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从“四跨”测试看车联网产业现状和趋势

2019-11-18 09:35 5G行业应用

导读:未来车联网产业化面临诸多挑战,5G何在?自动驾驶和智慧交通何在?商业模式何在?

2019年10月22-24日由IMT-2020(5G)推进组C-V2X工作组、快三投注平台智能网联汽车产业创新联盟、快三投注平台汽车工程学会、上海国际汽车城(集团)有限公司共同在上海举办C-V2X“四跨”互联互通应用示范活动,总共50台演示车辆双双组队上阵,展示了车联网产业现状:从2018年“三跨”到2019年“四跨”,车联网产业化进程加速;从20家参与企业到63家参与企业,车联网产业链更加完善;从7种业务到11种业务,车联网业务稍加丰富。

未来车联网产业化面临诸多挑战,5G何在?自动驾驶和智慧交通何在?商业模式何在?

从“四跨”测试,可以展望2020年的车联网产业趋势,以及明年可能的应用示范活动内容:

①5G将丰富车联网业务,2020年将开启5G车联网测试和验证工作,未来会出现基于LTE-V2X安全类和效率类业务+5G Uu大带宽业务+5G NR-V2X自动驾驶类业务组合的模式;

②车联网发展的终极目标是赋能实现自动驾驶和智慧交通,2020年将深化在自动驾驶车辆和智慧交通领域应用,未来会出现车联网赋能实现L4和L5自动驾驶,以及I4和I5智慧道路;

③车联网将探索多样化商业模式,2020年将优先进行商用车车联网应用和各类车联网数据运营。

01 车联网产业现状

(1)从“三跨”到“四跨”

从2018年“三跨”的“芯片模组+终端+车企”到2019年“四跨”的“芯片模组+终端+车企+CA平台”,加入C-V2X通信安全防护机制,为实现商业化应用做准备,车联网产业化落地进程加速。

智能网联汽车面临诸多的信息安全威胁,包括

①外部威胁:车联网移动终端远程控制APP防护、充电桩操作系统防护和电量数据采集数据加密传输、智能车钥匙防止破解开锁、OBD接口CAN报文防护等;

②终端威胁:T-BOX威胁、IVI威胁、终端升级OTA威胁、车载OS威胁、接入风险、传感器风险、车内网络传输风险、车载终端架构的安全威胁等;

③网络威胁:认证风险(没有验证发送者的身份信息、伪造身份、动态劫持等)、传输风险(车辆信息没有加密或强度不够、密钥信息暴露、所有车型使用相同的对称密钥等)、协议风险(一种协议伪装成另一种协议等);

④云端威胁:数据隐私性、数据完整性、数据可恢复性。

本次“四跨”测试验证安全基础PKI/CA系统,包括伪造限速预警防御(在路边配置一个攻击RSU,广播伪造限速信息20km/h,演示车辆能够过滤不可信的RSU消息)、伪造红绿灯信息防御(在非交叉路口配置一个攻击RSU,持续广播信号灯消息,演示车辆在通过该点位过程中,不触发任何红绿灯相关预警和提示)、伪造紧急车辆防御(在路侧放置一台不可信OBU,未实现通信安全身份认证机制,持续对外广播伪造的紧急车辆消息,演示车辆路过时,不会触发前向碰撞预警)、伪造前向碰撞预警防御(在路侧放置一台不可信OBU,未实现通信安全身份认证机制,持续对外广播伪造的前方车辆消息,演示车辆路过时,不会触发前向碰撞预警)。

引入满足C-V2X场景的消息认证专用安全芯片,存储个人身份证书和签名私钥,提供数字签名、签名验证和数据加解密等密钥服务。智能网联汽车在周边有200台其它智能网联汽车的极端情况下,实现V2V功能,每秒钟将接收200*10=2000条消息,安全芯片需要保障性能、算法功能、可靠性、安全性及应用能力。例如某款安全芯片的C-V2X消息验证>4000TPS,C-V2X消息签名>6000TPS。

