车路协同（V2X）技术的应用与未来挑战

未来互联的世界将为我们带来一系列诱人的可能性。但Houman Zarrinkoub说，在应用互联技术时，我们需要谨慎对待可视化原型和模型演变的问题。 

随着沃尔沃，特斯拉和宝马等汽车公司开始投入无人驾驶汽车领域，无人驾驶或许很快将会成为道路上的普遍现象。但是，无人驾驶的普及必须先确保车辆能够相互通信和驾驶员的安全。车辆通信是共享通信技术，旨在提高交通安全性，增强自动驾驶功能，并推动智慧城市的发展。

车辆通信通常分为四种类型：车辆与车辆之间的通信（V2V）；车辆与路边基础设施的通信（V2I）；车辆与行人的通信（V2P）；车辆与蜂窝网络的通信（V2N），这四种情况，统称为车辆到一切的通信（V2X）。

由于V2X的发展，交通运输安全性将会显著提高。美国国家公路交通安全管理局的一份报告曾指出：“如果使用V2X技术，它很可能解决81％轻型车辆的碰撞问题。”

与 ADAS相比，V2X技术的安全保障远远超出其目前可用的安全性能。在ADAS中，很多技术都许多依赖于计算机视觉，雷达或激光雷达，这些技术可能会受到一定的限制，比如，搭载了ADAS技术的车辆没办法获取超出视线范围的其他车辆信息，而V2X刚好相反。只要车辆处于一定的通信范围内，V2X就可以提供关于视线内外车辆的重要情报。因此，V2X可以使半自动化的驱动程序系统或全自动化的系统更加情景化。通过提高情景感知能力，V2X将使车辆能够在不同驾驶环境下实现通信，从而降低事故发生率。

V2X技术在汽车领域具有巨大的潜在市场。瞻博网研究显示，预计到2022年，V2X技术在汽车市场规模将达到30亿美元，年增长率为26％。另据预测，到2022年，50％的新车将会配备V2V硬件。

V2X技术市场可分为三个不同的领域：蜂窝基础设施：制造商（华为，诺基亚和爱立信）和运营商（AT＆T，NTTDocomo）半导体器件：射频收发器和V2X芯片组制造商（电装，大陆，德尔福，高通和英飞凌）；汽车：丰田，本田，通用，福特，宝马，戴姆勒和奥迪等等。

DSRC和C-V2X通信都是应用于无人驾驶测试最频繁的技术。要达到应用标准，每个设备都要在5.9 GHz频段下工作，并且必须严格符合以下可靠性和延迟条件：

通信范围：至少300米

通信延迟：延迟小于100毫秒

支持车速：典型的高速公路速度

DSRC本质上是Wi-Fi技术的分支。在这类通信中，PHY（物理层）和MAC（媒体接入控制层）由无线局域网标准IEEE 802.11p来定义。DSRC技术的倡导者是包括丰田，本田和通用在内的汽车公司。

DSRC在2009年首次应用，其通信标准在2010年之前已经被完全开发。DSRC的拥护者称其标准的所有要素（从应用层到物理层以及所有安全事项）都比前8年还要增强。虽然DSRC目前依然存在已知的限制，比如仅支持V2V和V2I应用，并且对车辆密度和通信范围存在一定上限。但该技术拥护者声称，DSRC技术在2018年将被大规模应用。

C-V2X基于4G-LTE蜂窝技术而建立，是LTE-Advanced标准侧链模式的D2D通信协议的一部分。因此，它允许每个设备直接检测到附近的其他设备。与DSRC相反，C-V2X加强了V2N和V2P车载通信用例。包括奥迪，宝马，高通，电装，英特尔，爱立信和诺基亚在内的5GAA也是C-V2X技术拥护者。5GAA指出，基于DSRC解决方案的研发成本要远高于基于C-V2X解决方案。另外，在引入5G蜂窝网络之后，C-V2X和DRSC之间技术优势差距也将会扩大。

但目前，并没有任何地区选择V2X作为唯一授权的技术解决方案。同时实施这两种技术的可能性相当大，搭载了这两种技术的车辆还可收集并传输数据，车辆之间会变得更智能化。

V2X技术的从业者包括集成商和服务提供商，测试人员和性能监测人员以及软硬件开发人员。然而，在研发V2X技术时，也存在一些挑战：可视化原型和模型演变。

为了克服这些挑战，从业者必须做到：

V2X芯片上的试用要谨慎选择防碰撞和流量分辨算法。该倡议不仅涉及到基本安全消息的传输和无线调制解调器的操作处理，还涉及到车辆实时接收的交通控制消息。

推进模型演变并监控V2X技术对整体流量（整体通信量度，如延迟和吞吐量，防碰撞的应对状态，基于流量控制的路由算法和V2X节点的动态性等）的效果，并不断寻找基于大量现场实际数据更优的技术解决方案。

车辆动力学性能可视化监测和升级无线传感器网络（网络中车辆的速度，位置和加速度；路口进出口的车辆，每辆车之间的链路状态，每辆车的RF信号强度，以及其他系统元素）。

为了保证交通安全，在启用V2X这样的安全关键型应用程序和设备之前，我们必须能够确保它们能完全按照预期效果进行工作。通过使用基于模型的设计工具，如MATLAB和Simulink，可以实现可视化，分析和测试各种交通场景和车辆动态，并测试V2X系统是否按预期启动防撞功能。通过使用计算机模拟构建一个系统模型，针对其组件和环境进行严格的测试。

为了产生遵循C-V2X或DSRC标准的V2X信号，我们必须编程可以发送和接收这些信号的无线调制解调器。提供详细的C-V2X和DSRC信号处理功能的工具包括MATLAB附加产品，如LTE系统工具箱和WLAN系统工具箱。通过使用这些工具，用户可以确信每个调制解调器组件在实现车载通信的情况下正常工作。

随着数字世界的变化发展，交通和城市安全也因为自动化而渐渐转型变革。自动驾驶和其他类似的智能交通系统都在逐渐实现对周围环境的感知，甚至可以实时对其他车辆和行人的移动自动作出反应。未来，我们道路上的汽车一旦实现了这些自动感知功能，驾驶员和行人安全性将会大大提高。

• 文/国际智能交通 译/梁兰春