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未来5G车联网发展的两大典型趋势

随着中国5G商用时代到来，5G应用涉及到的行业领域和范畴越来越广，其中最典型的行业应用便是车联网领域 。本文将探讨5G车联网到底能让汽车消费者享受到哪些创新业务 。
5G车联网业务演进整体趋势
车联网最初主要提供的是信息娱乐类服务 。而C-V2X车联网标准已经完成Rel-14 LTE-V2X和Rel-15 LTE-eV2X制定，目前正在进行5G NR Rel-16制定和Rel-17规划 。其中LTE-V2X和LTE-eV2X主要聚焦于安全类和效率类业务 。5G NR-V2X主要聚焦在自动驾驶类业务 。
预测未来5G车联网将提供组合的业务模式，即基于5G Uu信息娱乐服务类业务和全局交通效率类业务+基于LTE-V2X安全出行类业务和局部交通效率类业务+5G NR-V2X自动驾驶类业务 。未来5G车联网有两大典型趋势：一是将赋能自动驾驶，二是将融入支付等金融属性 。
未来5G车联网发展的两大典型趋势
文章插图
目前，各地车联网的试点示范和先导区项目建设主要聚焦验证测试基于LTE-V2X的安全类和效率类业务 。而随着运营商5G网络建设速度加快，基于5G网络的创新车联网信息娱乐服务类业务也在验证中 。
随着5G NR Rel-16版本固化，2020年业界将推出5G NR-V2X芯片及模组产品 。2020年下半年或2021年上半年，在明确5G NR-V2X频谱资源的前提下，业界可以开展基于5G NR-V2X的自动驾驶类业务测试验证工作 。
基于5G Uu信息娱乐服务类业务和全局交通效率类业务
当前阶段运营商建设的5G网络可以提供比4G网络更大的传输带宽，因此汽车消费者在5G时代享受的信息娱乐类业务相比较于2G/3G/4G时代将更加丰富 。
传统的信息娱乐服务类业务主要指车载信息娱乐系统业务，OTA（Over-the-Air）业务，支付类、保险类、融资租赁等金融类业务以及车队管理、新能源车管理等行业应用业务 。
其中，车载信息娱乐系统（In-Vehicle Infotainment，简称IVI）多功能集成具体体现在信息娱乐、导航定位、通信网络、消费安全等方面 。信息娱乐主要包含收音机、音频播放、视频播放、电子相册等；导航定位主要包含同步精准定位、同步语音导航、地图精准导航等；通信网络主要包含2G/3G/4G、Wi-Fi、蓝牙等；消费安全主要包含监控防盗、呼叫服务、道路救援、远程诊断、辅助驾驶、行程安全等 。
OTA业务是远程无线升级技术，主要用于缺陷修复、新功能推送以及交互界面优化等方面 。
金融类业务涵盖支付类、保险类、融资租赁等 。具体来看，停车位、加油站、充电桩、4S店、收费站、服务区、媒体下载等典型场景涉及支付服务；基于驾驶行为的UBI（Usage-Based Insurance/User-Behavior Insurance）保险业务在欧美很普及；融资租赁主要指以租代购的汽车融资租赁服务 。
车队管理业务可以实现车队的量化考核（统计排名等）、安全用车（驾驶评分、车辆健康评估、安全告警等）、效率提升（评估车辆和司机工作量等）、成本透明（里程油耗监控等） 。新能源车管理可以实现车辆监控（整车监控、电池监控、电机监控）、业务管理（车辆管理、电子围栏、远程升级）、统计分析（在网统计、行程统计、驾驶行为分析、报警统计、故障统计、电池极差分析、充电统计、能耗分析）等 。
5G将丰富车联网信息娱乐类业务，例如车载高清视频实时监控、AR（增强现实技术）导航、车载VR视频通话、动态实时高精地图、车辆和驾驶实时监控等 。
5G车载高清视频实时监控可以实现全车多路全高清制式视频实时监控，图像清晰、流畅、无卡顿，解决4G网络造成的视频传输慢、画面模糊、多路视频无法同步调阅等难题 。对于公交车辆的管理，系统还可以将高清视频实时传输到云端后台，后台可利用高清视频数据实时智能分析驾驶员操作行为，及时有效地对驾驶员进行规范教育，从而降低安全风险 。相关管理部门能及时进行运营调度及综合治安预判，创造一个全方位、高效、高质的管控平台 。
