人大人科创
张江-硅谷创新创业平台

2018通信领域简报第4期 5G车联网的N种VIP姿势

随着5G的到来,人类对于无线通信能力的认知不得不面临一次重大升级。

这是因为5G不仅极大地提升了传统移动网络的用户速率体验(从Mbps跨进Gbps时代),这意味着终端用户下载一部高清电影只需1s! 更重要的是,5G在新业务接入方面,表现出无可替代的巨大潜能:

单位面积内(km2)可连接的终端数量,从LTE时代的数万级跨越至数百万级

端到端的业务时延从数十毫秒缩减到数毫秒;

这些进步使得无线通信打破了连接数量、连接速率、连接时延的限制,彻底使能人与人、人与物、物与物的全联接,从而也可以更好地使能车联网。

如果把汽车这个工业时代最重要的产物连接到移动网络中,会给我们带来哪些价值呢?根据美国第三方咨询公司Texas Transportation Institute 的预测,汽车行业每年的石油消耗会减少31亿加仑,而根据世界健康组织的预测,每年由交通事故造成的死亡人数也将减少120万。

那么什么是5G车联网的N种VIP姿势呢?

广义地讲,车联网包括四个研究领域:

车辆与网络

V2N(Vehicle to Network)

车辆与车辆

V2V
(Vehicle to Vehicle)

车辆与基础设施

V2I(Vehicle to Infrastructure)

车辆与行人

V2P(Vehicle to Pedestrian)

所以车联网也可以统称为V2X(Vehicle to Everything),为了方便大家记忆,我们这里把车联网的四大领域称为车联网的N种VIP姿势 。

一、车辆与车辆V2V

(Vehicle toVehicle

所谓V2V,即车辆之间的信息交换系统,通过车载传感器等一系列设备,通过无线网络与周围的车辆分享车辆位置、车辆速度等基本信息,让驾驶员对于周围车辆的分布了然于心,在可能发生碰撞时,及时提醒驾驶员,避免交通事故的发生。

典型的V2V应用场景下,除了小于1毫秒的低时延要求,未来车辆与车辆之间还可能存在游戏、4K视频以及海量信息的传递,普通4K视频对网络速率要求达30Mbps以上。 近期华为在中国5G推进组IMT2020组织的最新5G外场测试表明,5G空口时延可做到0.5ms以下,单用户下行峰值速率超过6Gbps,单小区下行峰值速率达到18Gbps,小区最大可连接400万+用户,意味着可同时支持上百路4K视频。


二、车辆与网络V2N

(Vehicle to Network)

远程驾驶技术ToD(Tele-operated Driving)是V2N的一种典型场景,很大可能会成为自动驾驶的早期应用。因为基于远程驾驶技术,操作者可以通过5G网络在远端实现对任意地点车辆的连接和控制,使无人车辆可以工作在环境恶劣、危险的区域,帮助企业提升效率并降低成本。但ToD对网络时延有严苛的要求,端到端时延小于10ms,给当前LTE网络带来极大挑战。

V2N方向另一个被广泛关注的使用场景是车辆编排platooning。用户通过5G网络申请通往指定目的地的最佳车辆编队方案,一旦最佳路线方案被选定,编队控制将收到相关系统请求,得到确认后,用户将驶向并加入车辆编队;当车辆需要离开编队时,需要预先和所在编队协商一致,以上数据交互的时延必须控制在10毫秒以内,才能保证车辆编队不会发生乱序及碰撞。

目前华为已在德国和中国分别完成了车辆编队platooning的外场测试,顺利完成紧密跟车、协同变道、紧急制动等场景。在长途货运服务中,车辆编排的经济效应凸显,不仅可以减少货运公司雇佣额外司机的运营成本,还可以降低油耗(车距越近、风阻越小、油耗节省越明显)。根据实验表明,在车速80公里每小时且车间距4m的platooning队形下,其比传统货运方式可节省15%燃油消耗。在5G网络中,甚至有望将platooning的车间距进一步近到1m,从而节省30%燃油消耗!

三、车辆与基础设施V2I

(Vehicle to Infrastructure)

V2I的应用场景有车辆出入控制、车队管理、信息服务等,并在车辆识别、驾驶员识别、路网与车辆之间信息交互等方面具备优势。目前非联网的车辆通过装配多维度的传感器来实现部分辅助驾驶的功能(ADAS)。然而车辆间传感器只能应对视距,在盲区非视距条件下只能实现有限的环境感知功能,如在十字路口或者急转弯处。与此相比,基于蜂窝网络的V2I(C-V2I)可交换视距范围外的车与基础设施之间的传感器数据。使得自动驾驶控制功能得到优化。

ADAS:Advanced Driver Assistant System「高级驾驶辅助系统」,使利用安装在车上的多维度传感器来感应周围的环境,从而辨识、侦测和追踪周边物体,让驾驶着者察觉到可能发生的危险。

C-V2X:Cellular-V2X「移动蜂窝车联网」,是以蜂窝网络连接为基础的车联网,例如LTE-V2X和5G-V2X。

四、车辆与行人V2P

(Vehicle to Pedestrian)

车辆在V2P场景下的自动防碰撞系统,凭借5G网络小于10ms的时延和99.999%的高可靠性,及时处理来自视频、安全消息和传感器等各种信息交互,可有效地评估事故发生的可能性,统一协商操作策略,启动紧急处置程序,为驾驶人员和全社会带来更多安全保障。

5G提供了高可靠性、低时延的物联网接入平台,使得终端数据成为活数据,源源不断地流向云端的数据控制中心,而数据控制中心的人工智能AI轻松驾驭海量数据,在可控的时间内完成分析与运算,最终提供智能化的建议,人类由此获得更多的可选择的权利。由此可见,未来人类社会的认知和沟通效率将随着5G网络的升级而升级。

华为作为全球领先的移动通信设备供应商,不仅专注于通信设备的研发和制造,同时投身于产业链的拉动与升级,包括这里提到的5G车联网。

截至目前,华为在推动车联网方面的关键进展有:

2016年底德国,华为联合德国航空航天中心进行5G自动驾驶外场测试。测试结果表明,基于5G-V2X技术,在车辆与车辆通信的应用场景中能满足低时延和高可靠性的性能要求,避免车辆碰撞。同时,双方正在启动更为复杂的车辆智能编队应用场景的研究与测试,进一步推动了自动驾驶场景验证的节奏。

2017年6月上海,中国移动、上汽集团和华为,在世界移动大会-上海期间,不仅成功演示远程辅助驾驶ToD(Tele-operatedDriving)应用场景,而且联合签署下一代车联网合作框架协议,快速开发车联网使用场景及基础芯片,共同推动中国车联网标准、政策和法规的制定。

同月,由5GAA主办、华为从办的5G汽车通信技术联盟-产业发展圆桌会议,邀请了来自中国公安部交科所、工信部无线电管理局、工信部信通院的政府领导,以及5GAA主要成员及产业界伙伴,共同探讨移动蜂窝车联网C-V2X全球产业进程。
中国政府对C-V2X从管制和行业标准、频谱发放和产业扶持方面的支持超过预期。5GAA将与IMT2020等中国车联网产业相关的组织加强合作,共同推进产业发展。


5GAA: 5G Automotive Association「5G汽车通信技术联盟」,2016年由奥迪、宝马和戴姆勒联合五家电信通讯公司——爱立信、华为、英特尔、诺基亚、高通共同。。该联盟的目标就是研发下一代智能互联汽车,并推进车内5G通讯标准化技术的落地。