中国联通车联网技术线路及布署策略

中国联通车联技术线路及布署策略

运营商如何从通讯管道提供商向新型业务运营商转型

车联作为新兴技术，产业链涉及各个方面，需要汽车制造商、芯片制造商、通信运营商以及内容服务提供商等通力合作这样不仅打破了传统汽车制造行业的壁垒，同时也是对通信运营商、互联、OTT 的机遇和挑战

中国联通于10月发表了《中国联通车联白皮书（2017）》，该白皮书以车联的基本概念和特征为基础，描写了车联发展的业务愿景，定义了车联的基本系统架构，从运营商角度探索了车联演进的技术路线及关键技术本文节选自白皮书第三部分“联通车联演进及布署策略”，需要获得白皮书全文，可添加车云菌个人号cheyunjun3索取

1、车联系统架构

为满足车联的业务需求，未来络将采取“终端—络—平台—运用”的统一架构，打造“多模通讯+人车路协同+车云同步”的云协同一体化络，如图1所示

图1：云协同一体化络架构

（1）立体化通信络

支持未来车联发展必然是一个立体化通信络架构，通过横向和纵向两个方面实现多模接入、车车直通、支持多种低时延高可靠业务的车联通信横向实现3G/4G/5G络共存，依据不同的业务需求（例如Telematics业务，V2X业务）选用不同的络及技术，实现多模通讯纵向实现车车之间无缝联通，在有络覆盖情况下，可通过基站实现车车通信，而在无络覆盖情况下，可通过V2V实现车车之间直接通信通过络实现路边设施信息回传与管理，实现RSU（Road Side Unit）的快速、灵活、低成本的部署，实现数据与业务分流，下降络时延，避免资源冲突，实现数据与业务的回传为了增强基于基站通讯的低时延高可靠业务，斟酌沿公路部署光纤传输管道，引入边沿云计算，实现业务下沉，在靠近移动用户的位置上提供IT服务环境和云计算能力，并将业务存储和存储分发能力下沉至靠近用户侧（如基站），降低络传输时延

（2）云协同平台

打造车联协同互联云平台，实现互联互通在功能上，车联云平台一方面具有络管理能力，包括业务管理、连接管理，具有车联通用业务分析组件；实现车车协同和车云协同；另一方面具有络开放能力，例如进行大数据分析拓展新的业务渠道，或向第三方企业开放络接入功能，允许第三方企业进行业务定制统一的云平台是未来车联的重要组成部分，需具备以下特性，如图2所示：云平台作为连接络与应用服务的桥梁，首先应支持共性平台建设，具有一定的通用性，灵活性、安全性、开发性和稳定性；其次需要保证各类用户的体验，具有络开往能力，实现络间的互联互通，支持泛在接入，通过模块化实现云平台的灵活弹性，保证用户永久，并对客户做出实时响应最后，要实现多场景支撑功能，例如：主动安全，路径规划、共享数据和协同感知等

图2：车联协同互联云平台核心特点

（3）业务综合化和多样化

未来车联业务以“Telematics—智能联—智能交通”为基本路线，将朝着综合化和多样化方向发展已有的Telematics业务主要提供远程信息服务，例如智能导航、视频下载、故障诊断等随着LTE-V2X标准化的完成，辅助驾驶渐渐渗透到人们生活中，包括主动安全（交叉路口防碰撞、前向刹车提醒、超车提醒等）、交通效力（红绿灯车速引导、交通信息及路径规划等）和信息服务（汽车分时租赁、兴趣点提示、充电站引导等）在5G阶段车联将实现自动驾驶功能，包括高级驾驶、编队行驶、传感器信息共享、离线驾驶等在大数据时期，针对车联海量数据，融合通信络大数据、个人用户大数据以及智能汽车和智能交通数据，提供大数据分析及推广服务，打造基于互联和汽车的大数据生态圈

（4）运营商的产业角色

在传统车联产业链中

，服务用户的不仅是车厂和4S店，还包括互联应用提供商、软硬件提供商、汽车远程服务提供商和电信运营商，如图所示，其中直接服务于用户的有4S店、汽车后装设备提供商和电信运营商，其他行业则是间接服务于用户未来产业链将出现各行业交错模式，资金的流动也出现多向化、快速化的特点

对电信运营商而言，车联产业格局处于变革期，运营商的角色也在发生变化传统运营商在车联产业中主要提供通讯管道、保护络稳定与安全，以流量运营为主要营收点随着车联产业格局的变化，运营商也在探索新的服务角色，开始向搭建车联平台、展开车联业务运营转型，创造新的营收机会目前的转型探索主要有一下3种方式：

