万物互联时代,车联网该如何演绎速度与激情?

血脉喷张的激情,满屏飞溅的汽车碎片,肾上素飙升的汽车特技,肌肉型男、性感美女、高速飙车…这无疑已经成为了《速度与激情》系列的标配,也迎来了无数影迷拥趸。

然而影片带给我们的不止速度与激情,还有其背后的黑科技。虽然速9明年才能上映,面对剧荒的观众,我们来一起分析一下速8带给我们的黑科技震撼。(前方高能预警)

对不起,走错片场了

好的,正片开始

在该影片中,普利茅斯、劳斯莱斯魅影、兰博基尼盖拉多、宾利欧陆等豪车,还有军用国际化MXT装甲车,连坦克和破冰飞起的核潜艇齐齐上阵,上演了一部亮瞎眼球的超超超豪飞车大战。但最让人恐惧与激动地不是剧中的潜艇与街头激情追逐,而是“僵尸车”自动驾驶剧情。

大反派查理兹•塞隆运用高科技,在操作室内指挥技术人员对三公里内的所有车辆进行黑客入侵。

随着她敲击键盘一声令下“僵尸时间到”,街道上的所有汽车瞬间排山倒海般往同一方向进攻,画面超震撼,超跑除了在路上奔驰,还从大楼奔流泻下,各种场面十分创新。

从未见过车跳楼!

而且不是一辆,是一群,上百辆!

都是豪车,看得小编心痛不已!

算了,我还是去吃小龙虾吧

其实无人驾驶并不新鲜,很多豪车都开始研发无人驾驶,甚至有的车已经上路。无人驾驶的关键就是根据路况判断如何行驶。因此,车内必须装有电脑系统而只要电脑联网,自然容易被控制。天眼,一个吹得神乎其神的技术。凡是联网,皆可被触及。下面我们来一起看看小编黑进CIA获得的天眼系统架构图(哇,好厉害,好厉害的小编)

对,你只需要知道他牛逼就可以了(其实我也看不懂),下面我们来分析分析天眼系统是怎么和汽车联网的。

其实片中众多自动驾驶汽车被黑客所操控已经在车联网行业炸开了圈,辣么车联网是什么呢?车联网就是汽车领域的“物联网”?自动驾驶是否是车联网进化的终极形态?

可能我们大多数人能理解的车联网=是能够上网的汽车。然而,车联网的真正意义,却比我们了解的要更加深远。

车联网是一个“微信群”?

车联网就好像是一个包含有“车”、“行人”、“交通信号等路边基础设施”共同参与的微信群;“云端”作为群主,群里的每一个“参与者”都可以将自身的信息上传“云端”进行数据处理,处理后的信息会发布到微信群中与其他“参与者”共享,实现彼此间位置和驾驶意图的识别,对信号灯等交通信息的告知等,协助群内的车辆对道路的感知,支撑车辆自动化等等。

车联网网络结构包含车内网、车载移动互联网和车际网。目前业界用以车为核心“V2X”(Vehicle to Everything)来表示车联网,即车与万物互联。不仅包含了车内网,还包含了车与人、还有车与车(V2V)、车与路(V2R)、车与基础设施(V2I)、车与网络(V2N)以及车与云(V2C)等等互相连接。

注:V2X中的V表示Vehicle,是车辆的统称,X表示车子以外的其他物体,可以是人、路、交通信号灯、网络等。

图1

V2P、V2R、V2V、V2X……这些连接是如何实现?车的内部连接,依靠车内网来完成。车内网就如同局域网般,将汽车视为一个整体,每个可电气化、数字化的零部件(如各种传感器)视为“用户”。通过车载智能终端,将所有“用户”连接起来,倘若某个部件不能良好工作,其故障原因将被发送到智能终端,显示并告知用户及时检修。

然而,随着汽车逐渐摆脱单车智能走向协同智能化,仅仅通过车辆的部件(如空调、音响、摄像头、发动机、轮胎等安装传感器)、车载T-BOX、手机APP及后台系统来实现数字化,是远远不够的。因此需要车外网(车载移动互联网和车际网)来加速。通过移动网络将海量数据发送至云端,然后通过大数据计算,分析出车辆的工作状态,并及时发现潜在故障及危机,实行相应的解决预案。它还能将车辆运行时的关键数据,发送到附近的人、车辆等等,告知车主车流、事故、路况等,使用户和车辆提前做好相应的准备。

