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面向V2x应用,802.11p已做好部署准备

时间:05-01 来源:3721RD 点击:

每天有数十亿人在使用蜂窝技术(图3),该技术显然是我们时代最成功的无线标准。蜂窝技术规格由第三代合作伙伴项目(3GPP)定义。如今被认为是宽带蜂窝技术且称为4G或LTE的技术可以追溯到2009年的第8版3GPP标准。由于蜂窝基础设施部署十分广泛,因此,其升级需要时间。整体而言,第8版的大规模部署需要大约6年时间。



图3 全球移动用户数。

鉴于蜂窝技术在全球取得的成功以及其在全球的普及性,将蜂窝基础设施和蜂窝用户设备(UE)用于V2x应用的可能性极具吸引力。然而,当前版本的蜂窝技术只能满足基本的V2x用例需求,缺少对低延迟和高移动用例的支持。这些是与安全相关用例密切相关的要素。

为了突出进一步发展蜂窝技术以支持V2x的必要性以及C-ITS的优势,3GPP成立了一个V2x研究小组,以推动C-ITS技术的发展。在3GPP评估支持所有V2x用例所需要的新能力并达成一致意见之后,就会出现一个发展期,业界也会加大投入以实现这些能力。在此基础上,一旦有新的3GPP标准可以部署,则会再出现一段时间的延迟,因为要升级基础设施以支持这些新的能力。现实地说,可能需要多年时间,蜂窝技术才能完全满足V2x通信的所有需求(图5)。

3.1. 面向非安全相关用例的蜂窝技术:V2I/I2V
目前来看,蜂窝技术非常适合附录中表二所列非安全相关用例。总体上,这些是V2I和I2V通信中涉及到基础设施的用例,其中,内容源于云或在云端处理。

第8版LTE只需少量改动或者无需改动,即可涵盖多数这些用例,因为它提供了必要的性能和带宽。但不清楚的是,LTE网络在超拥堵和某些运营商漫游条件下将拥有什么样的性能。例如,交通管理消息对高度拥堵的城市环境至关重要。作为管理高度拥堵问题的一个选项,可以考虑采用点对多点接口,比如,即将发布的第9版LTE-A中定义的演进多媒体广播/多播服务(eMBMS)。然而,eMBMS设计用于支持静态情景,比如人群在体育馆观看足球赛的情况。换言之,该接口可以有效管理面向一群人的通信,前提是他们基本保持静止;但在处理大量进出车辆时,无法达到效率需求。

类似地,如何管理移动网络运营商(MNO)之间的切换、如何管理应用服务提供商之间的合作,以及其他应用的数据流量可能对I2V应用造成哪些影响,这些都并不清楚。还有一个问题是,作为一种用例,I2V应用这个案例是否足以证明为实现上述目标部署eMBMS而进行投资的合理性。目前,已经部署的多播/广播解决方案非常少,因为基础设施和用户设备升级的成本非常高。

可以考虑的另一个办法是在具有不同安全需求的领域采用蜂窝调制解调器。LTE调制解调器需要支持实现车辆主动控制所需的各种安全认证。例如,如果用从基础设施传到搭载有高级驾驶辅助系统(ADAS)的车辆的限速消息来设定汽车的巡航控制,则调制解调器就需要满足相关汽车安全完整性等级(ASIL)的要求,而这会增加调制解调器硬件的成本。

鉴于全球手机用户市场的当前规模已达约80亿用户,而汽车市场每年只售出约1亿辆车,因此,调制解调器行业可能看不到支持特定汽车要求的必要性。在蜂窝连接方面,汽车工业一向发展缓慢,部分原因在于,汽车一直都不是蜂窝工业的发展重点。

3.2. 面向安全相关用例的蜂窝技术:V2V
在I2V和V2I通信中,面向非安全相关用例的蜂窝技术面临的技术挑战不如安全相关问题和V2V通信面临的挑战严峻。

蜂窝网络(若有)可用于V2V通信。汽车产生消息,网络接收消息,然后再把消息转发给所有其他汽车。假设蜂窝网络完全覆盖所有道路沿线(情况并非如此),蜂窝服务需要提供超高数据带宽并实现超低延迟。但现实情况是,当今的蜂窝网络并不能提供这一性能水平。

有些V2V用例要求在车辆之间连续进行信息交换(0.1至20 Hz),其产生的数据太多,单播LTE网络根本无法处理,详见附录中的表三。据美国交通部ITS联合项目办公室,如果以欧盟标准广播V2V协同感知消息(CAM),或以美国标准广播基本安全消息(BSM),仅一辆汽车一个月就会产生约0.5 Gb的数据,峰值速率达2.5 Kb/s。这相当于每条消息256字节,每秒要发5条消息,每天行驶4小时。在接收器端,假设目标区域有30辆汽车(或者最多300辆),则基础设施每个月需要处理约16 GB数据(峰值为750 KB/s)[4]。

一直以来,蜂窝网络都需要大量带宽,每个3GPP版本都会提高带宽要求。另外,更多的数据也意味着更多的商机,因为移动网络运营商是基于资源用量收费的($/b/s/Hz)。理论上,应该免费支持V2V流量,这意味着,移动网络运营商需要开发替代业务模式,以证明为增量V2x流量进行投资的合理性。运用eMBMS协议(已经

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