（1）搭建车联业务运营平台例如：中国联通提供汽车信息化服务支持平台（Telematics Service Support Platform,TSSP），提供丰富的车载信息服务；

（2）基于络经验为汽车厂商提供车联系解决方案例如：Verizon利用4G络、云计算平台，向汽车厂商等等提供全套络连接解决方案；

（3）基于流量优势进行车联相关的软硬件捆绑销售例如：ATT重点定位车联流量经营及车联软硬件捆绑销售

图3：车联产业链示意图

2、车联络演进

2.1车联技术路线

V2X技术演进路线如图4所示目前的车联络以LTE-V2X为主，包括U u口通讯和PC5口通讯两种方式，功能上满足3GPP提出的27种应用场景（3GPPTR22.885），包括主动安全，交通效率和信息娱乐而LTE-eV2X的目标是在保持与LTE-V2X兼容性条件下，进一步提升V2X直通模式的可靠性、数据速率和时延性能，以部份满足更高级的V2X业务的需求其相关技术主要针对PC5的增强，采取与LTE-V2X相同的资源池设计理念和相同的资源分配格式，因此可以与LTE-V2X用户共存且不产生资源碰撞干扰影响LTE-V2X中的增强技术主要包括载波聚合、高阶调制、发送分集，以及低时延研究和资源池同享研究等未来车联将是5G-V2X与LTE-eV2X多种技术共存的状态，主要实现与自动驾驶相干的25种应用场景（3GPPTR22.886），包括编队行驶、高级驾驶、传感信息交互和远程驾驶等

图4：V2X络演进

2.2车联关键技术

2.2.1C-V2X通讯

2015年2月，3GPPSA1正式启动了LTE-V2X业务需求研究项目，拉开了LTE-V2X技术在3GPP各小组的标准化序幕，并于2017年3月完成V2X第一阶段标准的制定

按C-V2X按业务模式可以分为以下4类，包括：

V2N（vehicle-to-network）通信，包括动态地图下载，自动驾驶相关线路计划、远程控制等；

V2V（vehicle-to-vehicle）通讯，包括核心防碰撞，避堵塞等安全类运用，V2V安全类应用不受限于络覆

盖；

V2P（vehicle-to-pedestrian）通讯，车与人之间通讯，主要用于行人安全；

V2I（vehicle-to-infrastructure）通信，用于车与道路设施之间通讯，提供或接受本地道路交通信息

图5：LTE-V2X的分类

同时C-V2X根据接口的不同又可分为V2X-Direct和V2X-Cellular两种通讯方式，如图所示V2X-Direct通过PC5接口，采用车联专用频段（如5.9GHz），实现车车、车路、车人之间直接通讯，时延较低，支持的移动速度较高，但需要有良好的资源配置及拥塞控制算法V2X-Cellular则通过蜂窝络U u接口转发，采用蜂窝频段（如1.8GHz）具体的PC5口和U u口对比如表所示

表1：基于Uu通讯和基于PC5通讯比对

2.2.2边缘云

车联业务中有关驾驶安全类业务的主要特征是低时延、高可靠在时延需求上，辅助驾驶要求20~100ms，而自动驾驶要求时延可低至3ms边沿云是在现有移动络中实现低时延业务的使能技术之一

移动多接入边沿计算（Multi-access Edge Computing，MEC）是在靠近人、物或数据源头的络边沿侧，融会络、计算、存储、运用核心能力的开放平台，就近提供边缘智能服务，满足行业数字化在敏捷连接、实时业务、数据优化、运用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求一般情况下针对车联场景，MEC系统有两种构建方式，一种是在基站侧利用若干台通用服务器构建的边缘云系统，完成流量本地卸载，及植入车联相关应

用另一种是在基站内部提供一定的计算能力边沿云提供本地化的云服务，并可连接公有云或者其他络内部的私有云实现混合云服务

边缘云计算通过将本地云平台下沉在基站侧，可为移动终端提供低时延业务如图所示，通过LTE蜂窝络和MEC车联平台的本地计算，在紧急情况是下发正告等服务驾驶信息给车载OBU，相比现有络时延，车到车时延可下降至20ms以内，大幅度减少车主反应时间此外，通过MEC车联平台还可实现路径优化分析，行车与停车引导，安全辅助信息推送，和区域交通服务指引等

图6：基于MEC平台实现车联应用

2.2.3络能力开放

运营商作为传统的通信服务提供者，正在努力尝试在新的产业合作中进行角色转换，以增加新的利润营收点，络能力开放便是其中的重要方式之一5G络能力开放将具有更加丰富的内涵，除了4G络定义的络内部信息、QOS控制、络监控能力、络基础服务能力等方面能力的对外开放外，络虚拟化、SDN技术、和大数据分析能力的引入，也为5G络提供了更加丰富的可以开放的络能力，比如：络切片的编排管理能力等