车内网的连接很容易解决,而且技术也比较成熟。然而要实现车外网的连接,确是一个难题。因为车辆通常在高速移动,而且是长距离大范围移动。

DSRC vs LTE-V2X

目前,外部通讯国际上主流的 V2X 无线通信技术有 DSRC和 LTE-V2X两条技术路线。

图2

DSRC

DSRC是连结车辆与车辆(V2V)、车辆与路侧装置间的RF通用射频通讯技术,在车用环境中提供公共安全和中短距离通讯服务。各个国家分配的DSRC使用频段各不相同。1999年美国联邦通讯委员会(FCC)将5.9GHz(5.850~5.925GHz)频段分配给汽车通讯使用。主要目标是使公共安全应用能够挽救生命并改善交通流量。

图3

DSRC技术有点类似于在道路边上装Wi-Fi,让车辆通过Wi-Fi进行通信,但此技术只适用于短程通信,一旦超出范围各方面性能都会受影响。

目前大众集团、雷诺集团、通用汽车、恩智浦半导体、以色列芯片商Autotalks、美国智能交通系统提供商Kapsch等一直推广车载WiFi(即DSRC)技术。

丰田称,希望从2021年开始在美国推出配备DSRC的汽车。他们认为DSRC技术已经经过足够的验证,在欧洲政府支持的项目中也已经完全实现标准化,能更适合规避碰撞事故和目标导航。

LTE-V2X

早在3G时代,国际通信业界已经联合整车厂开展了基于移动通信网络的V2V/V2I试验项目。启动于2006年的CoCar项目,参与公司包括爱立信、沃达丰、MAN Trucks、大众等,演示了在高速行驶的车辆之间通过沃达丰的3G蜂窝网络传送关键安全告警消息的应用,当时做到了端到端时延低于500ms。之后爱立信、沃达丰、宝马、福特又启动了CoCarX基于LTE网络的紧急消息应用性能评估,端到端系统时延在100ms以下。欧盟于2012年资助了LTEBE-IT项目,开展LTE演进协议在ITS(Intelligent Transport System,智能交通系统)中的应用研究。

LTE V2X针对车辆应用定义了两种通信方式:集中式(LTE-V-Cell)和分布式(LTE-V-Direct)。LTE-V-Cell需要基站作为控制中心,实现汽车的接入和组网,而LTE-V-Direct可以无需基站作为支撑,可直接实现车辆与周边环境节点低时延、高可靠通信。

图4

相比DSRC技术,LTE V2X可以解决前者在离路覆盖、盈利模式、容量及安全等各方面存在的问题。它的部署相对容易,频谱带宽分配灵活,传输可靠,覆盖广而且随着3GPP持续演进,可支持未来ITS业务需求。然而,LTE V2X的缺点也同样突出:标准虽已完成,但技术成熟度较低,面向车车主动安全与智能驾驶的服务性能还需要充分的测试验证。

从我国拥有全球最大的LTE网络现状和LTE-V2X演进的技术优势来看,LTE V2X应该是国内V2X技术标准的首选。

如果用DSRC作为V2X的解决方案,实现起来难度很大,比如车辆与道路交通信号灯联网,要么布建专用的路侧设备,要么就需要对现有的交通信号灯系统进行全面的硬件改动及升级,无论是重新布建还是改动,都有一个问题就是周期长,投资大,且对整个交通系统影响很大。但采用LTE V2X能重复使用现有的蜂窝基础建设与频谱,运营商不需要布建专用的路侧设备,只需要将交通信号灯附近的基站升级之后再联网。而对于车辆之间的联网,用DSRC方案,车载设备需要DSRC和LTE两个通讯模块,使用LTE-V方案,只需要一个LTE模块即可,车载设备的成本更低。因此,使用LTE-V方案,可以快速地推进我国车联网的建设。

目前,华为、爱立信、诺基亚、英特尔、奥迪、宝马、戴姆勒等公司共同成立5G汽车通信技术联盟(5GAA),支持该标准发展。

表一

多接入边缘计算(MEC)助力车联网全面发展

5G 网络对 uRLLC 场景下 V2X 的远程车检与控制时延要求为20 ms,对自动驾驶时延要求为5 ms。解决LTE-V2X 的核心问题是:如何实现超低时延、超高带宽和超高可靠性。传统的端到端移动通信,必须经过无线接入网、核心网、平台、应用层层处理,最终导致端到端时延较长,性能上无法满足对时延要求比较高的V2X 应用的要求。为了进一步降低端到端通信时延,提供结合地理信息的本地车联网服务,网络中可以引入多接入边缘计算平台(MEC)。

MEC通过将数据、应用、智能引入基站边缘侧,一方面通过减少数据传输路由节点,将业务部署在边缘节点以降低端到端通信时延,通过 LTE 蜂窝网络和MEC车联平台的本地计算,在紧急情况时下发告警等辅助驾驶信息给车载单元(On Board Unit ,OBU),相比现有网络延时,车到车时延可降低至 20 ms 以内,大幅度减少车主反应时间,更好地挽救生命和减少财产损失。另一方面MEC作为本地服务托管环境,能够支持部署本地更具地理和区域特色、更高吞吐量的车联网服务,例如通过MEC 车联平台可实现路径优化分析、行车与停车引导、安全辅助信息推送和区域车辆服务指引等。