AR导航对于消费者最大的变化就是“直观性” 。从驾驶员视角看，导航信息与车道线进行融合 。增强现实技术在真实的路况信息中实时出现虚拟指向箭头，可以更直观地为用户指明驾驶路线 。AR导航会先用摄像头把前方道路的真实场景实时捕捉下来，再结合当前的定位、地图信息以及场景进行融合计算，在人眼可见的真实道路上生成虚拟指引信息 。
车载VR视频通话能让通话者之间进行“全息”通话，即让自己沉浸在对方的环境中 。例如，让在车内打电话的人能听到对方海的声音并看到海滩场景，而在海滩上的人可以听到和看到车内和车外的各种情况 。
5G也将实现动态实时高精地图 。自动驾驶时代所需要的高精地图数据可以划分为4类：永久静态数据（更新频率为1个月）、半永久静态数据（频率为1小时）、半动态数据（频率为1分钟）、动态数据（频率为1秒） 。5G和边缘计算相结合可以为高精地图的快速实时发布提供更好的通道 。
5G也将实现车辆和驾驶实时监控 。未来无人驾驶车辆需要通过网络实时传输汽车导航信息、位置信息以及汽车各个传感器的数据到云端或其他车辆终端 。每辆车每秒数据量可达1GB，以便实时掌握车辆运行状态和驾驶行为状态 。现有4G网络无法满足这样的要求，需要5G网络支撑 。
另外，基于5G蜂窝网络，交通系统可以拥有全面、全量、实时的多源大数据，从而助力实现全局交通优化 。根据出行车辆的需求，基于地图信息、历史信息、车辆实时状态、驾驶人行为信息、交通基础设施信息、路网交通状态信息、综合感知信息等，车辆驾驶人可以预测交通运输系统状况，计算出行车辆行驶策略 。交通系统管理部门可以通过全局智能算法对全城大规模信号灯实现精细化控制，为机动车、非机动车、行人各方动态分配交通道路资源，保证全局最优交通效率，并以数据流预测车流和人流，精准预知交通拥堵并防患于未然 。通过5G网络，交通系统可以为出行车辆提供准确、实时、高效的出行路径规划和行驶速度、行驶车道引导，并提供路况信息提醒等多元信息服务 。
基于LTE-V2X安全出行类业务和局部交通效率类业务
3GPP已经发布了对LTE-V2X定义的27种（3GPP TR 22.885）应用场景，主要实现辅助驾驶功能，比如主动安全（例如碰撞预警、紧急刹车等）、交通效率（例如车速引导）、信息服务等 。3GPP整合各种典型用例对LTE-V2X提出了有效范围、移动速度、最大时延、传输成功率等技术要求 。
中国汽车标准委员会T/CSAE 53-2017应用列表定义了17种典型车联网应用层标准，其中包含12种安全类业务、4类效率类业务、1类近场支付信息服务（目前在修订标准中的相关性能指标，而基本功能保持不变） 。
除此之外，IMT-2020（5G）推进组C-V2X工作组发布的《C-V2X业务演进白皮书》还探讨了很多增强安全类和效率类业务 。
安全类的车辆汇入汇出：适用于高速公路、快速路等路段的开放道路入口汇入场景——在保证安全的前提下，通过选择合理的汇入时间、汇入位置和汇入速度，减少汇入车辆对主线车流的影响，提高高速公路及快速路的匝道处通行效率 。有路侧RSU的情况下，RSU广播汇入指令，引导两侧车流通行，车辆接收到汇入指令后按指令要求通行；或者路侧单元广播路侧的感知信息，车辆接收到信息后，更新本地动态地图，自行决策进行汇入汇出 。在无路侧RSU的情况下，车辆可以通过车车通信互相传递信息，由车载单元自行计算汇入策略并广播汇入指令 。
效率类的高速公路专用道柔性管理：在高速公路为紧急车辆设置专用车道，紧急车辆在专用道行驶时，通过RSU广播其状态及出清距离社会车辆收到紧急车辆消息后，若判断自身位于紧急车辆的出清距离内，则离开专用道 。通过对社会车辆的避让管理产生动态的专用道，以改善紧急车辆的行程时间 。在城市交叉路口，可以通过控制车辆、控制信号配时、控制车道3种方式实现交通效率的提升 。
效率类的局部路段引导：在某一路段或某一特定场景为车辆提供精细化的速度和行驶车道引导 。路侧RSU和MEC可以获得更细粒度、更实时的交通流数据 。基于路侧RSU和MEC的局部路段引导服务可以做到更精准，比如车道级引导、基于红绿灯信息的车速引导等 。电动汽车动态路径规划和充电路径规划——在电动汽车（EV）出行时，考虑电池电量、出发点和目的地位置、充电站（CS）信息、交通路况信息，为电动汽车出行路线、充电行驶路线做出规划以及动态调整 。
