車路協同若干痛點問題的思考

網路通訊頻道 發表於 2022-05-13

編者按:為推進車聯網產業發展,特邀請業內專家學者共同建言獻策,推出“車聯網百家談”系列。車聯網產業在面臨巨大發展機遇的同時,也面臨諸多現實挑戰,尤其是商業邏輯不夠清晰,基礎設施建設選擇多樣性等。張慧女士文章針對車聯網產業發展的若干痛點問題進行了深入剖析,提出了獨到觀點,對產業界夥伴們有重要參考價值。

01 引言

車路協同當前依然處於發展初期,具體實現的技術、商業模式、建設模式都還在探索嘗試。正是這種不確定性,帶來了車路協同產業發展的豐富性和多樣性。面對多樣性,必然會帶來的很多困惑和質疑。筆者試圖基於第一性原理來討論幾個車路協同產業發展的痛點問題:

(1)車路協同怎麼樣才能形成商業閉環?

(2)車路協同的核心商業價值是什麼?

(3)有了5G蜂窩網路,為什麼還要建設V2X網路?

(4)邊緣計算架構該怎麼選擇?

02 車路協同技術成為特定業務生產系統中的一部分,是符合商業閉環邏輯的一種做法

目前最典型的車路協同方案包括聰明的車(自動駕駛、V2X OBU)、智慧的路(V2X RSU、智慧感知裝置、邊緣計算、訊號機等)、網路、雲(控)平臺,基本上是一個完整的雲管端架構的系統。而在一些大型示範專案中,雲平臺包括了多項應用,既有面向交通管理的應用,也有面向智慧公交、智慧物流、車廠TSP等的服務。

打造一個完整獨立的系統,對於在車聯網初期進行示範試點是沒有問題的,可以儘可能地進行更多的功能和效能測試。但對於最終商用,就會存在業務主體不明確等諸多問題。

車路協同若干痛點問題的思考

車路協同從技術層面上需要有一個完整的體系架構,但從端到端的應用及服務系統角度看,車路協同只是一種技術支撐,或者說作為應用系統中的一個子系統存在,才有可能實現真正的商業邏輯。

以交通管理為例,目前智慧交通的交管中已包括了交通資料採集、訊號優化、交通誘導、交通狀況監測及應急處置等等業務。對於車路協同來說,不是另建一套系統進行交通管理,而是作為一個補充融入到原有系統中,解決原有技術解決不了的問題。

比如,原有交通資料採集中已包括了大量的視訊、線圈、微波測速、浮動車、網際網路的資料,車路協同技術可以增加車載終端提供的GPS、緊急故障、駕駛意圖等資料,可以增加以交通參與者目標為粒度的感知覆蓋面和精細度;另外,以往的交通誘導、道路狀況、收費資訊等的釋出物件是無差別的,而通過車路協同技術可以差異化地精準到車;再如,柔性車道的控制,從面向駕駛員的可變指示牌,通過車路協同技術,可以轉變為面向自動駕駛車輛和智慧網聯車輛的精準指引。

但是,車路協同技術並不會改變整體交通管理的業務邏輯。原有交通管理系統的形成是經過不斷演進變化的,不是一蹴而就的,是錯綜複雜的系統。車路協同作為新技術,對原有系統的資料來源、控制方法、釋出方式進行補充,並融入到實際業務系統中。

只有作為業務生產系統的一部分,為生產服務,商業模式才可能理順,受益方是買單者。同樣,車路協同技術應用到智慧公交,應用到港口、機場等,也需要融入到原有的生產系統中,和原有的車輛管理、排程、維修管理等深度融合。

03 通過協同控制為業務生產系統增效是車路協同技術的核心價值

橫向比較一下其他幾種交通工具,飛機是最早實現自動駕駛的,火車、地鐵軌道交通也實現了自動駕駛。早期火車場站也只有訊號燈作為交通控制手段,司機通過眼睛觀察訊號燈指示,沒有用到車地無線通訊。為了保證安全,防止高速行駛的車輛相撞,需要在站與站之間進行閉塞,有一輛火車在跑,其他車在這個站間就不能進來,但這樣做效率太低了。為了提高效率,逐漸發展出基於無線傳輸的列車控制系統(鐵路的CTCS、城軌的CBTC),實現移動閉塞,在保障安全的前提下,儘可能地以更近的間距實現多輛車佔用同一軌道行駛。