通常,边缘云提供本地化的云服务,并可连接公有云或者其他网络内部的私有云实现混合云服务。车联网场景下,边缘云架构和部署如图5所示。整个云架构可以由三层(边缘云、区域云、汽车云)或者二层(边缘云、汽车云)组成,边缘云与区域云/汽车云协同工作,在部分场景中,边缘云可以独立工作。

图5

MEC通过将应用层云平台下沉到网络边缘,可以为移动终端提供本地大带宽和低时延业务,接下来介绍2种典型业务解决方案。

行人防碰撞

行人防碰撞是指基于V2P技术,车、路、人、云通过网络进行连接,车辆具备检测周围行人的功能,并在有碰撞危险时提示车主。该场景如图6所示。行人位置信息通过手机上传给基站,虚拟核心网服务器将位置信息传递给路侧单元(Road Side Unit ,RSU),RSU 广播行人位置信息给路口车辆。车辆基于来自RSU的信息判决是否需要发出碰撞预警。该系统具体的工作流程如图7所示。

图6

图7

行人配有智能手机终端(安卓或 IOS 智能终端),手机上安装有行人状态信息上报 APP。手机打开APP,获取行人状态信(GPS 和惯导信息,包括经纬度、运动速度、运动加速度、地面航向角度等),通过蜂窝网络发送给MEC服务器,MEC服务器将计算所得的行人位置和运动状态发送给相应的 RSU,RSU 广播给附近车辆。车辆收到之后,根据行人信息和车辆行驶状态作出决策。若车辆判断有发生事故的可能性,则需要作出警告,该警告可以不限于声音及屏显的方式。

编队行驶

编队行驶是指基于高精度定位、V2V、V2I等技术实现车辆之间按照一定的秩序和规则进行编队,同步进行加速、减速、刹车,延时转弯等操作。该场景如图8 所示,车队内包括领航车辆和跟随车辆,领航车辆周期性获取自身车辆信息(包括位置、自主路线规划等),发送给跟随车辆;跟随车辆接收并解析领航车辆发来的信息,完成对领航车辆的跟随;同时跟随车辆将自身的车辆信息(位置、行驶数据等)打包发送给领航车辆;领航车辆收到并解析跟随车辆信息,调整自身动作。

图8

图9

车队的车辆上安装的通信模组同时具备与基站和RSU 通信的能力,其中与基站通过蜂窝网专用频段通信,与 RSU 通过 ITS 专用频段通信。MEC 服务器上部署编队行驶业务平台,通过蜂窝网络能为车队提供高精度和导航服务;同时MEC云平台也具备管理车队的能力,车队需要同步加速、减速等操作时,头车通过RSU 将自身位置和行驶信息发送给后方车辆,平台接收到之后通过 RSU转发头车信息及行驶指令,后车即与头车保持同步。

车联网产业发展趋势

产业融合趋势

我国车联网产业正快速发展,产业链主体更加丰富,跨行业融合创新生态体系初步形成。从产业结构看,可提供诸如 V2X 碰撞预警、盲点监测等功能的创新企业开始加入到汽车厂商的一级、次级供应商名单中,部分 ICT 企业开始在汽车产业布局。其次,在传统汽车垂直产业体系中位居上游的芯片企业、车载显示等关键零部件企业重要性日益显著,并开始向汽车厂商的次级、一级供应商地位跃升。

从发展趋势看,传感器、集成电路、操作系统等厂商推动了汽车智能程度的提升,而网络运营商、芯片与模组厂商、终端设备商等加速了汽车网联化的进程。

从参与主体看,车联网对传统汽车产业的影响主要为参与主体数量增加和影响扩大,一方面是更多的消费类电子企业和互联网企业加入到汽车产业链中,汽车零部件和主机厂数量增多;另一方面是汽车电子和软件在汽车产业中的重要性增加,为传统汽车产业竞争格局带来影响。影响主要体现在3个方面:

1.传统汽车产业积极拥抱人工智能和信息通信技术,渐进式推动自动驾驶发展。当前,一汽、长安、上汽、北汽、吉利和长城等国内汽车厂商均已组建研发团队开展 L1 到 L3 级别自动驾驶的研发和测试,并制定了明确的未来发展规划。