目前正在拟制的《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第二阶段》提出面向安全、效率、信息服务、交通管理、高级智能驾驶等领域的13个典型应用作为二期应用 。当然国标第二阶段推出的不再只是基于LTE-V2X的广播模式业务，还囊括了基于5G NR-V2X的广播、组播和单播模式业务 。
5G NR-V2X自动驾驶类业务
5G NR-V2X将主要实现3GPP TR 22.886定义的自动驾驶功能，包含车辆编队、高级驾驶、扩展传感器、远程驾驶四大类功能，加上基础功能，共25种应用场景 。
整合各种典型用例，3GPP对5G NR-V2X提出了有效通信距离、最大时延、传输成功率、传输速率等技术要求 。
【未来5G车联网发展的两大典型趋势】 车辆编队：由人工驾驶或自动驾驶的头车带领，其后由若干自动驾驶车辆组成，呈一个队列的行驶形态前进，车队成员保持几米甚至几十厘米车距以及稳定的车速，在有序行驶的状态下巡航 。编队中后车通过车车实时连接，根据头车操作而变化驾驶策略，头车做出刹车指令后，通过V2V实现前后车之间瞬时反应，后车甚至可以在前车开始减速前就自动启动制动，从而实现后车跟随式自动驾驶 。如图2所示，如果按照卡车1米车距的编队要求，在时速80千米/小时的情况下，车辆处理时间需要10ms，制动感应需要30ms，那么网络延时必须小于5ms 。
车辆编队系统需要实现车辆编队的过程管理和数据通信，包括创建车队、加入车队、编队巡航、离开车队、解散车队等在内的状态切换 。数据显示，编队行驶时，车辆的油耗可以降低7.25%，后车油耗可降低10% 。2019年，自动驾驶卡车依次完成了跟车起步、低速ACC、拥堵模式、高速ACC、自主超车、社会车辆cut-in后的AEB、两车编队行驶等功能 。从长远看，编队行驶能减少运输企业对司机的需求，降低驾驶员的劳动强度，减小车队行驶中的风阻，并且降低车辆油耗 。在编队行驶状态下，后车能瞬间跟随头车指令，降低车辆安全事故 。此外，编队行驶可以释放更多车道给其他车辆通行，显著改善交通拥堵并提升运输效率，进一步缓解交通压力 。
高级驾驶：实现半自动或全自动驾驶，每辆车都与周边车辆和路侧RSU共享自己的驾驶意图，车辆之间可以实现运动轨迹和操作协同 。比如主车在行驶过程中需要变道，将行驶意图发送给相关车道的其他车辆和路侧RSU，其他车辆进行加减速动作或者由路侧基础设施根据主车请求统一协调，使得车辆能够顺利完成换道动作 。
远程驾驶：实现对车辆的远程驾驶操作，比如驾驶员无法驾驶车辆，或者车辆处于危险环境等驾驶条件受限场景，也可用于特定封闭园区、矿山、港口、公共运输等行驶轨迹相对固定的场景 。
扩展传感器：实现车端和路侧传感器采集的数据或实时视频数据在车辆、行人、路侧RSU和云平台之间的交换，从而扩展车辆传感器探测范围，使得车辆对周边情况，甚至是几千米以外的情况能有更全面的了解 。
5G车联网业务两大典型趋势
5G车联网赋能自动驾驶
车联网应用当前主要是给人看的预警和告警信息，而不是给车使用的 。因此，未来车联网功能会与车进行更深入的结合，主要体现在3个方面：车联网业务在车辆中控、仪表盘等上进行融合展示和呈现；车联网业务和车辆CAN总线等融合；车联网业务作为辅助驾驶和自动驾驶的输入源之一，与车辆多传感器融合的输入源一起，供自动驾驶车辆决策和控制使用 。
例如，在红灯预警（RLVW）和绿波车速引导（GLOSA）业务中，红绿灯控制机信息通过RSU推送给车载终端OBU 。这些信息从仅供驾驶人员使用，到可以作为自动驾驶重要的输入源之一，和车辆摄像头识别的红绿灯信息进行融合决策，供自动驾驶车辆控制使用 。
5G车联网融入支付等金融属性
5G车联网融入支付等金融属性是指以车载单元（OBU）作为支付终端，对车辆在道路行驶所产生的费用，以及车主所消费的商品或者服务进行账务支付的一种服务方式 。在停车场、加油站、充电桩、4S店、收费站、服务区等涉及支付的典型场所，装载OBU的车辆可以作为被收款方（如收费站、路桥过路费、停车场收费、拥堵收费、违章罚款等不停车收费），也可以作为主动付款方（如加油站、充电桩、停车位、移动支付等服务） 。加入支付、保险、融资租赁等金融属性，有可能衍生出新的车联网商业模式 。
       责任编辑：tzh

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