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摘要： 为解决山东省内城市道路交通拥堵，事故频发，车辆智能化程度低等问题，项目团队基于5G-V2X新型通信技术，开发自主知识产权的智慧交通车载及路侧终端设备，开发协议栈及程序应用，实现丰富的智慧交通场景。优化边缘计算能力，提升设备通信速度，搭建云端大数据平台，为智慧城市建设提供科学依据。
Abstract： In order to solve the problems of urban road traffic congestion， frequent accidents and low level of vehicle intelligence in Shandong Province， the project team based on 5G-V2X new communication technology， developed independent intellectual property intelligent vehicle and road side terminal equipment， develop Protocol Stack and program application to realize rich intelligent traffic scene. Optimize the edge computing capacity， enhance the communication speed of equipment， build a cloud-based data technology platform， provide scientific basis for the construction of smart city.
关键词： 车辆智能化;智慧交通;边缘计算
Key words： vehicle intelligence;intelligent transportation;edge calculation
中图分类号：TN965.7+1 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）20-0205-02
国务院印发的《交通强国建设纲要》提出，加强智能网联汽车（智能汽车、自动驾驶、车路协同）研发，形成自主可控完整的产业链。2020年3月，工信部下发《关于推动5G加快发展的通知》，提出促进“5G+车联网”协同发展，推动将车联网纳入国家新型信息基础设施建设工程，促进LTE-V2X规模部署。
车用无线通讯技术V2X（Vehicle to Everything）是将车辆与一切事物相连接的新一代信息通信技术，可实现车车、车路、车人的直连通信，是实现“车-路-云”协同的必备网络架构（图1）。然而，受制于频谱与功率约束，尽管V2X有十分明朗的产业前景，其实际应用一直受到限制。
随着5G技术的到来，V2X与5G技术结合为实现网络无缝覆盖提出了完美的解决方案，可真正实现“车—路—人—云”之间的多维高速信息传输（图2）。如图3所示，在新型交通体系中，路端实现基础设施全民信息化;车端实现交通工具智能化;云端实现智能交通一体化管控。其中，基于5G通讯技术的智能交通通讯（intelligent traffic communication，ITC）模块“5G-V2X ITC模块”是智慧交通狭义产业链中的核心（广义产业链更广泛），是智能网联车辆所需要的各种终端与设备的“大脑”，因此也是实现智慧交通的最为关键环节和技术。
目前，用于V2X通信的主流技术包括专用短程通信（Dedicated Short Range Communication，DSRC）技术和基于蜂窝移动通信系统的C-V2X（CellularVehicletoEverything）技术（包括LTE-V2X和5G-V2X）。专用短程通讯（DSRC）是基于IEEE802.11p底层通信协议与IEEE1609系列标准所构成的技术，采用5.9GHz频段，并具备低传输延迟特性，以提供车用环境中短距离通讯服务。
DSRC技术可以实现在特定小區域内（通常为数十米）对高速运动下的移动目标的识别和双向通信，目前广泛应用于高速公路上的ETC系统，可实现不停车、免取卡，无人值守自动扣费。但基于Wi-Fi技术的DSRC性能存在局限性，难以支持高速移动场景，移动速度一旦提高，DSRC信号就开始骤降、可靠性差、时延抖动较大，所以其主要承载基本交通安全业务，不能满足智慧交通场景下的车车之间、车路之间、车与人之间等复杂的数据通讯需求。
C-V2X技术，是基于蜂窝网通信技术演进形成的车用无线通信技术，其与DSRC技术相比，具备以下优势，C-V2X支持低延时直接通信，无需依赖网络协助。适合高速汽车场景，可以在缺乏卫星导航（GNSS）的情况下工作。基于5G的V2X技术具备更高的传输速度，非常适合用于开发基于智慧交通的车联网应用。
①基于典型应用场景，搭建硬件开发平台。
Promote 5G-V2X ITC模组应用于车载路侧单元总体方案由物理层、传输层、服务层、数据云组成。感知层是Promote 5G-V2X ITC模组应用于车辆和道路的位置感知，行为感知及视觉感知。传输层是将车辆道路数据经边缘计算分类汇总，传输至区域内其他车辆道路和数据云的重要链路。服务层是区域内车辆及道路协同工作，可实现道路交通管制、区域内环境监测、车辆违章抓拍等功能。数据云是将物理层车辆行驶数据，道路环境数据汇总进行大数据分析。 ②設计软件架构，开发车联网应用。