2.新兴汽车企业与互联网公司成为汽车智能化增速发展的引擎。新兴汽车企业发力智能电动汽车,注重“软件定义汽车”。相对于传统汽车厂商,新兴汽车企业实践创新的束缚少,决策机制更灵活,互联网思维易于把握用户体验,在汽车增值方面有更多的尝试空间,“软件定义汽车”和“生活方式改变出行”是新兴汽车企业最为突出的发展思路。

3.传统汽车厂商与互联网企业、科技企业强强联合,构建互联网汽车生态体系。为推进智能网联汽车创新发展,实现信息通信企业、整车厂商的跨界合作,2018 年国汽(北京)智能网联汽车研究院有限公司成立,股东已经包含领域内具有显著创新能力和投资实力的 20 余家龙头企业,致力于智能网联汽车工程和技术研究与试验发展等工作。

商业模式发展现状以及趋势

车联网产业链中主要有远程信息服务 (TSP,Telematics Service Provider)、整车厂商、电信运营商、硬件终端、平台等各个参与主体,其在车联网各主要领域的主导能力、商业模式均有不同。

TSP 目前主要以 B2B 为主,收取内容/服务授权费、技术服务费、数据通信费等;整车厂商前期通过增值模块获得车辆销售差价收益,收取终端、内容、服务及网络等费用。后期通过车主续费、升级提供相关服务,续约率较低;终端厂商主要以终端销售差价及服务续费等方式获取收益,第三方终端设备对车辆及车主信息掌控不足,相关服务应用感知较差;互联网企业创新大数据分析、O2O 引流等后向收费模式,开发契合车主需求的车联网服务,累积车主流量再变现;网络运营商搭建车联网业务运营平台,通过网络经验为车厂提供网络解决方案,以流量优势进行车联网相关软硬件的捆绑销售。

图10

商业模式目前有三类:信息服务类应用、汽车智能化类应用和智慧交通类应用。在这些不同的商业模式中,传统汽车制造厂、互联网公司、软硬件厂商等企业都发挥不同的作用,见缝插针寻找各种盈利点,详见下表:

表二

车辆网发展政策:美日欧、中比较

美欧日等发达国家普遍重视车联网发展。美国是以企业为主体、政府搭平台,通过市场力量发展车联网,政府则从立法、政策、标准的方面着力营造良好发展环境;欧盟重视顶层设计和新技术研发,在关键领域通过大量资金引导产业发展,其中,车辆安全救援、自动驾驶等是其政策引导的重点方向;日本政府关注主要产业发展,大力推动新技术应用,重点聚焦在智能交通与自动驾驶领域。

总体上来讲,美欧日通过在车联网的国家战略、法律、规划、标准等多个层面布局,抢占本轮产业发展的全球制高点。

此外自动驾驶路测法规是当前车联网政策法规的关注重点。美欧日等国家或地区出台了自动驾驶道路测试配套政策法规,对道路测试的推进更不乏破冰之举。美国交通部发布新版联邦自动驾驶汽车指导文件《准备迎接未来交通:自动驾驶汽车 3.0》;欧盟委员会公布自动驾驶推进时间表,各国大力推动道路测试。日本警察厅发布了《远程自动驾驶系统道路测试许可处理基准》。

表三

我国为发展车联网也在政策、标准和自动驾驶方面积极布局。各级政府部门积极加快部署,联合成立车联网产业发展专项委员会;发挥标准引领带动作用,发布 LTE-V2X 直连通信频率规划;自动驾驶路测法规从国家到地方纷纷出台,具体政策如下:

表四

结语

当前,我国车联网产业进入快速发展新阶段,技术创新愈加活跃,新型应用蓬勃发展,产业规模不断扩大,但也面临诸多问题和挑战:一是跨部门协同需要不断深入。车联网的跨行业、跨领域属性突出,涉及多个主管部门,在政策、专项研究、标准制定、试验示范等工作方面需要协同推进。二是核心技术有待突破。LTE-V2X 产品进入商业化关键时期,高端传感器、新型汽车电子、车载操作系统等产业链环节竞争力较弱,技术积累仍需不断加强。三是产业发展面临挑战。LTE-V2X商用部署仍需进行大规模测试验证并协同路侧基础设施建设改造;自主式自动驾驶和网联式自动驾驶仍需加强协同,提升产业竞争力。

参考

1.https://mp.weixin.qq.com/s/bUYtMPsQ2SYjPlpOzOXZGA

2.http://news.bitauto.com/hao/wenzhang/201827

3.https://wenku.baidu.com/view/ed132c0aae1ffc4ffe4733687e21af45b307fedd.html

4.https://mp.weixin.qq.com/s/trzMAhsapzZXi9oFY5pCRA

5.基于MEC的5G车联网业务分析及应用

6.中国信通院车联网白皮书

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原文发表时间:2019-08-08

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