编者按:为推进车联网产业发展,特邀请业内专家学者共同建言献策,推出“车联网百家谈”系列。车联网产业在面临巨大发展机遇的同时,也面临诸多现实挑战,尤其是商业逻辑不够清晰,基础设施建设选择多样性等。张慧女士文章针对车联网产业发展的若干痛点问题进行了深入剖析,提出了独到观点,对产业界伙伴们有重要参考价值。

 

01、引言

车路协同当前依然处于发展初期,具体实现的技术、商业模式、建设模式都还在探索尝试。正是这种不确定性,带来了车路协同产业发展的丰富性和多样性。面对多样性,必然会带来的很多困惑和质疑。

 

笔者试图基于第一性原理来讨论几个车路协同产业发展的痛点问题:

(1)车路协同怎么样才能形成商业闭环?

 

(2)车路协同的核心商业价值是什么?

 

(3)有了5G蜂窝网络,为什么还要建设V2X网络?

 

(4)边缘计算架构该怎么选择?

 

02、车路协同技术成为特定业务生产系统中的一部分,是符合商业闭环逻辑的一种做法

目前最典型的车路协同方案包括聪明的车(自动驾驶、V2X OBU)、智慧的路(V2X RSU、智能感知设备、边缘计算、信号机等)、网络、云(控)平台,基本上是一个完整的云管端架构的系统。而在一些大型示范项目中,云平台包括了多项应用,既有面向交通管理的应用,也有面向智慧公交、智慧物流、车厂TSP等的服务。打造一个完整独立的系统,对于在车联网初期进行示范试点是没有问题的,可以尽可能地进行更多的功能和性能测试。但对于最终商用,就会存在业务主体不明确等诸多问题。车路协同从技术层面上需要有一个完整的体系架构,但从端到端的应用及服务系统角度看,车路协同只是一种技术支撑,或者说作为应用系统中的一个子系统存在,才有可能实现真正的商业逻辑。以交通管理为例,目前智慧交通的交管中已包括了交通数据采集、信号优化、交通诱导、交通状况监测及应急处置等等业务。对于车路协同来说,不是另建一套系统进行交通管理,而是作为一个补充融入到原有系统中,解决原有技术解决不了的问题。

 

 

比如,原有交通数据采集中已包括了大量的视频、线圈、微波测速、浮动车、互联网的数据,车路协同技术可以增加车载终端提供的GPS、紧急故障、驾驶意图等数据,可以增加以交通参与者目标为粒度的感知覆盖面和精细度;另外,以往的交通诱导、道路状况、收费信息等的发布对象是无差别的,而通过车路协同技术可以差异化地精准到车;再如,柔性车道的控制,从面向驾驶员的可变指示牌,通过车路协同技术,可以转变为面向自动驾驶车辆和智能网联车辆的精准指引。

 

但是,车路协同技术并不会改变整体交通管理的业务逻辑。原有交通管理系统的形成是经过不断演进变化的,不是一蹴而就的,是错综复杂的系统。车路协同作为新技术,对原有系统的数据来源、控制方法、发布方式进行补充,并融入到实际业务系统中。只有作为业务生产系统的一部分,为生产服务,商业模式才可能理顺,受益方是买单者。同样,车路协同技术应用到智慧公交,应用到港口、机场等,也需要融入到原有的生产系统中,和原有的车辆管理、调度、维修管理等深度融合。

 

03、通过协同控制为业务生产系统增效是车路协同技术的核心价值

横向比较一下其他几种交通工具,飞机是最早实现自动驾驶的,火车、地铁轨道交通也实现了自动驾驶。早期火车场站也只有信号灯作为交通控制手段,司机通过眼睛观察信号灯指示,没有用到车地无线通信。为了保证安全,防止高速行驶的车辆相撞,需要在站与站之间进行闭塞,有一辆火车在跑,其他车在这个站间就不能进来,但这样做效率太低了。为了提高效率,逐渐发展出基于无线传输的列车控制系统(铁路的CTCS、城轨的CBTC),实现移动闭塞,在保障安全的前提下,尽可能地以更近的间距实现多辆车占用同一轨道行驶。

 

而公路道路上的车辆没有飞机、火车、地铁的专有路权,公路交通工具的所属权也非常复杂多样,所以公路道路上的车路协同难度就极大。但其目标和飞机、火车、地铁的是完全一致的,实现手段相近。最终都希望实现,一方面,对于交通工具来说需要保障绝对安全;另一方面,从全局交通来看,要实现全局效率最优化。使用的手段都是通过可靠的通信连接,实现车和系统之间的协同感知和协同控制。车路协同发展有三个阶段,辅助信息交互、协同感知、协同控制。当前,基本上还处于第一阶段。如果仅仅是辅助信息交互,那就容易遭到“尽力而为、有则更好、没有也可以接受”的质疑,在这种情况下,形成好的商业模式就会比较困难。所以,大家不约而同想到在封闭受限环境下的车路协同场景。因为在这些场景里,可以使用能够接受控制指令的智能车辆。

 

通过协同控制提高原有系统的效能,是有商业价值的。以某个港口项目为例,从岸桥到集装箱堆场用的是无人驾驶卡车,而从外场到堆场取货的是社会车辆,因此在堆场内存在有人车和无人车混行。业主的需求,一方面希望整个码头货物流转率最高,另一方面,需要尽可能规避由于集装箱遮挡、车辆混行带来的安全隐患。在此案例中,车路协同的协同感知可以帮助解决视线盲区带来的安全风险,同时与港口的TOS系统和交通信号控制系统交互,作为生产系统一部分,进行有人车和无人车的有效调度控制,这时车路协同的商业价值才容易体现。以上两点讨论的是车路协同商业逻辑,下面就车路协同中最基础的网络和计算这两种基础设施的建设方式存在多样性选择,也进行一下探讨。