而公路道路上的車輛沒有飛機、火車、地鐵的專有路權,公路交通工具的所屬權也非常複雜多樣,所以公路道路上的車路協同難度就極大。但其目標和飛機、火車、地鐵的是完全一致的,實現手段相近。最終都希望實現,一方面,對於交通工具來說需要保障絕對安全;另一方面,從全域性交通來看,要實現全域性效率最優化。使用的手段都是通過可靠的通訊連線,實現車和系統之間的協同感知和協同控制。

車路協同發展有三個階段,輔助資訊互動、協同感知、協同控制。當前,基本上還處於第一階段。如果僅僅是輔助資訊互動,那就容易遭到“盡力而為、有則更好、沒有也可以接受”的質疑,在這種情況下,形成好的商業模式就會比較困難。所以,大家不約而同想到在封閉受限環境下的車路協同場景。因為在這些場景裡,可以使用能夠接受控制指令的智慧車輛。通過協同控制提高原有系統的效能,是有商業價值的。

以某個港口專案為例,從岸橋到集裝箱堆場用的是無人駕駛卡車,而從外場到堆場取貨的是社會車輛,因此在堆場記憶體在有人車和無人車混行。業主的需求,一方面希望整個碼頭貨物流轉率最高,另一方面,需要儘可能規避由於集裝箱遮擋、車輛混行帶來的安全隱患。在此案例中,車路協同的協同感知可以幫助解決視線盲區帶來的安全風險,同時與港口的TOS系統和交通訊號控制系統互動,作為生產系統一部分,進行有人車和無人車的有效排程控制,這時車路協同的商業價值才容易體現。

以上兩點討論的是車路協同商業邏輯,下面就車路協同中最基礎的網路和計算這兩種基礎設施的建設方式存在多樣性選擇,也進行一下探討。

04 網路架構的選擇由場景需求來決定

C-V2X通訊是車聯閘道器鍵技術,當前包括LTE-V2X和NR-V2X技術。其中又分別包括基於Uu介面的蜂窩網路通訊模式和基於PC5介面的終端直連模式,即LTE Uu、LTE PC5、NR Uu、NR PC5多種模式(通常大家所說的V2X通訊一般特指基於PC5介面的直連通訊)。如圖所示,基於Uu的蜂窩網路由電信運營商建設,包括LTE網路、5G網路,每個運營商都有自己的頻譜;基於PC5介面的V2X專用網路,按無委的規定,在5905M-5925M的範圍內,誰運營誰按區域申請。目前已有六家申請獲批,大多非傳統電信運營商。

車路協同若干痛點問題的思考

現在已經開始建設5G蜂窩網路,為什麼還要建設 PC5(LTE-V2X、NR-V2X)直連網路?無線技術角度的介紹文章很多,就不再贅述了,筆者僅從應用層面分析一下兩者的差異和使用場景。

1、訊息傳送方式不同。

PC5模式中RSU對車載終端的OBU是廣播方式(NR V2X增加了單播和組播)。RSU部署應用,對於廣播方式來說,RSU無需關注在覆蓋範圍內的OBU有哪些,是什麼ID。但對於Uu模式下,車載終端OBU的APP與雲端APP Server的互動方式是Cluster-Sever方式,Sever端需要每時每刻關注cluster目前的位置,哪些cluster在需要傳送訊息的範圍。二者在業務實現上不同。

