車聯網技術實現更智能安全的自動駕駛

車對車（V2V）和車對基礎設施（V2I）無線技術統稱為車聯網（V2X），它為未來交通、汽車互聯和最終實現自動駕駛鋪平了道路。通過汽車和周圍環境之間的無線通信，例如智能交通信號燈、建筑、交通攝像頭、其他車輛甚至道路，V2X 顯著提升了駕駛體驗。

V2X對傳統的視距高級駕駛輔助系統（ADAS）系統形成了補充，例如雷達傳感器和攝像頭，可提供關于車輛和可見范圍以外障礙物的信息。憑借V2X的V2V組件，車輛可以相互交換關于位置、速度和行駛方向等方面的信息，從而對即將到來的危險甚至彎角進行預警，可以在能見度較低的情況下自動避免碰撞，并提供盲點輔助。V2X的V2I組件可以利用攝像頭、雷達和交通基礎設施實現類似功能，可以進行自動收費、車內簽名和提供交通信息。V2X技術的綜合益處是帶來更安全、快速和愉快的駕駛體驗，并且可以改善車流情況，幫助駕駛者節省燃油和提高空氣質量。

V2X通信要求和挑戰

V2X無線通信可以保證安全、效率和環保性，但同時也引發了一連串獨特的聯網問題，在較差的無線通信環境中需要實現低延遲的可靠數據傳輸。

圖1：WAVE 和ITS G5 在物理層和MAC 層共享802.11p，但它們在處理網絡層、傳輸層和應用層的方式上有所不同。

由于消費電子設備通常是固定的或以較慢速度移動，但汽車卻是高速運動的，有時還會相互靠近或分開，這會產生影響無線通信的多普勒效應。此外，雨、霧、雪和地形都會對傳輸的通暢性造成額外障礙。

對于主動道路安全應用，例如通過合作車輛信息來避免碰撞和其他嚴重事故，延遲性最好是50毫秒，并且必須小于100毫秒。成功的V2X無線標準需要在各種環境條件下持續達到這一延遲標準。

雖然像LTE 這樣的新一代移動式無線技術可以確保較低的網絡延遲，但由于需要在各個基站之間傳送信息，這意味著在現實條件下無法保證V2V或V2I應用的低延遲性?？煽康腣2X通信要求在車輛之間直接建立專用連接。

技術已然誕生

實現V2X的技術已然誕生。自1999年起，歐洲和美國政府機構和全球汽車制造商開始展開合作，為這一新通信網絡建立無線標準。于是，專用短程通信（DSRC）應運而生，它是一種專用于汽車通信的無線協議。DSRC的工作頻段為5.9Ghz，該頻段是歐洲和美國主管部門專門為汽車通信而設置的，DSRC 即使在不利的天氣條件下也能夠實現高速傳輸、低延遲、快速連網、穩健安全和超高的連接可靠性。

圖2：“聯合ITS 走廊”以鹿特丹為起點，途徑法蘭克福，最終到達維也納，將成為歐洲首個主要的ITS G5 部署。

DSRC在物理層和MAC層使用IEEE 802.11p標準。802.11p標準專為汽車無線通信設計，它基于802.11a，但進行了一些改進，使其更加適用于汽車環境。802.11p將帶寬從20MHz 改為10MHz，輸出為27Mb/s。通過將帶寬縮減一半，使符號持續時間和保護間隔時間翻了一倍，針對多普勒效應和多徑傳播提高了信號的穩定性，使它適用于各種天氣條件下的高速車輛通信。

以汽車通信為設計目的，802.11p也可以為持續時間極短的信息傳送創造有利條件。無需加入基本服務集（BSS）即可建立連接和交換信息，省卻了等待獲取和身份驗證（在協議棧的更上層進行身份驗證），從而實現了低延遲和快速連網。

歐洲和美國DSRC 實現在物理層和MAC層共享802.11p，但它們在處理聯網、傳輸和應用層的方式上有所不同。雖然對消息路由采用了不同的方法并且利用了不同的信道分配，但歐洲ITS G5標準和美國WAVE標準都能提供穩定的安全性和隱私措施，并基于安全相關和非安全相關的信息類型對通信進行優先排序。

市場推廣現狀

由豐田、通用汽車和其他主要OEM制造商提供支持，DSRC計劃成為北美和歐洲市場V2X的駕駛通信協議。

在歐洲，DSRC技術已經被用于收費，并且計劃用于V2X通信。歐洲電信標準協會（ETSI）計劃采用分階段方法，首先推行ITS G5的“Day One”部署——該應用不需要依賴DSRC的廣泛普及，例如道路工程、應急車輛和交通擁堵警告。

Day One ITS G5部署現在正在從荷蘭鹿特丹穿過德國法蘭克福到奧地利維也納的合作ITS（C-ITS）通路進行。該通路將為駕駛者提供關于即將遇到的道路工程、交通狀況和道路危險的兼容車載單元（OBU）信息。

圖3：u-blox THEO-P1 緊湊式V2X 收發器，最大覆蓋范圍為1 公里，并且可以兼容美國WAVE 和歐洲ITS G5 DSRC 標準。

在北美，將針對DSRC開展廣泛的研究和實地測試。美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）將提供大力支持，預計會將DSRC授權作為一項關鍵的V2V技術。

永久性DSRC試點項目目前正在紐約市、懷俄明州和佛羅里達州坦帕市進行。分配了4,200萬美元為這些區域的汽車和基礎設施安裝DSRC設備。目標是提高城市地區的行人安全、減少交通擁堵和提高燃油效率。相關主管部門也將使用來自這些項目的信息，以改進交通管理和基礎設施規劃。

DSRC新產品的關鍵是新的u-blox THEO-P1緊湊式V2X收發器，它可以在最多一公里的距離范圍內實現27Mbit/s連接，并且適用于車載單元（OBU）和路邊單元（RSU）應用。這些收發器通?？梢约嫒軩SRC的美國WAVE和歐洲ETSI ITS G5標準，并且可以進行車載硬件加密加速，為V2X通信提供必要的高速加密。

智能汽車，改善道路安全

根據世界衛生組織的數據，每年世界上要發生125萬起致命事故。如果采用車輛技術將安全相關信息有效地發送到車輛上，可以幫助駕駛者和車輛更好地應對危險道路狀況，從而避免發生傷亡。

V2X通信可以讓堵車車輛將情況告知周圍的其他車輛，避免發生追尾事故。對雷達、激光雷達和攝像頭等汽車感應器收集到的數據可以進行無線共享，使車輛可以看到轉彎處的情況，了解彎角即將到來的危險，避免在十字路口發生撞車事故。