5G 使 AV 成为车轮上的数据中心

无人驾驶、自主交通是这十年的宏伟梦想。要使这个梦想成为现实，需要独特的技术组合来克服自动驾驶的首要挑战。

完美匹配的追求

自动驾驶汽车 (AV) 需要实时处理前所未有的大量信息。例如，为避免碰撞、检测障碍物和行人并通知空闲停车位，必须在车辆、城市基础设施（例如交通信号灯、公共安全系统）、雾/云服务提供商之间交换大量元数据，甚至汽车制造商。根据 Intel ®的说法，每天必须为一辆这样的车辆处理 3.9TB（太字节）的数据。这相当于 2,666 名互联网用户每天的数据使用量。超声波、雷达、全球定位系统、摄像头和信息娱乐系统等汽车部件都加剧了这一数据激增。

电气和电子工程师协会和美国交通部是为车辆（车对车 [V2V]）、车对基础设施 (V2I)、车对网络 (V2N)、车对行人 (V2P)——统称为车对一切 (V2X)。

但是，仅有 V2X 标准是不够的。为了让车辆在不破坏道路安全的情况下实时做出复杂、自主的决策，V2X 系统必须与移动通信生态系统协调，其速度和数据处理能力可以与人类的反应相匹配。近年来报道的涉及自动驾驶道路测试的事故强调了这一要求。在第三代合作伙伴计划 (3GPP) 无线标准中，5G 旨在满足这些要求。

5G 如何适应 V2X 用例？

AV 的共同前提是它们不断感知观察到的环境以实时选择它们的驾驶轨迹。在带宽受限的无线电环境中，它们必须应对高水平的噪声和干扰以及外部实体的高度动态配置。要支持 V2X 用例，高数据吞吐量是不够的。网络基础设施还必须支持跨不同通信范围的低延迟、高可靠性网络和数据安全。

最终可能导致完全连接的自动驾驶车辆的常见 V2X 用例包括：

合作意识（例如，紧急车辆警告）；

协作传感（交换原始传感器数据）；

协作机动（协调车辆之间的轨迹以进行变道、列队行驶、交叉路口控制等）；

弱势道路使用者——即行人、骑自行车者等的通知；和

道路交通效率（路线、地图等的动态更新）。

为了支持这些用例，可能需要不止一种无线技术。例如，对于设备（V2V、V2I 和 V2P）之间的短距离直接通信，调度不依赖于网络。3GPP Release 12/13 LTE Proximity Services设备到设备接口可用于以超低延迟在相邻车辆之间可靠地传输大量数据。在设备到网络 (V2N) 通信的情况下，传统的蜂窝云服务是必需的，而 5G 新空口技术是实现其承诺的合适选择。

连接性和性能

扩展数据和设备是自动驾驶时代的首要挑战。与4G/LTE相比，5G单位面积带宽增加1000倍，流量增加10000倍，单位面积连接设备数量增加100倍。使用毫米波频段的 5G 小型基站技术具有更高的频谱效率，这对于带宽受限的 V2X 环境来说是一大优势。

可靠性

5G 承诺超低延迟（>1 毫秒），满足关键任务 V2X 用例的可靠性预期。相对而言，无线数据更容易被拦截，也更容易受到中间人攻击。5G 有望通过包括相互身份验证、本地安全元素、传输层安全、99.999% 的可用性以及 5G 电子设备的无线固件更新来提高安全性。

网络切片

就像虚拟化硬件平台上的虚拟机一样，5G 的网络切片功能可以通过同一基础设施支持来自不同供应商的不同类别的汽车服务。例如，它将允许电信运营商、道路运营商和汽车制造商通过通用 5G 基础设施为车辆及其乘客提供不同的服务。

5G V2X 的要求和设计注意事项

为了连接车辆和后端基础设施，5G V2X 应用需要对通信系统提出新的设计要求。5G V2X 规范是3GPP 第 16 版的一部分。

3GPP 和 5G 汽车协会等行业论坛已经确定了 5G V2X 系统在延迟、可靠性和数据速率方面的用例特定性能要求。3GPP 确定了以下五类 5G V2X 要求。

一般方面：适用于所有 V2X 场景的互通、通信相关要求

Vehicles platooning：车辆以极小的距离一起行驶

高级驾驶：半自动或全自动驾驶

扩展传感器：所有支持 V2X 的设备和网络元素的信息交换

远程驾驶：操作员远程控制驾驶（例如，在危险环境中）

请务必注意，5G V2X 系统的要求取决于用例场景（图 1）。与紧急情况下的合作机动相比，典型的车道变更需要的延迟/延迟和可靠性要求要低得多。

图 1：图中显示了 3GPP 指南中定义的 5G 延迟和数据速率 V2X 要求。这些要求正在根据汽车原始设备制造商的意见进行微调。（来源：5G/V2X/arxiv.org 的用例、要求和设计注意事项）

结论

AV 本质上是车轮上的数据中心；他们严重依赖边缘计算能力。要通过先进的 Wi-Fi 连接传输一周的自动驾驶汽车数据，今天需要 230 天。因此，针对新无线电和天线架构的产品和专用集成电路处理技术的颠覆性创新对于支持 5G V2X 至关重要。

Sravani Bhattacharjee 担任数据通信技术专家已有 20 多年。她是《实用工业物联网安全》一书的作者，这是第一本关于工业物联网安全的书籍。直到 2014 年，作为思科的技术领导者，Sravani 领导了多个企业云/数据中心解决方案的架构规划和产品路线图。作为 Irecamedia.com 的负责人，Sravani 目前与工业物联网创新者合作，通过制作各种编辑和技术营销内容来推动意识和业务决策。Sravani 拥有电子工程硕士学位。她是 IEEE 物联网分会的成员、作家和演讲者。

审核编辑黄宇