以硬件平台为基础，搭建由集成应用层、设备管理接口层、协议层、内核层、驱动层五个层级组成的软件架构（图4）。通过应用层服务功能调用设备管理层接口，实现协议层的数据解析、驱动调用及外设操作控制。通过设备管理接口实现对设备驱动程序和协议解析的封装以及访问底层设备、设备驱动升级、更替。面向涵盖安全、效率和信息服务等方面车联网基础功能，开发涵盖前向碰撞预警等17个具体情境的车联网应用服务，全面覆盖智慧交通典型应用场景。
③推进成果转化应用，赋能行业转型升级。
整合产业、学校、科研院所三方优势资源，吸引智慧交通领域头部企业、高校、科研单位共同组建智能网联车辆协同创新中心。探索建立基础研究、技术攻关、成果转化和人才支撑的创新生态体系，推动生产要素在企业、院校中流动，促进高校教师和企业工程技术人员双跨双引，集聚产业高端人才，提升技术创新孵化能力。切实提升山东省主要城市的5G车联网应用技术水平，探索在特定路段特定场景实现无人驾驶，推广智慧交通云端信息服务平台。
通过在封闭道路实现测试，结果表明基于5G-V2X技术可以有效提升通讯速度，以此开发的智能驾驶实时控制系统可以实现人、车、路面环境等数学模型的快速解算，该系统的运算周期最快可到25us，有效提升了系统响应速度。项目团队根据中国汽车工程学会标准《合作式智能运输系统车用通信系统应用层及应用数据交互标准》不断丰富车联网应用，开发面向道路安全服务、紧急车辆让行、自动停车系统、自动跟车服务等方面的近20个车联网应用服务，可以提升城市交通的智慧化水平，有效解决了城市交通拥堵、交通事故频发的问题，具有广阔的推广和应用价值。
参考文献：
[1]缪立新，王发平.V2X车联网关键技术研究及应用综述[J].汽车工程学报，2020（1）：1-12.
[2]肖海林，吴彬，张中山.C-V2X下车载安全数据两阶段组播的中继选择与功耗分析[J].电子学报，2019（11）：2248-2255.
[3]刘宗巍，匡旭，赵福全.V2X关键技术应用与发展综述[J].电讯技术，2019（1）：117-124.
[4]贾世准，麦松涛，李冬，等.智能网联汽车软件安全测试关键技术研究[J].信息安全研究，2018（11）：1025-1028.
[5]Sroka Pawel，Lister David， Marsch Patrick，et al.3GPP C-V2X and IEEE 802.11p for Vehicle-to-Vehicle communications in highway platooning scenarios[J].Ad hoc networks，2018，74（May）.17-29.
Abstract： In order to solve the problems of urban road traffic congestion， frequent accidents and low level of vehicle intelligence in Shandong Province， the project team based on 5G-V2X new communication technology， developed independent intellectual property intelligent vehicle and road side terminal equipment， develop Protocol Stack and program application to realize rich intelligent traffic scene. Optimize the edge computing capacity， enhance the communication speed of equipment， build a cloud-based data technology platform， provide scientific basis for the construction of smart city.
关键词： 车辆智能化;智慧交通;边缘计算
Key words： vehicle intelligence;intelligent transportation;edge calculation
中图分类号：TN965.7+1 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）20-0205-02
国务院印发的《交通强国建设纲要》提出，加强智能网联汽车（智能汽车、自动驾驶、车路协同）研发，形成自主可控完整的产业链。2020年3月，工信部下发《关于推动5G加快发展的通知》，提出促进“5G+车联网”协同发展，推动将车联网纳入国家新型信息基础设施建设工程，促进LTE-V2X规模部署。
车用无线通讯技术V2X（Vehicle to Everything）是将车辆与一切事物相连接的新一代信息通信技术，可实现车车、车路、车人的直连通信，是实现“车-路-云”协同的必备网络架构（图1）。然而，受制于频谱与功率约束，尽管V2X有十分明朗的产业前景，其实际应用一直受到限制。