 

04、网络架构的选择由场景需求来决定

C-V2X通信是车联网关键技术,当前包括LTE-V2X和NR-V2X技术。其中又分别包括基于Uu接口的蜂窝网络通信模式和基于PC5接口的终端直连模式,即LTE Uu、LTE PC5、NR Uu、NR PC5多种模式(通常大家所说的V2X通信一般特指基于PC5接口的直连通信)。如图所示,基于Uu的蜂窝网络由电信运营商建设,包括LTE网络、5G网络,每个运营商都有自己的频谱;基于PC5接口的V2X专用网络,按无委的规定,在5905M-5925M的范围内,谁运营谁按区域申请。目前已有六家申请获批,大多非传统电信运营商。

 

 

现在已经开始建设5G蜂窝网络,为什么还要建设 PC5(LTE-V2X、NR-V2X)直连网络?无线技术角度的介绍文章很多,就不再赘述了,笔者仅从应用层面分析一下两者的差异和使用场景。

 

1、消息发送方式不同。PC5模式中RSU对车载终端的OBU是广播方式(NR V2X增加了单播和组播)。RSU部署应用,对于广播方式来说,RSU无需关注在覆盖范围内的OBU有哪些,是什么ID。但对于Uu模式下,车载终端OBU的APP与云端APP Server的交互方式是Cluster-Sever方式,Sever端需要每时每刻关注cluster目前的位置,哪些cluster在需要发送消息的范围。二者在业务实现上不同。

 

2、业务部署方式不同

 

 

当前基于PC5的V2X标准,不仅包括协议的接入层、网络层,还定义了第一阶段、第二阶段的应用及数据集。RSU、OBU上成对部署的业务方式有点类似2G/3G时电路域的语音呼叫、短信等电信业务的部署,不仅包括网络连接还包括业务;通过5G蜂窝网络连接到业务服务器的部署方式有点类似在4G、5G上实现的VoLTE/VoNR或OTT业务,无线网络提供接入、网络路由功能,但业务可以部署在运营商网络内部也可以部署在互联网上。对于涉及基础安全的业务,应该希望是封闭的,网络质量和信息安全得到保障的方式,而对于信息服务类的业务,我们会希望是开放的,丰富和灵活的方式。

 

3、建设运营模式不同。如前述,公共的蜂窝网络一定是电信运营商建设的,但直连网络更像是专网。专网的建设模式既可以是运营商代为建设维护,也可以是由业主自建维护。专网是否是必需的?那就仁者见仁智者见智了。铁路、城轨、港口、机场都有公网覆盖,但仍然进行了GSM-R、LTE-M、GoTa集群等专网建设。一方面,专网的网络质量更容易得到保障;另一方面,专网的资产属于业主,网络规划、维护、变更可以根据业务需求及时灵活调整。

 

公网的好处是,业主不需要考虑建设成本,只需要付服务费。5G网络切片、MEC也可以提供包括物理隔离、数据不出园区等虚拟专网服务。当然,虚拟专网在网络规划、信息安全规划等方面和以往的行业专网相比,存在使用习惯不同等需要业主去克服。综上,笔者认为,对于关键路口路段或封闭园区,对于基础安全业务、需要进行实时控制类的业务,适合建设V2X专网;对于需要广域范围内提供信息服务,时延要求不高的效率类业务,可以采用公网或者虚拟专网方式。所以,还是要看具体应用场景来决定选择建设和运营什么样的网络。

 

05、计算架构的选择由性价比来决定

车路协同中智能感知、分析、决策不可避免地会使用到大量的计算资源。除数据中心外,边缘计算作为更靠近业务现场、降低传输时延、减少数据回传带宽的一种资源部署方式,是非常适合车路协同需要的。通常我们看到边缘计算有两类主要的形式,一类是部署在路侧现场的工控机方式;一类是与无线网络融合部署在基站、接入机房、汇聚机房、核心机房等不同节点的服务器方式。一般来说,行业客户会倾向于现场边缘方式,运营商会倾向于网络边缘方式。

 

但具体选择哪种方式,需要综合考虑多个因素,比如:

1、现场部署条件如果现场光纤资源比较充分,将现场视频、雷达数据回传到机房来进行计算,比较容易进行管理维护;如果现场光纤资源缺乏,那就尽可能将大量计算终结在现场边缘,只将计算结构化数据通过无线的方式进行回传。

 

2、部署业务类型业务的类型可能会有多种,如果是局部业务,可以更靠近现场;如果是区域性的、全局性的,那么计算节点的位置可能就需要更高。同时,业务量的多少也会影响到计算节点的位置。若业务开展初期,业务量较小,可能全市就设一个边缘节点。当业务量越来越大的时候,计算节点就可以越来越下沉。否则,维护成本就会太高。

 

3、资金费用情况资金比较充足的时候,业主的选择可以多样化,可以自建现场边缘设备,也可以自建边缘机房。当资金受限的时候,租用运营商网络边缘计算资源,是一种比较好的选择。所以,边缘计算不同的部署方式,没有绝对的好坏,要看带宽、计算的使用成本哪种性价比更高。

 

06、总结

车路协同业务的选择和技术实现方式是丰富多样的,不管怎么选择,还是需要回归用户的诉求和业务需求的本源,为交通管理、运输管理、公共交通、港口、矿山、智慧物流或者车厂TSP服务等业务系统创造实际的效率提升、安全性提升的效益,并在网络和计算基础设施建设中充分考虑实用性和性价比,作为业务系统的一个组成部分同步进行投资建设,可能是车路协同持续发展的一个途径。