络能力的开放应结合具体业务场景，并综合斟酌第三方运用平台在系统架构及业务逻辑方面的差异性，从而实现简单友好的开放另外，络能力开放必须具有足够的灵活性，随着络功能的进一步丰富，络能力可向第三方应用实现延续开放，而不必对第三方平台及络系统自身进行复杂的改动络能力开放主要包括：（1）络及用户信息开放，（2）无线业务及络资源开放，（3）络计算资源开放

运营商在新的产业模式下，实现络能力开放势在必行，包含业务域，平台域和络域，如图7所示

图7：络能力开放的3域架构愿景图

络域包括了运营商的BSS/OSS、MANO、络切片和元实体、MEC、大数据分析平台等络要素实体其中，BSS/OSS和MANO能力的结合实现对络切片的统一编排管理，和对平台域的能力开放络切片可支持不同车联业务需求，在不同应用场景下实现不同的络配置元实体实现具体的络控制能力、监控能力、络信息以及络基本服务能力的开放大数据分析平台实现对络基础数据的大数据分析，并将分析结果上报给平台域进行对外开放

其中，平台域是实现络能力开放的大脑和核心，是连接络内部能力和外部业务需求的纽带，也是真正实现络智能化的关键车联系统中，平台域不仅具有络管理能力，向下实现连接管理、终端管理，向上实现业务管理允许第三方运用接入，实现车联业务虚拟运营管理，因此需要具备第三方业务的签约管理，对业务域的API开放和计费功能，以及对络域的能力编排和能力调度功能

业务域包括了车联所有可以和络有交互能力的个人和企业，可以是第三方业务提供商、虚拟运营商、终端用户，或是运营商的自营业务等业务域既可以向平台域输入络能力的需求信息，并接受平台域提供的络能力，也可以向平台域提供络域需求的能力信息，实现反向的能力开放

2.2.4车联信息安全

作为低时延、高可靠通信的重要应用，车联的信息安全问题同样遭到重视随着车联运用范围不断扩大，那末安全攻击也就相应增多在车联“端—管—云”的基本络架构下，每个环节都是信息安全的防护重点车联产业链较长，涉及到终端设备、通讯设备、以及云端管理和服务平台，涉及的厂商有元器件供应商、设备生产商、整车厂商、软硬件技术提供商、通信服务商、信息服务提供商等，包括控制安全、数据安全、功能安全等各个方面车联安全防护环节众多、络安全问题复杂，其中容易受到攻击的部份主要包括：

端：信息文娱系统、T-box、CAN络、钥匙；、手表上的App；与CAN络连接的OBD装备等；

管：包括从车机、T-box到后台的通讯，App到后台的通讯等；其中V2X是车联通信的关键技术，对不可信节点的检测、隔离以及处罚都缺少相应的机制；

云：TSP后台所在的云端服务器等；

在解决车联系安全策略上，针对不同的部份采取不同的安全防护措施，如图8所示：

车载智能终端：除硬件采取加密措施，例如芯片防护、硬件加密外，开启车联终端安全监测分析，加强对终端应用程序的应用加密、安全启动等

通信安全：加强访问控制，实施分域管理，对络进行分域管理，将控制域与信息服务域进行隔离，对数据进行分域管理，下降攻击风险；加强络切面的功能，络侧进行异常流量检测，提升车联系安全防护能力；加强身份认证及秘钥管理，进行基于证书的私有通讯加密

云服务平台：采用现有络技术进行安全加固，部署防火墙、入侵检测系统等安全设备；建立车联用户凭证管理系统，对车辆、移动终端、应用程序等进行身份验证、加强秘钥管理；对不同业务进行物理隔离，依照业务的安全级别采用不同级别的安全防护措施；对数据进行加密处理，同时建立数据共享、集中管理的核心凭条，对威逼情报及不安全因素进行系统同享

图8：车联信息安全防护措施

2.2.5高精度定位

位置信息为实现车联业务的提供重要参考，位置信息越准确，车联业务可靠性越高因此，高精度定位研究是实现车联业务的关键技术之一

在室外场景下，常用的定位技术包括GPS、北斗、辅助GPS(Assisted GPS,A-GPS)以及基于无线通信蜂窝络的定位，如小区ID技术（Cell-ID），增强型小区ID技术（Enhance Cell ID,ECID）其中北斗导航定位系统是我国具有独立知识产权的卫星定位系统，目标是构成完善的国家卫星导航运用产业支持、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用而定位技术在室内场景下的更加复杂，为满足室内定位性能要求，近年来国内外学者及科研机构研究利用WLAN、射频识（Radio Frequency Identification,RFID）、超宽带（Ultra Wide Band,UWB）、蓝牙等无线络来实现室内移动终端的定位技术，其定位精度可达米级，而采用UWB技术乃至可达厘米级精度