随着5G技术的到来，V2X与5G技术结合为实现网络无缝覆盖提出了完美的解决方案，可真正实现“车—路—人—云”之间的多维高速信息传输（图2）。如图3所示，在新型交通体系中，路端实现基础设施全民信息化;车端实现交通工具智能化;云端实现智能交通一体化管控。其中，基于5G通讯技术的智能交通通讯（intelligent traffic communication，ITC）模块“5G-V2X ITC模块”是智慧交通狭义产业链中的核心（广义产业链更广泛），是智能网联车辆所需要的各种终端与设备的“大脑”，因此也是实现智慧交通的最为关键环节和技术。
目前，用于V2X通信的主流技术包括专用短程通信（Dedicated Short Range Communication，DSRC）技术和基于蜂窝移动通信系统的C-V2X（CellularVehicletoEverything）技术（包括LTE-V2X和5G-V2X）。专用短程通讯（DSRC）是基于IEEE802.11p底层通信协议与IEEE1609系列标准所构成的技术，采用5.9GHz频段，并具备低传输延迟特性，以提供车用环境中短距离通讯服务。
DSRC技术可以实现在特定小區域内（通常为数十米）对高速运动下的移动目标的识别和双向通信，目前广泛应用于高速公路上的ETC系统，可实现不停车、免取卡，无人值守自动扣费。但基于Wi-Fi技术的DSRC性能存在局限性，难以支持高速移动场景，移动速度一旦提高，DSRC信号就开始骤降、可靠性差、时延抖动较大，所以其主要承载基本交通安全业务，不能满足智慧交通场景下的车车之间、车路之间、车与人之间等复杂的数据通讯需求。
C-V2X技术，是基于蜂窝网通信技术演进形成的车用无线通信技术，其与DSRC技术相比，具备以下优势，C-V2X支持低延时直接通信，无需依赖网络协助。适合高速汽车场景，可以在缺乏卫星导航（GNSS）的情况下工作。基于5G的V2X技术具备更高的传输速度，非常适合用于开发基于智慧交通的车联网应用。
①基于典型应用场景，搭建硬件开发平台。
Promote 5G-V2X ITC模组应用于车载路侧单元总体方案由物理层、传输层、服务层、数据云组成。感知层是Promote 5G-V2X ITC模组应用于车辆和道路的位置感知，行为感知及视觉感知。传输层是将车辆道路数据经边缘计算分类汇总，传输至区域内其他车辆道路和数据云的重要链路。服务层是区域内车辆及道路协同工作，可实现道路交通管制、区域内环境监测、车辆违章抓拍等功能。数据云是将物理层车辆行驶数据，道路环境数据汇总进行大数据分析。 ②設计软件架构，开发车联网应用。
以硬件平台为基础，搭建由集成应用层、设备管理接口层、协议层、内核层、驱动层五个层级组成的软件架构（图4）。通过应用层服务功能调用设备管理层接口，实现协议层的数据解析、驱动调用及外设操作控制。通过设备管理接口实现对设备驱动程序和协议解析的封装以及访问底层设备、设备驱动升级、更替。面向涵盖安全、效率和信息服务等方面车联网基础功能，开发涵盖前向碰撞预警等17个具体情境的车联网应用服务，全面覆盖智慧交通典型应用场景。
③推进成果转化应用，赋能行业转型升级。
整合产业、学校、科研院所三方优势资源，吸引智慧交通领域头部企业、高校、科研单位共同组建智能网联车辆协同创新中心。探索建立基础研究、技术攻关、成果转化和人才支撑的创新生态体系，推动生产要素在企业、院校中流动，促进高校教师和企业工程技术人员双跨双引，集聚产业高端人才，提升技术创新孵化能力。切实提升山东省主要城市的5G车联网应用技术水平，探索在特定路段特定场景实现无人驾驶，推广智慧交通云端信息服务平台。
通过在封闭道路实现测试，结果表明基于5G-V2X技术可以有效提升通讯速度，以此开发的智能驾驶实时控制系统可以实现人、车、路面环境等数学模型的快速解算，该系统的运算周期最快可到25us，有效提升了系统响应速度。项目团队根据中国汽车工程学会标准《合作式智能运输系统车用通信系统应用层及应用数据交互标准》不断丰富车联网应用，开发面向道路安全服务、紧急车辆让行、自动停车系统、自动跟车服务等方面的近20个车联网应用服务，可以提升城市交通的智慧化水平，有效解决了城市交通拥堵、交通事故频发的问题，具有广阔的推广和应用价值。
参考文献：
[1]缪立新，王发平.V2X车联网关键技术研究及应用综述[J].汽车工程学报，2020（1）：1-12.
[2]肖海林，吴彬，张中山.C-V2X下车载安全数据两阶段组播的中继选择与功耗分析[J].电子学报，2019（11）：2248-2255.
[3]刘宗巍，匡旭，赵福全.V2X关键技术应用与发展综述[J].电讯技术，2019（1）：117-124.
[4]贾世准，麦松涛，李冬，等.智能网联汽车软件安全测试关键技术研究[J].信息安全研究，2018（11）：1025-1028.
[5]Sroka Pawel，Lister David， Marsch Patrick，et al.3GPP C-V2X and IEEE 802.11p for Vehicle-to-Vehicle communications in highway platooning scenarios[J].Ad hoc networks，2018，74（May）.17-29.