2、業務部署方式不同

車路協同若干痛點問題的思考

當前基於PC5的V2X標準,不僅包括協議的接入層、網路層,還定義了第一階段、第二階段的應用及資料集。RSU、OBU上成對部署的業務方式有點類似2G/3G時電路域的語音呼叫、簡訊等電信業務的部署,不僅包括網路連線還包括業務;通過5G蜂窩網路連線到業務伺服器的部署方式有點類似在4G、5G上實現的VoLTE/VoNR或OTT業務,無線網路提供接入、網路路由功能,但業務可以部署在運營商網路內部也可以部署在網際網路上。

對於涉及基礎安全的業務,應該希望是封閉的,網路質量和資訊保安得到保障的方式,而對於資訊服務類的業務,我們會希望是開放的,豐富和靈活的方式。

3、建設運營模式不同。

如前述,公共的蜂窩網路一定是電信運營商建設的,但直連網路更像是專網。專網的建設模式既可以是運營商代為建設維護,也可以是由業主自建維護。

專網是否是必需的?那就仁者見仁智者見智了。鐵路、城軌、港口、機場都有公網覆蓋,但仍然進行了GSM-R、LTE-M、GoTa叢集等專網建設。一方面,專網的網路質量更容易得到保障;另一方面,專網的資產屬於業主,網路規劃、維護、變更可以根據業務需求及時靈活調整。

公網的好處是,業主不需要考慮建設成本,只需要付服務費。5G網路切片、MEC也可以提供包括物理隔離、資料不出園區等虛擬專網服務。當然,虛擬專網在網路規劃、資訊保安規劃等方面和以往的行業專網相比,存在使用習慣不同等需要業主去克服。

綜上,筆者認為,對於關鍵路口路段或封閉園區,對於基礎安全業務、需要進行實時控制類的業務,適合建設V2X專網;對於需要廣域範圍內提供資訊服務,時延要求不高的效率類業務,可以採用公網或者虛擬專網方式。所以,還是要看具體應用場景來決定選擇建設和運營什麼樣的網路。

05 計算架構的選擇由價效比來決定

車路協同中智慧感知、分析、決策不可避免地會使用到大量的計算資源。除資料中心外,邊緣計算作為更靠近業務現場、降低傳輸時延、減少資料回傳頻寬的一種資源部署方式,是非常適合車路協同需要的。

通常我們看到邊緣計算有兩類主要的形式,一類是部署在路側現場的工控機方式;一類是與無線網路融合部署在基站、接入機房、匯聚機房、核心機房等不同節點的伺服器方式。一般來說,行業客戶會傾向於現場邊緣方式,運營商會傾向於網路邊緣方式。但具體選擇哪種方式,需要綜合考慮多個因素,比如:

1、現場部署條件

如果現場光纖資源比較充分,將現場視訊、雷達資料回傳到機房來進行計算,比較容易進行管理維護;如果現場光纖資源缺乏,那就儘可能將大量計算終結在現場邊緣,只將計算結構化資料通過無線的方式進行回傳。

2、部署業務型別

業務的型別可能會有多種,如果是區域性業務,可以更靠近現場;如果是區域性的、全域性性的,那麼計算節點的位置可能就需要更高。同時,業務量的多少也會影響到計算節點的位置。若業務開展初期,業務量較小,可能全市就設一個邊緣節點。當業務量越來越大的時候,計算節點就可以越來越下沉。否則,維護成本就會太高。

3、資金費用情況

資金比較充足的時候,業主的選擇可以多樣化,可以自建現場邊緣裝置,也可以自建邊緣機房。當資金受限的時候,租用運營商網路邊緣計算資源,是一種比較好的選擇。

所以,邊緣計算不同的部署方式,沒有絕對的好壞,要看頻寬、計算的使用成本哪種價效比更高。

06 總結

車路協同業務的選擇和技術實現方式是豐富多樣的,不管怎麼選擇,還是需要回歸使用者的訴求和業務需求的本源,為交通管理、運輸管理、公共交通、港口、礦山、智慧物流或者車廠TSP服務等業務系統創造實際的效率提升、安全性提升的效益,並在網路和計算基礎設施建設中充分考慮實用性和價效比,作為業務系統的一個組成部分同步進行投資建設,可能是車路協同持續發展的一個途徑。

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