图9：无线定位系统示意图

无线定位系统主要由两部份组成，如图9所示，包括信息提取和位置计算各部分功能如下：

信息提取：可用于定位的对象包括无线信号（例如GPS、北斗、WiFi、蜂窝等）、传感器（例如加速器、陀螺仪等）和地图信息等，而不同的对象提取出的定位信息参数也各不相同对于无线信号，收发机之间距离信息需要通过估计二者无线信道链路的参数信息来获取，该参数包括接收信号强度（Received Signal Strength,RSS）、到达时间（Time of Arrival,TOA）、到达时间差（Time Difference of Arrival,TDOA）、到达角（Angle of Arrival,AOA）等实际接收的无线信号受非视距传输及多径效应、阴影效应的影响，因此即便精确估计信道参数信息，也难以获取准确的收发机之间的直线距离传感器取得的是定位目标的运动方向、步长等信息地图信息通常通过绘制高精地图，取得向量化参数，用来对定位目标进行束缚或优化上述参数是进行下一步位置估计的条件

位置计算：定位算法是全部定位系统性能的关键性影响因素，一方面要求定位算法有较好的精准度；另一方面又要求定位系统有较低的复杂度和时延精准度与复杂度之间的平衡，是定位系统开发斟酌的重要因素根据提取参数的不同，采用的定位算法也各不相同例如根据无线信号提取的参数，可以采取非线性方程组算法、最优化算法或图样匹配算法，而采用传感器信息和地图信息则可采用位置跟踪算法，包括粒子滤波、路径束缚等另外，在高精度定位系统中，通常采取多源信息融会的混合定位算法

3、车联络部署

3.1车联系部署方案

基于LTE-V2X的车联络架构如图所示，是在蜂窝架构基础上进行的增强和改进，其中涉及的关键元及其功能如下：

图10：车联络架构

V2X应用服务器：核心侧逻辑单元，完成对UE数据的接收和处理，和对广播信息的配置与发送同时是运营商间异互通的接口

V2X控制单元：核心侧的逻辑控制单元，为V2X通讯提供参数

LTE-V基站：无线侧实体单元，实现U u口通信的数据转发，在PC5口通讯的mode3下实现资源分配，在mode4下修改预配置信息

路侧单元（RSU）：终端实体单元，分为终端型RSU和基站型RSU，都可以实现V2X数据的发送和接收

车载终端：终端实体单元，实现V2X数据的发送与接收，在PC5通讯mode4模式下实现资源选择的功能

MEC服务器：提供基于U u口的低时延业务，对V2X的数据进行本地化处理在交叉路口场景（车速引导、交通灯控制等业务场景），考虑到基站机房资源受限等因素，可在就近的基站/RSU集成MEC功能，进行本地数据收集和边沿计算；在工业/企业园区等场景，可考虑在就近的站点机房/综合接入局房部署MEC边缘服务器，对园区内的车辆进行实时监控和调度；在高速公路等道路沿线，考虑到广覆盖等因素，MEC边缘服务器需分布式部署在公路沿线，但现阶段，受限于切换场景下MEC移动性管理及资源迁移方案尚不成熟，该场景可在5G络商用部署之后（连续性覆盖高速公路等道路沿线），随着UPF核心用户面关下沉进行推行使用，同步的，计费、QoS等问题也可随之解决

3.2车联络建设思路

车联是智慧城市和智能交通的重要组成部分，联通车联将以实际技术发展为根据，打造多维的立体化络，为车联业务的多样化提供支持与服务，聚焦重点区域进行部署，加快推动LTE-V技术成熟，并探索与5G-V2X的平滑对接的发展道路

初步部署方案及时间表如图所示，整体上可分为四个阶段：

第一个阶段（）以建设开放实验室为主，广泛展开产业交换与合作，进行车联实验基地建设以及典型场景业务演示；

第二阶段（2019）对LTE-V2X进行组验证，同时对基于LTE-V2X的辅助驾驶业务进行预商用部署，包括主动安全、交通效率及信息文娱类业务；

第三阶段（）实现辅助驾驶业务的规模推行，同时展开基于5G-V2X车联业务的试点部署，为实现自动驾驶打下基础；

第四阶段（2022-）开展5G-V2X自动驾驶实验及试点推广