V2X车联网技术实现更智能安全的自动驾驶

  车对车（V2V）和车对基础设施（V2I）无线技术统称为车联网（V2X），它为未来交通、汽车互联和最终实现自动驾驶铺平了道路。通过汽车和周围环境之间的无线通信，例如智能交通信号灯、建筑、交通摄像头、其他车辆甚至道路，V2X显著提升了驾驶体验。

  V2X对传统的视距高级驾驶辅助系统（ADAS）系统形成了补充，例如雷达传感器和摄像头，可提供关于车辆和可见范围以外障碍物的信息。凭借V2X的V2V组件，车辆可以相互交换关于位置、速度和行驶方向的信息，从而对即将到来的危险甚至弯角进行预警，可以在能见度较低的情况下自动避免碰撞，并提供盲点辅助。V2X的V2I组件可以利用摄像头、雷达和交通基础设施实现类似功能，可以进行自动收费、车内签名和提供交通信息。V2X技术的综合益处是带来更安全、快速和愉快的驾驶体验，并且可以改善车流情况，帮助驾驶者节省燃油和提高空气质量。

V2X通信要求和挑战

  V2X无线通信可以保证安全、效率和环保性，但同时也引发了一连串独特的联网问题，在较差的无线通信环境中需要实现低延迟的可靠数据传输。

  由于消费电子设备通常是固定的或以较慢速度移动，但汽车却是高速运动的，有时还会相互靠近或分开，这会产生影响无线通信的多普勒效应。此外，雨、雾、雪和地形都会对传输的通畅性造成额外障碍。

  对于主动道路安全应用，例如通过合作车辆信息来避免碰撞和其他严重事故，延迟性最好是50毫秒，并且必须小于100毫秒。成功的V2X无线标准需要在各种环境条件下持续达到这一延迟标准。

  虽然像LTE这样的新一代移动式无线技术可以确保较低的网络延迟，但由于需要在各个基站之间传送信息，这意味着在现实条件下无法保证V2V或V2I应用的低延迟性。可靠的V2X通信要求在车辆之间直接建立专用连接。

技术已然诞生

  实现V2X的技术已然诞生。自1999年起，欧洲和美国政府机构和全球汽车制造商开始展开合作，为这一新通信网络建立无线标准。于是，专用短程通信（DSRC）应运而生，它是一种专用于汽车通信的无线协议。DSRC的工作频段为5.9Ghz，该频段是欧洲和美国主管部门专门为汽车通信而设置的，DSRC即使在不利的天气条件下也能够实现高速传输、低延迟、快速连网、稳健安全和超高的连接可靠性。

  DSRC在物理层和MAC层使用IEEE 802.11p标准。802.11p标准专为汽车无线通信设计，它基于802.11a，但进行了一些改进，使其更加适用于汽车环境。802.11p将带宽从20MHz改为10MHz，输出为27Mb/s。通过将带宽缩减一半，使符号持续时间和保护间隔时间翻了一倍，针对多普勒效应和多径传播提高了信号的稳定性，使它适用于各种天气条件下的高速车辆通信。

  以汽车通信为设计目的，802.11p也可以为持续时间极短的信息传送创造有利条件。无需加入基本服务集（BSS）即可建立连接和交换信息，省却了等待获取和身份验证（在协议栈的更上层进行身份验证），从而实现了低延迟和快速连网。

图1：WAVE和ITS G5在物理层和MAC层共享802.11p，但它们在处理网络层、传输层和应用层的方式上有所不同。

  欧洲和美国DSRC实现在物理层和MAC层共享802.11p，但它们在处理联网、传输和应用层的方式上有所不同。虽然对消息路由采用了不同的方法并且利用了不同的信道分配，但欧洲ITS G5标准和美国WAVE标准都能提供稳定的安全性和隐私措施，并基于安全相关和非安全相关的信息类型对通信进行优先排序。

市场推广

  由丰田、通用汽车和其他主要OEM制造商提供支持，DSRC计划成为北美和欧洲市场V2X的驾驶通信协议。

  在欧洲，DSRC技术已经被用于收费，并且计划用于V2X通信。欧洲电信标准协会（ETSI）计划采用分阶段方法，首先推行ITS G5的“Day One”部署——该应用不需要依赖DSRC的广泛普及，例如道路工程、应急车辆和交通拥堵警告。

图2：“联合ITS走廊”以鹿特丹为起点，途径法兰克福，最终到达维也纳，将成为欧洲首个主要的ITS G5部署。

  Day One ITS G5部署现在正在从荷兰鹿特丹穿过德国法兰克福到奥地利维也纳的合作ITS（C-ITS）通路进行。该通路将为驾驶者提供关于即将遇到的道路工程、交通状况和道路危险的兼容车载单元（OBU）信息。

  在北美，将对DSRC进行广泛的研究和实地测试。美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）将提供大力支持，预计会将DSRC授权作为一项关键的V2V技术。

  永久性DSRC试点项目目前正在纽约市、怀俄明州和佛罗里达州坦帕市进行。分配了4200万美元为这些区域的汽车和基础设施安装DSRC设备。目标是提高城市地区的行人安全、减少交通拥堵和提高燃油效率。相关主管部门也将使用来自这些项目的信息，以改进交通管理和基础设施规划。

图3：u-blox THEO-P1紧凑式V2X收发器，最大覆盖范围为1公里，并且可以兼容美国WAVE和欧洲ITS G5 DSRC标准。

  DSRC新产品的关键是新的u-blox THEO-P1紧凑式V2X收发器，它可以在最多一公里的距离范围内实现27Mbit/s连接，并且适用于车载单元（OBU）和路边单元（RSU）应用。这些收发器通常可以兼容DSRC的美国WAVE和欧洲ETSI ITS G5标准，并且可以进行车载硬件加密加速，为V2X通信提供必要的高速加密。

智能汽车，改善道路安全

  根据世界卫生组织的数据，每年世界上要发生125万起致命事故。如果采用车辆技术将安全相关信息有效地发送到车辆上，可以帮助驾驶者和车辆更好地应对危险道路状况，从而避免发生死亡。

  V2X通信可以让堵车车辆将情况告知周围的其他车辆，避免发生追尾事故。对雷达、激光雷达和摄像头等汽车感应器收集到的数据可以进行无线共享，使车辆可以看到转弯处的情况，了解弯角即将到来的危险，避免在十字路口发生撞车事故。

  虽然听起来还有些遥远，但车辆和交通基础设施的V2X技术已经诞生，相关项目也正在欧洲和北美进行。在不久的将来，V2X将帮助我们提高道路安全、降低车辆油耗和带来更清洁的空气。