互联互通和安全身份认证是实现车联网商用的关键要素,从“三跨”到“四跨”无疑迈出了一大步。

(2)从20家企业到63家企业

从2018年11家整车企业、3家芯片模组企业、8家终端产品和协议栈企业,到2019年27家整车企业、11家芯片模组企业、28家终端产品和协议栈企业、2家CA平台企业、5家安全芯片及其他企业,覆盖的车联网产业链愈加宽泛。

车联网产业链涉及到使用方、投资方、建设方、设备方和运营方。其中车联网使用方主要包括车主、车企/Tier 1(传统车企、新进入者、自动驾驶初创公司、Tier 1等)、运营商、行业客户(出租车公司、保险公司、公交公司等)、政府交管/交委等。车联网投资方的资金来源主要有三种模式,政府出资、社会投资、政府引导和社会资本共同投资。车联网建设方将按需采购设备商的产品和解决方案,部署C-V2X路侧基础设施和车载终端。车联网设备方包括通信芯片、通信模组、终端设备、整车制造、安全、高精度定位及地图服务等。车联网专业运营服务公司将向各类使用方提供测试认证、V2X通信和信息服务、数据运营等。

本次“四跨”测试囊括了车联网上下游众多企业。整车企业、汽车零部件供应商、通信巨头、互联网大佬、智慧交通玩家五方势力纷纷进入赛道,产业链更加完善。

(3)从7种业务到11种业务

2018年“三跨”测试选取了7种典型车与车、车与路业务场景,包括绿波车速引导(V2I)、交叉路口碰撞预警(V2I)、道路湿滑提醒(V2I)、前向碰撞预警(V2V)、车辆变道/盲区预警(V2V)、紧急制动预警(V2V)、紧急特殊车辆预警(V2V)。

本次“四跨”测试选取了11种典型业务场景,包括4种V2I场景、3种V2V场景和4种安全机制验证场景。V2I业务:限速预警(SLW)、前方桥梁提醒(HLW)、弱势交通参与者提醒(VRU)、红灯预警(RLVW)/绿波车速引导(GLOSA);V2V业务:前向碰撞预警(FCW)、盲区预警(BSW)、故障车辆提醒(AVW);安全机制验证业务:伪造限速预警防御、伪造红绿灯信息防御、伪造紧急车辆防御、伪造前向碰撞预警防御。

车联网业务稍加丰富,比如增加弱势交通参与者提醒(VRU)业务。路段配备实现通信安全机制RSU,持续对外广播通过行人状态消息,车辆在驶近路口时,车辆UI触发弱势交通参与者提醒。

国际上3GPP已经发布3GPP TR 22.885定义的27种LTE-V2X业务,快三投注平台汽车标准委员会已经发布T/CSAE 53-2017定义的17种LTE-V2X业务,是未来车联网首期部署的主要业务类型。

02 车联网产业趋势

(1)5G何在?

本次“四跨”测试是基于LTE-V2X进行的应用示范,没有包括5G元素。而车联网产业和5G产业深度融合是大势所趋,5G将丰富车联网业务,2020年将开启5G车联网测试和验证工作。

5G元素主要体现在两个方面,一方面基于5G公网(基于5G Uu,或简称5G),另外一方面是基于5G车联网专网(基于5G NR-V2X,或简称5G-V2X)。

随着运营商5G公网部署加速,将丰富车联网的信息服务、安全出行和交通效率等各类业务。信息服务类业务方面,基于eMBB场景,可以提供车载AR/VR视频通话等;mMTC场景,可以提供汽车分时租赁等;uRLLC场景,可以提供AR导航等。安全服务类业务方面,基于eMBB场景,可以提供真正的车辆和驾驶实时检测等;mMTC场景,可以提供车辆防盗等;uRLLC场景,可以提供行人防碰撞等。交通效率类业务方面,基于eMBB场景,可以提供多视角直播、全景合成等;mMTC场景,可以提供车位共享等;uRLLC场景,可以提供编队行驶等。

