移动车联网V2X 平台白皮书[EB].2019.9.
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[5] 3GPP. 3GPP TR 22.886 Study on enhancement of 3GPP Support for 5G V2X
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[6] 中国信息通信研究院，国泰君安证券股份有限公司.车联网白皮书（C-V2X 分册）[EB].2019.12.
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