例如,未来无人驾驶车辆需要通过网络实时传输汽车导航信息、位置信息以及汽车各个传感器的数据,到云端或其他车辆终端。每辆车每秒可达1GB数据量,以便实时掌握车辆运行状态和驾驶行为状态,现有4G网络无法满足这样的要求,需要5G网络支撑。

由于5G公网未来首先部署的只包括eMBB场景,而mMTC和uRLLC无论是标准完善,还是实际网络部署(涉及无线侧、传输网、核心网等全面改造建设)尚需要几年时间周期。因此2020年基于运营商5G公网,可以测试和验证5G eMBB大带宽业务,例如车载AR/VR视频通话、车载高清视频监控、全景合成等。

5G车联网专网方面,5G NR-V2X标准在有序推进,已经完成Rel-14 LTE-V2X和Rel-15 LTE-eV2X制定,目前正在进行5G NR Rel-16制定和Rel-17规划。微信公众号“5G行业应用”的《5G车联网标准的演进之路》文章中,详细介绍了各阶段标准情况。

5G NR-V2X将主要实现3GPP TR 22.886定义的自动驾驶功能,包括车辆编队、高级驾驶、扩展传感器、远程驾驶四大类功能,加上基础功能,共25种应用场景(来源《3GPP TR 22.886 V15.1.0 (2017-03)》)。

车辆编队:实现多车自动编队行驶,编队中后车通过车-车实时连接,根据头车操作而变化驾驶策略,整个车队以几米甚至几十厘米车距编队行驶。头车做出刹车指令后,通过V2V实现前后车之间瞬时反应,后车甚至可以在前车开始减速前就自动启动制动,从而实现后车跟随式自动驾驶;

高级驾驶:实现半自动或全自动驾驶,每辆车都与周边车辆和路侧RSU共享自己的驾驶意图,车辆之间可以实现运动轨迹和操作协同。比如主车在行驶过程中需要变道,将行驶意图发送给相关车道的其它车辆和路侧RSU,其它车辆进行加减速动作或者由路侧基础设施根据主车请求统一协调,使得车辆能够顺利完成换道动作;

远程驾驶:实现对车辆的远程驾驶操作,比如驾驶员无法驾驶车辆,或者车辆处于危险环境等驾驶条件受限场景,也可用于特定封闭园区、矿山、港口、公共运输等行驶轨迹相对固定的场景;

扩展传感器:实现车端和路侧传感器采集的数据或实时视频数据在车辆、行人、路侧RSU和云平台之间的交换,从而扩展车辆传感器探测范围,使得车辆对周边情况,甚至是几公里以外情况能有更全面的了解。

随着今年年底5G NR Rel-16版本固化,2020年上半年推出5G NR-V2X芯片及模组产品,预测2020年下半年或2021年上半年,在明确5G NR-V2X频谱资源前提下,可以开展基于5G NR-V2X设备的测试和验证工作,展示车辆编队、高级驾驶、扩展传感器、远程驾驶等自动驾驶类业务。

未来会出现基于LTE-V2X安全类和效率类业务+5G Uu大带宽业务+5G NR-V2X自动驾驶类业务组合的模式。

(2)自动驾驶和智慧交通何在?

本次“四跨”测试没有涵盖L4/L5自动驾驶车辆,道路侧也仅部署了RSU设备,未部署其它路侧智能设施。而车联网发展的终极目标是赋能实现自动驾驶和智慧交通,2020年将深化在自动驾驶车辆和智慧交通领域应用。

微信公众号“5G行业应用”的《智能网联车载终端渗透率提升之道》和《5G智能网联路侧设备覆盖率提升探索》文章中,分别阐述了车载终端“渗透率”和路侧设备“覆盖率”提升路径。

车联网赋能自动驾驶方面。目前的车联网应用,还只是给人看的预警和告警信息,而不是给车使用的。因此未来车联网功能需要和车做更深入的结合,主要体现在:①车联网业务在车辆中控、仪表盘等上做融合展示和呈现;②车联网业务和车辆CAN总线等融合;③车联网业务作为辅助驾驶和自动驾驶的输入源之一,与车辆多传感器融合的输入源一起,供自动驾驶车辆决策和控制使用。

例如,红灯预警(RLVW)和绿波车速引导(GLOSA)业务中,红绿灯控制机信息通过RSU推送给车载终端OBU。目前这些信息仅供驾驶人员使用,未来可以作为自动驾驶重要的输入源之一,和车辆摄像头识别的红绿灯信息进行融合决策,供自动驾驶车辆控制使用。

车联网赋能智慧交通方面。5G智能网联路侧基础设施主要包括①通信基础设施:4G/5G蜂窝基站;②C-V2X专用通信基础设施:多形态的RSU(Road Side Unit);③路侧智能设施:包括交通控制设施(交通信号灯、标志、标线、护栏等)智能化,以及在路侧部署摄像头、毫米波雷达、激光雷达和各类环境感知设备;④MEC(多接入边缘计算/移动边缘计算)设备等。

按照道路的感知、决策和控制能力不同,可以将智能网联道路分为不同的等级。未来的道路,不仅仅部署带有通信功能4G/5G蜂窝基站,以及多形态的RSU(体现道路的通信能力);还将部署一体化路侧智能设施(体现道路的感知能力),和路侧边缘计算/区域边缘计算/云计算(体现道路的决策和控制能力)。随着车联网路侧智能基础设施的部署,道路将向更高等级发展。未来会出现车联网赋能实现L4和L5自动驾驶,以及I4和I5智慧道路。

(3)商业模式何在?

微信公众号“5G行业应用”的《5G车联网产业发展的冷思考》文章中阐述了车联网在商业模式上面临的挑战。主要存在用户需求不强烈、投资规模巨大、运营模式不清晰三大挑战。可能的解决之道包括:①继续挖掘和深化信息服务类业务;②特定商用场景先行先试;③探索数据开放和运营。

车联网将探索多样化商业模式,2020年将优先进行商用车车联网应用和各类车联网数据运营。

商用车将会优先采用车联网技术。商用车主要关注解决四个层面的问题,安全问题、效率问题、成本问题、舒适问题。

全球每年有约125万人死于交通事故,商用车由于其自身特点,是重大伤害的施加者和被伤害者,迫切需要车联网技术帮助减少交通事故;结合智慧交通和智慧物流,实现人、车、货的智能管理,通过车联网技术选择最佳运行路线,提升运输效率,降低能耗;快三投注平台有1400万辆中远途运输以及城际运输货运卡车,和近3000万辆主要活跃在城市内运输、快递外卖配送场景的面包车、三轮车以及两轮的电动车、摩托车,其中人力和燃油成本占比重,可以通过车联网技术减少运营成本;通过车联网技术提升商用车舒适性,提供娱乐活动,帮助司机减轻疲劳。

商用车也将积极探索数据运营。包括①围绕商用车自身的设计、研发、制造、销售、服务、物流等各环节数字运营工作;②围绕商用车生态的汽车金融、汽车保险、汽车租赁、车队管理、汽车电商、维修保养、汽车加油、洗车美容、二手车等各领域的数据运营工作;③围绕商用车使用的导航定位、视频影音、视频通信、社交聊天、在线支付等的数据运营工作。

以公交车出行为例,各环节均可使用车联网技术。例如公交车实时上报车辆位置和车辆运营信息(含电量、车速、温度、车况等);公交车远程故障诊断预防、诊断与升级;公交车行驶过程中与路边设施实时交互信息,通过红绿灯协同,实现绿波通行和优先通行,降低路口停车时间;云平台基于路况和天气信息等动态调整限速,基于公交车营运情况,实时调度车辆发车、站场停靠、进场充电等;智能站台可以方便乘客舒适候车,购物,以及查看车辆动态信息。